(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ブロック内に設けられた長尺チャンバと、前記長尺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少なくとも２本の円筒管と、前記円筒管内に設けられた少なくとも２本の導体棒と、前記導体棒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、前記少なくとも２本の導体棒は前記導体棒の端部で電気的に接続することで導体棒全体がコイルを構成し、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置され、
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、
前記長尺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、前記長尺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、
を特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項２】
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を特徴とする、請求項１記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記円筒管内が冷媒流路となっていることを特徴とする、請求項１記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記導体棒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を特徴とする、請求項１記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項５】
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を特徴とする、請求項４記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項６】
誘電体ブロック内に設けられた長尺チャンバと、前記長尺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少なくとも２本の導体管と、前記導体管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、前記少なくとも２本の導体管は前記導体管の端部で電気的に接続することで導体管全体がコイルを構成し、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置され、
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、
前記長尺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、前記長尺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
を特徴とする誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項７】
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を特徴とする、請求項６記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記導体管内が冷媒流路となっていることを特徴とする、請求項６記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記導体管とは別に、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を特徴とする、請求項６記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項１０】
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を特徴とする、請求項９記載の誘導結合型プラズマ処理装置。
【請求項１１】
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、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記長尺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誘導結合型プラズマ処理方法において、
前記長尺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、
前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合された誘電体製の少なくとも２本の円筒管内に設けられた少なくとも２本の導体棒の端部で電気的に接続することで導体棒全体として構成され、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置されていること、
を特徴とする誘導結合型プラズマ処理方法。
【請求項１２】
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、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記長尺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誘導結合型プラズマ処理方法において、
前記長尺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、
前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合された少なくとも２本の導体管の端部で電気的に接続することで導体管全体として構成され、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置されていること、
を特徴とする誘導結合型プラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、誘導結合型プラズマ処理装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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）。あるいは、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）。
【００２０】
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）。
【００２１】
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）。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００８−５３６３４号公報
【特許文献２】特開平０８−１１８０２７号公報
【特許文献３】特開２００１−６８２９８号公報
【特許文献４】特表２００２−５００８１８号公報
【特許文献５】特開平０４−２８４９７４号公報
【特許文献６】特表２００９−５４５１６５号公報
【特許文献７】特開２００７−２８７４５４号公報
【特許文献８】特表２０１０−５３９３３６号公報
【特許文献９】特開２００９−１５８２５１号公報
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】Ｓ．Ｈｉｇａｓｈｉ，  Ｈ．Ｋａｋｕ，Ｔ．Ｏｋａｄａ，Ｈ．Ｍｕｒａｋａｍｉ  ａｎｄ  Ｓ．Ｍｉｙａｚａｋｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４５，５Ｂ（２００６）ｐｐ．４３１３−４３２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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誘導結合型プラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本願の第１発明の誘導結合型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、前記長尺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少なくとも２本の円筒管と、前記円筒管内に設けられた少なくとも２本の導体棒と、前記導体棒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、前記少なくとも２本の導体棒は前記導体棒の端部で電気的に接続することで導体棒全体がコイルを構成し、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置され、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、前記長尺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、前記長尺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。
【００３８】
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、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。
【００３９】
本願の第１発明の誘導結合型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。
【００４０】
このような構成により、簡単な構成で誘導結合型プラズマ処理装置を実現できる。
【００４１】
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。
【００４２】
このような構成により、誘導結合型プラズマ処理装置の効果的な冷却が実現できる。
【００４３】
また、好適には、前記導体棒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。
【００４４】
このような構成により、誘導結合型プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。
【００４５】
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。
【００４６】
このような構成により、誘導結合型プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。
【００４７】
本願の第２発明の誘導結合型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、前記長尺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少なくとも２本の導体管と、前記導体管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、前記少なくとも２本の導体管は前記導体管の端部で電気的に接続することで導体管全体がコイルを構成し、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置され、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、前記長尺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、前記長尺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。
【００４８】
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、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。
【００４９】
本願の第２発明の誘導結合型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。
【００５０】
このような構成により、簡単な構成で誘導結合型プラズマ処理装置を実現できる。
【００５１】
また、好適には、前記導体管内が冷媒流路となっていることが望ましい。
【００５２】
このような構成により、誘導結合型プラズマ処理装置の効果的な冷却が実現できる。
【００５３】
また、好適には、前記導体管とは別に、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。
【００５４】
このような構成により、誘導結合型プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。
【００５５】
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。
【００５６】
このような構成により、誘導結合型プラズマ処理装置のさらに効果的な冷却が実現できる。
【００５７】
本願の第３発明の誘導結合型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、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記長尺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誘導結合型プラズマ処理方法において、前記長尺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、前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合された誘電体製の少なくとも２本の円筒管内に設けられた少なくとも２本の導体棒の端部で電気的に接続することで導体棒全体として構成され、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置されていることを特徴とする。
【００５８】
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、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。
【００５９】
本願の第４発明の誘導結合型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、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記長尺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誘導結合型プラズマ処理方法において、前記長尺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、前記コイルは、前記誘電体ブロックに接合された少なくとも２本の導体管の端部で電気的に接続することで導体管全体として構成され、かつ、前記コイルは前記長尺チャンバを跨いで配置されていることを特徴とする。
【００６０】
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、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。
【発明の効果】
【００６１】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】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
【図２】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
【図３】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
【図４】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
【図５】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
【図６】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
【図７】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斜視図
【図８】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
【図９】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
【図１０】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
【図１１】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
【図１２】従来例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図１３】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
【発明を実施するための形態】
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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Ａ〜Ａ‘で切った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の破線Ｂ〜Ｂ‘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。
【００６７】
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、コイルをなす導体棒としての銅棒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の周囲に設けられた真鍮ブロック５及び真鍮蓋６で囲まれた部分に、石英ブロック４が収納されている。真鍮ブロック５及び真鍮蓋６は接地されるので、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。
【００６８】
長尺チャンバのチャンバ内部空間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。長尺チャンバのチャンバ内部空間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。
【００６９】
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より長尺チャンバのチャンバ内部空間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。
【００７０】
銅棒３は４本設けられており、これらは端部で電気的に接続され、全体としてコイルを構成するよう構成されている。各々の銅棒３は、石英ブロック４に接合され、かつ、長尺チャンバに平行に設けられた誘電体製の４本の石英管１２内に配置される。
【００７１】
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、ある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。
【００７２】
銅棒３が内部に挿入された石英管１２とは別に、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おり、また、真鍮ブロック５にもこれを貫通する冷却水配管が設けられている。銅棒３が内部に挿入された石英管１２と、石英管１５は互いに平行に配置された水路（冷媒流路）であり、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。
【００７３】
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。
【００７４】
石英管１２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。
【００７５】
石英管１２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。
【００７６】
銅棒３は冷却水マニホールド１８内でカプラ１９により電気的に接続され、４本の銅棒３全体として螺旋形で巻き数２のソレノイドコイルを形成する。銅棒３のうち２本は、真鍮ブロック１６を貫通し、樹脂ケース１７に設けられた高周波導入端子穴または接地端子穴を介して銅板２０に接続され、銅板２０を通じて図示しない高周波整合回路に接続される。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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コイルをなす銅棒３に高周波電力を供給することにより、長尺チャンバのチャンバ内部空間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。
【００８０】
そしてプラズマ噴出口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。
【００８１】
複数の銅棒３は平行に配置され、４本の銅棒３全体として螺旋形で巻き数２のソレノイドコイルを形成する。すなわち、複数の導体棒のうち、長尺チャンバを挟んで対向する導体棒に逆位相の高周波電流が流れるよう構成されている。この場合、誘導結合型プラズマトーチユニットＴの長尺方向に垂直な面で切った断面において、長尺チャンバを挟んで対向する導体棒の中心を結ぶ線分の中点付近の誘導電磁界が強くなり、効率的なプラズマ発生を実現しうる。このような作用を得るには、銅棒３は少なくとも２本必要であり、長尺チャンバを跨いで配置されることが必要である。したがって、銅棒３を格納する石英管１２も少なくとも２本必要である。
【００８２】
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）。
【００８３】
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。
【００８４】
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、コイルをなす銅棒３に供給することにより、長尺チャンバのチャンバ内部空間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。
【００８５】
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、チャンバ内部空間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。
【００８６】
また、長尺チャンバのチャンバ内部空間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。
【００８７】
（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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。なお、図３では、真鍮ブロック５を用いない構成を示しており、高周波ノイズは、図示しない更に外側の接地導体によるカバーによって、漏洩が防止される。
【００９０】
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チャンバ内部空間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より長尺チャンバのチャンバ内部空間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。
【００９１】
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。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
図４において、実施の形態１において銅棒３を格納した石英管１２内の代わりに、導体管としての中空の銅管２３を直接、石英ブロック４に接合する構成としている。銅管２３内には、冷媒としての冷却水が流れる構造である。
【００９５】
このような構成では、石英管の種類が一種となり、より簡単な構造のプラズマ処理装置を構成することができる。
【００９６】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図５を参照して説明する。
【００９７】
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。
【００９８】
図５において、銅棒３は冷却水マニホールド１８内でカプラ１９により電気的に接続され、６本の銅棒３全体として螺旋形で巻き数３のソレノイドコイルを形成する。
【００９９】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について、図６及び図７を参照して説明する。
【０１００】
図６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、図６（ａ）は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（ｂ）は、図６（ａ）の破線で切った断面図であり、図１（ｂ）に相当する。図６（ａ）は、図６（ｂ）の破線Ｃ−Ｃ‘で切った断面を示しているが、プラズマガス供給配管２１の配置をわかりやすくするため、プラズマガス供給配管２１の中心軸を通る断面（図６（ｂ）の破線Ｄ−Ｄ’で切った断面）を、一部取り入れて描画している。また、図７は、図６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。
【０１０１】
図６及び図７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のチャンバ内部空間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。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。
【０１０２】
また、カプラ１９は銅製の中空管（曲げられた銅管）からなり、直線状の銅管２３と接合される。つまり、６本の銅管２３と５個のカプラ１９が接合されて、全体として螺旋形で巻き数３のソレノイドコイルを形成する。また、その内部の中空部は冷媒流路となり、冷却水を流すことによってコイルと石英ブロック４の効果的な冷却が実現される。本実施の形態では、直線状の銅管２３と曲げられた銅管からなるカプラ１９を接合する構成を例示したが、１本の銅管を曲げ加工することにより、ソレノイドコイルを構成してもよい。
【０１０３】
（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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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のチャンバ内部空間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。
【０１０６】
このように、導体製の部材を長尺チャンバのチャンバ内部空間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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
図９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のチャンバ内部空間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。
【０１１１】
実施の形態６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。
【０１１２】
（実施の形態８）
以下、本発明の実施の形態８について、図１０を参照して説明する。
【０１１３】
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。
【０１１４】
図１０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のチャンバ内部空間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。
【０１１５】
（実施の形態９）
以下、本発明の実施の形態９について、図１１を参照して説明する。
【０１１６】
図１１は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。
【０１１７】
実施の形態１〜８においては、石英ブロック４に石英管１２、銅管２３、石英管１５を接合する部分に溝状の凹部を準備しておき、その凹部に各部材を嵌め込む構造としていたが、図１１においては、石英ブロック４には溝状の凹部を準備せず、平面部に各部材を接合する構造としている。このような構成では、冷媒流路と長尺チャンバのチャンバ内部空間７との距離が大きくなるため、石英ブロック４の冷却効率は若干低下するものの、石英ブロック４に対する加工の手間が減じるという利点がある。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。あるいは、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。
【０１２４】
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。あるいは、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。
【０１２５】
従来技術（例えば、特許文献７に記載のもの）と比較すると、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。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
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。
【符号の説明】
【０１２７】
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    銅棒
４    石英ブロック
５    真鍮ブロック
６    真鍮蓋
７    チャンバ内部空間
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
１９  カプラ
２０  銅板
２１  プラズマガス供給配管
２２  薄膜
【図１】
0005413421.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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