(57)【要約】【課題】半導体基板に対し、基板の歪みを生じさせずに良質な酸化膜を短時間に形成することが可能な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を提供する。【解決手段】酸化膜形成装置１は、プラズマジェット１００噴出用のノズル部５０を有する中空の第１電極１０と、第１電極１０内に第１電極１０から離間して設けられた第２電極１１と、第１電極１０内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給手段１３とを備え、プラズマ生成ガス供給手段１３から供給されたプラズマ生成ガスを第１電極１０と第２電極１１との間の放電によりプラズマに生成してノズル部からプラズマジェット１００として噴出する酸化膜形成装置であって、プラズマジェット１００に酸化膜形成ガスが含まれるように、酸化膜形成ガスを供給する酸化膜形成ガス供給手段１４をさらに備える。【選択図】図１
2006339520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマジェット噴出用のノズル部を有する中空の第１電極と、
上記第１電極内に該第１電極から離間して設けられた第２電極と、
上記第１電極内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給手段と、
を備え、上記プラズマ生成ガス供給手段から供給されたプラズマ生成ガスを上記第１電極と上記第２電極との間の放電によりプラズマに生成して上記ノズル部からプラズマジェットとして噴出する酸化膜形成装置であって、
プラズマジェットに酸化膜形成ガスが含まれるように、酸化膜形成ガスを供給する酸化膜形成ガス供給手段をさらに備えた酸化膜形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載された酸化膜形成装置において、
上記酸化膜形成ガス供給手段は、上記プラズマ生成ガス供給手段から上記第１電極内に供給するプラズマ生成ガスに酸化膜形成ガスが含有されるように構成されていることを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載された酸化膜形成装置において、
上記プラズマ生成ガス供給手段は、上記酸化膜形成ガス供給手段を兼ねていることを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載された酸化膜形成装置において、
上記酸化膜形成ガス供給手段は、上記ノズル部から噴出したプラズマジェットに酸化膜形成ガスを供給するように構成されていることを特徴とする酸化膜形成装置。
【請求項５】
プラズマ生成ガスをプラズマに生成してプラズマジェットとして噴出し、該プラズマジェットに酸化膜形成ガスを含有させて膜形成対象に吹き付けることにより酸化膜を形成させる酸化膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板等の表面に酸化膜を形成するのに用いられる酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等の半導体装置の半導体基板としては、通常、ガラス基板にシリコンの膜を形成させたものが用いられるが、このシリコンの膜は空気に触れると自然酸化膜と呼ばれる厚さがおよそ１ｎｍ程度の酸化膜（ＳｉＯ２膜）で覆われてしまう。この自然酸化膜は、固定電荷やダングリングボンド等が多く含まれているため、膜中に有機物や重金属等の汚染物質が侵入しやすい。そして、この侵入した汚染物質は、シリコン基板に拡散して欠陥を形成し、半導体素子の品質を劣化させる原因の一つとなる。このため、半導体基板に対して、その表面に自然酸化膜が形成されないように、固定電荷やダングリングボンドなどをなるべく含まない良質な酸化膜を形成する必要がある。
【０００３】
このような酸化膜の形成方法として、例えば、特許文献１には、絶縁性基板上に非晶質シリコン膜を形成する第１工程と、不活性な気体の雰囲気で前記非晶質シリコン膜を熱処理して多結晶シリコン膜に変換する第２工程と、酸素や水蒸気など酸化能力のある気体を含む雰囲気で前記多結晶シリコン膜の表面層を酸化して酸化シリコンの絶縁膜を形成する第３工程とを有し、前記第２工程と第３工程は、圧力が０．５〜５×１０6Ｐａ 、温度が３００〜７００℃で行うものが開示されている。そして、これによれば、絶縁基板上に形成される半導体膜の酸化膜等の品質の均一性を高めることができる、と記載されている。
【０００４】
また、酸化膜の形成装置として、例えば、特許文献２には、基板を収容するプロセスチャンバーと、プロセスチャンバーの上部に設けられた加熱炉と、加熱炉により加熱される加熱用配管と、加熱用配管を通過する際に加熱された加熱用ガスをプロセスチャンバー内の基板表面に拡散して吹き付ける孔あき板と、孔あき板を介して基板に対して加熱用ガスが吹き付けられる上部位置および上部位置よりも低いプロセスチャンバー内の下部位置の間で、基板を移動させる基板昇降機と、を備えるものが開示されている。そして、これによれば、高速処理が可能であって、かつ、基板を均一に加熱することができる酸化膜形成処理等の基板熱処理装置を提供することができる、と記載されている。
【特許文献１】特開平11-126750号公報
【特許文献２】特開2002-313796号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び２に開示されているように、加熱した水蒸気等のガスで半導体基板表面に酸化膜を形成する場合、半導体基板を構成するガラス基板の歪点（約６００〜７００℃）を超える温度で加熱できない。ガラス基板の歪点以上の温度で加熱すると、ガラス基板の歪みが生じて半導体装置の性能に悪影響を及ぼすためである。しかし、このような低温加熱では、長時間加熱しなければシリコンの膜が酸化されない。従って、酸化膜形成に時間がかかり、半導体基板の酸化膜形成効率が良くないという問題がある。また、長時間の加熱によって酸化膜を形成したとしても、低温加熱によるものでは酸化膜中に固定電荷やダングリングボンドが多く含まれる可能性があり、良質な酸化膜を形成し難いという問題もある。
【０００６】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体基板に対し、基板の歪みを生じさせずに良質な酸化膜を短時間に形成することが可能な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る酸化膜形成装置は、プラズマジェット噴出用のノズル部を有する中空の第１電極と、第１電極内に第１電極から離間して設けられた第２電極と、第１電極内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給手段とを備え、プラズマ生成ガス供給手段から供給されたプラズマ生成ガスを第１電極と第２電極との間の放電によりプラズマに生成してノズル部からプラズマジェットとして噴出するものであって、プラズマジェットに酸化膜形成ガスが含まれるように、酸化膜形成ガスを供給する酸化膜形成ガス供給手段をさらに備えたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、酸化膜形成ガスが含まれたプラズマジェットを処理対象の半導体基板等の表面に噴射することにより、半導体基板等の表面を高温（例えば５００〜１３００℃）で且つ短時間に酸化することができる。従って、高温酸化により固定電荷やダングリングボンドがほとんど存在しない良質な酸化膜が形成できる一方、処理対象の半導体基板等にガラス基板等の低歪点（約６００〜７００℃）の基板を用いた場合でも、ガラス基板の加熱が短時間であるため、ガラスを歪曲させることなく酸化膜を形成できる。
【０００９】
さらに、非晶質シリコン薄膜の表面に形成した酸化膜の内側では、プラズマジェットの熱が伝わることにより多結晶シリコン層（ｐ−Ｓｉ層）が形成されるが、この多結晶シリコン層は酸化膜で被膜された状態で形成できる。従って、酸化膜を形成せずに多結晶シリコン層を形成するものと比べて、平坦で清浄な表面を有する多結晶シリコン層を形成することができる。
【００１０】
また、本発明に係る酸化膜形成装置は、酸化膜形成ガス供給手段がプラズマ生成ガス供給手段から第１電極内に供給するプラズマ生成ガスに酸化膜形成ガスが含有されるように構成されていてもよい。
【００１１】
このような構成によれば、プラズマ生成ガス供給手段から供給されるプラズマ生成ガスの所定の圧力を利用して第１電極内に酸化膜形成ガスを供給することができる。従って、酸化膜形成ガス供給手段から特別な圧力で酸化膜形成ガスを送り出さなくてもよいため、酸化膜形成装置の構成の簡略化が可能となる。
【００１２】
さらに、本発明に係る酸化膜形成装置は、プラズマ生成ガス供給手段が酸化膜形成ガス供給手段を兼ねていてもよい。
【００１３】
プラズマ生成ガス供給手段と酸化膜形成ガス供給手段とが同一のもので構成されるため、酸化膜形成装置の構成の簡略化が可能となるからである。
【００１４】
また、本発明に係る酸化膜形成装置は、酸化膜形成ガス供給手段がノズル部から噴出したプラズマジェットに酸化膜形成ガスを供給するように構成されていてもよい。
【００１５】
既存のプラズマジェットを噴出する装置の構成は変えずに、酸化膜形成ガス供給手段を取り付けることで酸化膜形成装置を構成することができ、装置の製造コストを抑えることができるからである。
【００１６】
本発明に係る酸化膜形成方法は、プラズマ生成ガスをプラズマに生成してプラズマジェットとして噴出し、プラズマジェットに酸化膜形成ガスを含有させて膜形成対象に吹き付けることにより酸化膜を形成させることを特徴とする。
【００１７】
このような方法によれば、酸化膜形成ガスが含まれたプラズマジェットを処理対象の半導体基板等の表面に噴射することにより、半導体基板等の表面を高温（例えば５００〜１３００℃）で且つ短時間に酸化することができる。従って、高温酸化により良質な酸化膜が形成できる一方処理対象の半導体基板等にガラス基板等の低歪点（約６００〜７００℃）の基板を用いた場合でも、ガラス基板の加熱が短時間であるため、ガラスを歪曲させることなく酸化膜を形成できる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板等に対し、基板の歪みを生じさせずに良質な酸化膜を短時間に形成することが可能な酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態１〜４に係る酸化膜形成装置１〜４を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態１〜４に限定されるものではない。
【００２０】
また、この実施形態１〜４では、液晶表示装置に用いる半導体基板の非晶質シリコン薄膜（ａーＳｉ層）に酸化膜形成処理を施す場合について説明する。
【００２１】
（実施形態１）
（酸化膜形成装置１の構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る酸化膜形成装置１を示す。この酸化膜形成装置１は、中空の第１電極１０（陽極）及び第２電極１１（陰極）、第２電極支持部１２、プラズマ生成ガス供給部１３（プラズマ生成ガス供給手段）、酸化膜形成ガス供給部１４（酸化膜形成ガス供給手段）、直流電源１５、加工ステージ１６及びシステム制御部１７で構成されている。
【００２２】
酸化膜形成装置１は、最下部に加工ステージ１６が設けられ、その上方に、それぞれ直流電源１５に接続された第１電極１０及び第２電極１１が設けられている。また、第１電極１０にはプラズマジェット生成ガス供給管１８を介してプラズマ生成ガス供給部１３が接続されており、さらに、プラズマジェット生成ガス供給管１８には酸化膜形成ガス供給管１９を介して酸化膜形成ガス供給部１４が設けられている。そして、これら加工ステージ１６、直流電源１５、プラズマ生成ガス供給部１３及び酸化膜形成ガス供給部１４にシステム制御部１７が接続されている。
【００２３】
第１電極１０は、図２に示すように、例えば直径２０〜４０ｃｍ、高さ２０〜６０ｃｍの円筒状に形成されており、上下に延びるように設けられている。第１電極１０は、その下部が、下方の先端へ向かうにつれて円形断面の径を縮小するように先細に形成されることにより、ノズル部５０が形成されている。ノズル部５０は、その先端にあるノズル口の直径が、例えば４〜８ｍｍとなるように細孔に形成されている。第１電極１０は、その壁部が中空に形成されており、外壁部５１及び内壁部５２で構成されている。第１電極１０の外壁部５１及び内壁部５２は、その間に冷却水５３が設けられている。第１電極１０は、その外壁部５１を貫通するように不図示の冷却水供給口及び冷却水排出口が形成されている。第１電極１０は、その外壁部５１に、下記に示すプラズマ生成ガスを第１電極１０内部に供給するプラズマジェット生成ガス供給管１８に接続されるプラズマジェット生成ガス供給口が形成されている。第１電極１０は、その構成材料として、ステンレス系鋼、真鍮、炭素鋼、超鋼等の合金や、銅、アルミニウム、タングステン、窒化ハフニウム等を用いることができ、これらを単体で、もしくは適宜組み合わせて形成することができる。
【００２４】
第２電極１１は、例えば長さ３０〜７０ｃｍの棒状に形成されており、上下に延びるように設けられている。第２電極１１は、中空の第１電極１０内に差し込まれるように設けられている。第２電極１１は、その下端が尖るように形成されている。第２電極１１は、その尖るように形成された下端の頂点が第１電極１０のノズル部５０のノズル口付近に設けられている。第２電極１１は、第１電極１０と離間して設けられている。第２電極１１は、その上部が第１電極１０内からはみ出るように設けられている。第２電極１１は、その構成材料として、ステンレス系鋼、真鍮、炭素鋼、超鋼等の合金や、銅、アルミニウム、タングステン、窒化ハフニウム等を用いることができ、これらを単体で、もしくは適宜組み合わせて形成することができる。
【００２５】
第２電極支持部１２は、二重の壁部（外側壁部５４及び内側壁部５５）を有する円筒形状に形成されており、上下に延びるように設けられている。第２電極支持部１２の外側壁部５４は、第１電極１０の上部に取り付けられており、第１電極１０と同じ内径且つ同じ外径の円筒形状となるように形成されている。第２電極支持部１２の外側壁部５４は、その上端に水平板７８が形成されている。水平板７８は、第２電極支持部１２の外側壁部５４上端から内側壁部５５に亘り水平に延びるように形成されている。第２電極支持部１２の内側壁部５５は、第２電極１１の周りを囲んで支持するように形成されている。第２電極支持部１２の内側壁部５５は、第２電極１１の中部を取り囲むように設けられており、第２電極１１の上部及び下部は第２電極支持部１２からそれぞれはみ出るように設けられている。第２電極支持部１２の内側壁部５５は、外側壁部５４より上下にそれぞれ長く延びるように形成されている。第２電極支持部１２は、石英若しくは酸化アルミニウム等の絶縁性部材により形成されている。
【００２６】
プラズマ生成ガス供給部１３は、図１に示すように、第１電極１０の側方に設けられている。プラズマ生成ガス供給部１３は、不図示のボンベ、バルブ及び流量制御器等から構成されている。プラズマ生成ガス供給部１３は、例えば外直径１０〜２０ｍｍ且つ内直径７〜１４ｍｍのナイロンチューブで構成されたプラズマ生成ガス供給管１８の一端が取り付けられている。プラズマ生成ガス供給管１８は、その他端が第１電極１０の外壁部５１のプラズマジェット生成ガス供給口７９に接続されている。プラズマ生成ガス供給部１３は、その内部に窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス（プラズマ生成ガス）が蓄えられている。
【００２７】
酸化膜形成ガス供給部１４は、プラズマ生成ガス供給部１３の下方に隣接するように設けられている。酸化膜形成ガス供給部１４は、不図示のボンベ、バルブ及び流量制御器等から構成されている。酸化膜形成ガス供給部１４は、例えば外直径１０〜２０ｍｍ且つ内直径７〜１４ｍｍのナイロンチューブで構成された酸化膜形成ガス供給管１９の一端が取り付けられている。酸化膜形成ガス供給管１９は、その他端が、プラズマジェット生成ガス供給管１８に接続されている。酸化膜形成ガス供給部１４は、その内部に酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスが蓄えられている。
【００２８】
直流電源１５は、第１電極１０の側方に設けられている。直流電源１５は、＋端子が第１電極１０の壁部の外周面に、且つ、−端子が第２電極１１の上部に電気的に接続するように配線がされている。
【００２９】
処理対象の半導体基板５６を載せる加工ステージ１６は、ステンレス等で形成されており、第１電極１０の下方に、例えば２０〜６０ｃｍの間隔を空けて設けられている。
【００３０】
システム制御部１７は、プラズマ生成ガス供給部１３及び酸化膜形成ガス供給部１４の側方に設けられ、直流電源１５、プラズマ生成ガス供給部１３、酸化膜形成ガス供給部１４及び加工ステージ１６に接続されている。
【００３１】
（酸化膜形成装置１による酸化膜形成方法）
次に、酸化膜形成装置１を用いた液晶表示装置に用いる半導体基板５６の非晶質シリコン薄膜（ａーＳｉ層）の酸化膜形成方法について説明する。
【００３２】
非晶質シリコン薄膜を酸化膜形成装置１により酸化させて酸化膜を形成するに際し、まず、非晶質シリコン薄膜に対して脱水素処理として、真空中で、例えば４００〜５８０℃で２時間の加熱処理を施す。非晶質半導体薄膜は、ガラス基板上にＳｉＨ4を原料ガスとして作製されているため、ＳｉＨ4のＨが薄膜中に混ざっている。このような薄膜にプラズマジェット１００を噴射すると、薄膜中に突沸したＨ2が生じ、これにより薄膜が破壊される恐れがあるためである。
【００３３】
次に、脱水素処理を施した非晶質シリコン薄膜を加工ステージ１６に載せる。
【００３４】
次いで、第１電極１０に形成した不図示の冷却水供給口へ冷却水を供給して冷却水排出口から排出させる。これにより第１電極１０の外壁部５１と内壁部５２との間の空間内で冷却水が流れ、第１電極１０を冷却する。
【００３５】
続いて、システム制御部１７から信号を発信することにより、プラズマ生成ガス供給部１３から窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスであるプラズマ生成ガスを、放出する。放出されたプラズマ生成ガスは、プラズマ生成ガス供給管１８を通る。このとき、同時に、システム制御部１７から信号を発信することにより、酸化膜形成ガス供給部１４から酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスを放出する。放出された酸化膜形成ガスは、酸化膜形成ガス供給管１９を通り、プラズマガス供給管１８へ供給される。そして、この酸化膜形成ガスとプラズマ生成ガスとの混合ガスが、プラズマ生成ガス供給口から第１電極１０内へ供給される。第１電極１０内へ供給された酸化膜形成ガスとプラズマ生成ガスとの混合ガスは、下方のノズル部５０へ進む。
【００３６】
次に、システム制御部１７から信号を発信することにより、第１電極１０及び第２電極１１に直流電源１５から例えば１０〜数１００Ｖの直流電圧を印加して、第１電極１０のノズル部５０と第２電極１１の下方の先端との間の放電により、ノズル部５０へ進入した酸化膜形成ガスとプラズマ生成ガスとの混合ガスをプラズマに生成する。このプラズマは、冷却水により冷却したノズル部５０の細孔（ノズル口）から噴出することにより、高温且つ高速のプラズマジェット１００となる。このとき、ノズル口へ進入したガス流の周辺が第１電極１０により冷却されるために、中央部に電流が集中し(熱ピンチ効果)、またガス流が電流を伴うときには、その磁場によってガス流の径がしぼられるので(磁気ピンチ効果)、ふつうの放電に比べてはるかに細く且つ高温(約１万〜２万℃)のプラズマジェット１００が得られる。
【００３７】
ノズル部５０のノズル口から噴出したプラズマジェット１００は、高速で鉛直下方へ進む。そして、加工ステージ１６に載置された処理対象の半導体基板５６の非晶質シリコン薄膜表面に噴射することにより、非晶質シリコン薄膜の表面を高温で酸化して、膜厚さが例えば１０ｎｍ程度の酸化膜（ＳｉＯ2膜）を形成する。このとき、非晶質シリコン薄膜の酸化膜の内側では、プラズマジェット１００の熱が伝わることにより、図３に示すように、多結晶シリコン層（ｐ−Ｓｉ層）が形成される。また、この多結晶シリコン層は、酸化膜で被膜された状態で形成されるため、酸化膜を形成せずに多結晶シリコン層を形成するものと比べて、その表面が平坦で清浄になっている。
【００３８】
次いで、プラズマジェット１００を非晶質シリコン薄膜表面へ噴射したままの状態で、システム制御部１７により、加工ステージ１６を、例えば速度２００〜１０００ｍｍ/ｓで水平に移動する。加工ステージ１６の移動方向は、図４のＸ方向であり、半導体基板５６において、酸化膜を形成させる方向と反対方向である。
【００３９】
続いて、半導体基板５６の終端まで酸化膜形成をした後、プラズマジェット１００を噴射したままシステム制御部１７で加工ステージ１６をＹ方向へ移動させる。加工ステージ１６の移動方向（Ｙ方向）は、半導体基板５６において、続けて酸化膜を形成させる方向と反対方向である。加工ステージ１６はＹ方向へ数ｃｍ程移動させた後、すぐに今度は−Ｘ方向へ移動させる。すると、プラズマジェット１００は、酸化膜が形成されていない非晶質シリコン薄膜の表面上に噴射され、新たな酸化膜が形成されていく。この加工ステージ１６の移動を繰り返し行うことで、非晶質シリコン薄膜の表面すべてに酸化膜を形成し、酸化膜の内側にｐ−Ｓｉ層を形成する。その後、加工ステージ１６の移動、直流電源１５からの電流、プラズマ生成ガス供給部１３及び酸化膜形成ガス供給部１４からのガスの供給並びに第１電極１０への冷却水の供給を停止する。
【００４０】
（実施形態２）
（酸化膜形成装置２の構成）
図５に示すように、本発明の実施形態２に係る酸化膜形成装置２は、第１電極２０（陽極）及び第２電極２１（陰極）、プラズマ生成ガス供給部２２（プラズマ生成ガス供給手段）、酸化膜形成ガス供給部２３（酸化膜形成ガス供給手段）、第２電極支持部２４、直流電源２５、加工ステージ２６及びシステム制御部２７で構成される。
【００４１】
第１電極２０、第２電極２１、第２電極支持部２４、直流電源２５及び加工ステージ２６は、上記実施形態１に係る酸化膜形成装置１と同様に構成されている。
【００４２】
プラズマ生成ガス供給部２２は、第１電極２０の側方に設けられている。酸化膜形成ガス供給部２２は、プラズマ生成ガス供給部２２は、例えば外直径１０〜２０ｍｍ且つ内直径７〜１４ｍｍのナイロンチューブで構成されたプラズマ生成ガス供給管２８の一端が取り付けられている。プラズマ生成ガス供給管２８は、その他端が第１電極２０の外壁部のプラズマジェット生成ガス供給口２９に接続されている。プラズマ生成ガス供給部２２は、その内部に酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスが蓄えられている。すなわち、プラズマ生成ガス供給部２２は、酸化膜形成ガス供給部２３を兼ねている。
【００４３】
（酸化膜形成装置２による酸化膜形成方法）
次に、酸化膜形成装置２を用いた液晶表示装置に用いる半導体基板６６の非晶質シリコン薄膜（ａーＳｉ層）の酸化膜形成方法について説明する。
【００４４】
非晶質シリコン薄膜を酸化膜形成装置２により酸化させて酸化膜を形成するに際し、まず、上記実施形態１と同様に、非晶質シリコン薄膜に対して脱水素処理を施す。
【００４５】
次に、脱水素処理を施した非晶質シリコン薄膜を加工ステージ２６に載せる。
【００４６】
次いで、第１電極２０に形成した不図示の冷却水供給口へ冷却水を供給して冷却水排出口から排出させる。
【００４７】
続いて、システム制御部２７から信号を発信することにより、酸化膜形成ガス供給部２３を兼ねたプラズマ生成ガス供給部２２から酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスを放出する。放出された酸化膜形成ガスであるプラズマ生成ガスは、プラズマ生成ガス供給管２８を通り、プラズマ生成ガス供給口２９から第１電極２０内へ供給される。第１電極２０内へ供給された酸化膜形成ガスであるプラズマ生成ガスは、下方のノズル部６０へ進む。
【００４８】
次に、システム制御部２７から信号を発信することにより、第１電極２０及び第２電極２１に直流電源２５から例えば１０〜数１００Ｖの直流電圧を印加して、第１電極２０のノズル部６０と第２電極２１の下方の先端との間の放電により、ノズル部６０へ進入した酸化膜形成ガスであるプラズマ生成ガスをプラズマに生成する。このプラズマは、冷却水により冷却したノズル部６０の細孔（ノズル口）から噴出することにより、高温且つ高速のプラズマジェットとなる。このとき、ノズル口へ進入したガス流の周辺が第１電極２０により冷却されるために、中央部に電流が集中し(熱ピンチ効果)、またガス流が電流を伴うときには、その磁場によってガス流の径がしぼられるので(磁気ピンチ効果)、ふつうの放電に比べてはるかに細く且つ高温(約１万〜２万℃)のプラズマジェットが得られる。
【００４９】
ノズル部６０のノズル口から噴出したプラズマジェットは、高速で鉛直下方へ進む。そして、加工ステージ２６に載置された処理対象の半導体基板６６の非晶質シリコン薄膜表面に噴射することにより、非晶質シリコン薄膜の表面を高温で酸化して、膜厚さが例えば１０ｎｍ程度の酸化膜（ＳｉＯ2膜）を形成する。このとき、非晶質シリコン薄膜の酸化膜の内側では、プラズマジェットの熱が伝わることにより、図３に示すように、多結晶シリコン層（ｐ−Ｓｉ層）が形成される。また、この多結晶シリコン層は、酸化膜で被膜された状態で形成されるため、酸化膜を形成せずに多結晶シリコン層を形成するものと比べて、その表面が平坦で清浄になっている。
【００５０】
次いで、プラズマジェットを非晶質シリコン薄膜表面へ噴射したままの状態で、システム制御部２７により、加工ステージ２６を、例えば速度２００〜１０００ｍｍ/ｓで水平に移動する。
【００５１】
続いて、半導体基板６６の終端まで酸化膜形成をした後、プラズマジェットを噴射したままシステム制御部２７で加工ステージ２６をＹ方向へ移動させる。加工ステージ２６の移動方向（Ｙ方向）は、半導体基板６６において、続けて酸化膜を形成させる方向と反対方向である。加工ステージ２６はＹ方向へ数ｃｍ程移動させた後、すぐに今度は−Ｘ方向へ移動させる。すると、プラズマジェットは、酸化膜が形成されていない非晶質シリコン薄膜の表面上に噴射され、新たな酸化膜が形成されていく。
【００５２】
この後、上記実施形態１と同様に、加工ステージ２６をＸ方向→Ｙ方向→−Ｘ方向へと繰り返し移動させることにより、非晶質シリコン薄膜の表面すべてに酸化膜を形成し、酸化膜の内側にｐ−Ｓｉ層を形成した後に、加工ステージ２６の移動、直流電源２５からの電流、酸化膜形成ガス供給部２３を兼ねたプラズマ生成ガス供給部２２からのガスの供給並びに第１電極２０への冷却水の供給を停止する。
【００５３】
（実施形態３）
（酸化膜形成装置３の構成）
図６に示すように、本発明の実施形態３に係る酸化膜形成装置３は、第１電極３０（陽極）及び第２電極３１（陰極）、プラズマ生成ガス供給部３２（プラズマ生成ガス供給手段）、酸化膜形成ガス供給部３３（酸化膜形成ガス供給手段）、第２電極支持部３４、直流電源３５、加工ステージ３６及びシステム制御部３７で構成される。
【００５４】
第１電極３０、第２電極３１、第２電極支持部３４、直流電源３５及び加工ステージ３６は、上記実施形態１と同様に構成されている。
【００５５】
プラズマ生成ガス供給部３２は、第１電極３０の側方に設けられている。酸化膜形成ガス供給部３２は、プラズマ生成ガス供給部３２は、例えば外直径１０〜２０ｍｍ且つ内直径７〜１４ｍｍのナイロンチューブで構成されたプラズマ生成ガス供給管３８の一端が取り付けられている。プラズマ生成ガス供給管３８は、その他端が第１電極３０の外壁部のプラズマジェット生成ガス供給口３９に接続されている。プラズマ生成ガス供給部３２は、その内部に窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス（プラズマ生成ガス）が蓄えられている。
【００５６】
酸化膜形成ガス供給部３３は、プラズマ生成ガス供給部３２の下方に隣接するように設けられている。酸化膜形成ガス供給部３３は、例えば外直径１０〜２０ｍｍ且つ内直径７〜１４ｍｍのナイロンチューブで構成された酸化膜形成ガス供給管９０の一端が取り付けられている。酸化膜形成ガス供給管９０は、その他端が第１電極３０のノズル部７０の鉛直下方に向くように構成されている。このとき、その他端は、図７に示す酸化膜形成ガス供給管９１のように、第１電極３０のノズル部７０の真下に向けられていてもよいし、下方数ｃｍの位置に向けられていてもよい。また、図７に示す酸化膜形成ガス供給管９２のように、さらに下方でもよく、処理対象の半導体基板７１の非晶質シリコン薄膜表面の真上へ向けられていてもよい。酸化膜形成ガス供給部３３は、その内部に酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスが蓄えられている。
【００５７】
（酸化膜形成装置３による酸化膜形成方法）
次に、酸化膜形成装置３を用いた液晶表示装置に用いる半導体基板７１の非晶質シリコン薄膜（ａーＳｉ層）の酸化膜形成方法について説明する。
【００５８】
非晶質シリコン薄膜を酸化膜形成装置３により酸化させて酸化膜を形成するに際し、まず、上記実施形態１と同様に、非晶質シリコン薄膜に対して脱水素処理を施す。
【００５９】
次に、脱水素処理を施した非晶質シリコン薄膜を加工ステージ３６に載せる。
【００６０】
次いで、第１電極３０に形成した不図示の冷却水供給口へ冷却水を供給して冷却水排出口から排出させる。
【００６１】
続いて、システム制御部３７から信号を発信することにより、プラズマ生成ガス供給部３２から窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス（プラズマ生成ガス）を放出する。放出されたプラズマ生成ガスは、プラズマ生成ガス供給管３８を通り、プラズマ生成ガス供給口３９から第１電極３０内へ供給される。第１電極３０内へ供給されたプラズマ生成ガスは、下方のノズル部７０へ進む。
【００６２】
次に、システム制御部３７から信号を発信することにより、第１電極３０及び第２電極３１に直流電源３５から例えば１０〜数１００Ｖの直流電圧を印加して、第１電極３０のノズル部７０と第２電極３１の下方の先端との間の放電により、ノズル部７０へ進入したプラズマ生成ガスをプラズマに生成する。このプラズマは、冷却水により冷却したノズル部７０の細孔（ノズル口）から噴出することにより、高温且つ高速のプラズマジェット１０２となる。
【００６３】
プラズマジェット１０２を形成すると同時にシステム制御部３７から信号を発信することにより、酸化膜形成ガス供給部３３から酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスを放出する。放出された酸化膜形成ガスは、酸化膜形成ガス供給管９０を通り、その先端からプラズマジェット１０２へ供給される。プラズマジェット１０２に供給された酸化膜形成ガスは、プラズマジェット１０２と混合されることにより、プラズマジェット１０２の熱及び圧力を伴って加工ステージ３６に載置された処理対象の半導体基板７１の非晶質シリコン薄膜表面に噴射される。そして、その表面を酸化して、膜厚さ例えば１０ｎｍ程度の酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する。このとき、非晶質シリコン薄膜の酸化膜の内側では、プラズマジェット１０２の熱が伝わることにより、多結晶シリコン層（ｐ−Ｓｉ層）が形成される。また、このｐ−Ｓｉ層は、酸化膜で被膜された状態で形成されるために、酸化膜を形成せずにｐ−Ｓｉ層を形成するものと比べて、その表面が平坦で清浄になっている。
【００６４】
この後、上記実施形態１と同様に、加工ステージ３６をＸ方向→Ｙ方向→−Ｘ方向へと繰り返し移動させることにより、非晶質シリコン薄膜の表面すべてに酸化膜を形成し、酸化膜の内側にｐ−Ｓｉ層を形成した後に、加工ステージ３６の移動、直流電源３５からの電流、プラズマ生成ガス供給部３２及び酸化膜形成ガス供給部３３からのガスの供給並びに第１電極３０への冷却水の供給を停止する。
【００６５】
（実施形態４）
（酸化膜形成装置４の構成）
次に、実施形態４として、図８に示すように、チャンバー２００を用いた酸化膜形成装置４を示す。酸化膜形成装置４は、上記実施形態２に係る酸化膜形成装置２と同様な構成のものをチャンバー２００内に備えたものである。ただし、酸化膜形成装置４のプラズマ生成ガス供給部（不図示）は、酸化膜形成ガス供給部（不図示）を兼ねておらず、内部に窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス（プラズマ生成ガス）が蓄えられている。また、酸化膜形成ガス供給部は、チャンバー２００の外部に設けられている。
【００６６】
チャンバー２００は、直方体形状に形成されている。チャンバー２００は、上部に吸気口２０１が、下部に排気口２０２が形成されている。チャンバー２００は、その吸気口２０１に酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスを供給する酸化膜形成ガス供給部が不図示の酸化膜形成ガス供給管を介して接続されている。
【００６７】
（酸化膜形成装置４による酸化膜形成方法）
次に、酸化膜形成装置４を用いた半導体基板の非晶質シリコン薄膜（ａーＳｉ層）の酸化膜形成方法について説明する。非晶質シリコン薄膜を酸化膜形成装置４により酸化させて酸化膜を形成するに際し、まず、実施形態１と同様に、Ｈ2の突沸防止のために非晶質シリコン薄膜に対して脱水素処理として、真空中で、４００〜５８０℃で２時間の加熱処理を施す。
【００６８】
次に、脱水素処理を施した非晶質シリコン薄膜を不図示の加工ステージに載せる。
【００６９】
続いて、不図示の酸化膜形成ガス供給部から酸素、酸素と水素の混合ガス、過酸化水素ガス及び水蒸気等の酸化膜形成ガスをチャンバー２００上部の吸気口を通してチャンバー２００内へ供給する。チャンバー２００に供給された酸化膜形成ガスはチャンバー２００内に蓄えられるが、さらに続いて酸化膜形成ガスが供給されることによりチャンバー２００下部の排気口２０２から酸化膜形成ガスが排気される。これらの吸気及び排気を連続して行うため、チャンバー２００内は常に酸化膜形成ガス雰囲気下に保たれている。
【００７０】
次いで、第１電極４０に形成した不図示の冷却水供給口へ冷却水を供給して冷却水排出口から排出させる。
【００７１】
続いて、システム制御部から信号を発信することにより、プラズマ生成ガス供給部から窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス（プラズマ生成ガス）を放出する。放出されたプラズマ生成ガスは、プラズマ生成ガス供給管を通り、プラズマ生成ガス供給口から第１電極４０内へ供給される。第１電極４０内へ供給されたプラズマ生成ガスは、下方のノズル部４２へ進む。
【００７２】
次に、システム制御部から信号を発信することにより、第１電極４０及び第２電極４１に直流電源から例えば１０〜数１００Ｖの直流電圧を印加して、第１電極４０のノズル部４２と第２電極４１の下方の先端との間の放電により、ノズル部４２へ進入したプラズマ生成ガスをプラズマに生成する。このプラズマは、冷却水により冷却したノズル部４２の細孔（ノズル口）から噴出することにより、高温且つ高速のプラズマジェット１０３となる。
【００７３】
プラズマジェット１０３がノズル部４２のノズル口から噴射されると、チャンバー２００内の酸化膜形成ガスがこのプラズマジェット１０３と混合される。すると、プラズマジェット１０３の熱及び圧力を伴って加工ステージに載置された処理対象の半導体基板４３の非晶質シリコン薄膜表面に酸化膜形成ガスが噴射される。そして、その表面を高温にすることにより酸化して、膜厚さ１０ｎｍ程度の酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する。このとき、非晶質シリコン薄膜の酸化膜の内側では、プラズマジェット１０３の熱が伝わることにより、多結晶シリコン層（ｐ−Ｓｉ層）が形成される。また、このｐ−Ｓｉ層は、酸化膜で被膜された状態で形成されるために、酸化膜を形成せずにｐ−Ｓｉ層を形成するものと比べて、その表面が平坦で清浄になっている。
【００７４】
この後、上記実施形態１と同様に、加工ステージをＸ方向→Ｙ方向→−Ｘ方向へと繰り返し移動させることにより、非晶質シリコン薄膜の表面すべてに酸化膜を形成し、酸化膜の内側にｐ−Ｓｉ層を形成した後に、加工ステージの移動、直流電源からの電流、プラズマ生成ガス供給部及び酸化膜形成ガス供給部からのガスの供給並びに第１電極４０への冷却水の供給を停止する。
【００７５】
尚、上記実施形態１〜４では、電源として直流電源を用いた場合で説明したが、交流電源であってもよい。第１電極が陰極で、第２電極が陽極であってもよい。
【００７６】
また、上記実施形態１〜４では、図９（代表例として実施形態３を示す）のように、半導体基板に対してＹ方向へ酸化膜形成装置１〜４を複数並べて、それぞれ同時にＸ方向へ走査させて酸化膜形成を行ってもよい。
【００７７】
（作用効果）
次に、作用効果について説明する。
【００７８】
以上の構成の酸化膜形成装置１〜４によれば、プラズマジェット噴出用のノズル部４２，５０，６０，７０を有する中空の第１電極１０，２０，３０，４０と、第１電極１０，２０，３０，４０内に第１電極１０，２０，３０，４０から離間して設けられた第２電極１１，２１，３１，４１と、第１電極１０，２０，３０，４０内にプラズマ生成ガスを供給するプラズマ生成ガス供給手段１３，２２，３２とを備え、プラズマ生成ガス供給手段１３，２２，３２から供給されたプラズマ生成ガスを第１電極１０，２０，３０，４０と第２電極１１，２１，３１，４１との間の放電によりプラズマに生成してノズル部からプラズマジェット１００〜１０３として噴出し、プラズマジェット１００〜１０３に酸化膜形成ガスが含まれるように、酸化膜形成ガスを供給する酸化膜形成ガス供給手段１４，２３，３３をさらに備えているため、酸化膜形成ガスが含まれたプラズマジェット１００〜１０３を処理対象の半導体基板等の表面に噴射することにより、半導体基板等の表面を高温（例えば５００〜１３００℃）で且つ短時間に酸化することができる。従って、高温酸化により良質な酸化膜が形成できる一方処理対象の半導体基板等にガラス基板等の低歪点（約６００〜７００℃）の基板を用いた場合でも、ガラス基板の加熱が短時間であるため、ガラスを歪曲させることなく酸化膜を形成できる。
【００７９】
さらに、非晶質シリコン薄膜の表面に形成した酸化膜の内側では、プラズマジェット１００〜１０３の熱が伝わることにより多結晶シリコン層が形成されるが、この多結晶シリコン層は酸化膜で被膜された状態で形成できるため、酸化膜を形成せずに多結晶シリコン層を形成するものと比べて、平坦で清浄な表面を形成することができる。
【００８０】
また、酸化膜形成装置１及び２によれば、酸化膜形成ガス供給手段１４，２３がプラズマ生成ガス供給手段１３，２２から第１電極１０，２０内に供給するプラズマ生成ガスに酸化膜形成ガスが含有されるように構成されているため、プラズマ生成ガス供給手段１３，２２から供給されるプラズマ生成ガスの所定の圧力を利用して第１電極１０，２０内に酸化膜形成ガスを供給することができる。従って、酸化膜形成ガス供給手段１４，２３から特別な圧力で酸化膜形成ガスを送り出さなくてもよいため、酸化膜形成装置の構成の簡略化が可能となる。
【００８１】
さらに、酸化膜形成装置２によれば、プラズマ生成ガス供給手段２２が酸化膜形成ガス供給手段２３を兼ねているため、酸化膜形成装置の構成の簡略化が可能となる。
【００８２】
また、酸化膜形成装置３は、酸化膜形成ガス供給手段１４，２３，３３がノズル部から噴出したプラズマジェット１０２に酸化膜形成ガスを供給するように構成されているため、既存のプラズマジェットを噴出する装置の構成は変えずに、酸化膜形成ガス供給手段３３を取り付けることで酸化膜形成装置を構成することができ、装置の製造コストを抑えることができる。
【００８３】
さらに、上記実施形態１〜４の酸化膜形成方法によれば、プラズマ生成ガスをプラズマに生成してプラズマジェット１００〜１０３として噴出し、プラズマジェット１００〜１０３に酸化膜形成ガスを含有させて膜形成対象の半導体基板４３，５６，６６，７１に吹き付けることにより酸化膜を形成させることを特徴とするため、酸化膜形成ガスが含まれたプラズマジェット１００〜１０３を処理対象の半導体基板等の表面に噴射することにより、半導体基板等の表面を高温（例えば５００〜１３００℃）で且つ短時間に酸化することができる。従って、高温酸化により良質な酸化膜が形成できる一方処理対象の半導体基板等にガラス基板等の低歪点（約６００〜７００℃）の基板を用いた場合でも、ガラス基板の加熱が短時間であるため、ガラスを歪曲させることなく酸化膜を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上説明したように、本発明は、半導体基板等の表面に酸化膜を形成させる酸化膜形成装置及び酸化膜形成方法について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施形態１に係る酸化膜形成装置１の概略図である。
【図２】実施形態１に係る酸化膜形成装置１の第１電極１０及び第２電極１１の概略図である。
【図３】実施形態１〜４に係る酸化膜形成後の半導体基板表面を示す概略図である。
【図４】実施形態１に係る酸化膜形成方法におけるプラズマジェット１００噴射の状態を示す概略図である。
【図５】実施形態２に係る酸化膜形成装置２の概略図である。
【図６】実施形態３に係る酸化膜形成装置３の概略図である。
【図７】実施形態３に係る酸化膜形成方法におけるプラズマジェット１０２噴射の状態を示す概略図である。
【図８】実施形態４に係る酸化膜形成装置４の概略図である。
【図９】複数の酸化膜形成装置３による酸化膜形成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８６】
１，２，３，４  酸化膜形成装置
１０，２０，３０，４０  第１電極
１１，２１，３１，４１  第２電極
１３，２２，３２  プラズマ生成ガス供給部
１４，２３，３３  酸化膜形成ガス供給部
１５，２５，３５  直流電源
４２，５０，６０，７０  ノズル部
【図１】
2006339520.tif 000003
【図２】
2006339520.tif 000004
【図３】
2006339520.tif 000005
【図４】
2006339520.tif 000006
【図５】
2006339520.tif 000007
【図６】
2006339520.tif 000008
【図７】
2006339520.tif 000009
【図８】
2006339520.tif 000010
【図９】
2006339520.tif 000011