(57)【要約】【課題】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、平面状でない基材、より具体的には、軸対称回転体たる基材を均一に処理することができるプラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、コイル３ａ、３ｂ、第１セラミックスブロック４、第２セラミックスブロック５が配置され、チャンバ７は環状である。プラズマＰは、チャンバ７におけるトーチ開口部８において基材２ｂの側面に照射される。基材２ｂは軸対称回転体であり、回転機構７１による回転運動が基材２ｂに伝達され、基材２ｂを対称軸Ｓ周りに回転させながらプラズマ処理を行う。【選択図】図１Ａ
2019160465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲線状のトーチ開口部を備え、前記トーチ開口部以外が誘電体部材に囲まれかつ前記トーチ開口部に連通する環状のチャンバと、
前記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て前記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高周波電源と、
ステージ開口部を備えたステージと、
前記トーチ開口部の長手方向に対して交差する向きに、前記チャンバと前記ステージとを相対的に移動可能とする移動機構と
を備えた誘導結合型プラズマトーチユニットを用いるプラズマ処理装置であって、
軸対称回転体たる基材を、前記ステージとともに前記チャンバに対して相対的に移動できるよう前記ステージ開口部に保持する保持機構と、
前記基材を対称軸に対して回転させる回転機構とを備える、
プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記ステージ開口部でない部分が前記トーチ開口部に最接近している状態において、前記誘導結合型プラズマトーチユニット及び前記ステージを、前記トーチ開口部を含み、かつ、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動の方向に垂直な面で切った断面において、前記トーチ開口部がなす曲線と相似形をなす前記ステージの輪郭を構成する曲線が、前記トーチ開口部がなす曲線と相対するよう配置されている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ステージが、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動の方向に、前記ステージ開口部を複数個有する、
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記回転機構が、前記基材の側面にベルトを接触させることにより、前記ベルトの運動を前記基材に伝達して前記基材を前記対称軸に対して回転させる機構である、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記回転機構が、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動において、前記トーチ開口部に前記ステージ開口部が最接近する位置を含む所定の範囲で、前記基材を前記対称軸に対して回転させるよう構成されている、
請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記ベルトが、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動の方向に延伸されている、
請求項４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記トーチ開口部に前記ステージ開口部が最接近する位置で、前記基材の前記対称軸に対する太さが太い部位ほど、前記基材と前記トーチにおいて前記基材に相対する曲面との距離が狭くなるよう構成されている、
請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
誘導結合型プラズマトーチユニットを用いるプラズマ処理方法であって、
誘電体部材で囲まれた環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、コイルに高周波電力を供給することで、前記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、軸対称回転体たる基材を、対称軸に対して回転させつつ、前記チャンバに連通する曲線状のトーチ開口部に対向させながら基材を処理する、
プラズマ処理方法。
【請求項９】
請求項８のプラズマ処理方法を用いる、
電子デバイスの製造方法。
【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などの、プラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造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）又は太陽電池に広く利用されている。これを安価に形成する方法として、非晶質シリコン膜にレーザー光を照射して結晶化するものがある。レーザープロセスは、イオン注入又はプラズマドーピングによって半導体基板に導入した不純物原子の活性化などにも適用しうる。
【０００３】
しかしながら、このレーザーアニール技術には、被加熱物の光吸収の大小によって到達温度がばらついたり、継ぎ目が発生する、などの課題があり、また、非常に高価な設備を要する。
【０００４】
そこで、基材の近傍に直線状の熱プラズマを発生させ、熱プラズマを一方向にのみ走査することで、被加熱物の光吸収に依存しない加熱が可能で、また、継ぎ目なく、安価に熱処理を行う技術が検討されている（例えば、特許文献１〜３、及び、非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２０６３３号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２０６８４号公報
【特許文献３】国際公開第２０１４／０４５５４７号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Okumura and H. Kawaura、「Elongated Inductively Coupled Thermal Plasma Torch Operable at Atmospheric Pressure」、Ｊｐｎ．  Ｊ．Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．vol.５２（２０１３）０５ＥＥ０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、従来例に示した特許文献１〜３及び非特許文献１に記載の直線状の熱プラズマを発生させる技術では、平面状でない基材を処理することが極めて困難であるという問題点があった。
【０００８】
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、平面状でない基材、より具体的には、軸対称回転体たる基材を均一に処理することができる、プラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造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】
【０００９】
本発明の１つの態様のプラズマ処理装置は、
曲線状のトーチ開口部を備え、前記トーチ開口部以外が誘電体部材に囲まれかつ前記トーチ開口部に連通する環状のチャンバと、
前記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て前記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高周波電源と、
ステージ開口部を備えたステージと、
前記トーチ開口部の長手方向に対して交差する向きに、前記チャンバと前記ステージとを相対的に移動可能とする移動機構と
を備えた誘導結合型プラズマトーチユニットを用いるプラズマ処理装置であって、
軸対称回転体たる基材を、前記ステージとともに前記チャンバに対して相対的に移動できるよう前記ステージ開口部に保持する保持機構と、
前記基材を対称軸に対して回転させる回転機構とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の前記態様によれば、基材を対称軸に対して回転させながら処理するため、誘導結合型プラズマトーチユニットと基材との距離が時間的に変化することなく保たれ、また、基材の回転方向に一定の速度で基材の側面がプラズマ処理される。その結果、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、平面状でない基材、より具体的には、軸対称回転体たる基材を均一にプラズマ処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】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切断部端面図
【図１Ｂ】図１Ａの点線１Ｂ−１Ｂで切った断面図
【図１Ｃ】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切断部端面図
【図１Ｄ】図１Ｃの点線１Ｄ−１Ｄで切った断面図
【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平面図
【図３】図１Ａ〜Ｃの本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図
【図４】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５】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６】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７】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８】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９】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１０Ａ】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１０Ｂ】図１０Ａの点線１０Ｂ−１０Ｂで切った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置及び方法について図面を用いて説明する。
【００１３】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１４】
本発明の第１の態様のプラズマ処理装置は、
曲線状のトーチ開口部を備え、前記トーチ開口部以外が誘電体部材に囲まれかつ前記トーチ開口部に連通する環状のチャンバと、
前記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て前記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高周波電源と、
ステージ開口部を備えたステージと、
前記トーチ開口部の長手方向に対して交差する向きに、前記チャンバと前記ステージとを相対的に移動可能とする移動機構と
を備えた誘導結合型プラズマトーチユニットを用いるプラズマ処理装置であって、
軸対称回転体たる基材を、前記ステージとともに前記チャンバに対して相対的に移動できるよう前記ステージ開口部に保持する保持機構と、
前記基材を対称軸に対して回転させる回転機構とを備える、
プラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
このような構成により、基材を対称軸に対して回転させながら処理するため、誘導結合型プラズマトーチユニットと基材との距離が時間的に変化することなく保たれ、また、基材の回転方向に一定の速度で基材の側面がプラズマ処理される。その結果、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、平面状でない基材、より具体的には、軸対称回転体たる基材を均一にプラズマ処理することができる。
【００１６】
本発明の第２の態様のプラズマ処理装置は、第１の態様において、
前記ステージ開口部でない部分が前記トーチ開口部に最接近している状態において、前記誘導結合型プラズマトーチユニット及び前記ステージを、前記トーチ開口部を含み、かつ、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動の方向に垂直な面で切った断面において、前記トーチ開口部がなす曲線と相似形をなす前記ステージの輪郭を構成する曲線が、前記トーチ開口部がなす曲線と相対するよう配置されている。
【００１７】
このような構成により、前記チャンバと前記ステージとを相対的に移動する際に、前記誘導結合型プラズマトーチユニットと前記ステージとの距離が変化することなく保たれるため、安定した処理が実現できる。
【００１８】
本発明の第３の態様のプラズマ処理装置は、第１又は２の態様において、
前記ステージが、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動の方向に、前記ステージ開口部を複数個有する。
【００１９】
このような構成により、生産性に優れたプラズマ処理を実現できる。
【００２０】
本発明の第４の態様のプラズマ処理装置は、第１〜３のいずれか１つの態様において、
前記回転機構が、前記基材の側面にベルトを接触させることにより、前記ベルトの運動を前記基材に伝達して前記基材を前記対称軸に対して回転させる機構である。
【００２１】
このような構成により、簡単な構成のプラズマ処理装置を実現できる。
【００２２】
本発明の第５の態様のプラズマ処理装置は、第１〜４のいずれか１つの態様において、
前記回転機構が、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動において、前記トーチ開口部に前記ステージ開口部が最接近する位置を含む所定の範囲で、前記基材を前記対称軸に対して回転させるよう構成されている。
【００２３】
このような構成により、より均一なプラズマ処理を実現できる。
【００２４】
本発明の第６の態様のプラズマ処理装置は、第４の態様において、
前記ベルトが、前記チャンバと前記ステージとの相対的な移動の方向に延伸されている。
【００２５】
このような構成により、簡単な構成で第４態様のプラズマ処理装置を実現できる。
【００２６】
本発明の第７の態様のプラズマ処理装置は、第１〜６のいずれか１つの態様において、
前記トーチ開口部に前記ステージ開口部が最接近する位置で、前記基材の対称軸に対する太さが太い部位ほど、前記基材と前記トーチにおいて前記基材に相対する曲面との距離が狭くなるよう構成されている。
【００２７】
このような構成により、より均一なプラズマ処理を実現できる。
【００２８】
本発明の第８の態様のプラズマ処理方法は、
誘導結合型プラズマトーチユニットを用いるプラズマ処理方法であって、
誘電体部材で囲まれた環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、コイルに高周波電力を供給することで、前記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、軸対称回転体たる基材を、対称軸に対して回転させつつ、前記チャンバに連通する曲線状のトーチ開口部に対向させながら基材を処理する。
【００２９】
このような構成により、第１の態様と同様な作用効果を奏することができて、軸対称回転体たる基材を均一に処理することができる。
【００３０】
本発明の第９の態様の電子デバイスの製造方法は、
本発明の第８態様のプラズマ処理方法を用いること
を特徴とする。
【００３１】
このような構成により、第１の態様と同様な作用効果を奏することができて、軸対称回転体たる基材を均一に処理することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置及び方法について図面を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１Ａ〜図４を参照して説明する。
【００３４】
図１Ａ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切断部端面図である。プラズマ処理装置の誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、チャンバ７と、コイル３ａ、３ｂと、高周波電源６と、ステージ１と、移動機構７０と、回転機構７１とを備えている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、１本の曲線状の（すなわち湾曲した）トーチ開口部８の両端部８ａ及び８ｂを結ぶ直線がなす方向（すなわち、長手方向。例えば図１Ｂの左右方向を参照のこと。）に対して上下方向に沿った垂直で、かつ、図１Ｂの点線１Ａ−１Ａを通る面で切った切断部端面図が図１Ａである。
【００３５】
図１Ｂは、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、トーチ開口部８の両端部８ａ及び８ｂを結ぶ直線がなす方向（すなわち、長手方向。例えば図１Ｂの左右方向を参照のこと。）に平行で、かつ、図１Ａの点線１Ｂ−１Ｂを通る面で切った断面図である。
【００３６】
図１Ｃは、図１Ａ〜図１Ｂで示したものと異なるタイミングにおけるプラズマ処理装置の構成を示す切断部端面図である。プラズマ処理装置の誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、１本の曲線状のトーチ開口部８の両端部８ａ及び８ｂを結ぶ直線がなす方向（長手方向）に対して上下方向に沿った垂直で、かつ、図１Ｄの点線１Ｃ−１Ｃを通る面で切った切断部端面図である。
【００３７】
図１Ｄは、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、トーチ開口部８の両端部８ａ及び８ｂを結ぶ直線がなす方向に平行で、かつ、図１Ｃの点線１Ｄ−１Ｄを通る面で切った断面図である。
【００３８】
図２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平面図であり、図１Ａ〜図１Ｂの上方から下方を見た図である。
【００３９】
図３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。
【００４０】
図４は、プラズマ処理装置の構成を示す斜視図である。ただし、基材２を保持していない状態の誘導結合型プラズマトーチユニットＴとステージ１との配置関係を示している。
【００４１】
また、図１Ａ〜図１Ｂは、ステージ開口部１２がトーチ開口部８に最接近している状態における構成を示す。図１Ｃ〜図１Ｄは、ステージ１のステージ開口部１２でない部分１ａがトーチ開口部８に最接近している状態における構成を示す。
【００４２】
図１Ａなどにおいて、ステージ１には、曲線状でスリット状のステージ開口部１２が少なくとも１個、一例として図１Ａでは３個設けられている。ステージ開口部１２の近傍に、例えば円形縦断面の、対称軸Ｓ回りに軸対称回転体たる基材２、具体的には、基材２ａ、２ｂ、２ｃの軸方向の両端が、保持機構の一例としての基材ホルダ１６によってそれぞれ保持される。
【００４３】
誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、コイル３ａ、３ｂは、一例として、導体製の中空管で構成され、誘電体部材の一例として誘電体製の第１セラミックスブロック４及び第２セラミックスブロック５の近傍に配置される。コイル３ａ、３ｂは、断面が円形の銅管を、断面が直方体の銅ブロックに接着したものである。コイル３ａ、３ｂ内の銅管の内部は冷媒流路となっている。すなわち、水などの冷媒を流すことで、冷却が可能である。また、その外側に接着された銅ブロックは、接着剤（図示しない）によって第１セラミックスブロック４または第２セラミックスブロック５に接着されている。
【００４４】
ステージ１（或いは、ステージ１に保持された基材２ｂ）は、図１Ｂのように長手方向沿いから見たとき曲線状のトーチ開口部８と対向して配置されている。
【００４５】
また、それぞれ誘電体である第１セラミックスブロック４及び第２セラミックスブロック５と、ステージ１または基材２ｂとによって囲まれた空間により、誘電体４，５で囲まれた長尺のチャンバ７が画定される。チャンバ７は、ステージ１が全体としてなす平面に垂直な面に沿って設けられている。また、コイル３ａ，３ｂの中心軸は、ステージ１に平行で、かつ、チャンバ７を含む平面に垂直な向きになるよう構成される。コイル３ａ及び３ｂは、第１セラミックスブロック４の外側及び第２セラミックスブロック５の外側に各一つずつ配置され、かつ、電気的に並列に接続されている。この結果、後述する高周波電源６から高周波電力をコイル３ａ及び３ｂに印加した際に、チャンバ７に発生させる高周波電磁界の向きが互いに等しくなるようになっている。
【００４６】
チャンバ７は、第１セラミックスブロック４の一つの平面と、第２セラミックスブロック５に設けた溝とに囲まれている。また、これら誘電体部材としての２つの誘電体ブロック４，５は貼り合わされている。つまり、チャンバ７は、トーチ開口部８以外が誘電体４，５で囲まれている構成である。また、チャンバ７は環状である。ここでいう環状とは、一続きの閉じたヒモ状をなす形状を意味し、円形に限定されるものではない。
【００４７】
本実施の形態１においては、長方形（上側の長辺をなす直線部７ａと、下側の長辺をなす曲線部７ｂと、それらの両端に２つの短辺をなす直線部７ｃ，７ｄが連結されてなる、一続きの閉じたヒモ状の形状）のチャンバ７を例示している。チャンバ７に発生したプラズマＰは、チャンバ７下側の長辺をなす曲線部７ｂにおける長尺で曲線状であるスリット状のトーチ開口部８において、最接近した基材２の表面に接触する。また、チャンバ７の長手方向とトーチ開口部８の長手方向（トーチ開口部８の両端部８ａ及び８ｂを結ぶ直線がなす方向）とは、平行に配置されている。
【００４８】
第２セラミックスブロック５の内部には、ガスマニホールド９が設けられている。ガスマニホールド９の内部には、空間の代わりに、多孔質セラミックス材をはめ込んでもよい。ガス供給装置５０からガス供給配管１０よりガスマニホールド９に供給されたプラズマ処理用ガスは、第２セラミックスブロック５に設けられたガス導入部としてのガス供給穴１１（貫通穴）を介して、チャンバ７に導入される。ガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、その上流に流量制御装置としてのマスフローコントローラ（図示しない）を備えることにより制御される。また、ガスマニホールド９内を多孔質セラミックス材で構成すると、ガス流れの均一化が実現できるとともに、ガスマニホールド９近傍での異常放電を防止することができる。ガス供給穴１１は、長尺のスリットであるが、丸い穴状のものを長手方向に複数設けたものであってもよい。
【００４９】
プラズマ処理用ガスとしては、Ａｒ、又は、Ａｒと水素との混合ガスが例示できる。
【００５０】
プラズマ処理条件は、一例として、ガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ（すなわち、０．０１６９〜１．６９Ｐａ・ｍ３＼ｓ）、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る。これらの条件のうち、ガス流量及び電力は、一例として、開口部８の長さを１００ｍｍとしたときの値である。ガス流量又は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。
【００５１】
図１Ｃ〜図１Ｄから明らかなように、ステージ１のステージ開口部１２でない部分１ａのうち、誘導結合型プラズマトーチユニットＴが通過する領域１ｂにおいて、ステージ１を、チャンバ７とステージ１との相対的な移動の方向に垂直な面で切った断面において、ステージ１の上面の輪郭を構成する曲線が、トーチ開口部８がなす曲線と相似形をなしている。したがって、ステージ１のステージ開口部１２でない部分１ａのうち、誘導結合型プラズマトーチユニットＴが通過する領域１ｂがトーチ開口部８に最接近している状態において、誘導結合型プラズマトーチユニットＴ及びステージ１を、トーチ開口部８を含み、かつ、チャンバ７とステージ１との相対的な移動の方向に垂直な面で切った断面においては、ステージ１の輪郭を構成する曲線が、トーチ開口部８がなす曲線と相対するよう配置されることとなる。
【００５２】
このことにより、チャンバ７とステージ１とを相対的に移動する際に、誘導結合型プラズマトーチユニットＴとステージ１との距離が変化することなく保たれ、チャンバ７の形状がほぼ一定に保たれるため、安定したプラズマ処理が実現できる。
【００５３】
チャンバ７内にアルゴンなどのガスを供給しつつ、トーチ開口部８からステージ１または基材２、２ａ、２ｂ、２ｃに向けてガスを噴出させながら、高周波電源６よりコイル３ａ、３ｂに高周波電力を供給することにより、チャンバ７にプラズマＰを発生させ、トーチ開口部８からプラズマＰを基材２、２ａ、２ｂ、２ｃに照射することにより、基材２、２ａ、２ｂ、２ｃをプラズマ処理することができる。トーチ開口部８の長手方向に対して交差する向き、例えば垂直な向きに、移動機構の例としてのリニアスライダ７０によりチャンバ７とステージ１とを相対的に移動させることで、基材２、２ａ、２ｂ、２ｃを処理する。ここでは、リニアスライダ７０により、固定されている誘導結合型プラズマトーチユニットＴ及び回転機構７１に対して、図１Ａ、図１Ｃの右から左の方向へステージ１を直線的に動かして、基材２ａ、２ｂ、２ｃの順に基材２を処理する。
【００５４】
基材２、２ａ、２ｂ、２ｃは全て同一の形状を持つ軸対称回転体である。図１Ｂにおいて、基材２ｂの対称軸Ｓと同軸に設けられた凹部２ｇに、基材ホルダ１６に設けられた円柱型の凸部１６ａを回転自在に挿入している。また、基材ホルダ１６に設けられた庇部１６ｂを、ステージ１に設けられた座グリ部１ｇに載せる。このように構成することにより、基材２ｂをステージ１に保持しつつ、基材２ｂが対称軸Ｓに対して回転自在となっている。
【００５５】
一例としての回転機構７１は、従動プーリ１３と駆動プーリ１４とにベルト１５が掛けられている。駆動プーリ１４は、モータなどの回転動力源７１ｍに接続されている。図１Ａにおける駆動プーリ１４の例えば時計方向（すなわち矢印方向を参照）の回転によって、ベルト１５が矢印の向きに動く。基材２ｂの側面２ｓがベルト１５に接触することにより、ベルト１５の運動が基材２ｂに伝達され、基材２ｂが対称軸Ｓに対して矢印の方向に回転する。また、ベルト１５は、チャンバ７とステージ１との相対的な移動の方向に延伸されている。つまり、回転機構７１が、チャンバ７とステージ１との相対的な移動において、トーチ開口部８にステージ開口部１２が最接近する位置を含む所定の範囲で、基材２ｂを対称軸Ｓに対して回転させるよう構成されている。ベルト１５は、基材２ｂの中央付近に接触しているが、このような構成により、安定した回転が実現できる。一例として、回転機構７１は、図示しない支持部材により、誘導結合型プラズマトーチユニットＴに支持されているが、誘導結合型プラズマトーチユニットＴとは別に固定されていてもよい。
【００５６】
回転機構７１により基材２ｂが回転すると、基材２ｂの表面は、チャンバ７の最下部、あるいは、トーチ開口部８に対して相対的に移動する。プラズマＰを同じ状態に保ち、回転速度を一定にすることで、トーチ開口部８に対向させながら基材２ｂの側面を均一に処理することができる。
【００５７】
なお、高周波電源６とリニアスライダ７０と回転機構７１とガス供給装置５０とは、制御装置６０により駆動制御することができる。
【００５８】
具体的な動作手順としては、以下の通りである。
【００５９】
まず、図１Ａよりもステージ１が右に位置している状態で、かつ、基材２ａよりも左側でステージ開口部１２でない部分１ｂにおいてステージ１がトーチ開口部８に最接近している状態において、高周波電源６よりコイル３ａ、３ｂに高周波電力を供給して、チャンバ７にプラズマＰを発生させる。このとき、制御装置６０で、リニアスライダ７０により、ステージ１を右から左の方向に移動させながらプラズマＰを発生させてもよい。駆動プーリ１４の回転は予め開始しておき、一定速度で回転させておく。そして、リニアスライダ７０により、ステージ１を右から左の方向に移動させていくとき、基材２ａがベルト１５に接近し、基材２ａがベルト１５に接触すると、ベルト１５と共に基材２ａが回転し始め、基材２ａがすぐに一定の回転速度に達する。
【００６０】
次いで、基材２ａがトーチ開口部８に最接近する位置で、リニアスライダ７０によるステージ１の移動を停止する。ここで、基材２ａがトーチ開口部８に最接近する位置は、例えば、基材２が所定ピッチ毎に配置されている場合、リニアスライダ７０により所定ピッチだけステージ１を相対的に移動させて停止することにより、当該位置でステージ１の移動を停止することができる。停止したのち、基材２ａが一回転したところで、リニアスライダ７０によりステージ１を再び右から左の方向へ移動させて、次の基材２ｂに向かう。このようにして、基材２ａの表面を均一にプラズマ処理することができる。ここで、基材２ａが一回転の検出は、回転機構７１で所定時間だけ基材２を回転させることにより行うことができる。時間制御の代わりに、モータ７１ｍにエンコーダを配置し、駆動プーリ１４の回転量から基材２ａが一回転の検出を行うようにしてもよい。
【００６１】
次いで、基材２ｂが、ベルト１５に接触して回転し始め、すぐに一定の回転速度に達する。
【００６２】
次いで、基材２ｂがトーチ開口部８に最接近する位置で、リニアスライダ７０によるステージ１の移動を停止する。停止したのち、基材２ｂが一回転したところで、リニアスライダ７０によりステージ１を再び右から左の方向へ移動させて、次の基材２ｃに向かう。このようにして、基材２ｃについても、同様にしてプラズマ処理を行う。
【００６３】
仮に、基材２ａがトーチ開口部８に最接近する位置でステージ１の移動を停止し、その後、基材２ａの回転を開始する手順で動作させたとすると、回転初期の加速中の期間、基材２ａの側面は長時間プラズマＰに曝露されてしまい、均一性が悪化する。同様に、仮に、基材２ａが一回転した後、基材２ａの回転を停止し、次いでステージ１の移動を開始する手順で動作させたときの減速の期間についても同様である。
【００６４】
なお、図２に示すように、ステージ１は、複数のステージ開口部１２を備えており、次々に基材２の処理を行うことができるので、生産性に優れたプラズマ処理を実現できる。
【００６５】
このように、本実施の形態１によれば、基材２、２ａ、２ｂ、２ｃをそれぞれの対称軸Ｓに対して回転させながらプラズマ処理するため、誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材２、２ａ、２ｂ、２ｃとの距離が時間的に変化することなく保たれ、また、基材２、２ａ、２ｂ、２ｃの回転方向に一定の速度で基材２、２ａ、２ｂ、２ｃの側面が処理される。その結果、基材２、２ａ、２ｂ、２ｃ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、平面状でない基材２、２ａ、２ｂ、２ｃ、より具体的には、軸対称回転体たる基材２、２ａ、２ｂ、２ｃを、均一にプラズマ処理することができる。
【００６６】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図５を参照して説明する。なお、図５以降の図においては、回転機構７１等のうち、特に説明を必要としない部分は、図示を省略している。
【００６７】
図５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、図１Ａの点線１Ｂ−１Ｂで切った断面図であり、トーチ開口部８の近傍の拡大図である。
【００６８】
実施の形態１においては、トーチ開口部８にステージ開口部１２が最接近する位置で、対称軸Ｓに対する基材２ｂの太さに関わらず、基材２ｂと、誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおける基材２ｂに相対する曲面との距離は、ほぼ一定である。よって、トーチ開口部８にステージ開口部１２が最接近する位置で、対称軸Ｓに対する基材２ｂの太さが太い部位ほど、トーチ開口部８に対する基材２ｂの側面の移動速度は大きくなるため、細い部分に比べてプラズマ処理が弱くなってしまう。
【００６９】
そこで、実施の形態２においては、図５に示すように、トーチ開口部８にステージ開口部１２が最接近する位置で、対称軸Ｓに対する基材２ｂの太さが太い部位２１ほど、基材２ｂと、誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおける基材２ｂに相対する曲面との距離Ｄ１が狭くなる構成としている。一般に、距離が狭いほど単位時間あたりのプラズマ処理の強度が強くなるので、移動速度の増大によるプラズマ処理の強度低下を補うことができる。
【００７０】
このように、本実施の形態２によれば、トーチ開口部８にステージ開口部１２が最接近する位置で、対称軸Ｓに対する基材２ｂの太さが太い部位２１ほど、基材２ｂと、誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおける基材２ｂに相対する曲面との距離Ｄ１が狭くなるよう構成されているため、より均一なプラズマ処理を実現できる。
【００７１】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について、図６を参照して説明する。
【００７２】
図６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、図１Ｂに相当する。
【００７３】
図６において、ベルト１５は、基材２ｂの一方の端部付近の外周面に接触している。
【００７４】
このような構成は、基材２ｂの中心付近にはベルト１５が接触せず、基材２ｂの中心付近をプラズマ処理したい場合に有効である。
【００７５】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４について、図７を参照して説明する。
【００７６】
図７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、図１Ｂに相当する。
【００７７】
図７において、ベルト１５は、基材２ｂの端部付近でかつ基材２ｂが円柱形である部分２ｈに接触している。本実施の形態４のように、基材２ｂの端部２ｈが円柱形である場合は、基材２ｂの側面にベルト１５が接触する際に歪まない。
【００７８】
したがって、このような構成は、基材２ｂの一部２ｈが円柱形である場合に有効である。
【００７９】
（実施の形態５）
以下、本発明の実施の形態５について、図８を参照して説明する。
【００８０】
図８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１Ｂに相当する。
【００８１】
図８において、回転機構７１を２組備え、２つのベルト１５は、基材２ｂの両端部付近でかつ基材２ｂが円柱形である部分２ｈの２ヶ所に接触している。
【００８２】
このような構成では、基材２ｂの回転運動がより安定するという利点がある。
【００８３】
（実施の形態６）
以下、本発明の実施の形態６について、図９を参照して説明する。
【００８４】
図９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、図１Ｂに相当する。
【００８５】
図９において、基材２ｂの一端部（例えば図９の右端部）では、実施の形態１と同様に、基材２ｂの対称軸Ｓと同軸に設けられた凹部２ｇに、基材ホルダ１６に設けられた円柱型の凸部１６ａが回転自在に挿入される。基材２ｂの他端部（例えば図９の左端部）では、実施の形態１とは異なり、基材２ｂの対称軸Ｓと同軸に設けられた凹部２ｇに、両端に円柱型の凸部１７ａを設けた回転体１７の一方の凸部１７ａが回転自在に挿入される。回転体１７の凸部１７ａの円柱の一部の縦断面形状がＤ形にカットされるとともに、基材２ｂの凹部２ｇも縦断面形状をＤカットしておくことで、回転体１７の凸部１７ａと基材２ｂの凹部２ｇとが噛み合い、回転体１７が自在に回転することによって、基材２ｂが対称軸Ｓを中心に自在に回転する。回転体１７の他方の凸部１７ａが、回転体ホルダ１８の凹部１８ａに回転自在に挿入され、基材ホルダ１６及び回転体ホルダ１８に設けられた庇部１８ｂをステージ１に設けられた座グリ部１ｇにそれぞれ載せることにより、基材２ｂをステージ１に保持しつつ、基材２ｂが対称軸Ｓに対して回転自在となっている。ベルト１５は、回転体１７の側面に接触し、これにより、ベルト１５の運動が回転体１７を介して基材２ｂに伝達され、基材２ｂが対称軸Ｓに対して回転する。
【００８６】
このような構成により、ベルト１５が基材２ｂの側面に触れることなく、基材２ｂの側面全体をプラズマ処理することができる。
【００８７】
（実施の形態７）
以下、本発明の実施の形態７について、図１０Ａ〜図１０Ｂを参照して説明する。
【００８８】
図１０Ａ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、図１Ｂに相当する。また、図１０Ｂは、図１０Ａの点線１０Ｂ−１０Ｂで切った断面図である。
【００８９】
図１０Ａ〜図１０Ｂにおいて、基材２ｂの一端部（例えば図１０Ａの右端部）では、実施の形態１と同様に、基材２ｂの対称軸Ｓと同軸に設けられた凹部２ｇに、基材ホルダ１６に設けられた円柱型の凸部１６ａが回転自在に挿入される。基材２ｂの他端部（例えば図１０Ａの左端部）では、実施の形態１とは異なり、基材２ｂの対称軸Ｓと同軸に設けられた凹部２ｇに、両端に円柱型の凸部２７ａを設けた回転体２７の一方の凸部１７ａが回転自在に挿入される。回転体２７の凸部２７ａの円柱の一部の縦断面形状がＤ形にカットされるとともに、基材２ｂの凹部２ｇも縦断面形状をＤカットしておくことで、回転体２７の凸部２７ａと基材２ｂの凹部２ｇとが噛み合い、回転体２７が自在に回転することによって、基材２ｂが対称軸Ｓを中心に自在に回転する。回転体２７の他方の凸部２７ａが、回転体ホルダ１８の凹部１８ａに回転自在に挿入され、基材ホルダ１６及び回転体ホルダ１８に設けられた庇部１８ｂをステージ１に設けられた座グリ部１ｇにそれぞれ載せることにより、基材２ｂをステージ１に保持しつつ、基材２ｂが対称軸Ｓに対して回転自在となっている。
【００９０】
本実施の形態７においては、ベルト１５の代わりにチェーン１９が駆動媒体として用いられており、チェーン１９が回転体２７の一部に設けられた歯車部２７ｃに噛み合うことで、チェーン１９の運動が回転体２７に伝達される。駆動歯車２０がモータ７１ｍなどの回転動力源により回転し、従動歯車２２との間でチェーン１９の運動を生じて、歯車部２７ｃを回転させる。回転体２７に設けた歯車部２７ｃとチェーン１９とは、誘導結合型プラズマトーチユニットＴよりも、プラズマ処理領域よりも外側に位置するよう配置される。
【００９１】
また、実施の形態１〜６では、一例として、従動プーリ１３と、駆動プーリ１４と、ベルト１５とで構成される回転機構７１は、ステージ１が図１Ａの右から左方向へ移動する際には移動せず、誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対して位置が固定されているが、本実施の形態７においては、駆動歯車２０と、従動歯車２２と、チェーン１９とで構成される回転機構７１Ｂは、ステージ１の移動とともに一緒に移動する。つまり、ステージ１に対して回転機構７１Ｂの位置が固定される構成となっている。
【００９２】
このような構成では、ベルト１５を使用する場合に比べて、より確実に基材２ｂを回転させることができる。
【００９３】
前記実施の形態１〜７によれば、基材２を対称軸Ｓに対して回転させながら処理するため、誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材２との距離が時間的に変化することなく保たれ、また、基材２の回転方向に一定の速度で基材２の側面がプラズマ処理される。その結果、基材２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、平面状でない基材、より具体的には、軸対称回転体たる基材２を均一にプラズマ処理することができる。
【００９４】
以上、実施の形態１〜７で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。
【００９５】
例えば、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを、移動機構により、固定されたステージ１に対して走査してもよいし、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、ステージ１をステージ移動機構７０で走査してもよい。
【００９６】
また、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、種々のアニール処理、種々の電子デバイスのリフロー、又は、種々の材料の焼結・焼成など、様々な表面処理に適用できる。
【００９７】
また、この明細書においては、簡単に理解しやすくするため「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と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、又は、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。誘導結合型プラズマトーチにおいては、弱い放電と強い放電との２つのモードが存在しうるが、本発明は、強い放電を効果的に利用するためのものであるということもできる。
【００９８】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明の前記態様にかかるプラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法は、軸対称回転体たる基材を均一に処理するに際して、短時間の加熱及び高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる上に、様々な電子デバイスの製造に利用可能で、例えば、ＴＦＴ用半導体膜の結晶化又は太陽電池用半導体膜の改質に適用可能である。勿論、本発明の前記態様は、種々のアニール処理、種々の電子デバイスのリフロー、又は、種々の材料の焼結・焼成など、様々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、短時間の加熱及び高速な処理が可能で、かつ、プラズマを安定的に利用することができる上に、平面状でない基材、より具体的には、軸対称回転体たる基材を均一に処理することができる有用な発明である。
【０１００】
また、本発明の前記態様にかかる電子デバイスの製造方法は、種々の電子デバイスなどの製造における、加熱又は焼結又は焼成又はエッチング又は成膜又はドーピング又は表面改質などの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効率良く処理する上で有用な発明である。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・ステージ
１ａ・・・ステージのステージ開口部でない部分
１ｂ・・・ステージのステージ開口部でない部分でかつ誘導結合型プラズマトーチユニットが通過する領域
１ｇ・・・座グリ部
２、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・基材
２ｇ・・・凹部
２ｈ・・・基材の端部付近でかつ円柱形である部分
２ｓ・・・基材の側面
３ａ、３ｂ・・・コイル
４・・・第１セラミックスブロック
５・・・第２セラミックスブロック
６・・・高周波電源
７・・・チャンバ
８・・・トーチ開口部
９・・・ガスマニホールド
１０・・・ガス供給配管
１１・・・ガス供給穴
１２・・・ステージ開口部
１３・・・従動プーリ
１４・・・駆動プーリ
１５・・・ベルト
１６・・・基材ホルダ
１６ａ・・・凸部
１６ｂ・・・庇部
１７・・・回転体
１７ａ・・・凸部
１８・・・回転体ホルダ
１８ａ・・・凹部
１８ｂ・・・庇部
１９・・・チェーン
２０・・・駆動歯車
２１・・・トーチ開口部にステージ開口部が最接近する位置で、対称軸に対する基材の太さが太い部位
２２・・・従動歯車
２７・・・回転体
２７ａ・・・凸部
２７ｂ・・・凸部
２７ｃ・・・歯車部
５０・・・ガス供給装置
６０・・・制御装置
７０・・・リニアスライダ
７１、７１Ｂ・・・回転機構
７１ｍ・・・回転動力源
Ｐ・・・プラズマ
Ｓ・・・対称軸
Ｔ・・・誘導結合型プラズマトーチユニット
【図１Ａ】
2019160465.tif 000003
【図１Ｂ】
2019160465.tif 000004
【図１Ｃ】
2019160465.tif 000005
【図１Ｄ】
2019160465.tif 000006
【図２】
2019160465.tif 000007
【図３】
2019160465.tif 000008
【図４】
2019160465.tif 000009
【図５】
2019160465.tif 000010
【図６】
2019160465.tif 000011
【図７】
2019160465.tif 000012
【図８】
2019160465.tif 000013
【図９】
2019160465.tif 000014
【図１０Ａ】
2019160465.tif 000015
【図１０Ｂ】
2019160465.tif 000016