(57)【要約】【課題】複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対向して、薄膜２が形成された基材１が配置される。コイル３が、第一セラミックスブロック４及び第二セラミックスブロック５の近傍に配置される。基材１を左から右へ向けて走査して１回目の熱処理を行った後、基材１を回転させ、次いで、基材１を右から左へ向けて走査して２回目の熱処理を行うことで、局所的に到達温度が高くなってしまう位置を分散させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、前記チャンバに連通するスリット状の開口部を備えた誘導結合型プラズマトーチと、
前記開口部と対向して基材を保持する基材載置台とを備え、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材とを相対的に移動可能とする移動機構と、
基材が前記チャンバと離れた位置において基材を回転させる基材回転機構と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記チャンバは、基材載置台がなす平面に対して垂直に配置されている、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
基材を基材載置台から分離する基材分離機構を備えた、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
基材回転機構及び基材分離機構において基材を保持する保持機構が同一である、請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
基材載置台は、基材を地面に対して垂直に保持するよう構成されている、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
チャンバ内にガスを供給しつつ、
前記チャンバに連通する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、
チャンバの近傍にコイルが配置された状態で、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、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材とを相対的に移動させて前記基材の表面を熱処理する、誘導結合型プラズマトーチを用いたプラズマ処理方法であって、
前記熱処理は連続して複数回行い、かつ、複数回の熱処理の間のタイミングにおいて、基材が前記チャンバと離れた位置において基材を回転させること、
を特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導結合型プラズマトーチを用いて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プラズマ処理などの、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。これを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、イオン注入や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、長尺の熱プラズマを発生させ、一方向にのみ走査することで、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）。
【０００５】
また、フラッシュランプを用いて、面を一括で熱処理する技術も検討されており、予備的に基材を加熱することで、熱衝撃等による基材の破壊を防ぐよう工夫されている（例えば、特許文献４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】特開２０１３−１２０６８５号公報
【特許文献４】特開２００８−２８０８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｔ．Ｏｋｕｍｕｒａ  ａｎｄ  Ｈ．Ｋａｗａｕｒａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５２（２０１３）０５ＥＥ０１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本件発明者らによる、特許文献１〜３、及び、非特許文献１記載の環状のチャンバを用いる方法と、特許文献４記載のホットプレートを用いた予備加熱を組合わせると、基材の温度が上がりにくいという問題点があった。フラッシュランプのエネルギー密度と比較すると、プラズマトーチのエネルギー密度は低く、基材がホットプレートに接触している構成では、被加熱物の熱容量が大きいため、プラズマトーチでは基材の温度が上がりにくくなってしまう。
【０００９】
被加熱物の熱容量を小さくするには、基材を周辺のみで支持し、大部分を非接触とすることが必要である。非接触で予備加熱する方法としては、例えば赤外線ランプなどを基材に照射する方法が考えられるが、基材をプラズマトーチに対して走査する場合、ランプと基材を一体で走査させる必要があり、装置構成が極めて複雑化する。
【００１０】
トーチを走査する場合は、高周波系、ガス系、冷媒系をともに走査する必要があるので、装置構成が極めて複雑化する。比較的簡単な構成でランプによる予備加熱を行うには、静止したランプで基材を予備加熱し、基材のみを走査してプラズマトーチで熱処理するのが好ましい。しかし、プラズマトーチの他にランプを準備する必要がある点、プラズマトーチ自体で予備加熱する構成に比べると、装置構成は複雑である。
【００１１】
プラズマトーチ自体で予備加熱する方法としては、複数回に渡って基材を走査してプラズマトーチを照射することが考えられる。走査するごとに、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材間の距離を近づける、などの変化を与えることで、徐々に到達温度を上げることができる。
【００１２】
しかしながら、長尺の長手方向（走査方向と垂直な向き）に温度ムラ（不均一）があると、複数回の走査によって温度ムラが強調され、本加熱（最高温度に達するための走査）での温度ムラが大きくなってしまうという問題点がある。
【００１３】
なぜなら、長尺の長手方向の温度ムラの主原因は、プラズマトーチの開口部における、基材と対向する面の凹凸であると考えられるためである。つまり、プラズマトーチの開口部における、基材と対向する面と基材との距離が近いほど、基材の到達温度が高くなってしまうためである。
【００１４】
また、プラズマトーチ自体に起因する温度ムラがない場合においても、複数回走査する際のインターバル時間（例えば、１回目の加熱と２回目の加熱の間に経過する時間）が、基材の位置によって異なると、基材の最高到達温度にムラが生じる。
【００１５】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できる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】
【００１６】
本願の第１発明のプラズマ処理装置は、以下の構成を有することを特徴とする。
〔１〕誘電体部材に囲まれた長尺で環状のチャンバと、前記チャンバに連通するスリット状の開口部と、前記チャンバ内にガスを導入するガス供給配管と、前記チャンバの近傍に設けられたコイルとを備えた誘導結合型プラズマトーチ。
〔２〕前記コイルに接続された高周波電源。
〔３〕前記開口部と対向して基材を保持する基材載置台。
〔４〕前記チャンバの長手方向と前記開口部の長手方向とは平行に配置され、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材とを相対的に移動可能とする移動機構。
〔５〕基材が前記チャンバと離れた位置において基材を回転させる基材回転機構。
【００１７】
このような構成により、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できる。
【００１８】
本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記チャンバが、基材載置台がなす平面に対して垂直に配置されていることが望ましい。
【００１９】
このような構成により、より簡単な構成のプラズマ処理装置を実現できる。
【００２０】
また、好適には、基材を基材載置台から分離する基材分離機構を備えることが望ましい。
【００２１】
このような構成により、基材と基材載置台の摩擦により生じるおそれのあるパーティクルの発生を防止できる。
【００２２】
この場合、さらに好適には、基材回転機構及び基材分離機構において基材を保持する保持機構が同一であることが望ましい。
【００２３】
このような構成により、簡単な構成の装置を実現できる。
【００２４】
また、好適には、基材載置台が、基材を地面に対して垂直に保持するよう構成されていることが望ましい。
【００２５】
このような構成により、基材を地面に対して水平に保持する場合と比較すると、基材が自重による撓みで変形することが原因となって、基材と前記チャンバの距離が長手方向に不均一になる程度が改善するので、より均一な処理を実現できる。
【００２６】
本願の第２発明のプラズマ処理方法は、以下のステップを有することを特徴とする。
〔１〕誘電体で囲まれた長尺で環状のチャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバの長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、かつ、前記チャンバに連通するスリット状の開口部から、基材に向けてガスを噴出する。
〔２〕チャンバの近傍にコイルが配置された状態で、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る。
〔３〕誘導結合型プラズマトーチを用い、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材とを相対的に移動させて前記基材の表面を熱処理する。
〔４〕前記熱処理は連続して複数回行い、かつ、複数回の熱処理の間のタイミングにおいて、基材が前記チャンバと離れた位置において基材を回転させる。
【００２７】
このような構成により、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、複数回の走査によって基材を熱処理する際に優れた均一性を実現できるプラズマ処理装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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１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１におけるプラズマ処理の特性を示す図
【図５】本発明の実施の形態１において比較のために用いた、従来例におけるプラズマ処理の特性を示す図
【図６】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理の特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１〜図６を参照して説明する。
【００３２】
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Ｔの長尺方向に垂直な面で切った断面図である。図１（ｂ）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。
【００３３】
図１（ａ）は図１（ｂ）の破線で切った断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線で切った断面図、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。
【００３４】
図１及び図２において、基材１上に薄膜２が形成されている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、導体製のコイル３が誘電体製の第一セラミックスブロック４及び第二セラミックスブロック５の近傍に配置される。コイル３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。第一セラミックスブロック４、第二セラミックスブロック５及び基材１の表面をなす薄膜２によって囲まれた空間により、誘電体製の長尺チャンバ７が画定される。
【００３５】
長尺チャンバ７は、基材１がなす面に垂直な面に沿って設けられている。また、コイル３の中心軸は、基材１に平行で、かつ、長尺チャンバ７を含む平面に垂直な向きになるよう構成される。すなわち、コイル３の一巻きが構成する面は基材がなす面に垂直な面に沿って、かつ、長尺チャンバ７を含む平面に沿って設けられている。
【００３６】
誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、全体が接地された導体製のシールド部材（図示しない）で囲われ、高周波の漏洩（ノイズ）が効果的に防止できるとともに、好ましくない異常放電などを効果的に防止できる。
【００３７】
長尺チャンバ７は、第一セラミックスブロック４の一つの平面と、第二セラミックスブロック５に設けた溝に囲まれている。また、これらの誘電体部材としての２つの誘電体ブロックは貼り合わされている。つまり、長尺チャンバ７は、開口部８以外が誘電体で囲まれている構成である。
【００３８】
また、長尺チャンバ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。本実施の形態においては、長方形（２つの長辺をなす直線部と、その両端に２つの短辺をなす直線が連結されてなる、一続きの閉じたヒモ状の形状）の長尺チャンバ７を例示している。長尺チャンバ７に発生したプラズマＰは、長尺チャンバ７における長尺で線状の開口部８において、基材１の表面をなす薄膜２に接触する。また、長尺チャンバ７の長手方向と開口部８の長手方向とは平行に配置されている。
【００３９】
第二セラミックスブロック５の内部にプラズマガスマニホールド９が設けられている。プラズマガス供給配管１０よりプラズマガスマニホールド９に供給されたガスは、第二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プラズマガス供給穴１１（貫通穴）を介して、長尺チャンバ７に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、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る。
【００４０】
プラズマガス供給穴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。
【００４１】
基材１は、基材載置台としての基材ホルダ１２上に載置される。基材ホルダ１２には、基材１の外形とほぼ相似形でわずかに小さい貫通穴と、基材１の外形とほぼ相似形でわずかに大きい座グリ部とが設けられ、基材１をこの座グリ部に載せることで、基材ホルダ１２の誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対向する側の面の座グリ部よりも外側の部分と、基材１の表面とがほぼ同一面を構成するよう、座グリ部の深さは基材１の厚さとほぼ等しく構成される。
【００４２】
このような構成とすることで、基材ホルダ１２を誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対して相対的に移動させたとき、基材ホルダ１２の位置にかかわらず、プラズマを発生させる空間たる環状の長尺チャンバ７の形状がほぼ一定となる。つまり、移動にともなうプラズマの揺動を抑えることができる。また、基材を周辺のみで支持し、大部分を非接触とすることで、被加熱物の熱容量を小さくなるよう構成している。
【００４３】
コイル３内の銅管の内部は冷媒流路となっている。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）によって第一セラミックスブロック４または第二セラミックスブロック５に接着されている。このように、コイル３の断面を直方体とすることで、第一セラミックスブロック４または第二セラミックスブロック５との間の接着剤をできるだけ薄くすることができるので、良好な熱伝導が確保される。
【００４４】
従って、コイル３を構成する銅管に水などの冷媒を流すことで、コイル３、第一セラミックスブロック４及び第二セラミックスブロック５の冷却が可能である。
【００４５】
また、コイル３は、第一セラミックスブロック４の外側、第二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、長尺チャンバ７から離れた位置で直列に接続され、高周波電力を印加した際に、長尺チャンバ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。コイル３は、これら二つのうちのどちらか一方だけでも機能しうるが、本実施の形態のように、長尺チャンバ７を挟んで二つを設けた方が、長尺チャンバ７内に発生する電磁界の強度を強めることができるという利点がある。
【００４６】
長方形の線状の開口部８が設けられ、基材１（或いは、基材１上の薄膜２）は、開口部８と対向して配置されている。事前に、長尺チャンバ７内にガスを供給しつつ、開口部８から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３に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ７にプラズマＰを発生させておき、その後、基材１を誘導結合型プラズマトーチユニットＴの近傍に移動させ、開口部８付近のプラズマを基材１の表面をなす薄膜２に曝露することにより、基材１上の薄膜２をプラズマ処理することができる。
【００４７】
開口部８の長手方向に対して垂直な向きに、長尺チャンバ７と基材１とを相対的に移動させることで、基材１を処理する。つまり、図１（ａ）の左右方向へ、図１（ｂ）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１を動かす。
【００４８】
長尺チャンバ７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）。
【００４９】
プラズマ発生の条件としては、走査速度＝５０〜３０００ｍｍ／ｓ、プラズマガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ、Ａｒ＋Ｈ2ガス中のＨ2濃度＝０〜１０％、高周波電力＝０．５〜５０ｋＷ程度の値が適切である。ただし、これらの諸量のうち、ガス流量及び電力は、開口部８の長さ１００ｍｍ当たりの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、開口部８の長さに比例した量を投入することが適切と考えられるためである。
【００５０】
このように、開口部８の長手方向と、基材１とが平行に配置されたまま、開口部８の長手方向とは垂直な向きに、長尺チャンバと基材１とを相対的に移動するので、図１（ｂ）に示すように、生成すべきプラズマの長さと、基材１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。
【００５１】
また、プラズマＰにおいて温度、電子密度、活性粒子密度の高い部分を基材１の表面に曝露させるので、高速な処理、或いは、高温処理が可能となる。
【００５２】
次に、プラズマトーチ自体で予備加熱する方法を用いた熱処理の手順について、図３を用いて説明する。この方法では、複数回に渡って基材を走査してプラズマトーチを照射する。
【００５３】
まず、図３（ａ）において、基材ホルダ１２に基材１を載置する。そして、基材ホルダ１２の上面と連続した上面をなす第一セラミック板１３を誘導結合型プラズマトーチユニットＴの直下に配置した状態（静止状態）でプラズマの着火を行う。このとき、第一セラミック板１３が熱的な損傷を受けないよう、第一セラミック板１３は、これに接着された第一冷媒管１４によって水冷される。
【００５４】
次いで、基材ホルダ１２を図の左から右へ移動させる。十分な加速を経て一定速度に達したところで、図３（ｂ）のように、基材１が誘導結合型プラズマトーチユニットＴの直下を通り過ぎ、１回目の加熱処理を行う。次に、移動機構を減速させ、図３（ｃ）のように、基材ホルダ１２の上面と連続した上面をなす第二セラミック板１５が誘導結合型プラズマトーチユニットＴの直下に配置される位置で停止する。
【００５５】
このとき、高周波電力の供給を停止することも可能であるが、プラズマを維持したままでもよい。プラズマを維持したまま次の手順に移行する場合、第二セラミック板１５が加熱されるので、熱的な損傷を受けないよう、これに接着された第二冷媒管１６によって水冷される。
【００５６】
次いで、図３（ｄ）のように、基材が誘導結合型プラズマトーチユニットＴ、或いは、長尺チャンバ７から離れた位置において、基材１を回転させるための基材回転機構と、基材１を基材ホルダ１２から分離する基材分離機構とを兼ねた第一突上げ回転台１７を、基材１に向けて押し出すことで基材１を基材ホルダ１２から分離する。そして、基材１を、基材１の中心を回転軸として、基材１の表面（誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対向する面）から見て反時計周りに１２０°回転させる。第一突上げ回転台１７は、基材１を保持する保持機構が同一（共通）であり、材質としては断熱性のよいポーラスな構造のものを用いると、基材１の温度低下を少なくできる。
【００５７】
他に断熱性を高める構成としては、点接触にする、或いは、周辺部を支持する、なども可能である。基材１を回転させる際に、基材１を基材ホルダ１２から分離する利点としては、基材１と基材ホルダ１２の摩擦により生じるおそれのあるパーティクルの発生を防止できる点があげられる。逆に、パーティクル発生が許容されるような場合には、走査が停止する直前に基材１の一部に摩擦を与えることによって基材１を回転させてもよい。
【００５８】
そして、基材１を再び基材ホルダ１２に載置した後、基材ホルダ１２を図の右から左へ移動させる。十分な加速を経て一定速度に達したところで、図３（ｅ）のように、基材１が誘導結合型プラズマトーチユニットＴの直下を通り過ぎ、２回目の加熱処理を行う。このとき、１回目の加熱処理時に比べて、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材間の距離を近づける、などの変化を与えることで、狙いの到達温度を上げておく。次に、移動機構を減速させ、第一セラミック板１３が誘導結合型プラズマトーチユニットＴの直下に配置される位置で停止する。
【００５９】
次いで、図３（ｆ）のように、基材が誘導結合型プラズマトーチユニットＴ、或いは、長尺チャンバ７から離れた位置において、基材１を回転させるための基材回転機構と、基材１を基材ホルダ１２から分離する基材分離機構とを兼ねた第二突上げ回転台１８を、基材１に向けて押し出すことで基材１を基材ホルダ１２から分離する。そして、基材１を、基材１の中心を回転軸として、基材１の表面（誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対向する面）から見て反時計周りに１２０°回転させる。
【００６０】
次に、基材１を再び基材ホルダ１２に載置した後、基材ホルダ１２を図の左から右へ移動させる。十分な加速を経て一定速度に達したところで、図３（ｇ）のように、基材１が誘導結合型プラズマトーチユニットＴの直下を通り過ぎ、３回目の加熱処理を行う。このとき、２回目の加熱処理時に比べて、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材間の距離を近づける、などの変化を与えることで、狙いの到達温度をさらに上げておく。
【００６１】
次に、移動機構を減速させ、図３（ｈ）のように、第二セラミック板１５が誘導結合型プラズマトーチユニットＴの直下に配置される位置で停止する。最後に、基材１を基材ホルダ１２から分離し、処理を終了する。
【００６２】
このような処理手順における加熱特性について、図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、基材１を、基材１の表面（誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対向する面）から見た平面図であり、細い矢印に沿った基材１の表面温度のピーク値を、図４（ｅ）に示す。
【００６３】
誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対して、基材１は相対的に図４（ａ）〜（ｄ）の左右方向に移動する。図４（ａ）〜（ｄ）に示された網掛け部は、他の部分よりもピーク温度が高温となる部分を表し、網が濃いほど高温であることを示す。
【００６４】
図４（ｂ）に示すように、１回目の加熱処理により、僅かに温度ムラが生じる。しかし、この温度ムラは、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように２回目、３回目の加熱処理を行ううちに放熱または面方向への熱の拡散により緩和される。つまり、局所的に到達温度が高くなってしまう位置を分散させる。このようにして、複数回の走査によって基材１を熱処理するにあたり、比較的よい均一性が得られる。
【００６５】
比較のため、基材１を回転させなかった場合の加熱特性について、図５を用いて説明する。図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図４（ａ）〜（ｅ）に対応する。図５（ｂ）のように１回目の加熱処理で生じた温度ムラは、２回目、３回目の加熱処理を行った際に同じ位置が再び少し強めに加熱されるために、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように強調されてしまう。つまり、基材１を回転させた場合に比べて、均一性に劣る処理結果が得られることとなる。
【００６６】
なお、赤外線ランプアニールなどでは、基材を回転させながら加熱処理を行うことが一般的に行われているが、基材の片面を一括で加熱する方法であるがゆえ、このような均熱性向上策は有効である。しかし、本実施の形態のように、線状の熱源を用いて走査する場合は、回転させながら加熱処理すると、基材１の位置によって相対速度が速い場所と遅い場所ができてしまうため、この方法は有効でない（むしろ、均熱性が悪化する）。
【００６７】
本実施の形態では、一度の走査が完了し、基材１を静止させたあとに、基材１と熱源が離れている位置（加熱作用が起きない位置）で回転させることが重要である。基材１を回転させながら加熱処理するとすれば、走査速度に比べて格段に速い速度で回転させる必要があるが、一般に走査速度は数十〜数百ｍｍ／ｓと速いため、現実的とは云えない。
【００６８】
次に、プラズマトーチ自体に起因する温度ムラがない場合においても、複数回走査する際のインターバル時間（例えば、１回目の加熱と２回目の加熱の間に経過する時間）が、基材の位置によって異なると、基材の最高到達温度にムラが生じる場合があることについて、図６（ａ）を用いて説明する。
【００６９】
図５において説明したように、基材１を回転させずに２回の加熱処理を行う場合を考える。基材１の中で、１回目の加熱処理において比較的先に加熱される部分（点線）と後で加熱される部分（実線）の温度変化を図６（ａ）に示す。このように、比較的先に加熱される部分は、１回目の加熱処理でＡまで温度上昇し、引き続いて比較的後に加熱される部分が同様にＡまで温度上昇する。基材１の走査方向を反転させて２回目の加熱処理を行うと、まず１回目の加熱処理で後に加熱された部分が、Ｂまで温度低下した時点で今度は先に加熱され、Ｃまで温度上昇する。次いで、１回目の加熱処理で先に加熱された部分は、Ｂよりも低温のＤまで温度低下した後に２回目の加熱を受けるので、最高到達温度はＣよりも低温のＥとなる。つまり、複数回走査する際のインターバル時間（１回目の加熱と２回目の加熱の間に経過する時間）が基材１の位置によって異なることから、面内で温度ムラが生じる。
【００７０】
この問題についても、基材１を回転させることによって解決できる。つまり、１回目の加熱処理が基材１の全体に渡って終わった後、基材１を、基材１の中心を回転軸として、基材１の表面（誘導結合型プラズマトーチユニットＴに対向する面）から見て時計周りまたは反時計周りに１８０°回転させる。その後、走査方向を反転させて２回目の加熱処理を行えば、複数回走査する際のインターバル時間（１回目の加熱と２回目の加熱の間に経過する時間）は基材１の位置によらず一定となるので、図６（ｂ）に示すように、１回目の加熱処理において比較的先に加熱される部分（点線）と後で加熱される部分（実線）の温度変化は同じになる。
【００７１】
ここで、Ａは図６（ａ）のＡと同じ温度となるが、ＦはＢ＞Ｆ＞Ｄの関係を、また、ＧはＣ＞Ｇ＞Ｅの関係を満たす（１回目の加熱と２回目の加熱のインターバル時間が同じ場合）。
【００７２】
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。
【００７３】
例えば、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、基材ホルダ１２を走査するものを例示したが、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に対して走査してもよい。
【００７４】
この場合は、基材を回転させる代わりに、熱源である誘導結合型プラズマトーチユニットＴを回転させるとともに、走査方向を変えることによっても、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。ただし、実施の形態１の方が装置構成は簡単になる。
【００７５】
或いは、誘導結合型プラズマトーチユニットＴを複数備えた装置構成としておき、一度の走査で複数回の加熱処理を行うことによって、個々の誘導結合型プラズマトーチユニットＴに起因する温度ムラを低減することも可能である。ただし、実施の形態１の方が装置構成は簡単・安価になる。
【００７６】
また、走査するごとに、プラズマトーチに投入する高周波電力を上げる、走査速度を下げる、プラズマトーチと基材１間の距離を近づける、などの変化を与えることで、徐々に到達温度を上げる場合を例示したが、加熱条件は同一であってもよい。基材１に蓄熱された状態で同一条件にて加熱処理すると、徐々に到達温度が高くなるためである。
【００７７】
また、加熱処理間の基材１の回転角が１２０°である場合を例示したが、処理回数や温度ムラの傾向等を考慮して適宜設定すればよい。
【００７８】
また、基材回転機構と、基材１を基材ホルダ１２から分離する基材分離機構における基材保持機構として、非接触のベルヌイチャックなどを用いてもよい。このとき、ベルヌイチャック自体を回転させてもよいし、渦巻き状のガス流れを生じさせて基材１を回転させてもよい。
【００７９】
また、基材１を回転させるのではなく、基材１を長尺チャンバ７の長尺方向に平行な向きに平行移動させることによっても、温度ムラの強調を回避することが可能である。この場合、装置構成が簡単になる場合もあり得るが、一方で、誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおける有効加熱長をより大きくする必要があるという欠点がある。
【００８０】
また、実施の形態１では、とくに上下方向（重力がどちら向きに働くか）について触れなかったが、基材ホルダ１２が、基材１を地面に対して垂直に保持するよう構成されていることが望ましい。
【００８１】
何故なら、基材１を地面に対して水平に保持する場合と比較すると、基材１が自重による撓みで変形することが原因となって、基材１と長尺チャンバ７の距離が長手方向に不均一になる程度が改善するので、より均一な処理を実現できるためである。基材１を地面に対して垂直に保持する場合、加熱処理時に基材１の下方に位置する部分に熱歪が集中するので、基材１を回転させることは、熱歪の蓄積抑制にも効果がある。
【００８２】
また、さらに温度ムラを低減させる方法として、誘導結合型プラズマトーチユニットＴに超音波振動子を設けることで高速で振動させたり、供給するガス流量を振動させるなどして、プラズマを揺動させることも有効である。
【００８３】
また、本発明の種々の構成によって、基材１の表面近傍を高温処理することが可能となる。そして、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。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、半導体デバイスのＲＴＰ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、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、様々な表面処理に適用できる。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
或いは、プラズマガスとしては希ガスまたは希ガスに少量のＨ2ガスを加えたガスを用いつつ、シールドガスとして反応ガスを含むガスをプラズマガスの周辺に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。
【００８８】
プラズマガスとしてアルゴンを主成分とするガスを用いると、実施例で詳しく例示したように、熱プラズマが発生する。一方、プラズマガスとしてヘリウムを主成分とするガスを用いると、比較的低温のプラズマを発生させることができる。このような方法で、基材をあまり加熱することなく、エッチングや成膜などの処理が可能となる。エッチングに用いる反応ガスとしては、ハロゲン含有ガス、例えば、ＣxＦy（ｘ、ｙは自然数）、ＳＦ6などがあり、シリコンやシリコン化合物などをエッチングすることができる。反応ガスとしてＯ2を用いれば、有機物の除去、レジストアッシング、極薄の酸化膜形成などが可能となる。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。
【００８９】
或いは、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）に代表されるシリコンを含有した有機ガスとＯ2の混合ガスを用いれば、シリコン酸化膜を成膜することができる。その他、撥水性・親水性を改質する表面処理など、種々のプラズマ処理が可能である。本発明の構成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効率よく処理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
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。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、半導体デバイスのＲＴＰ、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、様々な表面処理に適用できる。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よく処理する上で有用な発明である。
【符号の説明】
【００９１】
Ｔ  誘導結合型プラズマトーチユニット
１  基材
２  薄膜
３  コイル
４  第一セラミックスブロック
５  第二セラミックスブロック
７  長尺チャンバ
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
【図１】
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【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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