CN107195524B - 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法 - Google Patents

等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107195524B
CN107195524B CN201710342355.2A CN201710342355A CN107195524B CN 107195524 B CN107195524 B CN 107195524B CN 201710342355 A CN201710342355 A CN 201710342355A CN 107195524 B CN107195524 B CN 107195524B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamber
plasma
substrate
plasma processing
gas
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
CN201710342355.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107195524A (zh
Inventor
奥村智洋
末益智志
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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 Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of CN107195524A publication Critical patent/CN107195524A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107195524B publication Critical patent/CN107195524B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • 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
    • 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
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • 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
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/30—Plasma torches using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/002—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/02—Details
    • H01J2237/0203—Protection arrangements
    • H01J2237/0206—Extinguishing, preventing or controlling unwanted discharges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)

Abstract

本发明涉及一种等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法。在电感耦合等离子炬单元中，线圈、第一陶瓷块及第二陶瓷块彼此平行布置，并且长形的腔室为环状。在腔室内产生的等离子体通过腔室中的开口部向衬底喷出。通过使长形的腔室和衬底沿与开口部的纵向方向垂直的方向相对移动来对衬底进行处理。通过设置旋转的圆筒状的陶瓷管以便使制冷剂流向陶瓷管内部形成的空腔。由此能够施加较高的高频功率，从而能够进行快速的等离子体处理。

Description

等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的 方法
本申请是于2015年8月27日提交的、中国申请号为201510535288.7、发明名称为“等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法，其中向衬底发射热等离子体来对衬底执行热等离子体处理，或其中通过发射使用反应气体的等离子体或同时发射等离子体和反应气体流来对衬底执行低温等离子体处理。
背景技术
在现有技术中，诸如多晶硅(poly-Si)的半导体薄膜广泛利用于薄膜晶体管(TFT)或太阳能电池中。作为以低成本形成半导体薄膜的方法，通过向非晶硅膜发射激光束而使半导体薄膜结晶。激光加工还能够适用于通过离子注入或等离子体掺杂而被导入到半导体衬底的杂质原子的活化等。然而，该激光退火技术存在所达到的温度取决于被加热物的光吸收的大小而极大变化或者产生接缝等缺点，并且需要非常昂贵的设备。
因此，已经研究了一种如下技术：其中通过产生长形的热等离子体并只沿一个方向执行扫描来执行加热，而不依赖于被加热物的光吸收，并且以低成本且无接缝地执行热处理(例如，参考JP-A-2013-120633、JP-A-2013-120684、JP-A-2013-120685和T.Okumuraand H.Kawaura,Jpn.J.Appl.Phys.52(2013)05EE01)。
然而，用于诸如半导体的结晶化的在极短的时间内在衬底表面附近执行高温处理的用途的、在现有技术中的JP-A-2013-120633、JP-A-2013-120684、JP-A-2013-120685所公开的产生长形热等离子体的技术中，如果为了提高等离子体的发射强度而过度增大高频功率，则等离子体源会因热而受损。因此，不得不抑制高频功率。结果，存在延迟处理速度(能够在每单位时间内处理的衬底数量)的问题。
发明内容
本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法。根据本发明，当在极短的时间内在衬底表面附近均匀地执行高温热处理时，或者当通过发射使用反应气体的等离子体或通过同时发射等离子体和反应气体流来执行对衬底的低温等离子体处理时，能够执行快速处理，并且能够稳定地利用等离子体。
根据本发明的第一方面，提供一种等离子体处理装置。在包围长形且环状的腔室的电介质部件中，构成与用于载置衬底的衬底载置台相对的表面的部分被配置成包括与所述腔室的纵向方向平行布置的圆筒，所述腔室除开口部以外被电介质部件包围，并且与所述开口部连通。
根据这种构造，因为电介质部件即使接收高功率也不易受损，所以能够执行快速处理，并且能够稳定地利用等离子体。
根据本发明的第二方面，提供一种等离子体处理方法。在包围长形且环状的腔室的电介质部件中，构成与用于载置衬底的衬底载置台相对的表面的部分被配置成包括与所述腔室的纵向方向平行布置的圆筒，所述腔室被所述电介质部件包围。
根据这种构造，因为电介质部件即使接收高功率也不易受损，所以能够执行快速处理，并且能够稳定地利用等离子体。
根据本发明的第三方面，提供一种通过利用本发明的第二方面的等离子体处理方法来制造电子器件的方法。
根据这种构造，因为电介质部件即使接收高功率也不易受损，所以能够执行快速处理，并且能够稳定地利用等离子体。
根据本发明，当在极短的时间内在衬底表面附近均匀地执行高温热处理时,或者当通过发射使用反应气体的等离子体或通过同时发射等离子体和反应气体流来执行对衬底的等离子体处理时，能够执行快速处理，并且能够稳定地利用等离子体。
附图说明
图1A至1F是示出根据本发明的实施例1的等离子体处理装置的构造的截面图；
图2是示出根据本发明的实施例1的等离子体处理装置的构造的平面图；
图3是示出根据本发明的实施例1的等离子体产生区域的透视图；
图4A和4B是示出根据本发明的实施例2的等离子体处理装置的构造的截面图；
图5A至5E是示出根据本发明的实施例3的等离子体处理装置的构造的截面图；
图6是示出根据本发明的实施例3的等离子体处理装置的构造的透视图；
图7A至7E是示出根据本发明的实施例4的等离子体处理装置的构造的截面图；以及
图8是示出根据本发明的实施例5的等离子体处理装置的构造的截面图。
具体实施方式
以下，利用附图对根据本发明的实施例的等离子体处理装置进行说明。
(实施例1)
以下，参考图1A至图3对根据本发明的实施例1进行说明。
图1A示出根据本发明的实施例1的等离子体处理装置的构造，并且是以与长形的电感耦合等离子炬单元的纵向方向垂直且通过图1B至F的虚线A-A’的平面截取的截面图。
图1B至1F是以与长形的电感耦合等离子炬单元的纵向方向平行且通过图1A的虚线的平面截取的截面图。图1B是以图1A的虚线B-B’截取的截面图，图1C是以图1A的虚线C-C’截取的截面图，图1D是以图1A的虚线D-D’截取的截面图，图1E是以图1A的虚线E-E’截取的截面图，并且图1F是以图1A的虚线F-F’截取的截面图。
图2是从图1A至1F中的下方向上方观察图1A至1F所示的电感耦合等离子炬单元的平面图。图3是表示等离子体的产生区域的透视图，并且是从图1A的右前侧在斜下方方向上观察电感耦合等离子炬单元时的图。
参考图1A至1F，在用作衬底载置台12的托盘上布置有衬底1，并且在衬底1上布置有薄膜2。在电感耦合等离子炬单元T中，由导体制成的线圈3布置于第一陶瓷块4及第二陶瓷块5的附近。长形的腔室7通过被第一陶瓷块4、第二陶瓷块5及衬底载置台12(或其上的衬底1)包围的空间限定。
衬底1布置于用作衬底载置台12的托盘上。沿着与由衬底载置台12形成的平面大致垂直的平面布置有线圈3及腔室7。腔室7的靠近线圈3的内壁表面为与线圈3大致平行的平面。根据这种构造，从线圈3至腔室7的距离在布置有线圈3的任意位置均相等。因此较小的高频功率能够产生电感耦合等离子体，从而能够有效产生等离子体。
电感耦合等离子炬单元T整体地被由接地的导体制成的屏蔽部件(未图示)包围。以此方式，能够有效地防止高频泄漏(噪声)，并且能够有效地防止不理想的异常放电等。
腔室7被环状的槽包围，其中设置于第一陶瓷块4及第二陶瓷块5中的槽连续。即，采用腔室7整体地被电介质包围的构造。腔室7具有环状。
在此所说的环状是指连续的封闭带状的形状。本实施例中，腔室7具有通过将设置于第一陶瓷块4中的形成长边的线状部、设置于第一陶瓷块4中的形成布置于上述线状部的两端中的两个短边的线状部、以及设置于第二陶瓷块5的底部的形成长边的线状部连接而成的、连续的封闭带状的形状。
腔室7中产生的等离子体P从形成腔室7的底部的等离子体喷出口(具有设置于第二陶瓷块5的底部的形成长边的线状的开口部)朝向衬底1喷出。腔室7的纵向方向和等离子体喷出口的纵向方向彼此平行布置。
设置于第一陶瓷块4的长方形的槽为气体歧管9，并且在其内部配备有多孔质陶瓷材料。从气体供应管10供应至气体歧管9的气体经由设置于第一陶瓷块4的作为气体导入部的气体供应孔11(通孔)导入到腔室7。根据这种构造，气体能够均匀且简单地在纵向方向上流动。导入到气体供应管10的气体的流量通过在其上游侧提供诸如质量流量控制器的流量控制装置而受到控制。
气体歧管9被配置成内部包括多孔质陶瓷材料。以此方式，能够实现均匀的气体流，并且能够防止气体歧管9附近处的异常放电。
气体供应孔11被配置成使得沿纵向方向设置有多个圆孔。但也可以沿纵向方向设置有狭缝状长形孔。
在第一陶瓷块4与第二陶瓷块5之间设置有圆筒状的陶瓷管13。腔室7的底部的上表面被配置成包括陶瓷管13。即，在包围腔室7的电介质部件内构成与衬底载置台12相对的表面的部分被配置成包括与腔室7的纵向方向平行配置的圆筒。
提供使陶瓷管13绕其轴旋转的旋转机构。另外，陶瓷管13具有在其内部形成的空腔，并且包括用于使制冷剂流向其内部形成的空腔的机构。如图1E所示，陶瓷管13长于腔室7的纵向方向的长度。在充分远离腔室7的位置处布置有旋转机构(未图示)。期望的是为旋转机构设置非常精确的旋转引导件，使得腔室7的形状不会由于陶瓷管13的旋转而发生变化。通过诸如带式驱动器的机构传递马达的旋转动力。
陶瓷管13可以使用旋转接头，以便在使制冷剂流向其内部时能够旋转。
线圈3被配置成使得其截面为圆形的铜管布置于被第一陶瓷块4、第三陶瓷块14、第二陶瓷块5和第四陶瓷块15包围的制冷剂流路16内部。也可以将线圈3配置成包括中空的管，并通过与制冷剂流路16分离的***供应和排放制冷剂。
如此，通过使诸如水的制冷剂在制冷剂流路16中流动，能够冷却线圈3及各陶瓷组件。第一陶瓷块4及第二陶瓷块5要求优异的耐热性。因此适合使用主要包含氮化硅的陶瓷或主要包含硅、铝、氧、氮的陶瓷，作为其两者的材料。对第三陶瓷块14及第四陶瓷块15不要求太高的耐热性。因此可以使用诸如氧化铝(矾土)的成本比较低的陶瓷。
向线圈3的供电是经由设置于第三陶瓷块14及第四陶瓷块15中的通孔，通过用作供电棒的铜棒17来进行的。铜棒17通过连接器18固定于第三陶瓷块14及第四陶瓷块15，并且被配置成使得制冷剂不会从其泄漏。在第一陶瓷块4与第三陶瓷块14之间以及第二陶瓷块5与第四陶瓷块15之间布置有外侧O型圈19及内侧O型圈20，并且被配置成使得制冷剂不会从其泄漏。
如图1B及1F所示，两个线圈3整体具有长方形平面形状。制冷剂流路16通过分隔件21在内部被分隔，并且形成连续的流路。采用在线圈3中流动的高频电流的方向与在制冷剂流路16中流动的制冷剂的流动方向平行的构造。
如图2及图3所示，所产生的等离子体P具有与纵向方向的长度相互相等的2个长方形以L字状接合的三维结构的外缘相同的形状。如此，与现有技术相比，等离子体P具有稍微变形的形状。因为需要将腔室7布置成不干扰陶瓷管13。
在向腔室7内供应等离子体气体时，通过开口部向衬底1喷出气体，并且从高频电源(未图示)向线圈3供应高频功率，由此在腔室7中产生等离子体P。通过经开口部向衬底1发射等离子体P，能够对衬底1上的薄膜2执行等离子体处理。通过使腔室7和衬底载置台12沿与开口部的纵向方向垂直的方向相对移动来对衬底1进行处理。即，向图1A及1F所示的左右方向移动电感耦合等离子炬单元T或衬底载置台12。
当为了对衬底1执行有效的处理而缩短电感耦合等离子炬单元T与衬底1之间的距离时，接收到最大热量的是衬底载置台12附近的腔室7的、作为与衬底载置台12相对的部分(与衬底载置台12面对的部分)的内壁面。因此，为了抑制损伤，需更有效地冷却该部分。因此，本实施例采用使用内部包括制冷剂流路16的陶瓷管13的构造。通过将陶瓷管13形成圆筒状，能够可靠地增强强度，并且可提高内部压力。因此能够使更多的冷却水流动。
采用通过旋转陶瓷管13来始终交替从等离子体P接收热的表面的构造。即，从等离子体P接收到热后而变热的部分在陶瓷管13旋转后迅速向不从等离子体P接收热的位置移动而被快速冷却。因此，与现有技术不同，能够施加非常高的高频功率，从而能够进行快速的等离子体处理。
作为向腔室7内供应的等离子体气体可以使用各种等离子体气体。然而，如果考虑等离子体的稳定性、点火性、暴露在等离子体中的部件的寿命等，则期望的是使用主要包含惰性气体、尤其是稀有气体的材料。在该材料中，典型地使用Ar气。当只用Ar气生成等离子体时，等离子体变得相当热(10,000K或更高)。
在上述等离子体处理装置中，在向腔室7内供应Ar气或Ar+H2气作为等离子体气体时，通过开口部向衬底1喷出气体，并且从高频电源向线圈3供应13.56MHz的高频功率。以此方式，在腔室7中产生高频电磁场，由此产生等离子体P。通过开口部向衬底1发射等离子体P以便执行扫描。由此能够执行诸如半导体膜的结晶化的热处理。
用于产生等离子体的适当条件被设定为近似具有：开口部与衬底1之间的距离＝0.1mm至5mm、扫描速度＝20mm/s至3000mm/s、等离子体气体总流量＝1SLM至100SLM、Ar+H2气中的H2浓度＝0％至10％、高频功率＝0.5kW至30kW的值。然而，在这些量中，气体流量及功率由开口部的每100mm长度的值指示。这是因为，当确定气体流量和功率的参数时，认为适当的是输入与开口部的长度成正比的量。
如上所述，根据本实施例，能够输入较高的高频功率。即，当在极短的时间内在衬底的表面附近均匀地执行高温热处理时，或者当通过发射使用反应气体的等离子体或通过同时发射等离子体和反应气体流来执行衬底的低温等离子体处理时，能够执行快速处理，并且能够稳定地利用等离子体。即，因为能够以较大的功率操作装置，所以可以提高等离子体发射强度。结果，处理速度(能够在每单位时间内处理的衬底数量)变高。
(实施例2)
以下，将参考图4A和4B对根据本发明的实施例2进行说明。
图4A是示出本发明的实施例2中的等离子体处理装置的构造的截面图，并且示出将陶瓷管13以与其纵向方向垂直的平面截取的截面。
参考图4A，陶瓷管13被配置成包括设有凸部13a及凹部13b的多个管。在凸部13a及凹部13b中形成有螺纹。凸部13a被配置成以通过绕其卷绕密封胶带而使密封材料介于其间的状态下拧入凹部13b。为了简单地且紧凑地构成电感耦合等离子炬单元T，优选陶瓷管13较细。
但是，陶瓷材料在其制造工序中容易发生破裂、应变等。因此难以精细且高精度精加工长管。本实施例采用精细且高精度精加工比较短的构件并且沿腔室7的纵向方向将其连结的结构。
根据这种构造，能够以低成本构成等离子体处理装置。
图4B示出陶瓷管13的另一其它构造的图。
参考图4B，在陶瓷管13的中空部内部***有棒状的流路调整部件31。由此，制冷剂流路16具有变窄的截面积。当以相同流量供应制冷剂时流速上升。因此，能够从温度上升的陶瓷管13的内壁表面更有效地夺走热。即，根据这种构造，能够进一步提高冷却效率。期望的是布置流路调整部件31以便与陶瓷管13同轴。从三个方向或四个方向使用固定螺丝等适当地定位流路调整部件31。
(实施例3)
以下，参考图5A至图6对根据本发明的实施例3进行说明。
图5A示出根据本发明的实施例3的等离子体处理装置的构造，并且是以与长形的电感耦合等离子炬单元的纵向方向垂直且通过图5B至5E的虚线A-A’的面截取的截面图。图5B至5E是以与长形的电感耦合等离子炬单元的纵向方向平行且通过图5A的虚线的面截取的截面图。图5B是以图5A的虚线B-B’截取的截面图。图5C是以图5A的虚线C-C’截取的截面图。图5D是以图5A的虚线D-D’截取的截面图。图5E是以图5A的虚线E-E’截取的截面图。图6是示出线圈3的形状的透视图，并且是从图5A的右前侧在斜下方方向上观察线圈3时的图。
参考图5A至5E，在载置于衬底载置台12(未图示)上的衬底1上配置有薄膜2。电感耦合等离子炬单元T中，导体制成的线圈3布置于第一陶瓷块22及第二陶瓷块23的附近。长形的腔室7通过被第一陶瓷块22及衬底1包围的空间划分。
沿着与由衬底载置台12形成的平面大致平行的平面布置有线圈3及腔室7。根据这种构造，从线圈3至腔室7的距离在布置有线圈3的任意位置均彼此相等。因此能够以较小的高频功率产生电感耦合等离子体，从而能够有效产生等离子体。
电感耦合等离子炬单元T整体地被由接地的导体制成的屏蔽部件(未图示)包围。以此方式，能够有效地防止高频泄漏(噪声)，并且能够有效地防止不理想的异常放电等。
腔室7被环状的槽包围，其中设置于第一陶瓷块22的槽连续。即，采用腔室7整体地被电介质包围的构造。腔室7为环状。在此所述的环状是指连续的封闭带状的形状，并不限定于如图5E所示的长方形。作为示例，示出跑道形(通过将形成两个短边的直线连接到形成两个长边的线状部的两端而成的、连续的封闭带状的形状)的腔室7。在腔室7中产生的等离子体P通过腔室7中的作为开口部的等离子体喷出口向衬底1喷出。
腔室7的纵向方向和作为等离子体喷出口的开口部的纵向方向被布置为以便彼此平行。
设置于第二陶瓷块23中的环状的槽为气体歧管9，并且在其内部配备有多孔质陶瓷材料。从气体供应管10供应至气体歧管9的气体经由设置于第一陶瓷块22的作为气体导入部的气体供应孔11(通孔)导入到腔室7。根据这种构造，气体能够均匀且简单地在纵向方向上流动。导入到气体供应管10的气体的流量通过在其上游提供诸如质量流量控制器的流量控制装置而受到控制。
气体歧管9被配置成内部包括多孔质陶瓷材料。以此方式，能够实现均匀的气体流，并且能够防止气体歧管9附近处的异常放电。
气体供应孔11被配置成使得沿纵向方向设置有多个圆孔。但也可以沿纵向方向设置有狭缝状长形孔。
在设置于第一陶瓷块22的槽中设置有圆筒状的陶瓷管13。腔室7的长边部的上表面被配置成包括陶瓷管13。即，在包围腔室7的长边部的电介质部件中，构成与衬底载置台12相对的表面的部分被配置成包括与腔室7的纵向方向平行布置的圆筒。
提供使陶瓷管13绕其轴旋转的旋转机构。另外，陶瓷管13具有在其内部形成的空腔，并且包括用于使制冷剂流向其内部形成的空腔的机构。如图5C及5D所示，陶瓷管13长于腔室7的纵向方向的长度。在充分远离腔室7的位置上布置有旋转机构(未图示)。期望的是为旋转机构设置非常精确的旋转引导件，使得腔室7的形状不会由于陶瓷管13的旋转而发生变化。通过诸如带式驱动器的机构传递马达的旋转动力。陶瓷管13可以使用旋转接头，以便在使制冷剂流向内部时能够旋转。
线圈3被配置成使得其截面为圆形的铜管布置于被第一陶瓷块22和第二陶瓷块23包围的制冷剂流路16内部。也可以将线圈3配置成包括中空的管，并通过与制冷剂流路16分离的***供应和排放制冷剂。以此方式，通过使诸如水的制冷剂在制冷剂流路16中流动，能够冷却线圈3及各陶瓷组件。第一陶瓷块22要求优异的耐热性。因此适合使用主要包含氮化硅的陶瓷或主要包含硅、铝、氧、氮的陶瓷，作为第一陶瓷块22的材料。第二陶瓷块23不要求太高的耐热性。因此可以使用诸如氧化铝(矾土)的成本比较低的陶瓷。
向线圈3的供电是经由设置于第二陶瓷块23的通孔，通过作为供电棒的铜棒17来进行的。铜棒17通过连接器18固定于第二陶瓷块23，并且被配置成使得制冷剂不会从其泄漏。在第一陶瓷块22与第二陶瓷块23之间布置有外侧O型圈19及内侧O型圈20，并且被配置成使得制冷剂不会从其泄漏。
如图5B、5C及图6所示，线圈3为两个长边、布置于比长边更远离衬底1的位置的两个短边、以及将长边和短边相连的在垂直方向上的线段连结在一起的形状。以此方式，与现有技术相比，线圈3具有稍微更变形的形状。因为需要将线圈3布置成不干扰陶瓷管13。
制冷剂流路16也沿着线圈3延伸，并且具有相同的形状。如图5C所示，制冷剂流路16通过分隔件21在内部被分隔，并且形成连续的流路。采用在线圈3中流动的高频电流的方向与在制冷剂流路16中流动的制冷剂的流动方向平行的构造。
在向腔室7内供应等离子体气体时，通过开口部向衬底1喷出气体，并且从高频电源(未图示)向线圈3供应高频功率，由此在腔室7中产生等离子体P。通过经开口部向衬底1发射等离子体P，能够对衬底1上的薄膜2进行等离子体处理。通过使腔室7和衬底载置台12沿与开口部的纵向方向垂直的方向相对移动来对衬底1进行处理。即，沿图5A-5E的左右方向移动电感耦合等离子炬单元T或衬底载置台12。
当为了对衬底1进行有效的处理而缩短电感耦合等离子炬单元T与衬底1之间的距离时，接收到最大热量的是衬底载置台12附近的腔室7的、作为与衬底载置台12相对的部分(与衬底载置台12面对的部分)的内壁面。因此，为了抑制损伤，需更有效地冷却该部分。因此，本实施例采用使用内部包括制冷剂流路16的陶瓷管13的构造。通过将陶瓷管13形成为圆筒状，能够可靠地增强强度，并且可提高内部压力。因此能够使更多的冷却水流动。
采用通过旋转陶瓷管13来始终交替从等离子体P接收热的表面的构造。即，从等离子体P接收到热后而变热的部分在陶瓷管13旋转后迅速向不从等离子体P接收热的位置移动而被快速冷却。因此，与现有技术相比，能够施加非常高的高频功率，从而能够进行快速的等离子体处理。
作为向腔室7内供应的等离子体气体可以使用各种等离子体气体。然而，如果考虑等离子体的稳定性、点火性、暴露在等离子体中的部件的寿命等，则期望的是使用主要包含惰性气体、尤其是稀有气体的材料。在该材料中，典型地使用Ar气。当只用Ar气生成等离子体时，等离子体变得相当热(10,000K或更高)。
在本构造中，开口部的纵向方向的长度等于或大于衬底1的宽度。因此，能够在单次扫描(使电感耦合等离子炬单元T与衬底1(或载置衬底1的衬底载置台)相对移动)中对衬底1表面附近的整个薄膜2进行处理。根据这种构造，整体形成长方形的开口部的短边侧的等离子体不会发射到衬底，因此能够进行均匀的处理。
在上述等离子体处理装置中，在向腔室7内供应Ar气或Ar+H2气作为等离子体气体时，通过开口部向衬底1喷出气体，并且从高频电源(未图示)向线圈3供应13.56MHz的高频功率。以此方式，在腔室7中产生高频电磁场，由此产生等离子体P。通过开口部向衬底1发射等离子体P以便进行扫描。由此能够执行诸如半导体膜的结晶化的热处理。
用于产生等离子体的适当条件被设定为近似具有：开口部与衬底1之间的距离＝0.1mm至5mm、扫描速度＝20mm/s至3000mm/s、等离子体气体总流量＝1SLM至100SLM、Ar+H2气中的H2浓度＝0％至10％、高频功率＝0.5kW至30kW的值。然而，在这些量中，气体流量及功率由开口部的每100mm长度的值指示。这是因为，当确定气体流量和功率等参数时，认为适当的是输入与开口部的长度成正比的量。
如上所述，根据本实施例，采用其中衬底1靠近长形的热等离子体并且利用形成长形的腔室7的两个长线状部的两侧向衬底1直接发射等离子体的构造，因此气体及高频功率的利用效率优异。即，当在极短的时间内对衬底的表面附近均匀地执行高温热处理时，或者当通过发射使用反应气体的等离子体或同时发射等离子体和反应气体流来执行衬底的低温等离子体处理时，能够执行快速处理，且能够稳定地利用等离子体。
(实施例4)
以下，参考图7A至7E对本发明的实施例4进行说明。
图7A示出本发明的实施例4中的等离子体处理装置的构造，并且是以与长形的电感耦合等离子炬单元的纵向方向垂直且通过图7B至7E的虚线A-A’的面截取的截面图。
图7B至7E是以与长形的电感耦合等离子炬单元的纵向方向平行且通过图7A的虚线的面截取的截面图。图7B是以图7A的虚线B-B’截取的截面图。图7C是以图7A的虚线C-C’截取的截面图。图7D是以图7A的虚线D-D’截取的截面图。图7E是以图7A的虚线E-E’截取的截面图。
与实施例1的不同点在于线圈3和制冷剂流路16的形状。如图7A所示，靠近第二陶瓷块5且布置于设置在第四陶瓷块15a及15b的槽内部的线圈3阶梯式地布置，以便尽量靠近腔室7。为了采用这种构造，第四陶瓷块被配置成包括上侧陶瓷块15a和下侧陶瓷块15b，并且其中分别布置有独立的制冷剂流路16、O型圈24及25。如图7C及7E所示，线圈3也垂直地分割为两个线状部。
制冷剂流路16被配置成与朝向衬底1沿斜方向挖进的槽部16a连通，以便能够有效地冷却开口部附近的第一陶瓷块4及第二陶瓷块5。
(实施例5)
以下，参考图8对本发明的实施例5进行说明。
图8示出本发明的实施例5中的等离子体处理装置的构造，并且是以与长形的电感耦合等离子炬单元的纵向方向垂直的面截取的截面图，并且对应于图5A。
与实施例3的不同点在于制冷剂流路16的形状。制冷剂流路16与朝向衬底1沿斜方向挖进的槽部16a连通以便能够有效地冷却开口部附近的第一陶瓷块22。
以上描述的等离子体处理装置及方法仅仅示出本发明的适用范围中的典型示例。
例如，电感耦合等离子炬单元T可以扫描固定的衬底载置台12。然而，衬底载置台12可以扫描固定的电感耦合等离子炬单元T。
根据本发明的各种构造，能够对衬底1的表面附近执行高温处理。由此，这些构造当然能够适用于现有技术中描述的TFT半导体膜的结晶化或太阳能电池用半导体膜的改性。这些构造还能够适用于诸如硅半导体集成电路的氧化和活化、用于形成硅化物的退火、等离子体显示器面板中的保护层的清洁或还原脱气、包含聚集的二氧化硅颗粒的电介质层的表面平坦化或还原脱气、各种电子器件的回流、使用固体杂质源的等离子体掺杂的各种表面处理。
作为太阳能电池的制造方法，这些构造也能够适用于通过将粉碎硅锭而得到的粉末涂布于衬底上表面，并通过对粉末发射等离子体而使其熔融来得到多晶硅膜的方法。
为简单起见，说明中已使用了术语“热等离子体”。但难以严格区分热等离子体和低温等离子体。例如，Yasunori Tanaka所著的“Non-Equilibrium in Thermal Plasma”，Journal published by Institute of Plasma Science and Nuclear Research，Vol.82(2006)，No.8，pp.479-483中所解说的，仅通过热平衡性难以区分等离子体的种类。
本发明的一个目的在于对衬底执行热处理。在不受诸如热等离子体、热平衡等离子体、高温等离子体的术语的限制的情况下，本发明能够适用于与向衬底发射高温等离子体的技术。如上所述，电感耦合等离子炬可能采用弱放电和强放电的两种模式。然而，能够想到的是本发明意图有效地利用强放电。
已经详细描述了在极短的时间内对衬底的表面附近均匀地执行高温热处理的情况。但在通过发射使用反应气体的等离子体或通过同时发射等离子体和反应气体流来执行衬底的低温等离子体处理的情况下，也能够适用本发明。通过混合等离子体气体和反应气体并且通过向衬底发射使用反应气体的等离子体，能够实现蚀刻或CVD。
替代地，也可以在使用作为等离子体气体的稀有气体或在通过稀有气体中加入少量的H2气而得到的气体的同时，供应包含反应气体的气体作为屏蔽气体。以此方式，能够通过向衬底同时发射等离子体和反应气体流，从而实现诸如蚀刻、CVD、掺杂的离子体处理。如果使用主要包含氩的气体作为等离子体气体，则如实施例中详细例示地产生热等离子体。
相比之下，如果使用主要包含氦的气体作为等离子体气体，则能够产生相对低温的等离子体。根据这种方法，能够在不过度加热衬底的情况下执行诸如蚀刻或成膜的处理。用于蚀刻的反应气体包括含卤气体，例如CxFy(x、y为自然数)、SF6等，能够在蚀刻硅或硅化合物时使用该反应气体。如果使用O2作为反应气体，则能够去除有机材料或执行抗蚀剂灰化。作为用于CVD的反应气体包括甲硅烷、乙硅烷等，并且能够在硅或硅化合物的成膜中使用。
替代地，如果使用以TEOS(四乙氧基硅烷(Tetraethoxysilane))为代表的包含硅的有机气体和O2的混合气体，则能够形成氧化硅膜。此外，还能够执行诸如对疏水性或亲水性进行改性的表面处理的各种低温等离子体处理。与使用电容耦合大气压等离子体的现有技术不同，使用电感耦合等离子体。因此即使输入高每单位体积功率密度，也不易发生电弧放电，能够产生更高密度的等离子体。结果，可以得到较快的反应速度，能够快速且有效地对衬底的所希望的处理目标区域执行整体处理。
如上所述，本发明能够适用于TFT半导体膜的结晶化或太阳能电池用半导体膜的改性。当然，本发明适用于诸如在等离子体显示器面板中的保护层的清洁或还原脱气、包含聚集的二氧化硅颗粒的电介质层的表面平坦化或还原脱气、各种电子器件的回流、使用固体杂质源的等离子体掺杂的各种表面处理中。当在极短的时间内对衬底的表面附近均匀地执行高温热处理时，能够执行快速处理，并且能够稳定地利用等离子体。在这一方面本发明是很有用的。
此外，通过当制造各种电子器件时的诸如蚀刻、成膜、掺杂、表面改性的低温等离子体处理，能够快速且有效地对衬底的所希望的处理目标区域执行整体处理。在这一方面本发明是很有用的。
附图标记列表：
T…电感耦合等离子体炬单元
1…衬底
2…薄膜
3…线圈
4…第一陶瓷块
5…第二陶瓷块
7…腔室
9…气体歧管
10…气体供应管
11…气体供应孔
13…陶瓷管
14…第三陶瓷块
15…第四陶瓷块
16…制冷剂流路
17…铜棒
18…连接器
19…外侧O型圈
20…内侧O型圈
P…等离子体

Claims (9)

1.一种利用电感耦合等离子炬的等离子体处理装置，包括：
长形且环状的腔室，所述腔室除开口部以外被电介质部件包围，并且与所述开口部连通；
气体供应管，所述气体供应管向所述腔室内导入气体；
线圈，所述线圈设置于所述腔室附近；
高频电源，所述高频电源连接到所述线圈；以及
衬底载置台，
其中，在包围所述腔室的所述电介质部件中，构成与所述衬底载置台相对的表面的部分被配置成包括与所述腔室的纵向方向平行布置的圆筒，并且
其中，所述环状的腔室是通过将形成两个短边的线状部连接到形成两个长边的线状部的两端而成的、连续的封闭带状的形状，所述环状的腔室的底部的上表面被配置成包括所述圆筒。
2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，进一步包括：
旋转机构，所述旋转机构使所述圆筒围绕所述圆筒的轴旋转。
3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，
其中，所述圆筒为内部形成有空腔的管，并且包括用于使制冷剂流向形成在所述圆筒内部的所述空腔内的机构。
4.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，
其中，所述圆筒在纵向方向上比所述腔室长。
5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，
其中，所述圆筒具有将多个圆筒状构件沿所述腔室的纵向方向连结在一起的结构。
6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，
其中，沿着与由所述衬底载置台形成的平面大致垂直的平面布置所述腔室。
7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，
其中，沿着与由所述衬底载置台形成的平面大致平行的平面布置所述腔室。
8.一种利用电感耦合等离子炬的等离子体处理方法，包括：
向被电介质部件包围的长形且环状的腔室内供应气体，
通过与所述腔室连通的开口部向衬底喷出所述气体，
向线圈供应高频功率，
在所述腔室内产生高频电磁场以便产生等离子体，以及
处理所述衬底的表面，
其中，在包围所述腔室的所述电介质部件中，构成与衬底载置台相对的表面的部分被配置成包括与所述腔室的纵向方向平行布置的圆筒，并且
其中，所述环状的腔室是通过将形成两个短边的线状部连接到形成两个长边的线状部的两端而成的、连续的封闭带状的形状，所述环状的腔室的底部的上表面被配置成包括所述圆筒。
9.一种制造电子器件的方法，所述制造电子器件的方法利用权利要求8所述的等离子体处理方法。
CN201710342355.2A 2014-09-19 2015-08-27 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法 Active CN107195524B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-190994 2014-09-19
JP2014190994A JP6473889B2 (ja) 2014-09-19 2014-09-19 プラズマ処理装置及び方法、電子デバイスの製造方法
CN201510535288.7A CN105448636B (zh) 2014-09-19 2015-08-27 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510535288.7A Division CN105448636B (zh) 2014-09-19 2015-08-27 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107195524A CN107195524A (zh) 2017-09-22
CN107195524B true CN107195524B (zh) 2019-01-22

Family

ID=55526400

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510535288.7A Active CN105448636B (zh) 2014-09-19 2015-08-27 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法
CN201710342355.2A Active CN107195524B (zh) 2014-09-19 2015-08-27 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510535288.7A Active CN105448636B (zh) 2014-09-19 2015-08-27 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10181406B2 (zh)
JP (1) JP6473889B2 (zh)
KR (1) KR101745131B1 (zh)
CN (2) CN105448636B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6295439B2 (ja) * 2015-06-02 2018-03-20 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
JP6857801B2 (ja) * 2016-05-18 2021-04-14 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プラズマ処理方法、電子デバイスの製造方法
KR102646623B1 (ko) 2017-01-23 2024-03-11 에드워드 코리아 주식회사 플라즈마 발생 장치 및 가스 처리 장치
WO2018135772A1 (en) 2017-01-23 2018-07-26 Edwards Korea Ltd. Nitrogen oxide reduction apparatus and gas treating apparatus
US10709005B2 (en) * 2018-05-03 2020-07-07 Institute of Nuclear Energy Research, Atomic Energy Council, Executive Yuan, R.O.C. Plasma torch electrode with integrated heat pipes

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3295310B2 (ja) 1995-08-08 2002-06-24 三洋電機株式会社 回転電極を用いた高速成膜方法及びその装置
JP3519046B2 (ja) * 1996-09-10 2004-04-12 日立マクセル株式会社 プラズマｃｖｄ装置
JP3509758B2 (ja) * 2001-01-31 2004-03-22 シャープ株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理機、並びにプラズマ処理方法
KR100561848B1 (ko) * 2003-11-04 2006-03-16 삼성전자주식회사 헬리컬 공진기형 플라즈마 처리 장치
WO2005059202A1 (ja) * 2003-12-16 2005-06-30 Konica Minolta Holdings, Inc. 薄膜形成方法並びに該方法により薄膜が形成された基材
JP2007287452A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Seiko Epson Corp プラズマ装置
WO2011041087A2 (en) * 2009-09-29 2011-04-07 Applied Materials, Inc. Inductively-coupled plasma (icp) resonant source element
US8742665B2 (en) * 2009-11-18 2014-06-03 Applied Materials, Inc. Plasma source design
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
JP2013045822A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Panasonic Corp プラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置
JP5510436B2 (ja) 2011-12-06 2014-06-04 パナソニック株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5429268B2 (ja) * 2011-12-07 2014-02-26 パナソニック株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5617817B2 (ja) * 2011-10-27 2014-11-05 パナソニック株式会社 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
JP5467371B2 (ja) 2011-12-07 2014-04-09 パナソニック株式会社 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
CN103094038B (zh) 2011-10-27 2017-01-11 松下知识产权经营株式会社 等离子体处理装置以及等离子体处理方法
JP2013131485A (ja) 2011-11-22 2013-07-04 Kobe Steel Ltd プラズマ発生源の冷却機構及び冷却方法
US20140312761A1 (en) 2011-11-22 2014-10-23 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Plasma source and vacuum plasma processing apparatus provided with same
JP5510437B2 (ja) * 2011-12-07 2014-06-04 パナソニック株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
US10115565B2 (en) 2012-03-02 2018-10-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP5830651B2 (ja) * 2012-03-02 2015-12-09 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
JP5899422B2 (ja) * 2012-09-18 2016-04-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 誘導結合型プラズマ処理装置及び方法
JP6379355B2 (ja) * 2015-04-02 2018-08-29 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

Also Published As

Publication number Publication date
KR101745131B1 (ko) 2017-06-08
US10181406B2 (en) 2019-01-15
KR20160034188A (ko) 2016-03-29
CN105448636B (zh) 2017-11-10
JP2016062803A (ja) 2016-04-25
JP6473889B2 (ja) 2019-02-27
US20160086774A1 (en) 2016-03-24
CN105448636A (zh) 2016-03-30
CN107195524A (zh) 2017-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107195524B (zh) 等离子体处理装置、等离子体处理方法和制造电子器件的方法
US9595458B2 (en) Plasma processing apparatus and method, and method of manufacturing electronic device
CN103094038B (zh) 等离子体处理装置以及等离子体处理方法
CN103151234B (zh) 等离子体处理装置以及等离子体处理方法
CN103295868B (zh) 等离子体处理装置及等离子体处理方法
US9583313B2 (en) Plasma processing apparatus and plasma processing method
WO2014017130A1 (ja) プラズマ処理装置
CN103094039B (zh) 电感耦合型的等离子体处理装置以及等离子体处理方法
US8815168B2 (en) Carbon nanotube synthesizing apparatus
US10141162B2 (en) Plasma processing apparatus, plasma processing method, and method for manufacturing electronic device
JP6043968B2 (ja) プラズマ処理方法並びに電子デバイスの製造方法
TWI523972B (zh) Plasma processing apparatus and method
US9691593B2 (en) Plasma processing device and plasma processing method
WO2014045565A1 (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP6857801B2 (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法、電子デバイスの製造方法
JP2016119313A (ja) プラズマ処理装置
JP2018107026A (ja) プラズマ処理装置及び方法
JP2017182966A (ja) プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法、電子デバイスの製造方法
JP2015099642A (ja) プラズマ処理装置及び方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant