本申請是于2015年8月27日提交的、中國申請?zhí)枮?01510535288.7、發(fā)明名稱為“等離子體處理裝置、等離子體處理方法和制造電子器件的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。

本發(fā)明涉及一種等離子體處理裝置、等離子體處理方法和制造電子器件的方法，其中向襯底發(fā)射熱等離子體來對襯底執(zhí)行熱等離子體處理，或其中通過發(fā)射使用反應(yīng)氣體的等離子體或同時(shí)發(fā)射等離子體和反應(yīng)氣體流來對襯底執(zhí)行低溫等離子體處理。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，諸如多晶硅(poly-si)的半導(dǎo)體薄膜廣泛利用于薄膜晶體管(tft)或太陽能電池中。作為以低成本形成半導(dǎo)體薄膜的方法，通過向非晶硅膜發(fā)射激光束而使半導(dǎo)體薄膜結(jié)晶。激光加工還能夠適用于通過離子注入或等離子體摻雜而被導(dǎo)入到半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)原子的活化等。然而，該激光退火技術(shù)存在所達(dá)到的溫度取決于被加熱物的光吸收的大小而極大變化或者產(chǎn)生接縫等缺點(diǎn)，并且需要非常昂貴的設(shè)備。

因此，已經(jīng)研究了一種如下技術(shù)：其中通過產(chǎn)生長形的熱等離子體并只沿一個(gè)方向執(zhí)行掃描來執(zhí)行加熱，而不依賴于被加熱物的光吸收，并且以低成本且無接縫地執(zhí)行熱處理(例如，參考jp-a-2013-120633、jp-a-2013-120684、jp-a-2013-120685和t.okumuraandh.kawaura,jpn.j.appl.phys.52(2013)05ee01)。

然而，用于諸如半導(dǎo)體的結(jié)晶化的在極短的時(shí)間內(nèi)在襯底表面附近執(zhí)行高溫處理的用途的、在現(xiàn)有技術(shù)中的jp-a-2013-120633、jp-a-2013-120684、jp-a-2013-120685所公開的產(chǎn)生長形熱等離子體的技術(shù)中，如果為了提高等離子體的發(fā)射強(qiáng)度而過度增大高頻功率，則等離子體源會因熱而受損。因此，不得不抑制高頻功率。結(jié)果，存在延遲處理速度(能夠在每單位時(shí)間內(nèi)處理的襯底數(shù)量)的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于這種問題而完成的，其目的在于提供一種等離子體處理裝置、等離子體處理方法和制造電子器件的方法。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在極短的時(shí)間內(nèi)在襯底表面附近均勻地執(zhí)行高溫?zé)崽幚頃r(shí)，或者當(dāng)通過發(fā)射使用反應(yīng)氣體的等離子體或通過同時(shí)發(fā)射等離子體和反應(yīng)氣體流來執(zhí)行對襯底的低溫等離子體處理時(shí)，能夠執(zhí)行快速處理，并且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種等離子體處理裝置。在包圍長形且環(huán)狀的腔室的電介質(zhì)部件中，構(gòu)成與用于載置襯底的襯底載置臺相對的表面的部分被配置成包括與所述腔室的縱向方向平行布置的圓筒，所述腔室除開口部以外被電介質(zhì)部件包圍，并且與所述開口部連通。

根據(jù)這種構(gòu)造，因?yàn)殡娊橘|(zhì)部件即使接收高功率也不易受損，所以能夠執(zhí)行快速處理，并且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種等離子體處理方法。在包圍長形且環(huán)狀的腔室的電介質(zhì)部件中，構(gòu)成與用于載置襯底的襯底載置臺相對的表面的部分被配置成包括與所述腔室的縱向方向平行布置的圓筒，所述腔室被所述電介質(zhì)部件包圍。

根據(jù)這種構(gòu)造，因?yàn)殡娊橘|(zhì)部件即使接收高功率也不易受損，所以能夠執(zhí)行快速處理，并且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種通過利用本發(fā)明的第二方面的等離子體處理方法來制造電子器件的方法。

根據(jù)這種構(gòu)造，因?yàn)殡娊橘|(zhì)部件即使接收高功率也不易受損，所以能夠執(zhí)行快速處理，并且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。

根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)在極短的時(shí)間內(nèi)在襯底表面附近均勻地執(zhí)行高溫?zé)崽幚頃r(shí),或者當(dāng)通過發(fā)射使用反應(yīng)氣體的等離子體或通過同時(shí)發(fā)射等離子體和反應(yīng)氣體流來執(zhí)行對襯底的等離子體處理時(shí)，能夠執(zhí)行快速處理，并且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。

附圖說明

圖1a至1f是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的等離子體處理裝置的構(gòu)造的截面圖；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的等離子體處理裝置的構(gòu)造的平面圖；

圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的等離子體產(chǎn)生區(qū)域的透視圖；

圖4a和4b是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的等離子體處理裝置的構(gòu)造的截面圖；

圖5a至5e是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的等離子體處理裝置的構(gòu)造的截面圖；

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的等離子體處理裝置的構(gòu)造的透視圖；

圖7a至7e是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的等離子體處理裝置的構(gòu)造的截面圖；以及

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5的等離子體處理裝置的構(gòu)造的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下，利用附圖對根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的等離子體處理裝置進(jìn)行說明。

(實(shí)施例1)

以下，參考圖1a至圖3對根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1進(jìn)行說明。

圖1a示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的等離子體處理裝置的構(gòu)造，并且是以與長形的電感耦合等離子炬單元的縱向方向垂直且通過圖1b至f的虛線a-a’的平面截取的截面圖。

圖1b至1f是以與長形的電感耦合等離子炬單元的縱向方向平行且通過圖1a的虛線的平面截取的截面圖。圖1b是以圖1a的虛線b-b’截取的截面圖，圖1c是以圖1a的虛線c-c’截取的截面圖，圖1d是以圖1a的虛線d-d’截取的截面圖，圖1e是以圖1a的虛線e-e’截取的截面圖，并且圖1f是以圖1a的虛線f-f’截取的截面圖。

圖2是從圖1a至1f中的下方向上方觀察圖1a至1f所示的電感耦合等離子炬單元的平面圖。圖3是表示等離子體的產(chǎn)生區(qū)域的透視圖，并且是從圖1a的右前側(cè)在斜下方方向上觀察電感耦合等離子炬單元時(shí)的圖。

參考圖1a至1f，在用作襯底載置臺12的托盤上布置有襯底1，并且在襯底1上布置有薄膜2。在電感耦合等離子炬單元t中，由導(dǎo)體制成的線圈3布置于第一陶瓷塊4及第二陶瓷塊5的附近。長形的腔室7通過被第一陶瓷塊4、第二陶瓷塊5及襯底載置臺12(或其上的襯底1)包圍的空間限定。

襯底1布置于用作襯底載置臺12的托盤上。沿著與由襯底載置臺12形成的平面大致垂直的平面布置有線圈3及腔室7。腔室7的靠近線圈3的內(nèi)壁表面為與線圈3大致平行的平面。根據(jù)這種構(gòu)造，從線圈3至腔室7的距離在布置有線圈3的任意位置均相等。因此較小的高頻功率能夠產(chǎn)生電感耦合等離子體，從而能夠有效產(chǎn)生等離子體。

電感耦合等離子炬單元t整體地被由接地的導(dǎo)體制成的屏蔽部件(未圖示)包圍。以此方式，能夠有效地防止高頻泄漏(噪聲)，并且能夠有效地防止不理想的異常放電等。

腔室7被環(huán)狀的槽包圍，其中設(shè)置于第一陶瓷塊4及第二陶瓷塊5中的槽連續(xù)。即，采用腔室7整體地被電介質(zhì)包圍的構(gòu)造。腔室7具有環(huán)狀。

在此所說的環(huán)狀是指連續(xù)的封閉帶狀的形狀。本實(shí)施例中，腔室7具有通過將設(shè)置于第一陶瓷塊4中的形成長邊的線狀部、設(shè)置于第一陶瓷塊4中的形成布置于上述線狀部的兩端中的兩個(gè)短邊的線狀部、以及設(shè)置于第二陶瓷塊5的底部的形成長邊的線狀部連接而成的、連續(xù)的封閉帶狀的形狀。

腔室7中產(chǎn)生的等離子體p從形成腔室7的底部的等離子體噴出口(具有設(shè)置于第二陶瓷塊5的底部的形成長邊的線狀的開口部)朝向襯底1噴出。腔室7的縱向方向和等離子體噴出口的縱向方向彼此平行布置。

設(shè)置于第一陶瓷塊4的長方形的槽為氣體歧管9，并且在其內(nèi)部配備有多孔質(zhì)陶瓷材料。從氣體供應(yīng)管10供應(yīng)至氣體歧管9的氣體經(jīng)由設(shè)置于第一陶瓷塊4的作為氣體導(dǎo)入部的氣體供應(yīng)孔11(通孔)導(dǎo)入到腔室7。根據(jù)這種構(gòu)造，氣體能夠均勻且簡單地在縱向方向上流動。導(dǎo)入到氣體供應(yīng)管10的氣體的流量通過在其上游側(cè)提供諸如質(zhì)量流量控制器的流量控制裝置而受到控制。

氣體歧管9被配置成內(nèi)部包括多孔質(zhì)陶瓷材料。以此方式，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的氣體流，并且能夠防止氣體歧管9附近處的異常放電。

氣體供應(yīng)孔11被配置成使得沿縱向方向設(shè)置有多個(gè)圓孔。但也可以沿縱向方向設(shè)置有狹縫狀長形孔。

在第一陶瓷塊4與第二陶瓷塊5之間設(shè)置有圓筒狀的陶瓷管13。腔室7的底部的上表面被配置成包括陶瓷管13。即，在包圍腔室7的電介質(zhì)部件內(nèi)構(gòu)成與襯底載置臺12相對的表面的部分被配置成包括與腔室7的縱向方向平行配置的圓筒。

提供使陶瓷管13繞其軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。另外，陶瓷管13具有在其內(nèi)部形成的空腔，并且包括用于使制冷劑流向其內(nèi)部形成的空腔的機(jī)構(gòu)。如圖1e所示，陶瓷管13長于腔室7的縱向方向的長度。在充分遠(yuǎn)離腔室7的位置處布置有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未圖示)。期望的是為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置非常精確的旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)件，使得腔室7的形狀不會由于陶瓷管13的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化。通過諸如帶式驅(qū)動器的機(jī)構(gòu)傳遞馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)動力。

陶瓷管13可以使用旋轉(zhuǎn)接頭，以便在使制冷劑流向其內(nèi)部時(shí)能夠旋轉(zhuǎn)。

線圈3被配置成使得其截面為圓形的銅管布置于被第一陶瓷塊4、第三陶瓷塊14、第二陶瓷塊5和第四陶瓷塊15包圍的制冷劑流路16內(nèi)部。也可以將線圈3配置成包括中空的管，并通過與制冷劑流路16分離的系統(tǒng)供應(yīng)和排放制冷劑。

如此，通過使諸如水的制冷劑在制冷劑流路16中流動，能夠冷卻線圈3及各陶瓷組件。第一陶瓷塊4及第二陶瓷塊5要求優(yōu)異的耐熱性。因此適合使用主要包含氮化硅的陶瓷或主要包含硅、鋁、氧、氮的陶瓷，作為其兩者的材料。對第三陶瓷塊14及第四陶瓷塊15不要求太高的耐熱性。因此可以使用諸如氧化鋁(礬土)的成本比較低的陶瓷。

向線圈3的供電是經(jīng)由設(shè)置于第三陶瓷塊14及第四陶瓷塊15中的通孔，通過用作供電棒的銅棒17來進(jìn)行的。銅棒17通過連接器18固定于第三陶瓷塊14及第四陶瓷塊15，并且被配置成使得制冷劑不會從其泄漏。在第一陶瓷塊4與第三陶瓷塊14之間以及第二陶瓷塊5與第四陶瓷塊15之間布置有外側(cè)o型圈19及內(nèi)側(cè)o型圈20，并且被配置成使得制冷劑不會從其泄漏。

如圖1b及1f所示，兩個(gè)線圈3整體具有長方形平面形狀。制冷劑流路16通過分隔件21在內(nèi)部被分隔，并且形成連續(xù)的流路。采用在線圈3中流動的高頻電流的方向與在制冷劑流路16中流動的制冷劑的流動方向平行的構(gòu)造。

如圖2及圖3所示，所產(chǎn)生的等離子體p具有與縱向方向的長度相互相等的2個(gè)長方形以l字狀接合的三維結(jié)構(gòu)的外緣相同的形狀。如此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，等離子體p具有稍微變形的形狀。因?yàn)樾枰獙⑶皇?布置成不干擾陶瓷管13。

在向腔室7內(nèi)供應(yīng)等離子體氣體時(shí)，通過開口部向襯底1噴出氣體，并且從高頻電源(未圖示)向線圈3供應(yīng)高頻功率，由此在腔室7中產(chǎn)生等離子體p。通過經(jīng)開口部向襯底1發(fā)射等離子體p，能夠?qū)σr底1上的薄膜2執(zhí)行等離子體處理。通過使腔室7和襯底載置臺12沿與開口部的縱向方向垂直的方向相對移動來對襯底1進(jìn)行處理。即，向圖1a及1f所示的左右方向移動電感耦合等離子炬單元t或襯底載置臺12。

當(dāng)為了對襯底1執(zhí)行有效的處理而縮短電感耦合等離子炬單元t與襯底1之間的距離時(shí)，接收到最大熱量的是襯底載置臺12附近的腔室7的、作為與襯底載置臺12相對的部分(與襯底載置臺12面對的部分)的內(nèi)壁面。因此，為了抑制損傷，需更有效地冷卻該部分。因此，本實(shí)施例采用使用內(nèi)部包括制冷劑流路16的陶瓷管13的構(gòu)造。通過將陶瓷管13形成圓筒狀，能夠可靠地增強(qiáng)強(qiáng)度，并且可提高內(nèi)部壓力。因此能夠使更多的冷卻水流動。

采用通過旋轉(zhuǎn)陶瓷管13來始終交替從等離子體p接收熱的表面的構(gòu)造。即，從等離子體p接收到熱后而變熱的部分在陶瓷管13旋轉(zhuǎn)后迅速向不從等離子體p接收熱的位置移動而被快速冷卻。因此，與現(xiàn)有技術(shù)不同，能夠施加非常高的高頻功率，從而能夠進(jìn)行快速的等離子體處理。

作為向腔室7內(nèi)供應(yīng)的等離子體氣體可以使用各種等離子體氣體。然而，如果考慮等離子體的穩(wěn)定性、點(diǎn)火性、暴露在等離子體中的部件的壽命等，則期望的是使用主要包含惰性氣體、尤其是稀有氣體的材料。在該材料中，典型地使用ar氣。當(dāng)只用ar氣生成等離子體時(shí)，等離子體變得相當(dāng)熱(10,000k或更高)。

在上述等離子體處理裝置中，在向腔室7內(nèi)供應(yīng)ar氣或ar+h2氣作為等離子體氣體時(shí)，通過開口部向襯底1噴出氣體，并且從高頻電源向線圈3供應(yīng)13.56mhz的高頻功率。以此方式，在腔室7中產(chǎn)生高頻電磁場，由此產(chǎn)生等離子體p。通過開口部向襯底1發(fā)射等離子體p以便執(zhí)行掃描。由此能夠執(zhí)行諸如半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化的熱處理。

用于產(chǎn)生等離子體的適當(dāng)條件被設(shè)定為近似具有：開口部與襯底1之間的距離＝0.1mm至5mm、掃描速度＝20mm/s至3000mm/s、等離子體氣體總流量＝1slm至100slm、ar+h2氣中的h2濃度＝0％至10％、高頻功率＝0.5kw至30kw的值。然而，在這些量中，氣體流量及功率由開口部的每100mm長度的值指示。這是因?yàn)?，?dāng)確定氣體流量和功率的參數(shù)時(shí)，認(rèn)為適當(dāng)?shù)氖禽斎肱c開口部的長度成正比的量。

如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，能夠輸入較高的高頻功率。即，當(dāng)在極短的時(shí)間內(nèi)在襯底的表面附近均勻地執(zhí)行高溫?zé)崽幚頃r(shí)，或者當(dāng)通過發(fā)射使用反應(yīng)氣體的等離子體或通過同時(shí)發(fā)射等離子體和反應(yīng)氣體流來執(zhí)行襯底的低溫等離子體處理時(shí)，能夠執(zhí)行快速處理，并且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。即，因?yàn)槟軌蛞暂^大的功率操作裝置，所以可以提高等離子體發(fā)射強(qiáng)度。結(jié)果，處理速度(能夠在每單位時(shí)間內(nèi)處理的襯底數(shù)量)變高。

(實(shí)施例2)

以下，將參考圖4a和4b對根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2進(jìn)行說明。

圖4a是示出本發(fā)明的實(shí)施例2中的等離子體處理裝置的構(gòu)造的截面圖，并且示出將陶瓷管13以與其縱向方向垂直的平面截取的截面。

參考圖4a，陶瓷管13被配置成包括設(shè)有凸部13a及凹部13b的多個(gè)管。在凸部13a及凹部13b中形成有螺紋。凸部13a被配置成以通過繞其卷繞密封膠帶而使密封材料介于其間的狀態(tài)下擰入凹部13b。為了簡單地且緊湊地構(gòu)成電感耦合等離子炬單元t，優(yōu)選陶瓷管13較細(xì)。

但是，陶瓷材料在其制造工序中容易發(fā)生破裂、應(yīng)變等。因此難以精細(xì)且高精度精加工長管。本實(shí)施例采用精細(xì)且高精度精加工比較短的構(gòu)件并且沿腔室7的縱向方向?qū)⑵溥B結(jié)的結(jié)構(gòu)。

根據(jù)這種構(gòu)造，能夠以低成本構(gòu)成等離子體處理裝置。

圖4b示出陶瓷管13的另一其它構(gòu)造的圖。

參考圖4b，在陶瓷管13的中空部內(nèi)部插入有棒狀的流路調(diào)整部件31。由此，制冷劑流路16具有變窄的截面積。當(dāng)以相同流量供應(yīng)制冷劑時(shí)流速上升。因此，能夠從溫度上升的陶瓷管13的內(nèi)壁表面更有效地奪走熱。即，根據(jù)這種構(gòu)造，能夠進(jìn)一步提高冷卻效率。期望的是布置流路調(diào)整部件31以便與陶瓷管13同軸。從三個(gè)方向或四個(gè)方向使用固定螺絲等適當(dāng)?shù)囟ㄎ涣髀氛{(diào)整部件31。

(實(shí)施例3)

以下，參考圖5a至圖6對根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3進(jìn)行說明。

圖5a示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的等離子體處理裝置的構(gòu)造，并且是以與長形的電感耦合等離子炬單元的縱向方向垂直且通過圖5b至5e的虛線a-a’的面截取的截面圖。圖5b至5e是以與長形的電感耦合等離子炬單元的縱向方向平行且通過圖5a的虛線的面截取的截面圖。圖5b是以圖5a的虛線b-b’截取的截面圖。圖5c是以圖5a的虛線c-c’截取的截面圖。圖5d是以圖5a的虛線d-d’截取的截面圖。圖5e是以圖5a的虛線e-e’截取的截面圖。圖6是示出線圈3的形狀的透視圖，并且是從圖5a的右前側(cè)在斜下方方向上觀察線圈3時(shí)的圖。

參考圖5a至5e，在載置于襯底載置臺12(未圖示)上的襯底1上配置有薄膜2。電感耦合等離子炬單元t中，導(dǎo)體制成的線圈3布置于第一陶瓷塊22及第二陶瓷塊23的附近。長形的腔室7通過被第一陶瓷塊22及襯底1包圍的空間劃分。

沿著與由襯底載置臺12形成的平面大致平行的平面布置有線圈3及腔室7。根據(jù)這種構(gòu)造，從線圈3至腔室7的距離在布置有線圈3的任意位置均彼此相等。因此能夠以較小的高頻功率產(chǎn)生電感耦合等離子體，從而能夠有效產(chǎn)生等離子體。

電感耦合等離子炬單元t整體地被由接地的導(dǎo)體制成的屏蔽部件(未圖示)包圍。以此方式，能夠有效地防止高頻泄漏(噪聲)，并且能夠有效地防止不理想的異常放電等。

腔室7被環(huán)狀的槽包圍，其中設(shè)置于第一陶瓷塊22的槽連續(xù)。即，采用腔室7整體地被電介質(zhì)包圍的構(gòu)造。腔室7為環(huán)狀。在此所述的環(huán)狀是指連續(xù)的封閉帶狀的形狀，并不限定于如圖5e所示的長方形。作為示例，示出跑道形(通過將形成兩個(gè)短邊的直線連接到形成兩個(gè)長邊的線狀部的兩端而成的、連續(xù)的封閉帶狀的形狀)的腔室7。在腔室7中產(chǎn)生的等離子體p通過腔室7中的作為開口部的等離子體噴出口向襯底1噴出。

腔室7的縱向方向和作為等離子體噴出口的開口部的縱向方向被布置為以便彼此平行。

設(shè)置于第二陶瓷塊23中的環(huán)狀的槽為氣體歧管9，并且在其內(nèi)部配備有多孔質(zhì)陶瓷材料。從氣體供應(yīng)管10供應(yīng)至氣體歧管9的氣體經(jīng)由設(shè)置于第一陶瓷塊22的作為氣體導(dǎo)入部的氣體供應(yīng)孔11(通孔)導(dǎo)入到腔室7。根據(jù)這種構(gòu)造，氣體能夠均勻且簡單地在縱向方向上流動。導(dǎo)入到氣體供應(yīng)管10的氣體的流量通過在其上游提供諸如質(zhì)量流量控制器的流量控制裝置而受到控制。

氣體歧管9被配置成內(nèi)部包括多孔質(zhì)陶瓷材料。以此方式，能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的氣體流，并且能夠防止氣體歧管9附近處的異常放電。

氣體供應(yīng)孔11被配置成使得沿縱向方向設(shè)置有多個(gè)圓孔。但也可以沿縱向方向設(shè)置有狹縫狀長形孔。

在設(shè)置于第一陶瓷塊22的槽中設(shè)置有圓筒狀的陶瓷管13。腔室7的長邊部的上表面被配置成包括陶瓷管13。即，在包圍腔室7的長邊部的電介質(zhì)部件中，構(gòu)成與襯底載置臺12相對的表面的部分被配置成包括與腔室7的縱向方向平行布置的圓筒。

提供使陶瓷管13繞其軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。另外，陶瓷管13具有在其內(nèi)部形成的空腔，并且包括用于使制冷劑流向其內(nèi)部形成的空腔的機(jī)構(gòu)。如圖5c及5d所示，陶瓷管13長于腔室7的縱向方向的長度。在充分遠(yuǎn)離腔室7的位置上布置有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(未圖示)。期望的是為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置非常精確的旋轉(zhuǎn)引導(dǎo)件，使得腔室7的形狀不會由于陶瓷管13的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化。通過諸如帶式驅(qū)動器的機(jī)構(gòu)傳遞馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)動力。陶瓷管13可以使用旋轉(zhuǎn)接頭，以便在使制冷劑流向內(nèi)部時(shí)能夠旋轉(zhuǎn)。

線圈3被配置成使得其截面為圓形的銅管布置于被第一陶瓷塊22和第二陶瓷塊23包圍的制冷劑流路16內(nèi)部。也可以將線圈3配置成包括中空的管，并通過與制冷劑流路16分離的系統(tǒng)供應(yīng)和排放制冷劑。以此方式，通過使諸如水的制冷劑在制冷劑流路16中流動，能夠冷卻線圈3及各陶瓷組件。第一陶瓷塊22要求優(yōu)異的耐熱性。因此適合使用主要包含氮化硅的陶瓷或主要包含硅、鋁、氧、氮的陶瓷，作為第一陶瓷塊22的材料。第二陶瓷塊23不要求太高的耐熱性。因此可以使用諸如氧化鋁(礬土)的成本比較低的陶瓷。

向線圈3的供電是經(jīng)由設(shè)置于第二陶瓷塊23的通孔，通過作為供電棒的銅棒17來進(jìn)行的。銅棒17通過連接器18固定于第二陶瓷塊23，并且被配置成使得制冷劑不會從其泄漏。在第一陶瓷塊22與第二陶瓷塊23之間布置有外側(cè)o型圈19及內(nèi)側(cè)o型圈20，并且被配置成使得制冷劑不會從其泄漏。

如圖5b、5c及圖6所示，線圈3為兩個(gè)長邊、布置于比長邊更遠(yuǎn)離襯底1的位置的兩個(gè)短邊、以及將長邊和短邊相連的在垂直方向上的線段連結(jié)在一起的形狀。以此方式，與現(xiàn)有技術(shù)相比，線圈3具有稍微更變形的形狀。因?yàn)樾枰獙⒕€圈3布置成不干擾陶瓷管13。

制冷劑流路16也沿著線圈3延伸，并且具有相同的形狀。如圖5c所示，制冷劑流路16通過分隔件21在內(nèi)部被分隔，并且形成連續(xù)的流路。采用在線圈3中流動的高頻電流的方向與在制冷劑流路16中流動的制冷劑的流動方向平行的構(gòu)造。

在向腔室7內(nèi)供應(yīng)等離子體氣體時(shí)，通過開口部向襯底1噴出氣體，并且從高頻電源(未圖示)向線圈3供應(yīng)高頻功率，由此在腔室7中產(chǎn)生等離子體p。通過經(jīng)開口部向襯底1發(fā)射等離子體p，能夠?qū)σr底1上的薄膜2進(jìn)行等離子體處理。通過使腔室7和襯底載置臺12沿與開口部的縱向方向垂直的方向相對移動來對襯底1進(jìn)行處理。即，沿圖5a-5e的左右方向移動電感耦合等離子炬單元t或襯底載置臺12。

當(dāng)為了對襯底1進(jìn)行有效的處理而縮短電感耦合等離子炬單元t與襯底1之間的距離時(shí)，接收到最大熱量的是襯底載置臺12附近的腔室7的、作為與襯底載置臺12相對的部分(與襯底載置臺12面對的部分)的內(nèi)壁面。因此，為了抑制損傷，需更有效地冷卻該部分。因此，本實(shí)施例采用使用內(nèi)部包括制冷劑流路16的陶瓷管13的構(gòu)造。通過將陶瓷管13形成為圓筒狀，能夠可靠地增強(qiáng)強(qiáng)度，并且可提高內(nèi)部壓力。因此能夠使更多的冷卻水流動。

采用通過旋轉(zhuǎn)陶瓷管13來始終交替從等離子體p接收熱的表面的構(gòu)造。即，從等離子體p接收到熱后而變熱的部分在陶瓷管13旋轉(zhuǎn)后迅速向不從等離子體p接收熱的位置移動而被快速冷卻。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠施加非常高的高頻功率，從而能夠進(jìn)行快速的等離子體處理。

作為向腔室7內(nèi)供應(yīng)的等離子體氣體可以使用各種等離子體氣體。然而，如果考慮等離子體的穩(wěn)定性、點(diǎn)火性、暴露在等離子體中的部件的壽命等，則期望的是使用主要包含惰性氣體、尤其是稀有氣體的材料。在該材料中，典型地使用ar氣。當(dāng)只用ar氣生成等離子體時(shí)，等離子體變得相當(dāng)熱(10,000k或更高)。

在本構(gòu)造中，開口部的縱向方向的長度等于或大于襯底1的寬度。因此，能夠在單次掃描(使電感耦合等離子炬單元t與襯底1(或載置襯底1的襯底載置臺)相對移動)中對襯底1表面附近的整個(gè)薄膜2進(jìn)行處理。根據(jù)這種構(gòu)造，整體形成長方形的開口部的短邊側(cè)的等離子體不會發(fā)射到襯底，因此能夠進(jìn)行均勻的處理。

在上述等離子體處理裝置中，在向腔室7內(nèi)供應(yīng)ar氣或ar+h2氣作為等離子體氣體時(shí)，通過開口部向襯底1噴出氣體，并且從高頻電源(未圖示)向線圈3供應(yīng)13.56mhz的高頻功率。以此方式，在腔室7中產(chǎn)生高頻電磁場，由此產(chǎn)生等離子體p。通過開口部向襯底1發(fā)射等離子體p以便進(jìn)行掃描。由此能夠執(zhí)行諸如半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化的熱處理。

用于產(chǎn)生等離子體的適當(dāng)條件被設(shè)定為近似具有：開口部與襯底1之間的距離＝0.1mm至5mm、掃描速度＝20mm/s至3000mm/s、等離子體氣體總流量＝1slm至100slm、ar+h2氣中的h2濃度＝0％至10％、高頻功率＝0.5kw至30kw的值。然而，在這些量中，氣體流量及功率由開口部的每100mm長度的值指示。這是因?yàn)椋?dāng)確定氣體流量和功率等參數(shù)時(shí)，認(rèn)為適當(dāng)?shù)氖禽斎肱c開口部的長度成正比的量。

如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，采用其中襯底1靠近長形的熱等離子體并且利用形成長形的腔室7的兩個(gè)長線狀部的兩側(cè)向襯底1直接發(fā)射等離子體的構(gòu)造，因此氣體及高頻功率的利用效率優(yōu)異。即，當(dāng)在極短的時(shí)間內(nèi)對襯底的表面附近均勻地執(zhí)行高溫?zé)崽幚頃r(shí)，或者當(dāng)通過發(fā)射使用反應(yīng)氣體的等離子體或同時(shí)發(fā)射等離子體和反應(yīng)氣體流來執(zhí)行襯底的低溫等離子體處理時(shí)，能夠執(zhí)行快速處理，且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。

(實(shí)施例4)

以下，參考圖7a至7e對本發(fā)明的實(shí)施例4進(jìn)行說明。

圖7a示出本發(fā)明的實(shí)施例4中的等離子體處理裝置的構(gòu)造，并且是以與長形的電感耦合等離子炬單元的縱向方向垂直且通過圖7b至7e的虛線a-a’的面截取的截面圖。

圖7b至7e是以與長形的電感耦合等離子炬單元的縱向方向平行且通過圖7a的虛線的面截取的截面圖。圖7b是以圖7a的虛線b-b’截取的截面圖。圖7c是以圖7a的虛線c-c’截取的截面圖。圖7d是以圖7a的虛線d-d’截取的截面圖。圖7e是以圖7a的虛線e-e’截取的截面圖。

與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于線圈3和制冷劑流路16的形狀。如圖7a所示，靠近第二陶瓷塊5且布置于設(shè)置在第四陶瓷塊15a及15b的槽內(nèi)部的線圈3階梯式地布置，以便盡量靠近腔室7。為了采用這種構(gòu)造，第四陶瓷塊被配置成包括上側(cè)陶瓷塊15a和下側(cè)陶瓷塊15b，并且其中分別布置有獨(dú)立的制冷劑流路16、o型圈24及25。如圖7c及7e所示，線圈3也垂直地分割為兩個(gè)線狀部。

制冷劑流路16被配置成與朝向襯底1沿斜方向挖進(jìn)的槽部16a連通，以便能夠有效地冷卻開口部附近的第一陶瓷塊4及第二陶瓷塊5。

(實(shí)施例5)

以下，參考圖8對本發(fā)明的實(shí)施例5進(jìn)行說明。

圖8示出本發(fā)明的實(shí)施例5中的等離子體處理裝置的構(gòu)造，并且是以與長形的電感耦合等離子炬單元的縱向方向垂直的面截取的截面圖，并且對應(yīng)于圖5a。

與實(shí)施例3的不同點(diǎn)在于制冷劑流路16的形狀。制冷劑流路16與朝向襯底1沿斜方向挖進(jìn)的槽部16a連通以便能夠有效地冷卻開口部附近的第一陶瓷塊22。

以上描述的等離子體處理裝置及方法僅僅示出本發(fā)明的適用范圍中的典型示例。

例如，電感耦合等離子炬單元t可以掃描固定的襯底載置臺12。然而，襯底載置臺12可以掃描固定的電感耦合等離子炬單元t。

根據(jù)本發(fā)明的各種構(gòu)造，能夠?qū)σr底1的表面附近執(zhí)行高溫處理。由此，這些構(gòu)造當(dāng)然能夠適用于現(xiàn)有技術(shù)中描述的tft半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化或太陽能電池用半導(dǎo)體膜的改性。這些構(gòu)造還能夠適用于諸如硅半導(dǎo)體集成電路的氧化和活化、用于形成硅化物的退火、等離子體顯示器面板中的保護(hù)層的清潔或還原脫氣、包含聚集的二氧化硅顆粒的電介質(zhì)層的表面平坦化或還原脫氣、各種電子器件的回流、使用固體雜質(zhì)源的等離子體摻雜的各種表面處理。

作為太陽能電池的制造方法，這些構(gòu)造也能夠適用于通過將粉碎硅錠而得到的粉末涂布于襯底上表面，并通過對粉末發(fā)射等離子體而使其熔融來得到多晶硅膜的方法。

為簡單起見，說明中已使用了術(shù)語“熱等離子體”。但難以嚴(yán)格區(qū)分熱等離子體和低溫等離子體。例如，yasunoritanaka所著的“non-equilibriuminthermalplasma”，journalpublishedbyinstituteofplasmascienceandnuclearresearch，vol.82(2006)，no.8，pp.479-483中所解說的，僅通過熱平衡性難以區(qū)分等離子體的種類。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于對襯底執(zhí)行熱處理。在不受諸如熱等離子體、熱平衡等離子體、高溫等離子體的術(shù)語的限制的情況下，本發(fā)明能夠適用于與向襯底發(fā)射高溫等離子體的技術(shù)。如上所述，電感耦合等離子炬可能采用弱放電和強(qiáng)放電的兩種模式。然而，能夠想到的是本發(fā)明意圖有效地利用強(qiáng)放電。

已經(jīng)詳細(xì)描述了在極短的時(shí)間內(nèi)對襯底的表面附近均勻地執(zhí)行高溫?zé)崽幚淼那闆r。但在通過發(fā)射使用反應(yīng)氣體的等離子體或通過同時(shí)發(fā)射等離子體和反應(yīng)氣體流來執(zhí)行襯底的低溫等離子體處理的情況下，也能夠適用本發(fā)明。通過混合等離子體氣體和反應(yīng)氣體并且通過向襯底發(fā)射使用反應(yīng)氣體的等離子體，能夠?qū)崿F(xiàn)蝕刻或cvd。

替代地，也可以在使用作為等離子體氣體的稀有氣體或在通過稀有氣體中加入少量的h2氣而得到的氣體的同時(shí)，供應(yīng)包含反應(yīng)氣體的氣體作為屏蔽氣體。以此方式，能夠通過向襯底同時(shí)發(fā)射等離子體和反應(yīng)氣體流，從而實(shí)現(xiàn)諸如蝕刻、cvd、摻雜的離子體處理。如果使用主要包含氬的氣體作為等離子體氣體，則如實(shí)施例中詳細(xì)例示地產(chǎn)生熱等離子體。

相比之下，如果使用主要包含氦的氣體作為等離子體氣體，則能夠產(chǎn)生相對低溫的等離子體。根據(jù)這種方法，能夠在不過度加熱襯底的情況下執(zhí)行諸如蝕刻或成膜的處理。用于蝕刻的反應(yīng)氣體包括含鹵氣體，例如cxfy(x、y為自然數(shù))、sf6等，能夠在蝕刻硅或硅化合物時(shí)使用該反應(yīng)氣體。如果使用o2作為反應(yīng)氣體，則能夠去除有機(jī)材料或執(zhí)行抗蝕劑灰化。作為用于cvd的反應(yīng)氣體包括甲硅烷、乙硅烷等，并且能夠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))為代表的包含硅的有機(jī)氣體和o2的混合氣體，則能夠形成氧化硅膜。此外，還能夠執(zhí)行諸如對疏水性或親水性進(jìn)行改性的表面處理的各種低溫等離子體處理。與使用電容耦合大氣壓等離子體的現(xiàn)有技術(shù)不同，使用電感耦合等離子體。因此即使輸入高每單位體積功率密度，也不易發(fā)生電弧放電，能夠產(chǎn)生更高密度的等離子體。結(jié)果，可以得到較快的反應(yīng)速度，能夠快速且有效地對襯底的所希望的處理目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行整體處理。

如上所述，本發(fā)明能夠適用于tft半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化或太陽能電池用半導(dǎo)體膜的改性。當(dāng)然，本發(fā)明適用于諸如在等離子體顯示器面板中的保護(hù)層的清潔或還原脫氣、包含聚集的二氧化硅顆粒的電介質(zhì)層的表面平坦化或還原脫氣、各種電子器件的回流、使用固體雜質(zhì)源的等離子體摻雜的各種表面處理中。當(dāng)在極短的時(shí)間內(nèi)對襯底的表面附近均勻地執(zhí)行高溫?zé)崽幚頃r(shí)，能夠執(zhí)行快速處理，并且能夠穩(wěn)定地利用等離子體。在這一方面本發(fā)明是很有用的。

此外，通過當(dāng)制造各種電子器件時(shí)的諸如蝕刻、成膜、摻雜、表面改性的低溫等離子體處理，能夠快速且有效地對襯底的所希望的處理目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行整體處理。在這一方面本發(fā)明是很有用的。

附圖標(biāo)記列表：

t…電感耦合等離子體炬單元

1…襯底

2…薄膜

3…線圈

4…第一陶瓷塊

5…第二陶瓷塊

7…腔室

9…氣體歧管

10…氣體供應(yīng)管

11…氣體供應(yīng)孔

13…陶瓷管

14…第三陶瓷塊

15…第四陶瓷塊

16…制冷劑流路

17…銅棒

18…連接器

19…外側(cè)o型圈

20…內(nèi)側(cè)o型圈

p…等離子體