(57)【要約】【課題】  基板回転機能を備え、接触子を必要としない、安定した電力供給が可能な薄膜蒸着装置を提供する。【解決手段】プラスチックフルムをプラズマ処理後、不活性ガスのプラズマ雰囲気中にて金属薄膜を形成する薄膜蒸着装置において、前記真空容器内に高周波電力を供給する固定構造の電極２と、電極２と電気的に絶縁され電極の中央部を貫通する回転軸６に接続され電極２と所定の間隙にて設置されるプラスチックフィルム８を密着させる基板ホルダ７と、を備え、電極２に高周波電力の印加によるグロー放電下にて、プラスチックフィルム８を密着させた基板ホルダー７を回転して金属薄膜を生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内でプラスチックフィルム面をプラズマガス雰囲気中で粗化するプラズマ処理後、前記プラスチックフィルム面上に不活性ガスのプラズマ雰囲気中にて金属薄膜を形成する薄膜蒸着装置において、
前記真空容器内に高周波電力を供給する固定構造の電極と、当該電極と電気的に絶縁され電極の中央部を貫通する回転軸に接続される回転可能で前記電極と所定の間隙にて設置される前記プラスチックフィルムを密着させる基板ホルダと、
を備え、前記電極に前記高周波電力の印加によるグロー放電下にて、前記プラスチックフィルムを密着させた基板ホルダーを回転して金属薄膜を生成することを特徴とする薄膜蒸着装置。
【請求項２】
前記プラスチックフィルムを粗化するプラズマ処理は、窒素ガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項３】
前記電極と前記基板ホルダとの間隙が０．５ｍｍから５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項４】
前記真空容器の真空度は、１０-3Ｐａから１０-1Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項５】
前記基板ホルダが、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項６】
前記窒素プラズマガス雰囲気中で粗化するプラズマ処理中及び前記プラスチックフィルム面上に不活性ガスのプラズマ雰囲気中にて金属薄膜形成中は、前記基板ホルダを回転することを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項７】
前記基板ホルダの回転速度は、２ｒｐｍから１０ｒｐｍであることを特徴とする請求項６に記載の薄膜蒸着装置。
【請求項８】
真空容器内でプラスチックフィルム面上にプラズマ雰囲気中にて金属薄膜を形成する薄膜蒸着方法において、
前記真空容器内に高周波電力を供給する固定構造の電極と、当該電極と電気的に絶縁され電極の中央部を貫通する回転軸に接続される回転可能で前記電極と所定の間隙にて設置される前記プラスチックフィルムを密着させる基板ホルダとを有し、
グロー放電を発生させるために前記電極に前記高周波電力を印加し、そのグロー放電下にて、前記プラスチックフィルムを密着させた基板ホルダーを回転して金属薄膜を生成することを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項９】
前記電極と前記基板ホルダとの間隙が０．５ｍｍから５．０ｍｍであることを特徴とする請求項８に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１０】
前記真空容器の真空度は、１０-3Ｐａから１０-1Ｐａの範囲であることを特徴とする請求項９に記載の薄膜蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理室中でプラスチックフィルム近傍に自己バイアス電位を発生させて、当該プラスチックフィルム上に薄膜を形成する薄膜蒸着装置及び薄膜蒸着方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の薄膜デバイスの高機能化に伴い、薄膜デバイスの製造工程における薄膜処理工程には、高精度のプロセス安定性の実現による品質の安定化、歩留まりの向上が、一層求められている。また、薄膜デバイスの価格競争も年々厳しくなり、薄膜加工工程の製造コスト削減も強く要求されているのが現状である。
【０００３】
前者のプロセス安定化に関しては、従来から、様々な取り組みが行われている。プロセスの安定性とは、主として１）膜厚安定性と２）膜質安定性である。膜厚安定性については、リアルタイムの膜厚モニタを使用することで、成膜時間若しくは成膜電力を制御することにより安定化を図る試みが行われている。また、他の取り組みとしては、基板を取り付けた基板ホルダを回転させながら、成膜を行う方法や、成膜後に膜厚の計測を行い、計測結果を次工程の成膜条件にフィードバックするような試みもあります。
【０００４】
膜質安定性に関しては成膜中にプラズマ光を分光分析することにより、飛散原子の同定、定量化を行い、膜質のための電力や導入ガスの流量の絶対値や比を制御することにより、膜質の安定化を図るという取り組みもなされている。
【０００５】
これらの方法は膜厚／膜質の品質安定のためには非常に有効な手段である。しかしながら、成膜時の圧力、導入ガスの流量や流量比などを全て含めた測定や評価を行っており、品質の不安定を引き起こす原因となるものを除去するという根本的な解決策には至っていないのが現状である。
【０００６】
一方、薄膜加工工程における製造コスト削減も、様々な取り組みが行われている。製造コストを引き上げる原因の一つが、稼動率の低下である。この稼動率低下の原因には、装置トラブルによる停止時間や、ラインバランスの不具合による待ち時間などがあるが、影響の大きなものにメンテナンスに要する時間が挙げられる。薄膜蒸着装置の場合、メンテナンスとは装置内に配置された防着板の交換及び電極構造部の接触子からでた汚染物の除去、及びこれら作業後の真空排気時間が大半を占めると言っても過言ではない。
【０００７】
基板側に高周波電力を印加し、かつ、膜厚の安定化のため基板ホルダに回転機構を有する場合、高周波電力を回転する基板ホルダに伝えるために接触子が用いられる。接触子は主にカーボンなどの導電性物質でできており、カーボンブラシや集電ブラシと呼ばれている。
【０００８】
接触子はバッチ式であってもロール式であっても同様に使用される。ロール式の一例として回転ローラーの回転軸に銅製鍔形の電極を固定し、回転ローラーと共に回転する電極の鍔面にばねでカーボンブラシを押圧し、バイアス電源から給電ケーブル、取り付けホルダを介して回転ローラーへ給電するとの記載がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０３−７９７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、回転するローラー若しくは基板ホルダ電極への自己バイアス電源の電力供給は接触子を介した電力供給であるため、一定で安定な接触抵抗が得られているように見えるが、たとえ、ばね等で押圧していたとしても、その接触抵抗は常に変化しており、したがって、安定してバイアス電圧を供給することができない不都合があった。接触抵抗の不安定さがあると比処理物に形成される薄膜の密着性等の成膜性能が悪化して好ましくない。
【００１０】
また、接触子と回転するローラー若しくは基板ホルダ電極が接触し、擦れあっているため、使用する毎に接触子からの粉塵が成膜中に発生する。この粉塵は膜の純度を悪化させるもので好ましくない。
【００１１】
また、接触子から発生した粉塵は他の電極部にも飛散し、付着する。この粉塵は膜性能や膜純度を悪化させる原因となるため、定期的に粉塵を除去するメンテナンスが必要となってくる。
【００１２】
本発明は従来のもののもつ課題を解決するもので、安定した自己バイアス電源の電力供給が行うことができ、粉塵の発生源である接触子を除去した構造を持つ薄膜蒸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の薄膜蒸着装置は、真空容器内でプラスチックフィルム面をプラズマガス雰囲気中で粗化するプラズマ処理後、前記プラスチックフィルム面上に不活性ガスのプラズマ雰囲気中にて金属薄膜を形成する薄膜蒸着装置において、前記真空容器内に高周波電力を供給する固定構造の電極と、当該電極と電気的に絶縁され電極の中央部を貫通する回転軸に接続される回転可能で前記電極と所定の間隙にて設置される前記プラスチックフィルムを密着させる基板ホルダと、を備え、前記電極に前記高周波電力の印加によるグロー放電下にて、前記プラスチックフィルムを密着させた基板ホルダーを回転して金属薄膜を生成することを特徴としたものである。
【００１４】
また、本発明の薄膜蒸着方法は、真空容器内でプラスチックフィルム面上にプラズマ雰囲気中にて金属薄膜を形成する薄膜蒸着方法において、前記真空容器内に高周波電力を供給する固定構造の電極と、当該電極と電気的に絶縁され電極の中央部を貫通する回転軸に接続される回転可能で前記電極と所定の間隙にて設置される前記プラスチックフィルムを密着させる基板ホルダとを有し、グロー放電を発生させるために前記電極に前記高周波電力を印加し、そのグロー放電下にて、前記プラスチックフィルムを密着させた基板ホルダーを回転して金属薄膜を生成することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の薄膜蒸着装置及び薄膜蒸着方法によれば、基板の回転可能にもかかわらず、接触子を装置内に用いないことで、基板に印加される高周波電力が安定して供給され、その結果、電力の不安定性なく基板を回転することができるため、膜厚の安定化を図ることができる。また、高周波電力を安定して供給できるので、密着性等の成膜性能のよい薄膜をプラスチックフィルムに形成することができる。さらに、接触子が存在しないことから、接触子が磨耗することによって発生する粉塵がなく、高純度な成膜に適している。また、接触子からの粉塵が発生しないので、チャンバー内の清掃頻度が下がり、メンテナンス周期の長期化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明における薄膜蒸着装置及び薄膜蒸着方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、本発明の薄膜蒸着装置の構成を模式的に示す図である。
【００１８】
図１において、電極２は、回転機構を持たず真空容器１内で固定された構造をとる。電極２にはマッチングボックス３を介して、高周波電源４が接続されている。高周波電源４は、電極２から所定の間隙をもって配置される基板ホルダ７の近傍領域に自己バイアス電位を発生させるために印加するものである。電極２は絶縁部材５を入れることで回転中心軸６から電気的に絶縁されている。電極２の下部に、本実施例では、１ｍｍ離間させてセラミックやフッ素樹脂などの絶縁材料からなる基板ホルダ７を配置し、基板ホルダ７にプラスチックフィルム８を密着させて配置する。ここで、本発明で使用されるプラスチックフィルム８としては、カプトン（東レ・デュポン（株））、ユーピレックス（宇部興産（株））、アピカル（鐘淵化学工業（株））などの商品名として市場で入手できるポリイミドフィルムを使用した。また、プラスチックフィルム８を加熱するためにフィルム加熱手段９を備える。
【００１９】
真空容器の下部には蒸着源１０を保持するためのハース１１があり、真空容器１内の側面には、防着板１２があり、真空容器壁の蒸着源からの蒸着物の付着による汚染を防止する。また、真空容器１にはガスを導入するためのガス導入部１３があり、真空ポンプ１４により真空容器１内の真空度を所定値にする。
【００２０】
次に図１の薄膜蒸着装置を用いて、本発明の製造工程を説明する。
【００２１】
基板ホルダ７にプラスチックフィルム８に密着させ、真空容器１内を真空ポンプ１４により１０-3Ｐａ以下に排気される。
【００２２】
次に、加熱・脱水処理を行う。即ち、プラスチックフィルム８の表面に付着した水分や、プラスチックフィルム８の内部に吸着している水分は、フィルム加熱手段９でプラスチックフィルム８表面を加熱することにより、ガス化させることができる。そしてガス化した水分は、真空ポンプ１４によって排気され、真空容器１内の水の分圧が１０-4Ｐａ以下になるよう排気される。これにより、ガス化した水分が拡散して真空容器１の内部に再付着することを防止できる。尚、水分圧は４重極質量分析器を用いて水分圧を測定した。
【００２３】
次に、プラスチックフィルム８は、プラズマ処理される。即ち、加熱・脱水処理を終えたプラスチックフィルム８の表面は、プラズマ処理される。このプラズマ処理は、プラスチックフィルム８表面を粗化するもので、窒素プラズマ雰囲気中に高周波電力を印加してプラスチックフィルム８の近傍に負の自己バイアスを発生させて行う。即ち、ガス導入部１３から、窒素ガスを導入し、真空容器１内の真空度は１０-3Ｐａから１０-1Ｐａの範囲に保ち、高周波電源４からマッチングボックス３を介して電極２に、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１５０Ｗから１ｋＷを印加して行う。そうすることにより、真空容器１内には、グロー放電が生じ窒素プラズマが発生する。そして、電極２の下部に配置された基板ホルダ７に密着するプラスチックフィルム８の極近傍に約１００Ｖから約８００Ｖの負の誘起直流電圧が生じる。この負のバイアス電圧は、基板ホルダ７に印加する高周波電力を調整することにより１００Ｖから８００Ｖの値に制御することができる。
【００２４】
真空容器１において、該グロー放電下でイオン化された窒素ガスは、プラスチックフィルム８の表面をボンバード処理される。
【００２５】
また、該グロー放電下でイオン化された窒素ガスは、プラスチックフィルム８を構成する原子をたたき、例えば炭素と水素の結合や、窒素と水素の結合を切るため、プラスチックフィルム８上に特定の原子と化学的に反応しやすい官能基が形成される。即ち、官能基は蒸着材料の蒸着粒子と化学的に結合し、密着性のよい蒸着膜がプラスチックフィルム８上に形成される。
【００２６】
基板ホルダ７は回転中心軸６と繋がっており、プラズマ処理をプラスチックフィルム８全体に均一に行うため、基板ホルダ７を回転する。基板ホルダ７を回転させることでプラスチックフィルム８が回転中心軸６を中心に回転するが、電極２は回転中心軸６から絶縁部材５を介して、機械的及び電気的に離され、回転しないよう固定構造となっている。
【００２７】
絶縁部材５の材料としては、化学的に安定で、樹脂の中で最小の摩擦係数を有するフッ素樹脂などで構成される。
【００２８】
基板ホルダ７はプラスチックフィルム８を均一にプラズマ処理するために回転させる。回転速度は２ｒｐｍから１０ｒｐｍにすることにより、均一なプラズマ処理することができる。
【００２９】
固定構造の電極２には高周波電力が印加され、プラスチックフィルム８の近傍に負の自己バイアスが発生する。この負の自己バイアスが現出している領域がシース領域１７であり、自己バイアスは勾配をもち、電極２から離れるほど、負のバイアス電圧が低くなる。
【００３０】
電極２と基板ホルダ７の間隙距離は、プラスチックフィルム８に電極２による自己バイアスが現出、反映される範囲内に設定される。自己バイアスが効果的に現出するシース領域１７内にプラスチックフィルムを配置することで、膜には十分な密着強度のある蒸着膜を得ることができる。プラスチックフィルム８は、回転する基板ホルダに取り付けられているため、膜厚は安定して形成することができる。電極２は回転しない固定構造であるため、接触子の必要がなく、安定した放電を行うことができる。
【００３１】
次に、窒素プラズマ処理後のプラスチックフィルム８の表面が粗化された上に金属薄膜の成膜を行う。即ち、次のプラズマ処理は、不活性ガスプラズマ雰囲気下で行うもので、真空容器１内において、ガス供給部９ａより、アルゴン，キセノン，クリプトンのような不活性ガス，好ましくはアルゴンを導入し、真空度は１０-3Ｐａから１０-1Ｐａの範囲に保つ。高周波電源４からマッチングボックス３を介して電極２に、周波数１３．５６ＭＨｚ、電力１５０Ｗから１ｋＷを印加すると、電極２と蒸発源１０間でグロー放電が発生し、プラスチックフィルム８近傍に約１００Ｖから約８００Ｖの負の誘起直流電圧が生じる。そして、該グロー放電下で、蒸発源１０を溶融する。その結果、グロー放電中に存在する電離プラズマにより、金属はイオン化され、励起種となり、高エネルギーの状態で薄膜が、プラスチックフィルム８上に成膜される。本実施例では、銅または銅を含む主成分とする合金からなる金属、好ましくは銅の全重量比に占める割合が９９．９９％以上の合金を用いる。また、抵抗加熱方式又は、電子ビーム方式を用いて蒸発源１０を溶融させ、真空容器１内のプラスチックフィルム８に３０００Åから５０００Åの薄膜を形成する。
【００３２】
基板ホルダ７はプラスチックフィルム８に均一に薄膜を蒸着するために回転させる。回転速度は２ｒｐｍから１０ｒｐｍにすることにより、均一な薄膜を蒸着させることができる。
【００３３】
本発明の薄膜蒸着装置の電極２と基板ホルダ７の間隙を可変させてプラスチックフィルム８を粗化し、その上に３０００Åから５０００Åの厚さの銅の薄膜を蒸着させた後、プラスチックフィルム８に電気めっき銅を約２０μｍ厚付けし、ＪＩＳ  Ｃ６４８１（９０°ピール）に準じて９０°引き剥がし試験を行った。即ち、電極２と基板ホルダ７の間隙距離をパラメータにして剥離強度を測定したものであり、その測定結果を図２に示す。
【００３４】
発明者は、図２に示した評価結果に対し、以下のように考量する。
【００３５】
本実施例で使用した基板ホルダ７の厚みは１ｍｍであり、プラスチックフィルム８は２５μｍのものを使用した。高周波電源４から印加された電力は電極２下のプラスチックフィルム８近傍に自己バイアスを発生させる。自己バイアスによるシース領域１７は本実施例の場合、約６ｍｍである。
【００３６】
プラスチックフィルム８にかかる負のバイアス電圧は電極２から遠ざかるほど弱くなる。したがって、電極２から遠ざかるほど、イオンの引き込み効果が薄れ、蒸着金属薄膜のプラスチックフィルム８への密着強度が低下する。したがって、電極２と基板ホルダ７は近ければ近いほど、プラスチックフィルムに蒸着して堆積する金属薄膜の密着強度は強くなる。即ち、特に電極２と基板ホルダ７の間隙距離が短ければ、プラスチックフィルムに反映される自己バイアスが高くなり、より密着強度が強くなることが期待できる。しかし、逆に近すぎると電極２と基板ホルダ７の接触の恐れがあり、接触すると電気的に不安定になったり、接触により材料が削れ、粉塵が発生するなど、不具合がある。
【００３７】
本実施例の場合、電極２と基板ホルダ７との間隙距離は０．５ｍｍから５．０ｍｍが好ましい０．５ｍｍより間隙距離が短いと接触の可能性があり、５．０ｍｍより長いとプラスチックフィルム８までの距離が基板ホルダ７の厚み１ｍｍを合わせると合計６ｍｍを超えてしまい、イオンの引きこみ効果が弱いため、所望の剥離強度を得ることができない。所望の剥離強度とはＪＩＳ  Ｃ６４８１（９０°ピール）に準じて９０°引き剥がし試験を満足する０．７Ｎ／ｍｍである。また、間隙距離が０．５ｍｍから５．０ｍｍの間では、０．５ｍｍから５．０ｍｍに近づくにつれ自己バイアスは小さくなるため、間隙距離は小さいほど好ましい。
【００３８】
以上のように、本実施例１においては、電極２と基板ホルダ間に所定の間隔を設けることによって、接触子が必要なく安定した高周波電力の供給が可能であり、プラスチックフィルム上に所望の剥離強度で金属薄膜を蒸着することができる薄膜蒸着装置及び薄膜蒸着方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明にかかる薄膜蒸着装置及び薄膜蒸着方法は、接触子を使用しないことで安定した高周波電力供給が可能な装置構造を有し、特に密着性が強固で安定した製造が可能な薄膜蒸着装置及び薄膜蒸着方法を提供でき、携帯電話、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタント）、ノートブック型パソコン、デジタル・スチル・カメラ、液晶ディスプレイ等の電子回路を製造するための装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１における薄膜蒸着装置の構成を模式的に説明する概略図
【図２】本発明の実施例１における薄膜蒸着装置及び薄膜蒸着方法により金属薄膜が成膜されたプラスチックフィルムの剥離強度と間隙距離の関係を示す図
【図３】従来の薄膜蒸着装置の構成を模式的に説明する概略図
【符号の説明】
【００４１】
１  真空容器
２  電極
３  マッチングボックス
４  高周波電源
５  絶縁部材
６  回転中心軸
７  基板ホルダ
８  プラスチックフィルム
９  フィルム加熱手段
１０  蒸着源
１１  ハース
１２  防着板
１３  ガス導入部
１４  真空ポンプ
１５  押えばね
１６  接触子
１７  シース領域
【図１】
2005248194.tif 000003
【図２】
2005248194.tif 000004
【図３】
2005248194.tif 000005