(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバー内にカソード電極とアース電極とを対向して配置し、カソード電極にポリイミドのフィルム状基板を装着し、真空チャンバー内に発生されたプラズマを利用してエッチング処理を行うようにしたポリイミドのフィルム状基板のプラズマエッチング方法において、
カソード電極に、ポリイミドのフィルム状基板を静電吸着で保持すると共にフィルム状基板の周囲縁部を額縁状のメカニカルクランプ手段によりフィルム状基板とメカニカルクランプ手段との間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間をあけて保持し、エッチングガスとしてフッ素を含むハロゲンガスとＯ２、Ｎ２との混合ガスにさらにＣＨＦ３などのＣＨを含むガスを混合したガスを使用することを特徴とするポリイミドのフィルム状基板のプラズマエッチング方法。
【請求項２】
真空チャンバー内にカソード電極とアース電極とを対向して配置し、カソード電極にポリイミドのフィルム状基板を装着し、真空チャンバー内に発生されたプラズマを利用してエッチング処理を行うようにしたポリイミドのフィルム状基板のプラズマエッチング装置において、カソード電極上に、ポリイミドのフィルム状基板を静電吸着保持する静電吸着電極を設け、静電吸着電極上に静電吸着保持されるフィルム状基板の周縁部を覆うように構成され、ポリイミドのフィルム状基板との間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間をあけて保持するＣＨＦ系を含む材料で構成した額縁状のメカニカルクランプ手段を設けたことを特徴とするポリイミドのフィルム状基板のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
ポリイミドのフィルム状基板を保持するカソード電極が冷却手段を備えていることを特徴とする請求項２記載のポリイミドのフィルム状基板のプラズマエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空チャンバー内にカソード電極とアース電極とを対向して配置し、カソード電極にフィルム状基板を装着し、真空チャンバー内に発生されたプラズマを利用してエッチング処理を行うようにしたフィルム状基板のプラズマエッチング方法及び装置に関するものであり、ＨＤＤ用サスペンション一体型ＦＰＣまたは半導体部品用ＦＰＣにおけるポリイミド膜のエッチングや、光学素子ＦＰＣまたは光導波路におけるポリイミド膜のエッチング等に有利に利用され得る。
【０００２】
【従来の技術】
このようなフィルム状基板のエッチングにおいて基板電極にフィルム状基板を保持する方式として従来種々の形式のものが用いられている。
その一例としてテンション方式は添付図面の図７に示すように、冷却ステージＡ上にフィルム状基板Ｂをばね部材等の引張手段により引張密着保持するように構成している。
また図８に示す方式では、基板電極の冷却ステージ上にフィルム状基板は、ＳＵＳ板のマスクを基板に押し付け密着保持される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
テンション方式では、基板をばね部材等の引張手段で挟み込むため、基板にそのためのスペース及び基板の機械的強度が必要であり、また熱膨張による伸びを吸収する必要がある。
また、引張手段のばね部材等がプラズマ照射により劣化し、場合によってはばね部材等からアーク放電が生じ得る。
さらにフィルム状基板が弾性変形するため、方向性と曲率の関係を最適化することが困難である。
【０００４】
またＳＵＳ板のマスクを押し付け基板を密着保持する方式においては、熱的強度の観点からＳＵＳ板の厚さは５mm以上である必要があり、またマスクを支持する際に熱逃げが必要であり、そのためプラズマ照射開口の縁部は図９に示すように30°以下のテーパ角が必要となる。そのため小さなパターンを形成することができず、今日要求されるパターン幅を満たすマスクを製作することは実質的に不可能である。
【０００５】
一方、この種のエッチングにおいて使用されるＣＦ４とＯ２ガスや、ＳＦ６とＯ２ガスでは、基板内分布が±５％以内でも、オーバーエッチングや裾引き形状を改善するためのオーバーエッチングによってマスク下に図10に示すようにアスペクト比１／２程度のサイドエッチングが進行することになり、垂直性の維持が困難となる。
【０００６】
そこで、本発明は、このような従来技術の問題点を解決して、フィルム状基板の熱膨張に伴う問題を避けることができしかもアンダーカットを防止して形状制御できるフィルム状基板のプラズマエッチング方法及び装置を提供することを目的としている。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、真空チャンバー内にカソード電極とアース電極とを対向して配置し、カソード電極にポリイミドのフィルム状基板を装着し、真空チャンバー内に発生されたプラズマを利用してエッチング処理を行うようにしたポリイミドのフィルム状基板のプラズマエッチング方法において、
カソード電極に、ポリイミドのフィルム状基板を静電吸着で保持すると共にフィルム状基板の周囲縁部を額縁状のメカニカルクランプ手段によりフィルム状基板とメカニカルクランプ手段との間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間をあけて保持し、エッチングガスとしてフッ素を含むハロゲンガスとＯ２、Ｎ２との混合ガスにさらにＣＨＦ３などのＣＨを含むガスを混合したガスを使用することを特徴としている。
【０００８】
本発明によるエッチング方法においては、好ましくは、フィルム状基板とメカニカルクランプ手段との間の隙間は0.1mm 〜0.5mm に設定され得る。またエッチングガスにはＣＨＦ３ガスが混合され得る。
【０００９】
本発明の第２の発明によれば、真空チャンバー内にカソード電極とアース電極とを対向して配置し、カソード電極にポリイミドのフィルム状基板を装着し、真空チャンバー内に発生されたプラズマを利用してエッチング処理を行うようにしたポリイミドのフィルム状基板のプラズマエッチング装置において、カソード電極上に、ポリイミドのフィルム状基板を静電吸着保持する静電吸着電極を設け、静電吸着電極上に静電吸着保持されるフィルム状基板の周縁部を覆うように構成され、ポリイミドのフィルム状基板との間に０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの隙間をあけて保持するＣＨＦ系を含む材料で構成した額縁状のメカニカルクランプ手段を設けたことを特徴としている。
【００１０】
本発明によるエッチング装置においては、フィルム状基板とメカニカルクランプ手段との間の隙間は好ましくは０．２mm 〜０．３mm に設定され得る。また、好ましくは、メカニカルクランプ手段はテフロン（登録商標）から成り得る。さらに、フィルム状基板を保持するカソード電極は冷却手段を備え得る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１〜図４を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１には、本発明のプラズマエッチング装置の一つの実施の形態を概略的に示す。１は図示していない排気系及び放電用ガス及びエッチングガス源に接続された真空チャンバーであり、この真空チャンバー１の下側壁には基板電極すなわちカソード電極を構成する高周波電極２が設けられ、高周波電極２に対向して真空チャンバー１の上側壁に沿ってアノード電極３が設けられ、この対向電極３はアース電位に接続されている。高周波電極２は水冷チャネル４を備えた水冷電極本体５とその上に固着された静電吸着電極６とを備え、そして絶縁碍子７を介して真空チャンバー１の下側壁に固定されている。この静電吸着電極６は図示していない直流電源によって付勢するようにされている。
【００１２】
処理すべきフィルム状基板７は静電吸着電極６上に静電吸着されるが、吸着力は基板表面の形状に依存し、吸着すべき導体に制限があり、またパターン形成するためにレジストマスクを用いる表面に凸凹があり、吸着力を強くできない。また、基板の導体パターン部分は強く、それ以外の部分は弱く、さらにフィルム状基板７の熱膨張はその材質によって異り、基板の導体パターン部分では熱膨張も大きく、プラズマ処理中に膨みが生じ易い。そしてこの皺寄せが基板端面に現れると、基板端面に異常放電が生じたり、静電吸着電極の表面がプラズマでエッチングされ、静電吸着電極の寿命が短くなる。
そのため、本発明においては、フィルム状基板７の表面より僅かに小さい開口面積をもちアルミナなどの絶縁材料で構成した額縁状のクランプ部材８でフィルム状基板７をクランプするようにしている。この場合、基板の熱膨張を吸収するために、フィルム状基板７とクランプ部材８との間には隙間が設けられる。
【００１３】
また、基板のアンダーカットを防止して形状制御できるようにするため、本発明においては、エッチングガスにＣＨＦ３などのＣＨを含むガスが混合される。それにより、側壁保護膜を形成しながらエッチングが行われることになり、パターンの垂直性を保持することができる。エッチングガスにＣＨＦ３などのＣＨを含むガスを混合する代わりに、額縁状のクランプ部材８をテフロン（登録商標）のようなＣＨＦ系を含む材料で構成しても同様の作用効果が得られる。
【００１４】
また図１に示すように、高周波電極２はマッチングボックス９を介して高周波電源10に接続される。
【００１５】
図２及び図３には、アノード電極を挟んで両側に多数のカソード電極を設けた本発明の別の実施の形態を示す。すなわち図示したように、長方形の真空チャンバー11の下側壁とそれに対向した上側壁にはそれぞれカソード電極すなわち高周波電極12が四つずつ対称的に設けられている。そして真空チャンバー11内において上下両側の高周波電極12の中間位置すなわち真空チャンバー11の長手方向中央軸線位置に沿って共通のアノード電極13が配置されている。アノード電極13は図１に示す実施の形態の場合と同様にアース電位に接続されている。上下各側の高周波電極12は二つずつ対を成してそれぞれの可変真空コンデンサ14を介して共通のマッチング回路網（図示していない）及び高周波電源15に接続されている。従って、八つの高周波電極12に対してその半分の四つの高周波電源15が使用される。
【００１６】
また、各高周波電極12の両側と中央のアノード電極13との間には図示したように、孔径が３mm以下のパンチングメタルまたはメッシュメタルから成るアース電位の仕切り部材16がそれぞれ設けられている。これらの仕切り部材16は、各高周波電極12と中央のアノード電極13との間に画定された空間内に生成される放電プラズマを閉じこめる働きをすると共に、隣接高周波電極12間の高周波干渉を抑制する。
【００１７】
図３には、図２の装置における一つの高周波電極12とアノード電極13との関連構成の詳細を拡大して示す。高周波電極12は真空チャンバー11の壁に設けた開口部に例えばテフロン（登録商標）から成る絶縁部材17を介して真空密封的に取付けられている。また高周波電極12は内部に水冷チャネル18を備えている。高周波電極12の表面すなわちアノード電極13に対向した面上にはアルミニウム製の台座19が固着手段20によって固定され、その上に静電吸着電極21が設けられ、この静電吸着電極21上に処理すべきフィルム状基板（図示していない）がアルミナ製のクランプ22によって装着される。この場合、図１の実施の形態で説明したように、アルミナ製のクランプ22は、基板の周囲縁部を覆うように構成され、しかも熱膨張を吸収するために基板との間に0.1mm〜0.5mm 好ましくは0.2mm 〜0.3mm 程度の隙間が開けられる。さらに静電吸着電極21にはリード線23を介して直流電源（図示していない）が接続され、この直流電源は好ましくは全てまたは幾つかの静電吸着電極21に対して共通に設けられ得る。
【００１８】
中央のアノード電極13は内部に水冷チャネル24が設けられている。またアノード電極13と各高周波電極12との間の空間において中央のアノード電極13寄りにエッチングガス供給用ガスパイプ25が設けられている。エッチングガスとしてはフッ素を含むハロゲンガスとＯ２やＮ２の混合ガス、或いはこの混合ガスにさらにＣＨＦ３などのＣＨを含むガスを混合したものなどが使用され得る。
【００１９】
各高周波電極12の両側に設けられ、プラズマ領域を限定する仕切り部材16は、高周波プラズマによって誘起される電位を最小にするために上述のようにアース電位に接続され、また各高周波電極12毎のガスの移動すなわちガスの導入及び排気を容易にするため、仕切り部材16は好ましくは開口率45％程度、しかもプラズマの漏れを抑制するため各孔の径３mm以下のメッシュやパンチングメタルで構成される。
【００２０】
図４には、ポリイミドの高速エッチングプロセスにおける作業ガスの種類及び流量とエッチング速度との関係を示す。
【００２１】
図５には、エッチングガスとしてＳＦ６及びＯ２の混合ガスを用いた場合のエッチング状態を写真で示す。
【００２２】
図６には、エッチングガスとしてＳＦ６及びＯ２の混合ガスにＣＨＦ３を添加した場合のエッチング状態を写真で示し、側壁保護膜の効果で80°のテーパー角で加工することができていることが認められる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によるプラズマエッチング方法においては、カソード電極に、フィルム状基板を静電吸着及びメカニカルクランプ手段によりフィルム状基板とメカニカルクランプ手段との間に隙間をあけて保持し、エッチングガスとしてフッ素を含むハロゲンガスとＯ２、Ｎ２との混合ガスを使用するように構成しているので、フィルム状基板の熱膨張に伴う問題を避けることができしかもアンダーカットを防止して形状制御が可能となる。
【００２４】
また、本発明によるプラズマエッチング装置においては、カソード電極上に、フィルム状基板を静電吸着保持する静電吸着電極を設け、静電吸着電極上に静電吸着保持されるフィルム状基板の周縁部を、フィルム状基板との間に隙間をあけて保持するメカニカルクランプ手段を設け、エッチングガスがフッ素を含むハロゲンガスとＯ２、Ｎ２との混合ガスから成るように構成しているので、基板の熱膨張を吸収することができ、それにより基板端面に異常放電を生じさせたり、静電吸着電極の表面をプラズマでエッチングすることがなく、安定してエッチングを実施でき、さらに基板のアンダーカットを防止して形状制御できるため、パターンの垂直性を保持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態によるプラズマエッチング装置を示す概略線図。
【図２】本発明の別の実施の形態によるプラズマエッチング装置を示す概略線図。
【図３】図２に示すプラズマエッチング装置の細部の構造を示す拡大縦断面図。
【図４】ポリイミドの高速エッチングプロセスにおける作業ガスの種類及び流量とエッチング速度との関係を示すグラフ。
【図５】エッチングガスとしてＳＦ６及びＯ２の混合ガスを用いた場合のエッチング状態を示す写真。
【図６】エッチングガスとしてＳＦ６及びＯ２の混合ガスにＣＨＦ３を添加した場合を用いた場合のエッチング状態を示す写真。
【図７】従来のプラズマ処理装置における基板保持構造の一例を示す概略線図。
【図８】従来のプラズマ処理装置における基板保持構造の別の例を示す概略線図。
【図９】図８に示す基板保持構造の一部を拡大して示す概略拡大断面図。
【図１０】従来のプラズマエッチング装置によるエッチング状態の説明図。
【符号の説明】
１：真空チャンバー
２：高周波電極
３：アノード電極（対向電極）
４：水冷チャネル
５：水冷電極本体
６：静電吸着電極
７：絶縁碍子
８：額縁状のクランプ部材
９：マッチングボックス
10：高周波電源
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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