(57)【要約】【課題】撓んだ状態で搬送される可撓性基板に対し、被処理基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことにある。【解決手段】フィルム基板１を収容する処理室４０と、処理室４０の内部に回動可能に設けられ、フィルム基板１をその当接面９に沿って搬送するメインロール７と、処理室４０の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部２０とを備え、プラズマ発生部２０は、フィルム基板１の搬送方向に対し垂直な方向に互いに平行に延びる複数の放電電極１１を有し、複数の放電電極１１の間の放電によって、処理室４０の内部に導入される処理ガスのプラズマを発生するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する被処理基板を収容する処理室と、
上記処理室の内部に設けられ、上記被処理基板が撓んだ状態で当接する当接面を有し、上記被処理基板を上記当接面に沿って搬送する基板搬送部と、
上記処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えたプラズマ処理装置であって、
上記プラズマ発生部は、上記被処理基板の搬送方向に対し垂直な方向に互いに平行に延びる複数の放電電極を有し、上記複数の放電電極の間の放電によって、上記処理室の内部に導入される処理ガスのプラズマを発生するように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたプラズマ処理装置において、
上記基板搬送部は、上記処理室の内部に回動可能に設けられたロール部により構成され、上記被処理基板を、上記ロール部の外周壁に沿って搬送することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載されたプラズマ処理装置において、
上記複数の放電電極は、上記ロール部の回動軸と平行に延びるように配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載されたプラズマ処理装置において、
上記複数の放電電極は、上記ロール部の外周壁の周方向に沿って並んで配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１に記載されたプラズマ処理装置において、
上記プラズマ発生部は、上記基板搬送部の当接面に対向して複数設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１に記載されたプラズマ処理装置において、
上記基板搬送部は、所定電位が与えられるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１に記載されたプラズマ処理装置において、
上記複数の放電電極は、交互に並んで配置された第１電極と第２電極とにより構成され、上記第１電極と第２電極との間で放電することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載されたプラズマ処理装置において、
上記第１電極を複数個有し、
上記各第１電極は、所定の大きさの高周波電力が印加されるように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項１に記載されたプラズマ処理装置において、
上記プラズマ処理は、プラズマＣＶＤ処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項１に記載されたプラズマ処理装置において、
上記プラズマ処理は、ドライエッチング処理であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、可撓性基板を連続してプラズマ処理するロールツーロール方式のプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック基板等の可撓性基板に金属薄膜を成膜するには、例えば、ロールツーロール方式のスパッタリング装置が広く用いられている。
【０００３】
図８は、一般的なロールツーロール方式のスパッタリング装置１５０の断面図である。このスパッタリング装置１５０は、分離壁１０６を挟んで、ロードロック室１０５と成膜室１１０とに分けられている。ロードロック室１０５には、巻き出しロール１０２、６つのガイドロール１０４、及び巻き取りロール１０３が設けられている。一方、成膜室１１０には、メインロール１０７、及び３つのターゲット電極１１１が設けられている。そして、このスパッタリング装置１５０は、巻き出しロール１０２に予め巻かれた可撓性基板１０１が、図中の左側に並んだ３つのガイドロール１０４、メインロール１０７、及び図中の右側に並んだ３つのガイドロール１０４を順次経由して巻き取りロール１０３に巻き取られるように構成されている。そして、各ターゲット電極１１１をカソード電極、及びメインロール１０７をアノード電極として放電させることにより、ターゲット電極１１１とメインロール１０７との間に、プラズマ１０９が発生すると共に、可撓性基板１０１上にターゲット電極１１１からのスパッタ粒子が堆積して金属薄膜が成膜される。
【０００４】
また、特許文献１には、上記構成のスパッタリング装置１５０と同様に、可撓性基板がメインロールの周壁に沿って搬送されながらプラズマ処理されるドライエッチング装置が開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献２には、可撓性基板が上記のようにメインロールの周壁に沿って搬送されるものではないが、水平に搬送されながらプラズマ処理されるロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−５１６５６号公報
【特許文献２】特開平４−２９９８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記構成のスパッタリング装置１５０、及び特許文献１に記載されたドライエッチング装置、すなわち、可撓性基板がメインロールの周壁に沿って搬送されながらプラズマ処理されるプラズマ処理装置では、図９に示すように、ターゲット電極１１１の中央部と端部とにおいてメインロール１０７に対する距離（Ｄｃ及びＤｅ）が異なっている。例えば、メインロール１０７の直径を６００ｍｍ、及びターゲット電極１１１の長さを２５０ｍｍとすると、ターゲット電極１１１の中央部とメインロール１０７との距離Ｄｃ、及びターゲット電極１１１の端部とメインロール１０７との距離Ｄｅの差は約３０ｍｍになる。
【０００７】
また、プラズマ処理プロセスでは、パッシェンの法則として知られているように、電極間距離（Ｄ）とプロセス圧力（Ｐ）の積（Ｄ×Ｐ）が、プラズマ状態を示すパラメータとなっている。そのため、上記のように電極間距離に差があるプラズマ処理装置では、電極間の電界が乱れて不均一なプラズマが発生し、均一なプラズマ処理ができなくなってしまう。
【０００８】
ここで、上記特許文献１のようなスパッタリングプロセス等の物理的蒸着法では、電極間距離の差が成膜される薄膜の膜質に比較的影響を与えにくいと考えられ、それほど問題にならなかった。しかしながら、近年のように、可撓性基板上にも半導体膜が成膜されると、その半導体膜の成膜の主流であるプラズマＣＶＤプロセスでは、上記電極間距離の差が成膜された薄膜の膜質に大きな影響を与えてしまう。具体的には、１つの成膜用の電極において、成膜の初期の電極間距離が長いところでは、例えば、応力の小さい膜質の薄膜が成膜され、成膜の中期の電極間距離が短いところでは、応力の大きい膜質の薄膜が成膜され、そして、成膜の終期の電極間距離が長いところでは、再び応力の小さい膜質の薄膜が成膜されることがある。そうなると、薄膜の膜質が厚さ方向に異なるので、薄膜を構成する結晶構造が歪んだりして、成膜された薄膜に欠陥が発生してしまう。
【０００９】
これとは反対に、例えば、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと略する）の製造では、その生産性を向上させるために、ＴＦＴを構成する各薄膜の膜質を厚さ方向に積極的に異ならせる場合もある。一般に、ＴＦＴの特性においては、ゲート絶縁膜とアモルファスシリコン膜との界面の膜質が重要であると考えられているので、その界面付近の成膜を低速で行うと共に、その前後の成膜を高速で行うことにより、生産性の向上が図られる。
【００１０】
具体的に、一対の平行平板電極を有し、その電極間で基板を一枚ずつプラズマ処理する枚様式のプラズマＣＶＤ装置では、一方の平行平板電極に印加する高周波電力の大きさを経時的に変えることにより、電極間に発生するプラズマの状態を経時的に制御して、成膜速度の制御が可能である。例えば、窒化シリコン膜を高速で２５０ｎｍ程度成膜した後、低速で１００ｎｍ程度成膜する。続いて、アモルファスシリコン膜を低速で５０ｎｍ程度成膜した後、高速で１００ｎｍ程度成膜する。このようにすることで、ＴＦＴの特性を低下させることなく、生産性の向上を図ることができる。
【００１１】
しかしながら、上記説明した可撓性基板がメインロールの周壁に沿って搬送されながらプラズマ処理されるプラズマＣＶＤ装置では、可撓性基板を所定の状態のプラズマ中を移動させている間に、その可撓性基板上にラジカルを堆積させることによって薄膜が成膜されるので、薄膜の厚さ方向の成膜速度及び膜質を制御することができない。仮に、上記枚様式のプラズマＣＶＤ装置の場合のように、電極に印加する高周波電力の大きさを経時的に変えたとしても、その電極によって形成されるプラズマ全体の状態が変わってしまうので、薄膜の厚さ方向の成膜速度及び膜質を制御することができない。
【００１２】
このように、可撓性基板が撓んだ状態で搬送されながらプラズマ処理される従来のプラズマ処理装置では、その可撓性基板に対しプラズマを適切に発生させることができないので、その可撓性基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことが困難である。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、撓んだ状態で搬送される可撓性基板に対し、可撓性基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明では、互いに平行に設けられた複数の放電電極の間でプラズマを発生させ、その発生したプラズマによって、撓んだ状態で搬送される可撓性の被処理基板に対しプラズマ処理が行われるようにした。
【００１５】
具体的に、本発明に係るプラズマ処理装置は、可撓性を有する被処理基板を収容する処理室と、上記処理室の内部に設けられ、上記被処理基板が撓んだ状態で当接する当接面を有し、上記被処理基板を上記当接面に沿って搬送する基板搬送部と、上記処理室の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備えたプラズマ処理装置であって、上記プラズマ発生部は、上記被処理基板の搬送方向に対し垂直な方向に互いに平行に延びる複数の放電電極を有し、上記複数の放電電極の間の放電によって、上記処理室の内部に導入される処理ガスのプラズマを発生するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、被処理基板が当接されて搬送される基板搬送部の構成に関係することなく、互いに平行に延びる複数の放電電極の間の放電によって、プラズマ発生部の表面付近に処理ガスのプラズマを発生させることが可能である。そして、そのプラズマは、各放電電極の間の放電によって発生するので、各放電電極の間の印加電圧の大きさを適宜変えることにより、プラズマ発生部の表面付近に発生するプラズマの状態を、各放電電極の延びる方向に対し垂直な方向、すなわち、被処理基板の搬送方向に制御することが可能になる。そのため、例えば、被処理基板の搬送方向の上流側に位置する各放電電極によるプラズマの状態と、その下流側に位置する各放電電極によるプラズマの状態とを異ならせることが可能になる。そして、その被処理基板は搬送されながら２種類のプラズマ状態でプラズマ処理されるので、被処理基板の厚さ方向に、所望のプラズマ処理を行うことが可能になる。したがって、被処理基板が撓んで搬送されていても、被処理基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００１７】
上記基板搬送部は、上記処理室の内部に回動可能に設けられたロール部により構成され、上記被処理基板を、上記ロール部の外周壁に沿って搬送してもよい。
【００１８】
上記の構成によれば、被処理基板が、回動可能なロール部の外周壁に沿って撓んだ状態で搬送されながら、プラズマ処理を受けることになる。そのため、長尺の可撓性の被処理基板に対し、被処理基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００１９】
上記複数の放電電極は、上記ロール部の回動軸と平行に延びるように配置されていてもよい。
【００２０】
上記の構成によれば、プラズマ発生部を構成する各放電電極とロール部の回動軸とが平行であるため、プラズマ発生部の表面では、各放電電極の間、すなわち、ロール部の回動方向に対し垂直な方向に延びるプラズマが、ロール部の回動方向に沿って並んで形成されることになる。そのため、被処理基板の幅方向に均一な密度のプラズマを発生させることが可能になるので、被処理基板の幅方向に対し均一に、且つ、被処理基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００２１】
上記複数の放電電極は、上記ロール部の外周壁の周方向に沿って並んで配置されていてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、プラズマ発生部を構成する各放電電極がロール部の外周壁に沿って設けられているので、各放電電極とロール部の外周壁上の被処理基板との距離が一定になる。そのため、プラズマの中に生成されたラジカルが被処理基板の表面に一定時間で到達することになる。
【００２３】
上記プラズマ発生部は、上記基板搬送部の当接面に対向して複数設けられていてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、プラズマ発生部が１つの基板搬送部に対して複数設けられているので、各プラズマ発生部において、プラズマを発生させることにより被処理基板に対しプラズマ処理を行うことが可能になる。そのため、同一の被処理基板に対し、プラズマ処理を連続して行うことが可能になり、被処理基板に対するプラズマ処理を効率よく行うことが可能になる。
【００２５】
上記基板搬送部は、所定電位が与えられるように構成されていてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、基板搬送部に所定電位を与えることにより、処理ガスのプラズマの中に生成されたイオンを基板搬送部に近づけたり、基板搬送部から遠ざけるたりすることが可能になるので、基板搬送部上の被処理基板に対するイオン衝撃を制御することが可能になる。
【００２７】
上記複数の放電電極は、交互に並んで配置された第１電極と第２電極とにより構成され、上記第１電極と第２電極との間で放電してもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、例えば、各第１電極に高周波電力を印加すると共に、各第２電極を接地することにより、各第１電極と第２電極との間で放電が可能になる。
【００２９】
上記第１電極を複数個有し、上記各第１電極は、所定の大きさの高周波電力が印加されるように構成されていてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、例えば、各第１電極に一定の大きさの高周波電力を印加すると共に、各第２電極を接地することにより、各第１電極と第２電極との間の放電が一定になるので、プラズマ発生部の表面付近のプラズマの密度が均一になる。そのため、被処理基板の厚さ方向に均一なプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００３１】
また、例えば、一部の第１電極に第１の大きさの高周波電力を印加し、その他の第１電極に第２の大きさの高周波電力を印加すると共に、各第２電極を接地することにより、プラズマ発生部の表面付近のプラズマの密度が被処理基板の搬送方向に沿って分布した状態になる。そのため、被処理基板の厚さ方向に、その分布したプラズマ密度に対応した所望のプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００３２】
上記プラズマ処理は、プラズマＣＶＤ処理であってもよい。
【００３３】
上記の構成によれば、被処理基板が撓んで搬送されていても、被処理基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことが可能になるので、その被処理基板上に成膜された薄膜は、その厚さ方向に所望の膜質になる。
【００３４】
上記プラズマ処理は、ドライエッチング処理であってもよい。
【００３５】
上記の構成によれば、被処理基板が撓んで搬送されていても、被処理基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことが可能になるので、被処理基板上の薄膜に対し、その厚さ方向に所望のエッチング処理が可能になる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のプラズマ処理装置によれば、互いに平行に設けられた複数の放電電極の間でプラズマを発生させ、その発生したプラズマによって撓んだ状態で搬送される可撓性の被処理基板にプラズマ処理が行われるので、被処理基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことができる。その結果、可撓性の被処理基板上に形成されるＴＦＴ等のデバイスの特性ばらつきを抑制することができる。さらに、そのＴＦＴをスイッチング素子として備えるフィルム状の表示装置では、ＴＦＴの特性ばらつきが抑制されているので、表示品位を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
《発明の実施形態１》
図１〜図３は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態１を示している。図１は、プラズマ処理装置５０の断面図であり、図２は、プラズマ処理装置５０を構成するプラズマ発生部の斜視図である。そして、図３は、プラズマ処理装置５０の要部拡大図である。
【００３９】
プラズマ処理装置５０は、図１に示すように、分離壁６を挟んでロードロック室５と成膜室１０とに区分された処理室４０を備えている。ロードロック室５には、巻き出しロール２、６つのガイドロール４、及び巻き取りロール３が設けられている。一方、成膜室１０には、基板搬送部（ロール部）であるメインロール７、及び３つのプラズマ発生部２０が設けられている。そして、プラズマ処理装置５０は、巻き出しロール２に予め巻かれたフィルム基板１（被処理基板）が、図中の左側に並んだ３つのガイドロール４、メインロール７、及び図中の右側に並んだ３つのガイドロール４を順次経由して、巻き取りロール３に巻き取られると共に、その途中の成膜室１０においてプラズマＣＶＤ処理が行われるように構成されている。
【００４０】
成膜室１０には、内部を排気して減圧する真空ポンプ（不図示）、プラズマ発生部２０に電力を供給する高周波電源（不図示）、及び内部に原料ガスを供給するガス供給部（不図示）がそれぞれ接続されている。
【００４１】
巻き出しロール２、ガイドロール４、巻き取りロール３及びメインロール７は、それぞれ、回動軸１２周りに回動可能に円筒状に形成され、各外周壁に沿ってフィルム基板１が搬送されるように構成されている。ここで、メインロール７では、その外周壁がフィルム基板１を当接する当接面９になっている。なお、図中のメインロール７は、回動軸１２周りに反時計回りで回転するようになっている。
【００４２】
メインロール７は、アルミニウム等の金属材料により形成され、その内部にヒーターが内蔵されており、当接面９の表面温度が制御されるように構成されている。また、メインロール７は、接地電位等の所定電位に設定されるように構成されている。
【００４３】
プラズマ発生部２０は、図２に示すように、少なくとも上面がセラミック等の絶縁性材料に形成された電極支持部１５と、その電極支持部１５上に互いに平行に延びるように設けられ、上記高周波電源、又は、接地電位に電気的に接続された複数の放電電極１１と、電極支持部１５の上面の各放電電極１１の間に、各放電電極１１の延びる方向に沿って設けられ、上記ガス供給部に接続された複数のガス導入口８とを備えている。
【００４４】
放電電極１１は、アルミニウム等の金属材料に形成され、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとにより構成されている。第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂは、交互に並んで配置されている。そして、例えば、第１電極１１ａは上記のように高周波電源に接続され、高周波電源からの高周波電力が印加されるように構成されている。また、第２電極１１ｂはが接地され、接地電位に保持されている。これにより、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂの間で放電させることができる。
【００４５】
次に、上記の構成のプロセス処理装置５０を用いて、フィルム基板１上に薄膜を成膜する方法について説明する。具体的には、フィルム基板１上に窒化シリコン膜を成膜する方法を例示する。
【００４６】
ここで、フィルム基板１は、厚さ２０μｍ〜２００μｍ程度の可撓性の処理基板であり、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit：フレキシブルプリント配線基板）に使用されているポリイミドフィルムである。
【００４７】
まず、成膜を行う際には、ロードロック室５にフィルム基板１が予め巻かれた巻き出しロール２を図１に示すように取り付ける。次いで、フィルム基板１の先端を、図中の左側に並んだ３つのガイドロール４の各右側の外周壁、メインロール７の外周壁（当接面９）、及び図中の右側に並んだ３つのガイドロール４の各左側の外周壁に順次沿わせるように通わせ、巻き取りロール３に取り付ける。
【００４８】
続いて、プラズマ発生部２０のガス導入口８を介して、成膜室１０の内部に、原料ガス（処理ガス）として、モノシランガス（ＳｉＨ4）を流量５０ｓｃｃｍで、アンモニアガス（ＮＨ3）を流量１００ｓｃｃｍで、及び窒素ガス（Ｎ2）を流量５００ｓｃｃｍで、それぞれ供給しながら、成膜室１０の内部圧力を２００Ｐａ程度に安定させる。また、フィルム基板１の表面温度が１００℃〜３５０℃（好ましくは１８０℃〜２５０℃）になるように、メインロール７の表面温度を制御する。ここで、「ｓｃｃｍ」とは、０℃において毎分流れる立方センチメートル単位のガス流量である。
【００４９】
さらに、成膜室１０の内部圧力を２００Ｐａ程度に維持したまま、第１電極１１ａに周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源からの１ｋＷ程度の高周波電力を印加すると共に、各ロールを回転させてフィルム基板１の搬送を開始する。このとき、プラズマ発生部２０では、図３に示すように、第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂの間の放電によって、原料ガスのプラズマ１６が発生し、そのプラズマ中にラジカルが生成する。そして、そのラジカルがメインロール７の当接面９上のフィルム基板１の表面に堆積することにより、フィルム基板１上に窒化シリコン膜が成膜される。
【００５０】
本実施形態のプラズマ処理装置５０では、メインロール７の当接面９に沿って３つのプラズマ発生部２０が設けられているので、後に続く２つのプラズマ発生部２０においても、プラズマを発生させて窒化シリコン膜が上記と同様に成膜される。これにより、効率よく成膜を行うことができる。
【００５１】
以上のようなプラズマ処理を行うことにより、窒化シリコン膜が成膜されたフィルム基板１が順次巻き取りロール３に巻き取られ、窒化シリコン膜が成膜された長尺のフィルム基板１を作製することができる。
【００５２】
本発明のプラズマ処理装置５０によれば、プラズマ発生部２０が、複数の放電電極１１（第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ）の間の放電によって、原料ガスのプラズマを発生させるようになっているので、メインロール７の当接面９と各放電電極１１との距離に関係なく、均一な密度のプラズマを発生させることができる。そのため、プラズマ発生部２０の表面付近にラジカルが均一に生成されることになる。そして、その均一に生成されたラジカルによって、メインロール７の当接面９に撓んだ状態で当接して搬送されるフィルム基板１に対し、プラズマ処理を行うことができる。したがって、フィルム基板１が撓んで搬送されていても、プラズマ処理を可及的に均一に行うことができる。
【００５３】
また、フィルム基板１が、回動可能なメインロール７の当接面９に沿って搬送されながら、プラズマ処理を均一に行うことができるので、長尺のフィルム基板１に対し、プラズマ処理を可及的に均一に行うことができる。
【００５４】
さらに、プラズマ発生部２０を構成する各放電電極１１とメインロール７の回動軸１２とが平行であるため、プラズマ発生部２０の表面では、各放電電極１１の間、すなわち、メインロール７の回動方向に対し垂直な方向に延びるプラズマ１６が、メインロール７の回動方向に沿って並んで形成されることになる。そのため、フィルム基板１の幅方向に均一な密度のプラズマを発生させることができるので、フィルム基板１の幅方向に対し均一に、且つ、フィルム基板１の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことができる。
【００５５】
また、プラズマ発生部２０がメインロール７の当接面９に対向して３つ設けられているので、各プラズマ発生部２０において、プラズマ１６を発生させてフィルム基板１に対しプラズマ処理を行うことができる。そのため、同一のフィルム基板１に対し、プラズマ処理を連続して行うことができ、フィルム基板１に対するプラズマ処理を効率よく行うことができる。
【００５６】
以上のように、フィルム基板１のプラズマＣＶＤ処理を均一に行うことができるので、フィルム基板１上に、その厚さ方向に膜質が均一な窒化シリコン膜を成膜することができる。
【００５７】
また、メインロール７は、通常、接地電位に保持されているが、所定の電位を与えてもよい。これにより、原料ガスのプラズマの中に生成されたイオンをメインロール７の当接面９に近づけたり、当接面９から遠ざけるたりすることができるので、メインロール７上のフィルム基板１に対するイオン衝撃を制御することができる。具体的には、フィルム基板１上の薄膜の表面に対して、ある程度のイオン衝撃を必要とするような成膜プロセスの場合には、フィルム基板１の背後のメインロール７に積極的に所定の電位を与えることによって、離れた位置にあるプラズマ１６からイオン束を引き出し、フィルム基板１の表面にイオンを照射することができる。そして、プラズマ処理装置５０では、原料ガスの解離させるためのプラズマ発生部２０とは別に、メインロール７の電位によってイオン衝撃を調整できるので、そのイオン衝撃の制御性を向上させることができる。
【００５８】
さらに、第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間における電位の高低関係を周期的に逆転してもよい。具体的には、高周波電源に接続されていた第１電極１１ａを接地すると共に、接地されていた第２電極１１ｂに高周波電源を接続することにより、長期間の使用により電極に付着する薄膜を各電極１１ａ及び１１ｂに分散させることができるので、成膜室１０のクリーニング周期を可及的に延ばすことができる。
【００５９】
《発明の実施形態２》
図４〜図６は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態２を示している。図４は、本実施形態のプラズマ処理装置の要部拡大図であり、図５は、図４に対応する実施形態１のプラズマ処理装置５０の要部拡大図である。図６は、フィルム基板１上に形成されたＴＦＴ３０の断面図である。なお、以下の各実施形態では図１〜図３と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６０】
実施形態１では、図５に示すように、各第１電極１１ａに一定の大きさの高周波電力を印加して、各第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に、プラズマ１６を一定に発生させていたが、本実施形態では、各第１電極１１ａに印加する高周波電力の大きさを意図的に変えることにより、図４に示すように、各第１電極１１ａと第２電極１１ｂとの間に適切な状態のプラズマ１６を発生させている。
【００６１】
本実施形態におけるプラズマ処理装置では、上記のように、各第１電極１１ａに印加する高周波電力の大きさをフィルム基板１の搬送方向に沿って異らせている以外は、実施形態１のプラズマ処理装置５０と実質的に同じである。
【００６２】
次に、上記の構成のプラズマ処理装置を用いて、フィルム基板１上に薄膜を成膜する方法について説明する。具体的には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製を例に説明する。
【００６３】
図４は、フィルム基板１上に作製されたボトムゲート型のＴＦＴ３０の断面図である。このＴＦＴ３０は、フィルム基板１上に設けられたゲート電極１７と、ゲート電極１７を覆うように設けられたゲート絶縁膜２１と、ゲート絶縁膜２１上に島状に設けられた半導体層２２と、半導体層２２上に対峙するように設けられたソース電極２３及びドレイン電極２４とを備えている。半導体層２２は、下層のアモルファスシリコン層２２ａと、ソース電極２３及びドレイン電極２４に重畳する上層のｎ＋アモルファスシリコン層２２ｂとにより構成されている。
【００６４】
上述したように、このボトムゲート型のＴＦＴ３０では、ゲート絶縁膜２１（例えば、窒化シリコン膜等）及びアモルファスシリコン層２２ａの膜質がその特性及び信頼性に大きく影響することが知られている。そして、実際にＴＦＴ特性に影響を与えるのは、ゲート絶縁膜２１とアモルファスシリコン層２２ａとの界面付近であることがよく知られており、従来の枚様式プラズマＣＶＤ装置では、印加する高周波電力の大きさを経時的に調整してプラズマの状態を時間的に制御することにより、界面付近の成膜だけを低速で行い、その前後の成膜を高速で行うことが容易にできた。しかしながら、可撓性基板が撓んだ状態で搬送されながら成膜される従来のロールツーロール方式の従来のプラズマＣＶＤ装置では、薄膜の厚さ方向の膜質及び成膜速度を制御できなかった。これに対し本発明では、プラズマの状態を時間的に制御するのではなく、空間的に制御することにより、薄膜の厚さ方向の膜質及び成膜速度を制御することができる。
【００６５】
具体的に図４では、図中の左側半分程度の第１電極１１ａに、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源からの１ｋＷ程度の高周波電力を印加することにより、放電電極群の１１ａ及び１１ｂの図中の中央部から左側にかけて比較的高速で成膜できるように反応性の高いプラズマを形成させている。そして、図中の右側に行くに連れて第１電極１１ａに印可する高周波電力を徐々に小さくして、図中の右端の第１電極１１ａに、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源からの０．５ｋＷ程度の高周波電力を印加することにより、放電電極群の１１ａ及び１１ｂの図中の中央部から右側にかけて比較的低速且つ低ダメージで成膜ができるように低エネルギーのプラズマを形成させている。
【００６６】
このように形成させたプラズマの中にフィルム基板１を図中の左側から進入させていくと、フィルム基板１上のゲート電極１７を覆うようにゲート絶縁膜２１が形成されていく。ゲート電極１７に近い領域では、図中の左側の反応性の高いプラズマによって、高速でゲート絶縁膜２１が成膜される。一方、ゲート電極１７から離れた領域では、図中の右側の低エネルギーのプラズマによって、低速で良質のゲート絶縁膜２１が成膜される。これにより、ゲート絶縁膜２１のうち、アモルファスシリコン層２２ａと接する領域では、良質な薄膜が形成できる。
【００６７】
次いで、フィルム基板１上に形成されたゲート絶縁膜２１を覆うようにアモルファスシリコン層２２ａを構成するアモルファスシリコン膜を成膜する際には、図４に示すプラズマ状態とは反対に、放電電極群１１ａ及び１１ｂの中央部から左側にかけて比較的低速且つ低ダメージで成膜ができるように低エネルギーのプラズマを形成させ、その中央部から右側にかけて比較的高速で成膜できるように反応性の高いプラズマを形成させる。こうすることにより、ゲート絶縁膜２１に近い領域では、低エネルギーのプラズマによって、低速で良質のアモルファスシリコン膜が成膜される。一方、ゲート絶縁膜２１から離れた領域では、反応性の高いプラズマによって、高速でアモルファスシリコン膜が成膜される。これにより、アモルファスシリコン膜のうち、ゲート絶縁膜２１と接する領域では、良質な薄膜が形成できる。以上のようにすることにより、ロールツーロール方式のプラズマＣＶＤロール式プラズマＣＶＤ装置においても、生産性を犠牲にすることなく、ＴＦＴの特性及び信頼性を維持向上させることができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、ロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ装置を例示したが、本発明は、プラズマ中にガラス基板等の絶縁基板を移動させるインライン方式のプラズマＣＶＤ装置にも適用できる。
【００６９】
《発明の実施形態３》
実施形態１及び２では、本発明に係るプラズマ処理装置として、プラズマＣＶＤ処理を行うプラズマＣＶＤ装置を説明したが、ドライエッチング処理を行うドライエッチング装置にも適用できる。
【００７０】
本実施形態におけるプラズマ処理装置（ドライエッチング装置）は、ガス導入口８から処理室（成膜室１０）内に導入される処理ガスとして、実施形態１で使用したモノシランガス（ＳｉＨ4）等の原料ガスの代わりに、テトラフルオロメタンガス（ＣＦ4）等のエッチングガスを用いるものである。
【００７１】
次に、上記の構成のドライエッチング装置を用いて、フィルム基板１上の薄膜をエッチングする方法について説明する。具体的には、実施形態２と同様に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製を例に説明する。
【００７２】
ここで、ｎ＋アモルファスシリコン層２２ｂを形成する際には、アモルファスシリコン層２２ａとｎ＋アモルファスシリコン層２２ｂを構成するｎ＋アモルファスシリコン膜との積層膜に対し、ソース電極２３及びドレイン電極２４をマスクとして、ｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチングする必要がある。このｎ＋アモルファスシリコン膜をエッチングする際、エッチング速度が高い方が生産性の点では望ましい。しかしながら、プラズマのエネルギーが高すぎると、ｎ＋アモルファスシリコン層２２ｂの下層のアモルファスシリコン層２２ａがプラズマによって損傷してしまうので、ＴＦＴの特性及び信頼性を低下させることが知られている。これを防ぐには、低いエネルギーのプラズマによってエッチングすればよいが、そうなるとエッチング速度が低下し生産性が悪くなる。そこで、生産性を低下させずに、ＴＦＴの特性及び信頼性を確保するには、ｎ＋アモルファスシリコン膜のエッチング前半を高速でエッチングし、アモルファスシリコン層２２ａとの界面付近をエッチング後半を低速でエッチングすればよい。具体的には、図４に示すように、放電電極群１１ａ及び１１ｂの図中の中央部から左側にかけて比較的高速でエッチングできるように反応性の高いプラズマを形成させ、その中央部から右側にかけて比較的低速且つ低ダメージでエッチングできるように低エネルギーのプラズマを形成させればよい。そして、そのように形成させたプラズマの中にフィルム基板１を図中の左側から進入させていくと、アモルファスシリコン層２２ａから離れた領域では、図中の左側の反応性の高いプラズマによって、高速でエッチングされる。一方、アモルファスシリコン層２２ａに近い領域では、図中の右側の低エネルギーのプラズマによって、低速でエッチングされる。これにより、ロールツーロール方式のプラズマＣＶＤロール式プラズマＣＶＤ装置においても、生産性を犠牲にすることなく、ＴＦＴの特性及び信頼性を維持向上させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、ロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ装置を例示したが、本発明は、プラズマ中にガラス基板等の絶縁基板を移動させるインライン方式のプラズマＣＶＤ装置にも適用できる。
【００７４】
また、一般にドライエッチング装置では、プラズマにより生成されるラジカルだけでなく、フィルム基板１の被処理面へのイオン衝撃をエッチング動作に利用することもある。例えば、フィルム基板１の背面のメインロール７に所定の電位を与えることによって、エッチングガスのプラズマの中に生成されたイオンをメインロール７に近づけたり、メインロール７から遠ざけるたりすることができるので、メインロール７上のフィルム基板１に対するイオン衝撃を制御することができる。
【００７５】
《発明の実施形態４》
図７は、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態４を示している。図５は、そのプラズマ処理装置の要部拡大図であり、実施形態１で説明した図３に対応するものである。
【００７６】
本実施形態におけるプラズマ処理装置では、プラズマ発生部２０を構成する放電電極１１（第１電極１１ａ及び第２電極１１ｂ）が、実施形態１のように同一平面上に設けられているのではなく、メインロール７の当接面９（外周壁）の周方向に沿って並んで配置すように設けられている。つまり、本実施形態のプラズマ発生部２０では、第１電極１１及び第２電極１１ｂの各間に設けられたガス導入口８とメインロール７の当接面９との距離が一定になっている。
【００７７】
実施形態１のプラズマ処理装置５０では、放電用電極群１１ａ及び１１ｂを同一平面上に配置しているので、そのプラズマ発生部２０の表面付近にプラズマ１６を均等に発生させることができるが、プラズマ１６で生成されたラジカルがフィルム基板１上に到達する時間が異なっている。そして、成膜する薄膜の種類や成膜条件によっては、フィルム基板１上にラジカルが到達するまでの時間が薄膜の膜質を決定する要素となるので、プラズマ１６とフィルム基板１との距離を制御することが重要になる場合もなる。
【００７８】
本実施形態のプラズマ処理装置では、図７に示すように、メインロール７の曲率と電極支持部１５の曲率とを一致させ、放電電極１１とメインロール７の当接面９との距離、すなわち、各ガス導入口８とフィルム基板１との距離が一定になっている。そのため、プラズマ１６の中に生成されたラジカルがフィルム基板１の表面に一定時間で到達することができ、撓んだ状態で搬送されるフィルム基板１上にラジカルをより均一に供給することができる。このように、放電電極群１１ａ及び１１ｂを曲面状に配置する等、放電電極群１１ａ及び１１ｂとフィルム基板１との距離を適宜変えることにより、フィルム基板１上に成膜される薄膜の膜質を制御することができる。
【００７９】
例えば、アモルファスシリコン膜の原料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ4）をプラズマ化すると、ＳｉＨ3ラジカルとＳｉＨ2ラジカルとが生成することはよく知られている。そして、このＳｉＨ3ラジカルは、アモルファスシリコン膜の成膜にとって好適なラジカルであるが、一方のＳｉＨ2ラジカルは、結晶構造に欠陥を生じさせるので、アモルファスシリコン膜の成膜にとって不適なラジカルである。このＳｉＨ2ラジカルは、比較的短寿命であるので、成膜対象の被処理基板をプラズマの発生源から遠ざけることにより、アモルファスシリコン膜に対するＳｉＨ2ラジカルの影響を少なくすることができる。しかしながら、プラズマの発生源を被処理基板から遠ざけることは、成膜速度を低下させると共に、被処理基板以外の部分への膜付着を招き、成膜室のクリーニング時の負担が増大させ、生産性を著しく低下させてしまう。この傾向は、成膜対象の被処理基板がフィルム基板であるようなプロセス温度が比較的低い場合に顕著である。本発明では、被処理基板がフィルム基板１であるので、プロセス温度を比較的低く、プラズマ１６とフィルム基板１との距離を成膜する薄膜の種類や成膜条件に合わせて制御することが特に有効になる。
【００８０】
本実施形態では、フィルム基板１と放電電極群１１ａ及び１１ｂとの距離が等しくなるように、電極支持体１５の曲率をメインロール７の曲率に合わせているが、逆に一部の放電電極群１１ａ及び１１ｂをフィルム基板１に近づけて薄膜の付着率を上げたり、一部の放電電極群１１ａ及び１１ｂをフィルム基板１から遠ざけて、薄膜の膜質を改良したりすることもできる。
【００８１】
また、上記各実施形態では、メインロール７に対して、３つのプラズマ発生部２０を配置されていたが、プラズマ発生部２０の個数は、これに限定されない。
【００８２】
さらに、本発明のプラズマ処理装置は、上記各実施形態に示したように、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置に適用することができるが、レジスト膜を除去するプラズマアッシング装置等にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
以上説明したように、本発明は、被処理基板が撓んで搬送されていても、基板の厚さ方向に所望のプラズマ処理を行うことができるので、例えば、フィルム基板上にＴＦＴを形成させるロールツーロール方式のプラズマ処理装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施形態１のプラズマ処理装置５０の断面図である。
【図２】プラズマ処理装置を構成するプラズマ発生部２０の斜視図である。
【図３】プラズマ処理装置の要部拡大図である。
【図４】実施形態２のプラズマ処理装置で発生させたプラズマを示す要部拡大図である。
【図５】実施形態１のプラズマ処理装置で発生させたプラズマを示す要部拡大図である。
【図６】フィルム基板１上に形成されたＴＦＴ３０の断面図である。
【図７】実施形態４のプラズマ処理装置の要部拡大図である。
【図８】従来のロールツーロール方式のスパッタリング装置１５０の断面図である。
【図９】可撓性基板がメインロールの周壁に沿って搬送されながらプラズマ処理される従来のプラズマ処理装置の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００８５】
１      フィルム基板（被処理基板）
７      メインロール（基板搬送部、ロール部）
９      当接面（外周壁）
１１    放電電極
１１ａ  第１電極
１１ｂ  第２電極
１２    回動軸
１６    プラズマ
２０    プラズマ発生部
４０    処理室
５０    プラズマ処理装置
【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】
2007012738.tif 000008
【図７】
2007012738.tif 000009
【図８】
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【図９】
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