(57)【要約】【課題】  成膜工程における基板の加熱処理とプラズマ処理を、同じ位置において連続的に実施することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  基板６とプラズマ電極用金属板３の間に配置された筒状のアースシールド４と、アースシールド４の基板側端部近傍に移動可能に設けられ、表面が黒色化処理された遮蔽板５（５ａ、５ｂ）とを備えている。プラズマ処理を行わない時には、遮蔽板５がアースシールド４の開口部を覆ってプラズマ電極用金属板３と基板６の間を遮蔽するので、プラズマ放電により加熱された遮蔽板５で基板６を加熱処理することができる。また、プラズマ処理時には、遮蔽板５ａ、５ｂが移動してアースシールド４の開口部を開くため、加熱処理後でも基板を移動させることなくプラズマ電極用金属板３と対向した基板６上にプラズマ処理をすることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内で基板ホルダーに保持した基板をプラズマ電極と対向させ、プラズマ放電により基板にプラズマ処理をするプラズマ処理装置であって、基板とプラズマ電極の間に中心軸が両者と直交する方向に配置された筒状のアースシールドと、アースシールドの基板側端部近傍に移動可能に設けられ、表面が黒色化処理された遮蔽板とを備え、プラズマ処理を行わない時には遮蔽板がアースシールドの開口部を覆ってプラズマ電極と基板の間を遮蔽し、且つプラズマ放電により加熱された遮蔽板で基板を加熱処理し、プラズマ処理時には遮蔽板が移動してアースシールドの開口部を開き、プラズマ電極と対向した基板にプラズマ処理をすることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記遮蔽板は、２分割され且つそれぞれの一端がアースシールドの基板側端部に取り付けられており、プラズマ処理を行わない時にはアースシールドの開口部を覆ってプラズマ電極と基板の間を遮蔽し、且つプラズマ処理にはアースシールドの四角筒状の内周面側に移動して格納され、プラズマ電極と基板を対向させることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
処理室内で基板ホルダーに保持した基板をプラズマ電極と対向させ、プラズマ放電により基板にプラズマ処理をするプラズマ処理方法であって、基板とプラズマ電極の間に筒状のアースシールドを中心軸が両者と直交する方向に配置すると共に、アースシールドの基板側端部近傍に表面が黒色化処理された遮蔽板を移動可能に設け、遮蔽板でアースシールドの開口部を覆ってプラズマ電極と基板の間を遮蔽した状態で、プラズマ放電により加熱された遮蔽板で基板を加熱処理し、次に遮蔽板を移動してアースシールドの開口部を開いた状態とし、プラズマ電極と対向した基板にプラズマ処理をすることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記遮蔽板による基板の加熱処理温度を、プラズマ放電におけるプラズマ電極への投入電力量によって制御することを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ放電を用いた基板の加熱と、基板のプラズマ処理とを連続して実施できるプラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ放電法による基板の表面処理工程においては、通常、基板にプラズマ処理をする前に、真空室内においてヒータにより基板を加熱することで乾燥や表面改質などの前処理を行っている。その際、基板を同じ位置で処理するためには、上記基板の前処理後に、ヒータとプラズマ放電用電極を入れ替えたり、あるいは、基板が移動可能である場合には、プラズマ放電による基板のプラズマ表面処理を行う位置まで基板を移動したりするなどの工程を必要としていた。
【０００３】
そのため、ヒータとプラズマ放電用電極の入れ替え手段や、基板を移動するための搬送手段などによって装置が大型化し、設備費用も高額化していた。また、基板乾燥用のヒータとプラズマ放電用電極の切り替え操作、あるいは基板の搬送操作のため、プラズマ処理作業が煩雑となるなど問題を有していた。
【０００４】
一方、特開２００４−４３８８０号公報（特許文献１）には、真空容器内に複数の蒸着源を設けると共に、形状を工夫した遮蔽板を蒸着源と基板との間に配置して、単一の蒸着源を用いて形成した薄膜に比べて、基板に形成する薄膜の膜厚の均一性や屈折率の均一性を向上させる方法が提案されている。
【０００５】
また、特開平５−２７９８４５号公報（特許文献２）には、真空容器内のターゲット及び基板の周辺に配置された遮蔽板を、発熱体又は発熱体を構成要素の一部とする構成とし、且つ上記遮蔽板に電源を連結することにより温度制御を行い、遮蔽板に付着した薄膜の内部応力を抑制し、異物の飛散を低減させる方法が提案されている。
【０００６】
この方法においては、薄膜形成時に遮蔽板を昇温保持することにより、薄膜形成後冷却された遮蔽板に付着した薄膜の内部応力の熱応力分を真性応力分と相殺するように制御し、はがれの起きないような応力範囲に制御することができる。また、発熱体の材料としては、Ｐｔ−Ｒｈ合金のほか、Ｃｒを主な合金元素とするＮｉ基合金、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｏを合金元素とするＦｅ基合金、又はＣｒ、Ａｌ、Ｔｉを合金元素とするＦｅ基合金が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−４３８８０号公報
【特許文献２】特開平５−２７９８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、プラズマ放電を用いる基板のプラズマ表面処理工程において、基板あるいはヒータならびにプラズマ電極の位置変更等を行うことなく、薄膜形成前の基板の加熱処理とプラズマ処理を、同じ位置において連続的に実施することができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明が提供するプラズマ処理装置は、処理室内で基板ホルダーに保持した基板をプラズマ電極と対向させ、プラズマ放電により基板にプラズマ処理をするプラズマ処理装置であって、基板とプラズマ電極の間に中心軸が両者と直交する方向に配置された筒状のアースシールドと、アースシールドの基板側端部近傍に移動可能に設けられ、表面が黒色化処理された遮蔽板とを備え、プラズマ処理を行わない時には遮蔽板がアースシールドの開口部を覆ってプラズマ電極と基板の間を遮蔽し、且つプラズマ放電により加熱された遮蔽板で基板を加熱処理し、プラズマ処理には遮蔽板が移動してアースシールドの開口部を開き、プラズマ電極と対向した基板にプラズマ処理をすることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記遮蔽板の好ましい一態様は、２分割され且つそれぞれの一端がアースシールドの基板側端部に取り付けられており、プラズマ処理を行わない時にはアースシールドの開口部を覆ってプラズマ電極と基板の間を遮蔽し、且つプラズマ処理時にはアースシールドの四角筒状の内周面側に移動して格納され、プラズマ電極と基板を対向させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明が提供するプラズマ処理方法は、処理室内で基板ホルダーに保持した基板をプラズマ電極と対向させ、プラズマ放電により基板にプラズマ処理をするプラズマ処理方法であって、基板とプラズマ電極の間に筒状のアースシールドを中心軸が両者と直交する方向に配置すると共に、アースシールドの基板側端部近傍に表面が黒色化処理された遮蔽板を移動可能に設け、遮蔽板でアースシールドの開口部を覆ってプラズマ電極と基板の間を遮蔽した状態で、プラズマ放電により加熱された遮蔽板で基板を加熱処理し、次に遮蔽板を移動してアースシールドの開口部を開いた状態とし、プラズマ電極と対向した基板にプラズマ処理をすることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明のプラズマ処理方法において、前記遮蔽板による基板の加熱処理温度は、プラズマ放電におけるプラズマ電極への投入電力量によって制御することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プラズマ放電を用いる基板のプラズマ表面処理工程において、基板、あるいは、ヒータならびにプラズマ放電電極の位置変更等の必要がなく、プラズマ放電によってプラズマ表面処理を行うことなく基板の加熱処理を行い、引き続いて同じ位置で基板にプラズマ処理をすることができる。
【００１３】
従って、本発明によるプラズマ処理装置あるいはプラズマ処理方法を使用することによって、薄膜形成前の基板の加熱処理と基板へのプラズマ処理とを同一位置において連続的に実施することができるため、処理及び操作の効率化ならびに装置の小型化や設備費用の抑制が可能となり、工業的に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明では、プラズマ処理装置のプラズマ放電用電極の構造を改良して、基板とプラズマ電極の間に配置されている筒状のアースシールドの基板側端部近傍に、表面が黒色化処理された遮蔽板を移動可能に設けてある。この遮蔽板は、プラズマ処理を行わない時には、基板の近傍に基板と略平行になるように移動し、筒状のアースシールドの開口部を覆ってプラズマ電極と基板の間を遮蔽する。また、プラズマ処理時には、遮蔽板が移動することによってアースシールドの開口部が開き、アースシールドの内側においてプラズマ電極と基板を対向させることができる。
【００１５】
上記のごとく移動可能な遮蔽板を設置することによって、プラズマ処理を行わない時には、アースシールドの開口部が遮蔽板で覆われてプラズマ電極と基板の間が遮蔽されているので、プラズマ放電させても基板に薄膜が形成されることはない。その一方で、遮蔽板はプラズマ放電によって加熱されるので、加熱された遮蔽板からの輻射熱により、遮蔽板の近傍に略平行に位置している基板を加熱処理することが可能である。また、プラズマ処理時には、遮蔽板が移動して筒状のアースシールドの開口部が開き、プラズマ電極と基板を対向させるため、プラズマ処理用ガスを導入して基板にプラズマ処理することができる。
【００１６】
尚、遮蔽板を移動させる手段は限定されず、開閉式あるいはスライド式などの手段を用いることができる。また、遮蔽板としては、輻射熱で基板を加熱するために、輻射率が高くなるように表面が黒色化処理され、且つ熱伝導性の良い板材を用いる必要がある。遮蔽板の材質としては、上記条件を満たしている金属材料が好ましいが、セラミックスや高耐熱性の樹脂材などであっても良い。
【００１７】
例えば、金属材料の表面に、黒色ニッケルめっき又は黒色クロムめっきを数μｍ施すことで黒色化が可能である。特に、アルミニウムを用いる場合は表面を黒色アルマイト処理することも可能であり、銅もしくは銅合金を用いる場合は表面を酸化させ、酸化銅膜を形成することで黒色化が可能となる。このように黒色化処理された表面は、およそ０.９５程度の輻射率を示す。その他の黒色化処理として、表面に耐熱性の黒色塗料を塗装する方法や、表面をサンドブラストやエッチングする方法も可能である。金属材料以外では、例えばカーボンのように材料自体が黒色で、熱伝導率の高いものを使用することも可能である。
【００１８】
次に、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を、図面を用いて詳しく説明する。図１（ａ）は、本発明の成膜装置におけるプラズマ放電用電極部の断面図である。該装置の処理室内には、従来の装置と同様に、プラズマ電極容器１の中には冷却水通路２が具備されている。プラズマ電極容器１と基板ホルダー７とが互いに略平行になるように対向して配置されている。またプラズマ電極用金属板３がプラズマ電極容器１の前面に固定治具（図示せず）により固定されている。プラズマ電極用金属板３とプラズマ処理を施す基板６ならびに基板６を保持する基板ホルダー７との空間の周辺部にはアースシールド４があり、さらに基板６とプラズマ電極用金属板３との間の基板の近傍に基板６と平行に遮蔽板５が設置されている。前記遮蔽板５は、必要に応じて開閉あるいはスライドなどの方法によって、プラズマ電極用金属板３と基板６との間から移動させることができる。
【００１９】
上記したプラズマ電極用金属板３と基板６の間には、プラズマ電極用金属板３上部に形成されたプラズマが周囲に広がることを防ぐための筒状のアースシールド４が、その中心軸をプラズマ電極用金属板３及び基板６とほぼ直交する方向に配置して固定されている。従って、この筒状のアースシールド４の内側に形成された開口部を通して、互いに略平行に配置されたプラズマ電極用金属板３と基板６とが対向するようになっている。尚、アースシールド４の断面外形形状は、プラズマ電極用金属板３あるいは基板６の外形と略同一の外形を有することが好ましい。
【００２０】
更に、上記アースシールド４の基板６側の端部近傍には、表面が黒色化処理された遮蔽板５が移動可能に設けてある。図示した遮蔽板５は、遮蔽板５ａと遮蔽板５ｂとに２分割された開閉式であり、遮蔽板５ａと遮蔽板５ｂの各一端がアースシールド４の基板６側端部に、例えば蝶番等で折り畳み可能に取り付けられている。そして、プラズマ処理を行わない時には、図１（ａ）に示すように、遮蔽板５ａと遮蔽板５ｂがアースシールド４の開口部を覆ってプラズマ電極用金属板３と基板６の間を遮蔽する。一方、プラズマ処理時には、図１（ｂ）に示すように、遮蔽板５ａと遮蔽板５ｂがアースシールド４の四角筒状の内周面側に移動して格納され、アースシールド４の開口部内でプラズマ電極用金属板３と基板６が対向した状態となる。
【００２１】
従って、プラズマ処理には、遮蔽板５ａと遮蔽板５ｂを移動格納し、アースシールド４の開口部を開いてプラズマ電極用金属板３と基板６が対向させる。プラズマ処理を行わない時には、格納した遮蔽板５ａと遮蔽板５ｂを開いてアースシールド４の開口部を覆う。この状態でプラズマ電極用金属板３に電力を投入してプラズマ放電を行うことにより、遮蔽板５をプラズマ電極側から加熱し、加熱された遮蔽板５からの輻射熱で基板６を加熱処理することができる。遮蔽板５による基板６の加熱処理温度は、プラズマ電極用金属板３への投入電力量によって制御することができる。尚、このとき、プラズマ電極用金属板３と基板６の間は遮蔽板５で遮蔽されているため、基板６をプラズマ処理することはない。
【００２２】
図２に、上記した本発明のプラズマ放電用電極部を備えた成膜装置の一具体例を示す。この成膜装置では、図１に図示したプラズマ放電用電極部が処理室９の内部に収納設置されると共に、真空槽（処理室）９内を真空引きするための真空ポンプ１１や、プラズマ放電用ガスの供給口並びに排出口（図示せず）などを備えている。また、基板ホルダー７には、基板６の温度制御を行うため、加熱又は冷却を備えた温度制御機構１０を装備することができる。
【００２３】
成膜装置のプラズマ放電用電極を用いたプラズマ処理あるいは基板の加熱処理には、直流（ＤＣ）、高周波（ＲＦ）、交流（ＭＦ）などの各種の放電形態を用いることが可能である。本発明のプラズマ用電極を用いて、真空加熱処理の前処理後、プラズマによる表面処理を施すことができる基板としては、ガラス、セラミックス、金属、プラスチック、ポリマーフィルムなど各種の基板を用いることができる。また、この基板を装着する基板ホルダー７には、基板の温度制御を行うための、加熱あるいは冷却の温度制御機構１０（図２参照）を装備することができる。
【００２４】
さらに、本発明のプラズマ処理装置は、バッチ式プラズマ処理装置、インライン方式プラズマ処理装置、巻取式プラズマ処理装置などの各種プラズマ処理装置に装着することができる。例えば、バッチ式のプラズマ処理装置に本発明のプラズマ処理装置を装着した場合のプラズマ処理法を説明する。
【００２５】
例えば、本発明のプラズマ処理装置を適用したバッチ式プラズマ処理装置のプラズマ処理法を、図２、図３を参照して具体的に説明する。まず、図２のように、プラズマ電極容器１に所望のプラズマ電極用金属板３を装着し、また基板ホルダー７に基板６を装着する。そこで、真空槽９の内部を真空ポンプ１１で真空引きした後、プラズマ処理部にＯ２等のプラズマ放電用ガスを流して所定の圧力を保持する。
【００２６】
次に、２分割された遮蔽板５ａ、５ｂをプラズマ電極用金属板３と基板６との間に挿入し、アースシールド４の開口部を遮蔽した状態で、プラズマ電極用金属板３に電力を供給してプラズマ放電させ、遮蔽板５が所定の温度となるようにプラズマ放電投入電力を調整する。このプラズマ放電により遮蔽板５が加熱され、加熱された遮蔽板５からの輻射熱により基板６を所定時間加熱して前処理を行う。その後、一旦プラズマ放電を停止し、遮蔽板５及び基板６を放冷するか、あるいは基板ホルダー７の温度制御機構１０を用いて基板６を所定の温度に制御する。
【００２７】
引き続き、真空槽９の真空状態を保持したまま、２分割された遮蔽板５ａ、５ｂをプラズマ電極用金属板３と基板６の間から移動させ、アースシールド４の内周面側に折り畳んで格納する（図３参照）。この状態で、プラズマ電極用金属板３に電力を供給してプラズマ放電させ、基板６に所定のプラズマ表面処理を行った後、プラズマ電極用金属板３への電力供給を停止する。その後、基板６を冷却し、真空リークを実施して、基板６を取り出す。
【００２８】
このようにして、薄膜形成前の基板の加熱処理と基板へのプラズマ処理を、基板、あるいは、ヒータ並びにプラズマ電極の位置変更等を行うことなく、同じ位置において連続的に実施することができ、処理、操作の効率化が図れるとともに、プラズマ処理装置の小型化や設備費用の抑制が可能となる。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
図２に示した本発明によるバッチ式のプラズマ処理装置を用い、該処理装置の基板ホルダー７にポリマーフィルム基板６を装着後、真空槽９内部を、真空ポンプ１１を用いて真空引きし、さらにプラズマ電極部にＯ２ガスを流して真空槽９内を１３．３Ｐａ（１００ｍｍＴｏｒｒ）に保持した。また、アースシールド４はプラズマ電極用金属板３及び基板６と略同一の外形を有する四角筒状であり、遮蔽板５は遮蔽板５ａ、５ｂと２分割されているが、その材質は、表面を黒色クロムめっきにより黒色化処理した銅とした。
【００３０】
プラズマ電極用金属板３とポリマーフィルム基板６との間に遮蔽板５ａ、５ｂを挿入した状態で、プラズマ電極用金属板３に電力を供給してプラズマ放電を行った。その際、遮蔽板５ａ、５ｂからの輻射熱によりポリマーフィルム基板６が約１５０°Ｃに保持されるようにプラズマ放電投入電力を調整し、基板６を５分間加熱して乾燥処理を実施した。
【００３１】
次に、プラズマ放電を停止し、基板ホルダー７の温度制御機構１０を用いて基板６の温度を５°Ｃに制御し、真空状態を保持したまま遮蔽板５ａ、５ｂを折り畳んでプラズマ電極用金属板３と基板６の間から移動させ、アースシールド４の内周面側に格納した。その後、プラズマ電極用金属板３に電力を供給してプラズマ放電させ、１０分間プラズマ処理を実施した。その後、プラズマ電極用金属板３への電力供給を停止し、基板６を冷却した後、真空リークを実施して基板６を取り出した。
【００３２】
［比較例１］
ヒータならびにプラズマ用電極を別々に有し、基板が各々の処理を行うゾーンに移動可能なこと以外は、実施例１と同様の処理が可能な装置を用いて処理を行った。まず同装置の基板ホルダーに、実施例で用いたものと同様のポリマーフィルム基板を装着後、真空槽内部を、真空ポンプを用いて真空引きした後、基板と対向するヒータにより基板を１５０°Ｃで加熱乾燥の前処理を５分間実施した。加熱乾燥処理が終了した後、該基板を冷却し、さらに該基板の移動機構を用いてプラズマ電極前面に移動し、基板の温度を５°Ｃに制御して、プラズマ電極に電力を供給してプラズマ処理を開始し、１０分間処理を行った。プラズマ処理後、プラズマ電極への電力供給を停止し、基板を冷却後、真空リークを実施し、基板を取り出した。
【００３３】
この操作を行う装置では、ヒータならびにプラズマ用電極を設置するスペースが独立して必要であり、さらに基板を移動するための機構が必要となるため、実施例１の装置に比較して装置が大きくなり、さらにその設備費用も高くなる。さらに各処理の操作も煩雑となる問題もある。  
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の要部を示す概略の断面図である。      （ａ）２分割された遮蔽板５ａ、５ｂをプラズマ電極用金属板３と基板６との間に挿入し、アースシールド４の開口部を遮蔽した状態を示す      （ｂ）２分割された遮蔽板５ａ、５ｂをプラズマ電極用金属板３と基板６との間から移動させ、アースシールド４の内周面側に折り畳んで格納し、アースシールド４の開口部を開口した状態を示す
【図２】本発明のプラズマ処理装置の一具体例を示す概略の断面図であり、加熱処理を行う状態を示す。
【図３】本発明のプラズマ処理装置の一具体例を示す概略の断面図であり、プラズマ表面処理を行う状態を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１    プラズマ電極容器
２    冷却水通路
３    プラズマ電極用金属板
４    アースシールド
５(５ａ、５ｂ)    遮蔽板
６    基板
７    基板ホルダー
８    防着板
９    真空槽
１０  温度制御機構
１１  真空ポンプ
【図１】
2009161822.tif 000003
【図２】
2009161822.tif 000004
【図３】
2009161822.tif 000005