(57)【要約】【課題】  成膜工程における基板の加熱処理とイオン処理を、同じ位置において連続的に実施することができるイオン照射処理装置及びイオン処理方法を提供する。【解決手段】  基板７とイオン源用金属板３の間に配置された筒状のアースシールド５と、アースシールド５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６（６ａ、６ｂ）とを備えている。イオン処理を行わない時には、遮蔽板６がアースシールド５の開口部を覆ってイオン源用金属板３と基板７の間を遮蔽するので、イオン照射により加熱された遮蔽板６で基板７を加熱処理することができる。また、イオン処理時には、遮蔽板６ａ、６ｂが移動してアースシールド５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イオン源用金属板３と対向した基板７上にイオン処理をすることができる。【選択図】      図２
2009173984.tif 000002
【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イオン源と対向させ、イオン照射処理により基板表面処理を行うイオン照射処理装置であって、基板とイオン源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、イオン照射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イオン源と基板の間を遮蔽し、且つイオン照射により加熱された遮蔽板で基板を加熱処理し、イオン照射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、イオン源と対向した基板にイオン照射処理をすることを特徴とするイオン照射処理装置。
【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、イオン照射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イオン源と基板の間を遮蔽し、且つイオン照射処理にはアースシールドの筒状の内周面側に移動して格納され、イオン源と基板を対向させることを特徴とする、請求項１に記載のイオン照射処理装置。
【請求項３】
処理室内で基板ホルダーに保持した基板をイオン源と対向させ、イオン照射により基板表面処理をするイオン照射処理方法であって、
基板とイオン源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イオン源と基板の間を遮蔽した状態で、イオン照射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、イオン源と対向した基板にイオン照射により基板表面処理をすることを特徴とするイオン照射処理方法。
【請求項４】
前記遮蔽板による基板の加熱処理温度を、イオン照射におけるイオン源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に記載のイオン照射処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン照射を用いた基板の加熱と、イオン照射による基板表面処理とを連続して実施できるイオン照射処理装置、及びイオン照射処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種基板が有する、機械的特性、化学的特性、電気的特性、光学的特性、磁気的特性等を改善させたり、又、新たな特性を付与したりする目的で基板上に各種膜を形成することが数多く試みられている。成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法等のＰＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等が挙げられる。
【０００３】
上記の各種方法により形成された膜の機能を継続して発揮するためには、目的とする膜特性を良好なものにするとともに、膜の基板への密着性が重要である。このため、成膜にあたり、膜密着性を向上させる目的で、成膜前の基板にイオンビームを照射する等の前処理が行われている。しかしながら、イオンビーム照射のみの前処理では十分に膜密着性を向上させることができない場合があり、基板上への膜形成にあたり、該膜形成前に該基板に対し表面処理する方法が検討されている。
【０００４】
例えば、特開平９−７８２２６号公報（特許文献１）では、基体上への膜形成にあたり、該膜形成前に該基体に対しイオン照射及びフォトン照射を行うことが提案されており、イオン照射により、基体表面に付着した不純物や基体表面酸化物等を除去して基体表面を清浄化できると共に、基体表面部分の原子にエネルギを与えて該原子を活性化することができ、これらにより、その後基体上に形成される膜の密着性を向上させることができるとされている。さらに、イオン照射のみによる前処理では膜密着性向上に限界があり、該基体に対してイオン照射及びフォトン照射を併用することにより、イオン照射のみによる前処理を行うより、その後基体上に形成される膜の密着性を一層向上させることができることが示されている。
【０００５】
その他、従来のイオン照射法による基板の表面処理工程においては、基板にイオン照射処理をする前に、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うことも試みられている。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、ヒータとイオン源を入れ替えたり、あるいは、基板が移動可能である場合には、イオン照射により基板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。
【０００６】
上記のように、イオン照射手段及びフォトン照射手段を併用することにより、また、ヒータとイオン源の入れ替え手段や、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、イオン照射手段及びフォトン照射手段を併用することによる条件設定の煩雑さ、さらに、基板加熱を行う場合には、基板加熱用のヒータとイオン源の切り替え操作、あるいは基板の搬送操作のため、イオン照射処理作業が煩雑となるなど課題を有していた。
【０００７】
一方、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。
【０００８】
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】特開平９−７８２２６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】
【０００９】
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、イオン照射を用いる基板の表面処理工程において、基板あるいはヒータならびにイオン源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イオン照射処理を、同じ位置において連続的に実施することができるイオン照射処理装置及びイオン照射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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明が提供するイオン照射処理装置は、処理室内で基板ホルダーに保持した基板をイオン源と対向させ、イオン照射により基板表面処理をするイオン照射処理装置であって、基板とイオン源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、イオン照射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イオン源と基板の間を遮蔽し、且つイオン照射により加熱された遮蔽板で基板を加熱処理し、イオン照射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、イオン照射により基板表面処理イオン源と対向した基板にイオン照射処理をすることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明のイオン照射処理装置において、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、イオン照射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イオン源と基板の間を遮蔽し、且つイオン照射処理時にはアースシールドの筒状の内周面側に移動して格納され、イオン源と基板を対向させることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明が提供するイオン照射処理方法は、処理室内で基板ホルダーに保持した基板をイオン源と対向させ、イオン照射により基板表面処理をするイオン照射処理方法であって、基板とイオン源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イオン源と基板の間を遮蔽した状態で、イオン照射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、イオン源と対向した基板にイオン照射処理することを特徴とする。
【００１３】
上記本発明のイオン照射処理方法において、前記遮蔽板による基板の加熱処理温度は、イオン照射におけるイオン源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】
【００１４】
本発明によれば、イオン照射による基板表面処理をするイオン照射処理工程において、基板、あるいは、ヒータならびにイオン源の位置変更等の必要がなく、薄膜形成前の基板の加熱処理とイオン照射処理を、同じ位置において連続的に実施することができる。
【００１５】
従って、本発明によるイオン照射処理装置、あるいは、本発明のイオン照射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イオン照射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】
【００１６】
本発明では、イオン照射処理装置のイオン源の構造を改良して、基板とイオン源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、イオン照射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イオン源と基板の間を遮蔽する。また、イオン照射処理時には、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イオン源と基板を対向させることができる。
【００１７】
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、イオン照射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イオン源と基板の間が遮蔽されているので、イオン照射しても基板の表面処理が行われることはない。その一方で、遮蔽板はイオン照射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となる。また、イオン照射処理時には、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、イオン源と基板を対向させ、イオン照射処理用ガスを導入して基板にイオン照射処理することができる。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、本発明のイオン照射処理装置及びイオン照射処理方法を、図面を用いて詳しく説明する。
【００２１】
図１は本発明の機構を有するイオン源の断面構造を示す図である。
イオン生成部１の表面にはイオン引出部２がある。またイオン加速部３がイオン引出部２の前面に装着されている。
【００２２】
イオン源と基板ホルダー８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。またイオン源外周部にはシールド板４が固定装着されている。該シールド板４上部に形成された筒状のアースシールド５が、その中心軸をイオン源及び基板７とほぼ直交する方向に配置して固定されており、さらに基板７とイオン源との間の基板の近傍に基板７と平行に遮蔽板６が設置されている（図１（ａ）の遮蔽板６が閉じた状態参照）。尚、アースシールド５の断面外形形状は、イオン源あるいは基板７の外形と略同一の外形を有することが好ましい。
【００２３】
上記遮蔽板６は、表面が黒色化処理されており、移動可能に設けてある。図示した遮蔽板６は、遮蔽板６ａと遮蔽板６ｂとに２分割された開閉式であり、遮蔽板６ａと遮蔽板６ｂの各一端がアースシールド５の基板７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、イオン照射処理を行わない時には、図１（ａ）に示すように、遮蔽板６ａと遮蔽板６ｂがアースシールド５の開口部を覆ってイオン源と基板７の間を遮蔽する。一方、イオン照射処理時には、図１（ｂ）に示すように、遮蔽板６ａと遮蔽板６ｂがアースシールド５の筒状の内周面側に移動して格納され、アースシールド５の開口部内でイオン源と基板７が対向した状態となる。
【００２４】
従って、イオン照射処理には、遮蔽板６ａと遮蔽板６ｂを移動格納し、アースシールド５の開口部を開いてイオン源と基板７を対向させる。イオン照射処理を行わない時には、格納した遮蔽板６ａと遮蔽板６ｂを開いてアースシールド５の開口部を覆う。この状態でイオン源に電力を投入してイオン照射を行うことにより、遮蔽板６をイオン源側から加熱し、加熱された遮蔽板６からの輻射熱で基板７を加熱処理することができる。遮蔽板６による基板７の加熱処理温度は、イオン源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、イオン源と基板７の間は遮蔽板６で遮蔽されているため、基板７をイオン照射処理することはない。
【００２５】
上記したように遮蔽板６は、黒体化処理した熱伝導性の良い金属が好ましいが、セラミックスや高耐熱性の樹脂などでも良い。
【００２６】
本発明の機構を有するイオン源を用いたイオン照射処理方法あるいは基板加熱方法には、直流（ＤＣ）、高周波（ＲＦ）などの各種のイオン源を用いることが可能である。
【００２７】
本発明の機構を有するイオン源を用いた真空加熱処理の後、イオン照射よる基板表面処理を施す基板としては、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。
【００２８】
また、該基板を装着する基板ホルダー８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中に記載）を装備することができる。
【００２９】
さらに、本発明の機構を有するイオン源は、バッチ式イオン照射処理装置、インライン方式イオン照射装置などの各種イオン照射装置に装着することができる。例えば、バッチ式イオン照射装置に本発明の機構を有するイオン源を装着した場合のイオン照射法を説明する。同装置の基板ホルダー８に処理を行う基板７を装着後、装置内部を真空引きし、イオン源にイオン照射用のガスを流す。イオン源と基板７との間には遮蔽板６を挿入した状態で、イオン源に電力を供給してイオン照射を開始し、遮蔽板６が所定の温度となるようにイオン源への投入電力を調整する。加熱された遮蔽板６からの輻射熱によって基板を所定時間加熱し加熱処理を行った後、一旦イオン照射を停止し、遮蔽板６ならびに基板７を放冷あるいは基板ホルダー８の温度制御機構１０を用いて、基板７を所定の温度に制御する。さらに、真空状態を保持したまま、前記遮蔽板６を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、イオン源と基板７との間から移動させ、その後、イオン源に電力を供給して基板７のイオン照射処理を開始する。所定の処理時間が経過後、イオン源への電力供給を停止し、基板７を冷却後、真空リークを実施し、基板７を取り出す。
【００３０】
図２に、上記した本発明の機構を有するイオン源を備えたイオン照射処理装置の一具体例を示す。このイオン照射処理装置では、図１に図示したイオン照射部が処理室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、イオン照射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８には、基板７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。
【００３１】
さらに、本発明のイオン照射処理装置は、バッチ式イオン照射処理装置、インライン方式イオン照射処理装置、巻取式イオン照射処理装置などの各種イオン照射処理装置に装着することができる。
【００３２】
例えば、本発明のイオン照射処理装置を適用したバッチ式イオン照射処理装置のイオン処理方法を、図２を参照して具体的に説明する。まず、図２のように、真空槽下部容器内に所望のイオン源を装着し、また基板ホルダー８に基板７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、イオン源部にアルゴンガス機構を有する等のイオン照射用ガスを流して所定の圧力を保持する。
【００３３】
次に、２分割された遮蔽板６ａ、６ｂをイオン源と基板７との間に挿入し、アースシールド５の開口部を遮蔽した状態（図２（ａ）参照）で、イオン源に電力を供給してイオン照射させ、遮蔽板６が所定の温度となるようにイオン照射投入電力を調整する。このイオン照射により遮蔽板６が加熱され、加熱された遮蔽板６からの輻射熱により基板７を所定時間加熱して加熱処理を行う。その後、一旦イオン照射を停止し、遮蔽板６及び基板７を放冷するか、あるいは基板ホルダー８の温度制御機構１０を用いて基板７を所定の温度に制御する。
【００３４】
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６ａ、６ｂをイオン源と基板７の間から移動させ、アースシールド５の内周面側に折り畳んで格納する（図２（ｂ）参照）。この状態で、イオン源に電力を供給してイオン照射させ、基板７のイオン照射による基板表面処理を行った後、イオン源への電力供給を停止する。その後、基板７を冷却し、真空リークを実施して、基板７を取り出す。
【００３５】
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イオン照射による基板表面処理を、基板、あるいは、ヒータ並びにイオン源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、イオン照射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】
【００３６】
［実施例１］
図２に示した本発明によるバッチ式のイオン照射処理装置を用い、該処理装置の基板ホルダー８にポリマーフィルム基板７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、さらにイオン源部にアルゴンガスを流して真空槽９内を０．１３Ｐａ（１ｍｍＴｏｒｒ）に保持した。また、アースシールド５はイオン源及び基板７と略同一の外形を有する筒状であり、遮蔽板６（図２（ｂ）参照）は遮蔽板６ａ、６ｂ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。
【００３７】
イオン源とポリマーフィルム基板７との間に遮蔽板６ａ、６ｂを挿入した状態で、イオン源に電力を供給してイオン照射を行った。その際、遮蔽板６ａ、６ｂからの輻射熱によりポリマーフィルム基板７が約１００°Ｃに保持されるようにイオン照射投入電力を調整し、基板７を５分間加熱処理を実施した。
【００３８】
次に、イオン照射を停止し、基板ホルダー８の温度制御機構１０を用いて基板７の温度を１０°Ｃに制御し、真空状態を保持したまま遮蔽板６ａ、６ｂを折り畳んでイオン源と基板７の間から移動させ、アースシールド５の内周面側に格納した。その後、イオン源に電力を供給してイオン照射させ、１０分間イオン照射処理を実施した。
【００３９】
その後、イオン源への電力供給を停止し、イオン源と基板７との間に遮蔽板６ａ、６ｂを挿入した状態とした。その後、遮蔽板６ならびに基板７を放冷し、さらに基板ホルダー８の温度制御機構１０を用いて、基板を１０℃の温度に制御し、真空状態を保持した。        
【００４０】
次に、遮蔽板６ａ、６ｂを折り畳んでイオン源と基板７の間から移動させ、アースシールド５の内周面側に格納した後（図２（b）の遮蔽板の状態）、イオン源にベンゼンとアルゴンの混合ガス並びに電力を供給してイオン照射によるダイヤモンドライクカーボン膜の成膜を開始し、３分間イオン照射を実施した。処理後、イオン源へのガス並びに電力供給を停止し、基板７を冷却後、真空リークを実施し、基板７を取り出した。
［比較例１］
ヒータならびにイオン源を異なる処理ゾーンに別々に具備し、基板が各々の処理を行う各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１００°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イオン源前面に移動し、基板の温度を１０°Ｃに制御して、イオン源に電力を供給してイオン照射処理を開始し、１０分間処理を行った。
【００４１】
イオン照射処理後、イオン源への電力供給を停止し、基板を冷却後、さらに基板を移動させる機構を用いて基板をイオン源前面に移動し、基板の温度を１０°Ｃに制御後、イオン源にベンゼンとアルゴンの混合ガスを供給し、さらに電力を供給してイオン照射によるダイヤモンドライクカーボン膜の成膜を開始し、３分間成膜処理を施した。
【００４２】
イオン照射による薄膜形成後、イオン源へのガス並びに電力供給を停止し、基板を冷却して、真空リークを実施し、基板を取り出した。
【００４３】
上記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】
【００４４】
【図１】本発明のイオン照射処理装置の要部を示す概略の断面図である。
【００４５】
（ａ）２分割された遮蔽板６ａ、６ｂをイオン源と基板７との間に挿入し、アースシールド５の開口部を遮蔽した状態を示す
（ｂ）２分割された遮蔽板６ａ、６ｂをイオン源と基板７との間から移動させ、アースシールド５の内周面側に折り畳んで格納し、アースシールド５の開口部を開口した状態を示す
【図２】本発明のイオン照射処理装置の一具体例を示す概略の断面図である。
【００４６】
（ａ）基板の加熱処理を行う状態を示す。
【００４７】
（ｂ）基板のイオン照射による表面処理を行う状態を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１    イオン生成部
２    イオン引出部
３    イオン加速部
４    シールド板    
５    アースシールド
６（６ａ、６ｂ）    遮蔽板
７    基板
８    基板ホルダー
９    真空槽
１０  温度制御機構
１１  真空ポンプ
【図１】
2009173984.tif 000003
【図２】
2009173984.tif 000004