(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能なドラム状の電極に電力を供給することによりプラズマ処理用ガスに基づくプラズマを生成し、シート状基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
回転可能なドラム状の電極と、
該シート状基板が、該電極の外周面と所定の間隔を隔てて対向するように、該シート状基板を略円弧状に保持する基板保持手段と
を備え、該電極を回転させることにより該電極と該シート状基板との間隙に該プラズマ処理用ガスを供給するプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板保持手段は、前記電極の回転軸方向に垂直な両側面から所定の距離を隔てて配置され、該電極よりも直径が大きい円筒面を有する一対の基板保持部材を含み、前記シート状基板の縁部が該円筒面に巻き付けられる請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基板保持手段は、前記電極を高速回転させることにより前記シート状基板と前記電極との間の間隙に発生する流体膜を含み、該流体膜の圧力によって該シート状基板が該電極から浮上しながら保持される請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基板保持手段は、前記シート状基板が前記電極よりも直径が大きい略円弧状に保持されるように、該電極と該シート状基板との間にガスを吹き込む吹き込み部を含む請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ドラム状電極を回転させない状態において、前記シート状基板と前記電極の外周面とが接触しないような間隔を隔てて対向するように、該シート状基板を略円弧状に保持する基板初期状態保持手段を有する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記基板初期状態保持手段は、前記電極の回転軸方向に垂直な両側面から所定の距離を隔てて配置され、該電極よりも直径が大きい円筒面を有する一対の基板初期状態保持部材を含み、該電極を回転させない状態において、前記シート状基板の縁部が該円筒面に巻き付けられる請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記基板初期状態保持手段は、前記ドラム状電極を回転させない状態において、該電極と該シート状基板との間にガスを吹き込む吹き込み部を含む請求項５に
記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記シート状基板が前記電極の外周面と対向する部分の角度が１８０゜以下である請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記シート状基板が前記電極の外周面と対向する部分の角度が３０゜以上１２０゜以下である請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記シート状基板を連続的に移動させる基板移動手段を備えている請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記シート状基板を連続的に移動させる基板移動手段を備え、前記基板保持部材は、前記基板移動手段によるシート状基板の移動に連動して回転可能とされている請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対して成膜、加工や表面処理等のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関する。さらに詳しくは、高速回転可能なドラム状の電極（回転電極）を用いて平板状の基板に対して高速のプラズマ処理を可能ならしめてきた回転電極方式のプラズマ処理装置をさらに発展させて、シート状基板に対する高速のプラズマ処理を可能としたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成膜、加工や表面処理等のプラズマ処理においては、処理速度の高速化とプラズマ処理の均質性とが要求されている。この要求に応えるための有効な技術としては、回転電極を用いたプラズマ処理装置が知られている。例えば、特開平９−１０４９８５号公報には、この技術を成膜に適用したプラズマ処理装置が開示され、特開平９−３１６７０号公報には、この技術を加工に適用したプラズマ処理装置が開示されている。上記２つの公報に開示されている技術は、プラズマ処理の形態が成膜と加工と異なるものの、いずれも回転電極を高速に回転させることにより、プラズマ処理速度の高速化とプラズマ処理の均質化とを実現したものである。従って、本明細書では両者を特に区別せずに回転電極方式のプラズマ処理装置として扱うものとする。
【０００３】
以下に、回転電極方式のプラズマ処理装置について、図１４を参照しながら説明する。この図１４において、１０はチャンバであり、その内部にドラム状の回転電極１が配置されている。回転電極１は、その回転軸を中心として図中の矢印ＤＲ方向に高速に回転する機能を有する。１０４はガラス等からなる平板状の基板であり、回転電極１と所定の間隔（ギャップ）を隔てて対向するように、基板ホルダ１０５上に搭載されている。基板ホルダ１０５は図中のＸ軸に沿って移動可能とされている。６は回転電極１と基板ホルダ１０５との間に高周波電力を供給するための高周波電源である。
【０００４】
チャンバ１０の内部にはプラズマ処理用ガスが導入され、密封または循環されている。プラズマ処理用ガスとしては、例えば不活性ガスと反応ガスとの混合ガスが用いられる。不活性ガスとしては、例えばＨｅガスを用いることができる。また、反応ガスとしてはプラズマ処理の目的に応じたガスが用いられ、例えばＳｉ薄膜を成膜する場合には、ＳｉＨ4とＨ2との混合ガスが用いられる。
【０００５】
上記構成のプラズマ処理装置において、回転電極１を図中の矢印ＤＲ方向に高速回転させると、プラズマ処理用ガスがその粘性により回転電極１の外周面１ａに引き連れられ、回転電極１と基板１０４との間のギャップ部に安定して大量に供給される。この状態で回転電極１と基板ホルダ１０５との間に高周波電力を供給すると、上記ギャップ部でプラズマ処理用ガスに基づくプラズマＰが発生する。そして、プラズマＰ中の反応ガスに基づく反応種によって、基板１０４上に所定のプラズマ処理が施される。
【０００６】
ここで、回転電極１と基板１０４との間のギャップ部の厚みＧ（ｘ）は、その幾何的配置から、図中のＸ軸に沿って変化し、回転電極１の先端部１ｔを原点とすると、
Ｇ（ｘ）≒ｘ2／Ｄ1＋Ｇm  ・・・（１）
Ｄ1：回転電極１の直径
で表される。この式（１）に示すように、ギャップ部の厚みＧ（ｘ）は、回転電極１の先端部１ｔで最小（Ｇm）となり、この点から離れるに従って徐々に大きくなる。
【０００７】
一方、プラズマＰは所定の電界強度が得られる領域、すなわち、所定のギャップＧr以下の領域でのみ発生するので、Ｘ軸方向におけるプラズマＰの幅Ｌは、上記式（１）から、
Ｌ≒２×［（Ｇr−Ｇm）×Ｄ1］1/2  ・・・（２）
で表される。従って、基板１０４は、上記式（２）で表される領域（幅Ｌ）のみがプラズマ処理されるが、基板１０４（基板ホルダ１０５）をＸ軸方向に沿って移動させることにより、基板１０４の全面に対してプラズマ処理を施すことができる。
【０００８】
上述した回転電極方式のプラズマ処理装置は、ドラム状の回転電極１を高速に回転させる構成としているため、以下のような優れた効果を呈する。
【０００９】
（Ａ）プラズマ空間Ｐ（ギャップ部）に対してプラズマ処理用ガスを速い速度で均一に供給することができるので、プラズマ処理の処理速度およびプラズマ処理の均質性を大幅に向上させることができる。
【００１０】
（Ｂ）回転電極１と基板１０４との間のギャップを小さくしても、プラズマ空間Ｐ（ギャップ部）にプラズマ処理用ガスを効率良く供給することができるので、プラズマ処理用ガスの利用効率を大幅に向上させることができる。
【００１１】
（Ｃ）回転電極１の高速回転に基づく自己冷却作用により、回転電極１の外周面（表面）１ａを充分に冷やすことができ、このため、大きな電力を投入することができる。その結果、プラズマ処理の処理速度を大幅に向上させることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した回転電極方式のプラズマ処理装置は、プラズマ処理速度の高速化とプラズマ処理の均質化とを実現することができる非常に有効な構成である。しかし、この従来技術には、以下のような問題があった。
【００１３】
（１）可撓性のシート状基板に対しては、適用が困難であった。
【００１４】
（２）図１４に示すＸ軸方向のプラズマ幅Ｌが狭く、これがプラズマ処理速度向上の妨げとなっていた。
【００１５】
以下に、上記問題点をさらに具体的に説明する。
【００１６】
（１）シート状基板に対して回転電極方式のプラズマ処理装置を適用する場合の問題点
近年のデバイスにおいては、薄膜太陽電池に代表されるように、軽量性やフレキシブル性が要求されており、この要求を満たすための基板として、可撓性のシート状基板が注目を集めている。
【００１７】
そこで、上記従来技術（図１４）を用いてシート状基板に対してプラズマ処理を施す場合について想定すると、例えば図１５に示すような装置構成が考えられる。図１５において、４はシート状基板であり、供給リール１０２および巻き取りリール１１２によって図中のＤＸ方向に連続的に移動される。また、シート状基板４は、リール１０２、１１２によってテンションが付与され、回転電極１と対向する部分において水平に保持されている。１０５ａはシート状基板４を介して回転電極１と対向するように設けられた対向電極である。この対向電極１０５ａは、シート状基板４が導電性基板である場合には、必ずしも必要ではない。８および９はチャンバ１０の側壁に設けられた移動通路である。
【００１８】
図１５に示した構成において、図１４に示した従来技術と同様に回転電極１を高速回転させると、回転電極１とシート状基板４との間のギャップ部にプラズマ処理用ガスが大量に供給される。この作用は、高速および高品質のプラズマ処理を行う上で非常に重要なものであるが、その一方で上記ギャップ部での流体膜圧力を上昇させ、これによって新たな問題が生じる。即ち、可撓性のシート状基板４は、ガラス等からなる平板状の基板のように高い剛性を有していないため、上記流体膜圧力によって図１５中に点線で示すように変形し、その保持が不安定になってしまう。さらに、これによってシート状基板４が振動すると、プラズマ状態の安定性が失われて均一なプラズマ処理を行うことができなくなる。これを避けるためには、テンションを高めることが考えられるが、あまり高いテンションをかけると、可撓性のシート状基板４が伸びてしまったり、場合によっては破損してしまうおそれがある。従って、テンションを高めることはこの問題の解決方法にはならない。
【００１９】
従って、従来の回転電極方式のプラズマ処理装置は、平板状の基板に対しては確立された技術であるが、可撓性のシート状基板に対する展開はなされておらず、シート状基板を安定に保持して安定したプラズマ処理を施すことが現状の大きな課題となっている。
【００２０】
（２）プラズマの幅が狭いという問題点
図１５に示した装置構成によってシート状基板４上に薄膜を形成する場合を例にとってこの問題を説明する。なお、図１５の構成において、回転電極１とシート状基板４との間の位置関係は、図１４に示した従来技術の位置関係と同じであるため、図中のＸ軸方向のプラズマＰの幅Ｌも、従来技術と同様に上記式
Ｌ≒２×［（Ｇr−Ｇm）×Ｄ1］1/2  ・・・（２）
で与えられる。
【００２１】
回転電極１によるプラズマ処理用ガスの供給量が一定で、かつ、電力密度が一定の条件下において、シート状基板４上に薄膜を形成する場合について考えると、この場合に形成される薄膜の厚さｄは、プラズマＰの幅Ｌおよびシート状基板４の移動速度ｖに対して、
ｄ∝（Ｌ／ｖ）  ・・・（３）
で表される。
【００２２】
ここで、「プラズマ処理の処理速度を向上させること」とは、「所定の膜厚ｄを得ながら移動速度ｖを増加させること」を意味するので、プラズマ処理速度を向上させるためには、上記式（３）より、プラズマ幅Ｌを大きくすることが要求される。しかしながら、プラズマ幅Ｌは、上記式（２）に示したように、回転電極１の形状（直径Ｄ1）とその幾何的配置（ギャップＧm）によって決定されるため、制限を受けてしまう。例えば回転電極１の直径Ｄ1を大きくすることは装置の大型化を招くことになり、ギャップＧmを小さくすることは回転電極１とシート状基板４の接触の危険性をもたらすことになるからである。
【００２３】
従って、従来の回転電極方式のプラズマ処理装置では、プラズマ幅Ｌが狭くなり、これがプラズマ処理速度向上の妨げとなっていた。
【００２４】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、平板状の基板に対して高速のプラズマ処理が可能な技術として既に確立されている回転電極方式のプラズマ処理装置をさらに発展させて、シート状基板に対する高速、かつ、高品質のプラズマ処理を可能としたプラズマ処理装置を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、プラズマ幅Ｌを大きくすることにより、プラズマ処理速度のさらなる向上を図ることができるプラズマ処理装置を提供することを第２の目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、回転可能なドラム状の電極に電力を供給することによりプラズマ処理用ガスに基づくプラズマを生成し、シート状基板に対してプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、回転可能なドラム状の電極と、該シート状基板が、該電極の外周面と所定の間隔を隔てて対向するように、該シート状基板を略円弧状に保持する基板保持手段とを備え、該電極を回転させることにより該電極と該シート状基板との間隙に該プラズマ処理用ガスを供給し、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
前記基板保持手段は、前記電極の回転軸方向に垂直な両側面から所定の距離を隔てて配置され、該電極よりも直径が大きい円筒面を有する一対の基板保持部材を含み、前記シート状基板の縁部が該円筒面に巻き付けられていてもよい。
【００２７】
前記基板保持手段は、前記電極を高速回転させることにより前記シート状基板と前記電極との間の間隙に発生する流体膜を含み、該流体膜の圧力によって該シート状基板が該電極から浮上しながら保持されていてもよい。
【００２８】
前記基板保持手段は、前記シート状基板が前記電極よりも直径が大きい略円弧状に保持されるように、該電極と該シート状基板との間にガスを吹き込む吹き込み部を含んでいてもよい。
【００２９】
前記ドラム状電極を回転させない状態において、前記シート状基板と前記電極の外周面とが接触しないような間隔を隔てて対向するように、該シート状基板を略円弧状に保持する基板初期状態保持手段を有していてもよい。
【００３０】
前記基板初期状態保持手段は、前記電極の回転軸方向に垂直な両側面から所定の距離を隔てて配置され、該電極よりも直径が大きい円筒面を有する一対の基板初期状態保持部材を含み、該電極を回転させない状態において、前記シート状基板の縁部が該円筒面に巻き付けられていてもよい。
【００３１】
前記基板初期状態保持手段は、前記ドラム状電極を回転させない状態において、該電極と該シート状基板との間にガスを吹き込む吹き込み部を含んでいてもよい。
【００３２】
前記シート状基板が前記電極の外周面と対向する部分の角度が１８０゜以下であるのが好ましく、さらに好ましくは前記シート状基板が前記電極の外周面と対向する部分の角度が３０゜以上１２０゜以下である。
【００３３】
前記シート状基板を連続的に移動させる基板移動手段を備えていてもよい。
【００３４】
前記シート状基板を連続的に移動させる基板移動手段を備え、前記基板保持部材は、前記基板移動手段によるシート状基板の移動に連動して回転可能とされていてもよい。
【００３５】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００３６】
本発明にあっては、回転可能なドラム状の電極の外周面と、シート状基板とが所定の間隔を隔てて対向するように、シート状基板を略円弧状に保持する基板保持手段を備えている。シート状基板を略円弧状に保持することにより、シート状基板に対して電極の中心軸方向への付勢力が働き、電極の高速回転により電極とシート状基板との間に生じる流体膜圧力が上昇しても、シート状基板が撓んだり、振動することなく、安定してシート状基板を保持することが可能である。また、シート状基板を円弧状に保持することにより、平面状に保持した場合に比べて電極とシート状基板との間の間隔を広い領域で一定に保つことができるので、広い領域でプラズマを発生させることが可能となる。
【００３７】
例えば後述する第１の実施形態に示すように、電極の回転軸方向に垂直な両側面から所定の距離を隔てて、電極よりも直径が大きい円筒面を有する一対の基板保持部材を設け、シート状基板の縁部を円筒面に巻き付けることにより、シート状基板を安定して略円弧状に保持することが可能である。
【００３８】
さらに、後述する第２の実施形態に示すように、電極を高速回転させることにより発生する流体膜の圧力とシート状基板に働く付勢力を釣り合わせて、シート状基板を電極から浮上させながら保持してもよい。この場合には、基板初期状態保持部材をシート状基板の移動と連動して回転させる必要が無くなり、装置を簡略化させることが可能である。または、後述する変形実施例１に示すように、基板保持部材の代わりに、電極とシート状基板との間にガスを吹き込む吹き込み部を設けることにより、シート状基板を略円弧状に保持することが可能である。
【００３９】
この場合、ドラム状電極を回転させない状態（初期状態）において、シート状基板と電極の外周面とが接触しないような間隔を隔てて対向するように、シート状基板を略円弧状に保持する基板初期状態保持手段を設けても良い。例えば、電極の回転軸方向に垂直な両側面から所定の距離を隔てて、電極よりも直径が大きい（かつ、基板保持部材よりも直径が小さい）円筒面を有する一対の基板初期状態保持部材を設け、シート状基板の縁部を円筒面に巻き付けることができる。または、電極とシート状基板との間にガスを吹き込む吹き込み部を設けてもよい。これらの場合には、初期状態において、シート状基板を電極表面から離して安定に保持することができ、ドラム状電極の回転開始時にシート状基板を傷つけてしまうおそれがなくなる。
【００４０】
後述する実施例１に示すように、シート状基板が電極の外周面と対向する部分の角度が大きすぎると、電極とシート状基板との間隙から反応生成物が排出されにくくなるため、角度が１８０゜以下であるのが好ましい。また、プラズマ処理用ガスを安定して供給するためには、角度が１２０゜以下であるのが好ましい。さらに、シート状基板を安定して略円弧状に保持するためには、角度が３０゜以上であるのが好ましい。
【００４１】
本発明にあってはプラズマ幅を非常に大きくできるので、後述する変形実施例３に示すように、シート状基板を移動させなくても充分に目的とするデバイスの単位サイズをプラズマ処理できる場合も多い。必要に応じて、基板移動手段を設けてシート状基板を連続的に移動させ、基板保持部材をそのシート状基板の移動に連動して回転可能としてもよい。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明は、回転電極方式のプラズマ処理装置をシート状基板に対しても適用可能としたものであるが、単に新種の基板に対する展開を果たしたのみならず、平板状の基板に対してはなし得なかったプラズマ処理のさらなる高速化をも可能としたものである。
【００４３】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００４４】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態について、図１〜図１０を参照しながら説明する。
【００４５】
まず、主として図１〜図４を参照しながら、本実施形態のプラズマ処理装置１００の構成について説明する。図１は本実施形態のプラズマ処理装置１００の概略構成を示す斜視図であり、図２は図１のプラズマ処理装置１００を平面ＰＬ１で切断した場合の断面図であり、図３は図２のＡ−Ａ’断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ’断面図である。
【００４６】
このプラズマ処理装置１００において、１０はチャンバであり、内部にドラム状の回転電極１が配置されている。回転電極１は、その中心軸Ｙ−Ｙ’を中心として図中の矢印ＤＲ方向に高速に回転する機能を有している。２は回転電極１のシャフト部である。望ましくは、回転電極１の外周面１ａには、アルミナ等の絶縁物が溶射法等によりコーティングされている。
【００４７】
４は可撓性のシート状基板であり、テンションＴを付与されながら図中のＤＸ方向に連続的に移動する。このシート状基板４の材質は、ステンレスやポリイミド等、如何なるものであってもよい。テンションＴは後述するリールで与えることが可能であり、図示しないテンションアーム等を設けてもよく、その付与方法は特に限定されない。７はシート状基板４のＤＸ方向移動と連動して回転するローラであり、８、９はチャンバ１０の側壁に設けられた移動通路である。
【００４８】
シート状基板４は、図５に示すように供給リール１０２から送り出され、移動通路８を通ってチャンバ１０内に導かれる。そして、移動通路９を通ってチャンバ１０から排出されたシート状基板４は、巻き取りリール１１２によって巻き取られる。図５はシート状基板４に対してチャンバ１０内でのみプラズマ処理を行う場合の装置構成を示しているが、図６に示すように複数のチャンバ２０、１０、３０を隣接して設けて各チャンバ内でプラズマ処理を行う構成としてもよい。図６の構成は、例えば複数種類の半導体層を積層して成膜する必要があるＰＩＮ型薄膜太陽電池等の製造プロセスに用いられる。
【００４９】
３、３は回転電極１における中心軸Ｙ−Ｙ’方向に垂直な両側面と各々所定の間隔を隔てて設けられた一対の基板保持部材である。この基板保持部材３、３は、回転電極１と同軸状に配置され、シート状基板４の縁部が巻き付けられる円筒面３ａと、シート状基板４のエッジを規制するためのフランジ部３ｂとからなる。円筒面３ａの直径Ｄ3は回転電極１の直径Ｄ1よりも若干大きく設定されている。図４に示すように、円筒面３ａには巻き付け角θにわたってシート状基板４が巻き付けられる。その結果、図３に示すように、シート状基板４は角度θにわたって回転電極１と一定のギャップＧ0を保持して対向することになる。なお、本実施形態では、基板保持部材３は、シート状基板４のＤＸ方向への移動と連動して図中のＤＭ方向に回転する。このＤＭ方向の回転は、シート状基板４と円筒面３ａとの静止摩擦力に基づくものであってもよい。または、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、シート状基板４に設けた穴部１４３と、円筒面３ａ上に設けた突起部１３との嵌合によるものであってもよい。
【００５０】
５は対向電極であり、シート状基板４を介して回転電極１と所定のギャップＧ1を保持して対向している。なお、シート状基板４が導電性基板である場合には、この対向電極５は必ずしも必要ではなく、この場合にはシート状基板４を基板保持部材３またはローラ７を介して接地しておけばよい。６は回転電極１に高周波電力を供給するための高周波電源である。
【００５１】
次に、本実施形態のプラズマ処理装置１００の主要部の組み立て方法の一例について、図８を参照しながら説明する。図８は、図２の断面図について、その主要部のみを詳細に示したものである。
【００５２】
まず、回転電極１および基板保持部材３を支持するための左右の支持台４４、４４を基準板４５の上に固定する。次に、基板保持用下ハウジング５１ａおよび絶縁ブロック４３を支持台４４の上に固定し、絶縁ブロック４３の上には電極下ハウジング４１ａを固定する。電極下ハウジング４１ａおよび後述する電極上ハウジング４１ｂは、図８の左右方向から見た場合に略円弧状の凹面を有しており、各々の凹面は後述するベアリング４２を挟み込んで固定できるような形状をなしている。また、基板保持用下ハウジング５１ａおよび後述する基板保持用上ハウジング５１ｂも、同様に、略円弧状の凹面を有しており、各々の凹面は後述するベアリング５２を挟み込んで固定できるような形状を成している。
【００５３】
回転電極１のシャフト部２にはベアリング４２の内輪が固定され、基板保持部材３のフランジ部３ｂの外周面にはベアリング５２の内輪が固定されている。回転電極１および基板保持部材３、３は、予め図８に示す位置関係となるように、図示しない組み立て治具により保持されている。この組み立て治具を用いてベアリング４２が電極下ハウジング４１ａの上に載るように、また、ベアリング５２が基板保持用下ハウジング５１ａの上に載るように、回転電極１と基板保持部材３、３とを配置する。その後、組み立て治具を取り外して、ベアリング４２の上に電極上ハウジング４１ｂを載せ、ベアリング５２の上に基板保持用上ハウジング５１ｂを載せる。そして、電極下ハウジング４１ａと電極上ハウジング４１ｂとによってベアリング４２を挟み込んで回転電極１を固定し、基板保持用下ハウジング５１ａと基板保持用上ハウジング５１ｂとによってベアリング５２を挟み込んで基板保持部材３を固定する。その後、回転電極１のシャフト部２を図示しない回転駆動機構に固定し、電極ハウジング４１ａ、４１ｂを高周波電源６に接続する。以上の工程によって、プラズマ処理装置１００の主要部の組み立てが完了する。
【００５４】
次に、本実施形態のプラズマ処理装置１００を用いたプラズマ処理方法について、主に図９を参照しながら説明する。図９は図３を拡大したものであり、図２のＡ−Ａ’断面図である。
【００５５】
シート状基板４は、図４に示すように、その縁部が巻き付け角θにわたって基板保持部材３の円筒面３ａに巻き付けられ、所定のテンションＴを付与される。その結果、シート状基板４は、図３および図９に示すように、角度θにわたって回転電極１と一定のギャップＧ0を保持して対向するように配置される。この巻き付け角θは１８０゜以下であるのが好ましく、さらに好ましくは３０゜以上１２０゜以下の範囲に設定される。ギャップＧ0の大きさは、回転電極１の直径Ｄ1と基板保持部材３の円筒面３ａの直径Ｄ3とによって定まり、数１００μｍ〜数１０ｍｍ程度に設定される。但し、現実的には組立精度も考慮して数ｍｍ程度に設定される。なお、回転電極１の直径Ｄ1は３００ｍｍ程度である。
【００５６】
次に、対向電極５が回転電極１と所定のギャップＧ1を保持して対向するように配置される。このギャップＧ1は、ギャップＧ0よりも僅かに大きい程度に設定される。即ち、対向電極５は可能な限りシート状基板４に接近して配置される。この理由は、ギャップＧ1が大きくなりずぎると、回転電極１と対向電極５の間の電界強度が弱くなり、プラズマの発生および維持が困難になるからである。
【００５７】
以上のようにシート状基板４が配置された後、図示しないガス供給部からチャンバ１０の内部にプラズマ処理用ガスが導入される。導入されたプラズマ処理用ガスは、その後、チャンバ１０の内部で密封または循環される。プラズマ処理用ガスの圧力は、好ましくは数Ｔｏｒｒ以上に設定される。プラズマ処理用ガスとしては、例えば不活性ガスと反応ガスとの混合ガスが用いられる。不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等のガスが単体で、または相互に混合して用いられる。但し、放電の安定性とシート状基板４へのダメージの抑制とを考慮すると、Ｈｅを用いるのが好ましい。また、反応ガスとしては、目的とするプラズマ処理に応じたガスが用いられる。例えばアモルファス、微結晶や多結晶のＳｉ薄膜を形成する場合には、ＳｉＨ4やＳｉ2Ｈ6等のＳｉ原子を含むガスが単体で、またはＨ2等の他のガスと混合して用いられる。Ｓｉ基板の加工を行う場合には、ＳＦ6やＣＦ4等のハロゲン系ガスが単体で、またはＯ2等の他のガスと混合して用いられる。親水性の表面処理を施す場合には、アルコール類等の有機溶媒が用いられる。
【００５８】
以上のようにしてチャンバ１０の内部にプラズマ処理用ガスの雰囲気が形成された状態で、図５に示す供給リール１０２と巻き取りリール１１２の回転によって、シート状基板４が速度ｖでＤＸ方向に連続的に移動される。このとき、基板保持部材３はシート状基板４の移動に連動してＤＭ方向に回転する。ここで、シート状基板４には供給リール１０２と巻き取りリール１１２とによってテンションＴが付与されており、また、その縁部は基板保持部材３の円筒面３ａに巻き付けられている。さらに、そのエッジ部は基板保持部材３のフランジ部３ｂによって規制されている。従って、シート状基板４は安定に保持されながらＤＸ方向に移動する。
【００５９】
この状態において、回転電極１を図９中の矢印ＤＲ方向に高速回転（例えば１０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓ程度の周速度）させると、粘性により回転電極１の外周面１ａに引き連れられたプラズマ処理用ガスが、図９に示すように回転電極１とシート状基板４とのギャップ部に安定に大量供給される。
【００６０】
続いて、高周波電源６から回転電極１に高周波電力を供給すると、回転電極１とシート状基板４とのギャップ部にプラズマ処理用ガスに基づくプラズマＰが発生する。そして、プラズマＰ中の反応ガスに基づく反応種によって、ＤＸ方向に連続的に移動しているシート状基板４に対して連続的に所定のプラズマ処理が施される。
【００６１】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００６２】
（Ａ）回転電極１の高速回転によって、回転電極１とシート状基板４との間のギャップ部（プラズマ空間Ｐ）に対して、大量のプラズマ処理用ガスが安定に供給される。また、プラズマ処理後のガスが上記ギャップ部（プラズマ空間Ｐ）から速やかに排出される。これらによって、高品質のプラズマ処理を高速に行うことができる。但し、この作用効果自体は、図１４および図１５に示した従来の回転電極方式のプラズマ処理装置の作用効果と同様である。
【００６３】
（Ｂ）上記（Ａ）に記載した回転電極１の高速回転による作用は、同時に、回転電極１とシート状基板４との間のギャップ部の流体膜圧力を上昇させる。図１５に示した従来の構成の場合には、これによって可撓性のシート状基板４を安定して保持することが困難になってくる。これに対して、本実施形態では、基板保持部材３の円筒面３ａにシート状基板４が巻き付けられているため、流体膜圧力が上昇しているにも拘らず、シート状基板４を安定して保持することができる。すなわち、シート状基板４を、テンションＴが付与された状態で曲率半径Ｄ3／２にて円弧状に保持することにより、シート状基板４に対して回転電極１の中心軸方向への付勢力Ｆを作用させることができる。なお、この付勢力Ｆ（Ｎ／ｍ2）は、Ｙ−Ｙ’方向の単位幅当たりのテンションＴ（Ｎ／ｍ）に対して、
Ｆ＝Ｔ／（Ｄ3／２）  ・・・（４）
のように表される。
【００６４】
上記付勢力Ｆの作用により、シート状基板４は撓んだり、振動することなく安定して保持され、これによって安定したプラズマ状態を維持することができる。従って、平板状の基板に対して確立された技術であった回転電極方式のプラズマ処理装置を、シート状基板４に対しても適用可能なものとすることができ、本発明の第１の目的を達成することができる。
【００６５】
（Ｃ）テンションＴが付与された状態でシート状基板４を円弧状に保持することは、さらに、シート状基板４の幅方向（Ｙ−Ｙ’方向）の剛性を高めるという作用ももたらす。これによって、シート状基板４のエッジは、フランジ部３ｂにおいてカールすることなく安定して保持される。従って、ＤＸ方向に移動中のシート状基板４がその所望の移動経路から外れるというトラブルも防止することができる。
【００６６】
（Ｄ）シート状基板４を円弧状に保持することにより、図９中の角度θにわたる非常に広い領域において、回転電極１とシート状基板４との間のギャップＧ0、および回転電極１と対向電極５との間のギャップＧ1を一定に保つことができる。従って、上記ギャップＧ1をプラズマの安定発生のためのギャップ上限値Ｇr以下とすることによって、上記角度θ（ｄｅｇ）にわたる非常に広い領域でプラズマＰを発生させることができる。このとき、プラズマＰの幅Ｌは、概ね、
Ｌ≒（Ｄ3／２）×（θ／１８０×π）  ・・・（５）
で表され、上記式（２）で示した従来のプラズマ処理装置におけるプラズマ幅よりも遥かに大きくすることができる。
【００６７】
しかも、従来のように回転電極１の直径Ｄ1を大きくしたり、最小ギャップＧmを小さくしたりするような装置上の問題を伴うことなく、角度θを大きくするのみでプラズマ幅Ｌを大きくすることができるのである。従って、上記式
ｄ∝（Ｌ／ｖ）  ・・・（３）
の関係から、所定のプラズマ処理量ｄ（成膜の場合には膜厚、加工の場合には加工深さ、表面処理の場合には表面処理される深さ）を得るためのシート状基板４の移動速度ｖを大きくすることができる。従って、プラズマ処理の処理速度を大幅に向上させることができ、本発明の第２の目的を達成することができる。
【００６８】
なお、上記式（３）は、電力密度が一定である場合に成立する式であるため、プラズマ幅Ｌを大きくすると、それに対応して回転電極１への投入電力も大きくする必要がある。ここで、回転電極１は、従来技術において説明したように自己冷却作用を有しているので、このように投入電力を高めることは、何等問題ではない。
【００６９】
（実施例１）
図１に示したプラズマ処理装置１００を用いて、ポリイミドフィルム上にアモルファスシリコン薄膜を形成した。プラズマ処理用ガス中の不活性ガスとしてはＨｅガスを用い、反応ガスとしてはＳｉＨ4とＨ2との混合ガスを用いた。プラズマ処理用ガスの圧力は１気圧とし、その中のＳｉＨ4濃度は０．１％、Ｈ2濃度は１％とした。
【００７０】
回転電極１の直径は３００ｍｍ、基板保持部材３の円筒面３ａの直径は３０２ｍｍとし、回転電極１とシート状基板４（ポリイミドフィルム）との間のギャップＧ0は１ｍｍとなるように設定した。対向電極５と回転電極１との間のギャップＧ1はギャップＧ0に極力近づけた。
【００７１】
上記構成において、回転電極１を３０００ｒｐｍで回転させ、図９に示す角度θを変化させて、プラズマ処理速度の変化を調べた。プラズマ処理速度は、形成されるＳｉ薄膜の膜厚が３０００オングストロームとなるようにしたときの基板移動速度ｖによって評価した。なお、角度θの変化に応じて対向電極５も交換した。ここでは、角度θにわたって回転電極１と対向できるように、対向電極５の凹面部の角度を変化させた。また、角度θの変化に応じて回転電極１への投入電力を変化させ、電力密度が一定（１５Ｗ／ｃｍ2）となるように管理した。シート状基板４に付与するテンションＴ（単位幅当たり）は２００Ｎ／ｍとした。
【００７２】
その結果を図１０に示す。この図に示すように、角度θを増加させるに伴って、所定膜厚を得るための基板移動速度ｖを高めることができた。しかし、角度θが１８０゜を超える場合には、膜表面に多少の凹凸が現れ始めた。これは、角度θを大きくしすぎたことにより、回転電極１とシート状基板４（ポリイミドフィルム）との間のギャップ部から反応生成物が排出されにくくなったためと考えられる。
【００７３】
また、角度θの増加に伴って基板移動速度ｖを高めることができたが、角度θが１２０゜を超える場合には、基板移動速度ｖの増加率が小さくなってきた。これは、角度θを大きくしすぎたことにより、回転電極１とシート状基板４（ポリイミドフィルム）との間のギャップ部に対してプラズマ処理用ガスを供給し難くなったためと考えられる。
【００７４】
角度θが３０゜以上１２０゜以下の範囲においては、均一なＳｉ薄膜が得られ、その光感度も１０5オーダー以上と良好であった。
【００７５】
しかし、角度θが３０゜未満の場合には、膜厚の不均一が見られた。これは、角度θが小さくなると、シート状基板４（ポリイミドフィルム）の保持が不安定となり、それに伴ってプラズマ状態が変化したことによるものと考えられる。
【００７６】
（実施例２）
上記実施例１において角度θ＝６０゜の条件で形成したＳｉ薄膜を、図１に示したプラズマ処理装置１００を用いてエッチング（加工）した。なお、上記条件で形成されたＳｉ薄膜の膜厚が均一であることは、予め確認しておいた。
【００７７】
反応ガスとしてはＳＦ6を用いて、その濃度を０．１％とし、それ以外は実施例１と同様の条件にてエッチング実験を行ったところ、図１０に示した実施例１と同様の傾向が得られた。
【００７８】
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について、図１１〜図１３を参照しながら説明する。
【００７９】
図１１は本実施形態のプラズマ処理装置２００において、回転電極１が矢印ＤＲ方向に回転している状態を示す断面図であり、第１の実施形態における図２に対応するものである。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、各々回転電極１が回転する前の初期状態における図１１のＡ−Ａ’断面図およびＢ−Ｂ’断面図である。また、図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、各々回転電極１がＤＲ方向に回転している状態における図１１のＡ−Ａ’断面図およびＢ−Ｂ’断面図である。
【００８０】
本実施形態のプラズマ処理装置２００において、第１の実施形態のプラズマ処理装置１００と異なる点は、基板保持部材３の代わりに基板初期状態保持部材２３を備え、この基板初期状態保持部材２３が回転していない点、および基板初期状態保持部材２３の円筒面２３ａの直径Ｄ3’が第１の実施形態の基板保持部材３の円筒面３ａの直径Ｄ3よりも小さい点である。その他の構成およびプラズマ処理方法については、第１の実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８１】
本実施形態において、基板初期状態保持部材２３の円筒面２３ａの直径Ｄ3’は、回転電極１の直径Ｄ1よりも僅かに大きい程度に設定される。具体的には、回転電極１のＤＲ方向の高速回転によって発生する流体膜圧力に基づき、シート状基板４の縁部が円筒面２３ａから浮上できる程度の直径Ｄ3’を設定する。
【００８２】
図１２に示すように、回転電極１を回転させる前までは、図２〜図４に示した第１の実施形態と同様に、シート状基板４の縁部が基板初期状態保持部材２３の円筒面２３ａに巻き付けられている。すなわち、シート状基板４が、テンションＴを付与された状態で曲率半径Ｄ3’／２にて円弧状に保持されていることにより、シート状基板４に対して回転電極１の中心軸方向への付勢力Ｆが作用している。なお、この初期状態においては、回転電極１とシート状基板４との間のギャップの大きさはＧ0Aに保持されており、これは第１の実施形態におけるギャップＧ0よりも小さいものである。
【００８３】
この状態で、図１３に示すように回転電極１をＤＲ方向に高速回転させると、第１の実施形態と同様に、回転電極１とシート状基板４との間のギャップ部にプラズマ処理用ガスが大量に供給される。そして、これに伴って上記ギャップ部における流体膜圧力が上昇する。
【００８４】
本実施形態においては、初期状態のギャップＧ0Aが第１の実施形態におけるギャップＧ0よりも小さいため、回転電極１の回転直後の流体膜圧力が第１の実施形態の場合よりも大きくなる。その結果、シート状基板４が回転電極１から浮上して、そのギャップの大きさがＧ0Bとなったところで上記流体膜圧力と付勢力Ｆとが釣り合い、この状態でシート状基板４が安定して保持される。すなわち、フォイル軸受と同様の作用である。
【００８５】
シート状基板４が回転電極１から浮上してそのギャップの大きさＧ0Bが初期状態のギャップＧ0Aよりも大きくなると、これに伴ってシート状基板４の縁部も基板初期状態保持部材２３の円筒面２３ａから浮上する。このように、シート状基板４が円筒面２３ａと接触しないので、基板初期状態保持部材２３が静止していても、摺動負荷を与えることなくシート状基板４を安定して移動させることができる。すなわち、本実施形態では、回転電極１の回転によって発生する流体膜圧力が基板保持手段となっているのである。
【００８６】
本実施形態も、第１の実施形態と同様の作用効果を呈するものであるが、基板初期状態保持部材２３を回転させる必要が無いので、さらに、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００８７】
なお、基板初期状態保持部材２３を設けずに、初期状態で回転電極１とシート状基板４とが接触していた場合にも、回転電極１を回転させて定常状態に落ち着けばシート状基板４が浮上して安定に保持される。しかし、回転電極１の回転開始時にシート状基板４に傷を付けてしまうおそれがあるので、本実施形態のように基板初期状態保持部材を設けるのが好ましい。
【００８８】
（変形実施例１）
上記第２の実施形態では、回転電極１を回転させる前の初期状態においてシート状基板４を安定して保持するために、基板初期状態保持部材２３を設けていた。しかしながら、シート状基板４の初期の保持方法はこれに限定されない。
【００８９】
例えば、図示しないノズルにより回転電極１とシート状基板４との間に、ガスを吹き込んで、シート状基板４を図１２（ａ）に示したような状態に保持しておいてもよい。また、この状態を維持できるものであれば、ノズルの形状や配置は如何なるものであってもよく、例えば回転電極１の外周面１ａにガス吹き出し口を設けて、これをノズルと兼用してもよい。このガスとしては、プラズマ処理用ガスと同種のガス、またはプラズマ処理用ガスに含まれる不活性ガスと同種のガスを用いることができる。プラズマ処理用ガスと同種のガスを用いた場合には、プラズマ処理中にガスを吹き出しても止めてもよい。プラズマ処理中にも、ガス吹き出し口からプラズマ処理用ガスを吹き出して、シート状基板４を安定に保持しながらプラズマ処理を行うこともできる。
【００９０】
（変形実施例２）
上記第１の実施形態および第２の実施形態では、対向電極５を設けた構成を示したが、シート状基板４がステンレス等のような導電性基板である場合には、対向電極５は必ずしも必要ではない。
【００９１】
この場合には、シート状基板４を基板保持部材３またはローラ７を介して接地しておけばよく、第１の実施形態におけるギャップＧ1に相当するものは、ギャップＧ0と同じものになる。
【００９２】
（変形実施例３）
上記第１の実施形態および第２の実施形態では、シート状基板４をＤＸ方向に連続的に移動させる構成を示したが、目的によっては必ずしもシート状基板を連続移動させなくてもよい。
【００９３】
本発明においてはプラズマ幅Ｌを非常に大きくすることができるので、この幅Ｌが目的とするデバイスの単位サイズをカバーしてプラズマ処理できる場合も多いからである。
【００９４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、高速に回転する回転電極を用いたプラズマ処理装置において、シート状基板を略円弧状に保持する基板保持手段を備えたことにより、シート状基板に対しても高速で高品質のプラズマ処理を行うことができる。また、本発明によれば、基板保持手段によってプラズマ領域を広げることができ、これによってさらなるプラズマ処理速度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置を平面ＰＬ１で切断した場合の断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置において、シート状基板を連続移動させるための装置構成について説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置において、シート状基板を連続移動させるための他の装置構成について説明するための図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置における基板保持部材の他の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置における主要部の組み立て方法を説明するための図である。
【図９】本発明の第１の実施形態のプラズマ処理装置における作用を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例１において、角度θとプラズマ処理速度との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置において、回転電極が回転する前の状態における図２のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に対応した断面図である。
【図１３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置において、回転電極が回転している状態における図２のＡ−Ａ’線およびＢ−Ｂ’線に対応した断面図である。
【図１４】従来の回転電極方式のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図１５】従来の回転電極方式のプラズマ処理装置を用いてシート状基板に対してプラズマ処理を施す場合の装置構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  回転電極
１ａ  回転電極の外周面
１ｔ  回転電極の先端部
２  回転電極のシャフト部
３  基板保持部材
３ａ、２３ａ  円筒面
３ｂ、２３ｂ  フランジ部
４  シート状基板
５  対向電極
６  高周波電源
７  ローラ
８、９  移動通路
１０、２０、３０  チャンバ
１３  基板保持部材の突起部
２３  基板初期状態保持部材
１０２  供給リール
１０４  平板状の基板
１０５  基板ホルダ
１０５ａ  対向電極
１１２  巻き取りリール
１４３  シート状基板の穴部
４１ａ  電極下ハウジング
４１ｂ  電極上ハウジング
４２、５２  ベアリング
５１ａ  基板保持用下ハウジング
５１ｂ  基板保持用上ハウジング
４３  絶縁ブロック
４４  支持台
４５  基準板
【図１】
0003763451.tif 000002
【図２】
0003763451.tif 000003
【図３】
0003763451.tif 000004
【図４】
0003763451.tif 000005
【図５】
0003763451.tif 000006
【図６】
0003763451.tif 000007
【図７】
0003763451.tif 000008
【図８】
0003763451.tif 000009
【図９】
0003763451.tif 000010
【図１０】
0003763451.tif 000011
【図１１】
0003763451.tif 000012
【図１２】
0003763451.tif 000013
【図１３】
0003763451.tif 000014
【図１４】
0003763451.tif 000015
【図１５】
0003763451.tif 000016