JP4545572B2 - 可撓性基板の真空処理装置用固定治具 - Google Patents

Description

本発明は、フィルム状の可撓性基板に対してプラズマ洗浄処理などの真空処理を施す場合に該可撓性基板を保持するための治具および該可撓性基板を用いる真空処理装置に関する。

近年、電子部品を実装するための基板として、ポリイミドフィルムなどのフィルム状の可撓性基板が用いられることがある。可撓性基板に電子部品を実装する前には、表面を洗浄するために、可撓性基板にプラズマ真空処理が施されるのが一般的である。

従来のプラズマ真空処理装置の概略構成を図５に示す。被処理物である可撓性基板２９は下部電極２４上に直接載置され、その可撓性基板２９の周囲にはサンプル押え枠２７が載置されている。このプラズマ真空処理装置２０を用いた可撓性基板２９の表面の洗浄は、一般に次のように行われる。

まず、図示せぬ排気装置によって反応室２２内部の真空引きを行う。その後、図示せぬガス導入系により、酸素やアルゴンなどの反応気体をシャワーヘッド２３より反応室２２内に均一な流速で供給する。反応気体が所定の圧力になるまで供給されると、排気口２８により排気を行いつつ、シャワーヘッド２３と下部電極２４との間に放電を行うことによりプラズマを発生させる。このプラズマによって反応気体が励起されたりイオン化されたりし、活性なラジカルやイオンが生成される。これらのラジカルやイオンが可撓性基板２９の表面に達することにより、表面上の不純物が除去されたり表面が改質されたりする。

すなわち、プラズマ真空処理装置によって可撓性基板の表面の洗浄を行う場合には、洗浄処理を始める前に反応室の真空引きを行い、洗浄後には基板を取り出すために反応室の圧力を大気圧に戻す（リーク）必要がある。ところが、この気圧の変化によって可撓性基板に皺が生じたり、ひどい場合には変形してしまうことがあった。この皺や変形の原因は、可撓性基板と下部電極との間に存在する残留気体であることがわかっている。すなわち、可撓性基板を下部電極に隙間が生じないように載置したとしても、ごく僅かでも両者の間に気体が残存していれば、真空引き時に残留気体が膨張して、可撓性基板を加圧して膨張させてしまう。その結果、可撓性基板に皺が生じたり、破断したり、サンプル押え枠から外れてしまうことがあった。さらに、この膨張が原因となって放電時に可撓性基板が局所的に異常加熱されてしまうこともあり、洗浄処理の効果が不均一になったり、可撓性基板が焼け焦げてしまうということもあった。また、リーク時には可撓性基板に収縮圧力がかかるため、可撓性基板がさらに変形してしまうという問題もあった。

これまでに、可撓性基板と下部電極とを可能な限り密着させるために、上述したような可撓性基板の端部に押え枠を載置する方法以外にも、ウエイトを基板上に載置することも行われてきた。しかし、いずれの方法を用いたとしても残留気体を完全に排除することは困難であった。他の対策例として、例えば特許文献１には、静電吸着電極を用いてフィルム状基板を電極に静電吸着保持する技術が記載されている。しかし、この静電吸着電極を用いたとしても、基板と静電吸着電極との間に残存する微量の残留気体を完全に排除することはできない。さらに、この方法は静電吸着電極を導入するのにコストがかかるという欠点も有している。

また、可撓性基板に対してプラズマ真空処理を行う場合には、残留気体を完全に排除する課題に加えて、処理の均一性の問題も存在する。これまで、洗浄処理の均一性が問題にされることはあまりなかったが、近年では洗浄処理に高い精度が求められるようになってきている。しかし、従来のプラズマ処理装置では、可撓性基板の表面付近においてラジカルやイオンの分布が不均一となる傾向があり、この要求を満たすことが困難であった。特に、押え枠を用いてサンプルを保持すると、押え枠の近傍で電界集中が生じ、基板中央部よりも基板周囲の方がラジカルやイオンの密度が高くなることにより、基板の端部では処理速度が相対的に速くなり、処理の均一性が低下してしまうという問題が生じていた。

特開2001-144069号公報

本発明が解決しようとする課題は、フィルム状の可撓性基板に対して真空処理を行う場合に、可撓性基板とそれを載置する下部電極との間に気体が残留することによって可撓性基板に皺や変形が生じてしまう問題を解決することができる真空処理装置用固定治具を提供することである。

さらに本発明は、可撓性基板に対してプラズマ真空処理を行う場合に、可撓性基板の表面付近のラジカルやイオンの分布を一様にし、プラズマ処理の均一性を従来よりも高めることができる真空処理装置および真空処理装置用固定治具を提供する。

上記課題を解決するために成された本発明に係る可撓性基板の真空処理装置用固定治具は、可撓性基板を載置するための載置板が、その表裏を貫通する複数の貫通孔と、前記載置板の表裏の少なくとも一方に設けられ、前記貫通孔を通り前記載置板の端部まで達する複数本の溝とを有し、前記貫通孔の直径が1〜5mmであることを特徴とする。

本発明に係る真空処理装置用固定治具では、載置板にその表裏を貫通する複数の貫通孔が設けられているため、載置板上に可撓性基板を載置して真空引きを行うと、載置板と可撓性基板との間に気体が残留することなく貫通孔から排出され、両者が密着する。従って、真空引き時やリーク時に両者間に残存する気体が反応室内の気圧の変化によって膨張したり収縮することがないため、可撓性基板に皺や変形が生じてしまうという問題を防止することができる。

本発明に係る真空処理装置用固定治具は、可撓性基板を載置するための載置板から成る。この固定治具は、プラズマ真空処理装置では、通常は下部電極などの反応室内の電極上に載置される。すなわち、プラズマ真空処理を行う場合には、従来は被処理物となる可撓性基板は下部電極上に直接載置されていた（図５）が、本発明の固定治具を使用する場合には、可撓性基板は載置板上に載置され、その載置板が下部電極上に載置される構成とする。また、可撓性基板が載置板上で動いてしまうことを確実に防止するために、可撓性基板を保持するための押え部材を設けることもできる。

可撓性基板とは、ポリイミドフィルム、ポリエステルフィルム、ナイロンフィルムなどの可撓性を有するフィルム状の基板をいう。また、可撓性基板は、これらのフィルムに銅などの金属箔が付着したものであってもよい。

本発明に係る固定治具について、真空処理装置の模式断面図である図１を用いて説明する。

載置板５は、可撓性基板９を載置するための部材である。載置板５の一例を図２に示す。図２（ａ）は載置板５の平面図であり、図２（ｂ）はそのA-A断面図である。載置板５の素材は特に限定されず、アルミニウム等の金属、プラスチック、セラミックなど、扱いやすい材料を選択すればよい。

載置板５には、その表裏を貫通する貫通孔１１が複数設けられる。この貫通孔１１が存在することにより、可撓性基板９を載置板５に載置した時に、両者が完全に密着せず、両者間に空気や反応気体から成る微量の気体が残存したとしても、反応室の真空引きを行うと、その気体が貫通孔１１を通って排出されるため、気体が残留することがなく、可撓性基板９と載置板５とが密着する。

複数の貫通孔１１は、残留気体が効率よく排出されるために、載置板５の可撓性基板９が載置される位置に一様に設けられることが好ましい。

残留気体の排気効率をより向上させるために、図２に示すように載置板５の表面に複数本の溝１０を設けることが望ましい。溝１０を設ける場合には、貫通孔１１は溝１０の底部に設けるのがよい。こうすることにより、可撓性基板９と載置板５との間の残留気体が、貫通孔１１からだけでなく溝１０をも経由して排出される。

貫通孔１１の直径は、小さすぎると残留気体の排気が不十分となることがあり、大きすぎると真空引き時に可撓性基板９が貫通孔１１に吸引されて可撓性基板９が変形したり、貫通孔１１内で放電が生じてしまうことがある。厚みが0.1〜1mm程度の一般的な可撓性基板に対して処理を行う場合にこれらの問題を防止するためには、貫通孔１１の直径を1〜5mm程度とするのが好ましく、2〜4mmとするのがより好ましい。

押え部材７は、可撓性基板の縁の上に載置して基板を載置板上で固定するための部材である。図３（ａ）に押え部材７を含む固定治具一例の平面図を示す。図３（ｂ）は固定治具の一部拡大断面図である。押え部材７の形状は可撓性基板９の周囲を保持するような形状であれば特に限定されない。例えば図３に示すように枠形状としてもよいし、複数本の棒状体を可撓性基板９の周囲に配置することにより押え部材とすることもできる。

押え部材７は、図３（ｂ）に示すように、内側の縁にテーパ７ａを設けることが好ましい。テーパ７ａが存在することにより、その部分における電界集中が緩和され、洗浄処理の均一性が向上する。ここにおいて電界集中緩和の効果を一層向上させるためには、テーパ角を30゜以下とすることがより望ましい。

押え部材７の材料は特に限定されないが、少なくともその表面の材料は樹脂であることが望ましい。樹脂は電界集中を防止し、且つラジカルを吸収することによりラジカル密度を均一にするという特性を有しているためである。樹脂の種類は特に限定されないが、処理の種類によっては押さえ部材７が高温になる場合があるので、ポリイミド樹脂やシリコン樹脂などの耐熱性のある樹脂を用いるのがより好適である。少なくとも表面の材料を樹脂とするためには、押え部材７の全体をこれらの樹脂から形成してもよいし、任意の材料によって本体を形成し、その表面のみをこれらの樹脂とすることにより押え部材７とすることもできる。表面の材料を樹脂とする方法として、例えば、本体がアルミニウムから成る押え部材７の表面にポリイミドテープやシリコンテープを貼ることができる。

本発明に係る治具を下部電極４上に載置する際には、可撓性基板９と載置板５との間の残留気体が速やかに排出されるために、また、異常放電を防止するために、載置板５の下面と下部電極４との間に所定の大きさの空間を設けることが望ましい。この空間を設けるためには、例えば、固定治具の下部の四隅にテフロン（登録商標）などから成る耐熱性および電気絶縁性を有する脚部材６を設けることができる。

脚部材６を設けた場合、載置板５の下部と下部電極４との距離は、小さすぎると排気効率が不十分となって可撓性基板９と載置板５との間に気体が残留しやすくなり、大きすぎると放電時に異常放電が生じやすくなるため、通常は1〜3mm程度とするのが好適である。

なお、脚部材を設けずに載置板５を下部電極４の上に直接載置することも可能である。この場合には、残留気体を排出させるために、載置板５の下面（すなわち、下部電極側の表面）に、貫通孔１１を通り載置板の端部まで達している溝を設ければよい。

本発明に係る治具を用いる真空処理装置は、従来より一般に用いられている真空処理装置を使用することができるが、図１に示すように、下部電極４の周囲に排気口８を設けることが好ましい。排気口８は、所定の大きさの排気口を下部電極４の周囲に複数個設置することによって構成することもできるし、下部電極４の周囲の形状に沿って連続的に形成してもよい。排気口を一箇所のみに設けた場合には、イオンやラジカルが排気口の近傍に集中する傾向があるため、基板の表面のうち、排気口に近い部分の表面が過剰にプラズマ処理されたり、生成物により汚染されてしまうことがあったが、排気口を周囲に設けることにより、プラズマ処理によって生じるイオンやラジカルが可撓性基板９の表面を一様に通過して排出されるので、処理の均一性が向上する。

さらに反応ガスやプラズマの排気効率を高めるためには、排気口８に整流板８ａを設けることが好ましい。

排気口８から反応気体を排出する時には、反応室２内の気圧の急激な変動によって可撓性基板が変形したり移動してしまうことを避けるために、排気速度を徐々に増加または減少させることが好ましい。また、同様の理由で、処理が終了した後のリークも徐々に行うことが好ましい。

また、処理の均一性をさらに向上させるために、本発明に係る真空処理装置における反応気体の供給は、反応室の上部から行うことが好ましい。特に、図１のシャワーヘッド３のような、反応気体が上部から可撓性基板９に向かって一様に供給される供給口を用いることが好ましい。

本発明の効果を確認するために、本願発明者らは以下の実験を行った。

［実験例１］
可撓性基板として500×500mmのポリイミドフィルムを使用した。ポリイミドフィルムを載置する載置板には、アルミニウムから成る600×600mm、厚みが3mmの板状部材を使用した。載置板の表面には幅1mm、深さ0.5mmのV字状の溝を30mm間隔の格子状に設け、60mm間隔で格子の交点に載置板の上下面を貫通する直径3mmの貫通孔を設けた。ポリイミドフィルム上に載置する押え部材として、本体がアルミニウムから成り表面がポリイミドから成る枠形状の部材（外寸法600×600mm、枠幅45mm、厚み3mm）を載置した。この押え部材は枠の内部側にテーパ部を有しており、テーパ角は30゜とした。上記載置板の四隅にテフロン（登録商標）性の脚部材を設け、反応室内に設けられた下部電極上に載置した。載置板の下面と下部電極との距離は1mmとした。

次に、下部電極の周囲に設けられた複数個の排気口から、反応室内の圧力が5Paとなるまで真空引きを行った後、反応室上部のシャワーヘッドから反応気体として酸素を導入した。酸素を所定の圧力まで導入した後に、2.5KWの条件でプラズマを発生させることにより、ポリイミドフィルムに対して1分間のプラズマ洗浄を行った。放電終了後に反応室の気圧が大気圧となるまでリークを行い、洗浄処理を終了した。

ポリイミドフィルムの浮きおよび皺発生に関して、反応気体導入時、真空引き時、およびリーク時に目視評価を行った。評価基準は下記の三段階である。また、洗浄処理の終了後に、ポリイミドフィルムの焼けの有無の目視評価を行った。
評価基準
〇：ポリイミドフィルムの浮きや皺は観察されなかった。
△：ポリイミドフィルムの浮きや皺が少し発生した。
×：ポリイミドフィルムの浮きや皺が顕著に発生した。

［他の実験例］
上記実験例１の実験条件をそれぞれ次のように変更した実験を行った。
実験例２：載置板の下面と下部電極との距離を2mmとした。
実験例３：載置板の下面と下部電極との距離を3mmとした。
実験例４：載置板に孔および溝を設けなかった。
実験例５：載置板の溝を90mm間隔とし、貫通孔は設けなかった。
実験例６：載置板の溝を30mm間隔とし、貫通孔は設けなかった。

実験の結果を表１に示す。

［結果］
貫通孔を設けることにより、真空引き時およびリーク時にフィルムの浮きや皺が生じにくくなるという本発明の効果が実証された（実施例）。特に、載置板の下面と下部電極との距離が2〜3mmの場合には浮、皺、焼けのいずれも発生せず、良好な結果が得られた。また、可撓性基板として250×250mmのポリイミドフィルムを使用して同様の実験を行ったが、皺や変形の程度は小さくなるものの、同様の結果が得られた。

［実験］
押え部材の表面の材料の違いによる処理均一性の変化を確認する実験を行った。貫通孔の直径を2mmとした以外は上記実験例１と同一の処理条件とし、押え部材の表面を、1)アルミニウムのまま、2)ポリイミド、3)シリコンとしてそれぞれ洗浄処理を行った後に、触針式表面段差計（SLOAN社製）測定器を用い、ポリイミドフィルム中央部および端部（押え部材近傍）のポリイミドフィルムのエッチングレートを測定した。

［結果］
図５にエッチングレートの測定値のグラフを示す。押え部材の表面の材料をシリコンやポリイミドとすることにより、処理の均一化が改善されるという効果が見られた。

なお、本発明はその精神内で自由に変更可能であることはもちろんである。また、本発明に係る真空処理装置用治具は本明細書中で取り上げた洗浄処理に限らず、堆積処理、エッチング処理など、各種のプラズマ真空処理装置に適用することができるだけでなく、可撓性基板を処理するあらゆる真空処理装置に適用することができる。

本発明に係る真空処理装置及び真空処理装置用治具の模式断面図。 載置部材の平面図及びA-A断面図。 真空処理装置用治具の平面図及び一部断面図。 押え部材表面の材料とエッチングレートの関係を示すグラフ。 従来の真空処理装置の模式断面図。

符号の説明

４…下部電極
５…載置板
６…脚部材
７…押え部材
７ａ…テーパ
８…排気口
８ａ…整流板
９…可撓性基板
１０…溝
１１…貫通孔

Claims (9)

1. 可撓性基板を載置するための載置板が、その表裏を貫通する複数の貫通孔と、前記載置板の表裏の少なくとも一方に設けられ、前記貫通孔を通り前記載置板の端部まで達する複数本の溝とを有し、前記貫通孔の直径が1〜5mmであることを特徴とする可撓性基板の真空処理装置用固定治具。
2. 前記載置板が前記可撓性基板を載置する側の表面に複数本の溝を有し、該溝の底部に前記複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置用固定治具。
3. 前記可撓性基板の真空処理装置用固定治具が、
   該可撓性基板の縁を保持するための押え部材をさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の真空処理装置用固定治具。
4. 前記押え部材が、内側の縁にテーパを有することを特徴とする請求項３に記載の真空処理装置用固定治具。
5. 前記テーパのテーパ角が30゜以下であることを特徴とする請求項４に記載の真空処理装置用固定治具。
6. 前記押え部材の表面の材料が、樹脂から成ることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の真空処理装置用固定治具。
7. 前記載置板の下面と、該載置板を載置する下部電極との距離が1〜3mmであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の真空処理装置用固定治具。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の真空処理装置用固定治具を用いる真空処理装置であって、真空処理容器内の排気口が、固定治具を載置する下部電極の周囲に複数個設けられていることを特徴とする真空処理装置。
9. 前記真空処理装置が、プラズマ真空処理装置である請求項８に記載の真空処理装置。

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