JP4622764B2

JP4622764B2 - プラズマ処理方法

Info

Publication number: JP4622764B2
Application number: JP2005267840A
Authority: JP
Inventors: 清彦高木; 昌裕山本; 徹内田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: JP2007081178A

Description

本発明は、フレキシブル基板を処理するプラズマ処理方法及び装置に関するものである。

半導体、液晶などのデバイス加工に用いられる成膜、エッチングなどの薄膜加工はその適用範囲を日々拡大させており、現在ではコンデンサ、センサなど様々な分野に用いられるようになってきている。一方、加工を施されるワークも、これまで主流であったＳｉウエハ、ガラス基板に止まらず、形状，材質について、様々な種類のものが用いられるようになり、とりわけ、薄く，軽く，簡単に曲げられるという特徴をもつシート状の樹脂ワークが用いられることが増えてきている。

また、このシート状の樹脂ワークとしては、これまで、ロール状に巻きつけられたワークを、送り出し、巻取りを行いながら成膜をするといった比較的簡単な加工が頻繁に行われてきたが、コンデンサ、抵抗器またそれの複合デバイスや、センサなど、より複雑なデバイスをワーク上に作りこむために、基板状に裁断されたシート、所謂、フレキシブル基板を枚葉処理することが強く求められてきており、今後の拡大が期待されている。

このフレキシブル基板は樹脂であり、また薄いと言う特徴のために、Ｓｉウエハやガラス基板とは異なり、基板の変形やそりが発生しやすいため、ハンドリング、支持に対する配慮が必要である。

また、基板が変形することにより、冷却用プレートとの密着性が悪くなると言った問題も発生し、特に長時間の熱蓄積があるプラズマ処理工程などでは、基板を設置する冷却されたトレイとの熱伝導性を持たせるために様々な取り組みが行われてきた。

ここで、その代表的な例について、図１を用いて説明する。

図１において、真空室１０１内にガス供給装置１０２よりプロセスガスを供給し、真空室１０１内を排気装置１０３より排気し、調圧弁１０４により真空室１０１内を所定の圧力に制御し、プラズマ源１０５に高周波電源１０６より電力を供給することにより発生したプラズマ１０７により、ターゲット１０８からスパッタリング粒子が飛来し、冷却プレート１０９により冷却されたトレイ１１０上に粘着シート１１１を介して設置された基板１１２上に膜が形成される。

このとき、トレイ１１０は冷却プレート１０９と接触することにより冷却されており、基板１１２は粘着シート１１１により、トレイ１１０との熱伝導性を持ち、冷却されている。

また、別の従来の形態を図２を用いて説明する。

図２において、冷却プレート１１４上に設置された基板１１２はその周辺部をクランプ１１７によって押し付けられる。この状態で基板１１２と冷却プレート１０９の間にはガス供給装置１１３より供給された熱伝導性気体１１４が満たされており、圧力計１１５をモニタリングしながらガス供給装置１１３と圧力調整弁１１６により流量と弁開度を調整することにより、圧力を制御することができる。ここで基板１１２は、熱伝導性気体１１４により、冷却プレート１０９との熱伝導性を持ち、冷却されている。

タック性の高い粘着性シートを用いて密着させる技術（特許文献１参照）、基板周辺をクランピングし、熱伝導性気体をトレイ〜基板間に封入する技術（特許文献２参照）などを提示する。
特開２００４−００６３００号公報特開２００２−３６７９６４号公報

しかしながら、粘着性シートを用いて密着させる技術は適切に貼り付けが行われた場合は、極めて高い温度制御性が得られるが、気泡をかみこむなど貼り付け状態が悪い場合は、十分な効力を得られないことが判明した。特にスパッタリングなど、真空中で用いる場合は大気中でかみこんだ小さな気泡が、真空中で大きな気泡となり、基板を浮かせてしまうなどの問題が発生した。そのため、真空中で用いる場合は、事前に図３に示す脱ガス処理を行うことにより、適切な貼り付け状態を維持しているが、これには約１時間という極めて長い時間を要するため、生産性の悪化が大きな問題となっている。

熱伝導性気体をトレイ〜基板間に封入する技術はＳｉウエハやガラス基板に対しては極めて頻繁に用いられる方法であるが、フレシキブル基板に用いる場合、図４に示すように熱伝導性気体の圧力により、基板が膨らんでしまい、冷却されたトレイとの距離が大きく離れることが発生した。このような場合、熱伝導性が悪化するため、図５に示すような基板温度の上昇をもたらすことになる。

更には、樹脂製などのフレキシブル基板の表面には大気中にて取り込んだ水分などがSiウエハやガラス基板に比べて、多く付着しているため、真空中に入れた場合、多くのデガスを排出する。したがって、基板周辺をクランピングしてトレイ〜基板間を密封した場合には基板裏面からでたデガスによって、圧力が上昇してしまうので、これも、基板が大きく膨らんでしまう要因になる。

本発明は、上記従来の課題を鑑み、フレキシブル基板に対し、トレイへの取り付け取り外しが容易であり、十分な温度制御性能が得られることが可能なプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明のプラズマ処理方法は、真空室内にプロセスガスを供給するとともに排気し、前記真空室内に配置されたフレキシブル基板を保持するトレイに対向して配置されたプラズマ源に電力を印加することで、前記真空室内にプラズマを発生させ前記基板を処理するプラズマ処理方法において、前記トレイはその表面に着脱可能な粘着シートを有し、前記粘着性シートの凸部の面積は前記粘着性シート全体の２０％以上５０％以下であり、かつ、粘着性シートの凸部と凹部の高さの差が５μｍ以上３００μｍ以下であり、前記基板の裏面の圧力をモニタリングし、前記基板の裏面の圧力が一定圧力なるまでの期間において、基板裏面の圧力が最大値を示し、降下し始めた時点から、前記基板と前記トレイとの間に形成された空間に熱伝導性気体を送り込みながら排気することで、前記基板を処理する点に特徴がある。このような構成により、基板の脱着が容易であり、接着層と基板が接触していない部分も熱伝導性気体により熱伝導し、温度制御できるようになる。

また、好適には基板の周囲を熱伝導性ガスの圧力とほぼ同等の単位面積当たりの重さのリングで押さえるようにすることが望ましい。これにより、熱伝導気体が基板表面側に漏れた場合も、処理に与える影響を少なくすることができる。

また、粘着性シートの硬度がＪＩＳＫ６２５３による硬さ試験方法において、２０〜６０であることが望ましい。これにより、適度な脱着性能を得ることが可能になる。

本発明のプラズマ処理装置及び方法によれば、基板の温度制御性を良好に保つことが可能となると共に、基板の脱着に係る時間も短縮することが可能となる。

（実施の形態１）
図６及び図７は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図６において、真空室２０１内にガス供給装置２０２よりプロセスガスを供給し、真空室２０１内を排気装置２０３より排気し、調圧弁２０４により真空室２０１内を所定の圧力に制御し、プラズマ源２０５に高周波電源２０６より電力を供給することにより発生したプラズマ２０７により、ターゲット２０８よりスパッタリング粒子が飛来し、冷却プレート２０９と接触することにより冷却されたトレイ２１０上に粘着シート２１１を介して設置された基板２１２に成膜処理を施した。

このとき粘着シート２１１と基板２１２の間に形成される空間にはガス供給装置２１３より供給された、熱伝導性気体２１４が満たされており、圧力計２１５をモニタリングしながらガス供給装置２１３と圧力調整弁２１６により流量と圧力を調整した。

今回、プロセスガスとしてＡｒ＝２５ｓｃｃｍを用い、真空容器内の圧力を０．３Ｐａに調整し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力３ｋＷを投入することによってプラズマを発生させた。また、スパッタリングターゲットとしてＳｉＯ₂を用い、熱伝導性気体はＡｒ＝１ｓｃｃｍを用いた。この熱伝導性気体の圧力は前述の通り、低すぎても、高すぎても冷却の効果を低減させてしまうため、概ね６０〜１２０Ｐａ程度に調整した。

また、基板は厚み７５μｍ、外径φ２００ｍｍのポリイミド製基板を用い、粘着シートは硬度５０，Ｒｍａｘ＝５．７μｍ、外形φ１８０ｍｍ、熱伝導性１Ｗ／ｍ・ｋのエンボス形状品を用いて、基板と粘着シートの中央を合わせて設置した。このときの１０分間放電後の基板温度は中央付近＝約１２０℃、基板の端から１０ｍｍ内側の部分＝約１３０℃程度となり、粘着シートを用いない場合の約２１０℃と比較すると、非常に良好な温度低減効果が得られた。また、基板の脱着は問題なく実施できた。

（実施の形態２）
図８及び図９は、本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。

図８において、真空室２０１内にガス供給装置２０２よりプロセスガスを供給し、真空室２０１内を排気装置２０３より排気し、調圧弁２０４により真空室２０１内を所定の圧力に制御し、プラズマ源２０５に高周波電源２０６より電力を供給することにより発生したプラズマ２０７により、ターゲット２０８よりスパッタリング粒子が飛来し、冷却プレート２０９により冷却されたトレイ２１０上に粘着シート２１１を介して設置された基板２１２に成膜処理を施した。

このとき、粘着シート２１１と基板２１２との間に形成される空間にはガス供給装置２１３より、熱伝導性気体２１４を供給することが可能であり、圧力計２１５をモニタリングしながらガス供給装置２１３と圧力調整弁２１６により流量と圧力を調整した。基板２１２はリング２１８により周辺部を押さえられている。

今回、プロセスガスとして、Ａｒ＝２０ｓｃｃｍを用い、真空容器内の圧力を０．１７Ｐａに調整し、１３．５６ＭＨｚの高周波電力３ｋＷを投入することによってプラズマを発生させた。また、スパッタリングターゲットはＳｉＯ₂を用いた。

図１０は、本実施の形態における圧力，流量の挙動を説明する図である。同図における時間＝０秒でのプラズマ発生と共に熱伝導気体を供給せずとも、基板裏面から発生するデガスにより、裏面圧力（系列１）が上昇して行く。この値が最大値を示し、下降し始めたタイミングで、熱伝導性気体としてＡｒ＝０．６ｓｃｃｍ供給（系列４）し、裏面圧力が１００Ｐａになるように圧力調整弁によって調整した。

図１０における系列２は、熱伝導気体を供給しない場合の裏面圧力の挙動を示し、この場合は、デガスが排気され減少して行くのに伴って、裏面の圧力が低下してくことがわかる。また、供給された熱伝導気体が真空室内に排気されることによる真空室圧力（系列３）の変化は小さかった。

リングは石英製を用い、基板と接触する部分の面積あたりの重さが１００Ｐａ（１．０２ｋｇ／ｃｍ²）になるように厚みを調整した。また、基板は厚み１２５μｍ、外径φ２００ｍｍのポリイミド製基板を用い、粘着シートは硬度３０、凹凸部の差２００μｍ、凸部が全体の５０％の面積を占める外形φ１００ｍｍ、熱伝導性１Ｗ／ｍ・ｋの凹凸形状品を用い、基板周辺部の５ｍｍ程度をリングにて押さえた。

このときの１０分間放電後の基板温度は、中央付近＝約１２０℃、基板の端から１０ｍｍ内側の部分＝約１２０℃、基板の端から１０ｍｍ内側の部分＝約１３５℃となった。これは、中央付近は粘着シートによって接触しており、周辺１０ｍｍの部分はリングによって押さえられているが、粘着シートの範囲より外側の周辺３０ｍｍの部分は若干のふくらみが発生したため、温度に差が出たものと思われる。

しかしながら、従来方式のように周辺部のみリングで押さえている方式に比べ、温度は十分低く保たれており、中央付近を凹凸の粘着シートで接触させ、周辺部をリングで押さえることにより、膨らみを小さく出来ていることがわかる。脱着は非常に簡単に行うことができた。

なお、実施の形態１及び２では、プラズマ源に供給する電力として、高周波を用いたが、直流電力を用いても構わない。また、スパッタリング装置を例として説明したが、誘導結合プラズマや容量結合プラズマを用いた、ドライエッチング、ＣＶＤなどの処理においても同様の効果が得られる。

プラズマ処理装置に限らずフレキシブル基板の表面の温度を制御する場合に有効である。

例えば、基板の温度を低く保ちながらフラットに保持することが必要な製造工程で有効である。

従来例１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図従来例２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図従来例における粘着シート貼り付けフローを示す図従来例における基板の膨らみをあらわした断面図従来例における基板温度の変化を表現した図本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図本発明の実施の形態１におけるトレイ周辺の構成を示す断面図本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図本発明の実施の形態２におけるトレイ周辺の構成を示す断面図本発明の実施の形態２における圧力、流量の挙動を示す図

符号の説明

２０１真空室
２０２ガス供給装置
２０３排気装置
２０４調圧弁
２０５プラズマ源
２０６高周波電源
２０７プラズマ
２０８ターゲット
２０９冷却プレート
２１０トレイ
２１１粘着シート
２１２基板
２１３ガス供給装置
２１４冷却プレート
２１５圧力計
２１６圧力調整弁
２１８リング

Claims

真空室内にプロセスガスを供給するとともに排気し、前記真空室内に配置されたフレキシブル基板を保持するトレイに対向して配置されたプラズマ源に電力を印加することで、前記真空室内にプラズマを発生させ前記基板を処理するプラズマ処理方法において、
前記トレイはその表面に着脱可能な粘着シートを有し、前記粘着性シートの凸部の面積は前記粘着性シート全体の２０％以上５０％以下であり、かつ、粘着性シートの凸部と凹部の高さの差が５μｍ以上３００μｍ以下であり、
前記基板の裏面の圧力をモニタリングし、前記基板の裏面の圧力が一定圧力なるまでの期間において、基板裏面の圧力が最大値を示し、降下し始めた時点から、前記基板と前記トレイとの間に形成された空間に熱伝導性気体を送り込みながら排気することで、前記基板を処理すること
を特徴するプラズマ処理方法。
前記基板の周囲を熱伝導性気体の圧力とほぼ同等の単位面積当たりの重さのリングで押さえるようにしたこと
を特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方法。
前記粘着性シートの硬度がＪＩＳＫ６２５３による硬さ試験方法において、２０〜６０であること
を特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。