JP5481206B2 - エッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラスチックフィルム或いはその他の材料から成る連続したウエブ基板を加工するのに用いられるエッチング装置に関するものである。

フィルム状の連続したウエブ基板を加工するのには一般に巻取り式の装置が用いられている。例えば、特許文献１には、真空チャンバ内に、基体フィルムを巻出軸からガイドローラと、主ローラと、別のガイドローラとを通って巻取軸へ移送するようにこれら要素を配置し、主ローラに対向した位置に成膜源を配置して、主ローラと接触する基体フィルムの部分の表面に成膜するようにした巻取式成膜装置が記載されている。同様な装置の例として特許文献２及び特許文献３に記載のものを挙げることができる。

これら先行技術のものはいずれも、各構成要素を真空チャンバ内に配置され、必要な真空雰囲気内で動作するように構成されている。そのため、使用する真空チャンバの容積は大きくなり、運転コストが嵩み、結果として製造コストが高くつくことになる。

ところで、近年、省エネやＣＯ_２削減の観点から、例えば太陽光発電に用いられる太陽発電パネルなどはできるだけ性能を向上させると同時に価格を下げて普及を図るようにすることが望まれている。そのためには、関連する部品や機器の製造コストを低減する必要がある。製造設備を大型化して効率化を図ればそれだけ製品の生産性は上げられるが、その反面、基板の成膜など、実質的に真空雰囲気内で処理する必要があるため、製造設備が大型化すればする程、真空排気系も大型化し、運転コストが増大するだけでなく設備自体も高価なものとなる。

また、真空チャンバを二つの室すなわち処理例えば成膜の行われる室（処理室）と、巻出し及び巻取りの行われる室（移送又は巻出し及び巻取り室）とに分け、それぞれの室に真空排気系を設け、それぞれ所要の真空レベルに排気できるようにした装置も知られている（特許文献４参照）。そしてかかる装置では両室を仕切る仕切り部材と主ローラすなわち処理ローラとの間には帯状基板を通過させる開口部が画定されている。

このような先行技術の巻取り式の真空処理装置をＲＦ電力を用いるプラズマ加工装置に応用すると、処理すべき基板の移送経路に沿って異常放電が生じ、結果として基板に対して所望のプラズマ加工が得られなくなるという問題点がある。

特開２００９−１９２４６ 米国特許第４，９６２，７２５ 米国特許第５，３５０，５９８ ＥＰ−Ａ−１４０８１３５

本発明は、巻取り式の真空処理装置をＲＦ電力を用いるプラズマ加工装置に適用するに際し、異常放電の発生を抑え、しかも比較的低コストで基板を処理できるようにしたエッチング装置を提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、本発明によれば、処理すべきウエブ基板が接触して通過する処理ローラの一部を受けるように設けられ、高真空に排気される処理室と、処理すべき基板を案内しかつ移送する移送室と、処理室と移送室とを分離する仕切り壁部材とを有し、処理ローラをＲＦ電源に接続し、処理室にプラズマ生成用のガスを導入して処理室内にプラズマを発生させ、移送室が処理ローラの一部を受ける中央領域と巻出軸及び巻取軸の設けられる側部領域とを備え、移送室の中央領域と側部領域とをＮ_２ガスカーテンで仕切り、移送室の中央領域を低真空に排気し、移送室の側部領域を大気圧に設定したことを特徴とするエッチング装置が提供される。

本発明によるエッチング装置においては、Ｎ_２ガスカーテンは、処理すべき基板に平行に流れる複数条から成り得る。

本発明によるエッチング装置においては、移送室の中央領域は５トール程度の低真空に設定され得る。一方、処理室は３０ミリトールから４００ミリトールの高真空にされ得る。

また、Ｎ_２ガスカーテンの各条の幅すなわち図示例では垂直方向幅は、異なるように構成される。そして本発明の一実施形態によれば、Ｎ_２ガスカーテンは１０条程度設けられ得る。

本発明によるエッチング装置においては、移送室が処理ローラの一部を受ける中央領域と巻出軸及び巻取軸の設けられる側部領域とを備え、移送室の中央領域と側部領域とをＮ_２ガスカーテンで仕切り、移送室の中央領域を低真空に排気し、移送室の側部領域を大気圧に設定したことにより、巻出軸及び巻取軸は絶縁されて大気圧にされ、隔離されることになる。これにより移送室での異常放電は避けられ、また従来、断続的にしか可能でなかったメタル層の処理を連続して行うことができ、従って処理効率を大幅に向上させることができ、生産性及び製造コストを改善することができる。

本発明によるエッチング装置の一実施形態を示す概略線図。 図１のエッチング装置によるエッチング特性を示すグラフ。 図１のエッチング装置による別のエッチング特性を示すグラフ。

以下添付図面を参照して本発明によるエッチング装置の一実施形態について説明する。
図１には、帯状基板のプラズマ加工に適用した本発明の一実施形態による巻取り式エッチング装置を示し、図示装置は、真空処理室１と、仕切り壁部材２と、移送室３とを有している。４は処理ローラであり、加熱又は冷却できるように構成されている。図示したように、この処理ローラ４の一部は真空処理室１内に位置し、残りの部分は移送室３内に位置している。真空処理室１は図示していない真空排気系に接続され、内部を所望の高真空例えば３０ミリトールから４００ミリトールに設定できるようにされている。また真空処理室１にはプラズマ生成用のガスを導入するガス導入口１ａが設けられており、このガス導入口１ａは図示していない適当なガス供給源に接続されている。そして処理ローラ４はＲＦ電源５に接続されている。これにより真空処理室１内にエッチング処理に必要なプラズマを発生する。真空処理室１は仕切り壁部材２によって及び移送室３と分離され、そして真空処理室１は移送室３より高い真空度に維持される。

移送室３には処理すべきウエブ基板６の移送機構、すなわち巻出軸７、巻取軸８、ガイド及びテンションローラ９、１０が設けられている。処理すべきウエブ基板６は、巻出軸７から繰り出され、ガイド及びテンションローラ９を介して仕切り壁部材２と処理ローラ４の表面との間の隙間すなわち開口部を通り、真空処理室１に入り、処理ローラ４の表面と接触して移送され、そして仕切り壁部材２と処理ローラ４の表面との間の開口部を通り、ガイド及びテンションローラ１０を介して巻取軸８に連続して巻取られる。仕切り壁部材２と処理ローラ４の表面との間の隙間すなわち開口部はウエブ基板６が通過できる最小限度に寸法決めされるが、ウエブ基板６が振動することを考慮してその分余裕をもって設定される。またウエブ基板６の振動はガイド及びテンションローラ９、１０によって防止するようにしている。動作時に、巻出軸７から繰り出されたウエブ基板６がガイド及びテンションローラ９を通り、真空処理室１内に位置した処理ローラ４の表面部分に接触して移動していく間に、処理ローラ４の下方で真空処理室１内に形成されたプラズマによりウエブ基板６はエッチング処理される。こうしてエッチング処理されたウエブ基板６は仕切り壁部材２と処理ローラ４の表面との間の開口部を通り、ガイド及びテンションローラ１０を介して巻取軸８に連続して巻取られる。

移送室３において、巻出軸７とガイド及びテンションローラ９との間及び巻取軸８とガイド及びテンションローラ１０との間にはそれぞれ複数条のＮ_２カーテン１１、１２が設けられ、これらのＮ_２カーテン１１、１２はそれぞれ移送されるウエブ基板６の表裏に平行にのび、言い換えれば移送室３の奥壁から手前の壁へ又は手前の壁から奥壁へ向かって流れ、図示していないが、移送室３の奥壁又は手前の壁には窒素ガスのスリット状噴出し口が設けられ、一方、移送室３の手前の壁又は奥壁には窒素ガスのスリット状吸込み口が設けられている。各スリット状噴出し口は適当な窒素ガス供給源（図示していない）に接続され、所要の圧力で窒素ガスを噴出する。また、スリット状噴出し口とスリット状吸込み口は図示していないガス循環系を介して窒素ガスを循環させて使用するように構成され得る。図示例では図面を簡潔にするためにＮ_２カーテン１１、１２はそれぞれ４条づつしか示されていないが、好ましくは１０条程度に構成され得る。Ｎ_２カーテン１１、１２によって、巻出軸７及び巻取軸８の設けられている移送室３の側部領域は、処理ローラ４の一部及びガイド及びテンションローラ９、１０の位置している移送室３の中央領域から絶縁され、そして大気圧にされる。一方、移送室３の中央領域は、真空処理室１より真空度の低い例えば５トール又はそれ以上の程度の低真空に維持される。これにより、移送室内での異常放電を避けることができ、従来、断続的にしか可能でなかったメタル層の処理を連続して行うことができる。

図２には、図１のエッチング装置によるＳｉエッチング特性を示す。

Ｓｉのエッチング特性を取得するために、図１に示す巻取り式エッチング装置の処理ローラ４を２５℃に調温し、幅２００ｍｍ 厚さ４５μｍのポリイミド製のベース層を挟んで表裏面にそれぞれアルミニウム膜を２．５μｍの厚さで形成してフィルム層を作成した。このフィルム層にＳｉをＰ―ＣＶＤ法で１μｍの厚さで形成して実験用のフィルムを形成して実験した。

また、エッチレートを比較するためのＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４もそれぞれＡｌの片面にそれぞれ３００ｎｍの厚さで付着させて実験に用いた。巻取り速度は１〜６０ｍｍ／分、処理ローラ４は２０〜６０℃に設定可能である。エッチングガスはガス導入口１ａを通してガス管からＣＦ_４，塩素、水素、Ａｒ、Ｈiなどを混合して巻き取り装置の中に導入する。このときガス管は処理ローラ４と対向している壁面に止められており、Φ０．７の穴があけられている。ピッチとしては５０〜８０ｍｍ程度である。仕切り壁部材２は放電空間を仕切るメッシュ或いはΦ０．７程度のパンチングメタル厚さ２ｍｍ、Ａｌ製である。空間すなわち移送室３はＴＭＰやＤＰ（拡散ポンプ）に接続されており、真空処理室１より真空度の低い例えば容易に放電しない５トール又はそれ以上の程度の低真空に維持される。また処理ローラ４には、１３．５６ＭＨｚの電源５が接続され、入力パワーは５００〜１０００Ｗである。

図２に例示したＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４のエッチング特性はそれぞれＣＦ_４、５００ｓｃｃｍに対して水素の量、塩素の量を変化させてＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４のエッチングレートをフィルムを代えガスを代えて取得したものである。巻取り速度は１ｍ／分であった。

図３には図１のエッチング装置によるＩＺＯエッチング特性を示す。
図３の実験について説明すると、フィルム基板は２０μｍ厚さのＳＵＳ製基板をベースにし両面に２０μｍのポリイミドを塗布したカプトンフィルムにさらにマグネトロンスパッタでＩＺＯを３００ｎｍ製膜して０．１〜６０ｍｍ／分の速度で巻取り、実験では１ｍ／分で行った。またＩＺＯの代わりに、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４もそれぞれＰ−ＣＶＤ法で３００ｎｍの厚さに成膜した。図２のデータの取得時と同様に、ＨIガス４００ｓｃｃｍをベースとしてＡｒ、ＨｅガスをＳｉＯ_２、ＳｉＮの場合にそれぞれＨｅ、Ａｒをガス中に流した。その結果、図３に示すようなデータが得られた。但し処理ローラ４の温度は６０℃であった。ＲＦパワーは１ＫＷを印加した。また本実験中は空間すなわち移送室３や巻出軸７におけるロールも巻取軸８に巻かれたロールも損傷を受けなかった。

本発明は、太陽電池のテクスチャー形成、有機EL、サーマルヘッドの絶縁膜エッチングに有利に応用され得る。

１：真空処理室
２：仕切り壁部材
３：移送室
４：処理ローラ
５：ＲＦ電源
６：ウエブ基板
７：巻出軸
８：巻取軸
９：ガイド及びテンションローラ
１０：ガイド及びテンションローラ
１１：Ｎ_２カーテン
１１：Ｎ_２カーテン
１ａ：ガス導入口

Claims (4)

1. 処理すべきウエブ基板が接触して通過する処理ローラの一部を受けるように設けられ、高真空に排気される処理室と、処理すべき基板を案内しかつ移送する移送室と、処理室と移送室とを分離する仕切り壁部材とを有し、処理ローラをＲＦ電源に接続し、処理室にプラズマ生成用のガスを導入して処理室内にプラズマを発生させ、移送室が処理ローラの一部を受ける中央領域と巻出軸及び巻取軸の設けられる側部領域とを備え、移送室の中央領域と側部領域とをＮ_２ガスカーテンで仕切り、移送室の中央領域を低真空に設定し、移送室の側部領域を大気圧に設定したことを特徴とするエッチング装置。
2. Ｎ_２ガスカーテンが、処理すべき基板に平行に流れる複数条から成ることを特徴とする請求項１記載のエッチング装置。
3. 移送室の中央領域が低真空に設定され、また処理室が３０ミリトールから４００ミリトールの高真空に設定されることを特徴とする請求項１記載のエッチング装置。
4. 処理すべきウエブ基板がメタル層であることを特徴とする請求項１記載のエッチング装置。

Images