JP2012129471A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 紫外線の照射条件の安定化を実現する基板処理装置を提供する。
【解決手段】 本発明の基板処理装置１は、ステージ４上に基板１００を載せて紫外線照射装置２により基板表面に紫外線を照射することにより基板表面を改質するように構成される。この基板処理装置１は、吸着手段を備える。吸着手段は、基板裏面側からエアを吸引する機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板表面を改質する基板処理装置に関する。

従来より、ステージ上に、太陽電池セルや有機ＥＬ素子用の樹脂基板を載せて紫外線照射装置により基板表面に紫外線を照射することにより基板表面を改質（物理的性質および化学的性質の両方を含む。）する基板処理技術が知られている（例えば、特許文献１等参照）。

特開２００７−２１６１２７号公報

このような基板処理技術では、改質後の表面状態の均質化のため、紫外線の照射条件（例えば、紫外線ランプから基板表面までの距離など。）も一定にする必要がある。特に、樹脂基板は軽量であるため、ステージ上から基板が浮きやすく、紫外線の照射条件が安定しないという問題がある。不活性ガスやプロセスガスが基板表面に流動状態で供給される場合には、ガスの気流で基板が躍ってしまうのでなおさら問題である。また、製品の市場価格の低下要求もあって紫外線の照射時間の短縮も急務となっている。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、紫外線の照射条件の安定化を実現する基板処理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、本発明の基板処理装置は、ステージ上に基板を載せて紫外線照射装置により基板表面に紫外線を照射することにより基板表面を改質するように構成される。この基板処理装置は、吸着手段を備える。

吸着手段は、基板裏面側からエアを吸引する機能を有する。また、加熱手段は、基板を加熱する機能を有する。

この基板処理装置においては、吸着手段のエア吸引により基板がステージ上に安定的に固定される。基板の固定は、基板の浮きや躍りの防止につながる。

また、本発明の基板処理装置においては、基板を加熱する加熱手段を備えることも可能である。これによると、加熱手段により基板が加熱され、基板表面の温度が高められる。基板表面の温度上昇は、紫外線照射による基板表面の改質の促進に寄与する。

また、本発明の基板処理装置においては、ステージとして、ベースプレート、中間プレート、およびトッププレートが順に積層された構造のものを好適に用いることが出来る。具体的には、ベースプレートには熱源が設けられ、トッププレートには多数の吸気孔が形成され、中間プレートにはエア吸引用の気密空間を作るためのシールリングが設けられている。

これによると、吸着手段および加熱手段の機能部をステージと一体にコンパクトに構成することが出来る。

また、本発明の基板処理装置においては、基板表面に不活性ガスまたは酸素を供給するガス供給装置を備える。大気中には体積比で約２０％の酸素が存在する。したがって、ガス供給手段により不活性ガスを供給することにより、基板表面の雰囲気を所望の酸素濃度に設定することが可能となる。他方、ガス供給手段により酸素を供給することにより、基板表面の雰囲気を酸素で置換することが可能となる。いずれにしても酸素の存在下に紫外線が照射されることになり、紫外光のエネルギーにより酸素が励起されて活性酸素が生成される。したがって、生成される活性酸素による改質が進行する。

また、本発明の基板処理装置においては、紫外線照射装置の光源として、真空紫外線を出射する光源を好適に用いることが出来る。このような光源としては、例えば波長１７２ｎｍに発光ピークを有するエキシマランプを挙げることが出来る。これによると、基板表面の改質に費やす紫外線照射時間を大幅に短縮することが出来る。

なお、ステージの材質は耐熱性および耐光性を備える材料であることが望ましい。例えば、硬質アルマイト処理が施されたアルミニウムなどは安価で入手が容易であるため好適である。

また、本発明の基板処理装置においては、ステージを昇降自在に支持する昇降装置を備えている。この構成によると、昇降装置によりステージを昇降させることにより、紫外線照射装置の光源と基板表面との間の距離（以下、「照射距離」という。）が調節される。したがって、基板の種類に応じて表面改質に適した照射距離に容易に設定することが出来る。

本発明の基板処理装置によれば、紫外線の照射条件の安定化を実現することが出来る。

本発明の一実施形態に係る基板処理装置を示す概略断面図である。 同上基板処理装置に備えられるステージの概略構成を示す分解平面図である。 同上基板処理装置に備えられるステージの概略構成を示す断面図である。

図１を用いて、本発明の実施形態に係る基板処理装置の概略構成を説明する。本発明の基板処理装置１は、ステージ４上に基板１００を載せて紫外線照射装置（紫外線照射ユニット）２により基板表面に紫外線を照射することにより基板表面を改質するように構成される。

ここで、処理対象である基板１００は、紫外線照射により表面改質が進行するような素材で出来ている。具体的には、ガラス基板や樹脂基板が好適に用いられる。樹脂基板の例としては、太陽電池セルや有機ＥＬ素子用の樹脂基板として有用なＰＥＮフィルム（２軸延伸ポリエチレン２，６−ナフタレート）やＰＥＴフィルム（２軸延伸ポリエチレンテレフタレート）が挙げられる。

この基板処理装置１は、図１に示すように、主として、紫外線照射ユニット（上部ユニット）２および処理室ユニット（下部ユニット）３の２つのユニットから構成される。

紫外線照射ユニット２は、光源である紫外線ランプ２２が、薄箱形の外形を呈するハウジング２０内に収容されたユニットである。本実施の形態では、紫外線ランプとして、真空紫外線を出射するエキシマランプ（株式会社クォークテクノロジー製）を好適に用いることが出来る。エキシマランプは、波長１７２ｎｍに高発光強度の単一の発光ピークを有するランプである。真空紫外領域（波長１０〜２００ｎｍ）の紫外光はエネルギーが極めて高いので、基板表面の改質に費やす紫外線照射時間を大幅に短縮することが出来る。紫外線ランプとしては、エキシマランプの他に、用途に応じて高圧水銀ランプ、紫外線ＬＥＤ、低圧水銀ランプを用いることも可能である。

ハウジング２０の下壁には紫外線ランプ２２の配置領域の下側に位置する部分に開口２０Ａが形成されている。開口２０Ａには、紫外線を透過する材料（例えば、石英ガラスや石英合成ガラスなど）から出来た照射窓２１が設けられる。開口２０Ａと照射窓２１との隙間には図示しないシール部材を配設し、ハウジング２０内を密閉している。

また、照射窓２１の下方には、フィルタ２８が設置されている。フィルタ２８は、光透過性に優れた石英又は合成石英を素材として、薄板状に形成されている。フィルタ２８は、例えば、固定ネジを介して、全面を照射窓２１の下面に密接または近接させた状態で着脱自在に配置されている。基板表面において発生した塵埃は、フィルタ２８に付着し、照射窓２１に付着することがない。フィルタ２８のみを交換又は清掃することで塵埃の付着による紫外線の照射効率を回復することができ、紫外線ランプ２２のランニングコストを低減できる。

本実施の形態では、紫外線ランプ２２は箱形のランプを用いている。紫外線ランプ２２と照射窓２１との間の隙間２７には、ダクト２６が設けられている。ダクト２６は隙間２７に向けて開口する複数の排気孔２６Ａを有している。

ハウジング２０の左右両側壁には吸気管２５がそれぞれ貫設されている。ダクト２６の左右両端と吸気管２５の一端とはジョイント２３を介して接続されている。吸気管２５の他端はハウジング２０の外部に突出しており、ジョイント２４を介して図示しない不活性ガス（例えば、窒素、アルゴンなど。）のボンベから延びる送気管に接続される。これにより、前述の隙間２７に不活性ガスを流すことが出来る。すなわち、紫外線ランプ２２を不活性ガス雰囲気に配置することが可能となる。

紫外線ランプ２２から出射される紫外線（特に、エキシマランプの真空紫外線）は、酸素などに吸収されると、照度の低下とオゾンの発生を招く。したがって、上述のように紫外線ランプ２２を不活性ガス雰囲気に配置することにより紫外線の吸収をなくすことが出来る。

処理室ユニット３は、処理対象である基板１００を載せるステージ４が、薄箱形の外形を呈するハウジング３０内に収容されたユニットである。

ハウジング３０の右側壁には吸気管３１が貫設され、ハウジング３０の左側壁には排気管３２が貫設されている。図１に示された実施形態では、吸気管３１が２つ、排気管３２が１つ設けられた例が示されているが、吸気管３１および排気管３２の数はこれに限定されるものではない。吸気管３１の一端はハウジング３０の外部に突出しており、ジョイント３３を介して図示しない不活性ガス（例えば、窒素、アルゴンなど）もしくは酸素のボンベから延びる送気管に接続されている。これにより、ハウジング３０内に不活性ガスもしくは酸素を供給することが出来る。

上述した吸気管３１、排気管３２、不活性ガスもしくは酸素のボンベ、およびボンベの送気管は、本発明のガス供給装置を構成している。

大気中には体積比で約２０％の酸素が存在する。したがって、上述のように不活性ガスをハウジング３０内に供給することにより、基板表面の雰囲気を所望の酸素濃度に設定することが可能となる。他方、酸素を供給することにより、基板表面の雰囲気を酸素で置換することが可能となる。いずれにしても酸素の存在下に紫外線ランプ２２からの紫外線が照射されることになり、紫外光のエネルギーにより酸素が励起されて活性酸素（例えば、ＯＨラジカルなど。）が生成される。したがって、生成される活性酸素による基板表面の改質が進行する。なお、不活性ガスを供給する場合は、ハウジング３０内の酸素濃度が一定になるように、酸素センサを設けてガス流量を制御しても良い。

ハウジング３０の上壁にも前述の開口２０Ａに対応して開口３０Ａが設けられているこの開口３０Ａの真下にステージ４が配置されている。紫外線照射ユニット２は処理室ユニット３上に、両ユニットのハウジング２０，３０の開口２０Ａ，３０Ａが合致するように重ねられ、処理室ユニット３の上部へビス止めにより固定される。したがって、照射窓２１および開口３０Ａを通して紫外線ランプ２２から出射される紫外線をステージ４に載せられた基板１００の表面に照射することが可能である。

本実施の形態では、ステージ４は、ベースプレート４１、中間プレート４２、およびトッププレート４３の３枚の矩形のプレートが順に積層された構造である。これらのプレートの材質は、耐熱性および耐光性を考慮して備える材料であることが望ましい。例えば、硬質アルマイト処理が施されたアルミニウムなどは安価で入手が容易であるため好適である。

ステージ４の詳細な構成を、図２および図３を用いて説明する。図２に示すように、各プレート４１，４２，４３の四隅にはネジ孔４１Ａ，４２Ａ，４３Ａがそれぞれ設けられている。したがって、３枚のプレート４１，４２，４３を重ね、四隅のネジ穴に図示しないネジを差し込めば、これらのプレートを圧着状態に固定することが出来る。

ベースプレート４１の上面中央部にはフィルム状のヒータ９（例えば、ポリイミドヒータなど。）が配置されている。ヒータ９は、ヒータ線１３を介して図示しない電流源に接続されており、通電されることによりジュール熱を発生するように構成される。この熱は、トッププレート４１まで伝熱する。これにより、トッププレート４１上に載せられた基板１００を加熱することが出来る。なお、図２における符号４１Ｃで示される溝は、ヒータ線１３を引き出すためのベースプレート４１上面に形成された溝である。

上述したヒータ９および電流源は、本発明の加熱手段を構成している。

さらにベースプレート４１の一端には、吸引ノズル１１を取付けるための取付孔４１Ｂが設けられている。また、取付孔４１Ｂの近傍に位置するベースプレート４１の一端縁には熱電対１２を取付けるための溝４１Ｄが設けられている。熱電対１２はヒータ９の発熱制御、すなわち基板温度の制御用である。

トッププレート４３には多数の微少な吸気孔４３Ｂがほぼ全面に設けられている。

中間プレート４２には、前述のベースプレート４１の取付孔４１Ｂに対応した位置に吸引孔４２Ｂが設けられている。図３に示すように、ベースプレート４１の取付孔４１Ｂには、吸引ノズル１１が挿着される。吸引ノズル１１の下端は図示しないバキュームジェネレータに接続されている。吸引ノズル１１の上端はＯリングパッキン１０によりシールされる。なお、図３における符号４２Ｃで示される凹部は、前述のヒータ９を収納するための中間プレート４２下面に設けられた凹部である。

さらに中間プレート４２の上面には、周縁にゴム製のシールリング８が接着されている。これにより、図３に示すように、中間プレート４２とトッププレート４３との間のシールリング８で囲まれた領域に密閉空間が形成されるようになる。したがって、吸引ノズル１１を用いてこの空間のエアを吸引することにより、この空間が負圧になり、トッププレート４３の多数の吸気孔４３Ｂを通して矢印Ｋの方向に吸引気流が発生する。これにより、基板１００を吸引してトッププレート４３上に確実に固定することができる。

上述したベースプレート４１の取付孔４１Ｂ、中間プレート４２の吸引孔４２Ｂ、トッププレート４３の吸気孔４３Ｂ、Ｏリングパッキン１０、シールリング８、吸引ノズル１１並びにバキュームジェネレータは、本発明の吸着手段を構成している。

本実施の形態によると、吸着手段および加熱手段の機能部をステージ４と一体にコンパクトに構成することが出来る。

以上のように構成されるステージ４は、図１に示されるように、昇降装置５により昇降自在に支持されている。したがって、昇降装置５を用いてステージ４を昇降させることにより、紫外線ランプ２２と基板表面との間の距離Ｄ（以下、「照射距離」という。）が調節される。したがって、基板の種類に応じて表面改質に適した照射距離に容易に設定することが出来る。

以上のように構成される基板処理装置１による基板表面の改質原理について、基板１００として樹脂基板、紫外線ランプ２２としてエキシマランプを使用した場合を例にして説明する。

真空紫外線を基板表面に照射すると、高いエネルギーにより表面分子の主鎖や側鎖の大部分が切断され、表面からは素材に含まれる水素原子が分離される。この水素原子は、大気中の酸素から紫外光により生成された活性酸素（例えば、ＯＨラジカルなど。）と結合してアシル基（ＣＯＨ）、ヒドリキシル基（ＯＨ）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）などが表面に形成される。これにより、基板表面の物理的性質および化学的性質が改質（平滑性や親水性の向上など）される。この結果、接着剤や塗料等の基板表面への被着が困難であったコーティング材との密着性が改善され、膜圧の均質化が得られる。また、改質と同時に各種素材の表面に残留する有機物の汚染物質や素材自体から滲み出る油分を真空紫外線と活性酸素により酸化洗浄することが可能である。

また、本発明の基板処理装置１においては、紫外線の照射中、吸引ノズル１１によりシールリング８に囲まれた空間のエアが吸引され、図３に矢印Ｋで示す吸引気流が発生する。これにより、基板１００はトッププレート４３上に安定的に固定され、基板の浮きや躍りが防止される。さらに、ベースプレート４１に配設されたヒータ９（図２参照。）に通電され、ヒータ９が発熱する。この熱は、トッププレート４１まで伝熱し、高温となったトッププレート４１を介して基板１００が加熱される。これにより、基板表面の温度を高めて紫外線による改質を促進することが出来る。したがって、本発明の基板処理装置１によれば、紫外線の照射条件の安定化、照射時間の短縮、および改質効果の向上を実現することが出来る。

本発明の基板処理装置を用いて実際に基板表面の改質を行い、その表面に導電膜のコーティングを行ったサンプルを２つ得た。これを実施例１、２とする。比較のため、未改質の基板に同様にコーティングを行ったサンプルも２つ得た。これを比較例１、２とする。実験は以下の要領で行った。

＜紫外線照射条件（実施例）＞
紫外線ランプ２２には、エキシマランプ（波長１７２ｎｍ）を使用した。照射距離は４ｍｍ、照射強度は４０ｍＷ／ｃｍ^２、照射時間は１０秒とした。処理対象の基板１００にはＰＥＮフィルムを用いた。紫外線の照射中、吸着手段および加熱手段も動作させた。また、処理室ユニット３のハウジング３０内に窒素ガスを流量２０Ｌ／ｍｉｎで供給した。

＜コーティング（実施例、比較例）＞
Ａｇ含有高分子導電膜を基板表面に膜圧１００ｎｍでスリットコート法により成膜し、風乾５分、６０℃のホットプレート上で５分、さらに１２０℃のオーブン内で５分乾燥した。なお、オーブンの代わりに赤外線ヒータを用いても良い。

＜密着性テスト＞
上記のようにして得た実施例および比較例のサンプルを用いてテープ剥離試験による未着性テストを行った。使用テープは、３Ｍ社のスコッチブランドテープコアシリーズ２−０３００とした。

抵抗値測定および密着性テストの結果を表１に示す。密着性テストの結果において、表中の「○」は導電膜の剥離がなかったことを示し、「×」は導電膜の剥離が起こったことを示している。

表１に示すように、本発明の基板処理装置を用いて表面改質を行った実施例のサンプルでは、テープ剥離試験において導電膜の剥離が全く起こらなかったが、未改質の比較例のサンプルではいずれも剥離が起こってしまった。剥離が起こらないことは、基板表面と導電膜との密着性が強固であることを意味する。すなわち、真空紫外線の照射より、基板表面の化学的性質（例えば、親水性など。）が改質されることが確かめられた。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１−基板処理装置
２−紫外線照射ユニット
３−処理室ユニット
４−ステージ
５−昇降装置
８−シールリング
９−ヒータ
２２−紫外線ランプ
４１−ベースプレート
４２−中間プレート
４３−トッププレート

Claims (7)

1. ステージ上に基板を載せて紫外線照射装置により基板表面に紫外線を照射することにより前記基板表面を改質する基板処理装置において、
   前記基板裏面側からエアを吸引して前記基板をステージ上に固定する吸着手段と、
   を備える基板処理装置。
2. 前記基板を加熱する加熱手段を備える請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記ステージは、熱源が設置されたベースプレートと、多数の吸気孔が形成されたトッププレートと、前記ベースプレートと前記トッププレートとの間に介装されエア吸引用の気密空間を作るためのシールリングが設けられた中間プレートと、を積層した構造で構成される請求項１または２に記載の基板処理装置。
4. 前記基板表面に不活性ガスまたはプロセスガスを供給するガス供給装置を備える請求項１〜３のいずれかに記載の基板処理装置。
5. 前記紫外線が、真空紫外線である請求項１〜４のいずれかに記載の基板処理装置。
6. 前記ステージに、硬質アルマイト処理が施された請求項１〜５のいずれかに記載の基板処理装置。
7. 前記ステージを昇降可能に支持する昇降装置を備える請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装置。

Images