JP6416440B1 - 成膜方法及び巻取式成膜装置 - Google Patents

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Abstract

可撓性基板の変形を抑制するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、真空容器内の水分圧が目的値以下になるまで上記真空容器が排気される予備処理を含む。上記真空容器内に配置された第１クロムターゲットと第２クロムターゲットとの間に交流電圧を印加することによりプラズマが発生する。上記第１クロムターゲット及び上記第２クロムターゲットに対向するように配置された可撓性基板の成膜面にクロム層が形成される。

Description

本発明は、成膜方法及び巻取式成膜装置に関する。
基材上に多層構造の金属配線がパターニングされた電子部品などでは、基材と金属配線との間に密着層を形成する場合がある。
例えば、基材上に密着層としてのクロム（Ｃｒ）層を予め形成し、このクロム層上に多層膜を形成する技術がある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、密着層としてのクロム層の機能を高めるために、クロム層の内部応力を低減させている。例えば、クロム層を成膜しているときの酸素濃度を低く設定し、内部応力を低減させたクロム層を基材と多層膜との間に形成している。
特開２０１０−１２６８０７号公報
しかし、成膜中の酸素濃度を低くしても、成膜条件によっては、クロム層の内部応力が高くなる場合がある。そして、クロム層の下地がフレキシブルな可撓性基板であると、クロム層の影響を受けて可撓性基板が変形してしまう。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、内部応力が抑制されたクロム層を可撓性基板上に形成することにより、可撓性基板の変形が抑制される成膜方法及び巻取式成膜装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る成膜方法は、真空容器内の水分圧が目的値以下になるまで上記真空容器が排気される予備処理を含む。上記真空容器内に配置された第１クロムターゲットと第２クロムターゲットとの間に交流電圧が印加することによりプラズマが発生する。上記第１クロムターゲット及び上記第２クロムターゲットに対向するように配置された可撓性基板の成膜面にクロム層が形成される。
このような成膜方法によれば、真空容器内の水分圧が目的値以下の状態で可撓性基板の成膜面にクロム層が形成される。これにより、クロム層と水との反応が抑えられ、クロム層内にはクロム酸化物が形成されにくくなる。さらに、クロム層は、第１クロムターゲットと第２クロムターゲットとの間に交流電圧を印加することにより発生したプラズマにより形成される。これにより、スパッタ粒子は、よりランダムな方向から可撓性基板に入射しやすくなる。この結果、クロム層が形成された可撓性基板の変形が極力抑えられる。
上記の成膜方法においては、上記目的値は、３．０×１０−４Ｐａであり、水分圧は、３．０×１０−４Ｐａ以下に設定されてもよい。
これにより、真空容器内の水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下の状態で可撓性基板の成膜面にクロム層が形成され、クロム層が形成された可撓性基板の変形が極力抑えられる。
上記の成膜方法においては、上記予備処理において、上記可撓性基板が６０℃以上１８０℃以下に加熱されてもよい。
これにより、予備処理として、上記可撓性基板が６０℃以上１８０℃以下に加熱され、可撓性基板の成膜面にクロム層が形成されても、可撓性基板の変形が極力抑えられる。
上記の成膜方法においては、上記予備処理において、上記第１クロムターゲットと上記第２クロムターゲットとの間に上記交流電圧が印加されて予備放電がなされてもよい。
これにより、予備処理として、上記第１クロムターゲットと上記第２クロムターゲットとの間で予備放電が行われ、可撓性基板の成膜面にクロム層が形成されても、可撓性基板の変形が極力抑えられる。
上記の成膜方法においては、上記クロム層を形成する工程では、上記交流電圧の周波数として、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数が用いられてもよい。
これにより、上記クロム層を形成する工程では、上記交流電圧の周波数として、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数が用いられ、可撓性基板の成膜面にクロム層が形成されても、可撓性基板の変形が極力抑えられる。
上記の成膜方法においては、上記クロム層を形成する工程では、上記第１クロムターゲットまたは上記第２クロムターゲットに１．０Ｗ／ｃｍ２以上３．０Ｗ／ｃｍ２以下の交流電力が投入されてもよい。
これにより、上記クロム層を形成する工程では、上記第１クロムターゲット及び上記第２クロムターゲットに１．０Ｗ／ｃｍ２以上３．０Ｗ／ｃｍ２以下の交流電力が投入され、可撓性基板の成膜面にクロム層が形成されても、可撓性基板の変形が極力抑えられる。
上記の成膜方法においては、上記第１クロムターゲットのターゲット面は、上記第２クロムターゲットのターゲット面に対して平行に配置されてもよい。
これにより、上記クロム層を形成する工程では、上記可撓性基板の成膜面に入射するスパッタ粒子の入射角がさらに広角になり、可撓性基板の成膜面にクロム層が形成されても、可撓性基板の変形が極力抑えられる。
上記の成膜方法においては、上記可撓性基板として、ポリイミドフィルムが用いられてもよい。
これにより、上記可撓性基板として、ポリイミドフィルムが用いられ、ポリイミドフィルムの成膜面にクロム層が形成されても、ポリイミドフィルムの変形が極力抑えられる。
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る巻取式成膜装置は、真空容器と、排気機構と、フィルム走行機構と、成膜源とを具備する。上記真空容器は、減圧状態を維持することができる。上記排気機構は、上記真空容器内の水分圧が目的値以下になるまで上記真空容器を排気することができる。上記フィルム走行機構は、上記真空容器内で可撓性基板を走行させることができる。上記成膜源は、上記可撓性基板の成膜面に対向し上記可撓性基板の走行方向に沿って配置された第１クロムターゲット及び第２クロムターゲットを有する。上記成膜源は、上記第１クロムターゲットと上記第２クロムターゲットとの間に交流電圧が印加されることによりプラズマを発生させて、上記成膜面にクロム層を形成することができる。
このような巻取式成膜装置によれば、真空容器内の水分圧が目的値以下の状態で可撓性基板の成膜面にクロム層が形成される。これにより、クロム層と水との反応が抑えられ、クロム層内にはクロム酸化物が形成されにくくなる。さらに、クロム層は、第１クロムターゲットと第２クロムターゲットとの間に交流電圧を印加することにより発生したプラズマにより形成される。これにより、スパッタ粒子は、よりランダムな方向から可撓性基板に入射しやすくなる。この結果、クロム層が形成された可撓性基板の変形が極力抑えられる。
以上述べたように、本発明によれば、可撓性基板にクロム層を形成しても、可撓性基板の変形が抑制される。
第１実施形態に係る成膜装置の概略ブロック構成図である。 第１実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。 本実施形態に係る成膜方法を示すフロー図である。 図Ａ及び図Ｂは、本実施形態に係る成膜方法の一例を示す概略断面図である。 図Ａは、可撓性基板の加熱温度とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図Ｂは、予備放電時間とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図Ｃは、予備処理の時間とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。 図Ａは、交流電圧の周波数帯とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図Ｂは、ＭＦ電力とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。 図Ａは、クロム層が形成された可撓性基板の反った状態を示す概略断面図であり、図Ｂ〜図Ｄは、クロム層が形成された可撓性基板の反り量を表す表図である。 図Ａ及び図Ｂは、第２実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る成膜装置の概略ブロック構成図である。
図１に示すように、本実施形態に係る成膜装置１００は、送出装置５、前処理装置６、巻取式成膜装置１、冷却装置７、巻取式成膜装置２及び巻取装置８を具備する。送出装置５は、連絡通路１０１ａを介して前処理装置６に連結されている。前処理装置６は、連絡通路１０１ｂを介して巻取式成膜装置１に連結されている。巻取式成膜装置２は、連絡通路１０１ｃを介して巻取装置８に連結されている。巻取式成膜装置１は、冷却装置７を介して巻取式成膜装置２に連結されている。送出装置５、前処理装置６、巻取式成膜装置１、巻取式成膜装置２及び巻取装置８の各々には、真空排気機構が設けられている。
成膜装置１００を構成する各装置は、加工対象である可撓性基板（例えば、樹脂フィルム）の搬送させる方向（図１では、左から右方向）に沿ってこの順に並んでいる。例えば、加工対象である可撓性基板は、予め、送出装置５内に設置される。送出装置５から前処理装置６に送り出された可撓性基板は、前処理装置６内で前処理がなされる。前処理装置６から巻取式成膜装置１に送り出された可撓性基板は、巻取式成膜装置１内で成膜処理がなされる。巻取式成膜装置１から冷却装置７に送り出された可撓性基板は、冷却装置７内で冷却される。冷却装置７から巻取式成膜装置２に送り出された可撓性基板は、巻取式成膜装置２内で成膜処置がなされる。そして、巻取式成膜装置２から巻取装置８に送り出された巻取装置８内で巻き取られる。
以下に、成膜装置１００における巻取式成膜装置１の構成について詳細に説明する。
図２は、第１実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。
図２には、成膜装置１００における巻取式成膜装置１が示されている。巻取式成膜装置１の左には、上述した連絡通路１０１ｂが連結されている。また、巻取式成膜装置１の右には、上述した冷却装置７が連結されている。図２には、連絡通路１０１ｂ及び冷却装置７が図示されていない。
図２に示す巻取式成膜装置１は、可撓性基板６０を真空容器７０内で走行させながら、可撓性基板６０（例えば、ポリイミドフィルム等の樹脂フィルム）に被膜（例えば、クロム層）を形成することが可能な成膜装置である。クロム層が形成された可撓性基板６０は、例えば、フレキシブルセンサ基板、フレキシブルプリント回路基板等に適用される。
巻取式成膜装置１は、成膜源２１、２５と、フィルム走行機構３０と、水分圧検知機構５１、５５と、真空容器７０と、排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｅとを具備する。さらに、巻取式成膜装置１は、ガス供給ライン７２と、防着板（または、仕切部材）７３、７４、７５、７６、８０と、支持台７７、７８とを具備する。
まず、フィルム走行機構３０を説明する。フィルム走行機構３０は、真空容器７０内で可撓性基板６０を走行させることができる。フィルム走行機構３０は、ガイドローラ３１、ガイドローラ３２、ガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ及び主ローラ３４を有する。ガイドローラ３１、ガイドローラ３２、ガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ及び主ローラ３４のそれぞれは、筒状形状を有する。巻取式成膜装置１の外部には、主ローラ３４を回転駆動させる回転駆動機構が設けられている。
可撓性基板６０は、所定幅に裁断された長尺のフィルムである。可撓性基板６０の裏面（成膜面６０ｄとは反対側の面）は、成膜位置で主ローラ３４のローラ面に接している。可撓性基板６０は、真空容器７０の入口７０ａから巻取式成膜装置１内に連続的に搬入されてくる。図２の例では、真空容器７０内における可撓性基板６０の走行方向が、例えば、矢印Ｇで示されている。
さらに、可撓性基板６０は、ガイドローラ３１、３３ａ、３３ｂによって主ローラ３４のローラ面に導かれる。主ローラ３４に導かれた主ローラ３４上の可撓性基板６０は、さらに、ガイドローラ３３ｃ、３３ｄ、３２に導かれて、真空容器７０の出口７０ｂから巻取式成膜装置１外に搬出される。
なお、巻取式成膜装置１においては、ガイドローラ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ及び主ローラ３４のそれぞれを逆回転させることもできる。これにより、可撓性基板６０を矢印Ｇとは逆方向に搬送することもできる。
主ローラ３４の内部には、温調媒体循環系等の温調機構が設けられてもよい。この温調機構により、例えば、主ローラ３４に接する可撓性基板６０の温度が適宜調整される。例えば、成膜源２１、２５によって真空容器７０内にプラズマが発生しているときには、このプラズマによって可撓性基板６０の温度が過剰に上昇する可能性がある。
この場合、可撓性基板６０の温度が過剰に上昇しないように温調機構によって可撓性基板６０の温度が適宜調整される。さらに、プラズマを発生させず、主ローラ３４の温度を可撓性基板６０が変形しない程度に上昇させて（例えば、６０℃以上１８０℃以下）、可撓性基板６０を真空容器７０内で走行させることにより、可撓性基板６０の脱ガス処理、脱水処理をすることができる。
次に、成膜源２１及び成膜源２５を説明する。成膜源２１及び成膜源２５は、いわゆるデュアルカソードスパッタ源である。成膜源２１及び成膜源２５のいずれか一方は、必要に応じて省略されてもよい。本明細書では、一例として、成膜源２１及び成膜源２５を具備した巻取式成膜装置１を説明する。巻取式成膜装置１においては、例えば、成膜源２１及び成膜源２５が主ローラ３４を挟んで互いに対向するように配置されている。例えば、図２の例では、Ｙ軸方向において、成膜源２１、主ローラ３４及び成膜源２５がこの順に並んでいる。
また、成膜源２１及び成膜源２５のいずれか一方は、デュアルカソードスパッタ源でなく、非成膜用のプラズマ発生源であってもよいし、クロムターゲット以外のターゲットを有するＤＣスパッタ源またはＲＦスパッタ源であってもよい。この場合、成膜源２１及び成膜源２５のいずれか一方によって、可撓性基板６０に前処理（プラズマクリーニング）がなされたり、可撓性基板６０の除電がされたり、可撓性基板６０にクロム層以外の層が形成されたりする。
成膜源２１は、クロムターゲット２２ｔと、バッキングプレート２２ｂと、クロムターゲット２３ｔと、バッキングプレート２３ｂと、交流電源２４とを有する。交流電源２４は、クロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間に交流電圧を印加することができる。成膜源２１は、バッキングプレート２２ｂ及びバッキングプレート２３ｂの内部に磁石が配置されたマグネトロンスパッタ源であってもよい。バッキングプレート２２ｂ及びバッキングプレート２３ｂのそれぞれの内部には冷却機構が設けられてもよい。
クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔのそれぞれは、可撓性基板６０の成膜面６０ｄに対向している。例えば、クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔは、可撓性基板６０の走行方向（矢印Ｇ）に沿って並ぶように配置されている。例えば、図２の例では、クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔは、Ｚ軸方向に並ぶように配置されている。
例えば、クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔを支持する支持台７７は、クロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間で鈍角を形成するように屈曲している。これにより、クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔのそれぞれは、それぞれのターゲット面が可撓性基板６０を介して主ローラ３４の中心に向かうように配置されている。
クロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間に交流電圧が印加されると、真空容器７０内にはプラズマ（例えば、Ａｒプラズマ）が発生する。これにより、クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔのそれぞれからスパッタ粒子が可撓性基板６０の成膜面６０ｄに向かって飛遊し、可撓性基板６０の成膜面６０ｄにクロム層が形成される。
成膜源２５は、クロムターゲット２６ｔと、バッキングプレート２６ｂと、クロムターゲット２７ｔと、バッキングプレート２７ｂと、交流電源２８とを有する。交流電源２８は、クロムターゲット２６ｔとクロムターゲット２７ｔとの間に交流電圧を印加することができる。成膜源２５は、バッキングプレート２６ｂ及びバッキングプレート２７ｂの内部に磁石が配置されたマグネトロンスパッタ源であってもよい。バッキングプレート２６ｂ及びバッキングプレート２７ｂのそれぞれの内部には冷却機構が設けられてもよい。
クロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔのそれぞれは、可撓性基板６０の成膜面６０ｄに対向している。例えば、クロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔは、可撓性基板６０の走行方向（矢印Ｇ）に沿って並ぶように配置されている。例えば、図２の例では、クロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔは、Ｚ軸方向に並ぶように配置されている。
クロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔを支持する支持台７８は、クロムターゲット２６ｔとクロムターゲット２７ｔとの間で鈍角を形成するように屈曲している。これにより、クロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔのそれぞれは、それぞれのターゲット面が可撓性基板６０を介して主ローラ３４の中心に向かうように配置されている。
クロムターゲット２６ｔとクロムターゲット２７ｔとの間に交流電圧が印加されると、真空容器７０内にはプラズマ（例えば、Ａｒプラズマ）が発生する。これにより、クロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔのそれぞれからスパッタ粒子が可撓性基板６０の成膜面６０ｄに向かって飛遊し、可撓性基板６０の成膜面６０ｄにクロム層が形成される。
本実施形態において、クロム層が真空容器７０内の水分圧が目的値以下の圧力に調整されて形成される。例えば、クロム層は、成膜源２１、２５と主ローラ３４とが対向する空間における水分圧が目的値以下の分圧に調整されて可撓性基板６０上に形成される。ここで、空間２１ｓとは、例えば、主ローラ３４と、防着板７３と、防着板７４と、支持台７７とによって囲まれた空間である。また、空間２５ｓとは、例えば、主ローラ３４と、防着板７５と、防着板７６と、支持台７８とによって囲まれた空間である。水分圧の目的値は、例えば、３．０×１０−４Ｐａであり、水分圧は、３．０×１０−４Ｐａ以下に設定される。
交流電源２４がクロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔに供給する交流電圧の周波数、またはクロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔに供給する交流電圧の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。以下、この周波数帯をＭＦ（Middle Frequency）とする。また、ＭＦによる交流放電をＭＦ放電とする。ＭＦによる放電電力をＭＦ電力とする。２つのターゲット間でＭＦ放電を発生させる放電方式をデュアル式ＭＦ放電とする。なお、交流電圧の波形には、サイン波形のほか、矩形波も含まれる。
また、クロム層が可撓性基板６０の成膜面６０ｄに形成されているとき、交流電源２４は、１．０ｋＷ以上３．０ｋＷ以下の電力をクロムターゲット２２ｔ、２３ｔ間に供給し、交流電源２８は、１．０ｋＷ以上３．０ｋＷ以下の電力をクロムターゲット２６ｔ、２７ｔ間に供給する。このとき、クロムターゲット２２ｔ、クロムターゲット２３ｔ、クロムターゲット２６ｔ及びクロムターゲット２７ｔのそれぞれには、例えば、１．０Ｗ／ｃｍ２以上３．０Ｗ／ｃｍ２以下の交流電力が投入される。
上記の成膜源２１、２５、フィルム走行機構３０、防着板７３、７４、７５、７６、８０及び支持台７７、７８及び可撓性基板６０は、真空容器７０内に収容されている。真空容器７０は、減圧状態を維持することができる。例えば、真空容器７０は、真空ポンプ等の真空排気系（不図示）に接続された排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｄ、７１Ｅによって、その内部が所定の真空度に維持される。真空容器７０は、排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｄ、７１Ｅを介して、真空容器７０内の水分圧が目的値（３．０×１０−４Ｐａ）以下になるまで排気される。排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｄ、７１Ｅのそれぞれは、独立してそれぞれ異なる真空排気系と繋がってもよく、排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｄ、７１Ｅの少なくとも２つが同じ真空排気系に繋がってもよい。
例えば、真空容器７０内の防着板７４、主ローラ３４及び防着板７６で囲まれた空間は、排気ライン７１Ｅを介して排気される。上述した空間２１ｓは、排気ライン７１Ａを介して排気される。空間２５ｓは、排気ライン７１Ｂを介して排気される。また、巻取式成膜装置１においては、上記の空間のほかに、真空容器７０内に、防着板７３、主ローラ３４及び防着板８０によって囲まれた空間８１ｓが形成される。空間８１ｓは、排気ライン７１Ｃを介して排気される。また、真空容器７０内には、防着板７５、主ローラ３４及び防着板８０によって囲まれた空間８２ｓが形成される。空間８２ｓは、排気ライン７１Ｄを介して排気される。
巻取式成膜装置１において、空間８１ｓには、ターゲット８３を設置することもできる。また、空間８２ｓには、ターゲット８４を設置することもできる。図２には、ターゲット８３、８４が取り除かれた状態が示されている。また、ターゲット８３、８４のそれぞれは、シングルカソードでもよく、デュアルカソードでもよい。ターゲット８３、８４のそれぞれの材料は、クロム以外の材料でもよい。
さらに、真空容器７０内には、ガスボンベ等のガス源（不図示）に接続されたガス供給ライン７２を介して不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ等）等の放電用ガスが所定の流量で供給される。
水分圧検知機構５１は、ガスモニタ５２と配管５３とを有する。ガスモニタ５２は、典型的には質量分析器を含む。配管５３内には、オリフィスが設けられ、ガスモニタ５２を配管５３を通じて差動排気することにより、空間２１ｓにおける水分圧が計測される。同様に、水分圧検知機構５５は、ガスモニタ５６と配管５７とを有する。ガスモニタ５６は、典型的には質量分析器を含む。配管５７内には、オリフィスが設けられ、ガスモニタ５６を配管５７を通じて差動排気することにより、空間２５ｓにおける水分圧が計測される。
このような巻取式成膜装置１によれば、真空容器７０内の水分圧が目的値以下の状態で可撓性基板６０の成膜面６０ｄにクロム層が形成される。これにより、可撓性基板６０上にクロム層を形成してもクロム層の応力が成膜条件により適宜緩和されて、可撓性基板６０の変形が極力抑えられる。ここで、応力とは、クロム層が持つ圧縮応力である。また、変形とは、例えば、走行方向Ｇに対して垂直な方向にける可撓性基板６０のカール等である。
また、成膜装置１００（図１）においては、巻取式成膜装置２の基本構成が巻取式成膜装置１と同じであってもよい。巻取式成膜装置２のターゲット材は、巻取式成膜装置１のターゲット材と異なってもよい。
［成膜方法］
図３は、本実施形態に係る成膜方法を示すフロー図である。
本実施形態に係る成膜方法においては、例えば、真空容器７０内の水分圧が目的値以下になるまで真空容器７０が排気される予備処理が行われる（ステップＳ１０）。
次に、真空容器７０内に配置されたクロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間（または、クロムターゲット２６ｔとクロムターゲット２７ｔとの間）に交流電圧を印加することによりプラズマを発生させて、クロムターゲット２２ｔ、２３ｔ（または、クロムターゲット２６ｔ、２７ｔ）に対向させた可撓性基板６０の成膜面６０ｄにクロム層が形成される（ステップＳ２０）。
例えば、微量な水蒸気が真空容器７０内に存在すると、クロムのスパッタ粒子が水蒸気と反応し、可撓性基板６０上に微量なクロム酸化物を含むクロム層が形成される場合がある。これに対し、本実施形態では、真空容器７０内の水分圧が目的値以下の状態で可撓性基板６０の成膜面６０ｄにクロム層が形成される。これにより、クロム層と水との反応が抑えられ、クロム層内にはクロム酸化物が形成されにくくなる。さらに、クロム層は、クロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間（または、クロムターゲット２６ｔとクロムターゲット２７ｔとの間）に交流電圧を印加することにより発生したプラズマにより形成される。これにより、スパッタ粒子は、よりランダムな方向から可撓性基板６０に入射しやすくなる。この結果、可撓性基板６０上にクロム層を形成してもクロム層の応力が成膜条件によって適宜緩和されて、可撓性基板６０の変形が極力抑えられる。
次に、本実施形態に係る成膜方法（成膜条件）の具体例について説明する。本実施形態に係る成膜では、一例として、図２に示す巻取式成膜装置１が用いられる。
まず、可撓性基板６０にクロム層が形成される前に、真空容器７０内を排気する予備処理がなされる。この予備処理では、真空容器７０内の空間２１ｓ、２５ｓの水分圧が目的値以下になるまで真空容器７０の排気が行われる。
真空容器７０を排気する際、水が放出されやすい箇所としては、例えば、真空容器７０の内壁、可撓性基板６０及び成膜源２１、２５等がある。まず、排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｄ、７１Ｅを介して真空容器７０が予め排気される。この予備的な排気の時間は、特に限定されず、例えば、１時間以上２時間以内である。
次に、排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｄ、７１Ｅを介して真空容器７０内が排気されつつ、可撓性基板６０の脱水処理がなされる。例えば、主ローラ３４の温度を６０℃以上１８０℃以下に調整し、フィルム走行機構３０によって可撓性基板６０を真空容器７０内で走行させる。例えば、予め、主ローラ３４の温度が１５０℃に設定される。次に、可撓性基板６０が真空容器７０の入口７０ａから真空容器７０内に搬入されて、可撓性基板６０が主ローラ３４に接しつつ、真空容器７０の出口７ｂから搬出される。この後、巻取装置８内で、可撓性基板６０が巻き取られる。この脱水処理では、送出装置５から繰り出された可撓性基板６０が巻取装置８に巻き取られるまでの巻き取り時間（可撓性基板６０の加熱時間）は、特に限定されず、例えば、１分以上３分以内（例えば、２分）である。
これにより、可撓性基板６０から水が効率よく放出される。なお、主ローラ３４の温度が６０℃より低くなると可撓性基板６０から水が放出されにくく、好ましくない。一方、主ローラ３４の温度が１８０℃より高くなると可撓性基板６０自体が変質する可能性があり、好ましくない。
さらに、本実施形態においては、排気ライン７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｄ、７１Ｅを介して真空容器７０内が排気されつつ、真空容器７０内にプラズマを発生させる予備放電が行われる。例えば、クロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間またはクロムターゲット２６ｔとクロムターゲット２７ｔとの間に交流電圧が印加されて、真空容器７０内にプラズマを発生させる。この予備放電では、例えば、デュアル式ＭＦ放電が採用される。
この予備放電により、成膜源２１、２５の周辺がプラズマにより加熱されて、成膜源２１、２５の周辺から水が効率よく放出される。例えば、放電ガスとしては、Ａｒガスが用いられる。Ａｒガスの圧力は、例えば、０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下に調整される。交流電圧の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下に調整される。また、クロムターゲット２２ｔ、クロムターゲット２３ｔ、クロムターゲット２６ｔ、クロムターゲット２７ｔのそれぞれには、例えば、１．０Ｗ／ｃｍ２以上３．０Ｗ／ｃｍ２以下の交流電力が投入される。予備放電は、例えば、３０分以上行われる。
以上のような予備排気、可撓性基板６０の加熱及び予備放電を含む予備処理の時間は、特に限定されず、例えば、２時間以上６時間以下である。なお、可撓性基板６０の加熱と予備放電とは、同時に行われてもよい。また、予備排気中に可撓性基板６０の加熱及び予備放電の少なくともいずれかを行ってもよい。
このような予備処理によって、真空容器７０内の空間２１ｓ、２５ｓの水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下に調整される。なお、水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下になったときの真空容器７０内の全圧（到達圧力）は、例えば、３．０×１０−４Ｐａ以下である。
これにより、可撓性基板６０上には、圧縮応力が抑制されたクロム層が形成される。例えば、水分圧が３．０×１０−４Ｐａより高くなると、微量なクロム酸化物がクロム層に含まれやすくなり、クロム層の圧縮応力が高くなる。
また、本実施形態では、真空容器７０内の水分圧のほかに、成膜源２１、２５の放電周波数、放電電力を調整し、クロム層の圧縮応力をさらに最適にしている。
ここで、可撓性基板６０上にクロム層を形成する手段としては、パルスＤＣスパッタリング方式またはＲＦスパッタリング方式がある。
パルスＤＣスパッタリング方式では、可撓性基板６０にクロムターゲットを対向させ、このクロムターゲットにパルスＤＣ電圧を印加して、可撓性基板６０上にクロム層を形成する。
パルスＤＣスパッタリング方式では、可撓性基板６０を介してクロムターゲットと主ローラ３４との間が直流電圧により放電する。この放電により、クロムターゲットからスパッタ粒子が可撓性基板６０に向かって進み、所定の厚みのクロム層が可撓性基板６０上に堆積する。しかし、パルスＤＣスパッタリング方式の場合、スパッタ粒子は、クロムターゲットと主ローラ３４との間に直流のバイアス電圧が印加されているため、クロムターゲットから可撓性基板６０に向かって直進しやすくなる。
これにより、クロム層は、主にＤＣ電圧によって特定の方向（クロムターゲットから可撓性基板６０に向かう方向）に加速されたスパッタ粒子の堆積によって形成された層になりやすい。この結果、クロム層は、緻密になり、結晶配向が一方向に揃いやすく、クロム層の圧縮応力は比較的高くなってしまう。
一方、ＲＦスパッタリング方式では、可撓性基板６０にクロムターゲットを対向させ、このクロムターゲットにＲＦ電圧を印加して、可撓性基板６０上にクロム層を形成する。
ＲＦスパッタリング方式では、周波数が数１０ＭＨｚ（例えば、１３．５６ＭＨｚ）であり、プラズマ中のスパッタ粒子がＲＦ周波数の変動に追従できない。これにより、可撓性基板６０上のクロム層は、主に自己バイアスにより加速されたスパッタ粒子の堆積によって形成された層となり、緻密であり、結晶配向が一方向に揃った層になりやすい。さらに、ＲＦ放電のプラズマ密度（電子密度）は比較的高く、プラズマ中のクロムがより活性になっている。これにより、クロムがプラズマ中の微量な水、酸素と反応しやすく、微量なクロム酸化物がクロム層に含まれやすくなる。この結果、ＲＦスパッタリング方式で形成されたクロム層においても、その圧縮応力が高くなってしまう。
例えば、一般的には、ＤＣ放電による電子密度は、１×１０７（ｃｍ−３）以上１×１０１０（ｃｍ−３）以下であるのに対し、ＲＦ放電による電子密度は、５×１０７（ｃｍ −３）以上５×１０１１（ｃｍ−３）以下になる。また、ＲＦ放電においては、周波数が高くなるほど、電子密度が高くなる傾向にある。このように、ＲＦ放電では、プラズマ密度が高くなって、反応性が高くなってしまう。
なお、パルスＤＣスパッタリング方式及びＲＦスパッタリング方式において、２つのターゲットを準備し、この２つのターゲットのそれぞれに電力を投入しても、２つのターゲットは並んで配置されただけなので、同様にクロム層の圧縮応力は高くなってしまう。
これに対して、本実施形態では、２つのターゲット間にＭＦの交流電圧を印加して、ターゲット間に発生するＭＦ放電によって可撓性基板６０上にクロム層を形成している。
図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態に係る成膜方法の一例を示す概略断面図である。
図４Ａ及び図４Ｂには、一例として、成膜源２１の周辺が示されている。成膜源２５においても成膜源２１と同じ作用をする。
例えば、真空容器７０内（空間２１ｓ）の水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下に調整された後、ガス供給ライン７２を介して真空容器７０内（空間２１ｓ）に、Ａｒガスが導入される。Ａｒガスの圧力は、例えば、０．１Ｐａ以上１Ｐａ以下である。
次に、クロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間に交流電圧が印加され、空間２１ｓにプラズマ２２ｐ、２３ｐが形成される。交流電圧の周波数としては、例えば、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数（例えば、３５ｋＨｚ）が用いられる。
クロムターゲット２２ｔ、２３ｔ間にはＭＦの交流電圧が印加されるため、クロムターゲット２２ｔに交流電圧のピーク電圧が投入される時間と、クロムターゲット２２ｔに交流電圧のピーク電圧が投入される時間とが周期的に繰り返される。これにより、クロムターゲット２２ｔ付近で優先的にプラズマ２２ｐが発生している時間（図４Ａ）と、クロムターゲット２３ｔ付近で優先的にプラズマ２３ｐが発生している時間（図４Ｂ）とが周期的に繰り返される。例えば、ＭＦが３５ｋＨｚのとき、１秒間に図４Ａの状態と図４Ｂの状態とが３５０００回、交互に入れ替わる。なお、図４Ａ及び図４Ｂでは、プラズマ密度が高い状態が濃いドットパターンで表され、プラズマ密度が低い状態が薄いドットパターンで表されている。
これにより、主ローラ３４に巻かれた可撓性基板６０には、クロムターゲット２２ｔから放出されたスパッタ粒子と、クロムターゲット２３ｔから放出されたスパッタ粒子とが交互に入射する。すなわち、スパッタリングターゲットから可撓性基板６０に向かう電界の向きが周期的に変化している。この結果、成膜源２１に対向する可撓性基板６０においては、スパッタ粒子がパルスＤＣスパッタリング方式及びＲＦスパッタリング方式に比べて、よりランダムな方向から可撓性基板６０に入射しやすくなる（図中の矢印）。これにより、本実施形態においては、クロム層の結晶配向がよりランダムになり、ＤＣスパッタリング方式及びＲＦスパッタリング方式に比べて内部応力が緩和されたクロム層、すなわち、圧縮応力が抑制されたクロム層１０が可撓性基板６０上に形成される。なお、クロム層１０の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上３００ｎｍであり、例えば、２００ｎｍである。
また、ＭＦ周波数は、ＲＦ周波数に比べて低い。これにより、プラズマ２２ｐ、２３ｐのプラズマ密度は、ＲＦ放電によるプラズマに比べて低くなる。これにより、プラズマ２２ｐ、２３ｐでは、クロムの活性化がＲＦ放電に比べて抑制されている。この結果、クロムは水と反応しにくくなり、クロム酸化物がクロム層１０に含まれにくくなっている。
さらに、本実施形態では、ＭＦ放電電力として、例えば、１．０ｋＷ以上３．０ｋＷ以下の電力がクロムターゲット２２ｔ、２３ｔ間に供給される。これにより、クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔのそれぞれには、例えば、１．０Ｗ／ｃｍ２以上３．０Ｗ／ｃｍ２以下のＭＦ電力が投入される。ここで、ＭＦ電力が１．０Ｗ／ｃｍ２より小さいとクロム層１０の成膜速度が極端に下がり好ましくない。一方、ＭＦ電力が３．０Ｗ／ｃｍ２より大きいとプラズマ２２ｐ、２３ｐにおいてクロムの活性化が促進され、クロム酸化物がクロム層１０に含まれやすくなり、好ましくない。
以上の成膜方法における成膜条件の各パラメータと、クロム層１０の圧縮応力との関係を集約すると以下のようになる。
図５Ａは、可撓性基板の加熱温度とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図５Ｂは、予備放電時間とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図５Ｃは、予備処理の時間とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図５Ａ〜図５Ｃの縦軸は、クロム層の圧縮応力の規格値である。
予備処理では、図５Ａに示すように、可撓性基板６０がｔ１（℃）以上ｔ２（℃）以下の範囲の温度で加熱されることが好ましい。ここで、ｔ１は、例えば、６０℃であり、ｔ２は、例えば、１８０℃である。この温度範囲で、クロム層１０の圧縮応力が充分に抑制される。なお、クロム層１０の圧縮応力が極小となる温度ｔ３は、例えば、１５０℃である。
また、予備処理では、図５Ｂに示すように、予備放電がｍ１分以上行われることが好ましい。ここで、ｍ１は、例えば、３０分である。３０分以上の予備放電により、クロム層１０の圧縮応力が充分に抑制される。
また、加熱処理及び予備放電を含む予備処理は、図５Ｃに示すように、ｈ１時間以上行うことが好ましい。ここで、ｈ１は、例えば、２時間である。２時間以上の予備処理により、クロム層１０の圧縮応力が充分に抑制される。
図６Ａは、交流電圧の周波数帯とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図６Ｂは、ＭＦ電力とクロム層の圧縮応力との関係を表す概略的なグラフ図である。図６Ａ及び図６Ｂの縦軸は、クロム層の圧縮応力の規格値である。
図６Ａに示すように、本実施形態では、クロム層１０の圧縮応力を充分に抑制するために、交流電圧の周波数として、ＲＦではなくＭＦを採用している。ここで、ＭＦは、例えば、１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下である。
図６Ｂに示すように、本実施形態では、クロム層１０の圧縮応力を充分に抑制するために、ＭＦ電力をｐ１（Ｗ／ｃｍ２）以下に調整している。ここで、ｐ１は、例えば、１．０Ｗ／ｃｍ２以上３．０Ｗ／ｃｍ２以下である。
［クロム層の評価］
図７Ａは、クロム層が形成された可撓性基板の反った状態を示す概略断面図であり、図７Ｂ〜図７Ｄは、クロム層が形成された可撓性基板の反り量を表す表図である。なお、クロム層１０の厚さは、例えば、２００ｎｍである。
図７Ａに示すように、所定の圧縮応力を有するクロム層１０が可撓性基板６０上に形成されると、可撓性基板６０は、可撓性基板６０が置かれた下地９０に向かって凸になって反る。この反りとは、いわゆるカーリングである。ここで、図７ＡにおけるＸ軸方向は、可撓性基板６０の幅方向に対応し、Ｙ軸方向は、可撓性基板６０の走行方向に対応している。本実施形態では、可撓性基板６０の反り量Ｗの尺度として、下地９０の上面９０ｕから可撓性基板６０の端６０ｅまでの距離（高さ）を採用する。クロム層１０が形成された可撓性基板６０において、この反り量Ｗは、小さいことが望ましい。
例えば、図７Ｂに示すように、ＭＦ放電方式であっても、水分圧が３．７×１０−４Ｐａの状態で可撓性基板６０上にクロム層１０を形成すると、反り量Ｗは、３０ｍｍになる。これに対して、ＭＦ放電方式で水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下の状態で可撓性基板６０上にクロム層１０を形成すると、反り量Ｗは、１ｍｍになる。例えば、水分圧が２．６×１０−４Ｐａまたは２．４×１０−４Ｐａの状態で可撓性基板６０上にクロム層１０を形成すると、反り量Ｗは、１ｍｍになっている。従って、可撓性基板６０上にクロム層１０を形成するときには、真空容器７０内（空間２１ｓ、２５ｓ）の水分圧を３．０×１０−４Ｐａ以下に設定することが好ましい。
また、図７Ｃに示すように、水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下であっても、放電方式をＲＦ放電方式（１３．５６ＭＨｚ）で可撓性基板６０上にクロム層１０を形成すると、反り量Ｗは、１０ｍｍになる。これに対して、水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下で放電方式をＭＦ放電方式（３５ｋＨｚ）で可撓性基板６０上にクロム層１０を形成すると、反り量Ｗは、１ｍｍになる。従って、可撓性基板６０上にクロム層１０を形成するときには、ＲＦ放電方式よりもＭＦ放電方式を採用することが好ましい。
また、図７Ｄに示すように、水分圧が３．０×１０−４Ｐａ以下であっても、放電方式をパルスＤＣ放電方式で可撓性基板６０上にクロム層１０を形成すると、反り量ＷがＭＦ放電方式よりも高くなる。例えば、パルスＤＣ放電方式での反り量Ｗは、２０ｍｍである。ここで、パルスＤＣ放電方式での成膜時間は、９０秒である。また、パルス周波数は、２９ｋＨｚである。
パルスＤＣ放電方式の１パルスの放電毎に可撓性基板上にクロム層が形成され、１パルスの放電毎に形成されたクロム層が９０秒間で可撓性基板上に積層されたと仮定すると、図７Ｄに示すパルスＤＣ放電方式のクロム層は、２．６×１０６個（２９ｋＨｚ×９０秒）の層から成り立っていると考えられる。
一方、ＭＦ放電方式での成膜時間は、４００秒である。また、放電周波数は、３５ｋＨｚで、２個のクロムターゲットが設けられている。従って、ＭＦ放電方式の電圧のピーク毎に可撓性基板６０上にクロム層１０が形成され、このピーク毎に形成されたクロム層１０が４００秒間で可撓性基板６０上に積層されたと仮定すると、ＭＦ放電方式のクロム層１０は、２．８×１０７個（３５ｋＨｚ×４００秒×２）の層から成り立っていると考えられる。
すなわち、本実施形態に係るＭＦ放電方式では、パルスＤＣ放電方式に比べて１０倍以上層数が多くなる。さらに、デュアルカソードスパッタ源によれば、スパッタ粒子がパルスＤＣ方式に比べてよりランダムな方向から可撓性基板６０に入射するので、一つの要因として、クロム層１０の結晶配向がパルスＤＣ方式に比べてよりランダムになる。これにより、本実施形態に係るクロム層１０の圧縮応力は、パルスＤＣ方式に比べて緩和される。
このように、本実施形態では、可撓性基板６０上に形成されたクロム層１０の圧縮応力がより抑制されて、可撓性基板６０の変形が極力抑えられる。
［第２実施形態］
図８Ａ及び図８Ｂは、第２実施形態に係る成膜装置の概略構成図である。
図８Ａ及び図８Ｂには、一例として、成膜源２１の周辺が示されている。成膜源２５も成膜源２１と同じ構成を有する。
図８Ａ及び図８Ｂに示す成膜源２１においては、クロムターゲット２２ｔのターゲット面は、クロムターゲット２３ｔのターゲット面に対して平行に配置される。例えば、クロムターゲット２２ｔ及びクロムターゲット２３ｔを支持する支持台７９は、クロムターゲット２２ｔとクロムターゲット２３ｔとの間で屈曲せず、平坦になっている。
これにより、ＭＦ放電時には、クロムターゲット２２ｔから放出されたスパッタ粒子と、クロムターゲット２３ｔから放出されたスパッタ粒子とが交互に入射するとともに、さらに、可撓性基板６０に対する入射角が広がる。従って、スパッタ粒子は、さらにランダムな方向から可撓性基板６０に入射しやすくなり、クロム層１０の圧縮応力がより抑制される。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
１、２…巻取式成膜装置
５…送出装置
６…前処理装置
７…冷却装置
８…巻取装置
１０…クロム層
２１、２５…成膜源
２１ｓ、２５ｓ、８１ｓ、８２ｓ…空間
２２ｔ、２３ｔ、２６ｔ、２７ｔ…クロムターゲット
２２ｂ、２３ｂ、２６ｂ、２７ｂ…バッキングプレート
２２ｐ、２３ｐ…プラズマ
２４、２８…交流電源
３０…フィルム走行機構
３１、３２、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ…ガイドローラ
３４…主ローラ
５１、５５…水分圧検知機構
５２、５６…ガスモニタ
５３、５７…配管
６０…可撓性基板
６０ｄ…成膜面
６０ｅ…端
７０…真空容器
７０ａ…入口
７０ｂ…出口
７１Ａ、７１Ｂ、７１Ｃ、７１Ｄ、７１Ｅ…排気ライン
７２…ガス供給ライン
７３、７４、７５、７６、８０…防着板
７７、７８、７９…支持台
８３、８４…ターゲット
９０…下地
９０ｕ…上面
１００…成膜装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ…連絡通路

Claims (6)

  1. 真空容器内の水分圧が３．０×１０ −４ Ｐａ以下になるまで前記真空容器を排気する予備処理を行い、
    前記真空容器内に可撓性基板を走行させ、
    前記真空容器内に配置され、前記可撓性基板の成膜面に対向し前記可撓性基板の走行方向に沿って配置された第１クロムターゲットと第２クロムターゲットとの間に１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数で１．０Ｗ／ｃｍ ２ 以上３．０Ｗ／ｃｍ ２ 以下の交流電圧を印加することによりプラズマを発生させて、前記第１クロムターゲット及び前記第２クロムターゲットに対向するように配置された前記可撓性基板の成膜面にクロム層を形成する
    成膜方法。
  2. 請求項１に記載の成膜方法であって、
    前記予備処理は、前記可撓性基板を６０℃以上１８０℃以下に加熱する工程をさらに含む
    成膜方法。
  3. 請求項１または２に記載の成膜方法であって、
    前記予備処理は、前記第１クロムターゲットと前記第２クロムターゲットとの間に前記交流電圧を印加して予備放電を行う工程をさらに含む
    成膜方法。
  4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の成膜方法であって、
    前記第１クロムターゲットのターゲット面は、前記第２クロムターゲットのターゲット面に対して平行に配置される
    成膜方法。
  5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の成膜方法であって、
    前記可撓性基板として、ポリイミドフィルムが用いられる
    成膜方法。
  6. 減圧状態を維持する真空容器と、
    前記真空容器内の水分圧を計測する水分圧検知機構と、
    前記水分圧検知機構によって計測される前記真空容器内の前記水分圧が３．０×１０ −４ Ｐａ以下になるまで前記真空容器を排気する排気機構と、
    前記真空容器内で可撓性基板を走行させるフィルム走行機構と、
    前記真空容器内を走行する前記可撓性基板の成膜面に対向し前記可撓性基板の走行方向に沿って配置された第１クロムターゲット及び第２クロムターゲットを有し、前記第１クロムターゲットと前記第２クロムターゲットとの間に１０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下の周波数で１．０Ｗ／ｃｍ ２ 以上３．０Ｗ／ｃｍ ２ 以下の交流電圧が印加することによりプラズマを発生させて、前記成膜面にクロム層を形成する成膜源と
    を具備する巻取式成膜装置。
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