JP2003347725A - 樹脂材料の表面上に金属層を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 樹脂表面の粗化処理を行うことなく、密着性
の高い金属層を形成することが可能な金属層の形成方法
を提供する。 【解決手段】 樹脂製の下地部材３の表面をプラズマに
晒して清浄化する。清浄化された下地部材の表面上に、
第１の金属からなる中間層５を成膜する。中間層の表面
上に、第２の金属からなる主金属層６，７を形成する。
第１の金属は、第２の金属よりも、下地部材の表面に対
して強い密着性を示す金属である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂材料の表面上
に金属層を形成する方法に関し、特に樹脂材料と金属層
との密着性を高めることが可能な金属層の形成方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂層上に金属配線が形成されたプリン
ト配線板において、樹脂層と金属配線との密着性を高め
るために、樹脂層の表面が粗化処理されている。金属配
線の高密度化が進むに従って、配線の細線化及び薄膜化
が進んでいる。配線が細くかつ薄くなると、下地表面の
粗化処理による数μｍ程度の凹凸が無視できなくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、樹脂
表面の粗化処理を行うことなく、密着性の高い金属層を
形成することが可能な金属層の形成方法を提供すること
である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、樹脂製の下地部材の表面をプラズマに晒して清浄化
する工程と、清浄化された前記下地部材の表面上に、第
１の金属からなる中間層を成膜する工程と、前記中間層
の表面上に、第２の金属からなる主金属層を形成する工
程とを有し、前記第１の金属は、前記第２の金属より
も、前記下地部材の表面に対して強い密着性を示す金属
である金属層形成方法が提供される。

【０００５】中間層を、下地部材と主金属層との間に挿
入することにより、下地部材の表面の粗化処理を行うこ
となく、主金属層の密着性を高めることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例による金属
層の形成方法について説明する。ガラスエポキシからな
るコア基板１の両面に、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）
系樹脂からなる樹脂層２が積層された基板を準備した。
アルカリ系の洗浄剤を用いてこの基板表面の脱脂を行っ
た後、純水で洗浄し、１２０℃の大気中で２時間乾燥さ
せた。

【０００７】乾燥後の基板を、ＲＦマグネトロンスパッ
タリング装置に装着した。Ａｒプラズマを用いて、基板
表面を逆スパッタリングすることにより、表面の清浄化
を行った。その後、ニッケル（Ｎｉ）ターゲットをスパ
ッタリングすることにより、基板表面上にＮｉからなる
厚さ３５ｎｍの中間層を形成した。基板を大気に晒すこ
となく銅（Ｃｕ）のＲＦマグネトロンスパッタリング装
置に移送し、Ｃｕからなる厚さ３００ｎｍのシード層を
形成した。Ａｒプラズマによる逆スパッタリング時のＲ
Ｆパワーは５０Ｗ、逆スパッタリング時間は６０秒であ
る。Ｎｉ及びＣｕのスパッタリング時のＲＦパワーは４
００Ｗ、Ａｒガス圧は約６Ｐａである。

【０００８】ＲＦマグネトロンスパッタリング装置から
基板を取り出し、シード層上にＣｕを電解めっきするこ
とにより、厚さ２０μｍの配線層を形成した。

【０００９】中間層として、Ｎｉの代わりにクロム（Ｃ
ｒ）を用いた試料、中間層を形成することなく樹脂層上
に直接シード層を形成した試料を作製した。さらに、こ
れら試料と同一積層構造を有し、Ａｒプラズマを用いた
逆スパッタリングによる清浄化を行わなかった試料を作
製した。

【００１０】これら試料について、引っ張り速度５０ｍ
ｍ／ｍｉｎ、幅５ｍｍの条件で９０°ピール試験を行っ
た。

【００１１】図１に、ピール試験結果を示す。Ａｒプラ
ズマによる清浄化処理を行い、かつＮｉまたはＣｒの中
間層を挿入することにより、ピール強度が大幅に高くな
ることがわかる。このように、樹脂層の表面の粗化処理
を行うことなく、Ｃｕからなる配線層の密着性を高める
ことができる。

【００１２】Ａｒプラズマを用いた逆スパッタリングに
よる清浄化処理の条件を変えて３種類の試料を作製し
た。なお、中間層及び配線層の形成条件は、上記第１の
実施例の場合と同様である。ＲＦパワーを１００Ｗとし
て１８０秒間の逆スパッタリングを行った試料のピール
強度は約０．５８ｋｇ／ｃｍであった。これに対し、Ｒ
Ｆパワーを５０Ｗとして１８０秒間及び６０秒間の逆ス
パッタリングを行った試料のピール強度は、それぞれ約
０．８５ｋｇ／ｃｍ及び０．８３ｋｇ／ｃｍであった。
この評価結果から、逆スパッタリング時のＲＦパワーを
５０Ｗにすることが好ましいことがわかる。なお、好適
なＲＦパワーは、使用するＲＦマグネトロンスパッタリ
ング装置によって異なるであろう。従って、装置ごとに
評価試験を行い、好適なＲＦパワーを算出することが好
ましい。

【００１３】Ｎｉからなる中間層の厚さを変えて３種類
の試料を作製した。中間層の厚さを１７ｎｍ、３５ｎ
ｍ、及び７０ｎｍとした３種類の試料についてピール強
度を測定したところ、有意な差は見られなかった。従っ
て、中間層の厚さが少なくとも１７ｎｍであれば、銅層
の密着性を高めることができる。なお、中間層の厚さが
５ｎｍ以上であれば、十分な密着性が得られるであろ
う。また、配線層及び中間層をパターニングして配線パ
ターンを形成した時の配線形状を損なわないようにする
ために、中間層を１００ｎｍ以下とすることが好まし
い。

【００１４】なお、シード層は、めっき液中への溶解を
考慮し、１００ｎｍ以上とすることが好ましい。また、
成膜時間の短縮化の観点、及び後工程でのエッチングに
よる除去のし易さの観点から、シード層は、１μｍ以下
とすることが好ましい。配線層の厚さは、一般的に１０
〜５０μｍである。

【００１５】上記第１の実施例では、Ａｒプラズマを用
いて逆スパッタリングを行うことにより樹脂層表面の清
浄化を行ったが、他のガスのプラズマを用いてもよい。
例えば、酸素（Ｏ）プラズマ、窒素（Ｎ）プラズマ、及
び水素（Ｈ）プラズマ、またはこれらを混合したプラズ
マを用いることも可能である。

【００１６】上記第１の実施例では、中間層としてＮｉ
を使用し、配線層としてＣｕを使用したが、他の金属の
組み合わせにしてもよい。例えば、配線層をアルミニウ
ム（Ａｌ）で形成してもよい。中間層の金属材料は、配
線層の金属材料よりも樹脂への密着性の高いものを使用
する必要がある。また、配線層及び中間層をパターニン
グして配線を形成するために、中間層を、配線層の金属
材料よりも、酸性の薬液でエッチングされやすい材料で
形成することが好ましい。この観点から、配線層をＣｕ
またはＡｌで形成する場合には、中間層をＮｉで形成す
ることが好ましい。

【００１７】また、上記第１の実施例では、下地の樹脂
層をＢＣＢで形成したが、他の樹脂で形成してもよい。
下地樹脂材料として、エポキシ樹脂、シアネート系樹
脂、液晶ポリマ等が挙げられる。

【００１８】次に、第２の実施例について説明する。上
記第１の実施例では、中間層及びシード層を、ＲＦマグ
ネトロンスパッタリングにより成膜したが、第２の実施
例ではＤＣマグネトロンスパッタリングにより成膜す
る。使用する基板は、第１の実施例で用いたものと同一
であり、樹脂層表面の清浄化処理も第１の実施例で採用
された処理と同一である。

【００１９】Ｎｉ中間層及びＣｕシード層の成膜は、Ｎ
ｉターゲット及びＣｕターゲット側に負のバイアス電圧
を印加して行われる。ＤＣパワーを２００ＷにしてＮｉ
からなる厚さ１５ｎｍの中間層を形成し、ＤＣパワーを
５００ＷにしてＣｕからなる厚さ３００ｎｍのシード層
を形成した。成膜中のガス圧は約６Ｐａである。シード
層を形成した後、Ｃｕを電解めっきすることにより厚さ
２０μｍの配線層を形成した。

【００２０】同一条件で２つの試料を作製し、各試料に
ついて２箇所でピール試験を行ったところ、平均のピー
ル強度は約０．７９ｋｇ／ｃｍであった。このように、
ＤＣマグネトロンスパッタリングにより中間層を形成し
ても、ＲＦマグネトロンスパッタリングで形成する場合
と同様に、高い密着性を得ることができた。

【００２１】次に、図２を参照して、上記第１または第
２の実施例による方法を使用してプリント配線板を作製
する方法について説明する。

【００２２】図２（Ａ）に示すように、ガラスエポキシ
等の樹脂基板１の表面上に、内層銅配線２が形成されて
いる。内層銅配線２を覆うように、樹脂基板１の表面上
にエポキシ樹脂からなる絶縁層３を形成する。なお、エ
ポキシ樹脂の代わりに、ＢＣＢ系樹脂、シアネート系樹
脂、液晶ポリマ等を使用することも可能である。絶縁層
３にレーザビームを入射させることにより、内層銅配線
２の一部を露出させるビアホール４を形成する。

【００２３】ビアホール４が形成された基板を、アルゴ
ン（Ａｒ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、または水素
（Ｈ）のプラズマ、またはこれらの元素の２種類以上を
含むプラズマに晒し、レーザ加工後にビアホール４の底
面に残った樹脂（スミア）を取り除く。このプラズマ処
理により、絶縁層３の表面が清浄化される。

【００２４】清浄化された樹脂層３の表面上及びビアホ
ール４の内面上に、Ｎｉからなる中間層５をスパッタリ
ングにより形成する。中間層５の表面上に、Ｃｕからな
るシード層６をスパッタリングにより形成する。プラズ
マ処理からシード層６の形成工程までは、基板は真空中
を搬送され、大気には晒されない。シード層６の表面に
Ｃｕを電解めっきし、配線層７を形成する。

【００２５】図２（Ｂ）に示すように、配線層７の表面
にレジストを塗布し、露光、現像工程を経て、レジスト
パターン８を形成する。このレジストパターン８をマス
クとして、酸性薬液を用い、配線層７、シード層６、及
び中間層５をエッチングする。中間層５のエッチング
後、レジストパターン８を除去する。ここまでの工程
で、中間層５、シード層６、及び配線層７からなる配線
が形成される。この配線は、ビアホール４内を経由して
内層配線２に電気的に接続される。

【００２６】Ｎｉからなる中間層５は、酸性の薬液によ
り、銅よりもエッチングされやすい。このため、中間層
５の残渣の発生による配線間の短絡を防止することがで
きる。

【００２７】上記第１及び第２の実施例では、中間層５
及びシード層６をスパッタリングにより形成したが、そ
の他の真空成膜法を用いて形成してもよい。真空成膜法
として、例えば、イオンプレーティング、真空蒸着、化
学気相成長等の成膜方法が挙げられる。真空成膜法を採
用することにより、湿式成膜法を採用する場合に比べ
て、微細なビアホール内に再現性よく金属膜を形成する
ことが可能になる。

【００２８】図３に、第３の実施例による金属層形成方
法で用いられる成膜装置の概略図を示す。

【００２９】プラズマ処理チャンバ１０と中間層成膜チ
ャンバ１１とが、ゲートバルブ１４を介して結合されて
いる。中間層成膜チャンバ１１とシード層成膜チャンバ
１２とが、ゲートバルブ１５を介して結合されている。
プラズマ処理チャンバ１０は、ゲートバルブ１３を介し
て搬入用ロードロックチャンバ（図示せず）に接続さ
れ、シード層成膜チャンバ１２は、ゲートバルブ１６を
介して搬出用ロードロックチャンバ（図示せず）に接続
されている。各チャンバ１０、１１、１２には、処理に
必要なガスを導入するためのガス導入管及び排気管が接
続されている。

【００３０】処理基板２０が、ゲートバルブ１３を通っ
てプラズマ処理チャンバ１０内に搬入される。処理基板
２０は、例えば図２（Ａ）に示した樹脂基板１に、内層
配線２、樹脂層３及びビアホール４が形成された基板で
ある。プラズマ処理チャンバ１０内に、電極１８及び１
９が配置されており、高周波電源１７から電極１８及び
１９に高周波電圧が印加される。プラズマ処理チャンバ
１０内にＡｒガスが導入され、Ａｒプラズマが発生す
る。処理基板２０がＡｒプラズマに晒され、その表面が
清浄化される。

【００３１】プラズマによる清浄化処理が終了した処理
基板２０は、ゲートバルブ１４を通って中間層成膜チャ
ンバ１１内に搬入される。中間層成膜チャンバ１１内
で、処理基板２０の表面上に、図２（Ａ）に示した中間
層５が形成される。中間層５が形成された処理基板２０
は、ゲートバルブ１５を通ってシード層成膜チャンバ１
２内に搬入される。シード層成膜チャンバ１２内で、中
間層５の表面上に、図２（Ａ）に示したシード層６が形
成される。シード層６が形成された処理基板は、ゲート
バルブ１６を通って搬出用ロードロックチャンバに移送
される。

【００３２】中間層成膜チャンバ１１及びシード層成膜
チャンバ１２は、例えばＲＦマグネトロンスパッタリン
グ装置、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置、イオン
プレーティング装置、真空蒸着装置、化学気相成長装置
等の成膜チャンバである。

【００３３】第１及び第２の実施例のように、逆スパッ
タリングをすることにより基板の清浄化を行う場合に
は、中間層成膜チャンバ１１がプラズマ処理チャンバ１
０を兼ねる。

【００３４】図２（Ａ）に示した中間層５とシード層６
とを、真空中で連続して行えない場合には、それぞれの
層を異なる装置で成膜することも可能である。この場
合、中間層５を成膜した後、基板をシード層６の成膜装
置に移送するときに、中間層５の表面が大気に晒され、
各種ガスや水分が中間層５の表面に吸着される。この場
合には、シード層６を形成する前に、中間層５の表面を
Ａｒイオンで清浄化することにより、真空中で連続成膜
した場合と同様の密着力を得ることができる。シード層
６をスパッタリングで成膜する場合には、成膜前にＡｒ
プラズマで逆スパッタリングすることにより、中間層５
の表面を清浄化することができる。

【００３５】図２（Ａ）に示したように、微細なビアホ
ール４の内面をシード層６で連続的に被覆する必要があ
る。圧力勾配型プラズマガンを用いたイオンプレーティ
ング装置が、微細なビアホール４内を連続的に被覆する
膜を形成するのに適している。圧力勾配型プラズマガン
を用いたイオンプレーティング装置は、例えば特開２０
０２−３０４２３号公報に説明されている。

【００３６】図４に、このイオンプレーティング装置の
概略図を示す。成膜室である真空容器３０に、真空排気
装置４１及び圧力勾配型プラズマガン３１が取り付けら
れている。圧力勾配型プラズマガン３１の詳細な構造
は、例えば特開平７−１３８７４３号公報に説明されて
いる。圧力勾配型プラズマガン３１は、真空容器３０内
にＡｒプラズマビームＰＢを入射させる。プラズマガン
３１と真空容器３０との接続部に配置されたステアリン
グコイル３３等が、ＡｒプラズマビームＰＢの強度やＡ
ｒイオンの分布状態を制御する。

【００３７】真空容器３０内の底部に陽極部材３２が配
置されている。陽極部材３２は、主陽極であるハース３
４と、その周囲に配置された環状の補助陽極３５により
構成される。補助陽極３５は、ハース３４の周囲に、こ
れと同心に配置された環状の容器を含んで構成される。
環状容器内に、フェライト等で形成された環状の永久磁
石３８と、これと同心に積層されたコイル３９が収納さ
れている。

【００３８】永久磁石３８及びコイル３９は、ハース３
４の直上にカスプ状磁場を形成する。カスプ状磁場は、
ハース３４に入射するプラズマビームＰＢの向き等を修
正する。コイル３９に流す電流を制御することにより、
プラズマビームＰＢの向きを微調整することができる。

【００３９】ハース３４は導電材料で形成されるととも
に、接地された真空容器３０に絶縁物を介して支持され
ている。ハース３４の電位が正になるように制御されて
おり、ハース３４はプラズマビームＰＢを下方に吸引す
る。なお、ハース３４の中央に貫通孔が設けられてお
り、この貫通孔内に、形成すべき膜材料である銅のタブ
レット３６が装填されている。

【００４０】タブレット３６は、ＡｒプラズマビームＰ
Ｂから流入する電流によって加熱されて昇華する。真空
容器３０の下部に設けられた材料供給装置３７が、タブ
レット３６を次々にハース３４の貫通孔内に装填する。

【００４１】真空容器３０の上面に、搬送機構４０が接
続されている。搬送機構４０は、成膜すべき対象基板２
０を、成膜すべき面がハース３４を向くように保持し、
適宜搬送する。

【００４２】圧力勾配型プラズマガン３１から出射され
たＡｒプラズマビームＰＢがタブレット３６の一部を昇
華させる。昇華した銅原子はＡｒプラズマ中でイオン化
され、高いエネルギを持って基板２０の表面に衝突す
る。基板２０に衝突する銅イオンが高いエネルギを持っ
ているため、ビアホール内でリスパッタリング現象が生
ずる。これにより、ビアホールの側壁にも十分な厚さの
シード層を形成することができる。

【００４３】図５に、ニッケルの成膜をも可能にしたイ
オンプレーティング装置の概略図を示す。各構成部分
に、図４に示したイオンプレーティング装置の対応する
構成部分に付された参照符号と同一の参照符号が付され
ている。ここでは、図４に示したイオンプレーティング
装置と異なる部分について説明する。

【００４４】タブレット３６から昇華し、イオン化した
銅イオンの飛翔経路の脇に、ニッケルターゲット５０が
配置されている。ニッケルターゲット５０に負のバイア
ス電位を印加することにより、プラズマガンから出射さ
れたＡｒプラズマビーム中のＡｒイオンをニッケルター
ゲット５０に衝突させる。これにより、ニッケルターゲ
ットがスパッタリングされ、ニッケル膜を形成すること
ができる。このとき、Ａｒプラズマビームを介して流れ
る電流が、ハース３４及びタブレット３６に流入せず、
補助陽極３５に流入するように制御する。

【００４５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
樹脂部材の表面をプラズマに晒して清浄化した後、樹脂
との密着性の高い金属からなる中間層を形成し、その上
に主金属層を形成することにより、主金属層の密着性を
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 樹脂部材上に形成した配線層のピール強度を
示すグラフである。

【図２】 プリント配線板の製造方法を説明するための
基板断面図である。

【図３】 本発明の実施例による金属層形成方法で使用
される成膜装置の概略図である。

【図４】 イオンプレーティング装置の概略図である。

【図５】 改良型イオンプレーティング装置の概略図で
ある。

【符号の説明】

１ 樹脂基板 ２ 内層配線 ３ 樹脂層 ４ ビアホール ５ 中間層 ６ シード層 ７ 配線層 ８ レジストパターン １０ プラズマ処理チャンバ １１ 中間層成膜チャンバ １２ シード層成膜チャンバ １３、１４、１５、１６ ゲートバルブ １７ 高周波電源 １８、１９ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 博之 神奈川県横須賀市夏島町19番地 住友重機 械工業株式会社横須賀製造所内 (72)発明者 山本 敏隆 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重機 械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 井手 隆裕 神奈川県横須賀市夏島町19番地 住友重機 械工業株式会社横須賀製造所内 Ｆターム(参考） 5E339 AB02 BC02 BC03 BD08 BE13 CE12 CF15 5E343 AA02 AA12 BB04 BB16 BB24 BB25 BB28 BB71 DD23 DD24 DD25 DD43 DD76 EE01 EE36 ER12 ER18 GG02 GG11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂製の下地部材の表面をプラズマに晒
   して清浄化する工程と、 清浄化された前記下地部材の表面上に、第１の金属から
   なる中間層を成膜する工程と、 前記中間層の表面上に、第２の金属からなる主金属層を
   形成する工程とを有し、前記第１の金属は、前記第２の
   金属よりも、前記下地部材の表面に対して強い密着性を
   示す金属である金属層の形成方法。
2. 【請求項２】 前記中間層を成膜する工程において、該
   中間層を、スパッタリング、イオンプレーティング、真
   空蒸着、プラズマ励起型化学気相成長からなる群より選
   択された１つの方法により成膜する請求項１に記載の金
   属層の形成方法。
3. 【請求項３】 さらに、前記第２の金属よりも前記第１
   の金属の方がエッチングされやすい条件で、前記中間層
   と前記主金属層との２層を部分的にエッチングする工程
   を有する請求項１または２に記載の金属層の形成方法。
4. 【請求項４】 前記中間層の厚さが５〜１００ｎｍであ
   る請求項１〜３のいずれかに記載の金属層の形成方法。
5. 【請求項５】 前記第１の金属がニッケルであり、前記
   第２の金属が銅、アルミニウム、またはこれらの金属を
   主成分とした合金である請求項１〜４のいずれかに記載
   の金属層の形成方法。