JP2011032508A

JP2011032508A - 配線基板プラズマ処理装置及び配線基板の製造方法

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Publication number: JP2011032508A
Application number: JP2009177990A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Omi; 忠弘大見; Tetsuya Goto; 哲也後藤; Takaaki Matsuoka; 孝明松岡
Original assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tohoku University NUC; Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17
Also published as: CN102498231A; US20120125765A1; TW201134330A; WO2011013525A1; KR20120031520A

Abstract

【課題】配線基板の製造においてスパッタプロセスを採用しつつ、スループットの向上及びランニングコストの低減が可能な配線基板の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁膜を表面に有する被処理基板１０２上に、導電体メッキ層を形成する場合、導電体メッキ層の下地となるシード層をスパッタのみによって形成した場合、密着性及びスループットの向上ができない。同一のプラズマ処理室１０９内に、プラズマ源を備え、被処理基板１０２の前処理を行なう表面処理部１０６と、複数の膜によって形成されたシード層を形成する複数のスパッタ成膜部１０７、１０８を備えた配線基板プラズマ処理装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線基板を製造するためのプラズマ処理装置、及びその製造方法に関する。

一般に、配線基板は、電子デバイス等を搭載して電子機器を構成するプリント配線板として広く使用されている。電子機器等の小形化と共に、プリント配線板に対しても高精度化、高密度化が要求されている。通常、配線基板における配線材料には銅が用いられ、所定パターンに電解めっきされて形成される。この銅配線電解めっき形成における給電層の形成方法として、前処理としてウェットプロセスを用いた後に無電解銅めっきを行うのが通常である。その後、無電解めっき層をシード層（給電層）として銅の電解めっきが行われる。

しかしながら、無電解めっきは、電解めっきに比べめっき品質のばらつきを抑制する事が難しく、更に、大量の薬液を必要とし、所要工程数も多いという問題点がある。そのため、無電解めっきに替わるプロセスとして、スパッタプロセスによりシード層の銅を形成する方法が検討されている。スパッタで形成した銅は、プリント基板の電気的絶縁層、即ち、熱硬化樹脂との密着性の確保が難しいが、シード層の初期層として、窒化銅をスパッタにより形成することで、密着性を向上させることが提案されている。（特許文献１、特許文献２）。特許文献１及び２のように、窒化銅をシード層の初期層として形成しても、実用に耐える密着性を備えた銅シード層が得られていない。

一方、特許文献３には、熱硬化性樹脂表面を窒化することで、銅シード層と熱硬化樹脂表面との間の密着性を向上させることも提案されている。

特開２００３−２１８５１６号公報特開平１０−１３３５９７号公報ＰＣＴ／ＪＰ２００９／５９８３８号出願

特許文献３では、スパッタ装置のみを用いて、基板表面のクリーニング、熱硬化性樹脂表面の窒化、シード層の初期層としての窒化銅膜の形成、シード層としての銅のスパッタ成膜を連続して行う方法が開示されている。しかしながら、マグネトロンスパッタ装置だけを用いて、基板表面のクリーニングを行うと共に、熱硬化性樹脂表面の窒化、シード層の初期層としての窒化銅膜の形成、シード層としての銅のスパッタ成膜を行った場合、スループットが低くなってしまうという問題があった。

また、スパッタプロセスは真空装置内に基板を入れて処理することから、処理基板を装置に入れた後に、真空引きの時間が必要になることや、プリント基板は通常両面に配線形成をする必要があるため、どうしても処理時間が長くなってしまい、スループットを向上させるのが困難であった。また、スパッタ装置のターゲット使用効率が悪いため、ランニングコストが増大するという問題点があった。

本発明の目的は、配線基板の製造においてスパッタプロセスを採用しつつ、スループットの向上及びランニングコストの低減が可能な配線基板の製造装置及び製造方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、一端から他端までの長さが被処理基板の長さの３倍以上あって減圧可能な処理容器と、被処理基板を前記処理容器の前記一端から前記他端へ移動させる移動機構と、前記処理容器の前記一端から前記他端に向かう方向に沿って前記処理容器にそれぞれ設置されたプラズマ源を有する表面処理部、第１のマグネトロンスパッタ成膜部、および、第２のマグネトロンスパッタ成膜部とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第２の態様によれば、前記表面処理部は、並行平板型プラズマ源を有することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第３の態様によれば、前記並行平板型プラズマ源の一方の電極は前記移動機構によって移動する被処理基板の一方の面の側に、他方の電極は前記被処理基板の他方の面の側に、それぞれ設けられていることを特徴とする第２の態様によるプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第４の態様によれば、前記表面処理部において、前記被処理基板の面に垂直な方向に前記被処理基板を移動させる機構をさらに有することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第５の態様によれば、前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は互いに異なる組成の膜を形成することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第６の態様によれば、前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は互いに同じ組成の膜を形成することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第７の態様によれば、前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は、前記移動機構によって移動する被処理基板の一方の面の側にそれぞれ少なくとも一つのマグネトロンスパッタ源を、かつ前記被処理基板の他方の面の側にそれぞれ少なくとも一つのマグネトロンスパッタ源を、それぞれ有することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第８の態様によれば、前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は、回転マグネット式マグネトロンスパッタ源をそれぞれ有することを特徴とする第７の態様に記載のプラズマ処理装置。

本発明の第９の態様によれば、前記移動機構は、複数の被処理基板を同時に運搬することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第１０の態様によれば、前記移動機構は、移動方向に複数かつ移動方向と垂直の方向に複数の被処理基板を同時に運搬することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第１１の態様によれば、
減圧可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられたプラズマ源を有し、被処理基板にプラズマを照射することで被処理基板表面を改質する第１のプラズマ処理部と、
前記処理容器内に設けられた複数のマグネトロンスパッタ源を備え、マグネトロンスパッタ法により薄膜を堆積させる第２のプラズマ処理部とを含み、
前記プラズマ源は、被処理基板を裏返す操作をせずに該被処理基板の両面にそれぞれプラズマ照射が可能なように設置され、
前記マグネトロンスパッタ源は、被処理基板を裏返す操作をせずに被処理基板の両面に薄膜形成が可能なように該被処理基板の両面にそれぞれ対向して設置され、
ていることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第１２の態様によれば、前記第１のプラズマ処理部は、被処理基板の第１の面および該第１の面の反対側の第２の面にそれぞれ対向してかつ被処理基板に略々平行に設けられ、大きさがそれぞれ略々被処理基板と等しい第１のプラズマ励起電極および第２のプラズマ励起電極を含むことを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第１３の態様によれば、前第１のプラズマ処理部は、被処理基板を前記第１の面と垂直方向に移動させる機能を有し、被処理基板の第１の面をプラズマ処理する際には、第２の面を第２のプラズマ励起電極に接触させ、第２の電極のみに電力を印加する、または、第１の電極と第２の電極の両方に電力を印加することにより、第１の面と第１の電極との間にプラズマを生成し、第１の面をプラズマ処理し、被処理基板の第２の面をプラズマ処理する際には、第１の面を第１のプラズマ励起電極に接触させ、第１の電極のみに電力を印加する、または、第２の電極と第１の電極の両方に電力を印加することにより、第２の面と第２の電極との間にプラズマを生成し、第２の面をプラズマ処理することを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第１４の態様によれば、前記処理容器内に前記第２のプラズマ処理部に隣接して設けられ、複数のマグネトロンスパッタ源を有する第３のプラズマ処理部であって、前記マグネトロンスパッタ源は、被処理基板を裏返す操作をせずに被処理基板の両面に薄膜を形成するように該被処理基板の両面にそれぞれ対向して設置されていることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第１５の態様によれば、前記マグネトロンスパッタ源が回転マグネットスパッタであることを特徴とするプラズマ処理装置が得られる。

本発明の第１６の態様によれば、上記した態様のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり、前記第１のプラズマ処理部において、少なくとも水素を含むガスによりプラズマ励起が行われ、活性な水素を被処理基板へ照射して被処理基板表面の少なくとも一部の酸化被膜を除去する第１のプラズマ処理工程と、前記第１のプラズマ処理部において少なくとも窒素を含むガスによりプラズマ励起が行われ、活性な窒素を被処理基板へ照射して被処理基板表面の少なくとも一部を窒化する第２のプラズマ処理工程と、
を有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法が得られる。

本発明の第１７の態様によれば、上記した態様のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり、前記第１のプラズマ処理部において、少なくとも水素と窒素とを含むガスによりプラズマ励起が行われ、活性な水素およびNHラジカルを照射することにより、被処理基板表面の少なくとも一部の酸化被膜を除去し、かつ同時に被処理基板表面の少なくとも一部を窒化するプラズマ処理工程を有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法が得られる。

本発明の第１８の態様によれば、上記した態様のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり、前記第１のプラズマ処理部において被処理基板表面をプラズマ処理する工程と、前記第２のプラズマ処理部において前記マグネトロンスパッタ源により、窒化銅、クロム、アルミニウム、チタンおよびタンタルの少なくとも一つを含む導電層を形成する工程とを有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法が得られる。

本発明の第１９の態様によれば、上記した態様のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり、前記第１のプラズマ処理部において被処理基板表面をプラズマ処理する工程と、前記第２のプラズマ処理部において前記マグネトロンスパッタ源により、第１の導電層を形成する工程と、前記第３のプラズマ処理部において前記マグネトロンスパッタ源により、前記第１の導電層上に第２の導電層を形成する工程とを有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法が得られる。

本発明によれば、基板へのスパッタ法による配線形成において、表面処理部とスパッタ成膜部を基板の移動方向に分離配列することにより、スループットの向上及びランニングコストの低減を実現できる。また、表面処理およびスパッタ成膜を基板の表裏両面に対して同時に行うことによって、スループットを更に向上させ、ランニングコストを更に低減することができる。

本発明の第１の実施の形態の構成を説明する断面図である。図１の装置の表面処理部における処理工程を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態の構成を説明する断面図であり、上は装置の側面から見た断面図、下は装置の上面から見た断面図である。本発明のプラズマ処理装置を用いて作られたプリント基板の概略を示す一部断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

(第1の実施の形態)
本発明の第１の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明をする。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を説明する断面図であり、ここでは、当該プラズマ処理装置はプリント基板上に配線材料を形成するために使用される。図１において、１０１は基板仕込み室、１０２はプリント基板（被処理基板）、１０３は基板取り出し室、１０９はプラズマ処理室、１０４はプラズマ処理室１０９と基板仕込み室１０１を仕切るゲートバルブ、１０５はプラズマ処理室１０９と基板取り出し室１０３とを仕切るゲートバルブである。

また、１０６は表面処理部で、平行平板電極を有するプラズマ源が備えられ、該プラズマ源でプラズマを励起して、基板表面のプラズマクリーニング及びプラズマ窒化を行うユニットである。１０７及び１０８はマグネトロンスパッタ成膜部で、１０７は窒化銅を形成するためのマグネトロンスパッタ源を上下に２セット備えた第１のマグネトロンスパッタ成膜部、１０８は銅を成膜するためのマグネトロンスパッタ源を上下に２セット備えた第２のマグネトロンスパッタ成膜部である。また、プラズマ処理室１０９には、被処理基板１０２をゲートバルブ１０４から、表面処理部１０６、第１及び第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０７、１０８を経て、ゲートバルブ１０５まで移動させる移動機構（図示せず）が設けられている。当該移動機構として、この実施例では、この一方向だけでなく途中で逆方向（戻る方向）に移動も可能な移動機構を使用している。このような移動機構は、インラインタイプのプラズマ処理装置に用いられる移動機構を使用することができる。

図１では、ゲートバルブ１０４によって規定される一端からゲートバルブ１０５で規定される他端までの長さが、被処理基板１０２の長さの３倍以上の長さであるプラズマ処理室１０９が用いられている。即ち、プラズマ処理室１０９は、被処理基板１０２の移動方向に対する長さと略略同等の長さを備えた表面処理部１０６、被処理基板１０２の移動方向の長さに合計して略略等しい長さを有する第１及び第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０７、１０８、及び被処理基板１０２の長さと同等以上の長さを有する、処理された被処理基板１０２を取り出し室１０３へ取り出すために待機させる取り出し用スペースによって定まる長さを有している。

本プラズマ処理装置において、基板仕込み室１０１、プラズマ処理室１０９、基板取り出し室１０３は全て減圧可能であり、基板仕込み室１０１及び基板取り出し室１０３は、基板仕込み時及び取り出し時に大気圧とする。プラズマ処理室１０９はメンテナンス時以外、基本的に減圧状態に維持されている。基板仕込み室１０１に被処理基板１０２をセットし、基板仕込み室１０１を減圧にした後、被処理基板１０２は、ゲートバルブ１０１を開いて、ロボット（図示せず）により、プラズマ処理室１０９の表面処理部１０６に導入される。表面処理部１０６には、導入された被処理基板１０２をマグネトロンスパッタ成膜部１０７の方向へ移動させるだけでなく、逆方向への移動、および参照番号１０６１でシンボル化して示されているように、移動方向に対して垂直な方向に移動させる移動機構が設けられている。

表面処理部１０６に設置されたプラズマ源の構造、及び当該プラズマ源を用いたプラズマ処理方法を、図２を用いて詳細に説明する。図２は表面処理部１０６のプラズマ源をより詳細に示した図であり、プラズマ処理の処理手順を２０１、２０２、２０３で示している。２０４は被処理基板、２０６は第１のプラズマ励起電極、２０７は第２のプラズマ励起電極、２０８は第１のプラズマ励起電極に電力を供給する第１の給電ライン、２０９は第２のプラズマ励起電極に電力を供給する第２の給電ラインである。

図２に示された被処理基板２０４は、積層構造プリント基板配線用基板であり、図４にその片面の一部が示されている。図４に示された配線用基板は、例えば、熱硬化樹脂等によって形成された絶縁物基体１３００、当該基体１３００上に形成された内層Cu配線１３０１、内層Ｃｕ配線１３０１と基体１３００とを覆うように形成された絶縁性樹脂１３０２を有している。絶縁性樹脂１３０２の一部には、ビアホール１３０３が形成されて内層Cu配線１３０１が露出している。図では省略されているが、同様な配線構造が反対面にも形成されている。配線用基板は内層Ｃｕ配線１３０１が露出した状態で表面処理部１０６に導入される。

なお、被処理基板２０４は４０ｃｍ×５０ｃｍの長方形基板であり、その周辺が被処理基板２０４を支えるための治具２０５で固定されており、基板仕込み室（図１の１０２）に搬入されてから基板取り出し室（図１の１０３）から取り出されるまで、被処理基板２０４は治具２０５と共に移動機構によって移動する。治具２０５は被処理基板を、曲げることなく安定に移動させることを主な目的とし、治具２０５によって支持される被処理基板２０４の面積は、被処理基板２０４の有効面積を増加させるためには、なるべく少ない方が望ましい。

プラズマ励起電極２０６、２０７は、被処理基板の上下両面にそれぞれ対向して設置され、被処理基板２０４の、第１のプラズマ励起電極２０６側を第１の面、その逆側を第２の面と定義する。２１０は被処理基板の第１の面と第１のプラズマ励起電極２０６との間の空間、２１１は被処理基板の第２の面と第２のプラズマ励起電極２０７との間の空間である。

処理手順２０１は、被処理基板２０４が基板仕込み室１０１から表面処理部１０６へ搬送されプラズマ励起電極２０６、２０７の間の位置まで搬送された状態を示している。なお、第１のプラズマ励起電極２０６と第２のプラズマ励起電極２０７は、それぞれ対向して略々被処理基板２０４と等しい大きさで、被処理基板と平行に設置されている。この状態では基板２０４は第１のプラズマ励起電極２０６と第２のプラズマ励起電極２０７との丁度中間に保持されている。

被処理基板２０４は、前述したように、治具２０５と共に被処理基板と垂直方向、即ち、プラズマ励起電極２０６、２０７の面に対して垂直方向に可動する移動機構１０６１（図１）を有している。

この移動機構１０６１を利用し、被処理基板２０４の第１の面、及び第２の面を順次プラズマクリーニング及びプラズマ窒化を行う。まず、被処理基板２０４の第２の面の処理を行うために、処理手順２０２で示すように、第１の面を第１のプラズマ励起電極２０６に接触させる。この状態で、プラズマ処理室内にアルゴンと水素を流量比９：１で導入し、圧力を５０ｍTorrに設定する。ここで、第１のプラズマ励起電極２０６に１３．５６MHｚのRF電力を0.2W/cm²の電力密度で、被処理基板２０４の第２の面へのイオン照射が４０eV程度になるような条件でプラズマを励起し、８秒間プラズマクリーニングを行った。

この工程により、主にビアホール１３０３（図４）底部の内層Cu配線１３０１の露出面におけるCuの酸化皮膜が除去される。アルゴンのみでプラズマ励起を行っても酸化皮膜の除去効果はあるが、水素も導入することで、水素ラジカルによる還元効果を利用することで除去効果が増大する。また、よりプラズマ密度を増加させてクリーニング効果を増大させるために、第２のプラズマ励起電極２０７にも同時にRF電力を印加しても良い。

次に、アルゴンと窒素を流量比7.5：2.5でプラズマ処理室（図１の１０９）に導入し、圧力を100mTorrに設定し、第１のプラズマ励起電極２０６に１３．５６MHｚのRF電力を0.3W/cm²の電力密度で印加してプラズマを励起し、活性な窒素ラジカルを生成した。これにより、被処理基板２０４の第２の面における樹脂（図４の１３０２）表面を８秒間窒化した。以上により、被処理基板２０４の第２の面のプラズマクリーニング及び樹脂表面の窒化を行った。なお、この窒化処理に関しても、より効果を増大させるために第２のプラズマ励起電極２０７に電力を印加しても良い。この結果、被処理基板２０４の第２の面上の樹脂層１３０２の表面には、図４に示されるように、窒化樹脂層１３０４が形成される。

また、プラズマ密度を増加させプラズマクリーニングやプラズマ窒化の効果を増大させるためにはRF電力を用いることが好ましいが、電源のコスト等の観点からDC電力を用いても、より長い時間処理すれば同等の効果が得られる。

次に、被処理基板２０４の第１の面の処理を行うために、処理手順２０３で示すように、被処理基板２０４の第２の面を第２のプラズマ励起電極２０７に接触させる。この後は上述の工程を第１及び第２のプラズマ励起電極２０６、２０７に印加する電力等を、第１のプラズマ励起電力と第２のプラズマ励起電力とを入れ替えることで、被処理基板２０４の第１の面のプラズマクリーニング及びプラズマ窒化が終了する。その後に再び被処理基板２０４を処理手順２０１のように両プラズマ励起電極２０６，２０７の中央に戻す。

なお、プラズマ処理方法としては、よりスループットを向上させたい場合には、被処理基板を両プラズマ励起電極の中央に設置した状態で、両プラズマ励起電極に同時にRF電力やDC電力を印加しても良いし、例えば、第２のプラズマ励起電極２０７をグランドに接地し、第１のプラズマ励起電極２０６に電力を印加することで容量結合プラズマを励起しても良い。ただし、この場合には、被処理基板２０４を基板垂直方向に動かして処理する方法と同等の効果を得るためには、被処理基板２０４とプラズマ励起電極２０６、２０７が遠いため、多くのプラズマ電力が必要である。

RFプラズマ放電を行う場合は、給電ライン２０８、および２０９の先には図示しないマッチング回路とブロッキングコンデンサが設置され、ブロッキングコンデンサにより給電ライン及びプラズマ励起電極はDC的に絶縁される。よって、第１、及び第２のプラズマ励起電極２０６、２０７をグランドに接地するためのスイッチを給電ラインの位置に設けることが好ましい。

いずれにせよ、第１のプラズマ励起電極２０６と第２のプラズマ励起電極２０７がそれぞれ対向して略々被処理基板２０４と等しい大きさで、被処理基板２０４と平行に設置されていることで、被処理基板２０４の両面を、被処理基板２０４を裏返す操作をせずにプラズマ処理が可能である。

次に、再び図１を用いて、被処理基板１０２（２０４）上に、窒化銅膜形成及び銅膜形成を行うプロセスについて説明する。図示された例では、これらの成膜のためにマグネトロンスパッタ源をそれぞれ上下に２セット備えた第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７（窒化銅膜の形成用）およびマグネトロンスパッタ源をそれぞれ上下に２セット備えた第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８（銅膜の形成用）が設けられている。第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７は被処理基板の移動方向（図１の左から右へ向かう方向）に沿って表面処理部１０６の下流に設けられ、さらに、その下流に第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８が設けられている。これらマグネトロンスパッタ成膜部１０７、１０８のスパッタ源のスパッタ方式としては、固定磁石をターゲットの裏面に設置した通常のマグネトロンスパッタ方式でも構わないが、回転マグネットスパッタ方式（詳細は、ＰＣＴ国際公開公報ＷＯ２００７／０４３４７６に開示されている）を用いた方が好ましい。回転マグネットスパッタ方式を用いることで、成膜レートも向上でき、さらにターゲット利用効率が高いために、ターゲット交換頻度を少なくすることが可能で、スループットを高くし、ランニングコストを安く抑えることができる。

このため、図では、回転マグネットスパッタ方式のスパッタ装置を用いた例が示されている。第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７では、矩形の銅ターゲット１０７１、１０７２が対向してプラズマ処理室１０９に設置されており、被処理基板は、この対向されて設置された両ターゲットの中央部を通過させることで窒化銅の成膜を行う。

図示された例においては、アルゴンと窒素を、流量比97.5：2.5でプラズマ処理室に導入し、圧力を5mTorrとし、ターゲットに13.56MHzのRF電力を4W/cm²の電力密度で印加し、ターゲットのDC電圧を-340Vとしてプラズマを励起し、１ｃｍ/ｓの速度で被処理基板を第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７を図１の左から右へ通過させた。これにより、２０ｎｍの膜厚の窒化銅（図４の１３０５）が被処理基板の第１および第２の面の表面に形成された。

次に、銅成膜の手順を説明する。図１において、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７に隣接して、被処理基板の移動方向の下流に、銅を成膜するための第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８が位置している。ここでも、窒化銅成膜の場合と同様、回転マグネットスパッタ方式が採用されている。第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８でも、矩形の銅ターゲット１０８１、１０８２が対向してプラズマ処理室に設置されている。

従って、窒化銅を厚く付けたい場合には、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７への給電と同時に第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８にも同様行えばよい。本実施英では、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７への給電時には、第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８への給電は停止されている。

さて、銅成膜のプロセスでは、基板はまず第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８より上流へ戻される。そして、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７への給電は停止されており、第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８への給電が開始される。被処理基板は、対向されて設置された両ターゲットの中央部を通過させることで銅の成膜を行う。この例においては、アルゴンをプラズマ処理室に導入し、圧力を5mTorrとし、ターゲットに13.56MHzのRF電力を4W/cm²の電力密度で印加し、ターゲット１０８１、１０８２のDC電圧を-340Vとしてプラズマを励起し、被処理基板を２ｍｍ/ｓの速度で、ターゲット領域を通過させた。これにより、１００ｎｍの膜厚の銅シード膜（図４の１３０６）を形成した。銅の膜厚をもっと大きくしたければ、基板を第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７よりも上流まで後退させ、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７へも第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８への給電と同じ給電を行って、アルゴンをプラズマ処理室に導入し、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７および第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８で連続して銅のスパッタ成膜を行えばよい。

銅薄膜形成が終了した後に、ゲートバルブ１０５を開け、基板取り出し室１０３へ基板を搬送して基板を取り出した。図４を参照すると、この工程の後、銅薄膜１３０６をシード層とした電解めっきによって被処理基板の第１の面および第２の面に銅（図示せず）を２５μｍ程度成膜し、その後ウェットエッチングにより銅の電解めっき層、その下の銅シード層１３０６、およびその下の窒化銅膜１３０５の不要部を除去して、所望の配線パターンを形成する。

以上、本発明の第１の実施形態に係る銅シード層形成について説明した。なお、本実施形態においては、窒化銅形成工程で、アルゴン/窒素ガスによりプラズマを励起し、銅ターゲット１０７１、１０７２をリアクティブスパッタすることで形成したが、窒化銅のターゲットを用いて、アルゴンプラズマによるスパッタで窒化銅を形成しても良い。この場合は、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７への給電と同時に第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８への給電を行い、アルゴンをプラズマ処理室に導入し、窒化銅の成膜に引き続いて銅の成膜を行うことができる。あるいは、それに続いて、基板を逆方向へ移動させて、第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８の上流まで戻し、第１のマグネトロンスパッタ成膜部１０７への給電を停止しつつ、第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０８への給電を行いつつ、基板を正方向へ移動させてより厚い銅を成膜してもよい。

また、窒化銅に限らず、樹脂との密着性が得られるクロム、アルミニウム、チタン、タンタル等のターゲットを用いてもよい。この場合には、アルゴンのみのプラズマを発生させるので、上記の窒化銅ターゲットの場合と同様のプロセスを実施できる。

図示された例では、第１及び第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０７及び１０８において互いに異なる組成の膜（窒化銅膜１３０５及び銅シード膜１３０６）を形成する場合について説明したが、第１及び第２のマグネトロンスパッタ成膜部１０７及び１０８において同一組成の膜を形成しても良い。

(第２の実施の形態)
本発明の第２の実施の形態を、図３を参照して詳細に説明する。なお、第１の実施形態と重複する部分は説明を省略する。図３は、プリント基板上への配線材料を形成するためのプラズマ処理装置の第２の実施の形態の構成を説明する図であり、３０１は装置側面から見た断面図、３０２は装置上面から見た断面図である。３０３はプラズマクリーニング及び被処理基板の樹脂表面の窒化を行うためのプラズマ源を備えた基板処理部であり、３０４は窒化銅を形成するための回転マグネットスパッタ源を有する第１のスパッタ成膜部、３０５は銅を形成するための回転マグネットスパッタ源を有する第２のスパッタ成膜部である。３０６は被処理基板であり、４０ｃｍ×５０ｃｍの長方形をしており、被処理基板３０６の移動方向（図の左から右へ向かう方向）に２枚、移動方向と垂直の方向に４枚が配列されて、合計８枚が被処理基板３０６の周辺に設置された治具により、同時に搬送することが可能である。８枚を１セットとして同時搬送機能を持たせることで、一回で処理される枚数を増加させることができる。

基板処理部３０３は、図１および図２で説明した平行平板型プラズマ源１０６と同様の構成のプラズマ源を、被処理基板の進行方向に２セット配置し、かつ、各電極の幅は被処理基板と幅と同程度とし、長さ（基板の移動方向に垂直の長さ）を基板４枚の合計の長さより大きくした構成を備えている。この構成により、同時に８枚の基板の同時処理を可能としている。

また、窒化銅形成用の第１のスパッタ成膜部３０４は、被処理基板の移動方向に沿って回転マグネットスパッタ源を被処理基板の第１の面側に１個、第２の面側に１個設けた構成を有している。更に、銅薄膜形成用の第２のスパッタ成膜部３０５は、被処理基板の移動方向に沿って回転マグネットスパッタ源を被処理基板の第１の面に４個、第２の面に４個、上下に合計８個を搭載した構成を備えている。第１及び第２のスパッタ成膜部３０４、３０５の各回転マグネットスパッタ源の長さ（基板の移動方向に垂直の長さ）は基板４枚の合計の長さより大きくしてある。まず、第１のスパッタ成膜部３０４に給電し、第２のスパッタ成膜部３０５への給電は停止しつつ窒素ガス＋アルゴンガスでプラズマ励起してリアクティブスパッタを行う。具体的には、アルゴンと窒素を、流量比97.5：2.5でプラズマ処理室に導入し、圧力を5mTorrとし、第１のスパッタ成膜部３０４の銅ターゲットに13.56MHzのRF電力を4W/cm²の電力密度で印加し、ターゲットのDC電圧を-340Vとしてプラズマを励起し、１ｃｍ/ｓの速度で被処理基板を第１のマグネトロンスパッタ成膜部３０４を図の左から右へ通過させた。これにより、２０ｎｍの膜厚の窒化銅が被処理基板の第１および第２の面の表面に形成された。次に、移動機構を逆転させて被処理基板を第２のスパッタ成膜部３０５よりも上流へ戻して、第１のスパッタ成膜部３０４の給電は止め、第２のスパッタ成膜部３０５への給電を開始し、アルゴンガスでプラズマ励起して銅のスパッタを行う。給電およびスパッタの条件は第１の実施例と同様とした。図示された例では、第２のスパッタ成膜部３０５に回転マグネットスパッタ源を合計８個を配列した結果、銅薄膜の成膜レートが向上し、スループットが向上した。

以上、実施例で配線基板製造装置とその製造方法を示したが、表面処理の条件やスパッタの条件におけるガス圧力やガス流量比率、時間等、上記した例に限定されるものではない。また、プラズマクリーニングにおけるＡｒガスまたはＡｒ/ H₂ガスプラズマによるイオン照射工程を樹脂層の表面窒化工程の前に行ったが、表面窒化の後、窒化銅形成工程の前に行ってもよいし、Ａｒ/ H₂ガスプラズマの代わりにＡｒ/ H₂ガスにN₂ガスを加えたガス、またはＡｒガスにアンモニアガスを加えた混合ガスでプラズマ照射を行って、上記のイオン照射工程と樹脂層の表面窒化工程とを同時に行ってもよい。

尚、図１に示された実施例では、移動機構として、被処理基板を一方向及び逆方向に移動させる移動機構を使用しているが、一方向だけに移動させる移動機構を使用しても良い。

本発明に係るプラズマ処理装置は、プリント基板形成の配線形成において、大量の薬液を使い、製造コスト低減が困難な無電解めっき工程をスパッタによるドライ工程に低コストかつ高スループットで置き換えることができる。

１０１…基板仕込み室
１０２、２０４、３０６…配線基板用の被処理基板
１０３…基板取り出し室
１０４、１０５…ゲートバルブ
１０６…表面処理部
１０７、１０８…マグネトロンスパッタ成膜部
１０９…プラズマ処理室

Claims

一端から他端までの長さが被処理基板の長さの３倍以上あって減圧可能な処理容器と、被処理基板を前記処理容器の前記一端から前記他端へ移動させる移動機構と、前記処理容器の前記一端から前記他端に向かう方向に沿って前記処理容器にそれぞれ設置されたプラズマ源を有する表面処理部、第１のマグネトロンスパッタ成膜部、および第２のマグネトロンスパッタ成膜部とを含むことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記表面処理部は、並行平板型プラズマ源を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記並行平板型プラズマ源の一方の電極は前記移動機構によって移動する被処理基板の一方の面の側に、他方の電極は前記被処理基板の他方の面の側に、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記表面処理部において、前記被処理基板の面に垂直な方向に前記被処理基板を移動させる機構をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は互いに異なる組成の膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は互いに同じ組成の膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は、前記移動機構によって移動する被処理基板の一方の面の側にそれぞれ少なくとも一つのマグネトロンスパッタ源を、かつ前記被処理基板の他方の面の側にそれぞれ少なくとも一つのマグネトロンスパッタ源を、それぞれ有することを特徴とする請求項１、２、５または６に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のマグネトロンスパッタ成膜部および第２のマグネトロンスパッタ成膜部は、回転マグネット式マグネトロンスパッタ源をそれぞれ有することを特徴とする請求項７に記載のプラズマ処理装置。
前記移動機構は、複数の被処理基板を同時に運搬することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記移動機構は、移動方向に複数かつ移動方向と垂直の方向に複数の被処理基板を同時に運搬することを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。
減圧可能な処理容器と、
前記処理容器内に設けられたプラズマ源を有し、被処理基板にプラズマを照射することで被処理基板表面を改質する第１のプラズマ処理部と、
前記処理容器内に設けられた複数のマグネトロンスパッタ源を有し、マグネトロンスパッタ法により薄膜を堆積させる第２のプラズマ処理部とを含み、
前記第１のプラズマ処理部の前記プラズマ源は、被処理基板を裏返す操作をせずに該被処理基板の両面にそれぞれプラズマ照射が可能なように設置され、
前記マグネトロンスパッタ源は、被処理基板を裏返す操作をせずに被処理基板の両面に薄膜形成が可能なように該被処理基板の両面にそれぞれ対向して設置され、
ていることを特徴とするプラズマ処理装置。
前記第１のプラズマ処理部は、被処理基板の第１の面および該第１の面の反対側の第２の面にそれぞれ対向してかつ被処理基板に略々平行に設けられ、大きさがそれぞれ略々被処理基板と等しい第１のプラズマ励起電極および第２のプラズマ励起電極を含むことを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
前記第１のプラズマ処理部は、被処理基板を前記第１の面と垂直方向に移動させる機構を有し、
被処理基板の第１の面をプラズマ処理する際には、第２の面を第２のプラズマ励起電極に接触させ、第２の電極のみに電力を印加する、または第１の電極と第２の電極の両方に電力を印加することにより、第１の面と第１の電極との間にプラズマを生成し、第１の面をプラズマ処理し、
被処理基板の第２の面をプラズマ処理する際には、第１の面を第１のプラズマ励起電極に接触させ、第１の電極のみに電力を印加する、または第２の電極と第１の電極の両方に電力を印加することにより、第２の面と第２の電極との間にプラズマを生成し、第２の面をプラズマ処理することを特徴とする
請求項１２に記載のプラズマ処理装置。
前記処理容器内に前記第２のプラズマ処理部に隣接して設けられ、複数のマグネトロンスパッタ源を有する第３のプラズマ処理部であって、
前記マグネトロンスパッタ源は、被処理基板を裏返す操作をせずに被処理基板の両面に薄膜を形成するように該被処理基板の両面にそれぞれ対向して設置され、
ていることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
前記マグネトロンスパッタ源が回転マグネットスパッタであることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、
前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり
前記第１のプラズマ処理部において、少なくとも水素を含むガスによりプラズマ励起が行われ、活性な水素を被処理基板へ照射して被処理基板表面の少なくとも一部の酸化被膜を除去する第１のプラズマ処理工程と、前記第１のプラズマ処理部において少なくとも窒素を含むガスによりプラズマ励起が行われ、活性な窒素を被処理基板へ照射して被処理基板表面の少なくとも一部を窒化する第２のプラズマ処理工程と、
を有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、
前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり
前記第１のプラズマ処理部において、少なくとも水素と窒素とを含むガスによりプラズマ励起が行われ、活性な水素およびNHラジカルを照射することにより、被処理基板表面の少なくとも一部の酸化被膜を除去し、かつ、同時に被処理基板表面の少なくとも一部を窒化するプラズマ処理工程、
を有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
請求項１１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、
前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり
前記第１のプラズマ処理部において被処理基板表面をプラズマ処理する工程と、
前記第２のプラズマ処理部において前記マグネトロンスパッタ源により、窒化銅、クロム、アルミニウム、チタンおよびタンタルの少なくとも一つを含む導電層を形成する工程と
を有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
請求項１４に記載のプラズマ処理装置を用いてプリント配線基板を製造する方法であって、
前記被処理基板は、熱硬化性樹脂上に配線パターンを形成する基板であり
前記第１のプラズマ処理部において被処理基板表面をプラズマ処理する工程と、
前記第２のプラズマ処理部において前記マグネトロンスパッタ源により、第１の導電層を形成する工程と
前記第３のプラズマ処理部において前記マグネトロンスパッタ源により、前記第１の導電層上に第２の導電層を形成する工程と
を有することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。