JP2016084508A - 金属膜成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂基材の表面全体に亘って密着性良く金属膜を成膜できる量産性に優れた金属膜成膜方法を提供する。
【解決手段】金属製のターゲット２が配置された真空処理室Ｂ内に樹脂基材Ｗを配置し、真空処理室内にスパッタガスを導入し、ターゲットに所定電圧を印加して真空処理室内にプラズマを形成し、ターゲットをスパッタリングすることにより樹脂基材の少なくとも一方の表面に金属膜Ｍｆ１，Ｍｆ２を成膜する本発明の金属膜成膜方法は、前記電圧がパルス電圧であり、このパルス電圧の周波数が１ｋＨｚ未満で、パルス幅が１μｓ〜１ｍｓの範囲である。
【選択図】図３

Description

本発明は、樹脂基材の少なくとも一方の表面に金属膜を成膜する金属膜成膜方法に関する。

近年、電子デバイスの高機能化及び高集積化に伴い、ビルドアップ基板等の多層基板が用いられるようになっている。この種の多層基板の製造方法は、例えば特許文献１で知られている。このものは、樹脂基材の少なくとも一方の表面に金属箔を貼り付け、金属箔の表面にプリプレグを積層し、積層したプリプレグの表面に金属膜をスパッタリング（以下「スパッタ」という）法により成膜する工程を含む。

このような多層基板としてその信頼性を高めるには、プリプレグといった樹脂基材とその表面に形成される金属膜との密着性を強固にする必要がある。一般に、スパッタ法により金属膜を成膜する場合、樹脂基材表面に成膜しようとする金属膜の組成に対応した金属製ターゲットを用い、このターゲットに負の電位を持つ直流電圧を印加する所謂ＤＣスパッタ法が用いられる。この場合、金属膜と樹脂基材との密着性を強固にするには、加熱や、プラズマ生成装置、リニアイオンソースなどの手法により（エッチング効果の高いリニアイオンソースが好ましい。）樹脂基板の表面に付着した不純物を除去し、高いエネルギーを持ってスパッタ粒子（金属イオン）を樹脂基材に打ち込む必要があり、それにはターゲットへの印加電圧を高めることが必要となる。

然しながら、所定膜厚の金属膜が得られるまで継続してターゲットに高電圧を印加すると、ターゲットがスパッタ粒子の衝撃を受けて高温となり、融解したり、割れたりして良好に成膜できないという問題が生じる。なお、上記従来例のものでは、スパッタ法による金属膜の成膜に先立ち、樹脂基材の表面を、エポキシエマルジョン溶液を塗布して凹凸形状にしているが、これでは、スパッタ法による成膜時、主として凸部へのスパッタ粒子のアンカー効果で、基材面内に比較的密着性の強い部分と比較的弱い部分とが生じてしまう。その上、製造工程が増加して量産性の低下を招来する。

特開２０１３−１１５４２３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、樹脂基材の表面全体に亘って密着性良く金属膜を成膜できる量産性に優れた金属膜成膜方法を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、金属製のターゲットが配置された真空処理室内に樹脂基材を配置し、真空処理室内にスパッタガスを導入し、ターゲットに所定電圧を印加して真空処理室内にプラズマを形成し、ターゲットをスパッタリングすることにより樹脂基材の少なくとも一方の表面に金属膜を成膜する本発明の金属膜成膜方法は、前記電圧がパルス電圧であり、このパルス電圧の周波数が１ｋＨｚ未満で、パルス幅が１μｓ〜１ｍｓの範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、ターゲットに印加する電圧をパルス電圧とし、間欠的にターゲットに電圧を印加するようにしたため、印加電圧を高くしても、ターゲットの温度上昇が抑制される。そして、高電圧を印加してターゲットをスパッタすることで、スパッタ粒子のエネルギーが高められ、樹脂基材の表面にスパッタ粒子が打ち込まれ、打ち込まれたスパッタ粒子と樹脂とのミキシングにより樹脂基材の表面全体に亘って強固な密着性を持つ金属膜が成膜できる。この場合、上記従来例のような樹脂基材に対する前処理は不要であるため、量産性が良い。

本発明において、前記樹脂基材は、合成樹脂で構成されてもよい。この場合、樹脂基材には、基材全体が合成樹脂で構成されるものだけでなく、基材表面が合成樹脂で構成されるものも含まれる。

本発明において、前記パルス電圧を１０００Ｖ〜２０００Ｖの範囲に設定することができる。このように高電圧を印加しても、上記のようにターゲットの温度上昇は抑制される。

金属膜の成膜に用いる成膜装置を示す図。 図１に示す処理室Ｂを拡大して示す模式図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の金属膜の成膜方法を説明する図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の効果を確認する実験結果を示すグラフ。

以下、図面を参照して、樹脂基材をコア材の両面に夫々ビルドアップ材が積層されたものとし、この樹脂基材の表面にＴｉ膜を成膜する場合を例に、本発明の実施形態の金属膜の成膜方法について説明する。

図１及び図２を参照して、金属膜の成膜に用いる成膜装置Ｍについて説明する。図１に示すように、成膜装置Ｍは、中央の搬送室Ｔを備え、この搬送室Ｔに樹脂基材Ｗを搬送する搬送ロボットＲが配置されている。搬送ロボットＲは、所謂フロッグレッグ式やスカラー式の公知のものであるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、搬送ロボットＲは、樹脂基材Ｗを上下反転させることが可能な公知の機構（図示省略）を有しており、樹脂基材Ｗを反転させて成膜することで、樹脂基材Ｗの上下両面に金属膜を夫々成膜できるようになっている。搬送室Ｔには図外の真空排気手段が接続され、搬送室Ｔ内を所定の真空度に保持できるようになっている。搬送室Ｔは、平面視四角形状に形成され、その周囲には、ロードロック室Ｌと各真空処理室（以下「処理室」という）Ａ〜ＣとがゲートバルブＧＶを介在させて装着されている。処理室Ａでは、樹脂基材Ｗ表面に付着した不純物が除去され、処理室Ｂでは、不純物除去後の樹脂基材Ｗの表面にＴｉ膜が成膜される。尚、本実施形態では、Ｔｉ膜が下地層（バリア層）としての役割を果たしており、処理室Ｃにて、Ｔｉ膜の表面にＣｕ膜が成膜される。

図３を更に参照して、上記処理室Ｂを具体的に説明する。上記成膜装置はＭ、処理室Ｂを画成する真空チャンバ１を備え、この真空チャンバ１の天井部にはカソードユニットＣが取付けられている。以下においては、図３中、真空チャンバ１の天井部側を向く方向を「上」とし、その底部側を向く方向を「下」として説明する。カソードユニットＣは、ターゲット２と、このターゲット２の上方に配置された磁石ユニット３とから構成されている。ターゲット２は、樹脂基材Ｗ表面に成膜しようとするＴｉ膜の組成に対応したＴｉ製で、樹脂基材Ｗの輪郭に応じて、公知の方法で平面視円形または矩形に形成されたものである。ターゲット２の上面（スパッタ面２ａとは背向する面）には、スパッタリングによる成膜中、ターゲット２を冷却するバッキングプレート２１が装着され、そのスパッタ面２ａを下側にして絶縁体Ｉを介して真空チャンバ１に取り付けられている。ターゲット２にはまた、パルス電源Ｅからの出力が接続され、成膜時、ターゲット２に時間幅１μｓ〜１ｍｓ、周波数１ｋＨｚ未満のパルス電圧が投入されるようにしている。ターゲット２の上方に配置される磁石ユニット３は、ターゲット２のスパッタ面２ａの下方空間に磁場を発生させ、スパッタ時にスパッタ面２ａの下方で電離した電子等を捕捉してターゲット２から飛散したスパッタ粒子を効率よくイオン化する公知の構造を有するものであり、ここでは詳細な説明を省略する。

真空チャンバ１の底部には、ターゲット２のスパッタ面２ａに対向させてステージ４が配置され、樹脂基材Ｗがその成膜面を上側にして位置決め保持されるようにしている。真空チャンバ１の側壁には、アルゴン等の希ガスを導入するガス管５が接続され、このガス管５にはマスフローコントローラ５１が介設され、図示省略のガス源に連通している。これにより、流量制御されたアルゴンガスが、後述の真空排気手段Ｐにより一定の排気速度で真空引きされている処理室Ｂ内に導入でき、成膜中、処理室Ｂの圧力が略一定に保持されるようにしている。真空チャンバ１の底部には、ターボ分子ポンプやロータリーポンプなどからなる真空排気手段Ｐに通じる排気管６が接続されている。

尚、処理室Ｃは、Ｃｕ製のターゲット２と、ターゲット２に負の電位を持つ直流電圧を印加する直流電源とを備える点を除き、処理室Ｂと同様の構成部品を備えている。即ち、処理室Ｃでは、ＤＣスパッタ法により、Ｃｕ膜が成膜される。

上記成膜装置Ｍは、特に図示しないが、マイクロコンピュータやシーケンサ等を備えた公知の制御手段を有し、制御手段により上記搬送ロボットＲの作動、パルス電源Ｅの稼働、マスフローコントローラ５１の稼働や真空排気手段Ｐの稼働等を統括管理するようになっている。以下、図３を参照して、上記成膜装置Ｍを用い、樹脂基材Ｗの表面にＴｉ膜を成膜する場合を例に、本発明の実施形態の金属膜の成膜方法を説明する。

ここで、樹脂基材Ｗは、図３（ａ）に示すように、樹脂またはガラスで構成される基板Ｓの両面にＣｕ、Ａｌ等の金属あるいはそれらの合金で構成される金属層Ｍｌ１，Ｍｌ２を夫々接着してコア材ＣＭを得て、このコア材ＣＭの表面、すなわち、金属層Ｍｌ１，Ｍｌ２の表面に、図３（ｂ）に示すように、樹脂製のビルドアップ材Ｂｍ１，Ｂｍ２を夫々積層することで得ることができる。尚、ビルドアップ材Ｂｍ１，Ｂｍ２としては、ガラスクロスや炭素繊維のような繊維状補強材に樹脂を含浸させて得られるプリプレグや、樹脂中にシリカを含有させたＡＢＦ、ＧＳＺＰＥ等を用いることができる。

このような樹脂基材Ｗをロードロック室Ｌに収容し、ロードロック室Ｌを真空引きする。ここで、その後、搬送ロボットＲにより樹脂基材Ｗを処理室Ａのステージ４にセットした後、真空排気手段Ｐを作動させて処理室Ａ内を所定の真空度まで真空引きする。処理室Ａが所定圧力に達すると、アルゴンガスを導入し、処理室Ａ内に配置された図示省略の電極に電力を投入して処理室Ａにプラズマ雰囲気を形成する。これにより、樹脂基材Ｗの表面（ビルドアップ材の表面）がエッチングされ、当該表面に付着した不純物が除去される。このとき、エッチング時間は、ＳｉＯ_２のエッチング量で換算したときに１０〜５００Å（例えば、２０Å）となるように設定することができる。

上記不純物が除去された樹脂基材Ｗを搬送ロボットＲにより処理室Ｂのステージ４にセットし、処理室Ｂ内を真空引きした後、所定流量のアルゴンガスを導入し、パルス電源Ｅからターゲット２に時間幅１μｓ〜１ｍｓ、周波数１ｋＨｚ未満のパルス電圧を印加してプラズマを形成し、ターゲット２をスパッタすることにより、樹脂基材Ｗの一方の表面（ビルドアップ材Ｂｍ１の表面）にＴｉ膜Ｍｆ１を１０〜２００ｎｍ（例えば、７０ｎｍ）の厚みで成膜する。このとき、処理室Ｂ内の圧力は、放電を維持できる範囲内で設定できる。同様の方法で、樹脂基材Ｗの他方の表面（ビルドアップ材Ｂｍ２の表面）にもＴｉ膜Ｍｆ２を成膜する。

上記Ｔｉ膜Ｍｆ１，Ｍｆ２が成膜された樹脂基材Ｗを搬送ロボットＲにより処理室Ｃのステージにセットし、ＤＣスパッタ法により、Ｔｉ膜Ｍｆ１の表面にＣｕ膜を１００〜５００ｎｍ（例えば、３００ｎｍ）の厚みで成膜する。同様に、ＤＣスパッタ法により、Ｔｉ膜Ｍｆ２の表面にもＣｕ膜を成膜する。Ｃｕ膜が成膜された樹脂基材Ｗは搬送ロボットＲによりロードロック室Ｌに戻され、ロードロック室Ｌを大気圧までベントした後に取り出される。

以上説明したように、本実施形態では、Ｔｉ膜Ｍｆ１，Ｍｆ２の成膜中、ターゲット２に間欠的に電圧が印加されるようにしたため、ターゲット２への印加電圧を高くしても（例えば、１０００Ｖ〜２０００Ｖ）、ターゲット２の温度上昇が抑制される。そして、高電圧を印加してターゲット２をスパッタすることで、スパッタ粒子のエネルギーが高められ、樹脂基材Ｗの表面にスパッタ粒子が打ち込まれる。これにより、樹脂基材Ｗへの衝突エネルギーが増加し、打ち込まれたスパッタ粒子と樹脂とのミキシングにより樹脂基材Ｗの表面全体に亘って強固な密着性を持つＴｉ膜Ｍｆ１，Ｍｆ２が成膜できる。この場合、上記従来例のような樹脂基材表面に対する前処理工程より極めて高い密着性が得られるため、量産性が良い。

次に、上記効果を確認するために、上記成膜装置Ｍを用いて次の実験を行った。本実験では、樹脂基材Ｗとしてガラス基板の表面にシリカ含有樹脂を積層したものを用い、この樹脂基材Ｗを処理室Ａに搬送し、処理室Ａ内にアルゴンガスを３０ｓｃｃｍ導入し、電極に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を５００Ｗ投入してプラズマを生成し、樹脂基材Ｗ表面の不純物を除去した。不純物の除去時間は、ＳｉＯ_２のエッチング量で換算したときに２０Åとなるように設定した。不純物除去済みの樹脂基材Ｗを処理室Ｂに搬送し、処理室Ｂ内にアルゴンガスを導入すると共に、ターゲット２に時間幅２０μｓｅｃ、周波数０．４ｋＨｚのパルス電圧を１７００Ｖ印加してプラズマを生成し、樹脂基材Ｗ表面にＴｉ膜を７０ｎｍの厚みで成膜し、Ｔｉ膜成膜後の樹脂基材Ｗを処理室Ｃに搬送し、ＤＣスパッタ法によりＴｉ膜表面にＣｕ膜を３００ｎｍの厚みで成膜した。Ｃｕ膜成膜済みの樹脂基材Ｗを大気中、１５０℃で３０秒間アニールした後、電解メッキによりＣｕ層を２０μｍの厚みで成膜して得たものを発明品１とした。ターゲット２に印加するパルス電圧を２０００Ｖとした点以外は、上記発明品１と同様の方法で作製したものを発明品２とした。また、ＳｉＯ_２のエッチング量で換算した不純物の除去時間をパラメータとして、ターゲット２にパルス電圧ではなく直流電圧４００Ｖを印加、即ち、ＤＣスパッタ法によりＴｉ膜を成膜した点以外は、上記発明品１と同様の方法で作製したものを従来品１とした。これらの発明品１，２及び従来品につき、ＪＰＣＡ−ＵＢ０１に準拠したピール試験を行った結果を図４（ａ）に示す。これによれば、同じＳｉＯ_２のエッチング量における発明品１のピール強度は、従来品１の２倍よりも高い６３０ｇｆ／ｃｍ^２であり、発明品２のピール強度は更に高い８６０ｇｆ／ｃｍ^２であり、夫々強固な密着性を示すことが確認された。また、５００ｇｆ／ｃｍ^２を規格値とした場合、発明品１及び２の規格値を満たすエッチング量は従来品の１／１０以下であり、前処理に要する工程を大幅に軽減可能であることが確認された。ピール試験によりＴｉ膜が剥離した樹脂基材の表面状態を電子顕微鏡にて観察したところ、発明品１，２では樹脂基材表面に全体的にＴｉ膜が付着しており、樹脂基材の表面全体に亘って強固な密着性を持つ金属膜が成膜されていることが判った。それに対して、従来品では樹脂基材表面に縞状にＴｉ膜が付着しており、基材面内に密着性の強い部分と弱い部分が生じることが判った。

図４（ｂ）に、従来のＤＣスパッタ法によりＴｉ膜を成膜して作製した従来品と、本発明のパルススパッタ法によりＴｉ膜を成膜して作製した発明品について、Ｔｉ膜成膜時の印加電圧に対するピール強度の依存性を示す。不純物の除去時間は、ＳｉＯ_２のエッチング量で換算したときに２０Åとなるように設定し、それ以外は上記実験と同様とした。同じ印加電圧１０００Ｖで比較した場合、従来品（ＤＣスパッタ）よりも発明品（パルススパッタ）の方が強い密着性が得られることが判った。これは、高電圧をパルス状に印加することにより、瞬間的に数百Ａもの大電流が流れる。これにより、通常のＤＣスパッタよりもプラズマ密度が高くなり、スパッタ粒子のイオン化が促進され、基板への衝突エネルギーが増加し、アンカー効果が強まることによるものと考えられる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態においては、クラスターツール型の成膜装置Ｍを用いてＴｉ膜を成膜しているが、所謂インライン型やインターバック型の成膜装置を用いることができ、この場合、一の処理室内で樹脂基材を移送しながら、不純物の除去、Ｔｉ膜の成膜、Ｃｕ膜の成膜を順次行うことができる。

また、樹脂基材は上記実施形態に記載のものに限定されず、基材全体または基材表面が合成樹脂で構成される樹脂基材に対して本発明を適用することができ、この場合、合成樹脂は熱硬化樹脂が好ましく、エポキシ樹脂がより好ましい。

また、上記実施形態では、Ｃｕ膜のバリア層としての役割を果たすＴｉ膜を成膜する場合に本発明を適用したが、Ｔｉ膜を成膜せず樹脂基材に直接Ｃｕ膜を成膜する場合にも本発明を適用することができる。

さらに、上記実施形態では、１層のＴｉ膜を成膜する場合を例に説明したが、２層のＴｉ膜を成膜する場合にも本発明を適用することができる。即ち、基材表面に密着層としてのＴｉ膜をパルススパッタ法により成膜し、その後、ＤＣスパッタ法によりＴｉ膜を成膜した後に、Ｃｕ膜をＤＣスパッタ法により成膜してもよい。この場合、密着層の厚みは、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で設定することができる。

２…ターゲット、Ｂ…真空処理室、Ｗ…樹脂基材、Ｍｆ１，Ｍｆ２…金属膜（Ｔｉ膜）。

Claims (3)

1. 金属製のターゲットが配置された真空処理室内に樹脂基材を配置し、真空処理室内にスパッタガスを導入し、ターゲットに所定電圧を印加して真空処理室内にプラズマを形成し、ターゲットをスパッタリングすることにより樹脂基材の少なくとも一方の表面に金属膜を成膜する金属膜成膜方法において、
   前記電圧はパルス電圧であり、このパルス電圧の周波数が１ｋＨｚ未満で、パルス幅が１μｓ〜１ｍｓの範囲であることを特徴とする金属膜成膜方法。
2. 前記樹脂基材は、合成樹脂で構成されることを特徴とする請求項１記載の金属膜形成方法。
3. 前記パルス電圧が１０００Ｖ〜２０００Ｖの範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の金属膜形成方法。

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