JP4211757B2

JP4211757B2 - 金属膜形成方法

Info

Publication number: JP4211757B2
Application number: JP2005134391A
Authority: JP
Inventors: 直輝木下; 康史正木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2025-05-02
Also published as: JP2006307308A

Description

本発明は、樹脂成形体やセラミック成形体等の基材の表面に金属膜を形成する技術に関する。

立体配線基板（ＭＩＤ：ＭｏｌｄｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＤｅｖｉｃｅ）は、小型・軽量化が要求される電子・オプトエレクトロニクスデバイスなどに適用されている。このような立体配線基板や、あるいはセンサー部品、光反射板などは、樹脂組成物やセラミック組成物等を射出成形等して樹脂成形体やセラミック成形体等からなる基材１を作製し、この基材１の表面に配線や反射膜となる金属膜７を形成することによって製造されている。

このような金属膜７の形成の手法としては、従来からスパッタリングなどのＰＶＤ法（物理的気相蒸着法）が適用されている（特許文献１参照）。

図７は金属膜７の形成工程を一例を概略的に示すものであり、基材１に対して予備加熱を施す仕込み室２０と、この基材１に窒素プラズマ処理などのプラズマ処理を施すプラズマ処理室２１と、プラズマ処理された基材１にスパッタリング等の物理的気相蒸着法にて金属膜７を成膜する成膜室２２と、金属膜７が形成された基材１を取り出すための取出し室２３とから構成されている。図示の例では成膜室２２として前段にターゲット６としてクロムやチタン等からなる第一のターゲット６ａを用いる第一の成膜室２２ａが設けられ、後段にターゲット６として銅等からなる第二のターゲット６ｂを用いる第二の成膜室２２ｂが設けられており、これにより金属膜７として密着性向上等のためにクロム膜等からなる中間膜を形成した後、銅膜等からなる表層膜を形成するようになっている。基材１は各処理室を搬送され、順次処理が施される。

上記のような金属膜７の形成工程においては、複数の処理工程間で基材１を搬送するための便宜のために基材１を導電体からなる搬送台２に保持させた状態で各処理を施すことが行われている。

すなわち、基材１にプラズマ処理を施す工程では、例えば図８（ａ）に示すように基材１を搬送台２に保持されたままプラズマ処理室２１に導入し、搬送台２を保持電極３上に配置して保持電極３と導通させ、プラズマ処理室２１内に窒素ガス等を導入した状態で前記保持電極３に高周波電源２５にて高周波電圧を印加してプラズマ処理を施す。このとき、保持電極３と、これと対向する対向電極４の間でＲＦ放電を起こして気体放電現象により窒素プラズマなどのプラズマＰ１が生成し、プラズマＰ１中の窒素イオン２７などのイオンが基材１の表面に作用してクリーニングを行なうと共に、窒素極性基などの極性基が基材１の表面の分子に付与される。

また、プラズマ処理後の基材１に成膜処理を施す工程では、例えば図８（ｂ）に示すように基材１を搬送台２に保持されたまま成膜室２２に導入し、搬送台２を保持電極５上に配置して保持電極５と導通させ、成膜室２２内にアルゴンガス等を導入した状態で前記保持電極５に対向するターゲット６にＤＣ電源２６からＤＣ電圧を印加してスパッタリングを行う。このとき、保持電極５とターゲット６の間でＤＣ放電が発生し、気体放電現象によりアルゴンプラズマなどのプラズマＰ２が生成して、プラズマＰ２中のアルゴンイオン２８などのイオンがターゲット６の表面に作用し、ターゲット６を構成する金属原子が弾き飛ばされて基材１の表面に堆積して金属膜７が形成される。
特開２００３−０７３８０２号公報

しかし、上記のようにして基材１に金属膜７を形成すると、上記成膜処理において基材１の表面だけでなく搬送台２の表面にも金属原子が堆積する場合がある。このため同一の搬送台２を繰り返し使用して基材１に対する金属膜７の形成を行うと、搬送台２の表面に金属層１１が形成される場合がある。

このような金属層１１が形成された状態の搬送台２を用いて基材１への金属膜７の形成を行うと、プラズマ処理中にプラズマＰ１中の窒素イオン２７等のイオンが金属層１１に到達した際、図８（ａ）に示すように金属層１１から金属原子が弾き飛ばされて基材１の表面に堆積してしまうおそれがある。このようにプラズマ処理中に基材１の表面に金属原子が堆積すると、特に上記のように中間膜や表層膜等からなる二層以上の金属膜を形成する場合には、中間膜の形成の前にプラズマ処理中に金属層１１から表層膜を構成する銅原子等が放出されて基材１に堆積されると中間膜による密着性向上等の効果が十分に得られなくなるおそれがある。また、基材１に金属膜７としてクロム−銅合金等の合金膜を形成する場合などには、プラズマ処理中における搬送台２上の金属膜１１の意図しないスパッタリングにより金属膜１１を構成する合金中における銅等のような基材１との密着性の悪い金属のみが基材１に堆積するおそれもあり、この場合も基材１と合金膜からなる金属膜７との密着性を十分に得ることができなくなるおそれがある。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、基材を搬送台に配置した状態でプラズマ処理と物理的気相蒸着法により金属膜を成膜する成膜処理を経ることにより基材の表面に金属膜を形成するにあたり、同一の搬送台を繰り返し用いてもプラズマ処理中に搬送台の表面に堆積した金属膜からスパッタリングにより放出される金属原子が基材表面に付着することを抑制することができる金属膜の形成方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る金属膜形成方法は、基材１を保持した導電体からなる搬送台２をプラズマ処理用の保持電極３上に配置して、前記保持電極３と対向電極４との間に電圧を印加することにより基材１表面にプラズマ処理を施す工程と、前記搬送台２に基材１を保持した状態でこの基材１に対して物理的気相蒸着法により金属膜７を形成する工程とを含み、前記プラズマ処理を施す工程において前記搬送台２と対向電極３との間に、前記搬送台２上の前記基材１が配置されていない部位を遮蔽する遮蔽体８を配設し、前記遮蔽体８に正のバイアスをかけることを特徴とするものである。このようにすると、同一の搬送台２を用いて繰り返し処理を行う場合、以前の成膜処理により搬送台２の表面に金属層１１が形成されている状態で基材１のプラズマ処理を行い、前記金属層１１を構成する金属原子がスパッタリングにより弾き飛ばされても、この金属原子が遮蔽体８により遮蔽され、金属膜１１から放出された金属原子がプラズマ処理中に基材１の表面に堆積することが抑制される。また、遮蔽体８に正のバイアスをかけるようにするとプラズマ処理中にプラズマＰ１中のイオンが遮蔽体８に衝突することを防止することができ、遮蔽体８を構成する原子がスパッタリングにより弾き飛ばされて基材１に堆積することを抑制することができる。

上記金属膜形成方法においては、遮蔽体８の基材１側の縁部に、搬送台２側に向けて延出する延出部９を設けるようにしても良い。このようにすると、延出部９によって金属原子を更に遮蔽することができ、金属膜１１から放出された金属原子がプラズマ処理中に基材１の表面に堆積することを更に確実に抑制することができる。

また、延出部９を設ける場合にはこの延出部９の搬送台２側の縁部９ａを曲面状に形成することが好ましい。このようにすると前記縁部９ａにおける電界の集中を抑制してアーク放電の発生を抑制し、アークによる基材１、搬送台２、遮蔽体８等の損傷を抑制することができるものである。

また、上記のような遮蔽体８の表面には金属酸化物被覆１０を形成することも好ましい。このようにすれば、エッチレートの低い金属酸化物被覆１０からはスパッタリングにより原子が弾き飛ばされにくくなり、これにより遮蔽体８を構成する原子がスパッタリングにより弾き飛ばされて基材１に堆積することを抑制することができる。

本発明によれば、同一の搬送台を繰り返し使用して基材に対して金属膜の形成を行っても、プラズマ処理中において基材の表面に搬送台上の金属原子が付着することを抑制することができ、同一の搬送台を用いて繰り返し基材に対する金属膜の形成を行っても、基材と金属膜との間の密着性を十分に高く維持することができるものである。

特に金属膜として密着性向上等のためにクロム膜やチタン膜、或いはこれらと銅との合金膜等からなる中間膜を形成した後に銅膜等の表層膜を形成する場合などには、中間膜の形成の前にプラズマ処理中に搬送台上の金属層から表層膜を構成する銅原子等の金属原子が放出されて基材に堆積して中間膜による密着性向上の効果が低下することを防止することができ、また基材に金属膜としてクロム−銅合金等の合金膜のみを形成する場合にも、プラズマ処理中における搬送台上の金属膜の意図しないスパッタリングにより金属膜を構成する合金中における銅等のような基材との密着性の悪い金属のみが基材に堆積することを防止することができ、この場合も基材と合金膜からなる金属膜との密着性を十分に得ることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

基材１としては、図６（ａ）に示すようなポリアミド系樹脂等の熱可塑性樹脂を成形した立体配線基板（ＭＩＤ：ＭｏｌｄｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＤｅｖｉｃｅ）を挙げることができるが、これに限定されるものではなく、セラミック基材やその他適宜の材質のものを採用することができる。また、金属膜７は配線加工や光反射板の形成等のために形成することができるが、これに限らず適宜の目的のために金属膜７を形成するにあたり、本発明を適用することができる。

図７に示す基材１に対する金属膜７の形成工程は、基材１に対して予備加熱を施す仕込み室２０と、この基材１に窒素プラズマ処理などの高周波プラズマ処理を施すプラズマ処理室２１と、プラズマ処理された基材１に物理的気相蒸着法にて金属膜７を成膜する成膜室２２と、金属膜７が形成された基材１を取り出すための取出し室２３とから構成されている。図示の例では成膜室２２としてスパッタリングにより金属膜７の形成を行うものが設けられており、前段にはターゲット６としてクロム等からなる第一のターゲット６ａを用いる第一の成膜室２２ａが、後段にターゲット６として銅等からなる第二のターゲット６ｂを用いる第二の成膜室２２ｂがそれぞれ設けられている。基材１は各処理室を搬送台２に保持された状態で搬送され、下記に示すように順次処理が施されることにより金属膜７が形成される。

基材１は、まずステンレス鋼材（ＳＵＳ）等の導電体から形成される搬送台２に保持された状態で仕込み室２０に導入され、ハロゲンランプ２４等にて適宜の条件、例えば１５０℃で１８０秒間予備加熱される。尚、搬送台２の材質は、前記ＳＵＳに限られず、適宜の導電体にて形成できる。

次に基材１は搬送台２に保持されたままプラズマ処理室２１に導入される。プラズマ処理室２１は高周波プラズマ処理装置などで構成され、チャンバー２９内に保持電極３及び対向電極４を対向させて配設し、保持電極３を高周波電源２５に接続すると共にこの高周波電源２５をバイアス用の電源３２を介して接地するなどして保持電極３に負のバイアスがかけられるようにし、対向電極４をチャンバー２９に接続するなどして接地してあり、チャンバー２９内にはプラズマ生成用の雰囲気ガスを導入できるようにしてある。そして、保持電極３上に搬送台２を配置して保持電極３と搬送台２とを導通させた状態で保持してチャンバー２９内にセットし、チャンバー２９内に窒素ガスやアルゴンガス等の雰囲気ガスを導入すると共に減圧状態（例えば１０Ｐａ）にして、保持電極３に適宜の高周波電圧（例えばＲＦ７００Ｗで１８０秒間）を印加すると共に保持電極３側に負のバイアスをかけることによって、保持電極３と対向電極４の間でＲＦ放電を起こして気体放電現象により窒素プラズマなどのプラズマＰ１を生成させる。このようにプラズマＰ１を生成させると、プラズマＰ１中の窒素イオン２７などのイオンが基材１の表面に作用し、基材１の表面の汚染物を除去するクリーニングを行なうと共に、窒素極性基などの極性基を基材１の表面の分子に付与する処理がなされる。

このように基材１にプラズマ処理を施した後、基材１は搬送台２に保持されたまま成膜室２２に導入される。

成膜室２２では、チャンバー３０内に保持電極５及びターゲット６を適宜の間隔（例えば６０〜７０ｍｍ）をあけて対向させて配設し、保持電極５をチャンバー３０に接続するなどして接地し、ＤＣ電源２６の負極側をターゲット６に接続すると共に正極側をチャンバー３０に接続するなどして接地してあり、チャンバー３０内にはスパッタ用の雰囲気ガスを導入できるようにしてある。図示の例では上記の成膜室２２として第一の成膜室２２ａと第二の成膜室２２ｂが設けられており、第一の成膜室２２ａにはチャンバー３０ａ内に保持電極５ａに対向してＤＣ電源２６ａに接続するクロム等からなる第一のターゲット６ａが設けられ、第二の成膜室２２ｂにはチャンバー３０ｂ内に保持電極５ｂに対向してＤＣ電源２６ｂに接続する銅等からなる第二のターゲット６ｂが設けられている。そして、保持電極５上に搬送台２を配置させた状態で保持してチャンバー３０内にセットし、チャンバー３０内にアルゴンガス等の雰囲気ガスを導入すると共に減圧状態（例えば１〜５×１０^−３Ｐａ）にして、ターゲット６にＤＣ電圧（例えば３〜４ｋＷ）を印加することによって、保持電極５とターゲット６の間でＤＣ放電を発生させ、気体放電現象によりアルゴンプラズマなどのプラズマＰ２を生成させる。このようにプラズマＰ２を生成させると、プラズマＰ２中のアルゴンイオン２８などのイオンがターゲット６の表面に作用し、ターゲット６を構成する金属原子が弾き飛ばされて基材１の表面に堆積して金属膜７が形成される（図８（ｂ）参照）。このとき基材１に対して第一の成膜室２２ａと第二の成膜室２２ｂにて順次スパッタリング処理を施すことにより、第一の金属膜７としてクロム膜からなる中間膜７ａ（例えば膜厚１０〜１００ｎｍ）が形成され（図６（ｂ）参照）、次いで第二の金属膜７として銅膜からなる表面層７ｂ（例えば膜厚３００ｎｍ）が形成される（図６（ｄ）参照）。成膜室２２の構成はこのようなものに限られず、例えばクロム−銅合金やチタン−銅合金からなるターゲット６を備える一つの成膜室２２のみ、或いはクロムやチタン等からなるターゲット６と銅からなるターゲット６とが併設された一つの成膜室２２のみにて、クロム−銅合金やチタン−銅合金等からなる単一層の金属膜７を形成したり、上記構成において第二のターゲット６ｂとしてクロムからなるものに代えてチタン製、クロム−銅合金製、チタン−銅合金製等からなるものを用いてチタン膜等からなる中間膜７ａと銅膜からなる表面層７ｂとで構成される金属層７を形成したり、三以上の成膜室２２を設けて三層以上の金属膜７を形成したりすることができ、所望の金属膜７の構成に応じて適宜の金属からなるターゲット６を備える適宜の個数の成膜室２２にて処理を行うことができる。

次に、基材１を保持した搬送台２は取り出し室２３から取り出され、次いで基材１を配線板として形成する場合には必要に応じて配線加工が施される。このとき例えば図６（ｄ）に示すように基材１上の金属膜７に配線形成部と非配線形成部との少なくとも境界領域に非配線形成部のパターンに対応して、レーザ等の電磁波を照射することによって、非照射部を残してレーザ等の電磁波を照射した部分の金属膜７を除去し、その後、図６（ｅ）に示すように非照射部の金属膜７の表面に電解めっきを施すなどして導体配線３１を形成し、更に必要に応じてエッチング処理を施すなどして非配線形成部に残存する金属膜７を除去するなどして、図６（ｆ）に示すような配線基板を製造することができる。

上記のようにして基材１に対して金属膜７を形成するにあたり、本発明では基材１表面にプラズマ処理を施す工程において、搬送台２と対向電極４との間に、搬送台２上の基材１が配置されていない部位を遮蔽する遮蔽体８を配設するものである。

図１（ａ）に示す例では、遮蔽体８は搬送台２に対して間隔をあけて対向電極４側に配設している。この遮蔽体８は、基材１と対向電極４との間には設けないようにして基材１を対向電極４に対して露出させるようにしている。遮蔽体８はチャンバー２９内に固定して設けるようにしても良く、また搬送台２に対して設けるようにしても良い。またチャンバー２９内や搬送台２に対して着脱自在に設けても良い。また、図示の例では遮蔽体８はチャンバー２９に接続するなどして接地しており、このとき、遮蔽体８を搬送台２に対して設ける場合は遮蔽体８と搬送台２とを絶縁させるようにする。

このような遮蔽体８を配設すると、プラズマ処理時において搬送台２の表面に金属層１１が形成されていて、プラズマ処理中にプラズマＰ１中の窒素イオン２７などのイオンが金属層１１に到達し、この金属層１１から金属原子が弾き飛ばされたとしても、この金属原子は基材１に到達する前に遮蔽体８によって遮蔽され、基材１に金属原子が堆積することを抑制することができるものである。

遮蔽体８はＳＵＳ等の導電体にて形成することができる。またこのとき遮蔽体８の表面には図１（ｂ）に示すように石英ガラスやアルミナ等の金属酸化物被覆１０を形成するようにしても良い。このようにすると遮蔽体８の表面にエッチレートの低い金属酸化物被覆１０を形成することにより、遮蔽体８の表面にプラズマＰ１中の窒素イオン２７等のイオンが到達した場合に遮蔽体８を構成する金属原子が弾き飛ばされて基材１の表面に堆積することを防止することができる。

また、このとき、遮蔽体８と搬送台２との間の間隔は、５ｍｍ以下となるようにすることが好ましい。このようにすると、遮蔽体８と搬送台２との間に電位差が生じてもこの間を移動する電子がプラズマ発生に必要とされるほどの加速を受けにくくなり、このため基材１に金属原子が付着することを更に抑制することができる。

また、図２（ａ）に示すように、遮蔽体８の基材１側の端縁には搬送台２側へ向けて延出する延出部９を設けるようにしても良い。このような延出部９を設けると、搬送台２の表面の金属層１１から放出された金属原子が搬送台２と遮蔽体８との間を基材１へ向けて通過しようとしても、このような金属原子を延出部９にて遮蔽することができ、これにより基材１に対する金属原子の付着を更に抑制することができる。

このような延出部９を設ける場合には、延出部９の搬送台２側の端縁９ａを図２（ｂ）に示すように曲面状に形成することが好ましい。このようにすると、延出部９の端縁における電界集中を抑制し、これによりアーク放電が発生することを防止して基材１、搬送台２、遮蔽体８等の損傷を防止することができるものである。

そして本発明では、図３に示すように遮蔽体８に正のバイアスをかけるものである。図示の例では遮蔽体８にはバイアス用の電源３３の正極が接続されていると共にこの電源３３の負極はチャンバー２９に接続するなどして接地されている。このとき遮蔽体８にかけられるバイアス電圧は例えば１０〜３０Ｖとすることができる。このようにするとプラズマＰ１中の窒素イオン２７等の陽イオンが遮蔽体８に衝突することを抑制することができ、遮蔽体８の表面でスパッタリングが生じてこの遮蔽体８を構成する原子が基材１に向けて弾き飛ばされて堆積するような事態が発生することも防止することができるものである。

なお、図４は、遮蔽体８として、金属膜７を形成するためにターゲットを兼ねるものを設けた参考例を示している。このとき遮蔽体８としては所望の中間膜７ａの材質に応じて適宜の金属からなるものを用いることができるが、例えばクロムやチタン或いはこれらと銅との合金などからなる遮蔽体８が設けられる。

このとき遮蔽体８には負のバイアスがかけられるものであり、図示の例では遮蔽体８にはバイアス用の電源３４の負極が接続されていると共にこの電源３４の正極はチャンバー２９に接続するなどして接地されている。このとき遮蔽体８にかけるバイアス電圧は例えば１０〜３０Ｖとすることができる。

このような遮蔽体８を用いてプラズマ処理を行うと、プラズマＰ１中の窒素イオン２７等のイオンが負のバイアスにより遮蔽体８に衝突し、これにより遮蔽体８を構成する金属原子が弾き飛ばされて基材１に付着することとなる。このため、基材１にはプラズマ処理によるクリーニング等を施すと同時にスパッタリングによる金属膜７の形成を行うことができるものである。

このような金属膜７を形成するためのターゲットを兼用する遮蔽体８を設ける場合、金属膜７として二層以上のものを形成する場合には、成膜室２２としては第一層目の金属膜７を形成するためのものを省略して第二層目以降の金属膜７を形成するための成膜室２２のみを設けるようにすることができ、また一層のみからなる金属膜７を形成する場合には成膜室２２を省略して物理的気相蒸着法による金属膜７の形成をプラズマ処理と同時に行うようにすることもできる。

またこのような金属膜７のターゲットを兼用する遮蔽体８を設ける場合には、遮蔽体８と搬送台２（及び保持電極３）とが同一電位になるようにすることが好ましい。例えば図５に示す参考例では、搬送台２と遮蔽体８とを導電性の部材１２を介して導通させることにより搬送台２と遮蔽体８とを同一電位としているが、遮蔽体８と保持電極３とを導通させるようにしてもよく、また高周波電源２５に対して遮蔽体８と保持電極３とを並列に接続するようにしても良い。このようにすると、遮蔽体８は負のバイアスがかけられた保持電極３と同一電位であるから上記図４に示す場合と同様にプラズマＰ１中の窒素イオン２７等のイオンが負のバイアスにより遮蔽体８に衝突し、これにより遮蔽体８を構成する金属原子が弾き飛ばされて基材１に付着することとなる。このため、基材１にはプラズマ処理によるクリーニング等を施すと同時にスパッタリングによる金属膜７の形成を行うことができるものである。また、遮蔽体８と搬送台２を同一電位とすると、遮蔽体８と搬送台２との間には放電が生じなくなり、かかる放電に起因して搬送台２の表面の金属層１１からの金属原子の放出が発生することを抑制することができて、このような金属原子が基材１に付着することを更に抑制することができるものである。

（ａ）は基材に対してプラズマ処理を施す工程の一例を示す概略図、（ｂ）は前記他例を示す一部の概略図である。（ａ）（ｂ）は同上の基材に対してプラズマ処理を施す工程の更に他例を示す一部の概略図である。同上の基材に対してプラズマ処理を施す工程の実施形態の一例を示す概略図である。同上の基材に対してプラズマ処理を施す工程の参考例を示す概略図である。同上の基材に対してプラズマ処理を施す工程の参考例を示す概略図である。本発明の実施の形態の一例を示すものであり（ａ）乃至（ｆ）は基材を示す断面図である。本発明の実施の形態の全体構成の一例を示す概略図である。従来技術の一例を示すものであり、（ａ）は基材に対してプラズマ処理を施す工程を示す概略図、（ｂ）は基材に対して成膜処理を施す工程を示す概略図である。

符号の説明

１基材
２搬送台
３保持電極
４対向電極
７金属膜
８遮蔽体
９延出部
９ａ端縁
１０金属酸化物被覆

Claims

基材を保持した導電体からなる搬送台をプラズマ処理用の保持電極上に配置して、前記保持電極と対向電極との間に電圧を印加することにより基材表面にプラズマ処理を施す工程と、前記搬送台に基材を保持した状態でこの基材に対して物理的気相蒸着法により金属膜を形成する工程とを含み、前記プラズマ処理を施す工程において前記搬送台と対向電極との間に、前記搬送台上の前記基材が配置されていない部位を遮蔽する遮蔽体を配設し、前記遮蔽体に正のバイアスをかけることを特徴とする金属膜形成方法。
上記遮蔽体の基材側の縁部に、搬送台側に向けて延出する延出部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
上記延出部の搬送台側の縁部が曲面状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の金属膜形成方法。
上記遮蔽体の表面に金属酸化物被覆が形成されている特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金属膜形成方法。