TWI727332B - 導電膜形成方法、以及配線基板的製造方法 - Google Patents

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TWI727332B
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Abstract

導電膜形成方法包括：在遠離耐壓腔室內設置的高密度電漿產生源的位置配置處理對象物；對耐壓腔室內進行減壓；對電漿產生源供給反應氣體而形成電漿狀態；使處理對象物曝露於電漿產生源中經高反應性化的反應氣體中；不使曝露於反應氣體的處理對象物曝露於大氣中而對處理對象物的表面的一部分進行種晶層的成膜；藉由無電解電鍍、電解電鍍或乾式成膜製程在成膜於處理對象物的種晶層的表面的一部分形成金屬膜；對形成有種晶層及金屬膜的處理對象物進行熱處理。

Description

導電膜形成方法、以及配線基板的製造方法
本發明是有關於一種導電膜形成方法、以及配線基板的製造方法。
為了藉由金屬鍍敷在包含玻璃等的無機材料的絕緣體的表面形成導電膜，而在絕緣體的表面藉由無電解電鍍形成被稱為種晶層的薄的導電層，並將此種晶層作為電極而在種晶層之上進行金屬的電解電鍍。
作為向絕緣體的表面形成種晶層的方法，已知在絕緣體的表面利用蝕刻處理等形成微小的凹凸，對其中添加鈀等觸媒後，進行無電解電鍍的方法(專利文獻1)。
另一方面，亦提出有在對樹脂進行金屬膜的成膜時，藉由電漿處理在樹脂的表面形成用以提高與金屬的密接性的化合物層，在所述化合物層之上形成金屬膜的成膜方法及成膜裝置(專利文獻2)。
一般而言，電漿處理是使用藉由對充滿反應氣體的兩個電極間施加高電壓進行放電而電漿化的反應氣體來進行。以往，一般是在兩個電極間配置處理對象物，將藉由電極間的放電而產生的電漿照射至處理對象物。有時亦將處理對象物自身或保持處 理對象物的金屬製的保持機構用作兩個電極中的一者。
在專利文獻3中，亦提出有在用以放電的兩個電極的外部配置處理對象物的電漿產生裝置。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利第5615881號公報
[專利文獻2] 日本專利特開2016-211051號公報
[專利文獻3] 日本專利特開2002-180257號公報
在導電膜的形成中所使用的以往的鍍敷方法中，存在絕緣體的基材與鍍敷膜的密接性不充分、容易產生剝離的這一課題。
而且，專利文獻2中所揭示的成膜方法及成膜裝置是藉由電漿而在樹脂的表面形成與樹脂及金屬的密接性良好的化合物層，但難以應用於化學性質與樹脂不同的玻璃等的無機材料。進而，玻璃等的無機材料亦存在不耐因電漿的照射引起的急遽或局部的溫度變化的問題。
另一方面，專利文獻3中所揭示的電漿處理裝置可抑制處理對象物的溫度上升，但是是將處理對象物配置在大氣壓下來進行處理，所以難以進行高處理能力的處理。
第一態樣的導電膜形成方法包括：相對於耐壓腔室內設 置的、包含高密度電漿電極及與所述高密度電漿電極相向配置的對電極的電漿產生源，在自所述高密度電漿電極向所述對電極的相反側遠離的位置，配置處理對象物；對所述耐壓腔室內進行減壓；對所述電漿產生源供給反應氣體而形成電漿狀態；使所述處理對象物曝露於所述電漿產生源中經高反應性化的所述反應氣體中；不使曝露於所述反應氣體的所述處理對象物曝露於大氣中而在所述處理對象物的表面的至少一部分進行種晶層的成膜；藉由電解電鍍、無電解電鍍或乾式成膜製程在成膜於所述處理對象物的所述種晶層的表面的至少一部分形成金屬膜；以及對形成有所述種晶層及所述金屬膜的所述處理對象物進行熱處理。
第二態樣的配線基板的製造方法包括：準備基板；以及藉由第一態樣的導電膜形成方法在所述基板形成導電膜。
根據本發明，可實現一種形成對玻璃等的無機材料密接性高的膜的高處理能力的導電膜形成方法以及配線基板的製造方法。
1:耐壓腔室
2:電漿處理室
3:成膜處理室
4:間隔壁
5:開口部
6:開閉門
7:控制裝置
12:高密度電漿電極(空心陰極)
12a:中空部(貫通孔)
12b:平板
13:框部
14:對電極
15:電漿產生源
16:反應氣體供給管
17:反應氣體供給器
18、39:控制閥
19:電漿用電源
20:電力供給線
21、24:接地配線
22:密閉空間
23:第一保持機構
25:第一減壓泵
26、37:減壓用配管
28、40:工廠配管
30:搬運機構
31:電極部
32:靶材料
33:電漿電極
34:濺鍍用電源
35:第二保持機構
36:第二減壓泵
38:惰性氣體供給器
41:惰性氣體供給管
45:電解電鍍裝置
46:電解液
47:電源
48:相向電極
49a、49b:導線
50、50a、50b:處理對象物
50c:表面
50d:背面
50h:貫通孔
51c、51d:種晶層
52c、52d:金屬膜(銅鍍敷膜、導電膜)
52e:銅
53:抗蝕劑圖案
54c、54d:配線
55:第二層(邊界層)
55a:邊界層
56:第一層(金屬氧化膜)
60:帶種晶層的處理對象物
61:熱處理爐
62:加熱電源
63a、63b:加熱器
64、65:配管
70:中間製品
71:帶第一層的中間製品
90:配線基板
100:成膜裝置
d:距離
E:空心陰極的電力
E1:第一輸出
E2:第二輸出
S1~S6:控制信號
t0~t3:時刻
T55:第一層的厚度
T56:第二層的厚度
P:反應氣體的壓力
P1:第一壓力
P2:第二壓力
圖1的(a)~圖1的(e)是對導電膜形成方法的概略進行說明的圖、且是對步驟的前段進行說明的圖。
圖2的(a)及圖2的(b)是對導電膜形成方法的概略進行說明的圖、且是對步驟的中段進行說明的圖。
圖3的(a)~圖3的(c)是對導電膜形成方法的概略進行說明的圖、且是對步驟的後段進行說明的圖。
圖4是表示本發明的導電膜形成方法中電漿處理步驟與成膜步驟所使用的裝置的圖。
圖5是表示圖4的裝置中的空心陰極的圖。
圖6的(a)及圖6的(b)是表示電漿處理步驟中反應氣體的壓力及投入的電力的時間變化的圖。圖6的(a)是表示反應氣體的壓力的時間變化的圖，圖6的(b)是表示投入至電漿產生裝置的電力的時間變化的圖。
圖7的(a)及圖7的(b)是對熱處理中的金屬氧化膜56的形成進行說明的圖。
(導電膜形成方法的實施形態的概要)
參照圖1的(a)至圖3的(c)，對實施形態的導電膜形成方法的概要進行說明。
圖1的(a)~圖1的(e)是對針對包含玻璃等的無機材料的處理對象物50的、電漿處理步驟及種晶層的成膜處理步驟進行說明的圖。
首先，如圖1的(a)所示，對處理對象物50的表面50c進行使用氧自由基(O*)及氧電漿等的電漿處理。關於電漿處理的細節將後述。
作為一例，處理對象物50為包含無鹼玻璃、鈉鈣玻璃或石英 玻璃的基板，並形成有多個連接表面50c與背面50d的貫通孔50h。
另外，貫通孔50h的至少一部分亦可為僅形成於表面50c或背面50d，不貫通表面50c與背面50d的非貫通孔。而且，亦可在表面50c或背面50d形成槽。
其次，使處理對象物50反轉，如圖4(b)所示，對背面50d進行電漿處理。氧自由基(O*)亦被照射至貫通孔50h的內側面，而不僅僅是處理對象物50的表面50c及背面50d，從而將該些部分活化。
在對處理對象物50的電漿處理結束後，如圖1的(c)所示，對處理對象物50的表面50c藉由濺鍍等成膜方法進行銅(Cu)等的金屬的成膜。關於此時的成膜方法，細節將後述。如後所述，在圖1的(b)所示的電漿處理結束後，在處理對象物50不曝露於大氣中的情況下，對所述處理對象物50進行圖1的(c)所示的成膜處理。
如後所述，在此成膜步驟中，對處理對象物50中所形成的貫通孔50h的內側面亦可進行金屬的成膜。
其次，使處理對象物50反轉，如圖1的(d)所示，在處理對象物50的背面50d及貫通孔50h的內側面進行銅(Cu)等的金屬的成膜。
電漿處理及成膜處理中表面50c與背面50d的處理順序可分別與所述順序相反。
藉由以上的步驟，如圖1的(e)所示，在處理對象物 50的表面50c、背面50d及貫通孔50h的內側面形成種晶層(種晶層51c、種晶層51d)，所述種晶層與處理對象物50具有高的密接性。而且，在形成於處理對象物50的表面50c或背面50d的所述非貫通孔及槽的內側面亦形成與處理對象物50具有高的密接性的種晶層(種晶層51c、種晶層51d)。將圖1的(e)所示的處理對象物50及種晶層51c、種晶層51d的狀態稱為帶種晶層的處理對象物60。
種晶層51c、種晶層51d的金屬膜的厚度較佳為自100nm至1000nm左右。在薄於100nm的情況下，有電阻大而無法充分獲得作為種晶層的功能之虞，在厚於1000nm的情況下，成膜需要時間，而有製造成本上升的問題。
而且，貫通孔50h的直徑在表面50c及背面50d附近設為20μm至50μm，在表面50c與背面50d的中間部分設為15μm至20μm。即，較佳為在表面50c及背面50d附近，內徑大，而在內部使內徑相對小。
另外，在所述內容中，在處理對象物50的表面50c、背面50d及貫通孔50h的內側面的所有部分形成了種晶層(種晶層51c、種晶層51d)，但並非限於此。例如，在成膜處理前，亦可藉由對處理對象物50的表面(表面50c、背面50d)的一部分進行遮罩(masking)，而在經遮罩的部分以外形成種晶層51c、種晶層51d。
而且，作為要形成的種晶層51c、種晶層51d的材料，並不 限於銅，亦可為包含銅的合金或、鎳、鋁、鉻等其他金屬及包含該些的合金。
其次，對形成有種晶層51c、種晶層51d的帶種晶層的處理對象物60的表面的至少一部分藉由電解電鍍進而形成銅等的金屬的膜。
圖2的(a)是表示此電解電鍍的步驟的圖，帶種晶層的處理對象物60被浸漬於電解電鍍裝置45的電解液46中，在種晶層51c、種晶層51d的表面連接有連接於電源47的導線49a。在電解液46中設置有相向電極48，在相向電極48連接有連接於電源47的導線49b。
作為一例，電解液46包含銅離子，藉由對導線49a施加比導線49b低規定的電位差的電位，而在帶種晶層的處理對象物60的種晶層51c、種晶層51d的表面析出銅，藉此進行電解電鍍。作為一例，相向電極48是使用銅板。電解液46亦滲透至貫通孔50h的內部，而且亦在貫通孔50h的內側面形成有種晶層，所以亦對貫通孔50h的內部鍍敷銅。同樣地，亦對所述形成於處理對象物50的表面50c或背面50d的非貫通孔及槽的內部鍍敷銅。
另外，即便在鍍敷步驟時，亦可藉由事先對種晶層51c、種晶層51d的表面的一部分進行遮罩而對種晶層51c、種晶層51d的表面局部地實施鍍敷。
圖2的(b)中示出鍍敷步驟結束後的中間製品70。
在處理對象物50的表面50c、背面50d的至少一部分施加有 銅鍍敷膜(金屬膜)52c、銅鍍敷膜(金屬膜)52d，在多個貫通孔50h的至少一部分亦藉由鍍敷而填充有銅52e。另外，在圖2的(b)中，種晶層51c、種晶層51d省略了圖示。
另外，此鍍敷步驟並不限定於所述電解電鍍，亦可藉由無電解電鍍來進行。或者，亦可藉由蒸鍍等乾式成膜製程來進行，而非鍍敷。
其次，對形成有金屬膜52c、金屬膜52d的中間製品70進行熱處理(退火)。
圖3的(a)表示在對中間製品70進行熱處理的狀態。
熱處理爐61在內部具有加熱器63a、加熱器63b，加熱器63a、加熱器63b被來自加熱電源62的電力加熱。藉由來自加熱器63a、加熱器63b的熱，中間製品70被加熱而被進行熱處理。
藉由此熱處理，處理對象物50的表面、種晶層51c、種晶層51d及金屬膜52c、金屬膜52d更牢固地結合，形成堅固而不易剝離、且電阻低的導電膜。
熱處理時，為了防止金屬膜52c、金屬膜52d及種晶層51c、種晶層51d的熱氧化，亦可自配管64對熱處理爐61供給氮等的惰性氣體。熱處理爐61內的氣體自配管65排氣。
此熱處理較佳為在100℃以上且至處理對象物50、種晶層51c、種晶層51d或金屬膜52c、金屬膜52d的熔點為止的溫度下，進行10秒至24小時左右。若溫度低於100℃或處理時間短於10秒，則處理對象物50的表面、種晶層51c、種晶層51d及金屬 膜52c、金屬膜52d的結合不會充分地進行，而難以獲得牢固且低電阻的導電膜。而且，若溫度高於各構成材料的熔點，則存在處理對象物50、種晶層51c、種晶層51d及金屬膜52c、金屬膜52d變形或破損之虞。而且，若處理時間長於24小時，則存在作為導電膜形成方法的生產性下降之虞。
藉由此熱處理，實施形態的導電膜形成方法完成。
另外，此熱處理的加熱設定為不會使包含玻璃等的無機材料的處理對象物50變形及破損的程度的溫度上升速度。
藉由所述方法而形成的導電膜與包含玻璃等的無機材料的處理對象物50之間具有牢固的密接性，作為一例，其密接強度為5N/cm左右以上。
(配線基板的製造方法的實施形態的概要)
針對利用所述方法而形成有導電膜(金屬膜52c、金屬膜52d)的處理對象物50，對其導電膜(金屬膜52c、金屬膜52d)的一部分進行圖案化並予以去除，藉此可將處理對象物50製成具有未被去除而殘留的導電膜(金屬膜52c、金屬膜52d)作為配線層的配線基板。
圖3的(b)是表示對熱處理後的中間製品70的導電膜(金屬膜52c、金屬膜52d)的圖案化的圖。在金屬膜52c之上，形成有藉由微影(lithography)步驟而形成有期望的圖案的抗蝕劑圖案53。然後，以此抗蝕劑圖案53為蝕刻遮罩，對金屬膜52c進行蝕刻，藉此，金屬膜52c被圖案化為圖3的(c)所示的配線 54c。
雖不圖示，但針對圖3的(b)的金屬膜52d亦進行同樣的圖案化，形成圖3的(c)所示的配線54d。
藉此，如圖3的(c)所示，完成配線基板90。
藉由本實施形態而製造的配線基板90例如可作為中介層(interposer)而用作用於半導體積體電路的高密度封裝的配線基板。
(電漿處理步驟及濺鍍成膜步驟)
以下，參照圖4至圖6的(b)，對本實施形態中的電漿處理步驟與成膜步驟進行說明。
(電漿處理步驟及濺鍍成膜步驟中使用的裝置)
圖4表示本實施形態的電漿處理步驟與成膜步驟中所使用的成膜裝置。
成膜裝置100包括耐壓結構的耐壓腔室1，在耐壓腔室1的內部包括藉由間隔壁4而隔開的電漿處理室2及成膜處理室3。於間隔壁4設有連接電漿處理室2及成膜處理室3的開口部5，開口部5藉由開閉門6而能夠開閉。開口部5與開閉門6構成了對電漿處理室2與成膜處理室3之間進行開閉的開閉機構。
成膜裝置100更包括控制裝置7。
在電漿處理室2內包括電漿產生源15，所述電漿產生源15具有高密度電漿電極12、對電極14、以及對高密度電漿電極12與對電極14進行保持，在它們之間形成密閉空間22的框部13。
作為高密度電漿電極12，作為一例，可使用空心陰極12。
在電漿處理室2內的電漿產生源15的相反側，設有用於保持電漿處理的處理對象物50a的第一保持機構23。
而且，電漿處理室2經由減壓用配管26而連接有第一減壓泵25，藉由作為減壓機構的第一減壓泵25及減壓用配管26，可對電漿處理室2的內部進行減壓。
第一減壓泵25由來自控制裝置7的控制信號S3進行控制。
圖5是表示自圖4中的處理對象物50a之側觀察的空心陰極12的圖。
空心陰極12與通常的空心陰極同樣地，具有包含金屬等的導體的平板12b，在其面內形成有大量的中空部(貫通孔)12a。在圖5中，中空部12a設為配置在正方格子上及構成其的各正方形的中心上，但中空部12a的排列可為任意。
空心陰極12經由電力供給線20而與電漿用電源19連接。電漿用電源19例如採用產生RF頻率(例如13.56MHz)的交流電壓(主要是負電壓)者。另一方面，對電極14藉由接地配線21而接地。
成膜裝置100更包括：連接於所述密閉空間22的反應氣體供給管16、連接於在耐壓腔室1的外側延伸的反應氣體供給管16的反應氣體供給器17、以及調節自反應氣體供給器17供給的反應氣體的流量而控制密閉空間22內的壓力的控制閥18。控制閥18的開度的調整是由來自控制裝置7的控制信號S1進行控制。 在圖4的示例中，控制閥18設於反應氣體供給器17。對於反應氣體供給器17，例如是經由工廠配管28而供給反應氣體，但亦可自儲氣瓶進行供給。
耐壓腔室1的內部的成膜處理室3包括用於保持處理對象物50b的第二保持機構35以及包括電極部31及靶材料32的濺鍍電極33。作為一例，靶材料32是使用銅。作為靶材料32，亦可使用鋁或其他金屬或包含所述金屬的合金。濺鍍電極33連接於濺鍍用電源34。
濺鍍用電源34可對濺鍍電極33投入10kW以上、進而理想的是30kW以上的電力。濺鍍用電源34由來自控制裝置7的控制信號S5進行控制。
濺鍍電極33或其電極部31亦可理解為供給要成膜於處理對象物50b上的膜的材料的成膜源。
成膜處理室3經由減壓用配管37而連接有第二減壓泵36，藉由作為減壓機構的第二減壓泵36及減壓用配管37而可對成膜處理室3的內部進行減壓。第二減壓泵36由來自控制裝置7的控制信號S4進行控制。
成膜裝置100進而包括對成膜處理室3內供給氬等惰性氣體的惰性氣體供給管41、連接於惰性氣體供給管41的惰性氣體供給器38、以及調節自惰性氣體供給器38供給的惰性氣體的流量而控制成膜處理室3內的壓力的控制閥39。在圖4的示例中，控制閥39設於惰性氣體供給器38。控制閥39的開度的調整是由來自控 制裝置7的控制信號S6進行控制。對於惰性氣體供給器38，例如是經由工廠配管40而供給惰性氣體，但亦可自儲氣瓶進行供給。
(電漿處理步驟)
以下，參照圖4及圖6的(a)、圖6的(b)對導電膜形成方法的實施形態中的電漿處理步驟進行說明。
在進行電漿處理時，應形成導電膜的處理對象物50a被未圖示的搬入機構搬入至電漿處理室2內並被保持於第一保持機構23。即，處理對象物50a相對於設置於耐壓腔室1內的電漿處理室2的所述電漿產生源15，配置於自空心陰極12向對電極14的相反側離開距離d的位置。
在將處理對象物50a搬入至電漿處理室2內時，電漿處理室2與成膜處理室3之間的開閉門6關閉。
藉由作為減壓機構的第一減壓泵25及減壓用配管26對電漿處理室2內進行減壓。此時，第一減壓泵25由來自控制裝置7的控制信號S3控制。
另外，當於電漿處理室2如上所述般設有未圖示的加載互鎖(load lock)室及搬入機構時，此電漿處理室2內的減壓是在所述處理對象物的配置之前進行。
(電漿的形成方法)
對電漿產生源15中電漿的形成方法進行說明。藉由由控制裝置7對控制閥18發送控制信號S1，而自反應氣體供給器17經由反應氣體供給管16對電漿產生源15內的密閉空間22供給規定的 壓力的反應氣體。作為反應氣體，例如使用氧，但亦可使用氮。然後，藉由由控制裝置7對電漿用電源19發送控制信號S2，而藉由電漿用電源19經由電力供給線20對空心陰極12施加RF頻率(例如，13.56MHz)的交流直流的電壓(主要是負電壓)。另一方面，對電極14藉由接地配線21而成為接地電位。藉此，在空心陰極12與對電極14之間產生放電，而藉由放電而產生的電子將反應氣體電漿化。
保持處理對象物50a的第一保持機構23亦藉由接地配線24而成為接地電位。但是，跟空心陰極12與對電極14之間的距離相比，處理對象物50a及第一保持機構23與空心陰極12的距離d長，因此處理對象物50a及第一保持機構23與空心陰極12之間的電場弱。藉此，自空心陰極12放電的電子的大部分流入至對電極14，因此幾乎抑制了電子衝撞處理對象物50a及第一保持機構23而對其進行加熱。
電漿產生源15中產生的電漿通過空心陰極12的中空部12a而放出至電漿產生源15的外部。然後，電漿在電漿處理室2內在圖4中自右向左漂移距離d而到達處理對象物50a。
另外，在本實施形態中，亦與以往的空心陰極同樣地，電漿化特別容易在空心陰極12中所設置的中空部12a內發生。
在自電漿產生源15放出的階段，電漿為高溫，但在電漿處理室2內漂移的過程中，會因與電漿處理室2內存在的反應氣體的衝撞等而損失熱能，因此在到達處理對象物50a的時間點， 電漿的溫度已下降。
而且，因與反應氣體的衝撞等，電漿的一部分自電漿(帶電狀態)變化為活化裝置(自由(radical)狀態)。藉此，處理對象物50a亦曝露於活化狀態(自由狀態)的反應氣體中，而不僅僅是反應氣體的電漿中。在本說明書中，將電漿狀態的反應氣體與活化狀態(自由狀態)的反應氣體稱為經高反應性化的反應氣體。而且，將利用電漿狀態的反應氣體或自由狀態的反應氣體來對處理對象物50a的表面進行活化稱為電漿處理。
如此，在到達處理對象物50a時電漿的溫度下降，並且自由狀態的反應氣體亦到達的這一效果，是由將處理對象物50a設於自空心陰極12向對電極14的相反側遠離的位置而引起。換言之，以空心陰極12與處理對象物50a的距離d設定得比空心陰極12與對電極14的距離長的方式夾持著空心陰極12來配置處理對象物50a與對電極14。
然而，藉由使電漿產生源15與處理對象物50a離開距離，而存在到達處理對象物50a的經高反應性化的反應氣體的濃度會下降之虞。
但是，在設於成膜裝置100的電漿處理裝置中，會對電漿產生源15與處理對象物50a之間的空間進行減壓，因此會防止電漿產生源15中所產生的電漿過多地與氣體分子(反應氣體的分子)衝撞，從而可防止經高反應性化的反應氣體的濃度的下降。
藉由電漿處理，處理對象物50a的表面自身被活化，與 金屬原子的鍵結性提高。作為一例，藉由電漿處理，構成處理對象物50a的玻璃的表面的親水性增高(電氣性極性增高)，藉此，與金屬原子的鍵結性提高。
(第一電漿狀態的形成)
圖6的(a)是表示電漿產生源15內的反應氣體的壓力P的時間變化的圖，圖6的(b)是表示施加至空心陰極12的電力E的時間變化的圖。
在第一電漿狀態的形成開始時(時刻t0)，控制裝置7藉由控制信號S1來調整設於反應氣體供給器17內的控制閥18的開度，將電漿產生源15內的反應氣體的壓力設定成為第一壓力P1。控制裝置7藉由控制信號S2對電漿用電源19進行調整，對空心陰極12施加第一輸出E1的電力。藉此，在空心陰極12與對電極14之間產生放電，在電漿產生源15形成第一電漿狀態。
此第一壓力P1及第一輸出E1理想的是根據使用的空心陰極12的形狀等(中空部12a中的直徑等)而設定為可效率良好地形成電漿的條件。換言之亦可謂較佳為將使用的空心陰極12的形狀等設定為可根據此第一壓力P1及第一輸出E1而效率良好地形成電漿的條件。
(第二電漿狀態的形成)
在如上所述般形成第一電漿狀態後，在時刻t1，控制裝置7對控制閥18發送打開(加大)開度，將電漿產生源15內的反應氣體的壓力P設定為高於所述第一壓力P1的第二壓力P2的控制 信號S1。同時，控制裝置7對電漿用電源19發送使施加至空心陰極12的電力E下降為低於所述第一輸出E1的第二輸出E2的控制信號S2。
藉此，在時刻t2，電漿產生源15內的反應氣體的壓力P成為第二壓力P2，施加至空心陰極12的電力被設定為第二輸出E2。
另外，在電漿產生源15內未形成電漿的狀態下，若為此第二壓力P2及第二輸出E2的條件，則由於第二壓力P2過高而不發生放電，從而不會在電漿產生源15內新形成電漿。但是，由於已經形成第一電漿狀態，在電漿產生源15內存在電漿及電子，因此即便在高的第二壓力P2之下，亦可持續放電，從而可形成高密度的第二電漿狀態。
(電漿處理)
藉由將處理對象物50a曝露於所述第一電漿狀態及第二電漿狀態中所生成的包含電漿狀態的反應氣體及活化狀態(自由狀態)的反應氣體的經高反應性化的反應氣體中，來進行處理對象物50a的電漿處理。
然後，在時刻t3，控制裝置7停止向電漿產生源15內供給反應氣體或進行供給量的削減，並且中止向空心陰極12施加電力，而結束電漿處理。
在本實施形態中，如圖1的(a)及圖1的(b)所示，對處理對象物50a的表面50c及背面50d這兩者進行電漿處理。 因此，在時刻t2及時刻t3之間，藉由第一保持機構23使處理對象物50a的表面50c與背面50d反轉。
或者，亦可在針對表面50c進行所述時刻t1至時刻t3為止的處理後，藉由第一保持機構23使處理對象物50a的表面50c與背面50d反轉，再次進行時刻t1至時刻t3為止的處理。
另外，所述第一壓力P1例如較佳為0.1Pa以上且50Pa以下的壓力。若為比0.1Pa低的壓力，則初始的電漿的濃度會變薄，而難以維持穩定的放電。另一方面，若為比50Pa高的壓力，則變得難以進行放電。
而且，所述第二壓力P2例如較佳為1Pa以上且100Pa以下的壓力。若為比1Pa低的壓力，則電漿的濃度會變薄，而難以發揮高的處理能力。另一方面，若為比100Pa高的壓力，則變得難以維持放電。
另外，在第一電漿狀態的形成時施加至空心陰極12的電力即第一輸出E1較佳為在空心陰極12的每單位面積中為2W/cm2以上且5W/cm2以下。
若第一輸出E1小於2W/cm2，則難以在電漿產生源15內發生放電來形成電漿。另一方面，若第一輸出E1大於5W/cm2，則有在電漿產生源15內發生異常放電之虞。
而且，在第二電漿狀態的形成時施加至空心陰極12的電力即第二輸出E2較佳為在空心陰極12的每單位面積中為0.5W/cm2以上且2W/cm2以下。
若第二輸出E2小於0.5W/cm2，則難以維持電漿產生源15內的放電及電漿形成。另一方面，若第二輸出E2大於2W/cm2，則有在電漿產生源15內發生異常放電之虞。
另外，在所述電漿處理中，自空心陰極12至處理對象物50a為止的距離d較佳為50mm以上且300mm以下。此距離d若短於50mm則有處理對象物50a會高溫化之虞，若長於300mm，則電漿的濃度會變薄而難以發揮高的處理能力。
另外，第二電漿狀態的持續時間(自時刻t2起至時刻t3為止的時間)較佳為第一電漿狀態的持續時間(自時刻t0起至時刻t1為止的時間)的10倍以上。
第二電漿狀態與第一電漿狀態相比，可生成高濃度的經高反應性化的反應氣體，所以藉由延長第二電漿狀態，可實現效率更良好的、即生產性高的成膜方法。
(處理對象物的搬運)
結束電漿處理的處理對象物50a藉由設於電漿處理室2內的搬運機構30而自電漿處理室2內的第一保持機構23不曝露於大氣中地搬運至成膜處理室3內的第二保持機構35。在此搬運前，藉由由控制裝置7對第二減壓泵36發送控制信號S4而對成膜處理室3內進行減壓。在此搬運時，開閉門6被打開，在此搬運結束後，開閉門6被關閉。
處理對象物50a被保持於成膜處理室3內的第二保持機構35。將被搬運、並保持於成膜處理室3內的第二保持機構35的處 理對象物50a稱為處理對象物50b。
(濺鍍成膜步驟)
自惰性氣體供給器38經由惰性氣體供給管41對成膜處理室3內供給氬等惰性氣體，並且自濺鍍用電源34對濺鍍電極33供給電力，藉此進行對處理對象物50b的成膜(濺鍍)。
在濺鍍時，自濺鍍用電源34對濺鍍電極33供給10kW以上、更佳為30kW以上的電力。藉由此電力，成膜處理室3內的濺鍍電極33附近的惰性氣體被離子化，並被濺鍍電極33的電場加速而與靶材料32衝撞，構成靶材料32的銅或其他金屬的原子被放出至成膜處理室3內，並堆積於處理對象物50b上。
即，針對藉由所述電漿處理而經活化的處理對象物50b的表面，在其經活化的部分未被大氣中的水蒸氣或氧等去活化的狀態下進行金屬原子的成膜，因此，形成與處理對象物50b的結合性高、即密接性高的金屬膜。
在以往的濺鍍處理中，為了提高形成的膜的純度，一般是將濺鍍裝置內的壓力減壓為0.1Pa左右來進行成膜。其原因在於，若濺鍍裝置內的壓力高於此，則難以除去濺鍍裝置內所殘留的、或者自處理對象物放出的水等的雜質，其結果，雜質混入至膜中而膜的品質下降。
但是，在此種低壓下，自靶材料32射出的金屬原子的大部分不會與成膜處理室3內的惰性氣體的分子衝撞而被散射，而是保持著直線前進性而被照射至處理對象物50b。因此，在以往 的濺鍍處理中，若處理對象物存在凹凸形狀，則其凹凸形狀的側面部分不會被照射充分的金屬原子，因此難以對具有凹凸形狀的處理對象物進行均勻的成膜。
在本例的濺鍍處理中，將成膜處理室3內的壓力設定為0.5Pa至10Pa左右。藉此，可使自靶材料32射出的金屬原子高頻率地衝撞至成膜處理室3內的惰性氣體的分子，從而可使金屬原子的直線前進性下降、即使金屬原子的行進方向擴散。因此，即便對於具有凹凸形狀的處理對象物50b，亦可形成均勻的膜。藉此，對於圖1的(c)、圖1的(d)所示的貫通孔50h的內側面亦可形成金屬膜。
若成膜處理室3內的壓力為0.5Pa以下，則難以使自靶材料32放出時的金屬原子充分地散射，若為10Pa左右以上，則有成膜處理室3內的雜質的濃度變高而膜的質量下降之虞。
若將成膜處理室3內的壓力設定得高於以往的壓力(0.5Pa至10Pa左右)，則擔心雜質向所形成的膜的混入。但是，在本例中，如上所述，藉由對濺鍍電極33投入10kW以上進而理想的是30kW以上的大電力，而防止了雜質的混入。
若投入至濺鍍電極33的電力為大電力，則與投入通常的電力的情況相比，自靶材料32放出的銅等的金屬原子的量會增大，並且金屬原子所持有的動能亦會增大。結果，在本實施形態中，藉由使成膜處理室3內的雜質的濃度相對於金屬原子的濃度而相對下降，形成於處理對象物50b的膜的純度提高。進而，因 衝撞至處理對象物50b的金屬原子的動能大，構成處理對象物50b的分子與金屬原子穩定地進行鍵結，因此可形成對處理對象物50b的密接性更高的膜。
在本實施形態中，如圖1的(c)及圖1的(d)所示，對處理對象物50a的表面50c及背面50d這兩者進行成膜處理。在對處理對象物50a的表面50c進行所述濺鍍處理後，藉由第二保持機構35使處理對象物50a的表面50c與背面50d反轉，亦對處理對象物50a的背面50d進行所述濺鍍處理。
結束成膜的處理對象物50b藉由未圖示的搬出機構而自成膜處理室3搬出。未圖示的搬出機構較佳為具有加載互鎖室。在搬出處理對象物50b時，電漿處理室2與成膜處理室3之間的開閉門6關閉。
另外，在所述實施形態中，在均處於耐壓腔室1內、由間隔壁4間隔開的電漿處理室2及成膜處理室3中分別進行電漿處理與成膜處理(濺鍍)，但進行各處理的場所並不限定於此。
例如，亦可在不存在間隔壁4的耐壓腔室1內進行電漿處理與成膜處理。
或者，亦可在不同的耐壓腔室內進行電漿處理與成膜處理。在此情況下，為了將在電漿處理室2中進行了電漿處理的處理對象物50a不曝露於大氣中地搬運至成膜處理室3，理想的是在電漿處理室2與成膜處理室3之間設置能夠減壓或能夠氣體置換為惰性氣體的搬運路徑。
當在不同的耐壓腔室內或者設有間隔壁4的耐壓腔室1內進行電漿處理與成膜處理時，可獨立地控制各個處理室內的壓力，較佳。而且，能夠並列地進行電漿處理與成膜處理，從而能夠以更高的處理能力來形成導電膜。
而且，可使電漿處理與成膜處理之間的相互的污染(contamination)為最小限度，所以可進一步提高所形成的膜的品質。
在所述實施形態中，成膜是藉由濺鍍來進行，但並不限於此，亦可使用蒸鍍或化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)等來進行成膜。
而且，作為進行成膜的金屬材料，可使用包含銅、鎳、鉻、鉑、金、鈀、鈦、鉻合金、不銹鋼合金、鋁、鋁合金、鎳合金、鈦合金、銅合金、鉭、鉭合金、銀、銀合金、錫、錫合金、金合金、鉑合金、鈀合金、矽、矽合金、鈷、鈷合金、鈮、鈮合金、銦、銦合金、鎢、鎢合金中的至少一者的金屬材料。
然而，在所述熱處理中，存在於種晶層51c、種晶層51d與處理對象物50的界面的氧有時會因熱處理的熱而與構成種晶層51c、種晶層51d的金屬進行反應而形成金屬氧化膜。
圖7的(a)及圖7的(b)是對熱處理中的金屬氧化膜56的形成進行說明的圖。圖7的(a)表示中間製品70的表面所形成的種晶層51c及銅鍍敷膜(金屬膜)52c的熱處理前的狀態，圖7的(b)是表示熱處理後的狀態的局部放大圖。
在圖7的(a)所示的熱處理前，在處理對象物50與種晶層51c之間形成有邊界層55a，所述邊界層55a包含構成種晶層的金屬的氧化物、處理對象物50的組成物以及處理對象物50的組成物藉由所述電漿處理而產生氧化等的變質的變形物。在藉由電漿處理而產生氧化等的變質的變形物中亦包含處理對象物50的組成物的氧化物、或藉由電漿處理而局部地經切斷的、構成處理對象物50的組成物的分子結構的一部分(例如官能基)。
當自此狀態對形成有種晶層51c及金屬膜52c的處理對象物50進行熱處理(退火)時，邊界層55a中所含的氧會因熱而與種晶層51c中的金屬原子反應。其結果，在邊界層55a與種晶層51c之間形成以構成種晶層51c的金屬的氧化物為主成分的金屬氧化物層56。以下，亦將此金屬氧化物層56稱為第一層56。
另一方面，邊界層55a中所含的氧的一部分藉由與種晶層51c中的金屬原子的反應而自邊界層55a中丟失，因此邊界層55a的厚度藉由熱處理而減少。以下，亦將熱處理後的邊界層55稱為第二層55。
關於種晶層51c對處理對象物50的密接力，與種晶層51c僅經由邊界層55a而進行接合的熱處理前的狀態相比，種晶層51c經由第一層56及第二層55而進行接合的熱處理後的狀態變強。因此，藉由熱處理，可進一步提高種晶層51c對處理對象物50的密接力。
另外，中間製品70的背面50d上所形成的種晶層51d在熱處 理前後的變化亦與所述表面50c上所形成的種晶層51c的情況相同。
為了在邊界層55a與種晶層51c、種晶層51d之間形成第一層56，進一步提高種晶層51c、種晶層51d對處理對象物50的密接力，構成種晶層51c、種晶層51d的材料較佳為與氧的反應性高的金屬。
作為一例，種晶層51c、種晶層51d較佳為利用包含銅、鎳、鉻、鈦、鉻合金、不銹鋼合金、鋁、鋁合金、鈦合金、銅合金、鉭、鉭合金、錫、錫合金、矽、矽合金、鈮、鈮合金、銦、銦合金、鎢、鎢合金中的至少一者的金屬材料來成膜。
為了獲得強力的密接力，第一層56的厚度T56進而佳為0.5nm以上。另一方面，若考慮熱處理所需要的時間，則第一層56的厚度T56進而佳為5nm以下。
而且，為了獲得強力的密接力，第二層55的厚度T55進而佳為2nm以上。另一方面，若考慮電漿處理所需要的時間，則第二層55的厚度T55進而佳為5nm以下。
將藉由熱處理而在處理對象物50與種晶層51c、種晶層51d之間形成有第一層56者稱為帶第一層的中間製品71。針對帶第一層的中間製品71，亦可進行所述導電膜的圖案化。
(導電膜形成方法的實施形態的效果)
(1)以上的導電膜形成方法的實施形態包括：相對於耐壓腔室1內設置的、包含高密度電漿電極12及與高密度電漿電極12 相向配置的對電極14的電漿產生源15，在自高密度電漿電極12向對電極14的相反側遠離的位置，配置處理對象物50；對耐壓腔室1內進行減壓；對電漿產生源15供給反應氣體而形成電漿狀態；使處理對象物50a曝露於電漿產生源15中經高反應性化的反應氣體中；不使曝露於反應氣體的處理對象物50曝露於大氣中而對處理對象物50的表面的至少一部分進行種晶層51c、種晶層51d的成膜；藉由無電解電鍍、電解電鍍或乾式成膜製程在成膜於處理對象物50的種晶層51c、種晶層51d的表面的至少一部分形成金屬膜52c、金屬膜52d；以及對形成有種晶層51c、種晶層51d及金屬膜52c、金屬膜52d的處理對象物(中間製品70)進行熱處理。
由於設為此種構成，所以在作為成膜的前處理而進行的電漿處理中，在防止處理對象物50急遽地或局部地高溫化的同時可將其表面活化，在成膜處理中，可在處理對象物50的表面形成與處理對象物50的密接性高的種晶層51c、種晶層51d。並且，藉由金屬膜52c、金屬膜52d形成後的熱處理，可進一步提高處理對象物50與種晶層51c、種晶層51d與金屬膜52c、金屬膜52d的密接性，從而可形成密接性高不易剝離的導電層。
(2)作為處理對象物可使用玻璃。在以往的成膜方法中，難以形成對玻璃密接性高的金屬膜，但在本實施形態中，可藉由電漿處理等提高金屬對玻璃表面的密接性。
(3)藉由使用包含含有氧、氬、氦、氫、氟或胺的化合物中 的至少一種的氣體作為反應氣體，可藉由電漿處理將處理對象物50的表面進一步活化，而形成密接性更高的導電層。
(4)在電漿產生源15中的電漿狀態的形成中，包括對電漿產生源15供給第一壓力的反應氣體並施加第一輸出的電力而形成第一電漿狀態、以及對形成有第一電漿狀態的電漿產生源15供給比第一壓力高的第二壓力的反應氣體並施加比第一輸出的電力低的第二輸出的電力而形成第二電漿狀態，藉此可形成更高密度的電漿，縮短電漿處理的處理時間，進一步提高處理能力。
(5)種晶層的成膜亦可藉由對濺鍍電極投入10kW以上的電力而利用濺鍍來進行。藉此，可形成雜質的混入少而質量良好的導電層。
(6)在(5)中，藉由將耐壓腔室內的氣壓設為0.5Pa以上且10Pa以下來進行濺鍍，亦可對具有凹凸形狀的處理對象物50形成均勻的導電層。
(7)藉由利用包含銅、鎳、鉻、鈦、鉻合金、不銹鋼合金、鋁、鋁合金、鎳合金、鈦合金、銅合金、鉭、鉭合金、錫、錫合金、矽、矽合金、鈮、鈮合金、銦、銦合金、鎢、鎢合金中的至少一者的金屬材料來進行種晶層51c、種晶層51d的成膜，可在所述熱處理中，在種晶層51c、種晶層51d與處理對象物50之間形成金屬材料的氧化物層(第一層56)。藉此，可更進一步提高種晶層51c、種晶層51d與處理對象物50之間的密接性。
(配線基板的製造方法的實施形態的效果)
(8)以上的配線基板的製造方法的實施形態包括：準備基板；以及藉由導電膜形成方法的實施形態在基板形成導電膜。
藉由此種構成，可實現具有對包含玻璃等的無機材料的基板密接性高的配線層的配線基板。
在所述內容中，對各種實施形態及變形例進行了說明，但本發明並不限定於該些內容。而且，各實施形態及變形例既可分別單獨應用，亦可組合來使用。本發明的技術性思想的範圍內可考慮到的其他態樣亦包含在本發明的範圍內。
以下優先權基礎申請的揭示內容作為引用文而併入至本發明中。
日本專利申請2018年第106445號(2018年6月1日提出申請)
日本專利申請2018年第167359號(2018年9月6日提出申請)
50‧‧‧處理對象物
50c‧‧‧表面
50d‧‧‧背面
50h‧‧‧貫通孔
51c、51d‧‧‧種晶層
60‧‧‧帶種晶層的處理對象物

Claims (19)

  1. 一種導電膜形成方法，包括：相對於耐壓腔室內設置的包含高密度電漿電極及與所述高密度電漿電極相向配置的對電極的電漿產生源，在自所述高密度電漿電極向所述對電極的相反側遠離的位置，配置處理對象物；對所述耐壓腔室內進行減壓；對所述電漿產生源供給反應氣體而形成電漿狀態；使所述處理對象物曝露於所述電漿產生源中經高反應性化的所述反應氣體中；不使曝露於所述反應氣體的所述處理對象物曝露於大氣中而在所述處理對象物的表面的至少一部分進行種晶層的成膜；藉由無電解電鍍、電解電鍍或乾式成膜製程在成膜於所述處理對象物的所述種晶層的表面的至少一部分形成金屬膜；以及對形成有所述種晶層及所述金屬膜的所述處理對象物進行熱處理。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的導電膜形成方法，其中所述處理對象物為玻璃。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的導電膜形成方法，其中，所述反應氣體為包含含有氧、氬、氦、氫、氟或胺的化合物的至少一種的氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的導電膜形成方法，其中，所述電漿產生源中所述電漿狀態的形成包括： 對所述電漿產生源供給第一壓力的反應氣體，並施加第一輸出的電力，而形成第一電漿狀態；以及對形成有所述第一電漿狀態的所述電漿產生源供給比所述第一壓力高的第二壓力的反應氣體，並施加比所述第一輸出的電力低的第二輸出的電力，而形成第二電漿狀態。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的導電膜形成方法，其中，所述第一壓力為0.1Pa以上且50Pa以下的壓力，所述第二壓力為1Pa以上且100Pa以下的壓力。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的導電膜形成方法，其中，所述高密度電漿電極為空心陰極，空心陰極的每單位面積中，所述第一輸出為2W/cm2至5W/cm2，空心陰極的每單位面積中，所述第二輸出為0.5W/cm2至2W/cm2。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的導電膜形成方法，其中，所述第二電漿狀態的持續時間為所述第一電漿狀態的持續時間的10倍以上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的導電膜形成方法，其中，自所述高密度電漿電極至所述處理對象物的距離為50mm以上且300mm以下。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的導電膜形成方法，其中，將所述處理對象物曝露於所述反應氣體中、與於所述處理對 象物上進行成膜是在所述耐壓腔室內的不同處理室中進行。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的導電膜形成方法，其中，所述種晶層的所述成膜是藉由濺鍍來進行。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的導電膜形成方法，其中，所述濺鍍是對濺鍍電極投入10kW以上的電力來進行。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的導電膜形成方法，其中，所述濺鍍是將所述耐壓腔室內的氣壓設為0.5Pa以上且10Pa以下來進行。
  13. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的導電膜形成方法，其中，所述種晶層是利用包含銅、鎳、鉻、鉑、金、鈀、鈦、鉻合金、不銹鋼合金、鋁、鋁合金、鎳合金、鈦合金、銅合金、鉭、鉭合金、銀、銀合金、錫、錫合金、金合金、鉑合金、鈀合金、矽、矽合金、鈷、鈷合金、鈮、鈮合金、銦、銦合金、鎢、鎢合金中的至少一者的金屬材料來成膜。
  14. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的導電膜形成方法，其中，所述種晶層是利用包含銅、鎳、鉻、鈦、鉻合金、不銹鋼合金、鋁、鋁合金、鎳合金、鈦合金、銅合金、鉭、鉭合金、錫、錫合金、矽、矽合金、鈮、鈮合金、銦、銦合金、鎢、鎢合金中 的至少一者的金屬材料來成膜，並且在所述熱處理中，在所述種晶層與所述處理對象物之間形成所述金屬材料的氧化物層。
  15. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的導電膜形成方法，其中，所述種晶層的厚度為1nm以上且1000nm以下。
  16. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的導電膜形成方法，其中，所述熱處理是以自100℃起至所述處理對象物、所述種晶層或所述金屬膜的熔點之間的溫度來進行。
  17. 如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的導電膜形成方法，其中，所述熱處理的處理時間為10秒以上且24小時以下。
  18. 一種配線基板的製造方法，包括：準備基板；以及藉由如申請專利範圍第1項至第17項中任一項所述的導電膜形成方法在所述基板形成導電膜。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的配線基板的製造方法，其中於所述基板設有貫通孔、非貫通孔及槽中的至少一者，並且在所述導電膜的形成中，在所述貫通孔、所述非貫通孔或所述槽的至少一部分的內部填充導電材料。
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