JP4396069B2

JP4396069B2 - Metal film forming method and metal film forming apparatus

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Publication number: JP4396069B2
Application number: JP2001258730A
Authority: JP
Inventors: 正英武藤; 康史正木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2003073802A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形体の表面に金属膜を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体回路基板（ＭＩＤ：Molded Interconnect Device）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。このような立体回路基板や、あるいはセンサー部品、光反射板などは、樹脂組成物を射出成形等して樹脂成形体からなる基材１を作製し、この基材１の表面に回路や反射膜となる金属膜を形成することによって製造されている。
【０００３】
このような金属膜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。
【０００４】
図１５は従来における金属膜の形成工程を概略的に示すものであり、基材１に対して予備加熱を行う仕込み室１９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ＲＦプラズマ室２０と、プラズマ処理された基材１にスパッタリングにて金属膜を成膜するスパッタ成膜室２１と、金属膜が形成された基材１を取り出すための取出し室２２とから構成されている。
【０００５】
図１６は基材１に対して窒素プラズマ処理を行うＲＦプラズマ室２０（高周波プラズマ処理装置）の一例を示すものであって、チャンバー１２内に保持電極２及び対向電極３を配設し、保持電極２をスイッチング回路１４を介して高周波電源４に接続すると共に対向電極３をチャンバー１２に接続することによって接地してあり、チャンバー１２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２に基材１を接触させた状態で保持してチャンバー１２内にセットし、チャンバー１２内に窒素ガスなどの雰囲気ガスを導入して、保持電極２に高周波電圧を印加することによって、保持電極２と対向電極３の間での気体放電現象により窒素プラズマなどのプラズマＰを生成させる。このようにプラズマＰを生成させると、プラズマＰ中の窒素イオン１５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、図１７（ａ）（ｂ）に示すように窒素極性基などの極性基２３を基材１の表面の分子に付与する処理がなされる。
【０００６】
このように基材１の表面に極性基２３を付与した後に、スパッタ成膜室２１におけるスパッタリングなどＰＶＤ法で、図１７（ｃ）に示すように基材１の表面に銅などの金属膜２４を形成することによって、基材１に対する金属膜２４の密着性を高めることができるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の高周波プラズマ処理装置でのプラズマ処理による金属膜の密着性の向上は、プラズマ処理時に生成するプラズマＰの密度と、プラズマＰ中のイオンの基材１への衝突時のエネルギーに依存するものであり、これは保持電極２に印加される高周波電圧に依存する。このとき、この高周波電圧の出力を向上すれば、生成されるプラズマＰの密度が向上して、密着力が向上する傾向にあるが、プラズマＰ中のイオンが基材１表面に衝突する際のエネルギーが過大になると、基材１の樹脂の表面層がダメージ劣化を起こして、基材１の表面層に脆弱層が形成されるおそれがある。このため、プラズマＰの密度を向上すると共にイオンの衝突時のエネルギーが過大にならないようにすることが好ましいが、保持電極２に印加される高周波電圧を制御することによってプラズマＰの密度とイオンの衝突時のエネルギーとを別個に制御することはできないものであった。
【０００８】
また、プラズマ処理による基材１の表面改質の後、ＰＶＤ法による金属膜２４形成までの工程間において、極性基２３に例えばプラズマ処理中に発生したガス成分がプラズマ処理後に再付着するなどして、膜成形のための金属とは異なる分子が結合してしまい、密着力を十分に向上できない場合があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、プラズマ処理による基材の表面改質時において生成されるプラズマの密度とプラズマ中のイオンの基材への衝突時におけるエネルギーとを別個に制御して最適な条件でプラズマ処理を行うことができると共に、改質後の基材表面に金属膜形成前に異分子が結合することを防止して、改質された基材表面と金属膜との間に優れた密着性を付与することができる金属膜形成方法及びそのための金属膜形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る金属膜形成方法は、基材１が保持される金属製の保持電極２と金属製の対向電極３とを対向して配置し、保持電極２と対向電極３とにそれぞれ独立した高周波電源４，５にて高周波電圧を印加することにより、保持電極２と対向電極３との間の雰囲気ガスを電離させてプラズマＰを生成し、このプラズマＰの陽イオンを基材１に衝突させて基材１表面を改質すると共に、陽イオンを対向電極３及び保持電極２にも衝突させてスパッタリングにより基材１表面に保持電極２及び対向電極３を構成する金属からなる金属膜を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項２の発明は、請求項１において、対向電極３に、保持電極２に印加されるものよりも出力又は周波数の高い高周波電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、保持電極２と対向電極３との間の雰囲気ガス中に窒素ガスを含有させることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項４の発明は、請求項３において、保持電極２と対向電極３との間の雰囲気ガス中に窒素ガスとアルゴンガスとを含有させることを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、保持電極２と対向電極３との間に窒素ガスを連続的に供給した後、一定時間経過後に、アルゴンガスを供給することを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項６の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、保持電極２と対向電極３との間に窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを、混合ガスにおけるアルゴンガスの比率が経時的に増大するように供給することを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項７の発明は、請求項３乃至６のいずれかにおいて、保持電極２と対向電極３の間に酸素ガスを供給した状態で保持電極２と対向電極３に高周波電圧を印加した後、保持電極２と対向電極３との間に窒素ガス又は窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給した状態で保持電極２と対向電極３に高周波電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１７】
また本発明の請求項８に係る金属膜形成装置は、基材１が保持され、この基材１に形成される金属膜の金属で構成される金属製の保持電極２と、保持電極２に対向して配置され、基材１に形成される金属膜の金属で構成される金属製の対向電極３とをチャンバー１２内に配設し、保持電極２と対向電極３とにそれぞれ独立した高周波電源４，５を接続して成ることを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項９の発明は、請求項８において、保持電極２と対向電極３として銅製のものを配設して成ることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項１０の発明は、請求項８又は９において、保持電極２と対向電極３の各対向面の周端縁１３を、対向面とは反対側に向けて湾曲する凸曲面に形成して成ることを特徴とするものである。
【００２０】
また請求項１１の発明は、請求項８乃至１０のいずれかにおいて、保持電極２の対向電極３との対向面とは反対側に、Ｎ極が保持電極２側に配向する磁石６とＳ極が保持電極２側に配向する磁石６とを配列して成ることを特徴とするものである。
【００２１】
また請求項１２の発明は、請求項８乃至１１のいずれかにおいて、対向電極３の背面側に、Ｎ極が対向電極３側に配向する磁石６とＳ極が対向電極３側に配向する磁石６とを配列して成ることを特徴とするものである。
【００２２】
また請求項１３の発明は、請求項１１又は１２において、磁石６を放電からシールドするアースシールド７を設けて成ることを特徴とするものである。
【００２３】
また請求項１４の発明は、請求項１１乃至１３のいずれかにおいて、磁石６が電磁石８であることを特徴とするものである。
【００２４】
また請求項１５の発明は、請求項８乃至１４のいずれかにおいて、チャンバー１２の内壁に、Ｎ極がチャンバー１２の内方に向けて配向する磁石９と、Ｓ極がチャンバー１２の内方に向けて配向する磁石９とを配列して成ることを特徴とするものである。
【００２５】
また請求項１６の発明は、請求項８乃至１５のいずれかにおいて、保持電極２の対向電極３との対向面に、この対向面に向けて開口する基材配置凹部１０を凹設すると共にこの基材配置凹部１０の内周面１１を開口側が外縁側に向かうように傾斜させて成ることを特徴とするものである。
【００２６】
また請求項１７の発明は、請求項８乃至１６のいずれかにおいて、保持電極２に保持された基材１を加熱する加熱手段を設けて成ることを特徴とするものである。
【００２７】
また請求項１８の発明は、請求項８乃至１７のいずれかにおいて、両面に基材１が保持される保持電極２の両面側にそれぞれ対向電極３を配設して成ることを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２９】
本発明において基材１としては、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）等を主成分とする樹脂組成物を成形した樹脂成形体からなるものを用いることができる。
【００３０】
図１に、金属膜形成装置の一例を示す。図示の例では、チャンバー１２内に保持電極２及び対向電極３を相互に対向させて配置して設けてある。保持電極２はマッチング回路１４（マッチングボックス）を介して高周波電源４に接続されており、またこの保持電極２は対向電極３との対向面側に基材１を保持するようにしている。また対向電極３もマッチング回路１４を介して高周波電源５が接続されており、保持電極２と対向電極３とはそれぞれ別個の高周波電源４，５に接続されている。またチャンバー１２にはガス導入口１７が設けられており、ガス導入口１７からチャンバー１２内に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。
【００３１】
そして、保持電極２に基材１を保持してチャンバー１２内にセットし、ガス導入口１７からチャンバー１２内にプラズマ生成用の雰囲気ガスを導入して、保持電極２に高周波電源４から高周波電圧を印加すると共に、対向電極３にも別の高周波電源５から高周波電圧を印加することによって、保持電極２と対向電極３の間での高周波グロー放電による気体放電現象によってプラズマＰを生成させる。
【００３２】
このとき、共に独立して高周波電圧が印加されている保持電極２と対向電極３とは、高電位側と低電位側とが交互に入れ替わり、プラズマＰ中の陽イオンは保持電極２が低電位側となっているときに基材１に衝突して基材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。
【００３３】
また、保持電極２が低電位側となっているときにはプラズマＰ中の陽イオンは保持電極２自体にも衝突して保持電極２の構成原子１６がはじき飛ばされ、また対向電極３が低電位側となっているときにはプラズマＰ中の陽イオンは対向電極３に衝突して対向電極３の構成原子１６がはじき飛ばされる。この保持電極２及び対向電極３からはじき飛ばされた原子１６は基材１に堆積して、金属膜が形成されるものである。
【００３４】
このようにして基材１に金属膜を形成すると、プラズマＰ中の陽イオンによる基材１の表面の改質と同時に、あるいはこの改質に引き続いて、基材１の表面にスパッタリングにより金属膜を形成することができるものであり、このため表面改質後に基材１に形成された極性基に例えばプラズマ処理中に発生したガス成分がプラズマ処理後に再付着するなどのような、膜成形のための金属とは異なる分子が結合するようなことを防止し、金属膜と基材１との密着性を向上することができる。
【００３５】
ここで、上記の構成において、チャンバー１２内に導入されるプラズマ生成用の雰囲気ガスとしては、窒素ガスを用いることが好ましく、この場合、上記のプラズマ処理により、プラズマＰ中の窒素イオン１５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、アミド基等の窒素極性基を基材１の表面の分子に付与することができ、このような基材１の表面改質によって、基材１と金属膜との密着性が著しく向上する。
【００３６】
またこの雰囲気ガスとしては、窒素ガスと共にアルゴンガスも供給することが好ましい。このアルゴンガスはスパッタレートが高いため、金属膜の形成効率を向上することができるものである。
【００３７】
また、雰囲気ガスとして窒素ガスとアルゴンガスをチャンバー１２内に供給する場合には、各ガスのチャンバー１２内への供給量を経時的に変化させることにより、更に金属膜を効率良く形成することができる。
【００３８】
例えば図２のグラフに示すように、プラズマ処理の開始時点では雰囲気ガスとして窒素ガスのみを供給し、一定時間（例えば１０秒以上）経過後にアルゴンガスの供給を開始して雰囲気ガスが窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスとなるようにすることができる。このようにすると、プラズマ処理の開始時点では主としてプラズマＰ中の窒素イオン１５により基材１の表面改質を行い、引き続いてアルゴンガスを供給することによりスパッタレートを向上させて、金属膜の形成効率を向上させることができ、十分に表面改質がなされた基材１表面に金属膜を形成することができて、金属膜の密着性を更に向上することができる。
【００３９】
また図３に示すように、プラズマ処理の開始時点ではチャンバー１２内に供給される雰囲気ガスを窒素ガスのみとし、時間経過に従ってチャンバー１２への窒素供給量を連続的に減少させる共にアルゴンガスの供給量を連続的に増大させて最終的にはアルゴンガスのみを供給するようにするなどして、雰囲気ガスの総供給量を一定に保った状態で雰囲気ガス中におけるアルゴンガスの比率を経時的に増大させることも好ましい。このようにすると、プラズマ処理の開始時点では主としてプラズマＰ中の窒素イオン１５により基材１の表面改質を行い、またアルゴンガスの比率を経時的に増大させてスパッタレートを向上させて徐々に金属膜の形成効率を向上させることができるものであり、十分に表面改質がなされた基材１表面に金属膜を形成することができて、金属膜の密着性を更に向上することができる。
【００４０】
このような窒素ガスとアルゴンガスの供給量の調整は、窒素ガス及びアルゴンガスの供給量をマスフローメータ等で制御することにより行うことができる。またチャンバー１２内の雰囲気ガスの圧力は、５〜１５Ｐａの範囲とすることが好ましい。
【００４１】
また、上記の構成においては、保持電極２と対向電極３とにそれぞれ独立した高周波電源４，５を接続して、保持電極２と対向電極３に印加される高周波電圧をそれぞれ別個に制御できるようにしているため、保持電極２と対向電極３との間の空間に生成されるプラズマＰの密度は対向電極３に印加される高周波電圧の出力や周波数を制御することにより調整することができると共に、基材１に対するイオンの衝突時のエネルギーは保持電極２に印加される高周波電圧の出力や周波数を制御することにより調整することができ、生成されるプラズマＰの密度と基材１に対するイオンの衝突時のエネルギーとを別個独立に制御することができるものである。このため、対向電極３に印加される高周波電圧を調整して生成されるプラズマＰの密度を向上しても、保持電極２に印加される高周波電圧を調整することにより基材１に対するイオンの衝突時のエネルギーが過大にならないようにして、基材１の表面における脆弱層の形成を防止することができ、高密度のプラズマＰにて表面改質を高効率で行うと共に金属膜との密着性を更に向上することができるものである。
【００４２】
保持電極２にかける高周波電圧の印加条件としては、例えば周波数１３．５６ＭＨｚ、出力０．５〜３ｋＷとすることができる。
【００４３】
また対向電極３にかける高周波電圧は、この保持電極２にかける高周波電圧よりも周波数又は出力の少なくとも一方が高くなるようにすることが好ましいものであり、例えば保持電極２に周波数１３．５６ＭＨｚ、出力０．５〜３ｋＷの条件で高周波電圧が印加されている場合には、対向電極３に印加する高周波電圧の周波数を２０ＭＨｚ以上とするか、あるいは出力を上記の保持電極２よりも２０％以上高くなるようにすることが好ましい。このようにすると、基材１に対して作用するプラズマＰ中のイオンの密度を向上することができ、また保持電極２の高周波電圧を低く設定できるために、基材１の表面に衝突するイオンのエネルギーが過大になることを防ぎ、十分な表面改質を行って金属膜の密着性を更に向上することができる。
【００４４】
また、保持電極２と対向電極３にかける高周波電圧の周波数を同一とする場合には、保持電極２と対向電極３にかける高周波電圧の位相をずらすように制御して、両者の高周波電圧がうち消し合わないようにすることが好ましい。この場合は、例えば図４に示すように各高周波電源４，５と保持電極２及び対向電極３とを、位相シフター２５を介して接続するようにし、この位相シフター２５にて、保持電極２と対向電極３にそれぞれ印加される高周波電圧の位相が所定角度（例えば１８０°）だけずれるように制御するものである。
【００４５】
また、保持電極２を介して基材１に印加される高周波電圧のバイアス電圧（自己バイアス電圧）が４５０〜５００Ｖの範囲となるように高周波電源４の出力をフィードバック制御することも好ましく、このようにするとプラズマＰ中のイオンが基材１の表面に衝突する際の衝突エネルギーを最適なものにすることができ、十分な表面改質を行って金属膜の良好な密着性を得ると共に脆弱層の形成を防止することができるものである。
【００４６】
上記のようにして基材１に金属膜を形成するにあたっては、保持電極２及び対向電極３を構成する金属を選択することにより、適宜の金属からなる金属膜を形成することができる。特に保持電極２及び対向電極３を銅にて形成することにより、基材１に銅膜を形成すると、導電性が特に良好な金属膜が得られる。この金属膜の厚みは０．１〜０．５μｍに形成することが好ましい。また、上記のような金属膜形成装置にて５０ｎｍ程度の膜厚の金属膜を形成した後、後工程において、ＤＣマグネトロンスパッタリング法等の適宜のＰＶＤ法を適用して、更に所望の膜厚となるように金属膜を形成することもできる。
【００４７】
また、上記のようなプラズマ処理による金属膜形成に先立って、予備段階の処理として、基材１の表面をエッチングして粗化するプラズマ処理をすることもできる。このプラズマ処理は、例えば、基材１を金属膜形成装置のチャンバー１２の保持電極２に保持させた後、上記のプラズマ処理による金属膜形成を行う前に、チャンバー１２内に雰囲気ガスとして酸素ガスを供給し、ガス圧１０Ｐａ、高周波出力５００Ｗ、処理時間２〜５分の条件で行なうことができる。このようにプラズマ処理をすることによって、基材１の樹脂を構成している元素の炭素や水素が酸素の活性種と反応して一酸化炭素や二酸化炭素、水などとして基材１の表面から離脱し、基材１の表面に微細な凹凸を形成して表面粗化することができるものである。そしてこのように基材１の表面を粗化しておくことによって、基材１の表面に形成した金属膜の密着性を、粗化の凹凸によるアンカー効果で向上させることができるものである。
【００４８】
上記の金属膜形成装置においては、図６に示すように、保持電極２の背面、すなわち対向電極３との対向面とは反対側の面に磁石６を配設することもできる。このとき磁石６は、例えば保持電極２の中心と外周部に沿ってそれぞれ配設し、中心部に配置される磁石６ｂと外周部に配置される磁石６ａとは、保持電極２側にそれぞれ反対側の極が面するように配置する。このようにして対向電極３の保持電極２との対向面とは反対側に、Ｎ極が対向電極３側に配向する磁石６ａ（又は磁石６ｂ）とＳ極が対向電極３側に配向する磁石６ｂ（又は磁石６ａ）とを配列すると、保持電極２と対向電極３との間の領域の保持電極２側において、電子が磁石６のＳ極とＮ極の間の磁界Ｂに捕捉される。このため、雰囲気ガスと電子との衝突頻度が向上してプラズマＰの生成量が増大し、保持電極２におけるスパッタ量を増大させて金属膜の形成速度を向上させることができる。また、同時に基材１に対するイオンの衝突頻度も増大させることができ、基材１の表面改質を促進することができるものである。
【００４９】
また、図７に示すように対向電極３の背面、すなわち保持電極２との対向面とは反対側の面に、磁石６を配設することができる。このとき磁石６は、例えば対向電極３の中心と外周部に沿ってそれぞれ配設し、中心部に配置される磁石６ｄと外周部に配置される磁石６ｃは、対向電極３側にそれぞれ反対側の極が面するように配置にする。このようにして保持電極２の対向電極３との対向面とは反対側に、Ｎ極が保持電極２側に配向する磁石６ｃ（又は磁石６ｄ）とＳ極が保持電極２側に配向する磁石６ｄ（又は磁石６ｃ）とを配列すると、保持電極２と対向電極３との間の領域の対向電極３側において、電子が磁石６のＳ極とＮ極の間に形成される磁界Ｂに捕捉されて周回するような運動をする。このため、雰囲気ガスと電子との衝突頻度が向上してプラズマＰの生成量が増大し、対向電極３におけるスパッタ量を増大させて金属膜の形成速度を向上させることができるものである。
【００５０】
上記のような磁石６は、保持電極２と対向電極３のうちの一方に設けても良いが、保持電極２と対向電極３の両方に上記のような磁石６を設けると、保持電極２と対向電極３の双方におけるスパッタ量を増大させて金属膜の形成速度を更に向上させることができ、また、同時に基材１に対するイオンの衝突頻度も増大させることができて、基材１の表面改質を促進することができるものである。
【００５１】
また上記のように保持電極２や対向電極３の背面側に磁石６を設ける場合には、図９に示すように電磁石８を設けることができる。この場合、電磁石８の磁力を変化させることにより電磁石８による電子の捕捉量を制御して、プラズマ処理におけるプラズマＰの生成量を容易に調整することができるものであり、これによりプラズマＰの密度を増大させて金属膜と基材１との密着性を更に向上することができるものである。
【００５２】
また図８に示すように、保持電極２や対向電極３の背面側に設けられている磁石６の更に背面側に近接させて、アースシールド７を設けることもできる。このアースシールド７は接地された金属等の電気伝導体にて形成され、磁石６と対向するように設けられる。このようにすると、保持電極２や対向電極３の背面側においてチャンバー１２との間に放電が生じることを防ぐことができ、磁石６が放電に曝されないようにして磁石６の劣化を防止することができる。保持電極２や対向電極３とアースシールド７との間の距離は、放電が生じない適宜の距離に設定されるものであり、例えばチャンバー１２の内圧が１０Ｐａ、高周波電源による印加条件が出力０．５ｋＷの場合には、保持電極２や対向電極３とアースシールド７との間の距離が５ｍｍ以下であれば、背面側における放電の発生が抑制される。
【００５３】
また、図１０に示すように、チャンバー１２の内面に沿って磁石９を配設することもできる。この磁石９は保持電極２と対向電極３の間の空間の側方において、チャンバー１２の内面に沿って間隔をあけて複数個設けられており、チャンバー１２の内側に向けてＳ極が配向しているものとチャンバー１２の内側に向けてＮ極が配向しているものとが交互に配列されている。このようにすると、保持電極２と対向電極３との間の空間にて生成されたプラズマＰ中の窒素イオン１５等のイオンがチャンバー１２の内面に向けて移動しても、このイオンは磁石９のＳ極とＮ極との間に形成される磁界Ｂに捕捉されることとなって、このイオンがチャンバー１２の内面に到達して消失してしまうことが防止され、これによりプラズマＰの密度を更に向上することができる。
【００５４】
また図５に示すように、保持電極２を、対向電極３との対向面の周端縁１３が対向面とは反対側に向けて湾曲する凸曲面となるように形成し、また対向電極３も、保持電極２との対向面の周端縁１３が対向面とは反対側に向けて湾曲する凸曲面となるように形成することができる。周端縁１３を凸曲面とせずにエッジ状に形成する場合には、保持電極２と対向電極３との間の空間における外縁部分での放電密度が高くなり、この部分におけるプラズマＰの密度が過大になってプラズマＰの密度が不均一になるおそれがあるが、上記のように周端縁１３を凸曲面に形成すると、保持電極２と対向電極３との間の空間に生成されるプラズマＰの密度が、この空間の外縁付近において過大になることを防止して、プラズマＰの密度が均一になるようにすることができ、基材１に対する表面改質や金属膜の形成を均一に行うことができるようになる。この周端縁１３の凸曲面の曲率半径は適宜設定されるが５〜１５ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００５５】
また、図１１に示すように、保持電極２には対向電極３との対向面に基材１が配置される基材配置凹部１０を凹設することができる。この基材配置凹部１０は保持電極２の対向面に開口し、その内周面１１は、開口側がより外縁側に向かうように傾斜している。このようにすると、特に基材１の周端面にも金属膜を形成する場合に、この周端面における金属膜の形成量を向上することができる。すなわち、基材１の対向電極３と対向する面には、プラズマＰ中のイオンが対向電極３に衝突することにより対向電極３から飛び出した原子１６が容易に堆積するが、基材１の周端面は対向電極３とは対向していないために対向電極３から放出される原子１６が堆積しにくく、金属膜の形成量が少なくなってしまうものであり、そこで上記のような基材配置凹部１０に基材１を配置してプラズマ処理を行うことにより、基材配置凹部１０の傾斜した内周面１１にプラズマＰ中のイオンが衝突することによりこの内周面１１から飛び出す原子１６が基材１の周端面に向けて移動して、この周端面に堆積しやすくなり、金属膜の形成量を増大させることができるものである。
【００５６】
基材配置凹部１０の内周面１１の傾斜角度αは適宜設定されるが、保持電極２の対向面に対して３０°〜６０°の範囲とすることが好ましいものであり、このようにすれば、基材１の周端面における金属膜の形成量が増大するものである。
【００５７】
また、図１２に示すように、保持電極２に保持された基材１を加熱する加熱手段としてヒータ１８を設けることもできる。このヒータ１８は保持電極２の背面側に配設されており、ヒータ１８にて保持電極２を加熱することにより、保持電極２に保持された基材１が加熱されるようにしている。このようにすると、プラズマ処理において基材１を加熱することによって、基材１と金属膜との密着性を更に向上することができる。ヒータ１８による加熱温度は基材１を構成する樹脂成形体の材質によって適宜設定されるが、基材１を構成する樹脂成形体のガラス転移温度付近まで加熱することが好ましい。
【００５８】
図１３は、金属膜形成装置の他例を示すものであり、チャンバー１２内に保持電極２及び対向電極３を相互に対向させて配置して設けてある。保持電極２はマッチング回路１４を介して高周波電源４に接続されており、またこの保持電極２は両面それぞれに複数の基材１を保持するようにしている。また対向電極３は保持電極２の一面側と他面側とにそれぞれ保持電極２と対向されて配設されており、各保持電極２はマッチング回路１４を介して共通の高周波電源５が接続されている。これにより保持電極２と各対向電極３とはそれぞれ別個の高周波電源４，５に接続されている。また保持電極２と対向電極３にかける高周波電圧の周波数を同一とする場合には、位相をずらすために、図１４に示すように、各高周波電源４，５と保持電極２及び対向電極３とを、図４に示すものと同様に移動シフター２５とマッチング回路１４とを介して接続するようにすることが好ましい。またチャンバー１２にはガス導入口１７が設けてあり、ガス導入口１７からチャンバー１２内に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。
【００５９】
図示の金属膜形成装置においても、保持電極２の両面に基材１を保持させてチャンバー１２内にセットし、ガス導入口１７からチャンバー１２内にプラズマ生成用の雰囲気ガスを導入して、保持電極２に高周波電源４から高周波電圧を印加すると共に、対向電極３にも高周波電源５から高周波電圧を印加することによって、保持電極２とその両側の対向電極３の間での高周波グロー放電による気体放電現象によってプラズマＰを生成させ、図１に示すものと同様に、プラズマＰ中の陽イオンによる基材１の表面の改質と同時に、あるいはこの改質に引き続いて、基材１の表面にスパッタリングにより金属膜を形成することができる。
【００６０】
このように構成される金属膜形成装置は、保持電極２の両面に基材１を配置してこの基材１に表面改質と金属膜の形成を行うことができ、図１に示すように保持電極２の片側に対向電極３を設けたものよりも、金属膜が形成された基材１を生産性良く得ることができる。
【００６１】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る金属膜形成方法は、基材が保持される金属製の保持電極と金属製の対向電極とを対向して配置し、保持電極と対向電極とにそれぞれ独立した高周波電源にて高周波電圧を印加することにより、保持電極と対向電極との間の雰囲気ガスを電離させてプラズマを生成し、このプラズマの陽イオンを基材に衝突させて基材表面を改質すると共に、陽イオンを対向電極及び保持電極にも衝突させてスパッタリングにより基材表面に保持電極及び対向電極を構成する金属からなる金属膜を形成するため、基材の表面の改質と同時に、あるいはこの改質に引き続いて、基材の表面に金属膜を形成でき、表面改質後における基材への異分子の結合を防止して、金属膜と基材との密着性を向上することができるものであり、また、対向電極と保持電極に印加される高周波電圧の出力や周波数をそれぞれ独立させて制御して、生成されるプラズマの密度と基材に対するイオンの衝突時のエネルギーとを別個独立に制御することができ、生成されるプラズマの密度を向上しても基材に対するイオンの衝突時のエネルギーが過大にならないようにして、基材の表面における脆弱層の形成を防止することができ、表面改質を高効率で行うと共に金属膜との密着性を更に向上することができるものである。
【００６２】
また請求項２の発明は、請求項１において、対向電極に、保持電極に印加されるものよりも出力又は周波数の高い高周波電圧を印加するため、基材に対して作用するプラズマ中のイオンの密度を向上することができ、十分な表面改質を行って金属膜の密着性を更に向上することができるものである。
【００６３】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、保持電極と対向電極との間の雰囲気ガス中に窒素ガスを含有させるため、プラズマ処理により、プラズマ中の窒素イオンが基材の表面に作用し、基材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、アミド基等の窒素極性基を基材の表面の分子に付与することができ、このような基材の表面改質によって、基材と金属膜との密着性を著しく向上することができるものである。
【００６４】
また請求項４の発明は、請求項３において、保持電極と対向電極との間の雰囲気ガス中に窒素ガスとアルゴンガスとを含有させるため、スパッタレートが高いアルゴンガスにより、金属膜の形成効率を向上することができるものである。
【００６５】
また請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、保持電極と対向電極との間に窒素ガスを連続的に供給した後、一定時間経過後に、アルゴンガスを供給するため、プラズマ処理の開始時点では主としてプラズマ中の窒素イオンにより基材の表面改質を行い、引き続いてアルゴンガスを供給することによりスパッタレートを向上させて、金属膜の形成効率を向上させることができ、十分に表面改質がなされた基材表面に金属膜を形成することができて、金属膜の密着性を更に向上することができるものである。
【００６６】
また請求項６の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、保持電極と対向電極との間に窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを、混合ガスにおけるアルゴンガスの比率が経時的に増大するように供給するため、プラズマ処理の開始時点では主としてプラズマ中の窒素イオンにより基材の表面改質を行い、引き続いてアルゴンガスの比率を増大させることによりスパッタレートを向上させて、金属膜の形成効率を向上させることができ、十分に表面改質がなされた基材表面に金属膜を形成することができて、金属膜の密着性を更に向上することができるものである。
【００６７】
また請求項７の発明は、請求項３乃至６のいずれかにおいて、保持電極と対向電極の間に酸素ガスを供給した状態で保持電極と対向電極に高周波電圧を印加した後、保持電極と対向電極との間に窒素ガス又は窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給した状態で保持電極と対向電極に高周波電圧を印加するため、金属膜の形成に先立って基材の表面に微細な凹凸を形成して表面粗化することができ、引き続いて形成される金属膜の密着性を、粗化の凹凸によるアンカー効果で向上させることができるものである。
【００６８】
また本発明の請求項８に係る金属膜形成装置は、基材が保持され、この基材に形成される金属膜の金属で構成される金属製の保持電極と、保持電極に対向して配置され、基材に形成される金属膜の金属で構成される金属製の対向電極とをチャンバー内に配設し、保持電極と対向電極とにそれぞれ独立した高周波電源を接続するため、この装置を用いて、保持電極と対向電極とにそれぞれ高周波電圧を印加することにより、保持電極と対向電極との間の雰囲気ガスを電離させてプラズマを生成し、このプラズマの陽イオンを基材に衝突させて基材表面を改質すると共に、陽イオンを対向電極及び保持電極にも衝突させてスパッタリングにより基材表面に金属膜を形成することができるものであり、基材の表面の改質と同時に、あるいはこの改質に引き続いて、基材の表面に金属膜を形成でき、表面改質後における基材への異分子の結合を防止して、金属膜と基材との密着性を向上することができるものであり、また対向電極と保持電極に印加される高周波電圧の出力や周波数をそれぞれ独立して制御して、生成されるプラズマの密度と基材に対するイオンの衝突時のエネルギーとを別個独立に制御することができ、生成されるプラズマの密度を向上しても基材に対するイオンの衝突時のエネルギーが過大にならないようにして、基材の表面における脆弱層の形成を防止することができ、表面改質を高効率で行うと共に金属膜との密着性を更に向上することができるものである。
【００６９】
また請求項９の発明は、請求項８において、保持電極と対向電極として銅製のものを配設するため、この装置を用いて、基材に電気伝導性の良好な銅からなる金属膜を形成することができるものである。
【００７０】
また請求項１０の発明は、請求項８又は９において、保持電極と対向電極の各対向面の周端縁を、対向面とは反対側に向けて湾曲する凸曲面に形成するため、保持電極と対向電極との間の空間に生成されるプラズマの密度が、この空間の外縁付近において過大になることを防止して、プラズマの密度が均一になるようにすることができ、基材に対する表面改質や金属膜の形成を均一に行うことができるようになるものである。
【００７１】
また請求項１１の発明は、請求項８乃至１０のいずれかにおいて、保持電極の対向電極との対向面とは反対側に、Ｎ極が保持電極側に配向する磁石とＳ極が保持電極側に配向する磁石とを配列するため、保持電極と対向電極との間の領域の保持電極側において、電子が磁石のＳ極とＮ極の間に捕捉され、雰囲気ガスと電子との衝突頻度が向上してプラズマの生成量が増大し、保持電極におけるスパッタ量を増大させて金属膜の形成速度を向上させることができる。また、同時に基材に対するイオンの衝突頻度も増大させることができ、基材の表面改質を促進することができるものである。
【００７２】
また請求項１２の発明は、請求項８乃至１１のいずれかにおいて、対向電極の背面側に、Ｎ極が対向電極側に配向する磁石とＳ極が対向電極側に配向する磁石とを配列するため、保持電極と対向電極との間の領域の対向電極側において電子が磁石のＳ極とＮ極の間に捕捉されて、雰囲気ガスと電子との衝突頻度が向上してプラズマの生成量が増大し、対向電極におけるスパッタ量を増大させて金属膜の形成速度を向上させることができるものである。
【００７３】
また請求項１３の発明は、請求項１１又は１２において、磁石を放電からシールドするアースシールドを設けるため、磁石が放電に曝されることを防ぐことができ、磁石の寿命を向上することができるものである。
【００７４】
また請求項１４の発明は、請求項１１乃至１３のいずれかにおいて、磁石が電磁石であるため、電磁石の磁力を変化させることにより電磁石による電子の捕捉量を制御して、プラズマ処理におけるプラズマの生成量を容易に調整することができるものである。
【００７５】
また請求項１５の発明は、請求項８乃至１４のいずれかにおいて、チャンバーの内壁に、Ｎ極がチャンバーの内方に向けて配向する磁石と、Ｓ極がチャンバーの内方に向けて配向する磁石とを配列するため、保持電極と対向電極との間の空間にて生成されたプラズマ中のイオンがチャンバーの内面に向けて移動しても、このイオンは磁石のＳ極とＮ極との間に捕捉されることとなって、このイオンがチャンバーの内面に到達して消失してしまうことが防止され、これによりプラズマの密度を更に向上することができるものである。
【００７６】
また請求項１６の発明は、請求項８乃至１５のいずれかにおいて、保持電極の対向電極との対向面に、この対向面に向けて開口する基材配置凹部を凹設すると共にこの基材配置凹部の内周面を開口側が外縁側に向かうように傾斜させるため、基材配置凹部の傾斜した内周面にプラズマ中のイオンが衝突することによりこの内周面から飛び出す原子が基材の周端面に向けて移動して、この周端面に堆積しやすくなり、基板の周端面における金属膜の形成量を増大させることができるものである。
【００７７】
また請求項１７の発明は、請求項８乃至１６のいずれかにおいて、保持電極に保持された基材を加熱する加熱手段を設けるため、プラズマ処理において基材を加熱することによって、基材の樹脂の分子の活性が高くなり、樹脂の分子への極性基の付与が促進され、極性基の形成を効率高くまた密度高く行なうことができるものであり、また基材を加熱して軟質化させ、軟質化した状態の基材表面に金属膜を形成するようにして、基材と金属膜との密着性を更に向上することができるものである。
【００７８】
また請求項１８の発明は、請求項８乃至１７のいずれかにおいて、両面に基材が保持される保持電極の両面側にそれぞれ対向電極を配設するため、金属膜が形成された基材を更に生産性良く得ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。
【図２】同上の実施の形態におけるチャンバー内へのガス供給量の一例を示すグラフである。
【図３】同上の実施の形態におけるチャンバー内のガス供給量の他例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の他例を示す概略図である。
【図５】本発明の実施の形態の他例を示す一部の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態の更に他例を示す一部の概略図である。
【図７】本発明の実施の形態の更に他例を示す一部の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態の更に他例を示す一部の概略図である。
【図９】本発明の実施の形態の更に他例を示す一部の概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態の更に他例を示す一部の概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態の更に他例を示す一部の概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態の更に他例を示す概略図である。
【図１５】従来の金属膜形成工程を示す概念図である。
【図１６】従来の金属膜形成工程における高周波プラズマ処理装置を示す概略図である。
【図１７】（ａ）乃至（ｃ）は金属膜の形成工程を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
１基材
２保持電極
３対向電極
４高周波電源
５高周波電源
６磁石
７アースシールド
８電磁石
９磁石
１０配置凹部
１１内周面
１２チャンバー
１３周端縁
Ｐプラズマ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for forming a metal film on the surface of a resin molded body.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART A three-dimensional circuit board (MID: Molded Interconnect Device) is applied to an electronic / optoelectronic device that is required to be small and light. For such a three-dimensional circuit board, or a sensor component, a light reflector, etc., a base material 1 made of a resin molding is produced by injection molding of a resin composition, and a circuit or reflection film is formed on the surface of the base material 1. It is manufactured by forming a metal film.
[0003]
As a method for forming such a metal film, a PVD method (physical vapor deposition method) such as sputtering has been conventionally applied.
[0004]
FIG. 15 schematically shows a conventional metal film forming process. A charging chamber 19 for preheating the base material 1 and an RF for subjecting the base material 1 to high-frequency plasma processing such as nitrogen plasma processing. It comprises a plasma chamber 20, a sputter film forming chamber 21 for forming a metal film on the plasma-treated base material 1 by sputtering, and an extraction chamber 22 for taking out the base material 1 on which the metal film is formed. Yes.
[0005]
FIG. 16 shows an example of an RF plasma chamber 20 (high-frequency plasma processing apparatus) that performs nitrogen plasma processing on the substrate 1. The holding electrode 2 and the counter electrode 3 are arranged in the chamber 12 and held. The electrode 2 is connected to the high-frequency power source 4 through the switching circuit 14 and the counter electrode 3 is connected to the chamber 12 to be grounded, so that atmospheric gas for plasma generation can be introduced into the chamber 12. . The substrate 1 is held in contact with the holding electrode 2 and set in the chamber 12. An atmosphere gas such as nitrogen gas is introduced into the chamber 12 and a high frequency voltage is applied to the holding electrode 2. Thus, a plasma P such as nitrogen plasma is generated by a gas discharge phenomenon between the holding electrode 2 and the counter electrode 3. When the plasma P is generated in this way, ions such as nitrogen ions 15 in the plasma P act on the surface of the base material 1 to perform cleaning for removing contaminants on the surface of the base material 1, and FIG. ) As shown in (b), a treatment for imparting polar groups 23 such as nitrogen polar groups to molecules on the surface of the substrate 1 is performed.
[0006]
After applying the polar group 23 to the surface of the base material 1 in this way, a metal film 24 such as copper is formed on the surface of the base material 1 by PVD method such as sputtering in the sputter film forming chamber 21 as shown in FIG. By forming, the adhesion of the metal film 24 to the substrate 1 can be enhanced.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The improvement in the adhesion of the metal film by the plasma processing in the above-described high-frequency plasma processing apparatus depends on the density of the plasma P generated during the plasma processing and the energy at the time of collision of ions in the plasma P with the substrate 1. This depends on the high frequency voltage applied to the holding electrode 2. At this time, if the output of the high-frequency voltage is improved, the density of the generated plasma P tends to be improved and the adhesion force tends to be improved, but when the ions in the plasma P collide with the surface of the substrate 1. If the energy is excessive, the resin surface layer of the substrate 1 may be damaged and a fragile layer may be formed on the surface layer of the substrate 1. For this reason, it is preferable to improve the density of the plasma P and prevent the energy at the time of ion collision from becoming excessive, but by controlling the high-frequency voltage applied to the holding electrode 2, the density of the plasma P and the ion The energy at the time of the collision cannot be controlled separately.
[0008]
In addition, for example, gas components generated during the plasma treatment may be reattached to the polar group 23 after the plasma treatment between the processes from the surface modification of the base material 1 by the plasma treatment to the formation of the metal film 24 by the PVD method. As a result, molecules different from the metal for film formation are bonded to each other, and the adhesion force may not be sufficiently improved.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and the density of plasma generated during surface modification of a substrate by plasma treatment and energy at the time of collision of ions in the plasma with the substrate are separated. It is possible to perform plasma treatment under optimal conditions by controlling the surface of the modified base material and the metal film by preventing foreign molecules from binding to the surface of the modified base material before forming the metal film. It is an object of the present invention to provide a metal film forming method and a metal film forming apparatus therefor that can provide excellent adhesion between the two.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the metal film forming method according to the first aspect of the present invention, the metal holding electrode 2 and the metal counter electrode 3 on which the substrate 1 is held are arranged to face each other, and the holding electrode 2 and the counter electrode 3 By applying a high-frequency voltage from the independent high-frequency power sources 4 and 5 to each other, the atmosphere gas between the holding electrode 2 and the counter electrode 3 is ionized to generate plasma P, and the cation of the plasma P is used as a basis. The base material 1 surface is modified by colliding with the material 1, and the cations are also collided with the counter electrode 3 and the holding electrode 2 to cause the base material 1 surface to be sputtered. Made of metal constituting the holding electrode 2 and the counter electrode 3 A metal film is formed.
[0011]
The invention of claim 2 is characterized in that, in claim 1, a high-frequency voltage having a higher output or frequency than that applied to the holding electrode 2 is applied to the counter electrode 3.
[0012]
The invention of claim 3 is characterized in that, in claim 1 or 2, nitrogen gas is contained in the atmospheric gas between the holding electrode 2 and the counter electrode 3.
[0013]
The invention of claim 4 is characterized in that in claim 3, nitrogen gas and argon gas are contained in the atmospheric gas between the holding electrode 2 and the counter electrode 3.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, after the nitrogen gas is continuously supplied between the holding electrode 2 and the counter electrode 3, the argon gas is supplied after a predetermined time has elapsed. It is characterized by.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is provided between the holding electrode 2 and the counter electrode 3, and a ratio of the argon gas in the mixed gas with time. It is characterized by supplying in order to increase.
[0016]
Further, the invention of claim 7 is the method according to any one of claims 3 to 6, wherein a high frequency voltage is applied to the holding electrode 2 and the counter electrode 3 in a state where oxygen gas is supplied between the holding electrode 2 and the counter electrode 3. A high-frequency voltage is applied to the holding electrode 2 and the counter electrode 3 in a state where nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied between the holding electrode 2 and the counter electrode 3.
[0017]
In the metal film forming apparatus according to claim 8 of the present invention, the substrate 1 is held. The metal film formed on the substrate 1 is made of metal. The metal holding electrode 2 and the holding electrode 2 are arranged opposite to each other. The metal film formed on the substrate 1 is made of metal. The metal counter electrode 3 is disposed in the chamber 12, and independent high-frequency power sources 4 and 5 are connected to the holding electrode 2 and the counter electrode 3, respectively.
[0018]
The ninth aspect of the invention is characterized in that, in the eighth aspect, the holding electrode 2 and the counter electrode 3 are made of copper.
[0019]
According to a tenth aspect of the present invention, in the eighth or ninth aspect, the peripheral edge 13 of each facing surface of the holding electrode 2 and the facing electrode 3 is formed as a convex curved surface that curves toward the opposite side of the facing surface. It is characterized by comprising.
[0020]
The invention of claim 11 is the magnet 6 and the S pole in which the N pole is oriented to the holding electrode 2 side on the opposite side of the holding electrode 2 from the facing surface of the holding electrode 2. Is formed by arranging magnets 6 oriented on the holding electrode 2 side.
[0021]
A twelfth aspect of the present invention is the magnet according to any one of the eighth to eleventh aspects, wherein the magnet 6 with the N pole oriented on the counter electrode 3 side and the magnet with the S pole oriented on the counter electrode 3 side on the back side of the counter electrode 3. 6 are arranged.
[0022]
The invention of claim 13 is characterized in that, in claim 11 or 12, an earth shield 7 for shielding the magnet 6 from discharge is provided.
[0023]
The invention of claim 14 is characterized in that the magnet 6 is an electromagnet 8 in any one of claims 11 to 13.
[0024]
According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the eighth to fourteenth aspects, the magnet 9 in which the north pole is oriented toward the inside of the chamber 12 and the south pole are located on the inside of the chamber 12. It is characterized in that it is formed by arranging magnets 9 oriented in the direction.
[0025]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the eighth to fifteenth aspects, the substrate placement concave portion 10 that opens toward the facing surface is provided on the facing surface of the holding electrode 2 facing the facing electrode 3, and The inner peripheral surface 11 of the base material placement recess 10 is inclined so that the opening side faces the outer edge side.
[0026]
The invention of claim 17 is characterized in that, in any of claims 8 to 16, a heating means for heating the substrate 1 held by the holding electrode 2 is provided.
[0027]
The invention according to claim 18 is characterized in that, in any one of claims 8 to 17, the counter electrode 3 is provided on each side of the holding electrode 2 on which the substrate 1 is held on both sides. It is.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0029]
In the present invention, the base material 1 is a resin molded body obtained by molding a resin composition mainly composed of polyphthalamide (PPA), polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal polymer (LCP), syndiotactic polystyrene (SPS) or the like. Can be used.
[0030]
FIG. 1 shows an example of a metal film forming apparatus. In the illustrated example, the holding electrode 2 and the counter electrode 3 are disposed in the chamber 12 so as to face each other. The holding electrode 2 is connected to a high-frequency power source 4 through a matching circuit 14 (matching box), and the holding electrode 2 holds the substrate 1 on the side facing the counter electrode 3. The counter electrode 3 is also connected to a high frequency power source 5 through a matching circuit 14, and the holding electrode 2 and the counter electrode 3 are connected to separate high frequency power sources 4 and 5, respectively. The chamber 12 is provided with a gas inlet 17 so that an atmospheric gas for plasma generation can be introduced into the chamber 12 from the gas inlet 17.
[0031]
Then, the substrate 1 is held in the holding electrode 2 and set in the chamber 12, an atmosphere gas for plasma generation is introduced into the chamber 12 from the gas introduction port 17, and a high-frequency voltage is supplied to the holding electrode 2 from the high-frequency power source 4. And a high frequency voltage is also applied to the counter electrode 3 from another high frequency power source 5 to generate a plasma P by a gas discharge phenomenon due to a high frequency glow discharge between the holding electrode 2 and the counter electrode 3.
[0032]
At this time, the holding electrode 2 and the counter electrode 3 to which a high-frequency voltage is independently applied are alternately switched between the high potential side and the low potential side, and the positive electrode in the plasma P has a low potential. The substrate 1 collides with the substrate 1 to act on the surface of the substrate 1, cleans the surface of the substrate 1 to remove contaminants, and polar groups such as nitrogen polar groups are removed from the substrate 1. A treatment for imparting to the surface molecules is performed.
[0033]
Further, when the holding electrode 2 is on the low potential side, the cations in the plasma P collide with the holding electrode 2 itself, and the constituent atoms 16 of the holding electrode 2 are repelled, and the counter electrode 3 is on the low potential side. At this time, the cations in the plasma P collide with the counter electrode 3 and the constituent atoms 16 of the counter electrode 3 are repelled. The atoms 16 that are repelled from the holding electrode 2 and the counter electrode 3 are deposited on the substrate 1 to form a metal film.
[0034]
When the metal film is formed on the base material 1 in this way, the metal film is formed on the surface of the base material 1 by sputtering simultaneously with or following the modification of the surface of the base material 1 by the cations in the plasma P. Therefore, for example, a gas component generated during the plasma treatment is reattached after the plasma treatment to the polar group formed on the base material 1 after the surface modification. For this reason, it is possible to prevent a molecule different from the metal from being bonded, and to improve the adhesion between the metal film and the substrate 1.
[0035]
Here, in the above configuration, it is preferable to use nitrogen gas as the atmospheric gas for plasma generation introduced into the chamber 12, and in this case, nitrogen ions 15 in the plasma P are based on the plasma treatment. Cleaning that acts on the surface of the material 1 and removes contaminants on the surface of the base material 1, and can add nitrogen polar groups such as amide groups to molecules on the surface of the base material 1. By the surface modification of the material 1, the adhesion between the substrate 1 and the metal film is remarkably improved.
[0036]
Moreover, as this atmospheric gas, it is preferable to supply argon gas with nitrogen gas. Since the argon gas has a high sputter rate, the formation efficiency of the metal film can be improved.
[0037]
When nitrogen gas and argon gas are supplied into the chamber 12 as the atmospheric gas, the metal film can be formed more efficiently by changing the supply amount of each gas into the chamber 12 over time. it can.
[0038]
For example, as shown in the graph of FIG. 2, only nitrogen gas is supplied as an atmospheric gas at the start of plasma processing, and after a certain time (for example, 10 seconds or more) has elapsed, the supply of argon gas is started. It can be made to be a mixed gas with argon gas. In this way, at the start of the plasma treatment, the surface modification of the substrate 1 is performed mainly by the nitrogen ions 15 in the plasma P, and subsequently the argon gas is supplied to improve the sputtering rate, thereby forming the metal film. Efficiency can be improved, a metal film can be formed on the surface of the substrate 1 that has been sufficiently surface-modified, and the adhesion of the metal film can be further improved.
[0039]
Further, as shown in FIG. 3, the atmosphere gas supplied into the chamber 12 is only nitrogen gas at the start of the plasma processing, and the nitrogen supply amount to the chamber 12 is continuously reduced with the passage of time and the argon gas is supplied. The ratio of the argon gas in the atmospheric gas over time is maintained with the total supply amount of the atmospheric gas kept constant, for example, by continuously increasing the amount and finally supplying only argon gas. Increasing is also preferred. In this way, at the start of the plasma treatment, the surface modification of the base material 1 is performed mainly by the nitrogen ions 15 in the plasma P, and the ratio of argon gas is increased with time to improve the sputtering rate and gradually. The formation efficiency of the metal film can be improved, the metal film can be formed on the surface of the substrate 1 that has been sufficiently surface-modified, and the adhesion of the metal film can be further improved. .
[0040]
Such adjustment of the supply amounts of nitrogen gas and argon gas can be performed by controlling the supply amounts of nitrogen gas and argon gas with a mass flow meter or the like. The pressure of the atmospheric gas in the chamber 12 is preferably in the range of 5-15 Pa.
[0041]
Further, in the above configuration, independent high frequency power sources 4 and 5 are connected to the holding electrode 2 and the counter electrode 3, respectively, so that the high frequency voltage applied to the holding electrode 2 and the counter electrode 3 can be controlled separately. Therefore, the density of the plasma P generated in the space between the holding electrode 2 and the counter electrode 3 can be adjusted by controlling the output and frequency of the high frequency voltage applied to the counter electrode 3. The energy at the time of ion collision with the substrate 1 can be adjusted by controlling the output and frequency of the high frequency voltage applied to the holding electrode 2, and the density of the generated plasma P and the ion with respect to the substrate 1 can be adjusted. The energy at the time of collision can be controlled independently. For this reason, even if the density of the plasma P generated by adjusting the high-frequency voltage applied to the counter electrode 3 is improved, the collision of ions with the substrate 1 by adjusting the high-frequency voltage applied to the holding electrode 2 It is possible to prevent the formation of a fragile layer on the surface of the base material 1 by preventing excessive energy, and to perform surface modification with high density plasma P with high efficiency and adhesion to a metal film. Can be further improved.
[0042]
As application conditions of the high frequency voltage applied to the holding electrode 2, for example, a frequency of 13.56 MHz and an output of 0.5 to 3 kW can be set.
[0043]
The high frequency voltage applied to the counter electrode 3 is preferably such that at least one of the frequency and the output is higher than the high frequency voltage applied to the holding electrode 2. For example, the holding electrode 2 has a frequency of 13.56 MHz and an output. When a high frequency voltage is applied under the condition of 0.5 to 3 kW, the frequency of the high frequency voltage applied to the counter electrode 3 is set to 20 MHz or higher, or the output is higher by 20% or more than the holding electrode 2 described above. It is preferable to do so. In this way, the density of ions in the plasma P acting on the substrate 1 can be improved, and the high-frequency voltage of the holding electrode 2 can be set low. It is possible to prevent the energy of the metal from becoming excessive and to sufficiently improve the surface of the metal film by sufficiently modifying the surface.
[0044]
When the frequency of the high-frequency voltage applied to the holding electrode 2 and the counter electrode 3 is the same, the high-frequency voltage applied to the holding electrode 2 and the counter electrode 3 is controlled so as to shift the phase, It is preferable not to erase them. In this case, for example, as shown in FIG. 4, the high frequency power sources 4 and 5 are connected to the holding electrode 2 and the counter electrode 3 via a phase shifter 25, and the holding electrode 2 is connected to the phase shifter 25. Control is performed so that the phase of the high-frequency voltage applied to the counter electrode 3 is shifted by a predetermined angle (for example, 180 °).
[0045]
It is also preferable to feedback control the output of the high-frequency power supply 4 so that the bias voltage (self-bias voltage) of the high-frequency voltage applied to the substrate 1 via the holding electrode 2 is in the range of 450 to 500V. In this case, the collision energy when ions in the plasma P collide with the surface of the substrate 1 can be optimized, sufficient surface modification is performed to obtain good adhesion of the metal film, and a fragile layer Can be prevented.
[0046]
In forming the metal film on the substrate 1 as described above, a metal film made of an appropriate metal can be formed by selecting the metal constituting the holding electrode 2 and the counter electrode 3. In particular, when the copper film is formed on the substrate 1 by forming the holding electrode 2 and the counter electrode 3 with copper, a metal film having particularly good conductivity can be obtained. The metal film is preferably formed to a thickness of 0.1 to 0.5 μm. In addition, after forming a metal film having a thickness of about 50 nm with the metal film forming apparatus as described above, an appropriate PVD method such as a DC magnetron sputtering method is applied in a subsequent process to further increase the desired film thickness. A metal film can also be formed as described above.
[0047]
Further, prior to the metal film formation by the plasma treatment as described above, a plasma treatment for etching and roughening the surface of the substrate 1 can be performed as a preliminary treatment. In this plasma treatment, for example, after the substrate 1 is held on the holding electrode 2 of the chamber 12 of the metal film forming apparatus, before the metal film is formed by the plasma treatment, oxygen gas is used as the atmospheric gas in the chamber 12. Can be performed under the conditions of a gas pressure of 10 Pa, a high frequency output of 500 W, and a processing time of 2 to 5 minutes. By performing the plasma treatment in this manner, carbon or hydrogen as an element constituting the resin of the base material 1 reacts with the active species of oxygen to form carbon monoxide, carbon dioxide, water, etc. from the surface of the base material 1. The surface of the substrate 1 can be roughened by being separated and forming fine irregularities on the surface of the substrate 1. And by roughening the surface of the base material 1 in this way, the adhesiveness of the metal film formed on the surface of the base material 1 can be improved by the anchor effect by roughening unevenness.
[0048]
In the metal film forming apparatus described above, as shown in FIG. 6, the magnet 6 can be disposed on the back surface of the holding electrode 2, that is, on the surface opposite to the surface facing the counter electrode 3. At this time, the magnets 6 are disposed, for example, along the center and the outer periphery of the holding electrode 2, respectively, and the magnet 6b disposed at the center and the magnet 6a disposed at the outer periphery are opposite to the holding electrode 2 side. Arrange so that the poles on the side face. In this way, the magnet 6a (or the magnet 6b) in which the N pole is oriented to the counter electrode 3 side and the magnet in which the S pole is oriented to the counter electrode 3 side on the side opposite to the surface facing the holding electrode 2 of the counter electrode 3 When 6b (or magnet 6a) is arranged, electrons are trapped in magnetic field B between the S pole and N pole of magnet 6 on the holding electrode 2 side in the region between holding electrode 2 and counter electrode 3. For this reason, the collision frequency between the atmospheric gas and the electrons is improved, the amount of plasma P generated is increased, the amount of sputtering in the holding electrode 2 is increased, and the formation rate of the metal film can be improved. At the same time, the collision frequency of ions with the substrate 1 can be increased, and surface modification of the substrate 1 can be promoted.
[0049]
In addition, as shown in FIG. 7, the magnet 6 can be disposed on the back surface of the counter electrode 3, that is, the surface opposite to the surface facing the holding electrode 2. At this time, the magnets 6 are disposed, for example, along the center and the outer periphery of the counter electrode 3, respectively, and the magnet 6d disposed at the center and the magnet 6c disposed at the outer periphery are opposite to the counter electrode 3 side. Arrange so that the poles of Thus, the magnet 6c (or the magnet 6d) in which the N pole is oriented to the holding electrode 2 side and the magnet in which the S pole is oriented to the holding electrode 2 side on the opposite side of the holding electrode 2 from the surface facing the counter electrode 3 When 6d (or magnet 6c) is arranged, electrons are captured in magnetic field B formed between the S pole and N pole of magnet 6 on the side of counter electrode 3 in the region between holding electrode 2 and counter electrode 3. Be exercised to go around. For this reason, the collision frequency between the atmospheric gas and the electrons is improved, the amount of plasma P generated is increased, and the amount of sputtering in the counter electrode 3 is increased, so that the formation rate of the metal film can be improved.
[0050]
The magnet 6 as described above may be provided on one of the holding electrode 2 and the counter electrode 3, but if the magnet 6 as described above is provided on both the holding electrode 2 and the counter electrode 3, It is possible to further increase the formation rate of the metal film by increasing the amount of sputtering on both the counter electrodes 3, and at the same time, it is possible to increase the frequency of ion collision with the substrate 1, thereby improving the surface of the substrate 1. It can promote quality.
[0051]
When the magnet 6 is provided on the back side of the holding electrode 2 or the counter electrode 3 as described above, an electromagnet 8 can be provided as shown in FIG. In this case, the amount of electrons captured by the electromagnet 8 can be controlled by changing the magnetic force of the electromagnet 8 to easily adjust the amount of plasma P generated in the plasma treatment. Thus, the adhesion between the metal film and the substrate 1 can be further improved.
[0052]
Further, as shown in FIG. 8, the earth shield 7 can be provided in the vicinity of the back side of the magnet 6 provided on the back side of the holding electrode 2 and the counter electrode 3. The earth shield 7 is formed of a grounded electric conductor such as metal and is provided so as to face the magnet 6. If it does in this way, it can prevent that discharge arises between the chambers 12 in the back surface side of the holding electrode 2 or the counter electrode 3, and prevents deterioration of the magnet 6 by not exposing the magnet 6 to discharge. Can do. The distance between the holding electrode 2 or the counter electrode 3 and the earth shield 7 is set to an appropriate distance at which no discharge occurs. For example, the internal pressure of the chamber 12 is 10 Pa, and the application condition by the high-frequency power source is an output 0. In the case of 5 kW, if the distance between the holding electrode 2 or the counter electrode 3 and the earth shield 7 is 5 mm or less, the occurrence of discharge on the back side is suppressed.
[0053]
Further, as shown in FIG. 10, the magnet 9 can be disposed along the inner surface of the chamber 12. A plurality of magnets 9 are provided along the inner surface of the chamber 12 at the side of the space between the holding electrode 2 and the counter electrode 3, and the south pole is oriented toward the inside of the chamber 12. And those having the N pole oriented toward the inside of the chamber 12 are alternately arranged. In this way, even if ions such as nitrogen ions 15 in the plasma P generated in the space between the holding electrode 2 and the counter electrode 3 move toward the inner surface of the chamber 12, the ions are not affected by the magnet 9. Is captured by the magnetic field B formed between the S and N poles, and the ions are prevented from reaching the inner surface of the chamber 12 and disappearing. Can be further improved.
[0054]
Further, as shown in FIG. 5, the holding electrode 2 is formed so that the peripheral edge 13 of the surface facing the counter electrode 3 is a convex curved surface that curves toward the opposite side of the counter surface. Alternatively, the peripheral edge 13 of the surface facing the holding electrode 2 can be formed to be a convex curved surface that curves toward the opposite side of the facing surface. When the peripheral edge 13 is formed in an edge shape without a convex curved surface, the discharge density in the outer edge portion in the space between the holding electrode 2 and the counter electrode 3 is increased, and the density of the plasma P in this portion is increased. There is a possibility that the density of the plasma P becomes non-uniform because it becomes excessive, but if the peripheral edge 13 is formed in a convex curved surface as described above, the plasma generated in the space between the holding electrode 2 and the counter electrode 3 The density of P can be prevented from becoming excessive in the vicinity of the outer edge of this space, and the density of plasma P can be made uniform, so that surface modification and metal film formation on the substrate 1 can be made uniform. Will be able to do. The radius of curvature of the convex curved surface of the peripheral edge 13 is appropriately set, but is preferably in the range of 5 to 15 mm.
[0055]
Further, as shown in FIG. 11, the holding electrode 2 can be provided with a substrate arrangement recess 10 in which the substrate 1 is arranged on the surface facing the counter electrode 3. This base material arrangement | positioning recessed part 10 opens to the opposing surface of the holding electrode 2, and the inner peripheral surface 11 inclines so that the opening side may go to an outer edge side more. If it does in this way, when forming a metal film also in the peripheral end surface of the base material 1, the formation amount of the metal film in this peripheral end surface can be improved. That is, on the surface of the substrate 1 facing the counter electrode 3, the atoms 16 that have jumped out of the counter electrode 3 due to collision of ions in the plasma P with the counter electrode 3 are easily deposited. Since the end face is not opposed to the counter electrode 3, the atoms 16 emitted from the counter electrode 3 are difficult to deposit, and the amount of metal film formed is reduced. When the substrate 1 is disposed on the substrate 10 and plasma treatment is performed, the ions 16 in the plasma P collide with the inclined inner peripheral surface 11 of the substrate disposing concave portion 10, thereby causing atoms 16 to jump out from the inner peripheral surface 11. It moves toward the peripheral end surface of the material 1 and is easily deposited on the peripheral end surface, so that the amount of formation of the metal film can be increased.
[0056]
Although the inclination angle α of the inner peripheral surface 11 of the substrate placement recess 10 is set as appropriate, it is preferable to set the angle to 30 ° to 60 ° with respect to the facing surface of the holding electrode 2. For example, the amount of metal film formed on the peripheral end surface of the substrate 1 is increased.
[0057]
In addition, as shown in FIG. 12, a heater 18 can be provided as a heating means for heating the substrate 1 held by the holding electrode 2. The heater 18 is disposed on the back side of the holding electrode 2, and the substrate 1 held by the holding electrode 2 is heated by heating the holding electrode 2 with the heater 18. If it does in this way, the adhesiveness of the base material 1 and a metal film can further be improved by heating the base material 1 in a plasma processing. Although the heating temperature by the heater 18 is appropriately set depending on the material of the resin molded body constituting the base material 1, it is preferable to heat to the vicinity of the glass transition temperature of the resin molded body constituting the base material 1.
[0058]
FIG. 13 shows another example of the metal film forming apparatus, in which the holding electrode 2 and the counter electrode 3 are disposed in the chamber 12 so as to face each other. The holding electrode 2 is connected to the high-frequency power source 4 through the matching circuit 14, and the holding electrode 2 holds a plurality of base materials 1 on both sides. The counter electrode 3 is disposed on one side and the other side of the holding electrode 2 so as to face the holding electrode 2, and each holding electrode 2 is connected to a common high-frequency power source 5 via a matching circuit 14. ing. Thus, the holding electrode 2 and each counter electrode 3 are connected to separate high-frequency power sources 4 and 5, respectively. When the frequency of the high-frequency voltage applied to the holding electrode 2 and the counter electrode 3 is the same, as shown in FIG. 14, the high-frequency power sources 4 and 5 and the holding electrode 2 and the counter electrode 3 Are preferably connected via the movement shifter 25 and the matching circuit 14 in the same manner as shown in FIG. The chamber 12 is provided with a gas inlet 17 so that an atmospheric gas for plasma generation can be introduced into the chamber 12 from the gas inlet 17.
[0059]
Also in the illustrated metal film forming apparatus, the substrate 1 is held on both sides of the holding electrode 2 and set in the chamber 12, and atmospheric gas for plasma generation is introduced into the chamber 12 from the gas inlet 17 and held. A high-frequency voltage is applied to the electrode 2 from the high-frequency power source 4 and a high-frequency voltage is also applied to the counter electrode 3 from the high-frequency power source 5, whereby a gas due to high-frequency glow discharge between the holding electrode 2 and the counter electrodes 3 on both sides thereof. Plasma P is generated by a discharge phenomenon, and, similar to that shown in FIG. 1, the surface of the substrate 1 is formed simultaneously with or following the modification of the surface of the substrate 1 by the cations in the plasma P. A metal film can be formed by sputtering.
[0060]
The metal film forming apparatus configured as described above can arrange the base material 1 on both surfaces of the holding electrode 2 to perform surface modification and metal film formation on the base material 1, as shown in FIG. The substrate 1 on which the metal film is formed can be obtained with higher productivity than the one in which the counter electrode 3 is provided on one side of the holding electrode 2.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, in the metal film forming method according to the first aspect of the present invention, the metal holding electrode on which the substrate is held and the metal counter electrode are arranged to face each other, and the holding electrode and the counter electrode are arranged. By applying a high-frequency voltage from each independent high-frequency power source, the atmosphere gas between the holding electrode and the counter electrode is ionized to generate plasma, and the cation of this plasma is made to collide with the substrate to cause the substrate surface In addition, the cation collides with the counter electrode and the holding electrode, and the substrate surface is formed by sputtering. Made of metal that constitutes the holding electrode and the counter electrode Since a metal film is formed, a metal film can be formed on the surface of the substrate simultaneously with or following the modification of the surface of the substrate, preventing the binding of foreign molecules to the substrate after the surface modification. Thus, the adhesion between the metal film and the substrate can be improved, and the output and frequency of the high-frequency voltage applied to the counter electrode and the holding electrode are controlled independently of each other. The plasma density and the energy at the time of ion collision with the substrate can be controlled independently. Even if the density of the generated plasma is improved, the energy at the time of ion collision with the substrate does not become excessive. Thus, formation of a fragile layer on the surface of the substrate can be prevented, surface modification can be performed with high efficiency, and adhesion with the metal film can be further improved.
[0062]
In addition, the invention of claim 2 is characterized in that in claim 1, a high-frequency voltage having a higher output or frequency than that applied to the holding electrode is applied to the counter electrode, so that ions in the plasma acting on the substrate The density can be improved, and the adhesion of the metal film can be further improved by performing sufficient surface modification.
[0063]
Further, the invention of claim 3 is the method according to claim 1 or 2, wherein nitrogen gas is contained in the atmosphere gas between the holding electrode and the counter electrode. It acts to perform cleaning to remove contaminants on the surface of the substrate, and can also add nitrogen polar groups such as amide groups to molecules on the surface of the substrate. By such surface modification of the substrate, The adhesion between the substrate and the metal film can be remarkably improved.
[0064]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, since the nitrogen gas and the argon gas are contained in the atmospheric gas between the holding electrode and the counter electrode, the formation efficiency of the metal film is increased by the argon gas having a high sputtering rate. Can be improved.
[0065]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the plasma is supplied to supply argon gas after a lapse of a certain time after continuously supplying nitrogen gas between the holding electrode and the counter electrode. At the start of the treatment, the surface of the substrate is mainly modified with nitrogen ions in the plasma, and subsequently the argon gas is supplied to improve the sputtering rate and improve the formation efficiency of the metal film. A metal film can be formed on the surface of the base material whose surface has been modified, and the adhesion of the metal film can be further improved.
[0066]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the mixed gas of nitrogen gas and argon gas is increased between the holding electrode and the counter electrode, and the ratio of the argon gas in the mixed gas increases with time. Therefore, at the start of the plasma treatment, the surface of the substrate is mainly modified by nitrogen ions in the plasma, and subsequently the sputtering rate is improved by increasing the ratio of argon gas, The formation efficiency can be improved, the metal film can be formed on the surface of the substrate that has been sufficiently surface-modified, and the adhesion of the metal film can be further improved.
[0067]
The invention according to claim 7 is the electrode according to any one of claims 3 to 6, wherein a high frequency voltage is applied to the holding electrode and the counter electrode in a state where oxygen gas is supplied between the holding electrode and the counter electrode, and then the holding electrode is opposed to the holding electrode. In order to apply a high-frequency voltage to the holding electrode and the counter electrode in a state where nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied between the electrodes, fine irregularities are formed on the surface of the substrate prior to the formation of the metal film. The surface of the metal film can be roughened and the adhesion of the subsequently formed metal film can be improved by the anchor effect due to the roughening unevenness.
[0068]
In the metal film forming apparatus according to claim 8 of the present invention, the substrate is held. The metal film formed on this substrate is made of metal A metal holding electrode and a facing electrode. Consists of metal film metal formed on the substrate This device is used to apply a high-frequency voltage to the holding electrode and the counter electrode, respectively, in order to connect independent high-frequency power sources to the holding electrode and the counter electrode. As a result, the atmosphere gas between the holding electrode and the counter electrode is ionized to generate plasma, and the cation of the plasma is collided with the base material to modify the surface of the base material. The metal film can be formed on the surface of the base material by sputtering by colliding with the holding electrode, and at the same time as or following the modification of the surface of the base material, the metal film is formed on the surface of the base material. A film can be formed and the adhesion between the metal film and the substrate can be improved by preventing the binding of different molecules to the substrate after the surface modification, and also applied to the counter electrode and the holding electrode. High frequency By controlling the pressure output and frequency independently, the density of the generated plasma and the energy at the time of ion collision with the substrate can be controlled independently, improving the density of the generated plasma. However, it is possible to prevent the formation of a fragile layer on the surface of the base material by preventing excessive energy at the time of ion collision with the base material, performing surface modification with high efficiency and adhesion to the metal film. Can be further improved.
[0069]
Further, the invention of claim 9 is the invention according to claim 8, wherein the holding electrode and the counter electrode are made of copper, so that a metal film made of copper having good electrical conductivity is formed on the substrate using this apparatus. Is something you can do.
[0070]
The tenth aspect of the present invention provides the holding electrode according to the eighth or ninth aspect, wherein the peripheral edge of each facing surface of the holding electrode and the counter electrode is formed as a convex curved surface that curves toward the opposite side of the facing surface. The plasma density generated in the space between the counter electrode and the counter electrode can be prevented from becoming excessive in the vicinity of the outer edge of the space, and the plasma density can be made uniform. The modification and the formation of the metal film can be performed uniformly.
[0071]
The invention according to claim 11 is the magnet according to any one of claims 8 to 10, wherein the magnet having the north pole oriented to the holding electrode side and the south pole on the holding electrode side are opposite to the surface of the holding electrode facing the counter electrode. In order to arrange the magnets oriented in parallel with each other, electrons are trapped between the S and N poles of the magnet in the region between the holding electrode and the counter electrode, and the collision frequency between the atmospheric gas and the electrons is reduced. As a result, the amount of plasma generated can be increased, and the amount of sputtering at the holding electrode can be increased to improve the formation rate of the metal film. At the same time, the collision frequency of ions to the substrate can be increased, and surface modification of the substrate can be promoted.
[0072]
According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the eighth to eleventh aspects, on the back side of the counter electrode, a magnet in which the N pole is oriented on the counter electrode side and a magnet in which the S pole is oriented on the counter electrode side are arranged. Therefore, electrons are trapped between the south pole and the north pole of the magnet on the counter electrode side in the region between the holding electrode and the counter electrode, so that the collision frequency between the atmospheric gas and the electrons is improved and the amount of plasma generated is reduced. It is possible to increase the amount of sputtering at the counter electrode and improve the formation rate of the metal film.
[0073]
The invention of claim 13 provides the ground shield for shielding the magnet from discharge in claim 11 or 12, so that the magnet can be prevented from being exposed to discharge and the life of the magnet can be improved. Is.
[0074]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the eleventh to thirteenth aspects, since the magnet is an electromagnet, the amount of electrons captured by the electromagnet is controlled by changing the magnetic force of the electromagnet, thereby generating plasma in the plasma processing. The amount can be easily adjusted.
[0075]
Further, the invention of claim 15 is the method according to any one of claims 8 to 14, wherein a magnet in which the north pole is oriented toward the inside of the chamber and a south pole are oriented toward the inside of the chamber on the inner wall of the chamber. Since the magnets are arranged, even if ions in the plasma generated in the space between the holding electrode and the counter electrode move toward the inner surface of the chamber, the ions are not connected to the S and N poles of the magnet. By being trapped in the meantime, it is possible to prevent the ions from reaching the inner surface of the chamber and disappearing, thereby further improving the plasma density.
[0076]
According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the eighth to fifteenth aspects, a base material placement concave portion that opens toward the facing surface is formed in the holding surface of the holding electrode facing the counter electrode, and the base material placement. In order to incline the inner peripheral surface of the recess so that the opening side is directed toward the outer edge side, atoms that jump out of the inner peripheral surface due to collision of ions in the plasma with the inclined inner peripheral surface of the base material placement recess It moves toward the end face and is easily deposited on the peripheral end face, and the amount of metal film formed on the peripheral end face of the substrate can be increased.
[0077]
The invention of claim 17 is the resin of the substrate according to any one of claims 8 to 16, wherein the substrate is heated by plasma treatment in order to provide a heating means for heating the substrate held by the holding electrode. The activity of the molecule is increased, the application of the polar group to the resin molecule is promoted, the formation of the polar group can be performed efficiently and with high density, and the substrate is heated and softened. By forming a metal film on the softened substrate surface, the adhesion between the substrate and the metal film can be further improved.
[0078]
The invention according to claim 18 is the substrate according to any one of claims 8 to 17, wherein the counter electrode is disposed on both sides of the holding electrode on which the substrate is held on both sides. Further, it can be obtained with good productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an example of a gas supply amount into the chamber in the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing another example of the gas supply amount in the chamber in the embodiment.
FIG. 4 is a schematic view showing another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a partial schematic view showing another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partial schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partial schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a partial schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a partial schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a partial schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic view showing still another example of the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing a conventional metal film forming step.
FIG. 16 is a schematic view showing a high-frequency plasma processing apparatus in a conventional metal film forming process.
FIGS. 17A to 17C are schematic cross-sectional views showing a metal film forming process. FIGS.
[Explanation of symbols]
1 Base material
2 Holding electrode
3 Counter electrode
4 High frequency power supply
5 High frequency power supply
6 Magnet
7 Earth shield
8 Electromagnet
9 Magnet
10 Placement recess
11 Inner peripheral surface
12 chambers
13 Perimeter edge
P Plasma

Claims

The holding electrode made of metal and the counter electrode made of metal are arranged to face each other, and a high frequency voltage is applied to each of the holding electrode and the counter electrode by independent high frequency power sources, Plasma is generated by ionizing the atmospheric gas between the counter electrode and the cations of the plasma collide with the substrate to modify the substrate surface, and the cations also collide with the counter electrode and the holding electrode. And forming a metal film comprising a metal constituting the holding electrode and the counter electrode on the surface of the substrate by sputtering.

2. The method of forming a metal film according to claim 1, wherein a high-frequency voltage having a higher output or frequency than that applied to the holding electrode is applied to the counter electrode.

3. The method for forming a metal film according to claim 1, wherein nitrogen gas is contained in the atmospheric gas between the holding electrode and the counter electrode.

The metal film forming method according to claim 3, wherein nitrogen gas and argon gas are contained in the atmospheric gas between the holding electrode and the counter electrode.

5. The metal film forming method according to claim 1, wherein argon gas is supplied after a predetermined time has elapsed after continuously supplying nitrogen gas between the holding electrode and the counter electrode.

The mixed gas of nitrogen gas and argon gas is supplied between the holding electrode and the counter electrode so that the ratio of the argon gas in the mixed gas increases with time. The metal film formation method as described in any one of.

After applying a high frequency voltage to the holding electrode and the counter electrode in a state where oxygen gas is supplied between the holding electrode and the counter electrode, nitrogen gas or a mixed gas of nitrogen gas and argon gas is inserted between the holding electrode and the counter electrode. 7. The metal film forming method according to claim 3, wherein a high frequency voltage is applied to the holding electrode and the counter electrode in the supplied state.

Substrate is held, a metallic holding electrode that consists of a metal of the metal film formed on the substrate, are arranged opposite to the holding electrode, formed of a metal of the metal film formed on the substrate A metal film forming apparatus comprising: a metal counter electrode disposed in a chamber; and an independent high-frequency power source connected to the holding electrode and the counter electrode.

9. The metal film forming apparatus according to claim 8, wherein the holding electrode and the counter electrode are made of copper.

10. The metal film forming apparatus according to claim 8, wherein the peripheral edge of each opposing surface of the holding electrode and the opposing electrode is formed as a convex curved surface that curves toward the opposite side of the opposing surface. .

9. A magnet having an N pole oriented to the holding electrode and a magnet having an S pole oriented to the holding electrode are arranged on the opposite side of the holding electrode from the surface facing the counter electrode. The metal film formation apparatus in any one of thru | or 10.

The magnet according to any one of claims 8 to 11, wherein a magnet having an N pole oriented toward the counter electrode and a magnet having an S pole oriented toward the counter electrode are arranged on the back side of the counter electrode. Metal film forming device.

13. The metal film forming apparatus according to claim 11, further comprising an earth shield that shields the magnet from electric discharge.

The metal film forming apparatus according to claim 11, wherein the magnet is an electromagnet.

15. The magnet according to claim 8, wherein a magnet in which the north pole is oriented toward the inside of the chamber and a magnet in which the south pole is oriented toward the inside of the chamber are arranged on the inner wall of the chamber. The metal film formation apparatus in any one.

The holding electrode is provided with a base material arrangement recess that opens toward the counter electrode on the surface facing the counter electrode, and the inner peripheral surface of the base material arrangement recess is inclined so that the opening side faces the outer edge. 16. The metal film forming apparatus according to claim 8, wherein the metal film forming apparatus is a metal film forming apparatus.

The metal film forming apparatus according to any one of claims 8 to 16, further comprising heating means for heating the base material held by the holding electrode.

The metal film forming apparatus according to any one of claims 8 to 17, wherein a counter electrode is provided on each side of the holding electrode on which the substrate is held on both sides.