(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする金属膜形成方法。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１に記載の金属膜形成方法。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属膜形成方法。
【請求項４】
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ことを特徴とする請求項３に記載の金属膜形成方法。
【請求項５】
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ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金属膜形成方法。
【請求項６】
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ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の金属膜形成方法。
【請求項７】
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ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の金属膜形成方法。
【請求項８】
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して成ることを特徴とする金属膜形成装置。
【請求項９】
保持電極と対向電極として銅製のものを配設して成ることを特徴とする請求項８に記載の金属膜形成装置。
【請求項１０】
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して成ることを特徴とする請求項８又は９に記載の金属膜形成装置。
【請求項１１】
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して成ることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の金属膜形成装置。
【請求項１２】
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して成ることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の金属膜形成装置。
【請求項１３】
磁石を放電からシールドするアースシールドを設けて成ることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の金属膜形成装置。
【請求項１４】
磁石が電磁石であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の金属膜形成装置。
【請求項１５】
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して成ることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載の金属膜形成装置。
【請求項１６】
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て成ることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれかに記載の金属膜形成装置。
【請求項１７】
保持電極に保持された基材を加熱する加熱手段を設けて成ることを特徴とする請求項８乃至１６のいずれかに記載の金属膜形成装置。
【請求項１８】
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して成ることを特徴とする請求項８乃至１７のいずれかに記載の金属膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004396069.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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