(57)【要約】【課題】塩素ガスを使用することなく、金属微粒子を安全にかつ安価に生成する方法等を提供する。【解決手段】スパッタ装置のチャンバー６内に銅ターゲット２を設置し、チャンバー６内の圧力を１３Ｐａ以上とした状態でチャンバー６内にプラズマ１００を生成して銅ターゲット２をスパッタすることにより、銅微粒子１０１ａ，１０１ｂを生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなるターゲットをスパッタ装置のチャンバー内に設置し、前記チャンバー内の圧力を１３Ｐａ以上とした状態で前記チャンバー内にプラズマを生成して前記ターゲットをスパッタすることにより金属微粒子を生成することを特徴とする、金属微粒子の生成方法。
【請求項２】
前記スパッタ装置としてマグネトロンスパッタ装置を用いる、請求項１に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項３】
前記チャンバー内に放電用ガスを導入する、請求項１または２に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項４】
前記チャンバーには、前記チャンバー内に放電用ガスを導入するガス導入口と、前記チャンバーから放電用ガスを排気するガス排気口とが接続されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項５】
前記ガス導入口と前記ガス排気口とは互いに連通しており、前記ガス導入口及び前記ガス排気口は接続経路を介して前記チャンバーに接続されている、請求項４に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項６】
前記ターゲットを、前記チャンバーの内壁面から４０ｍｍ以上の距離をおいて前記チャンバー内に設置する、請求項１から５のいずれか１項に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項７】
前記金属微粒子を堆積させて回収する金属微粒子回収部材を前記チャンバー内に配置する、請求項１から６のいずれか１項に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項８】
前記金属微粒子回収部材を前記チャンバーの底面に配置する、請求項７に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項９】
前記金属微粒子回収部材を、前記ターゲットの下方の前記ターゲットに対向する位置に配置する、請求項７に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項１０】
前記チャンバー内を、前記ターゲットが配置された第１の空間と前記金属微粒子回収部材が配置された第２の空間とに仕切り、前記第１の空間と前記第２の空間とを連通させた状態と遮断させた状態とに切り替えるシャッター機構を前記チャンバー内に設置する、請求項８に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項１１】
前記ターゲットと前記シャッター機構との間の距離を４０ｍｍ以上とする、請求項１０に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項１２】
銅又は銅合金からなるターゲットを用いる、請求項１から１１のいずれか１項に記載の金属微粒子の生成方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の金属微粒子の生成方法によって生成された金属微粒子をペースト材に含有させる工程を有する、金属含有ペーストの製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の金属微粒子の生成方法によって生成された金属微粒子を前記チャンバー内に設置した基板の上に堆積させて金属薄膜を形成する工程と、
前記金属薄膜をパターニングして配線を形成する工程と、
を有する、金属薄膜配線の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粒子の生成方法、金属含有ペーストの製造方法及び金属薄膜配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、多くの電子機器の導線として導電性ペーストが使用されている。導電性ペーストの中には主に銅粒子が分散されており、ペーストの揮発成分を蒸発させることにより、任意の形状の導線を作製することができる。近年における電子部品の更なる小型化に伴って、この導電性ペーストの薄膜化が求められているが、そのためには導電性ペースト中の銅粒子の粒径を小さくすることが必要とされている。
【０００３】
従来から、金属微粒子を生成する方法として特許文献１に示されるような方法が知られている。特許文献１に示された方法によれば、塩素と銅部材によって銅成分と塩素との前駆体を生成し、生成された前駆体を基板に成膜し、その後、水素を含有する還元ガスからの原子状水素を前駆体に照射することで、基板に銅超微粒子が形成される。
【特許文献１】特開２００１−３３５９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、金属微粒子の形成方法を行うために、腐食性及び毒性の高い塩素ガスを使用する必要がある。その一方で、通常、チャンバーを形成する部材には強度の観点から金属部品が使用される。しかしながら、塩素ガスを使用する場合、装置のメンテナンス、温度管理、装置シーケンス等を駆使して装置管理を十分に行わないと、チャンバーの金属部品が腐食して塩素ガスが漏れたり、生成物が腐食したりするおそれがある。ところが、装置のメンテナンス、温度管理、装置シーケンス等を充実させることは、金属微粒子のコストを増大させる原因となる。
【０００５】
そこで本発明は、塩素ガスを使用することなく、金属微粒子を安全にかつ安価に生成する方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の金属微粒子の生成方法は、スパッタ装置のチャンバー内に金属材料からなるターゲットを設置し、前記チャンバー内の圧力を１３Ｐａ以上とした状態で前記チャンバー内にプラズマを生成して前記ターゲットをスパッタすることにより金属微粒子を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、塩素ガスを使用することなく、金属微粒子を安全にかつ安価に生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る金属微粒子の生成方法では、まず、たとえば銅又は銅合金（銅・ニッケル、銅・コバルト、銅・シリコン、銅・炭素等）から成るターゲットをスパッタ装置（好ましくはマグネトロンスパッタ装置）のチャンバー内に設置する。そして、チャンバー内の圧力を１３Ｐａ以上、好ましくは２６Ｐａ程度にした状態でプラズマを生成し、気相中に均一に分布した金属微粒子を発生させることで、金属微粒子を生成する。このとき、チャンバー内に放電用ガス（例えばＡｒガス等の希ガス）を導入することが好ましい。
【００１０】
また、上述の金属微粒子の生成方法によって金属微粒子を生成し、その金属微粒子をペースト材（エポキシ系接着性樹脂やフェノール系接着性樹脂等）中に含有させることによって、電気異方性の導電ペーストを製造することができる。
【００１１】
さらに、スパッタ装置のチャンバー内にシリコンウエハー等の半導体基板やガラス基板を装着し、上記のようにして生成した金属微粒子をその基板の上に堆積させることによって、基板の上に金属薄膜配線を形成することもできる。具体的には、その基板の上に、上述の金属微粒子の生成方法によって生成した金属微粒子を堆積させて金属薄膜を形成させ、その後、通常のフォトリソグラフィー技術を用いてその金属薄膜をパターニングすることで、金属薄膜配線を形成することが可能である。
【００１２】
本実施形態によれば、プロセスガスとして不活性ガス（ヘリウム、アルゴンガス、クリプトンガス、窒素ガス等）が使用されるため、スパッタ装置のチャンバー部品が塩素等の腐食性ガスによって腐食することを抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、腐食対策としての装置のメンテナンス作業、温度管理作業や装置シーケンス管理作業を省略することができる。そのため、金属微粒子、該金属微粒子を含有したペースト及び金属薄膜配線を安全にかつ安価に作製することが可能である。
【００１３】
以下、本発明を実施例を参照して説明する。
【実施例】
【００１４】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例に係る金属微粒子の生成方法に使用するマグネトロンスパッタ装置を示す概略図である。本実施例では、ターゲットとして銅ターゲットを用い、銅微粒子を生成する場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
まず、本実施例の金属微粒子の生成方法に使用するマグネトロンスパッタ装置の基本構成について説明する。このマグネトロンスパッタ装置は、チャンバー６と、チャンバー６内の下面側に絶縁部品５を介して設置されたターゲット電極１と、ターゲット電極１に接続されたＤＣ電源４と、チャンバー６内の底面に配置された回収トレー１０とを有している。チャンバー６には、放電用ガスを導入するガス導入口７と、チャンバー６から排気ガスを排気するガス排気口８とが設けられている。ガス導入口７とガス排気口８とは互いに連通し、接続経路２０を介してチャンバー６に接続されている。これにより、チャンバー６内の圧力がガスの拡散のみで決定されるようになっている。
【００１６】
ＤＣ電源４は、陰極側がターゲット電極１に接続され、陽極側が接地されている。ターゲット電極１は被スパッタ面が上方を向くように配置されており、その被スパッタ面上には銅ターゲット２が載置されている。ターゲット電極１には、被スパッタ面に対して水平な磁束ループを閉じるように生じさせるカソードマグネット３が設けられている。この磁束ループは、チャンバー６内にプラズマ１００を生成したときに電子を銅ターゲット２の表面にトラップすることを目的として生成されるものである。磁束ループは単一でも複数でもよい。
【００１７】
次に、上述したマグネトロンスパッタ装置の動作について説明する。
【００１８】
まず、銅微粒子を生成する準備として、ガス排気口８に接続されている不図示の排気ポンプによって、チャンバー６内のベース圧力が１Ｅ−５Ｐａ以下となるまでチャンバー６内を排気する。ガス導入を行っていないときのチャンバー６内の圧力値は、不図示の圧力計（たとえばフルレンジゲージやクリスタルイオンゲージなど）を用いて確認する。なお、不図示の加熱機構によってチャンバー６内の真空部品を加熱して、チャンバー６内の部品の水分や気化性の不純物を排気しやすい状態にすることにより、排気時間の短縮やチャンバー６内の清浄化を図ることができる。加熱機構による部品の加熱は、チャンバー６内のベース圧力が１Ｅ−５Ｐａ以下となった段階で停止する。以上により、銅微粒子を生成する準備が完了する。
【００１９】
続いて、銅微粒子の生成について説明する。
【００２０】
まず、不活性ガスであるＡｒ（アルゴン）ガス９等の希ガスを放電用ガスとしてガス導入口７から導入する。このとき、チャンバー６内の圧力を不図示の圧力計（たとえばダイヤフラムゲージ等）で測定する。そして、チャンバー６内の圧力が所望の圧力、たとえば２６Ｐａになるように、ガス排気口８と不図示の排気ポンプとの間に設置された不図示の可変オリフィスで排気コンダクタンスを調整する。所望の圧力に到達したところで、ＤＣ電源４をオンにして所望の電力、例えば０．５Ｗ／ｃｍ2をターゲット電極１に印加し、チャンバー６内にプラズマ１００を生成させる。プラズマ１００を生成した後、しばらくすると、銅ターゲット２からプラズマ１００中に放出された銅原子が気相中に互いに結合し、プラズマ１００中に銅微粒子１０１ａが漂い始める。
【００２１】
銅微粒子１０１ａが気相中で成長するためには、銅原子の運動エネルギーをできるだけプラズマ１００中で消失させ、銅原子を気相中にとどまらせて銅微粒子１０１ａに成長させることが重要である。
【００２２】
そのための一つめのポイントは、チャンバー６内の圧力を１３Ｐａ以上、好ましくは２６Ｐａ程度に維持して、銅原子や銅微粒子１０１ａがガスに衝突する頻度を増加させることである。チャンバー６内の圧力の上限は２６Ｐａ程度とすることが好ましい。
【００２３】
二つめのポイントは、ターゲット電極１からチャンバー６の内壁面までの距離をたとえば４０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上にすることである。これにより、チャンバー６内で銅ターゲット２からたたき出された銅原子がガスと衝突してエネルギーを消失する空間を十分に確保することができる。
【００２４】
さらに、銅微粒子１０１ａが気相中で成長するためには、銅微粒子１０１ａの漂うのを妨げない環境をつくることが重要である。そのために、チャンバー６内にガスの流れが発生しないように、上述したようにガス導入口７とガス排気口８とを互いに連通させて接続経路２０を介してチャンバー６に接続させることで、チャンバー６内の圧力制御をガス拡散を主体として行うことが好ましい。
【００２５】
プラズマ１００を生成させ、所定の時間放電を維持した後に、ＤＣ電源４をオフにしてプラズマ１００の生成を終了する。ＤＣ電源４をオフにすると、プラズマ１００中を漂っていた銅微粒子１０１ａは、プラズマが存在していた領域よりも全方位的に外に広がるように拡散する。全方位的に拡散した銅微粒子１０１ａは、チャンバー６の側壁や上壁に衝突してそれらの壁から跳ね返されたり、静電気によってチャンバー６の壁面に付着したり、空間中で速度を失って、そのままチャンバー６の底面に落下する。銅微粒子１０１ａの一部は、チャンバー６の底面に設置されている金属微粒子回収部材としての回収用トレー１０内に入り、回収用トレー内１０に蓄積される。以下、回収用トレー内１０に蓄積された銅微粒子を「銅微粒子１０１ｂ」と称する。多くの銅微粒子１０１ｂを生成したい場合は、ＤＣ電源４のオン／オフを繰り返して、プラズマ１００中での銅微粒子１０１ａの生成と、プラズマ１００の生成を終了させた状態での銅微粒子１０１ａの全方位的な拡散とを繰り返し行う。これにより、回収トレー１０内に多くの銅微粒子１０１ｂが蓄積される。
【００２６】
最後に、チャンバー６内に不活性ガスを導入してチャンバー６を開放することにより、回収用トレー１０内に蓄積された銅微粒子１０１ｂを回収することができる。
【００２７】
上述したように、本実施例の金属微粒子の生成方法によれば、塩素ガスを使用することなく銅微粒子を生成することが可能である。したがって、スパッタ装置の構成部材が塩素ガスによって腐食するおそれがないため、スパッタ装置の管理に要する手間を省くことができる。また、スパッタ装置のチャンバーから塩素ガスが漏れ出ることもない。そのため、銅微粒子の生成を安全にかつ安価に行うことができる。
【００２８】
また、本実施例によれば、直径の分布が均一な銅微粒子１０１ｂを生成することができた。具体的には、本実施例によって生成された全ての銅微粒子１０１ｂの８０重量％以上の銅微粒子１０１ｂで、銅微粒子１０１ｂの直径が８０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に分布していた。このように、本実施例によれば、直径の均一度が優れた銅微粒子を生成することが出来た。
【００２９】
（第２の実施例）
図２は、本発明の第２の実施例に係る金属微粒子の生成方法に使用するマグネトロンスパッタ装置を示す概略図である。本実施例においても、ターゲットとして銅ターゲットを用い、銅微粒子を生成する場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
まず、本実施例の金属微粒子の生成方法に使用するマグネトロンスパッタ装置の基本構成について説明する。このマグネトロンスパッタ装置は、チャンバー６と、チャンバー６内の上面側に絶縁部品５を介して設置されたターゲット電極１と、ターゲット電極１に接続されたＤＣ電源４とを有している。さらに、チャンバー６内の底面側には、チャンバー６内で生成された銅微粒子を回収する回収用基板１４と、それを支持する基板ホルダー１６とが配置されている。基板ホルダー１６は、チャンバー６の底面の上に設置されたホルダー１２と、ホルダー１２の上に設置されたステージ１３とを有しており、回収用基板１４はステージ１３の上に載せられている。
【００３１】
チャンバー６には、放電用ガスを導入するガス導入口７と、チャンバー６から排気ガスを排出するガス排気口８とが設けられている。ガス導入口７とガス排気口８とは互いに連通し、接続経路２０を介してチャンバー６に接続されている。これにより、チャンバー６内の圧力がガスの拡散のみで決定されるようになっている。
【００３２】
ＤＣ電源４は、陰極側がターゲット電極１に接続され、陽極側が接地されている。ターゲット電極１は被スパッタ面が下方を向くように配置されており、ターゲット電極１の被スパッタ面は回収用基板１４に対向している。その被スパッタ面には銅ターゲット２が取り付けられている。ターゲット電極１には、被スパッタ面に対して水平な磁束ループを閉じるように生じさせるカソードマグネット３が設けられている。この磁束ループは、チャンバー６内にプラズマ１００を生成したときに電子を銅ターゲット２の表面にトラップすることを目的として生成されるものである。磁束ループは単一でも複数でもよい。
【００３３】
さらに、本実施例におけるマグネトロンスパッタ装置では、チャンバー６内のターゲット電極１と基板ホルダー１６との間にシャッター機構１５が設けられている。シャッター機構１５は開閉動作を行うことが可能な構成となっている。シャッター機構１５が閉じた状態では、チャンバー６内のターゲット電極１が設置されている第１の空間と基板ホルダー１６が設置されている第２の空間とが互いに遮断される。一方、シャッター機構１５が開いた状態では、それらの空間が互いに連通した状態となる。このように、シャッター機構１５は、チャンバー６内を上記の第１の空間と第２の空間とに仕切り、第１の空間と第２の空間とを連通させた状態と遮断させた状態とに切り替える。本実施例では、ターゲット電極１とシャッター機構１５との距離は４０ｍｍ以上好ましくは１００ｍｍ以上である。
【００３４】
第２の実施例で使用するマグネトロンスパッタ装置の動作について説明する。
【００３５】
本実施例における銅微粒子１０１ａを気相中に生成する過程は第１の実施例と同様である。したがって、本実施例では第１の実施例と異なる点に焦点を絞って説明する。
【００３６】
本実施例におけるマグネトロンスパッタ装置は、回収用基板１４とターゲット電極１とが互いに対向している点において第１の実施例と異なる。本実施例でも、シャッター１５を開いた状態で、ＤＣ電源４をオンにしてチャンバー６内にプラズマ１００を発生させ、その中に銅微粒子１０１ａを生成させた後にＤＣ電源４をオフにすることで、回収用基板１４上に銅微粒子１０１ｂを蓄積することが可能である。しかしながら、ターゲット電極１の被スパッタ面が回収用基板１４に対向しているため、シャッター機構１５を開いた状態ではチャンバー６内に生成されるプラズマ１００が回収用基板１４にも及ぶ。そのため、多量の銅微粒子１０１ｂを回収しようとして、第１の実施例で説明したのと同様にＤＣ電源４のオン／オフを繰り返すと、回収用基板１４に回収された銅微粒子１０１ｂは、生成と消失とを繰り返すプラズマ１００に繰り返し曝されることとなる。その場合、回収用基板１４に回収された銅微粒子１０１ｂがプラズマ１００の影響で互いに結合してしまう可能性がある。
【００３７】
そこで本実施例では、プラズマ１００中に銅微粒子１０１ａを生成しているときは、シャッター機構１５を閉じて、ターゲット電極１が設置されている空間と基板ホルダー１６が設置されている空間とを互いに遮断する。そして、ＤＣ電源４をオフにする直前にシャッター機構１５を開き、ＤＣ電源４をオフにしている間に銅微粒子１０１ｂが回収用基板１４上に蓄積されるようにする。銅微粒子１０１ａを生成するためにＤＣ電源４を再びオンにするときは、その直前にシャッター機構１５を閉じて上記の両空間を再び互いに遮断して、プラズマ１００によって回収用基板１４上の銅微粒子１０１ｂ同士が結合することを防ぐ。
【００３８】
なお、図２に示したマグネトロンスパッタ装置に回収用基板１４を真空中で搬送する機構を追加すれば、チャンバー６を大気開放することなく銅微粒子１０１ｂを回収することが可能である。
【００３９】
上述した第１及び第２の実施例では銅微粒子を生成する場合について説明したが、ターゲットの材料を銅から別の金属材料に変更すれば、他の金属微粒子を生成することができる。また、上述した各実施例ではターゲット電極１にＤＣ電源４を接続したマグネトロンスパッタ装置を使用したが、ターゲット電極１にＤＣ電源４の代わりにＡＣ電源を接続してターゲット電極１に交流電力を印加しても、同様の作用効果を奏することが可能である。あるいは、ターゲット電極１にＤＣ電源４とＡＣ電源とを接続し、ターゲット電極１に直流電力と交流電力とを重畳的に印加しても、同様の作用効果を奏することが可能である。
【００４０】
（第３の実施例）
上述した第１又は第２の実施例で生成した銅微粒子をフェノール系接着樹脂中に分散含有させて、電気異方性ペーストを製造した。この電気異方性ペーストを、液晶パネルの導線端子部とＴＡＢフィルムの導線端子との間に配置して両者を接着固定したところ、電気的導通性および接着性が良好な接続構造を得ることができた。
【００４１】
（第４の実施例）
上述した第１又は第２の実施例におけるチャンバー６内の銅微粒子１０１ｂが堆積する位置にシリコンウエハー基板を配置し、その上に銅微粒子１０１ｂを堆積させた。これにより、一般的な銅薄膜よりも抵抗が低い銅薄膜をシリコンウエハー基板上に形成することができた。
【００４２】
そして、通常のフォトリソグラフィー技術を用いてその金属薄膜を所望の形状にパターニングすることで、シリコンウエハー基板上に金属薄膜配線を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例に係る金属微粒子の生成方法に使用するマグネトロンスパッタ装置を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例に係る金属微粒子の生成方法に使用するマグネトロンスパッタ装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４４】
２    銅ターゲット
６    チャンバー
７    ガス導入口
８    ガス排気口
１０  トレー
１４  回収用基板
１５  シャッター機構
１００  プラズマ
１０１ａ，１０１ｂ  銅微粒子
【図１】
2009173975.tif 000003
【図２】
2009173975.tif 000004