成膜装置、成膜方法及び成膜基板
【課題】従来のエアロゾルデポジション膜形成用成膜装置で形成された膜は、表面にはランド発生や膜厚の偏りなど、電気的、物理的特性を劣化させる膜質を有しており、それを抑制した優良な膜を成膜可能な成膜装置、成膜方法、形成された成膜を有する成膜基板を提供する。
【解決手段】基板の表面に、膜を形成する、ほぼ均一な厚さの粉末層を形成し、その粉末層に向けてキャリアガスを噴射して、基板表面近傍に、ガスと粉末のエアロゾルを生成し、更にガス噴射で粉末を加速して基板面に衝突させ膜を形成可能とする成膜装置の構成とする。基板上に均一膜を形成するために、例えばメッシュマスク上に静置した粉末を基板面上で走査可能な機構を用いる。良好な膜を得ることが可能になるとともに製造工程面での工数削減にも寄与できる。また本発明の成膜装置、成膜方法によって、小型・薄型のキャパシタ内蔵ＭＣＭ用回路基板などの成膜基板が製造可能となる。
【解決手段】基板の表面に、膜を形成する、ほぼ均一な厚さの粉末層を形成し、その粉末層に向けてキャリアガスを噴射して、基板表面近傍に、ガスと粉末のエアロゾルを生成し、更にガス噴射で粉末を加速して基板面に衝突させ膜を形成可能とする成膜装置の構成とする。基板上に均一膜を形成するために、例えばメッシュマスク上に静置した粉末を基板面上で走査可能な機構を用いる。良好な膜を得ることが可能になるとともに製造工程面での工数削減にも寄与できる。また本発明の成膜装置、成膜方法によって、小型・薄型のキャパシタ内蔵ＭＣＭ用回路基板などの成膜基板が製造可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にエアロゾルデポジション膜を形成する成膜装置、エアロゾルデポジション膜の成膜方法及びそれらを用いて膜が形成された成膜基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層配線基板上に、微細構造を有する配線やコンデンサなどのデバイス形成のための薄膜を製造する成膜技術として、エアロゾルデポジション法がある。この技術は、粉末などの微細粒子とガスからなるエアロゾルを真空槽内に配置した基板に高速で噴射することにより成膜する。この方法は室温で薄膜形成が可能であり、成膜速度はスパッタリング法やめっき法などと比較して格段に速く、短時間で成膜が行えることが大きなメリットの一つとして挙げられる。
【０００３】
図６に示した断面模式図は、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）による成膜を行うためのエアロゾルデポジション成膜装置（ＡＤ成膜装置）の構成例である。成膜装置１０１は、大きく分けて、微粒子材料をエアロゾル化するエアロゾル発生器１０２と、エアロゾル化された微粒子のエアロゾル膜材料を噴射して基板上にエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）を形成する成膜室１０３などから構成される。
【０００４】
エアロゾル発生器１０２には、ガスボンベ１０４及びマスフローコントローラ１０５がガス供給配管１０６を介して接続されている。ガスボンベ１０４に充填された高圧のアルゴン等のキャリアガスをマスフローコントローラ１０５において制御する。エアロゾル発生器１０２の容器１０７内での微粒子の発塵量や成膜室１０３におけるエアロゾル化された微粒子の噴出量を制御することができる。
【０００５】
エアロゾル発生器１０２には、超音波振動や電磁振動、機械的振動により微粒子を一次粒子化する加振機１０８が設けられており、必要に応じヒータが付属する。この一次粒子化により緻密かつ均一なＡＤ膜を形成可能となる。
【０００６】
成膜室１０３には、エアロゾル発生器１０２からエアロゾル供給配管１０９を介して接続されたノズル１１０と、ノズル１１０に対向して基板１１１を保持する基板保持台１１２が設けられ、更に基板１１１の位置を制御するＸＹＺステージ１１３が基板保持台１１２に連結されている。また成膜室１０３内の真空度をあげるため、排気配管１１４を介してメカニカルブースタ１１５とロータリポンプ１１６が接続されている。
【０００７】
膜形成材料となる微粒子の粉末１１７をエアロゾル発生器１０２に充填して、ガスボンベ１０４からキャリアガスを容器１０７に供給し、加振機１０８により加振して、粉末１１７の微粒子をエアロゾル化する。エアロゾル化された微粒子はキャリアガスとともに、エアロゾル発生器１０２の容器１０７内の圧力より低圧に設定されている成膜室１０３にエアロゾル供給配管１０９を通じて搬送される。成膜室１０３においてノズル１１０からキャリアガスとともに微粒子のエアロゾル１１８が噴射され、これが対向配置された基板１１１の表面に衝突し、粉末１１７を材料としたエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）が堆積・形成されることとなる。
【０００８】
一方、表裏を含めて多層配線基板上に、各種半導体素子を、例えばはんだボール接続などによって搭載してＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）を製造する際に、多層配線基板上に、更に配線およびデカップリング用などのキャパシタを実装した回路基板を形成した後、これに半導体素子などを搭載してＭＣＭ化する方法が用いられている。
【０００９】
図７に、従来技術によって形成されたＭＣＭ用の回路基板の断面模式図を示す。回路基板１１９は、ガラスエポキシなどのコア層１２０と、この場合、上下両面に形成されたビルドアップ樹脂絶縁層１２１を有している。コア層１２０中には、銅（Ｃｕ）などからなる配線層１２２やスルービア１２３が形成され、表裏各層のビルドアップ樹脂絶縁層１２１の下面（底面）と上面（表面）には銅（Ｃｕ）からなる配線１２４が形成されている。ビルドアップ樹脂絶縁層１２１の表面側の配線１２４に接続した電極（非表示）には、外部チップキャパシタ１２５が、また、必要に応じて、ビルドアップ樹脂絶縁層１２１の内部に、配線１２４に接続された内部キャパシタ１２６が搭載され、この場合、膜状ないしチップ状のキャパシタが用いられる。デカップリング用キャパシタを備えた回路基板１１９が形成され、この回路基板１１９の配線１２４に接続形成された電極（非表示）に、はんだボール１２７を介して半導体素子１２８が接続されることで、高密度のＭＣＭを形成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３０１５８６９号公報
【特許文献２】特許第３５５８９７０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２８３１号公報
【特許文献４】特開平１１−６８３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、われわれの知見では、こうして形成されたエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）は、図８に模式的に示すように、多くの場合、表面が平坦ではない面を有する膜が形成される。図８において、図８（１）は、基板１１１上に形成したエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）１２９の表面模式図、図８（２）はその断面模式図である。これらに示すように、幾つかの大きさと高さをもつランドＩが基板１１１の面上に多数形成され、例えば、２．０μｍ厚のＡＤ膜１２９を形成時に、ランドＩの直径として最大６μｍ、ランドと谷との凹凸差が０．５μｍに達する場合があった。また、基板の中心領域の膜が周辺領域のそれより厚く形成されるような膜厚が偏る現象もみられ、基板に反りが生じるケースなどもある。このため、これら形成膜においては、電気的、物理的特性は期待された値より低い上、信頼性・安定性に欠けていた。
【００１２】
また、上述の従来技術によって形成されたＭＣＭ用の回路基板に関し、半導体素子１２８が、特にサイズが大きなＬＳＩなどの場合、外部チップキャパシタ１２５の搭載位置はＬＳＩから離れた場所に配置されることになり、よって、キャパシタ用配線を別経路で長く設ける必要が生じる。この配線の冗長化は、配線のインダクタンスの増加、不要電磁放射の増大を招き、同時に基板自体の小型化、薄化を困難にする。内部キャパシタ１２６の搭載により基板面積の拡大は防げるが、内部キャパシタとしてチップキャパシタ（キャパシタを構成するセラミック材料は焼結済）を用いた場合、基板厚さが増し、膜状キャパシタ（キャパシタを構成するセラミック材料は未焼結）を導入した場合は、基板自体を基板の耐熱温度以上の高温環境（５００℃以上)で処理する必要が生じ、基板材料に樹脂材料（耐熱温度３００℃程度）を用いることが困難になるといった課題が生じる。
【００１３】
そこで本発明の課題は、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成において、上記のような、ランド形成や膜厚の偏りなどが抑制され、より平坦な表面を有し、電気的、物理的特性の優れた膜を形成可能な成膜装置及び成膜方法を提供することにあり、さらに、それらを用いて形成可能な、高性能でより高密度な回路基板に適用可能な成膜基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の成膜装置は、基板上に、粉末層を形成する粉末層形成手段と、前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の成膜方法は、基板上に粉末層を形成する工程と、前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の成膜基板は、上記本発明の成膜装置又は本発明の成膜方法を用いて成膜された膜を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成において、従来の装置を用いた場合に生じ易い、ランド形成や膜厚の偏りなどが抑制され、より平坦な表面を有する膜、電気的特性に優れた膜を形成可能な成膜装置及び成膜方法を提供することが可能となる。またその成膜装置及び成膜方法によって、小型、高性能な成膜基板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の成膜装置の構成を説明する図
【図２】本発明の成膜装置のメッシュマスクの構成を説明する図
【図３】本発明の成膜装置によって形成した膜を説明する図
【図４】本発明の成膜装置および従来の成膜装置での成膜を説明する図
【図５】本発明の成膜基板を用いた回路基板を説明する図
【図６】従来の成膜装置の構成を説明する図
【図７】従来の回路基板を説明する図
【図８】従来の成膜装置によって形成した膜を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図を参照しつつ説明する。
（装置構成実施例）
図１は、本発明の成膜装置の実施例を示す構成模式図である。この成膜装置１は、大別して、成膜室２、それを含んで真空状態を保持する真空室３、キャリアガスを導入する系統及び真空排気系統からなる。成膜室２の要部拡大図を、本図下部に示す。
【００２０】
成膜室２において、基板４は、例えばＸＹＺ及び回転方向に移動制御可能な基板保持台５上に搭載・固定される。所定のメッシュサイズを有するメッシュマスク６が、基板４表面に対向して、所定の間隔で、かつマスク上でのスキージ走査接触個所ではメッシュの弾性力によってメッシュ面が基板４の表面に接することが可能のように配置される。さらに、メッシュマスク６上方にある粉末容器８中のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成用の微小粒子の粉末７を、メッシュマスク６上に、粉末容器８の開口部から降下させるなどして、所要量、所要領域内にわたって累積的に降下してできた粉末塊を形成可能とする。先端にスキージ９を有するスキージ走査機構１０を備え、このスキージ走査機構１０に
よって、図中に示したように、粉末塊Ｐに対し、メッシュマスク６上において例えば図中Ｘ方向にスキージ走査することで、粉末塊Ｐの粉末７の一部がメッシュの目を通過させることによって、基板４の表面上に厚さのほぼ均一な、粉末層Ａが形成可能となる。
【００２１】
このスキージ９の先端においては、外部のガスボンベ１１のキャリアガスがマスフローコントローラ１２によって制御され、ガス供給配管１３を介してスキージ走査機構１０中を通過するようしてキャリアガスのガス噴射Ｇを可能とする。このガス噴射機構を用い、スキージ走査で形成された粉末層Ａに対して、スキージ走査に引続いてメッシュマスク６のメッシュ開口部を通過してガス噴射Ｇをすることで、この噴射ガスにより基板表面ないしその近傍で粉末層Ａの粉末のエアロゾルＢが生成される。エアロゾルＢの粉末粒子は、さらにガス噴射Ｇによる加速を受け、基板表面上に衝突し、デポジションし、粉末を原材料としたエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）Ｃが形成される。
【００２２】
真空室３は、図に示すように、成膜室２およびこの場合は粉末容器８を含む真空室筐体を有し、真空ポンプ１４に排気配管１５を介して接続され、真空度を監視する真空計１６を備える。この真空室３の真空排気は、その真空室３内とともに成膜室２の排気口１７を介して成膜室２内（この場合、粉末容器８内も含む）も真空化する。一方、スキージ９からのガス噴射Ｇされたガスは、成膜室２中に留まらず、この排気口１７を介してデポジションしなかった粉末とともに外部に排気される。
【００２３】
図２に、成膜装置１に適用されるメッシュマスク６の平面模式図を示す。メッシュマスク６はメッシュ部１８と、それを保持するメッシュ保持部１９からなる。この面上を、図中Ｘ方向にスキージ走査するスキージ９はガス噴射口２０を有する。メッシュ部上に落下した粉末（粉末塊Ｐ）は累積量の多寡（むら）は有るが、このスキージを用いてスキージ走査することで、メッシュマスク６のメッシュの開口部を通過し基板上に付着する粉末層の厚さを、基板面上均一にすることができる（粉末層Ａ形成）。その粉末層の厚さは、例えばスキージ圧、メッシュ開口サイズ、基板−メッシュ間隔、粉末サイズなどによって制御することができる。
【００２４】
粉末層Ａを形成した後、スキージ９の先端に開口したガス噴出口２０からキャリアガスＧを噴出させて、直ちに、粉末層の粉末に衝撃を与えてエアロゾルＢ化し、ＡＤ膜Ｃを形成する。このような装置においては、ＡＤ膜形成工程を、時間的な間隔を置かずに継続的に実施できる。形成されるＡＤ膜の厚さは、粉末層Ａが存在する限りにおいて、キャリアガスＧの噴射時間・噴射量などによって制御することができる。
【００２５】
図１、２に示した構成の装置を用いて、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の形成を行った。以下に使用材料および形成諸条件、工程、膜特性を示す。
（膜形成実施例１）
使用基板；石英基板、１００ｍｍ×１００ｍｍ
使用粉末；銅粉末、平均粒径（直径）１０μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中１００℃、１時間減圧乾燥の後、粉末容器中投入
真空室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用メッシュマスク；ステンレス製スクリーンマスク、メッシュ開口径５５μｍ
メッシュマスク上に粉末容器から粉末送出、その後スキージ走査
使用ガス；ヘリウムガス、ガス流量８Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ガス噴射口付きスキージから、ヘリウムガスを５分間噴射、この時の真空圧６０Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚２μｍの銅膜形成、膜厚高低差０．０５μｍ以下、反り無し
銅膜抵抗率；１．７５×１０−６Ω・ｃｍ
（めっき膜の銅膜抵抗率；１．７×１０−６Ω・ｃｍ と同等の抵抗率）
（膜形成実施例２）
使用基板；ＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ４）プリント基板上
に厚さ１８μｍ銅箔形成、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ
使用粉末；チタン酸バリウム粉末、平均粒径（直径）０．５μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中２００〜３００℃、２４時間以上減圧乾燥の後、粉
末容器中投入
真空室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用メッシュマスク；ステンレス製スクリーンマスク、メッシュ開口径３３μｍ
メッシュマスク上に粉末容器から粉末送出、その後スキージ走査
使用ガス；酸素ガス、ガス流量１２Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ガス噴射口付きスキージから、酸素ガスを５分間噴射、この時の真空圧１００Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚１．５μｍのチタン酸バリウム膜形成、膜厚高低差０．１μｍ以
下、反り無し
チタン酸バリウム膜の吸水率；０．０９％
チタン酸バリウム膜の誘電特性；誘電率２５０、誘電損失０．１
なお、吸水率は以下によって算出した。
【００２６】
吸水率＝１００×｛（煮沸水中浸漬の吸水後の薄膜重量）−（吸水前の薄膜重量）｝／
（吸水前の薄膜重量）
比較のために、従来の図５に示した構成の装置を用いて、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の形成を行った。以下に使用材料および形成諸条件、工程、膜特性を示す。
（比較例１）
使用基板；石英基板、１００ｍｍ×１００ｍｍ
使用粉末；銅粉末、平均粒径（直径）１０μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中１００℃、１時間減圧乾燥の後、粉末容器中投入
成膜室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用ガス；ヘリウムガス、ガス流量８Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ノズルからエアロゾルを５分間噴射、この時の真空圧６０Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚２μｍの銅膜形成、膜厚高低差０．５μｍ、反り有り
銅膜抵抗率；２．２×１０−６Ω・ｃｍ
（めっき膜の銅膜抵抗率；１．７×１０−６Ω・ｃｍ と比べ、かなり高抵抗率）
（比較例２）
使用基板；ＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ４）プリント基板上
に厚さ１８μｍ銅箔形成、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ
使用粉末；チタン酸バリウム粉末、平均粒径（直径）０．５μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中２００〜３００℃、２４時間以上減圧乾燥の後、粉
末容器中投入
成膜室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用ガス；酸素ガス、ガス流量１２Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ノズルからエアロゾルを５分間噴射、この時の真空圧１００Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚１．５μｍのチタン酸バリウム膜形成、膜厚高低差０．７μｍ、
反り有り
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の吸水率；０．５％
チタン酸バリウム膜の誘電特性；誘電率１００、誘電損失０．３
以上の結果から、図３の、基板の表面模式図（図３（１））、断面模式図（図３（２））に示すように、本発明の装置を用いて得られた、基板４上のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）２１は、従来の装置によるものに比べ、銅膜、チタン酸バリウム膜いずれにおいても膜厚高低差は小さくて表面の平坦性が良く、基板の反りは発生しない。そして、銅膜抵抗率においては、めっき膜と同等の低抵抗率のものが得られ、チタン酸バリウム膜では吸水率が低く、誘電率は大きく、誘電損失は小さいものが得られた。
【００２７】
図４は、本発明の装置によるエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の成膜と、従来の装置による成膜とを比較するための模式図である。図４（１）は、本発明の装置を用いて成膜するエアロゾルデポジションの状況を説明するための図であり、基板４上に、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）２１が成膜される。噴出口を有するスキージ９からガスＧを基板表面に向かって噴出することによって、まず、基板４上に形成されている粉末の粉末層Ａ（図１参照）から粉末が舞い上がって基板表面近傍に大量に浮遊したエアロゾルＢが形成される。そこに更に加わる噴出するガスＧによってエアロゾルＢ（図１参照）の一部の粉末が加速されて加速粉末粒子Ｓとなって基板４表面に衝突する。加速粉末粒子Ｓが基板との衝突によって圧縮変形を繰り返すことで、本発明の装置によるエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）Ｃ（図１参照）が形成される。このとき加速粉末粒子Ｓの濃度は膜が形成される初期段階から終了段階まで殆ど変わらず、このため形成膜密度も緻密になる。またスキージ走査（＝ガス噴出走査）を援用することによって形成膜厚を均一化することが容易となる。
【００２８】
一方、図４（２）は一般的な装置による成膜状況を示す図である。図において、ノズル１１０（図５参照）の開口部から噴出するのは、ガスと粉末が混合した状態のエアロゾル１１８である。エアロゾルの噴射により加速された加速粉末粒子Ｓは、基板１１１に向かい、その表面上に堆積して膜を形成する。このとき、装置構成の性質上、成膜初期から基板表面上に導入される膜の構成粒子は、大小様々な粒子どうしが凝集した、見かけ上大きい形状で堆積し、それが大きいランドのまばらな形成につながる。その後も、粒子形状が不揃いの形で加速粉末粒子Ｓが供給され、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）１２９が形成される。こうして出来上がった膜は、初期に形成されたランドの影響を受けて膜表面にもランド形状が残り、膜の高低差が大きくなる。また、大小様々な粒子どうしが凝集した粉末が基板に堆積していくため膜中に粒子間ギャップが生じ易くなり、膜の密度が相対的に低くなる。これらが、銅膜の抵抗の差、チタン酸バリウム膜の誘電率や誘電損失の差として現れると考えられる。
一般的な装置は、ノズルから基板に向かってエアロゾルが放出される構成であることから、基板中心部の膜厚に比べ、周辺部のそれがより薄くなるといった現象が生じ、これが、膜厚の均一性の劣化、基板の反り発生に繋がっている。
【００２９】
更に、本発明の装置は、上記のように、膜の平坦性や高密度性、高電気的特性の確保において、大きなメリットを有していることのほかに、本装置が、粉末とガスとを混合してこれを成膜する個所に送達する経路を、極小化している点に大きな特徴がある。従来の装置では、膜を継続製造しているうちにエアロゾル供給系、同配管、ノズル内部などに、非反応粉末が蓄積し、その洗浄などに時間を割く必要がある。本発明の装置では、粉末とガスの混合は成膜室内のみで行われるので、それらの系や配管などの洗浄が不要であり、製造工程の環境負荷削減、工数削減に寄与する。
【００３０】
これまで説明した本発明の成膜装置の実施例において例示されたメッシュマスクに関し、更にメッシュ上に粉末を非通過状態にするマスクパターンを形成し、スキージ走査することで、基板表面上に形成される粉末層Ａをパターン化することが可能となる。これは、形成するＡＤ膜の直接的なパターン化を可能とする。
【００３１】
更に、本発明の成膜装置に関し、必ずしも図１で示した装置構成に限らないことは言うまでも無い。
【００３２】
基板上にほぼ均一な厚さの粉末層を形成する手段としては、メッシュマスクを適用する以外に、より簡便な方法、例えば、粉末を溶媒中に混入した粉末混入液を基板表面上に塗布または浸漬後乾燥する方法、粉末を基板表面上に機械的方法で均一厚に散布する方法などの適用も考えられる。
【００３３】
ガス噴射手段に関し、スキージとガス噴射ノズルを一体化しないで、別々に構成し、エアロゾル化と粉体粒子の加速化を行ってもよい。勿論、スキージを用いない粉体厚均一化手段を採用すれば、ガス噴射ノズルの単体で使用することになる。
【００３４】
形成する膜の材料については、銅、チタン酸バリウムについて例示し、従って、粉末材料としてそれらの粉末を使用したが、勿論これに限られない。それら以外に、例えば、チタン、ニッケル等の金属材料膜形成のための各種金属粉末や、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム等のセラミック材料膜形成のための各種セラミックス粉末の適用も可能である。
【００３５】
図５は、上記の本発明の成膜装置を用い、あるいは本発明の成膜方法により形成された、成膜基板を、回路基板に適用した例を示すもので、図はその断面模式図である。一部拡大図を同図の右側に示す。
【００３６】
図５において、回路基板２２は、ガラスエポキシなどのコア層２３と、この場合、上下両面に形成されたビルドアップ樹脂絶縁層２４を有している。コア層２３中には、銅（Ｃｕ）などからなる配線層２５やスルービア２６が形成され、表裏各層のビルドアップ樹脂絶縁層２４の下面（底面）すなわち、コア層２３の表面には、通常の蒸着およびめっきプロセスなどの従来方法を適用して、銅（Ｃｕ）からなる配線２７が形成されている。
【００３７】
このビルドアップ樹脂絶縁層２４の表面に、レーザ加工により、深さ０．０２〜０．２ｍｍの範囲、下側開口部から上側開口部に向かって口径が連続的に広がる、すり鉢状の孔２８（上部開口径０．１２〜０．１ｍｍ程度、下部開口径０．１〜０．０８ｍｍ程度、）を形成する。このとき孔２８の下側開口部は、配線２７の表面において開口している。所定位置に複数形成された、孔２８に対して、これを埋め込むように直接的に誘電体膜２９を形成する際、室温形成が可能な、本発明の成膜装置ないし成膜方法を適用して、誘電体のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）を形成する。コア層２３に比べ、ビルドアップ樹脂絶縁層２４の耐熱温度が比較的低い（３００℃）ため、スパッタリングなどの従来方法で誘電体膜２９用の膜を付着させると、ビルドアップ樹脂絶縁層２４にダメージが生じる。
【００３８】
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）である誘電体膜２９形成においては、前述の「膜形成実施例２」に詳述した条件と同様に実施した。但し、酸素ガス噴射時間を７分とし、平均膜厚２．１μｍのチタン酸バリウム膜を形成した。
【００３９】
次いで、前記誘電体膜２９を挟んで、銅（Ｃｕ）の配線２７と対をなすもう一方の電極形成によるデカップリング用などのキャパシタ作製及びビルドアップ樹脂絶縁膜２４上の配線をなす上部銅パターン３０を形成するために、本発明の成膜装置ないし成膜方法を適用して、銅（Ｃｕ）のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）を形成する。
【００４０】
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）である上部銅パターン３０形成においては、前述の「膜形成実施例１」に詳述した条件と同様に実施した。但し、ヘリウムガス噴射時間を８分とし、平均膜厚３．２μｍの銅膜を形成した。この銅膜形成においても室温で形成可能であり、ビルドアップ樹脂絶縁層２４へのダメージを避けることができる。
【００４１】
いずれの膜形成においても、膜のパターン化は、パターン形成されたメッシュマスクを用いてのスキージによる基板上への粉末層のパターン化を通して実施できるが、より精細なパターニングは、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成後、良く知られたフォトリソグラフィーとエッチング技術の適用で実施可能である。
【００４２】
こうして、全て埋め込みタイプのキャパシタが、いわばビルドアップ樹脂絶縁層２４中に形成できた回路基板２２の上部銅パターン３０に接続形成された電極（非表示）に、はんだボール３１を介して半導体素子３２が接続されることでＭＣＭを完成する。このＭＣＭでは、キャパシタが半導体素子の直近、真下などに形成可能で、キャパシタのための配線の引き回しや、その結果、配線長の増加によるインダクタンスの増加・不要電磁放射の増大などを大幅に抑制でき、かつ、回路基板に小面積化、薄型化が容易となる。
【００４３】
このように、本発明の成膜基板は、絶縁層上に、室温で高性能な膜（ＡＤ膜）が形成されており、その絶縁層が耐熱性の低い樹脂絶縁膜であっても、それにダメージを与えることなく、膜の上に直接的に形成できるという大きな特徴を有している。さらに本発明の成膜技術は、誘電体膜、配線膜などの形成に適用可能で、これらの膜の組み合わせによって、室温下で高性能な基板を製造することができる。勿論、それらの膜は、上記銅膜やチタン酸バリウム膜に限られることは無く、各種の金属材料やセラミック材料の膜形成のための各種粉末の適用が可能であることは言うまでも無い。
【００４４】
以上述べたように、室温状態において、基板上に粉末層を形成し、ガス噴射によるエアロゾル形成と直ちに粉体粒子による加速を実現し、基板表面に粉末粒子を衝突させてＡＤ膜を形成する本発明の装置及び方法は、装置上、従来のＡＤ成膜装置に比べシンプルかつメンテナンスも容易な構成で実現でき、膜の特性においても優れたものを形成できることが可能であることがわかった。さらに、それを用いて、各種の小型、高性能の成膜基板を得ることができることがわかった。
【００４５】
以上の実施例を含む実施の形態に関し、以下の付記を開示する。
（付記１）
基板上に、粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段とを
有することを特徴とする成膜装置。
（付記２）
前記粉末層形成手段は、
前記基板表面上に配置された網目形状をもつスクリーンマスクと、
前記スクリーンマスク上に、前記粉末を供給する粉末供給手段と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷手段とを
有することを特徴とする付記１記載の成膜装置。
（付記３）
前記エアロゾル生成手段は、前記粉末層の表面上を前記ガスによる噴射走査をするガス噴射走査手段を有することを特徴とする付記１または２記載の成膜装置。
（付記４）
前記スクリーン印刷手段のスキージと前記ガス噴射走査手段のガス噴射用ノズルは、一体構成をなすことを特徴とする付記２記載の成膜装置。
（付記５）
基板上に粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成する工程とを
有することを特徴とする成膜方法。
（付記６）
前記粉末層を形成する工程は、
前記基板表面上に配置された網目口径をもつスクリーンマスク上に、前記粉末を供給する工程と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷する工程とを
有することを特徴とする付記５記載の成膜方法。
（付記７）
前記粉末は、金属粉末またはセラミック粉末であることを特徴とする付記５または６記載の成膜方法。
（付記８）
前記金属粉末は銅粉末であり、前記セラミック粉末はチタン酸バリウムであることを特徴とする付記７記載の成膜方法。
（付記９）
付記１ないし４のいずれかの成膜装置を用いて成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
（付記１０）
付記５ないし８のいずれかの成膜方法によって成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
（付記１１）
金属粉末を用いた配線用膜、または／およびセラミック粉末を用いた誘電体用膜を成膜された膜として有することを特徴とする付記１０記載の成膜基板。
【符号の説明】
【００４６】
１、１０１ 成膜装置
２、１０３ 成膜室
３ 真空室
４、１１１ 基板
５、１１２ 基板保持台
６ メッシュマスク
７、１１７ 粉末
８ 粉末容器
９ スキージ
１０ スキージ走査機構
１１、１０４ ガスボンベ
１２、１０５ マスフローコントローラ
１３、１０６ ガス供給配管
１４ 真空ポンプ
１５、１１４ 排気配管
１６ 真空計
１７ 排気口
１８ メッシュ部
１９ メッシュ保持部
２０ ガス噴出口
２１、１２９ エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）
２２、１１９ 回路基板
２３、１２０ コア層
２４、１２１ ビルドアップ樹脂絶縁層
２５、１２２ 配線層
２６、１２３ スルービア
２７、１２４ 配線
２８ 孔
２９ 誘電体膜
３０ 上部銅パターン
３１、１２７ はんだボール
３２、１２８ 半導体素子
１０２ エアロゾル発生器
１０７ 容器
１０８ 加振器
１０９ エアロゾル供給配管
１１０ ノズル
１１３ ＸＹＺステージ
１１５ メカニカルブースタ
１１６ ロータリポンプ
１１８ エアロゾル
１２５ 外部チップキャパシタ
１２６ 内部チップキャパシタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にエアロゾルデポジション膜を形成する成膜装置、エアロゾルデポジション膜の成膜方法及びそれらを用いて膜が形成された成膜基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層配線基板上に、微細構造を有する配線やコンデンサなどのデバイス形成のための薄膜を製造する成膜技術として、エアロゾルデポジション法がある。この技術は、粉末などの微細粒子とガスからなるエアロゾルを真空槽内に配置した基板に高速で噴射することにより成膜する。この方法は室温で薄膜形成が可能であり、成膜速度はスパッタリング法やめっき法などと比較して格段に速く、短時間で成膜が行えることが大きなメリットの一つとして挙げられる。
【０００３】
図６に示した断面模式図は、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）による成膜を行うためのエアロゾルデポジション成膜装置（ＡＤ成膜装置）の構成例である。成膜装置１０１は、大きく分けて、微粒子材料をエアロゾル化するエアロゾル発生器１０２と、エアロゾル化された微粒子のエアロゾル膜材料を噴射して基板上にエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）を形成する成膜室１０３などから構成される。
【０００４】
エアロゾル発生器１０２には、ガスボンベ１０４及びマスフローコントローラ１０５がガス供給配管１０６を介して接続されている。ガスボンベ１０４に充填された高圧のアルゴン等のキャリアガスをマスフローコントローラ１０５において制御する。エアロゾル発生器１０２の容器１０７内での微粒子の発塵量や成膜室１０３におけるエアロゾル化された微粒子の噴出量を制御することができる。
【０００５】
エアロゾル発生器１０２には、超音波振動や電磁振動、機械的振動により微粒子を一次粒子化する加振機１０８が設けられており、必要に応じヒータが付属する。この一次粒子化により緻密かつ均一なＡＤ膜を形成可能となる。
【０００６】
成膜室１０３には、エアロゾル発生器１０２からエアロゾル供給配管１０９を介して接続されたノズル１１０と、ノズル１１０に対向して基板１１１を保持する基板保持台１１２が設けられ、更に基板１１１の位置を制御するＸＹＺステージ１１３が基板保持台１１２に連結されている。また成膜室１０３内の真空度をあげるため、排気配管１１４を介してメカニカルブースタ１１５とロータリポンプ１１６が接続されている。
【０００７】
膜形成材料となる微粒子の粉末１１７をエアロゾル発生器１０２に充填して、ガスボンベ１０４からキャリアガスを容器１０７に供給し、加振機１０８により加振して、粉末１１７の微粒子をエアロゾル化する。エアロゾル化された微粒子はキャリアガスとともに、エアロゾル発生器１０２の容器１０７内の圧力より低圧に設定されている成膜室１０３にエアロゾル供給配管１０９を通じて搬送される。成膜室１０３においてノズル１１０からキャリアガスとともに微粒子のエアロゾル１１８が噴射され、これが対向配置された基板１１１の表面に衝突し、粉末１１７を材料としたエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）が堆積・形成されることとなる。
【０００８】
一方、表裏を含めて多層配線基板上に、各種半導体素子を、例えばはんだボール接続などによって搭載してＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）を製造する際に、多層配線基板上に、更に配線およびデカップリング用などのキャパシタを実装した回路基板を形成した後、これに半導体素子などを搭載してＭＣＭ化する方法が用いられている。
【０００９】
図７に、従来技術によって形成されたＭＣＭ用の回路基板の断面模式図を示す。回路基板１１９は、ガラスエポキシなどのコア層１２０と、この場合、上下両面に形成されたビルドアップ樹脂絶縁層１２１を有している。コア層１２０中には、銅（Ｃｕ）などからなる配線層１２２やスルービア１２３が形成され、表裏各層のビルドアップ樹脂絶縁層１２１の下面（底面）と上面（表面）には銅（Ｃｕ）からなる配線１２４が形成されている。ビルドアップ樹脂絶縁層１２１の表面側の配線１２４に接続した電極（非表示）には、外部チップキャパシタ１２５が、また、必要に応じて、ビルドアップ樹脂絶縁層１２１の内部に、配線１２４に接続された内部キャパシタ１２６が搭載され、この場合、膜状ないしチップ状のキャパシタが用いられる。デカップリング用キャパシタを備えた回路基板１１９が形成され、この回路基板１１９の配線１２４に接続形成された電極（非表示）に、はんだボール１２７を介して半導体素子１２８が接続されることで、高密度のＭＣＭを形成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３０１５８６９号公報
【特許文献２】特許第３５５８９７０号公報
【特許文献３】特開２００４−３４２８３１号公報
【特許文献４】特開平１１−６８３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、われわれの知見では、こうして形成されたエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）は、図８に模式的に示すように、多くの場合、表面が平坦ではない面を有する膜が形成される。図８において、図８（１）は、基板１１１上に形成したエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）１２９の表面模式図、図８（２）はその断面模式図である。これらに示すように、幾つかの大きさと高さをもつランドＩが基板１１１の面上に多数形成され、例えば、２．０μｍ厚のＡＤ膜１２９を形成時に、ランドＩの直径として最大６μｍ、ランドと谷との凹凸差が０．５μｍに達する場合があった。また、基板の中心領域の膜が周辺領域のそれより厚く形成されるような膜厚が偏る現象もみられ、基板に反りが生じるケースなどもある。このため、これら形成膜においては、電気的、物理的特性は期待された値より低い上、信頼性・安定性に欠けていた。
【００１２】
また、上述の従来技術によって形成されたＭＣＭ用の回路基板に関し、半導体素子１２８が、特にサイズが大きなＬＳＩなどの場合、外部チップキャパシタ１２５の搭載位置はＬＳＩから離れた場所に配置されることになり、よって、キャパシタ用配線を別経路で長く設ける必要が生じる。この配線の冗長化は、配線のインダクタンスの増加、不要電磁放射の増大を招き、同時に基板自体の小型化、薄化を困難にする。内部キャパシタ１２６の搭載により基板面積の拡大は防げるが、内部キャパシタとしてチップキャパシタ（キャパシタを構成するセラミック材料は焼結済）を用いた場合、基板厚さが増し、膜状キャパシタ（キャパシタを構成するセラミック材料は未焼結）を導入した場合は、基板自体を基板の耐熱温度以上の高温環境（５００℃以上)で処理する必要が生じ、基板材料に樹脂材料（耐熱温度３００℃程度）を用いることが困難になるといった課題が生じる。
【００１３】
そこで本発明の課題は、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成において、上記のような、ランド形成や膜厚の偏りなどが抑制され、より平坦な表面を有し、電気的、物理的特性の優れた膜を形成可能な成膜装置及び成膜方法を提供することにあり、さらに、それらを用いて形成可能な、高性能でより高密度な回路基板に適用可能な成膜基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の成膜装置は、基板上に、粉末層を形成する粉末層形成手段と、前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の成膜方法は、基板上に粉末層を形成する工程と、前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の成膜基板は、上記本発明の成膜装置又は本発明の成膜方法を用いて成膜された膜を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成において、従来の装置を用いた場合に生じ易い、ランド形成や膜厚の偏りなどが抑制され、より平坦な表面を有する膜、電気的特性に優れた膜を形成可能な成膜装置及び成膜方法を提供することが可能となる。またその成膜装置及び成膜方法によって、小型、高性能な成膜基板を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の成膜装置の構成を説明する図
【図２】本発明の成膜装置のメッシュマスクの構成を説明する図
【図３】本発明の成膜装置によって形成した膜を説明する図
【図４】本発明の成膜装置および従来の成膜装置での成膜を説明する図
【図５】本発明の成膜基板を用いた回路基板を説明する図
【図６】従来の成膜装置の構成を説明する図
【図７】従来の回路基板を説明する図
【図８】従来の成膜装置によって形成した膜を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図を参照しつつ説明する。
（装置構成実施例）
図１は、本発明の成膜装置の実施例を示す構成模式図である。この成膜装置１は、大別して、成膜室２、それを含んで真空状態を保持する真空室３、キャリアガスを導入する系統及び真空排気系統からなる。成膜室２の要部拡大図を、本図下部に示す。
【００２０】
成膜室２において、基板４は、例えばＸＹＺ及び回転方向に移動制御可能な基板保持台５上に搭載・固定される。所定のメッシュサイズを有するメッシュマスク６が、基板４表面に対向して、所定の間隔で、かつマスク上でのスキージ走査接触個所ではメッシュの弾性力によってメッシュ面が基板４の表面に接することが可能のように配置される。さらに、メッシュマスク６上方にある粉末容器８中のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成用の微小粒子の粉末７を、メッシュマスク６上に、粉末容器８の開口部から降下させるなどして、所要量、所要領域内にわたって累積的に降下してできた粉末塊を形成可能とする。先端にスキージ９を有するスキージ走査機構１０を備え、このスキージ走査機構１０に
よって、図中に示したように、粉末塊Ｐに対し、メッシュマスク６上において例えば図中Ｘ方向にスキージ走査することで、粉末塊Ｐの粉末７の一部がメッシュの目を通過させることによって、基板４の表面上に厚さのほぼ均一な、粉末層Ａが形成可能となる。
【００２１】
このスキージ９の先端においては、外部のガスボンベ１１のキャリアガスがマスフローコントローラ１２によって制御され、ガス供給配管１３を介してスキージ走査機構１０中を通過するようしてキャリアガスのガス噴射Ｇを可能とする。このガス噴射機構を用い、スキージ走査で形成された粉末層Ａに対して、スキージ走査に引続いてメッシュマスク６のメッシュ開口部を通過してガス噴射Ｇをすることで、この噴射ガスにより基板表面ないしその近傍で粉末層Ａの粉末のエアロゾルＢが生成される。エアロゾルＢの粉末粒子は、さらにガス噴射Ｇによる加速を受け、基板表面上に衝突し、デポジションし、粉末を原材料としたエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）Ｃが形成される。
【００２２】
真空室３は、図に示すように、成膜室２およびこの場合は粉末容器８を含む真空室筐体を有し、真空ポンプ１４に排気配管１５を介して接続され、真空度を監視する真空計１６を備える。この真空室３の真空排気は、その真空室３内とともに成膜室２の排気口１７を介して成膜室２内（この場合、粉末容器８内も含む）も真空化する。一方、スキージ９からのガス噴射Ｇされたガスは、成膜室２中に留まらず、この排気口１７を介してデポジションしなかった粉末とともに外部に排気される。
【００２３】
図２に、成膜装置１に適用されるメッシュマスク６の平面模式図を示す。メッシュマスク６はメッシュ部１８と、それを保持するメッシュ保持部１９からなる。この面上を、図中Ｘ方向にスキージ走査するスキージ９はガス噴射口２０を有する。メッシュ部上に落下した粉末（粉末塊Ｐ）は累積量の多寡（むら）は有るが、このスキージを用いてスキージ走査することで、メッシュマスク６のメッシュの開口部を通過し基板上に付着する粉末層の厚さを、基板面上均一にすることができる（粉末層Ａ形成）。その粉末層の厚さは、例えばスキージ圧、メッシュ開口サイズ、基板−メッシュ間隔、粉末サイズなどによって制御することができる。
【００２４】
粉末層Ａを形成した後、スキージ９の先端に開口したガス噴出口２０からキャリアガスＧを噴出させて、直ちに、粉末層の粉末に衝撃を与えてエアロゾルＢ化し、ＡＤ膜Ｃを形成する。このような装置においては、ＡＤ膜形成工程を、時間的な間隔を置かずに継続的に実施できる。形成されるＡＤ膜の厚さは、粉末層Ａが存在する限りにおいて、キャリアガスＧの噴射時間・噴射量などによって制御することができる。
【００２５】
図１、２に示した構成の装置を用いて、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の形成を行った。以下に使用材料および形成諸条件、工程、膜特性を示す。
（膜形成実施例１）
使用基板；石英基板、１００ｍｍ×１００ｍｍ
使用粉末；銅粉末、平均粒径（直径）１０μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中１００℃、１時間減圧乾燥の後、粉末容器中投入
真空室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用メッシュマスク；ステンレス製スクリーンマスク、メッシュ開口径５５μｍ
メッシュマスク上に粉末容器から粉末送出、その後スキージ走査
使用ガス；ヘリウムガス、ガス流量８Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ガス噴射口付きスキージから、ヘリウムガスを５分間噴射、この時の真空圧６０Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚２μｍの銅膜形成、膜厚高低差０．０５μｍ以下、反り無し
銅膜抵抗率；１．７５×１０−６Ω・ｃｍ
（めっき膜の銅膜抵抗率；１．７×１０−６Ω・ｃｍ と同等の抵抗率）
（膜形成実施例２）
使用基板；ＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ４）プリント基板上
に厚さ１８μｍ銅箔形成、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ
使用粉末；チタン酸バリウム粉末、平均粒径（直径）０．５μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中２００〜３００℃、２４時間以上減圧乾燥の後、粉
末容器中投入
真空室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用メッシュマスク；ステンレス製スクリーンマスク、メッシュ開口径３３μｍ
メッシュマスク上に粉末容器から粉末送出、その後スキージ走査
使用ガス；酸素ガス、ガス流量１２Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ガス噴射口付きスキージから、酸素ガスを５分間噴射、この時の真空圧１００Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚１．５μｍのチタン酸バリウム膜形成、膜厚高低差０．１μｍ以
下、反り無し
チタン酸バリウム膜の吸水率；０．０９％
チタン酸バリウム膜の誘電特性；誘電率２５０、誘電損失０．１
なお、吸水率は以下によって算出した。
【００２６】
吸水率＝１００×｛（煮沸水中浸漬の吸水後の薄膜重量）−（吸水前の薄膜重量）｝／
（吸水前の薄膜重量）
比較のために、従来の図５に示した構成の装置を用いて、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の形成を行った。以下に使用材料および形成諸条件、工程、膜特性を示す。
（比較例１）
使用基板；石英基板、１００ｍｍ×１００ｍｍ
使用粉末；銅粉末、平均粒径（直径）１０μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中１００℃、１時間減圧乾燥の後、粉末容器中投入
成膜室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用ガス；ヘリウムガス、ガス流量８Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ノズルからエアロゾルを５分間噴射、この時の真空圧６０Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚２μｍの銅膜形成、膜厚高低差０．５μｍ、反り有り
銅膜抵抗率；２．２×１０−６Ω・ｃｍ
（めっき膜の銅膜抵抗率；１．７×１０−６Ω・ｃｍ と比べ、かなり高抵抗率）
（比較例２）
使用基板；ＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ４）プリント基板上
に厚さ１８μｍ銅箔形成、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ
使用粉末；チタン酸バリウム粉末、平均粒径（直径）０．５μｍ
粉末乾燥処理；粉末を真空恒温槽中２００〜３００℃、２４時間以上減圧乾燥の後、粉
末容器中投入
成膜室真空化；圧力 ５Ｐａ以下
使用ガス；酸素ガス、ガス流量１２Ｌ／ｍｉｍ、ボンベ内ガス圧０．２ＭＰａ
ノズルからエアロゾルを５分間噴射、この時の真空圧１００Ｐａ
ＡＤ膜厚；平均厚１．５μｍのチタン酸バリウム膜形成、膜厚高低差０．７μｍ、
反り有り
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の吸水率；０．５％
チタン酸バリウム膜の誘電特性；誘電率１００、誘電損失０．３
以上の結果から、図３の、基板の表面模式図（図３（１））、断面模式図（図３（２））に示すように、本発明の装置を用いて得られた、基板４上のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）２１は、従来の装置によるものに比べ、銅膜、チタン酸バリウム膜いずれにおいても膜厚高低差は小さくて表面の平坦性が良く、基板の反りは発生しない。そして、銅膜抵抗率においては、めっき膜と同等の低抵抗率のものが得られ、チタン酸バリウム膜では吸水率が低く、誘電率は大きく、誘電損失は小さいものが得られた。
【００２７】
図４は、本発明の装置によるエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）の成膜と、従来の装置による成膜とを比較するための模式図である。図４（１）は、本発明の装置を用いて成膜するエアロゾルデポジションの状況を説明するための図であり、基板４上に、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）２１が成膜される。噴出口を有するスキージ９からガスＧを基板表面に向かって噴出することによって、まず、基板４上に形成されている粉末の粉末層Ａ（図１参照）から粉末が舞い上がって基板表面近傍に大量に浮遊したエアロゾルＢが形成される。そこに更に加わる噴出するガスＧによってエアロゾルＢ（図１参照）の一部の粉末が加速されて加速粉末粒子Ｓとなって基板４表面に衝突する。加速粉末粒子Ｓが基板との衝突によって圧縮変形を繰り返すことで、本発明の装置によるエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）Ｃ（図１参照）が形成される。このとき加速粉末粒子Ｓの濃度は膜が形成される初期段階から終了段階まで殆ど変わらず、このため形成膜密度も緻密になる。またスキージ走査（＝ガス噴出走査）を援用することによって形成膜厚を均一化することが容易となる。
【００２８】
一方、図４（２）は一般的な装置による成膜状況を示す図である。図において、ノズル１１０（図５参照）の開口部から噴出するのは、ガスと粉末が混合した状態のエアロゾル１１８である。エアロゾルの噴射により加速された加速粉末粒子Ｓは、基板１１１に向かい、その表面上に堆積して膜を形成する。このとき、装置構成の性質上、成膜初期から基板表面上に導入される膜の構成粒子は、大小様々な粒子どうしが凝集した、見かけ上大きい形状で堆積し、それが大きいランドのまばらな形成につながる。その後も、粒子形状が不揃いの形で加速粉末粒子Ｓが供給され、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）１２９が形成される。こうして出来上がった膜は、初期に形成されたランドの影響を受けて膜表面にもランド形状が残り、膜の高低差が大きくなる。また、大小様々な粒子どうしが凝集した粉末が基板に堆積していくため膜中に粒子間ギャップが生じ易くなり、膜の密度が相対的に低くなる。これらが、銅膜の抵抗の差、チタン酸バリウム膜の誘電率や誘電損失の差として現れると考えられる。
一般的な装置は、ノズルから基板に向かってエアロゾルが放出される構成であることから、基板中心部の膜厚に比べ、周辺部のそれがより薄くなるといった現象が生じ、これが、膜厚の均一性の劣化、基板の反り発生に繋がっている。
【００２９】
更に、本発明の装置は、上記のように、膜の平坦性や高密度性、高電気的特性の確保において、大きなメリットを有していることのほかに、本装置が、粉末とガスとを混合してこれを成膜する個所に送達する経路を、極小化している点に大きな特徴がある。従来の装置では、膜を継続製造しているうちにエアロゾル供給系、同配管、ノズル内部などに、非反応粉末が蓄積し、その洗浄などに時間を割く必要がある。本発明の装置では、粉末とガスの混合は成膜室内のみで行われるので、それらの系や配管などの洗浄が不要であり、製造工程の環境負荷削減、工数削減に寄与する。
【００３０】
これまで説明した本発明の成膜装置の実施例において例示されたメッシュマスクに関し、更にメッシュ上に粉末を非通過状態にするマスクパターンを形成し、スキージ走査することで、基板表面上に形成される粉末層Ａをパターン化することが可能となる。これは、形成するＡＤ膜の直接的なパターン化を可能とする。
【００３１】
更に、本発明の成膜装置に関し、必ずしも図１で示した装置構成に限らないことは言うまでも無い。
【００３２】
基板上にほぼ均一な厚さの粉末層を形成する手段としては、メッシュマスクを適用する以外に、より簡便な方法、例えば、粉末を溶媒中に混入した粉末混入液を基板表面上に塗布または浸漬後乾燥する方法、粉末を基板表面上に機械的方法で均一厚に散布する方法などの適用も考えられる。
【００３３】
ガス噴射手段に関し、スキージとガス噴射ノズルを一体化しないで、別々に構成し、エアロゾル化と粉体粒子の加速化を行ってもよい。勿論、スキージを用いない粉体厚均一化手段を採用すれば、ガス噴射ノズルの単体で使用することになる。
【００３４】
形成する膜の材料については、銅、チタン酸バリウムについて例示し、従って、粉末材料としてそれらの粉末を使用したが、勿論これに限られない。それら以外に、例えば、チタン、ニッケル等の金属材料膜形成のための各種金属粉末や、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウムストロンチウム等のセラミック材料膜形成のための各種セラミックス粉末の適用も可能である。
【００３５】
図５は、上記の本発明の成膜装置を用い、あるいは本発明の成膜方法により形成された、成膜基板を、回路基板に適用した例を示すもので、図はその断面模式図である。一部拡大図を同図の右側に示す。
【００３６】
図５において、回路基板２２は、ガラスエポキシなどのコア層２３と、この場合、上下両面に形成されたビルドアップ樹脂絶縁層２４を有している。コア層２３中には、銅（Ｃｕ）などからなる配線層２５やスルービア２６が形成され、表裏各層のビルドアップ樹脂絶縁層２４の下面（底面）すなわち、コア層２３の表面には、通常の蒸着およびめっきプロセスなどの従来方法を適用して、銅（Ｃｕ）からなる配線２７が形成されている。
【００３７】
このビルドアップ樹脂絶縁層２４の表面に、レーザ加工により、深さ０．０２〜０．２ｍｍの範囲、下側開口部から上側開口部に向かって口径が連続的に広がる、すり鉢状の孔２８（上部開口径０．１２〜０．１ｍｍ程度、下部開口径０．１〜０．０８ｍｍ程度、）を形成する。このとき孔２８の下側開口部は、配線２７の表面において開口している。所定位置に複数形成された、孔２８に対して、これを埋め込むように直接的に誘電体膜２９を形成する際、室温形成が可能な、本発明の成膜装置ないし成膜方法を適用して、誘電体のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）を形成する。コア層２３に比べ、ビルドアップ樹脂絶縁層２４の耐熱温度が比較的低い（３００℃）ため、スパッタリングなどの従来方法で誘電体膜２９用の膜を付着させると、ビルドアップ樹脂絶縁層２４にダメージが生じる。
【００３８】
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）である誘電体膜２９形成においては、前述の「膜形成実施例２」に詳述した条件と同様に実施した。但し、酸素ガス噴射時間を７分とし、平均膜厚２．１μｍのチタン酸バリウム膜を形成した。
【００３９】
次いで、前記誘電体膜２９を挟んで、銅（Ｃｕ）の配線２７と対をなすもう一方の電極形成によるデカップリング用などのキャパシタ作製及びビルドアップ樹脂絶縁膜２４上の配線をなす上部銅パターン３０を形成するために、本発明の成膜装置ないし成膜方法を適用して、銅（Ｃｕ）のエアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）を形成する。
【００４０】
エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）である上部銅パターン３０形成においては、前述の「膜形成実施例１」に詳述した条件と同様に実施した。但し、ヘリウムガス噴射時間を８分とし、平均膜厚３．２μｍの銅膜を形成した。この銅膜形成においても室温で形成可能であり、ビルドアップ樹脂絶縁層２４へのダメージを避けることができる。
【００４１】
いずれの膜形成においても、膜のパターン化は、パターン形成されたメッシュマスクを用いてのスキージによる基板上への粉末層のパターン化を通して実施できるが、より精細なパターニングは、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）形成後、良く知られたフォトリソグラフィーとエッチング技術の適用で実施可能である。
【００４２】
こうして、全て埋め込みタイプのキャパシタが、いわばビルドアップ樹脂絶縁層２４中に形成できた回路基板２２の上部銅パターン３０に接続形成された電極（非表示）に、はんだボール３１を介して半導体素子３２が接続されることでＭＣＭを完成する。このＭＣＭでは、キャパシタが半導体素子の直近、真下などに形成可能で、キャパシタのための配線の引き回しや、その結果、配線長の増加によるインダクタンスの増加・不要電磁放射の増大などを大幅に抑制でき、かつ、回路基板に小面積化、薄型化が容易となる。
【００４３】
このように、本発明の成膜基板は、絶縁層上に、室温で高性能な膜（ＡＤ膜）が形成されており、その絶縁層が耐熱性の低い樹脂絶縁膜であっても、それにダメージを与えることなく、膜の上に直接的に形成できるという大きな特徴を有している。さらに本発明の成膜技術は、誘電体膜、配線膜などの形成に適用可能で、これらの膜の組み合わせによって、室温下で高性能な基板を製造することができる。勿論、それらの膜は、上記銅膜やチタン酸バリウム膜に限られることは無く、各種の金属材料やセラミック材料の膜形成のための各種粉末の適用が可能であることは言うまでも無い。
【００４４】
以上述べたように、室温状態において、基板上に粉末層を形成し、ガス噴射によるエアロゾル形成と直ちに粉体粒子による加速を実現し、基板表面に粉末粒子を衝突させてＡＤ膜を形成する本発明の装置及び方法は、装置上、従来のＡＤ成膜装置に比べシンプルかつメンテナンスも容易な構成で実現でき、膜の特性においても優れたものを形成できることが可能であることがわかった。さらに、それを用いて、各種の小型、高性能の成膜基板を得ることができることがわかった。
【００４５】
以上の実施例を含む実施の形態に関し、以下の付記を開示する。
（付記１）
基板上に、粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段とを
有することを特徴とする成膜装置。
（付記２）
前記粉末層形成手段は、
前記基板表面上に配置された網目形状をもつスクリーンマスクと、
前記スクリーンマスク上に、前記粉末を供給する粉末供給手段と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷手段とを
有することを特徴とする付記１記載の成膜装置。
（付記３）
前記エアロゾル生成手段は、前記粉末層の表面上を前記ガスによる噴射走査をするガス噴射走査手段を有することを特徴とする付記１または２記載の成膜装置。
（付記４）
前記スクリーン印刷手段のスキージと前記ガス噴射走査手段のガス噴射用ノズルは、一体構成をなすことを特徴とする付記２記載の成膜装置。
（付記５）
基板上に粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成する工程とを
有することを特徴とする成膜方法。
（付記６）
前記粉末層を形成する工程は、
前記基板表面上に配置された網目口径をもつスクリーンマスク上に、前記粉末を供給する工程と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷する工程とを
有することを特徴とする付記５記載の成膜方法。
（付記７）
前記粉末は、金属粉末またはセラミック粉末であることを特徴とする付記５または６記載の成膜方法。
（付記８）
前記金属粉末は銅粉末であり、前記セラミック粉末はチタン酸バリウムであることを特徴とする付記７記載の成膜方法。
（付記９）
付記１ないし４のいずれかの成膜装置を用いて成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
（付記１０）
付記５ないし８のいずれかの成膜方法によって成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
（付記１１）
金属粉末を用いた配線用膜、または／およびセラミック粉末を用いた誘電体用膜を成膜された膜として有することを特徴とする付記１０記載の成膜基板。
【符号の説明】
【００４６】
１、１０１ 成膜装置
２、１０３ 成膜室
３ 真空室
４、１１１ 基板
５、１１２ 基板保持台
６ メッシュマスク
７、１１７ 粉末
８ 粉末容器
９ スキージ
１０ スキージ走査機構
１１、１０４ ガスボンベ
１２、１０５ マスフローコントローラ
１３、１０６ ガス供給配管
１４ 真空ポンプ
１５、１１４ 排気配管
１６ 真空計
１７ 排気口
１８ メッシュ部
１９ メッシュ保持部
２０ ガス噴出口
２１、１２９ エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）
２２、１１９ 回路基板
２３、１２０ コア層
２４、１２１ ビルドアップ樹脂絶縁層
２５、１２２ 配線層
２６、１２３ スルービア
２７、１２４ 配線
２８ 孔
２９ 誘電体膜
３０ 上部銅パターン
３１、１２７ はんだボール
３２、１２８ 半導体素子
１０２ エアロゾル発生器
１０７ 容器
１０８ 加振器
１０９ エアロゾル供給配管
１１０ ノズル
１１３ ＸＹＺステージ
１１５ メカニカルブースタ
１１６ ロータリポンプ
１１８ エアロゾル
１２５ 外部チップキャパシタ
１２６ 内部チップキャパシタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段とを
有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記粉末層形成手段は、
前記基板表面上に配置された網目形状をもつスクリーンマスクと、
前記スクリーンマスク上に、前記粉末を供給する粉末供給手段と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷手段とを
有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
基板上に粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成する工程とを
有することを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
前記粉末層を形成する工程は、
前記基板表面上に配置された網目形状をもつスクリーンマスク上に、前記粉末を供給する工程と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷する工程とを
有することを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】
前記粉末は、金属粉末またはセラミック粉末であることを特徴とする請求項３または４記載の成膜方法。
【請求項６】
請求項１または２の成膜装置を用いて成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
【請求項７】
請求項３ないし５のいずれかの成膜方法によって成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
【請求項１】
基板上に、粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成するエアロゾル生成手段とを
有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記粉末層形成手段は、
前記基板表面上に配置された網目形状をもつスクリーンマスクと、
前記スクリーンマスク上に、前記粉末を供給する粉末供給手段と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷手段とを
有することを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
基板上に粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の表面に向けてガスを噴射し、前記基板表面に前記粉末層を構成する粉末と前記ガスからなるエアロゾルを生成する工程とを
有することを特徴とする成膜方法。
【請求項４】
前記粉末層を形成する工程は、
前記基板表面上に配置された網目形状をもつスクリーンマスク上に、前記粉末を供給する工程と、
前記スクリーンマスク上の前記供給された前記粉末を、前記スクリーンマスク面上のスキージ操作によって前記網目を通過させ、前記粉末層を前記基板上に印刷形成するスクリーン印刷する工程とを
有することを特徴とする請求項３記載の成膜方法。
【請求項５】
前記粉末は、金属粉末またはセラミック粉末であることを特徴とする請求項３または４記載の成膜方法。
【請求項６】
請求項１または２の成膜装置を用いて成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
【請求項７】
請求項３ないし５のいずれかの成膜方法によって成膜された膜を有することを特徴とする成膜基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−４６８１８（Ｐ２０１２−４６８１８Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４４３２（Ｐ２０１０−２１４４３２）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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