JP2003094589A - 積層材の製造方法及び積層材の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合力が高く、例えば中間層をエッチングバ
リアとして用いても、十分にバリア機能を果たすことが
でき、しかも、経済性にも優れた極薄中間層を有する積
層帯板材を製造するための方法とその装置を提供する。 【解決手段】 真空槽内で二つ以上の帯板材を圧着接合
して積層材とする積層材の製造方法において、複数の帯
板材の被接合面上に、スパッタリング法により成膜を行
なった後、真空蒸着法により成膜を行い、該成膜面同士
を重合し、圧着ロールにて圧着接合を行なうことを特徴
とする積層材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は積層帯板材を製造す
る方法に関し、特に極薄い中間層を有する積層帯板材を
製造する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚さ10μm以下の極薄い中間層を有する
積層材を合理的に製造する方法の一つに、真空槽内で乾
式成膜法により形成される薄膜層が活性であることに着
目し、その活性面を接着剤として機能させ、長さの長い
帯板状の材料同士を乾式成膜層を中間層として挟み込ん
で製造する方法がある。例えば三層積層材を得る方法と
して、本願出願人の提案によるEP1086776号に示される
ように、二つの帯板材の被接合面に乾式成膜を行ない該
成膜面を接合する方法は、連続的に乾式成膜を行ないな
がら圧着ロールにて圧着接合を行なうため、数メートル
以上の長尺の積層帯板材の製造に優れている。

【０００３】ここで、乾式成膜法としては、真空蒸着
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、アー
クイオンプレーティング法などが一般に知られており、
工業的に広く用いられている。真空蒸着法やイオンプレ
ーティング法は、坩堝内で蒸発材料を溶解し、蒸発させ
ているため、蒸発材料の連続供給が可能であり、連続的
な生産性に優れている。特に真空蒸着法は、高真空によ
る蒸着を行なうために蒸発効率が良く、成膜速度が速い
ため、上述の本願出願人の提案によるEP1086776号で
は、真空蒸着法が最適な方法として開示される。これに
対し、真空蒸着法以外の乾式成膜法として、イオンプレ
ーティング法、スパッタリング法、アークイオンプレー
ティング法があり、これらの方法は、蒸発材料のイオン
化率が高いため、母材への密着強度に優れるという利点
がある。そして、特開平6-25835号ではこれらの利点に
着目し、真空アーク放電と坩堝溶解とを組合せて、硬質
の耐磨耗性皮膜の薄膜層を成膜するといった蒸着方法が
提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、EP1086
776号による方法では１つの帯板材に対し１種類の乾式
成膜法を用いることしか想定していないため、例えば、
乾式成膜法として真空蒸着法を用いた場合には、充分な
中間層厚さの形成が可能であるが、帯板材と成膜層との
接合力が不足するなどの問題があった。また、乾式成膜
法としてスパッタリング法を用いた場合、成膜速度が遅
いため、充分な厚さの中間層の形成が困難であり、２つ
の帯板材の被接合面上に形成された成膜面同士の接合強
さが弱いこと、中間層をエッチングバリア層として用い
る場合にバリア機能が充分でないことなどの問題があっ
た。このため、乾式成膜層を真空アーク放電と加熱蒸着
法とを組合せて形成した後、該乾式成膜面を圧着接合す
る積層材の製造方法について検討したが、真空アーク放
電ではスプラッシュと呼ばれる蒸発金属粒が成膜面上に
付着するため、成膜面の表面粗さが悪化し、該成膜面ど
うしの接合強さが弱くなるという問題がある。本発明の
目的は、接合力が高く、例えば中間層をエッチングバリ
アとして用いても、十分にバリア機能を果たすことがで
き、しかも、経済性にも優れた極薄中間層を有する積層
帯板材を製造するための方法とその装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、接合力が
高く、例えば中間層をエッチングバリアとして用いて
も、十分にバリア機能を果たすことができ、しかも、経
済性にも優れた極薄中間層を有する積層帯板材を製造方
法について、種々の乾式成膜法の組合せについて鋭意検
討を行った結果、乾式成膜法としてスパッタリング法に
より成膜を行なった後、真空蒸着することにより、帯板
材と成膜層、および成膜層どうしの接合強さを向上し、
かつ安価で充分な厚さの中間層の形成を可能とする方法
を見出し、本発明に到達した。

【０００６】即ち本発明は、真空槽内で二つ以上の帯板
材を圧着接合して積層材とする積層材の製造方法におい
て、複数の帯板材の被接合面上に、スパッタリング法に
より成膜を行なった後、真空蒸着法により成膜をおこな
い、該成膜面どうしを重合し、圧着ロールにて圧着接合
を行なうことを特徴とする積層材の製造方法である。ま
た、本発明の１つは、真空槽内に帯板材の供給装置を少
なくとも二以上備え、前記帯板材の供給装置から供給さ
れた帯板材に蒸気が供給可能となるように配置されたス
パッタリング装置と真空蒸着装置とを備え、それらによ
り成膜した接合層が中間層となるように前記帯板材を圧
着する圧着ロール装置を具備し、該圧着ロール装置によ
り圧着された積層材を巻き取る巻取り装置を１つ以上具
備してなることを特徴とする積層材の製造装置である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の重要な特徴は、真空槽内
で、二つの帯板材の少なくとも一方側の被接合面に、特
定の条件下でスパッタリングにより発生させた蒸気と、
真空蒸着装置から発生した蒸気とを付着させた後、該帯
板材を重合して圧着ロールを用いて圧着接合を行うこと
で、強固に圧着接合した積層材を連続的に製造すること
にある。

【０００８】以下に本発明を詳しく説明する。本発明で
は、スパッタリングと真空蒸着とを組合せている。これ
は、密着性に優れたスパッタリングにより帯板材と強固
に接合する下地膜を形成し、蒸発速度の大きい真空蒸着
により十分な厚さの中間層とするためである。一般にス
パッタリングは蒸着物質に運動エネルギーを与えて被成
膜面に衝突させるために、被成膜材との接合強さは強
い。一方、真空蒸着は蒸発速度が速く、厚さの厚い成膜
を容易に行うことができる。そこで、帯板と成膜層との
密着性はスパッタリングにより確保し、成膜層同士の密
着性は真空蒸着で厚さを厚くすることにより確保し、か
つエッチングバリアとなるのに十分な厚さの成膜厚さを
形成するために、スパッタリングと真空蒸着とを組み合
わせたのである。

【０００９】まず、本発明では真空槽内で二つ以上の帯
板材を連続的に供給し、圧着ロールにて重合し巻取る。
この過程において、接合する帯板材の被接合面の少なく
とも一方側の面に、例えば、以下に述べる方法により中
間層となる接合層の形成を行なう。すなわち、巻出し軸
から巻出された帯板材は、スパッタリング法により成膜
がなされた後、真空蒸着法でさらに成膜される。ここ
で、スパッタリング法はAr、Kr、Xeなどの不活性ガスを
イオン化し、蒸発源となる金属の表面に衝突させる一般
的な方法でよく、直流スパッタリング、高周波スパッタ
リングやマグネトロンスパッタリングなどが好適であ
る。

【００１０】真空蒸着法は、坩堝に蒸着金属を投入し、
それを加熱することで蒸発させる方法で良い。加熱の方
法としては、一般的な、抵抗加熱法、電子ビーム加熱
法、レーザビーム加熱法、高周波加熱法、フラッシュ加
熱法、アーク放電加熱法などをその蒸着金属の種類に応
じて選択すればよく、蒸着金属がTiやCuなどの場合は、
電子ビーム加熱法が好適であり、蒸着金属がAlやSnなど
の場合は抵抗加熱法が適している。また、強固な成膜と
するために、帯板材の成膜前処理として、別途もしくは
同一真空槽内で酸洗、イオンエッチング、加熱、紫外線
照射、レーザ照射、エックス線照射などを実施しても良
い。

【００１１】本発明で、帯板材の材質としては特に限定
するものでなく、金属、樹脂など、種々の材質を用いる
ことが可能であり、材質は用途によって、適宜選択する
と良い。例えば、金属帯板材/成膜層/金属帯板材の構造
の積層材は、選択エッチングされて、微細配線を形成す
るような用途に好適であるが、この用途には、特に帯板
材と成膜層との接合力が求められる。このような帯板材
と成膜層との接合強度が求められる用途に積層材を製造
する場合、帯板材が良導体の金属であるため帯板材に負
のバイアス電圧をかけることで接合力を向上させること
ができる。これは、成膜の際、イオン化した蒸着金属が
引きつけられるため、強固な密着力が期待できるからで
ある。

【００１２】なお、形成する中間層が金属の窒化物、炭
化物、酸化物あるいはこれらの混合物である場合には、
目的に応じて、窒素、炭化水素、酸素などの反応性ガス
を中間層形成中に導入することで、反応性の蒸着も可能
である。このようにして中間層となる接合層を成膜した
後、圧着ロール装置により成膜面同士を圧着接合し、積
層材を巻取る。このようにして製造した積層材料は、電
子部品用配線形成材や電池用電極材料として利用するこ
とができる。なお、以上説明するとおり、帯板材が二枚
で、その被接合面にスパッタリングによる成膜層と、真
空蒸着による成膜層とを順に成膜し、重合させると、帯
板材/成膜層/帯板材の三層構造の積層体を得ることがで
きるが、成膜は、被接合面の両方の面に行うと、より接
合強度を高めることができる。また、ここでは、帯板材
/成膜層/帯板材の三層構造の積層体について説明した
が、例えば帯板材/成膜層/帯板材/成膜層/帯板材といっ
たの五層構造も、上述と同様な方法で得ることも可能で
ある。

【００１３】この本発明の製造方法を行うための製造装
置としては、例えば図１に示すように、真空槽内(1)に
は、帯板材(7),(8)の供給装置(5)を少なくとも二以上備
えられている。この図１では帯板材/成膜層/帯板材の構
造を得るための装置を示しているが、例えば、帯板材/
成膜層/帯板材/成膜層/帯板材というような構造の積層
材を得たいのであれば、帯板材の供給装置は三つにすれ
ばよく、得たい積層材の構造によって、帯板材の供給装
置を二つ以上配すればよい。

【００１４】次に、帯板材(7),(8)の供給装置(5)から供
給された帯板材に蒸気が供給可能となるように配置され
たスパッタリング装置(3)と真空蒸着装置(4)とを備え、
それらにより成膜した接合層が中間層となるように帯板
材を圧着する圧着ロール装置(9)を具備し、この圧着ロ
ール装置により圧着された積層材を巻き取る巻取り装置
(6)を１つ以上具備する積層材の製造装置を用いるとよ
い。なお、圧着ロールは通常円筒形状であるが、しわや
蛇行を低減するためにクラウンと呼ばれる凸凹を付して
も良い。材質は一般的な構造用鋼に硬質クロムめっきな
どを施したものを用いても良いが、より硬度の高いセラ
ミックスや超硬などが好適である。さらに各種皮膜処理
によりTiN、TiC、CrN、DLC(ダイアモンド・ライク・カー
ボン)などをコーティングしてもよいことはいうまでも
ない。

【００１５】また、帯板材が金属であり、負のバイアス
電圧を印加するためには、電圧を帯板材に印加する装置
を除いて、帯板材に接触するロール類はすべて電気的に
絶縁されている必要がある。このため、ロール類は非導
電性材料とすれば良く、また、セラミックやプラスチッ
ク等でロール表面を被覆しても良い。中でも、本発明者
らが種々の材質のロールを検討したところ、特に圧着ロ
ールの表面の材質をロックウェル硬さ60HRC以上とした
場合には、薄帯板材の板厚の高精度化や接合力の向上、
しわの抑制に有効であり、特にセラミックで被覆するの
が好ましい。

【００１６】セラミックスの種類にはアルミナ、サファ
イア、ムライト、コージライト、ステアタイト、フォル
ステライト、チタニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化アル
ミ、ジルコニア、サーメットなどさまざまであり、これ
らを組合せても良いが、電気絶縁性に優れ、比較的硬度
が高く、かつ安価なアルミナとするのが好適である。な
お、圧着ロールはその全体がセラミックである必要はな
く、最低限、帯板材と接触する部分のみが非導電性、高
硬度の材質であれば良く、例えばこの部分のみを溶射な
どで製作しても良い。

【００１７】

【実施例】以下、図１に示した装置と共に、厚さ方向の
材質構成がCu帯板材/Ti成膜層/Cu帯板材で、それぞれの
厚さが10μm/2μm/25μmである電子部品用三層材の製作
方法を一例として、本発明を説明する。なお、ここでは
本発明の開示に必要な項目のみ模式的に説明、図示する
ものとして、配置、大きさなどは、本図に限定されるも
のではない。また、真空ポンプ、スパッタリング法、真
空蒸着法、帯板材の搬送装置、圧着装置などの周知技術
に関する詳細にかかわる説明は省略する。

【００１８】まず、真空槽(1)内の二つの帯板材の供給
装置(5)に、厚さ10μmの銅箔帯板材(7)と厚さ25μmの銅
箔帯板材(8)とがそれぞれセットされる。それぞれの帯
板材(7),(8)はここから巻出されて、帯板材の表面を清
浄化するためのイオンエッチング装置(2)、帯板材の被
接合面上に中間層となる成膜層を形成するためのスパッ
タ装置(3)、真空蒸着装置(4)と順に相対した後、圧着ロ
ール(9)にて重合され、巻取り装置(6)により巻き取られ
る。帯板材のセットが終了すると、真空槽(1)は真空ポ
ンプ(12)により所定の気圧まで減圧される。気圧は低い
ほど不純物が少なくなり、良好な膜性能が得られる可能
性があるが、経済性を鑑み、ここでは8×10^-3Pa程度の
気圧としている。

【００１９】帯板材の供給装置(5)より巻出された帯板
材(7),(8)は、まず、イオンエッチング装置(2)により、
表面の軽微な汚れなどが除去される。この際、ガス導入
機構(14)により、イオンエッチングを行なうためのガス
が導入される。ここではArガスを用いて、帯板材近傍の
ガス圧力を2Pa程度としているが、無論、これに限定さ
れるわけではない。また電源装置(13)により、帯板材に
は-100V程度の負のバイアス電圧が付加される。この際
帯板材と接する各ロールは電気的に絶縁されていること
はいうまでもない。

【００２０】次に帯板材(7),(8)の被接合表面上に蒸気
が供給可能なように配されたスパッタリング装置(3)に
より、Tiスパッタリングが行なわれる。ここでは中間層
をTiとするためTiを用いているが、帯板材がCuであるた
め、Cuとしてもよく、また接合性に優れた第三の金属を
用いても良い。そして真空蒸着装置(4)により、蒸発さ
せ中間層の原料となる材料（蒸発材料）のTi(10)が成膜
されて帯板材上に中間層となる接合層が形成される。次
に、上記接合層が中間層になるように、圧着ロール(9)
により二つの帯板材の成膜面同士を圧着ロールにより、
圧着接合され、巻取り装置(6)により巻き取られる。

【００２１】なお、真空蒸着装置の加熱源としては、蒸
着材をTiとした場合、電子ビームが適切であるが、イオ
ンエッチング装置やスパッタリング装置の作動にガスを
導入するため、電子ビームの作動圧力よりも真空槽の気
圧が上がるおそれがあるので、隔壁(11)を設けて電子ビ
ームの作動する部分とイオンエッチング装置やスパッタ
リング装置の作動する部分との圧力差を変えても良い。

【００２２】このようにして緻密で密着性の良い下地膜
層をスパッタリングにより形成し、次に真空蒸着により
厚膜の中間層を形成しつつ、表面を非導電性材料のセラ
ミックで被覆した圧着ロールをロール加圧装置にて加圧
し、二つの帯板材の圧着接合を行ない、極薄中間層を有
する三層積層材を製造することができた。表１にこの結
果とスパッタリングのみ、真空蒸着のみ実施の場合の結
果とをまとめて示す。ここで、接合強さは二つの帯材を
180度引き剥がし試験により測定した。また、エッチン
グバリア性は塩化第二鉄溶液に60分間浸漬した後のバリ
アの状態を観察した。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１に示すように、スパッタリングと真空
蒸着とを組み合わせることにより、接合強さとエッチン
グバリア性とに優れた積層材を経済的に製作することが
できた。

【００２５】

【発明の効果】本発明により、接合力が高く、例えば中
間層をエッチングバリアとして用いても、十分にバリア
機能を果たすことができ、しかも、経済性にも優れた極
薄中間層を有する積層帯板材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層箔製造装置の一例を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１．真空槽、２．イオンエッチング装置、３．スパッタ
リング装置、４．真空蒸着装置、５．巻出し装置、６．
巻取り装置、７．帯板材、８．帯板材、９．圧着ロー
ル、１０．蒸発させ中間層の原料となる材料（蒸発材
料）、１１．隔壁、１２．真空ポンプ、１３．電源、１
４．ガス導入機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AB01A AB01B AB01C AB12 AB17 AB33 AT00A AT00C BA03 BA06 BA10A BA10C EC01 EH66B GB41 JD01 JL01 JL11 4K029 AA02 AA25 BA08 BA17 BB02 CA01 CA05 GA00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内で二つ以上の帯板材を圧着接合
   して積層材とする積層材の製造方法において、複数の帯
   板材の被接合面上に、スパッタリング法により成膜を行
   なった後、真空蒸着法により成膜を行い、該成膜面同士
   を重合し、圧着ロールにて圧着接合を行なうことを特徴
   とする積層材の製造方法。
2. 【請求項２】 真空槽内に帯板材の供給装置を少なくと
   も二以上備え、前記帯板材の供給装置から供給された帯
   板材に蒸気が供給可能となるように配置されたスパッタ
   リング装置と真空蒸着装置とを備え、それらにより成膜
   した接合層が中間層となるように前記帯板材を圧着する
   圧着ロール装置を具備し、該圧着ロール装置により圧着
   された積層材を巻き取る巻取り装置を１つ以上具備して
   なることを特徴とする積層材の製造装置。