JP3176096B2 - セラミック表面への金属膜形成方法 - Google Patents
セラミック表面への金属膜形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、セラミック表面への
金属膜形成方法に関する。
金属膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミック表面への金属膜形成方法で実
用されているものとして、ペースト法、薄膜法、
酸化銅共晶法、湿式めっき法、拡散接合法などが挙
げられる。ペースト法は、Ｍｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ａｇ，Ｐ
ｄなどの金属粉とガラス粉をビヒクルと混合してペース
トにして、セラミック表面にスクリーン印刷したのち焼
成して金属膜を形成するという方法である。
用されているものとして、ペースト法、薄膜法、
酸化銅共晶法、湿式めっき法、拡散接合法などが挙
げられる。ペースト法は、Ｍｏ，Ｍｎ，Ｗ，Ａｇ，Ｐ
ｄなどの金属粉とガラス粉をビヒクルと混合してペース
トにして、セラミック表面にスクリーン印刷したのち焼
成して金属膜を形成するという方法である。
【０００３】この方法は比較的簡便で安価であるが、金
属膜の電気抵抗が大きい、微細なパターンニングが困難
であるなどの問題がある。薄膜法は、真空蒸着、イオ
ンプレーティング、スパッタリングなどのＰＶＤ法ある
いはＣＶＤ法でセラミック表面に金属膜を形成するとい
う方法である。この方法は、良質で高純度の金属膜を任
意の厚みで形成できる、成分を変えた多層膜を容易に形
成できる、など優れた特徴をもっているのであるが、セ
ラミック表面と金属膜との間に化学的結合を生じさせる
ことが困難なため、金属膜のセラミック表面への密着力
が弱いという短所がある。
属膜の電気抵抗が大きい、微細なパターンニングが困難
であるなどの問題がある。薄膜法は、真空蒸着、イオ
ンプレーティング、スパッタリングなどのＰＶＤ法ある
いはＣＶＤ法でセラミック表面に金属膜を形成するとい
う方法である。この方法は、良質で高純度の金属膜を任
意の厚みで形成できる、成分を変えた多層膜を容易に形
成できる、など優れた特徴をもっているのであるが、セ
ラミック表面と金属膜との間に化学的結合を生じさせる
ことが困難なため、金属膜のセラミック表面への密着力
が弱いという短所がある。
【０００４】この短所を補うために、セラミックとの結
合力の強い金属を下地層としてコーティングする、化学
的エッチング等の方法によりセラミック表面に凹凸を形
成してアンカー効果を大きくする、といったことが提案
されている（特開昭６１−２５１５８９号公報）。その
他にも、前処理としてのセラミックの加熱、プラズマ処
理も行われている。
合力の強い金属を下地層としてコーティングする、化学
的エッチング等の方法によりセラミック表面に凹凸を形
成してアンカー効果を大きくする、といったことが提案
されている（特開昭６１−２５１５８９号公報）。その
他にも、前処理としてのセラミックの加熱、プラズマ処
理も行われている。
【０００５】しかし、下地層は、熱伝導や電気伝導を阻
害したり、パターンニングを困難にしたりするし、セラ
ミック表面の凹凸は、電気伝導を阻害したり、パターン
ニングを困難にしたりする。また、従来の前処理として
の加熱やプラズマ処理では十分な密着力を確保すること
が出来ない。酸化銅共晶法は、セラミック表面に銅箔
または銅板を載せ、ごく微量の酸素を含む窒素中で加熱
し、銅箔または銅板の表面に酸化銅の膜を形成し、銅と
酸化銅の共晶温度１０６４℃以上で銅の融点１０８３℃
以下にして、銅箔または銅板の表面の酸化銅融液とセラ
ミック基板とを反応させることにより、セラミック基板
に銅膜を形成するという方法である。
害したり、パターンニングを困難にしたりするし、セラ
ミック表面の凹凸は、電気伝導を阻害したり、パターン
ニングを困難にしたりする。また、従来の前処理として
の加熱やプラズマ処理では十分な密着力を確保すること
が出来ない。酸化銅共晶法は、セラミック表面に銅箔
または銅板を載せ、ごく微量の酸素を含む窒素中で加熱
し、銅箔または銅板の表面に酸化銅の膜を形成し、銅と
酸化銅の共晶温度１０６４℃以上で銅の融点１０８３℃
以下にして、銅箔または銅板の表面の酸化銅融液とセラ
ミック基板とを反応させることにより、セラミック基板
に銅膜を形成するという方法である。
【０００６】この方法は、銅を厚く付けるのには適して
いるが、１００μｍ以下の薄い銅膜を形成するのは困難
であり、したがって、微細なパターン形成が出来ないと
いう問題がある。湿式めっき法は、化学エッチングに
よりセラミック表面を粗化した後、核付け、めっきを行
って銅等の金属膜を形成する方法である。
いるが、１００μｍ以下の薄い銅膜を形成するのは困難
であり、したがって、微細なパターン形成が出来ないと
いう問題がある。湿式めっき法は、化学エッチングに
よりセラミック表面を粗化した後、核付け、めっきを行
って銅等の金属膜を形成する方法である。
【０００７】この方法では、金属膜とセラミックの密着
力確保にセラミック表面の粗化が不可欠である。しか
し、セラミック表面の粗化は、電気伝導を阻害したり、
微細パターンの形成を困難にしたりする。特に高周波回
路基板として用いる場合、高周波に対する表皮抵抗が大
きくなり、高周波特性が劣化するという問題がある。
拡散接合法は、セラミック部材と金属膜材を重ねて、真
空または不活性ガス雰囲気で、加圧、加熱してセラミッ
ク部材と金属膜材の界面に拡散反応を生じさせて接合す
る（金属膜を形成をする）という方法である。
力確保にセラミック表面の粗化が不可欠である。しか
し、セラミック表面の粗化は、電気伝導を阻害したり、
微細パターンの形成を困難にしたりする。特に高周波回
路基板として用いる場合、高周波に対する表皮抵抗が大
きくなり、高周波特性が劣化するという問題がある。
拡散接合法は、セラミック部材と金属膜材を重ねて、真
空または不活性ガス雰囲気で、加圧、加熱してセラミッ
ク部材と金属膜材の界面に拡散反応を生じさせて接合す
る（金属膜を形成をする）という方法である。
【０００８】この方法は、セラミックと金属材料の組み
合わせによっては高い密着力が得られる。しかし、高温
（通常１０００℃以上）、高圧で長時間保持する必要が
ある、セラミックと金属膜の材料には制限が多い（接合
後の冷却中に熱応力により破壊しないように熱膨張率の
差を小さくする必要や、拡散により強度の低い化合物が
界面に形成されない必要があるなどのためである）、板
状のような簡単な形状でないと処理が困難といった問題
がある。
合わせによっては高い密着力が得られる。しかし、高温
（通常１０００℃以上）、高圧で長時間保持する必要が
ある、セラミックと金属膜の材料には制限が多い（接合
後の冷却中に熱応力により破壊しないように熱膨張率の
差を小さくする必要や、拡散により強度の低い化合物が
界面に形成されない必要があるなどのためである）、板
状のような簡単な形状でないと処理が困難といった問題
がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑み、セラミック表面に粗化や下地層を施さずに金属
膜を高い密着力で形成することのできる方法を提供する
ことを課題とする。
に鑑み、セラミック表面に粗化や下地層を施さずに金属
膜を高い密着力で形成することのできる方法を提供する
ことを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明にかかるセラミック表面への金属膜形成方
法では、非酸化性雰囲気中で酸化物系セラミック表面に
対し還元処理を施すことにより、前記セラミック表面を
金属原子に富む状態にしておいて、このセラミック表面
に金属膜を形成するようにしている。
め、この発明にかかるセラミック表面への金属膜形成方
法では、非酸化性雰囲気中で酸化物系セラミック表面に
対し還元処理を施すことにより、前記セラミック表面を
金属原子に富む状態にしておいて、このセラミック表面
に金属膜を形成するようにしている。
【００１１】この発明における還元処理は、例えば、セ
ラミックの結合エネルギー以上のエネルギーの光をセラ
ミック表面に照射する、あるいは，セラミック表面にイ
オンエッチングを施す、さらには、熱をかける、といっ
たことでなされる。セラミックとしては、アルミナ等が
例示されるが、これらに限らない。
ラミックの結合エネルギー以上のエネルギーの光をセラ
ミック表面に照射する、あるいは，セラミック表面にイ
オンエッチングを施す、さらには、熱をかける、といっ
たことでなされる。セラミックとしては、アルミナ等が
例示されるが、これらに限らない。
【００１２】金属膜の形成方法は、金属材の蒸着や金属
薄板のクラッドが例示されるが、やはり、これらに限定
されない。この発明における金属膜の形成法には金属薄
板をクラッドすることも含まれる。
薄板のクラッドが例示されるが、やはり、これらに限定
されない。この発明における金属膜の形成法には金属薄
板をクラッドすることも含まれる。
【００１３】
【作用】この発明では、金属膜形成を行う酸化物系セラ
ミック表面を、予め非酸化性雰囲気で還元処理し、セラ
ミック表面をセラミック構成原子のうちの金属原子に富
む状態にしておく。例えば、セラミックがアルミナの場
合についていえば、図１にみるように、セラミック構成
原子が還元されることで、セラミック構成原子のうちの
非金属原子である酸素（Ｏ）が選択的に除かれ、金属原
子であるアルミニウム（Ａｌ）は残留し、セラミック層
Ｔ表面はアルミニウム富裕層Ｓとなるのである。
ミック表面を、予め非酸化性雰囲気で還元処理し、セラ
ミック表面をセラミック構成原子のうちの金属原子に富
む状態にしておく。例えば、セラミックがアルミナの場
合についていえば、図１にみるように、セラミック構成
原子が還元されることで、セラミック構成原子のうちの
非金属原子である酸素（Ｏ）が選択的に除かれ、金属原
子であるアルミニウム（Ａｌ）は残留し、セラミック層
Ｔ表面はアルミニウム富裕層Ｓとなるのである。
【００１４】このように、金属原子に富む層Ｔは、セラ
ミック層に強固に結合していると同時に金属結合性をも
ち、図２にみるように、その上に形成された金属膜Ｍと
強固に結合する。そのため、金属膜Ｍのセラミック表面
に対する密着力は非常に強くなるのである。光照射やイ
オンエッチングでセラミック表面を凹凸形成（粗化）す
ることなく、セラミック表面を還元し金属原子に富む層
を形成するだけであるから、電気伝導の阻害や、あるい
は、微細なパターンの形成困難という問題も起こらな
い。
ミック層に強固に結合していると同時に金属結合性をも
ち、図２にみるように、その上に形成された金属膜Ｍと
強固に結合する。そのため、金属膜Ｍのセラミック表面
に対する密着力は非常に強くなるのである。光照射やイ
オンエッチングでセラミック表面を凹凸形成（粗化）す
ることなく、セラミック表面を還元し金属原子に富む層
を形成するだけであるから、電気伝導の阻害や、あるい
は、微細なパターンの形成困難という問題も起こらな
い。
【００１５】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。この発
明は、以下の実施例に限らないことは言うまでもない。 −実施例１− この実施例では、真空または不活性ガス等の非酸化性雰
囲気でセラミック表面に熱を加えて還元して、セラミッ
ク表面にセラミックを構成する元素のうち金属原子を十
分に露出させた後、このセラミック表面にＰＶＤ、クラ
ッド等の方法で金属膜を形成するようにしている。
明は、以下の実施例に限らないことは言うまでもない。 −実施例１− この実施例では、真空または不活性ガス等の非酸化性雰
囲気でセラミック表面に熱を加えて還元して、セラミッ
ク表面にセラミックを構成する元素のうち金属原子を十
分に露出させた後、このセラミック表面にＰＶＤ、クラ
ッド等の方法で金属膜を形成するようにしている。
【００１６】まず、第１の工程として、真空または不活
性ガス等の非酸化性雰囲気でセラミック表面に熱を加え
セラミック表面に金属原子富裕層を形成する。例えば、
セラミックがアルミナの場合は、図３にみるように、ア
ルミナセラミック部材１を真空蒸着装置２内にセット
し、装置２内を真空排気する。酸素分圧が１０-14 ａｔ
ｍとなるように真空排気しながら、ヒータ３で加熱しア
ルミナセラミック部材１の少なくとも表面を２０００Ｋ
（１７２７℃）以上−アルミナの融点以下の範囲の温度
にして、アルミナセラミック部材１の表面を熱分解して
酸素を除去する。こうすると、アルミニウム原子に富ん
だ極薄い（数Å〜数千Å）層がセラミック部材１の表面
に形成される。
性ガス等の非酸化性雰囲気でセラミック表面に熱を加え
セラミック表面に金属原子富裕層を形成する。例えば、
セラミックがアルミナの場合は、図３にみるように、ア
ルミナセラミック部材１を真空蒸着装置２内にセット
し、装置２内を真空排気する。酸素分圧が１０-14 ａｔ
ｍとなるように真空排気しながら、ヒータ３で加熱しア
ルミナセラミック部材１の少なくとも表面を２０００Ｋ
（１７２７℃）以上−アルミナの融点以下の範囲の温度
にして、アルミナセラミック部材１の表面を熱分解して
酸素を除去する。こうすると、アルミニウム原子に富ん
だ極薄い（数Å〜数千Å）層がセラミック部材１の表面
に形成される。
【００１７】ついで、第２の工程として、金属膜を蒸着
法で形成する。酸素が再びアルミナセラミック部材１の
表面に付着して酸化することのないように、十分に真空
排気しながら、セラミック部材１を冷却し、例えば、５
００℃まで下げてから、蒸着源４にセットした銅、アル
ミニウム、ニッケル等の金属材料を電子ビーム，抵抗加
熱等の方法で加熱し蒸発させて、セラミック部材１の表
面に銅膜、アルミニウム膜、あるいは、ニッケル膜等の
金属膜を形成する。
法で形成する。酸素が再びアルミナセラミック部材１の
表面に付着して酸化することのないように、十分に真空
排気しながら、セラミック部材１を冷却し、例えば、５
００℃まで下げてから、蒸着源４にセットした銅、アル
ミニウム、ニッケル等の金属材料を電子ビーム，抵抗加
熱等の方法で加熱し蒸発させて、セラミック部材１の表
面に銅膜、アルミニウム膜、あるいは、ニッケル膜等の
金属膜を形成する。
【００１８】このように、セラミック部材の表面を加熱
して還元してセラミックを構成する原子のうち金属原子
を露出させておいて、その上に金属膜を形成すること
で、セラミック部材への密着力の優れた金属膜を形成す
ることができる。密着力に優れるのは、セラミックの構
成原子の共有結合性またはイオン結合性を弱め、金属結
合性を有する金属原子富裕層をセラミック部材との密着
力が高い状態で形成されていて、この金属結合性をもっ
た金属原子富裕層が金属膜と強固に結合するからであ
る。また、金属膜形成は、比較的低温で行えるので金属
膜形成後の冷却による残留応力も小さくできる。
して還元してセラミックを構成する原子のうち金属原子
を露出させておいて、その上に金属膜を形成すること
で、セラミック部材への密着力の優れた金属膜を形成す
ることができる。密着力に優れるのは、セラミックの構
成原子の共有結合性またはイオン結合性を弱め、金属結
合性を有する金属原子富裕層をセラミック部材との密着
力が高い状態で形成されていて、この金属結合性をもっ
た金属原子富裕層が金属膜と強固に結合するからであ
る。また、金属膜形成は、比較的低温で行えるので金属
膜形成後の冷却による残留応力も小さくできる。
【００１９】上記の場合、真空雰囲気で、アルミナセラ
ミック部材１の少なくとも表面を２０００Ｋ（１７２７
℃）以上−アルミナの融点以下の範囲の温度に加熱した
が、Ｈ2 ／Ｈ2 Ｏ＝１０5 のＨ2 雰囲気、あるいは、Ｃ
Ｏ／ＣＯ2 ＝１０6 のＣＯガス雰囲気などの非酸化性雰
囲気で、アルミナセラミック部材１の少なくとも表面を
２０００Ｋ（１７２７℃）以上−アルミナの融点以下の
範囲の温度に加熱するようにしてもよい。
ミック部材１の少なくとも表面を２０００Ｋ（１７２７
℃）以上−アルミナの融点以下の範囲の温度に加熱した
が、Ｈ2 ／Ｈ2 Ｏ＝１０5 のＨ2 雰囲気、あるいは、Ｃ
Ｏ／ＣＯ2 ＝１０6 のＣＯガス雰囲気などの非酸化性雰
囲気で、アルミナセラミック部材１の少なくとも表面を
２０００Ｋ（１７２７℃）以上−アルミナの融点以下の
範囲の温度に加熱するようにしてもよい。
【００２０】なお、参考技術として、セラミック部材が
窒化アルミニウムの場合は、真空雰囲気で約２２００℃
の温度で加熱すると、熱分解が起こり、セラミック部材
の表面にアルミニウムに富んだ薄い層が出来る。セラミ
ック部材が炭化珪素の場合は、ＣＯ／ＣＯ2 ＝１０4 程
度のＣＯガス雰囲気で約１６００Ｋ（１３２７℃）で加
熱するとセラミック部材の表面に金属珪素に富んだ薄い
層が出来る。
窒化アルミニウムの場合は、真空雰囲気で約２２００℃
の温度で加熱すると、熱分解が起こり、セラミック部材
の表面にアルミニウムに富んだ薄い層が出来る。セラミ
ック部材が炭化珪素の場合は、ＣＯ／ＣＯ2 ＝１０4 程
度のＣＯガス雰囲気で約１６００Ｋ（１３２７℃）で加
熱するとセラミック部材の表面に金属珪素に富んだ薄い
層が出来る。
【００２１】セラミック部材の表面への金属膜形成は、
真空蒸着に限らず、スパッタリングによってもよいし、
さらには、表面の酸化膜を除去した金属箔ないし金属薄
板を圧着（クラッド）してもよい。 −実施例２− この実施例では、真空または不活性ガス等の非酸化性雰
囲気でセラミック表面に自由電子レーザ、真空紫外線等
を照射して、セラミック表面に金属原子を露出させた
後、このセラミック表面にＰＶＤ、クラッド等の方法で
金属膜を形成するようにしている。自由電子レーザや真
空紫外線は、セラミックの結合エネルギー以上のエネル
ギー（波長）の光である。
真空蒸着に限らず、スパッタリングによってもよいし、
さらには、表面の酸化膜を除去した金属箔ないし金属薄
板を圧着（クラッド）してもよい。 −実施例２− この実施例では、真空または不活性ガス等の非酸化性雰
囲気でセラミック表面に自由電子レーザ、真空紫外線等
を照射して、セラミック表面に金属原子を露出させた
後、このセラミック表面にＰＶＤ、クラッド等の方法で
金属膜を形成するようにしている。自由電子レーザや真
空紫外線は、セラミックの結合エネルギー以上のエネル
ギー（波長）の光である。
【００２２】まず、第１の工程として、真空または不活
性ガス等の非酸化性雰囲気でセラミック表面に光照射を
行いセラミック表面に金属原子を露出させる。図４にみ
るように、アルミナセラミック部材１を真空蒸着装置１
０内にセットし、装置１０内を真空排気する。セラミッ
ク部材１が含んでいる水分等の吸着ガスを除去するため
ヒータ１２で例えば約２００℃に加熱する。吸着ガスが
排気され、真空度が十分に高くなった段階でセラミック
部材１の表面に光源１３から光を照射する。照射する光
は、セラミックを構成する原子の結合エネルギー以上の
フォトンエネルギーを持つ波長の光である。
性ガス等の非酸化性雰囲気でセラミック表面に光照射を
行いセラミック表面に金属原子を露出させる。図４にみ
るように、アルミナセラミック部材１を真空蒸着装置１
０内にセットし、装置１０内を真空排気する。セラミッ
ク部材１が含んでいる水分等の吸着ガスを除去するため
ヒータ１２で例えば約２００℃に加熱する。吸着ガスが
排気され、真空度が十分に高くなった段階でセラミック
部材１の表面に光源１３から光を照射する。照射する光
は、セラミックを構成する原子の結合エネルギー以上の
フォトンエネルギーを持つ波長の光である。
【００２３】セラミックがアルミナの場合、その結合エ
ネルギー１５．４ｅＶに相当する８０．４ｎｍより短い
波長の光である真空紫外線を照射する。光源としては、
例えば、自由電子レーザ、ヒンテレガー光源、あるい
は、Ｈｅ，Ｎｅの４０〜６０Torrの高電圧放電による発
光等を用いることができる。このような光照射により、
セラミック部材の表面の原子結合を分解し、アルミナセ
ラミック中の酸素を真空中に放出させて、セラミック部
材１の表面にアルミニウム原子に富んだ極薄い（数Å〜
数千Å）層を形成する。
ネルギー１５．４ｅＶに相当する８０．４ｎｍより短い
波長の光である真空紫外線を照射する。光源としては、
例えば、自由電子レーザ、ヒンテレガー光源、あるい
は、Ｈｅ，Ｎｅの４０〜６０Torrの高電圧放電による発
光等を用いることができる。このような光照射により、
セラミック部材の表面の原子結合を分解し、アルミナセ
ラミック中の酸素を真空中に放出させて、セラミック部
材１の表面にアルミニウム原子に富んだ極薄い（数Å〜
数千Å）層を形成する。
【００２４】ついで行う第２の工程では、実施例１の場
合と同様に、上記セラミック部材１の表面に、真空蒸
着、スパッタリング、クラッド等の方法で、銅、アルミ
ニウム、ニッケル等の所望の金属膜を形成する。第１の
工程と第２の工程の間は、セラミック部材１の表面に残
留ガス等が再付着しないように、できるだけ短時間で移
行させるとともに十分な真空度を維持するようにする。
合と同様に、上記セラミック部材１の表面に、真空蒸
着、スパッタリング、クラッド等の方法で、銅、アルミ
ニウム、ニッケル等の所望の金属膜を形成する。第１の
工程と第２の工程の間は、セラミック部材１の表面に残
留ガス等が再付着しないように、できるだけ短時間で移
行させるとともに十分な真空度を維持するようにする。
【００２５】このように、セラミック部材の表面に自由
電子レーザ、真空紫外線等の、セラミックの結合エネル
ギー相当以上の短い波長の光を照射してセラミック部材
の表面を還元してセラミックを構成する原子のうち金属
原子を露出させておいて、その上に金属膜を形成するこ
とで、セラミック部材への密着力の優れた金属膜を形成
することができる。密着力に優れるのは、セラミックの
構成原子の共有結合性またはイオン結合性を弱め、金属
結合性を有する金属原子富裕層をセラミック部材との密
着力が高い状態で形成し、また、この金属原子富裕層が
ダングリングボンドを持ち、光照射で与えられたエネル
ギーで活性な状態にある為、金属原子富裕層が金属膜に
強固に結合するからである。また、金属膜形成は、比較
的低温で行えるので金属膜形成後の冷却による残留応力
も小さくできる。
電子レーザ、真空紫外線等の、セラミックの結合エネル
ギー相当以上の短い波長の光を照射してセラミック部材
の表面を還元してセラミックを構成する原子のうち金属
原子を露出させておいて、その上に金属膜を形成するこ
とで、セラミック部材への密着力の優れた金属膜を形成
することができる。密着力に優れるのは、セラミックの
構成原子の共有結合性またはイオン結合性を弱め、金属
結合性を有する金属原子富裕層をセラミック部材との密
着力が高い状態で形成し、また、この金属原子富裕層が
ダングリングボンドを持ち、光照射で与えられたエネル
ギーで活性な状態にある為、金属原子富裕層が金属膜に
強固に結合するからである。また、金属膜形成は、比較
的低温で行えるので金属膜形成後の冷却による残留応力
も小さくできる。
【００２６】−実施例３− この実施例では、真空または不活性ガス等の非酸化性雰
囲気でセラミック表面にイオンビームエッチングあるい
はプラズマエッチング等のイオンエッチングを施しセラ
ミック表面に金属原子を露出させた後、このセラミック
表面にＰＶＤ、クラッド等の方法で金属膜を形成するよ
うにしている。
囲気でセラミック表面にイオンビームエッチングあるい
はプラズマエッチング等のイオンエッチングを施しセラ
ミック表面に金属原子を露出させた後、このセラミック
表面にＰＶＤ、クラッド等の方法で金属膜を形成するよ
うにしている。
【００２７】まず、第１の工程として、真空または不活
性ガス等の非酸化性雰囲気でセラミック表面にイオンエ
ッチングを施しセラミック表面に金属原子を露出させ
る。図５にみるように、セラミック部材１を真空蒸着装
置２０内にセットし、装置２０内を真空排気する。セラ
ミック部材１が含んでいる水分等の吸着ガスを除去する
ためヒータ１２で例えば約２００℃に加熱する。吸着ガ
スが排気され、真空度が十分に高くなった段階で、イオ
ン源２３からイオンビームをセラミック部材（例えばア
ルミナセラミック部材）１の表面に照射する。
性ガス等の非酸化性雰囲気でセラミック表面にイオンエ
ッチングを施しセラミック表面に金属原子を露出させ
る。図５にみるように、セラミック部材１を真空蒸着装
置２０内にセットし、装置２０内を真空排気する。セラ
ミック部材１が含んでいる水分等の吸着ガスを除去する
ためヒータ１２で例えば約２００℃に加熱する。吸着ガ
スが排気され、真空度が十分に高くなった段階で、イオ
ン源２３からイオンビームをセラミック部材（例えばア
ルミナセラミック部材）１の表面に照射する。
【００２８】照射するイオンの種類は、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ａｌ，Ｔｉ等の還元能力のある（反応し易い）元素
のイオンが好ましいが、Ａｒ，Ｎ等の不活性な元素のイ
オンでもよい。また、照射するイオンの加速エネルギー
は、セラミックの原子結合エネルギー（例えば、アルミ
ナでは１５．４ｅＶ）よりも大きいが、イオン照射によ
るセラミック部材１の表面のスパッタ作用の少ない加速
エネルギーを選定する。例えば、５０〜５００ｅｖ程度
の加速エネルギーとする。
ａ，Ａｌ，Ｔｉ等の還元能力のある（反応し易い）元素
のイオンが好ましいが、Ａｒ，Ｎ等の不活性な元素のイ
オンでもよい。また、照射するイオンの加速エネルギー
は、セラミックの原子結合エネルギー（例えば、アルミ
ナでは１５．４ｅＶ）よりも大きいが、イオン照射によ
るセラミック部材１の表面のスパッタ作用の少ない加速
エネルギーを選定する。例えば、５０〜５００ｅｖ程度
の加速エネルギーとする。
【００２９】イオン照射により、セラミック部材の表面
の原子結合が分解し、セラミック部材１の表面にセラミ
ックを構成する原子のうちの金属原子（例えば、アルミ
ナではアルミウニム）に富んだ極薄い（数Å〜数千Å）
層が形成される。これは主として、以下のような理由に
よる。イオンが照射されると、セラミック部材の表面の
原子には、その結合エネルギー以上のエネルギーが与え
られて結合が解ける。金属原子以外の原子（例えば、ア
ルミナでは酸素、窒化アルミニウムでは窒素）は金属原
子に比べて軽くて気化し易いために金属原子以外の原子
が選択的に除去され、金属原子がセラミック部材の表面
に残留することになる。その結果、セラミック部材の表
面に金属原子富裕層ができる。また、イオン自体に還元
能力のある場合には、上記の分解効果以外にイオンの還
元効果でセラミック部材の表面の金属原子以外の原子
（例えば、アルミナでは酸素、窒化アルミニウムでは窒
素）を除去されることが加わることになる。
の原子結合が分解し、セラミック部材１の表面にセラミ
ックを構成する原子のうちの金属原子（例えば、アルミ
ナではアルミウニム）に富んだ極薄い（数Å〜数千Å）
層が形成される。これは主として、以下のような理由に
よる。イオンが照射されると、セラミック部材の表面の
原子には、その結合エネルギー以上のエネルギーが与え
られて結合が解ける。金属原子以外の原子（例えば、ア
ルミナでは酸素、窒化アルミニウムでは窒素）は金属原
子に比べて軽くて気化し易いために金属原子以外の原子
が選択的に除去され、金属原子がセラミック部材の表面
に残留することになる。その結果、セラミック部材の表
面に金属原子富裕層ができる。また、イオン自体に還元
能力のある場合には、上記の分解効果以外にイオンの還
元効果でセラミック部材の表面の金属原子以外の原子
（例えば、アルミナでは酸素、窒化アルミニウムでは窒
素）を除去されることが加わることになる。
【００３０】ついで行う第２の工程では、実施例１の場
合と同様に、上記セラミック部材１の表面に、真空蒸
着、スパッタリング、クラッド等の方法で、銅、アルミ
ニウム、ニッケル等の所望の金属膜を形成する。第１の
工程と第２の工程の間は、セラミック部材１の表面に残
留ガス等が再付着しないように、できるだけ短時間で移
行させるとともに十分な真空度を維持するようにする。
合と同様に、上記セラミック部材１の表面に、真空蒸
着、スパッタリング、クラッド等の方法で、銅、アルミ
ニウム、ニッケル等の所望の金属膜を形成する。第１の
工程と第２の工程の間は、セラミック部材１の表面に残
留ガス等が再付着しないように、できるだけ短時間で移
行させるとともに十分な真空度を維持するようにする。
【００３１】イオンエッチングの方法は、イオン銃から
のイオンビーム照射に限らず、プラズマ（例えはＲＦプ
ラズマやマイクロ波プラズマ）に晒すプラズマエッチン
グでもよい。この場合、セラミック部材には、数十Ｖ〜
数百Ｖ程度のバイアス電圧をかけておくようにするとよ
い。また、雰囲気も真空雰囲気でなく不活性ガス雰囲気
でもよい。
のイオンビーム照射に限らず、プラズマ（例えはＲＦプ
ラズマやマイクロ波プラズマ）に晒すプラズマエッチン
グでもよい。この場合、セラミック部材には、数十Ｖ〜
数百Ｖ程度のバイアス電圧をかけておくようにするとよ
い。また、雰囲気も真空雰囲気でなく不活性ガス雰囲気
でもよい。
【００３２】このように、セラミック部材の表面にセラ
ミックの原子結合エネルギーより大きいエネルギーをも
ったイオンを衝突させてセラミック部材の表面を還元し
てセラミックを構成する原子のうち金属原子を露出させ
ておいて、その上に金属膜を形成することで、セラミッ
ク部材への密着力の優れた金属膜を形成することができ
る。密着力に優れるのは、衝突イオンにより、セラミッ
クの構成原子の共有結合性またはイオン結合性を弱め、
金属結合性を有する金属原子富裕層をセラミック部材と
の密着力が高い状態で形成し、また、この金属結合性を
もった層がダングリングボンドを持ち、イオンから得た
エネルギーで活性な状態にある為、金属原子富裕層が金
属膜に強固に結合するからである。また、金属膜形成
は、比較的低温で行えるので金属膜形成後の冷却による
残留応力も小さくできる。
ミックの原子結合エネルギーより大きいエネルギーをも
ったイオンを衝突させてセラミック部材の表面を還元し
てセラミックを構成する原子のうち金属原子を露出させ
ておいて、その上に金属膜を形成することで、セラミッ
ク部材への密着力の優れた金属膜を形成することができ
る。密着力に優れるのは、衝突イオンにより、セラミッ
クの構成原子の共有結合性またはイオン結合性を弱め、
金属結合性を有する金属原子富裕層をセラミック部材と
の密着力が高い状態で形成し、また、この金属結合性を
もった層がダングリングボンドを持ち、イオンから得た
エネルギーで活性な状態にある為、金属原子富裕層が金
属膜に強固に結合するからである。また、金属膜形成
は、比較的低温で行えるので金属膜形成後の冷却による
残留応力も小さくできる。
【００３３】
【発明の効果】以上に述べたように、この発明にかかる
方法によれば、セラミック表面を予めセラミックを構成
する原子のうち金属元素に富む状態にしておいて金属膜
を形成するため、セラミック表面に対する金属膜の密着
力が高く、しかも、セラミック表面には金属富裕層を形
成するだけでセラミック表面に下地層を形成したり表面
粗化を施す必要がないため、電気伝導の阻害や微細なパ
ターン形成の支障が起こる心配もない。
方法によれば、セラミック表面を予めセラミックを構成
する原子のうち金属元素に富む状態にしておいて金属膜
を形成するため、セラミック表面に対する金属膜の密着
力が高く、しかも、セラミック表面には金属富裕層を形
成するだけでセラミック表面に下地層を形成したり表面
粗化を施す必要がないため、電気伝導の阻害や微細なパ
ターン形成の支障が起こる心配もない。
【図１】この発明における還元処理を施したセラミック
表面の状態を模式的にあらわす説明図である。
表面の状態を模式的にあらわす説明図である。
【図２】この発明により金属膜を形成したセラミック部
材の断面を模式的にあらわす説明図である。
材の断面を模式的にあらわす説明図である。
【図３】実施例１の実施状況をあらわす概略説明図であ
る。
る。
【図４】実施例２の実施状況をあらわす概略説明図であ
る。
る。
【図５】実施例３の実施状況をあらわす概略説明図であ
る。
る。
１ セラミック部材 ２ 真空蒸着装置 ４ 蒸着源 １０ 真空蒸着装置 １３ 光源 ２０ 真空蒸着装置 ２３ イオン源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−139073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−270479（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−18184（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−164784（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−194065（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−46084（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 41/88 C23C 14/02
Claims (3)
- 【請求項１】 非酸化性雰囲気中で酸化物系セラミック
表面に対し還元処理を施すことにより、前記セラミック
表面を金属原子に富む状態にしておいて、このセラミッ
ク表面に金属膜を形成するようにするセラミック表面へ
の金属膜形成方法。 - 【請求項２】 還元処理が、セラミックの結合エネルギ
ー以上のエネルギーの光をセラミック表面に照射するこ
とでなされる請求項１記載のセラミック表面への金属膜
形成方法 - 【請求項３】 還元処理が、セラミック表面にイオンエ
ッチングを施すことでなされる請求項１記載のセラミッ
ク表面への金属膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24384291A JP3176096B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | セラミック表面への金属膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24384291A JP3176096B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | セラミック表面への金属膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0578185A JPH0578185A (ja) | 1993-03-30 |
| JP3176096B2 true JP3176096B2 (ja) | 2001-06-11 |
Family
ID=17109762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24384291A Expired - Fee Related JP3176096B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-09-24 | セラミック表面への金属膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3176096B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5124728B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2013-01-23 | 国立大学法人東京工業大学 | 水素生成装置、レーザ還元装置、エネルギー変換装置、水素生成方法および発電システム |
| JP6111035B2 (ja) * | 2012-09-27 | 2017-04-05 | セーレン株式会社 | セラミックスの表面改質方法 |
-
1991
- 1991-09-24 JP JP24384291A patent/JP3176096B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0578185A (ja) | 1993-03-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |