JP3243319B2 - 有機質基材表面のメタライズ方法 - Google Patents

有機質基材表面のメタライズ方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、有機質基材表面に気
相成長法により金属膜を形成する有機質基材表面のメタ
ライズ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、有機質基材表面への気相成長法に
よるメタライズ技術は、装飾品からフレキシブルプリン
ト基板などの電子機器部品、包装用フィルムをはじめ幅
広く利用されている。しかしながら、有機質基材表面へ
の気相成長法によるメタライズ技術における大きな問題
として、有機質基材と金属膜の密着性があげられ、有機
質基材表面に強固に密着した金属膜を得ることは非常に
難しい。
【0003】従来、この問題を解決するために様々な方
法がとられている。1つには、酸,アルカリ等による表
面処理を行って有機質基材表面に凹凸を形成し、アンカ
ー効果等により、金属膜の密着性を高める方法がある。
しかし、この方法では、メタライズした金属膜表面に凹
凸が生じるため、金属光沢がでない、高周波用回路基板
に使う場合には凹凸による表皮抵抗が生じ電気特性に悪
影響が出る、凹凸形成のために工程が複雑になる、など
の問題がある。
【0004】また、金属膜を形成する前に、有機質基材
表面にTi,Cr等をプリコートすることにより、金属
膜の密着性を高める方法もある。しかし、この方法で
は、回路基板として金属膜をパターンエッチングして使
用する際のエッチング性に問題が生じる。即ち、上の金
属膜をパターンエッチングして使用する際に下のプリコ
ート層が残るという問題が生じるのである。
【0005】あるいは、アルゴンガス等の不活性ガスや
酸素,窒素,一酸化炭素,二酸化炭素などの活性ガスの
単独ガスまたは混合ガスのプラズマで表面処理した後、
金属膜を形成する方法も提唱されている。この表面処理
で有機質基材表面を活性化および−OH等の官能基形成
を行う方法である。−OH等の官能基は金属との親和性
が高く、金属膜の密着性を高める働きをするというので
ある。(特開昭63−270455公報)。しかしなが
ら、この方法でも、有機質基材と金属膜の密着性が非常
によいというまでには到らない。
【0006】
【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、基材表面に凹凸を形成したり、所望の金属膜以
外の材料をプリコートせずに、平滑な有機質基材の表面
に密着力の高い気相成長法による金属膜を形成すること
のできる方法を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記のうち
プラズマで表面処理し有機質基材表面に官能基を形成す
る方法に着目し、鋭意検討の結果、下記の知見を得るこ
とができた。ひとつは、水蒸気(H2 O)を使えば有機
質基材と金属膜の密着性が非常によくなるという知見で
ある。
【0008】もうひとつは、特定配合の混合ガスのプラ
ズマを使えば有機質基材と金属膜の密着性が非常によく
なるという知見である。すなわち、この発明は、有機質
基材表面のメタライズするにあたり、水蒸気雰囲気下に
おいて有機質基材表面に不活性ガスや活性ガスまたはそ
の混合ガスのイオンビーム照射による表面処理を施した
、基材表面に気相成長法により金属膜を形成するよう
にする構成を特徴とする。前記イオンビームの照射は、
数百ev程度以下、例えば、15〜500evの範囲に
ある低エネルギーのイオンで行うことが好ましい。
【0009】後者の知見を得ることで完成することので
きた発明は、以下の通りである。すなわち、後者の知見
による発明は、有機質基材表面のメタライズするにあた
り、有機質基材表面を、酸素とアルゴンの体積混合比が
酸素55〜90%、アルゴン10〜45%の範囲の混合
ガスのプラズマによる表面処理を施した後、基材表面に
気相成長法により金属膜を形成する構成を特徴とする。
この場合、酸素とアルゴンの体積混合比は酸素70〜8
0%、アルゴン20〜30%の範囲がより高い密着力が
得られるために好ましい。
【0010】この発明における有機質基材は、ポリイミ
ド板などが例示されるが、特定のものに限らず、他の有
機素材のものや、フィルム状形態のものなど様々な素材
と形態のものがある。この発明における金属膜は、例え
ば、銅膜などが例示されるが、特定の金属膜に限らない
ことは言うまでもない。
【0011】この発明における気相成長法は、例えば、
スパッタリング法が例示されるが、特定の気相成長法に
限らないことは言うまでもない。
【0012】
【作用】この発明の有機質基材表面のメタライズ方法の
場合、有機質基材の表面処理効果が顕著であるため、基
材表面に気相成長法により形成される金属膜の密着力が
非常によくなる。H2 Oの存在で官能基が多くなった
り、混合ガスでの混合比率が適切なため活性化が顕著な
ので堆積・成長する金属の化学的結合が強固なものとな
るのである。
【0013】この発明の場合の表面処理は、酸やアルカ
リを用いないため、様々な不都合の原因となる金属膜の
凹凸を招くような凹凸が有機質基材表面に生成されるこ
とはない。この発明の場合の表面処理は、Ti,Crな
どのプリコート層を設けないため、金属膜エッチング時
のプリコート層未エッチングという問題はない。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。勿論、
この発明は下記の実施例に限らない。 −実施例1− 図1は実施例1で用いる製造装置の概略をあらわしてい
る。製造装置の真空チャンバー1内では、高周波電極で
もある基板ホルダー2の上に有機質基材3が設置され、
基板ホルダー2と対向して金属膜成膜用の銅製ターゲッ
ト(金属ターゲット)4が設置されており、真空チャン
バー1の外からガス導入を行うための3つのガス導入口
5,6,7が設けられている。有機質基材3といわゆる
銅製ターゲット4の間にはシャッター8が設置されてい
る。ガス導入口5からはアルゴンガスが、ガス導入口6
からは酸素ガスが、ガス導入口7からは水蒸気が、それ
ぞれ導入される。排気口9の先は真空ポンプに接続され
ている。
【0015】基板ホルダー2の上に有機質基材3を載
せ、真空チャンバー1内を1×10-5Torr以下になるま
で真空排気する。その後、アルゴンと酸素の混合ガスを
導入し、シャッター8を閉じたままでプラズマを発生さ
せ、有機質基材3の表面処理を開始するのであるが、表
面処理の際、ガス導入口7より真空チャンバー1内に水
蒸気を少量導入するようにする。
【0016】有機質基材3の表面処理後、酸素および水
蒸気の導入を止めてアルゴンガスのみを導入する。その
後、シャッター8を閉じたままでプレスパッタリングを
開始する。しばらくしてからシャッター8を開いて、有
機質基材3の表面に銅膜を形成する。 −実施例2− 図2は実施例2で用いる製造装置の概略をあらわしてい
る。
【0017】図2の製造装置では、真空チャンバー1内
左側にイオンガン(酸素を用いるためECR等の無電極
タイプのイオン源を用いる)13が配置されていて、搬
送可能な基板ホルダー12に載置された有機質基材3の
表面にイオンガン13からイオンビームが照射されるよ
うになっている。イオンガン13の口径は有機質基材3
の大きさにあわせて選定する。
【0018】一方、真空チャンバー1内右側に銅製ター
ゲット(金属ターゲット)4が設けられており、搬送可
能な基板ホルダー12に載置された表面処理ずみの有機
質基材3の表面に銅膜を形成できるようになっている。
真空チャンバー1には、ガス導入口15,16,17も
設けられており、ガス導入口15からはアルゴンと酸素
の混合ガスが、ガス導入口16からはアルゴンガスが、
ガス導入口17からは水蒸気が、それぞれ導入される。
有機質基材3と銅製ターゲット4の間にはシャッター8
が設置されている。排気口9の先は真空ポンプに接続さ
れている。
【0019】基板ホルダー12の上に有機質基材3を載
せ、真空チャンバー1内を1×10 -5Torr以下になるま
で真空排気する。その後、アルゴンと酸素の混合ガスを
ガス導入口15から導入しイオンガン13より有機質基
材3表面にアルゴンと酸素の混合ガスイオンビームを照
射し表面処理する。表面処理の際、真空チャンバー1内
にガス導入口17より水蒸気を少量導入するようにす
る。
【0020】イオンビーム照射による表面処理の後、ア
ルゴンと酸素の混合ガスおよび水蒸気の導入を止めて、
基板ホルダー12を移動させて有機質基材3を銅製ター
ゲット4の下に位置させる。そして、アルゴンガスの導
入下、シャッター8を閉じたままでプレスパッタリング
を開始する。しばらくしてからシャッター8を開いて、
有機質基材3の表面に銅膜を形成する。
【0021】−実施例3− 実施例2において、イオンビーム照射時のイオンをエネ
ルギーを数百ev以下の低エネルギーのものとした他
は、実施例2と同じようにして、有機質基材3の表面に
銅膜を形成した。この場合、低エネルギーのイオンを照
射することで有機質基材表面の照射損傷が抑えられるた
め、金属膜の密着力がより高くなる。
【0022】−実施例4− まず、有機質基材の基板ホルダーへのセットおよび前処
理である表面処理を以下のようにして行った。図3は実
施例4で用いる製造装置の概略をあらわしている。製造
装置の真空チャンバー21内では、高周波電極でもある
基板ホルダー22の上に有機質基材23が設置され、基
板ホルダー22と対向してカソード24が設置されてお
り、真空チャンバー1の外からガス導入を行うための2
つのガス導入口26,27が設けられている。ガス導入
口26からは酸素とアルゴンガスの混合ガスが、ガス導
入口27からはアルゴンガスが、それぞれ導入される。
排気口29の先は真空ポンプに接続されている。
【0023】基板ホルダー22の上に、例えばポリイミ
ド板などの有機質基材23を取り付け、真空チャンバー
21内を、例えば、1×10-5Torr以下になるまで真空
排気する。そして、ハロゲンヒーターなどで有機質基材
23を例えば100℃に予備加熱し、吸着した水分等を
除去する。そして、酸素とアルゴンの混合ガスを例えば
2×10-1Torrとなるよう導入し、基板ホルダー22に
例えば300Wの高周波電力を印加して、基板表面近傍
にプラズマPを発生させて基板表面をプラズマ処理す
る。このプラズマ処理は例えば1分間行う。
【0024】有機質基材をポリイミド基材にして、前処
理用の混合ガスにおける酸素とアルゴンの体積混合比を
酸素55〜90%、アルゴン10〜45%の範囲で変え
て何度も金属膜としての銅膜の形成を行い、銅膜の18
0°ピール強度を測定した。測定結果は、図4の通りで
ある。図4をみると、アルゴン単独や酸素単独ではピー
ル強度は低いが、混合ガスにおける酸素とアルゴンの体
積混合比を酸素55〜90%の範囲、、アルゴン10〜
45%の範囲、特に酸素70〜80%の範囲、アルゴン
20〜30%の範囲とした場合は高いピール強度で銅膜
の密着力が非常によいことが分かる。
【0025】この発明は、実施例に例示した製造装置、
有機質基材およびガス種ものに限らない。例えば、実施
例1〜3の場合、バッチ式で処理を行う製造装置を用い
たが、図5にみるように、真空チャンバー内に巻出ロー
ル31ロールと巻取ロール32を配し中間のドラム33
の手前で表面処理し、ドラム33のところで金属膜形成
を行うようにした装置を用いれば、フィルム状の有機質
基材表面への連続メタライズが可能である。30はフィ
ルム状の有機質基材、35は予備加熱ヒータ、37はイ
オンガンである。38は金属ターゲットであり、その他
のものの図示は省略してある。
【0026】また、実施例4の場合も、バッチ式で処理
を行う製造装置を用いたが、図6にみるように、真空チ
ャンバー内に巻出し機41と巻取機42を配し、巻出し
機41のあとに予備加熱室、プラズマ処理室、金属膜形
成室を順に設け、冷却ドラム43の手前で表面処理した
あとカソード44のところで金属膜形成を行い巻き取る
構成の製造装置を用いれば、フィルム状の有機質基材表
面への連続メタライズが可能である。
【0027】
【発明の効果】この発明の有機質基材表面のメタライズ
方法の場合、有機質基材の表面処理効果が顕著であるた
め、基材表面に気相成長法により形成される金属膜の密
着力が非常によくなり、酸やアルカリを用いないため、
不都合な凹凸が有機質基材表面に生成されることはな
く、しかも、Ti,Crなどのプリコート層を設けない
ため、金属膜エッチング上の問題も解消され、非常に有
用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で用いた製造装置の概略構成の説明
図。
【図2】実施例2で用いた製造装置の概略構成の説明
図。
【図3】実施例4で用いた製造装置の概略構成の説明
図。
【図4】実施例4での銅膜のピール強度とガスの混合比
率の関係を示すグラフ。
【図5】この発明で用いる他の製造装置例を示す説明
図。
【図6】この発明で用いる他の製造装置例を示す説明
図。
【符号の説明】
1 真空チャンバー 2 基板ホルダー 3 有機質基材 4 金属ターゲット 5 ガス導入口 6 ガス導入口 7 ガス導入口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 16/56 B32B 1/00 - 35/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水蒸気雰囲気下において有機質基材表面
    に不活性ガスや活性ガスまたはその混合ガスのイオンビ
    ーム照射による表面処理を施した後、基材表面に気相成
    長法により金属膜を形成するようにする有機質基材表面
    のメタライズ方法。
  2. 【請求項2】 イオンビームの照射を、数百ev以下の
    低エネルギーのイオンで行う請求項記載の有機質基材
    表面のメタライズ方法。
  3. 【請求項3】 有機質基材表面を、酸素とアルゴンの体
    積混合比が酸素55〜90%、アルゴン10〜45%の
    範囲の混合ガスのプラズマによる表面処理を施した後、
    基材表面に気相成長法により金属膜を形成するようにす
    る有機質基材表面のメタライズ方法。
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