JP3589090B2 - 成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気メッキや無電解メッキ、電気泳動被膜などのように、溶液中に存在するイオンなどの成分を析出させて成膜する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から溶液中に溶けているものを析出させて成膜する技術が存在しており、その代表的なものが金属イオンを析出させて金属膜を形成するメッキである。また、近年は、金属以外の物質を溶液から析出させて成膜する技術開発が開発され、種々の特性を有する膜が成膜できるようになってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の成膜用の液種は充分でなく、高品質の膜を得ようとした場合、スパッタリングや蒸着などのドライ成膜で得られる膜のような満足のいく特性を有するものが得られるに至っていない。これは、液を用いた成膜の場合、溶液に対して制御可能なパラメータが温度や電界などであって、少ないことによる。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、成膜用の液種を豊富にするとともに、成膜した膜の特性を向上させることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る成膜方法は、溶液中に存在する成分を基材の表面に析出させて成膜する成膜方法において、前記溶液を脱ガスしたのち、前記成膜する膜の種類または成膜する膜の特性に応じて予め定めたガス種を前記溶液に溶解させつつ、または溶解させたのちに前記成分を析出させることを特徴としている。
【０００６】
このように構成した本発明は、溶存酸素などを含まない液種を得ることができるとともに、成膜した膜中に酸素が取り込まれないため、例えば金属の膜の場合、導電率や延性、展性を向上することができる。すなわち、例えば電気メッキの場合、溶液であるメッキ液中には一般に空気が溶け込んでいる。このため、シアン化銅浴、硫酸銅浴などによって配線用の銅メッキを行なった場合、メッキ液中に溶存している酸素が成膜された銅の内部に取り込まれ、導電率が真空蒸着やスパッタリングなどによって得た銅皮膜に比較して大きく劣る。しかし、メッキ液を脱ガスすると、無酸素状態のメッキ液が得られるために成膜された銅皮膜中には酸素が存在せず、導電率が大きくなって電気的特性が向上するとともに、延性や展性が大きくなって機械的特性も向上する。
【０００７】
また、本発明に係る成膜方法は、溶液中に存在する成分を基材の表面に析出させて成膜する成膜方法において、前記成膜する膜の種類または成膜する膜の特性に応じて予め定めたガス種を前記溶液に溶解させつつ、または溶解させたのちに前記成分を析出させることを特徴としている。
【０００８】
一般に、溶液中には空気が溶け込んでおり、溶液中の成分を析出させて成膜した場合、溶液中に溶存している酸素や窒素が成膜した膜の中に取り込まれる。このため、溶液を用いて成膜した膜は、膜中に存在する酸素や窒素の影響を受けることになり、膜の性質、特性を望むように制御することが困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、溶液を一度脱ガスして溶存している酸素や窒素を除去したのち、所望のガスを溶解して成膜する。これにより、溶解させたガスが成膜した膜中に取り込まれるため、従来では得ることができない性質、特性を有する膜を成膜することができる。したがって、成膜するための液種を豊富にすることができる。
【００１０】
溶解するガス種としては、例えばより還元度の高い膜を得ようとする場合、脱ガスした溶液中に水素を溶解するとよい。また、逆により酸化度の高い膜を必要とする場合、酸素を溶解する。なお、この発明においては、酸素には、その同位体であるオゾンを含む。このオゾンを溶解することにより、一層酸化度の高い膜が得られる。
【００１１】
また、膜を形成する基材を回転させて成膜すると、成膜した膜の全体にわたって容易に厚さや特性を一様にすることができ、品質の優れた膜を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る成膜方法の好ましい実施の形態を、銅のメッキを例にして添付図面に従って詳細に説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態を説明するためのメッキ装置の図である。図１において、メッキ浴１０の内部に貯溜したメッキ液１２は、通常の電気メッキ用に調整されたシアン化銅メッキ液、ピロリン酸銅メッキ液または硫酸銅メッキ液からなっている。そして、メッキ浴１０の上部には、密閉蓋１４が設けてあって、メッキ浴１０内を外気から遮断できるようにしてある。この密閉蓋１４には、攪拌機１５が設けてあり、メッキ浴１０内のメッキ液１２を攪拌できるようにしてある。
【００１４】
メッキ液１２には、陰極となる鋼板１６と陽極となる銅電極１８とが浸漬してあり、基材である鋼板１６に銅メッキができるようになっている。そして、これらの鋼板１６と銅電極１８とは、直流電源２０の陰極と陽極とに接続してある。また、メッキ浴１０の上部には、排気管２２を介して吸引ポンプ２４が接続してあり、メッキ浴１０の内部を吸引排気できるようにしてある。メッキ浴１０の底部には、ガス配管２７を介してオゾン供給源２８が接続してある。そして、ガス配管２７には、メッキ浴１０に供給するガス種であるオゾンの供給量を制御する流量制御弁２９が設けてある。さらに、メッキ浴１０の下部には、多孔板４０が配設してあって、底部に供給されたオゾンをメッキ浴１０の全体に分散できるようになっている。なお、図１に示した符号２６は、排気管２２を開閉する弁である。
【００１５】
鋼板１６の銅メッキは、次のようにして行われる。
【００１６】
まず、所定の組成に調整したメッキ液１２と鋼板１６、銅電極１８とをメッキ浴１０の内部に配置したのち、密閉蓋１４によってメッキ浴１０の上部を覆う。鋼板１６は、銅メッキをするための脱脂処理やエッチング処理などの前処理が施してある。そして、弁２６を開放するとともに吸引ポンプ２４を作動し、メッキ浴１０の内部を排気してメッキ液１２の脱ガスを行なう。これにより、メッキ液１２に溶解している酸素、窒素などのガスが放出され、メッキ液１２が無酸素状態になる。
【００１７】
その後、吸引ポンプ２４の作動を停止し、流量制御弁２９を開いてオゾン供給源２８からオゾンをメッキ浴１０に供給し、メッキ浴１０内のメッキ液１２に所定量のオゾンを溶解する。そして、攪拌機１５によってメッキ液１２を攪拌するとともに、直流電源２０によって鋼板１６と銅電極１８との間に直流電圧を印加する。これにより、メッキ液１２内にプラスイオンとして存在している成分である銅イオンは、拡散と電気泳動現象とによって、陰極となる鋼板１６側に移動して表面に吸着し、鋼板１６から電子を受け取って金属銅として析出する。一方、陽極である銅電極１８を構成している金属銅は、直流電源２０からプラスの電荷を受け取って銅イオンとなり、メッキ液１２中に溶け出す。そして、時間が経過するのに従って鋼板１６の表面に銅が堆積して成膜される。このとき、メッキ液１２には、オゾンを溶解させてあるので、鋼板１６の表面に成膜された銅皮膜には、通常より多くの酸素が取り込まれる。このため、成膜された銅皮膜は、比較的電気抵抗が大きくなるとともに、硬度が高くなり、疵のつきにくい銅皮膜となる。
【００１８】
なお、オゾンを溶解する場合、攪拌機１５によってメッキ液１２を攪拌しながら行なってもよい。
【００１９】
図２は、第２実施形態を説明するためのメッキ装置の図である。図２において、メッキ液槽３０には、硫酸銅メッキ液などのメッキ液３１が貯溜してある。このメッキ液３１は、通常の無電解メッキ用のメッキ液であって、還元剤としてホルムアルデヒドが添加してある。また、メッキ液槽３０の上部には、密閉蓋１４が取り付けられるようになっているとともに、排気管２２を介して吸引ポンプ２４が接続してある。さらに、メッキ液槽３０の底部には、流量制御弁３２を備えたガス配管３４を介して水素ガス供給源３６が接続してあって、メッキ液３１に水素ガス３８を吹き込むことができるようになっている。そして、メッキ液槽３０の下部には、多孔板４０が配設してあり、ガス配管３４を介して導入された水素ガス３８をメッキ液槽３０の全体に分散することができるようにしてある。
【００２０】
メッキ液槽３０内のメッキ液３１は、流量制御弁４１を有する液供給配管４２を介して液供給ノズル４４に導くようになっている。また、液供給ノズル４４の下方には、モータ４６によって矢印４８のように回転する処理テーブル５０が配置してあり、この処理テーブル５０の上面にメッキを施す金属やプラスチック、ガラスなどの基材５２を配置するようになっている。
【００２１】
このように構成したメッキ装置によるメッキは、次のように行なう。
【００２２】
まず、所定の組成のメッキ液３１をメッキ液槽３０内に入れ、吸引ポンプ２４によってメッキ液３１の脱ガスを行なう。その後、流量制御弁３２を開いて水素ガス供給源３６からガス配管３４を介してメッキ液槽３０に水素ガス３８を供給し、メッキ液３１に水素ガス３８を溶解する。そして、メッキ液３１の水素ガス３８の溶解度が所定の値に達したならば、水素ガスの供給を停止し、流量制御弁４１を開いてメッキ液３１を供給ノズル４４に導き、処理テーブル５０とともに回転している基材５２の上面にメッキ液３１を滴下、供給する。液供給ノズル４４から滴下されたメッキ液３１は、基材５２の表面と接触すると、自己触媒作用によって溶液の成分である銅イオンが還元されて基材５２の上面に析出して銅皮膜５４を形成する。
【００２３】
このように、第２の実施形態においては、脱ガスしたメッキ液３１に水素ガス３８を溶解したことにより、基材５２の上面に成膜された銅皮膜５４に水素ガスが取り込まれて還元度が大きくなるとともに、結晶内の格子欠陥である原子空孔などに水素がトラップされるため、銅皮膜５４の導電率が高まる。また、基材５２を回転させながら銅皮膜５４を成膜しているため、膜の厚さを容易に均一にすることができる。なお、成膜の際に空気中の酸素の影響を避けるために、処理テーブル５２の周囲を窒素雰囲気などにしてもよい。
【００２４】
なお、前記実施形態においては、メッキ液３１に水素ガスを溶解した場合について説明したが、窒素ガスなどの他のガスを溶解してもよい。また、酸化膜などの酸化度の大きな膜を形成する場合には、酸素やオゾンを溶解する。このように、溶解させるガス種を変えることにより、豊富な成膜用液種を形成することができる。また、前記実施の形態においては、成膜がメッキである場合について説明したが、電気泳動皮膜や電鋳などにも適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、溶液を一度脱ガスして溶存している酸素や窒素を除去したのち、所望のガスを溶解して成膜することにより、溶解させたガスが成膜した膜中に取り込まれるため、従来では得ることができない性質、特性を有する膜を成膜することができる。したがって、成膜するための液種を豊富にすることができる。
【００２６】
また、膜を形成する基材を回転させて成膜すると、成膜した膜の全体にわたって容易に厚さや特性を一様にすることができ、品質の優れた膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１０ メッキ浴
１２、３１ 溶液（メッキ液）
１６ 基材（鋼板）
１８ 銅電極
２４ 吸引ポンプ
２８ オゾン供給源
３０ メッキ液槽
３６ 水素ガス供給源
３８ 水素ガス
４４ 液供給ノズル
４６ モータ
５２ 基材
５４ 銅皮膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気メッキや無電解メッキ、電気泳動被膜などのように、溶液中に存在するイオンなどの成分を析出させて成膜する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から溶液中に溶けているものを析出させて成膜する技術が存在しており、その代表的なものが金属イオンを析出させて金属膜を形成するメッキである。また、近年は、金属以外の物質を溶液から析出させて成膜する技術開発が開発され、種々の特性を有する膜が成膜できるようになってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の成膜用の液種は充分でなく、高品質の膜を得ようとした場合、スパッタリングや蒸着などのドライ成膜で得られる膜のような満足のいく特性を有するものが得られるに至っていない。これは、液を用いた成膜の場合、溶液に対して制御可能なパラメータが温度や電界などであって、少ないことによる。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、成膜用の液種を豊富にするとともに、成膜した膜の特性を向上させることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る成膜方法は、溶液中に存在する成分を基材の表面に析出させて成膜する成膜方法において、前記溶液を脱ガスしたのち、前記成膜する膜の種類または成膜する膜の特性に応じて予め定めたガス種を前記溶液に溶解させつつ、または溶解させたのちに前記成分を析出させることを特徴としている。
【０００６】
このように構成した本発明は、溶存酸素などを含まない液種を得ることができるとともに、成膜した膜中に酸素が取り込まれないため、例えば金属の膜の場合、導電率や延性、展性を向上することができる。すなわち、例えば電気メッキの場合、溶液であるメッキ液中には一般に空気が溶け込んでいる。このため、シアン化銅浴、硫酸銅浴などによって配線用の銅メッキを行なった場合、メッキ液中に溶存している酸素が成膜された銅の内部に取り込まれ、導電率が真空蒸着やスパッタリングなどによって得た銅皮膜に比較して大きく劣る。しかし、メッキ液を脱ガスすると、無酸素状態のメッキ液が得られるために成膜された銅皮膜中には酸素が存在せず、導電率が大きくなって電気的特性が向上するとともに、延性や展性が大きくなって機械的特性も向上する。
【０００７】
また、本発明に係る成膜方法は、溶液中に存在する成分を基材の表面に析出させて成膜する成膜方法において、前記成膜する膜の種類または成膜する膜の特性に応じて予め定めたガス種を前記溶液に溶解させつつ、または溶解させたのちに前記成分を析出させることを特徴としている。
【０００８】
一般に、溶液中には空気が溶け込んでおり、溶液中の成分を析出させて成膜した場合、溶液中に溶存している酸素や窒素が成膜した膜の中に取り込まれる。このため、溶液を用いて成膜した膜は、膜中に存在する酸素や窒素の影響を受けることになり、膜の性質、特性を望むように制御することが困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、溶液を一度脱ガスして溶存している酸素や窒素を除去したのち、所望のガスを溶解して成膜する。これにより、溶解させたガスが成膜した膜中に取り込まれるため、従来では得ることができない性質、特性を有する膜を成膜することができる。したがって、成膜するための液種を豊富にすることができる。
【００１０】
溶解するガス種としては、例えばより還元度の高い膜を得ようとする場合、脱ガスした溶液中に水素を溶解するとよい。また、逆により酸化度の高い膜を必要とする場合、酸素を溶解する。なお、この発明においては、酸素には、その同位体であるオゾンを含む。このオゾンを溶解することにより、一層酸化度の高い膜が得られる。
【００１１】
また、膜を形成する基材を回転させて成膜すると、成膜した膜の全体にわたって容易に厚さや特性を一様にすることができ、品質の優れた膜を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る成膜方法の好ましい実施の形態を、銅のメッキを例にして添付図面に従って詳細に説明する。
【００１３】
図１は、第１実施形態を説明するためのメッキ装置の図である。図１において、メッキ浴１０の内部に貯溜したメッキ液１２は、通常の電気メッキ用に調整されたシアン化銅メッキ液、ピロリン酸銅メッキ液または硫酸銅メッキ液からなっている。そして、メッキ浴１０の上部には、密閉蓋１４が設けてあって、メッキ浴１０内を外気から遮断できるようにしてある。この密閉蓋１４には、攪拌機１５が設けてあり、メッキ浴１０内のメッキ液１２を攪拌できるようにしてある。
【００１４】
メッキ液１２には、陰極となる鋼板１６と陽極となる銅電極１８とが浸漬してあり、基材である鋼板１６に銅メッキができるようになっている。そして、これらの鋼板１６と銅電極１８とは、直流電源２０の陰極と陽極とに接続してある。また、メッキ浴１０の上部には、排気管２２を介して吸引ポンプ２４が接続してあり、メッキ浴１０の内部を吸引排気できるようにしてある。メッキ浴１０の底部には、ガス配管２７を介してオゾン供給源２８が接続してある。そして、ガス配管２７には、メッキ浴１０に供給するガス種であるオゾンの供給量を制御する流量制御弁２９が設けてある。さらに、メッキ浴１０の下部には、多孔板４０が配設してあって、底部に供給されたオゾンをメッキ浴１０の全体に分散できるようになっている。なお、図１に示した符号２６は、排気管２２を開閉する弁である。
【００１５】
鋼板１６の銅メッキは、次のようにして行われる。
【００１６】
まず、所定の組成に調整したメッキ液１２と鋼板１６、銅電極１８とをメッキ浴１０の内部に配置したのち、密閉蓋１４によってメッキ浴１０の上部を覆う。鋼板１６は、銅メッキをするための脱脂処理やエッチング処理などの前処理が施してある。そして、弁２６を開放するとともに吸引ポンプ２４を作動し、メッキ浴１０の内部を排気してメッキ液１２の脱ガスを行なう。これにより、メッキ液１２に溶解している酸素、窒素などのガスが放出され、メッキ液１２が無酸素状態になる。
【００１７】
その後、吸引ポンプ２４の作動を停止し、流量制御弁２９を開いてオゾン供給源２８からオゾンをメッキ浴１０に供給し、メッキ浴１０内のメッキ液１２に所定量のオゾンを溶解する。そして、攪拌機１５によってメッキ液１２を攪拌するとともに、直流電源２０によって鋼板１６と銅電極１８との間に直流電圧を印加する。これにより、メッキ液１２内にプラスイオンとして存在している成分である銅イオンは、拡散と電気泳動現象とによって、陰極となる鋼板１６側に移動して表面に吸着し、鋼板１６から電子を受け取って金属銅として析出する。一方、陽極である銅電極１８を構成している金属銅は、直流電源２０からプラスの電荷を受け取って銅イオンとなり、メッキ液１２中に溶け出す。そして、時間が経過するのに従って鋼板１６の表面に銅が堆積して成膜される。このとき、メッキ液１２には、オゾンを溶解させてあるので、鋼板１６の表面に成膜された銅皮膜には、通常より多くの酸素が取り込まれる。このため、成膜された銅皮膜は、比較的電気抵抗が大きくなるとともに、硬度が高くなり、疵のつきにくい銅皮膜となる。
【００１８】
なお、オゾンを溶解する場合、攪拌機１５によってメッキ液１２を攪拌しながら行なってもよい。
【００１９】
図２は、第２実施形態を説明するためのメッキ装置の図である。図２において、メッキ液槽３０には、硫酸銅メッキ液などのメッキ液３１が貯溜してある。このメッキ液３１は、通常の無電解メッキ用のメッキ液であって、還元剤としてホルムアルデヒドが添加してある。また、メッキ液槽３０の上部には、密閉蓋１４が取り付けられるようになっているとともに、排気管２２を介して吸引ポンプ２４が接続してある。さらに、メッキ液槽３０の底部には、流量制御弁３２を備えたガス配管３４を介して水素ガス供給源３６が接続してあって、メッキ液３１に水素ガス３８を吹き込むことができるようになっている。そして、メッキ液槽３０の下部には、多孔板４０が配設してあり、ガス配管３４を介して導入された水素ガス３８をメッキ液槽３０の全体に分散することができるようにしてある。
【００２０】
メッキ液槽３０内のメッキ液３１は、流量制御弁４１を有する液供給配管４２を介して液供給ノズル４４に導くようになっている。また、液供給ノズル４４の下方には、モータ４６によって矢印４８のように回転する処理テーブル５０が配置してあり、この処理テーブル５０の上面にメッキを施す金属やプラスチック、ガラスなどの基材５２を配置するようになっている。
【００２１】
このように構成したメッキ装置によるメッキは、次のように行なう。
【００２２】
まず、所定の組成のメッキ液３１をメッキ液槽３０内に入れ、吸引ポンプ２４によってメッキ液３１の脱ガスを行なう。その後、流量制御弁３２を開いて水素ガス供給源３６からガス配管３４を介してメッキ液槽３０に水素ガス３８を供給し、メッキ液３１に水素ガス３８を溶解する。そして、メッキ液３１の水素ガス３８の溶解度が所定の値に達したならば、水素ガスの供給を停止し、流量制御弁４１を開いてメッキ液３１を供給ノズル４４に導き、処理テーブル５０とともに回転している基材５２の上面にメッキ液３１を滴下、供給する。液供給ノズル４４から滴下されたメッキ液３１は、基材５２の表面と接触すると、自己触媒作用によって溶液の成分である銅イオンが還元されて基材５２の上面に析出して銅皮膜５４を形成する。
【００２３】
このように、第２の実施形態においては、脱ガスしたメッキ液３１に水素ガス３８を溶解したことにより、基材５２の上面に成膜された銅皮膜５４に水素ガスが取り込まれて還元度が大きくなるとともに、結晶内の格子欠陥である原子空孔などに水素がトラップされるため、銅皮膜５４の導電率が高まる。また、基材５２を回転させながら銅皮膜５４を成膜しているため、膜の厚さを容易に均一にすることができる。なお、成膜の際に空気中の酸素の影響を避けるために、処理テーブル５２の周囲を窒素雰囲気などにしてもよい。
【００２４】
なお、前記実施形態においては、メッキ液３１に水素ガスを溶解した場合について説明したが、窒素ガスなどの他のガスを溶解してもよい。また、酸化膜などの酸化度の大きな膜を形成する場合には、酸素やオゾンを溶解する。このように、溶解させるガス種を変えることにより、豊富な成膜用液種を形成することができる。また、前記実施の形態においては、成膜がメッキである場合について説明したが、電気泳動皮膜や電鋳などにも適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、溶液を一度脱ガスして溶存している酸素や窒素を除去したのち、所望のガスを溶解して成膜することにより、溶解させたガスが成膜した膜中に取り込まれるため、従来では得ることができない性質、特性を有する膜を成膜することができる。したがって、成膜するための液種を豊富にすることができる。
【００２６】
また、膜を形成する基材を回転させて成膜すると、成膜した膜の全体にわたって容易に厚さや特性を一様にすることができ、品質の優れた膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１０ メッキ浴
１２、３１ 溶液（メッキ液）
１６ 基材（鋼板）
１８ 銅電極
２４ 吸引ポンプ
２８ オゾン供給源
３０ メッキ液槽
３６ 水素ガス供給源
３８ 水素ガス
４４ 液供給ノズル
４６ モータ
５２ 基材
５４ 銅皮膜
Claims (3)
- 溶液中に存在する成分を基材の表面に析出させて成膜する成膜方法において、前記溶液を脱ガスしたのち、前記成膜する膜の種類または成膜する膜の特性に応じて予め定めたガス種を前記溶液に溶解させつつ、または溶解させたのちに前記成分を析出させることを特徴とする成膜方法。
- 前記溶液に溶解させるガスは、水素または酸素であることを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
- 前記成分の析出は、前記基材を回転させるとともに、基材の上面に前記溶液を供給しつつ行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の成膜方法。
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