[go: up one dir, main page]

JP2597352B2 - 金属−有機基板間の接着力を改善する方法 - Google Patents

金属−有機基板間の接着力を改善する方法

Info

Publication number
JP2597352B2
JP2597352B2 JP61108759A JP10875986A JP2597352B2 JP 2597352 B2 JP2597352 B2 JP 2597352B2 JP 61108759 A JP61108759 A JP 61108759A JP 10875986 A JP10875986 A JP 10875986A JP 2597352 B2 JP2597352 B2 JP 2597352B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
metal
adhesion
energy
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61108759A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS61295365A (ja
Inventor
ヨアキム・ゲルハルト・クラベス
ピーター・オツトー・ハーン
ポール・シユウ−チユング・ホウ
ハラランボス・レフアキス
ゲイリー・ウエイン・ルブロフ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of JPS61295365A publication Critical patent/JPS61295365A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2597352B2 publication Critical patent/JP2597352B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/16Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by wave energy or particle radiation, e.g. infrared heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/021Cleaning or etching treatments
    • C23C14/022Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0254Physical treatment to alter the texture of the surface, e.g. scratching or polishing
    • C23C16/0263Irradiation with laser or particle beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0866Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using particle radiation
    • B29C2035/0872Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using particle radiation using ion-radiation, e.g. alpha-rays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/08Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
    • B29C35/0866Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using particle radiation
    • B29C2035/0877Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using particle radiation using electron radiation, e.g. beta-rays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2079/00Use of polymers having nitrogen, with or without oxygen or carbon only, in the main chain, not provided for in groups B29K2061/00 - B29K2077/00, as moulding material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、ポリマの低エネルギ衝撃によつて接着力を
高めて金属−ポリマ間の接着力を改善し、付着金属膜中
の応力を減らすための方法、さらに具体的には、低エネ
ルギの反応性イオン、電子または光子を使つて、ポリマ
表面の浅い所の化学構造を変化させて接着力を高めるか
かる方法に関するものである。
B.開示の概要 金属−有機基板の間の接着力を改善し、金属フイルム
と基板の間の応力を減らすための方法を記載する。低エ
ネルギの反応性イオン、電子、または光子を基板に照射
して、基板表面の約10Å〜数百Åまでの深さの所の化学
構造を変化させる。照射する反応性イオンと電子のエネ
ルギは約50〜2000eVであり、光子のエネルギは約0.2〜5
00eVである。基板の照射は、金属付着前でも付着中でも
よい。金属付着と粒子照射を同時に行う場合は、金属原
子と基板処理粒子の到達時間をほぼ同程度とするのが好
ましい。室温または高温が適している。
C.従来の技術 プラスチツク材料などの有機基板の金属被覆は、とく
に電子工学の分野でますます重要になつてきている。大
部分のパツケージ方法では、たとえばポリイミド上に銅
を付着させるように、金属被覆を有機(ポリマ)基板に
つけることが必要である。従来技術では、銅はめつき、
真空蒸着、スパツタリングなど様々な方法で付着されて
いる。しばしば金属膜の基板への接着力を改善するた
め、付着前に基板表面の化学的コンデイシヨニングが利
用されている。しかし、金属と有機基板の間の接着力が
不充分なことは、依然として克服すべき大きな問題であ
る。
従来,金属膜と有機基板の間の接着力を高めるため、
多くの方法が試みられてきたが、その結果はまちまちで
あつた。ある場合には、金属が特定の樹脂性基板とよく
適合し、その間の接着力が他の金属−基板の組合せより
も秀れていると判定された。別の場合には、汚染物を除
去し、基板表面を粗面化するために、金属の付着に先立
つて基板の徹底的な事前清掃を使つている。これらの方
法の多くのものは、高価または有毒な化学元素を使用し
ており、このことも欠点である。
別の方法では、金属付着に先立つてポリマ表面を改変
するため、グロー放電やプラズマ放電を利用している。
グロー放電を使つて接着力を高める例が、米国特許第41
65394号と第4250225号に出ている。この種の方法は、ま
た“IBMテクニカル・デイスクロージヤ・ブリテイン”
(“IBM Technical Disclosure Bulletin")第16
巻、第7号、1973年12月、P.2045に所載のL.R.イエツタ
(Yetter)の論文に記載されている。グロー放電法で
は、真空室に残留気体を導入し、高電圧をかけてポリマ
基板表面を活性化するためのイオンを生成することによ
り、ブラン放電またはグロー放電が作り出される。真空
室に導入できる気体の例としては、空気、酸素、窒素、
ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、
ラドンがある。グロー放電の活性化後、無電解めつき、
蒸着、スパツタリングなどの方法で金属膜を付着する。
金属膜と有機基板の間の接着力を高めるもう一つの方
法は、基板のプラズマ処理である。この方法は、前記の
グロー放電法と非常に類似しており、たとえば、米国特
許第4337279号や第4382101号に記載されている。また特
開昭55−99932号にも記載されている。この方法では、
有機基板をプラズマ反応器に入れて、そこでヘリウム、
アルゴン、CF4、C3H8、C4H8、CHF3、フツ化炭素、窒
素、酸素などの気体を導入してプラズマを生成する。基
板のプラズマ処理時間は、数分間から数時間と様々であ
る。
金属−有機基板の付着を改善するためのもう一つの処
理方法は、高エネルギ・イオン・ビームの使用である。
この方法の例は“核計装と方法”(“Nuc.Instr.and Me
thods")第198号、P.608(1982年)に所載のJ.E.グリフ
イス(Griffith)等の論文、および1983年11月14−17日
にマサチユセツツ州ボストンで開催された“材料研究科
学会議”(Materials Research Society Meeting"に提
出されたJ.バグリン(Baglin)等の論文に記載されてい
る。イオン・ビームによる接着性の改善では、金属層の
付着に先立つて高エネルギのイオン・ビームを有機基板
に照射する。たとえば、基板を高エネルギーのイオンで
照射した後、電子ビーム付着によつて銅をポリマ基板に
付着することができる。この方法では反応性イオンと不
活性イオンの両方を使用することができ、イオン・ビー
ムのエネルギ範囲は約200keV以上である。
これらの方法は、接着力を高める上である程度の成功
を収めているが、それぞれ難点がないではない。たとえ
ば、プラズマ放電法とグロー放電法では、イオン・エネ
ルギとイオン流、周囲ガス圧、基板温度などの制御が非
常に不充分である。また、プラズマ放電系およびグロー
放電系中でのエネルギ・ビーム束をうまく制御すること
が非常に難しい。これらの系は、放電を維持するために
1torr前後すなわち1×2021ガス原子/cm2・秒という高
圧が必要である。これらのパラメータが、系中の他のす
べてのパラメータを支配する。またこれらのパラメータ
は、金属の蒸着速度と容易に適合させることができず、
このような高圧では蒸着が実施できない。すなわち、他
の方法ではだめでプラズマ・スパツタリングによつて金
属付着を行わなければならないことになる。さらに、プ
ラズマ放電系およびグロー放電系では、イオンが基板表
面に衝突するときのイオン・ビームの入射方向の制御が
非常に不充分である。また、かかる系中での残留気体の
純度が充分に制御されず、しばしば容易に汚染が起こる
のに充分なほど高くなるこもある。
高エネルギのイオン・ビームによる接着力の改善も、
問題がなくはない。かかるシステムは高価であり、高エ
ネルギの集束イオン・ビームを作るために複雑な装置が
必要である。イオン・ビームの性質上、大きな基板面を
同時に加工することは不可能であり、したがつて商用シ
ステムで高いスループツトを得るには余り適していな
い。さらに、高エネルギのイオン・ビームは、有機基板
に損傷を与える恐れがあり、また大量の電力を必要とす
る。また、大きな面積にわたつて適正な束と出力を備え
た、大きな高エネルギ・イオン・ビームを作ることも極
めて難しい。
化学的処理ステツプなどの湿式ステツプも制御が難し
く、しばしば有毒なまたは不快感を与える溶液が必要で
ある。化学洗浄を使用するときは、必ず基板を別の環境
に移し変える必要があり、そのため汚染が起こり得る。
一般に、表面処理と金属付着の両方に完全に乾式の加工
システムを設けることが好ましい。
D.発明が解決しようとする問題点 したがつて、商用製造工程用に適した、金属−有機基
板間の接着力を改善する簡単な方法を提供することが、
本発明の主目的である。
本発明の他の目的は、汚染の可能性が少なく、金属と
有機基板の間の接着力を簡単かつ迅速に高めるための乾
式処理方法を提供することである。
本発明の他の目的は、大面積の基板を処理するのに使
用できる、金属−有機基板間の接着力を高めるための改
良された方法を提供することである。
本発明の他の目的は、金属と有機基板の間の応力を減
らす、金属−基板間の接着力を高めるための改良された
方法を提供することである。
本発明の他の目的は、最も普通に使われている金属と
基板を含めて、多くの種類の金属と有機基板用に適して
いる、金属−有機基板間の接着力を高めるための改良さ
れた方法を提供することである。
本発明の他の目的は、容易に制御でき、かつ接着力を
最適にするために使用できる、金属−有機基板間の接着
力を高めるための簡略な方法を提供することである。
E.問題点を解決するための手段 この金属−有機基板間の接着力を高めるための方法で
は、基板表面の化学構造を深さ約10Å〜数百Åの所まで
変えて、金属と基板の間の接着力を高めるために、有機
基板に低エネルギの反応性イオン、電子または光子を照
射する。照射する粒子のエネルギは、約50〜2000eV、好
ましくは約200〜500eVである。この方法では、主要な接
着機構は、表面原子と表面分子の再配列ではなくて、基
板表面の化学構造の改変である。このため、基板表面に
おける原子配列を物理的に改変する、上記の高エネルギ
・イオン・ビーム法とは異なつている。従来技術の高エ
ネルギ・イオン・ビーム法とのもう一つの相違点とし
て、本発明では反応性イオンが必要であり、不活性イオ
ンは対象としない。かかる不活性イオンは、基板表面を
化学的に改変せず、本発明には不適当である。さらに、
本発明では、照射する粒子として電子および光子が使用
できる。これらの粒子は質量が無視できるほど小さいた
め、運動量の移動が変化の主な機構ではなく、これらの
粒子は表面の化学構造を改変するために使われる。この
点は、運動量の移動が主な機構である、従来技術の高エ
ネルギ・イオン衝撃法から本方法を区別するもう一つの
点である。
本発明を実施する際、低エネルギ粒子の照射は、金属
の付着前または付着と同時に行うことができる。粒子の
照射を金属の付着と同時に行う場合、金属原子の到達速
度と粒子の到達速度を同程度、せいぜい2桁違い以内に
調節する。制御されたエネルギ・ビームを照射すること
によつて、最適の接着力を得るように、大きなダイナミ
ツク・レンジでエネルギ・ビームと金属原子の好ましい
相対衝突速度を実現することができる。この特徴も、上
記の従来技術の接着力を高めるためのグロー放電法およ
びプラズマ放電法との違いの一つである。
たとえばNi、Cu、Ti、Cr、Al、Mo、W、Rh、Pt、Pdな
ど様々な種類の金属を有機基板に付着することができ
る。基板は、プラスチツク、ポリイミド、ポリエステ
ル、テフロン(デユポン社の商標)、マイラー(デユポ
ン社の商標)、エポキシ樹脂などの有機物質である。典
型的な場合、基板は有機ポリマである。使用できる反応
性イオン種としては、F、Cl、S、O、N、CF4、CC
l4、CO、Hなど様々なイオンがある。
基板の照射と金属の付着は、室温と高温を含む温度範
囲で実施できる。市販のイオン源を使つて、低エネルギ
・イオン・ビームを生成することができ、金属付着ステ
ツプも、スパツタリングや蒸着などの乾式処理ステツプ
である。
F.実施例 本発明では、低エネルギのビームを使つて、有機基板
の金属を付着すべき表面の薄い層の表面化学構造を改変
する。有機基板を照射するのに使用できる粒子は、適当
な範囲内のエネルギをもつ、反応性イオン、電子、およ
び光子である。たとえば反応性イオンと電子のエネルギ
は50−2000eVの範囲内とすることができ、好ましくは粒
子エネルギの範囲が200−500eVである。光子の適切なエ
ネルギ範囲は、0.2eV〜500eV、好ましくは、0.5〜10eV
である。赤外線は、エネルギが約0.2eV以上の光子をも
たらすが、紫外線は、エネルギが2−10eVの光子をもた
らす。本発明を実施する際、有機基板表面の化学構造
は、数百Åまで、とくに約10−300Åの深さまで変更さ
れる。基板への低エネルギ粒子の照射は、金属の付着前
または付着中に行うことができる。
低エネルギ粒子の衝撃中に、有機基板中の化学結合が
破壊されて改変され、または基板表面が加熱される。最
適の接着力が得られるように相対衝突速度を調節するた
め、金属付着速度など接着にとつて重要なパラメータ
は、低エネルギ粒子の到着速度と緊密に相関されてい
る。接着力を高めるための主要な機構は、基板の表面層
の化学活性が低エネルギ粒子の照射によつて改変され
る、化学的機構である。基板中の原子や分子の物理的再
配列は僅かしか起こらず、接着力を高めるための重要な
機構ではない。
接着にとつて重要なのは、基板上への金属の最初の付
着である。連続する約300Åの金属膜が基板表面に形成
されると、金属−基板間の接着力を改変せずに金属付着
速度を高めることができる。典型的な場合、金属をまず
1〜100Å/秒、すなわち1015〜1017原子/cm2・秒の速
度で付着する。金属−基板間の接着力を高めるための照
射ビーム中の反応性イオン、電子、または光子の粒子束
は、このオーダである。
粒子の照射は、室温または高い基板温度で行うことが
できる。金属−基板間の接着性を著しく高めるには、最
適の基板温度を得るため、1985年1月11日に出願され本
譲受人に譲渡された同時係属の特許出願S.N690567号の
教示を引用することができる。さらに、低エネルギ粒子
の入射角は重要ではない。ただし、非常に浅いかすめ角
(約10〜20゜以下)の場合は、妥当な時間内に基板表面
層の化学構成に著しい影響を与えることができない。入
射角がかすめ角よりも大きな場合、とくに普通行われて
いるように垂直に近い入射角を使う場合、基板を化学的
に活性化するために、低エネルギの反応性イオン、電子
または光子による基板の照射を、数分から数時間にわた
る時間行うことができる。
少くとも2つの操作方式がとれる。第1の方式では、
基板表面を反応性イオン、電子、または光子で照射して
基板表面の化学構造を改変する。これらの低エネルギ粒
子で充分な時間照射して、表面の化学構造を約300Å以
下の深さまで改変した後、照射を中止する。その後、蒸
着やスパツタリングなどの乾式プロセスを使つて、金属
膜を付着する。金属の付着は、汚染を最小限に抑え、全
体を同一場所で(in−site)処理するため、低エネルギ
粒子の照射を行うのと同じ真空室で行うことができる。
第2の操作方式では、金属付着の少し前(オプシヨ
ン)および付着中に低エネルギ粒子の照射を行う。この
工程では、照射する反応性イオン、電子、または光子
は、第1の操作方式の場合と同じ効果をもつ。すなわ
ち、有機基板表面の化学構造を修正する。この第2の操
作方式で接着力を最適にするには、エネルギ・ビームを
金属被覆ビームと正しく組み合せなければならず、この
ため低エネルギ粒子の到達速度は、金属原子の到達速度
と同程度(すなわち1〜2桁違い以内)である。これ
は、制御されたイオンビーム源、または光子源を用いる
と容易に実現できる。たとえば、金属付着の初期速度が
1〜100Å/secの場合、それに対応する粒子束は1015〜1
017粒子/cm2・秒である。
低エネルギの粒子束を、金属付着の初期段階中の金属
付属速度に対して正確に制御することは、前節で強調し
たように極めて重要である。以前の考察の続きとして、
基板にエネルギ・ビームを衝突させるためにプラズマ放
電系またはグロー放電系を使うと、かかる束の制御を得
ることはできない。これらの系は、放電を維持するため
に1torr(これは約1021原子/cm2・秒に対応する)とい
う高圧が必要である。これらのパラメータが、系中の他
のすべてのパラメータを支配する。その上、基板上での
金属層の初期形成期間中は金属蒸着速度をかなり遅くし
なければならないが、これらのパラメータは金属蒸着速
度と適合しない。また、かかる高圧では金属蒸着を実現
できない。
有機基板に低エネルギ粒子を衝突させた後、または衝
突中にその場でのスパツタリングまたは蒸着によつてど
んな種類の金属も付着できる。本発明を実施する際、低
エネルギ粒子は反応性イオン、電子、または光子であ
る。有機基板としては、プラスチツク、エポキシ樹脂、
ポリイミド、ポリエステル、テフロン(デユポン社の商
標)、マイラー(デユポン社の商標)などあらゆる種類
のポリマ材料が含まれる。これらの有機材料は、ガラ
ス、半導体、セラミツク、絶縁物などに積層することが
できる。また、基板はポリマ・タイプの材料の積層物か
らなるものでもよい。
本発明にもとづいて有機物質の表面化学構造を改変す
るのに適した低エネルギ粒子としては、あらゆる種類の
反応性イオンおよび電子と光子がある。反応性イオンの
適当な例には、O、N、Cl、CF4、CCl4、CO、H、F、
Sなどがある。一般に低エネルギ粒子とは、基板材料と
反応して、基板表面の数百Å以内の所で化学変化を生じ
させるものである。
任意の金属の有機基材に対する接着力は、本発明の実
施によつて高まる。しかし、接着力の向上の程度は、ど
んな金属と基板の組合せを選ぶかによつて様々に変わ
る。たとえば、ポリイミドに対するCuの接着力は、ポリ
イミドを反応性酸素または窒素で処理することによつて
著しく改善され、10倍以上高まる。別の一例では、ポリ
イミドを反応性イオンで処理すると、Crのそれに対する
接着力が改善され、かつCrとポリイミド間の応力も最小
になる。これがまた接着力に寄与し、剥離強度の著しく
大きなCr−ポリイミド構造がもたらされる。
有機基板の化学構造は、金属原子が基板に衝突する
と、基板表面に準安定化合物が形成できるほど修正され
る。これらの準安定化合物は、基板をアニールするなど
単なる加熱によつて形成できるものではない。この金属
−基板界面の化学構造の変化によつて、接着力が改善さ
れ、恐らくは金属−基板界面の微小構造を制御すること
によつて付着した金属膜と基板の間の応力が減少する。
第1図は、本発明の実施に適した構造を概略的に示し
たものである。この構造は、真空室10を備えており、そ
の中でイオン源12と蒸着材源14がホルダ16に入つてい
る。基板ホルダ18が基板20を支持している。真空室10内
の圧力を調節するために、出力ポート22を真空ポンプ
(図示せず)に接続することができる。詳しくは示して
ないが、イオン源は、酸素や窒素などの気体をイオン源
に供給するための入力ポートを備えている。イオン・ビ
ーム源は当該技術で周知のものであるが、適当なもの
は、米国特許第4259145号や“真空科学技術雑誌”
(“J.Vac,Sci.Tech")第21巻(第3号)、1982年9月/
10月、P.925に所載のH.R.カウフマン(kaufman)等の論
文に記載されている如き、カウフマン型イオン源であ
る。この型式のイオン源は、大面積にわたつて均一なイ
オン束を供給し、容易にエネルギ範囲が約50−2000eVの
低エネルギ・イオンを供給するように制御できる。
第1図において、破線24は基板20に向うイオンを示
し、破線26は基板20上に付着する蒸着金属を示す。
実際には、必要な気体を通常の計量システムを通して
イオン源中で放電を維持するのに必要な流束でイオン源
12を導入する。放電が一度確立されると、イオン・ビー
ムを50〜2000eVの低エネルギで賦活する。これらのイオ
ンを基板に加速して、その表面の化学組成を修正する。
イオン・ビームと同時にまたは基板のイオン処理の後
に、金属を付着できる。
電子または光子を使つて基板表面の化学構造を変える
場合、第1図の装置を少し修正することができる。レー
ザやフラツシユ・ランプなどエネルギ範囲が適当な任意
の型式の光子源が使用できるが、レーザが好ましい。電
子ビーム源は市販のものでもよいが、真空室中に置く。
すわわち、ビーム源12は最も広い意味では、反応性イオ
ン源、光子源、または電子ビーム源を表す。
第2図は、有機基板に対する低エネルギ粒子の照射の
効果を図示したものである。この図では、光電分光法を
使つて、光電放出された電子数N(E)のスペクトル
を、電子結合エネルギ(eV)に対してプロツトしてあ
る。異なる3本の曲線A、B、Cが示してある。曲線A
は、アニールを施してあるが、反応性イオンでは処理し
てないポリイミド膜のスペクトルを示す。曲線Bは、反
応性酸素イオンで照射したときのポリイミド膜の表面化
学構造の変化を示す。曲線Cは、酸素イオンを照射した
ポリイミドに対する事後アニールの効果を示し、事後ア
ニール・ステツプによつてエネルギ・スペクトルがシフ
トし、元のスペクトル(A)に一層類似することを示し
ている。
第2図は、エネルギ40.8eVの光子の照射によつてポリ
イミドから放出される電子数N(E)を示し、曲線Bで
かなり異なるスペクトルを示す。このスペクトルは、ポ
リイミドの浅い表面層の表面化学構造の変化を示し、反
応性酸素イオンの衝撃によつてポリイミドの表面化学構
造が改変されたことを示している。ポリイミド上に付着
した金属の接着力が増大し、応力が減少するのは、この
表面化学構造の改変である。
低エネルギ粒子を使用して金属−基板間の接着力を改
善する場合、低エネルギ粒子の照射と金属の付着とを同
時に行なえば、処理効率を高めることができるという利
点から得られ、本発明は低エネルギ粒子の照射と金属の
付着とを同時に行なう方法を採用するが、低エネルギ粒
子の照射後に金属の付着を行なうことも可能であり、以
下に、その場合の処理を参考例として示す。
参考例 1 銅を付着する前に低エネルギの酸素または窒素イオン
・ビームでポリイミド表面を衝撃して、銅膜とポリイミ
ドの間の接着力を増加させた。接着力は、10倍以上向上
した。付着およびイオン処理は、カウフマン型イオン・
ビーム源を処理室内に設けた電子ビーム式蒸着装置中で
実施した。このため、基板をずつと処理室に入れたまま
で、その場での衝撃の後に、処理済みのポリイミド表面
に銅を付着させることが可能であつた。計量システムを
通してイオン源に、グロー放電を維持するのに必要な流
速で窒素および酸素を導入した。放電が一度確立される
と、低エネルギで、この例では50〜500eVでビームを賦
活する。ポリイミドで被覆した基板にむけて、ポリイミ
ドを完全に処理できるに充分な時間、イオンを加速し
た。この時間は、数分間から2時間までの範囲で変動す
る。表面が改変された後に、銅が付着された。
引張強さ試験機で通常の剥離試験を行い、次の最小値
を得た。
参考例 2 やはりポリイミドに銅を付着させた。アルミニウムで
被覆したシリコン・ウエハにポリイミドをスピン・コー
テイングした。銅を付着する前に、標準的スパツタ・イ
オン・ガンを使つて250eVで酸素または窒素分圧2〜3
×10-4torr・・で、反応性窒素および酸素イオン衝撃を
その場で実施した。イオン・ビーム密度は、一時間の間
1マイクロアンペア/cm2のオーダであつた。この処理の
後、処理したポリイミド表面に厚さ8ミクロンの銅層を
付着させた。
銅を付着する前の表面分析により、反応性イオン衝撃
でポリイミド表面の組成が変化したことがわかつた。X
線光電分光法により、イオン衝撃によつてポリイミドに
取り込まれた窒素または酸素は、未処理のポリイミド中
に既に存在していたそれと対応する原子種とは化学的状
態が異なることが明らかになつた。紫外光電分光法から
も、原子価状態の化学結合が変化することもわかつた。
これらの観察、および不活性気体イオン(Ar)を衝撃さ
せた場合は接着力が改善されないことから、接着力の向
上はポリイミド表面が化学的に活性化した結果であるこ
とが証明された。
参考例 3 下表に、ポリイミドまたはkapton(商標)基板作成の
各事前処理ステツプの結果を示す。すべての事前処理ス
テツプは、室温で行われた。高温では、接着力が増加し
た。この表から、ポリイミドを酸素イオンおよび窒素イ
オンで処理すると接着力が改善されるが、アルゴン・イ
オンの衝撃やKOHエツチングなどその他の事前処理ステ
ツプでは、接着力が著しく改善されないことが明らかで
ある。
本発明を実施する際に、基板とその上に付着させた金
属層の間の接着力を増加するため、低エネルギの反応性
イオン、電子および光子を使つて有機基板の薄い層の表
面化学構造を改変する。照射粒子(反応性イオン、電子
および光子)のエネルギが2000eV未満であり、照射粒子
は基板の薄い表面領域の表面化学構造を改変するもので
あることが重要である。この化学構造は約300Å以下の
深さまで改変される。さらに、粒子による処理を金属の
付着と同時に行う場合、金属基板界面で最大の化学構造
の改変と混合が起こるようにするため、金属原子と反応
性イオン、電子または原子の到達速度がほぼ同等、ある
いは、せいぜい約1〜2桁違い以内であるのが好まし
い。基板表面に連続する金属膜が確立されるまで、金属
原子の到達速度は約100Å/秒以下に選択する。
G.発明の効果 本発明の方法によれば、種々の有機基板に対する種々
の金属の接着力を改善できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施するための装置を概略的に示し
た図である。 第2図は、紫外線光電分光法で得られたポリイミド表面
のスペクトル図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター・オツトー・ハーン ドイツ連邦共和国8263ブルクハウゼン、 シヨツペンハウエルベーク5番地 (72)発明者 ポール・シユウ−チユング・ホウ アメリカ合衆国ニユーヨーク州チヤパツ カ、レーク・ロード、ウイツパーウイル 5番地 (72)発明者 ハラランボス・レフアキス アメリカ合衆国カリフオルニア州サン・ ノゼ、サウス・サラトガ720、アプト、 ヴイ105番地 (72)発明者 ゲイリー・ウエイン・ルブロフ アメリカ合衆国ニユーヨーク州カトノ ー、ナイチンゲール・ロード16番地 (56)参考文献 特開 昭51−22770(JP,A) 特開 昭59−223731(JP,A) 特公 昭47−30916(JP,B1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機基板の表面に、50〜2000eVのエネルギ
    をもつ反応性のイオンあるいは電子、または0.2〜10eV
    のエネルギをもつ光子よりなる低エネルギ粒子を、1015
    〜1017粒子/cm2・秒の粒子束で照射すること、 上記低エネルギ粒子の照射と同時に、上記有機基板上
    に、毎秒1〜100Åの初期付着速度で金属膜を蒸着させ
    ること、および 上記基板上に所定の厚さの金属が付着するまで上記の金
    属付着を続けることからなる、 金属−有機基板間の接着力を改善する方法。
JP61108759A 1985-06-20 1986-05-14 金属−有機基板間の接着力を改善する方法 Expired - Lifetime JP2597352B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US74690885A 1985-06-20 1985-06-20
US746908 1985-06-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61295365A JPS61295365A (ja) 1986-12-26
JP2597352B2 true JP2597352B2 (ja) 1997-04-02

Family

ID=25002868

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61108759A Expired - Lifetime JP2597352B2 (ja) 1985-06-20 1986-05-14 金属−有機基板間の接着力を改善する方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0206145B1 (ja)
JP (1) JP2597352B2 (ja)
DE (1) DE3674645D1 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2622898B1 (fr) * 1987-11-06 1990-01-26 Valeo Procede et dispositif de metallisation de reflecteurs,notamment de reflecteurs d'eclairage et de signalisation de vehicules automobiles et reflecteurs obtenus par ledit procede
GB8728399D0 (en) * 1987-12-04 1988-01-13 Secretary Trade Ind Brit Deposition of materials to substrates
US5084355A (en) * 1988-04-13 1992-01-28 Hitachi, Ltd. Laminar structure comprising organic material and inorganic material
JP2664265B2 (ja) * 1989-03-20 1997-10-15 株式会社日立製作所 金属/有機高分子合成樹脂複合体及びその製造方法
IT1232672B (it) * 1989-09-20 1992-03-02 Tecnopart Srl Procedimento per migliorare l'adesivita' della superficie di corpi formati in materiale polimerico e corpi formati cosi' ottenuti
US5389195A (en) * 1991-03-07 1995-02-14 Minnesota Mining And Manufacturing Company Surface modification by accelerated plasma or ions
DE69218820T2 (de) * 1991-03-07 1997-10-02 Minnesota Mining & Mfg Polymer mit vernetztem Flächengebiet
US5461203A (en) * 1991-05-06 1995-10-24 International Business Machines Corporation Electronic package including lower water content polyimide film
US5316802A (en) * 1992-02-20 1994-05-31 Nissin Electric Co., Ltd. Method of forming copper film on substrate
GB9412793D0 (en) * 1994-06-24 1994-08-17 Atomic Energy Authority Uk Surface treatment of plastic films
DE19602659A1 (de) * 1996-01-26 1997-07-31 Hoechst Ag Metallisierung von thermoplastischen Kunststoffen
EP0821077A3 (en) * 1996-06-27 2000-09-06 Nissin Electric Co., Ltd. Object coated with carbon film and method of manufacturing the same
AU719341B2 (en) * 1997-01-22 2000-05-04 De Nora Elettrodi S.P.A. Method of forming robust metal, metal oxide, and metal alloy layers on ion-conductive polymer membranes
US6893720B1 (en) 1997-06-27 2005-05-17 Nissin Electric Co., Ltd. Object coated with carbon film and method of manufacturing the same
JP2000273226A (ja) * 1999-03-24 2000-10-03 Matsushita Electric Works Ltd 樹脂基材表面への金属膜形成方法
US20020000370A1 (en) * 1999-08-04 2002-01-03 Richard J. Pommer Ion processing of a substrate
DE10254622A1 (de) * 2002-11-22 2004-09-02 Hueck Folien Gesellschaft M.B.H. Hochbelastbar, beständige, flexible Folie
JP3641632B1 (ja) * 2003-10-06 2005-04-27 Fcm株式会社 導電性シート、それを用いた製品およびその製造方法
EP3086939B1 (en) * 2013-12-23 2018-02-21 Solvay Specialty Polymers Italy S.p.A. Thermal acoustic insulation blankets

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE558061A (ja) * 1956-06-05
US3069286A (en) * 1958-08-07 1962-12-18 Du Pont Preparation of metallized perfluorocarbon resins
AT264142B (de) * 1964-08-25 1968-08-26 Fritz Dipl Ing Dr Te Grasenick Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen aus Polytetrafluoräthylen
FR1547700A (fr) * 1967-10-18 1968-11-29 Comp Generale Electricite Perfectionnement à l'adhérence des dépôts métalliques sur une surface constituée par un matériau synthétique
JPS5122770A (ja) * 1974-08-19 1976-02-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd Orefuinkeikobunshifuirumuno kinzokukahoho
BG32652A1 (en) * 1980-03-13 1982-09-15 Kolev Method for surface laying of metals on synthetic, natural and artificial polymers
JPS59223731A (ja) * 1983-06-02 1984-12-15 Susumu Kumagai 合成樹脂成形品表面への金属薄膜形成方法及び成形品
JPS6077970A (ja) * 1983-10-05 1985-05-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 被蒸着物表面をクリ−ニングする物理蒸着前処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE3674645D1 (de) 1990-11-08
EP0206145B1 (en) 1990-10-03
JPS61295365A (ja) 1986-12-26
EP0206145A2 (en) 1986-12-30
EP0206145A3 (en) 1987-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4886681A (en) Metal-polymer adhesion by low energy bombardment
JP2597352B2 (ja) 金属−有機基板間の接着力を改善する方法
US4622919A (en) Film forming apparatus
US5824198A (en) Process for barrier coating of plastic objects
JP3547402B2 (ja) プラズマ処理システムおよび方法
JP3124508B2 (ja) 窒化物表面の改質方法及びその方法により表面改質された窒化物
WO2004008510A1 (ja) 基板の表面処理方法
US5324414A (en) Ion selective electrode
JP2909248B2 (ja) 窒化硼素被覆部材
EP0633714B1 (en) Processing apparatus using fast atom beam
US6162513A (en) Method for modifying metal surface
CA1292965C (en) Metal adhesion by low energy irradiation of an organic substrate
JPH05117087A (ja) ダイヤモンド様薄膜の保護膜付き物品
JP2777543B2 (ja) 硬質炭素被膜基板及びその形成方法
JPS6176662A (ja) 薄膜形成方法および装置
JPH02156066A (ja) 基材のクリーニング方法
RU2190628C2 (ru) Способ нанесения тонких полимерных слоев на поверхность твердых тел
JP2792156B2 (ja) エッチング装置およびエッチング方法
JPS63161168A (ja) イオンビ−ムスパツタによる成膜方法
JPS63128169A (ja) イオンプレ−テイング装置
JPS63213664A (ja) イオンプレ−テイング装置
JP2636577B2 (ja) 窒化チタン膜の形成方法
JPH0978226A (ja) 基体表面処理方法
JPS6042832A (ja) イオンビ−ム装置
JPS63128170A (ja) イオンプレ−テイング装置