JP2613935B2 - セラミック回路基板の製造方法 - Google Patents

セラミック回路基板の製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はセラミック回路基板の製造方法に関し、特
に、セラミック基板の表面に、導体回路を構成する導体
金属層を形成する方法に関するものである。
〔従来の技術〕
セラミックスを基材とするセラミック回路基板は、耐
熱性に優れる、高周波特性が良い、熱膨張率がSi半導体
に近いのでベアチップを搭載でき小型化を図れる、等の
優れた特徴を有しているが、基材であるセラミックス
と、導体回路を構成するCu等の導体金属との接合が難し
い。この問題を解決する為に、種々の方法が開発されて
おり、例えば、セラミック基板の表面をプラズマエッチ
ングして導体金属の接合性を高めた後、スパッタ法、蒸
着法、あるいはイオンプレーティング法等で導体金属を
成膜する方法が特公昭62−22957号公報に開示されてい
る。また、セラミック基板の表面に、セラミックスと接
合し易いTi、Cr等を中間層として薄く成膜した後、Cu等
の導体金属を成膜する方法が特開昭55−69255号公報ほ
かに開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、上記先行技術のうち、プラズマエッチング
を行う方法の場合、セラミック基板を高エネルギーのプ
ラズマ中にさらす為、基板温度が急激に上昇したり、処
理の均一性に欠けるという欠点があり、その上に形成さ
れる導体金属層の電気特性等が悪くなるという問題があ
った。また、TiやCrの中間層を形成する方法は、後工程
で導体金属層をエッチングして導体回路を形成する際
に、中間層もエッチングしなければならず、エッチング
が容易でなくなるという問題があった。
そこで、この発明の課題は、上記のような従来技術の
問題点を解消し、セラミック基板と導体金属層の接合性
すなわち密着性に優れるとともに、電気特性等も良好な
セラミック回路基板を製造することのできる方法を提供
することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決する、この発明のうち、請求項1記載
の発明は、セラミック基板の表面に、真空雰囲気下で不
活性ガスのイオンビームを照射した後、PVD法によって
導体金属層を形成するようてしている。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の実施に
際し、セラミック基板に形成された導体金属層の表面
に、さらに、真空雰囲気下で不活性ガスのイオンビーム
を照射するようにしている。
請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明の実施に
際し、セラミック基板の表面に対して、真空雰囲気下に
おける不活性ガスのイオンビーム照射と、PVD法による
導体金属層の形成を繰り返すようにしている。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3記載の発明の実
施に際し、不活性ガスのイオンビームのエネルギーが20
0eV〜20keVであるようにしている。
〔作用〕
セラミック基板の表面に、真空雰囲気下において不活
性ガスのイオンビームを照射すると、セラミック基板の
表面に付着した汚れの除去、表面の活性化、表面の凹凸
除去による平滑化等の作用があるととともに、これらの
作用が前記したプラズマエッチングに比べて均一であ
り、また、プラズマビームよりも穏やかに、かつ、均一
にセラミック基板が加熱される。このように処理された
後にPVD法によって導体金属層を形成すると、セラミッ
ク基板の表面には汚れがなく充分に活性化されているの
で基板と導体金属層との密着性が高くなり、基板が平滑
であるから導体金属層も平滑に形成され、形成される導
体金属の密度も高く緻密なものとなる。
上記のようにして形成された導体金属層の表面に、さ
らに前記同様にイオンビームの照射を行うと、導体金属
層の表面の凹凸除去が行われて、導体金属層の表面の平
滑性および緻密性をさらに向上できる。
前記イオンビームの照射と導体金属層の形成とを繰り
返すことによって、導体金属層の厚みを増やすことがで
き、1工程では形成できないような分厚い導体金属層を
形成できるとともに、各層の導体金属層の表面がイオン
ビームの照射によって平滑化されているので、全体の導
体金属層が緻密で平滑なものとなる。
照射するイオンビームのエネルギーを、200eV〜20keV
の範囲で実施することによって、前記した各作用を効率
良く発揮させることができる。
〔実施例〕
ついで、この発明を、実施例を示す図面を参照しなが
ら以下に説明する。
第1図は、この発明の実施に用いる装置の概略構造を
示しており、真空ポンプ2が接続された真空容器1内
に、セラミック基板Pを装着する基板ホルダ3が収容さ
れている。基板ホルダ3は、移動機構4に支持され、水
平方向に移動可能になっている。真空容器1内で、基板
ホルダ3の下方位置にはイオンガン5が設けられてい
る。イオンガン5には、ガス配管50およびバルブ53を経
て不活性ガスボンベ51が接続されており、イオンガン4
から照射される不活性ガスのイオンビームを、上方に配
置された基板ホルダ3のセラミック基板Pへ瀟洒できる
ようになっている。ガス配管50の一部は分岐され、バル
ブ54を経て真空容器1に開口されており、この開口端52
から真空容器1内に不活性ガスを直接供給できるように
もなっている。イオンガン5の側方にはスパッタリング
装置のスパッタカソード6が設けられ、スパッタカソー
ド6の上には、導体金属となるターゲット60が装着され
る。そして、基板ホルダ3をスパッタカソード6の上方
に移動させた状態で、スパッタリング装置を作動させれ
ば、ターゲット60の金属をセラミック基板Pの表面に堆
積させる、いわゆるスパッタリング法による導体金属層
の形成が行えるようになっている。
上記のような装置を用いて、セラミック回路基板を製
造する方法を説明する。
セラミック基板Pは、アルミナ基板等、通常の回路基
板に用いられているセラミック材料からなるものが使用
される。このセラミック基板Pを基板ホルダ3に装着し
て真空容器1内に挿入する。真空ポンプ2を作動させ
て、真空容器1内を所定の真空度まで排気する。このと
きの真空度は、イオンビームの照射が良好に行える程度
に設定しておけばよく、例えば、5×10-5Torr程度に設
定する。イオンガン4またはガス配管の開口端52から真
空容器1内にAr等の不活性ガスを供給し、真空ポンプ2
で排気しながら、不活性ガス圧がイオンビームの照射に
適当な範囲になるように、不活性ガスの供給量を調節す
る。この不活性ガス圧としては、上記Arガスの場合、例
えば、5×10-4〜5×10-3Torr程度に設定する。この状
態で、イオンガン5で不活性ガスのプラズマを発生させ
て不活性ガスのイオンビームを引き出し、このイオンビ
ームをセラミック基板Pの表面に照射する。イオンビー
ムの照射条件は、セラミック基板Pの材質や形状等によ
っても違うが、例えば、加速エネルギーを1〜1.5keV
に、照射密度を20μA/cm2とし、照射時間は、セラミッ
ク基板Pが96%アルミナ基板の場合には約10分間で実施
する。この発明の効果を充分に発揮させるには、イオン
ビームの加速エネルギーは、少なくとも200eV〜20keVの
範囲で実施するのが好ましい。
第2図には、セラミック基板Pの表面におけるイオン
ビームの作用を模式的に示しており、イオンビームを照
射する前のセラミック基板Pの表面は、粗い凹凸がある
とともに、セラミック基板Pの製造工程等で付着した汚
れ等の異物Sが残っている。イオンビームが照射される
と、イオン粒子Xがセラミック基板Pの表面に衝突し
て、異物Sを除去したり、表面の凹凸のうち、尖った山
の先端T等を削ることによって平滑化したり、セラミッ
ク基板Pの表面付近を活性化Aしたりする。すなわち、
イオンビームには、セラミック基板Pの表面をクリーン
ニングする作用、表面を均らして平滑化する作用、ある
いは活性化する作用があるのである。
イオンビームの照射が終了すれば、イオンガン5の作
動を停止した後、基板ホルダ3を移動させ、セラミック
基板Pをスパッタカソード6の上方に対面させる。不活
性ガスの供給量と真空ポンプの排気量とを調節して、不
活性ガス圧を、スパッタリング法の実施に適当な値に調
整する。具体的には、前記Arガスの場合、例えば、3×
10-3Torr程度になるように調整する。この状態で、スパ
ッタリング装置を作動させ、通常のスパッタリングを行
い、セラミック基板Pの表面にターゲット60の金属、例
えばCuを堆積させて、導体金属層を形成させる。
こうして導体金属層が形成されたセラミック基板P
は、真空容器1から取り出した後、通常のエッチングそ
の他の回路形成工程を経て、導体回路が形成され、セラ
ミック回路基板が製造される。
つぎに、上記の実施例と一部異なる方法について説明
する。すなわち、上記実施例と同様にして導体金属層が
形成されたセラミック基板Pを、真空容器1から取り出
さずに、再びイオンガン5の上方に移動させ、前記と同
様の工程で、導体金属層の表面に不活性ガスのイオンビ
ームを照射するのである。このイオンビームの照射によ
って、導体金属層の表面に残っている凹凸の凸部が削ら
れて導体金属層の表面がさらに平滑になり、導体金属層
を緻密化できる。このような処理を行ってセラミック基
板Pは、導体金属層の上にさらに絶縁層や第2の導体金
属層を形成して、いわゆる多層回路基板を形成するのに
好ましいものとなる。
さらに、別の実施例について説明する。セラミック基
板Pにイオンビームを照射した後、スパッタリング法で
導体金属層を形成するのは、前記実施例と同様である。
但し、このときの導体金属層の厚みは、比較的薄く、例
えば1〜2μ程度に形成する。そして、このような、イ
オンビームの照射および導体金属層の形成を繰り返すこ
とによって、薄い導体金属層を積み重ねて、必要とする
厚さの導体金属層を形成する方法であり、例えば、導体
回路を形成するために10μの導体金属層が必要な場合に
は、1μの薄い導体金属層を10層重ねればよく、前記イ
オンビームの照射およびスパッタリングを10回繰り返せ
ばよいことになる。
上記のように、薄い導体金属層を重ねて所定の厚みを
形成する方法は、1度のスパッタリング法では形成困難
な分厚い導体金属層が形成できるとともに、各層の導体
金属層が形成されるたびに、その表面をイオンビームの
照射によって平滑化しているので、最終的に形成された
導体金属層全体の表面が極めて平滑化し、かつ、緻密な
導体金属層が形成される。
以上に説明した、この発明にかかるセラミック回路基
板の製造方法では、セラミック基板の材質や形状は、前
記実施例以外にも自由に変更でき、セラミック基板に照
射するイオンビームも、前記ArイオンのほかHe,Neある
いはNイオン等を用いることもできる。
この発明方法を実施するための装置としては、図示し
た装置のほか、真空容器1を、イオンビームを照射する
部分とスパッタリングを行う部分とに分けて、ゲートバ
ルブ等を開閉自在に分離しておけば、両方の工程を良好
に実施できる。また、図示した装置は、セラミック基板
Pを一定量づづ真空容器1内に収容して、イオンビーム
の照射およびスパッタリングを行うバッチ式の装置であ
るが、セラミック基板Pを連続的に供給しながら、順次
イオンビームの照射およびスパッタリングを行う連続式
の装置で実施することもできる。
具体的なイオンビームの照射機構や照射時のセラミッ
ク基板の配置等は、通常のイオンビーム照射に用いられ
ている各種の照射機構等に変更でき、例えば、図示した
実施例のように、セラミック基板をイオンビームの光軸
に直交するように配置するほか、セラミック基板に対し
て傾斜方向からイオンビームが照射されるようにするこ
ともできる。イオンビームの照射条件も、セラミック基
板の材質等に対応して適宜に変更できる。
スパッタリング装置は、図示した構造のもののほか、
通常の薄膜形成手段に採用されている各種のスパッタリ
ング装置の構造に変更することもでき、スパッタリング
法の実施条件も、適宜に変更できる。さらに、導体金属
層を形成する方法は、スパッタリング法に限らず、真空
蒸着法やイオンプレーティング法等の、いわゆるPVD法
の中から、適当な方法を採用することができる。
〔発明の効果〕 以上に述べた、この発明のうち、請求項1記載の方法
によれば、セラミック基板の表面に、真空雰囲気下で不
活性ガスのイオンビームを照射することによって、セラ
ミック基板の表面をクリーンニングし、平滑化し、さら
に活性化することができる。特に、このイオンビーム法
は、従来のプラズマエッチングに比べて、処理が均一で
あるとともに、セラミック基板を急激に加熱することが
ない。したがって、PVD法によって形成する導体金属層
とセラミック基板との密着性を高め、導体金属層を平滑
にして緻密で均一に形成することができる。
このようにして、セラミック基板と導体金属層の密着
性が良くなるので、回路基板の信頼性が高まり、セラミ
ック基板と導体金属層との界面および導体金属層の表面
が平滑で、導体金属層が緻密に形成されるので、回路基
板を使用したときの、高周波における伝送損失、伝送遅
れが少なくなって回路基板の電気特性を向上させること
ができ、また、平滑で緻密な導体金属層は、回路形成を
行う際のエッチング精度も高くなるので、高精度な回路
を有するセラミック回路基板を製造できることになる。
請求項2記載の方法によれば、導体金属層の表面にイ
オンビームを照射することによって、導体金属層の表面
を平滑かつ緻密にできるので、請求項1の上記効果をよ
り高めることができるとともに、導体金属層の上に絶縁
層を介して第2の導体金属層を積み重ねて形成する、い
わゆる多層回路基板を製造する場合に、導体金属層の表
面が平滑なので、その上に絶縁層や第2の導体金属層が
形成し易く、高周波における伝送損失や伝送遅れの少な
い回路基板が製造できる。
請求項3記載の方法によれば、イオンビームの照射と
PVD法による導体金属層の形成を繰り返すことによっ
て、1回のPVD法では形成困難な分厚い導体金属層を形
成することができるとともに、個々の段階のPVD法によ
る導体金属層の形成を最適条件で行えるので、導体金属
層全体の電気的特性をより向上させることができる。
請求項4記載の方法によれば、イオンビームの出力を
一定の強さ範囲に限定することによって、前記した各請
求項記載の発明の効果を効率的に発揮することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の製造方法の実施に用いる装置の概略
構成図であり、第2図はイオンビーム照射のよる作用を
説明する模式的説明図である。 1……真空容器、2……真空ポンプ、3……基板ホル
ダ、5……イオンガン、51……不活性ガスボンベ、6…
…スパッタカソード、60……ターゲット、P……セラミ
ック基板

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック基板の表面に、真空雰囲気下で
    不活性ガスのイオンビームを照射した後、PVD法によっ
    て導体金属層を形成するセラミック回路基板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】セラミック基板に形成された導体金属層の
    表面に、さらに、真空雰囲気下で不活性ガスのイオンビ
    ームを照射する請求項1記載のセラミック回路基板の製
    造方法。
  3. 【請求項3】セラミック基板の表面に対して、真空雰囲
    気下における不活性ガスのイオンビーム照射と、PVD法
    による導体金属層の形成を繰り返す請求項2記載のセラ
    ミック回路基板の製造方法。
  4. 【請求項4】不活性ガスのイオンビームのエネルギーが
    200eV〜20keVである請求項1〜3の何れかに記載のセラ
    ミック回路基板の製造方法。
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