(57)【要約】【課題】  高度な装置を使用せず、電気的に孤立したパターンを有する基材をも大量に処理可能な酸化被膜調製方法を提供する。【解決手段】  電解液中に浸漬された二つの電極２，３間に通電させることによって被処理体４上に酸化被膜を調製する方法であって、被処理体４表面は絶縁部と導電部からなる回路パターンを有し、被処理体４を電極間に接触させないように電解液中に浸漬する工程と、前記導電部を酸化する工程とを有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液中に浸漬された二つの電極間に通電させることによって被処理体上に酸化被膜を調製する方法であって、
前記被処理体表面は絶縁部と導電部からなる回路パターンを有し、
前記被処理体を前記電極間に接触させないように前記電解液中に浸漬する工程と、前記導電部を酸化する工程とを有することを特徴とする酸化被膜調製方法。
【請求項２】
前記二つの電極間に前記被処理体を複数配置し、複数の被処理体を同時に酸化することを特徴とする、請求項１に記載の酸化被膜調製方法。
【請求項３】
前記被処理体は、樹脂基材上に前記回路パターンを有するものであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の酸化被膜調製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体の導電部の酸化被膜調製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無機半導体素子に組み込まれている酸化被膜の調製法では、高温・高真空などの非常に特殊な条件が要求されている。その条件は集積回路の高精度・高密度化に従ってより厳しくなっているため、製造コスト増加の一因となっている。
【０００３】
代替法として、化成法（化学的酸化法）、焼成法、電解酸化法等の様々な手法が試みられており、それぞれ下記のような特徴を備えている。
【０００４】
化成法（化学的酸化法）は、常温常圧付近の温和な条件で実施可能であるため、有用性は高いが、生成される酸化被膜には水酸基が含まれてしまうため、後工程として加熱処理をしない場合の耐電圧は５Ｖ程度が限界となる。そのため、使用用途が限定された酸化被膜となる。
【０００５】
焼成法は、調製時に最低４００℃以上の高温加熱処理が必要となるため、基材に有機物を含むような耐熱性の低い対象物は適用不可能である。
【０００６】
電解法は低温プロセスで調製可能であり、安価な装置を利用することが可能である（例えば非特許文献１及び特許文献１）が、対象物は電源からリード線が取れなくてはならない。そのため、酸化被膜調製時の総通電量により酸化被膜の厚み制御が可能という利点があるにもかかわらず、一度に大量の処理を行うには、その量に応じた電気的接続点が必要となり、装置が煩雑になる。したがって回路基材の選択的酸化被膜調製を行うためには、回路設計上の制約を受ける。
【０００７】
改良された陽極酸化法として、陽極と陰極の間に被処理体を輸送して酸化被膜を調製する方法がある（特許文献２及び特許文献３）。特許文献２及び特許文献３の手法では回路形成を目的としたパターニングは可能ではなく、水性酸電解液使用下での直流電流印加に限定される。さらに、複数個の被処理体を同時に処理できず、これ以上の生産プロセス向上はできない。
【０００８】
類似の手法として、陽極と陰極の間に配置された被処理体にメッキする手法がある（特許文献４）。しかしこの手法では回路パターンを形成させた酸化被膜調製はできない。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１５０３８３号公報
【特許文献２】特公平５−１４０３１号公報
【特許文献３】特開平８−５０７８２９号公報
【特許文献４】特開平７−１５７８９２号公報
【非特許文献１】Ｔａｔｅ，  Ｊ；  Ｒｏｇｅｒｓ，  Ｊ．  Ａ．；  Ｊｏｎｅｓ，  Ｃ．Ｄ．Ｗ；  Ｖｙａｓ，  Ｂ；  Ｍｕｒｐｈｙ，  Ｄ．Ｗ．；  Ｌｉ，  Ｗ．  ；  Ｂａｏ，  Ｚ．；  Ｓｌｕｓｈｅｒ，  Ｒ．Ｅ．；  Ｄｏｄａｂａｌａｐｕｒ，  Ａ．；  Ｋａｔｚ，  Ｈ．Ｅ，    “Ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔａｃｔ  Ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  Ｓｉｌｖｅｒ：  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｌｏｗ−Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｗｉｔｈ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ”，  Ｌａｎｇｍｕｉｒ，  １６，  ６０５４−６０６０（２０００）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体産業で用いられている従来の酸化被膜調製方法や、化成法（化学的酸化法）、焼成法、電解酸化法では、前述したような問題点を有しており、これらを解決し得る新たな酸化被膜調製方法の創出が必要とされている。
【００１１】
本発明は、高度な装置を使用せず、電気的に孤立したパターンを有する基材をも大量に処理可能な酸化被膜調製方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成すべく成された本発明の酸化被膜調製方法は、電解液中に浸漬された二つの電極間に通電させることによって被処理体上に酸化被膜を調製する方法であって、前記被処理体表面は絶縁部と導電部からなる回路パターンを有し、前記被処理体を前記電極間に接触させないように前記電解液中に浸漬する工程と、前記導電部を酸化する工程とを有することを特徴とする。
また、前記二つの電極間に前記被処理体を複数配置し、複数の被処理体を同時に酸化することを特徴とする。
また、前記被処理体は、樹脂基材上に前記回路パターンを有するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複雑な構造の装置を用いることなく、目的基材上に部分的な孤立パターンが存在してもすべての金属部分に酸化被膜を調製でき、従来の陽極酸化被膜よりも高い耐電圧を有する酸化被膜を調製することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の酸化被膜調製方法の概念図であるが、通常の電解装置内に電解回路とは独立して被処理体を浸漬可能な装置であればこれに限定するものではない。図１において、１は電解液の入った電解槽、２はアノード（陽極）、３はカソード（陰極）、４は被処理体である。
【００１５】
本発明の酸化被膜調製方法において、印加する電場の種類は、定電位あるいは定電流でも良く、前記二つの手法を組み合わせた電場でも良い。また交流電流あるいは交流電場を印加した場合にも酸化被膜の調製は可能である。
【００１６】
なお一般的な陽極酸化法において、印加する電場の種類により得られる酸化被膜は膜性が異なることが知られている。一般に、定電位法や定電流法が知られているが、前者はより緻密な膜を調製するのに適し、後者は厚い膜を調製するのに適している。工業的な調製法としては、両方を組み合わせた場合が多い。
【００１７】
被処理体４の配置は陽極２と陰極３の間であればよく、該被処理体の向きにはほとんど無関係である。また、被処理体は複数個同時に配置することが可能である。また、二つの電極面積は被処理体よりも大きく、電場を印加する二つの電極間距離は一定である方が、より良好な酸化被膜が調製可能である。
【００１８】
なお、本明細書において被処理体の導電部は主にアルミニウム（Ａｌ）と酸化調製して得られた酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）について示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばタンタル（Ｔａ）と酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、チタン（Ｔｉ）と酸化チタン（ＴｉＯ2）、ケイ素（Ｓｉ）と酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等の金属と金属酸化物の組合せに有効であり、これらの多層膜に対しても有効な手段である。
【００１９】
また使用する電解液は水溶液系あるいは有機溶媒系、又は前記二系統の混合溶媒系のいずれも可能である。一般の陽極酸化法では、水溶液系での調製では水酸基が発生しやすいため、良好な電気的絶縁性を確保することは難しい。そのため、有機溶媒系と組み合わせたり、有機溶媒系単独で実施したりすることにより高い電気絶縁性が得られる。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例の記載に限定されるものではない。
先ず、本発明を完成させるに到った実験例を説明する。
【００２１】
（実験例１）
支持電解質として０．５ｍｏｌ・ｄｍ-3Ｈ3ＢＯ3および０．０５ｍｏｌ・ｄｍ-3Ｎａ2Ｂ4Ｏ7のそれぞれを溶解させた電解水溶液を用い、図１に示したような電解槽を用いた。使用した電極は６×４×０．０５ｃｍの白金板とし、電解液に浸漬させた面積は４×４ｃｍである。酸化被膜調製の対象となる被処理体は６×１×０．０５ｃｍのアルミニウム板とし、電解液に浸漬させた面積は４×１ｃｍである。つぎに電源に接続している電極へ０．１ｍＡ・ｃｍ-2の定電流を室温下で３００秒通電した。通電した電気量は３．８１×１０-7Ｆとなる。
【００２２】
上記の操作終了後、上記アルニウム板を蒸留水で十分に洗浄し、窒素ガス流で水分を除去した。
【００２３】
得られたサンプルの表面分析結果を図４（ａ）に、断面分析結果を図４（ｂ）に、元素分析結果を図６にそれぞれ示した。また、比較のために未処理のアルミニウム板の表面分析結果を図５（ａ）に、断面分析結果を図５（ｂ）に、元素分析結果を図７にそれぞれ示した。
【００２４】
これらの分析結果から、本実験例のサンプルは、未処理のアルミニウム板と比較して、明らかに酸化被膜が調製されていることが分かる。また、図４（ｂ）および図６の結果より、本実験例のサンプルの酸化被膜の厚みは２５００ｎｍ程度であることが分かる。
【００２５】
また、本実験例で調製した酸化被膜の電気特性を評価するため、電解液に浸漬させた部分および浸漬されなかった部分にそれぞれ金を５０μｍ間隔で蒸着し、パラメーターアナライザー（アジレント社製ＨＰ４１４５Ｂ）で絶縁特性を測定した。
【００２６】
本実験例で調製した酸化被膜の耐電圧は、表１および図１０に示すように１３Ｖ程度であった。化成法による酸化被膜の耐電圧は水酸化物を取り込んでしまうため耐電圧は５Ｖ程度であることと比較しても本実験例で示した手法のほうが耐電圧の高い酸化被膜を調製できることが分かる。
【００２７】
（実験例２）
実験例１と同様の手法で、支持電解質を０．０１ｍｏｌ・ｄｍ-3Ｈ3ＰＯ4に代えてアルミニウム板の酸化被膜調製を行った。本実験例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、表１および図１０に示すように１３．４Ｖ程度であり、耐電圧の高い酸化被膜を調製できた。
【００２８】
（実験例３）
実験例１と同様の手法で、酸化被膜調製の対象をタンタル板に代えて実施した。本実験例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、表１および図１０に示すように１３．４Ｖ程度であり、耐電圧の高い酸化被膜を調製できた。
【００２９】
（比較実験例１）
実験例１の操作による酸化被膜の調製の妥当性を評価することを目的とし、実験例１で使用した電解液と同様の溶液を調製し、電場を印加していない電解槽中へ、実験例１と同様の大きさのアルミニウム板を３００秒間浸漬した。
【００３０】
その後の操作は実験例１と同様、蒸留水で十分に洗浄し、窒素ガス流で水分を除去した。
【００３１】
得られたサンプルの表面分析結果を図８（ａ）に、断面分析結果を図８（ｂ）に、元素分析結果を図９にそれぞれ示した。
【００３２】
これらの分析結果から、本比較実験例のサンプルは、未処理のアルミニウム板と比較して、やや酸化被膜が厚くなっている（約１０ｎｍ）が、実験例１の結果と比較して、酸化被膜はほとんど生成していないことが分かる。
【００３３】
また、本比較実験例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、表１および図１０に示すように耐電圧はほとんどないことが分かった。
【００３４】
（比較実験例２）
実験例１の電解槽と同様の装置で、実験例１で使用した酸化被膜調製対象と同様のアルミニウム板をアノードとして使用し、実際の陽極酸化被膜を調製した。電流密度、通電時間、反応温度は実験例１と同様の手法で実施した。ただしアノードとカソード以外は電解槽へ浸漬しなかった。なお調製後の後処理については実験例１と同様の手法を用いた。
【００３５】
本実験例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、表１および図１０に示すように３．４Ｖ程度であった。
【００３６】
［実施例１］
本実施例では、酸化被膜調製の被処理体として図３に示すような６×２ｃｍのシリカガラス板５上にアルミニウムの蒸着パターンを形成したものを用いた。この蒸着パターンは、図示のように、電気的連続部のアルミ蒸着部６と、このアルミ蒸着部６とは分離部（シリカガラス露出部）７によって分離された電気的非連続部のアルミ蒸着部８とからなる。
【００３７】
上記の被処理体に実験例１と同様の手法で酸化被膜の調製を行った。なお、電解液へ浸漬させた面積は４×２ｃｍである。
【００３８】
本実施例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、表１および図１１に示すように連続部６の酸化被膜の耐電圧は１２．６Ｖ、非連続部８の酸化被膜の耐電圧は１３．０Ｖであり、共に耐電圧の高い酸化被膜を調製できた。これにより、本発明の酸化被膜調製方法を実施すれば、基材上に部分的な孤立パターンが存在してもすべての金属部分に酸化被膜が調製され、且つ、通常の陽極酸化被膜よりも高い耐電圧を有する酸化被膜の調製が可能であることが実証された。
【００３９】
［実施例２］
図２に示すように、実施例１と同様のアルミ蒸着パターンを形成した被処理体４を二つの電極２，３間に２枚浸漬して同時に酸化被膜の調製を行った。なお、電解液へ浸漬させた面積は２枚共に４×２ｃｍである。
【００４０】
本実施例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、２枚の被処理体共に実施例１と同様の結果が得られ、連続部６の酸化被膜の耐電圧は１２．６Ｖ、非連続部８の酸化被膜の耐電圧は１３．０Ｖであり、共に耐電圧の高い酸化被膜を調製できた。これにより、本発明の酸化被膜調製方法を実施すれば、複数の被処理体に対して同時に酸化被膜の調製を行うことができ、基材上に部分的な孤立パターンが存在してもすべての金属部分に酸化被膜が調製され、且つ、通常の陽極酸化被膜よりも高い耐電圧を有する酸化被膜の調製が可能であることが実証された。
【００４１】
［実施例３］
実施例１と全く同一の条件で、酸化被膜調製の被処理体の基材をポリイミド樹脂に代えた場合について検討した。
【００４２】
本実施例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、実施例１と同様の結果が得られ、連続部６の酸化被膜の耐電圧は１１．４Ｖ、非連続部８の酸化被膜の耐電圧は１２．１Ｖであり、共に耐電圧の高い酸化被膜を調製できた。これにより、本発明の酸化被膜調製方法を実施すれば、基材が樹脂であっても複数の被処理体に対して同時に酸化被膜の調製を行うことができ、基材上に部分的な孤立パターンが存在してもすべての金属部分に酸化被膜が調製され、且つ、通常の陽極酸化被膜よりも高い耐電圧を有する酸化被膜の調製が可能であるこという、広い汎用性が実証された。
【００４３】
［実施例４］
実施例２と全く同一の条件で、酸化被膜調製の被処理体の基材をポリイミド樹脂に代えた場合について検討した。
【００４４】
本実施例で調製した酸化被膜の耐電圧を実験例１と同様に測定したところ、２枚の被処理体共に実施例１と同様の結果が得られ、連続部６の酸化被膜の耐電圧は１１．２Ｖ、非連続部８の酸化被膜の耐電圧は１２．８Ｖであり、共に耐電圧の高い酸化被膜を調製できた。これにより、本発明の酸化被膜調製方法を実施すれば、基材が樹脂であっても、本発明の酸化被膜調製方法を実施すれば、複数の被処理体に対して同時に酸化被膜の調製を行うことができ、基材上に部分的な孤立パターンが存在してもすべての金属部分に酸化被膜が調製され、且つ、通常の陽極酸化被膜よりも高い耐電圧を有する酸化被膜の調製が可能であるという、広い汎用性が実証された。
【００４５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の酸化被膜調製方法を実施するための電解装置の一構成例を示す模式図である。
【図２】本発明の酸化被膜調製方法を実施するための電解装置の別の構成例を示す模式図である。
【図３】実施例で用いた被処理体に形成したアルミ蒸着パターンを示す図である。
【図４】（ａ）は実験例１で酸化被膜調製したアルミニウム板表面のＳＥＭ写真、（ｂ）は実験例１で酸化被膜調製したアルミニウム板断面のＳＥＭ写真である。
【図５】（ａ）は酸化被膜調製前のアルミニウム板表面のＳＥＭ写真、（ｂ）は酸化被膜調製前のアルミニウム板断面のＳＥＭ写真である。
【図６】実験例１で酸化被膜調製したアルミニウム板の深さ方向における元素分析結果を示す図である。
【図７】酸化被膜調製前のアルミニウム板の深さ方向における元素分析結果を示す図である。
【図８】（ａ）は比較実験例１で酸化被膜調製したアルミニウム板表面のＳＥＭ写真、（ｂ）は比較実験例１で酸化被膜調製したアルミニウム板断面のＳＥＭ写真である。
【図９】比較実験例１で酸化被膜調製したアルミニウム板の深さ方向における元素分析結果を示す図である。
【図１０】実験例および比較実験例で調製した酸化被膜の電気特性を示す図である。
【図１１】実施例１で調製した酸化被膜の電気特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  電解槽
２  アノード
３  カソード
４  被処理体
５  シリカガラス板
６  アルミ蒸着部（電気的連続部）
７  シリカガラス露出部
８  アルミ蒸着部（電気的非連続部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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