JP2003197452A

JP2003197452A - マイクロコイルの製造方法

Info

Publication number: JP2003197452A
Application number: JP2001396376A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Maeda; 重雄前田; Kazuhiro Abe; 一博阿部
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】配線間隔を狭く且つ配線高さを大きくして断
面積を大きくした配線を備え且つ配線間の絶縁信頼性が
高いマイクロコイルの製造方法を提供する。【解決手段】エポキシ樹脂の下地層２の上の配線５が
形成される予定の部分に触媒金属層３を形成し、光反応
性硬化剤を含有するエポキシ樹脂をパターニングして触
媒金属層３が存しない部分に型枠６を形成する。そし
て、触媒金属層３の上であって型枠６の相対向する壁面
間の底部に電解めっき用電極４を無電解めっきにより形
成する。それから、型枠６の相対向する壁面間に電解め
っきにより銅を析出させて満たし、配線５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に電解めっ
きにより配線を形成するマイクロコイルの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、様々な装置の小型化に伴って、マ
イクロマシンの技術が注目されている。なかでもマイク
ロコイルは、マイクロバルブ、ポンプ、光スイッチ等を
駆動するための電磁アクチュエーターとして用いられる
のみでなく、マイクロリレーやＤＣ／ＤＣコンバーター
等の電子機器用途にも多く使われるため、重要度が増し
ている。

【０００３】このようなマイクロコイルとして、例えば
“A Planer Micromachined SpiralInductor for Integr
ated Magnetic Microactuator Applications”;J. Micr
omech. Microeng. 3 (1993)には、線間及び層間絶縁膜
としてポリイミドを用いて平面マイクロコイルを作成し
た例が報告されている。この例では、巻き数１８のコイ
ル全体のサイズが３ｍｍ弱×３ｍｍ弱である。

【０００４】また、“A Bi-directional Magnetic Micr
opump on A Silicon Wafer”;the10th Annual Internat
ional Workshop on Micro Electro Mechanical System
s,1996 pp94-97には、フォトレジスト（ナフトキノンジ
アジド誘導体とノボラック樹脂誘導体との混合物）を用
いて、８ｍｍ×８ｍｍのダイアフラムを有するマイクロ
ポンプを駆動する平面マイクロコイルを作成した例が報
告されている。

【０００５】これらのマイクロコイルは、いずれも感光
性樹脂をパターニングしてコイル状の溝を形成して、こ
の溝を型枠として、その中に電解めっき等でＣｕやＡｌ
を埋め込んで形成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
例では、感光性ポリイミドを用いてマイクロコイルを作
成しているので、アスペクト比が１未満と低く、配線間
隔を狭くし且つ配線高さを大きくすることはできないた
めに、配線断面積が小さくなり、大きな電流を流し且つ
高密度化することが非常に困難である。これは、感光性
ポリイミドの解像度が劣っているためである。

【０００７】また、後者の例では、フォトレジストが経
時的に劣化すること及び有機溶剤耐性が小さいことによ
り、コイル作製後にフォトレジストを除去する必要があ
り、線間及び層間絶縁膜としてフォトレジストを利用で
きないために電気特性の信頼性が低く、また、積み重ね
て２層以上のコイルを作製することができないという欠
点がある。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、配線間隔を狭く
且つ配線高さを大きくして断面積を大きくした配線を備
え且つ配線間の絶縁信頼性が高いマイクロコイルの製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【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、エポキシ樹脂をコイル形成の型枠として用いて、
この型枠の凹部の底にのみ電解めっき用電極を形成する
触媒金属層を設けてマイクロコイルを製造することとし
た。

【００１０】具体的には、請求項１の発明は、基板上に
電解めっきにより配線を形成するマイクロコイルの製造
方法を対象とする。

【００１１】そして、上記基板上に上記電解めっき用の
電極を形成するための触媒金属層を上記配線が形成され
る予定の部分にのみ形成する工程と、上記触媒金属層が
形成された基板の上に光反応性硬化剤を含有するエポキ
シ樹脂を塗布する工程と、塗布された上記エポキシ樹脂
をパターニングすることにより、少なくとも上記触媒金
属層上から該エポキシ樹脂を全て除去することで、該エ
ポキシ樹脂の残部を、該エポキシ樹脂を除去した空間を
相対向する壁面で挟む形状を備えた該配線の形成用の型
枠とする工程と、上記触媒金属層の上に無電解めっきに
より上記電解めっき用電極を形成する工程と、上記電解
めっき用電極の上であって上記型枠の相対向する壁面の
間に電解めっきにより上記配線を形成する工程と、を備
えているものとする。

【００１２】ここで、マイクロコイルとは、線幅が１０
０μｍ以下の配線により形成されたコイルのことであ
り、光反応性硬化剤とは、紫外光等の光により分解して
エポキシ樹脂の硬化反応開始剤を生成する物質、例えば
芳香族スルホニウム塩や芳香族ジアゾニウム塩等のこと
である。また、パターニングするとは、感光性物質を含
有する樹脂を露光、現像して所定のパターンを形成する
ことである。

【００１３】請求項１の構成であれば、解像度が高くパ
ターニング後の安定性も高いエポキシ樹脂を型枠とし、
その型枠の相対向する壁面間に金属を電解めっきにより
満たすことで配線が形成されて、マイクロコイルが製造
されるので、配線幅を狭く且つ配線高さを大きくでき
る。従って、配線断面積が大きくなって大電流を流すこ
とができ、しかも、エポキシ樹脂を線間絶縁膜として利
用しているため、電気特性の信頼性が高く、また、上方
向に複数層のコイルを積み重ねて作製することができ
る。これらのことにより、小型で磁束密度の大きなマイ
クロコイルとすることができる。ここで、基板上に触媒
金属層を配線が形成される予定の部分にのみ形成して、
パターニングによりエポキシ樹脂を前述のように配線の
形状のパターンとした触媒金属層上から全て除去するの
で、配線が形成される予定の部分の触媒金属層が剥き出
しとなって、配線を形成することができる。なお、無電
解めっきによる電解めっき用電極の形成は、エポキシ樹
脂の塗布及びパターニングの前でも後でもよい。

【００１４】また、エポキシ樹脂は触媒金属等の金属と
の密着性があまり高くないので、もし触媒金属層上にエ
ポキシ樹脂の型枠が形成されると型枠が倒れたり傾いた
りしてしまうが、請求項１の発明では、触媒金属層上か
らエポキシ樹脂が全て除去され、触媒金属層が存しない
部分にエポキシ樹脂の型枠が設けられるため、型枠は安
定して形成され、倒れたり傾いたりすることがない。即
ち、触媒金属層の配線形状のパターン以外の場所にエポ
キシ樹脂の型枠が設けられるので、型枠の高さが高くな
っても安定して形成される。

【００１５】このマイクロコイルの構成を別言すれば、
基板上に塗布された光反応性硬化剤を含有するエポキシ
樹脂をパターニングして形成されたコイル形状であって
触媒金属層又はその上に設けられた電解めっき用電極に
まで達する溝に、電解めっきにより析出する金属を満た
して作製されているということであり、この溝が型枠の
ことである。なお、この溝は連続していても不連続であ
ってもどちらでもよい。さらに、電解めっきにより配線
を形成するため一度に複数のマイクロコイルを製造する
ことができて、製造効率が上がる。また、コイルの型枠
をパターニングにより作製するので、一度に複数の微細
なパターンを作製することができる。

【００１６】ここで、触媒金属は無電解めっきによって
電解めっき用電極を形成するものであって、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ａｕ等を好ましく挙げることができ、特にＰｔが触
媒活性が高いためより好ましい。

【００１７】次に、請求項２の発明は、請求項１におい
て、基板と触媒金属層との間に、電気絶縁性の下地層を
形成する工程を備えているものとする。

【００１８】請求項２の製造方法であれば、基板と配線
との間が電気的に絶縁されるため、電気的特性に優れた
マイクロコイルを製造することができる。なお、下地層
の形成方法は特に限定されないが、電気絶縁性の樹脂を
塗布して形成する方法が簡便な方法であるため好まし
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２０】図１（ａ）は、本実施形態に係るマイクロ
コイル１０の平面模式図であり、そのＡ−Ａ線断面図を
図１（ｂ）に示す。本実施形態に係るマイクロコイル１
０は、Ｓｉの基板１の上に形成されており、この基板１
の上面にはエポキシ樹脂の下地層２が形成され、その上
にエポキシ樹脂の型枠６のパターンとこのパターン間に
挟まれるように触媒金属層３が形成されている。触媒金
属層３の上には、電解めっき用電極４が形成され、さら
に電解めっき用電極４の上に銅の配線５が形成されてい
る。

【００２１】上記型枠６は、上から見ると一筆書きの矩
形渦巻き状であり、型枠６の渦巻き線の幅よりも高さの
方が大きい。この高さと幅の比をアスペクト比という
が、本実施形態では、アスペクト比が２〜２０に設定さ
れており、配線５幅は５〜２０μｍに設定されている。
この型枠６は、基板１から垂直に立ち上がり、コイル状
に渦巻いている連続した壁状のものであり、この型枠６
の相対向する壁面間が溝になっているとも言える。この
溝の底の部分に電解めっき用電極４が形成されていて、
この上に型枠６の上面と同じ高さまで配線５がやはり一
筆書きの矩形渦巻き状に電解めっきにより形成されてい
る。また、下地層２のエポキシ樹脂は、型枠６を構成す
るエポキシ樹脂と同じであり、電気絶縁性に優れてい
る。

【００２２】次に、このマイクロコイル１０の製造方法
について説明する。

【００２３】まず、Ｓｉの基板１を用意する（図２参
照）。この基板１の上面全面に光反応性硬化剤を含有す
るエポキシ樹脂（日本マクダーミッド株式会社製、商品
名ＳＵ−８）をスピンコート法などで塗布して下地層２
を形成する（図３参照）。

【００２４】それから、光反応性硬化剤を含有するエポ
キシ樹脂をパターニングして、下地層２を所望形状にす
る（図４参照）。これらエポキシ樹脂の塗布及びパター
ニングの工程が、下地層２を形成する工程である。

【００２５】この下地層２及び周囲の基板１面の上全面
にフォトレジスト１１をスピンコート法などで塗布する
（図５参照）。それから、このフォトレジスト１１をパ
ターニングして、配線５を形成する予定の部分のみを取
り除く（図６参照）。

【００２６】そして、スパッタ蒸着法によりＰｔを上面
に蒸着して触媒金属層３を形成する（図７参照）。

【００２７】それから、フォトレジスト１１を除去する
（図８参照）。そうすると、配線５をを形成する予定の
部分のみに触媒金属層３が残り、触媒金属層３は配線５
と同形状のパターンを有する。これらフォトレジストの
塗布、パターニング、Ｐｔ蒸着及びフォトレジスト除去
の工程が、触媒金属層を配線が形成される予定の部分に
のみ形成する工程である。

【００２８】次に、下地層２の上に触媒金属層３のパタ
ーンを形成した基板１上面全面に光反応性硬化剤を含有
するエポキシ樹脂（日本マクダーミッド株式会社製、商
品名ＳＵ−８）をスピンコート法等で厚く塗布してエポ
キシ樹脂層８を形成する（図９参照）。エポキシ樹脂層
８の厚みは、具体的には配線５幅の２〜２０倍である。
エポキシ樹脂層８の厚みが配線５幅の２〜１５倍である
と、大きな配線５高さが得られるともに、型枠６が安定
して得られるので好ましく、２〜１０倍であると型枠６
がより安定するためさらに好ましい。

【００２９】それから、このエポキシ樹脂層８をパター
ニングして型枠６を形成する（図１０参照）。このパタ
ーニングにより、配線５が形成される予定の部分に存し
ていたエポキシ樹脂が触媒金属層３の上から全て除去さ
れる。また、配線５の外側の型枠６が不要な部分も除去
される。但し、触媒金属層３のパターンの最外周の外側
にも型枠６の最外周部分を作成する。なお、ここでは、
型枠６の線幅と配線５幅即ち触媒金属層３のパターン線
幅とは同じ幅に設定している。

【００３０】次に、型枠６の相対向する壁面間の底部に
ある触媒金属層３の上に無電解めっきにより銅を析出さ
せて電解めっき用電極４とする（図１１参照）。

【００３１】そして、この電解めっき用電極４を用いて
電解めっきを施して、銅により配線５を型枠６の相対向
する壁面間に形成し、図１に示すマイクロコイル１０が
出来上がる。

【００３２】これまで説明してきたように、本実施形態
のマイクロコイル１０は、型枠６をエポキシ樹脂で形成
しているので、高アスペクト比を利用して配線５幅を狭
く配線５高さを大きくでき、その結果、マイクロコイル
１０を小型で磁束密度の大きいものとすることができ
る。そして、型枠６をそのまま線間絶縁層として利用す
るので、電気特性の信頼性が高い。さらに、予め触媒金
属層３を配線５が形成される予定の部分にのみ形成して
いるので、型枠６は触媒金属層３の上には形成されてい
なくて、そのため配線５が安定して形成されるととも
に、型枠６もパターニング工程や電解めっき工程で倒れ
たりすることなく安定して歩留まりよくマイクロコイル
１０を製造することができる。また、電解めっきにより
配線５を形成するので、複数のマイクロコイル１０を短
時間で一度に製造することができ、製造コストを下げる
ことができる。リソグラフィーを利用したパターン形成
を行っているので、一度に複数の且つ微細なパターン作
製ができる。下地層２を構成するエポキシ樹脂が型枠６
を構成するエポキシ樹脂と同じものであるので、基板１
と配線５との間の電気絶縁が確実に行われ、コストも低
減できる。

【００３３】（他の実施形態）上記の実施形態は一つの
例に過ぎず、本発明はこの例に限定されない。例えば、
上記実施形態では一層のマイクロコイル１０であった
が、この上に図２乃至図１１及び図１の工程を複数回繰
り返してコイルを積み重ねていき、複数層に積層したマ
イクロコイルとしてもよい。このとき、上下に隣接する
二層の単層マイクロコイル同士の導通をとるために、こ
の二層間の下地層２にスルーホールを設けて導電性物質
を充填することが好ましい。エポキシ樹脂は、上記実施
形態中に示した種類以外のものでも構わない。また、下
地層２の材質はエポキシ樹脂に限定されず、電気絶縁性
を有すればどのようなものでもよい。また、触媒金属も
ＰｄやＡｕ等のＰｔ以外の金属を用いても構わない。電
解めっき用電極４も銅以外の金属等でもよい。配線５を
形成する金属は、銅以外でもよく、合金であっても構わ
ない。マイクロコイル１０の形状も、コイルとしての機
能を発揮することができればどのようなものでもよい。
配線５幅と配線５間の型枠６の幅とは、同じ幅であって
も異なる幅であってもよい。また、基板１もＳｉに限定
されず、金属やプラスチック、セラミックス等でも構わ
ない。このとき、基板１を電気絶縁性物質からなるもの
とすれば、基板１が下地層２の役割も兼ねるため、エポ
キシ樹脂を塗布して別途下地層２を設ける必要はない。
製造工程も、途中に別の工程を入れてもよいし、エポキ
シ樹脂の塗布・パターニング工程と無電解めっきによる
電解めっき用電極形成工程とを入れ替える等順序を入れ
替えてもよいし、それぞれの工程の内容も変更しても構
わない。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に述べる効果を奏する。

【００３５】エポキシ樹脂をパターニングして型枠とし
て用いて、電解めっきで析出させた金属により配線を形
成してマイクロコイルを製造するので、配線幅が狭く且
つ配線高さを高くでき、従って大電流を流すことが可能
で磁束密度を大きくできる。そして、触媒金属層を予め
配線と同じ平面形状にしてから型枠を形成するので、倒
壊等のない安定した型枠を形成できる。また、パターニ
ングと電解めっきとにより短時間で製造するので、大量
に且つ微細なパターンを製造でき、小型のマイクロコイ
ルを低コストで製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は実施形態に係るマイクロコイルの平面
模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図２】（ａ）はＳｉの基板の平面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】（ａ）は下地層を塗布した平面模式図であり、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】（ａ）は下地層をパターニングした平面模式図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】（ａ）はフォトレジストを塗布した平面模式図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】（ａ）はフォトレジストをパターニングした平
面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図７】（ａ）は触媒金属をスパッタした平面模式図で
あり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図８】（ａ）はフォトレジストを除去した平面模式図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図９】（ａ）はエポキシ樹脂層を形成した平面模式図
であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図１０】（ａ）はエポキシ樹脂をパターニングした平
面模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図１１】（ａ）は電解めっき用電極を形成した平面模
式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１基板２下地層３触媒金属層４電解めっき用電極５配線６型枠１０マイクロコイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に電解めっきにより配線を形成す
るマイクロコイルの製造方法であって、上記基板上に上記電解めっき用の電極を形成するための
触媒金属層を上記配線が形成される予定の部分にのみ形
成する工程と、上記触媒金属層が形成された基板の上に光反応性硬化剤
を含有するエポキシ樹脂を塗布する工程と、塗布された上記エポキシ樹脂をパターニングすることに
より、少なくとも上記触媒金属層上から該エポキシ樹脂
を全て除去することで、該エポキシ樹脂の残部を、該エ
ポキシ樹脂を除去した空間を相対向する壁面で挟む形状
を備えた該配線の形成用の型枠とする工程と、上記触媒金属層の上に無電解めっきにより上記電解めっ
き用電極を形成する工程と、上記電解めっき用電極の上であって上記型枠の相対向す
る壁面の間に電解めっきにより上記配線を形成する工程
と、を備えていることを特徴とするマイクロコイルの製
造方法。
【請求項２】請求項１において、基板と触媒金属層との間に、電気絶縁性の下地層を形成
する工程を備えていることを特徴とするマイクロコイル
の製造方法。