JP2008266689A

JP2008266689A - 基材に金属薄膜を形成する方法及び金属薄膜形成装置

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Publication number: JP2008266689A
Application number: JP2007108671A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ogaki; 久志大垣
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】比抵抗の小さい金属薄膜を形成することが可能な、金属薄膜を形成する方法を提供する。
【解決手段】本発明の基材上に金属薄膜を形成する方法は、基材上に、金属のイオンを還元するための還元剤を含むメッキ液を用いて金属薄膜を形成する方法であって、上記還元剤として、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記金属の粒子を形成する第一の還元剤と、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤と、を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、基材に金属薄膜を形成する方法及び金属薄膜形成装置に関するものである。より詳細には、ガラス、樹脂、セラミックス、シリコン等の基材に、直接、金属の薄膜を形成可能な、基材に金属薄膜を形成する方法及び金属薄膜形成装置に関する。

ＴＶ、携帯電話、ＰＣ等の液晶ディスプレイを用いた商品の市場が拡大するに伴い、液晶ディスプレイの高性能化、高システム化が要求されている。これに対応して、より比抵抗の小さい銅メッキによる実装基板の配線等、実装技術の高度化も要求されている。

従来、配線として使用される金属薄膜を、基板上に形成する方法のひとつとして、無電解メッキが採用されている。無電解メッキでは、従来、還元剤及び錯化剤として、ホルムアルデヒド及びエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）が使用されている（例えば特許文献１を参照）。

しかし、還元剤として使用されるホルムアルデヒドは発ガン性が指摘されている。また、錯化剤として用いられるＥＤＴＡは難分解性物質であるため、ＥＤＴＡを含む排水の処理は困難であり、その使用は制限されつつある。従って、このような物質を使用しないメッキ方法が求められている。

近年、上記問題点をふまえて、発ガン性の物質やＥＤＴＡ等の難分解性物質を使用しないメッキ方法が、多く提案されている。例えば酢酸銅、還元助剤及び緩衝剤水溶液からなるメッキ液を用いて、直接基板上に金属薄膜を形成するメッキ法が提案されている（非特許文献１を参照）。
特開２００２−７５９１３（２００２年３月１５日公開）ＭＥＳ２００６論文集第７９頁（２００６）

しかし、上述した、発ガン性の物質や難分解性物質を使用しないメッキ方法では、形成される金属薄膜の比抵抗が高くなるという課題を有している。この理由を以下に具体的に説明する。

非特許文献１には、還元助剤の種類によって、金属が還元されて析出する過程が異なることが示されている。つまり、還元助剤には、金属の粒子の形成を主として行なうものと、金属の粒子の成長を主として行なうものとがある。金属の粒子の形成を主として行なう還元助剤としてはクエン酸が例示できる。また、金属の粒子の成長を主として行なう還元助剤としてはギ酸が例示できる。

そして、クエン酸等の還元助剤を用いて、粒子の形成を優先して行なわせた場合には、金属薄膜を構成する金属の粒子の径が小さくなるため、当該粒子同士の粒界が多くなり、比抵抗が高くなる。また、ギ酸等の還元助剤を用いて、金属の粒子の成長を優先して行なわせた場合には、基材表面上に少量の金属の粒子が点在した状態で、個々の粒子が大きくなるため、基材表面における当該粒子の分散が粗くなり、比抵抗が大きくなる。

このように従来の発ガン性の物質や難分解性物質を使用しないメッキ方法では、還元助剤の性質のために、比抵抗の小さい金属薄膜を得ることが極めて困難であった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材上に、比抵抗の小さい金属薄膜を形成することが可能な、金属薄膜を形成する方法及びその装置を提供することにある。

本発明に係る方法は、上記課題を解決するために、基材上に、金属のイオンを還元するための還元剤を含むメッキ液を用いて金属薄膜を形成する方法であって、上記還元剤として、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記金属の粒子を形成する第一の還元剤と、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤と、を用いることを特徴としている。

上記の構成によれば、上記第一の還元剤によって上記金属のイオンは還元されて粒子として析出する。そして、当該金属の粒子は、上記第二の還元剤によって成長して、基材表面を薄く広く被覆する。これにより、ギ酸のような還元剤のみを用いて金属薄膜を形成した場合に比べて、比較的多くの金属の粒子が基材上を被覆して、さらに、第二の還元剤がそれぞれの粒子を成長させる。そのため、クエン酸のような還元剤のみを用いた場合に形成される金属の粒子の径に比べて径の大きい金属の粒子が、均一に基材上を被覆する。従って、比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。

本発明に係る方法では、上記基材上に、上記第一の還元剤を含むメッキ液を供給した後に、上記第二の還元剤を含むメッキ液を供給することがより好ましい。

基材上に上記第一の還元剤が供給された後に、上記第二の還元剤が供給されるため、上記第一の還元剤によって、ある程度金属の粒子が形成された後に、上記第二の還元剤による当該粒子の成長が起こるため、効率よく金属薄膜を形成することができる。つまり、先に上記第二の還元剤を供給すると、当該第二の還元剤によって径の大きな金属の粒子が形成されて、このために金属のイオンが消費させる。そこで、上記第一の還元剤を供給した後に上記第二の還元剤を供給して、これを防ぐことができる。よって、効率よく比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。

本発明に係る方法では、上記第一の還元剤によって、上記基材上の、金属薄膜の形成を目的とする面の表面積に対して、０．５倍以上０．８倍以下の表面積が上記粒子で被覆された後に、上記第二の還元剤を含むメッキ液の供給を開始することがより好ましい。

上記基材上の金属薄膜の形成を目的とする面の表面積に対して、０．５倍以上０．８倍を被覆する程度の金属の粒子が形成されて、当該粒子を成長させることで、さらにムラなく基材の表面を金属薄膜で被覆することができる。よって、さらに比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。

本発明に係る方法では、上記第一の還元剤はクエン酸であることがより好ましい。

クエン酸は、銅を安定して析出させて銅の微粒子を形成することができる。そのため、上記金属のイオンとして銅のイオンを用いたとき、より比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。

本発明に係る方法では、上記第二の還元剤はギ酸であることがより好ましい。

ギ酸は、銅を安定して析出させて銅の微粒子を成長させることができる。そのため、上記金属のイオンとして銅のイオンを用いたとき、より比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。

本発明に係る金属薄膜形成装置は、上記課題を解決するために、基材に対して還元性を有し、上記金属の粒子を形成させる第一の還元剤を含む第一のメッキ液を上記基材に供給する第一のメッキ液供給部、及び基材に対して還元性を有し、上記粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤を含む第二のメッキ液を上記基材に供給する第二のメッキ液供給部とを備えることを特徴としている。

本発明に係る金属薄膜形成装置では、上記第二のメッキ液供給部による上記第二のメッキ液の供給を制御する制御手段を備え、上記制御手段は、上記第一の還元剤によって、上記基材上の、金属薄膜の形成を目的とする面の表面積に対して、０．５倍以上０．８倍以下の表面積が上記粒子で被覆された後に、上記第二のメッキ液供給部による上記第二のメッキ液の供給を開始させる制御を行なうものであることがより好ましい。

本発明に係る方法は、以上のように、基材上に、金属のイオンを還元するための還元剤を含むメッキ液を用いて金属薄膜を形成する方法であって、上記還元剤として、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記金属の粒子を形成する第一の還元剤と、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤と、を用いるので、基材上に比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
＜１．本発明に係る方法＞
本発明に係る方法は基材上に、基材上に、金属のイオンを還元するための還元剤を含むメッキ液を用いればよく、上記還元剤として、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記金属の粒子を形成する第一の還元剤と、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤と、を用いればよい。これにより、ギ酸のような還元剤のみを用いて金属薄膜を形成した場合に比べて、比較的多くの金属の粒子が基材上を被覆して、さらに、第二の還元剤がそれぞれの粒子を成長させる。そのため、クエン酸のような還元剤のみを用いた場合に形成される金属の粒子の径に比べて径の大きい金属の粒子が、均一に基材上を被覆する。つまり、基材を被覆する金属の粒子の分散が粗くなることを防ぎ、かつ粒子の数が多すぎることによる粒界の増加を防ぐことができる。従って、基材上に比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。

なお、本明細書において「メッキ液」とは、金属薄膜の形成に用いる金属のイオンや、還元剤等の試薬を含む溶液を意図する。また、メッキ液を用いる態様としては、基材上に当該メッキ液によって金属薄膜が形成される限り限定されるものではない。例えば、当該メッキ液を基材上に塗布したり、滴下したり、製膜したり、当該メッキ液を充填した浴槽に浸したりして、メッキ液を基材上に供給すればよい。

本発明に係る方法で、金属薄膜を形成させることが可能な基材とは、特に限定されるものではない。例えば、ガラス基板、樹脂基板、セラミックス基板、シリコン基板等を挙げることができる。なお、樹脂基板としては、メタクリル樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等からなる樹脂基板を挙げることができる。

上記基材の表面は、後述の第一の還元剤によって形成される金属の微粒子が吸着しやすいように表面を改質しておくことが好ましい。基材の表面改質方法としては当該金属の微粒子が、吸着しやすいように改質できる方法であればよい。例えば、カップリング剤処理、アルカリ処理、紫外光処理、電子線照射処理、プラズマ処理等が挙げられる。これらは、単独又は２以上の組み合わせにより適用されうる。表面改質方法の中でも、アルカリ処理、紫外光処理、アルカリ処理と紫外光処理との併用が好ましい。本発明者らは後述する実施例において、紫外光処理とアルカリ処理とを併用してガラス基板の表面を改質した。

〔１−１．金属のイオン〕
本発明に係る方法では、基材上に金属のイオンを供給する。供給する金属のイオンとしては、特に限定されるものではないが、例えば、銅、金、パラジウム、プラチナ、銀、銅、ニッケル、コバルト等のイオンが挙げられる。つまり、本発明に係る方法によれば、上述の基材上に様々な金属の薄膜を形成することができる。

金属のイオンを供給する形態は特に限定されるものではない。例えば、当該金属の酢酸塩、硫酸塩等の金属塩をイオン源として供給すればよい。中でも、水素イオン濃度の低下を抑制する観点から、当該金属の酢酸塩を供給することが好ましい。当該金属の酢酸塩の溶媒は、特に限定されるものではなく、従来公知の金属メッキ用の溶媒を用いればよいが、中でも水が好ましい。本発明者らは後述する実施例において、０．１ｍｏｌ／ｌ酢酸銅水溶液を使用した。

また、金属のイオンは、当該イオンを含む水溶液等の溶液を基材上に供給してもよく、後述する第一の還元剤、第二の還元剤、又は第一の還元剤及び第二の還元剤を含むメッキ液に混合して供給してもよい。

金属のイオンとして、金属塩の溶液を供給するとき、当該溶液のｐＨは特に限定されるものではないが、２以上５以下であることが好ましい。なお、第一の還元剤及び第二の還元剤による還元に伴って、金属のイオンが減少してｐＨは低下しやすくなる。従って、予め、当該金属塩の溶液に緩衝液を混合しておくことが好ましい。本発明者らは後述する実施例において、ｐＨ４の酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液を、酢酸銅水溶液に混合して用いた。

〔１−２．第一の還元剤〕
本発明に係る方法では、上記金属のイオンに対して還元性を有し、当該金属の粒子を形成させる第一の還元剤を含むメッキ液を上記基材上に供給する。第一の還元剤によって金属のイオンは還元されて粒子として析出する。

本明細書において「第一の還元剤」とは、基材上に供給する金属のイオンに対して還元性を有し、当該金属の粒子を形成する還元剤を意図する。上述の非特許文献１に記載のように還元助剤には、金属の粒子を形成する機能を主とする還元助剤と金属の粒子を成長させる機能を主とする還元助剤とが存在する。そして、本発明ではこの還元助剤を還元剤として用いる。つまり、第一の還元剤は金属の粒子を成長させる機能よりも、金属の粒子を形成する機能を優先して発揮する還元剤であるといえる。

本発明に係る方法で用いる第一の還元剤としては、上述の金属のイオンを還元可能であって、当該金属の粒子を形成するものであれば限定されるものではない。例えば、メタノール、クエン酸等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併せて用いてもよい。特にクエン酸は、銅を安定して析出させて銅の微粒子を形成することができるため、金属として銅を用いるときに好ましい。

第一の還元剤を含むメッキ液の、第一の還元剤以外の組成は特に限定されるものではない。例えば、第一の還元剤の溶媒は特に限定されるものではなく、従来公知の金属メッキ用の溶媒を用いればよい。また、上述のようにｐＨの低下を防ぐための緩衝液を混合してもよく、上述した金属塩等のイオン源や、後述する第二の還元剤を含んでいてもよい。本発明者らは後述する実施例において、０．３ｍｏｌ／ｌＣｕ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２１０μｌ、１．０ｍｏｌ／ｌ酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ４）６０μｌ、０．１ｍｏｌ／ｌクエン酸３０μｌの混合物を用いた。このような混合物を基材に供給することによっても、基材に対して好適に金属のイオン及び第一の還元剤が供給される。

第一の還元剤としてクエン酸を用いる場合、クエン酸の水溶液を上記基材に供給すればよい。当該水溶液のクエン酸の濃度は特に限定されるものではないが、１０ｗｔ％以上であることが好ましい。１０ｗｔ％以上であれば、安定して金属が析出して、当該金属の粒子を形成することができる。

第一の還元剤を含むメッキ液を供給した後は、金属の粒子が所望の量だけ形成されるまで、上記基材の表面に紫外線を照射することが好ましい。

また、第一の還元剤としてメタノールやクエン酸を用いる場合は、第一の還元剤を基材に供給した後、紫外光を照射することが好ましい。紫外光による光励起反応で第一の還元剤から電子が発生して金属のイオンを還元する。このとき、メタノールからギ酸を生成する酸化反応や、クエン酸から二酸化炭素を生成する酸化反応が生じる。メタノールやクエン酸は、このような酸化反応を介して、光励起により生じる正孔のスキャベンジャーとしての役割も果たすと考えられる。これにより第一の還元剤による金属のイオンの還元速度が向上して、より効率的に金属の粒子を形成することができる。

第一の還元剤に紫外光を照射する場合、当該紫外光の光源としては特に限定されるものではないが、例えば、レーザー、発光ダイオード、紫外光ランプ等が挙げられる。紫外光の波長は特に限定されないが、３８０ｎｍ以下が好ましい。なお、本発明者らは後述する実施例において、金属のイオン及び第一の還元剤を含むメッキ液を、金属薄膜を形成するガラス基板上に供給した後、当該メッキ液を挟むようにして別のガラス基板を搭載して、紫外光を照射した。

〔１−３．第二の還元剤〕
本発明に係る方法では、上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記第一の還元剤によって形成された金属の粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤を上記基材上に供給する。

本明細書において「第二の還元剤」とは、基材上に供給する金属のイオンに対して還元性を有し、第一の還元剤によって形成された金属の粒子を成長させる還元剤を意図する。上述の非特許文献１に記載のように還元助剤には、金属の粒子を形成する機能を主とする還元助剤と金属の粒子を成長させる機能を主とする還元助剤とが存在する。そして、本発明ではこの還元助剤を還元剤として用いる。つまり、第二の還元剤は、金属の粒子を形成する機能よりも、金属の粒子を成長させる機能を優先して発揮する還元剤であるといえる。

本発明に係る方法で用いる第二の還元剤としては、本発明に係る方法に用いる金属のイオンに対して還元性を有しており、第一の還元剤によって形成された金属の粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させるものである限り限定されるものではない。例えば、ギ酸等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく２種以上を併せて用いてもよい。特にギ酸は、銅を安定して析出させて銅の微粒子を成長させることができるため、金属として銅を用いるときに好ましい。

第二の還元剤を含むメッキ液の、第二の還元剤以外の組成は特に限定されるものではない。例えば、第二の還元剤の溶媒は特に限定されるものではなく、従来公知の金属メッキ用の溶媒を用いればよい。また、上述のようにｐＨの低下を防ぐための緩衝液を混合してもよく、上述した金属塩等のイオン源を混合してもよく、後述する第二の還元剤を含んでいてもよい。本発明者らは後述する実施例において、０．３ｍｏｌ／ｌＣｕ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２１０μｌ、１．０ｍｏｌ／ｌ酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ４）６０μｌ、０．１ｍｏｌ／ｌギ酸３０μｌの混合物を用いた。

第二の還元剤としてギ酸を用いる場合、ギ酸の水溶液を基材に供給すればよい。当該水溶液のギ酸の濃度は特に限定されるものではないが、１０ｗｔ％以上であることが好ましい。１０ｗｔ％以上であれば、安定して金属が析出して、当該金属の粒子を成長させることができる。

第二の還元剤を供給した後は、上記基材の表面に紫外線を照射することが好ましい。紫外光による光励起反応で第一の還元剤から電子が発生して金属のイオンを還元する。例えば第二の還元剤としてギ酸を用いたとき、ギ酸から二酸化炭素が生成される酸化反応が生じる。そして、第二の還元剤は、このような酸化反応を介して、光励起による正孔のスキャベンジャーとしての役割も果たすと考えられる。これにより第二の還元剤による金属のイオンの還元速度が向上して、より効率的に金属の粒子を成長させることができる。

第二の還元剤に照射する紫外光の光源としては特に限定されるものではない。詳細は第一の還元剤に紫外光を照射する場合の説明に準ずる。既に第一の還元剤を供給して、金属の粒子を形成していた場合は、紫外光の照射によって、当該粒子を核として、当該核の周囲にさらに金属が析出することで、当該粒子の成長効率がさらに向上する。

〔１−４．第一の還元剤及び第二の還元剤を供給する順序〕
第一の還元剤を含むメッキ液と第二の還元剤を含むメッキとを供給する順序は特に限定されるものではない。例えば、第二の還元剤を含むメッキ液を、第一の還元剤を含むメッキより先に供給しておいてもよく、第一の還元剤及び第二の還元剤を共に含むメッキ液を供給してもよく、第二の還元剤を含むメッキ液を第一の還元剤を含むメッキ液より後に供給してもよい。

中でも、上記基材上に、上記第一の還元剤を含むメッキ液を供給した後に、上記第二の還元剤を含むメッキ液を供給することが好ましい。第一の還元剤が供給された後に、第二の還元剤が供給されることで、当該第一の還元剤によって、ある程度金属の粒子が形成された後に、当該第二の還元剤による当該粒子の成長が起こる。これにより効率よく比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。仮に、先に第二の還元剤を供給すると、当該第二の還元剤によって径の大きな金属の粒子が形成されて、これに金属のイオンが消費される。そこで、第一の還元剤を供給した後に第二の還元剤を供給することで、これを防ぐことができる。よって、基材上にムラ無く金属薄膜を形成することができ、比抵抗を小さくすることができる。

第一の還元剤の後に第二の還元剤を供給する場合、金属のイオンは、全量のうち少なくとも一部が、第二の還元剤を供給する前に供給されていればよい。例えば第一の還元剤を含むメッキ液に、金属のイオンの全てを混合して供給してもよい。また、金属のイオン及び第一の還元剤を含むメッキ液を供給しておき、金属のイオンの残部を、第二の還元剤を含むメッキ液に混合して供給してもよい。つまり、金属のイオン及び第一の還元剤を含むメッキ液を供給した後に、金属のイオン及び第二の還元剤を含むメッキ液を供給してもよく、金属のイオン及び第一の還元剤を含むメッキ液を供給した後に、第二の還元剤を含みメッキ液を供給してもよい。本発明者らは、後述の実施例のように、まず、第一の還元剤（クエン酸）及び金属のイオン（銅イオン）を含むメッキ液を供給して、次に、第二の還元剤（ギ酸）及び金属のイオン（銅イオン）を含むメッキ液を供給した。

また、金属薄膜の形成を目的とする上記基材上の面の表面積に対して、０．５倍以上０．８倍以下の表面積が、上記第一の還元剤によって金属の粒子で被覆された後に、第二の還元剤の供給を開始することが、さらに好ましい。このように第二の還元剤の供給を開始することで、金属の粒子の形成及び当該粒子の成長の両機能が、基材上で好適に発揮される。つまり、粒子が多すぎて粒界が多くなることを防ぎ、粒子が大きすぎて基材上の粒子分布が粗くなることを、さらに効果的に防ぐことができる。よって、さらに比抵抗の小さい金属薄膜を形成することができる。特に、比抵抗値が２０μΩ・ｃｍ以下の金属薄膜を容易に形成することができる。比抵抗値が２０μΩ・ｃｍ以下であれば、ＴＦＴの配線としての使用も可能となる等、本発明に係る方法の用途が広がる。

以上のように、本発明に係る方法によれば、従来、無電解メッキに必ず使用されていた、ＥＤＴＡ等の錯化剤、過酸化水素等の還元剤を含まない。このような還元剤の代わりとして、第一の還元剤及び第二の還元剤が還元剤として機能する。

また、本発明に係る方法によって得られる金属薄膜の厚さは、所望の厚さに調整することができる。例えば、プロセス時間短縮のため、所望の厚さになるまで、本発明によって得られた金属薄膜に対して、さらに無電解メッキ又は電解メッキを施すことにより厚さを調整すればよい。また、第一の還元剤及び／又は第二の還元剤を供給した後、基材上にこれらの還元剤が接触している時間を調整したり、上述の紫外光を用いる場合は照射時間を調整したりすることで、所望の厚さの金属薄膜を形成することができる。
＜２．本発明に係る金属薄膜形成装置＞
本発明に係る金属薄膜形成装置の一実施形態について図１及び２に基づいて説明すると以下の通りである。図１及びはメッキ形成装置１（金属薄膜形成装置）の概略構成を示す図である。図１及び図２には、メッキ形成装置１によりメッキ（金属薄膜）が形成される基板１５（基材）をも示している。また、図１ではメッキ形成装置１を、メッキが形成される基板１５の側面方向から見た図であり、図２は、メッキ形成装置１を、基板１５のメッキが形成される面の面方向に対して垂直に上方から見た図である。

まず、メッキ形成装置１の概略構成について説明する。

図１及び２に示すようにメッキ形成装置１は、第一のメッキ液吐出装置２（第一のメッキ液供給部）、第一のメッキ浴２’、第二のメッキ液吐出装置３（第二のメッキ液供給部）、第二のメッキ浴３’、水洗槽４、５、基板待機台６、乾燥用リフロー炉７、基板搬送機８、基板搬送機ガイド９、メッキ浴移動ガイド１０ａ、１０ｂ、装置制御部１１（制御手段）を備えている。

第一のメッキ液吐出装置２は、基板１５に対して第一のメッキ液を供給するための第一のメッキ液供給部として機能するものである。

また、第一のメッキ浴２’は、基板１５に第一のメッキ液を供給する際に、基板１５を搭載しておくための槽である。第一のメッキ浴２’は、後述するメッキ浴移動ガイド１０ａによって、矢印Ｙ_１方向に移動することが可能である。また、第一のメッキ液としては、上述の本発明に係る方法において説明した第一の還元剤を含むものを用いればよい。

第二のメッキ液吐出装置３は、基板１５に対して第二のメッキ液を供給するための第二のメッキ液供給部として機能するものである。

また、第二のメッキ浴３’は、基板１５に第二のメッキ液を供給する際に、基板１５を搭載しておくための槽である。第二のメッキ浴３’は、後述するメッキ浴移動ガイド１０ｂによって、矢印Ｙ_２方向に移動することが可能である。また、第二のメッキ液としては、上述の本発明に係る方法において説明した第二の還元剤を含むものを用いればよい。

第一のメッキ液吐出装置２及び第二のメッキ液吐出装置３は、領域Ａ内に備えられている。また、領域Ａ内には、基板１５に、スペーサー付ガラス基板を搭載するための手段も備えられている。スペーサー付ガラス基板は、ガラス基板の端にスペーサーが設けられた構造をしている。当該スペーサーによって、当該ガラス基板と基板１５との間には空間が形成される。そして、後述のように基板１５上に各メッキ液が滴下された後に、スペーサー付ガラス基板が搭載されることで、基板１５と当該ガラス基板との間に、各メッキ液が挟まれることとなる。

第一のメッキ浴２’及び第二のメッキ浴３’は、それぞれ移動することにより、後述の基板搬送機ガイド９の下、領域Ａ内、領域Ｂ内に移動することができる。また領域Ｂには、各メッキ浴内の基板１５に紫外線を照射するための光源が備えられている（図示せず）。なお、紫外線を照射するための光源としては、紫外線照射光源を用いればよい。

水洗槽４、５は、基板１５から第一のメッキ液を洗浄除去するためのものである。水洗槽４、５内には水が充填されており、基板１５を洗浄することができる。

基板待機台６は、基板１５をメッキ形成装置１によるメッキに供する前に待機させておく間に搭載しておくためのものである。

乾燥用リフロー炉７は、メッキ形成装置１によるメッキ後に基板を乾燥させるためのものである。

基板搬送機８は、基板１５を搬送するためのものである。基板搬送機８の先端は基板１５を吸着して支持することが可能となっている。また、基板搬送機ガイド９は基板搬送機８の移動方向を規定するためのガイドである。これにより、基板搬送機８は、図１及び２に示す矢印Ｘ方向に、基板１５を搬送させることが可能となる。

メッキ浴移動ガイド１０ａ、１０ｂは、それぞれ第一のメッキ浴２’及び第二のメッキ浴３’の移動方向を規定するためのガイドである。これにより、第一のメッキ浴２’及び第二のメッキ浴３’を、それぞれ矢印Ｙ_１、Ｙ_２方向に移動させることが可能となる。

装置制御部１１は、基板１５に、第二のメッキ液吐出装置３による第二のメッキ液の供給を制御するための制御手段として機能するものである。より、具体的には、装置制御部１１は、第一のメッキ液に含まれる第一の還元剤によって、基板１５上の、メッキ形成を目的とする面の表面積に対して、使用者が設定した割合の表面積が金属の粒子で被覆された後に、第二のメッキ液吐出装置３による第二のメッキ液の供給を開始させるためのものである。このような制御を行なうために、第二のメッキ浴３’の移動を制御するのみならず、第一のメッキ浴２’、基板搬送機８の移動をも制御する。また、図１及び２には示していないが、第一のメッキ浴２’の上方には基板１５の表面を撮像するためのカメラを備えている。そして装置制御部１１では、当該カメラによって撮像された基板１５の表面を画像解析して、メッキの形成を目的とする基板１５上の面のうち、金属粒子で被覆された面の面積の割合を計算することができる。つまり、装置制御部１１は、基板１５を第一のメッキ浴２’に搭載して、第一のメッキ液の滴下、紫外線の照射を行ない、さらにその間基板１５上の金属粒子で被覆された面積の割合を計算する。当該割合が、使用者の設定した割合になったとき、装置制御部１１は、基板１５を水洗槽４に移動させて第一のメッキ液を除去するように基板１５の移動を開始させる。そして第一のメッキ液を除去した後、第二のメッキ浴３’に搭載して、第二のメッキ液によるメッキを開始するように制御する。なお、上述のように、当該割合は０．５倍以上０．８倍以下とすることが好ましい。

次に、メッキ形成装置１の動作について説明する。

まず、基板待機台６上に、メッキをする対象の基板１５を搬送する。次に、基板搬送機８が基板待機台６上の基板１５を吸着する。ここで、予め第一のメッキ浴２’は基板搬送機ガイド９の下に設置されている。基板搬送機８は当該第一のメッキ浴２’まで基板１５を搬送して、当該第一のメッキ浴２’内に基板１５を搭載する。

基板１５が搭載された第一のメッキ浴２’は、メッキ浴移動ガイド１０ａに沿って、領域Ａ内の位置２ａに移動する。位置２ａでは、第一のメッキ液吐出装置２によって、基板１５上に第一のメッキ液が滴下される。第一のメッキ液の滴下が終了した後は、基板１５にスペーサー付ガラス基板が搭載される。当該スペーサー付ガラス基板が設置されることで、基板１５と当該ガラス基板との間に第一のメッキ液が挟まれた状態になる。そして、第一のメッキ浴２’は領域Ｂ内の位置２ｂに移動する。

位置２ｂでは、基板１５に紫外線が照射される。この間、上述のカメラによって、基板１５上の金属粒子で被覆された面積が計測される。そして、当該面積が、基板１５上のメッキ形成を目的とする面積に対して、使用者が設定した割合になったとき、装置制御部１１によって、第一のメッキ浴２’の移動が開始されて、第一のメッキ浴２’は、位置２ｂから位置２ａに移動する。位置２ａでは基板１５に搭載されていた、スペーサー付のガラス基板が取り外される。さらに、第一のメッキ浴２’は、基板搬送機ガイド９の下まで移動して、基板１５が基板搬送機８に吸着される。

次に、基板１５は基板搬送機８によって、矢印Ｘ方向に搬送されて、基板１５が水洗槽４内に浸漬される。そして、第一のメッキ液が洗浄除去される。

第一のメッキ液が洗浄された後は、さらに基板１５は搬送される。ここで、第二のメッキ浴３’は予め基板搬送機ガイド９の下に設置されている。そして、基板１５は第二のメッキ浴３’に搭載される。

第二のメッキ浴３’は、メッキ浴移動ガイド１０ｂに沿って領域Ａ内の位置３ａに移動する。位置３ａでは、第二のメッキ液吐出装置３によって、基板１５上に第二のメッキ液が滴下される。第二のメッキ液の滴下が終了した後は、スペーサー付ガラス基板を基板１５上に搭載する。これにより、基板１５と当該スペーサー付ガラス基板とで第二のメッキ液を挟んだ状態となる。そして、第一のメッキ浴２’は領域Ｂ内の位置３ｂに搬送される。

位置３ｂでは、基板１５に紫外線が照射される。紫外線が照射された後、第二のメッキ浴３’は位置３ａに移動して、スペーサー付のガラス基板が取り外される。さらに、第二のメッキ浴３’は、基板搬送機ガイド９の下まで搬送されて、基板１５が基板搬送機８に吸着される。

次に、基板１５は基板搬送機８によって、矢印Ｘ方向に搬送されて、基板１５が水洗槽５内に浸漬される。そして、第二のメッキ液が洗浄除去される。

第二のメッキ液が洗浄された後は、基板１５は乾燥用リフロー炉７内に搬送される。そして乾燥用リフロー炉７で基板１５が乾燥される。

なお、ここで説明した基板１５の搬送、各メッキ浴の移動、各メッキ液の吐出、紫外線の照射等は、装置制御部１１によって制御されたものである。このように本発明に係る金属皮膜形成装置１の備える制御手段は、当該装置全体の制御をするものであることが好ましいが、これに限られるものではなく、基材上の金属粒子で被覆された面積の、基材上の金属皮膜を形成する面の面積に対する割合が、使用者の設定した割合になったときに、第二のメッキ液によるメッキを開始するように制御するものであればよい。

以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本明細書中に記載された学術文献及び特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。

以下に本発明に係る方法によって、ガラス基板上に銅薄膜を形成した実施例について説明する。

〔実施例１〕
本実施例におけるガラス基板（基材）上に銅薄膜を形成した方法図３を用いて説明する。図３は、ガラス基板上に銅薄膜を形成する様子を模式的に示した図である。

本実施例では、図３に示すように、ガラス基板２１上にメッキ液３０を供給する。メッキ液３０としては、後述するメッキ液Ａ及びＢを用いる。つまり、図１に示すメッキ液３０はメッキ液Ａ及びＢが共に供給されて、混合された状態を示している。また、ガラス基板２１上にはスペーサー２２を介してガラス基板３１を搭載する。紫外光照射装置２３は、ガラス基板２１上に紫外光を照射するためのものである。詳細を以下に述べる。

（ガラス基板表面の処理）
まず、ガラス基板２１の表面に紫外光（波長２５４ｎｍ）を照射した。当該紫外光の照射は２５℃で、１２０秒間行なった。次に、ガラス基板２１を純水及び超音波（振動数４００ｋＨｚ）によって洗浄した。洗浄は２５℃で行ない、超音波は３０秒間当てた。次に、ガラス基板２１を、ＮａＯＨ（５ｗｔ％）水溶液を用いて、５０℃で１８０秒間表面処理した。

（銅微粒子の形成）
メッキ液Ａをガラス基板２１の表面に供給して銅微粒子を形成させた。

メッキ液Ａの組成は次の通りである。０．３ｍｏｌ／ｌＣｕ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２１０μｌ、１．０ｍｏｌ／ｌ酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ４）６０μｌ、０．１ｍｏｌ／ｌクエン酸３０μｌ。つまり本実施例では、本発明に係る方法における第一の還元剤としてクエン酸を用いた。メッキ液Ａを、メッキ浴（図示せず）内に設置したガラス基板２１上に供給した。

次に、ガラス基板２１の端に樹脂製のスペーサー２２を設置して、当該スペーサー２２を介して、かつメッキ液Ａに接触するようにガラス基板３１を搭載した。スペーサー２２としては、ガラス基板２１とガラス基板３１との間隔が６０μｍとなるものを用いた。

次に、２５℃の環境下で、紫外光照射装置２３を用いて、ガラス基板２１に紫外光（波長３６５ｎｍ）を５０分間照射した。

これにより、ガラス基板２１の表面の表面積に対して０．７倍の表面積が、銅の微粒子で被覆された。

（銅微粒子の成長）
メッキ液Ｂをガラス基板２１の表面に供給して銅微粒子を成長させた。

メッキ液Ｂの組成は次の通りである。０．３ｍｏｌ／ｌＣｕ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２１０μｌ、１．０ｍｏｌ／ｌ酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ４）６０μｌ、０．１ｍｏｌ／ｌギ酸３０μｌ。つまり、本実施例では本発明に係る方法における第二の還元剤としてギ酸を用いた。

ガラス基板３１を取り外して、メッキ浴（図示せず）内に設置したガラス基板２１上にメッキ液Ｂを供給した。

次に、ガラス基板３１を再度搭載した。ガラス基板３１は、スペーサー２２を介してガラス基板２１との距離が６０μｍとなるように、かつメッキ液Ｂに接触するように搭載した。ガラス基板３１は取り外してから再度搭載するまでに洗浄して乾燥させた。なお、再度搭載するときは別のガラス基板を用いてもよい。

次に、２５℃の環境下で、紫外光照射装置２３を用いて、ガラス基板２１に紫外光（波長３６５ｎｍ）を６０分間照射した。その後、ガラス基板２１を流水で洗浄して、銅薄膜が形成されたガラス基板を得た。

得られたガラス基板２１の比抵抗は５μΩ・ｃｍであり、銅の膜厚は０．６μｍであった。

なお、ガラス基板２１上に形成された銅の膜厚は、段差計（アルバック社製、品番Ｄｅｃｔａｃ８）を用いて銅薄膜を形成する前のガラス基板２１の表面と、銅薄膜で被覆されたガラス基板２１の表面との段差を測定することで算出した。また、形成された銅薄膜の電気抵抗を４端子法で測定した後、当該電気抵抗及び銅薄膜の膜厚から、比抵抗値を算出した。

〔比較例１〕
本比較例では、用いたメッキ液の組成以外は上記実施例１と同様の構成で、ガラス基板上に銅薄膜の形成を行なった。そこで、説明の便宜上、実施例１の説明で用いた図１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

（銅薄膜の形成）
本比較例では、メッキ液として次の組成の溶液を用いた。０．３ｍｏｌ／ｌＣｕ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２１０μｌ、１．０ｍｏｌ／ｌ酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ４）６０μｌ、０．１ｍｏｌ／ｌクエン酸３０μｌ。当該メッキ液を、メッキ浴（図示せず）内に設置したガラス基板２１上に供給した。

次に、ガラス基板２１の端に樹脂製のスペーサー２２を設置して、当該スペーサー２２を介して、かつ当該メッキ液に接触するようにガラス基板３１を搭載した。スペーサー２２としては、ガラス基板２１とガラス基板３１との間隔が６０μｍとなるものを用いた。

次に、２５℃の環境下で、紫外光照射装置２３を用いて、ガラス基板２１に紫外光（波長３６５ｎｍ）を１２２分間照射した。この照射時間は、ガラス基板２１上に形成される銅の膜の厚さが実施例１と同じ厚さになるように調整したものである。

その後、ガラス基板２１を流水で洗浄した。得られたガラス基板の比抵抗は４１μΩ・ｃｍであり、銅の膜厚は０．６μｍであった。

〔比較例２〕
本比較例では、用いたメッキ液の組成以外は上記実施例１と同様の構成で、ガラス基板上に銅薄膜の形成を行なった。そこで、説明の便宜上、実施例１の説明で用いた図１に係る構成要素と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

（銅薄膜の形成）
本比較例では、メッキ液として次の組成の溶液を用いた。０．３ｍｏｌ／ｌＣｕ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２１０μｌ、１．０ｍｏｌ／ｌ酢酸／酢酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ４）６０μｌ、０．１ｍｏｌ／ｌギ酸３０μｌ。当該メッキ液を、メッキ浴（図示せず）内に設置したガラス基板２１上に供給した。

次に、２５℃の環境下で、紫外光照射装置２３を用いて、ガラス基板２１に紫外光（波長３６５ｎｍ）を１０５分間照射した。この照射時間は、ガラス基板２１上に形成される銅の膜の厚さが実施例１と同じ厚さになるように調整したものである。

その後、ガラス基板２１を流水で洗浄した。得られたガラス基板２１の比抵抗は６４μΩ・ｃｍであり、銅の膜厚は０．６μｍであった。

実施例１と比較例１及び２との比較によって、実施例１のように、金属の粒子を形成する還元剤と、当該粒子を核として、当該核の表面にさらに当該金属を析出させる還元剤とを用いることで、極めて低抵抗の銅薄膜を有するガラス基板が得られることが示された。

〔実施例２〕
実施例１では、銅微粒子の形成を行なったときに、ガラス基板２１の銅薄膜の形成を目的とする面の表面積に対して、銅の微粒子で被覆された面の表面積が０．７倍となった後に、銅微粒子の成長を行なうための工程に移行した。本実施例では、この銅の微粒子で被覆された面の表面積を０．３倍から０．０５倍毎に１．０倍まで変化させて同様の操作を行ない、銅薄膜を形成して、比抵抗値の測定を行なった。

比抵抗値の測定は、実施例１に記載の方法と同じ方法で行なった。

また、銅微粒子で被覆されたガラス基板２１の表面の面積を測定する方法を、図４を用いて説明する。図４は、メッキ液Ａ（第一の還元剤）により銅微粒子を形成した後のガラス基板２１表面の状態を模式的に示す図である。

図４に示すように、ガラス基板２１の表面は、様々な径の銅微粒子４０で被覆されている。ここで、ガラス基板２１自体の表面の色と、銅微粒子４０の色とは異なる。そこで、このガラス基板２１の表面をカメラで撮影して、ガラス基板２１の色の面積と銅微粒子４０の色と面積とを算出することで、銅微粒子で被覆された基材表面の面積を測定する。本実施例では、基材表面上の１００００μｍ^２（１００μｍ×１００μｍ）の領域５箇所で面積を測定してその平均を算出した。

この結果を図５に示す。図５は、銅薄膜を形成する目的とするガラス基板上の面の表面積に対して、第一の還元剤（クエン酸）によって形成された銅微粒子が被覆した表面積の割合（以下、説明簡単のため「銅微粒子被覆率」と表記する）と、得られた銅薄膜の比抵抗との関係を調査した結果を示す図であり、縦軸は比抵抗（μΩ・ｃｍ）を示し、横軸は、銅微粒子被覆率を示す。また、比較のため、比較例１及び２で得たガラス基板の比抵抗値を示している。図５では、黒丸が本実施例の得られた銅薄膜の比抵抗と、銅微粒子被覆率との関係を示しており、黒三角が比較例１、黒四角が比較例２で得られた銅薄膜の比抵抗の値を示している。なお、比較例１及び２においては、銅微粒子被覆率を変動させて比抵抗を調査したものではない。図５には、比較例１及び２で得られた銅薄膜の比抵抗を銅微粒子被覆率に関係なくプロットしている。つまり、横軸に示す値は、黒丸で示した本実施例に対してのみ対応している。

図５に示すように、銅の微粒子で被覆された面の表面積が、ガラス基板２１の銅薄膜の形成を目的とする面の表面積の０．５倍以上０．８倍以下であるとき、極めて低い比抵抗値の銅薄膜を得ることができることが示された。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の基材上に金属薄膜を形成する方法は、比抵抗の小さい金属薄膜を、ガラス、樹脂、セラミックス、シリコン等の基材に形成することができるので、ＴＶ、携帯電話、ＰＣをはじめとする液晶ディスプレイを用いた産業に好適に利用することができる。

本発明の実施形態に係るメッキ形成装置の概略構成を示す図である。本発明の実施形態に係るメッキ形成装置の概略構成を示す図である。本発明の実施例において、ガラス基板上に銅薄膜を形成する様子を模式的に示した図である。メッキ液Ａ（第一の還元剤）により銅微粒子を形成した後のガラス基板表面の状態を模式的に示す図である。本発明の実施例において、銅薄膜を形成する目的とするガラス基板上の面の表面積に対して、第一の還元剤（クエン酸）によって形成された銅微粒子が被覆した表面積の割合と、得られた銅薄膜の比抵抗との関係を調査した結果を示す図である。

符号の説明

１、２１メッキ形成装置（金属皮膜形成装置）
２第一のメッキ液吐出装置（第一のメッキ液供給部）
３第二のメッキ液吐出装置（第二のメッキ液供給部
４シャッター（開閉手段）
１１装置制御部（制御手段）

Claims

基材上に、金属のイオンを還元するための還元剤を含むメッキ液を用いて金属薄膜を形成する方法であって、
上記還元剤として、
上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記金属の粒子を形成する第一の還元剤と、
上記金属のイオンに対して還元性を有し、上記粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤と、を用いることを特徴とする基材上に金属薄膜を形成する方法。
上記基材上に、上記第一の還元剤を含むメッキ液を供給した後に、上記第二の還元剤を含むメッキ液を供給することを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記第一の還元剤によって、上記基材上の、金属薄膜の形成を目的とする面の表面積に対して、０．５倍以上０．８倍以下の表面積が上記粒子で被覆された後に、
上記第二の還元剤を含むメッキ液の供給を開始することを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記第一の還元剤はクエン酸であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
上記第二の還元剤はギ酸であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
基材に対して還元性を有し、上記金属の粒子を形成させる第一の還元剤を含む第一のメッキ液を上記基材に供給する第一のメッキ液供給部、及び
基材に対して還元性を有し、上記粒子を核として、当該核の表面にさらに上記金属を析出させる第二の還元剤を含む第二のメッキ液を上記基材に供給する第二のメッキ液供給部とを備えることを特徴とする金属薄膜形成装置。
上記第二のメッキ液供給部による上記第二のメッキ液の供給を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、上記第一の還元剤によって、上記基材上の、金属薄膜の形成を目的とする面の表面積に対して、０．５倍以上０．８倍以下の表面積が上記粒子で被覆された後に、上記第二のメッキ液供給部による上記第二のメッキ液の供給を開始させる制御を行なうものであることを特徴とする請求項６に記載の金属薄膜形成装置。