JP2013095968A - めっき皮膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電流密度Ｄｋを変化させて行なうめっき皮膜の製造方法において、従来よりも簡易にめっき皮膜表面の凹凸欠陥を低減できるめっき皮膜の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】電流密度Ｄｋを段階的に増加させながらめっき皮膜を形成する、めっき皮膜の製造方法において、電流密度の増加にあわせてめっき液の攪拌速度Ｖを増加させる事を特徴とするめっき皮膜の製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、めっき皮膜の製造方法に関する。

半導体装置等に使用される配線基板として、ポリイミド等の絶縁性基材上に銅めっき皮膜を形成した物が知られている。このような絶縁性基材上に銅めっき皮膜を作製する場合、予め基材にスパッタ法やイオンプレーティング法で銅スパッタ膜を形成した後、硫酸銅めっき液を用いて電気銅めっきを行ない、目的の膜厚を有する銅めっき皮膜を形成する方法がとられている。

そして、このように電気銅めっきを行う場合、銅スパッタ膜、及び、その膜上に形成しためっき皮膜が給電層として働くが、銅スパッタ膜は通常１ｎｍ〜１０００ｎｍと厚みが薄く、電気抵抗が高いため、めっき皮膜の膜厚が薄い段階で高電流密度によって銅めっき処理を施すと、銅スパッタ膜、めっき皮膜がめっき液中に溶解してしまい、所望のめっき皮膜が形成できない。このため、まず、低電流密度でめっき処理を行い、めっき皮膜が厚くなるに従い、段階的に電流密度を上げてめっきを施す方法がとられている。

上記のような方法によって、基材上に銅めっき皮膜を形成することはできるが、電気銅めっき工程において、銅めっき皮膜表面に凹凸が発生する場合があった。例えば、配線基板用途においては、銅めっき皮膜の表面に凹凸があると高精細な配線パターン作製の障害になるため、平滑な表面を有するめっき皮膜へのニーズがあり、凹凸の低減が検討されてきた。

銅めっき皮膜表面の凹凸を低減する方法としては、例えば特許文献１には、所定の構造を有する有機化合物を添加してめっき浴の成分を変える方法が開示されている。また、特許文献２には、本めっき処理とは液組成の異なるめっき液で予備めっき処理を行った後、本めっき処理を行なう方法が開示されている。

特開平１−１００２９２号公報 特開２００３−１２９２８５号公報

しかしながら、上記した特許文献１の方法では、有機化合物の合成を行なうため専用の装置や有機合成の知識を有する者が必要とされるという問題があった。また特許文献２の方法では複数の成分の異なる液を正確に濃度管理する必要があるため、実際の製造工程に適用するには問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、電流密度Ｄｋを変化させて行なう電気めっき法において、簡単な操作でめっき皮膜表面の凹凸欠陥を低減できるめっき皮膜の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、表面に給電用の金属膜が形成された絶縁性基材上に電流密度Ｄｋを段階的に増加させながらめっき皮膜を形成する、めっき皮膜の製造方法において、電流密度Ｄｋの増加にあわせてめっき液の攪拌速度Ｖを増加させる事を特徴とするめっき皮膜の製造方法を提供する。

本発明によれば、電流密度を増加させながら電気めっきを行うめっき皮膜の製造方法において、電流密度の増加にあわせて、めっき液の攪拌速度を増加させる事により、特殊な装置、操作を要せず、容易に皮膜表面の凹凸欠陥を低減することが可能となる。

本発明に係る実施形態における電気めっき槽の構成例 本発明の実施の形態に係る攪拌速度と電流密度の関係図 本発明の実施例、比較例における電流密度の変化の説明図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。

まず、本発明で用いることができる電気めっき槽の構成例について図１に示す。ここで、電気めっき槽１には、めっき浴（めっき液）２、アノード電極３が配置されている。そして、カソード電極側には、基材４、その基材表面に予め形成されたスパッタ膜５、電極間を接続する配線６が設けられている。

さらに、めっき槽には、ポンプ７が接続されており、めっき浴の一部を取り出して循環させ、めっき浴吹き付けノズル８から、基材４のめっき面に対して吹きつけ、めっき浴を攪拌するように構成されている。

ここで、めっき浴２の溶液の種類は特に限定されるものではなく、各種めっき液を採用することができる。特に、本発明によれば、その表面に凹凸欠陥の少ないめっき皮膜が得られることから、めっき皮膜表面に平滑性が求められるめっき皮膜を製造するためのめっき液であることが好ましい。例えば、硫酸銅、ピロリン酸銅、ニッケル、金、銀、パラジウム等のめっき液を使用することができる。

また、被めっき材料である基材４の材料についても限定されるものではなく、電流密度を段階的に増加させながら電気めっきを行う方法で使用する基材であれば、あらゆるものが使用できる。具体的には、ポリイミド基材、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基材、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基材などの高分子材料が挙げられる。

そして、基材の表面には予め、スパッタ法、イオンプレーティング法等によって、給電用の金属膜、すなわち、スパッタ膜（給電層）５が形成されている。スパッタ膜の材料は、導電性を有するものであれば足り、特に限定されるものではなく、電気めっきによって形成しようとしているめっき皮膜の種類等によって適宜選択されるものである。例えば、銅スパッタ膜等を用いることができる。

そして、攪拌方法については、めっき浴が結果として攪拌されていれば足り、攪拌子を用いた攪拌方法や、めっき浴を循環させる方法など、各種方法を採用することができる。例えば、めっき浴内の任意の位置に攪拌子を設けて、めっき浴を攪拌（循環）する方法が挙げられる。この際、攪拌子の形状は限定されるものではなく、プロペラ状、棒状、板状など各種形態をとりうる。また、循環ポンプによってめっき浴を循環させる方法も挙げられる。

上記のように各種攪拌方法を取りうるが、なかでも、攪拌方法としては、めっき面に対して、略均一にめっき浴を供給できる方法であることが好ましい。このため、めっき面に対して、めっき浴を流動させる構成を有することが好ましく、特にめっき面と、めっき浴の流動方向とが垂直になるように構成されることが好ましい。具体的には、例えば図１に示すようにめっき浴吹き付けノズル８の噴出孔と基材４のめっき面とが対向するように配置し、めっき面にめっき浴を吹き付けてめっき浴を攪拌、循環させる方法が挙げられる。また、図１において、循環ポンプ、めっき浴吹き付けノズルに代えて、複数の攪拌子をめっき面に対向するように設けて、めっき面に対してめっき浴を流動させる方法も挙げられる。この場合も、攪拌子の形状としては限定されるものではなく、プロペラ形状、棒状、板状など各種形態を選択することができる。

以下に、上記のような構成を有する電気めっき槽を用いてめっき皮膜を製造する際のめっき条件について説明する。

まず、本発明は、電流密度Ｄｋを段階的に増加させながらめっき皮膜を形成する、めっき皮膜の製造方法であって、電流密度の増加にあわせて、めっき液の攪拌速度Ｖを増加させて電気めっきを行う。

ここで、電流密度を段階的に増加させながら電気めっきを行う点について説明する。これは、基材としてポリイミド等の絶縁性基材を用いる場合、予め基板にスパッタ膜等の導電層を形成した後、これを給電層として電気めっきを行い、目的の膜厚を有するめっき皮膜を形成することとなる。上記スパッタ膜は通常１ｎｍ〜１０００ｎｍと厚みが薄く電気抵抗が高いので、ここで、電気めっきを行う際に、最初から高い電流密度で行うと、基材の表面に形成されためっき皮膜、スパッタ膜が溶解する恐れがあり、これを避けるために、めっき厚が厚くなるに従い、段階的に電流密度を上げて電気めっきを行うものである。

そして、電流密度の増加のタイミング、増加幅については、基材上に形成されためっき皮膜の種類、厚さ、また要求される成膜速度等によって選択されるものであり、特に限定されるものではない。例えば、電気めっきを行うことによって基材上に導電層が形成されるため、抵抗値が変化することから、印加している電圧値、測定した電流値から抵抗値を算出し、所定の抵抗値になった際にめっき皮膜が溶解しない程度の電流密度に変化させる方法が考えられる。

次に、電流密度の増加にあわせて、めっき浴の攪拌速度、すなわち、攪拌量を増加させる点について説明する。まずここで、めっき浴の攪拌速度とは、めっき面、すなわち、スパッタ膜またはめっき皮膜の表面でのめっき浴の流速を意味している。

そして、めっき工程において電流密度を増加させた場合、成膜速度も増加することになるが、成膜速度の増加に対して、攪拌速度が遅く、金属イオンの供給量が不足した場合、得られるめっき皮膜に欠陥が生じてその表面に凹凸欠陥が生じると推認される。また、当初からめっき浴の攪拌速度を速く設定した場合、成膜速度に対して金属イオンの供給量が過剰になるため、規則的にめっき皮膜が形成されなくなり、この場合も凹凸欠陥を増加させる原因となりうる。このため、凹凸欠陥の少ないめっき皮膜を製造するために、電流密度の増加に伴いめっき浴の攪拌速度を増加させて、金属イオンの供給量を適切に行うことが好ましい。

そして、攪拌速度は、電流密度の増加のタイミングにあわせて増加するものであれば、その増加幅等は限定されるものではない。これは、一定の攪拌速度で攪拌している場合に比べて、電流密度に応じた金属イオン量を供給できることになり、本願発明の効果が得られるためである。

ここで、図１に示すめっき装置を用いて、電流密度と攪拌速度との関係について検討を行った。

検討の条件としては、電流密度Ｄｋを、１、３、５、８（Ａ／ｄｍ^２）に固定し、それぞれの電流密度で、攪拌速度を５、１０、２０（Ｌ／ｍｉｎ）とした際に得られためっき皮膜をそれぞれ評価した。なお、本装置においては、ポンプからの循環流をめっき面近傍に設けためっき浴吹き付けノズル８から吹き付ける構成となっているため、ポンプ部での流量をめっき面表面でのめっき浴の流速に近似することができる。このため、ここでは攪拌速度として、使用しているポンプ（図１中の７）での流量を用いた。

基材としては、いずれも０．０６ｍ^２の大きさのポリエチレンフィルムを用い、その表面に予めスパッタ法により銅スパッタ膜を０．１μｍ形成したものを使用した。

めっき浴としては、表１に示す一般的なビアフィリングめっきに用いられる組成のハイスロー酸性銅めっき液を使用して行った。なお、ブライトナーとしてはビス−（３−スルホプロピル）−ジスルフィドを、ポリマーとしては、ポリエチレングリコールを、レベラーとしては、ヤヌスグリーンＢをそれぞれ用いた。

また、得られためっき皮膜は光学式表面検査装置によって、めっき皮膜の表面５０ｍｍ角当りの凹凸の数（個数）をカウントして、表面の評価を行った。

なお、光学式表面検査装置は、めっき皮膜表面に光を照射した際に、凹凸部で生じる反射率又は透過率の変化からその数を検出する装置である。また、凹凸としては、直径５０μｍ以下の凸状欠陥及び凹状欠陥の数を計測している。

結果を表２に示す。表中の数字は、めっき皮膜表面の凹凸数を示している。

表２の結果から、各電流密度によって、特に凹凸数の少なくなる攪拌速度が異なることが分かる。例えば電流密度が１Ａ／ｄｍ^２の場合、最も凹凸の数が少なくなるのは攪拌速度が５Ｌ／ｍｉｎの場合であるのに対して、電流密度が３、５Ａ／ｄｍ^２の場合は、攪拌速度が１０Ｌ／ｍｉｎの場合であることが分かる。また、電流密度が８Ａ／ｄｍ^２の場合は、攪拌速度が２０Ｌ／ｍｉｎの場合に最も凹凸の数が少なくなっている。

表２の結果について、最も凹凸の数が少なくなった条件を黒丸、それ以外の条件は三角として、図２にその結果をまとめた。

図２によると、最も凹凸の数が少なくなる黒丸の分布は、電流密度と攪拌速度とが略直線状の関係を示していることがわかる。特に、図２中、実線（ａ）と実線（ｂ）で挟まれた範囲内、つまり前記電流密度Ｄｋ（Ａ／ｄｍ^２）と、めっき液の攪拌速度Ｖ（Ｌ／ｍｉｎ）とが、２Ｄｋ−０．５≦Ｖ≦２Ｄｋ＋７の関係を満たしている範囲に分布しており、係る関係を満たすことが好ましいことが分かる。また、さらには、図２中、点線（ｃ）と点線（ｄ）で挟まれた範囲内、つまり、２Ｄｋ≦Ｖ≦２Ｄｋ＋５の関係を満たすことがより好ましいことがいえる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。

電流密度の変化に応じて、攪拌速度を変化させて、めっき皮膜を製造した。具体的な条件について以下に説明する。

電気めっきは、図１に示す構成を有するめっき装置を用いて行った。

めっき浴としては、表１に示す一般的なビアフィリングめっきに用いられる組成のハイスロー酸性銅めっき液を使用して行った。

そして、基材としては、厚さ３８μｍ、めっき面の面積が０．０６ｍ^２の大きさのポリイミドフィルムを用い、予めめっき面に０．１μｍの銅スパッタ膜を成膜したものを用いた。

めっきの際の条件としては、電流密度Ｄｋを図３に示すように１→５→８（Ａ／ｄｍ^２）と段階的に上昇させてめっきを行なった。電流密度の変化のタイミングとしては、印加している電圧値、測定した電流値から抵抗値を算出し、抵抗値から予想されるめっき皮膜の厚さが変化後の電流密度に耐えられると判断された時点で電流密度を増加させた。

また、電流密度の上昇のタイミングにあわせて、攪拌速度を５→１０→２０（Ｌ／ｍｉｎ）と変化させながら電気めっき処理を行った。ここでの攪拌速度は、実施の形態の場合と同様の理由から、図１中のポンプ７での流量を示している。

得られためっき皮膜については実施の形態と同様に光学式表面検査装置を用いて表面の凹凸数を測定して評価を行った。

また、比較のため、電気めっき工程の間、攪拌速度を５、１０、２０（Ｌ／ｍｉｎ）に維持したこと以外の条件、例えば電流密度の変化等は全て上記実施例と同様にして、電気銅めっきを行った例もあわせて示す（比較例１〜３）。

結果を表３に示す。

この結果によると、電流密度の変化に応じて、攪拌速度を変化させた実施例では、凹凸の数は２個となり、平坦度の高いめっき皮膜を製造することができた。

これに対して、比較例１〜３においては、攪拌速度が速いものほど凹凸の数を低減できているものの、実施例よりも凹凸の数が多く、平坦度が悪いことが分かる。

つまり、これらの結果から、電流密度の上昇にあわせて攪拌速度を増加させることによって、その表面に凹凸数が少なく、平坦度の高いめっき皮膜を製造できることが確認できた。

Claims (2)

1. 表面に給電用の金属膜が形成された絶縁性基材上に電流密度Ｄｋを段階的に増加させながらめっき皮膜を形成する、めっき皮膜の製造方法において、電流密度Ｄｋの増加にあわせてめっき液の攪拌速度Ｖを増加させる事を特徴とするめっき皮膜の製造方法。
2. 前記電流密度Ｄｋ（Ａ／ｄｍ^２）と、めっき液の攪拌速度Ｖ（Ｌ／ｍｉｎ）とが、
   ２Ｄｋ−０．５≦Ｖ≦２Ｄｋ＋７
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のめっき皮膜の製造方法。

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