JP2024103838A - METHOD FOR FORMING METAL FILM AND APPARATUS THEREOF - Google Patents
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Abstract
【課題】スクリーンマスクを用いて、所定のパターンを有した金属皮膜を、より短時間で安定して成膜することができる金属皮膜の成膜方法を提供する。【解決手段】電解質膜13側のスクリーンマスク62の表面に、金属イオンを含む第2めっき液L2を供給した後、電解質膜13を介して、スクリーンマスク62で基材Bを押圧しながら、第2めっき液L2を、スクリーンマスク62の貫通部分68に充填する。押圧状態を維持し、収容体15内の陽極11と、基材Bとの間に電圧を印加することにより、第1めっき液L1に含まれる金属イオンを電解質膜13に通過させ、所定のパターンPで、金属皮膜Fを基材Bに成膜する。【選択図】図3[Problem] To provide a method for forming a metal film, which can stably form a metal film having a predetermined pattern in a shorter time by using a screen mask. [Solution] After a second plating solution L2 containing metal ions is supplied to the surface of a screen mask 62 on the electrolyte membrane 13 side, the second plating solution L2 is filled into a through portion 68 of the screen mask 62 while pressing the substrate B with the screen mask 62 through the electrolyte membrane 13. By maintaining the pressed state and applying a voltage between the anode 11 in the container 15 and the substrate B, the metal ions contained in the first plating solution L1 are passed through the electrolyte membrane 13, and a metal film F is formed on the substrate B in a predetermined pattern P. [Selected Figure] Figure 3
Description
本発明は、基材の表面に所定のパターンの金属皮膜を成膜する成膜方法および成膜装置に関する。 The present invention relates to a deposition method and deposition device for depositing a metal film of a predetermined pattern on the surface of a substrate.
従来から、電解めっきにより、基材の表面に金属を析出させて、金属皮膜を成膜している(例えば、特許文献1参照)。成膜装置は、めっき液を収容する収容体を備えている。収容体には、開口部が形成されており、開口部は、電解質膜で封止されている。成膜装置は、めっき液の液圧により電解質膜で基材を押圧する押圧機構をさらに備えている。 Conventionally, metal is deposited on the surface of a substrate by electrolytic plating to form a metal film (see, for example, Patent Document 1). The film forming apparatus includes a container that contains a plating solution. The container has an opening that is sealed with an electrolyte membrane. The film forming apparatus further includes a pressing mechanism that presses the electrolyte membrane against the substrate by the hydraulic pressure of the plating solution.
ここで、基材の表面に所定のパターンの金属製の下地層が形成されている場合には、電解質膜の液圧で基材を押圧しながら、陽極と基材との間に電圧を印加する。これにより、下地層の上に所定のパターンの金属皮膜を成膜することができる。ただし、基材に所定のパターンの下地層が形成されていない場合には、たとえば、特許文献2に示すマスキング材を利用することも想定される。 Here, if a metallic underlayer of a predetermined pattern is formed on the surface of the substrate, a voltage is applied between the anode and the substrate while the substrate is pressed by the liquid pressure of the electrolyte membrane. This allows a metal coating of a predetermined pattern to be formed on the underlayer. However, if no underlayer of a predetermined pattern is formed on the substrate, it is also conceivable to use a masking material such as that shown in Patent Document 2.
ここで、マスキング材として、スクリーンマスクを用いて金属皮膜を成膜する場合、スクリーンマスクを、基材と電解質膜との間に挟み込む。この状態で、基材とスクリーンマスクの密着性を確保すべく、めっき液の液圧が作用した電解質膜で、スクリーンマスクを押圧しながら、基材の表面に金属皮膜を成膜する。しかしながら、成膜時に、スクリーンマスクに形成された所定のパターンの貫通部分に、導電性を有した流体等が充填されていないと、成膜不良が発生するおそれがある。 Here, when a metal film is formed using a screen mask as a masking material, the screen mask is sandwiched between the substrate and the electrolyte membrane. In this state, in order to ensure close contact between the substrate and the screen mask, the screen mask is pressed by the electrolyte membrane acting on the hydraulic pressure of the plating solution while the metal film is formed on the surface of the substrate. However, if a conductive fluid or the like is not filled in the through-holes of the specified pattern formed in the screen mask during film formation, there is a risk of poor film formation.
ここで、めっき液の液圧により、電解質膜を介して、スクリーンマスクを押圧すれば、電解質膜からめっき液を滲み出させ、この滲み出させためっき液を貫通部分に充填させることも可能である。しかしながら、このような充填には長い時間を要し、結果として、金属皮膜を成膜するのに時間がかかる。 Here, if the hydraulic pressure of the plating solution is used to press the screen mask through the electrolyte membrane, it is possible to make the plating solution seep out from the electrolyte membrane and fill the through-holes with this seeped plating solution. However, this type of filling takes a long time, and as a result, it takes a long time to form the metal film.
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、スクリーンマスクを用いて、所定のパターンを有した金属皮膜を、より短時間で安定して成膜することができる金属皮膜の成膜方法およびその成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of these points, and aims to provide a metal film deposition method and deposition apparatus that can stably deposit a metal film having a predetermined pattern in a shorter time using a screen mask.
前記課題に鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜方法は、電解質膜と基材との間にスクリーンマスクを挟み込んだ状態で、電解めっきにより、所定のパターンを有した金属皮膜を基材に成膜する成膜方法である。前記成膜方法は、所定のパターンの貫通部分が形成された前記スクリーンマスクで、前記基材を覆うとともに、前記電解質膜で収容体内に封止した第1めっき液の液圧によって、前記電解質膜を介して、前記スクリーンマスクで前記基材を押圧する押圧工程と、前記収容体内の陽極と、前記基材との間に電圧を印加することにより、前記第1めっき液に含まれる金属イオンを前記電解質膜に通過させ、前記金属イオンに由来した金属皮膜を、前記所定のパターンで前記基材に成膜する成膜工程と、を含む。前記押圧工程において、前記電解質膜側の前記スクリーンマスクの表面に、前記金属イオンを含む第2めっき液を供給した後、前記電解質膜を介して、前記スクリーンマスクで前記基材を押圧しながら、前記第2めっき液を、前記貫通部分に充填する。 In view of the above problem, the method for forming a metal film according to the present invention is a method for forming a metal film having a predetermined pattern on a substrate by electrolytic plating in a state where a screen mask is sandwiched between an electrolyte membrane and a substrate. The method includes a pressing step in which the substrate is covered with the screen mask having a perforation portion of a predetermined pattern, and the substrate is pressed by the screen mask through the electrolyte membrane by the hydraulic pressure of a first plating solution sealed in a container by the electrolyte membrane, and a film forming step in which a voltage is applied between an anode in the container and the substrate, thereby passing metal ions contained in the first plating solution through the electrolyte membrane, and forming a metal film derived from the metal ions on the substrate in the predetermined pattern. In the pressing step, a second plating solution containing the metal ions is supplied to the surface of the screen mask on the electrolyte membrane side, and the second plating solution is filled in the perforation portion while pressing the substrate with the screen mask through the electrolyte membrane.
好ましい態様としては、前記スクリーンマスクは、前記電解質膜と対向する位置において、前記電解質膜との間に隙間が形成されるように、前記収容体に取り付けられており、前記押圧工程において、前記スクリーンマスクで前記基材を覆った状態で、前記隙間に、前記第2めっき液を供給する。 In a preferred embodiment, the screen mask is attached to the container at a position facing the electrolyte membrane such that a gap is formed between the screen mask and the electrolyte membrane, and in the pressing step, the second plating solution is supplied to the gap while the substrate is covered with the screen mask.
さらに好ましい態様としては、前記スクリーンマスクは、格子状に開口部が形成された樹脂製のメッシュ部分と、基材側において前記メッシュ部分に固着され、前記貫通部分が形成されたマスク部分と、を備え、前記成膜工程後、前記隙間に供給された前記第2めっき液を保持した状態で、前記収容体を前記基材から引き離す。 In a further preferred embodiment, the screen mask comprises a resin mesh portion having openings formed in a lattice pattern, and a mask portion fixed to the mesh portion on the substrate side and having the through-holes formed therein, and after the film-forming step, the container is separated from the substrate while retaining the second plating solution supplied to the gap.
本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、電解質膜と基材との間にスクリーンマスクを挟み込んだ状態で、電解めっきにより、所定のパターンを有した金属皮膜を基材に成膜する成膜装置である。前記成膜装置は、成膜用の金属イオンを含む第1めっき液を収容した状態で、前記第1めっき液を前記電解質膜で封止した収容体と、前記所定のパターンの貫通部分が形成され、前記基材を覆うスクリーンマスクと、前記収容体内の前記第1めっき液の液圧を前記電解質膜に作用させて、前記電解質膜を介して、前記スクリーンマスクで前記基材を押圧する押圧機構と、前記収容体に収容され、前記電解質膜に離間して配置された陽極と、前記陽極と前記収容体との間に電圧を印加する成膜用の電源と、前記押圧機構による押圧前に、前記電解質膜側の前記スクリーンマスクの表面に、前記金属イオンを含む第2めっき液を供給する供給機構と、を備える。 The metal film forming apparatus according to the present invention is a film forming apparatus that forms a metal film having a predetermined pattern on a substrate by electrolytic plating with a screen mask sandwiched between an electrolyte membrane and a substrate. The film forming apparatus includes a container that contains a first plating solution containing metal ions for film formation and seals the first plating solution with the electrolyte membrane, a screen mask that has a perforation portion of the predetermined pattern and covers the substrate, a pressing mechanism that applies the liquid pressure of the first plating solution in the container to the electrolyte membrane and presses the substrate with the screen mask through the electrolyte membrane, an anode that is contained in the container and arranged at a distance from the electrolyte membrane, a power source for film formation that applies a voltage between the anode and the container, and a supply mechanism that supplies a second plating solution containing the metal ions to the surface of the screen mask on the electrolyte membrane side before pressing by the pressing mechanism.
好ましい態様としては、前記スクリーンマスクは、前記電解質膜と対向する位置において、前記電解質膜との間に隙間が形成されるように、前記収容体に取り付けられており、前記供給機構は、前記隙間に、前記第2めっき液を供給する。 In a preferred embodiment, the screen mask is attached to the container at a position facing the electrolyte membrane such that a gap is formed between the screen mask and the electrolyte membrane, and the supply mechanism supplies the second plating solution to the gap.
本発明の成膜方法および成膜装置によれば、スクリーンマスクを用いて、所定のパターンを有した金属皮膜を、より短時間で安定して成膜することができる。 The film formation method and film formation apparatus of the present invention allow a metal film having a predetermined pattern to be formed stably in a shorter time using a screen mask.
まず、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜方法に用いられる成膜装置1について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の一例を示す模式的断面図である。
First, a description will be given of a
図1に示すように、成膜装置1は、電解質膜13と基材Bとの間にマスク構造体60を挟み込んだ状態で、電解めっきにより、所定のパターンPの金属皮膜Fを基材Bに成膜する成膜装置である。具体的には、成膜装置1は、陽極11と、電解質膜13と、陽極11と基材Bとの間に電圧を印加する電源14と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
成膜装置1は、陽極11およびめっき液L(第1めっき液L1)を収容した収容体15と、基材Bを載置する載置台40と、収容体15に一体的に取り付けられたマスク構造体60と、を備える。マスク構造体60のうち、後述するスクリーンマスク62は、電解質膜13と対向する位置において、収容体15に取り付けられている。
The
成膜装置1は、収容体15を昇降させる直動アクチュエータ70を備えている。直動アクチュエータ70は、スクリーンマスク62が基材Bに離接するように、収容体15を移動させる移動装置である。直動アクチュエータ70は、本体71に対して直動するロッド72を有しており、ロッド72の先端には、収容体15が固着されている。本実施形態では、説明の便宜上、陽極11の下方に電解質膜13を配置し、さらにその下方にマスク構造体60および基材Bを配置している。しかしながら、基材Bの表面に金属皮膜Fを成膜することができるのであれば、電解質膜13と基材Bとの位置関係は、特に限定されるものではない。
The
基材Bは陰極として機能するものである。基材Bは、板状の基材である。本実施形態では、基材Bは、矩形状の基材である。基材Bの表面のうち、電解質膜13(スクリーンマスク62)に対向する対向面Baが、陰極として機能する成膜面である。陰極(即ち導電性を有した表面)として機能するものであれば、基材Bの材料は特に限定されるものではない。基材Bは、例えば、アルミニウムや銅等の金属材料からなってもよい。金属皮膜Fから配線パターンを形成する際には、基材Bは、樹脂等の絶縁性基材の表面に、銅などの下地層が形成された基材を用いる。この場合には、金属皮膜Fの成膜後、金属皮膜Fが成膜された部分以外の下地層をエッチング等で除去する。これにより、絶縁性基材の表面に、金属皮膜Fによる配線パターンを形成することができる。 The substrate B functions as a cathode. The substrate B is a plate-shaped substrate. In this embodiment, the substrate B is a rectangular substrate. Of the surfaces of the substrate B, the opposing surface Ba facing the electrolyte membrane 13 (screen mask 62) is a film formation surface that functions as a cathode. The material of the substrate B is not particularly limited as long as it functions as a cathode (i.e., a surface having electrical conductivity). The substrate B may be made of a metal material such as aluminum or copper. When forming a wiring pattern from the metal coating F, the substrate B is a substrate in which a base layer such as copper is formed on the surface of an insulating substrate such as resin. In this case, after the metal coating F is formed, the base layer other than the portion on which the metal coating F is formed is removed by etching or the like. This allows a wiring pattern to be formed from the metal coating F on the surface of the insulating substrate.
陽極11は、一例として、金属皮膜の金属と同じ金属からなる非多孔質の陽極である。陽極11は、ブロック状または平板状の形状を有する。陽極11は、収容体15に収容され、電解質膜13に離間するように配置されている。陽極11は、多孔質、メッシュ、または、複数のボールを収容した籠体であってもよい。陽極11の材料としては、例えば、銅などを挙げることができる。陽極11は、電源14の電圧の印加で溶解する。ただし、めっき液Lの金属イオンのみで成膜する場合、陽極11は、めっき液Lに対して不溶性の陽極である。
The
陽極11は、電源14の正極に電気的に接続されている。電源14の負極は、載置台40を介して基材Bに電気的に接続され、さらには、後述するスクリーンマスク62のメッシュ部分64に接続されている。
The
めっき液Lは、成膜すべき金属皮膜の金属をイオンの状態で含有している液である。その金属の一例として、銅、ニッケル、金、または、銀などを挙げることができる。めっき液Lは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸、スルファミン酸、またはピロリン酸などの酸で溶解(イオン化)した溶液である。該溶液の溶媒としては、一例として、水やアルコールなどが挙げられる。たとえば金属が銅の場合には、めっき液Lとしては、硫酸銅、ピロリン酸銅などを含む水溶液を挙げることができる。なお、以下に示す明細書では、収容体15に収容されるめっき液Lを第1めっき液L1とし、スクリーンマスク62の表面に供給されるめっき液Lを、第2めっき液L2として、区別して記載することがある。
The plating solution L is a solution containing the metal of the metal film to be formed in an ion state. Examples of the metal include copper, nickel, gold, and silver. The plating solution L is a solution in which these metals are dissolved (ionized) with an acid such as nitric acid, phosphoric acid, succinic acid, sulfuric acid, sulfamic acid, or pyrophosphoric acid. Examples of the solvent of the solution include water and alcohol. For example, when the metal is copper, the plating solution L may be an aqueous solution containing copper sulfate or copper pyrophosphate. In the following specification, the plating solution L contained in the
電解質膜13は、めっき液Lに接触させることにより、めっき液Lとともに金属イオンを内部に含浸(含有)することが可能となる膜である。電解質膜13は、可撓性を有した膜である。電源14により電圧を印加したときに、めっき液Lの金属イオンが、基材B側に移動することができるものであれば、電解質膜13の材料は特に限定されない。電解質膜13の材料としては、たとえばデュポン社製のナフィオン(登録商標)などのフッ素系樹脂などのイオン交換機能を有した樹脂等を挙げることができる。電解質膜13の膜厚は、5μmから200μmの範囲にあることが好ましい。より好ましくは、その膜厚は、20μmから60μmの範囲にある。
The
収容体15は、めっき液Lに対して不溶性の材料からなる。収容体15には、めっき液L(第1めっき液L1)を収容する収容空間15aが形成されている。収容体15の収容空間15aには、陽極11が配置されている。収容空間15aの基材Bの側には、開口部15dが形成されている。収容体15の開口部15dは、電解質膜13で覆われている。
The
図1(a)および図3(a)に示すように、直動アクチュエータ(移動装置)70は、電解質膜13とマスク構造体60が接離自在となるように、ロッド72を直動させることで収容体15を昇降させる(移動させる)。本実施形態では、載置台40が固定されており、収容体15が直動アクチュエータ70により昇降する。直動アクチュエータ70は、電動式のアクチュエータであり、ボールねじ等(図示せず)によって、モータの回転運動を直動運動に変換する。ただし、電動式のアクチュエータの代わりに、油圧式または空圧式のアクチュエータを用いてもよい。
As shown in FIG. 1(a) and FIG. 3(a), the linear actuator (moving device) 70 moves the
収容体15は、めっき液L(第1めっき液L1)を収容空間15aに供給する供給ポート15bを有する。収容体15は、めっき液L(第1めっき液L1)を収容空間15aから排出する排出ポート15cを有する。供給ポート15bおよび排出ポート15cは、収容空間15aに連通する孔である。供給ポート15bと排出ポート15cとは、収容空間15aを挟んで形成されている。供給ポート15bは、供給管51に接続されている。排出ポート15cは、排出管52に流体的に接続されている。
The
成膜装置1は、タンク90と、供給管51と、排出管52と、ポンプ83と、をさらに備える。図1に示すように、タンク90には、めっき液Lが収容されている。供給管51は、タンク90と収容体15とを接続している。供給管51には、ポンプ83が設けられている。ポンプ83は、タンク90から収容体15へめっき液Lを供給する。排出管52は、タンク90と収容体15とを接続している。排出管52には、圧力調整弁55が設けられている。圧力調整弁55は、収容空間15aのめっき液L(第1めっき液L1)の圧力(液圧)を所定の圧力に調整する。
The
本実施形態では、ポンプ83を駆動させることにより、タンク90から供給管51内に、めっき液Lが吸引される。吸引されためっき液Lは、供給ポート15bから収容空間15aに圧送される。収容空間15aのめっき液L(第1めっき液L1)は、排出ポート15cを介してタンク90へ戻される。タンク90と収容体15との間で、めっき液Lを循環させる循環経路50を形成することができる。
In this embodiment, by driving the
さらに、ポンプ83の駆動を持続することにより、収容空間15aのめっき液L(第1めっき液L1)の液圧を、圧力調整弁55で、所定の圧力に維持することができる。ポンプ83は、めっき液Lの液圧を電解質膜13に作用させて、電解質膜13を介して、マスク構造体60のスクリーンマスク62で基材Bを押圧するものである。本実施形態では、ポンプ83および圧力調整弁55が、本発明でいうところの「押圧機構」に相当する。
Furthermore, by continuing to drive the
マスク構造体60は、載置台40と対面する側において、電解質膜13と対向する位置で、収容体15に取り付けられている。具体的には、マスク構造体60は、枠体61と、スクリーンマスク62と、を備えている。スクリーンマスク62には、金属皮膜Fの所定のパターンPに応じた貫通部分68が形成されている。スクリーンマスク62は、メッシュ部分64とマスク部分65を備えている。スクリーンマスク62は、50μm~400μm程度の可撓性を有したマスクである。スクリーンマスク62は、電解質膜13と対向する位置において、電解質膜13との間に隙間Sが形成されるように、収容体15に取り付けられている。スクリーンマスク62は、枠体61の表面のうち、基材Bと対向する面(対向面)において、枠体61に支持されている。
The
メッシュ部分64は、枠体61に固着されている。メッシュ部分64は、枠体61の開口を覆うように、所定の張力で張られている。メッシュ部分64は、格子状に複数の開口部64cが形成されている。メッシュ部分64は、配向された複数の線材64a、64bが交差するように、網目状に織り込まれている。複数の線材64a同士は間隔を空けて配列されており、これらに交差する複数の線材64b、64b同士は間隔を空けて配列されている。これにより、メッシュ部分64には、格子状に複数の開口部64cが形成される。めっき液Lに対して耐食性を有し、導電性の材料であれば、線材64a、64bの材料は特に限定されるものではない。線材64a、64bの材料として、たとえば、ポリエステル樹脂など樹脂材料などを挙げることができる。
The
マスク部分65は、メッシュ部分64の両面のうち基材Bに対向する面(基材B側)において、メッシュ部分64に固着されている。マスク部分65には、所定のパターンPに応じた貫通部分68が形成されている。マスク部分65は、電解質膜13からの押圧により、成膜時に基材Bに密着する部分である。基材Bに密着することができるのであれば、マスク部分65の材料は特に限定されるものではない。マスク部分65は、電解質膜13からの押圧により、圧縮弾性変形することが好ましい。たとえば、マスク部分65の材料として、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリビニル樹脂、ポリイミド樹脂、または、ポリエステル樹脂などの樹脂材料、若しくは、シリコーンゴムなどのゴム材料を挙げることができる。所定のパターンPを有したスクリーンマスク62は、乳剤を用いた一般的なシルクスクリーンの製造技術で、製造可能である。したがって、スクリーンマスク62の製造方法の詳細な説明は省略する。
The
本実施形態では、マスク構造体60と収容体15とは、別体であるが、たとえば、枠体61が、収容体15の開口部15dに嵌合し、マスク構造体60と収容体15とが一体であってもよい。これにより、スクリーンマスク62を収容体15に取り付けることができるばかりでなく、収容体15に収容されためっき液Lの自重による電解質膜13の撓みを、スクリーンマスク62で支持することができる。
In this embodiment, the
スクリーンマスク62は、枠体61に固着されている。本実施形態では、スクリーンマスク62は、矩形状の外形を有している。したがって、枠体61は、矩形の額縁状の形状を有する。マスク構造体60の形状を保持できるものであれば、枠体61の材料は特に限定されるものではない。たとえば、枠体61の材料として、ステンレス鋼などの金属材料、ポリエステルなどの樹脂材料を挙げることができる。図1(b)に示すように、枠体61には、枠体61内の空間に、第2めっき液L2を供給する供給流路15eと、第2めっき液L2を排出する排出流路15fと、が形成されている。供給流路15eおよび排出流路15fは、マスク構造体60を収容体15に取り付けた状態で、対応する位置の収容体15にも形成されている。なお、供給流路15eおよび排出流路15fは、孔であったが、第2めっき液L2を流すことができるのであれば、溝であってもよく、別途、配管によりこれらの流路を形成してもよい。
The
本実施形態では、ポンプ83(押圧機構)による押圧前に、電解質膜13側から隙間Sを形成するスクリーンマスク62の表面に、第2めっき液L2を供給する供給機構16を備えている。具体的には、供給機構16は、電解質膜13とスクリーンマスク62との間に形成された隙間Sに、第2めっき液L2を供給する。
In this embodiment, a
本実施形態では、供給機構16は、タンク90のめっき液L(第2めっき液L2)を選択的に供給流路15eに供給するための三方弁57を備えている。三方弁57が供給管51に配置されている。三方弁57を切り換えることにより、収容体15への第1めっき液L1の供給、または、スクリーンマスク62の表面への第2めっき液L2の供給を、選択することができる。さらに供給機構16は、電解質膜13側のスクリーンマスク62の表面に供給された第2めっき液L2を、排出流路15fを介して、空気とともに吸引する吸引ポンプ82が接続されている。吸引ポンプ82と排出流路15fとの間には、開閉弁58が設けられており、開閉弁58の下流には、吸引ポンプ82に分岐して、ドレインタンク59が、接続されている。
In this embodiment, the
ここで、本実施形態では、直動アクチュエータ70により、スクリーンマスク62が基材Bの表面に当接した状態で、供給機構16は、電解質膜13とスクリーンマスク62との間に形成された隙間Sに、第2めっき液L2を供給する。ここで、スクリーンマスク62は、ポリエステル樹脂などの撥水性を有した樹脂製のメッシュ部分64を有している。貫通部分の大きさ等に合わせて、メッシュ部分64の開口部分の大きさ等を選定すれば、成膜後に、スクリーンマスク62を基材Bから引き離したとしても、隙間Sに第2めっき液L2を保持することができる。したがって、直動アクチュエータ70は、この隙間Sに供給された第2めっき液L2を保持した状態で、スクリーンマスク62を基材Bから引き離す方向に、収容体15を移動させる(上昇させる)ことができる。このような結果、基材Bに金属皮膜Fを成膜し、引き続き、第2めっき液L2を供給することなく、新たな基材Bに金属皮膜Fを成膜することができる。
Here, in this embodiment, the
以下に、図2に示す成膜方法の各工程を、上述した図1(a)および図3(a)、(b)を参照しながら説明する。この成膜方法では、所定のパターンPの貫通部分68が形成されたスクリーンマスク62を、電解質膜13と基材Bとに間に挟み込んだ状態で、電解めっきにより、基材Bの表面に所定のパターンPの金属皮膜Fを成膜する。
Each step of the film formation method shown in FIG. 2 will be described below with reference to the above-mentioned FIG. 1(a) and FIG. 3(a) and (b). In this film formation method, a
まず、載置工程S1を行う。この工程では、基材Bを載置台40に載置する。具体的には、載置台40の凹部41に基材Bを収容する。
First, the placement step S1 is performed. In this step, the substrate B is placed on the placement table 40. Specifically, the substrate B is accommodated in the
次に、押圧工程S2を行う。まず、この工程では、直動アクチュエータ70を駆動させて、収容体15を載置台40側に移動させ、マスク構造体60を基材Bの表面に接触させる。これにより、所定のパターンPの貫通部分68が形成されたスクリーンマスク62を、基材Bに配置することができる。次に、図3(b)に示すように、供給流路15eにめっき液L(第2めっき液)が供給されるように三方弁57を操作し、開閉弁58を開弁する。この状態で、ポンプ83および吸引ポンプ82を駆動させる。これにより、電解質膜13側のスクリーンマスク62の表面に、タンク90のめっき液である、第2めっき液L2を供給する。スクリーンマスク62で基材Bを覆った状態で、スクリーンマスク62と電解質膜13との間の隙間Sに、第2めっき液L2を供給する。第2めっき液L2が供給された後、ポンプ83および吸引ポンプ82の駆動を停止する。
Next, the pressing step S2 is performed. First, in this step, the
次に、第2めっき液L2を供給した後、この工程では、図3(b)に示すように、スクリーンマスク62で、基材Bを覆った状態で、電解質膜13で収容体15内に封止した第1めっき液L1の液圧によって、電解質膜13を介して、スクリーンマスク62で基材Bを押圧する。具体的には、供給ポート15bにめっき液L(第1めっき液)が供給されるように三方弁57を操作し、開閉弁58を閉弁する。この状態で、ポンプ83を駆動させる。これにより、第1めっき液L1を収容空間15aに供給し、収容空間15a内のめっき液Lの圧力を、圧力調整弁55で設定された圧力とすることができる。この結果、第1めっき液L1の液圧で、電解質膜13を介して、スクリーンマスク62で、基材Bを押圧する。これにより、電解質膜13とスクリーンマスク62との間の隙間Sに収容された第2めっき液L2を、スクリーンマスク62の貫通部分68に押し込み、貫通部分68に第2めっき液L2を充填する。第2めっき液L2を供給することができるのであれば、吸引ポンプ82は、省略してもよい。
Next, after supplying the second plating solution L2, in this process, as shown in FIG. 3(b), the substrate B is covered with the
このようにして、後述する第1めっき液L1による液圧により、第1めっき液L1が電解質膜13を通過する前に、第2めっき液L2をスクリーンマスク62の表面に供給することができる。スクリーンマスク62の貫通部分68に第2めっき液L2のめっき液を速やかに充填させることができる。本実施形態では、第1めっき液L1と第2めっき液L2は、タンク90に収容された同じめっき液Lであるので、後述する成膜工程S3において、金属皮膜Fを安定して成膜することができる。
In this way, the second plating liquid L2 can be supplied to the surface of the
なお、スクリーンマスク62を基材Bの表面に配置した状態で、そのまわりの雰囲気を減圧雰囲気にすれば、貫通部分68にめっき液が充填され易い。この他にも、スクリーンマスク62の表面に、貫通部分68から外部に連通する空気抜き用の溝または孔を設けると、貫通部分68の空気がめっき液に入れ替わり易い。
When the
ここで、たとえば、成膜装置1は、陽極11と基材Bとの間の電圧を測定する電圧計(図示せず)を備えてもよい。この場合には、陽極11と基材Bとの間に一定の電流(一定の大きさの電流)を通電した状態で、陽極11と基材Bとの間に作用する電圧を、電圧計(図示せず)で測定する。測定した電圧が、予め設定された値以下となった際に、貫通部分68にめっき液Lが充填されたと判定し、成膜工程S3に移行してもよい。
Here, for example, the
なお、スクリーンマスク62の貫通部分68に、めっき液が充填されていない場合には、陽極11と基材Bとの間に、一定の電流を流すように電源14を制御したとしても、電流が流れ難いため、陽極11と基材Bとの間の電圧値が、通常の成膜時の電圧よりも高くなる。したがって、このような場合には、陽極11と基材Bとの間の通電を解除し、収容体15内のめっき液Lの液圧を継続して保持する。所定の時間経過後、再度、同様の方法で、陽極11と基材Bとの間に作用する電圧を測定し、貫通部分68にめっき液Lが充填されたかの判定を行う。貫通部分68にめっき液Lが充填されたと判定されるまで、電流の通電と電圧の測定を間欠的に繰り返す。
When the through-
次に、成膜工程S3を行う。ここでは、図3(b)に示すように、スクリーンマスク62で基材Bを押圧した状態で、めっき液Lに接触した陽極11と、基材Bとの間に、電源14の電圧を印加する。このような結果、めっき液Lに含まれる金属イオンを電解質膜13に通過させ、金属イオンに由来した金属皮膜Fを、所定のパターンPで基材Bに成膜する。
Next, the film formation process S3 is performed. Here, as shown in FIG. 3(b), while the substrate B is pressed with a
このようにして、めっき液Lが貯蔵されたタンク90と、収容体15との循環経路において、ポンプ83を駆動させることにより、めっき液Lを循環させながら、金属皮膜Fの成膜を行うことができる。収容空間15a内の第1めっき液L1の液圧が、貫通部分68に充填されためっき液にも作用するため、一定の液圧下で、均質な金属皮膜Fを成膜することができる。成膜時には、電圧の印加により、電解質膜13を通過する金属イオンとともに、めっき液Lに含まれる水分子も、電解質膜13を通過するので、スクリーンマスク62の貫通部分68には、安定して水分が確保される。これにより、基材Bの表面で、金属イオンを安定して析出させることができる。
In this way, by driving the
成膜工程S3において、所定の時間の通電により、所定の厚みの金属皮膜Fを成膜した後、引き離し工程S4を行う。この工程では、ポンプ83の駆動を停止し、収容体15内の第1めっき液L1の液圧を除圧する(液圧を大気圧まで降下させる)。直動アクチュエータ70を駆動させて、収容体15を載置台40から離れる方向に移動させ、電解質膜13をマスク構造体60から引き離す。本実施形態では、マスク構造体60は、収容体15に取り付けられているため、第1めっき液L1の自重が、電解質膜13に作用したとしても、電解質膜13の過度な変形を、スクリーンマスク62で保持することができる。さらに、スクリーンマスク62と電解質膜13との間の隙間に、第2めっき液L2を保持した状態で、収容体15を基材Bから引き離すことができる。載置台40から基材Bを取り外し、第2めっき液L2を新たに供給することなく、新しい基材Bに金属皮膜Fを成膜することができる。
In the film formation step S3, a metal film F of a predetermined thickness is formed by energizing for a predetermined time, and then a separation step S4 is performed. In this step, the
本実施形態では、収容体15にマスク構造体60を取り付けて、これらを一体としたが、たとえば、図4(a)の変形例に示すように、収容体15とマスク構造体60を別体としてもよい。この場合には、マスク構造体60を、基材Bの表面に覆うように配置し、供給機構16から、スクリーンマスク62の表面に、第2めっき液L2を供給すればよい。
In this embodiment, the
その後、図4(b)に示すように、収容体15を下降させて、電解質膜13とスクリーンマスク62との間に、第2めっき液L2を保持する。この保持状態で、ポンプ83を駆動させて、収容空間15a内に第1めっき液L1を供給する。第1めっき液L1は、収容空間15a内において、圧力調整弁55により所定の液圧に調整される。これにより、第1めっき液L1の液圧で、電解質膜13を介してスクリーンマスク62で基材Bの表面を押圧するとともに、第2めっき液L2をスクリーンマスク62に充填することができる。この状態に、陽極11と基材Bとの間に、電源14の電圧を印加することにより、基材Bの表面に金属皮膜Fを成膜することができる。
After that, as shown in FIG. 4(b), the
以下に、本発明の実施例を説明する。
[実施例]
成膜用の基材として、ガラス繊維製の布を重ねたものにエポキシ樹脂を含侵させたガラスエポキシ基板を準備した。このガラスエポキシ基板の表面には銅箔が形成されている。次に、図1に示す成膜装置を用いて銅皮膜を成膜した。めっき液には、1MのCuSO4と、0.2MのH2SO4とを含む硫酸銅水溶液を使用した。陽極にはCu板を使用した。電解質膜に、デュポン社のナフィオン(登録商標)を用いた。第2めっき液を供給後、電解質膜でスクリーンマスクを押圧しながら、スクリーンマスクに、総面積1800mm2で形成された貫通部分にめっき液を充填した。
Examples of the present invention will be described below.
[Example]
A glass epoxy substrate was prepared as a substrate for film formation, in which a layer of glass fiber cloth was impregnated with epoxy resin. Copper foil was formed on the surface of this glass epoxy substrate. Next, a copper film was formed using the film formation apparatus shown in FIG. 1. A copper sulfate aqueous solution containing 1M CuSO4 and 0.2M H2SO4 was used as the plating solution. A Cu plate was used as the anode. Nafion (registered trademark) from DuPont was used as the electrolyte membrane. After supplying the second plating solution, the plating solution was filled into the through-portions formed in the screen mask with a total area of 1800 mm2 while pressing the screen mask with the electrolyte membrane.
[比較例]
実施例と同じように、スクリーンマスクにめっき液が充填されるまでの時間を測定した。実施例と相違する点は、第2めっき液を供給しなかった点である。電解質膜でスクリーンマスクを押圧した状態で、貫通部分にめっき液が充填されるまでの時間を測定すると、充填時間は、70秒であった。
[Comparative Example]
The time until the plating solution filled the screen mask was measured in the same manner as in the example. The difference from the example is that the second plating solution was not supplied. When the time until the plating solution filled the penetration portion while the screen mask was pressed by the electrolyte membrane was measured, the filling time was 70 seconds.
以上の結果から、実施例の如く、第2めっき液を供給した状態で、収容体に収容された第1めっき液の液圧を電解質膜に作用させると、スクリーンマスクの貫通部分に速やかに、第2めっき液が充填された。一方、比較例では収容体に収容された第1めっき液が、電解質膜を通過し、スクリーンマスクまで移動するため、実施例に比べて、充填時間が長くなったと考えられる。 From the above results, when the liquid pressure of the first plating solution contained in the container was applied to the electrolyte membrane while the second plating solution was being supplied, as in the Example, the second plating solution quickly filled the penetration portion of the screen mask. On the other hand, in the Comparative Example, the first plating solution contained in the container passed through the electrolyte membrane and moved to the screen mask, which is thought to have resulted in a longer filling time than in the Example.
1:成膜装置、13:電解質膜、14:電源、15:収容体、16:供給機構、40:載置台、61:枠体、62:スクリーンマスク、64:メッシュ部分、65:マスク部分、68:貫通部分、B:基材、L:めっき液、L1:第1めっき液、L2:第2めっき液、F:金属皮膜、P:所定のパターン 1: Film forming device, 13: Electrolyte membrane, 14: Power source, 15: Container, 16: Supply mechanism, 40: Placement table, 61: Frame, 62: Screen mask, 64: Mesh portion, 65: Mask portion, 68: Penetration portion, B: Base material, L: Plating solution, L1: First plating solution, L2: Second plating solution, F: Metal film, P: Predetermined pattern
Claims (5)
前記成膜方法は、
所定のパターンの貫通部分が形成された前記スクリーンマスクで、前記基材を覆うとともに、前記電解質膜で収容体内に封止した第1めっき液の液圧によって、前記電解質膜を介して、前記スクリーンマスクで前記基材を押圧する押圧工程と、
前記収容体内の陽極と、前記基材との間に電圧を印加することにより、前記第1めっき液に含まれる金属イオンを前記電解質膜に通過させ、前記金属イオンに由来した金属皮膜を、前記所定のパターンで前記基材に成膜する成膜工程と、
を含み、
前記押圧工程において、前記電解質膜側の前記スクリーンマスクの表面に、前記金属イオンを含む第2めっき液を供給した後、前記電解質膜を介して、前記スクリーンマスクで前記基材を押圧しながら、前記第2めっき液を、前記貫通部分に充填することを特徴とする金属皮膜の成膜方法。 A method for forming a metal film having a predetermined pattern on a substrate by electrolytic plating in a state in which a screen mask is sandwiched between an electrolyte membrane and the substrate, comprising the steps of:
The film forming method includes:
a pressing step of covering the base material with the screen mask having through-portions formed in a predetermined pattern, and pressing the base material with the screen mask via the electrolyte membrane by a liquid pressure of a first plating solution sealed in a container by the electrolyte membrane;
a film-forming step of applying a voltage between the anode in the container and the base material to pass metal ions contained in the first plating solution through the electrolyte membrane and form a metal coating derived from the metal ions on the base material in the predetermined pattern;
Including,
a second plating solution containing the metal ions is supplied to a surface of the screen mask on the electrolyte membrane side in the pressing step, and then the second plating solution is filled into the through-portion while pressing the substrate with the screen mask through the electrolyte membrane.
前記押圧工程において、前記スクリーンマスクで前記基材を覆った状態で、前記隙間に、前記第2めっき液を供給することを特徴とする請求項1に記載の金属皮膜の成膜方法。 the screen mask is attached to the housing at a position facing the electrolyte membrane such that a gap is formed between the screen mask and the electrolyte membrane,
2. The method for forming a metal coating according to claim 1, wherein in the pressing step, the second plating solution is supplied to the gap in a state in which the base material is covered with the screen mask.
前記成膜工程後、前記隙間に供給された前記第2めっき液を保持した状態で、前記収容体を前記基材から引き離すことを特徴とする請求項2に記載の金属皮膜の成膜方法。 the screen mask includes a mesh portion made of resin and having openings formed in a lattice pattern, and a mask portion fixed to the mesh portion on a base material side and having the through-portions formed therein;
3. The method for forming a metal film according to claim 2, wherein after the film forming step, the container is separated from the base material while holding the second plating solution supplied to the gap.
前記成膜装置は、
成膜用の金属イオンを含む第1めっき液を収容した状態で、前記第1めっき液を前記電解質膜で封止した収容体と、
前記所定のパターンの貫通部分が形成され、前記基材を覆うスクリーンマスクと、
前記収容体内の前記第1めっき液の液圧を前記電解質膜に作用させて、前記電解質膜を介して、前記スクリーンマスクで前記基材を押圧する押圧機構と、
前記収容体に収容され、前記電解質膜に離間して配置された陽極と、
前記陽極と前記収容体との間に電圧を印加する成膜用の電源と、
前記押圧機構による押圧前に、前記電解質膜側の前記スクリーンマスクの表面に、前記金属イオンを含む第2めっき液を供給する供給機構と、を備えることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。 A film formation apparatus for forming a metal film having a predetermined pattern on a substrate by electrolytic plating in a state in which a screen mask is sandwiched between an electrolyte membrane and the substrate, comprising:
The film forming apparatus includes:
a container in which a first plating solution containing metal ions for film formation is contained and sealed with the electrolyte membrane;
a screen mask having the predetermined pattern of through-holes formed therein and covering the substrate;
a pressing mechanism that applies a liquid pressure of the first plating solution in the container to the electrolyte membrane to press the base material with the screen mask via the electrolyte membrane;
an anode contained in the container and spaced apart from the electrolyte membrane;
a power source for film formation that applies a voltage between the anode and the container;
a supply mechanism for supplying a second plating solution containing the metal ions to the surface of the screen mask on the electrolyte membrane side before the pressing mechanism presses the screen mask.
前記供給機構は、前記隙間に、前記第2めっき液を供給することを特徴とする請求項4に記載の金属皮膜の成膜装置。 the screen mask is attached to the housing at a position facing the electrolyte membrane such that a gap is formed between the screen mask and the electrolyte membrane,
The metal film forming apparatus according to claim 4 , wherein the supply mechanism supplies the second plating solution to the gap.
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