JP3219472B2

JP3219472B2 - 微細線形成電解析出装置

Info

Publication number: JP3219472B2
Application number: JP19349792A
Authority: JP
Inventors: 俊郎樋口; 豊子富取
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH0633292A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路や電子装置の
微細線パターン、または配線基板上へのコイル又は抵抗
素子等の構成素子を電解液中で形成するための微細線形
成電解析出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積回路等の微細線パターンの形
成には、レジストに、紫外線、電子線、イオンビーム、
Ｘ線等を照射し、レジストを変質させ、パターンを形成
する、所謂リソグラフィ技術が用いられている。リソグ
ラフィ技術を用いると、サブミクロンオーダーの微細線
パターンを、シリコンウエハ上に形成することができ、
集積回路の微細化、高密度化に寄与することができる。
このリソグラフィ技術はマイクロマシンの構成素子を形
成する、微細加工技術としても応用されてきている。

【０００３】一方、電解析出法は電解液からの薄膜形成
法として用いられており、真空やガスを使う他の薄膜形
成法に比べて、安価に電解液や電解槽の制御を行うこと
ができ、大面積にも薄膜を容易に形成できるため、薄膜
形成したり、表面の改質を行うために、種々の分野に応
用されるようになってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなリソグラフィ技術を使った配線パターンの形成
装置においては、紫外線を光源にした場合、波長がＧ線
で４３６ｎｍ、Ｉ線で３６５ｎｍであるので、それ以下
の線幅を実現することは、位相シフト法など新たな技術
が必要となり、困難である。また、電子線、イオンビー
ム、Ｘ線等を用いた露光の場合、真空、高電圧、加速器
等を必要とし、簡便ではない。

【０００５】更に、リソグラフィ技術は、線源や装置の
問題だけでなく、レジストの性能、エッチング技術にも
負うところが多く、０．２μｍ以下の線幅を実現する簡
便な方法ではない。

【０００６】一方、電解析出装置は簡便に薄膜を形成す
る装置ではあるが、基板上に微細なパターンを形成する
ことは現在まで行われてこなかった。

【０００７】本発明は、上記問題点を除去し、電解析出
法により、微細線ならびに任意の形状の構成素子を形成
する簡便な、微細線形成電解析出装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、微細線形成電解析出装置において、電解
液が収容される電解槽と、該電解槽の底面に配置される
作用電極と、前記電解槽内に配置され、下端に形成され
るとともに、イオン選択性膜が設けられた微小な穴が前
記作用電極と対向する隔離筒と、該隔離筒内に配置され
る対電極と、前記隔離筒内のみに収容される析出用電解
質を有する電解液と、前記作用電極と対電極間に接続さ
れる電源と、前記作用電極及び又は対電極を移動する駆
動装置とを設けるようにしたものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、上記のように、電解液が収容
される電解槽の底面に作用電極３を配置し、この作用電
極３に対向するように隔離筒２を配置し、この隔離筒２
の下端にイオン選択性膜１１を有する微小な穴２ａを形
成し、析出用電解質６を有する電解液を隔離筒２にのみ
入れ、隔離筒２の微小な穴２ａを作用電極３に近づけ、
析出用電解質６の析出電位を印加して、隔離筒２と電解
槽１を目的形状にしたがって相対的に動かすことによ
り、隔離筒２の下端のイオン選択性膜１１を有する微小
な穴２ａが通過した位置の作用電極３上に目的形状の析
出物が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。

【００１１】図１は本発明の実施例を示す微細線形成電
解析出装置の構成図である。

【００１２】この図に示すように、第１の容器である電
解槽１の底面に作用電極３を配置し、第２の容器である
下端に微小な穴２ａを有する隔離筒２の中に対電極４を
入れ、溶媒と析出はしない支持電解質（無関係塩）７を
電解槽１と隔離筒２に入れ、析出用電解質６は隔離筒２
にのみに入れる。

【００１３】また、３次元駆動装置８を用いて電解槽１
の位置を制御し、３次元駆動装置９を用いて隔離筒２の
位置を制御可能にする。そこで、３次元駆動装置８及び
９を用いて、隔離筒２の下端の微小な孔２ａと作用電極
３の相対的位置を制御可能にする。

【００１４】そこで、電源１０を用いて作用電極３に、
析出用電解質６が析出する電位を印加する。

【００１５】作用電極３は金属又は半導体基板、または
ガラス等の基板上に金属または半導体薄膜を形成した薄
膜電極を用いる。対電極４は抵抗が小さく、また安定な
ものが良く、白金またはカーボン等を用いることができ
る。

【００１６】ここで、隔離筒２の下方に形成される微小
な穴２ａの径は、析出される線幅を決定する重要な要素
であり、希望する線幅と同程度か、それ以下である必要
がある。ここで、微小な径の穴では、析出される微小な
線を二重にする等して、穴の径以上の線を形成すること
ができるので、例えば１ｎｍφの穴から１００ｎｍφの
穴が望まれる。

【００１７】また、電解液は、水溶液、非水溶媒どちら
でも良く、多くは、水溶液、有機溶媒に電解質を溶かし
た電解液を用いる。

【００１８】上記のように、作用電極３上に析出する析
出用電解質６は隔離筒２にのみ入れ、それ以外の支持電
解質７等は、電解槽１と隔離筒２の両方に入れる。

【００１９】そこで、析出用電解質６が金属イオンなら
ば金属が、化合物イオンならばその化合物またはその一
部が、また、２種以上の析出用電解質があれば、その化
合物が作用電極３上に析出する。例えば、Ａｇ⁺の場合
はＡｇ、Ａｌ³⁺の場合はＡｌ、Ａｕ³⁺の場合はＡｕ、Ｃ
ｒ³⁺の場合はＣｒ、Ｃｕ⁺の場合はＣｕ、Ｆｅ²⁺の場合
はＦｅ、Ｍｇ²⁺の場合はＭｇ、Ｍｎ²⁺の場合はＭｎ、Ｍ
ｏ³⁺の場合はＭｏ、Ｎａ⁺の場合はＮａ、Ｎｉ²⁺の場合
はＮｉ、Ｐｂ²⁺の場合はＰｂ、ＳｉＦ₆ ^2-の場合はＳ
ｉ、Ｃｄ²⁺とＨＴｅＯ₂ ⁺の場合はＣｄＴｅが析出す
る。

【００２０】更に、上記したように、電解槽１と隔離筒
２には相対的に３次元に移動できる機構が付設されてい
る。

【００２１】また、作用電極３を電解槽１の底に配置
し、隔離筒２の下端の微小な穴２ａを作用電極３に近づ
ける。その穴２ａから作用電極３までの距離は、その穴
２ａの径と同程度かそれ以下が望ましい。

【００２２】そこで、析出用電解質６の析出電位を対電
極４と作用電極３間に印加して、目的の形成パターンに
したがい、電解槽１と隔離筒２を相対的に移動させる。
移動速度は析出速度に関係して決められる。また、隔離
筒２の下端の微小な穴２ａと作用電極３との距離をモニ
タし、一定になるように制御することができる。

【００２３】図２は本発明の他の実施例を示す微細線形
成電解析出装置の構成図である。

【００２４】この実施例においては、電解槽１中に作用
電極３以外に参照電極５を配置し、電源１０を用いて参
照電極５と作用電極３の電位を制御して、対電極４と作
用電極３の間に電流を流すような電位を印加する。

【００２５】参照電極５は作用電極３の電位の基準を決
める電極であり、代表的な物としては、水素電極、カロ
メル電極、銀・塩化銀電極等あるが、これらの場合、参
照電極用の電解質が作用電極と反応したり、作用電極の
ある電解槽中の電解液では、参照電極の機能を発揮でき
なかったりすることがある。そのため、電位基準として
は、前記参照電極材料に比べて劣るが、白金等の金属線
を作用電極近くに配置することでその電解液中の参照電
極とする。

【００２６】また、厳密な水素電極電位からの電位を測
定する場合には、前記した水素電極、カロメル電極、銀
・塩化銀電極を用い、電気的には連絡しているが、液の
交換がないように、塩橋などを介して参照電極室と作用
電極槽を分け、塩橋の一端を作用電極に近づけること
で、図２に示した電解槽１中に配置した参照電極５と等
価とする。

【００２７】このように構成することにより、微細線の
幅のより正確な制御が可能である。

【００２８】図３は隔離筒の下端の微小な穴と作用電極
付近の拡大断面図である。

【００２９】ここで、Ｒは隔離筒２の下端の微小な穴２
ａの直径を表し、ｄは微小な穴２ａの下端から作用電極
３までの距離を表している。

【００３０】この図に示すように、隔離筒２の下端の微
小な穴２ａを作用電極３に距離ｄまで近づけて、電源１
０により、析出用電解質６が作用電極３に析出する電位
を印加することにより、微小な析出物２０が析出する。
ここで、３次元駆動装置８及び９により、距離ｄを保ち
つつ、隔離筒２と電解槽１を析出物の目的形状にしたが
って走査すれば、作用電極３上に目的形状の析出物２０
が得られる。最小線幅は穴の直径Ｒと距離ｄに依存し、
直径Ｒ、距離ｄはどちらも希望する最小線幅と同程度
か、それ以下にする必要がある。例えば、５０ｎｍ幅の
線を析出させるために、直径Ｒを３０ｎｍとし、距離ｄ
を約２０ｎｍとした。原子レベルのパターンを描く場合
には、直径を約１ｎｍにすることが望ましい。

【００３１】図４は本発明の微細線形成電解析出装置の
隔離筒の変形例を示す断面図である。

【００３２】この図に示すように、隔離筒２の下端の微
小な穴２ａにはイオン選択性膜１１を設けるようにして
いる。ここで、イオン選択性膜１１としては、ガラス
膜、難溶性無機塩、イオン交換膜等を用いることができ
る。

【００３３】この場合にも、図３に示すように、作用電
極３上に目的形状の析出物が得られる。

【００３４】このように構成することにより、隔離筒２
内の析出用電解質６は電解槽１の支持電解質７と混ざ
り、析出用電解質６が希釈されることはなくなり、良好
な電解析出を行わせることができる。

【００３５】次いで、本発明の微細線形成電解析出装置
を用いた絶縁体基板上の導電性微細線パターン形成例に
ついて説明する。

【００３６】図５に示すように、絶縁体基板２１上に金
属または半導体薄膜を付着させた作用電極３上に析出物
としての導電性の微細線パターン２０を微細線形成電解
析出装置を用いて、図６に示すように形成する。

【００３７】そして、その導電性の微細線パターン２０
を形成後、エッチングにより絶縁体基板２１上の微細線
パターン２０が形成されていない部分の金属または半導
体を除去することにより、絶縁体基板２１上の微細線パ
ターンを形成することができる。

【００３８】また、絶縁体基板２１としては、ガラスま
たはポリイミドなどの塑性基板を用いた。作用電極とし
て使用する薄膜の材料としては、析出物と同じ材料（例
１）または異なる材料（例２）で試みた。

【００３９】例１では、図７に示すように、絶縁体基板
（ガラス基板）２１上にスパッタ装置で金薄膜を形成
し、それを作用電極３とし、析出用電解質６をＡｕ³⁺と
して微細線パターンを形成した。どの部位もほぼ同じエ
ッチング速度であるので、ゆっくりとエッチングを行っ
て、微細線パターンが形成されていない部分の金属薄膜
がエッチングにより除去されたところでエッチングを終
了する。これにより、ガラス基板２１上に目的の微細線
パターン３′のみが残ることになる。

【００４０】例２では、図８に示すように、ガラス基板
２１上のインジュウム薄膜２２上に、例１と同様に金の
微細線パターン２３を析出させた。そこで、塩酸でエッ
チングすると、インジュウム薄膜２２のみがエッチング
され、金の微細線パターン２３が析出した部分はそのま
ま残った。

【００４１】なお、上記実施例では、絶縁体基板上への
微細線パターンの形成の例を示したが、半導体基板上へ
の微細線パターンの形成や、金属板上への微細線パター
ン形成（転写用板の成形）を行うことができることは言
うまでもない。

【００４２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００４３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、微細線形成電解析出装置により、集積回路や電
子装置の微細線パターン、または配線基板上へのコイル
及び配線等の微細線や任意の形状の構成素子を、電解液
中で簡便に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す微細線形成電解析出装置
の構成図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す微細線形成電解析出
装置の構成図である。

【図３】本発明の隔離筒の下端の微小な穴と作用電極付
近の拡大断面図である。

【図４】本発明の微細線形成電解析出装置の隔離筒の変
形例を示す断面図である。

【図５】本発明の微細線形成電解析出装置の作用電極例
を示す斜視図である。

【図６】本発明の微細線形成電解析出装置による微細線
析出例を示す斜視図である。

【図７】本発明の微細線形成電解析出装置による第１の
微細線形成例を示す斜視図である。

【図８】本発明の微細線形成電解析出装置による第２の
微細線形成例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１電解槽２隔離筒２ａ微小な穴３作用電極３′ 微細線パターン４対電極５参照電極６析出用電解質７支持電解質８，９３次元駆動装置１０電源１１イオン選択性膜２０微細線パターン（析出物）２１絶縁体基板２２インジューム薄膜２３金の微細線パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−203789（ＪＰ，Ａ) 特開平１−316486（ＪＰ，Ａ) 特開昭48−46543（ＪＰ，Ａ) 特開平５−70986（ＪＰ，Ａ) 特開平２−61098（ＪＰ，Ａ) 特開平５−272000（ＪＰ，Ａ) 特公昭48−17578（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭44−2322（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25D 5/02 C25D 5/04 C25D 7/12 C25D 17/10 C25D 17/12 H05K 3/18 H01L 21/288

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）電解液が収容される電解槽と、（ｂ）該電解槽の底面に配置される作用電極と、（ｃ）前記電解槽内に配置され、下端に形成されるとと
もに、イオン選択性膜が設けられた微小な穴が前記作用
電極と対向する隔離筒と、（ｄ）該隔離筒内に配置される対電極と、（ｅ）前記隔離筒内のみに収容される析出用電解質を有
する電解液と、（ｆ）前記作用電極と対電極間に接続される電源と、（ｇ）前記作用電極及び又は対電極を移動する駆動装置
とを具備することを特徴とする微細線形成電解析出装
置。
【請求項２】前記電解槽に参照電極を付設してなる請
求項１記載の微細線形成電解析出装置。
【請求項３】前記作用電極は前記電解槽に固定され、
該電解槽を移動する３次元駆動装置を具備する請求項１
又は２記載の微細線形成電解析出装置。
【請求項４】前記対電極は前記隔離筒に固定され、該
隔離筒を移動する３次元駆動装置を具備する請求項１又
は２記載の微細線形成電解析出装置。
【請求項５】前記作用電極は前記電解槽に固定され、
前記対電極は前記隔離筒に固定され、前記作用電極と前
記隔離筒との両方を移動する３次元駆動装置を具備する
請求項１又は２記載の微細線形成電解析出装置。