JP4815771B2 - 電気部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は電気部品の製造方法に関し、特に電気部品の表面における接触抵抗を低下させることができる電気部品の製造方法に関する。
従来、電鋳によってＮｉ（ニッケル）やＮｉ合金などの金属からなる微細な電気部品を作製する場合には、紫外線照射によるリソグラフィが利用されてきた。しかしながら、近年、より高精度、高アスペクト比である電気部品のニーズの高まりから、ＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung Abformung）プロセスというリソグラフィ、電鋳などのめっきおよびモールドを組合わせた加工技術が注目されている。
ＬＩＧＡプロセスにおいて、特にシンクロトロン放射（ＳＲ）光を用いたＸ線リソグラフィによれば、ミクロン程度の大きさの電気部品を容易に製造することができる。
このＸ線リソグラフィを用いたＬＩＧＡプロセスによって電気部品を製造する方法の一例を以下に説明する。まず、Ｎｉなどの導電性の基板の表面上の全体にわたってレジストを塗布する。次に、レジストの表面上に所定の形状にパターンニングされたマスクを設置し、このマスクの上方からＳＲ光を照射する。そして、ＳＲ光が照射された部分のレジストを除去することによって、レジストが所定の形状にパターンニングされて母型が形成される。これによりＸ線リソグラフィが完了する。続いて、この母型を用いた電鋳を行なうことによって、レジストが形成されずに露出している基板の表面上に金属層を析出させる。ここで、母型を用いた電鋳は、金属層を構成する金属が添加された電鋳浴中に母型を陰極として浸漬させ、母型とは別に電鋳浴中に浸漬させられた陽極とこの母型との間に電流を流すことにより行われる。そして、電鋳によって過剰に析出した金属層の一部が研磨によって除去される。その後、ＣＦ4（四フッ化炭素）とＯ2（酸素）との混合ガスを用いたプラズマアッシングによってレジストが除去された後に、基板から金属層が取り外されて電気部品が完成する。
安井学、平林康男、藤田博之, 表面技術, 2001, Vol.52, No.11, pp.734-735
安井学、平林康男、藤田博之, 表面技術, 2001, Vol.52, No.11, pp.734-735
しかしながら、上記のようにして得られた電気部品においては、その表面の接触抵抗が高いという問題があった。この問題について、本発明者が鋭意検討したところ、上記の研磨によって除去された金属層の表面に金属酸化膜が形成されており、この金属酸化膜（ＭＯx；Ｍは金属、ｘは整数）が、レジストのプラズマアッシングの際に、アッシングガスの分解生成物であるＨＦ（フッ化水素）とＭＯx＋２ｘＨＦ→ＭＦ2x＋ｘＨ2Ｏの反応を起こして、金属層の表面上にＭＦ2xの化学式で表わされる金属フッ化膜が形成されていることが判明した。この金属フッ化膜は緻密かつ強固であり、その除去が困難であるため、電気部品の表面上に金属フッ化膜が形成されない電気部品の製造方法を確立することが要望される。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、電気部品の表面における接触抵抗を低下させることができる電気部品の製造方法を提供することにある。
本発明は、基板の表面の一部にレジストを形成する工程と、レジストが形成された後に基板の表面上に金属層を形成する工程と、金属層の一部を除去する工程と、金属層の一部を除去することによって金属層の表面に生じた金属酸化膜を除去する工程と、レジストを除去する工程と、を含み、レジストを除去する工程の後に、金属層から金属酸化膜を除去することにより露出した金属層の表面にパラジウム、パラジウムとコバルトとからなる合金またはロジウムのいずれか１種のめっきをする工程を含み、レジストを除去する工程は、フッ素化合物を含むガスを用いたアッシングにより行なわれ、金属層は、ニッケルを含む金属からなる、アッシングにより行なわれる、電気部品の製造方法である。
ここで、本発明の電気部品の製造方法において、金属層は、基板の表面上に電鋳により形成され得る。
また、本発明の電気部品の製造方法においては、金属酸化膜を除去することにより露出した金属層の表面に酸化防止部材を設置した状態でレジストを除去した後、金属酸化膜を除去することにより露出した金属層の表面から酸化防止部材を除去してから、金属酸化膜を除去することにより露出した金属層の表面にめっきが行われ得る。
また、本発明の電気部品の製造方法においては、めっきをする工程において、金属酸化膜を除去することにより露出した金属層の表面とともに、レジストを除去することにより露出した金属層の表面にもパラジウム、パラジウムとコバルトとからなる合金またはロジウムのいずれか１種のめっきが行なわれる得る。
また、本発明の電気部品の製造方法においては、レジストを形成する工程は、レジストの一部にＸ線を照射してレジストにおけるＸ線の照射部分を除去することにより行なわれ得る。
本発明によれば、電気部品の表面における接触抵抗を低下させることができる電気部品の製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
（実施の形態１）
以下、図面を参照して、本発明の電気部品の製造方法の好ましい一例を説明する。まず、図１の模式的断面図に示すように、導電性を有する基板１の表面全体にレジスト２を塗布する。ここで、基板１としては、ステンレス、銅またはアルミニウムなどの導電性の基板を用いてもよく、シリコンまたはガラスなどからなる非導電性基板上にチタン、アルミニウム、銅またはこれらの合金からなる導電層をスパッタリングなどにより形成したものを用いてもよい。また、レジストとしては、たとえばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のような炭素と水素とを含む樹脂が用いられる。
以下、図面を参照して、本発明の電気部品の製造方法の好ましい一例を説明する。まず、図１の模式的断面図に示すように、導電性を有する基板１の表面全体にレジスト２を塗布する。ここで、基板１としては、ステンレス、銅またはアルミニウムなどの導電性の基板を用いてもよく、シリコンまたはガラスなどからなる非導電性基板上にチタン、アルミニウム、銅またはこれらの合金からなる導電層をスパッタリングなどにより形成したものを用いてもよい。また、レジストとしては、たとえばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のような炭素と水素とを含む樹脂が用いられる。
次に、図２の模式的断面図に示すように、レジスト２の表面上に所望のパターン状に孔が形成されたマスク３を設置した後に、マスク３の上方からＸ線４が照射される。そして、図３の模式的断面図に示すように、レジスト２におけるＸ線の照射部分が除去されて、基板１の表面の一部にレジスト２が形成された母型５が作製される。
続いて、図４の模式的構成図に示すように、この母型を陰極として、電解槽８に収容された、金属のイオンを含む電解液７中にたとえばニッケルからなる陽極９とともに浸漬させる。そして、これらの電極間に電流を流して電鋳を行なうことにより、電解液７中の金属イオンが還元して基板１上に金属が析出して、図５の模式的断面図に示すように、基板１の表面上に金属層６が形成される。そして、母型を電解槽から取り出した後、金属層６が研磨によってその一部が除去されて金属層６の表面がレジスト２の表面と同じ高さに揃えられる。このとき、図６の模式的断面図に示すように、金属層６の表面上に金属酸化膜１０が形成される。この金属酸化膜１０は、大気中の酸素と金属層６の表面の金属とが結合して形成されるものと考えられる。
そして、図７の模式的断面図に示すように、図６に示す金属層６の表面の金属酸化膜１０が除去される。ここで、金属酸化膜１０は、たとえばｐＨ１以下の強酸、フッ酸、有機酸、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）、第４級アンモニウム化合物またはアンモニア過水（アンモニア水と過酸化水素水との混合溶液）などによって化学的に除去したり、物理的エッチングによって除去することができる。また、たとえば希硫酸中での電解研磨によって金属酸化膜１０を除去したり、金属酸化膜１０が形成された金属層６を一方の電極として、他の電極との間に金属層６が溶出しない程度の電圧を印加することによって電気化学的に金属酸化膜１０を除去することもできる。
次いで、たとえば四フッ化炭素またはフッ化キセノンなどのフッ素化合物と酸素とを含むガスを用いたプラズマによるアッシングを行なうことによって、図８の模式的断面図に示すように、基板１上のレジスト２が除去される。このとき、金属層６の表面には金属酸化膜が存在しないことからアッシングに用いられたガスの分解生成物であるＨＦと金属酸化膜とが反応して金属フッ化膜が形成されない。その後、図９の模式的断面図に示すように、金属層６が基板１から取り外されて、本発明の電気部品（金属層６）が得られる。このように金属フッ化膜が形成されていない本発明の電気部品においては、電気部品の表面における接触抵抗を低下させることができる。
上記のようにして得られる本発明の電気部品としては、たとえばコンタクトプローブ、マイクロコネクタ、マイクロリレーまたは各種センサ部品などが挙げられる。また、本発明の電気部品としては、たとえば可変コンデンサ、インダクタ、アレイ若しくはアンテナなどのＲＦＭＥＭＳ（Radio Frequency Micro Electro Mechanical System）、光ＭＥＭＳ用部材、インクジェットヘッド、バイオセンサ内電極またはパワーＭＥＭＳ用部材（電極など）が挙げられる。
また、金属層６がニッケルおよび鉄の少なくとも一方からなる場合には、金属層６の研磨後に金属酸化膜１０が形成されやすいので、本発明を適用するには好適である。このようなニッケルおよび鉄の少なくとも一方からなる金属としては、たとえばニッケル単体、ニッケルとマンガンとからなる合金（Ｎｉ−Ｍｎ合金）、ニッケルと鉄とからなる合金（Ｎｉ−Ｆｅ合金）、ニッケルとコバルトとからなる合金（Ｎｉ−Ｃｏ合金）、ニッケルとクロムとからなる合金（Ｎｉ−Ｃｒ合金）、鉄とクロムとからなる合金（Ｆｅ−Ｃｒ合金）またはニッケルと鉄とクロムとからなる合金（Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ合金）などがある。
なお、本発明においては、基板１上に金属層６が形成された状態または金属層６が基板１から取り外された後に、この金属層６の表面にパラジウム、パラジウムとコバルトとからなる合金またはロジウムのいずれか１種の金属を電気めっきまたは無電解めっきすることができる。金属層６の表面の金属酸化膜１０を除去する工程を経ることなく上記の金属を電気めっきした場合には金属フッ化膜の形成による導通不良によってめっきできないことがあり、めっきできた場合でも形成されためっき膜にムラが生じてしまう。また、無電解めっきした場合には金属フッ化膜の存在によってめっき膜の密着性が低くなってしまう。しかしながら、本発明のように、金属層６の表面の金属酸化膜１０を除去する工程を経た場合には金属層６の表面に金属フッ化膜が形成されないことから、上記の金属を電気めっきまたは無電解めっきすることによって、密着性の高いめっき膜をムラなく形成することができる。
（実施の形態２）
以下に、図面を参照して、本発明のコンタクトプローブの製造方法の好ましい他の一例を説明する。まず、図１０の模式的断面図に示すように、金属層６の表面に形成された金属酸化膜を除去することまでは上記の実施の形態１と同様である。次に、図１１の模式的断面図に示すように、金属層６の表面上に酸化防止部材１１を設置する。ここで、酸化防止部材１１は金属層６の表面の酸化を防止することができるものであれば特に限定されず、たとえば銅などの金属を電気めっきすることによって形成される。
以下に、図面を参照して、本発明のコンタクトプローブの製造方法の好ましい他の一例を説明する。まず、図１０の模式的断面図に示すように、金属層６の表面に形成された金属酸化膜を除去することまでは上記の実施の形態１と同様である。次に、図１１の模式的断面図に示すように、金属層６の表面上に酸化防止部材１１を設置する。ここで、酸化防止部材１１は金属層６の表面の酸化を防止することができるものであれば特に限定されず、たとえば銅などの金属を電気めっきすることによって形成される。
次いで、たとえば四フッ化炭素またはフッ化キセノンなどのフッ素化合物と酸素とを含むガスを用いたプラズマによるアッシングを行なうことによって、図１２の模式的断面図に示すように、基板１上のレジスト２が除去される。ここで、金属層６の表面には酸化防止部材１１が設置されていることから、金属層６の表面に金属フッ化膜が形成されることはない。その後、酸化防止部材１１が金属層の表面から取り外される。ここで、酸化防止部材１１はアンモニア過水、過硫酸アンモニウム水溶液またはアンモニア水溶液などに浸漬させることによって除去することができる。そして、図１３の模式的断面図に示すように、金属層６が基板１から取り外されて、本発明の電気部品（金属層６）が得られる。このようにして得られた本発明の電気部品の表面には金属フッ化膜が形成されていないことから、電気部品の表面における接触抵抗を低下させることができる。
なお、上記の実施の形態２におけるその他の説明については上記の実施の形態１と同様であるので省略する。
（実施例１）
ステンレスからなる基板の表面全体にＰＭＭＡからなるレジストを塗布し、このレジストの一部にＸ線であるＳＲ光（シンクロトロン放射光）を照射した後にその照射部分のレジストを除去することによって基板の表面を露出させ、幅６０μｍ、長さ１ｍｍおよび深さ６０μｍの除去部分を有する凹パターンにレジストが形成された。
ステンレスからなる基板の表面全体にＰＭＭＡからなるレジストを塗布し、このレジストの一部にＸ線であるＳＲ光（シンクロトロン放射光）を照射した後にその照射部分のレジストを除去することによって基板の表面を露出させ、幅６０μｍ、長さ１ｍｍおよび深さ６０μｍの除去部分を有する凹パターンにレジストが形成された。
このようにして得られた母型を陰極とし、ニッケル板を陽極として、電解槽に収容された以下に示す組成のｐＨ４．０の電解液中にこれらの電極を浸漬させ、電解液の温度を６０℃とした状態で、これらの電極の間に電流密度４Ａ／ｄｍ2の電流を流して電鋳を行なった。なお、以下に示す電解液の組成の表記は電解液１Ｌ当たりの成分の質量または体積を示している。また、電解液を構成する成分として、下記の組成に表記されている成分以外はすべて水である。
＜電解液の組成＞
スルファミン酸ニッケル：６００ｇ／Ｌ
塩化ニッケル：１０ｇ／Ｌ
ホウ酸：４０ｇ／Ｌ
上記のように電鋳を行なって基板上にニッケル層を析出させた後に、レジストの表面から上方にはみ出しているニッケルを研磨して除去することによって、ニッケル層とレジストの表面の表面の高さを揃えた。そして、ニッケル層の表面に市販の強酸系の表面処理剤（キザイ株式会社製「コケイサンＲＰ」）を塗布することによって、研磨によりニッケル層の表面に形成されたニッケル酸化膜を除去した。続いて、酸素と四フッ化炭素との体積比が１：１である混合ガスを用いて、以下の条件によりアッシングを行ない、レジストを除去した。
＜アッシングの条件＞
混合ガス圧：０．５ｔｏｒｒ
電力：１００Ｗ
処理時間：２００分
上記のアッシング後にニッケル層を基板から取り外して得られた電気部品について、表面のＡＥＳ分析（オージェ電子分光法）を行なったところフッ素は検出されなかった。次に、電気部品の表面に対して、下記めっき条件で電気めっきを行なったところ、表面全面に良好なロジウムめっき膜が形成された。これらの結果から、本実施例においては、ニッケルフッ化膜の生成を防止できたことが確認され、また、ムラのない良好なロジウムめっき膜を有する電気部品を得ることができた。なお、下記めっき条件において、めっき浴を構成する成分として、下記の組成に表記されている成分以外はすべて水である。
＜めっき条件＞
めっき浴：硫酸ロジウム １．５ｇ／Ｌ
硫酸 ２０ｍｌ／Ｌ
浴温：５０℃
電流密度：２Ａ／ｄｍ2
陽極：白金板
時間：１００秒
（実施例２）
実施例１と同様にして、電鋳により母型のステンレスからなる基板上にニッケル層を析出させた後にニッケル層を研磨することによって、ニッケル層とレジストの表面の高さを揃えた。そして、実施例１と同様の表面処理剤を用いることによってニッケル層の表面のニッケル酸化膜を除去した後に、ニッケル層の表面に対して酸化防止部材として銅めっき膜を３μｍの厚さで形成した。その後、実施例１と同様の条件でアッシングを行なうことによってレジストを除去した。
＜電解液の組成＞
スルファミン酸ニッケル：６００ｇ／Ｌ
塩化ニッケル：１０ｇ／Ｌ
ホウ酸：４０ｇ／Ｌ
上記のように電鋳を行なって基板上にニッケル層を析出させた後に、レジストの表面から上方にはみ出しているニッケルを研磨して除去することによって、ニッケル層とレジストの表面の表面の高さを揃えた。そして、ニッケル層の表面に市販の強酸系の表面処理剤（キザイ株式会社製「コケイサンＲＰ」）を塗布することによって、研磨によりニッケル層の表面に形成されたニッケル酸化膜を除去した。続いて、酸素と四フッ化炭素との体積比が１：１である混合ガスを用いて、以下の条件によりアッシングを行ない、レジストを除去した。
＜アッシングの条件＞
混合ガス圧：０．５ｔｏｒｒ
電力：１００Ｗ
処理時間：２００分
上記のアッシング後にニッケル層を基板から取り外して得られた電気部品について、表面のＡＥＳ分析（オージェ電子分光法）を行なったところフッ素は検出されなかった。次に、電気部品の表面に対して、下記めっき条件で電気めっきを行なったところ、表面全面に良好なロジウムめっき膜が形成された。これらの結果から、本実施例においては、ニッケルフッ化膜の生成を防止できたことが確認され、また、ムラのない良好なロジウムめっき膜を有する電気部品を得ることができた。なお、下記めっき条件において、めっき浴を構成する成分として、下記の組成に表記されている成分以外はすべて水である。
＜めっき条件＞
めっき浴：硫酸ロジウム １．５ｇ／Ｌ
硫酸 ２０ｍｌ／Ｌ
浴温：５０℃
電流密度：２Ａ／ｄｍ2
陽極：白金板
時間：１００秒
（実施例２）
実施例１と同様にして、電鋳により母型のステンレスからなる基板上にニッケル層を析出させた後にニッケル層を研磨することによって、ニッケル層とレジストの表面の高さを揃えた。そして、実施例１と同様の表面処理剤を用いることによってニッケル層の表面のニッケル酸化膜を除去した後に、ニッケル層の表面に対して酸化防止部材として銅めっき膜を３μｍの厚さで形成した。その後、実施例１と同様の条件でアッシングを行なうことによってレジストを除去した。
上記のアッシング後に得られた基板をアンモニア過水に浸漬し、ニッケル層の表面の銅めっき膜のみを溶解した。その後、基板からニッケル層を取り外して得られた電気部品について、実施例１と同様にＡＥＳ分析を行なったが、フッ素は検出されなかった。また、実施例１と同様の条件でめっきしたところ全面に良好なめっきが可能であった。これらの結果から、本実施例においても、ニッケルフッ化膜の生成が防止できたことが確認でき、また、ムラのない良好なめっき膜を有する電気部品を得ることができた。
（比較例１）
研磨によってニッケル層の表面に形成されたニッケル酸化膜を除去しなかったこと以外は実施例１と同様にして電気部品を製造した。その後、この電気部品について実施例１と同様にＡＥＳ分析を行なったところ、電気部品の表面から２ｎｍ程度の厚みにおいてフッ素が検出された。
研磨によってニッケル層の表面に形成されたニッケル酸化膜を除去しなかったこと以外は実施例１と同様にして電気部品を製造した。その後、この電気部品について実施例１と同様にＡＥＳ分析を行なったところ、電気部品の表面から２ｎｍ程度の厚みにおいてフッ素が検出された。
また、この電気部品について、実施例１と同様の条件でめっきしたところ、電鋳後のニッケル層の研磨面にあたる面にはロジウムからなるめっき膜が形成されなかった。
（比較例２）
比較例１と同様の条件で、アッシングまで実施した表１に示すサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各サンプルに対し、表１に示す各種表面処理剤を用いためっき前処理を行ない、金属層の表面に生成したフッ化ニッケル膜の除去を試みた。そして、めっき前処理を行なった各サンプルについて実施例１と同様のめっき条件でめっきを行なった。表１に、その前処理の条件とめっきの結果を示す。なお、表１において、「％」は質量％のことを意味し、「処理温度」は表面処理剤の温度のことを意味し、「処理時間」はニッケル層の表面処理剤への浸漬時間のことを意味する。また、表１において、めっき結果が「×」である表記はめっきができなかったことを意味している。
比較例１と同様の条件で、アッシングまで実施した表１に示すサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．６の各サンプルに対し、表１に示す各種表面処理剤を用いためっき前処理を行ない、金属層の表面に生成したフッ化ニッケル膜の除去を試みた。そして、めっき前処理を行なった各サンプルについて実施例１と同様のめっき条件でめっきを行なった。表１に、その前処理の条件とめっきの結果を示す。なお、表１において、「％」は質量％のことを意味し、「処理温度」は表面処理剤の温度のことを意味し、「処理時間」はニッケル層の表面処理剤への浸漬時間のことを意味する。また、表１において、めっき結果が「×」である表記はめっきができなかったことを意味している。
表１に示すように、いずれの場合にも良好にめっきできず、フッ化ニッケル膜が除去できていないことが分かった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明によれば、金属層の研磨によって生じた金属酸化膜を除去することによって、金属層の表面に金属フッ化膜が形成することがないことから、電気部品の表面の接触抵抗を低下させることができ、電気部品の表面に良好なめっき膜を形成することができる。
１ 基板、２ レジスト、３ マスク、４ Ｘ線、５ 母型、６ 金属層、７ 電解液、８ 電解槽、９ 陽極、１０ 金属酸化膜、１１ 酸化防止部材。
Claims (5)
- 基板の表面の一部にレジストを形成する工程と、前記レジストが形成された後に前記基板の表面上に金属層を形成する工程と、前記金属層の一部を除去する工程と、前記金属層の一部を除去することによって前記金属層の表面に生じた金属酸化膜を除去する工程と、前記レジストを除去する工程と、を含み、
前記レジストを除去する工程の後に、前記金属酸化膜を除去することにより露出した前記金属層の表面にパラジウム、パラジウムとコバルトとからなる合金またはロジウムのいずれか１種のめっきをする工程を含み、
前記レジストを除去する工程は、フッ素化合物を含むガスを用いたアッシングにより行なわれ、
前記金属層は、ニッケルを含む金属からなる、電気部品の製造方法。 - 前記金属層は、前記基板の表面上に電鋳により形成されることを特徴とする、請求項１に記載の電気部品の製造方法。
- 前記金属酸化膜を除去することにより露出した前記金属層の前記表面に酸化防止部材を設置した状態で前記レジストを除去した後、前記金属酸化膜を除去することにより露出した前記金属層の前記表面から前記酸化防止部材を除去してから、前記金属酸化膜を除去することにより露出した前記金属層の前記表面に前記めっきをすることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気部品の製造方法。
- 前記めっきをする工程においては、前記金属酸化膜を除去することにより露出した前記金属層の前記表面とともに、前記レジストを除去することにより露出した前記金属層の表面にもパラジウム、パラジウムとコバルトとからなる合金またはロジウムのいずれか１種のめっきが行なわれることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の電気部品の製造方法。
- 前記レジストを形成する工程は、前記レジストの一部にＸ線を照射して前記レジストにおける前記Ｘ線の照射部分を除去することにより行なわれることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の電気部品の製造方法。
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