JP6107799B2 - 表面処理方法および表面処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の表面を部分的に粗化する表面処理方法および表面処理装置に関する。

従来から、基板などの表面に金属被膜を形成する際には、金属被膜の密着性を高めるため、基板の表面に対して前処理として行なうことが一般的である。たとえば、特許文献１には、基板の成膜領域以外の表面をマスキング後、成膜領域にアルカリ脱脂を行い、その後、高圧水流をアルカリ脱脂された表面に噴射して、基板の酸化膜（不動態膜）の除去をおこなっている。このように、特許文献１に記載の技術では、物理的に高圧水流で成膜領域の表面に形成された酸化膜を除去することにより、成膜領域に密着性の高い金属被膜を成膜することができる。

また、別の技術として、特許文献２には、陽極である基板と陰極の間に溶解液を含有した固体電解質膜を配置し、固体電解質膜を基板の金属表面に接触させると共に、基板と陰極との間に電圧を印加することにより、基板の金属表面の金属を金属イオンにイオン化させて、基板の金属表面をエッチングする表面処理方法が提案されている。

特開２００１−０７３１７４号公報 特開２０１４−１１４４７４号公報

しかしながら、特許文献１および２等の表面処理技術を用いて、基板を部分的に粗化処理しようとした場合、基板ごとに、表面処理をすべき表面領域以外をマスキングする必要があった。さらに、粗化処理後には、基板の表面にマスキングされたマスキング材を除去する必要があった。さらに、特許文献１の表面処理技術では、高圧水流を基板に吹き付けるため、基板の表面をより粗く粗化しようとした場合には、マスキング材が剥がれるおそれがあった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基板の表面のうち所望の表面領域に対して、基板の表面を溶解する溶解液を用いて、簡単に部分的な粗化を行うことができる表面処理方法および表面処理装置を提供することにある。

このような点に鑑みて、本発明に係る表面処理方法は、基板の表面を溶解する溶解液を用いて、前記基板の表面を部分的に粗化する表面処理方法であって、前記表面処理方法において、前記溶解液が浸透可能な固体電解質膜の一方側の表面が、前記基板の表面に接触するように、前記固体電解質膜を前記基板に配置し、前記基板の表面のうち粗化する表面領域に応じた貫通孔が形成されたマスキング板の一方側の表面が、前記固体電解質膜の他方側の表面に接触するように、前記マスキング板を前記固体電解質膜に配置し、前記マスキング板の他方側の表面から、前記貫通孔を介して前記溶解液を前記固体電解質膜に供給することにより、前記固体電解質膜に前記溶解液を浸透させ、浸透した前記溶解液で前記基板の表面を溶解することにより、前記基板の前記表面領域を粗化することを特徴とする。

本発明によれば、マスキング板の他方側の表面から、貫通孔を介して溶解液を固体電解質膜に供給することにより、貫通孔の形状の応じた固体電解質膜の部分に溶解液が浸透する。この溶解液が浸透した固体電解質膜の部分は、基板の表面に接触しているので、基板の表面のうち、マスキング板の貫通孔の形状に応じた表面領域の材料が溶解液と反応することにより、溶解液（具体的には、水素イオン、水酸化物イオン、錯化剤、または、その他酸化剤で）で溶解し、基板の表面領域を簡単に粗化することができる。

このように、本発明では、基板に直接的にマスキングを行わずに、基板の表面のうち所望の表面領域に対して溶解液を用いて粗化することができる。また、固体電解質膜を介して、基板の表面領域が粗化されるので、基板の表面に溶解液が過多に付着することを抑えることができる。

ここで、本発明でいう「基板」とは、部分的に粗化する表面（の材料）が、溶解液により溶解して粗化することができる表面を有した基板であればよく、基板そのものが溶解する、または溶解液により溶解する表層が形成された基板であってもよい。

より好ましい態様としては、前記基板の表面は、金属からなる表面であり、前記マスキング板の他方側に導電部材を配置し、前記導電部材を陰極とし、前記基板を陽極として、前記基板と前記導電部材との間に、電圧を印加することにより、前記表面領域の粗化を行う。

この態様によれば、マスキング板の他方側の表面から、貫通孔を介して溶解液を固体電解質膜に供給した状態で、導電部材を陰極とし、基板を陽極として、これらの間に電圧が印加される。基板の表面（金属表面）のうち、マスキング板の貫通孔の形状に応じた表面領域の金属が電気分解によりイオン化する。これにより、上述した酸化還元反応が促進され、基板の表面のうち、貫通孔の形状に応じた表面領域に対して、より迅速かつ簡単に部分的に粗化することができる。特に、基板と導電部材との間を印加する際の印加時間、基板の温度、溶解液の温度、印加電圧等を調整することにより、基板の表面領域のみを所望の表面粗さに粗化することができる。

本発明として、前記表面処理方法と共に、金属皮膜を成膜する方法を開示する。本発明に係る金属皮膜の成膜方法は、前記表面処理方法で、前記基板の表面領域を粗化した後、前記表面領域に金属皮膜を成膜する方法であって、前記溶解液を、前記金属皮膜の金属イオンを含有した金属溶液に切り替えて、前記金属溶液を前記貫通孔を介して前記固体電解質膜に供給することにより、前記固体電解質膜に前記金属イオンを浸透させ、前記導電部材を陽極とし、前記基板を陰極として、前記基板と前記導電部材との間に電圧を印加することにより、前記固体電解質膜に浸透した金属溶液の金属イオンを、前記粗化した前記表面領域に析出させ、前記表面領域に金属皮膜を成膜する。

この態様によれば、表面処理後、溶解液を金属溶液に切り替えて、導電部材と基板の極性を反転させ、これらの間に電圧を印加するだけで、基板の表面領域に金属皮膜を簡単に成膜することができる。金属皮膜は、粗化処理された基板の表面領域に成膜されるので、基板に対して密着性の高い金属皮膜を部分的に成膜することができる。

本願では、本発明として、基板を好適に表面処理することができる表面処理装置をも開示する。本発明に係る表面処理装置は、基板の表面を溶解する溶解液を用いて、前記基板の表面を部分的に粗化する表面処理装置であって、前記表面処理装置は、前記基板の表面に接触し、前記溶解液が浸透可能な固体電解質膜と、前記基板の表面に接触する表面を前記固体電解質膜の一方側の表面としたときに、前記固体電解質膜の他方側の表面に接触し、前記基板の表面のうち粗化する表面領域に応じた貫通孔が形成されたマスキング板と、前記貫通孔を介して前記固体電解質膜に前記溶解液を供給する液供給部と、を少なくとも備えることを特徴とする。

本発明によれば、固体電解質膜の一方側の表面が基板の表面に接触するように、固体電解質膜を基板に配置し、マスキング板が、固体電解質膜の他方側の表面に接触するように、マスキング板を配置することができる。この状態でマスキング板の貫通孔を介して溶解液を固体電解質膜に供給することにより、固体電解質膜に溶解液を浸透させ、浸透した溶解液で基板の表面（の材料）を溶解し、基板に直接的にマスキングを行わずに、簡単に基板の表面を部分的に粗化することができる。また、固体電解質膜を介して溶解液で基板の表面領域に粗化されるので、基板の表面に溶解液が過多に付着することを抑えることができ、基板の表面に対して、より好適に部分的な粗化処理を行うことができる。

より好ましい態様としては、前記表面処理装置は、前記基板の表面として、金属からなる表面を部分的に粗化するものであり、前記固体電解質膜と接触する側を前記マスキング板の一方側としたときに、前記マスキング板の他方側に配置される導電部材と、前記導電部材を陰極とし、前記基板を陽極として、前記基板と前記導電部材との間に、電圧を印加する電源部と、さらに備える。

この態様によれば、マスキング板の他方側の表面から、貫通孔を介して溶解液を固体電解質膜に供給した状態で、導電部材である陰極と、基板である陽極との間に、電源部により電圧を印加することができる。これにより、基板の表面（金属表面）のうち、マスキング板の貫通孔の形状に応じた表面領域の金属が電気分解によりイオン化する。このようにして、基板の表面のうち貫通孔の形状に応じた表面領域に対して溶解液を用いて、より迅速かつ簡単に部分的に粗化することができる。特に、基板と導電部材との間を印加する時間等を調整することにより、基板の表面領域のみを所望の表面粗さに粗化することができる。

さらに、溶解液を金属皮膜の金属イオンを含有した金属溶液に切り替えて、電源部の極性を反転させれば、金属溶液の金属イオンを、粗化した表面領域に析出させ、表面領域に金属皮膜を成膜することができる。

本発明によれば、基板の表面のうち所望の表面領域に対して、基材の表面を溶解する溶解液を用いて、簡単に部分的な粗化を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係る表面処理装置の模式的分解斜視図。 図１に示す表面処理装置を用いた基板の表面処理を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、基板の表面処理前の状態を示した図、（ｂ）は、基板の表面処理時の状態を示した図、（ｃ）は、（ｂ）に示す基板の表面近傍の部分的拡大図。 本発明の第２実施形態に係る表面処理装置の模式的分解斜視図。 図３に示す表面処理装置を用いた基板の表面処理を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、基板の表面処理前の状態を示した図、（ｂ）は、基板の表面処理時の状態を示した図、（ｃ）は、（ｂ）に示す基板の表面処理後の成膜状態を示した図。 第３実施形態に係る表面処理装置を用いた基板の表面処理を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、基板の表面処理前の状態を示した図、（ｂ）は、基板の表面処理時の状態を示した図、（ｃ）は、（ｂ）に示す基板の表面処理後の成膜状態を示した図。 （ａ）〜（ｄ）は実施例１〜４に係る基板の表面粗さを測定した結果を示した図。

以下に本発明の３つの実施形態に係る表面処理方法を好適に実施することができる表面処理装置について、図１〜図５を参照しながら説明する。

〔第１実施形態〕
１−１．表面処理装置１Ａについて
図１は、本発明の第１実施形態に係る表面処理装置１Ａの模式的分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る表面処理装置１Ａは、基板Ｗの表面ｗｆの材料を溶解する溶解液Ｌａを用いて、基板Ｗの表面ｗｆのうち、部分的な表面（表面領域ｗａ）を粗化する装置である。

基板Ｗの表面ｗｆが金属である場合には、基板Ｗに、アルミニウム系（アルミニウムまたはその合金）材料、銅系（銅またはその合金）材料、亜鉛系（亜鉛またはその合金）材料、または、すず系（すずまたはその合金）材料、などの金属材料からなる基板、あるいは樹脂基板またはシリコン基板または樹脂基板等の非導電性基板の表面に上述した金属の表面層が形成されている基板を挙げることができる。基板Ｗの表面ｗｆの金属は、酸、アルカリ、錯化剤等の溶解液で溶解が可能な金属材料からなる。たとえば、基材Ｗの表面ｗｆの金属に上述した金属が選択された場合、溶解液Ｌａは、選択された金属を溶解する液であれば特に限定されるものではない。たとえば、溶解液Ｌａとしては、水酸化カリウム水溶液、塩化第二鉄水溶液、硝酸水溶液、または硫酸水溶液などを挙げることができる。

表面処理装置１Ａは、固体電解質膜１３と、マスキング板１４と、開気孔を有した多孔質体１１と、液供給部１５とを備え、付帯的な装置として、溶解液供給装置２１および加圧装置１８をさらに備えている。

固体電解質膜１３は、基板Ｗの表面ｗｆに接触し、溶解液Ｌａが浸透可能な材料、すなわち、表面ｗｆを溶解する水素イオン、水酸化物イオンまたは錯体が浸透可能な材料からなる。固体電解質膜１３は、上述した溶解液Ｌａに接触させることにより、溶解液Ｌａを内部に浸透させることができるものであれば、特に限定されるものではない。

たとえば、溶解液Ｌａが、酸溶液である場合等、溶解に必要な成分が陽イオン性である場合には、固体電解質膜の材質としては、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、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン（登録商標）（ＣＭＶ、ＣＭＤ，ＣＭＦシリーズ）などの、陽イオンを伝導する陽イオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。

溶解液Ｌａがアルカリ溶液である場合、または、溶解に必要な成分が陰イオン性である場合等には、アストム社製のネオセプタ（登録商標）（ＡＭＸ、ＡＨＡ、ＡＣＳ）、旭硝子社製のセレミオン（ＡＭＶ、ＡＭＴ，ＡＨＯシリーズ）などの陰イオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。

なお、本実施形態では、基板Ｗの表面ｗｆが金属からなる表面を例示したが、第１実施形態の場合には、基材Ｗの表面ｗｆが、高分子樹脂、または非導電性の無機材料であってもよい。たとえば、基材Ｗの表面ｗｆが、ポリウレタン樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂などからなる場合には、溶解液に、塩酸水溶液、クロム酸水溶液、フッ化水素酸水溶液などを挙げることができる。

基材Ｗの表面ｗｆが窒化ケイ素（非導電性の無機材料）からなる場合には、溶解液にリン酸水溶液を挙げることができる。基材Ｗの表面ｗｆがアルミナ（非導電性の無機材料）からなる場合には、溶解液に水酸化ナトリウム水溶液を挙げることができる。基材Ｗの表面ｗｆが酸化ケイ素（非導電性の無機材料）からなる場合には、溶解液にフッ酸水溶液を挙げることができる。

マスキング板１４は、基板Ｗの表面ｗｆに接触する表面を固体電解質膜１３の一方側の表面１３ａとしたときに、固体電解質膜１３の他方側の表面１３ｂに固定され、これに接触している。マスキング板１４には、基板Ｗの表面ｗｆのうち粗化する表面領域ｗａに応じた複数の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…が形成されている。ここで、マスキング板１４は、上述した溶解液Ｌａに対して不溶性の材料からなることが好ましく、金属製および樹脂製のいずれであってもよい。

多孔質体１１は、固体電解質膜１３に接触する表面をマスキング板１４の一方側の表面１４ａとしたときに、マスキング板１４の他方側の表面１４ｂに固定され、これに接触している。多孔質体１１の内部に浸透した溶解液Ｌａが、マスキング板１４の各貫通孔１４ｃに流れ、多孔質体１１の周囲から漏れないように、その周囲には封止材（図示せず）が被覆されている。

さらに、本実施形態では、多孔質体１１は、（１）溶解液Ｌａに対して耐食性を有し、（２）溶解液Ｌａを透過することができ、（３）加圧装置１８によりマスキング板１４を介して固体電解質膜１３を基板Ｗの表面に加圧することができるものであれば、特に限定されるものではない。したがって、多孔質体１１は、第２実施形態に示す金属製であってもよいが、本実施形態では、多孔質体１１は通電されないので、樹脂製であってもよい。

このような多孔質体１１を設けることにより、後述する加圧装置１８で、固体電解質膜１３を基板Ｗの表面ｗｆに均一に加圧しながら、その内部に溶解液Ｌａを通過させ、基板Ｗの表面処理を安定的に行うことができる。なお、固体電解質膜１３を基板Ｗの表面ｗｆに均一に加圧することができるのであれば、多孔質体１１を省略してもよい。

液供給部１５は、多孔質体１１に溶解液Ｌａを供給し、これを多孔質体１１からマスキング板１４の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…を介して固体電解質膜１３に供給するための部材である。液供給部１５は、マスキング板１４に接触する表面を多孔質体１１の一方側の表面１１ａとしたときに、多孔質体１１の他方側の表面１１ｂに固定され、これに接触している。液供給部１５は、上述した溶解液Ｌａに対して不溶性の材料からなることが好ましく、金属製および樹脂製のいずれであってもよい。

液供給部１５には、溶解液Ｌａを供給する供給通路１５ａと、これを排出する排出通路１５ｂと、が形成されている。供給通路１５ａおよび排出通路１５ｂの一方側の開口は、多孔質体１１の他方側の表面１１ｂに面した位置に形成されている。これにより、液供給部１５から、マスキング板１４の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…に向かって、好適に溶解液Ｌａを流し、効率良く溶解液Ｌａを固体電解質膜１３に供給することができる。

溶解液供給装置２１は、溶解液Ｌａを収容する収容槽（図示せず）と、収容槽から溶解液Ｌａを圧送する圧送ポンプ（図示せず）と、を備えており、液供給部１５の供給通路１５ａに、溶解液Ｌａを圧送して供給するように接続されている。溶解液供給装置２１は、液供給部１５の排出通路１５ｂからの溶解液Ｌａを回収するように、排出通路１５ｂに接続されている。このようにして、溶解液供給装置２１により装置内で溶解液Ｌａを循環させることができる。

さらに、液供給部１５の上部には、油圧式または空圧式のシリンダーからなる加圧装置１８が接続されている。この加圧装置１８を設けることにより、表面処理時に基板Ｗの表面ｗｆに固体電解質膜１３を均一に加圧することができる。

１−２．表面処理装置１Ａを用いた表面処理方法について
図２は、図１に示す表面処理装置１Ａを用いた基板Ｗの表面処理を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、基板Ｗの表面処理前の状態を示した図、（ｂ）は、基板Ｗの表面処理時の状態を示した図、（ｃ）は、（ｂ）に示す基板Ｗの表面近傍の部分的拡大図である。

まず、図２（ａ）に示すように、表面処理装置１Ａの固体電解質膜１３に対向する位置に、基板Ｗを配置する。ここで、図２（ａ）では、基板Ｗの表面ｗｆのうち、粗化される表面領域ｗａを太線で示しているが、この時点では、表面領域ｗａは、他の表面と同じ表面粗さである。

次に、図２（ｂ）に示すように、加圧装置１８を稼働させ、固体電解質膜１３の一方側の表面１３ａが、基板Ｗの表面ｗｆに接触しこれを加圧するように、固体電解質膜１３を基板Ｗに配置する。この配置状態では、貫通孔１４ｃが形成されたマスキング板１４の一方側の表面１４ａが、固体電解質膜１３の他方側の表面１３ｂに接触するように、マスキング板１４が固体電解質膜１３に配置されている。

このような配置状態で、溶解液供給装置２１を稼働させて、液供給部１５の供給通路１５ａに溶解液Ｌａを供給する。供給通路１５ａに流れる溶解液Ｌａは、図２（ｂ）に示すように、多孔質体１１を介して、マスキング板１４に向かって流れ、マスキング板１４の他方側の表面１４ｂから、貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…を介して固体電解質膜１３に供給される。

これにより、貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…の形状の応じた固体電解質膜１３の部分１３ｃに溶解液Ｌａが浸透する。この溶解液Ｌａが浸透した固体電解質膜１３の部分１３ｃは、基板Ｗの表面ｗｆに接触しているので、基板Ｗの表面ｗｆのうち、マスキング板１４の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…の形状に応じた表面領域ｗａの金属が酸化還元反応により、溶解液Ｌａで溶解し、基板Ｗの表面領域ｗａを簡単に粗化することができる（図２（ｃ））。

たとえば、基板Ｗの表面ｗｆがすず系材料であり、溶解液Ｌａに硫酸溶液などの酸溶液を用いた場合には、固体電解質膜１３内のＨ^＋が基板Ｗの表面領域ｗａに向かって伝導する。そして基板Ｗの表面領域ｗａで、Ｓｎ→Ｓｎ^２＋＋２ｅ⁻の反応が起こるとともに、２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２↑の反応が起こる。これにより、基板Ｗの表面領域ｗａを簡単に粗化することができる。

このようにして、基板Ｗに直接的にマスキング材やフォトレジストなどでマスキングを行わずに、基板Ｗの表面領域ｗａのうち所望の表面領域ｗａに対して溶解液Ｌａを用いて粗化することができる。また、固体電解質膜１３を介して溶解液Ｌａで基板Ｗの表面領域ｗａが粗化されるので、基板Ｗの表面ｗｆに溶解液Ｌａが過多に付着することを抑えることができる。

特に、本実施形態では、液供給部１５からの溶解液Ｌａは、多孔質体１１を介して、マスキング板１４の複数の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…に供給されるので、より均一に溶解液Ｌａを複数の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…に供給することがきる。これにより、基板Ｗの表面領域ｗａを均一に粗化することができる。

〔第２実施形態〕
２−１．表面処理装置１Ｂについて
図３は、本発明の第２実施形態に係る表面処理装置１Ｂの模式的分解斜視図である。本実施形態に係る表面処理装置１Ｂが、第１実施形態のものと相違する点は、多孔質体１１を導電性を有した導電部材１１Ａで特定した点と、導電部材１１Ａと基板Ｗを印加する電源部１６を設けた点と、成膜用の金属溶液Ｌｂを液供給部１５に供給する金属溶液供給装置２２とその供給・排出ルート等を設けた点である。したがって、第１実施形態の表面処理装置１Ａと同じ構成となる部材は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。なお、第２実施形態では、基材Ｗの表面ｗｆは、金属からなる表面に限定された実施形態である。

図３に示すように、本実施形態では、表面処理装置１Ｂは、マスキング板１４の他方側の表面１４ｂに配置される導電部材１１Ａと、導電部材１１Ａを陰極とし、基板Ｗを陽極として、基板Ｗと導電部材１１Ａとの間に、電圧を印加する電源部１６と、を備えている。なお、本実施形態では、基板Ｗそのものが金属製の基板であるが、樹脂基板またはシリコン基板または樹脂基板等の非導電性基板の表面に上述した金属の表面層が形成されている場合には、基板Ｗの表面層を電源部１６に導通させる。

導電部材１１Ａは、溶解液Ｌａおよび後述する金属溶液Ｌｂが透過し、かつ、マスキング板１４の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…を介して、固体電解質膜１３に溶解液Ｌａおよび金属溶液Ｌｂを供給する、多孔質体からなる。また、導電部材１１Ａの周縁は、溶解液Ｌａおよび金属溶液Ｌｂが漏れないようにシール材（図示せず）が配置されている。

このような多孔質体としては、（１）溶解液Ｌａおよび金属溶液Ｌｂに対して耐食性を有し、（２）陽極または陰極として作用可能な導電率を有し、（３）溶解液Ｌａおよび金属溶液Ｌｂを透過することができ、（４）加圧装置１８によりマスキング板１４を介して固体電解質膜１３を基板Ｗの表面に加圧することができるものであれば、特に限定されるものではない。導電部材１１Ａとしては、たとえば、白金や酸化イリジウムなどの酸素過電圧が小さい材料による発泡金属、または、チタン等の耐食性が高い発泡金属に白金や酸化イリジウムなどで被覆したものが好ましい。

電源部１６は、導電部材１１Ａと基板Ｗに電気的に接続されており、固体電解質膜１３を基板Ｗの金属からなる表面ｗｆに接触した状態で、導電部材１１Ａと基板Ｗとの間に電圧を１〜２０Ｖ程度印加することが可能なように構成されている。さらに、電源部１６は、電源の極性を反転する（極性を切り替える）切り替え回路（図示せず）を備えている。

これにより、表面処理時には、図３に示すように導電部材１１Ａを陰極とし、基板Ｗを陽極として、電源部１６により導電部材１１Ａと基板Ｗの間に電圧を印加することができる。一方、後述する成膜時には、図４（ｃ）に示すように、切り替え回路により電源の極性を反転させて、導電部材１１Ａを陽極とし、基板Ｗを陰極として、電源部１６により導電部材１１Ａと基板Ｗの間に電圧を印加することができる。

金属溶液供給装置２２は、金属溶液Ｌｂを収容する収容槽（図示せず）と、収容槽から金属溶液Ｌｂを圧送する圧送ポンプ（図示せず）と、を備えており、液供給部１５の供給通路１５ａに、金属溶液Ｌｂを圧送して供給するように接続されている。金属溶液供給装置２２は、液供給部１５の排出通路１５ｂからの金属溶液Ｌｂを回収するように、排出通路１５ｂに接続されている。このようにして、金属溶液供給装置２２により装置内で金属溶液Ｌｂを循環させることができる。

本実施形態では、表面処理装置１Ｂには、液供給部１５の供給通路１５ａに、上述した溶解液供給装置２１からの溶解液Ｌａと、金属溶液供給装置２２からの金属溶液Ｌｂとを選択的に供給できるように、これらの液を切り替える切り替え弁２３が設けられている。さらに、液供給部１５の排出通路１５ｂから排出される液を、溶解液供給装置２１と、金属溶液供給装置２２とに選択的に回収することができるように、これらの液を切り替える切り替え弁２４が設けられている。

ここで、金属溶液Ｌｂは、成膜される金属皮膜の金属イオンを含有した液であり、たとえば、銅、ニッケル、銀などをイオンの状態で含む水溶液などを挙げることができる。たとえば、金属溶液の金属が銅の場合には、硝酸銅、硫酸銅、ピロリン酸銅などを含む溶液を挙げることができ、ニッケルの場合には、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、ピロリン酸ニッケルなどを含む溶液を挙げることができる。

さらに、図５（ｃ）を参照して後述するように、基板Ｗの表面領域ｗａに、金属溶液Ｌｂを用いて金属皮膜ＭＦをさらに成膜する際には、固体電解質膜１３は、上述した金属をイオンの状態で含有することができるものであり、たとえば、固体電解質膜の材質としては、デュポン社製のナフィオンなどのフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン（ＣＭＶ、ＣＭＤ，ＣＭＦシリーズ）などのイオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。

２−２．表面処理装置１Ｂを用いた表面処理方法および成膜方法について
図４は、図３に示す表面処理装置を用いた基板の表面処理を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、基板の表面処理前の状態を示した図、（ｂ）は、基板の表面処理時の状態を示した図、（ｃ）は、（ｂ）に示す基板の表面処理後の成膜状態を示した図である。

まず、図４（ａ）に示すように、表面処理装置１Ｂの固体電解質膜１３に対向する位置に、基板Ｗを配置する。この時、導電部材１１Ａを陰極とし、基板Ｗを陽極として、電源部１６により導電部材１１Ａと基板Ｗの間に電圧を印加することができるように、電源部１６は電気的に接続されている。また、図４（ａ）では、基板Ｗの金属からなる表面ｗｆのうち、粗化される表面領域ｗａを太線で示しているが、この時点では、表面領域ｗａは、他の表面と同じ表面粗さである。

次に、図４（ｂ）に示すように、加圧装置１８を稼働させ、固体電解質膜１３の一方側の表面１３ａが、基板Ｗの表面ｗｆに接触しこれを加圧するように、固体電解質膜１３を基板Ｗに配置する。この配置状態で、貫通孔１４ｃが形成されたマスキング板１４の一方側の表面１４ａが、固体電解質膜１３の他方側の表面１３ｂに接触するように、マスキング板１４が固体電解質膜１３に配置されている。

このような配置状態で、溶解液供給装置２１を稼働させて、液供給部１５の供給通路１５ａに溶解液Ｌａを供給する。供給通路１５ａに流れる溶解液Ｌａは、図４（ｂ）に示すように、多孔質の導電部材１１Ａを介して、マスキング板１４に向かって流れ、マスキング板１４の他方側の表面１４ｂから、複数の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…を介して固体電解質膜１３に供給される。

マスキング板１４の他方側の表面１４ｂから、複数の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…を介して溶解液Ｌａを固体電解質膜１３に供給した状態で、導電部材１１Ａを陰極とし、基板Ｗを陽極とし、これらの間に、電源部１６により電圧を印加する。

ここで、基板Ｗの表面ｗｆのうち、マスキング板１４の各貫通孔１４ｃの形状に応じた表面領域ｗａの金属が電気分解によりイオン化する。これにより、第１実施形態に比べて酸化還元反応が促進され、基板Ｗの表面ｗｆのうち、貫通孔１４ｃの形状に応じた表面領域ｗａに対して、より迅速かつ簡単に部分的に粗化することができる。特に、基板Ｗと導電部材１１Ａとの間を印加する際の印加時間、印加電圧、基板Ｗの温度等を調整することにより、基板Ｗの表面領域のみを所望の表面粗さに制御することができる。

たとえば、基板Ｗの表面ｗｆがすず系材料であり、溶解液Ｌａに硫酸溶液などの酸溶液を用いた場合には、固体電解質膜１３内のＨ^＋が基板Ｗの表面領域ｗａに向かって伝導する。そして基板Ｗの表面領域ｗａで、Ｓｎ→Ｓｎ^２＋＋２ｅ⁻の反応が起こるとともに、２Ｈ^＋＋２ｅ⁻→Ｈ_２↑の反応が起こる。これにより、基板Ｗの表面領域ｗａを簡単に粗化することができる。

また、本実施形態の場合も同様に、基板Ｗに直接的にマスキング材やフォトレジストなどでマスキングを行わずに、基板Ｗの表面ｗｆのうち所望の表面領域ｗａに対して溶解液Ｌａを用いて粗化することができる。また、固体電解質膜１３を介して溶解液Ｌａで基板Ｗの表面領域ｗａが粗化されるので、基板Ｗの表面ｗｆに溶解液Ｌａが過多に付着することを抑えることができる。

次に、基板Ｗへの表面処理が終了後、粗化された表面領域ｗａに、金属皮膜ＭＦを成膜する。具体的には、加圧装置１８による加圧状態を維持し、電源部１６による電圧の印加を一旦終了する。

次に、溶解液供給装置２１の稼働を停止し、金属溶液供給装置２２を稼働し、図３に示す切り替え弁２３，２４を切り替える。これにより、液供給部１５に供給する液を、溶解液Ｌａから金属溶液Ｌｂに切り替えて、これを装置内に循環させるとともに、金属溶液Ｌｂを貫通孔１４ｃを介して固体電解質膜１３に供給する。これにより、固体電解質膜１３に金属イオンを浸透させることができる。

この状態で、図４（ｃ）に示すように、導電部材１１Ａを陽極とし、基板Ｗが陰極となるように、電源部１６の電源の極性を反転させ、電源部１６により、基板Ｗと導電部材１１Ａとの間に電圧を印加する。これにより、固体電解質膜１３に浸透した金属溶液Ｌｂの金属イオンを、粗化した表面領域ｗａに析出させ、表面領域ｗａに金属皮膜ＭＦを成膜する。

このようにして、溶解液Ｌａを金属溶液Ｌｂに切り替えて、導電部材１１Ａと基板Ｗの極性を反転させ（具体的には電源部１６の電源の極性を反転させ）、これらの間に電圧を印加するだけで、基板Ｗの表面領域ｗａに金属皮膜ＭＦを簡単に成膜することができる。金属皮膜ＭＦは、粗化処理された基板Ｗの表面領域に成膜されるので、基板Ｗに対して密着性の高い金属皮膜ＭＦを部分的に成膜することができる。

また、本実施形態では、加圧装置１８を用いて、導電部材１１Ａでマスキング板１４を介して固体電解質膜１３を基板Ｗの表面ｗｆに均一に押圧することができるので、より均一な厚みの均質な金属皮膜ＭＦを成膜することができる。

なお、上述したごとく、表面処理時には、マスキング板１４の貫通孔１４ｃ，１４ｃ，…の形状に応じた固体電解質膜１３の部分に溶解液Ｌａが浸透し、成膜時には金属溶液Ｌｂが浸透する。したがって、マスキング板１４の材料は、導電性を有した材料または非導電性を有した材料のいずれであってもよい。ここで、マスキング板１４の材質に樹脂などの非導電性を有した材料を用いた場合には、表面領域ｗａとそれ以外の領域の粗化範囲を明確にすることができるとともに、エッジが際立った金属皮膜ＭＦを成膜することができる。

〔第３実施形態〕
図５は、第３実施形態に係る表面処理装置を用いた基板の表面処理を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は、基板の表面処理前の状態を示した図、（ｂ）は、基板の表面処理時の状態を示した図、（ｃ）は、（ｂ）に示す基板の表面処理後の成膜状態を示した図である。

本実施形態に係る表面処理装置１Ｃが、第２実施形態のものと相違する点は、液供給部１５Ａの構造と、導電部材１１Ｂの位置および構造である。したがって、第２実施形態の表面処理装置１Ｂと同じ構成となる部材は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、液供給部１５Ａには、溶解液Ｌａおよび金属溶液Ｌｂを収容するための液収容室１５ｃが形成されており、導電部材１１Ｂは、マスキング板１４の他方側に対して離間して配置されている。導電部材１１Ｂは、導電性を有した無孔質体であり、溶解液Ｌａおよび金属溶液Ｌｂに対して不溶性の材料からなる。

表面処理時には、図５（ｂ）に示すように、溶解液Ｌａを液供給部１５Ａの液収容室１５ｃに供給しながら、第２実施形態と同じように、加圧装置１８で基板Ｗの表面ｗｆに固体電解質膜１３を押圧する。次に、導電部材１１Ｂを陰極とし、基板Ｗを陽極とし、これらの間に、電源部１６で電圧を印加する。これにより、基板Ｗの表面ｗｆのうち、貫通孔１４ｃの形状に応じた表面領域ｗａを、迅速かつ簡単に粗化することができる。

さらに、成膜時には、第２実施形態と同じように、図５（ｃ）に示すように、液供給部１５Ａに供給する液を、溶解液Ｌａから金属溶液Ｌｂに切り替える。次に、導電部材１１Ｂが陽極となり、基板Ｗが陰極となるように、電源部１６の電源の極性を反転させ、電源部１６により、基板Ｗと導電部材１１Ａとの間に電圧を印加する。これにより、固体電解質膜１３に浸透した金属溶液Ｌｂの金属イオンを、粗化した前記表面領域ｗａに析出させ、表面領域ｗａに金属皮膜ＭＦを成膜することができる。

以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
＜実施例１＞
上述した第２実施形態に係る表面処理装置を用いて無酸素銅からなる基板（５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）の表面を部分的に粗化した。導電部材として、発泡チタン（１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの発泡チタンからなる気孔率８５体積％の多孔質体（三菱マテリアル製））を用いた。１０ｍｍ×１０ｍｍの貫通孔が開いた厚さ０．５ｍｍのマスキング板を用いた。固体電解質膜にデュポン社製のナフィオンＮＲ２１１を用い、溶解液に３０％硫酸水溶液を用いた。基板の表面のうち貫通孔の形状に相当する表面（１０ｍｍ×１０ｍｍ）を粗化すべき表面領域とした。

基材を粗化する際には、加圧装置で、固体電解質膜を基板の表面に、１．０ＭＰａで押圧しながら、基板を陽極とし、導電部材を陰極とし、基板温度を２５℃にして、電源部でこれらの間に印加電圧３．０Ｖ、印加時間１分の条件で印加した。

＜実施例２＞
実施例１と同じように、基板の表面を部分的に粗化した。実施例１と相違する点は、電圧の印加時間を５分にした点である。

＜実施例３＞
実施例１と同じように、基板の表面を部分的に粗化した。実施例１と相違する点は、電圧の印加時間を１０分にした点である。

＜実施例４＞
実施例１と同じように、基板の表面を部分的に粗化した。実施例１と相違する点は、表面処理を行う基板温度を６０℃にした点である。

（表面粗さの測定）
実施例１〜４に係る基板の表面のうち、粗化された表面の表面粗さを測定した。この結果を表１および図６（ａ）〜（ｄ）に示す。図６（ａ）〜（ｄ）は、実施例１〜４に係る基板の表面粗さを測定した結果を示した図であり、具体的には各基板の表面プロフィールを示した図である。

〔結果〕
図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、実施例１〜４に係る基板の表面のうち、マスキング板の貫通孔の形状に応じた表面領域が粗化された。さらに、表１に示すように、電圧の印加時間、基板の温度により、表面粗さを制御することができることがわかった。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：表面処理装置、１１：多孔質体、１１Ａ，１１Ｂ：導電部材、１３：固体電解質膜、１４：マスキング板、１４ｃ：貫通孔、１５，１５Ａ：液供給部、１５ａ：供給通路、１５ｂ：排出通路、１６：電源部、１８：加圧装置、２１：溶解液供給装置、２２：金属溶液供給装置、２３，２４：切り替え弁、Ｌａ：溶解液、Ｌｂ：金属溶液、Ｗ：基板、ｗａ：表面領域、ｗｆ：表面

Claims (3)

1. 基板の表面を溶解する溶解液を用いて、前記基板の表面を部分的に粗化する表面処理方法であって、
   前記表面処理方法において、
   前記溶解液が浸透可能な固体電解質膜の一方側の表面が、前記基板の表面に接触するように、前記固体電解質膜を前記基板に配置し、
   前記基板の表面のうち粗化する表面領域に応じた貫通孔が形成されたマスキング板の一方側の表面が、前記固体電解質膜の他方側の表面に接触するように、前記マスキング板を前記固体電解質膜に配置し、
   前記マスキング板の他方側の表面から、前記貫通孔を介して前記溶解液を前記固体電解質膜に供給することにより、前記固体電解質膜に前記溶解液を浸透させ、
   浸透した前記溶解液で前記基板の表面を溶解することにより、前記基板の前記表面領域を粗化し、
   前記基板の表面は、金属からなる表面であり、
   前記マスキング板に、非導電性を有した材料を用い、
   前記マスキング板の他方側に導電部材を配置し、前記導電部材を陰極とし、前記基板を陽極として、前記基板と前記導電部材との間に電圧を印加することにより、前記表面領域の粗化を行うことを特徴とする表面処理方法。
2. 請求項１に記載の表面処理方法で、前記基板の表面領域を粗化した後、前記表面領域に金属皮膜を成膜する方法であって、
   前記溶解液を、前記金属皮膜の金属イオンを含有した金属溶液に切り替えて、前記金属溶液を前記貫通孔を介して前記固体電解質膜に供給することにより、前記固体電解質膜に前記金属イオンを浸透させ、
   前記導電部材を陽極とし、前記基板を陰極として、前記基板と前記導電部材との間に電圧を印加することにより、前記固体電解質膜に浸透した金属溶液の金属イオンを、前記粗化した前記表面領域に析出させ、前記表面領域に金属皮膜を成膜することを特徴とする金属皮膜の成膜方法。
3. 基板の表面を溶解する溶解液を用いて、前記基板の表面を部分的に粗化する表面処理装置であって、
   前記表面処理装置は、前記基板の表面に接触し、前記溶解液が浸透可能な固体電解質膜と、
   前記基板の表面に接触する表面を前記固体電解質膜の一方側の表面としたときに、前記固体電解質膜の他方側の表面に接触し、前記基板の表面のうち粗化する表面領域に応じた貫通孔が形成されたマスキング板と、
   前記貫通孔を介して前記固体電解質膜に前記溶解液を供給する液供給部と、を少なくとも備え、
   前記表面処理装置は、前記基板の表面として、金属からなる表面を部分的に粗化するものであり、
   前記マスキング板は、非導電性を有した材料からなり、
   前記表面処理装置は、前記固体電解質膜と接触する側を前記マスキング板の一方側としたときに、前記マスキング板の他方側に配置される導電部材と、
   前記導電部材を陰極とし、前記基板を陽極として、前記基板と前記導電部材との間に、電圧を印加する電源部と、さらに備えることを特徴とする表面処理装置。

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