JP6447575B2 - 金属皮膜の成膜方法およびその成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板表面に金属皮膜を成膜する成膜方法およびその成膜装置に係り、特に、陽極と基板との間に電圧を印加することにより基板の表面に金属皮膜を好適に成膜することができる金属皮膜の成膜装置に関する。

従来から、基板の表面に金属を析出させて金属皮膜を成膜する技術が提案されている。このような技術として、例えば、特許文献１には、陽極と、陽極と陰極である基板との間に配置された固体電解質膜と、陽極と基板との間に電圧を印加する電源部と、基板を載置する載置台と、を備えた金属皮膜の成膜装置が提案されている。この成膜装置は、陽極と固体電解質膜との間に金属イオンを含む金属溶液を収容する溶液収容部と、溶液収容部内の金属溶液を加圧する加圧部とを備えている。

この成膜装置によれば、加圧部により加圧された金属溶液の液圧により、固体電解質膜が加圧されると共に、加圧された固体電解質膜により基板の表面が押圧される。これにより、固体電解質膜を基板の表面に倣わせて、陽極と基板との間に電圧を印加することにより、固体電解質膜の内部に含有された金属イオンが、基板の表面で還元され、金属皮膜を基板の表面に均一に成膜することができる。

特開２０１４−０５１７０１公報

しかしながら、特許文献１に係る成膜装置では、固体電解質膜で基板を押圧する際に、基板は、固体電解質膜と載置台との間に挟み込まれるが、この際、基板に反りやうねりなどがある場合、成膜時に載置台と基板との間に隙間が生じることがある。この隙間により、固体電解質膜からの基板の押圧時に、基板の裏面には載置台からの反力が均一に作用しないことがある。この結果、固体電解質膜を基板の表面に均一に押圧することができず、均一な膜厚の金属皮膜を成膜することができないおそれがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体電解質膜を基板の表面に均一に押圧することにより、基板の表面に均一な膜厚の金属皮膜を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にある。

前記課題を解決すべく、本発明に係る金属皮膜の成膜方法は、陽極と、陰極である基板との間に固体電解質膜を配置し、載置台に載置された前記基板の表面に前記固体電解質膜を接触させた状態で、前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加することにより、前記固体電解質膜に含有した金属イオンを還元し、前記基板の表面に前記金属イオン由来の金属を析出させて、前記基板の表面に金属皮膜を成膜する方法である。

この成膜方法では、前記陽極と前記固体電解質膜との間に前記金属イオンを含む金属溶液が配置され、前記固体電解質膜を介して前記金属溶液が前記基板の表面に配置されるように、前記金属溶液を、ハウジングの第１収容室内に前記固体電解質膜で封止した状態にする。さらに、前記金属皮膜が成膜される表面と反対側に位置する前記基板の裏面に、可撓性を有した薄膜を介して流体が配置されるように、前記流体を、前記載置台の第２収容室内に前記薄膜で封止した状態にする。

金属皮膜の成膜を行う際には、前記基板を前記載置台に載置した状態で、前記載置台と前記ハウジングとを相対的に移動させて前記固体電解質膜と前記薄膜との間に前記基板を挟み込み、挟み込んだ状態の前記基板に、前記固体電解質膜および前記薄膜を押圧することにより、前記固体電解質膜および前記薄膜を、前記基板の前記表面および前記裏面に倣わせて、前記金属皮膜の成膜を行う。

本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、陽極と、前記陽極と陰極である基板との間に配置され、金属イオンを含有する固体電解質膜と、前記陽極と前記基板との間に電圧を印加する電源部と、前記基板を載置する載置台と、を備え、前記固体電解質膜に接触した前記基板の表面に前記金属イオン由来の金属を析出させて、前記基板の表面に金属皮膜を成膜する装置である。

前記成膜装置は、金属イオンを含む金属溶液を収容する第１収容室が形成されたハウジングをさらに備えており、前記陽極と前記固体電解質膜との間に前記金属溶液が配置され、前記固体電解質膜を介して前記金属溶液が前記基板の表面に配置されるように、前記第１収容室には前記金属溶液が前記固体電解質膜で封止されている。前記載置台には、流体を収容する第２収容室が形成されており、前記金属皮膜が成膜される表面と反対側に位置する前記基板の裏面に、可撓性を有した薄膜を介して流体が配置されるように、前記第２収容室内には前記流体が前記薄膜で封止されている。

前記ハウジングおよび前記載置台の少なくとも一方は、前記固体電解質膜と前記薄膜との間に前記基板を挟み込むことが可能なように、移動自在となっており、前記成膜装置は、前記固体電解質膜と前記薄膜との間に挟み込まれた状態の基板に、前記固体電解質膜および前記薄膜を押圧する押圧部をさらに備える。

本発明に係る成膜方法および成膜装置によれば、金属皮膜を成膜する際に、固体電解質膜および薄膜は基板の表面および裏面に倣い、基板の表面は、固体電解質膜を介して金属溶液で均一に加圧され、基板の裏面は、薄膜を介して流体で均一に加圧される。この状態で、陽極と基板との間に電圧を印加することにより、固体電解質膜に含有した金属イオンが還元され、金属イオン由来の金属が基板の表面に析出し、基板の表面に均一な膜厚の金属皮膜を成膜することができる。

本発明の第１実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。 図１Ａに示す成膜装置を用いた基板の表面への金属皮膜の成膜を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。 図２Ａに示す成膜装置を用いた基板の表面への金属皮膜の成膜を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。 図３Ａに示す成膜装置を用いた基板の表面への金属皮膜の成膜を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係る金属皮膜の成膜装置の模式的断面図である。 第４実施形態において成膜される基板の模式的断面図である。 図４Ａに示す成膜装置を用いた基板の表面への金属皮膜の成膜を説明するための図である。 金属皮膜の成膜途中の図４Ｃに示す基板の表面および裏面の近傍の部分的拡大図である。 図４Ｄに相当する変形例に係る金属皮膜の成膜途中の基板の側面の近傍の部分的拡大図である。

以下に、図１Ａ〜図４Ｅを参照して、本発明のいくつかの実施形態を説明する。
１．成膜装置１Ａについて
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る金属皮膜の成膜装置１Ａの模式的断面図である。本実施形態に係る成膜装置１Ａは、金属イオンを還元することで金属を析出させて、析出した金属からなる金属皮膜を基板Ｂの表面に成膜する装置である。

基板Ｂは、成膜される表面が陰極（すなわち導電性を有した表面）として機能するものであれば、特に限定されるものではない。本実施形態では、基板Ｂは、アルミニウム、鉄等の金属板である。この他にも、基板Ｂは、エポキシ樹脂などの高分子樹脂またはセラミックス等の表面の全面または一部に、銅、ニッケル、銀、または鉄などの金属層が被覆れた基板であってもよく、この金属層が陰極として機能する。

成膜装置１Ａは、金属製の陽極１１と、陽極１１と基板Ｂ（陰極）との間に配置される固体電解質膜１３と、陽極１１と基板Ｂとの間に電圧を印加する電源部１６と、基板Ｂを載置する載置台４０と、を備えている。

陽極１１は、基板Ｂが成膜される領域を覆う大きさを有していれば、ブロック状または平板状であってもよく、多孔質体またはメッシュ（網目状部材）からなってもよい。陽極１１の材料としては、成膜すべき金属皮膜と同じ材質であり、後述する金属イオンを含む金属溶液Ｌに対して可溶性の陽極であることが好ましい。これにより、金属皮膜の成膜速度を高めることができる。例えば、金属皮膜が銅皮膜である場合には、陽極１１の材料に無酸素銅板を用いることが好ましい。なお、成膜前の金属溶液Ｌには金属イオンが含まれているので、陽極１１は、金属溶液Ｌに対して不溶性の陽極であってもよい。

固体電解質膜１３は、金属溶液Ｌに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸（含有）することができ、電圧を印加したときに基板Ｂの表面に金属イオンが還元され、金属イオン由来の金属が析出することができるのであれば、特に限定されるものではない。本実施形態では、固体電解質膜１３は可撓性を有しており、成膜時の押圧により基板Ｂの表面Ｂａに倣う膜厚および硬さを有する。

固体電解質膜１３の膜厚は、１００〜２００μｍであることが好ましい。固体電解質膜の材質としては、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、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）などの陽イオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。

金属溶液Ｌは、上述したように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（電解液）である。このような金属に、例えば、ニッケル、亜鉛、銅、クロム、錫、銀、または鉛からなる群より選択される少なくとも１種または２種以上を用いることができる。金属溶液Ｌは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸ニッケル、またはピロリン酸などの酸で溶解（イオン化）した水溶液である。

本実施形態では、成膜装置１Ａは、ハウジング２０をさらに備えている。ハウジング２０は、陽極１１と固体電解質膜１３との間に、金属溶液Ｌが配置され、かつ、成膜時に金属溶液Ｌを介して、基板Ｂの表面Ｂａに金属溶液Ｌが配置されるように、金属溶液Ｌを収容する第１収容室２１が形成されている。

第１収容室２１には、固体電解質膜１３と対向する位置に陽極１１が配置されており、第１収容室２１に収容された金属溶液Ｌは、固体電解質膜１３と陽極１１に接触する。第１収容室２１には、金属皮膜が成膜される側の基板Ｂの表面Ｂａの大きさよりも大きい第１開口部２２が形成されている。第１収容室２１内において、陽極１１と固体電解質膜１３の間に金属溶液Ｌを収容した状態で、第１開口部２２は、固体電解質膜１３で覆われており、金属溶液Ｌは、第１収容室２１内に流動可能な状態で封止される。

このようにして、本実施形態では、成膜時に、固体電解質膜１３を介して基板Ｂの表面Ｂａに金属溶液Ｌを配置し、その液圧により固体電解質膜１３を基板Ｂの表面Ｂａに倣わせることができる。ハウジング２０の材質としては、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料等を挙げることができ、押圧部３０Ａにより過度に変形しないもの（剛体）とすることができれば、その材料は特に限定されるものではない。

本実施形態では、成膜装置１Ａには、基板Ｂを載置する金属製の載置台４０が設けられている。載置台４０の材質としては、アルミニウムまたはステンレス等の金属材料からなる。しかしながら、押圧部３０Ａにより過度に変形しないもの（剛体）とすることができれば、その材料は特に限定されるものではない。

載置台４０には、金属皮膜が形成される表面Ｂａと反対側に位置する基板Ｂの裏面Ｂｂに、薄膜４３を介して流体４５が配置されるように、流体４５を収容する第２収容室４１が形成されている。具体的には、第２収容室４１には、基板Ｂの裏面Ｂｂの大きさよりも大きい第２開口部４２が形成されており、第２開口部４２に薄膜４３（フィルム）を覆うことにより、流体４５は、第２収容室４１内において流動可能な状態で封止されている。

ここで、流体４５は、流動性を有した物質であり、例えば、気体、液体、またはゲルなどを挙げることができ、薄膜４３を介して基板Ｂに接触したときに、基板Ｂに対してクッション性を有するものであれば特に限定されるものではない。たとえば、気体としては、大気または窒素ガスなどの不活性ガス等を挙げることができる。液体としては、水または油などを挙げることができる。ゲルとしては、ポリスチレンなどの高分子ゲルなどを挙げることができる。

本実施形態では、薄膜４３の材料としては、樹脂、金属、またはこれらを層状に積層したものを挙げることができ、薄膜４３は、可撓性を有している。本実施形態では、薄膜４３は、成膜時の押圧により基板Ｂの裏面Ｂｂに倣い、押圧によりその強度が確保されていれば、その材質および厚さは限定されるものではない。薄膜４３の膜厚は、０．１〜１０μｍの範囲にあることが好ましい。

基板Ｂには、電源部１６の負極が接続されており、陽極１１には、電源部１６の正極が接続されている。なお、基板Ｂの表面Ｂａの一部に、陰極として金属層が形成されている場合には、この金属層は、例えば導体冶具（図示せず）を介して、電源部１６の負極に導通される。

本実施形態では、成膜装置１Ａは、ハウジング２０の上部に押圧部３０Ａをさらに備えている。本実施形態では、ハウジング２０は、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込むことが可能なように、押圧部３０Ａにより移動自在（昇降自在）となっている。本実施形態では、押圧部３０Ａは、（１）ハウジング２０を載置台４０に対して移動（昇降）させ、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込む機能と、（２）固体電解質膜１３と薄膜４３との間に挟み込んだ状態の基板Ｂに、固体電解質膜１３および薄膜４３を押圧する機能と、を有する。

なお、本実施形態では、押圧部３０Ａにより、固定された載置台４０に対してハウジング２０を移動自在としたが、例えば、載置台４０に押圧部を設けることにより、ハウジング２０を固定して、載置台４０をハウジング２０に対して移動自在としてもよい。

押圧部３０Ａは、上述した（１）および（２）に示す機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、油圧式または空気式のシリンダを挙げることができる。また押圧部３０Ａは、リニアガイド付きのモータなどであってもよい。このようにして、押圧部３０Ａを用いて、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み、固体電解質膜１３および薄膜４３で基板Ｂを押圧しながら金属皮膜を成膜することができる。

２．成膜装置１Ａを用いた成膜方法について
以下に本実施形態に係る成膜装置１Ａを用いた成膜方法を説明する。図１Ｂは、図１Ａに示す成膜装置１Ａを用いた基板Ｂの表面Ｂａへの金属皮膜Ｆの成膜を説明するための図である。

まず、図１Ａに示すように、金属皮膜が成膜される表面Ｂａが固体電解質膜１３に対向するように、載置台４０に基板Ｂを配置する。具体的には、基板Ｂの裏面Ｂｂの全体が、薄膜４３を介して、載置台４０の第２収容室４１に収容された流体４５に配置されるように、基板Ｂを載置台４０の薄膜４３の上に載置する。

上述したように、陽極１１と固体電解質膜１３との間に、金属溶液Ｌが配置されるように、金属溶液Ｌは、ハウジング２０の第１収容室２１内に、固体電解質膜１３で封止されている。さらに、基板Ｂの裏面Ｂｂに、薄膜４３を介して流体４５が配置されるように、流体４５は、載置台４０の第２収容室４１内に、薄膜４３で封止されている。このようなハウジング２０および載置台４０を用いて、基板Ｂの表面Ｂａに金属皮膜を成膜する。

具体的には、図１Ｂに示すように、基板Ｂを載置台４０に載置した状態で、載置台４０とハウジング２０とを相対的に移動させて、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込む。具体的には、押圧部３０Ａにより、ハウジング２０を載置台４０に向かって下降させ、固体電解質膜１３を介して金属溶液Ｌを基板Ｂの表面Ｂａに配置する。より具体的には、第１収容室２１に形成された第１開口部２２に位置する固体電解質膜１３の部分を基板Ｂの表面Ｂａに接触させる。

さらに、押圧部３０Ａにより、固体電解質膜１３側から基板Ｂを加圧することにより、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に挟み込んだ状態の基板Ｂに、固体電解質膜１３および薄膜４３を押圧する。これにより、固体電解質膜１３および薄膜４３を、基板Ｂの表面Ｂａおよび裏面Ｂｂに倣わせることができる。ここで、第１収容室２１に、金属溶液Ｌの圧力を測定する圧力計（図示せず）を設ければ、測定した圧力を確認しながら、所定の圧力で基板Ｂを押圧することができる。

この状態で、電源部１６により、陽極１１と基板Ｂとの間に電圧を印加し、固体電解質膜１３に含有した金属イオンを還元し、基板Ｂの表面Ｂａに金属イオン由来の金属を析出させる。これにより、基板Ｂの表面Ｂａに金属皮膜Ｆが成膜される。

このように、金属皮膜Ｆを成膜する際、固体電解質膜１３および薄膜４３は基板Ｂの表面Ｂａおよび裏面Ｂｂに倣い、基板Ｂの表面Ｂａは、固体電解質膜１３を介して金属溶液Ｌで均一に加圧され、基板Ｂの裏面Ｂｂは、薄膜４３を介して流体４５で均一に加圧される。これにより、基板Ｂに固体電解質膜１３および薄膜４３は、基板Ｂの表面Ｂａおよび裏面Ｂｂに対して隙間を形成することなく、これらを均一に押圧することができる。この状態で、陽極１１と基板Ｂとの間に電圧を印加することにより、固体電解質膜１３に含有した金属イオンが還元され、金属イオン由来の金属が基板Ｂの表面Ｂａに析出し、基板Ｂの表面Ｂａに均一な膜厚の金属皮膜Ｆを成膜することができる。

〔第２実施形態〕
図２Ａは、本発明の第２実施形態に係る金属皮膜の成膜装置１Ｂの模式的断面図である。第２実施形態に係る成膜装置１Ｂが、第１実施形態のものと相違する点は、押圧部の構成である。したがって、第２実施形態において、第１実施形態の成膜装置１Ａの構成と同じ構成は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、第１実施形態に示す、押圧部３０Ａの代わりに、ハウジング２０を昇降させる昇降装置３１が取り付けられている。昇降装置３１は、ハウジング２０に接続されたガイド３１ａと、ガイド３１ａに係合し、回転することによりガイド３１ａを直線移動させるローラ３１ｂと、を備えている。本実施形態では、この昇降装置３１を用いて、固体電解質膜１３を基板Ｂの表面Ｂａに押圧しない。

本実施形態では、ハウジング２０には、第１収容室２１に金属溶液Ｌを供給する供給通路２６と、第１収容室２１から金属溶液Ｌを排出する排出通路２７とが形成されている。供給通路２６には、第１収容室２１内の金属溶液Ｌを加圧する、押圧部に相当するポンプ３０Ｂが接続されており、排出通路２７には、第１収容室２１内の金属溶液Ｌの圧力を調整する圧力調整弁３３が接続されている。

本実施形態では、ポンプ３０Ｂを駆動させることにより、供給通路２６を介して第１収容室２１内に金属溶液Ｌを圧送し、圧力調整弁３３で設定された圧力まで、第１収容室２１内の金属溶液Ｌの圧力を増加させることができる。第１収容室２１内の金属溶液Ｌは、設定された圧力を超えないように、圧力調整弁３３から排出され、排出された金属溶液Ｌは、ポンプ３０Ｂに供給され、金属溶液Ｌは成膜装置１Ｂ内を循環する。

以下に、本実施形態に係る成膜装置１Ｂを用いた成膜方法を説明する。図２Ｂは、図２Ａに示す成膜装置１Ｂを用いた基板Ｂの表面Ｂａへの金属皮膜Ｆの成膜を説明するための図である。まず、第１実施形態と同様に、基板Ｂを載置台４０に載置する。次に、昇降装置３１を用いて、載置台４０に対してハウジング２０を降下（移動）させ、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込む。この状態で、ローラ３１ｂの回転を停止することで、ガイド３１ａの位置を固定し、載置台４０に対するハウジング２０の位置を固定する。

次に、この固定した状態で、ポンプ３０Ｂを駆動する。これにより、第１収容室２１内の金属溶液Ｌの圧力が増加し、基板Ｂの表面Ｂａに固体電解質膜１３を押圧する押圧力が発生する。これに伴い、基板Ｂの裏面Ｂｂ側では、この押圧力による反力が、基板Ｂの裏面Ｂｂに薄膜４３を押圧する押圧力として作用する。このようにして、固体電解質膜１３および薄膜４３を基板Ｂに押圧することで、固体電解質膜１３および薄膜４３を、基板Ｂの表面Ｂａおよび裏面Ｂｂに倣わせて、金属皮膜Ｆの成膜を行うことができる。本実施形態では、第１収容室２１内の金属溶液Ｌの液圧により、固体電解質膜１３および薄膜４３の押圧を調整するので、基板Ｂの表面Ｂａおよび裏面Ｂｂを所望の圧力で簡単に押圧することができる。

また、本実施形態では、第１収容室２１内の金属溶液Ｌを加圧するポンプ３０Ｂを設け、ポンプ３０Ｂで固体電解質膜１３および薄膜４３の押圧を、第１収容室２１内の金属溶液Ｌの圧力を増圧させることにより行った。この他にも、例えば、第２収容室４１内の流体４５を加圧するポンプを設け、このポンプで固体電解質膜１３および薄膜４３の押圧を、第２収容室４１内の流体４５の圧力を増圧することにより行ってもよい。さらに、第１収容室２１および第２収容室４１の双方に、上述したポンプを接続し、金属溶液Ｌまたは流体４５の圧力を増加させてもよい。

〔第３実施形態〕
図３Ａは、本発明の第３実施形態に係る金属皮膜の成膜装置１Ｃの模式的断面図である。第３実施形態に係る成膜装置１Ｃが、第２実施形態のものと相違する点は、昇降装置３１の代わりに拘束部５０を新たに設けた点である。したがって、第３実施形態において、第２実施形態の成膜装置１Ｂの構成と同じ構成は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込んだ状態で、ハウジング２０と載置台４０との相対的な変位を拘束する拘束部５０をさらに備えている。具体的には、拘束部５０は、ハウジング２０および載置台４０の側面に取付けられた雌ネジ部５１Ａ，５１Ｂと、これらの雌ネジ部５１Ａ，５１Ｂに螺着する雄ネジ部５２と、で構成されている。拘束部５０は、雌ネジ部５１Ａ，５１Ｂに、雄ネジ部５２を締結することにより、ハウジング２０と載置台４０との相対的な変位を拘束することができる。

以下に、本実施形態に係る成膜装置１Ｃを用いた成膜方法を説明する。図３Ｂは、図３Ａに示す成膜装置１Ｃを用いた基板Ｂの表面Ｂａへの金属皮膜Ｆの成膜を説明するための図である。まず、第２実施形態と同様に、基板Ｂを載置台４０に載置する。次に、載置台４０に向かってハウジング２０を移動（下降）させ、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込む。

固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込んだ状態で、雌ネジ部５１Ａ，５１Ｂに、雄ネジ部５２を締結することにより、拘束部５０でハウジング２０と載置台４０との相対的な変位を拘束し、この状態でポンプ３０Ｂを駆動する。

これにより、第１収容室２１内の金属溶液Ｌの圧力が増加し、基板Ｂの表面Ｂａに固体電解質膜１３を押圧する押圧力が発生する。これに伴い、基板Ｂの裏面Ｂｂ側では、この押圧力による反力が、基板Ｂの裏面Ｂｂに薄膜４３を押圧する押圧力として作用する。ハウジング２０と載置台４０との相対的な変位を拘束部５０で拘束しているので、反力により、ハウジング２０が押し戻されることなく、金属溶液Ｌの液圧により、固体電解質膜１３および薄膜４３を基板Ｂにより均一に押圧することができる。これにより、固体電解質膜１３および薄膜４３を、基板Ｂの表面Ｂａおよび裏面Ｂｂにより均一に倣わせて、金属皮膜Ｆの成膜を行うことができる。

また、本実施形態では、第１および第２実施形態とは異なり、シリンダからなる押圧部３０Ａおよび昇降装置３１を用いずに、金属皮膜を成膜することができるので、成膜装置１Ｃのコンパクト化を図ることができる。

〔第４実施形態〕
図４Ａは、本発明の第４実施形態に係る金属皮膜の成膜装置１Ｄの模式的断面図である。図４Ｂは、第３実施形態において成膜される基板Ｃの模式的断面図である。第４実施形態では、成膜される基板が、第３実施形態のものとは異なり、薄膜の素材が異なる。したがって、第４実施形態において、第３実施形態の成膜装置１Ｃの構成と同じ構成は、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図４Ｂに示すように、本実施形態に係る基板Ｃは、絶縁材料と導体材料が積層されたビルドアップ基板であり、基板Ｃの絶縁樹脂からなる表面Ｃａには、金属皮膜が成膜される複数の第１導体部ｃ１が、互いに離間して形成されている。さらに、基板Ｃの絶縁樹脂からなる裏面Ｃｂには、各第１導体部ｃ１と基板Ｃの内部導体ｃｉにより導通した第２導体部ｃ２が形成されている。具体的には、基板Ｃの表面Ｃａおよび裏面Ｃｂには凹部ｃｆが形成されており、凹部ｃｆの底面に第１導体部ｃ１および第２導体部ｃ２が形成されている。

さらに、本実施形態に係る成膜装置１Ｄでは、薄膜４３がアルミニウムなどの金属製の薄膜である。薄膜４３は、金属製の載置台４０を介して、電源部１６の負極に接続されている。なお、本実施形態では、薄膜４３が金属製の薄膜であるので、流体４５は、導電性を有した液体またはゲルであることが好ましい。これにより、成膜時に、電源部１６からの電流を、流体４５を介して薄膜４３により均一に流すことができる。

以下に、本実施形態に係る成膜装置１Ｄを用いた成膜方法を説明する。図４Ｃは、図４Ａに示す成膜装置１Ｄを用いた基板Ｃの表面Ｃａへの金属皮膜の成膜を説明するための図であり、図４Ｄは、金属皮膜の成膜途中の図４Ｃに示す基板Ｃの表面Ｃａおよび裏面Ｃｂの近傍の部分的拡大図である。

まず、第３実施形態と同様に、基板Ｃを載置台４０に載置する。次に、載置台４０に対してハウジング２０を移動させ、固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込む。

固体電解質膜１３と薄膜４３との間に基板Ｂを挟み込んだ状態で、拘束部５０により、ハウジング２０と載置台４０との相対的な変位を拘束する。この状態で、ポンプ３０Ｂを駆動する。これにより、第１収容室２１内の金属溶液Ｌの圧力が増加し、基板Ｂの表面Ｂａに固体電解質膜１３を押圧する押圧力が発生する。これに伴い、基板Ｂの裏面Ｂｂ側では、この押圧力による反力が、基板Ｂの裏面Ｂｂに薄膜４３を押圧する押圧力として作用する。

このようにして、図４Ｄに示すように、固体電解質膜１３は、凹部ｃｆが形成された表面Ｃａに倣い、第１導体部ｃ１に接触する。一方、薄膜４３は、凹部ｃｆが形成された裏面Ｃｂに倣い、第２導体部ｃ２に接触する。薄膜４３は、金属製の薄膜であり、薄膜４３に接触した第２導体部ｃ２は、内部導体ｃｉを介して第１導体部ｃ１に導通している。

ここで、基板Ｃの第１導体部ｃ１は、基板Ｃの表面Ｃａに離間して複数配置されているとともに、各第１導体部ｃ１は、表面Ｃａに形成された凹部ｃｆの底面に位置する。このため、導体冶具などを用いて、各第１導体部ｃ１に直接的に電源部１６の負極を接続することは難しい。しかしながら、本実施形態によれば、導体冶具を用いずに、薄膜４３を、凹部ｃｆが形成された裏面Ｃｂに倣わせて、電源部１６の負極を、基板Ｃの裏面Ｃｂ側から複数の第１導体部ｃ１に簡単に導通することができる。このため、基板Ｃの第１導体部ｃ１に、簡単に金属皮膜を成膜することができる。特に、本実施形態の如く、基板Ｃの裏面Ｃｂに形成された凹部ｃｆの底面に、第２導体部ｃ２が形成されていても、薄膜４３を裏面Ｃｂに倣わせて、第２導体部ｃ２に薄膜４３を簡単に接触させることができる。

本実施形態では、薄膜４３は、金属薄膜であったが、例えば、基板Ｃが載置される面が導電性を有した薄膜であれば、薄膜４３を第１導体部ｃ１に接触させて、薄膜４３を介して、電源部１６の負極を第１導体部ｃ１に導通させることができる。したがって、薄膜４３は、基板Ｃが載置される面が導電性を有した薄膜であれば、樹脂層と金属層が積層された薄膜であってもよく、例えば樹脂に導電性を有したフィラを含有させた薄膜であってもよい。

さらに、本実施形態では、基板Ｃは、内部導体ｃｉを介して第１導体部ｃ１に導通する第２導体部ｃ２は、基板Ｂの裏面Ｂｂに形成されていたが、例えば、図４Ｅに示すように、内部導体ｃｉを介して第１導体部ｃ１に導通する第２導体部ｃ２が、基板Ｂの側面Ｃｄに形成されていてもよい。この場合であっても、押圧の際に、薄膜４３を基板Ｃの裏面Ｃｂと、その側面Ｃｄの一部に倣わせて、第２導体部ｃ２に薄膜４３を接触させれば、電源部１６の負極を、基板Ｃの側面側から複数の第１導体部ｃ１に簡単に導通することができる。

本発明を以下の実施例により説明する。
［実施例１］
上述した図４Ａに示す成膜装置１Ｄを用いて金属皮膜を成膜した。まず、基板として、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板を準備した。ガラスエポキシ基板の寸法は、４０ｍｍ×５０ｍｍ×０．８ｍｍである。この基板の表面には、厚さ２０μｍのレジストが形成されており、レジストから露出した表面には、直径０．６ｍｍの銅ランド（第１導体部）が１６個形成されている。具体的には、銅ランドは、レジストにより形成された基板の表面の凹部の底面に形成されている。さらに、図４Ｂに示すように、基板のガラスエポキシ樹脂からなる裏面には、複数の凹部が形成されており、凹部の底面には、各銅ランドに導通する第２導体部が形成されている。

次に、金属溶液として、１．０ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅水溶液を準備し、これを第１収容室に収容した。陽極に、無酸素銅からなるメッシュを用い、固体電解質膜に、膜厚５０μｍのフッ素樹脂系固体電解質膜（デュポン社製：ナフィオンＮ１１７）を用いた。載置台の第２収容室に収容される流体に、ポリスチレンゲル（弾性率：約５ＭＰａ）を用い、薄膜にはアルミ薄膜を用いた。

固体電解質膜と薄膜で基板を挟み込んだ状態で、ポンプを駆動することにより、第１収容室内の圧力を１．０ＭＰａにした。これにより、固体電解質膜を基板の表面に１．０ＭＰａで押圧しながら、電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２となるように陽極と載置台との間に電圧を４０分間印加し、基板の銅ランドの表面に銅皮膜を成膜した。

［比較例１］
実施例１と同じようにして、基板に対して銅皮膜を成膜した。実施例１と相違する点は、図１Ａに示す成膜装置１Ａを用いて、第１収容室内の陽極を固体電解質膜に接触させ、固体電解質膜を介して、陽極で基板を押圧（加圧）した点と、成膜装置の載置台の第２収容室にチタン板を配置し、薄膜を設けなかった点である。

［比較例２］
実施例１と同じようにして、基板に対して銅皮膜を成膜した。実施例１と相違する点は、図１Ａに示す成膜装置１Ａを用いて、第１収容室内の陽極を固体電解質膜に接触させ、固体電解質膜を介して、陽極で基板を押圧（加圧）した点である。

［比較例３］
実施例１と同じようにして、基板に対して銅皮膜を成膜した。実施例１と相違する点は、成膜装置の載置台の第２収容室にチタン板を配置し、薄膜を設けなかった点である。

［比較例４］
実施例１と同じようにして、基板に対して銅皮膜を成膜した。実施例１と相違する点は、成膜装置の載置台の第２収容室に導電性のシリコーンゴムを配置し、薄膜を設けなかった点である。

［参考例１，２］
実施例１と同じようにして、基板に対して銅皮膜を成膜した。実施例１と相違する点は、圧力調整弁の設定圧力を調整することにより、成膜時に、金属溶液の液圧を、それぞれ０．１ＭＰａ，０．５ＭＰａにした点である。

以下に、実施例１、比較例１〜４、および参考例１，２の成膜条件と、銅皮膜が成膜された銅ランドの個数とを表１に示す。

＜結果および考察＞
実施例１では、すべての銅ランドに銅皮膜が形成されていたが、比較例１〜３では、銅ランドに銅皮膜は形成されておらず、比較例４および参考例１、２では、銅皮膜が形成されていない銅ランドが存在した。

実施例１では、成膜時に、第１収容室側で発生した液圧により、固体電解質膜が基板の表面に倣うことにより、固体電解質膜が基板のすべての第１導体部に接触していたと考えられる。これに加え、基板の裏面側では、第１収容室側の液圧の反力により、第２収容室内のゲルが変形（流動）し、薄膜が基板の裏面に倣うとともに、薄膜が基板のすべての第２導体部に接触していたと考えられる。これにより、実施例１では、すべての銅ランドに銅皮膜が成膜されたと考えられる。

一方、比較例１および２では、成膜時に、固体電解質膜は、これに接触している陽極からの圧力により基板の表面を押圧しているので、固体電解質膜は、基板の表面に倣わず、固体電解質膜が基板のすべての第１導体部に接触していなかったと考えられる。これにより、比較例１および２では、すべての銅ランドに銅皮膜が形成されなかったと考えられる。

さらに、比較例３では、基板の裏面側において、第１収容室側の液圧の反力により、チタン板は変形しないので、薄膜が基板の裏面に倣わず、薄膜が基板の第２導体部に接触していなかったと考えられる。これにより、比較例３では、すべての銅ランドに銅皮膜が形成されなかったと考えられる。

比較例４では、基板の裏面側において、第１収容室側の液圧の反力により、シリコーンゴムは変形するが、シリコーンゴムは流体でないため、ポリスチレンゲルに比べて変形しにくい。これにより、薄膜が基板の裏面に完全に倣わず、薄膜が基板の第２導体部の一部に接触していなかったと考えられる。これにより、比較例４では、一部の銅ランドに銅皮膜が形成されなかったと考えられる。

なお、参考例１および２では、金属溶液の液圧が低いため、基板の裏面側では、第１収容室側の液圧の反力により、第２収容室内のゲルの流動が十分でなく、薄膜が基板の裏面に完全に倣わず、薄膜が基板の第２導体部の一部に接触していなかったと考えられる。これにより、参考例１および２では、一部の銅ランドに銅皮膜が形成されなかったと考えられる。

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〜１Ｄ：成膜装置、１１：陽極、１３：固体電解質膜、１６：電源部、２０：ハウジング、２１：第１収容室、３０Ａ：押圧部、３０Ｂ：ポンプ（押圧部）、４０：載置台、４１：第２収容室、４３：薄膜、４５：流体、Ｂ，Ｃ：基板、Ｌ：金属溶液

Claims (7)

1. 陽極と、陰極である基板との間に固体電解質膜を配置し、載置台に載置された前記基板の表面に前記固体電解質膜を接触させた状態で、前記陽極と前記基板との間に、電圧を印加することにより、前記固体電解質膜に含有した金属イオンを還元し、前記基板の表面に前記金属イオン由来の金属を析出させて、前記基板の表面に金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜方法であって、
   前記陽極と前記固体電解質膜との間に前記金属イオンを含む金属溶液が配置され、前記固体電解質膜を介して前記金属溶液が前記基板の表面に配置されるように、前記金属溶液を、ハウジングの第１収容室内に前記固体電解質膜で封止した状態にし、
   前記金属皮膜が成膜される表面と反対側に位置する前記基板の裏面に、可撓性を有した薄膜を介して流体が配置されるように、前記流体を、前記載置台の第２収容室内に前記薄膜で封止した状態にし、
   前記基板を前記載置台に載置した状態で、前記載置台と前記ハウジングとを相対的に移動させて前記固体電解質膜と前記薄膜との間に前記基板を挟み込み、
   挟み込んだ状態の前記基板に、前記固体電解質膜および前記薄膜を押圧することにより、前記固体電解質膜および前記薄膜を、前記基板の前記表面および前記裏面に倣わせて、前記金属皮膜の成膜を行い、
   前記基板の表面に、前記金属皮膜が成膜される複数の第１導体部が形成され、前記基板の裏面または前記基板の側面に、前記各第１導体部に導通した第２導体部が形成されており、
   前記薄膜に、前記基板が載置される面に少なくとも導電性を有した薄膜を用い、
   前記薄膜を前記基板の裏面に押圧することにより、前記薄膜を前記第２導体部に接触させ、前記薄膜と前記陽極との間に前記電圧を印加することにより、前記第１導体部に前記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。
2. 前記固体電解質膜および前記薄膜の押圧を、前記第１収容室内の金属溶液の圧力または前記第２収容室内の前記流体の圧力を増加させることにより行う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。
3. 前記固体電解質膜と前記薄膜との間に前記基板を挟み込んだ状態で、前記ハウジングと前記載置台との相対的な変位を拘束し、
   前記変位を拘束した状態で、前記固体電解質膜および前記薄膜の押圧を行いながら、前記金属皮膜の成膜を行う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。
4. 前記基板の裏面には凹部が形成されており、該凹部の底面に前記第２導体部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属皮膜の成膜方法。
5. 陽極と、前記陽極と陰極である基板との間に配置され、金属イオンを含有する固体電解質膜と、前記陽極と前記基板との間に電圧を印加する電源部と、前記基板を載置する載置台と、を備え、前記固体電解質膜に接触した前記基板の表面に前記金属イオン由来の金属を析出させて、前記基板の表面に金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜装置であって、
   前記成膜装置は、金属イオンを含む金属溶液を収容する第１収容室が形成されたハウジングをさらに備えており、前記陽極と前記固体電解質膜との間に前記金属溶液が配置され、前記固体電解質膜を介して前記金属溶液が前記基板の表面に配置されるように、前記第１収容室には前記金属溶液が前記固体電解質膜で封止されており、
   前記載置台には、流体を収容する第２収容室が形成されており、前記金属皮膜が成膜される表面と反対側に位置する前記基板の裏面に、可撓性を有した薄膜を介して流体が配置されるように、前記第２収容室内には前記流体が前記薄膜で封止されており、
   前記ハウジングおよび前記載置台の少なくとも一方は、前記固体電解質膜と前記薄膜との間に前記基板を挟み込むことが可能なように、移動自在となっており、
   前記成膜装置は、前記固体電解質膜と前記薄膜との間に挟み込まれた状態の基板に、前記固体電解質膜および前記薄膜を押圧する押圧部をさらに備え、
   前記薄膜は、前記基板が載置される面に少なくとも導電性を有した薄膜であることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。
6. 前記押圧部は、前記第１収容室内の前記金属溶液を加圧するポンプ、または前記第２収容室内の前記流体を加圧するポンプであることを特徴とする請求項５に記載の金属皮膜の成膜装置。
7. 前記成膜装置は、前記固体電解質膜と前記薄膜との間に前記基板を挟み込んだ状態で、前記ハウジングと前記載置台との相対的な変位を拘束する拘束部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の金属皮膜の成膜装置。

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