JP7388325B2 - 金属被膜の成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
本開示は、金属被膜の成膜装置及び成膜方法に関し、特に基材の表面に金属被膜を成膜することができる金属被膜の成膜装置及び成膜方法に関する。
従来から、金属イオンを析出させることで金属被膜を成膜する成膜装置及び成膜方法が知られている。例えば、特許文献１には、陽極と、陽極と陰極となる基材との間に設けられた固体電解質膜と、陽極と陰極との間に電圧を印加する電源部と、陽極と固体電解質膜との間に金属イオンを含む溶液を収容する溶液収容部と、溶液の液圧により固体電解質膜を陰極側に加圧する加圧部と、を備え、固体電解質膜が溶液収容部の陰極側の開口部を封止するように設けられている成膜装置、並びにその装置を用いる金属被膜の方法が提案されている。
この金属被膜の成膜方法により基材の表面に金属被膜を成膜する場合には、固体電解質膜を基材の表面に接触させた後、溶液の液圧により固体電解質膜で基材の表面を加圧しながら、電圧を印加することで固体電解質膜の内部に含有される金属イオンを析出させることにより、基材の表面に金属被膜を成膜する。
従来の金属被膜の成膜装置及び成膜方法では、基材の表面に金属被膜を成膜する際に、陽極からの電気力線が基材の表面の成膜領域の周縁部に偏って集まり、成膜領域の周縁部に電流が集中することで、成膜領域の電流密度にバラツキが生じることがある。この結果、基材の表面の成膜領域の周縁部で金属イオンが過剰に析出し金属被膜の膜厚が増大することで、金属被膜を均一な膜厚で成膜できなくなることがある。
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、金属被膜を均一な膜厚で成膜できる金属被膜の成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
上記課題を解決すべく、本発明の金属被膜の成膜装置は、陽極と、上記陽極と陰極となる基材との間に設けられた固体電解質膜と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する電源部と、上記陽極と上記固体電解質膜との間に金属イオンを含む溶液を収容する溶液収容部と、上記溶液の液圧により上記固体電解質膜を上記陰極側に加圧する加圧部と、を備え、上記固体電解質膜で上記基材の表面を加圧しながら、上記電圧を印加することで上記固体電解質膜の内部に含有される上記金属イオンを析出させることにより、上記基材の表面に金属被膜を成膜する金属被膜の成膜装置であって、上記陽極の外周面を取り囲むように設けられた電気力線を遮蔽する遮蔽部材をさらに備えることを特徴とする。
本発明の金属被膜の成膜装置によれば、金属被膜を均一な膜厚で成膜できる。
さらに、本発明の金属被膜の成膜方法は、陽極と陰極となる基材との間に固体電解質膜を配置し、上記陽極と上記固体電解質膜との間に配置される金属イオンを含む溶液の液圧により上記固体電解質膜で上記基材の表面を加圧しながら、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することで上記固体電解質膜の内部に含有される上記金属イオンを析出させることにより、上記基材の表面に金属被膜を成膜する金属被膜の成膜方法であって、上記陽極の外周面を取り囲むように電気力線を遮蔽する遮蔽部材を配置した状態において、上記電圧を印加することで上記金属被膜を成膜することを特徴とする。
本発明の金属被膜の成膜方法によれば、金属被膜を均一な膜厚で成膜できる。
本発明によれば、金属被膜を均一な膜厚で成膜できる。
以下、本発明の金属被膜の成膜装置及び成膜方法に係る実施形態について説明する。
最初に、実施形態の概略について、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置及び成膜方法を例示して説明する。図１は、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置を示す概略斜視図である。図２Ａ～図２Ｃは、第１実施形態に係る金属被膜の成膜方法を示す概略工程断面図であり、図２Ａは、図１に示される成膜装置の溶液収容部及び基材を含む要部の概略断面を示す。図３は、図１に示される成膜装置の溶液収容部を陰極側から平面視した概略平面図である。図４（ａ）は、図２Ｂの破線枠内の拡大図である。
最初に、実施形態の概略について、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置及び成膜方法を例示して説明する。図１は、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置を示す概略斜視図である。図２Ａ～図２Ｃは、第１実施形態に係る金属被膜の成膜方法を示す概略工程断面図であり、図２Ａは、図１に示される成膜装置の溶液収容部及び基材を含む要部の概略断面を示す。図３は、図１に示される成膜装置の溶液収容部を陰極側から平面視した概略平面図である。図４（ａ）は、図２Ｂの破線枠内の拡大図である。
図１及び図２Ａに示すように、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置１は、陽極２と、陽極２と陰極となる基材４との間に設けられた固体電解質膜６と、陽極２と基材（陰極）４との間に電圧を印加する電源部８と、陽極２と固体電解質膜６との間に金属イオンを含む溶液（以下、「金属イオン溶液」ということがある。）Ｌを収容する溶液収容部１２と、金属イオン溶液Ｌの液圧により固体電解質膜６を陰極側に加圧するポンプ（加圧部）３０ｂと、を備えている。
陽極２は、溶液収容部１２の内側の上面１２ａに設けられ、溶液収容部１２の内部に金属イオン溶液Ｌに接触するように収容されており、電源部８に電気的に接続されている。陽極２の表面２ｓは、固体電解質膜６の陰極側の端面６ｓと平行となっている。基材４は台座２０の溝部２０ｈに埋設されているため、基材４の表面４ｓ及び台座２０の表面２０ｓは面一となっている。また、基材４は電源部８に電気的に接続されている。なお、基材４の表面４ｓの全体が成膜領域４ｒとなっている。陽極２を平面視した形状が、図３に示すように成膜領域４ｒを平面視した形状の矩形と相似しており、陽極２を平面視したサイズが、成膜領域４ｒを平面視したサイズより僅かに小さくなっている。溶液収容部１２の陰極側には開口部１２ｈが設けられている。固体電解質膜６は、溶液収容部１２の開口部１２ｈを覆うように設けられている。電源部８は、制御装置５０に電気的に接続されており、陽極２と基材４との間の電圧を制御するために制御装置５０から制御信号を入力できる。台座２０は、絶縁性及び金属イオン溶液への耐薬品性を有する材料から構成されている。
金属被膜の成膜装置１は、図２Ａ及び図３に示すように、陽極２の外周面２ｐを取り囲むように設けられた電気力線を遮蔽する遮蔽部材１４をさらに備えている。遮蔽部材１４は陽極２よりも陰極側に延在している。遮蔽部材１４の陰極側には開口部１４ｈが設けられており、図３に示すように、遮蔽部材１４を平面視した形状は矩形枠状となっており、遮蔽部材１４の開口部１４ｈを平面視した形状及びサイズは陽極２と同一になっている。
金属被膜の成膜装置１では、図１に示すように、溶液収容部１２の一方側に、金属イオン溶液Ｌが収容される溶液タンク３０が供給管３０ａを介して接続されており、供給管３０ａにポンプ（加圧部）３０ｂが設けられている。溶液収容部１２の他方側に、成膜後の金属イオン溶液Ｌの廃液を回収する廃液タンク４０が廃液管４０ａを介して接続されており、廃液管４０ａに開閉弁４０ｂが設けられている。ポンプ３０ｂ及び開閉弁４０ｂは、制御装置５０に電気的に接続されており、それらの動作を制御するために制御装置５０から制御信号を入力できる。このような成膜装置１の構成によって、開閉弁４０ｂを閉じた状態とすることで、溶液収容部１２の内部を、金属イオン溶液Ｌを収容する密閉空間にすることができる。ポンプ３０ｂを駆動することで、この密閉空間に対し供給管３０ａを介して溶液タンク３０から金属イオン溶液Ｌを供給でき、この密閉空間に収容される金属イオン溶液Ｌの液圧を所望値に調整できる。開閉弁４０ｂを開くことで、廃液管４０ａを介して成膜後の金属イオン溶液Ｌの廃液を廃液タンク４０に送ることができる。
さらに、金属被膜の成膜装置１では、溶液収容部１２の上部に移動装置５２が連結されている。移動装置５２は、溶液収容部１２を固体電解質膜６と一緒に基材４に向かって移動させることにより、固体電解質膜６を基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒに接触させるものである。移動装置５２は、制御装置５０に電気的に接続されており、その動作を制御するために制御装置５０から制御信号を入力できる。
また、溶液収容部１２の内部の密閉空間に収容される金属イオン溶液Ｌの液圧を測定する圧力計５４が設けられている。圧力計５４は、制御装置５０に電気的に接続されており、圧力計５４で測定される金属イオン溶液Ｌの液圧値を信号として出力できる。
制御装置５０は、電源部８、ポンプ３０ｂ及び開閉弁４０ｂ、移動装置５２、並びに圧力計５４に電気的に接続されている。制御装置５０は、電源部８、ポンプ３０ｂ及び開閉弁４０ｂ、並びに移動装置５２を制御するために制御信号を出力でき、圧力計５４から信号として出力される液圧値を入力できる。
第１実施形態に係る金属被膜の成膜方法では、金属被膜の成膜装置１を用い、基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒに金属被膜Ｍを成膜する。以下、その工程について説明する。
まず、図１及び図２Ａに示すように、基材４の表面４ｓ及び台座２０の表面２０ｓが面一となるように、基材４を台座２０の溝部２０ｈに埋設し、電源部８を基材４に電気的に接続する。そして、陽極２と陰極となる基材４との間に固体電解質膜６を配置する。これとともに、陽極２の表面２ｓ及び基材４の表面４ｓが平行となり、かつ平面視した場合に陽極２の外周面２ｐが基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒの周縁４ｐの内側にくるように、陽極２に対する基材４のアライメントを調整する。
次に、制御装置５０から制御信号を入力することで移動装置５２を駆動することにより、図２Ｂに示すように、溶液収容部１２と一緒に固体電解質膜６を基材４に向かって移動させることにより、固体電解質膜６の陰極側の端面６ｓを基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒに接触させる。この際、図４（ａ）に示すように、遮蔽部材１４の陰極側の端面１４ｓを基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒの周縁部に対向させる（遮蔽部材の縮小幅Ｗ＞０）。
次に、制御装置５０から制御信号を入力することで開閉弁４０ｂを閉じた状態とすることにより、溶液収容部１２の内部を、金属イオン溶液Ｌを収容する密閉空間にする。続いて、この状態で、制御装置５０から制御信号を入力することでポンプ３０ｂを駆動することにより、この密閉空間に対し供給管３０ａを介して溶液タンク３０から金属イオン溶液Ｌを供給し、この密閉空間に収容される金属イオン溶液Ｌの圧力計５４で測定される液圧を所望値に調整する。さらに、制御装置５０から制御信号を入力することで電源部８を制御することにより、陽極２と基材４との間に電圧を印加し、この電圧を所望値に調整する。このようにすることで、図２Ｃに示すように、陽極２と固体電解質膜６との間に配置される金属イオンを含む金属イオン溶液Ｌの液圧により固体電解質膜６で基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒを加圧しながら、陽極２と基材４との間に電圧を印加することで固体電解質膜６の内部に含有される金属イオンを析出させる。これにより、基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒに金属被膜Ｍを成膜する。
従って、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置及び成膜方法によれば、陽極２の外周面２ｐを取り囲むように電気力線を遮蔽する遮蔽部材１４を配置した状態で陽極２と基材４との間に電圧を印加することにより、陽極２からの電気力線を遮蔽部材１４で遮蔽し、基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒの周縁部への電流の集中を抑制できる。よって、基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒの電流密度のバラツキを抑制できるため、金属被膜Ｍを均一な膜厚で成膜できる。さらに、遮蔽部材１４が陽極２よりも陰極側に延在していることで電気力線を効果的に遮蔽できる。また、電圧を印加する際に遮蔽部材１４の陰極側の端面を基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒの周縁部に対向させることで、遮蔽部材１４での電気力線の遮蔽により基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒの周縁部への電流の集中を容易に抑制できる。続いて、実施形態に係る金属被膜の成膜装置及び成膜方法の構成の詳細について説明する。
１．遮蔽部材
遮蔽部材は、上記陽極の外周面を取り囲むように設けられた電気力線を遮蔽するものである。
遮蔽部材は、上記陽極の外周面を取り囲むように設けられた電気力線を遮蔽するものである。
遮蔽部材としては、第１実施形態に係る遮蔽部材のように、上記陽極よりも上記陰極側に延在するものが好ましい。電気力線を効果的に遮蔽できるからである。
図５は、第２実施形態に係る金属被膜の成膜装置を示す概略断面図であり、溶液収容部及び基材を含む要部の概略断面を示す。遮蔽部材としては、第２実施形態に係る遮蔽部材１４のように、遮蔽部材１４の陰極側の端面１４ｓが陽極２の表面２ｓと面一となるものでもよい。このような遮光部材であっても、陽極の表面を基材の表面の成膜領域に近づけることで基材の表面の成膜領域の周縁部への電流の集中を抑制できる。
遮蔽部材を平面視した形状及びサイズは、特に限定されないが、通常、陽極を平面視した形状及びサイズに応じたものとなる。このため、遮蔽部材を平面視した形状は、第１実施形態のように、陽極を平面視した形状が矩形である場合には矩形枠状となり、陽極を平面視した形状が円形である場合にはドーナツ状となる。また、遮蔽部材の開口部を平面視した形状及びサイズは、特に限定されないが、通常、陽極と同一となる。
遮蔽部材の材料としては、電気力線を遮蔽可能な絶縁体であれば特に限定されないが、金属イオンを含む溶液への耐薬品性を有するものが好ましく、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＶＣ（塩化ビニール）、ＰＰ（ポリプロピレン）等が好ましい。電気力線を効果的に遮蔽可能であり、かつ耐薬品性が高いからである。遮蔽部材の厚さとしては、電気力線を遮蔽可能な厚さであれば特に限定されないが、例えば、数ｍｍ程度が好ましい。
２．陽極
陽極は、特に限定されないが、例えば、金属イオンを含む溶液への耐薬品性を有し、かつ陽極として作用可能な導電率を有するものである。
陽極は、特に限定されないが、例えば、金属イオンを含む溶液への耐薬品性を有し、かつ陽極として作用可能な導電率を有するものである。
陽極の形状としては、特に限定されないが、第１実施形態に係る陽極のように、陽極の表面が固体電解質の陰極側の端面と平行なものが好ましい。また、陽極を平面視した形状及びサイズは、特に限定されないが、通常、基材の表面の成膜領域を平面視した形状及びサイズに応じたものとなる。陽極から成膜領域に向かう電気力線を均一にすることができ、膜厚の均一性に優れた金属被膜を成膜できるからである。このような形状及びサイズとしては、第１実施形態に係る陽極のように、平面視した形状が基材の表面の成膜領域と相似であり、かつ平面視したサイズが基材の表面の成膜領域より小さいか若しくは大きいもの、平面視した形状及びサイズが基材の表面の成膜領域と同一のもの等が挙げられる。
陽極の材料としては、特に限定されないが、例えば、金属イオンの金属よりもイオン化傾向が低い（金属イオンの金属よりも標準電極電位が高い）、金属イオンの金属よりも貴なる金属などが挙げられる。このような金属としては、例えば、金等が挙げられる。
３．固体電解質膜
固体電解質膜は、上記陽極と陰極となる基材との間に設けられたものである。
固体電解質膜は、上記陽極と陰極となる基材との間に設けられたものである。
固体電解質膜は、固体電解質からなり、金属イオンを含む溶液を接触させることで金属イオンを内部に含有させ、かつ陽極と陰極との間に電圧を印加することで固体電解質膜の内部に含有される金属イオンを基材の表面に析出させるものである。固体電解質膜としては、このようなものであれば特に限定されないが、例えば、デュポン社製のナフィオン（登録商標）等のフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸膜、旭硝子社製セレミオン（ＣＭＶ、ＣＭＤ、ＣＭＦ等）等のイオン交換機能を有する膜などが挙げられる。
４．溶液収容部
溶液収容部は、上記陽極と上記固体電解質膜との間に金属イオンを含む溶液（以下、「金属イオン溶液」ということがある。）を収容するものである。
溶液収容部は、上記陽極と上記固体電解質膜との間に金属イオンを含む溶液（以下、「金属イオン溶液」ということがある。）を収容するものである。
溶液収容部の材料は、陽極と固体電解質膜との間に金属イオン溶液を収容可能なものであれば特に限定されないが、金属イオン溶液への耐薬品性を有し、電気力線を遮蔽可能なものが好ましい。
金属イオン溶液は、金属被膜に含まれる金属を金属イオンの状態で含む溶液である。金属イオンの金属としては、特に限定されないが、例えば、銅、ニッケル、銀、金等が挙げられる。金属イオン溶液は、金属イオンの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸ニッケル、ピロリン酸当の酸で溶解したものである。
５．その他
電源部は、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加するものである。加圧部は、上記溶液の液圧により上記固体電解質膜を上記陰極側に加圧するものである。
電源部は、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加するものである。加圧部は、上記溶液の液圧により上記固体電解質膜を上記陰極側に加圧するものである。
加圧部としては、特に限定されないが、例えば、第１実施形態に係る加圧部のように、溶液収容部の内部に金属イオン溶液を供給し、溶液収容部の内部の金属イオン溶液の液圧を調整し、金属イオン溶液の液圧により固体電解質膜を陰極側に加圧するポンプ等が挙げられる。
６．金属被膜の成膜装置
金属被膜の成膜装置は、上記固体電解質膜で上記基材の表面を加圧しながら、上記電圧を印加することで上記固体電解質膜の内部に含有される上記金属イオンを析出させることにより、上記基材の表面に金属被膜を成膜するものである。
金属被膜の成膜装置は、上記固体電解質膜で上記基材の表面を加圧しながら、上記電圧を印加することで上記固体電解質膜の内部に含有される上記金属イオンを析出させることにより、上記基材の表面に金属被膜を成膜するものである。
金属被膜の成膜装置としては、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置のように、上記電圧を印加する際に上記遮蔽部材の上記陰極側の端面を上記基材の表面の成膜領域の周縁部に対向させるものが好ましい。遮蔽部材での電気力線の遮蔽により基材の表面の成膜領域の周縁部への電流の集中を容易に抑制できるからである。
ここで、「基材の表面の成膜領域」とは、基材の表面のうちの金属被膜が成膜される領域を指す。基材の表面の成膜領域としては、第１実施形態のように基材の表面の全体でもよいし、基材の表面の一部でもよい。
また、ここで、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、第１実施形態に係る変形例の図４（ａ）に対応する拡大図である。「上記遮蔽部材の上記陰極側の端面を上記基材の表面の成膜領域の周縁部に対向させる」とは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、基材の表面の成膜領域の周縁部への電流の集中を抑制することで基材の表面の成膜領域の電流密度のバラツキを抑制できるように遮蔽部材の縮小幅Ｗ≧０とすることを指す。なお、「遮蔽部材の縮小幅Ｗ」とは、図４（ａ）～図４（ｃ）に示すように、基材４の表面４ｓを平面視した場合の成膜領域４ｒの周縁４ｐから遮蔽部材１４の内周面１４ｗまでの距離について、遮蔽部材１４の内周面１４ｗが成膜領域４ｒの周縁４ｐよりも内側の場合に正の値で表し、遮蔽部材１４の内周面１４ｗが成膜領域４ｒの周縁４ｐよりも外側の場合に負の値で表したものを指す。なお、「電流密度のバラツキ」とは、例えば、（成膜領域の電流密度の最大値－成膜領域の電流密度の最小値）／成膜領域の中央での電流密度×１００［％］で表されるものである。
金属被膜の成膜装置としては、図４（ｃ）に示すように、電圧を印加する際に、遮蔽部材１４の陰極側の端面１４ｓを基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒの周縁部に対向させずに、遮蔽部材の縮小幅Ｗ＜０とするものでもよい。このような場合でも、基材の表面の成膜領域の電流密度のバラツキを抑制できる。
金属被膜の成膜装置では、遮蔽部材の縮小幅Ｗとともに遮蔽部材のギャップＤを適宜設定することで遮蔽部材による電気力線の遮蔽作用を調整できる。なお、「遮蔽部材のギャップＤ」とは、図４（ａ）～図４（ｃ）に示すように、遮蔽部材１４の陰極側の端面１４ｓから固体電解質膜６の陰極側の端面６ｓまでの距離を指し、電圧を印加する際における遮蔽部材１４の陰極側の端面１４ｓから基材４の表面４ｓまでの距離に相当する。
ここで、第１実施形態に係る金属被膜の成膜装置１において、陽極２及び遮蔽部材１４の開口部１４ｈを平面視したサイズ、並びに遮蔽部材１４が陰極側に延材する長さを調整することで、遮蔽部材１４の縮小幅Ｗ及びギャップＤの比率を変化させた場合について、陽極と陰極との間に電圧を印加する際の成膜領域の電流密度を解析した結果について説明する。解析では、解析用ソフトウェアとして、ダッソー・システムズ社製Ａｂａｑｕｓを使用した。また、長辺と平行な評価方向での成膜領域の中央から周縁までの距離に対する遮蔽部材の縮小幅Ｗの割合を縮小幅Ｗの比率とし、この距離に対する遮蔽部材のギャップＤの割合をギャップＤの比率とした。そして、遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率及び遮蔽部材のギャップＤの比率を各値に設定した場合について、成膜領域の各位置の電流密度を計算し、成膜領域の電流密度分布を求めた。図６（ａ）は、遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率＝２．５％及び遮蔽部材のギャップＤの比率＝２０％の条件で解析した成膜領域の電流密度分布を示す画像であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示される長辺と平行な評価方向での成膜領域の中央から周縁までの電流密度の変化を示すグラフである。このグラフでは、評価方向での成膜領域の中央から周縁までの距離を１として、横軸の評価方向での成膜領域の中央からの距離が表されており、評価方向での成膜領域の中央の電流密度を１として、縦軸の電流密度が表されている。
上記の解析結果から、遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率及び遮蔽部材のギャップＤの比率を各値に設定した場合について、電流密度のバラツキを計算した結果について説明する。この計算では、成膜領域の電流密度の最大値及び最小値として、図６（ｂ）に示すような評価方向での成膜領域の中央から周縁までの電流密度の最大値及び最小値を用い、（成膜領域の電流密度の最大値－成膜領域の電流密度の最小値）／成膜領域の中央での電流密度×１００［％］で表される電流密度のバラツキを計算した。図７は、遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率を各値に設定した場合について遮蔽部材のギャップＤの比率に対する電流密度のバラツキの変化を示すグラフである。図８は、遮蔽部材のギャップＤの比率を各値に設定した場合について遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率に対する電流密度のバラツキの変化を示すグラフである。図９は、遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率及び遮蔽部材のギャップＤの比率をそれぞれＸ座標及びＹ座標とする座標系において、電流密度のバラツキが３０％以下となる座標を点で示すとともに電流密度のバラツキが３０％以下となる好ましい範囲を示すグラフである。
金属被膜の成膜装置としては、遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率及び遮蔽部材のギャップＤの比率の組み合わせが、図９に示される（－２，０）、（－２，５）、（２，１６）、（５，１６）、（５，１２）、及び（０，０）の座標を頂点とする範囲内に含まれるものが好ましい。電流密度のバラツキが３０％以下となり、金属被膜を均一な膜厚で成膜できる効果が顕著となるからである。
７．金属被膜の成膜方法
金属被膜の成膜方法は、陽極と陰極となる基材との間に固体電解質膜を配置し、上記陽極と上記固体電解質膜との間に配置される金属イオンを含む溶液の液圧により上記固体電解質膜で上記基材の表面を加圧しながら、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することで上記固体電解質膜の内部に含有される上記金属イオンを析出させることにより、上記基材の表面に金属被膜を成膜する金属被膜の成膜方法であって、上記陽極の外周面を取り囲むように電気力線を遮蔽する遮蔽部材を配置した状態において、上記電圧を印加することで上記金属被膜を成膜することを特徴とする。
金属被膜の成膜方法は、陽極と陰極となる基材との間に固体電解質膜を配置し、上記陽極と上記固体電解質膜との間に配置される金属イオンを含む溶液の液圧により上記固体電解質膜で上記基材の表面を加圧しながら、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することで上記固体電解質膜の内部に含有される上記金属イオンを析出させることにより、上記基材の表面に金属被膜を成膜する金属被膜の成膜方法であって、上記陽極の外周面を取り囲むように電気力線を遮蔽する遮蔽部材を配置した状態において、上記電圧を印加することで上記金属被膜を成膜することを特徴とする。
金属被膜の成膜方法としては、第１実施形態に係る金属被膜の成膜方法のように、上記遮蔽部材が上記陽極よりも上記陰極側に延在する方法が好ましい。電気力線を効果的に遮蔽できるからである。また、金属被膜の成膜方法としては、第１実施形態に係る金属被膜の成膜方法のように、上記電圧を印加する際に上記遮蔽部材の上記陰極側の端面を上記基材の表面の成膜領域の周縁部に対向させる方法が好ましい。遮蔽部材での電気力線の遮蔽により基材の表面の成膜領域の周縁部への電流の集中を容易に抑制できるからである。
ここで、第３実施形態に係る金属被膜の成膜方法である配線パターンの成膜方法について、従来技術と比較して説明する。図１０は、従来技術に係る配線パターンの成膜方法の要部を示す概略断面図である。図１０には、配線の延伸方向と垂直な評価方向での成膜領域の中央から周縁までの電流密度の相対的な変化を点で表すグラフを併せて示す。これに対し、図１１は、第３実施形態に係る金属被膜の成膜方法である配線パターンの成膜方法の要部を示す概略断面図である。
従来技術に係る配線パターンの成膜方法では、図１０に示すように、シード層付き基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒに銅被膜（金属被膜、図示せず）を成膜する。シード層付き基材４は、絶縁性基材４Ａと、絶縁性基材４Ａの表面４Ａｓに設けられた導電性の下地層４Ｂと、下地層４Ｂの表面４Ｂｓに設けられたシード層４Ｃとを有している。下地層４Ｂの表面４Ｂｓのシード層４Ｃが設けられていない露出領域は、酸化物を含んでおり、シード層４Ｃの表面４Ｃｓに比べて金属イオンの還元反応に対する活性化エネルギーが高いと推察される。シード層４Ｃは、ライン／スペース＝１００μｍ／１００μｍの銅配線４ＣＬを含む配線パターンを有している。従来技術に係る配線パターンの成膜方法において、シード層付き基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒに銅被膜を成膜する場合には、図１０に示すように、陽極２と固体電解質膜６との間に配置される銅イオンを含む金属イオン溶液Ｌの液圧により、固体電解質膜６をシード層４Ｃ及び下地層４Ｂに倣うように変形させ、固体電解質膜６でシード層４Ｃの表面４Ｃｓ及び下地層４Ｂの表面４Ｂｓを加圧しながら、陽極２とシード層４Ｃ及び下地層４Ｂとの間に電圧を印加することで固体電解質膜６の内部に含有される銅イオンを析出させる。これにより、シード層付き基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒのうちのシード層４Ｃの表面４Ｃｓに銅被膜を成膜する。この際にも、図１０に併せて示す電流密度のグラフからわかるように、成膜領域４ｒの周縁部にある銅配線４ＣＬに電流が集中することで、シード層４Ｃの複数の銅配線４ＣＬの電流密度にバラツキが生じることがある。
これに対し、第３実施形態に係る配線パターンの成膜方法においては、同様のシード層付き基材４の表面４ｓの成膜領域４ｒに銅被膜（金属被膜、図示せず）を成膜する場合には、図１１に示すように、陽極２の外周面２ｐを取り囲むように電気力線を遮蔽する遮蔽部材１４を配置した状態で陽極２と下地層４Ｂ及びシード層４Ｃとの間に電圧を印加することにより、陽極２からの電気力線を遮蔽部材１４で遮蔽し、成膜領域４ｒの周縁部にある銅配線４ＣＬへの電流の集中を抑制できる。よって、成膜領域４ｒにあるシード層４Ｃの複数の銅配線４ＣＬの電流密度にバラツキが生じることを抑制できるため、銅被膜を均一な膜厚で成膜した複数の銅配線４ＣＬを含む配線パターンを形成できる。
陰極となる基材としては、陰極となり、金属被膜を成膜可能なものであれば特に限定されないが、アルミニウム等の金属からなる基材、樹脂やシリコン基材等の処理表面に金属下地層が設けられた基材などの他に、第３実施形態に係るシード層付き基材のように、絶縁性基材の表面上に配線パターンが設けられた配線パターン付き基材などが挙げられる。実施形態によれば、配線パターン付き基材の配線パターンの表面に金属被膜を成膜する場合には、成膜領域の周縁部にある配線への電流の集中を抑制でき、金属被膜を均一な膜厚で成膜した複数の配線を含む配線パターンを形成できる。
なお、金属被膜の成膜方法を使用する場合には、例えば、実施形態に係る金属被膜の成膜装置を使用し、金属被膜を成膜することができる。
以上、本発明に係る実施形態について詳述したが、本発明は、上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。
１ 金属被膜の成膜装置
２ 陽極
２ｓ 陽極の表面
２ｐ 陽極の外周面
４ 基材（陰極）
４ｓ 基材の表面
４ｒ 基材の表面の成膜領域
４ｐ 成膜領域の周縁
６ 固体電解質膜
６ｓ 固体電解質膜の陰極側の端面
８ 電源部
１２ 溶液収容部
１２ｈ 溶液収容部の開口部
１４ 遮蔽部材
１４ｓ 遮蔽部材の陰極側の端面
１４ｈ 遮蔽部材の開口部
１４ｗ 遮蔽部材の内周面
３０ｂ ポンプ（加圧部）
Ｌ 金属イオン溶液
Ｍ 金属被膜
２ 陽極
２ｓ 陽極の表面
２ｐ 陽極の外周面
４ 基材（陰極）
４ｓ 基材の表面
４ｒ 基材の表面の成膜領域
４ｐ 成膜領域の周縁
６ 固体電解質膜
６ｓ 固体電解質膜の陰極側の端面
８ 電源部
１２ 溶液収容部
１２ｈ 溶液収容部の開口部
１４ 遮蔽部材
１４ｓ 遮蔽部材の陰極側の端面
１４ｈ 遮蔽部材の開口部
１４ｗ 遮蔽部材の内周面
３０ｂ ポンプ（加圧部）
Ｌ 金属イオン溶液
Ｍ 金属被膜
Claims (6)
- 陽極と、前記陽極と陰極となる基材との間に設けられた固体電解質膜と、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加する電源部と、前記陽極と前記固体電解質膜との間に金属イオンを含む溶液を収容する溶液収容部と、前記溶液の液圧により前記固体電解質膜を前記陰極側に加圧する加圧部と、を備え、前記固体電解質膜で前記基材の表面を加圧しながら、前記電圧を印加することで前記固体電解質膜の内部に含有される前記金属イオンを析出させることにより、前記基材の表面に金属被膜を成膜する金属被膜の成膜装置であって、
前記陽極の外周面を取り囲むように設けられた電気力線を遮蔽する遮蔽部材をさらに備え、
前記遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率（％）及び前記遮蔽部材のギャップＤの比率（％）をそれぞれＸ座標及びＹ座標とする座標系において、前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗの前記比率（％）及び前記ギャップＤの前記比率（％）の組み合わせが、（－２，０）、（－２，５）、（２，１６）、（５，１６）、（５，１２）、及び（０，０）の座標を頂点とする範囲内に含まれ、
前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗは、前記基材の前記表面のうちの前記金属被膜が成膜される成膜領域を平面視した場合の前記成膜領域の周縁から前記遮蔽部材の内周面までの距離について、前記遮蔽部材の前記内周面が前記成膜領域の前記周縁よりも内側の場合に正の値で表し、前記遮蔽部材の前記内周面が前記成膜領域の前記周縁よりも外側の場合に負の値で表したものであり、
前記遮蔽部材の前記ギャップＤは、前記遮蔽部材の前記陰極側の端面から前記固体電解質膜の前記陰極側の端面までの距離であり、
前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗの前記比率（％）は、前記成膜領域の中央から前記周縁までの距離に対する前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗの割合であり、前記遮蔽部材の前記ギャップＤの前記比率（％）は、前記成膜領域の前記中央から前記周縁までの距離に対する前記遮蔽部材の前記ギャップＤの割合であることを特徴とする金属被膜の成膜装置。 - 前記遮蔽部材は前記陽極よりも前記陰極側に延在することを特徴とする請求項１に記載の金属被膜の成膜装置。
- 前記電圧を印加する際に前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗ≧０が成立することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属被膜の成膜装置。
- 陽極と陰極となる基材との間に固体電解質膜を配置し、前記陽極と前記固体電解質膜との間に配置される金属イオンを含む溶液の液圧により前記固体電解質膜で前記基材の表面を加圧しながら、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することで前記固体電解質膜の内部に含有される前記金属イオンを析出させることにより、前記基材の表面に金属被膜を成膜する金属被膜の成膜方法であって、
前記陽極の外周面を取り囲むように電気力線を遮蔽する遮蔽部材を配置した状態において、前記電圧を印加することで前記金属被膜を成膜し、
前記電圧を印加する際に前記陽極の前記外周面を取り囲むように前記遮蔽部材を配置した前記状態において、前記遮蔽部材の縮小幅Ｗの比率（％）及び前記遮蔽部材のギャップＤの比率（％）をそれぞれＸ座標及びＹ座標とする座標系において、前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗの前記比率（％）及び前記ギャップＤの前記比率（％）の組み合わせが、（－２，０）、（－２，５）、（２，１６）、（５，１６）、（５，１２）、及び（０，０）の座標を頂点とする範囲内に含まれ、
前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗは、前記基材の前記表面のうちの前記金属被膜が成膜される成膜領域を平面視した場合の前記成膜領域の周縁から前記遮蔽部材の内周面までの距離について、前記遮蔽部材の前記内周面が前記成膜領域の前記周縁よりも内側の場合に正の値で表し、前記遮蔽部材の前記内周面が前記成膜領域の前記周縁よりも外側の場合に負の値で表したものであり、
前記遮蔽部材の前記ギャップＤは、前記遮蔽部材の前記陰極側の端面から前記固体電解質膜の前記陰極側の端面までの距離であり、
前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗの前記比率（％）は、前記成膜領域の中央から前記周縁までの距離に対する前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗの割合であり、前記遮蔽部材の前記ギャップＤの前記比率（％）は、前記成膜領域の前記中央から前記周縁までの距離に対する前記遮蔽部材の前記ギャップＤの割合であることを特徴とする金属被膜の成膜方法。 - 前記遮蔽部材は前記陽極よりも前記陰極側に延在することを特徴とする請求項４に記載の金属被膜の成膜方法。
- 前記電圧を印加する際に前記遮蔽部材の前記縮小幅Ｗ≧０が成立することを特徴とする請求項４又は５に記載の金属被膜の成膜方法。
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