JPH04206729A - 配線形成装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は試料基板の表面に配線パターンを形成する配線
形成装置およびその方法に係り、特に微細な配線パター
ンを試料基板表面に容易に形成することができる配線形
成装置およびその方法に関する。

（従来の技術） 従来の配線形成装置の中には、半導体基板の表面に配線
パターンを形成したものがある。この配線形成装置は、
蒸着やスパッタリング等により試料基板表面に薄膜を付
着させた後、その上にレジストを塗布し、電子ビームや
レーザビーム、紫外線等を用いて描画し、その後、所望
部分のレジストを取り除いて再び薄膜をエツチングし、
半導体表面に配線パターンを形成するようになっている
。

また一方、セラミックス基板に配線パターンを形成した
配線形成装置も従来から存在する。この配線形成装置は
半導体基板を用いたものと異なり配線ルールが大きくな
ってきているため、メタルマスク等を用いてマスキング
することもあるが、基本的には半導体基板表面への配線
パターンの形成と同様である。

（発明が解決しようとする課題） 試料基板として半導体やセラミックス基板に配線パター
ンを形成する従来の配線形成装置は、メタルマスク等を
必要とするため配線パターン形成上の自由度が少なく、
微細な配線パターンを試料基板表面に形成することが困
難であり、高価なものとなっていた。

一方、液噴射ノズルを用いて紙や高分子樹脂等にインク
液を噴射して文字等の標章を描く液インジェクション装
置があるが、この液インジェクション装置は配線パター
ンの形成を目的としたものではなく、微細な配線パター
ンを描くのは不向きで、困難であった。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、試
料基板の表面に配線パターンを自由にかつ容易に形成す
ることができる配線形成装置およびその方法を提供する
ことを目的とする。

本発明の他の目的は、μｍオーダの微細な配線パターン
を容易に形成できる配線形成装置およびその方法を提供
することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明に係る配線形成装置は、上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載したように試料基板を支持する
試料支持体と、この試料支持体に支持された試料基板を
先端が臨むように設けられた探針と、探針を試料基板に
対して相対的に移動走査させる駆動装置と、前記探針に
穿設された液通過孔にメッキ液あるいは無電解メッキ活
性化液を供給する液ポンプとを備えたものである。

また、本発明の配線形成方法は、上述した課題を解決す
るために、請求項２に記載したように試料基板の表面に
探針の先端を臨ませる一方、上記探針の液通過孔に液ポ
ンプによりメッキ液を送り込み、上記探針と試料基板と
の間にメッキ液を満たした状態で探針と試料基板との間
に電界を作用させつつ探針を試料基板に対して相対的に
移動走査させて局所的な電気メッキを試料基板の表面に
施し、上記試料基板の表面に配線パターンを形成する方
法である。

さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る
配線形成装置は、請求項３に記載したように試料基板の
表面に探針の先端を臨ませる一方、上記探針の液通過孔
に液ポンプにより無電解メッキ活性化液を送り込み、こ
の活性化液を探針と試料基板との間で満たして試料基板
表面を局所的に活性化させつつ探針を試料基板に対して
相対的に移動走査させた後、上記試料基板を無電解メッ
キ液に接触させて活性化部分のみにメッキ層を形成し、
試料基板の表面にメッキ層の配線パターンを形成する方
法である。

（作用） 本発明は、上述した構成としたので、試料支持体に支持
された試料基板に、探針の先端を臨ませ、液ポンプによ
り、メッキ液あるいは無電解メッキ活性化液を探針の液
通過孔に送り込み、探針と試料基板との間をメッキ液あ
るいは無電解メッキ活性化液で満たす。

電気メッキの場合には、探針と試料基板との間をメッキ
液で満たした状態で、探針と試料基板との間に電界を作
用させつつ、駆動装置により探針を試料基板に対して相
対的に移動走査させ、試料基板の表面に局所的な電気メ
ッキを施すことにより、メッキ層の配線パターンを試料
基板の表面に高い自由度で容易に形成することができる
。

また、無電解メッキの場合には、探針と試料基板との間
を無電解メッキ活性化液で満たした状態で、試料基板の
表面を局所的に活性化させつつ探針を試料基板に対して
相対的に移動走査させて試料基板の表面に活性化したパ
ターン面を局所的に形成し、続いて試料基板を無電解メ
ッキ液に接触させ、活性化パターン面のみにメッキ層を
形成し、試料基板の表面にメッキ層の配線パターンを容
易に形成することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。

図１は、本発明に係る配線形成装置の原理を示す模式図
である。この配線形成装置１０は半導体基板やセラミッ
クス基板等の試料基板１１を支持する試料支持体１２を
備えている。試料支持体１２はパルスモータ等の支持体
駆動機構１３により回転あるいは水平方向の駆動走査が
行なわれるようになっている。

一方、試料支持体１２に支持された試料基板１１に探針
１４の先端が臨むように設けられており、この探針１４
は超音波モータやピエゾ抵抗素子等を用いた探針駆動機
構１５により水平方向および垂直方向に移動走査自在に
支持される。探針駆動機構１５および支持体駆動機構１
３により探針１４を試料基板１１の表面に沿うＸ−Ｙ方
向およびこのＸＹ面に垂直なＺ方向に相対移動可能な駆
動装置１６が構成される。

また、探針１４には液通過孔１８が軸方向に貫通して形
成されている。この液通過孔１８は、例えば０．０２μ
ｍ〜３０μｍの孔径を有し、接続管１９を介して液ポン
プ２０に接続される。この液ポンプ２０には定流量ポン
プが用いられる一方、液ポンプ２０のポンプ作動により
メッキ液や無電解メッキ活性化液が吐出され、探針１４
の液通過孔１８に送り込まれるようになっている。探針
１４用材料には、強酸性や強アルカリ性のメッキ液が多
いので、耐食性に優れたＰｔやＡｕまたはその合金材料
が望ましい。ＷやＴａのような高融点金属材料で探針１
４を作ってもよい。

さらに、探針１４は、その先端表面に形成される液滴を
粗大化させないために、破水性の非導電材料または樹脂
材料で形成したり、コーティングしてもよい。例えば、
フッ素樹脂はメッキ液や無電解メッキ活性化液とのぬれ
性が悪いため、好適なコーティング材料である。また、
フッ素化合物で探針１４を作った場合は、金属材でコー
ティングするのもよい。さらに、セラミックスで探針を
作る場合、この探針１４は無電解メッキ用に限定される
。

次に、配線形成装置を用いて配線パターンを形成する方
法を説明する。

この配線形成装置１０を用いて試料基板１１に配線パタ
ーンを電気メッキ法により形成する場合には、探針１４
と試料基板１１との間に電界をかけるため、試料基板１
１には導電性のものが使用される。

しかして、試料支持体１２上に、Ｓ　１０２膜を表面に
形成したＳｊウェーハ等の試料基板１１を設置し、この
試料基板１１の表面に探針１４の先端が臨むように探針
駆動機構１５を駆動させ、接近させる。

続いて、液ポンプ２０を駆動させてメッキ液を探針１４
の液通過孔１８に送り込み、この液通過孔１８からメッ
キ液２１を滴下して探針１４と試料基板１１表面との間
をメッキ液２１で満たす。

この状態で駆動装［１１６である支持体駆動機構１３や
探針駆動機構１５を駆動させて、試料基板１１の表面上
を探針１４の先端が接触しないように相対的に移動走査
させ、試料基板１１の表面を局所的に電気メッキし、メ
ッキ層による配線パターンを形成する。

ところで、探針１４を試料基板１１上で相対的に移動走
査させるには、探針駆動機構１５により探針自身を走査
させる場合と、支持体駆動機構１３により試料支持体１
２を走査させる場合と、双方の駆動機構１３．１５を同
時に走査させる場合がある。探針１４を試料基板１１に
対して相対的に粗動させる場合には、パルスモータ等に
より移動させることがよく、より微動走査になると超音
波モータやピエゾ抵抗素子を用いて動かすのがよい。

その際、探針１４と試料基板１１との衝突を避けるため
に、図示しないレーザ装置を使用して試料基板１１と探
針１４との間の距離を常時測定したり、あるいは、探針
１４等に走査型トンネル顕微鏡（図示せず）を設けて、
トンネル電流をモニタリングしなから探針１４と試料基
板１１との距離を測定したり、さらに、表面粗さ計を用
いて試料基板１１の表面粗さ分布を予めモニタリングし
ておいて、この表面粗さに応じて駆動装置１６を駆動さ
せるとよい。

なお、探針１４の表面をダイヤモンドのような硬い被膜
で覆った場合には、探針１４を試料基板１１の表面に接
触させつつ移動走査させてもよい。

探針１４の相対的移動走査により試料基板１１の表面に
配線パターンが電気メッキにより形成されるが、配線パ
ターンの線幅と探針１４の液通過孔１８の孔径との関係
は、探針１４と試料基板１１との相対移動走査速度やメ
ッキ液等の温度、圧力、粘性等にも依存するが、これら
を所要の一定値としたとき、図２に示すように表わされ
る。図２から試料基板１１に形成させる配線パターンの
サイズ（線幅）により、液通過孔１８の孔径を選択すれ
ばよいことがわかる。

また、配線形成装置１０を用いて無電解メッキを行なう
場合は、試料基板１１の材料は電気メッキの場合と異な
り問われない。この場合には、無電解メッキ活性化液は
市販のものでよく、この無電解メッキ活性化液は、液ポ
ンプ２０により探針１４の液通過孔１８に送り込まれ、
探針１４の先端から活性化液が滴下される。この活性化
液を探針１４と試料基板１１との間で満たし、この状態
で駆動装置１６により探針１４を試料基板１１に対して
相対的に移動走査させることにより、試料基板１１の表
面を局所的に活性化させ、活性化したパターンを形成す
ることができる。

続いて、活性化パターン面が形成された試料基板１１を
無電解メッキ液に接触させることにより、実際には無電
解メッキ液中に浸漬させて無電解メッキ液の温度と時間
を制御することにより、試料基板１１の表面上で配線パ
ターンが拡がるのを防止できる。このようにして、試料
基板１１の表面にメッキ層が施された配線パターンが形
成される。

図３は本発明に係る配線形成装置の代表的な実施例を示
すものである。この配線形成装置１０Ａは、ＳｉＯ２膜
を表面に形成したＳｉウェーハ等の試料基板２５に配線
パターンを描＜ｐｔ等の探針２６が臨んでおり、この探
針２６は探針駆動機構２７により移動走査せしめられる
。探針駆動機構２７は探針２６に付設されたテトラポッ
ト型ピエゾ抵抗素子２８とこのピエゾ抵抗素子２８を制
御する制御回路２９とを備えている。上記探針駆動機構
２７により、探針２６は試料基板２５の表面に沿うＸ−
Ｙ方向、またその表面に垂直な２方向に駆動走査される
ようになっている。

一方、試料基板２５を支持する試料支持体（ｒｇ：ｉ示
せず）は、図１に示すものと同様、支持体駆動機構によ
り駆動され、この支持体駆動機構と探針駆動機構２７と
により探針２６を試料基板２５に対して相対的に移動走
査せる駆動装置３０が構成される。

探針２６には例えば０．　２μｍの孔径の液通過孔３１
が軸方向に貫通して穿設されており、この液通過孔３１
は接続管３２を介して液ポンプとしての定流量ポンプ３
３に接続される。定流量ポンプ３３は液だめである貯液
タンク３４に貯溜されたメッキ液や無電解メッキ活性化
液を探針２６の液通過孔３１に送り込んで探針２６の先
端表面から試料基板２５上に滴下させるようになってい
る。

この配線形成装ｆｆ１ｆｌＯＡは、探針２６の液通過孔
３１に供給されるメッキ液や無電解メッキ活性化液の供
給量を制御するために、定流量ポンプ３３からの接続管
３２は途中から必要に応じて分岐され、その分岐管３６
はポンプ吐出液を貯液タンク３４に還流させるようにな
っている。分岐管３６は接続管３２の内径より若干小さ
な内径に形成され、この分岐管３６の存在により定流量
ポンプ３３から探針２６に供給されるメッキ液や無電解
メッキ活性化液の供給量のコントロールがより正確に行
なわれるようになっている。

次に、この配線形成装置１０Ａを用いて無電解メッキ法
により試料基板２５の表面に配線パターンを形成する方
法を説明する。

配線形成装置１０Ａを用いて試料基板２５に配線パター
ンを形成する前に、無電解メッキ活性化液３８を貯液タ
ンク３４に貯溜させる。活性化液３８は、例えばＰｄＣ
ｌ２を主成分としてｐＨを１．０に調整したもので、液
温は例えば４０℃に保たれている。

続いて定流量ポンプ３３を使用し、所定流量の無電解メ
ッキ活性化液３８を接続管３２を介して探針２６の液通
過孔３１に送り込む。定流量ポンプ３３はポンプ連通が
少ない場合、微少流量を定量スツコントロールして送る
のは実用的に困難であるので、分岐管３６を設け、探針
２６に送り込まれる無電解メッキ活性化液３８の流量を
精密にコントロールしている。

探針２６に送り込まれた無電解メッキ活性化液は、液通
過孔３１を通り探針２６の先端から試料基板２５上に滴
下され、探針２６と試料基板２５間に充満される。探針
２６と試料基板２５間の距離は、探針駆動機構２７によ
り例えば約１０００八に制御されており、探針２６から
送り出される無電解メッキ活性化液３８は線幅が例えば
２０００Ａの大きさになるようにピエゾ抵抗素子２８を
制御回路２９でコントロールし、探針２６の移動操作速
度を調整する。

そして、探針２６を試料基板２５上で予めプログラムさ
れた配線パターンになるように移動走査させる。この移
動走査は探針駆動機構２７および図示しない支持体駆動
機構を駆動させることにより行なわれる。配線パターン
形成途中で線幅が例えば１μｍの線の形成を必要とする
場合には、定流量ポンプ３３のポンプ流量を上げて探針
２６の先端から滴下される無電解メッキ活性化液３８の
流量を増加させればよい。ポンプ流量を上げる代りに、
探針２６の走査速度を下げるようにしてもよい。

また、配線パターンの中には線幅が例えば約８０μｍと
太い部分も存在するので、この場合には液通過孔が例え
ば３０μｍの孔径の探針を使用し、この探針に無電解メ
ッキ活性化液を供給して太い線幅部分を作成する。

このようにして、試料基板２５０表面に、例えばＩＣチ
ップのボンディングバット配置に相当するような配線パ
ターンを描いた後、赤外線ランプやヒータ加熱により無
電解メッキ活性化液を加熱して乾燥させると、走査され
たパターン上はにＰｄの析出とみられる配線パターンを
形成することができる。

その後、試料基板２５を水洗いし、Ｃｕ等の無電解メッ
キ液に浸漬させた。無電解メッキ液は例えば約７０℃に
保たれ、析出時間は例えば１０秒とした。所定時間経過
後、無電解メッキ液から試料基板２５を取り出して水洗
いする。この水洗後に、試料基板２５を光学顕微鏡で覗
くと、試料基板２５の表面に当初設計した配線パターン
が形成されていることを確認できた。

その後、試料基板２５に形成された配線パターンにハン
ダ付けをする必要性が出てきたため、３０μｍの液通過
孔を有するステンレス製の探針をハンダ形成部分に近付
けてハンダメッキ液を滴下させた。ハンダメッキ液は電
気メッキで使用するため、配線パターンのＣｕ部分と探
針２６との間に通電を行なって電気ハンダメッキとした
。ハンダ成分はＰｂ−８ｎｎ共晶性である。

この電気ハンダメッキは、探針２６と試料基板２５とを
例えば２０μｍ程離し方行ない、この状態で探針２６か
ら滴下されたハンダメッキ液は３０μｍ程のボール状に
形成された。このボール状部分を光学顕微鏡で観察する
と、厚さ２μｍ１幅３０μｍのハンダの電極ができてい
ることが確認された。なお、図３に示す配線形成装置１
０Ａを用いて電気メッキ法により試料基板２５に配線パ
ターンを形成することもできる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明においては、試料支持体に支
持された半導体やセラミック基板等の試料基板に探針を
臨ませ、この探針の液通過孔に液ポンプのポンプ作動に
よりメッキ液あるいは無電解メッキ活性化液を送り込ん
で探針から試料基板上に滴下させて探針と試料基板との
間をメッキ液や無電解メッキ活性化液で満たしつつ駆動
装置により探針を試料基板に対して相対的に移動走査せ
ることにより、セラミックス基板や半導体基板等の試料
基板上に微細な配線パターンを高い自由度で効率よく容
易に描くことかでき、配線パターンを描くためにメタル
マスクや高価な装置を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る配線形成装置の原理を示す模式図
、第２図は探針の液通過孔の孔径と試料基板上に描かれ
る線幅との関係を例示的に示すグラフ、第３図は本発明
に係る配線形成装置の代表的な実施例を示す図である。 １０・・・配線形成装置、ＩＯＡ・・・配線形成装置、
１１・・・試料基板、１２・・・試料支持体、１３・・
・支持体駆動機構、１４・・・探針、１５・・・探針駆
動機構、１６・・・駆動装置、１８・・・液通過孔、２
０・・・液ポンプ、２１・・・メッキ液、２５・・・試
料基板、２６・・・探針、２７・・・探針駆動機構、２
８・・・ピエゾ抵抗素子、２９・・・制御回路、３０・
・・駆動装置、３２・・・接続管３３・・・定流量ポン
プ（液ポンプ）、３４・・・貯液タンク、３６・・・分
岐管、３８・・・無電解メッキ活性化液。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久ε ｇｌ　ｖ　天

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．試料基板を支持する試料支持体と、この試料支持体
   に支持された試料基板に先端が臨むように設けられた探
   針と、探針を試料基板に対して相対的に移動走査させる
   駆動装置と、前記探針に穿設された液通過孔にメッキ液
   あるいは無電解メッキ活性化液を供給する液ポンプとを
   備えたことを特徴とする配線形成装置。
2. ２．試料基板の表面に探針の先端を臨ませる一方、上記
   探針の液通過孔に液ポンプによりメッキ液を送り込み、
   上記探針と試料基板との間にメッキ液を満たした状態で
   探針と試料基板との間に電界を作用させつつ探針を試料
   基板に対して相対的に移動走査させて局所的な電気メッ
   キを試料基板の表面に施し、上記試料基板の表面に配線
   パターンを形成することを特徴とする配線形成方法。
3. ３．試料基板の表面に探針の先端を臨ませる一方、上記
   探針の液通過孔に液ポンプにより無電解メッキ活性化液
   を送り込み、この活性化液を探針と試料基板との間で満
   たして試料基板表面を局所的に活性化させつつ探針を試
   料基板に対して相対的に移動走査させた後、上記試料基
   板を無電解メッキ液に接触させて活性化部分のみにメッ
   キ層を形成し、試料基板の表面にメッキ層の配線パター
   ンを形成することを特徴とする配線形成方法。