JPH0633292A

JPH0633292A - 微細線形成電解析出装置

Info

Publication number: JPH0633292A
Application number: JP19349792A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Higuchi; 俊郎樋口; Toyoko Tomitori; 豊子富取
Original assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Current assignee: Kanagawa Academy of Science and Technology
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-02-08
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3219472B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電解析出法により、微細線ならびに任意の形
状の素子を形成することができる簡便な微細線形成電解
析出装置を提供する。【構成】支持電解質７が収容される電解槽１と、この
電解槽１の底面に配置される作用電極３と、電解槽１内
に配置され、下端に形成される微小な穴２ａが作用電極
３と対向する隔離筒２と、この隔離筒２内に配置される
対電極４と、隔離筒２内のみに収容される析出用電解質
６を含む電解液と、作用電極３と対電極４間に接続され
る電源１０と、作用電極３及び対電極４を移動する３次
元駆動装置８とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路や電子装置の
微細線パターン、または配線基板上へのコイル又は抵抗
素子等の構成素子を電解液中で形成するための微細線形
成電解析出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積回路等の微細線パターンの形
成には、レジストに、紫外線、電子線、イオンビーム、
Ｘ線等を照射し、レジストを変質させ、パターンを形成
する、所謂リソグラフィ技術が用いられている。リソグ
ラフィ技術を用いると、サブミクロンオーダーの微細線
パターンを、シリコンウエハ上に形成することができ、
集積回路の微細化、高密度化に寄与することができる。
このリソグラフィ技術はマイクロマシンの構成素子を形
成する、微細加工技術としても応用されてきている。

【０００３】一方、電解析出法は電解液からの薄膜形成
法として用いられており、真空やガスを使う他の薄膜形
成法に比べて、安価に電解液や電解槽の制御を行うこと
ができ、大面積にも薄膜を容易に形成できるため、薄膜
形成したり、表面の改質を行うために、種々の分野に応
用されるようになってきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなリソグラフィ技術を使った配線パターンの形成
装置においては、紫外線を光源にした場合、波長がＧ線
で４３６ｎｍ、Ｉ線で３６５ｎｍであるので、それ以下
の線幅を実現することは、位相シフト法など新たな技術
が必要となり、困難である。また、電子線、イオンビー
ム、Ｘ線等を用いた露光の場合、真空、高電圧、加速器
等を必要とし、簡便ではない。

【０００５】更に、リソグラフィ技術は、線源や装置の
問題だけでなく、レジストの性能、エッチング技術にも
負うところが多く、０．２μｍ以下の線幅を実現する簡
便な方法ではない。一方、電解析出装置は簡便に薄膜を
形成する装置ではあるが、基板上に微細なパターンを形
成することは現在まで行われてこなかった。

【０００６】本発明は、上記問題点を除去し、電解析出
法により、微細線ならびに任意の形状の構成素子を形成
する簡便な、微細線形成電解析出装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、微細線形成電解析出装置において、電解
液が収容される電解槽と、該電解槽の底面に配置される
作用電極と、前記電解槽内に配置され、下端に形成され
る微小な穴が前記作用電極と対向する隔離筒と、該隔離
筒内に配置される対電極と、前記隔離筒内のみに収容さ
れる析出用電解質を有する電解液と、前記作用電極と対
電極間に接続される電源と、前記作用電極及び又は対電
極を移動する駆動装置とを設けるようにしたものであ
る。

【０００８】また、隔離筒の微小な穴にはイオン選択性
膜を設けることができる。

【０００９】

【作用】本発明によれば、上記のように、電解液が収容
される電解槽の底面に作用電極３を配置し、この作用電
極３に対向するように隔離筒２を配置し、この隔離筒２
の下端に微小な穴２ａまたはイオン選択性膜１１を有す
る微小な穴２ａを形成し、析出用電解質６を有する電解
液を隔離筒２にのみ入れ、隔離筒２の微小な穴２ａを作
用電極３に近づけ、析出用電解質６の析出電位を印加し
て、隔離筒２と電解槽１を目的形状にしたがって相対的
に動かすことにより、隔離筒２の下端の微小な穴２ａが
通過した位置の作用電極３上に目的形状の析出物が得ら
れる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。図１は本発明の実施例を示す微細線形成
電解析出装置の構成図である。この図に示すように、第
１の容器である電解槽１の底面に作用電極３を配置し、
第２の容器である下端に微小な穴２ａを有する隔離筒２
の中に対電極４を入れ、溶媒と析出はしない支持電解質
（無関係塩）７を電解槽１と隔離筒２に入れ、析出用電
解質６は隔離筒２にのみに入れる。

【００１１】また、３次元駆動装置８を用いて電解槽１
の位置を制御し、３次元駆動装置９を用いて隔離筒２の
位置を制御可能にする。そこで、３次元駆動装置８及び
９を用いて、隔離筒２の下端の微小な孔２ａと作用電極
３の相対的位置を制御可能にする。そこで、電源１０を
用いて作用電極３に、析出用電解質６が析出する電位を
印加する。

【００１２】作用電極３は金属又は半導体基板、または
ガラス等の基板上に金属または半導体薄膜を形成した薄
膜電極を用いる。対電極４は抵抗が小さく、また安定な
ものが良く、白金またはカーボン等を用いることができ
る。ここで、隔離筒２の下方に形成される微小な穴２ａ
の径は、析出される線幅を決定する重要な要素であり、
希望する線幅と同程度か、それ以下である必要がある。
ここで、微小な径の穴では、析出される微小な線を二重
にする等して、穴の径以上の線を形成することができる
ので、例えば１ｎｍφの穴から１００ｎｍφの穴が望ま
れる。

【００１３】また、電解液は、水溶液、非水溶媒どちら
でも良く、多くは、水溶液、有機溶媒に電解質を溶かし
た電解液を用いる。上記のように、作用電極３上に析出
する析出用電解質６は隔離筒２にのみ入れ、それ以外の
支持電解質７等は、電解槽１と隔離筒２の両方に入れ
る。そこで、析出用電解質６が金属イオンならば金属
が、化合物イオンならばその化合物またはその一部が、
また、２種以上の析出用電解質があれば、その化合物が
作用電極３上に析出する。例えば、Ａｇ⁺の場合はＡ
ｇ、Ａｌ³⁺の場合はＡｌ、Ａｕ³⁺の場合はＡｕ、Ｃｒ³⁺
の場合はＣｒ、Ｃｕ⁺の場合はＣｕ、Ｆｅ²⁺の場合はＦ
ｅ、Ｍｇ²⁺の場合はＭｇ、Ｍｎ²⁺の場合はＭｎ、Ｍｏ³⁺
の場合はＭｏ、Ｎａ⁺の場合はＮａ、Ｎｉ²⁺の場合はＮ
ｉ、Ｐｂ²⁺の場合はＰｂ、ＳｉＦ₆ ^2-の場合はＳｉ、Ｃ
ｄ²⁺とＨＴｅＯ₂ ⁺の場合はＣｄＴｅが析出する。

【００１４】更に、上記したように、電解槽１と隔離筒
２には相対的に３次元に移動できる機構が付設されてい
る。また、作用電極３を電解槽１の底に配置し、隔離筒
２の下端の微小な穴２ａを作用電極３に近づける。その
穴２ａから作用電極３までの距離は、その穴２ａの径と
同程度かそれ以下が望ましい。

【００１５】そこで、析出用電解質６の析出電位を対電
極４と作用電極３間に印加して、目的の形成パターンに
したがい、電解槽１と隔離筒２を相対的に移動させる。
移動速度は析出速度に関係して決められる。また、隔離
筒２の下端の微小な穴２ａと作用電極３との距離をモニ
タし、一定になるように制御することができる。図２は
本発明の他の実施例を示す微細線形成電解析出装置の構
成図である。

【００１６】この実施例においては、電解槽１中に作用
電極３以外に参照電極５を配置し、電源１０を用いて参
照電極５と作用電極３の電位を制御して、対電極４と作
用電極３の間に電流を流すような電位を印加する。参照
電極５は作用電極３の電位の基準を決める電極であり、
代表的な物としては、水素電極、カロメル電極、銀・塩
化銀電極等あるが、これらの場合、参照電極用の電解質
が作用電極と反応したり、作用電極のある電解槽中の電
解液では、参照電極の機能を発揮できなかったりするこ
とがある。そのため、電位基準としては、前記参照電極
材料に比べて劣るが、白金等の金属線を作用電極近くに
配置することでその電解液中の参照電極とする。

【００１７】また、厳密な水素電極電位からの電位を測
定する場合には、前記した水素電極、カロメル電極、銀
・塩化銀電極を用い、電気的には連絡しているが、液の
交換がないように、塩橋などを介して参照電極室と作用
電極槽を分け、塩橋の一端を作用電極に近づけること
で、図２に示した電解槽１中に配置した参照電極５と等
価とする。

【００１８】このように構成することにより、微細線の
幅のより正確な制御が可能である。図３は隔離筒の下端
の微小な穴と作用電極付近の拡大断面図である。ここ
で、Ｒは隔離筒２の下端の微小な穴２ａの直径を表し、
ｄは微小な穴２ａの下端から作用電極３までの距離を表
している。この図に示すように、隔離筒２の下端の微小
な穴２ａを作用電極３に距離ｄまで近づけて、電源１０
により、析出用電解質６が作用電極３に析出する電位を
印加することにより、微小な析出物２０が析出する。こ
こで、３次元駆動装置８及び９により、距離ｄを保ちつ
つ、隔離筒２と電解槽１を析出物の目的形状にしたがっ
て走査すれば、作用電極３上に目的形状の析出物２０が
得られる。最小線幅は穴の直径Ｒと距離ｄに依存し、直
径Ｒ、距離ｄはどちらも希望する最小線幅と同程度か、
それ以下にする必要がある。例えば、５０ｎｍ幅の線を
析出させるために、直径Ｒを３０ｎｍとし、距離ｄを約
２０ｎｍとした。原子レベルのパターンを描く場合に
は、直径を約１ｎｍにすることが望ましい。

【００１９】図４は本発明の微細線形成電解析出装置の
隔離筒の変形例を示す断面図である。この図に示すよう
に、隔離筒２の下端の微小な穴２ａにはイオン選択性膜
１１を設けるようにしている。ここで、イオン選択性膜
１１としては、ガラス膜、難溶性無機塩、イオン交換膜
等を用いることができる。

【００２０】この場合にも、図３に示すように、作用電
極３上に目的形状の析出物が得られる。このように構成
することにより、隔離筒２内の析出用電解質６は電解槽
１の支持電解質７と混ざり、析出用電解質６が希釈され
ることはなくなり、良好な電解析出を行わせることがで
きる。

【００２１】次いで、本発明の微細線形成電解析出装置
を用いた絶縁体基板上の導電性微細線パターン形成例に
ついて説明する。図５に示すように、絶縁体基板２１上
に金属または半導体薄膜を付着させた作用電極３上に析
出物としての導電性の微細線パターン２０を微細線形成
電解析出装置を用いて、図６に示すように形成する。

【００２２】そして、その導電性の微細線パターン２０
を形成後、エッチングにより絶縁体基板２１上の微細線
パターン２０が形成されていない部分の金属または半導
体を除去することにより、絶縁体基板２１上の微細線パ
ターンを形成することができる。また、絶縁体基板２１
としては、ガラスまたはポリイミドなどの塑性基板を用
いた。作用電極として使用する薄膜の材料としては、析
出物と同じ材料（例１）または異なる材料（例２）で試
みた。

【００２３】例１では、図７に示すように、絶縁体基板
（ガラス基板）２１上にスパッタ装置で金薄膜を形成
し、それを作用電極３とし、析出用電解質６をＡｕ³⁺と
して微細線パターンを形成した。どの部位もほぼ同じエ
ッチング速度であるので、ゆっくりとエッチングを行っ
て、微細線パターンが形成されていない部分の金属薄膜
がエッチングにより除去されたところでエッチングを終
了する。これにより、ガラス基板２１上に目的の微細線
パターン３′のみが残ることになる。

【００２４】例２では、図８に示すように、ガラス基板
２１上のインジュウム薄膜２２上に、例１と同様に金の
微細線パターン２３を析出させた。そこで、塩酸でエッ
チングすると、インジュウム薄膜２２のみがエッチング
され、金の微細線パターン２３が析出した部分はそのま
ま残った。なお、上記実施例では、絶縁体基板上への微
細線パターンの形成の例を示したが、半導体基板上への
微細線パターンの形成や、金属板上への微細線パターン
形成（転写用板の成形）を行うことができることは言う
までもない。

【００２５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００２６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、微細線形成電解析出装置により、集積回路や電
子装置の微細線パターン、または配線基板上へのコイル
及び配線等の微細線や任意の形状の構成素子を、電解液
中で簡便に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す微細線形成電解析出装置
の構成図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す微細線形成電解析出
装置の構成図である。

【図３】本発明の隔離筒の下端の微小な穴と作用電極付
近の拡大断面図である。

【図４】本発明の微細線形成電解析出装置の隔離筒の変
形例を示す断面図である。

【図５】本発明の微細線形成電解析出装置の作用電極例
を示す斜視図である。

【図６】本発明の微細線形成電解析出装置による微細線
析出例を示す斜視図である。

【図７】本発明の微細線形成電解析出装置による第１の
微細線形成例を示す斜視図である。

【図８】本発明の微細線形成電解析出装置による第２の
微細線形成例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１電解槽２隔離筒２ａ微小な穴３作用電極３′ 微細線パターン４対電極５参照電極６析出用電解質７支持電解質８，９３次元駆動装置１０電源１１イオン選択性膜２０微細線パターン（析出物）２１絶縁体基板２２インジューム薄膜２３金の微細線パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）電解液が収容される電解槽と、
（ｂ）該電解槽の底面に配置される作用電極と、（ｃ）
前記電解槽内に配置され、下端に形成される微小な穴が
前記作用電極と対向する隔離筒と、（ｄ）該隔離筒内に
配置される対電極と、（ｅ）前記隔離筒内のみに収容さ
れる析出用電解質を有する電解液と、（ｆ）前記作用電
極と対電極間に接続される電源と、（ｇ）前記作用電極
及び又は対電極を移動する駆動装置とを具備することを
特徴とする微細線形成電解析出装置。
【請求項２】前記電解槽に参照電極を付設してなる請
求項１記載の微細線形成電解析出装置。
【請求項３】前記微小な穴にはイオン選択性膜が設け
られていることを特徴とする請求項１又は２記載の微細
線形成電解析出装置。
【請求項４】前記作用電極は前記電解槽に固定され、
該電解槽を移動する３次元駆動装置を具備する請求項１
又は２記載の微細線形成電解析出装置。
【請求項５】前記対電極は前記隔離筒に固定され、該
隔離筒を移動する３次元駆動装置を具備する請求項１又
は２記載の微細線形成電解析出装置。
【請求項６】前記作用電極は前記電解槽に固定され、
前記対電極は前記隔離筒に固定され、前記作用電極と前
記隔離筒との両方を移動する３次元駆動装置を具備する
請求項１又は２記載の微細線形成電解析出装置。