JPS6122633A - エネルギ−・ビ−ムおよび溶液ジエツトを利用した基板の処理方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザめつきおよびレーザ・エツチング方法
、さらに具体的にいえば、ジェットめつ工 きまたはジｙット・エツチング過程をレーザ光線と組み
合せて実施する強化された、ジェットめつ工 きおよびジゾット・エツチング方法に関するものである
。

［従来技術］ レーザ強化めっき方法は、最近の多数の刊行物および特
許に記載されている。レーザ強化めっき方法の主要な望
ましい特徴は、めっき速度の増大およびマスクの使用を
判わない付着の局在化である。しかし、陰極で利用可能
なイオン供給量は、レーザ光線からのエネルギーによる
励起によって大幅に増加しているものの、非多孔性で、
高品質の金めつきを所望の速度でおこなうには不充分で
ある。

米国特許第４．２８３２５９号、第４２３９７８９号お
よび第４２１７１８３号には、めっき速度およびエツチ
ング速度を局部的に強化するために、レーザによる加熱
を利用することが考察されている。

ジェットめっき方法の使用は、下記の文献によって示さ
れるようによく知られている。

米国特許第３２６７０１４号に記載されたジエット・エ
ツチング・システムは、ジェット中を通る直流を含んで
おり、また、ジェットがゲルマニウム・ウェハに当った
部分の電流を賦活するために該ウェハに向けられる白熱
光を使用している。

この白熱光の源であるランプは５００ワツトであり、ピ
ットから６インチ離れた所に置かれている。

このランプは、エツチング・プロセスに判う電気化学反
応の活性レベルを高めるために使用されるものではない
。ランプからの光は複数対の電子孔を生成する。このシ
ステムはめつき効果ないし熱効果を伴うものではない。

米国特許第３０３９５１３号では、光源とジェットがエ
ッチすべき半導体に向けられる。光源は１５０ワットの
低電力白熱灯であり、その背後にだ円面鏡が、またジェ
ットが通過する半導体の背後に別のだ円面鏡が配置され
る。これは、先行技術で所要の光伝導性を生じるのに、
合計１０００ワツトの４個のランプを使用するのとは対
照的である。光が当たる鏡は、この光を電気化学エツチ
ング液のジェットと同軸的に反射するが、この特許はエ
ツチング液を通して光線を当てることを示唆するもので
はなく、また１ｄ当りのワット数で表した光線の強さは
、レーザ光線に比べて小さい。

めっきは示唆されていない。

Ｔｉ１ｅｙ等の“Ｐａｒｔ　ＩＩ−Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｉｑｕＣｓ　ｆｏｒ　Ｆａｂｒ
ｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　５ｕｒｆａｃｅ　−Ｂａｒｒｉ
ｅｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ”、　　Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＲＥ、Ｖｏｌ、４１．ｐｐ
１７０６−１７０８　（１９５３）では、ゲルマニウム
基板の前面と背面に２台のレーザが向けられており、そ
して該基板は、ジェットから得られた電解質とともに電
流を用いてエツチングまたはめつきされ−る。光は、ゲ
ルマニウムの陰壁領域中の電流を増大させる助けをする
ものと述べられている。ジェット電気めっきと電気エツ
チングが共に、約２０年間実施されてきた周知の技術で
あり、めっき電流に対する光伝導性の影響はその間ずつ
と知られてきたことが、この論文かられかるが、そのプ
ロセスを強化するためにレーザの使用を追加するとの考
え方はこれまで示唆されたことがない。

レーザ強化めっき方法の実験パラメータ、機構および用
途の調査は、下記のものを含むいくつかの文献に基載さ
れている。

Ｒｊ、　ｖｏｎ　Ｇｕｔｆｅｌｄ　ｅｔ　ａｌ、　Ａｐ
ｐｌ、　ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ−ｓＶｏｌ、３５．　ｐ
、６５１（１９７９）；Ｒ，Ｊ、　ｖｏｎ　Ｇｕｔｆｅ
ｌｄ　ａｔ　ａｌ、　Ｅｘｔ、　Ａｂｓｔｒａｃｔ　４
７２Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、、　７９−２
（１９７９）、　Ｌｏｓ　Ａｎｇｅｌｓ。

ＣＡ、； Ｊ、Ｃ１，Ｐｕ１ｐｐｅ　ｅｔ　ａｌ、　Ｊ、Ｅ］、ｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、。

Ｖｏｌ、　１２８．　Ｐ、２５３９（１９８１）；Ｒ６
Ｊ、　ｖｏｎ　Ｇｕｔｆｅｌｄ　ａｔ　ａｌ、　ＩＢＭ
　Ｊ、　ｏｆ　Ｒｅｓ、　＆Ｄｅｖｅｌｏｐ、、　Ｖｏ
ｌ、　２６．　ｐ１３６（１９８２）。

従来は、Ｃｕ／Ｃｕ−系の詳細な研究を踏まえてレーザ
強化鋼めっきに力点が置かれていた（１謁Ｐｕ１ｐｐｅ
　ａｔ　ａｌの論文参照）。比較的最近の実験は、１謁
の最後の論文に記載されているように、特に超小形電子
回路の接点領域における工程のコスト削減を実現するこ
とを目標にした、マスクを伴わないレーザ強化金パター
ン付けに集中されている。

Ｒｊ、　　ｖｏｎ　Ｇｕｔｆｅｌｄ　ｅｔ　ａｌ、　　
Ａｂｓｔｒａｃｔ　６６３　ＲＮＰＥｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍ、　Ｓｏｃ　Ｍｅｔｔｉｎｇ、　Ｄｅｎｖｅｒ、　
Ｃｏ（１９８１）；Ｍ、Ｈ，Ｇｅ１ｃｈｉｎｓｋｉ　ｅ
ｔ　ａｌ、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ　Ａｂｓ、Ｖｏｌ。

１３１、　ｐ　２０６　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓ
ａｃ、、　Ｄｅｔｒｏｉｔ、　ＭＩ（１９８２）。

その他の文献には、以下のものがある。

Ｄ、Ｒ，Ｔｒｕｎｅｒ、　Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉ
ｌｍｓ　Ｖｏｌ、　９５．　ｐ、１４３（１９８２）； Ｒ，Ｃ，Ａｌｋｉｒｅ　ｅｔ　ａｌ、　Ｊ＋ｏｆ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｃｈｅ−ｍ、　Ｓｏｃ。

Ｖｏｌ、　１２９　ｐ、２４２４（１９８２）；Ｒ，Ｈ
ａｙｎｅｓ　ｅｔ　ａｌ、　Ｔｈｅ　Ｗｅｓｔｅｒｎ　
ＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒ、　Ｖｏｌ、　２２
．　Ｐ、６１．（１９７８）。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明の目的は、各種のジェット化学めっきおよびジェ
ット化学エツチング方法においてエネルギー・ビーム（
レーザ）を使用して、大きめなめつき速度またはエツチ
ング速度で製品の品質を改良することにある。その利点
は、めっきまたはエッチされる物体にマスクを塗不する
ことなく、パターンを形成できることである。めっきま
たは工ツチングを選択的に行うため、めっきまたはエッ
チすべき点（スポット）にレーザを当て、同時にジェッ
トを使用してめっきすべき物体の表面でめっき液を迅速
に循環させる。レーザ光線は、その光学的導波管の働き
をする液体ジェットの全長に沿って通過するような向き
で当てる。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、高い強度のエネルギー・ビームを当て
て、基板を加熱し、同時に液体のジェットを基板上の所
期の化学反応強化部位に当てることからなる、化学的に
活性な液体中で化学的に強化された付加的または除去的
処理を基板に施す方法が提供される。

上記方法において、液体は電解質であることが望ましい
。

また、めっきまたはエツチングを電気化学的方法で実施
することが望ましい。

上記の方法の別の側面では、エネルギー・ビームはジェ
ットと新線性（ｃｏｌｌｉｎｅａｒ）である。

本発明のもう一つの側面では、ジェットとレーザ光線は
共線性であるが、半径は等しくない。

エネルギー・ビームがレーザ光線であり、ジェットがレ
ーザ光線に対する光学的導波管の役割をする上記の方法
に於て、基板上のジェットの衝突点によって画定される
領域に処理が集中される。

上記にもとづく方法において、ジェットの直径はエネル
ギー・ビームの直径よりも大きく、それによってパター
ン付け（エツチング／めつき）に使用される微細焦点合
せされたエネルギー・ビムの周りで、大きなイオン再補
給が可能である。

エネルギー・ビームはレーザ光線であることが望ましい
。

本発明は、レーザ技術とジェットめっき技術とジェット
・エツチング技術を合せてめっき（エツチング）速度を
大幅に増大させるための方法であることが望ましい。エ
ネルギー・ビームは望ましくはレーザ光線であり、それ
はめつき（エラチン、グ）用電解液の自立したジェット
液流中を通される。ジェットは、ジェット液柱内に光を
トラップする、光導体の役割をする。

エネルギー・ビームは、レーザ光線またはその他のエネ
ルギー・ビームとすることができるが、レーザ光線が優
先される。適当な状況の下で１１、マイクロ波やその他
のエネルギー・ビームを使用することも可能である。

その直径が電解液ジェットの直径と同等のレーザ光線の
場合、液体と光が同時に、すなわち同じ所で陰極に当た
る。陽極と陰極の間の電圧は、ジェットおよびレーザが
衝突する基板とノズルを含む区画内に適当に位置決めさ
れた電極の間に接続された電源によって印加することが
できる。

本発明によれば、望ましくはレーザの形の電磁ビームな
どのエネルギー・ビームをめっきすべき点（スポット）
に当て、同時にジェットを使用して、めっき液を化学処
理すべき物体の表面に運ぶことによって、めっきまたは
エツチングが選択的に実施される。レーザ光線はその光
導体なレル導波管の役割をする液体ジェットの全長に沿
って通過する。

本発明は望ましくは共線的めっきまたはエツチングで実
施するとよいが、レーザ光線と液体ジェットを共線的に
位置合せしなくとも、本発明の利点の一部を実現するこ
とが可能である。

本発明の利点は、下記の通りである。

（１）レーザとジェットを組み合せためつき速度は。

レーザのみ、ジェットのみまたは両者の合計よりも著し
く大きい。めっきされたフィルムの品質レベルが同じ場
合、レーザとジェットを共線的に組み合せたものでは、
ジェットめっき単独よりもめつき速度が約１０〜２０倍
も増大する。ジェットだけでほぼ同じ速度を実現しよう
とすると、金めつきの場合接着力が極めて弱いためフィ
ルムに裂目ができる。

（２）サブマージド・ジェットとレーザ光線を併用して
も、機械的攪拌とレーザを併用しても、自由ジェットと
共線レーザを併用した場合はど大きなめつき速度は得ら
れない。

（３）ジェットと側面から向けられた（すなわちジェッ
トと共線性でない）レーザを併用すると、ジェットのは
ねかえりなどによる屈折率の変動のために、めっきの解
像度が余りよくない。実際に、上記の変動の結果、大量
のレーザ光線をジェノ１−を通って所期の地点に向ける
ことは不可能である。

ジェットとレーザ光線の間の角度が小さい場合、レーザ
をジェット中の陰極の前の（オリフィスより下流の）位
置に送ることができ、その結果、ジェットの一部分が光
学的導波管の役割をすることになる。

（４）記述されている高速高品質のレーザ・ジェットと
いう結果は、ジェット（屈折率が１より大きい）がレー
ザ光をトラップして陰極に案内するための導波管の役割
をする、共軸配置を用いて得られたものである。

（５）さらに、標準的なめっきまたはジェットめっきプ
ロセスで充分な接着力を得るために通常必要となるよう
に、めっき前に基板を大幅に予洗浄または活性化せずに
、めっきを実施できることが、本方法の利点である。「
活性化」とは、電気化学の専門家ならよく了解できるよ
うに、電気めっきおよび類似の化学的付加的方法におい
て従来から使用されてきた化学過程である。

［実施例］ 本発明は、レーザ技術とジェットめっき技術を組み合せ
て、めっき（エツチング）速度を大幅に増大させるため
の方法に係る。レーザ光線を、めっき（エツチング）電
解液の自立性ジェット流中を通す。この場合、ジェット
は、光導体（光学的導波管）の役割をし、光をジェット
の液札内にトラップする。ジェット流に対して全白反射
を引き起こし、光がジェット流から離れて空気中に入る
のを妨げる角度で光が進むとき、それが実現する。

この効果は、光ファイバによる光透過と類似している。

電解液ジェットの直径と同等の直径をもつレーザ光線の
場合、液体と光が同時に、すなわち同じ場所で陰極に当
たる。陽極と陰極の間の電圧は、ジェットとレーザが当
たる基板と、ノズルを含む区画内に適当に配置された電
極との間に接続された電源によって印加することができ
る。

下記の第１表から、共線的なレーザ・ジェット組合せめ
っきの場合に、良い品質のフィルムに対するめつき速度
が、１桁以上増大したことがわ“かる。

第１表 良い品　の裂目のないフィルムのめつき種　　類　速　
　度　電流密度電力密度　スポット面積ミクロンハ少　
アンペア／ｄ　ワット／ａｉ　１０−’ｄレーザ・ジェ
ットー−３０−一−−−−７−−−２６，０００−−−
−１．０レーザ・ジェットー−１０−一−−−１５−−
−１０，０００−−−−２，４ジエツトーーー−１以下
−一一一５以下−−−−−−−−−−−−レーザー−−
−−１−−−−一約１−−−１０，０００−−−−２．
４７盃舵男Ｍ在−一。、。７−−−−−。、ｘｓ−−−
−−一−−−−−−−一方、良い品質を与えるめっき方
法よりも速いジェットめっき速度を用いて、品質を犠牲
にする場合、第６図のグラフかられかるように、金めつ
き速度は、高電流密度でジェットだけで得られる速度よ
りも２〜４倍も増大し、１０〜３０ミクロン／秒となる
ことがわかった。しかし、前述のように、レーザ・ジェ
ットめっきによる付着層の品質は、［高速」ジェットめ
っき方法のそれを大きく上回る。このことは、下記で説
明するように、第２．１図ないし第２．３図と第３．１
図ないし第３．３図を比較すれば充分に理解することが
できる。Ｏｘｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの５ｅｌ−Ｒｅｘ　Ｄｉｖｉｓ
ｉｏｎの“Ｇｕｉｄｅ　ｔｏ　Ｐｒｅｃｉｏｕｓ　Ｍｅ
ｔａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｆｏｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”に引用されている
従来の最も大きなめつき速度は、同じ溶液（下記第■表
所載のＡｕｔｒｏｎｅｘ　５５　ＧＶ）の場合で０．０
７ミクロン／秒である。

電解液とレーザ光線の共線性ジェットは、最適のめつき
速度と選択性の点で有利な構成であるが、共に自由ジェ
ット（空気中ジェット）ならびにサブマージン・ジェッ
ト（ジェットを電解液中に噴射する）を含む、別のレー
ザとジェットの構成を使用することも可能である。

［代表的な化学プロセスコ 本方法に使用するのに適したレーザ・ジェット・エツチ
ング技術には、ジェット強化およびレーザ強化電気エツ
チング、無電解エツチング、および熱強化やレーザ強化
交換エツチングなどの無電極エツチングがある。

上記に各種プロセスを列挙したが、それによって他の形
のジェット・エツチングおよびエネルギー・ビームによ
るめっきまたはエツチング、およびレーザめっきまたは
レーザ・エツチング、レーザ強化ジェット化学めっきお
よびレーザ強化ジェット化学エツチングが制限されるも
のではない。

［自立ジェットコ 自立ジェットとは、ノズルから周囲の空気または別の気
体雰囲気中に噴射される電解液、めっき液またはエツチ
ング液のジェットであり、液体ジェットがノズルを離れ
て液体中に沈むように周囲液体中に噴射されるサブマー
ジン・ジェットとは区別される。

本発明の方法は、レーザ強化めっき技術を電解液の自立
ジェットと組み合せて、ニッケルめっきしたベリリウム
−銅基板上に局部約合めつき付着層を高速に得るもので
ある。自立ジェットの主な利点は、新鮮なイオンを速や
かにめっき領域中に再補給できることである。これによ
って典型的な場合には、多くの標準的なめつき液で０．
２５アンペア／ｄもの電流密度をもたらす通常の質量輸
送によるめっき速度の制限が克服される。（質量輸送に
よる制限とは、めっきすべき表面に伝えられるイオンの
質量速度が小さすぎて要件を充たさず、その結果めっき
表面のイオン濃度が不足する、めっき電流密度の高い状
態をいう。）同時に、ジェット流は、マスクを使用せず
にめっき領域を制限し、ジェット流をめっきすべき基板
（陰極）に対して相対移動させることによって、パター
ン付けを可能にする。電流は、ジェットの長手方向に沿
って流れるが、ただしジェットが陰極に衝突する領域で
は、半径方向の電界および電流がジェット半径を越えて
伸びる小さな領域上に存在する。

このために、第１．１図に示した薄いめっきバックグラ
ウンドが壁面ジェット領域にできる。直径０．５国のジ
ェット・ノズルを自立ジェットと共に使用してめっきを
行なった場合の、陰極上の電流分布の詳細は分析が１謁
のＡｌｋｉｒｅ等の文献によって報告された。

第１．１図はレーザを使用しない自立ジェットの概要を
示したもので、壁面上またはノズル・オリフィス２ｏ中
の衝突領域を示したものである。

ジェットは、領域Ｉ中で半径ｒＯであり、均一な軸方向
速度をもつものと仮定しである。電界はＺ方向にのみ変
化する。領域■は停滞流領域である。

領域■は、壁面ジェットＪすなわちめっき中にｒ方向に
のみ変化すると考えられる非常に小さな電流密度を運搬
する、薄い液体の層である。

本発明のこの実施例では、レーザ光線４４は、光学ウィ
ンドー７４を通ってめっき液の自立ジェット２１中へと
共線的に進み、第１．２図に概略的に示したようにして
陰極の局部加熱をもたらす。

第１．２図は、レーザ・ジェット・システムの概略図を
示したものである。レーザ光線４５は、レンズ４３を通
って進み、水晶ウィンドー７４を通過した後にジェット
・ノズル２０の中心付近で焦点を結ぶように収速するレ
ーザ光線４４を生成する。陰極２２は、延長アーム５０
を経て数値制御一式ｘｙｚテーブル５１に接続されてい
る。

この構成では、めっき液２５から構成される液体ジェッ
ト２１がめつき液２５の供給源からめっきすべきイオン
を再補給し、光線４４のレーザ・エネルギーに対する光
学的導波管ないし光導体として働く。光線４４の投入エ
ネルギーのほぼ７０％が陰極°２２に達し、ウィンドー
７４での反射および特定のめっき液２５を使用する場合
は、液体ジェット２１内での電解液またはめつ５き液に
よる非常に弱い吸収による損失がある。（第■表を参照
のこと。） 第■表 金めつき液とレーザ・ジェット・セルの諸パラメータ金
めつき液−−−−−−−−−３ｅｌ−Ｒｅｘ’　Ａｕｔ
ｒｏｎｅｘ　５５　Ｇｖ＋シアンイ［Ｊｕ。

ら錯体を含まず、Ａｕ４トロイオン刀ガロン（すなわち
３３ｇｍ／　Ｑ　） めっき液の温度−−−−一−−６０℃ ジェット・ノズル・オリフィス−直径０．０５ａｎ、長
さ約０．２印直線流速−１，０Ｘ１０３ａｎ／秒 レイノルズ数−−−−−−−−５，５Ｘ１０３ノズルと
陰極の間隔−一−−−約０．５ａｎめっき電流密度−一
−−−−−１〜１６アンペア／ｄジェット・ノズル・オ
リフィス へのＣＷ　（ａレーザ出カー−２５ワツト（この実験で
利用できる最〕嶋υ’５ｅｌ−Ｒｅｘ、　Ｏｘｙ−Ｍｅ
ｔａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社の１部門、ニュージャ
ージ州ナットリー０７１１０゜レーザ・ジェット・セル
１０の基本要素は、加圧された電解液（めっき液または
エツチング液）２５を入れた入口室１２である。入口室
１２には、白金、金またはステンレス製の陽極１６がつ
いており、この陽極１６にはレーザ光線４４が通る孔９
９が開している。ジェット・ノズル２０は、平らなパイ
レックス・ガラス板６０中にはめ込んで固定し密封され
た毛細管からできている。電気めちきすべき加工片の役
割をする陰極２２をめっき室またはエツチング室２４中
に置く。陰極２２は、数値制御式ｘ、ｙ、ｚテーブル５
１に接続され、加工壁２２（陰極）を液体ジェット２１
に対して相対移動することによって、溶着パターン付け
のために陰極２２を自動的におよび／または任意に動か
すことができるようになっている。電解液は、陰極２２
に衝突するとセル１０の底面に落下し、そこから戻り管
路２６に進む、戻り管路２６は電解液だめ２８につなが
っており、回収した電解液２５を再循環させることがで
きる。液だめ２８は、ヒータ・ステージ２７によって加
熱される。電解液２５（めっき液またはエツチング液）
は、管路２９を通って循環ポンプ３０へと循環する。ポ
ンプ３０の出口は、管路３１によって入口室１２と接続
されている。

電解液２５を、ヒータ２７で溶液供給業者の勧告する操
作温度６０℃に予加熱した。ノズル２０は、直径０．５
ｗｎのオリフィスをもち、現代の超小形電子回路用接点
領域の典型的寸法である同じ直径の金スポットをもたら
す。セル１０に関係するその他の運転パラメータ於びめ
つきパラメータは、上記第１表に列挙しである。

ＣＷ　（持続波）アルゴン・レーザ４０は、２５Ｗまで
の出力の光線４１を生成する。光線４１はビーム拡大器
４２を通過して光線４５をもたらし、それがレンズ４３
を通って光線４４をもたらし、それがセル１０に入る。

光線４４は、Ｆ−１０光学系によって、ノズル２０のジ
ェット・オリフィスの中心付近に収束される。液体ジェ
ット２１の導波効果のためジェット・オリフィス２０の
すぐ内側に位置する焦面の先で拡大レーザ光線４４が得
られ、また半径方向の出力密度が均質化される。

ジェット２１が連続的に進む場合、ｘｙｚテーブル５１
などを用いて陰極２２を所期の位置に押し進める。次に
レーザ４０をオンに切り換え、続いてポテンシオスタッ
ト１５から陽極−陰極電圧を印加する。定電流を維持す
るには、ポテンシオスタット１５をガルバノスタチック
に、すなわち定電流で動作する様にセットする。電流密
度が１６アンペア／ｄもの大きさであれば、めっき速度
は大体１０ミクロン／秒もの速さになり、秀れた金属学
的品算をもつ輝く全付着層ができる。それよりも小さな
ノズル、即ち直径Ｑ、３５ａｍの場合、３０ミクロン／
秒もの速度が実現された。即ち。

もつと大きなノズルを用いた場合のめつき速度は、利用
できるレーザ出力によって制限されている。

レーザ・ジェットによってめっきした金スポットの断面
を第２．１図ないし第２．３図に示す。

それらの形態を調べてみると、割目や細孔のない小さな
粒子からなる高密度の付着層が見える。電気エツチング
すると、サンプルは純軟質金の付着層で典型的に見られ
る柱状構造をもつことがわかった。その上、金と厚さ約
１ミクロンのニッケルの間の接着力が秀れていることが
、接着テープ引張り試験でわかった。

第２．１図ないし第２．３図は、厚さ２００ミクロンの
ニッケルめっきしたＢｅ−Ｃｕ基板上にレーザ・ジェッ
トめっきした金スポットの断面を示したものである。電
流密度は１１アンペア／ｄである。どの場合でも、最上
層は横断および研摩中に金を保護するために付着された
、電着ニッケル層である。レーザ・ジェットのめっき時
間および得られた厚さは、次の通りである。

第２．１０．５秒間めっき、厚さ４．５ミクロン第２．
２図＝１秒間めっき、８ミクロン第２．３図：５秒間め
っき、３０ミクロンそれとは対照的に、第２図と同じジ
ェットおよび電流密度を使用するが、めっき中にレーザ
放射を行なわない付着層の断面を第３．１図ないし第３
．３図に示す。ここでは、付着中にレーザ出力を使用せ
ずに生成されたジェットめっき領域の断面を示す。基板
および電流密度は、第２．１図ないし第２．３図の場合
と同じである。めっき時間および得られた厚さは、次の
通りである。

第３．１図：１秒間めっき、３ミクロン第３．２図：５
秒間めっき、１２．５ミクロン第３．３図：１０秒間め
っき、２５ミクロン第２．１図ないし第２．３に示した
レーザ・ジェットめっきとは対照的に、金膜の厚さには
かかわらず付着層中の至る所に割目や細孔が認められる
。この場合、膜厚の如何にかかわらず、付着層の至る所
に割目のあるのが認められる。割目は、ニッケルー金の
界面から始まるようにみえる。この種の互いに物理的に
分離された柱を含む柱状付着層は、所与の攪拌溶液に対
する限界電流密度／またはその付近で生じる金属付着層
に典型的である。これらの付着層の接着テープ引張り試
験から、基板から分離してテープに接着する金の接着力
が極めて弱いことがわかった。

また、レーザ・ジェットめっきしたスポットが通常はレ
ーザ光の当らない、すなわち壁面領域中にある周辺付着
領域を含んでおり、中央のレーザめつき部分は無疵のま
まであるのに、この周辺領域は接着テープで外れてしま
うこともわかった。

かくて、金のレーザ・ジェット付着がら生じる、実験的
に観察された３つの機能が識別できる。（１）陰極の局
部レーザ加熱によｇ、めっき速度の増大；（２）恐らく
は表面の局部加熱から生じるより清潔な陰極表面によっ
て生じ、それによって核形成性原子に対してより強い結
合をもたらす、改良された接着力、（３）限界電流密度
がジェット単独の場合よりもずっと大きな値にシフトす
ることによる、また多分レーザ加熱によって付着過程と
同時に起こる内部膜応力のアニーリングによる、割目の
ない高密度の付着層。レーザを使用しないジェットめっ
きから第２八図ないし第２ｃ図の品質と構造をもつ全付
着層を得ることができるが、電流密度（従ってめっき速
度）は第２．１図ないし第２．３図の場合よりも少なく
とも１桁小さくなることを指摘しておく（１謁のＨａｙ
ｎｅｓ）等の論文を参照のこと）。この新しいレーザ・
ジェット技術は、今日まで報告されている最高の金めつ
き速度をもつことが立証された。この技術は、Ｃｕ　／
　Ｃｕ−など他の多数のめつき系にも適用できるはずで
ある。Ｃｕ／Ｃｕ＋＋系についての以前の研究から、ジ
ェットを使用しないレーザめっきの速度は、約２ワツト
のアルゴン・レーザ出力を用いて１゛０ミクロン／秒も
の速さであることがわかっている。（１謁のＰｕ１ｐｐ
ｅ等の論文参照）。レーザ・ジェットめっきをリール間
めっき機と組み合せて使用することは、マスクのないパ
ターン付は部品を高収率で製造するのに魅力的に見える
。

また、レーザ・ジェット・エツチングを高速の材料除去
をもたらすための手段として使用することもできる。

ｃ大直径ジェットコ この実施例では電解液ジェットの直径は、収束する共線
レーザ光線の直径よりも大きい。この構成で、ジェット
は電解液に対するイオン再補給源として働くだけでなく
、光線を陰極（陽極）でシャープに焦点合せするための
均一な手段としても働く。これは、めっきジェットまた
はエツチング・ジェットの直径とほぼ等しい直径をもつ
スポットとならないように非常にシャープな焦点を排除
する、電磁波管としてジェットを使用するのとは対照的
である。大部分のエツチングの用途および一部のめつき
用途では、レーザ光線の焦点をもつとシャープにするこ
とが必要であり、導波管の形の液体ジェットでこれを得
るのは非常に難しいと思われる。

かくて、非常に微細なパターン付け（めっきまたはエツ
チング）の場合、（自立またはサブマージ）液体ジェッ
トは光に対する導波管としては働かないが、加工に使用
される収束されたレーザ光線と共軸的に動く大量のイオ
ン再補給が可能である。

例１ 第１表を参照するに、このレーザ・ジェットめっき技術
を使用して、Ａｎｔｒｏｎｅｘ　５５　ＧＶ　（金４ト
ロイ・オンス／ガロン）からの純金を、スルファミン酸
ニッケルめっきしたＢｅ−Ｃｕの薄いストック上に電着
した。石英フロー・セルを使用した。直径０．３５ａｍ
および０．５＋ｎｍのジェット流を使用した。どちらの
場合も、レーザ光線を導波管式に共線的にジェット流中
に向けた。２０−２５ワツトの持続波を与える様に動作
するアルゴン・レーザについて得られた結果は、下記の
通りであった。

１、第１のセルでは、５０ミクロン／秒の速さのめつき
速度で、直径１００ミクロンの全針状結晶が約ｌｌｌｌ
１１の高さとなった。この付着層の品質は全く多孔質で
あった。

２．２０ミクロン／秒のめつき速度では、滑らかさ、輝
き、接着力の点で高品質の金がもたらされた。この付着
層を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡で検査した。高
さ約２〜４ミクロン、幅３５０ミクロンのスポットが２
００ミリ秒の単一光パルスで生成された。

３、セル内でサンプルをレーザ光線に対して相対移動す
ることによって、１２ｍｎ／秒で走査して、ジェット・
セル中に線が生成した。この線の幅は約０．７＋ｍ＋で
あった。

４、第２のジェット・セルでは、直径５５０ミクロンの
全スポットが、１０ミクロン／秒の速度でめっきした。

顕微鏡写真によると、細孔のない微細粒子構造である。

、５．レーザ・ジェット領域の接着力を接着テープ試験
で検査した。レーザ光線に当らなかった周辺めっき領域
は容易に剥がれるが、照射を受けた中心領域はそうでな
いことが観察された。この結果は、自由ジェットによっ
て生成されたスポットが必ず割れ、または剥がれるとい
う、レーザを使用しない直線自由ジェットめっきの結果
と一致する。接着力をつけるには、ジェットとサンプル
の相対移動が必要である。良い品質の自由ジェットめっ
き線を得るための最大めつき速度は、約０゜３ミクロン
／秒で、我々のレーザ・ジェット技術よりも約６０分の
１の速さである。

この技術は、銅、ニッケル、パラジウムなどの金属のめ
つきに応用できる。

第４図は、本発明にもとづいて使用できる、取外し式レ
ーザ・ジェット・セルフ０の断面図である。取外し式レ
ーザ・ジェット・セルフ０は、レーザ・ジェットめっき
またはエツチングに対して融通性を与える。その特徴の
１つは、セルの１端の取外し式石英光子ウィンドー７４
である。第２に、ジェット・ノズル２０を載荷する取外
し太平板６０がある。それが取外し式であ゛るために、
他のかかる板６０に取り換えることができ、ジェット・
ノズル２０の直径、長さおよび材質を任意に選択できる
。ジェット支持フランジ７２は、処理のために必要な所
期の電解液２５（めっき液またはエツチング液）と両立
できる、各種の陽極１６を取り付けられるようになって
いる。処理すべき加工片２２（電極など）を挿入するた
めの、アクセス・ボート９４がついている。ウィンドー
７４に入るレーザ光線と、ノズル２０のオリフィスを通
過する液体ジェット２１の位置合わせをしやすくするた
め、取外し式の後窓９１がついている。

セルフ０は、陰極２２（電着すべき加工片）を挿入する
ための、作業用アクセス・雪−ト９４のついた透明アク
リル・プラスチック製シリンダ７１を含んでいる。ジェ
ット・オリフィスまたはノズル２０を含むジェット、プ
レート６０が、１組のボルト］、７２によってそれにボ
ルト締めされたジェット保持フランジ１７１によって、
フランジ７２に固定されている。前フランジ７３が、レ
ーザ・ウィンドー７４を保持している。アクリル製前フ
ランジ７３には、ウィンドー７４用の大きな六８９がお
いている。穴７６がフランジ７３と７２を通って、シリ
ンダ７１の末端に入り、その結果入口室１２がジェット
・ブレード６０、支持フランジ７２、フランジ７３およ
びウィンドー７４から構成されている。第１．２図に示
した入口管３１につながる入口開口部８０（第５図）を
径で、入口室］−２に電解液を供給する。ポート８１は
、入口室１２からペットコック（図示せず）を経て空気
を抜くためのブリード管路であり、ポート８２はセルを
分解してその構造を改造する際の液体用ドレン管路であ
る。陽極１６は、フランジ７２を通ってそ、れに固定さ
れたねじ８３によって、ジェット支持２ランシフ２の壁
に固定されている。

フランジ７２は、電気絶縁体であるアクリル、プラスチ
ック製である。従って、電源を陽極１６に接続する働き
もするねじ８３は、必要な通り電気絶縁されている。陰
極２２は、シリンダ７１中のポート９４を径でサポート
・メンバー８４によっ。

て吊るされている。陰極２２への電気接続は、導線８５
によって示されていることがわかる。陰極２２から落下
する電解液ジェット用のドレン８６が、シリンダ７１中
に示されている。シリンダ７１の右端には、ウィンドー
支持フランジ８８がついており、それにシリンダ中のボ
ルト８７を通す孔と位置合せされた取付は孔がついてい
る。透明ウィンド、９１は、ボルト９３でフランジ８８
に固定された後フランジ９２によって、支持フランジ中
の孔９０上に保持されている。支持フランジ８８は、ボ
ルト８７によってシリンダ７１に固着されている。

図面に示した４個の標準弾性Ｏリング９８によって、耐
液性シールがもたらされる。それに対応する環状溝が、
通常のやり方でＯリングのはまる部分に設けられている
。

第５．１図および第５．２図は、ジェット支持フランジ
７２の端面図および側面図を示したもので、それぞれ各
種の孔が図示しである。

第６図は、レーザ・ジェットめっきの場合（上側）およ
びレーザなしの場合（下側）の、めっき速度と電流密度
の関係を示す２つの曲線を示したものである。この場合
、Ａｕｔｒｏｎｅｘ　５５　ＧＶ　（純金）を使用し、
レーザ出力２５ワツト、ノズル直径０゜５ｍｎ、流速２
．１５ｃｃ／秒、浴温６０℃であった。

２段ブレーティングおよびエツチング 幅広いジェットを狭く焦点を絞ったレーザと共に使用す
ると、次の効果を生じることがある。

（１）パターン付けのためのめつき速度が２通りとなり
、中心部分が周辺よりもずっと大きな値でめっきされる
。

（２）エツチング速度が２通りとなり、中心が周辺より
も深くなる。または、 （３）電解液、エツチングおよび印加電位に応じて、レ
ーザによって遅い周辺エツチングを伴う非常に大きな単
一エッチ速度が定義される。この場合、ジェットの停滞
領域は、レーザよりも直径が大きく、そのため、２種の
限定されためつきまたはエツチング速度が発生する。

第７．１図は、２段めっきの例を示したものである。す
なわち、基板２００にめっき用ジェット２０４が当てら
れ、これによりスポットに金層２０２がめつきされる様
子を示したものである。

金２０２のスポット中心では、レーザ光線２０５が共線
的に当てられ、その結果金の付着層２０３がより厚くな
る。

第７．２図は、２段レベル・エツチングの例を示したも
のである。すなわち、基板３００にエツチング用ジェッ
ト３０４が当てられ、これにより基板３００上の孔３０
２がエッチされる様子を示したものである。孔３０２の
中心では、レーザ光線３０５が共線的に当てられ、その
結果孔３０３はより深くなる。

［光分解電解液コ 本発明は、エツチングまたはめっきのための光分解に適
した電解液を使用する場合にも使用できる。光分解めっ
きまたはエツチングは、外部電位電源を用いても、また
それなしでも使用できる。

ここでは、めっきおよびエツチングは、物質の化学的沈
着または除去を含むことにする。

［エネルギー・ビームによる加熱］ エネルギー・ビームによって上記のように基板を加熱す
るために必要な種類の加熱を実現するには、本発明にも
とづいて処理すべき表面上で少くとも約１０”ワット／
ｄのエネルギーをもたらすように、エネルギー・ビーム
またはレーザを調整しなければならない。

中空面、隙間、凹部などアクセスし難い領域をめつき／
エッチする能力が、本レーザ・ジェット・システムによ
って大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１．１図は、レーザを使用しない自立ジェットの概要
を示す図、 第１．２図は、本発明にもとづくレーザ・ジェット・シ
ステムの概略図、 第２．１図ないし第２．３図は、ニッケルめつきしたＢ
ｅ−Ｃｕ基板上に１１アンペア／ｄの電流密度でレーザ
・ジェットめっきされた、金スポットの断面を示す走査
型電子顕微鏡写真、 第３．１図ないし第３．３図は第２．１図ないし第２．
３図と同じ条件（ただしめつき中にレーザ照射を使用し
ない点を除く）で得られた付着層の断面を示す走査型電
子顕微鏡写真、 第４図は、本発明にもとづいて使用できる。取外し式ジ
ェット・セルの断面を示す図。 第５．１図ないし第５．２図は、第４図に示したジェッ
ト支持フランジの平面および側面を示す図、 第６図は、レーザ・ジェットめっきおよびジェットめっ
きのめつき速度と電流密度の関係を示す図。 第７．１図は、本発明にもとづ（２段めっきを図示した
概略図、 第７．２図は、本発明にもとづく２段エツチングを図示
した概略図である。 ＦＫ；。２．２ ＦＴＧ、２．３ Ｆ折、３．１ ＦＩＧ、　５．４ ＦＩＧ、５．２ ＦＩＧ、６ １１１ｍ（アンに了／ｃｍｚ入

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 化学的に活性な溶液中で基板の付加的または除去的処理
   を行なう方法において、 前記基板上の処理すべき位置を加熱するように該基板へ
   強度の高いエネルギー・ビームを照射するとともに、少
   くとも前記位置を包含する前記基板上の所望の化学反応
   領域へ前記溶液のジェットを印加するようにしたことを
   特徴とする、エネルギー・ビームおよび溶液ジェットを
   利用した基板の処理方法。