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JP7616010B2 - METHOD FOR FORMING METAL FILM AND APPARATUS FOR FORMING METAL FILM - Google Patents
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JP7616010B2 - METHOD FOR FORMING METAL FILM AND APPARATUS FOR FORMING METAL FILM - Google Patents

METHOD FOR FORMING METAL FILM AND APPARATUS FOR FORMING METAL FILM Download PDF

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Description

本発明は、めっき液に含まれる金属イオンから、電解めっきまたは無電解めっきにより、基材の表面に金属を析出させることで、基材の表面に金属イオンに由来する金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜方法および金属皮膜の成膜装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for forming a metal film, which deposits metal on the surface of a substrate by electrolytic plating or electroless plating from metal ions contained in a plating solution, thereby forming a metal film derived from the metal ions on the surface of the substrate.

たとえば、基材の表面に金属皮膜を成膜する金属皮膜の成膜方法として、特許文献1には、金属イオンを透過させる透過膜の1つとして固体電解質膜を用いて、電解めっきにより金属皮膜を成膜する方法が提案されている。この成膜方法では、金属イオンを含有しためっき液を介して、基材の表面を透過膜に接触させながら、金属イオンを透過膜に透過させ、透過した金属イオンを、基材の表面に析出させることにより、金属皮膜を成膜している。 For example, Patent Document 1 proposes a method for forming a metal film on the surface of a substrate, in which a solid electrolyte membrane is used as one of the permeable membranes that allows metal ions to pass through, and a metal film is formed by electrolytic plating. In this method, the metal ions are passed through a plating solution containing metal ions while the substrate surface is in contact with the permeable membrane, and the metal ions that have passed through are precipitated on the substrate surface, forming a metal film.

特開2014-051701号公報JP 2014-051701 A

しかしながら、基材に透過膜を接触させる際に、空気が噛み込むことがある。この空気の噛み込みにより、均一な膜厚の均質な金属皮膜が成膜されないおそれがある。 However, air can get trapped when the permeable membrane is brought into contact with the substrate. This can prevent a homogeneous metal coating of uniform thickness from being formed.

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、均一な膜厚の均質な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成膜装置を提供する。 The present invention has been made in consideration of these points, and provides a metal film deposition method and deposition device that can deposit a homogeneous metal film with a uniform thickness.

前記課題を鑑みて、本発明に係る金属皮膜の成膜方法は、上部に空間が形成されるようにめっき液が収容された第1収容室と、前記第1収容室の下方に配置され、基材が収容された第2収容室とを、前記めっき液に含有する金属イオンが少なくとも透過する透過膜で区画し、昇降装置に載置された前記基材を上昇させることにより、前記基材を下方から前記透過膜に接触させ、前記透過膜を透過した金属イオンから、前記基材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、前記第1収容室と前記第2収容室とは、連通通路を介して連通しており、前記昇降装置に載置された前記基材と前記透過膜とを引き離した状態で、前記第1収容室の前記空間および前記第2収容室の空気を吸引することで、前記第1収容室および前記第2収容室を減圧しながら前記第2収容室に、水蒸気を充填する水蒸気充填工程と、前記第2収容室に前記水蒸気が充填された状態で、前記昇降装置に載置された前記基材を上昇させることにより、前記基材を前記透過膜に接触させる接触工程と、前記基材を前記透過膜に接触させた状態で、減圧された前記第1収容室および前記第2収容室の前記空間を大気に開放する開放工程と、減圧された前記第1収容室および前記第2収容室を大気に開放した状態で、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する成膜工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。 In view of the above-mentioned problems, the method for forming a metal film according to the present invention is a method for forming a metal film, which comprises dividing a first storage chamber in which a plating solution is stored so that a space is formed at the top and a second storage chamber arranged below the first storage chamber and in which a substrate is stored, with a permeable membrane through which at least the metal ions contained in the plating solution permeate, and by raising the substrate placed on a lifting device, the substrate is brought into contact with the permeable membrane from below, and a metal film is formed on the surface of the substrate from the metal ions that have permeated the permeable membrane, the first storage chamber and the second storage chamber are connected via a communication passage, and the substrate placed on the lifting device is separated from the permeable membrane by the first storage chamber. The method includes at least a water vapor filling step of filling the second storage chamber with water vapor while reducing the pressure of the first storage chamber and the second storage chamber by sucking the air in the space of the container and the second storage chamber; a contact step of bringing the base material placed on the lifting device into contact with the permeable membrane by raising the base material in a state in which the second storage chamber is filled with the water vapor; an opening step of opening the space of the first storage chamber and the second storage chamber, which has been depressurized, to the atmosphere while the base material is in contact with the permeable membrane; and a film forming step of forming the metal film on the surface of the base material while the first storage chamber and the second storage chamber, which have been depressurized, are open to the atmosphere.

本発明によれば、水蒸気充填工程において、昇降装置に載置された基材と透過膜とを引き離した状態で、第1収容室の空間および第2収容室の空気を吸引し、第1収容室および第2収容室を減圧しながら、減圧された状態の第2収容室に水蒸気を充填する。次に、接触工程において、第2収容室に水蒸気が充填された状態で、昇降装置に載置された基材を上昇させることにより、基材を透過膜に接触させる。ここで、透過膜を基材に接触させた際に、基材と透過膜との間に、水蒸気が噛み込むことがある。 According to the present invention, in the water vapor filling step, with the base material placed on the lifting device and the permeable membrane separated, the air in the space of the first storage chamber and the second storage chamber is sucked out, and the first storage chamber and the second storage chamber are depressurized while water vapor is filled into the depressurized second storage chamber. Next, in the contact step, with the second storage chamber filled with water vapor, the base material placed on the lifting device is raised to bring the base material into contact with the permeable membrane. Here, when the permeable membrane is brought into contact with the base material, water vapor may become trapped between the base material and the permeable membrane.

このような場合であっても、開放工程において、基材を透過膜に接触させた状態で、減圧された第1収容室の空間および第2収容室を大気に開放することにより、第1収容室の空間および第2収容室は、大気圧となる。この結果、基材と透過膜との間において、噛み込んだ水蒸気は、透過膜側から大気圧まで増圧されるため、噛み込んだ水蒸気は水となって消滅する。このような結果、基材と透過膜との間に、空気が噛み込むことなく、成膜工程において、均一な膜厚の均質な金属皮膜を成膜することができる。 Even in such a case, in the opening step, the depressurized space of the first storage chamber and the second storage chamber are opened to the atmosphere while the substrate is in contact with the permeable membrane, so that the space of the first storage chamber and the second storage chamber are at atmospheric pressure. As a result, the water vapor trapped between the substrate and the permeable membrane is pressurized from the permeable membrane side to atmospheric pressure, and the trapped water vapor turns into water and disappears. As a result, no air is trapped between the substrate and the permeable membrane, and a homogeneous metal coating with a uniform thickness can be formed in the film forming step.

より好ましい態様としては、前記めっき液に、電解めっき液を用い、前記透過膜に、無孔質の固体電解質膜を用い、前記第1収容室において、前記めっき液に接触し、前記基材と対向する位置に、陽極を配置し、前記成膜工程において、前記基材を前記透過膜に接触した状態で、前記陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加しながら、電解めっきにより、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する。 In a more preferred embodiment, an electrolytic plating solution is used as the plating solution, a non-porous solid electrolyte membrane is used as the permeable membrane, an anode is placed in the first storage chamber in contact with the plating solution and facing the substrate, and in the film formation step, the metal film is formed on the surface of the substrate by electrolytic plating while applying a voltage between the anode and the substrate, which serves as a cathode, with the substrate in contact with the permeable membrane.

この態様によれば、開放工程において、基材と透過膜との間において、噛み込んだ水蒸気は、透過膜側から大気圧まで増圧されるため、噛み込んだ水蒸気は水となって消滅するが、この水は、金属イオンの移動を妨げるものではない。したがって、成膜工程において、陽極と、陰極となる基材との間に電圧を印加すると、めっき液に含まれる金属イオンが、固体電解質膜を通過して、基材の表面において均一に還元されることで、金属が析出する。このような結果、空気の噛み込みによる金属の析出が阻害されることなく、均一な膜厚の均質な金属皮膜を成膜することができる。 According to this embodiment, in the opening step, the water vapor trapped between the substrate and the permeable membrane is increased in pressure from the permeable membrane side to atmospheric pressure, so the trapped water vapor turns into water and disappears, but this water does not impede the movement of metal ions. Therefore, in the film formation step, when a voltage is applied between the anode and the substrate serving as the cathode, the metal ions contained in the plating solution pass through the solid electrolyte membrane and are uniformly reduced on the surface of the substrate, causing the metal to precipitate. As a result, metal precipitation is not hindered by air entrapment, and a homogeneous metal coating with a uniform thickness can be formed.

別の好ましい態様としては、前記めっき液に、無電解めっき液を用い、前記透過膜に、前記めっき液を透過する多孔膜を用い、前記成膜工程において、前記基材を前記透過膜に接触させた状態を所定時間保持しながら、無電解めっきにより、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する。 In another preferred embodiment, an electroless plating solution is used as the plating solution, a porous membrane that is permeable to the plating solution is used as the permeable membrane, and in the membrane formation process, the metal film is formed on the surface of the substrate by electroless plating while the substrate is kept in contact with the permeable membrane for a predetermined period of time.

この態様においても、開放工程において、基材と透過膜との間において、噛み込んだ水蒸気は水となって消滅する。金属イオンの移動を妨げるものではない。したがって、この態様であっても、空気の噛み込みによる金属の析出が阻害されることなく、均一な膜厚の均質な金属皮膜を成膜することができる。 Even in this embodiment, the water vapor trapped between the substrate and the permeable membrane during the opening process turns into water and disappears. It does not impede the movement of metal ions. Therefore, even in this embodiment, the deposition of metal is not hindered by air being trapped, and a homogeneous metal coating with a uniform thickness can be formed.

本発明として、以下に示す金属皮膜の成膜装置を開示する。本発明に係る金属皮膜の成膜装置は、上部に空間が形成されるように金属イオンを含有するめっき液が収容された第1収容室と、前記第1収容室の下方に配置され、基材が収容された第2収容室と、前記第1収容室と前記第2収容室とを区画し、前記めっき液に含有する金属イオンが少なくとも透過する透過膜と、前記第2収容室に収容された基材を載置し、前記基材を昇降する昇降装置と、を備え、前記昇降装置に載置された基材を上昇させることにより、前記基材を前記透過膜に接触させ、前記基材が前記透過膜に接触した状態を保持しながら、前記透過膜を透過した金属イオンから、前記基材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、前記第1収容室と前記第2収容室とは、連通通路を介して連通しており、前記成膜装置は、前記基材を前記透過膜から離間した状態で、前記第1収容室および前記第2収容室の空気を吸引し、前記第1収容室および前記第2収容室を減圧する吸引ポンプと、減圧された前記第2収容室に、水蒸気を供給する水蒸気供給部と、前記基材を前記透過膜に接触させた状態で、前記減圧された前記第1収容室および前記第2収容室を大気に開放する開放弁と、をさらに備える。 The present invention discloses a metal film forming apparatus as described below. The metal film forming apparatus according to the present invention comprises a first storage chamber in which a plating solution containing metal ions is stored so that a space is formed above, a second storage chamber arranged below the first storage chamber in which a substrate is stored, a permeable membrane that separates the first storage chamber from the second storage chamber and is permeable to at least the metal ions contained in the plating solution, and a lifting device on which the substrate stored in the second storage chamber is placed and which raises and lowers the substrate. The substrate placed on the lifting device is raised to bring the substrate into contact with the permeable membrane, and the permeable membrane is raised while the substrate is kept in contact with the permeable membrane. A metal film forming apparatus that forms a metal film on the surface of the substrate from the permeated metal ions, the first storage chamber and the second storage chamber are connected via a communication passage, and the film forming apparatus further includes a suction pump that sucks air from the first storage chamber and the second storage chamber and reduces the pressure of the first storage chamber and the second storage chamber while the substrate is separated from the permeable membrane, a water vapor supply unit that supplies water vapor to the depressurized second storage chamber, and an open valve that opens the depressurized first storage chamber and the second storage chamber to the atmosphere while the substrate is in contact with the permeable membrane.

本発明によれば、まず、昇降装置に載置された基材と透過膜とを引き離した状態で、第1収容室の空間および第2収容室の空気を吸引ポンプで吸引する。これにより、第1収容室および第2収容室を減圧しながら、水蒸気を供給する水蒸気供給部で、減圧された状態の第2収容室に水蒸気を充填することができる。次に、第2収容室に水蒸気が充填された状態で、昇降装置に載置された基材を上昇させることにより、基材を透過膜に接触させる。ここで、透過膜を基材に接触させた際に、基材と透過膜との間に、水蒸気が噛み込むことがある。 According to the present invention, first, the space in the first storage chamber and the air in the second storage chamber are sucked in by a suction pump while the substrate and the permeable membrane are separated from each other and placed on the lifting device. This allows the water vapor supply unit, which supplies water vapor while reducing the pressure in the first storage chamber and the second storage chamber, to fill the second storage chamber in a reduced pressure state with water vapor. Next, with the second storage chamber filled with water vapor, the substrate placed on the lifting device is raised to bring the substrate into contact with the permeable membrane. Here, when the permeable membrane is brought into contact with the substrate, water vapor may become trapped between the substrate and the permeable membrane.

このような場合であっても、開放弁において、基材を透過膜に接触させた状態で、減圧された第1収容室の空間および第2収容室を大気に開放する。これにより、第1収容室の空間および第2収容室は、大気圧にまで増圧することができる。この結果、基材と透過膜との間において、噛み込んだ水蒸気は、透過膜側から大気圧まで増圧されるため、噛み込んだ水蒸気は水となって消滅する。これにより、基材と透過膜との間に、空気が噛み込むことなく、均一な膜厚の均質な金属皮膜を成膜することができる。 Even in such a case, the release valve opens the depressurized space of the first storage chamber and the second storage chamber to the atmosphere while the substrate is in contact with the permeable membrane. This allows the pressure in the space of the first storage chamber and the second storage chamber to be increased to atmospheric pressure. As a result, the water vapor trapped between the substrate and the permeable membrane is increased in pressure from the permeable membrane side to atmospheric pressure, and the trapped water vapor turns into water and disappears. This allows a homogeneous metal coating with a uniform thickness to be formed without air being trapped between the substrate and the permeable membrane.

より好ましい態様としては、前記めっき液は、電解めっき液であり、前記透過膜は、無孔質の固体電解質膜であり、前記成膜装置は、前記第1収容室において、前記めっき液に接触し、前記基材と対向する位置に配置された陽極と、前記陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加する電源部と、をさらに備える。 In a more preferred embodiment, the plating solution is an electrolytic plating solution, the permeable membrane is a nonporous solid electrolyte membrane, and the film forming device further includes an anode in the first storage chamber that is in contact with the plating solution and is positioned opposite the substrate, and a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate that serves as a cathode.

この態様によれば、開放弁により、基材と透過膜との間において、噛み込んだ水蒸気は、透過膜側から大気圧まで増圧されるため、噛み込んだ水蒸気は水となって消滅するが、この水は、金属イオンの移動を妨げるものではない。したがって、陽極と、陰極となる基材との間に電源部により電圧を印加すると、めっき液に含まれる金属イオンが、固体電解質膜を通過して、基材の表面において均一に還元されることで、金属が析出する。このような結果、空気の噛み込みによる金属の析出の阻害がされることなく、均一な膜厚の均質な金属皮膜を成膜することができる。 According to this embodiment, the open valve increases the pressure of the water vapor trapped between the substrate and the permeable membrane from the permeable membrane side to atmospheric pressure, so the trapped water vapor turns into water and disappears, but this water does not impede the movement of metal ions. Therefore, when a voltage is applied from the power supply between the anode and the substrate serving as the cathode, the metal ions contained in the plating solution pass through the solid electrolyte membrane and are uniformly reduced on the surface of the substrate, causing the metal to precipitate. As a result, a homogeneous metal coating with a uniform thickness can be formed without the precipitation of metal being hindered by the entrapment of air.

さらに別の態様としては、めっき液は、無電解めっき液であり、前記透過膜は、前記めっき液を透過する多孔膜である。 In yet another embodiment, the plating solution is an electroless plating solution, and the permeable membrane is a porous membrane that allows the plating solution to permeate.

この態様においても、開放弁において、基材と透過膜との間において、噛み込んだ水蒸気は水となって消滅し、この水は金属イオンの移動を妨げるものではない。したがって、空気の噛み込みによる金属の析出が阻害されることなく、均一な膜厚の均質な金属皮膜を成膜することができる。 Even in this embodiment, the water vapor trapped between the substrate and the permeable membrane in the open valve turns into water and disappears, and this water does not impede the movement of metal ions. Therefore, the deposition of metal is not hindered by the trapped air, and a homogeneous metal coating with a uniform thickness can be formed.

本発明の金属皮膜の成膜方法および成膜装置によれば、均一な膜厚の均質な金属皮膜を成膜することができる。 The metal film deposition method and deposition device of the present invention can deposit a homogeneous metal film with a uniform thickness.

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。1 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す成膜方法のフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram of the film forming method shown in FIG. 図2に示す成膜方法における水蒸気充填工程を説明するための図である。3 is a diagram for explaining a water vapor filling step in the film forming method shown in FIG. 2 . 図2に示す成膜方法における接触工程および成膜工程を説明するための図である。3A to 3C are diagrams for explaining a contact step and a film forming step in the film forming method shown in FIG. 2 . 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a metal film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る成膜方法における成膜工程を説明するための図である。6A to 6C are diagrams for explaining a film forming process in a film forming method according to a second embodiment of the present invention.

以下に、図1~図6を参照しながら、本発明に係る第1および第2実施形態に係る金属皮膜の成膜装置およびその成膜方法について説明する。 Below, the metal film deposition apparatus and the deposition method according to the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 6.

<第1実施形態>
1.金属皮膜の成膜装置1について
本実施形態に係る成膜装置1は、第1収容室11と、第2収容室12と、透過膜13と、昇降装置14と、を備えている。第1収容室11は、上ハウジング11Aに形成されており、金属イオンを含有するめっき液Lが収容されている。めっき液Lは、その上部に空間Sが形成されるように、第1収容室11に収容されている。第1収容室11には、空間Sと連通するように連通通路20が接続されている。
First Embodiment
1. Regarding the film forming apparatus 1 for forming a metal film The film forming apparatus 1 according to this embodiment includes a first storage chamber 11, a second storage chamber 12, a permeable membrane 13, and an elevating device 14. The first storage chamber 11 is formed in an upper housing 11A, and stores a plating solution L containing metal ions. The plating solution L is stored in the first storage chamber 11 such that a space S is formed above the plating solution L. A communication passage 20 is connected to the first storage chamber 11 so as to communicate with the space S.

第2収容室12は、下ハウジング12Aに形成されている。第2収容室12は、第1収容室11の下方に配置され、基材Wが収容されている。第1収容室11と第2収容室12とには、第1収容室11と第2収容室12とを区画するように、透過膜13が配置されている。第1収容室11は、上ハウジング11Aの開口部を透過膜13で覆うことにより、封止されている。この結果、第1収容室11に、めっき液Lを収容しつつ、めっき液Lが収容された第1収容室11と、基材Wが収容された第2収容室12とを、透過膜13で区画することができる。なお、下ハウジング12Aには、基材Wを第2収容室12から出し入れするための開閉扉が設けられていてもよく、成膜後の基材Wを第2収容室12から取り出し、新たな基材Wを第2収容室12に入れることができるのであれば、その装置構成は、特に限定されるものではない。 The second storage chamber 12 is formed in the lower housing 12A. The second storage chamber 12 is disposed below the first storage chamber 11, and contains the substrate W. A permeable membrane 13 is disposed between the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 so as to separate the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12. The first storage chamber 11 is sealed by covering the opening of the upper housing 11A with the permeable membrane 13. As a result, while the plating solution L is contained in the first storage chamber 11, the first storage chamber 11 containing the plating solution L and the second storage chamber 12 containing the substrate W can be separated by the permeable membrane 13. The lower housing 12A may be provided with an opening/closing door for inserting and removing the substrate W from the second storage chamber 12, and the device configuration is not particularly limited as long as the substrate W after film formation can be removed from the second storage chamber 12 and a new substrate W can be placed in the second storage chamber 12.

昇降装置14は、第2収容室12に収容された基材Wを載置し、基材Wを昇降する装置であり、その下部には、直動式の電動アクチュエータ(図示せず)等が取付けられている。昇降装置14の上端部には、基材Wを載置する載置台14aが形成されている。載置台14aには、基材Wの位置決め用の凹部が形成されている。 The lifting device 14 is a device that places the substrate W stored in the second storage chamber 12 and raises and lowers the substrate W, and has a linear electric actuator (not shown) or the like attached to its lower part. A placement table 14a on which the substrate W is placed is formed at the upper end of the lifting device 14. A recess is formed in the placement table 14a for positioning the substrate W.

本実施形態では、めっき液Lは、電解めっき液であり、透過膜13は、無孔質の固体電解質膜13Aである。本実施形態では、電解めっきにより金属皮膜を成膜するため、陽極32と電源部36とをさらに備えている。陽極32は、第1収容室11において、めっき液Lに接触し、基材Wと対向する位置に配置されている。 In this embodiment, the plating solution L is an electrolytic plating solution, and the permeable membrane 13 is a nonporous solid electrolyte membrane 13A. In this embodiment, an anode 32 and a power supply unit 36 are further provided to form a metal film by electrolytic plating. The anode 32 is disposed in the first storage chamber 11 in a position that contacts the plating solution L and faces the substrate W.

陽極32としては、たとえば、金属皮膜Fと同じ材料(たとえばCu)からなる可溶性の陽極、または、めっき液Lに対して不溶性を有した材料(たとえばTi)からなる陽極のいずれであってもよい。 The anode 32 may be, for example, a soluble anode made of the same material as the metal coating F (e.g., Cu), or an anode made of a material that is insoluble in the plating solution L (e.g., Ti).

固体電解質膜13Aは、たとえば、イオン交換性官能基を有した固体電解質の膜である。固体電解質膜13Aは、めっき液Lに接触させることにより、金属イオンを透過することができ、基材Wの表面において金属イオン由来の金属を析出可能であれば、特に限定されるものではない。固体電解質膜13Aは、可撓性を有し、その厚みは、5μm以上200μm以下の範囲にあることが好ましい。固体電解質としては、たとえばデュポン社製のナフィオン(登録商標)等のフッ素系樹脂、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)等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。 The solid electrolyte membrane 13A is, for example, a membrane of a solid electrolyte having an ion-exchange functional group. The solid electrolyte membrane 13A is not particularly limited as long as it can transmit metal ions by contacting with the plating solution L and can precipitate metal derived from the metal ions on the surface of the substrate W. The solid electrolyte membrane 13A is flexible and preferably has a thickness in the range of 5 μm to 200 μm. Examples of the solid electrolyte include fluorine-based resins such as Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, hydrocarbon-based resins, polyamic acid resins, and resins with cation exchange functions such as Selemion (CMV, CMD, CMF series) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.

めっき溶液Lは、金属皮膜の金属をイオンの状態で含有している液であり、その金属に、Cu、Ni、Ag、またはAu等を挙げることができ、めっき溶液Lは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸、またはピロリン酸等の酸で溶解(イオン化)したものである。 The plating solution L is a liquid that contains the metal of the metal film in an ionic state, and examples of the metal include Cu, Ni, Ag, and Au. The plating solution L is prepared by dissolving (ionizing) these metals in an acid such as nitric acid, phosphoric acid, succinic acid, sulfuric acid, or pyrophosphoric acid.

本実施形態では、陽極32は、支持体34によって、第1収容室11内に吊下げられ、めっき液Lに浸漬されている。支持体34の内部には、導電体35が挿通されており、導電体35の一端は、配線を介して陽極32に接続され、導電体35の他端は、スイッチ等の電気回路(図示せず)を介して、電源部36の正極に接続されている。電源部36の負極は、載置台14aを介して基材Wに接続されている。これにより、電源部36により、基材Wを陰極として、陽極32と基材Wとの間に、電圧を印加することができる。 In this embodiment, the anode 32 is suspended in the first storage chamber 11 by a support 34 and immersed in the plating solution L. A conductor 35 is inserted inside the support 34, one end of the conductor 35 is connected to the anode 32 via wiring, and the other end of the conductor 35 is connected to the positive electrode of a power supply unit 36 via an electric circuit (not shown) such as a switch. The negative electrode of the power supply unit 36 is connected to the substrate W via the mounting table 14a. This allows the power supply unit 36 to apply a voltage between the anode 32 and the substrate W, with the substrate W as the cathode.

基材Wとしては、銅、鉄、アルミニウムなどの金属製の基板であってもよく、これらの表面に、ニッケルなどの金属製の皮膜がさらに形成されていてもよい。この他にも、基材Wの本体が、ガラスエポキシ樹脂などからなる絶縁性の板材であり、この板材(本体)の表面に、たとえばスパッタリングなどにより金属膜が形成されていてもよく、基材Wの表面が陰極として作用するものであれば、特に限定されるものではない。 The substrate W may be a metal substrate such as copper, iron, or aluminum, and may have a metal coating such as nickel formed on its surface. Alternatively, the main body of the substrate W may be an insulating plate material made of glass epoxy resin or the like, and a metal film may be formed on the surface of this plate material (main body) by, for example, sputtering, and there is no particular limitation as long as the surface of the substrate W acts as a cathode.

本実施形態の成膜装置1によれば、昇降装置14に載置された基材Wを上昇させることで、基材Wを固体電解質膜13Aに接触させた後、基材Wを透過膜13に接触した状態を保持しながら、陽極32と基材W(陰極)との間に電圧を印加する。これにより、第1収容室11に収容されためっき液Lの金属イオンが透過膜13を透過し、透過した金属イオンが基材Wの表面で還元される。この結果、基材Wの表面に金属イオン由来の金属を析出させ、基材Wの表面に金属皮膜を成膜することができる。 According to the film forming apparatus 1 of this embodiment, the substrate W placed on the lifting device 14 is raised to bring the substrate W into contact with the solid electrolyte membrane 13A, and then a voltage is applied between the anode 32 and the substrate W (cathode) while the substrate W is kept in contact with the permeable membrane 13. This causes metal ions in the plating solution L contained in the first storage chamber 11 to permeate the permeable membrane 13, and the permeated metal ions are reduced on the surface of the substrate W. As a result, metal derived from the metal ions is precipitated on the surface of the substrate W, and a metal coating can be formed on the surface of the substrate W.

ここで、本実施形態では、成膜装置1は、吸引ポンプ17と、水蒸気供給部18と、開放弁19と、をさらに備えている。本実施形態では、上述した第1収容室11と第2収容室12とは、連通通路20を介して連通しており、連通通路20には、吸引ポンプ17が接続されている。吸引ポンプ17による吸引により、基材Wを透過膜13から離間した状態で、連通通路20を介して、第1収容室11および第2収容室12の空気を吸引し、前記第1収容室11および第2収容室12を減圧することができる。 Here, in this embodiment, the film forming apparatus 1 further includes a suction pump 17, a water vapor supply unit 18, and an open valve 19. In this embodiment, the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 are connected via a communication passage 20, and the communication passage 20 is connected to the suction pump 17. By suction by the suction pump 17, air can be sucked from the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 via the communication passage 20 while the substrate W is separated from the permeable membrane 13, and the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 can be depressurized.

水蒸気供給部18は、減圧された第2収容室12に、水蒸気を供給する部分である。水蒸気供給部18は、水(湯)Mを収容する収容室18aと、水を加熱する加熱部18bとを備えている。加熱部18bは、たとえば電気ヒータなどである。収容室18aは、連通通路25を介して、第2収容室12に連通しており、加熱部18bで加熱された湯から生じる水蒸気が第2収容室12に供給される。 The water vapor supply unit 18 is a part that supplies water vapor to the depressurized second storage chamber 12. The water vapor supply unit 18 includes a storage chamber 18a that stores water (hot water) M, and a heating unit 18b that heats the water. The heating unit 18b is, for example, an electric heater. The storage chamber 18a is connected to the second storage chamber 12 via a communication passage 25, and water vapor generated from the hot water heated by the heating unit 18b is supplied to the second storage chamber 12.

開放弁19は、基材Wを固体電解質膜13Aに接触させた状態で、吸引ポンプ17で減圧された第1収容室11および第2収容室12を大気に開放する弁である。開放弁19は、開弁状態で、連通通路20を大気に連通させ、閉弁状態で、連通通路20を大気から遮断する。本実施形態では、連通通路20から分岐した位置に開放弁19を設けたが、たとえば、吸引ポンプ17に内蔵された開放弁により、第1収容室11および第2収容室12を大気に開放してもよい。 The release valve 19 is a valve that opens the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12, which have been depressurized by the suction pump 17, to the atmosphere while the substrate W is in contact with the solid electrolyte membrane 13A. When the release valve 19 is in an open state, it connects the communication passage 20 to the atmosphere, and when it is in a closed state, it blocks the communication passage 20 from the atmosphere. In this embodiment, the release valve 19 is provided at a position branched off from the communication passage 20, but for example, the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 may be opened to the atmosphere by an release valve built into the suction pump 17.

2.金属皮膜の成膜方法について
この成膜方法では、上述した成膜装置1を用いて、基材Wの表面に金属皮膜を成膜する。本実施形態では、成膜前の準備段階として、第1収容室11の上部に空間Sが形成されるように、第1収容室11に、めっき液Lを収容する。さらに、載置台14aに基材Wが載置されるように、第2収容室12に基材Wを収容する。この状態で、固体電解質膜13Aを挟んで、固体電解質膜13Aの上側には、固体電解質膜13Aと接触するようにめっき液Lが配置され、固体電解質膜13Aの下側には、固体電解質膜13Aと間隔を空けて基材Wが配置される。ここで、第1収容室11内の空間Sの圧力と、第2収容室12の内部の圧力は、大気圧である。
2. About the film formation method of the metal film In this film formation method, a metal film is formed on the surface of the substrate W by using the above-mentioned film formation apparatus 1. In this embodiment, as a preparation stage before the film formation, the plating solution L is contained in the first storage chamber 11 so that a space S is formed in the upper part of the first storage chamber 11. Furthermore, the substrate W is contained in the second storage chamber 12 so that the substrate W is placed on the mounting table 14a. In this state, the plating solution L is disposed on the upper side of the solid electrolyte membrane 13A so as to be in contact with the solid electrolyte membrane 13A, and the substrate W is disposed on the lower side of the solid electrolyte membrane 13A with a gap therebetween, with the solid electrolyte membrane 13A sandwiched between them. Here, the pressure in the space S in the first storage chamber 11 and the pressure inside the second storage chamber 12 are atmospheric pressure.

成膜前の準備を終えた後、まず、図2に示す水蒸気充填工程S1を行う。この工程では、昇降装置14に載置された基材Wと固体電解質膜13Aとを引き離した状態で、第1収容室11の空間Sおよび第2収容室12の空気を吸引することで、第1収容室11および第2収容室12を減圧しながら第2収容室12に、水蒸気stを充填する。 After completing the preparations before film formation, the water vapor filling step S1 shown in FIG. 2 is performed first. In this step, the substrate W placed on the lifting device 14 and the solid electrolyte membrane 13A are separated from each other, and the air in the space S of the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 is sucked in to fill the second storage chamber 12 with water vapor st while reducing the pressure in the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12.

具体的には、水蒸気供給部18の収容室18aに収容された水Mは、加熱部18bにより、95℃程度に加熱された湯となり、吸引ポンプ17による吸引により、湯の表面から水蒸気stが生成される。本実施形態では、水蒸気供給部18も大気圧に対して減圧された状態となるため、大気圧の状態に比べて、より低い温度で水Mから水蒸気stが生成される。ここで、めっき液Lの温度に比べて、水蒸気供給部18の水Mの温度を高くすることにより、水Mを優先的に蒸発させ、減圧時におけるめっき液Lの蒸発を抑えることができる。これにより、めっき液Lの金属イオンの濃度上昇等を抑えるとともに、めっき液Lの温度低下を抑えることができる。 Specifically, the water M stored in the storage chamber 18a of the water vapor supply unit 18 is heated to about 95°C by the heating unit 18b, and water vapor st is generated from the surface of the hot water by suction by the suction pump 17. In this embodiment, the water vapor supply unit 18 is also in a state of reduced pressure relative to atmospheric pressure, so water vapor st is generated from the water M at a lower temperature than in a state of atmospheric pressure. Here, by raising the temperature of the water M in the water vapor supply unit 18 compared to the temperature of the plating solution L, the water M is evaporated preferentially, and evaporation of the plating solution L during reduced pressure can be suppressed. This suppresses an increase in the concentration of metal ions in the plating solution L, and also suppresses a decrease in the temperature of the plating solution L.

生成された水蒸気stは、連通通路25を介して、第2収容室12に流れ込む。さらに、第1収容室11と第2収容室12とは、連通通路20で連通しているので、第2収容室12に充填された水蒸気stは、第1収容室11にも流れ込み、第1収容室11の空間Sにも充填される。 The generated water vapor st flows into the second storage chamber 12 through the communication passage 25. Furthermore, since the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 are connected by the communication passage 20, the water vapor st filled in the second storage chamber 12 also flows into the first storage chamber 11 and fills the space S of the first storage chamber 11.

次に、図2に示す接触工程S2を行う。具体的には、図4に示すように、第2収容室12に水蒸気stが充填された状態で、昇降装置14に載置された基材Wを上昇させることにより、基材Wを固体電解質膜13Aに接触させる。基材Wが固体電解質膜13Aに接触したタイミングで、吸引ポンプ17による吸引を停止する。ここで、図4の部分拡大図に示すように、固体電解質膜13Aを基材Wに接触させた際に、基材Wの表面Wfと固体電解質膜13Aとの間に、水蒸気stが噛み込むことがある。 Next, the contact step S2 shown in FIG. 2 is performed. Specifically, as shown in FIG. 4, with the second storage chamber 12 filled with water vapor st, the substrate W placed on the lifting device 14 is raised to bring the substrate W into contact with the solid electrolyte membrane 13A. When the substrate W comes into contact with the solid electrolyte membrane 13A, the suction by the suction pump 17 is stopped. Here, as shown in the partially enlarged view of FIG. 4, when the solid electrolyte membrane 13A is brought into contact with the substrate W, water vapor st may get caught between the surface Wf of the substrate W and the solid electrolyte membrane 13A.

次に、図2に示す開放工程S3を行う。この工程では、基材Wを固体電解質膜13Aに接触させた状態で、減圧された第1収容室11および第2収容室12の空間Sを大気に開放する。具体的には、開放弁19を開弁することで、開放弁19から大気が入り込み、連通通路20に連通した第1収容室11と第2収容室12が、減圧状態から、大気圧まで昇圧される。 Next, the opening step S3 shown in FIG. 2 is performed. In this step, the space S of the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12, which has been reduced in pressure, is opened to the atmosphere while the substrate W is in contact with the solid electrolyte membrane 13A. Specifically, by opening the opening valve 19, the atmosphere enters through the opening valve 19, and the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12, which are connected to the communication passage 20, are pressurized from a reduced pressure state to atmospheric pressure.

開放工程S3において、基材Wを固体電解質膜13Aに接触させた状態で、減圧された第1収容室11の空間Sおよび第2収容室12を大気に開放することにより、第1収容室11の空間Sおよび第2収容室12は、大気圧となる。この結果、接触工程において、基材Wの表面Wfと固体電解質膜13Aとの間において、噛み込んだ水蒸気stは、減圧状態から固体電解質膜13A側から大気圧まで昇圧されるため、噛み込んだ水蒸気stは水となって消滅する。 In the opening step S3, the depressurized space S of the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 are opened to the atmosphere while the substrate W is in contact with the solid electrolyte membrane 13A, so that the space S of the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 are at atmospheric pressure. As a result, in the contact step, the water vapor st trapped between the surface Wf of the substrate W and the solid electrolyte membrane 13A is pressurized from the depressurized state to atmospheric pressure from the solid electrolyte membrane 13A side, and the trapped water vapor st disappears as water.

なお、本実施形態では、開放弁19を開放する前に、吸引ポンプ17による吸引を停止したので、開放弁19の開弁により、第1収容室11および第2収容室12を、減圧状態から大気圧まで速やかに昇圧することができる。ただし、以下に示す成膜工程S4が完了するまで、開放弁19により、第1収容室11および第2収容室12の圧力を大気圧に維持することができるのであれば、成膜工程S4が完了するまで、吸引ポンプ17を連続して稼動してもよい。 In this embodiment, suction by the suction pump 17 is stopped before the release valve 19 is opened, so that the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 can be quickly pressurized from a reduced pressure state to atmospheric pressure by opening the release valve 19. However, if the pressure in the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12 can be maintained at atmospheric pressure by the release valve 19 until the film formation process S4 described below is completed, the suction pump 17 may be operated continuously until the film formation process S4 is completed.

次に、図2に示す成膜工程S4を行う。成膜工程S4では、減圧された第1収容室11および第2収容室12を大気に開放した状態で、基材Wの表面に金属皮膜Fを成膜する。より具体的には、第1実施形態では、上述した如く、めっき液Lに、電解めっき液を用い、固体電解質膜13Aに、無孔質の固体電解質膜を用いる。第1収容室11において、陽極32は、めっき液Lに接触し、基材Wと対向する位置に配置されており、基材Wを固体電解質膜13Aに接触した状態で、陽極32と、陰極となる基材Wとの間に電圧を印加する。これにより、固体電解質膜13Aを透過した電解めっき液に含有する金属イオンを、基材Wの表面で還元し、金属イオン由来の金属を析出することができる。これにより、電解めっきを利用して、基材Wの表面に、金属イオン由来の金属皮膜を成膜する。 Next, the film formation step S4 shown in FIG. 2 is performed. In the film formation step S4, a metal film F is formed on the surface of the substrate W with the first storage chamber 11 and the second storage chamber 12, which have been reduced in pressure, open to the atmosphere. More specifically, in the first embodiment, as described above, an electrolytic plating solution is used as the plating solution L, and a non-porous solid electrolyte membrane is used as the solid electrolyte membrane 13A. In the first storage chamber 11, the anode 32 is in contact with the plating solution L and is disposed at a position facing the substrate W, and a voltage is applied between the anode 32 and the substrate W, which serves as the cathode, with the substrate W in contact with the solid electrolyte membrane 13A. As a result, the metal ions contained in the electrolytic plating solution that has permeated the solid electrolyte membrane 13A can be reduced on the surface of the substrate W, and metal derived from the metal ions can be precipitated. As a result, a metal film derived from the metal ions is formed on the surface of the substrate W by using electrolytic plating.

本実施形態によれば、開放工程S3において、基材Wと固体電解質膜13Aとの間において、噛み込んだ水蒸気stは、第1収容室11の空間Sの昇圧に伴い固体電解質膜13A側から大気圧まで増圧されるため、噛み込んだ水蒸気stは水となって消滅する。この水は、金属イオンの移動を妨げるものではないので、成膜工程S4において、陽極32と、陰極となる基材Wとの間に電圧を印加すると、めっき液Lに含まれる金属イオンが、固体電解質膜13Aを通過して、基材の表面において均一に還元され、金属が析出する。このような結果、空気の噛み込みによる金属の析出が阻害されることなく、均一な膜厚の均質な金属皮膜Fを成膜することができる。 According to this embodiment, in the opening step S3, the water vapor st trapped between the substrate W and the solid electrolyte membrane 13A is increased in pressure from the solid electrolyte membrane 13A side to atmospheric pressure as the pressure in the space S of the first storage chamber 11 is increased, and the trapped water vapor st turns into water and disappears. Since this water does not impede the movement of metal ions, when a voltage is applied between the anode 32 and the substrate W, which serves as the cathode, in the film-forming step S4, the metal ions contained in the plating solution L pass through the solid electrolyte membrane 13A and are uniformly reduced on the surface of the substrate, causing the metal to precipitate. As a result, a homogeneous metal coating F with a uniform thickness can be formed without the metal precipitation being hindered by the entrapment of air.

<第2実施形態>
第2実施形態に係る成膜装置1および成膜方法が、第1実施形態のものと相違する点は、無電解めっきを利用して、基材Wの表面に金属皮膜Fを成膜する点である。具体的には、本実施形態の金属皮膜Fを成膜する方法および成膜装置1は、めっき液Lに含まれる金属イオンから、無電解めっきにより、基材Wの表面に金属を析出させることで、基材Wの表面に金属イオンに由来する金属皮膜Fを成膜する。第1実施形態に係る成膜装置1と同様の構成は、同じ符号を付して、詳細な説明を省略し、相違する点のみを説明する。
Second Embodiment
The film forming apparatus 1 and film forming method according to the second embodiment differ from those of the first embodiment in that electroless plating is used to form a metal coating F on the surface of the substrate W. Specifically, the method for forming a metal coating F and the film forming apparatus 1 of the present embodiment deposit metal on the surface of the substrate W by electroless plating from metal ions contained in a plating solution L, thereby forming a metal coating F derived from the metal ions on the surface of the substrate W. The same components as those of the film forming apparatus 1 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted, with only the differences being described.

ここで、無電解めっきは、電源部によって電解析出させる電解めっきとは異なり、化学的な還元反応によって皮膜を析出(成膜)する方法である。無電解めっきには、基材Wを構成する金属とめっき液(無電解めっき液)に含まれる金属イオンとのイオン化傾向の差を利用してめっきする置換めっき、および、還元剤の還元能力を利用してめっきする自己触媒型還元めっき等がある。 Here, electroless plating is a method of depositing (forming) a film by a chemical reduction reaction, unlike electrolytic plating, which is electrolytically deposited using a power source. Electroless plating includes substitution plating, which utilizes the difference in ionization tendency between the metal that constitutes the substrate W and the metal ions contained in the plating solution (electroless plating solution), and autocatalytic reduction plating, which utilizes the reducing ability of a reducing agent.

無電解めっきが置換めっきである場合には、基材Wとしては、めっき液Lに含まれる金属イオンよりも卑な金属(イオン化傾向が大きい金属)からなる金属材料を用いることが好ましい。また、基材Wの本体の表面に、めっき液Lに含まれる金属イオンよりも卑な金属からなる層が形成されていてもよい。この場合には、本体としては、めっき液Lに含まれる金属イオンよりも貴な金属材料または樹脂材料等を用いてもよい。このような基材Wの一例としては、めっき液Lに含まれる金属イオンがAuイオンである場合には、Cuからなる本体の表面にNiめっき層が形成されたものを挙げることができる。 When the electroless plating is displacement plating, it is preferable to use a metal material made of a metal (a metal with a high ionization tendency) that is more base than the metal ions contained in the plating solution L as the substrate W. A layer made of a metal that is more base than the metal ions contained in the plating solution L may also be formed on the surface of the substrate W body. In this case, the substrate body may be made of a metal material or a resin material that is more noble than the metal ions contained in the plating solution L. An example of such a substrate W is one in which a Ni plating layer is formed on the surface of a substrate body made of Cu when the metal ions contained in the plating solution L are Au ions.

無電解めっきが自己触媒型還元めっきである場合には、基材Wとして、還元剤の酸化反応を促進する触媒作用を有する材料であれば、金属材料または樹脂材料等を用いてもよい。また、基材Wの本体の表面に、触媒となる金属からなる層が形成されていてもよい。この場合には、基材Wの本体は、触媒作用を有しない金属材料および樹脂材料を用いることができる。このような基材Wの一例としては、めっき液(無電解めっき液)Lに含まれる金属イオンがNiイオンである場合には、Cuからなる本体の表面に触媒となるPdめっき層が形成されたものを挙げることができる。 When the electroless plating is autocatalytic reduction plating, the substrate W may be made of a metal material, a resin material, or the like, so long as it is a material that has a catalytic effect of promoting the oxidation reaction of the reducing agent. A layer made of a catalytic metal may also be formed on the surface of the substrate W body. In this case, the substrate W body may be made of a metal material or a resin material that does not have a catalytic effect. An example of such a substrate W is a substrate W having a catalytic Pd plating layer formed on the surface of a Cu body when the metal ions contained in the plating solution (electroless plating solution) L are Ni ions.

図5に示すように、本実施形態に係る成膜装置1は、第1実施形態のものとは異なり、陽極32、これを支持する支持体34、および電源部36等を、含まず、透過膜13として、固体電解質膜13Aの代わりに、多孔膜13Bが用いられる。多孔膜13Bは、上ハウジング11Aに収容されためっき液Lを封止し、基材W(具体的には載置台14a)に対向するように、上ハウジング11Aに取付けられる。多孔膜13Bは、膜厚方向にめっき液Lを透過することができる膜であり、めっき液Lが透過可能な孔を複数有する膜である。 As shown in FIG. 5, unlike the first embodiment, the film forming apparatus 1 according to this embodiment does not include an anode 32, a support 34 supporting the anode, a power supply unit 36, etc., and uses a porous membrane 13B instead of a solid electrolyte membrane 13A as a permeable membrane 13. The porous membrane 13B seals the plating solution L contained in the upper housing 11A and is attached to the upper housing 11A so as to face the substrate W (specifically, the mounting table 14a). The porous membrane 13B is a membrane that allows the plating solution L to pass through in the film thickness direction, and has a plurality of holes through which the plating solution L can pass.

多孔膜13Bの厚みは、たとえば、5μm以上200μm以下であることが好ましい。多孔膜13Bの平均孔径は、たとえば0.1μm以上100μm以下であってもよく、基材Wに接触した際に、膜厚方向にめっき液Lが通過する(具体的には、基材Wの表面にめっき液Lが染み出す)ことができるのであれば、多孔膜13Bの孔径は、特に限定されるものではない。 The thickness of the porous membrane 13B is preferably, for example, 5 μm or more and 200 μm or less. The average pore size of the porous membrane 13B may be, for example, 0.1 μm or more and 100 μm or less, and the pore size of the porous membrane 13B is not particularly limited as long as the plating solution L can pass through the membrane in the thickness direction (specifically, the plating solution L can seep out onto the surface of the substrate W) when the membrane comes into contact with the substrate W.

また、本実施形態では、多孔膜13Bは、固体電解質のようなイオン交換性官能基(陽イオン交換性官能基または陰イオン交換性官能基)を有していなくてもよい。これにより、多孔膜は、極性がほとんどなく、めっき液Lに含まれる金属イオンが、多孔膜中にトラップされずに、孔内を透過することができる。したがって、このようなめっき液Lは、めっき液Lに含まれる金属イオンがカチオン、アニオン、またはノニオンのいずれの場合にも適用することができる。このようなめっき液Lとしては、ポリオレフィン樹脂を用いることができる。ポリオレフィン樹脂としては、たとえば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、または、これらを混合した樹脂を挙げることができる。 In this embodiment, the porous membrane 13B may not have an ion exchange functional group (cation exchange functional group or anion exchange functional group) like a solid electrolyte. This allows the porous membrane to have almost no polarity, and metal ions contained in the plating solution L can pass through the pores without being trapped in the porous membrane. Therefore, such a plating solution L can be applied when the metal ions contained in the plating solution L are cationic, anionic, or nonionic. As such a plating solution L, a polyolefin resin can be used. Examples of polyolefin resins include polyethylene resins, polypropylene resins, and resins made by mixing these.

めっき液(無電解めっき液)Lは、多孔膜13Bの一方側に供給される液であり、無電解めっきにより金属皮膜Fの金属として析出される金属イオンを少なくとも含有している液である。なお、置換めっきまたは自己触媒型還元めっき用のめっき液Lは、めっき溶液として一般的に市販されているものであってもよい。 The plating solution (electroless plating solution) L is a solution supplied to one side of the porous membrane 13B, and contains at least metal ions that are deposited as the metal of the metal film F by electroless plating. The plating solution L for displacement plating or autocatalytic reduction plating may be a plating solution that is generally available commercially.

無電解めっきが置換めっきである場合には、めっき液Lに含有される金属イオンの金属は、基材Wの材料よりも貴な(イオン化傾向が小さい)金属である。たとえば、基材WがCuからなる場合には、金属イオンの金属として、Ag、PtまたはAu等を挙げることができる。 When the electroless plating is displacement plating, the metal of the metal ions contained in the plating solution L is a metal that is more noble (has a smaller tendency to ionize) than the material of the substrate W. For example, when the substrate W is made of Cu, examples of the metal of the metal ions include Ag, Pt, and Au.

無電解めっきが自己触媒型還元めっきである場合には、めっき液Lは、金属皮膜Fの金属として析出される金属イオンと、還元剤とを含む。金属イオンの金属としては、触媒作用を有する金属であれば、特に限定されるものではなく、たとえば、Ag、PtまたはAu等を挙げることができる。還元剤としては、次亜リン酸、またはジメチルアミンボラン等を挙げることができる。めっき液Lには、さらに、安定剤、錯化剤、および還元剤等が含まれていてもよい。 When the electroless plating is autocatalytic reduction plating, the plating solution L contains metal ions to be precipitated as the metal of the metal film F, and a reducing agent. The metal of the metal ions is not particularly limited as long as it has catalytic activity, and examples of the metal include Ag, Pt, and Au. Examples of the reducing agent include hypophosphorous acid and dimethylamine borane. The plating solution L may further contain a stabilizer, a complexing agent, a reducing agent, and the like.

本実施形態に係る成膜方法では、第1実施形態と同様に水蒸気充填工程S1から開放工程S3まで、同様の作業を行う。図6に示すように、本実施形態では、成膜工程S4において、基材Wを透過膜に接触した状態を所定時間保持しながら、無電解めっきにより、基材Wの表面に金属皮膜Fを成膜する。 In the film forming method according to this embodiment, the same operations as in the first embodiment are performed from the water vapor filling step S1 to the opening step S3. As shown in FIG. 6, in the film forming step S4 in this embodiment, a metal film F is formed on the surface of the substrate W by electroless plating while the substrate W is kept in contact with the permeable membrane for a predetermined time.

本実施形態においても、開放工程S3において、基材Wと多孔膜13Bとの間において、噛み込んだ水蒸気stは水となって消滅する。この水は、金属イオンの移動を妨げるものではないので、空気の噛み込みによる金属の析出が阻害されることない。したがって、多孔膜13Bを透過した金属イオンが還元されて、金属イオン由来の金属が析出し、均一な膜厚の均質な金属皮膜Fを成膜することができる。 In this embodiment, too, in the opening step S3, the water vapor st trapped between the substrate W and the porous membrane 13B turns into water and disappears. This water does not impede the movement of metal ions, so the precipitation of metal caused by trapped air is not inhibited. Therefore, the metal ions that have permeated the porous membrane 13B are reduced, and the metal derived from the metal ions precipitates, forming a homogeneous metal coating F with a uniform thickness.

以上、本発明の一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。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various design modifications can be made without departing from the spirit of the present invention as described in the claims.

第1および第2実施形態では、載置台に載置された1つの基材の表面に対して、金属皮膜を成膜したが、たとえば、載置台に複数の基材を載置し、複数の基材の表面に、同時に金属皮膜を成膜してもよい。 In the first and second embodiments, a metal coating is formed on the surface of one substrate placed on a mounting table, but, for example, multiple substrates may be placed on the mounting table and metal coatings may be formed on the surfaces of the multiple substrates simultaneously.

1:成膜装置、11:第1収容室、12:第2収容室、13:透過膜、13A:固体電解質膜、13B:多孔膜、14:昇降装置、17:吸引ポンプ、18:水蒸気供給部、19:開放弁、32:陽極、36:電源部、F:金属皮膜、S:空間、L:めっき液、W:基材 1: Film forming device, 11: First storage chamber, 12: Second storage chamber, 13: Permeable membrane, 13A: Solid electrolyte membrane, 13B: Porous membrane, 14: Lifting device, 17: Suction pump, 18: Water vapor supply unit, 19: Open valve, 32: Anode, 36: Power supply unit, F: Metal film, S: Space, L: Plating solution, W: Substrate

Claims (6)

上部に空間が形成されるようにめっき液が収容された第1収容室と、前記第1収容室の下方に配置され、基材が収容された第2収容室とを、前記めっき液に含有する金属イオンが少なくとも透過する透過膜で区画し、昇降装置に載置された前記基材を上昇させることにより、前記基材を下方から前記透過膜に接触させ、前記透過膜を透過した金属イオンから、前記基材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、
前記第1収容室と前記第2収容室とは、連通通路を介して連通しており、
前記昇降装置に載置された前記基材と前記透過膜とを引き離した状態で、前記第1収容室の前記空間および前記第2収容室の空気を吸引することで、前記第1収容室および前記第2収容室を減圧しながら前記第2収容室に、水蒸気を充填する水蒸気充填工程と、
前記第2収容室に前記水蒸気が充填された状態で、前記昇降装置に載置された前記基材を上昇させることにより、前記基材を前記透過膜に接触させる接触工程と、
前記基材を前記透過膜に接触させた状態で、減圧された前記第1収容室および前記第2収容室の前記空間を大気に開放する開放工程と、
減圧された前記第1収容室および前記第2収容室を大気に開放した状態で、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する成膜工程と、
を少なくとも含むことを特徴とする金属皮膜の成膜方法。
A method for forming a metal film, comprising the steps of: dividing a first storage chamber, in which a plating solution is stored so that a space is formed at an upper portion, from a second storage chamber, which is disposed below the first storage chamber and in which a substrate is stored, by a permeable membrane through which at least metal ions contained in the plating solution permeate; raising the substrate placed on a lifting device brings the substrate into contact with the permeable membrane from below, and forming a metal film on a surface of the substrate from the metal ions that have permeated the permeable membrane,
The first storage chamber and the second storage chamber are in communication with each other via a communication passage,
a water vapor filling step of filling the second storage chamber with water vapor while reducing the pressure in the first storage chamber and the second storage chamber by sucking the air in the space of the first storage chamber and the second storage chamber in a state in which the base material and the permeable membrane placed on the lifting device are separated from each other;
a contacting step of bringing the base material into contact with the permeable membrane by raising the base material placed on the lifting device while the second storage chamber is filled with the water vapor;
an opening step of opening the decompressed spaces of the first storage chamber and the second storage chamber to the atmosphere while the base material is in contact with the permeable membrane;
a film forming step of forming the metal coating on the surface of the base material in a state in which the first storage chamber and the second storage chamber are opened to the atmosphere under reduced pressure;
A method for forming a metal film, comprising at least the steps of:
前記めっき液に、電解めっき液を用い、
前記透過膜に、無孔質の固体電解質膜を用い、
前記第1収容室において、前記めっき液に接触し、前記基材と対向する位置に、陽極を配置し、
前記成膜工程において、前記基材を前記透過膜に接触した状態で、前記陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加しながら、電解めっきにより、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する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。
An electrolytic plating solution is used as the plating solution,
A non-porous solid electrolyte membrane is used as the permeable membrane,
an anode is disposed in the first container at a position in contact with the plating solution and facing the substrate;
2. The method for forming a metal coating according to claim 1, wherein in the film formation step, the metal coating is formed on the surface of the substrate by electrolytic plating while applying a voltage between the anode and the substrate serving as a cathode with the substrate in contact with the permeable membrane.
前記めっき液に、無電解めっき液を用い、
前記透過膜に、前記めっき液を透過する多孔膜を用い、
前記成膜工程において、前記基材を前記透過膜に接触させた状態を所定時間保持しながら、無電解めっきにより、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する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。
An electroless plating solution is used as the plating solution,
A porous membrane that is permeable to the plating solution is used as the permeable membrane,
2. The method for forming a metal film according to claim 1, wherein in the film forming step, the metal film is formed on the surface of the substrate by electroless plating while the substrate is kept in contact with the permeable membrane for a predetermined period of time.
上部に空間が形成されるように金属イオンを含有するめっき液が収容された第1収容室と、
前記第1収容室の下方に配置され、基材が収容された第2収容室と、
前記第1収容室と前記第2収容室とを区画し、前記めっき液に含有する金属イオンが少なくとも透過する透過膜と、
前記第2収容室に収容された基材を載置し、前記基材を昇降する昇降装置と、を備え、
前記昇降装置に載置された基材を上昇させることにより、前記基材を前記透過膜に接触させ、前記基材が前記透過膜に接触した状態を保持しながら、前記透過膜を透過した金属イオンから、前記基材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、
前記第1収容室と前記第2収容室とは、連通通路を介して連通しており、
前記成膜装置は、
前記基材を前記透過膜から離間した状態で、前記第1収容室および前記第2収容室の空気を吸引し、前記第1収容室および前記第2収容室を減圧する吸引ポンプと、
減圧された前記第2収容室に、水蒸気を供給する水蒸気供給部と、
前記基材を前記透過膜に接触させた状態で、前記減圧された前記第1収容室および前記第2収容室を大気に開放する開放弁と、
をさらに備えることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。
a first storage chamber in which a plating solution containing metal ions is stored so that a space is formed at the top;
a second storage chamber disposed below the first storage chamber and configured to store a substrate;
a permeable membrane that separates the first storage chamber from the second storage chamber and that allows at least metal ions contained in the plating solution to pass through;
a lifting device for placing the base material contained in the second storage chamber and lifting the base material,
a metal coating forming apparatus for forming a metal coating on a surface of the substrate from metal ions that have permeated the permeable membrane while maintaining a state in which the substrate is in contact with the permeable membrane by raising the substrate placed on the lifting device,
The first storage chamber and the second storage chamber are in communication with each other via a communication passage,
The film forming apparatus includes:
a suction pump that sucks air from the first storage chamber and the second storage chamber and reduces the pressure in the first storage chamber and the second storage chamber while the base material is separated from the permeable membrane;
A water vapor supply unit that supplies water vapor to the depressurized second storage chamber;
an open valve that opens the first storage chamber and the second storage chamber, the pressure of which has been reduced, to the atmosphere while the base material is in contact with the permeable membrane;
The metal film forming apparatus further comprising:
前記めっき液は、電解めっき液であり、
前記透過膜は、無孔質の固体電解質膜であり、
前記成膜装置は、
前記第1収容室において、前記めっき液に接触し、前記基材と対向する位置に配置された陽極と、
前記陽極と、陰極となる前記基材との間に電圧を印加する電源部と、をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の金属皮膜の成膜装置。
The plating solution is an electrolytic plating solution,
the permeable membrane is a non-porous solid electrolyte membrane;
The film forming apparatus includes:
an anode disposed in the first container chamber in contact with the plating solution and facing the substrate;
5. The metal film forming apparatus according to claim 4, further comprising a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate that serves as a cathode.
前記めっき液は、無電解めっき液であり、
前記透過膜は、前記めっき液を透過する多孔膜であることを特徴とする請求項4に記載の金属皮膜の成膜装置。
The plating solution is an electroless plating solution,
5. The metal film forming apparatus according to claim 4, wherein the permeable membrane is a porous membrane that allows the plating solution to permeate.
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