JP7639660B2 - Metal film forming apparatus and method - Google Patents
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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装置および金属皮膜の成膜方法に関する。 The present invention relates to a metal film forming apparatus and a metal film forming method that 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装置として、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成膜装置が提案されている。この成膜装置は、めっき液を収容する収容室が形成されたハウジングを備えている。ハウジングには、めっき液を収容する収容室が形成されており、透過膜が、前記収容室を下方から封止するように、ハウジングに取り付けられている。成膜時には、基材を透過膜に押圧した状態を保持しながら、透過膜を透過した金属イオンから、基材の表面に金属皮膜を成膜する。 For example, Patent Document 1 proposes a metal film forming apparatus that forms a metal film on the surface of a substrate by electrolytic plating using a solid electrolyte membrane as one type of permeable membrane that allows metal ions to pass through. This film forming apparatus includes a housing in which a storage chamber for storing a plating solution is formed. The housing is formed with a storage chamber for storing the plating solution, and a permeable membrane is attached to the housing so as to seal the storage chamber from below. During film formation, the substrate is pressed against the permeable membrane while the metal ions that have permeated the permeable membrane are used to form a metal film on the surface of the substrate.
しかしながら、透過膜は収容室内のめっき液の自重により、下方に膨らむように撓むため、透過膜に基材を均一に押圧しようとした場合、透過膜を基材で押し上げることになる。これにより、収容室内の圧力が高まり、透過膜が破損するおそれがある。さらに、成膜後には、透過膜から基材を引き離すが、このときに、基材で押し上げられていた透過膜が、めっき液の自重により下方に膨らむため、その際に作用する荷重で透過膜が破損するおそれがある。 However, the permeable membrane bends and bulges downwards due to the weight of the plating solution in the chamber, so when an attempt is made to press the substrate evenly against the permeable membrane, the substrate ends up pushing up the permeable membrane. This increases the pressure in the chamber, and there is a risk of the permeable membrane being damaged. Furthermore, after the membrane is formed, the substrate is separated from the permeable membrane, and at this time, the permeable membrane that was pushed up by the substrate bulges downwards due to the weight of the plating solution, and there is a risk of the permeable membrane being damaged by the load acting at this time.
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、成膜前に基材を透過膜で押圧したり、成膜後に基材を透過膜から引き離したりしたとしても、透過膜の破損を防止することができる金属皮膜の成膜装置およびその成膜方法を提供する。 The present invention has been made in consideration of these points, and provides a metal film forming apparatus and a method for forming the same that can prevent damage to the permeable film even if the substrate is pressed with the permeable film before film formation, or the substrate is separated from the permeable film after film formation.
前記課題を鑑みて、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めっき液が収容された収容室が形成されたハウジングと、前記収容室を下方から封止するように、前記ハウジングに取り付けられ、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、基材を載置し、前記透過膜に接離可能に前記基材を昇降させる昇降装置と、を備え、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で押圧し、前記基材を前記透過膜に押圧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成膜装置であって、前記ハウジングの上部には、前記空間と装置外部とを連通する第1の流路と、前記第1の流路と異なる位置で、前記空間と装置外部とを連通する第2の流路が設けられており、前記第1の流路の流路断面積は、前記第2の流路の流路断面積よりも大きく、前記第1の流路には、装置外部から前記空間に向かうエアの流れを制限する逆止弁が設けられていることを特徴とする。 In view of the above problems, the metal coating deposition apparatus of the present invention comprises a housing in which a storage chamber in which a plating solution is stored is formed so that a space is formed at the top, a permeable membrane attached to the housing so as to seal the storage chamber from below and through which at least the metal ions contained in the plating solution permeate, and a lifting device on which a substrate is placed and which raises and lowers the substrate so as to be able to approach and separate from the permeable membrane. The substrate placed on the lifting device is raised to press the substrate with the permeable membrane, and while maintaining the substrate pressed against the permeable membrane, a metal coating is deposited on the surface of the substrate from the metal ions that have permeated the permeable membrane. The upper part of the housing is provided with a first flow path that communicates the space with the outside of the apparatus, and a second flow path that communicates the space with the outside of the apparatus at a position different from the first flow path, and the cross-sectional area of the first flow path is larger than the cross-sectional area of the second flow path, and the first flow path is provided with a check valve that limits the flow of air from the outside of the apparatus toward the space.
本発明によれば、昇降装置に載置された基材を上昇させて、透過膜に前記基材を押圧する。このとき、めっき液の自重により下方に撓んだ透過膜が押し上げられるが、第1の流路の流路断面積は、第2の流路の流路断面積よりも大きいため、空間内のエアを、第1の流路から装置外部に排出させることができる。これにより、収容室内の圧力が高まることを抑え、透過膜が破損することを防止することができる。 According to the present invention, the substrate placed on the lifting device is raised and pressed against the permeable membrane. At this time, the weight of the plating solution pushes up the downwardly bent permeable membrane, but since the cross-sectional area of the first flow path is larger than the cross-sectional area of the second flow path, the air in the space can be discharged from the first flow path to the outside of the device. This makes it possible to prevent the pressure in the storage chamber from increasing and to prevent the permeable membrane from being damaged.
次に、透過膜に押圧された状態を保持しながら、透過膜を透過した金属イオンから、基材の表面に金属皮膜を成膜した後、金属皮膜が成膜された基材を、透過膜から引き離す。このとき、第1の流路には、装置外部から収容室の空間に向かうエアの流れを制限する逆止弁が設けられているので、第2の流路から、装置外部のエア(外気)を収容室の空間内に吸い込ませることができる。第2の流路の流路断面積は、第1の流路の流路断面積よりも小さいため、装置外部のエアを緩やかに収容室内に取り込むことができる。これにより、収容室のめっき液の自重により、透過膜が緩やかに下方に膨らむため、透過膜に作用する衝撃を低減することができる。このような結果、透過膜が破損することを防止することができる。 Next, while the substrate is kept pressed against the permeable membrane, a metal film is formed on the surface of the substrate from the metal ions that have permeated the permeable membrane, and then the substrate on which the metal film has been formed is separated from the permeable membrane. At this time, since the first flow path is provided with a check valve that restricts the flow of air from outside the device toward the space of the storage chamber, air outside the device (outside air) can be sucked into the space of the storage chamber through the second flow path. Since the cross-sectional area of the second flow path is smaller than the cross-sectional area of the first flow path, air outside the device can be gently taken into the storage chamber. As a result, the permeable membrane gently swells downward due to the weight of the plating solution in the storage chamber, thereby reducing the impact acting on the permeable membrane. As a result, it is possible to prevent the permeable membrane from being damaged.
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 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、基材を固体電解質膜に押圧した状態で、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て、基材の表面に金属が析出する。このような結果、基材の表面に金属皮膜を成膜することができる。 According to this embodiment, when a voltage is applied between the anode and the substrate, which serves as the cathode, while the substrate is pressed against the solid electrolyte membrane, 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 on the surface of the substrate. As a result, a metal coating can be formed on the surface of the substrate.
別の好ましい態様としては、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。この態様においても、基材を透過膜で押圧した状態を所定時間保持すると、透過膜からめっき液が滲み出し、無電解めっきにより、基材の表面に金属皮膜を成膜することができる。 In another preferred embodiment, the plating solution is an electroless plating solution, and the permeable membrane is a porous membrane that allows the plating solution to permeate. In this embodiment, when the substrate is pressed against the permeable membrane for a predetermined period of time, the plating solution seeps out from the permeable membrane, and a metal film can be formed on the surface of the substrate by electroless plating.
本発明として、上述した成膜装置を用いた金属皮膜の成膜方法を開示する。本発明に係る成膜方法では、前記昇降装置に載置された前記基材を上昇させて、前記透過膜に前記基材を押圧する押圧工程と、前記基材が前記透過膜に押圧され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、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する成膜工程と、前記金属皮膜が成膜された前記基材を下降させて、前記金属皮膜を前記透過膜から引き離す引き離し工程と、を含み、前記押圧工程において、前記めっき液の自重により下方に撓んだ前記透過膜を押し上げることにより、前記空間内のエアを、前記第1の流路から装置外部に排出させ、前記引き離し工程において、前記基材を前記透過膜から引き離すことにより、前記第2の流路から、前記装置外部のエアを前記空間内に吸い込ませる。 The present invention discloses a method for forming a metal film using the above-mentioned film forming apparatus. The film forming method according to the present invention includes a pressing step of raising the substrate placed on the lifting device and pressing the substrate against the permeable membrane, a film forming step of forming the metal film on the surface of the substrate from metal ions that have permeated the permeable membrane while maintaining the substrate pressed against the permeable membrane, and a detaching step of lowering the substrate on which the metal film has been formed and detaching the metal film from the permeable membrane. In the pressing step, the permeable membrane that has been bent downward by the weight of the plating solution is pushed up, thereby discharging air in the space from the first flow path to the outside of the apparatus, and in the detaching step, the substrate is detached from the permeable membrane, thereby sucking air from the outside of the apparatus into the space from the second flow path.
このように、成膜工程前の押圧工程において、めっき液の自重により下方に撓んだ透過膜を押し上げることにより、空間内のエアを、前記第1の流路から装置外部に排出させることができるので、透過膜の破損を防止することができる。さらに、成膜工程後の引き離し工程において、基材を透過膜から引き離すことにより、第1の流路からの装置外部のエアの流入を逆止弁で制限しつつ、第2の流路から、装置外部のエアを収容室内の空間内に緩やかに吸い込ませることができる。この結果、収容室のめっき液の自重により、透過膜が緩やかに下方に膨らむため、透過膜に作用する衝撃を低減し、透過膜が破損することを防止することができる。 In this way, in the pressing step before the film formation step, the permeable membrane that has been bent downward due to the weight of the plating solution is pushed up, and the air in the space can be discharged from the first flow path to the outside of the device, thereby preventing damage to the permeable membrane. Furthermore, in the detaching step after the film formation step, the base material is detached from the permeable membrane, and while the inflow of air from outside the device from the first flow path is restricted by the check valve, the air from outside the device can be gently sucked into the space within the storage chamber through the second flow path. As a result, the permeable membrane gently swells downward due to the weight of the plating solution in the storage chamber, reducing the impact acting on the permeable membrane and preventing it from being damaged.
本発明の金属皮膜の成膜装置によれば、成膜前に基材を透過膜で押圧したり、成膜後に基材を透過膜から引き離したりしたとしても、透過膜の破損を防止することができる。 The metal coating deposition device of the present invention can prevent damage to the permeable membrane even if the substrate is pressed against the permeable membrane before deposition, or if the substrate is pulled away from the permeable membrane after deposition.
以下に、図1~図5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 5.
<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(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。
First Embodiment
1. Regarding the Metal Film Forming Apparatus 1 The film forming apparatus 1 according to this embodiment includes a first storage chamber (storage chamber) 11, a
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、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
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)等が取り付けられている。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
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F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
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
固体電解質膜13Aとしては、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
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
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に押圧した後、基材Wを透過膜13に押圧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
ところで、図1に示すように、透過膜13(固体電解質膜13A)は、上ハウジング11Aの下方に開口した開口部を封止するように取り付けることにより、めっき液Lを収容する第1収容室11を形成している。したがって、第1収容室11に収容されためっき液Lの自重は、透過膜13に作用するため、透過膜13は下方に膨らむように撓む。このため、金属皮膜を成膜する際に、基材Wの表面に透過膜13を均一に接触させるために、基材Wで透過膜13を押し上げなければならない。この押し上げにより、第1収容室11が密閉されている場合には、第1収容室11内の空間Sのエアが圧縮され、第1収容室11内の圧力が高まるおそれがあり、透過膜13の破損が懸念される。
As shown in FIG. 1, the permeable membrane 13 (
さらに、成膜後には、透過膜13を基材Wから引き離す際には、再度、めっき液Lの自重により、透過膜13は下方に膨らむように撓もうとするが、第1収容室11内の空間Sにおいて、圧縮されていたエアが元の状態に戻ろうと膨張する。このときの圧縮されたエアによる復元力とメッキ液Lの自重により、透過膜13の周縁など、取り付け部分において、過度の荷重が作用するおそれがあり、この場合も、透過膜13の破損が懸念される。
Furthermore, after the film is formed, when the
このような点を鑑みて、本実施形態では、成膜装置1には、装置外部(成膜装置の外部空間)からエア(外気)を緩やかに吸い込み、かつ、装置外部にエアを速やかに排出する機構がさらに設けられている。具体的には、図1に示すように、ハウジング11Aの上部には、空間Sと装置外部とを連通する第1の流路21と、第1の流路21と異なる位置で、空間Sと装置外部とを連通する第2の流路22が設けられている。なお、ここでいう「装置外部」とは、大気圧下の外気が存在する成膜装置1の周りの空間のことである。
In consideration of this, in this embodiment, the film forming apparatus 1 is further provided with a mechanism for slowly sucking in air (outside air) from outside the apparatus (external space of the film forming apparatus) and quickly discharging the air to the outside of the apparatus. Specifically, as shown in FIG. 1, a
第1の流路21の流路断面積は、第2の流路22の流路断面積よりも大きく、第1の流路21には、装置外部から空間Sに向かうエアの流れを制限する逆止弁23が設けられている。ここで、第1の流路21および第2の流路22は、それぞれ、第1収容室11に連通するように、上ハウジング11Aに第1の配管21Aおよび第2の配管22Aを接続することにより、形成される。ここで、第1の配管21Aの配管径(口径)は、第2の配管22Aの配管径(口径)に比べて大きい。これにより、第1の流路21の方が、第2の流路22に比べて、第1収容室11から装置外部に、空間Sのエアが流れ易くなる。
The cross-sectional area of the
逆止弁23は、第1の配管21Aに取り付けられており、装置外部から空間Sに向かうエア(外気)の流れを制限する(禁止する)が、空間Sから装置外部に向かうエアの流れは、制限しない(抵抗なく許容する)ものである。なお、「流路断面積」とは、流路において流体(エア)が流れる方向と直交する断面の断面積のことである。
The
なお、第2の流路22に、装置外部から空間Sに流れ込む外気の流量を絞るオリフィスまたは絞り弁などの絞り機構(図示せず)をさらに設けてもよい。このような絞り機構は、たとえば、以下に示す如く、基材Wに金属皮膜Fを成膜後、連続して、次の新しい基材Wを透過膜13に接触させるまでの間、空間Sが負圧(大気圧未満)となるように、設定されていてもよい。
The
さらに、新しい基材Wを透過膜13に接触するタイミングで、空間Sが大気圧となるように、絞り機構を調整すれば、透過膜13はめっき液Lの自重により下方に元の状態まで膨らむため、成膜後に発生した透過膜13のシワが延びる。このようにして、透過膜13を矯正することができる。
Furthermore, if the throttle mechanism is adjusted so that the space S is at atmospheric pressure when a new substrate W comes into contact with the
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。
2. Regarding the method for forming a metal coating In this method, a metal coating is formed on the surface of the substrate W using the above-described film forming apparatus 1. In this embodiment, as a preparation step before the film formation, a plating solution L is contained in the
なお、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、大気圧であり、第1収容室11は、第2の流路22を介して装置外部に連通している。固体電解質膜13Aは、図1に示すように、めっき液Lの自重により、下方に膨らむように撓んでいる。
The pressure in the space S in the
まず、本実施形態では、図2に示す押圧工程S1を行う。具体的には、図3(a)に示すように、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に押圧する。基材Wに固体電解質膜13Aを均一に接触させるため、めっき液Lの自重により下方に撓んだ固体電解質膜13Aは、押し上げられる(持ち上げられる)。
First, in this embodiment, the pressing step S1 shown in FIG. 2 is performed. Specifically, as shown in FIG. 3(a), the substrate W placed on the
ここで、第1の流路21の流路断面積は、第2の流路22の流路断面積よりも大きいため、第1の流路21は、第2の流路22に比べて、流路抵抗が低い。この結果、固体電解質膜13Aの押し上げにより、第1収容室11の減少した体積分の空間Sのエアを、第1の流路21から装置外部に速やかに排出させることができる。これにより、第1収容室11の圧力が高まることを抑え、第1収容室11は、大気圧に近い圧力を維持することができるため、固体電解質膜13Aが破損することを抑えることができる。
Here, the flow path cross-sectional area of the
次に、図2に示す成膜工程S2を行う。具体的には、図3(b)に示すように、成膜工程S2では、基材Wに固体電解質膜13Aが押圧された状態を保持しながら、固体電解質膜13Aを透過した金属イオンから、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。
Next, the film-forming step S2 shown in FIG. 2 is performed. Specifically, as shown in FIG. 3(b), in the film-forming step S2, while the
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、基材Wを固体電解質膜13Aに押圧した状態で、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。このようにして、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Fを成膜することができる。
In the
次に、図2に示す引き離し工程S3を行う。具体的には、図3(c)に示すように、引き離し工程S3では、金属皮膜Fが成膜された基材Wを下降させて、金属皮膜Fを固体電解質膜13Aから引き離す。このとき、第1の流路21には、装置外部から第1収容室11の空間Sに向かうエア(外気)の流れを制限する逆止弁23が設けられているので、第2の流路22から、装置外部のエア(外気)を第1収容室11の空間S内に緩やかに吸い込ませることができる。
Next, the separation step S3 shown in FIG. 2 is performed. Specifically, as shown in FIG. 3(c), in the separation step S3, the substrate W on which the metal film F is formed is lowered to separate the metal film F from the
さらに、第2の流路22の流路断面積は、第1の流路21の流路断面積よりも小さいため、装置外部のエアを緩やかに第1収容室11内に取り込むことができる。これにより、第1収容室11のめっき液Lの自重により、固体電解質膜13Aが緩やかに下方に膨らむため、固体電解質膜13Aに作用する衝撃を低減することができる。このような結果、固体電解質膜13Aが破損することを防止することができる。
Furthermore, since the cross-sectional area of the
<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 formation apparatus 1 and film formation 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 film formation apparatus 1 for forming the metal coating F of this embodiment deposits metal on the surface of the substrate W from metal ions contained in a plating solution L by electroless plating, 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 formation apparatus 1 according to the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed description 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 metal that acts as a catalyst 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 Pd plating layer that acts as a catalyst 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4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に取り付けられる。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. 4, unlike the first embodiment, the film forming apparatus 1 according to this embodiment does not include an
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に多孔膜13Bが押圧された際にめっき液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
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
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
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 is a metal that has catalytic action, and examples of the metal include Ag, Pt, and Au. Examples of the reducing agent include hypophosphorous acid, dimethylamine borane, and the like. 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において、第1実施形態と同様に押圧工程S1(図5(a)参照)と、引き離し工程S3(図5(c)参照)では、同様の作業を行う。なお、図5(a)に示すように、押圧工程S1では、基材Wを多孔膜13Bに押圧するため、第1収容室11内のめっき液Lが、多孔膜13Bを通過して、基材Wの表面に滲み出す。したがって、図5(b)に示すように、本実施形態では、成膜工程S2において、基材Wを多孔膜13Bに押圧した状態を所定時間保持すれば、無電解めっきにより、基材Wの表面に金属皮膜Fを成膜することができる。
In the film forming method according to this embodiment, the pressing step S1 (see FIG. 5(a)) and the pulling-off step S3 (see FIG. 5(c)) are performed in the same manner as in the first embodiment. As shown in FIG. 5(a), in the pressing step S1, the substrate W is pressed against the
本実施形態でも、押圧工程S1において、めっき液Lの自重により下方に撓んだ多孔膜13Bを押し上げることにより、空間S内のエアを、第1の流路21から速やかなに装置外部に排出させことができるので、多孔膜13Bの破損を防止することができる。引き離し工程S3において、基材Wを多孔膜13Bから引き離すことにより、第2の流路22から、装置外部のエアを空間S内に緩やかに吸い込ませることができるので、多孔膜13Bの破損を防止することができる。
In this embodiment, in the pressing step S1, the
なお、第2の流路22に、装置外部から空間Sに流れ込む外気の流量を絞るオリフィスまたは絞り弁などの絞り機構(図示せず)をさらに設けてもよい。このような絞り機構は、たとえば、以下に示す如く、基材Wに金属皮膜Fを成膜後、連続して、次の新しい基材Wを多孔膜13Bに接触させるまでの間、空間Sが負圧(大気圧未満)となるように、設定されていてもよい。
The
これにより、基材Wを多孔膜13Bに接触させるまでの間、第1収容室11のめっき液Lが、多孔膜13Bから滲み出すことを抑えることができる。さらに、新しい基材Wを多孔膜13Bに接触するタイミングで、空間Sが大気圧となるように絞り機構を調整すれば、多孔膜13Bはめっき液Lの自重により下方に元の状態で膨らむため、成膜後に発生した多孔膜13Bのシワが延び、多孔膜13Bが矯正される。
This prevents the plating solution L in the
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.
なお、押圧工程において、めっき液が装置外部に排出されないのであれば、めっき液の一部が、第1および第2の流路に進入してもよい。 In addition, if the plating solution is not discharged outside the device during the pressing process, a portion of the plating solution may enter the first and second flow paths.
1:成膜装置、11:第1収容室(収容室)、11A:上ハウジング(ハウジング)、13:透過膜、13A:固体電解質膜、13B:多孔膜、14:昇降装置、21:第1の流路、22:第2の流路、23:逆止弁、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 (storage chamber), 11A: Upper housing (housing), 13: Permeable membrane, 13A: Solid electrolyte membrane, 13B: Porous membrane, 14: Lifting device, 21: First flow path, 22: Second flow path, 23: Check valve, 32: Anode, 36: Power supply unit, F: Metal film, S: Space, L: Plating solution, W: Substrate
Claims (4)
前記収容室を下方から封止するように、前記ハウジングに取り付けられ、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、
基材を載置し、前記透過膜に接離可能に前記基材を昇降させる昇降装置と、を備え、
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で押圧し、前記基材を前記透過膜に押圧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成膜装置であって、
前記ハウジングの上部には、前記空間と装置外部とを連通する第1の流路と、前記第1の流路と異なる位置で、前記空間と装置外部とを連通する第2の流路が設けられており、
前記第1の流路の流路断面積は、前記第2の流路の流路断面積よりも大きく、前記第1の流路には、装置外部から前記空間に向かうエアの流れを制限する逆止弁が設けられていることを特徴とする金属皮膜の成膜装置。 a housing having a chamber for containing a plating solution so that a space is formed at an upper portion;
a permeable membrane attached to the housing so as to seal the accommodation chamber from below, the permeable membrane being permeable to at least metal ions contained in the plating solution;
a lifting device on which a substrate is placed and which lifts and lowers the substrate so as to be able to approach and separate from the permeable membrane;
a film forming apparatus for forming a metal film on a surface of the substrate from metal ions that have permeated the permeable membrane while maintaining a state in which the substrate is pressed against the permeable membrane by raising the substrate placed on the lifting device,
a first flow path communicating the space with the outside of the device and a second flow path communicating the space with the outside of the device at a position different from that of the first flow path are provided in an upper portion of the housing;
A metal coating deposition apparatus, characterized in that a flow path cross-sectional area of the first flow path is larger than a flow path cross-sectional area of the second flow path, and the first flow path is provided with a check valve for limiting the flow of air from outside the apparatus toward the space.
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1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 accommodation chamber in contact with the plating solution and facing the base material;
2. The metal film forming apparatus according to claim 1, further comprising a power supply unit that applies a voltage between the anode and the substrate that serves as a cathode.
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1に記載の金属皮膜の成膜装置。 The plating solution is an electroless plating solution,
2. The metal film forming apparatus according to claim 1, wherein the permeable membrane is a porous membrane that allows the plating solution to permeate.
前記昇降装置に載置された前記基材を上昇させて、前記透過膜に前記基材を押圧する押圧工程と、
前記基材が前記透過膜に押圧され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、前記基材の表面に前記金属皮膜を成膜する成膜工程と、
前記金属皮膜が成膜された前記基材を下降させて、前記金属皮膜を前記透過膜から引き離す引き離し工程と、を含み、
前記押圧工程において、前記めっき液の自重により下方に撓んだ前記透過膜を押し上げることにより、前記空間内のエアを、前記第1の流路から装置外部に排出させ、
前記引き離し工程において、前記基材を前記透過膜から引き離すことにより、前記第2の流路から、前記装置外部のエアを前記空間内に吸い込ませることを特徴とする金属皮膜の成膜方法。 A method for forming a metal film using the film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3,
a pressing step of lifting the substrate placed on the lifting device and pressing the substrate against the permeable membrane;
a film formation step of forming the metal coating on the surface of the substrate from metal ions that have permeated the permeable membrane while maintaining the substrate pressed against the permeable membrane;
a detaching step of lowering the substrate on which the metal coating is formed to detach the metal coating from the permeable membrane,
In the pressing step, the permeable membrane, which has been bent downward by the weight of the plating solution, is pressed up, thereby discharging air in the space from the first flow path to the outside of the apparatus;
A method for forming a metal coating, comprising the steps of: separating the substrate from the permeable membrane in the separating step, thereby sucking air outside the device into the space through the second flow path.
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