(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細なパターンを有する構造体の孔内にめっき液から必要な材料を堆積させる方法に於いて、
前記めっき液を、ポンプを介して循環させながらめっきを行う工程を備え、
前記孔のアスペクト比は１０以上であり、
前記ポンプが間欠式ポンプであり、前記循環を間欠的に行い、
前記循環に於いて、前記材料を堆積させるべき前記構造体の表面または前記表面の近傍に、前記表面に対向させて吸込口のみを配し、前記吸込口から、前記めっき液を前記ポンプにより吸引することを特徴とするめっき法。
【請求項２】
前記孔の開口部の幅または径は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のめっき法。
【請求項３】
前記めっき液の循環量（ポンプの吸引量または吐出量）は５００ミリリットル／分以上５リットル／分以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のめっき法。
【請求項４】
前記間欠式ポンプの周期が０．１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のめっき法。
【請求項５】
前記循環に於ける前記めっき液の吸引口と前記構造体との距離が、前記吸引口の径以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のめっき法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき法に関し、特に、精密機器等に用いられる微細構造体を製作するためのプロセスに適用することのできるめっき法に関する。さらに本発明は、アスペクト比の非常に大きな構造を有する微細構造体の製作に適用することができるめっき法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路装置の製造技術を応用して、極めて微細な構造体を形成する微細加工技術の研究が近年活発になってきている。たとえば光を用いた微細構造体の製造方法には、光造形法や、光リソグラフィ法等がある。光リソグラフィ法の中でも、特に、Ｘ線を使った深いリソグラフィと電解めっきで高アスペクト比の微細構造体を形成するＬＩＧＡ（Lithograth Galvanformung und Abformung）法は、特に注目されるところである。
【０００３】
ＬＩＧＡ法は、たとえば図９に示すような工程を含む。まず図９（ａ）に示すように、典型的には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を材料とするレジスト層１０２を、所定の厚さ（０．１〜１ｍｍ）で導電性の基板１０３上に形成した後、金などの重金属を用いた吸収体１０１ａをパターンとするマスク１０１を用い、シンクロトロン放射のＸ線１００でレジスト層１０２を露光する。次いで、現像を行えば、図９（ｂ）に示すように、高いアスペクト比を有するレジストパターン１０４が得られる。次に、レジストパターン１０４を有する基板をめっき液に浸け、電気めっきによって金属の構造体１０５を堆積させる（図９（ｃ））。この工程に於いて、ニッケル、銅または金などを堆積させることができる。基板１０３およびレジストパターン１０４を除去すると、図９（ｄ）に示すように鋳型１０５ができる。続いて、図９（ｅ）に示すように、鋳型１０５に導電性のゲート板１０８を押し付け、注入口１０９から、導電性プラスチックのモールド材１０７を鋳型１０５の孔１０６に充填する。鋳型１０５を抜取ることにより、図９（ｆ）に示すようにゲート板１０８上にプラスチック型１１０が得られる。ゲート板１０８をめっき電極として電鋳を行い、金属１１１を堆積させる（図９（ｇ））。次に、プラスチック型とゲート板を除くと、微細な金属構造体１１２を得ることができる（図９（ｈ））。このようなプロセスに於いて、図９（ｄ）に示すような鋳型１０５をもとにモールド材１０７を量産し、このモールド材を型に微細な構造体を量産することができる。ＬＩＧＡ法は、マイクロマシン、光学素子、センサおよびアクチュエータなどの精密機器、精密部品等の製造に利用することができ、その応用範囲は非常に広い。
【０００４】
上述したＬＩＧＡ法に於いて、電気めっきおよび電鋳の工程は、得られる微細構造体の強度、精度等を大きく左右する。また、アスペクト比が高くなればなるほど、電気めっきまたは電鋳の工程に於いて、微細なパターンを有する構造体上に金属を均一に堆積させ、欠陥のない構造体を形成することは困難になってくる。均一なめっきを行うため、通常、めっき液は攪拌される。攪拌方法には、たとえば、ポンプによる攪拌、スターラ（攪拌子）による攪拌、空気泡による攪拌、非加工物である陰極の揺動による攪拌などが考えられる。
【０００５】
また、微細な凹凸パターンの転写に優れた光デイスク用スタンパを製作するのに用いられる電鋳技術をＬＩＧＡ法に適用することも考えられる。たとえば特開昭６１−５６２９２号公報には、光デイスク用スタンパを製作するのに有用な電鋳装置に於いて、光デイスク原盤に向けてめっき液を吹付ける手段を具備する電鋳装置が開示されている。この装置では、光デイスク原盤の回転中心部にめっき液を吹付けることにより、その陰極近傍のめっき液の流れを速くすることができ、陰極界面でのＮｉ濃度の減少を抑えて電鋳速度の高速化を図り、光デイスク原盤の表面に付着したゴミや気泡等を速やかに除去しようとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＩＧＡ法等の微細な構造体を製作するプロセスに於いて、めっきまたは電鋳を施すべき微細構造体のアスペクト比が高くなればなるほど、金属等の必要な材料をうまく堆積させることができなくなってくる。たとえば、アスペクト比の高い構造物の中で、金属材料が詰まって空洞欠陥を生じさせたり、狭くて深い孔内へのめっきがうまく行かなかったりする。従来提案されてきた攪拌方法やめっき液の吹付けは、このような問題を充分解決し得るものではなかった。
【０００７】
本発明は、高いアスペクト比を有する微細構造体上にも、欠陥のないめっき、電鋳を施すことのできる方法を提供することである。
【０００８】
本発明のさらなる目的は、高いアスペクト比を有しかつ径がより小さな孔の中へ欠陥なくめっきまたは電鋳を施すことができる方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、微細なパターンを有する構造体の孔内にめっき液から必要な材料を堆積させる方法に於いて、前記めっき液を、ポンプを介して循環させながらめっきを行う工程を備え、前記孔のアスペクト比は１０以上であり、前記ポンプが間欠式ポンプであり、前記循環を間欠的に行い、前記循環に於いて、前記材料を堆積させるべき前記構造体の表面または前記表面の近傍に、前記表面に対向させて吸込口のみを配し、前記吸込口から、前記めっき液を前記ポンプにより吸引することにより、狭くて深い孔の中にもめっきをうまく施すことができるようになるという特徴を有する。
【００１０】
本発明に於いては、めっき液の循環を連続的とすることも可能だが、めっき液を循環させるためのポンプとして間欠運転が可能な間欠式ポンプを用いて、めっき液の循環を間欠的に行なうことが好ましい。間欠式ポンプの周期は１０Hz以下であることが好ましい。
【００１１】
めっき液の循環に際し、めっき液の吸引および吹き出し両口とめっきを行うべき構造体との間の距離は、該吸引口または該吹き出し口の径以下であることが望ましい。このように吸引および吹き出し両口と構造体との間隔を小さくすることで、本めっき法の効果を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、既製の微細構造体上にめっきを施すために適用してもよいし、上述したようなＬＩＧＡ法等の微細構造体を製作するプロセスの一環として用いてもよい。たとえば、図１に示すような微細構造体を形成するためのプロセスに於いて、本発明のめっき法を適用してもよい。図１に示すプロセスでは、まず感光性材料２を導電性基板１上に必要な構造体の高さ分だけ厚く塗布する（図１（ａ））。その上に、所望のパターンを形成してあるマスク３を配置し、マスク３を介して露光を行うことにより、マスクパターンを感光材料２に転写する（図１（ｂ））。こうして露光した感光材料を現像液にて現像し、感光材料の構造体２’を形成する（図１（Ｃ））。導電基板１上に感光性材料の構造体２’のパターンに従ってめっき層４を形成する（図１（ｄ））。導電性基板および感光性材料からめっき層を分離すれば、めっき材料からなる微細構造体４’が得られる（図１（ｅ））。このようなプロセスに於いて、図１（ｄ）に示すようなめっき工程に於いて本発明が適用される。
【００１３】
図２（ａ）、（ｂ）は、ともに本発明によるめっき法の具体例を模式的に示している。図２（ａ）は、吸引のみを行う場合であり、図２（ｂ）は吸引と吹き付けを併用する場合である。
どちらについても、容器１１には、めっき液１２が収容され、その中に、アノード１３および微細なパターンを有する被処理物１４が浸漬されている。被処理物１４はカソードとされ、電源１５を介してアノード１３との間に直流電流が通じられる。以上は、通常の電気めっき法、および電気めっきを用いる電鋳法に従うものである。
このような系に於いて、本発明では、ポンプ１６を介してめっき液１２を循環させる。めっき液１２は、被処理物１４のアノード１３に対向する表面またはその近傍から吸引配管１７より矢印の方向に吸引される。吸引配管１７の吸引口は、被処理物１４に於いてめっき処理を施すべき構造部分の表面または表面近傍に配置される。すなわち、吸引口は、めっきすべき構造体に向けられている。めっきすべき構造体の表面または表面近傍から吸引されるめっき液は、ポンプ１６を介して吐出配管１８から容器１１内に戻される。このようにしてめっき液１２は、ポンプ１６により循環される。
吸引のみを行う場合は、図２（ａ）に示した如く、吐出配管１８の出口は、吸引配管１７の入口から十分離して配置され、たとえば、吸引口が被処理物１４の表側に設けられているとすると、吐出口は被処理物１４の裏側に配置することができる。
また、吸引と吹き付けを併用する場合にあっては、図２（ｂ）に示した如く、吐出配管１８の出口は、吸引口と同じく、被処理物に於いてめっきを施すべき構造部分の表面またはその近傍に配置され、吹き出し口として機能させることができる。
なお、このポンプによるめっき液の循環とともに、従来法によるめっき液の攪拌を行ってもよい。
【００１４】
被処理物１４に於いてめっき処理を施すべき構造部分の表面またはその近傍に配置された吸引口および吹き出し口の位置は、被処理物の大きさ、ポンプの流量等により決めることができるが、たとえば図３に示すように、吸引口もしくは吹き出し口の開口径をＸとし、その開口と被処理物１４との距離をＹとしたときに、Ｙ≦Ｘの関係が成り立つことが好ましい。このように吸引口または吸引口と吹き出し口を被処理物に近づけることによって、めっきすべき構造体の細部にわたって本めっき法の効果を及ぼすことができる。
吸引または、吸引と吹き付けを併用することにより、被めっき構造体の表面に液体の圧力の差が形成される。このような液体の圧力の差を形成することによって、被めっき構造体の表面に接する液の部分に流れを積極的に作り出し、微細な構造体内、特に微細な孔内でのめっき液の循環が大きく促進される。更に本めっき法によって、構造体の表面に付着した気泡や異物を除去することもできる。このようなめっき液の循環および気泡や異物の除去によって微細なパターンを有する構造体に対しても、めっきを滞りなく均一に行うことができ、めっきの欠陥の発生を顕著に抑制することができる。
【００１５】
めっき液の循環に用いられるポンプとしては、マグネット式等の型のものを用いることができる。めっき液の循環量（ポンプの吸引量または吐出量）は、被処理物の大きさ、めっき液の組成、被処理物の微細パターン等によって決めればよいが、たとえば、５００ミリリットル／分〜５リットル／分とすることができる。
めっき液の循環は、連続的に行ってもよいが、間欠運転が可能な間欠式ポンプによって、間欠的にめっき液の循環を行うことで、循環に必要なエネルギーを節約しながら、めっきに於ける欠陥の発生をより効果的に抑制することができるので、間欠的に循環を行う方が好ましい。間欠的循環を行うことにより、被めっき構造体の表面には、間欠的に液体の圧力の差が形成され、めっきに於ける欠陥の発生を、より効果的に抑制することができる。このように、間欠的に循環を行うには、間欠式のポンプとして、たとえばダイヤフラム式等の型のものを用いることで実施することができる。
そして、間欠式ポンプの周期は、０．１Ｈｚ以上、１０Ｈｚ以下であることが好ましい。たとえば図４に示すように、運転と停止のサイクルを繰り返す間欠式ポンプに於いて、運転と停止の１サイクルにかかる時間Ｔ（秒）が０．１秒であれば、その周期は１０Ｈｚとなる。Ｔが１秒であれば、周期は１Ｈｚとなり、１０秒であれば０．１Ｈｚとなる。したがって、周期が０．１Ｈｚ以上、１０Ｈｚ以下であることは、Ｔが０．１秒以上、１０秒以下であることを意味する。被めっき構造体の表面に、このような間隔で、液体の圧力の差が形成されることにより、めっきに於ける欠陥の発生が、より効果的に抑制される。
【００１６】
本発明のめっき法は、開口面積が小さくかつ深い孔内へめっきを行ないたい場合特に有効である。たとえば図５に示すように、開口部の幅に対する孔の深さの比（ｈ／ｗ）または開口部の径に対する孔の深さの比（ｈ’／ｄ’）、すなわち孔のアスペクト比が１０以上、さらには２０以上の微細で深い孔にめっきを施す場合、本発明はより効果的である。また本発明は、開口部の幅（ｗ）または径（ｄ’）が、１００μｍ以下、さらには５０μｍ以下の微小な孔にめっきを施したい場合、特に有用である。従来の攪拌法や吹き付け法ではこのような微小で深い孔に首尾よくめっきを行うことは困難であった。一方本発明によれば、吸引口または吸引口と吹き出し口を被めっき構造体に近づけて、その表面に液圧の差を形成して液の流れを積極的に作り出すことによって、微細な孔内での液の循環が促進され、微細で深い孔の中に欠陥のないめっきを行うことができるようになった。
【００１７】
本発明に於いて、めっき液は特に制限されるものではない。本発明により、微細なパターンを有する構造体上に、ニッケル、銅、金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の種々の材料をめっきにより堆積させることができる。本発明は、特に電気めっき、電気めっきを用いて種々の型を構成する電鋳に適用することができるが、場合によっては、無電解めっきに適用してもよい。たとえば図１に示すような工程に従って本発明のめっき法により必要な厚さの材料が堆積されるまでめっきまたは電鋳を行えば、金属等の材料からなる微細構造体を作製することができる。たとえば図５に示すような孔にめっきを行えば、アスペクト比１０以上、さらには２０以上で、幅または径が１００μｍ以下、さらには５０μｍ以下の高アスペクト比の微細パターンを有する構造体を形成することができる。
【００１８】
【実施例】
実施例１
まず、以下に示すように被めっき構造体を作製した。シリコン基板上に金を０．１μｍの厚さでコーテイングし、導電膜を有する基板を作製した。その上にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を主成分とする感光性レジストを３００μｍの厚みで塗布した。レジストの上に２５μｍ角の孔が多数あいたマスクを配置し、X線源としてシンクロトロン放射光（ＳＲ光）を用いて、レジスト最底部での吸収ドーズ量が０．５ｋＪ／ｃｍ3以上となるまで、ＳＲ光の照射を行った。露光されたレジストを、メチルイソブチルケトン中に３０分間浸漬することによって現像を行った。現像により、開口部が２５μｍ×２５μｍで深さが３００μｍの孔が多数形成されたレジストパターンを得た。
【００１９】
次に、レジストパターンが形成された基板上に電気めっきによりニッケルを堆積させた。ニッケルめっきのためにスルファミン酸ニッケル浴を用いた。めっき液の組成および電気めっきの条件は次の通りであった。
【００２０】
めっき浴組成：スルファミン酸ニッケル４５０ｇ／ｌ，ホウ酸３０ｇ／ｌ
めっき条件：電流密度１０〜１５０ｍＡ／ｃｍ2
めっき液の攪拌には、容器底部でのマグネチックスターラによる攪拌に加え、ポンプによるめっき液の循環を行った。ポンプには、ダイヤフラム式の型のものを用いた。ポンプに繋がれた吸引口を被めっき構造体から２ｃｍの位置まで近づけた。吸引口の径は、２．５ｃｍであった。一方、ポンプに繋がる吐出口は、めっき浴内陽極付近の位置に設けた。循環に於ける吸引量は１０００ｃｃ／分であり、吐出量も１０００ｃｃ／分であった。図４に示すＴが１秒である周期で、めっき液の循環をポンプによって行った。マグネチックスターラによる攪拌とポンプによる間欠的循環を行いながら、めっきの厚さが１ｍｍになるまでニッケルめっきを行った。次いで、導電性基板およびレジストを剥離して、ニッケルからなる微細な構造体を得た。得られた構造体は、底面が２５μｍ×２５μｍで高さが３００μｍの角柱体がほぼ欠陥なく林立するものであり、ニッケルめっきが首尾よく行われたことが明らかになった。
【００２１】
実施例２
２０μｍ角の孔が多数規則的に配列されたマスクを用いた以外は、実施例１と同様にして微細なレジストパターンを形成した。得られたレジストパターンは、図６に示すようなものであり、開口が２０μｍ×２０μｍ、深さが３００μｍの微細孔が４００００個／ｃｍ2の密度で規則的に配列されたものである。
【００２２】
レジストパターンを有する基板を実施例１と同様の組成を有するニッケルめっき浴に浸漬し、電気めっきを行った。まず、容器底部でのマグネチックスターラによる攪拌のみを行い、ポンプによる循環は行わずに実施例１と同様の電気めっき条件にてニッケルめっきを行った。このようにポンプによる吸引を全く行わない場合、５０％以下の割合でしか、微細孔の中で十分にめっきが行われなかった。次に、マグネチックスターラによる攪拌に加えてポンプによる循環を行った。ポンプとして、マグネット式の型の連続式のものを用いた。ポンプに繋がる吸引口を被めっき構造体から２ｃｍの位置にまで近づけ、種々の吸引量によってそれぞれめっき液の循環を連続的に行った。吸引口の径は実施例１と同じであった。図７に示すように、ポンプによる吸引量を増やしていくと、欠損率、すなわちめっき層が成長しない微細孔の割合が急激に減少した。
【００２３】
実施例３
実施例２と同様のレジストパターンを有する基板上に、ニッケルめっきを行なった。めっき液の組成は実施例１と同様であった。実施例２で用いられた連続式のポンプをダイヤフラム式の型の間欠式ポンプに変更し、それ以外は実施例２と同様の条件でニッケルめっきを行った。間欠ポンプの周期を変えてニッケルめっきをそれぞれ行った結果、図８に示す通りとなった。図８に示すように、１サイクルの時間が０．１秒以上すなわち１０Ｈｚ以下の間欠周期とすることで、めっきの欠陥すなわちめっき層の成長しない微細孔の割合を低減することができた。特に、間欠周期が３Ｈｚ（１サイクルあたり０．３３秒）の場合、欠損率はほぼ０になった。また、０．１Ｈｚでも有効であることを確認した。なお、本実施例の場合、吸引口と被めっき構造体との距離を離していくと、欠損率低減の効果は少なくなっていくが、吸引口と被めっき構造体との距離を吸引口の径以下とすれば、間欠の周期１０Ｈz以下で、欠損率をほぼ０にすることができる顕著な効果が得られた。
【００２４】
実施例４
実施例２と同様のレジストパターンを有する基板上にニッケルめっきを行った。めっき液の組成は実施例１と同様であった。実施例３で用いたダイヤフラム式の型のポンプを用いて１０Ｈｚの間欠周期で液の循環を行った。吸引口と隣接して吹き出し口を実施例１の吸引口と同じ設置条件で設置し、被めっき構造体の表面に対して、吸引と吹き付けを併行して行った。吹き出し口の径は吸引口の径と同じであった。その結果、吸引のみを行った場合よりも更にめっき欠損率が低くなった。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複雑でかつ微細パターンを有する構造体の孔内に高精度でめっき、あるいは電鋳を施すことができる。本発明によれば、複雑で入り込んだ形状を有する構造体、特に開口部が狭く深い微細な孔を有する構造体上に欠陥のないめっきを施すことができる。しかも、よりシンプルな工程および装置によって欠陥のないめっきを実現することができ、量産プロセスにも適している。本発明は、より安価な微細構造体の量産に寄与し得るものである。本発明のめっき工程は、プリンタノズルヘッド、紡糸用ノズル、押出し注型用金型、各種素子などの高い精度が要求される複雑な形状を有する装置や部品を製造するプロセスに於いて特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】微細構造体を製作するためのプロセスの一具体例を示す概略断面図である。
【図２】本発明によるめっき法の一具体例を示す模式図である。
【図３】本発明に於いて、めっき液の吸引口が被めっき構造体の近傍に配置される様子を示す模式図である。
【図４】間欠式ポンプの運転サイクルを示す図である。
【図５】本発明によりめっきを行うべき孔の形状の具体例を示す斜視図である。
【図６】実施例２で用いられた被処理物のレジストパターンを部分的に示す斜視図である。
【図７】実施例２に於いてポンプによるめっき液の吸引量を増加させていった場合のめっき欠損率の変化を示す図である。
【図８】実施例３に於いて、ポンプの間欠周期を変えていった場合のめっき欠損率の変化を示す図である。
【図９】ＬＩＧＡプロセスの一具体例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１１      めっき浴
１２      めっき液
１３      アノード
１４      被処理物
１５      電源
１６      ポンプ
１７      吸引配管
１８      吐出配管
【図１】
0004686816.tif 000002
【図２】
0004686816.tif 000003
【図３】
0004686816.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004686816.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004686816.tif 000008
【図８】
0004686816.tif 000009
【図９】
0004686816.tif 000010