(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が４００ｎｍ以下である微細な金属粉末（鎖状のものを除く）を導電成分として含有した導電ペーストからなる導電膜を介して、導電性基体上に、微細金属部品の形状に対応した微細な通孔パターンを有する、絶縁材料からなる型を固定した形状の電鋳型を用意する工程と、この電鋳型の通孔パターンの部分で露出させた導電膜の表面、または導電性基体と導電膜の表面に、これらの部分を電極とする電気めっきによって選択的にめっき被膜を成長させることで、通孔パターンの形状に対応した微細金属部品を形成する工程と、を含むことを特徴とする微細金属部品の製造方法。
【請求項２】
金属粉末を、固形分中に５〜９５重量％の割合で含む導電ペーストを用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法。
【請求項３】
平均粒径が２００ｎｍ以下である金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法。
【請求項４】
めっき被膜を形成する金属との格子定数の差が５％以下である金属を含む金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法。
【請求項５】
めっき被膜を形成する金属と同じ金属を含む金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法。
【請求項６】
Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、およびＰｄからなる群より選ばれた１種の金属または２種以上の金属の合金によって形成された金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法。
【請求項７】
金属イオンと還元剤とを液中で反応させることで、液中に析出させて形成した金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法。
【請求項８】
還元剤として３価のチタン化合物を用いる請求項７記載の微細金属部品の製造方法。
【請求項９】
Ｃｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液のｐＨを低下させることで金属Ｃｕを超微粒子状に析出させて得たＣｕ粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の立体形状を有する微細金属部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、ＬＳＩをはじめとする半導体チップ用の機能部品や、あるいはマイクロマシンの部品などとして、厚みがおよそ１００μｍ超で、かつサブミクロンオーダーの精度を有する微細な立体形状を有する金属部品が実用化されつつある。
かかる微細金属部品の製造方法としては、ダイレクトＬＩＧＡ(Lithographie Galvanoformung Abformung)法が有益である。
【０００３】
このダイレクトＬＩＧＡ法では、例えば数百μｍの高さを有する微細金属部品の製造や、あるいはミクロン領域の精度を有する加工が可能であって、高いアスペクト比（高さ／幅）を有する微細金属部品を容易に製造できるため、広範な分野での応用が期待されている。
ダイレクトＬＩＧＡ法によって微細金属部品を製造するためには、まず導電性基体上に、感光性のレジスト構造体を形成する。レジスト構造体の厚みは、製造する微細金属部品の高さに設定する。
【０００４】
次にこのレジスト構造体に、所定のパターンを有するマスクを介して、たとえばＳＲ(Synchrotron Radiation)光等のＸ線を照射したのち、レジスト専用の現像剤を用いて現像して、レジスト構造体に、微細金属部品の形状に対応した、導電性基体表面に達する微細な通孔パターンを形成する。
そして上記通孔パターンの部分で露出した導電性基体上に、当該導電性基体を電極とする電気めっきによって選択的にめっき被膜を成長させることで、通孔パターンの形状に対応した微細金属部品を形成したのち、レジスト構造体および導電性基体を除去すると微細金属部品が得られる。
【０００５】
しかし上記のようにダイレクトＬＩＧＡ法では、非常に高精度ではあるが製造コストが高くつく、Ｘ線の照射によって通孔パターンを形成したレジスト構造体を、微細金属部品の製造に１回だけしか使用することができない。このため微細金属部品の大量生産には限界があり、個々の微細金属部品の製造コストが高くつくという問題がある。例えば導電性基体として直径４インチのウエハを用いた場合に、一度に製造できる微細金属部品の個数は数十個〜数千個程度である。
【０００６】
Ｘ線に比べて照射のコストが安価な紫外線を使用することも考えられるが、紫外線はＸ線よりも波長が長く、しかも指向性がないため、それだけ大きく回折する結果、レジスト構造体の、通孔パターンのエッジ部が丸くなったり、あるいは深さ方向に光が発散したりして、通孔パターンの形状が変形しやすい。このため、微細金属部品の形状の精度が低下するという問題がある。
また電子線は、紫外線より波長が短いものの、レジスト構造体を形成する材料などとの相互作用が大きいため、レジスト構造体の厚み方向に深く入り込むことができない。このため、通孔パターンを形成できるレジスト構造体の厚みには限界があり、電子線は、とくにアスペクト比の高い微細金属部品の製造には適していない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ダイレクトＬＩＧＡ法に代わる微細金属部品の製造方法として、微細金属部品のもとになる微細金型（親金型）を用いて、射出成形あるいは反応性射出成形等によって、上記微細金属部品の形状に対応した微細な通孔パターンを有する樹脂製の型を形成したのち、この型を、導電性基体の表面に接着して、あとはダイレクトＬＩＧＡ法と同様にして微細金属部品を製造する方法がある。
【０００８】
この方法では、例えばレジスト構造体へのＸ線の照射および照射後の現像による微細パターンの形成（以下「Ｘ線リソグラフ法」とする）と、かかる微細パターンへの電鋳とによって親金型を作製することで、当該Ｘ線リソグラフ法による高精度を維持しつつ、１つの親金型から、樹脂製の型を多数、形成することができるため、これまでよりも微細金属部品を大量に、かつ安価に製造することが可能となる。
【０００９】
樹脂製の型は、電気めっき時にずれたりしないように、接着剤を用いて、導電性基体の表面に固定する必要がある。
しかし接着剤は、接着時に、型の通孔パターンの部分にはみ出しやすく、それをそのままにしておくと、電気めっき時にめっき被膜成長の妨げとなって、所定の形状を有する微細金属部品を形成できない原因となる。
そこで、はみ出した接着剤を除去するために、電気めっき前の通孔パターンの内部を溶剤で洗浄（ウエットエッチング）したり、あるいはドライエッチングしたりすることが考えられるが、いずれの処理も樹脂の型にダメージを与えやすく、とくに通孔パターンのエッジ部が丸くなったり、あるいは通孔パターンの側壁が抉り取られたりして、通孔パターンの形状が変形しやすい。このため、微細金属部品の形状の再現性が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、とくにコーナーエッジが鋭く、かつ高さ方向の垂直性に優れた、アスペクト比の高い微細金属部品などを再現性良く、しかもより少ない工程で安価かつ大量に製造することができる微細金属部品の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、平均粒径が４００ｎｍ以下である微細な金属粉末（鎖状のものを除く）を導電成分として含有した導電ペーストからなる導電膜を介して、導電性基体上に、微細金属部品の形状に対応した微細な通孔パターンを有する、絶縁材料からなる型を固定した形状の電鋳型を用意する工程と、この電鋳型の通孔パターンの部分で露出させた導電膜の表面、または導電性基体と導電膜の表面に、これらの部分を電極とする電気めっきによって選択的にめっき被膜を成長させることで、通孔パターンの形状に対応した微細金属部品を形成する工程と、を含むことを特徴とする微細金属部品の製造方法である。
【００１２】
前記課題を解決するため、発明者は、接着剤に代えて、導電成分として金属粉末を用いた導電ペーストを使用することを検討した。すなわち前記樹脂の型を、導電ペーストからなる導電膜を介して導電性基体上に固定した状態で、上記型の通孔パターンの部分で露出させた導電膜の表面、もしくは導電ペーストを従来の接着剤と同様に使用して通孔パターンの部分で露出させた導電性基体と、そこにはみ出した導電ペーストからなる導電膜の表面に、これらの部分を電極とする電気めっきによって選択的にめっき被膜を成長させるようにすれば、接着剤のはみ出しとその除去に伴う種々の問題を解消できるものと考えた。
【００１３】
しかしこの方法に従来の、一般的な導電ペーストを用いた場合には、形成された微細金属部品中の、金属の結晶粒の粒径が、その全体もしくは一部の厚み方向で不連続に変化した分布を有するものとなるため、全体にわたって均一な結晶構造を有し、良好な特性を有する微細金属部品を製造できないことが判明した。
この原因についてさらに検討したところ、以下の事実が明らかとなった。
すなわち従来の導電ペーストは、導電成分として、平均粒径が１μｍ以上という、微細金属部品と比較してもあまり小さくない金属粉末を含有している。
【００１４】
このため従来の導電ペーストを用いて形成した導電膜の表面を、微細金属部品の大きさのレベルで微視的に見ると、金属粉末が露出した導電部分と、その間の絶縁部分とが、金属粉末の大きさにあわせて不規則な斑状に分布した状態となっており、電気的に均一でない。
しかも導電膜の表面は、同様に微細金属部品の大きさのレベルで微視的に見ると、金属粉末の大きさに対応した、微細金属部品の大きさと比べてもあまり小さくない凹凸を有しており、平坦でもない。
【００１５】
電気めっきによるめっき被膜の結晶構造は下地の影響を受けやすく、上記のようにその表面が電気的に均一でない上、平坦でもない導電膜を下地としてめっき被膜を成長させた際には、特に成膜初期の段階で生成する結晶粒の粒径が、例えば平坦な金属表面にめっき被膜を成長させた際に得られる本来の粒径よりもかなり大きくなる傾向を示す。
そして膜の成長が進み、その表面が平坦な金属面に近づいた段階で、はじめて、平坦な金属表面に成長させた場合と同等の本来の粒径を有する結晶粒が生成するようになり、その後はこの粒径で膜が成長する。
【００１６】
このため導電膜上に成長させためっき被膜は、その厚み方向の全体にわたって均一な結晶構造を有するものとはならず、金属の結晶粒の粒径が厚み方向で不連続に変化した分布を有するものとなる。
具体的には、例えば導電性基体上の、通孔パターンの底の全面に亘って導電膜を形成した場合、微細金属部品は、金属の結晶粒の粒径が本来の粒径よりも大きい領域と、その上の、本来の粒径である領域との２層構造に形成される。
【００１７】
また導電ペーストを、従来の接着剤と同様の使い方をした場合、基本的には通孔パターンの底に導電性基体が露出しており、この領域では、最初から金属の結晶粒の粒径が本来の粒径であるめっき被膜が成長する。しかし導電ペーストがはみ出した部分で、かかる導電ペーストからなる導電膜上に、上記と同様に金属の結晶粒の粒径が本来の粒径よりも大きい領域を生じる。
したがって製造された微細金属部品は、上記いずれの場合にも、結晶粒の粒径が本来よりも大きい領域において、所期の物理的、機械的あるいは電気的特性を発揮することができない。
【００１８】
このため微細金属部品の全体として見たときに、所期の物理的、機械的あるいは電気的特性が得られないという問題を生じる。
また微細金属部品は、上記のように物理的、機械的特性が相違する部分を内包することになるため、温度変化等の外的条件の変化によって歪みを生じたり、場合によっては破損したりするおそれもある。
そこで発明者は、導電ペースト中に含ませる導電成分についてさらに検討した結果、平均粒径が４００ｎｍ以下という、微細金属部品と比較しても十分に微細な金属粉末を用いればよいことを見出した。すなわち導電膜は、微細金属部品の大きさのレベルで微視的に見ても、それよりもさらに微細な金属粉末が均一に分散した状態となっているため電気的に均一である。また導電膜の表面は、上記金属粉末の大きさに対応した、微細金属部品よりも十分に小さい凹凸しか有しておらず、平滑性も高い。
【００１９】
よってこの導電膜の表面に、電気めっきによってめっき被膜を成長させた際には、成膜初期の段階から、平坦な金属表面に成長させた場合と同等の、本来の粒径を有する結晶粒が生成する。
したがって前記請求項１の構成によれば、結晶粒が本来の粒径を有するため所期の物理的、機械的、電気的な特性を発揮しうる単一の構造を備えた微細金属部品を製造することができ、製造された微細金属部品は良好な特性を有するものとなる。
【００２０】
請求項２記載の発明は、金属粉末を、固形分中に５〜９５重量％の割合で含む導電ペーストを用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法である。
金属粉末の含有割合が５重量％未満では、十分な導電性を有する導電膜を形成できないおそれがある。そして導電膜上に、成膜初期の段階から本来の粒径を有する結晶粒を生成することができず、良好な特性を有する微細金属部品が得られないおそれがある。
【００２１】
また逆に、金属粉末の含有割合が９５重量％を超えた場合には、相対的に結着剤の割合が不足して、当該結着剤による、絶縁材料からなる型を導電性基体上に接着、固定する機能が不十分になり、電気めっき時に型のずれなどを生じやすくなって、微細金属部品の形状の再現性が低下するおそれがある。
なお、前述した請求項１記載の発明の効果をより良好に発揮させるためには、金属粉末の平均粒径は、前記の範囲内でもできるだけ小さいことが望ましく、とくに２００ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００２２】
したがって請求項３記載の発明は、平均粒径が２００ｎｍ以下である金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法である。
また、電気めっき時によりスムースな結晶成長を促して、さらに良好な結晶構造を有する微細金属部品を製造するためには、金属粉末を形成する金属の格子定数と、めっき被膜を形成する金属の格子定数とができるだけ近いのが望ましく、とくに両金属の格子定数の差が５％以下であるのが好ましい。
【００２３】
よって請求項４記載の発明は、めっき被膜を形成する金属との格子定数の差が５％以下である金属を含む金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法である。
上記の条件を満たす金属の組み合わせは種々存在するが、とくに好ましいのは、金属粉末を形成する金属と、めっき被膜を形成する金属として同じ金属を用いることである。これにより、両金属の格子定数の差を０％として、よりスムースな結晶成長により、より良好な特性を有する微細金属部品を製造することができる。
【００２４】
したがって請求項５記載の発明は、めっき被膜を形成する金属と同じ金属を含む金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法である。
かかる金属の具体例としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、およびＰｄからなる群より選ばれた１種の金属または２種以上の金属の合金があげられる。
よって請求項６記載の発明は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、およびＰｄからなる群より選ばれた１種の金属または２種以上の金属の合金によって形成された金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法である。
【００２５】
請求項７記載の発明は、金属イオンと還元剤とを液中で反応させることで、液中に析出させて形成した金属粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法である。
【００２６】
平均粒径が４００ｎｍ以下である微細な金属粉末は、気相法、液相法等の種々の方法によって作製することができる。しかし上記の還元析出法によれば、個々の粒径が揃っており、粒度分布がシャープな金属粉末を形成できる。これは、還元反応が系中で均一に進行するためである。
よって請求項７の構成によれば、導電膜の導電性をさらに均一にすることができるため、さらに良好な特性を有する微細金属部品を製造することができる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、還元剤として３価のチタン化合物を用いる請求項７記載の微細金属部品の製造方法である。
還元析出法に使用する還元剤としては、種々の化合物が考えられる。しかしその中でも三塩化チタンなどの３価のチタン化合物を用いた場合には、金属粉末を析出、形成した後の溶液を、電解再生によって繰り返し、金属粉末の作製に利用可能な状態に再生できるという利点がある。
【００２８】
請求項９記載の発明は、Ｃｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液のｐＨを低下させることで金属Ｃｕを超微粒子状に析出させて得たＣｕ粉末を用いる請求項１記載の微細金属部品の製造方法である。
金属粉末がＣｕ粉末である場合には、上記の方法を採用することで、より安全に、しかも高純度でかつ粒径の小さいＣｕ粉末を作製できる。したがって請求項９の構成によれば、導電膜の導電性をさらに均一にするとともに、その表面の平滑性をさらに向上することができるため、より良好な特性を有する微細金属部品を製造することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を説明する。
〈導電ペースト〉
導電膜のもとになる導電ペーストは、導電成分としての、平均粒径が４００ｎｍ以下の金属粉末を、樹脂等の結着剤、および溶媒とともに所定の割合で配合して調製される。また、液状硬化性樹脂を用いて溶媒を省略してもよい。
【００３０】
（金属粉末）
金属粉末としては、上記のように平均粒径が４００ｎｍ以下のものを用いる。この理由は先に述べたとおりである。なお、導電膜の導電性をさらに均一にするとともに、その表面の平滑性をさらに向上することによって、より良好な特性を有する微細金属部品を製造することを考慮すると、金属粉末の平均粒径は、上記の範囲内でもとくに２００ｎｍ以下であるのが好ましい。また、導電ペースト中での金属粉末の凝集を防止して、導電ペースト中に金属粉末を均一に分散させることで、導電膜の均一性を維持することを考慮すると、金属粉末の平均粒径は、上記の範囲内でもとくに１０ｎｍ以上であるのが好ましい。
【００３１】
また金属粉末は、めっき被膜を形成する金属との格子定数の差が５％以下である金属を含んでいるのが好ましい。この理由も先に述べたとおりである。なお、さらにスムースな結晶成長を促して、より良好な特性を有する微細金属部品を製造することを考慮すると、格子定数の差は３％以下であるのがさらに好ましく、その中でもとくに、前述したように金属粉末を形成する金属と、めっき被膜を形成する金属として同じ金属を用いて格子定数の差を０％とするのがより一層好ましい。
【００３２】
なお結晶の単位格子の、３つの稜の長さをａ、ｂ、およびｃとし、かつａ軸とｂ軸とのなす角をγ、ｂ軸とｃ軸とのなす角をα、ｃ軸とａ軸とのなす角をβとしたとき、これらａ、ｂ、ｃ、α、β、およびγの６つを格子定数というが、本発明でいうところの格子定数の差が５％以下とは、比較する金属においてそれぞれ対応する６つの格子定数の全てにおいて、その差が５％以内であることを意味する。
【００３３】
かかる条件を満たす金属粉末としては、微細金属部品において通常に使用される材料からなるものが好ましく、これも前述したようにＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、およびＰｄからなる群より選ばれた１種の金属または２種以上の金属の合金によって形成された金属粉末を用いるのが好ましい。
また金属粉末は、先に述べたように還元析出法によって形成するのが好ましい。
【００３４】
還元析出法においては、まず還元剤、例えば三塩化チタンなどの３価のチタン化合物と、例えばクエン酸三ナトリウム等とを溶解させた溶液（以下「還元剤溶液」とする）に、アンモニア水等を加えてｐＨを９〜１０に調整する。これにより、３価のチタンイオンが錯化剤としてのクエン酸と結合して配位化合物を形成して、Ｔｉ(III)からＴｉ(IV)に酸化する際の活性化エネルギーが低くなり、還元電位が高くなる。具体的には、Ｔｉ(III)とＴｉ(IV)との電位差が１Ｖを超える。この値は、Ｎｉ(II)からＮｉ(０)への還元電位や、Ｆｅ(II)からＦｅ(０)への還元電位などに比べて著しく高い値である。よって、これらの金属よりも還元電位の小さい各種の金属のイオンを効率よく還元して、金属粉末を析出、形成することができる。
【００３５】
次に上記の還元剤溶液に、１種または２種以上の金属のイオンを含む溶液を加える。
そうすると、Ｔｉ(III)が還元剤として機能して、自身がＴｉ(IV)に酸化する際に、金属のイオンを還元して液中に析出させる。すなわち液中に、上記金属単体または合金からなる金属粉末が析出、形成される。
形成された金属粉末は個々の粒径が揃っており、粒度分布がシャープである。これは、還元反応が系中で均一に進行するためである。したがってかかる金属粉末によれば、導電膜の導電性をさらに均一にすることができるため、より良好な特性を有する微細金属部品を製造することができる。
【００３６】
金属粉末を析出させた後の還元剤溶液は、前記のように電解再生を行うことで、何度でも繰り返し、還元析出法による金属粉末の作製に利用することができる。すなわち、金属粉末を析出させた後の還元剤溶液を電解槽に入れるなどして電圧を印加することで、Ｔｉ(IV)をＴｉ(III)に還元してやれば、再び電解析出用の還元剤溶液として使用することができる。これは、電解析出時にチタンイオンが殆ど消費されない、つまり析出させる金属とともに析出されないためである。チタンイオンの析出量は、金属粉末の総量の１００ｐｐｍ以下である。
【００３７】
金属粉末がＣｕ粉末である場合、かかるＣｕ粉末は、Ｃｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液のｐＨを低下させることで金属Ｃｕを超微粒子状に析出させて形成するのが好ましい。
この方法は、溶液が塩基性の状態では安定なＣｕ(I)アンミン錯体が、溶液を酸性の状態にすると不安定化して、錯体中のＣｕ(I)イオン（Ｃｕ1+）がＣｕ(II)イオン(Ｃｕ2+)と金属Ｃｕ（Ｃｕ）とに不均化分解反応する結果、溶液中に金属Ｃｕが析出することを利用したものである。
【００３８】
この方法によれば、還元析出法において還元剤として用いる、危険物であるヒドラジンやヒドラジン化合物を使用せずに、より安全にＣｕ粉末を作製できる。したがって厳重な安全管理を施した生産設備や保管設備などが不要となる。
またＣｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液は、例えば硫酸Ｃｕ(II)とアンモニアと硫酸アンモニアとを含む溶液に金属Ｃｕを加えて、無酸素条件下で反応させて作製するが、次工程で金属Ｃｕを析出させてＣｕ粉末を得た後のＣｕ(II)イオンを含む溶液は、再びＣｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液を作製する際の出発原料として再利用できる。つまり溶液は、ほぼ半永久的に使用できることになる。
【００３９】
したがってＣｕ粉末の製造コストを、これまでよりもさらに引き下げることが可能となる。
また上に述べたＣｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液の調製工程から、金属Ｃｕを析出させてＣｕ粉末を作製する工程までの全工程において、リン酸塩などの、Ｃｕと共析するおそれのある元素を含む成分を添加する必要がない。しかも不均化分解反応の条件を調整して、金属Ｃｕの析出速度を速くすればするほど、不純物の混入量を低減することができる。
【００４０】
したがって、例えばＣｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液の調製に、リサイクルＣｕなどの、純度の低い、そして安価な金属Ｃｕを使用しても、Ｃｕ粉末の純度を高純度に維持することが可能となる。
また上記不均化分解反応を、例えばかく拌下で行うことにより、金属Ｃｕの析出を溶液中でほぼ均一に進行させることができるため、生成したＣｕ粉末は、複数の粒子間で粒径がほぼ揃ったものとなる。
【００４１】
しかもかく拌下で不均化分解反応を行うと、個々の粒子の、特定の部分のみに金属Ｃｕが選択的に析出するのを防止して、粒子の成長を、全方向にわたって平均化できるため、生成したＣｕ粉末は、その形状がほぼ球形に揃ったものとなる。
よって上記Ｃｕ粉末を用いれば、導電膜の導電性をさらに均一にするとともに、その表面の平滑性をさらに向上することができるため、より良好な特性を有する微細金属部品を製造することができる。
【００４２】
（結着剤）
金属粉末とともに導電ペーストを形成する結着剤としては、導電ペースト用の結着剤として従来公知の種々の化合物がいずれも使用可能である。かかる結着剤としては、例えば熱可塑性樹脂や硬化性樹脂、液状硬化性樹脂などが挙げられる。特に好ましくはアクリル系樹脂、フッ素系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。
【００４３】
（導電ペースト）
導電ペーストは、金属粉末と結着剤とを、適当な溶媒とともに所定の割合で配合して調製される。また、前記のように液状硬化性樹脂を用いて溶媒を省略してもよい。
かかる導電ペーストによれば、前記のように平均粒径の小さい金属粉末の機能によって、これまでよりも均一な導電性を有するとともに、表面の平滑性にも優れた導電膜を形成できるため、より良好な特性を有する微細金属部品を製造することができる。
【００４４】
上記各成分の配合割合は特に限定されないが、固形分、すなわち金属粉末と結着剤との総量に占める金属粉末の割合は、５〜９５重量％であるのが好ましい。この理由も先に述べたとおりである。
〈電鋳型の作製〉
本発明の製造方法においては、まず図１(b)に示すように、上記の導電ペーストからなる導電膜１を介して、導電性基体２上に、微細金属部品の形状に対応した微細な通孔パターン３ａを有する、絶縁材料からなる型３を固定した形状の電鋳型ＥＭを作製する。
【００４５】
その具体的な工程としては、まず図１(a)に示すように、金属板等の導電性基体２の全面に導電ペースト１′を塗布したのち、その上に、上記図１(b)に示すように型３を重ねる。そして導電ペースト１′を乾燥させ、また結着剤が硬化性樹脂である場合はこれを硬化させることで導電膜１を形成するとともに、型３を導電性基体２上に固定する。かかる工程によって作製された図の電鋳型ＥＭは、通孔パターン３ａの底の全面が、前記のように優れた特性を有する導電膜１によって覆われているため、従来の、接着剤の除去に伴う問題などを生じない。
【００４６】
また図示していないが、導電ペーストを従来の接着剤と同様に使用して電鋳型ＥＭを作製することもできる。すなわち、導電ペーストを型３の下面に塗布するなどしたのち導電性基体２上に重ね合わせた状態で導電ペーストを乾燥させ、また結着剤が硬化性樹脂である場合はこれを硬化させることで、型３を導電性基体２上に固定して電鋳型ＥＭを作製してもよい。この場合、先に述べたように基本的には、通孔パターン３ａの底に導電性基体２が露出しており、そのうちとくに通孔パターン３ａの周囲の一部に、はみ出した導電ペーストからなる導電膜が形成された状態となるが、かかる導電膜は前記のように優れた特性を有するため、敢えて除去する必要がない。よってこの場合もやはり、接着剤の除去に伴う問題を生じない。
【００４７】
型３は、種々の方法によって形成することができるが、とくに前記のようにＸ線リソグラフ法と電鋳とによって作製した親金型を用いた、射出成形あるいは反応性射出成形等によって形成するのが好ましい。
すなわちまず、Ｘ線リソグラフ法と電鋳とを利用して、図２(a)に示すように、微細金属部品のもとになる親金型ＩＭ１を形成し、それを基板ＩＭ２に固定した状態で、射出成形あるいは反応性射出成形によって、上記親金型ＩＭ１の形状に対応した、通孔パターン３ａの元になる微細な凹部３ｂを有する型３の前駆体３′を得る〔図２(b)(c)〕。
【００４８】
そしてこの前駆体３′を所定の厚み、すなわち微細金属部品の高さに相当する厚みまで研磨して凹部３ｂを貫通させると、図２(d)に示すように、親金型ＩＭ１の形状に対応した通孔パターン３ａを有する型３が形成される。
この方法によれば、１つの親金型ＩＭ１を何回でも使用して、型３を大量に形成できるため、結果的に微細金属部品の製造コストをこれまでよりも大幅に引き下げることができる。
【００４９】
また電鋳型ＥＭの別の作製方法として、図２(c)の前駆体３′を、凹部３ｂを下側にして、導電ペーストを介して導電性基体２上に接着、固定したのち、微細金属部品の高さに相当する厚みまで研磨して凹部３ｂを貫通させる方法もある。上記いずれかの方法によって電鋳型ＥＭを作製する際の、導電ペーストの塗布厚みは０．５〜７０μｍとするのが好ましい。塗布厚みが０．５μｍ未満では、導電ペーストによる、型３を導電性基体２上に固定する効果が十分に得られず、電気めっき時に型のずれなどを生じやすくなって、微細金属部品の形状の再現性が低下するおそれがある。また逆に７０μｍを超えた場合には、型３を導電性基体２上に重ねた際に、その重ねる際の応力や型３の重みなどで押し出された過剰の導電ペーストが、通孔パターン３ａ内に多量にはみ出して波うったり液滴状に盛り上がったりする結果、めっき開始面が異形となって均一な結晶構造を有するめっき被膜を形成できなくなったり、導電ペーストが盛り上がった分、めっき被膜が薄くなって、所定の厚みを有する微細金属部品を製造できなくなったりするおそれがある。
【００５０】
導電性基体２としては、例えばステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属系または合金系の基体や、あるいはＳｉ、ガラス、セラミックス、プラスチックなどの非導電性の基体上に、スパッタリング法等によって導電層を積層形成した複合体などがあげられる。また上記金属系や合金系の基体上に、さらに必要に応じて、スパッタリング法等によって、別種の金属からなる導電層を積層形成することもできる。
【００５１】
型３を形成する絶縁材料としては、前記のように射出成形、反応性射出成形などが可能な樹脂が好適に使用される。かかる樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂などがあげられる。
〈微細金属部品の製造〉
次に、上記いずれかの方法で作製した電鋳型ＥＭの、図１(b)に示すように通孔パターン３ａの部分で露出させた導電膜１の表面、もしくは図示していないが、通孔パターン３ａの部分で露出させた導電性基体２の表面と、そこにはみ出した導電ペーストからなる導電膜１の表面に、これらの部分を電極とする電気めっきによって選択的にめっき被膜を成長させる。すなわち導電膜１や導電性基体２を陰極とし、めっきしようとする金属または白金などを陽極として、電気めっき浴中に浸漬して電圧をかけてめっき被膜を成長させることで、前記のようにその全体にわたって均一な結晶構造を有する、通孔パターン３ａの形状に対応した微細金属部品４を形成する〔図１(c)〕。
【００５２】
次に、形成した微細金属部品４の先端面を研磨もしくは研削などして所定の高さに揃えた後、型３を除去する〔図１(d)〕。型３を除去する方法としては、微細金属部品４に無理な応力を加えて変形させたりしないために、例えば酸素プラズマを用いたアッシングや、あるいはＸ線、紫外線の照射による分解などの、非接触で行える方法が好ましい。
そして最後に、導電膜１と導電性基体２とを除去すると微細金属部品が完成する〔図１(e)〕。
【００５３】
導電膜１と導電性基体２とを除去する方法としては、導電膜１を、適当な溶媒を用いて溶解するか、またはドライエッチングなどして分解除去する方法が好ましい。これにより導電膜１を消滅させたのち、残った導電性基体２を取り去ればよい。
以上のように本発明の製造方法によれば、これに限定されないが、例えばコーナーエッジが鋭く、かつ高さ方向の垂直性に優れた、幅が数μｍ〜数百μｍで、かつ高さが数百μｍ超というアスペクト比の高い微細金属部品などを再現性良く、しかもより少ない工程で安価かつ大量に製造することができる。また、とくに高さ方向と直交する面方向に複雑な形状を有する微細金属部品を一体形成できるので、微細部品の組立作業などが不要になるという利点もある。
【００５４】
【実施例】
以下に本発明を、実施例、比較例に基づいて説明する。
実施例１
〈導電ペーストの調製〉
金属粉末としては、平均粒径が２００ｎｍであるＡｇ粉末を用いた。
そしてこのＡｇ粉末１５重量部と、結着剤としての液状のエポキシ樹脂８５重量部とを混合して導電ペーストを調製した。
【００５５】
〈電鋳型の作製〉
Ｘ線リソグラフ法と電鋳とによって作製した、幅５０μｍ、高さ１００μｍの、微細金属部品のもとになるＮｉ製の親金型ＩＭ１を、ステンレス鋼製の基板ＩＭ２上に、エポキシ樹脂系接着剤を用いて貼り付けたものを使用して、反応性射出成形を含む、前記図２(a)〜(d)の工程により、上記親金型ＩＭ１の形状に対応した通孔パターン３ａを有するポリメチルメタクリレート製の型３を形成した。
【００５６】
導電性基体２としてのステンレス鋼板の、片面の全面に、ロールコータを用いて、前記導電ペースト１′を塗布した後、型３を重ねた。そして１００℃で４時間、加熱して導電ペースト１′中のエポキシ樹脂を硬化させることで導電膜１を形成するとともに、型３を導電性基体２上に固定して、図１(b)に示す電鋳型を作製した。導電ペースト１′の塗布厚みは５μｍとした。
〈微細金属部品の製造〉
上記電鋳型の導電性基体２に導電端子を取り付けて給電部とし、下記処方のニッケルめっき浴に浸漬して、電流密度５０ｍＡ／ｃｍ2、液温５０℃の条件で電気めっきを行った。
【００５７】
ニッケルめっき浴（ｐＨ４．０）
（成  分）              （濃  度）
スルファミン酸ニッケル  ４５０ｇ／Ｌ
ほう酸                    ３０ｇ／Ｌ
上記電気めっきを４時間行ったところ、電鋳型の通孔パターン３ａがニッケル被膜で埋められたので、電鋳型をめっき浴から取り出して十分に水洗した後、ニッケル被膜の先端面を研磨して所定の高さに揃えた。そして酸素プラズマによってアッシングして型３を分解除去した後、ウエットエッチングによって導電膜１を溶解、除去して導電性基体２を取り去って、前記親金型ＩＭ１の形状に対応した、幅５０μｍ、高さ５０μｍの微細金属部品４を製造した。
【００５８】
得られた微細金属部品の断面を金属顕微鏡で観察して、厚み方向の上下それぞれ５％の位置の、結晶粒の大きさを測定した。そして導電膜側の結晶粒の大きさφ1と被膜表面側の結晶粒の大きさφ2とから、式(1)：
Ｒφ＝φ1／φ2      (1)
により、結晶粒の大きさの比率Ｒφを求めたところ１．１であって、結晶粒の大きさに殆どばらつきはなく、微細金属部品は、厚み方向の全体にわたって均一な結晶構造を有することが確認された。
【００５９】
また微細金属部品の、導電膜１側の面の硬度を、マイクロビッカース硬度計〔(株)明石製作所製のＭＶＫ−ＥＬＳ〕を用いて、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ２２５１に規定された微小硬さ試験法に則って測定したところ２２０Ｈｖであって、めっき初期の段階から、ニッケル本来の硬さを有するめっき被膜が形成されていたことが確認された。
そしてこれらのことから、コーナーエッジが鋭く、かつ高さ方向の垂直性に優れたアスペクト比の高い微細金属部品などを再現性良く、しかもより少ない工程で安価かつ大量に製造できることが確認された。
【００６０】
実施例２
〈Ｃｕ粉末の形成〉
硫酸銅(II)と、アンモニアと、硫酸アンモニウムとを純水に加えて、各成分が下記の濃度で含まれた溶液を調製した。
（成  分）          （濃  度）
硫酸銅(II)            ０．５Ｍ
アンモニア            ５．０Ｍ
硫酸アンモニウム      １．０Ｍ
次にこの溶液１リットルに、過剰量（約１０ｇ）の銅線（直径２ｍｍ）を浸漬し、窒素バブリングして溶存酸素を除去した。
【００６１】
次にこの溶液を、酸素が混入しないように気密性の高い容器内でかく拌しながら２５℃で２４時間、反応させて、Ｃｕ(I)アンミン錯イオンを含む溶液を製造した。
次にこの溶液の液温を２５℃に維持してかく拌しつつ、２０％硫酸溶液１００ミリリットルを加えて不均化分解反応させて、溶液中に金属銅を析出させることで、Ｃｕ粉末を生成させた。この際、溶液のｐＨの、単位時間あたりの低下速度ΔｐＨ／秒は０．２５とした。
【００６２】
次に、生成したＣｕ粉末を溶液からロ別し、純水で洗浄後、乾燥した。
得られたＣｕ粉末の粒径と粒子形状を、走査型電子顕微鏡によって観察したところ、その粒径がほぼ揃っているとともに、粒子形状も球形にほぼ揃っていることが確認された。また写真に写ったＣｕ粉末の平均粒径を測定したところ３０ｎｍであった。
また得られたＣｕ粉末の純度をＩＣＰ質量分析法によって測定したところ９９．９６％であった。
【００６３】
〈導電ペーストの調製〉
金属粉末として、上記で形成したＣｕ粉末を同量、使用したこと以外は実施例１と同様にして導電ペーストを調製した。
〈電鋳型の作製および微細金属部品の製造〉
上記の導電ペーストを使用したこと以外は実施例１と同様にして、同形状の電鋳型を作製し、この電鋳型を使用したこと以外は実施例１と同条件で、同形状の微細金属部品を製造した。
【００６４】
得られた微細金属部品の断面を金属顕微鏡で観察して、前記式(1)により、結晶粒の大きさの比率Ｒφを求めたところ１．２であって、結晶粒の大きさに殆どばらつきはなく、微細金属部品は、厚み方向の全体にわたって均一な結晶構造を有することが確認された。
また微細金属部品の、導電膜１側の面の硬度を、前記マイクロビッカース硬度計を用いて、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ２２５１に規定された微小硬さ試験法に則って測定したところ２２０Ｈｖであって、めっき初期の段階から、ニッケル本来の硬さを有するめっき被膜が形成されていたことが確認された。
【００６５】
比較例１
金属粉末として、平均粒径が２μｍであるＡｇ粉末を同量、使用したこと以外は実施例１と同様にして導電ペーストを調製した。
〈電鋳型の作製および微細金属部品の製造〉
上記の導電ペーストを使用したこと以外は実施例１と同様にして、同形状の電鋳型を作製し、この電鋳型を使用したこと以外は実施例１と同条件で、同形状の微細金属部品を製造した。
【００６６】
得られた微細金属部品の断面を金属顕微鏡で観察して、前記式(1)により、結晶粒の大きさの比率Ｒφを求めたところ２．０であって、結晶粒の大きさに大きなばらつきがあり、微細金属部品は、金属の結晶粒の大きい領域と小さい領域の２層構造を有することが確認された。
また微細金属部品の、導電膜１側の面の硬度を、前記マイクロビッカース硬度計を用いて、日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ２２５１に規定された微小硬さ試験法に則って測定したところ１７０Ｈｖであって、めっき初期の段階では、ニッケル本来の硬さを有するめっき被膜が形成されていなかったことが確認された。
【００６７】
以上の結果を表１にまとめた。
【００６８】
【表１】
0003952743.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【図１】同図(a)〜(e)は、それぞれ本発明の製造方法によって微細金属部品を製造する工程の一例を示す断面図である。
【図２】同図(a)〜(d)は、微細金属部品の親金型から、上記製造工程に使用する型を形成する工程の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  導電膜
１′  導電ペースト
２  導電性基体
３  型
３ａ  通孔パターン
４  微細金属部品
ＥＭ  電鋳型
【図１】
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【図２】
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