CKANTO CHEMICAL CO., INC.

2012 No.3（通巻225号）

ISSN  0285-2446

フラットパネルディスプレイ概論（9）FPDの製造技術（2）新規導入技術

鵜飼

育弘

血栓症と体内時計

大藏直樹

無電解めっきによるAuマイクロバンプ形成技術

德久

智明

最近のトピックス／編集後記	

2
大石

勝隆

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16
24

フラットパネルディスプレイ概論（9）FPD の製造技術（2）新規導入技術
Introduction to Flat Panel Display (9) Production Technology of FPD (2) Introducing New Technology
Ukai Display Device Institute

代表

工学博士

鵜飼

育弘

YASUHIRO UKAI Ph.D.
Ukai Display Device Instituteが高い状態にあるが、結晶化によって内部エネルギーが小1. はじめにさい状態に遷移する。単発のレーザ照射でTFT 作製に最

前号では、
「a-Si TFTアレイ製造」と題してa-Si TFTア

適な結晶化状態が実現できれば量産的にみて好ましい

レイ製造工程を中心にTFT-LCD 製造の概略を述べた。

が、現実には複数発のレーザ照射（マルチショット）をした

低温ポリシリコン（Low Temperature poly-Si : LTPS）

方が良好なTFT 特性が得られる。これは、結晶粒界エネ

TFT は高精細 TFT-LCD や TFT-OLED のバックプレーン

ルギーおよび結晶粒界内の欠陥が複数発照射中に減少

としては欠かせない。一方、大型化、高精細化、高品位

し、より安定状態に移行するためと考えられる。ラインビーム

化には従来のラビング技術に代わる配向技術が注目さを走査しながら重ね打ちする場合、大面積にわたってれ、量産適用されている。今回は、LTPS-TFT 製造の固poly-Si 膜の結晶均一性を確保するためには、照射ビーム

有技術と、液晶セル工程に新たに導入された光配向技

強度の安定性は極めて重要なパラメータである。図 1に示術を紹介する。

したように、良好な結晶が得られるレーザエネルギーマージンが非常に狭いこともあって、ビームエネルギー強度の厳

2. LTPS TFT-LCD 製造の固有技術
2.1 ELA（Excimer Laser Annealing）
による結晶化技術

密な制御が要求される。この方法では、矩形ビームの長軸ビーム長によって再結晶化される領域が制限される。LTPS
TFT-LCD が量産され始めた1999 年頃の装置は 200mmのビーム長を有し、つなぎ合わせなしで作製できるパネルサ

poly-Si 膜の形成方法は大きく分けて、（1）a-Siのエキシマレーザアニール（ELA）による結晶化、（2）
a-Si からの固イズは12.1 型であった。現在では750mmの装置が量産に適用され 55 型 OLED-TVの量産にも寄与している。

相成長、
（3）
poly-Siの直接堆積（as-depo poly-Si）があるが、ここでは現在量産プロセスに用いられているELAによる結晶化を取り上げる。なお，（2）の a-Si からの固相成長
は、高温 poly-Si 膜の製造に適用されている。
レーザ光源としてはガス寿命の長い XeCl（波長 λ＝308nm）を用いることが多く、a-Si 膜の吸収の大きい紫外光のエキシマレーザが使われている。レーザの照射法としては図 1に示すように、光学系を組んでラインビーム形成し、ラインを重ね打ちするのが一般的である。面ビームによる一括照射も検討されているが、現時点での主流はラインビー
ム照射である。プリカーサに用いるa-Siは内部エネルギー

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図 1 ELA 装置の概念とa-Si 膜厚と結晶性の関係

フラットパネルディスプレイ概論（9）FPD 製造技術（2）新規導入技術

図2に示すように現在量産に用いられている装置では、レーザ発信周波数が最高 600Hz、最大出力 1200W、パ

水素工程を導入することが必要になる。
2.2 イオンドーピング技術

ルスエネルギー密度 Max. 2J/cm 2 の矩形パルス・ビーム

LTPS TFT構造は、a-Si TFTと同様にボトムゲート型とトッをa-Si 膜上に照射させ、a-Si 膜を溶かし過冷却状態にしプゲート型に大別される。ELA 法による結晶化の観点からた後に再 結 晶 化させる。プリカーサ 膜として PECVD

両者の違いは、前者は下側のSiO2 膜と接している結晶の（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法で形初期成長側をチャネルに用い、後者は上側の自由表面側成したa-Siを用いた場合、膜中に〜10％の水素を含むのをチャネルに用いるものである。いずれの構造においてもイでいきなりレーザ照射を行うと、結晶化と同時に膜中の水

オンドーピングが必要な箇所は駆動回路部と画素部であ素 が 爆 発 的 に 抜 け 出る
「爆 発 的 結 晶 化（Explosive

る。駆動回路の低消費電力化のためCMOS 構造が採用

Crystallization）」が起こってしまう。従って、結晶化に先されている。CMOSのソース/ドレイン（S/D）部はトランジスタ

立ちプリカーサ膜を400〜450℃程度で熱処理して膜中の動作信頼性を高めるため、画素部のn-ch TFTはリークの水素を数％以下に脱離させるか、もしくはまず低エネル

電流低減のため図 3に示すLDD（Lightly Doped Drain）

ギー密度でレーザ照射して膜中の水素を脱離させる脱構造が必要である。
ドレイン端での電界を緩和させてホットキャリアによる劣化を低減させることで信頼性が向上する。
またリーク電流は、逆バイアスを印加した場合、ドレイン近傍の空乏層にある欠陥準位で電子とホールが生成される速度で決まる。これをLDD 構造にすることで低減できる。
また、TFTのしきい値電圧（Vth）制御のためにリン
（P）
または
ボロン
（B）
を精度良く注入することもTFT の開発およびTFT-LCDの応用が進むにつれ必要になってきた。これらS/
D、LDD、チャネルドープ（Vth 制御）それぞれについて必
要なイオン種とドーズ量をまとめると、次のようになる。
（1）S/D 部；P，B，5 × 10 14〜5 × 1015/cm2（2）LDD 部；P，1 × 1012〜5 × 1013/cm2（3）Vth 制御；Bまたは P，5 × 1011〜2 × 1012/cm2

図 2 ELA 用レーザと光学系

この部分が LDD

LDDあり

ソース、
ドレイン領域とチャネルの間に比較的低濃度の不純物を添加する。
（＝Lightly doped drain）

LDDなし

・チャネル ─ソース間の電界を緩和することによりオフ電流（リーク電流）を下げる効果がある。
・ソース ─ドレイン耐圧を向上させる。

図 3 LTPS-TFT の LDD 構造と特徴

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イオンエネルギーは，デバイス構造に依存するが 5〜

トロール誘導加熱によるアニール装置が開発され量産100KeV である。量産当初、図 4 に示すような非質量分工程に導入され始めた。この装置の特徴は、基板温度離型装置が使われていた。この方式は基板上へのイオを短時間で制御可能でしかも面内の温度分布も良好でンビームの一括照射が可能であるため、あまり高いビームあることが挙げられる。従来のアニール方式と比較して電流密度を必要とせずに高濃度注入が可能である。し処理時間が 1.3 倍早く、COO（Cost of Ownership）
を改かし、イオンビームの均一性を確保するためにはイオン源

善できる装置である。

を大型化する必要があるが、これは低濃度注入での制御性に乏しく、基板サ
イズの大型化には適さない。LTPSを用いた TFT-LCD の高機能化が進むにつれ、図 5 に示す質量分離型のイオン注入装置が量産に適用されている。これ
は，非 質 量 分 離 型 装 置の欠 点である
（1）低真空領域でのイオン注入で生じるイオンの中性化と水素イオンのコンタミ
ネーションによるドーズ量制御の困難性、（2）H ＋やその他多量の不純物イオンの

図 4 非質量分離型イオン注入装置の概念図

混入による基板温度の上昇、特にレジストをマスクに用いた場合のレジスト焼けなどの欠点を解消できる。図 6 に示すように第 5.5 世代の基板サイズ（1300mm ×
1500mm）に対応できる装置が実用化されている。
イオンドーピングプロセスでは、それに引き続く活 性 化プロセスも重 要である。活性化の手段としては、電気炉によるバッチ式アニール法、ELA 法、RTA（Rapid Thermal Annealing）法 があ

図 5 質量分離型イオン注入装置の概念図る。電気炉によるアニール法は単純で安定しているが活性化率が低く、低抵抗のドレイン・ソース領域を実現するには多量の不純物ドーピングが必要である。ELA 法は活性化率が高いが、配線などが熱損傷を受ける場合がある。
しかも装置価格が最も高い。RTA による活性化プロセス装置は、ガラス基板をキセ
ノンアークランプと反射鏡の隙間を枚葉搬送するものである。この装置の特徴
は、高スループットでの活性化が可能であり、しかも大型ガラス基板への対応も容易であることにある。最近、ゾーンコン

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図 6 第 5.5 世代用イオン注入装置概略図

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3. 光配向技術

によって反応する特殊な材料を配向膜として採用し、照前号の図 2 に示したように、液晶の配向処理としてはのである。独自の材料開発や照射装置、プロセス技術

ポリイミド（PI）膜を布でこする、いわゆるラビングが用いらの結集による成果で、大きさがわずか 2 ナノ程度の液晶れている。しかし、ラビングには次の問題点があった。①分子を、ピコスケールの精度で傾斜制御できるナノテクノ

ラビングによる生産歩留まりの低下、すなわち、布を高速

ロジーを超えた「ピコテクノロジー」という。バックライトユ

でこすりつけるため発塵（抜けたラビング布の毛や，配向

ニット（Buck Light Unit : BLU）からの光モレがなく、「沈膜の削りカス）が避けられず、この異物が布やガラス基み込んだ黒」の表示が可能なほか、液晶パネルの開口

板表面に付着すると、ラビングローラーそのものが異物率も高く、高効率にバックライト光を活用できるのであざやを引きずってしまうため、スジ状の表示ムラが発生。②まかな色を表示しながら、省エネ化も図れる。光配向技術

たガラス基板表面に付着した異物は洗浄工程により完「UV 2A 技術」を採用した液晶パネルの特長は、

全に取り除く必要があり、もし残存すれば、後の工程で①高コントラスト5000：1（ 従来比：1.6 倍）液晶層の厚みが均一にならないため、液晶パネルの不②開口率従来比：20％以上アップ

良要因となる。③ラビングでは布が PI（絶縁膜）を擦るの③高速応答（従来比 2 倍の速さ）

で静電気を発生し、TFT が静電破壊を起こすことがあ④パネル構造のシンプル化による生産効率の向上

る。そこで、ダストおよび静電気フリーのクリーンプロセスとである。なお、この技術を実用化するにあたって、開発しして光配向が注目されてきた光配向技術が量産工程にた課題は主に 3 つある。第 1 は配向膜材料の開発、第 2導入され始めた。

は従来にない斜め露光装置の開発、第 3 は前後の工程

3.1 UV A（Ultraviolet induced multi-domain Vertical

を含む、まったく新たな配向プロセスの確立である。配向

2

Alignment）技術

射方向によって液晶分子の並びを高精度に制御するもの安定性は液晶分子を配向する方位角が経時変化しVA-mode TFT-LCDにおいては、マルチドメインの形ないこと。配向膜の加工は、UV光の照射方向に揃うよう成法として斜め電界法が用いられている。しかし、このに配向膜表面の高分子の主鎖を傾ける方法を用いる。

方法では液晶パネルの透過率の低下をもたらすため、

3.2 IPS-Mode および FFS-Mode 用光配向技術

PSA（Polymer-Sustained Alignment）方式が提案されスマートフォンやタブレットの高精細化および高品位化実用化されている。この方法は液晶に光重合性のモノの要望が高まっている。ここで用いられるFPD は、IPS/

マー（Reactive Mesogen : RM）
を微量添加し、硬化さ

FFS モード TFT-LCD が大きな地位を占めている。そのせることで配向を安定化させる。しかも、液晶に電圧を理由はタッチパネルとの相性が良く、本質的にタッチムラ

印加し液晶分子を傾斜させた状態で紫外線を照射してが生じないことによる。しかし、IPS/FFS モードの配向処硬化させることで、液晶分子が傾斜配向する方位を制理は旧態依然としてラビングが用いられている。ところ御するため、均一性や信頼性の課題が皆無とは言えなが、高精細化および大型ガラス基板対応が困難で、しい。シャープは、テレビ向け次世代液晶パネルの中核技

かもコントラスト比の改善にはラビングに代わる技術が求術として、「光配向技術」を実用化した。これはシンプルめられる。

なパネル構造で、液晶分子の向きを精密に制御できる光（1）UV 光配向技術の課題

配向技術「UV 2A 技術」
を開発し、世界で初めて本格的

LCD-TV の代表的な表示モードは、VA-ModeとIPS-に生産導入した。この技術は、図 7に示すように、紫外線

Mode が市場を二分している。VA-Mode TFT-LCD の配向処理方法としては、PSA や UV 2A が実用化されている。しかし、IPS-Mode の配向処理法は旧態依然としてラビングが用いられている。ラビング処理は基板表面にポリイミドなどの高分子膜を塗布・焼成後、クロスでラビ
ング（PI 表面をこする）することで水平配向を得ている。

図 7 UV2A 技術の光配向の模式図

この配向処理で液晶分子は基板に水平に配向する。

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基板表面と液晶分子のチルト角（tilt angle）
は 1〜2°でる配光処理が行われている。光源には 3kW 水銀（Hg）

強い配向規制力（anchoring strength）が得られる。ラビ

ランプが用いられている。露光波長は 285nm-320nm、ング処理を必要とするLCD-ModeはIPS-Mode 以外に、主波長は 313nm である。照射均一性は± 5％、消光比

広く用いられているTN-Mode がある。したがって、水平（Extinction ratio : ER）
は 30％以上である。なお、消光

配向処理にも光配向技術の導入が急がれていたが、次比の一般的定義は「光強度変調器で、透過光の強度の課題があり量産には適用されていない。

を変化したときの最小と最大の透過光の強度の比」であ①強い配向規制力が得られないため、ラビングと同等のる。転じて光配向装置では、消光比 ER は偏光の質を

電気光学特性が得られない表す数値として、P 偏光強度 IpとS 偏光強度 Isを用い②焼き付き（image sticking）が発生し、信頼性の面での大きな課題てER = Ip / Isと表せる。照射光の偏光軸の設定は自由で、例えば、0 / 45 / 90 / 135°などが可能である。偏光③配向膜の光照射に対する感度が低く、処理時間が長軸の設定精度は± 0.1°。偏光軸ムラ（±°）は、照射面にく掛り量産的でないおける偏光方向θの場所ムラを表す量で、±（θmax−θ

しかし、Chimei Innolux Corporation（ CMI）
は、光配min）/ 2 で表される。

向技術を使った IPS 方式の TFT-LCDを開発し、FPD

偏光板の透過率は 85％以上。タクトタイムは、照射International 2011 に出展した。画面寸法は 4.5 型、画エネルギー密度 30mJ/cm2 で第 6 世代基板（1850mm ×

素数は 720 × 1280 で、スマートフォンなどの中小型液晶

1500mm）当たり35 秒である。

パネルの量産を今年中に始める予定という。
（2）UV 配向装置
V-Technology Co.,Ltd は VA-Mode TFT-LCD の光

4. おわりに

配向用露光装置としての量産実績を有す。昨年 9 月に長年、FPD のターゲットはテレビであった。しかし、今や北京で開催された FPD International China で植木氏

Full High Definition（ FHD）
を上回る解像度のディスプから光配向用露光装置 AEGIS の紹介があった。この装レイを用いた応用製品が商品化されている。例えば、つ置は表 1 に示すように、IPS/FFS 用光配向装置である。

い先ごろ発売された Apple 新 iPad は 9.7 型、画素数

光配向装置とは、直線偏光紫外線で配向膜に異方性

2048 × 1536、解像度 246ppiとFHD 以上の画素数を有を持たせ、所定の方向に液晶を並べる装置である。適す。したがって、今後は FPD が新しい応用分野を切り開用基板サイズには制限がない。なお、シャープ堺工場はくとともに、新しい商品が我々の生活に溶け込みライフス

第 10 世代対応の基板ガラスが採用され UV A 技術によ

タイルに大きな影響を与えている。

2

ここで紹介した LTPS-TFT

表 1 光配向用露光装置

製造の固有技術や光配向技
術は、新しい FPD の世界を切り開く基盤技術と言える。これ
らの装置の多くは、依然として
日本メーカの 存 在 価 値 が 高い。しかし、いつまでもこの地位を維持できるかは、国内のパネルメーカの今後に依存しているといっても過言でない。
FPDに限らず物作りのなくなったところに、装置や部材メーカの存続はあり得ないことを肝に銘ずべきである。

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血栓症と体内時計
Thrombosis and Biological Clocks

帝京大学薬学部

病態生理学研究室

准教授

大藏

直樹

NAOKI OHKURA, PhD. (Associate Professor)
Associate professor, Molecular Physiology and pathology, School of Pharma-Sciences, Teikyo University（独）産業技術総合研究所 バイオメディカル研究部門

生物時計研究グループ グリープリーダー

大石勝隆

KATSUTAKA OISHI, PhD. (Group Reader)
Biological Clock Research Group, Biomedical Research Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

1. はじめに

2. 血液凝固系と血栓

心筋梗塞、脳梗塞、深部静脈血栓症など、血液が固

血液は血管の内側を、流動性を保ちながら流れていまってできる血栓が原因の疾患は午前中に発症頻度がる。血管内皮細胞は、血管の内側を覆う細胞で、血液高いことがわかっている。また、血栓を溶かす血栓溶解が凝固しないように保つ働きを持つ。しかし、外傷や炎療法の効果が午前中は弱く、血栓症の治療薬であるヘ症などで血 管 壁が損 傷を受けると、損 傷 部 分に血 小パリンやワルファリンに効果が出やすい時間帯があるな

板が粘着して凝集する。また、傷害を受けた血管内皮

ど、血栓に関連する病気の治療効果が時刻によって違細胞には組織因子というタンパク質が発現して外因系

うことも古くから知られている。一方で、体内時計に関す凝固反応を活性化し血栓を形成する。粘着し活性化る研究の進歩により、血液凝固系や線溶系など血栓のした血小板からは細胞内刺激物質が放出され、さらに形成に関わる反応系は体内時計によってコントロールさ

多くの血小板を活性化して大きな血栓を形成する。形

れていることが明らかになってきた。

成した血栓が組織への血流を妨げると、組織障害が本稿では、血液凝固系や線溶系に日内リズムがある

起こり脳梗塞や心筋梗塞が発生する（図 1）。一方、線ことを紹介し、体内時計による血液凝固線溶反応の制

溶系は凝固反応によりできた血栓を溶解させるシステム

御や、糖尿病や肥満が原因で起こる血栓症と時計遺として存在し、線溶系が働くことにより不必要な血栓が伝子との関係について、著者らがマウスを用いて行った血管内から除かれる。すなわち、凝固系が働くと止血研究成果を紹介しながら、体内時計と血栓症との関連や血栓形成の方向に作用し、血栓ができた時は線溶について考えてみたい。

系が働いて血栓を溶かすというバランスを保ち血液の図 1 末梢血管における止血機構

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図 2 血液凝固系と線溶系のしくみ
血液凝固線溶系は、血小板、血液凝固因子、凝固抑制因子、血液線溶因子などが複雑に相互作用して機能するが、これらが持つ日内リズムが血栓形成時刻の好発時
間出現に反映されると考えられる。

循環を維持している。図 2 は、本稿で紹介する血液凝一方、静脈に血栓ができる静脈血栓症は、血液が凝固

固反応と線溶反応およびこれらを調節する主な因子とする反応を抑制する因子（凝固抑制因子）の欠乏や形

その働きの全体像を示したものである。詳細は他の成成された血栓を溶解する因子（線溶因子）の異常など書や文献を参照されたい。
3. 血栓性疾患が発生しやすい時間は午前中である動脈硬化が起こり局所の動脈に狭窄が起こると、その部分で血流速度が増加して余分な力が加わる。それにより、動脈硬化巣の脂質を多く含んだ粥腫が破れると、そこに血小板が凝集して血栓が形成されて血流が止まる。そして、血流が止まった組織は障害されて心筋梗塞や脳梗塞が発生する。心筋梗塞や脳梗塞などの発 症 数は早 朝から午 前中に多いことがわかっている（図 3）1）2）3）。この原因は、起床後の交感神経の興奮による血圧上昇や心拍数の増加によって動脈硬化巣の粥腫が破れることが大きな原因となると考えられてきた。

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図 3 ヒトの生理機能および疾患の症状や発症に見られる概日リズム
心筋梗塞や脳梗塞の血栓性疾患の発症頻度には早朝から午前中にかけてピー
クとなる日内リズムが存在する

血栓症と体内時計が原因の一つであるといわれているが、静脈血栓症も内時計の本体であると考えられている。時計遺伝子は午前中に発症頻度も高いことが示されており1）4）、発症

脳内の時計中枢であるSCN だけでなく、心臓や肝臓、には、血 液 凝 固 系 因 子の日内リズムが何らかの形で腎臓、骨格筋、血管内皮細胞や血球細胞に至るまで個関っていると考えられる。興味深いものとして、長時間

体のほとんど全ての組織で発現している。DNA マイクロ

座った姿勢をとった後に発症するエコノミークラス症候

アレイを用いて行った網羅的な発現遺伝子解析により、群も静脈血栓症に属するが、発症に昼夜を通したロン

末梢組織においても数％から10％もの遺伝子が日周発

グフライトによる血液凝固線溶系のリズムの乱れが関わ現していることが報告された。著者らは、時計遺伝子

る可能性もある。この可能性を示唆する研究として、明Clock の変異マウスを用いた解析から、CLOCK が、糖・暗を変化させてジェットラグを模倣して飼育したマウスで脂質代謝や細胞周期，薬物代謝や免疫機能などに関わは、活動期の初めに亢進する凝固系ピークの時間がずる非常に多くの遺伝子の日周発現を制御している可能れることを示したものがある 6）。また、大地震後の避難性を示した 9）。これまで明らかとなったCLOCK の転写標

生活では、エコノミークラス症候群や虚血性心疾患の的遺伝子には、脂肪酸代謝系において中心的な役割を

発症頻度が著しく増加することが問題となっている

6）7）

担っているperoxisome-proliferator-activated receptor α。さらに、虚血性心疾患は大地震後に高い頻度で発（PPARα）
や、転写因子であるalbumin D-site binding

生するが、これらは夜 間から朝にかけて発 症 頻 度のprotein（ DBP）、細胞周期を調節しているWee1、そしてピークがある 。これには、地震のストレスによる血液凝血栓症と関連が深い PAI-1などがある。なお、文中のイタ

固系の亢進に加え、体内時計に依存した凝固線溶系

リック表記の clock、cryなどは遺伝子を示し、大文字のの日内リズムがかかわると考えられる。

CLOCK、CRYなどはそれらの遺伝子産物を示す。

8）7）4. 体内時計の分子メカニズム
体内時計は、ヒトなどの哺乳類だけでなくバクテリアな
どの原始的なものまで、地球上のほとんど全ての生物に存在し、個体の行動や様々な生理機能のサーカディアン
リズム（概日リズム）を作りだしている。哺乳類では脳内視床下部の視交叉上核（SCN）に時計中枢があり、活動リ
ズムや睡眠覚醒、血圧、体温、心拍数などの概日リズムを支配している。近年の研究で、概日リズムを刻む分子機構が明らかとなりつつあり、時計遺伝子間での転写調節を介したフィードバックループモデルが提唱されている（図4）。体内時計を構成する時計分子には、転写因子として特定の時計遺伝子の転写を活性化する正の制御

図 4 体内時計の分子機構

因子（CLOCK, BMAL1）と、正の制御因子の作用によって発現された後に正の制御因子の転写活性を阻害することによって、自身の発現を抑制する負の制御因子

5. 血栓形成に関わる因子の日内リズム（PER1, PER2, CRY1, CRY2, Rev-erbα）が存在する。

血 栓 形 成に関わる凝 固 因 子や線 溶 因 子の多くは、CLOCKとBMAL1 は，負の制御因子の遺伝子上に存

活性や血中濃度が日内リズムを示すことがわかってい在するE-boxという特徴的な配列（CACGTG）に結合しる。日内リズムを示す意義は明らかではないが、活動期て、負の制御因子の日周発現を制御している。従って、に止血する能力を高め、休息期に血液線溶活性を高

多くの時計遺伝子は明確な概日リズムを示しながら発現

めて血栓が溶解しやすくすることは、個体の生命維持しており、この約 24 時間周期のフィードバックループが体に重要なことであるのかもしれない。

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5.1 血小板の起きやすさに日内リズムがあること、また、第Ⅶ因子活

午前中に血小板が凝集しやすくなることが、動脈に発生する血栓が午前中に多いことの大きな要因である性のピークも活動期の初めにあることもマウスで示されている 17）18）。

と考えられてきた 10）11）。血小板は、外界からの様々な刺激に迅速に反応して凝集しやすくなる。血小板を活

5.3 血液凝固抑制因子

性 化 する刺 激には、カテコールアミン類、トロンビン、

凝固抑制因子は、凝固因子の活性を抑制し凝固反ADPなどのアゴニスト、コラーゲン、フィブリノーゲンなど応を調節する因子である（図 2）。凝固抑制因子の活性の多価タンパク質がある。血小板の凝集活性が日内リや量の低下は血栓を作りやすくなることに繋がる。これらズムを示すメカニズムについては不明な点が多いが、この因子のうちプロテインC、プロテインS、アンチトロンビ

れらのアゴニストや多価タンパク質の血中濃度の日内リン、外因系凝固インヒビター（TFPI）などは日内リズムをズムと密接な関連があると考えられる。午前中に血小板示すことがヒトの研究で示されている 19）。著者らのマウが凝集しやすい理由の最も有力なものに、起床後の活スによる検討では、ICR 系マウスでプロテインC やアンチ動量の増加に伴うカテコールアミン類の血中濃度の急

トロンビンの日内リズムがあることを示し、プロテインC にな上昇による血小板凝集能の増加が考えられる 10）。起

ついては mRNA の発現レベルで日内リズムが調節され床後の血圧上昇、心拍数増加に加え、活動量の増加ている可能性も示した 20）。ICR 系マウスではプロテインに伴って生じる血小板凝集能の亢進は、午前中に心筋Cもアンチトロンビンも活動期の初めに低値を示す傾向

梗塞や脳梗塞などが起こりやすくなることに深く関係すにあり、これらの凝固抑制因子の低下も活動期の初めると思われる。

の血栓傾向に関与している可能性が示された。また、
後述のようにトロンボモジュリンが日内リズムを示すことを

5.2 血液凝固因子

マウス個体やヒトの培養血管内皮細胞を用いた検討で静脈で血流がうっ滞して起こる血栓形成においても、示している 21）。

活性化した血小板膜上で血液凝固反応が進行して血栓が生じる動脈の血栓形成においても、血液凝固因子
は大きな役割を果たす。血液凝固因子の血液中の濃線溶系は組織型プラスミノーゲンアクチベーター（tPA）

度の日内リズムや、血液凝固因子が作用する形に変換

がプラスミノーゲンに作 用して生 成されたプラスミンにされる活性化の日内リズムについても多くの研究がなさ

よって、血栓の主成分であるフィブリンが溶解されるシスれてきた。これらの研究の中には、凝固反応の最終段

テムである（図 2）。血栓形成時の虚血状態などが刺激階で生成するフィブリンの前駆体であるフィブリノーゲンとなりtPA が大量に放出されると、tPA はフィブリンに結の血中濃度のピークは午前中に見られることを示したも合し、フィブリン上でプラスミンを効率よく生成しフィブリンの 12）、フィブリノーゲンをフィブリンに転換するトロンビンの溶解反応が始まる。一方、プラスミノーゲンアクチベーの生 成 量は午 前中に高い値を示すことを示したもの

ターインヒビター1（ PAI-1）は tPA の阻害タンパク質であ、健常人血中のⅦ因子活性が朝 8 時で昼 2 時にるが、PAI-1 は正常ヒト血漿中に tPAよりも大量に存在

13,14）

比べて有意に高いこと示したものなど、ヒトでは午前し、生成された tPAと速やかに結合して阻害するととも中に凝固因子の増加や凝固反応の活性化が起こるこに、tPAのフィブリンへの結合を阻害して線溶反応をコンとを示した報告がみられる。

トロールしている。従って血栓形成後に tPA が増加して

15）

著者らが行ったマウスの血漿を用いた検討では、フィブリノーゲン、第Ⅶ因子、第Ⅹ因子、プロトロンビンなどの10

5.4 血液線溶系因子

も血中 PAI-1 が増加するような状況では、プラスミンの生成が抑制され、正常な線溶反応が起こらない。

凝固因子の抗原量は一日中ほぼ一定であった。また、

線溶系因子のうち、PAI-1 は特に日内リズムが大きくて外因系凝固活性と内因系凝固活性の指標であるPT

明確なため、血栓症の日内リズムとの関連が注目されてや APTTも一日中ほとんどリズムしなかった。しかし、きた。PAI-1 は種々の疾患により遺伝子転写レベルで産一方で、血液凝固の活性化反応（外因系凝固反応）

生が影響を受けるが、その遺伝子の発現は、CLOCKTHE CHEMICAL TIMES

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16）

血栓症と体内時計とBMAL1/BMAL2 によって転写レベルで制御されており、PAI-1 遺伝子転写調節領域に存在するE-boxを介

6. 時計遺伝子変異マウスを用いた血液凝固線溶系の研究した日周発現を示す。ヒトPAI-1 遺伝子の転写調節領

著者らのグループでは時計遺伝子変異マウスを用い

域には 4G/5G 多型が存在している。疫学的に 4G/4Gて、血液凝固系や線溶系および血小板と体内時計との型で血中 PAI-1 値が高く、血栓症のリスクが高いことが関連を調べてきた。以下は、著者らのグループが行なっ知られているが、PAI-1 の日周 発 現を調 節しているてきた研究の成果を中心に解説する。なお、本稿におけE-boxと4G/5G 多型領域は重複しており、時計分子にる時刻表示は、明期を0 時から12 時、暗期を12 時から

よるPAI-1 発現の日内変動の制御に、この多型が影響

24 時としているが、げっ歯類であるマウスは夜行性であしている可能性も考えられる。朝の時間帯の血中 PAI-1

り、昼行性であるヒトとは昼夜が逆転している。すなわ

上昇が 4G/4G 型では他の遺伝子型に比べ有意に高く

ち、12 時から24 時が活動期である。マウスで夜間（12なるとの報告があることも興味深い

時から24 時）に見られる現象はヒトにおいては昼間に見。

22）

PAI-1 は、血管内皮細胞をはじめ、平滑筋細胞、心られるものと解釈して頂きたい。

筋細胞、脂肪細胞など多くの細胞により産生されており、血糖や脂質など様々な因子によって発現が制御され6.1 血液線溶系

る。血糖や脂質などが異常となる糖尿病や肥満などのマウス血漿を用いた検討で、線溶系の指標である血代謝性疾患では、血中の PAI-1 の上昇がみられる。詳

栓溶解活性（正確にはユーグロブリン溶解時間）に活

しくは後述するが、代謝性疾患で PAI-1 の上昇が起こ性が高い時間と低い時間があること、線溶系の日内リズ

ること自体にも体内時計が深く関係することがわかって

ムは PAI-1 の日内リズムと一致する結果であることを示きた。

した（図 5）。時計遺伝子変異マウスでの検討では、野生型マウスで見られた線溶活
性の日内リズムが、Clock 遺伝
子変異マウスでは消失していることがわかった。また、野生型 マウスでは 血 中 PAI-1 や
PAI-1 mRNAは日内リズムを示したが、Clock 遺伝子変異マ
ウス（Clk/Clk）では恒 常 的に
PAI-1 発 現 が 低 下していた（図 5）。マウス転写開始点付
近に E-box が存 在し、マウスにおいてもCLOCK 分子が直接 PAI-1 遺伝子の日周発現を制御していることも明らかにしている 23）。一方、Cry 遺伝子
KO マウス（Cry1/2 WKO）では
PAI-1 の発現が亢進するとともに、線 溶 活 性の日内リズムが消 失した（図 5）16）。Clock 遺図 5 野生型マウスと時計遺伝子変異マウスにおける線溶活性の日内リズムと血中 PAI-1 濃度
PAI-1は線溶を阻害するため、血中 PAI-1が上昇すると血栓が溶解するまでの時間は延長する。野生型マウスでは線溶活性に日内リズムが見られ、PAI-1 の日内リズムとの間に相関が見られたが、Clock 遺伝子変異マウス（Clk/
でこの日内リズムは消失していた。一方、Cry 遺伝子KO マウス（Cry1/2 WKO）
では線溶活性は一日を通してClk ）上昇し、血中の PAI-1も日内リズムを消失していた。
（文献 16より改変して引用）

伝 子 変 異マウスではプラスミ
ノーゲンが恒常的に高値を示し、CLOCK 分 子 が PAI-1 以

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11

外の分子の産生にも関り線溶を制御している可能性を点より上流の 2ヶ所にE-box が存在していた。レポーター

示した 16）。時計遺伝子変異による凝固系への大きな影

アッセイ法で時計遺伝子によるTM 遺伝子の転写調節

響は観察されなかった 16）。

機構を検討した結果、CLOCK-CLIF のヘテロ二量体
存在下で転写が促進することや、E-box への変異の導6.2 血液凝固系

入によりこの活性化が起こらなくなることなども確認して著者らの検討では、マウスの凝固因子について大きいる 21）。非常に興味深いのは、マウスの制限給餌によな日内リズムは確認できなかった 16）。また、時計遺伝子る実験で TM の日内リズムは末梢組織の時計遺伝子に変異マウスでも野生型マウスと血中濃度や mRNA で大より制御されていることを示したものである（図7）。このこ

きな差はみられなかったことから、時計遺伝子は凝固系とは、不規則な食事が、血栓を作らないように働く仕組に関連する因子には大きな影響を与えないと考えられ

みのリズムを乱す可能性を示すものであり、規則正しいる。ところで、血液凝固因子の異常や低下のスクリーニ

食生活が血栓の予防につながることを示唆するのかも

ング検査、抗凝固療法に用いられるワルファリンの効果しれない。

などはプロトロンビン時間（PT）や活性化部分トロンボプ
ラスチン時間（APTT）を利用して調べる。PT や APTTには日内リズムがみられるとの報告もあるが、著者らの結果を考えるとそのリズムは大きなものではなく、これらの測定に採血時間はさほど影響しないのかもしれない。
6.3 血液凝固抑制系
トロンボモジュリン（TM）は、血管内 皮細胞に発現する血栓を作らないように働くタンパク質で、血流中の凝固抑制タンパク質であるプロテインCを活性化してトロンビンの生成を抑制することで、血液の流動性を保つ役割を持つ。著者らはマウスを用いた研究で、肺におけるTM発現に日内リズムが存在することを示した21）（図6）。
Clock 遺伝子変異マウスの肺では、この発現のリズムが消失することから、TM 発現の概日リズム形成も時計遺伝子による発現制御の影響下にあることが示された。
また、ヒトTM 遺伝子の転写調節領域には、転写開始

図 7   トロンボモジュリンの日内リズムへの摂食の影響
マウス肺におけるトロンボモジュリンmRNA 発現の日内リズムは、制限給餌によって位相が変化した。
（文献 21より改変して引用）

図 6 野生型マウスと時計遺伝子変異マウスにおけるトロンボモジュリンの日内リ
ズム
野生型マウスではトロンボモジュリンの発現に日内リズムが見られ、Clock 遺伝
子変異マウスではこの日内リズムは消失していた。
（文献 21より改変して引用）

12

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6.4 血小板マウスの血小板機能の日内リズムをしらべてみると、
血 小 板の数は一日中ほとんど変 化 が 見られなかった

血栓症と体内時計（図 8）24）。しかし、マウスの出血時間（出血が止まるま

由はわからないが、マウスでは休息期に攻撃を受けたでの時間）には日内リズムがあり、マウスが行動しない時時にすぐに止血できるような生体防御機構を備えている

間には、出血が止まりやすいことがわかった（図 8）24）。

のかもしれない。

出血時間は血小板機能と密接に関連することから、血小板の凝集能を調べたところ、明期の朝 9 時では、暗期の夜 21 時と比較して血小板凝集能は著しく高い値

7. 糖尿病や肥満などの生活習慣病における血栓症と体内時計を示した（図 9）24）。Clock 遺伝子変異マウスで同様の糖尿病や肥満などの代謝異常による生活習慣病で検討を行ってみると、出血時間は一日を通して短縮し、は血 栓が出来やすい状 態になるが、これには血中の血小板の凝集活性は高いままであった。この結果から

PAI-1 増加が関与していると考えられる。肥満に伴い血血小板も時計遺伝子の支配を受けており、血小板の凝中に増加するインスリン、グルココルチコイド、VLDL、グ

集能は時計遺伝子の支配を受けて低下する傾向にあ

ルコース、中性脂肪や遊離脂肪酸や、肥満・糖尿病にることがわかった。ヒトでは活動期の初めに血小板の起 因 する慢 性 的な炎 症 状 態 で分 泌される TNFαや機能は増加するようであり、午前中の血栓症の発症と強TGFβなどの炎症性サイトカインによりPAI-1 産生は誘く関わるといえるが、マウスでは、休息期に活性が高い

導されるためと考えられる。生 活 習 慣 病 では、血 中ことがわかった。ヒトとマウスでこのような違いがある理

PAI-1 の上昇に加え日内リズムが血栓症発症の引き金24）になる可能性も考えられる。そこで我々は代謝異常におけるPAI-1発現と体内時計との関連性を解明するため、ストレプトゾトシンを投与して作った糖尿病モデルマウス
やレプチン欠損による肥満マウスモデル（ob/ob）26）お25）

よび高脂肪低炭水化物食であるケトンダイエット負荷による代謝異常マウス 27）を用いて検討を行った（図 10）。
これらのすべての病態モデルマウスにおいて、心臓、肝臓、脂肪組織などで PAI-1 の発現増加が認められ、血中の PAI-1も増加していた。PAI-1 は日内リズムを示した
まま上昇していることから、生活習慣病などの代謝異常に伴う血栓症発症には、体内時計が関与している可能性が考えられた。そこで、PAI-1 遺伝子の日内リズムを
直接転写制御している時計分子 CLOCK がどのように関与するかについて調べた。STZを投与したマウスで
図 8 Clock 遺伝子変異マウスにおける出血時間と血小板数の日内リズム（文献 24より改変して引用）

はインスリン分泌が低下し高血糖状態となるが、Clock
遺伝子変異マウスに STZを投与しても野生型マウスと同様に高血糖となり糖尿病が誘発された 25）。この糖尿

図 9 Clock 遺伝子変異マウスにおける血小板凝集の日内リズム（文献 24より改変して引用）図 10 糖尿病モデルマウス（A）、レプチン欠損肥満マウス（B）、ケトンダイエット
負荷マウス（C）における血中 PAI-1 抗原量の日内リズム（文献 25,26,27
より改変して引用）

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病になった Clock 遺伝子変異マウスの PAI-1を調べた
ところ、野性型マウスで見られたような日内リズムは消失

8. 加齢による血栓症と体内時計しており、PAI-1 増加も抑制されていた。従って、この糖「ヒトは血 管とともに老いる」と言われるように、加 齢尿病マウスにおけるPAI-1 発現亢進には Clock 遺伝子

は、肥満症や糖尿病などの生活習慣病と同様、血栓症が関与していること、すなわち、体内時計は糖尿病時にのリスク因子として考えられている。加齢に伴う血栓傾発生しやすくなる血栓症に関与していると考えられる。ま向には、動脈硬化などの血管自体の病態な変化とともた、肥満とそれによる糖尿病が原因の血栓症と体内時に、血液凝固第Ⅸ因子や第Ⅷ因子などの凝固因子の計の関係についてもPAI-1を対象に肥満モデルマウス

活性亢進や、血液線溶活性の低下が関与しているものを使って検 討した。この研 究では ob/ob マウスおよびと考えられる。著者らは、血液線溶系の阻害因子 PAI-1

ob/ob マウスとClock 遺伝子変異マウスとの交配を行の加齢に伴う発現変化について、マウスを使った日内リなって作製した Clock 遺伝子の変異した肥満モデルマ

ズムの観点から検討を行った（図 12）28）。5 週齢の若齢

ウスクロックClk/Clk;ob/ob マウスを作製して検討を行っマウスと、15カ月齢の中高齢マウスを用いて比較を行った 26）。ob/ob マウスでは血中 PAI-1 は日内リズムを持ったところ、血中の PAI-1 抗原量については、ともに休息たまま増加しており、肥満に伴うPAI-1 発現量増加に体期に低く活動開始時間帯に高い日内リズムが存在し、内時計が関与している可能性が考えられた。また、Clk/

若齢マウスと中高齢マウスの間には有意な差異が認め

Clk;ob/ob マウスは ob/ob マウスに比べて肥満が大きいられなかった。ところが、心臓におけるPAI-1 遺伝子のにもかかわらず、血中の PAI-1 濃度は肥満していない

mRNA 発現量については、中高齢マウスにおいて有意野生型マウスと同レベルまで低下していることがわかっ

な高値を示したばかりでなく、昼夜の発現リズムが消失た（図 11）。肥満や糖尿病患者では血栓症発症の頻していることが判明した。その一方で、おそらく血中の度が高いが、我々の結果は、体内時計の存在は血液PAI-1 抗原量を左右しているものと考えられる肝臓での凝固の日内リズムだけでなく凝固系因子の活性や量にPAI-1 発現については、中高齢マウスで有意に低値をも影響し、これらの患者の血栓症発症にも関わっている示しており、PAI-1 遺伝子発現に対する加齢の影響が、可能性を示すといえる。

臓器により特異的に制御されている可能性が示された。
心筋梗塞などの心血管障害のリスクが高齢者で高くなることを考えると、加齢に伴う心臓に特異的な PAI-1 発
現の増加がこれらの疾患の発症と深く関連する可能性が高い。今後、加齢に伴う心臓に特異的なPAI-1 発現の増加と疾患との関連や、分子メカニズムの解明が期待される。

図 11 ob/ob マウスの血中 PAI-1 の日内リズム（A）、Clk/Clk;ob/ob マウスの血中 PAI-1 濃度と脂肪組織のPAI-1 mRNA
（B）
ob/ob マウスでは血中 PAI-1 濃度は日内リズムを持ったまま増加しており、肥満に伴うPAI-1 発現量増加に体内時計が関与している可能性が考えられた。
Clock 遺伝子変異マウスとob/ob マウスの交配によって作製したClk/Clk;ob/ob では、脂肪のPAI-1 mRNA 発現量が顕著に増加したにもかかわらず、血中PAI-1 濃度が野生型レベルにまで低下していた。時計分子であるCLOCKが肥満や糖尿病に起因する線溶活性の低下に重要な役割を担う可能性を示すと思われる。
（文献 26より改変して引用）

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図 12  PAI-1 発現の日内リズムに与える加齢の影響
加齢により、若齢マウスで見られたPAI-1 mRNA 発現の日内リズムが消失する。
血中 PAI-1レベルの日内リズムには加齢の影響が認められないが、心臓では恒常的に発現が亢進する。
（文献 28より改変して引用）

血栓症と体内時計

9. おわりに
血液凝固線溶系に関わる様々な因子が日内リズムを示していることは明らかで、それらが複雑に関りあって
血液凝固線溶系全体としての日内リズムを形成していると考えられる。血液凝固線溶系や血小板機能の日内リズムを考慮に入れることが血栓症の予防や治療を行う上で重要であることは間違いなく、血栓症発症の日内リズムを生むメカニズムの解明が望まれる。また、体内時
計は日内リズムだけでなく、代謝性疾患や加齢による凝固因子の発現量の調節に関与することも明らかになってきた。今後の研究が進めば、時刻依存的な血栓症の予防や治療のみならず、生活習慣病や加齢に起因した血栓傾向の改善など、体内時計の調整によって行う血栓症の新しい治療や予防が可能になるかもしれない。
今後の研究が発展し血栓症の予防や治療に応用されることを期待する。なお、筆者らと共同研究者（女子栄
養大学・堀江修一教授）によるこの分野の他の解説も参照頂ければ幸いである 29-32）。

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135

時間栄養学（女子栄養大学出版部

THE CHEMICAL TIMES

2009）
109-

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15

無電解めっきによるAuマイクロバンプ形成技術
Fabrication technology of Au micro-bump by electroless plating.

関東化学株式会社

技術・開発本部 中央研究所

第四研究室

德久

智明

Tomoaki Tokuhisa
Central Research Laboratory, Technology & Development Division, Kanto Chemical Co., Inc.

つ“TSV 埋め込み法”や“マイクロバンプ形成法”といっ

1. はじめにた微 細 加 工 技 術の開 発がポイントとなる。本 報では、

近年、小型かつ高性能な電子機器が普及しており、（独）産業技術総合研究所（以下 産総研）と共同開発

最近のスマートフォンを例に挙げると、“携帯電話”という領域を超え、様々なアプリケーションを併せ持った“モバイル端末”として、幅広く利用されている。このような性能を実現するには、機器内部における半導体パッケージン
グ技術が重要となり、IC チップと搭載基板との接続技術向上が大きな課題となる。
IC チップの 接 続 技 術 は、ワイヤボンディング（以 下
WB）とフリップチップ（以下 FC）の 2 つが一般的である。
WB（図 1-a）は、Al、Au、Cuなどの金属ワイヤでチップと基板間を接続する。一方、FC（図 1-b）は、はんだや
Au で形成したバンプという突起状の端子により、チップと基板間を接続する。FC の方が配線長を短縮でき、高速伝送性の向上や高密度化などに有効である。現在

図 1 ワイヤボンディングとフリップチップボンディングのパッケージング技術は、これら2 つを利用し、複数のチップを1 つの基板上にまとめたシステムインパッケージ（SiP）が主である 1）。
ここ数年さらなる高性能化に向けてパッケージング技
術はめまぐるしく変遷しており、Siインターポーザを用いた 2.5D パッケージ、チップを積層する3D パッケージング
といった新たな形態が、各デバイスメーカーの用途に応じて 模 索され ている（図 2）。2013〜2014 年 に TSV（Through Silicon Via：シリコン貫通電極）を利用した
3D LSI が量産化される見通しで、当面 2.5D／3D パッ
ケージングが主流になることが予想される 2）。
したがって、これらパッケージングを実用化するにあたり、微細化・高密度化に対応可能かつ高い信頼性を持

16

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図 2 2.5D／3D パッケージングの例

無電解めっきによるAu マイクロバンプ形成技術した ｢ 無電解めっきによるφ20μm 以下の Au マイクロバ
ンプ形成技術 ｣を中心に紹介する。

しかしながら、無電解めっき故のメリットもいくつかある。たとえば、
リード線が不要であるため独立回路にめっきできる、電流密度分布を考慮する必要がなく、バンプ

2. 現行のマイクロバンプ形成技術における課題

高さの均 一 性を撹 拌 等で容 易に制 御できるなどがある。表 1に電解めっきとの比較をまとめた。これらのことか

現在のマイクロバンプ材料には、鉛フリーはんだまたら、バンプ径がφ数μmオーダーのマイクロバンプ形成には Au が主に利用されている 3）〜6）。鉛フリーはんだは、

関しては、電解めっきに比べて無電解めっきが有効な

微細化・狭ピッチ化が進むにつれて、溶融時の濡れ広手法であると考える。そこで、無電解めっきによるマイク

がりやウィスカの影響による接続不良が問題になると推ロバンプ形成技術の確立を目標に検討を行った。

測される 7）〜10）。そのため、接続信頼性の観点から、鉛2008 年から産総研と共同で、Au マイクロバンプを利

フリーはんだはマイクロバンプ材料としては適当ではな

用した FC 接続の実用化検討を開始した 12）〜16）。目標とい。

するバンプサイズは、図 3 に示すようにバンプ径φ5〜20

一方、Au は耐食性に優れ、高い接続信頼性が期待

μm、バンプ高さ10μm、ピッチ 30μm 以下と、当時まだできる。ただし、微細化に対応した形成法に課題があ実現されていない極めて微細なレベルであった。当社る。現行の Au マイクロバンプ形成法は、スタッド法と電は、これまでにプリント基板用ノーシアン無電解めっき浴

解めっきの 2 つが利用されている。スタッド法は、WBを“OTKシリーズ”を製品化していたので、これをベースに応用したもので圧着したワイヤを適当な長さで切断し、マイクロバンプ形成用無電解 Au めっき浴の開発を担当

バンプを形成する。ただし、バンプサイズがワイヤ径に依した。

存するため、ある一定の大きさから微細化することは難しい。また、電解めっきは、析出速度が速く、液ライフが

表 1 マイクロバンプ形成におけるめっき法の比較長いなど生産性に優れているものの、バンプ高さの面内均一性が電流密度分布に依存する 11）ため、バンプ径がφ数μm オーダーになると実用例はない。以上から、現行技術ではバンプ径φ数μm オーダーのマイクロバン
プ形成に対応できないといえる。
3. 無電解めっきによるAuマイクロバンプ形成技術の検討
電解めっきとは別にもう1 つ一般的なめっき法として、
無電解めっきがある。無電解めっきは、置換型と還元型に大別され、本報では還元型無電解めっきのみを取り扱う。
無電解めっきは、析出速度が 1μm/hr 程度と遅く、電解めっきに比べ生産性に劣ることからAu マイクロバンプ形成に利用された報告はほとんどない。仮に析出速度を上げるために、Au 塩や還元剤の増量を行なうと浴寿
命を低下させる原因となる。また、浴安定性の高いシアンタイプのめっき浴は、レジストや基材にダメージを与える
ことや毒物であるシアン化合物を含むため、Au マイクロバンプ向けの新規プロセス開発にはノーシアンタイプが必須と考える。

図 3 目標とするマイクロバンプの形態

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17

4. マイクロバンプ形成用無電解めっき浴の開発使用した 20）。析出をコントロールする添加剤には、含硫

当社“OTK シリーズ”は、ノーシアンタイプ、pH 中性、ど種々の添加剤を一から数種類添加し、様々な組み合

処理温度 50℃前後とマイルドな操作条件で、Au 表面

わせをトレースした。その結果、いくつかの条件で微細上を触媒として Auを還元析出させるため、“自己触媒パターンにおける高速析出を確認した。その析出速度

型無電解 Au めっき”と呼ばれている。自己触媒型無電は、5〜10μm/90min であり、市販浴と比べて 3 倍以上

解 Au めっきの反応イメージを図 4 に示す。

となった
（図 5）。この開発浴を用いて、産総研と実用化

黄化合物、含窒素化合物、界面活性剤、金属イオンなに向けた性能評価を行った。その評価の詳細を次項に示した。
表 2 めっき浴のベース組成

図 4 自己触媒型無電解 Auめっきの反応イメージ

マイクロバンプ形成における無電解 Au めっきの課題
は、析出速度を高速化することである。先にも述べたが、ノーシアンタイプが必須であり、かつ浴寿命の観点から、析出速度を上げるために Au 塩や還元剤の増量はできない。このほか析出高速化のため、浴の高温化、
高 pH 化なども考えられるが、これらもレジストへのダメー
ジや浴 寿 命 低 下の要 因となるため現 実 的ではない。
よって、基本条件を変更せずに高速化することが重要となる。以上を踏まえ我々が取り組んだ浴組成設計について示す。
長い間、微 細 配 線めっきとして Cuダマシンめっきが利用されている。Cuダマシンめっきは、トレンチやビアの図 5 市販品との析出速度の比較

埋め込みを行うために、塩化物イオン、ビス（3- スルホプ
ロピル）
ジスルフィド（SPS）、ヤヌスグリーンB（JGB）、ポ
リエチレングリコール（PEG）といった添加剤により、めっき成長を制御している17）〜19）。このような析出メカニズム
を Au めっきへ応用し、微細加工への可能性を検討し

5.1

ウエハめっき

テスト用ウエハは産総研で作製し、3inch Siウエハ（Au / Ti or Ni / Cu 配線）に、15mm 角のチップを9 チッ

た。

18

5. ウエハ上へのマイクロバンプ形成と特性評価

めっき浴のベース組成は表 2 に示したように錯化剤にプあるいは 16 チップパターニングした。レジストパターン

亜硫酸塩−チオ硫酸塩、還元剤にアスコルビン酸塩をは、バンプ径φ10μm、ピッチ 30μm、バンプ数 1,200 バ

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無電解めっきによるAu マイクロバンプ形成技術

ンプ / チップであり、3inchウエハ当たり10,000 バンプ程度になる。ウエハの概略図を図 6 に示す。

5.2

Au マイクロバンプの FE-SEM 観察

ウエハ上に形成した Au マイクロバンプの SEM 像を

マイクロバンプ形 成 過 程の断 面イメージを図 7 に示

図 8 に示す。バンプ径φ5〜20μm、高さ10μm、ピッチ

す。まず、アルカリ洗浄により開口部内のレジスト残渣を30μm のマイクロバンプがチップ上に均一に形成される

除去し、酸洗浄を経て、めっき液にウエハを浸漬すると様子が確認できる。

開口部内に Au が埋設される。めっき後、レジストを剥離

マイクロバンプをFIB により断面加工し、FE-SEM によすると、Au マイクロバンプが形成される。基板上に形成

り断面観察を行った。図 9 に添加剤の配合を変えて作した Au マイクロバンプの評価は、産総研にてバンプ高製したマイクロバンプの SEM 像を示す。どちらもバンプ

さ測定、FC 接続、接続強度測定、高周波特性評価を

内部にボイドが形成されていないことが確認できた。

行った。

図 8 マイクロバンプの SEM 像と高さ測定
図 6 テスト用ウエハの概略図

図 7 マイクロバンプ形成過程

図 9 FIBにより断面加工したマイクロバンプの SEM 像

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19

図 10 コプレーナ線路の構造と伝送経路

図 11 Cu 配線からAu バンプおよびパッドの形成過程

5.3

配線形成からAu パッドおよび Au マイクロバンプ形成まFC 接続と高周波特性評価

バンプ特性評価は、コプレーナ線路を用いた高周波でのプロセスを図 11 に示す。はじめに絶縁層、バリア信号の伝送試験を行った。図 10 に評価に使用したコプ

層、シード層を形成し、フォトレジストによる配線パターン

レーナ線路の構造と伝送経路を示す。今回のコプレーを形成する。電解Cuめっきにより配線パターンを形成し、

ナ線路は特性インピーダンスが 50Ωとなるように設計さスパッタリングや蒸着によりバリア層 Ti、シード層 Auを成れている。伝送経路は、2 つのバンプを経由する場合と膜する。リフトオフした後、再度フォトレジストを塗布しパッしない場合との 2 パターンを評価し、両者を比較すること

ドおよびマイクロバンプパターンを形成し、パターン内部

でバンプ接続部の高周波特性を確認した。

を無電解 Au めっきで埋め込み、レジストならびにシード

この試 験に使 用したチップならびに搭 載 基 板の Cu

20

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層を除去するとAu バンプとAu パッドが形成される。

無電解めっきによるAu マイクロバンプ形成技術

図 12 めっき後の Au バンプおよびパッドの SEM 像と高さ測定

図 14 フリップチップ接続したチップ断面の SEM 像

このように形成したコプレーナ線路上の Au バンプとAu パッドの SEM 像を図 12 に示す。このようにパッドおよびバンプ高さが均一な様子が確認でき、バンプ高さは10μm 程度となった。
これらチップと搭 載 基 板を用い、FC 接 続を行った。
その接続過程を図 13 に示す。O 2 プラズマアッシングによりバンプとパッド表面をクリーニングし、温度 325℃、荷重 194Mpa で FC 接続した。このように接続したチップの断面をFE-SEM で観察した結果、接続性が良好な様子が確認できた。その SEM 像を図 14に示した。バン
プ高さが FC 接続により40〜50％減少していることがわ
図 13 フリップチップ接続過程

かる。

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図 15 ベクトルネットワークアナライザ(VNA)によるS パラメータ測定

図 16 10Gbps 信号伝送試験におけるアイパターン

この接続したチップを使用し、高周波特性を評価し送が可能なことが確認できたといえる。以上から、無電た。ベクトルネットワークアナライザ（VNA）によるS パラ

解めっきにより形成したマイクロバンプが高周波デバイス

メータ測定を行い、インサーションロス（挿入損失）とリフに十分対応可能なことが示唆される。

レクションロス（反射損失）の結果を図 15 に示した。挿
入損失は、40GHz において、バンプを経由した場合（グラフの実線）は、2.5dB ほど損失が増大したが、実用上問題ないレベルである。また、10GHz で -2.2dBとなり、
現行デバイスを想定しても十分に損失が小さいといえる。一方、反射損失は 2 つのバンプを経由しても-20dB程度となっており、高い品質といえる。

22

6. 応用技術の検討
この技術を応用した検討例を3 点示す。
①エリアアレイ型マイクロバンプ
バンプ径φ10μm、ピッチ 20μm、チップサイズ 4mm
角のエリアアレイ型のバンプ形成である。1 チップのバン

高速伝送特性評価として、10Gbps 信号伝送試験に

プ数は 4 万個、3inchウエハあたり64 万個となる。形成

おけるアイパターンを図 16 に示した。2 つのバンプを経したマイクロバンプを FE-SEM で 観 察した 結 果（図由することで 8% ほど伝送特性の低下はみられるが、ア18-a）、バンプの 未 析 出なく、高さ 3μm（めっき時 間：

イ開口は十分な高さが得られており、10Gbps の高速伝

90min）のバンプが均一に形成できている様子が確認

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無電解めっきによるAu マイクロバンプ形成技術

できた（図 17-a）。
②マイクロビア埋め込みめっき
現行のビア埋め込み手法は電解 Cu めっきが一般的に利用されている。高コストなAuを埋め込んだ報告はな
く、また無電解 Auめっきの実施例もない。そこで、ビア埋め込みへの汎用性を確認するため、実際に埋め込みめっきを試みた。ビア径φ10μm、深さ30μm（アスペクト
比 3）の埋め込みを試験したところ、ボイドが形成される

参考文献
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ことなく埋 め 込 み できている様 子 が 確 認 できた（図5）八坂慎一 , 大屋誠志郎 , 神奈川県産業技術総合研究所研究
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φ2μm のドットを連続的に並べて、線状構造体の作製を試みた。図 17-c に示したように連続したドットパター
ンを形成することで、特殊形状の構造体が形成できた。

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8）T.H. Chuang, S.F. Yen, J. Electron. mater., 35（8）, 1621-1627（2006）
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231919（2007）11）内海裕二 , 特許公開 2008-297586
12）野村建太朗 , 横島時彦 , 山地泰弘 , 菊地克弥 , 仲川博 , 越地
耕二 , 青柳昌宏 , 岩井良太 , 加藤勝 , 第 18 回マイクロエレクト
ロニクスシンポジウム論文集 , 51-54（2008）13）野村建太朗 , 横島時彦 , 山地泰弘 , 菊地克弥 , 仲川博 , 越地
耕二 , 青柳昌宏 , 岩井良太 , 德久智明 , 加藤勝 , 第 23 回エレクトロニクス実装学会講演大会講演論文集 , 109-110（2009）14）T. Yokoshima, K. Nomura, Y. Yamaji, K. Kikuchi, H.
Nakagawa, K. Koshiji, M. Aoyagi, R. Iwai, T. Tokuhisa,
M. Kato, Transaction of The Japan Institute of Electronics
Packaging, 2（1）, 109-115（2009）

図 17 マイクロバンプ形成法の応用技術

7. まとめ
無 電 解めっきによるマイクロバンプ形 成 技 術の実用性評価を行った結果、バンプ径φ20μm 以下、高さ10μm の Au マイクロバンプを均一に形成できた。高周波特性評価の結果、無電解めっきにより形成した Au マイ
クロバンプが実用性能に適応できることを確認した。また、応用技術として、様々なマイクロ構造体形成への利用が期待される。

15）野村建太朗 , 横島時彦 , 加藤史樹 , 山地泰弘 , 根本俊介 , 菊
地克弥 , 仲川博 , 越地耕二 , 青柳昌宏 , 岩井良太 , 德久智明 ,加藤勝 , 第 24 回エレクトロニクス実装学会講演大会講演論文
集 , 278-279（2010）16）F. Kato, K. Nomura, T. Yokoshima, S. Nemoto, K. Kikuchi,
H. Nakagawa, K. Koshiji, M Aoyagi, R. Iwai, T. Tokuhisa, M.
Kato, Proceedings of International Conference on Electronics
Packaging, 500-505（2010）（3）,17）縄舟秀美 , 赤松謙祐 , 鶴岡孝章 , Electrochemistry, 79
172-178（2011）18）近藤和夫 , 林克彦 , 田中善之助 , 山川統広 , エレクトロニクス
実装学会誌 , 3（7）
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19）近藤和夫 , 田中善之助 , 山川統広 , エレクトロニクス実装学会
誌 , 5（7）, 672-676（2002）20）加藤勝 , 新倉恵子 , 星野重孝 , 大野湶 , 表面技術 , 42（7）,729-735（1991）

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（通巻 225 号）

23

最 近 の ト ピ ッ ク ス～ 院内感染対策について（MDRP）～

多剤耐性緑膿菌（Multiple-Drug-Resistant Pseudomonas

題点の解決策として、愛知県衛生研究所の鈴木匡弘先生

aeruginosa：MDRP）
は、主要な抗緑膿菌薬に対して広く耐性と金沢医科大学の飯沼由嗣先生らはマルチプレックスPCRを獲得した緑膿菌であり、分離報告および院内感染事例が各を用いて緑膿菌中の病原遺伝子等を含むGenomic islet領地の医療施設において多数報告されるようになってきた 。 域とファージを検出することで、PFGE法と同等の識別能を有
1）

MDRPはアミノグリコシド系薬、フルオロキノロン系薬、カルバペ

する簡便なPCR–based ORF Typing法（POT法）
を開発されまネム系薬の3系統の抗菌薬に対して耐性を示し、治療が極め した2）。弊社ではこの技術をベースにしてより操作性の向上をて困難であるとともに院内感染を引き起こします。

図った簡便なキット「シカジーニアス® 分子疫学解析POTキット

このMDRPの集団感染が疑われる場合にはパルスフィール （緑膿菌用）」を発売致します。水平伝播した可能性の低い
ドゲル電気泳動法（PFGE法）のような分子疫学解析が実施さ141株の緑膿菌についてPOT法で識別試験を行ったところ、れておりますが、少なくとも3日と時間がかかり、複雑なバンドパ

94種の遺伝子型に分類できました。本キットは集団感染から得ターンを解析する必要があるためデータベース化や結果報告られた分離株を迅速に識別することができ、早期の院内感染に熟練した技術が必要とされます。そこで、このPFGE法の問

対策（伝播防止）に貢献することができると期待しております。
引用文献
1）飯沼由嗣, MDRPの院内感染事例と対策（2）, 臨床と微生物, 34（2）, 125 -129
（2007）
2）飯沼由嗣, 鈴木匡弘, 長尾美紀, VRE，
MDRP等の伝播
様式と蔓延防止に関する研究,新型薬剤耐性菌等に関する研究（2011）

平成22年度総括・分担研究報告書, 163-169

50： 50 bpラダー、P： positive control、1： ATCC 27853、2： ATCC
35554、3：PAO1、4：imp陽性臨床分離株、5：vim陽性臨床分離株、6：臨床分離株、7,8： 集団感染事例１から得られた臨床分離株、9,10： 集団
感染事例２から得られた臨床分離株
図8株についてPOT法解析した電気泳動パターン例

編

表紙写真
イワカガミ
（岩鏡）
（イワウメ科 イワカガミ属）

イワカガミは日本各地の低山帯から亜高山帯にかけて見られる多年草で、岩場や急傾斜地などに群生しています。メタリック調で、一見硬そうに見える葉には光沢があり、これが岩鏡の和名の由来となっています。花期は日本アルプスのような亜高山帯では7月頃から。白色もありますが多くは淡紅色で、直径1～1.5cm程の美しい花を付けます。花冠の先端は多数に分かれ、おしべは5本で中心部に1本の赤紅色の柱頭があってアクセントになっているます。これは北アルプス鏡平から双六小屋へのコース中に撮影したものです。
（写真・文

北原音作）

集

後

記

緑深まり活力みなぎる空気に包まれる初夏は、 開発が進み、繊維業界が活気づいているとのこ
軽快で心も豊かになるものです。ところが、我が とです。また、団扇や扇子の良さも見直されてい国の電力需給問題は未だ解決しておらず、政府るとか。
の方針も定まりません。必死の節電で昨夏は乗り
今号は鵜飼先生の連載「フラットパネルディス
切れたものの、果たして今年は・・・と街中の景気
プレイ概論（9）」と大蔵先生の「血栓症と体内時はイマイチ盛り上がらないと感じる次第です。
計」の他に、弊社中央研究所徳久の「無電解めっきによるAuマイクロバンプ形成技術」
も掲載とは言え、美しい金冠日食に沸き、開業した東京スカイツリーには日本全国から人が押し寄せま させていただいております。
今年はオリンピック年で、これから寝不足に悩した。様々な関連商品で経済効果は相当なものらしいのですが、さらにすごいのが「涼しさを演出 まされるスポーツ党の読者もおられると思います。
TVは観たいけれど、節電も・・・。このような方は、する」商品の産業のようです。ビールと枝豆ももち
涼しさの工夫を楽しまれてはいかがですか。サッろんですが、最近すっかり定着した感のあるクー
パリ部屋着に団扇で「ガンバレ日本!!」。
ルビズ、通気性、脱臭効果と素材や紡織技術のC K〒103-0022 東京都中央区日本橋室町2丁目2番1号
室町東三井ビルディング
電話（03）
6214−1056   FAX（03）3241−1029
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編集責任者 原田 義美
平成24年7月1日  発行「無断転載および複製を禁じます。」