金属構造体の形成方法および金属構造体
【課題】ミクロンオーダー面積のバンプを電気めっき法により安定して形成する金属構造体の形成方法を提供する。
【解決手段】基板１の表面に、それぞれの面積がミクロンオーダーの複数の開口部３Ａを有し、全ての開口部３Ａの合計面積が基板１の面積の０．０１％以下の、めっきマクス膜３を形成するマスク膜形成ステップと、基板１の外周部に、開口部３Ａの合計面積の３０００倍以上の面積を有する外部電極６を形成する外部電極形成ステップと、基板１の開口部３Ａおよび外部電極６を陰極として電気めっき法によりバンプを成膜する電気めっきステップと、を有する。
【解決手段】基板１の表面に、それぞれの面積がミクロンオーダーの複数の開口部３Ａを有し、全ての開口部３Ａの合計面積が基板１の面積の０．０１％以下の、めっきマクス膜３を形成するマスク膜形成ステップと、基板１の外周部に、開口部３Ａの合計面積の３０００倍以上の面積を有する外部電極６を形成する外部電極形成ステップと、基板１の開口部３Ａおよび外部電極６を陰極として電気めっき法によりバンプを成膜する電気めっきステップと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細なパターンの金属構造体を電気めっき方法により形成する金属構造体の形成方法および前記電気めっき方法により形成された金属構造体に関し、特に１個のパターン面積がミクロンオーダーの微細パターンの金属構造体を電気めっき方法により形成する金属構造体の形成方法および前記金属構造体の形成方法により形成されたミクロンオーダーの金属構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化および高機能化により、実装配線板に微細な金属構造体を形成する方法が求められている。そのなかでも、配線基板（以下、「基板」という。）の基板面積と比較して極めて小面積であるミクロンオーダーの微細金属構造体を、基板上に形成する方法が求められる場合がある。
【０００３】
たとえば、半導体回路が形成されたシリコンチップと基板とを接続する方法のひとつであるフリップチップ接続方法では、ＦＲ４等の非導電性基板およびシリコンチップの表面配線にバンプと呼ばれる微細な金属構造体を介して電気的接続を行う。基板には複数個のバンプが形成されるが、全てのバンプの面積を合算してもバンプ専有面積の基板全体面積に対する割合は極めて小さい。
【０００４】
一方、マイクロエレクトロメカニカルシステム、すなわちＭＥＭＳ、分野等においても、ミクロンオーダーの極めて微細なパターンを、基板上に部分的に形成する方法が求められている。
【０００５】
基板上に微細金属構造体を形成する方法として、電気めっき法が広く使用されている。電気めっき法による微細金属構造体の形成方法では、導電性を有する基板表面に所望のパターン形状の開口部を有するフォトレジストからなるめっきマスク膜を形成した後に電気めっきを行う。
【０００６】
電気めっき法には、定電位電気めっき法と定電流電気めっき法の２種類の方法がある。電極間を定電位に設定した、定電圧による電気めっき法では、基板表面の状態に非常に敏感であり、特に基板面のよごれの影響を受けやすい。これに対して、析出量が制御しやすい定電流による電気めっき法では、基板面積に対して開口面積があまりに少ないパターンでは、接続部や端部のレジストクラック部などに電流がリークされやすく、また、過電圧も極めて低いことから、所望の微細金属構造体を形成する部分に十分な電流が流れないため、開口部内へ成膜できないことがあった。
【０００７】
このため、たとえば、特公昭５６−３６７０６号公報には、いわゆるフレームめっき法が開示されている。フレームめっき法は、フォトレジストにより所望の微細パターン形状の枠（フレーム）が形成された導電性基板に電気めっき法により成膜を行った後に、不要な枠外部のめっき膜を除去することにより、所望の微細パターンを得る方法である。
【０００８】
また、電気めっき法では、均一な成膜を実現するために、外部電極と呼ばれる電極を配置することが広く用いられている。たとえば、特許第２８０７０６１号明細書には、円形の被めっき基板に対してドーナツ形状の補助陰極を用いることが開示されている。
【０００９】
すでに説明したように、パターンめっきでは、導電性基板の表面をフォトレジスト等のめっきマスク膜により所望のパターン形状部分を残してマスク、すなわち、めっきが析出しないようにする。
【００１０】
ところが、図１に示すように、ひとつの開口部の面積がミクロンオーダー、すなわち、１ｍｍ２未満の場合には、外部電極を用いても開口率が０．０１％よりも小さくなると、同じ電流密度で成膜しているにも関わらず、析出量が急激に減少し、殆ど成膜されないことを、我々は見いだした。
【００１１】
ここで、電流を流さない無電解めっき法は本質的には微細な金属構造体の形成に適したプロセスであるため、ひとつの開口部の面積がミクロンオーダーであったとしても問題が発生しないとも考えられる。しかし、無電解めっき法は電気めっき法に比べ制御が容易ではなく、また、電気めっき法に比べてｐＨおよび浴温が高く基板へのダメージが問題となることがあった。
【００１２】
また、従来公知の外部電極は、電流密度分布に起因する膜厚分布の改善または高電流密度部分の、いわゆるヤケを抑制されるために用いられるものであった。このため、従来公知の外部電極は、基板全体の面積に対して成膜するパターンの面積の割合、いわゆる、パターン密度が極めて低いために、析出が困難なパターンめっきに適応できる手法ではなかった。
【００１３】
なお、フレームめっき法では、めっき成膜後にフレーム外部に析出しためっき膜を除去しなければならない。しかし、除去するめっき膜と同じ金属材料で構成された下地が存在する場合には、めっき膜を除去するときに下地にも影響を及ぼすため、フレームめっき法を適用することは容易ではなかった。また、めっき膜を除去する工程はフレーム内部をマスクしてからエッチング法等により除去しなければならないため、コスト高の工程であった。
【特許文献１】特公昭５６−３６７０６号公報
【特許文献２】特許第２８０７０６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成する金属構造体の形成方法、前記金属構造体の形成方法により形成された金属構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成すべく、本発明の金属構造体の形成方法は、基板の表面に、それぞれの面積がミクロンオーダーの複数の開口部を有し、全ての前記開口部の合計面積が前記基板の面積の０．０１％以下の、めっきマクス膜を形成するマスク膜形成ステップと、前記基板の外周部に、前記基板と同時にめっき成膜される、前記開口部の合計面積の３０００倍以上の面積を有する外部電極を形成する外部電極形成ステップと、前記基板の前記開口部および前記外部電極を陰極として電気めっき法により金属構造体を成膜する電気めっきステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成する金属構造体の形成方法、前記金属構造体の形成方法により形成された金属構造体を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図２は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる基板の構造および金属構造体を説明するための部分斜視図であり、図３は、本実施の形態の金属構造体の形成方法の処理を説明するための断面図であり、図４は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０の正面から見た図、および（Ｂ）図４（Ａ）のＩＶＢ―ＩＶＢ線断面構造図である。なお、本明細書で使用する図は構造等を説明するための模式図であり、特に、図４等における大きな開口部は説明のため表示しているものであり、実際には存在していない。
【００１９】
最初に、図２を用いて、本実施の形態の金属構造体であるバンプ１１が形成された状態の基板１の構造を示す。本実施の形態の金属構造体の形成方法に用いる基板１は、縦３８ｍｍ、横３４ｍｍ、厚さ５０μmの矩形のポリイミドフィルム１Ａ上に、幅２５μm、厚さ８μmの銅配線パターン２が４５μmピッチで２２９本形成されている配線集合体が２個形成されている。なお、全ての銅配線パターン２は、基板１の外周部において電気的に接続されている。
【００２０】
そして、電気めっき方法により形成された金属構造体であるバンプ１１は、ニッケルにより構成された１０μm角、高さ１０μm、すなわち面積が１００μm２とミクロンオーダーの金属構造体である。なお、面積がミクロンオーダーとは１μm２以上１ｍｍ２未満であることを意味する。
【００２１】
次に、図３を用いて、本実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。
【００２２】
＜基板準備ステップ＞
図３（Ａ）に示すように、基板１はポリイミドフィルム１Ａ上に銅配線パターン２が形成された配線基板である。
【００２３】
そして、最初に下地膜（不図示）として、基板１の銅配線パターン２上に、ニッケルめっき法によりニッケル膜が１．５μm、置換金めっき法および電気金めっき法により金膜が０．７μm、順に成膜される。
【００２４】
＜マスク膜形成ステップ＞
図３（Ｂ）に示すように、基板１上に、スピンコータを用いて、フォトレジスト膜３（東京応化工業社製ＰＭＥＲ−ＬＡ９００ＰＭ）が厚さ１３μm塗布される。
【００２５】
そして、図３（Ｃ）に示すように、コンタクトマスクアライナーを用いて、それぞれの銅配線パターン２上に面積がミクロンオーダーである１０μm角のレジストパターンの開口部３Ａを２個、すなわち、合計４５８個の開口部３Ａが形成される。すなわち、めっきマクス膜３Ｂが形成される。
【００２６】
＜外部電極形成ステップ＞
図３（Ｄ）および図４に示すように、に示すように、基板１の外周部に基板１とは別の部材である外部電極６が配設される。外部電極６は、ステンレス製の直径７０mmの金属板の中心部に縦３２ｍｍ、横２７ｍｍの開口部を設けた金属板である。外部電極６の開口部に基板１が設置され、外部電極６と銅配線パターン２とは電気的に接続され、リード部７と接続されている。そして基板１と外部電極６とは、プラスチックカバー８とプラスチックカバー９とにより両面から押圧固定され、被めっき体１０を構成している。なお、めっき液に浸漬されるリード部７の表面は電流が流れないように樹脂等によりカバーされている。
【００２７】
すなわち、本実施の形態においては、基板１とは別部材の外部電極６を基板１の導電部である銅配線パターン２の端部と接触させて電気的接続をとるように固定し、ひとつの電源から基板１および外部電極６に通電する。もちろん基板１と外部電極６とを電気的に接続しないで、それぞれの電源を用いて、成膜してもよい。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、外部電極６の面積２９８４ｍｍ２と開口部３Ａの全面積との比は、１：１．５×１０−５であり、言い換えれば、外部電極６の面積は、開口部３Ａの全面積の６５０００倍である。また、めっきマクス膜３Ｂの個々の開口部３Ａの面積は１００μm２であり、４５８個の開口部３Ａの面積の総和は４５８００μm２であるため、基板１の外部電極内部である縦３２ｍｍ、横２７ｍｍの８６４ｍｍ２に対する開口部３Ａ面積比、言い換えれば、めっきマクス膜３Ｂの開口部３Ａの合計面積が基板１の面積に対する比率である開口率は、０．００５３％である。
【００２９】
＜電気めっきステップ＞
最初に、被めっき体１０は、５重量％の塩化ナトリウムを含む１０容量％りん酸水溶液中で揺動させながら６０秒間浸漬することにより開口部３Ａの内部および外部電極６の表面が前処理された後、水洗される。さらに、被めっき体１０は、１０容量％硫酸水溶液中で揺動させながら６０秒間浸漬することにより酸洗浄処理された後、水洗される。
【００３０】
そして、図５に示すような電気めっき装置２０を用いて、電気めっき法によるバンプ１１の形成が行われる。図５に示すように、電気めっき装置２０は、被めっき体１０のめっき面と対向する位置に対極２３として溶解性ニッケル板を用い、電源２２を用いて定電流にてめっきを行う。めっき槽２４のめっき液２１の組成およびめっき条件を以下に示す。
【００３１】
硫酸ニッケル ２８０ｇ
塩化ニッケル ４５ｇ
ホウ酸 ４０ｇ
添加剤Ａ 適量
添加剤Ｂ 適量
界面活性剤 適量
ｐＨ ４．０５〜４．０７
温度 室温
電流値 １９２ｍＡ
時間 １８０秒
図３（Ｅ）に示すように定電流電気めっきを行うことにより、陰極である被めっき体１０の開口部３Ａにバンプ１１が、やはり陰極である外部電極６にめっき膜１１Ａが、同時に形成される。そして、めっき成膜後に、プラスチックカバー８、９および外部電極６を基板１から外してから、基板１を水洗し乾燥する。さらに、基板１は、アセトンに浸漬することによるめっきマクス膜３Ｂ除去後、エタノールを用いて置換処理を行い、乾燥することで、図３（Ｆ）に示す金属構造体であるバンプ１１が銅配線パターン２上に形成された基板１を得た。
【００３２】
＜評価結果＞
バンプ１１が形成された基板１の評価として、光学顕微鏡により、３個の配線基板Ａ１〜Ａ３の、それぞれ一列分のバンプ１１すなわち２２９個のバンプ１１の外観観察を行った。その結果を以下に示す。
【００３３】
サンプルＡ１：未析出２個、不良率０．８７％
サンプルＡ２：未析出２個、不良率０．８７％
サンプルＡ３：未析出１個、不良率０．４４％
平均値 ：未析出５／３個、不良率０．７３％
次に、レーザー顕微鏡を用いて３個の配線基板Ａ１〜Ａ３の、それぞれ一列中の任意の５個のバンプ１１について高さ測定を行った結果を以下に示す。なお、最大バラツキとは最小値と最大値の差であり、最大誤差とは平均値から最も離れた測定値の平均値に対する乖離割合を意味している。
【００３４】
サンプルＡ１：平均高さ１０．２７μｍ、最大バラツキ０．８７μｍ、最大誤差±４．２％
サンプルＡ２：平均高さ１０．３０μｍ、最大バラツキ０．８９μｍ、最大誤差±４．４％
サンプルＡ３：平均高さ１０．５２μｍ、最大バラツキ０．６３μｍ、最大誤差±３．０％
平均値 ：平均高さ１０．３３μｍ、最大バラツキ０．８０μｍ、最大誤差±４．０％
以上のように、本実施の形態のバンプ１１の形成方法により形成されたバンプ１１は、ばらつきが小さく実用上問題のないレベルであった。
【００３５】
＜比較の形態＞
以下、本発明の比較の形態の金属構造体の形成方法について説明する。なお、本比較の形態の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００３６】
本比較の形態の金属構造体の形成方法では、外部電極６を形成しないで、かつ、電気めっきステップにおいて、電流値１８．３２μＡ、すなわち、電流密度４０ｍＡ／ｃｍ２にて定電流めっき成膜を行った。この時の、めっき電位は−０．６４Ｖであった。しかし、本比較の形態の金属構造体の形成方法では開口部３Ａに金属の析出がなく、歩留まりは０％であった。
【００３７】
以上の説明のように、本実施の形態のバンプ１１の形成方法では、パターンめっき法において成膜部分である開口部が極端に小さい場合であっても、基板と電気的に導通しており、めっき時に電位が安定しかつ安定した電流が流れる外部電極を用いて電気めっきを行う。このため、バンプ１１の面積に相当する開口部が極端に小さくても、接続部またはキズの部分などの影響が出ない程度の電流を流しつつ、かつ、析出面のよごれがあってもめっき膜の析出が安定する一定の電位になるように、制御する。このため、本実施の形態の金属構造体の形成方法では、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成することができる。
【００３８】
上記実施の形態で説明したバンプの面積、すなわちレジスト膜の開口部の面積が大きい場合には、公知のめっき方法でも高い歩留まりを得ることができる。しかし、開口部の面積がミクロンオーダー、すなわち、１ｍｍ２未満の場合に本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が現れ、１０００μm２以下の時に特に顕著に効果が現れる。本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が得られなくなる開口部の面積の下限は開口部形成の困難度等から確認されていないが、１μｍ２までは効果が得られていることが確認されている。このため、開口部の面積の下限は、ナノオーダー、すなわち１μｍ２未満の場合と推定されている。
【００３９】
また、外部電極６の面積と開口部３Ａの総面積との割合は、面積比が所定の割合、１００よりも小さい場合には、本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が得られにくい。これに対して、面積比、外部電極６面積／開口部３Ａ総面積が、３０００以上の場合に本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が現れ、外部電極６面積／開口部３Ａ総面積が、１００００以上、さらに外部電極６面積／開口部３Ａ総面積が、５００００以上の時に特に顕著に効果が現れる。開口部３Ａ総と外部電極６の面積の比率、外部電極６面積／開口部３Ａ面積の上限は特にないが、外部電極６に析出しためっき膜は有効に利用されないため、たとえば、５０００００以下が好ましい。
【００４０】
＜第１の実施の形態の変形例＞
以下、本発明の第１の実施の形態の変形例の金属構造体の形成方法について説明する。なお、本変形例の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００４１】
第１の実施の形態では、外部電極６としてステンレス製の金属板を用いたが、本変形例では、外部電極６Ｂとして外部電極６と同じ形状のチタン製の金属板を用いた。また、第１の実施の形態では、基板１の銅配線パターン２上に、ニッケルめっき法によりニッケル膜および金膜を成膜したが、本変形例では、ニッケル膜のみを成膜した。それ以外の工程等は第１の実施の形態と同様の工程を用いて、金属構造物であるバンプ部を有するサンプルＢ１〜Ｂ４を得た。
【００４２】
＜評価結果＞
バンプ１１が形成された基板１の評価として、光学顕微鏡により、４個の配線基板Ｂ１〜Ｂ４の、それぞれ一列分のバンプ１１すなわち２２９個のバンプ１１の外観観察を行った。その結果を以下に示す。
【００４３】
サンプルＢ１：未析出１個、不良率０．４４％
サンプルＢ２：未析出０個、不良率０％
サンプルＢ３：未析出１個、不良率０．４４％
サンプルＢ４：未析出０個、不良率０％
平均値 ：未析出２／４個、不良率０．２２％
次に、レーザー顕微鏡を用いて４個の配線基板Ｂ１〜Ｂ４の、それぞれ一列中の任意の５個のバンプ１１について高さ測定を行った結果を以下に示す。なお、最大バラツキとは最小値と最大値の差であり、最大誤差率とは平均値から最も離れた測定値の平均値に対する乖離率を意味している。
【００４４】
サンプルＢ１：平均高さ９．０５μｍ、最大バラツキ０．６６μｍ、最大誤差±３．７％
サンプルＢ２：平均高さ８．８１μｍ、最大バラツキ１．１５μｍ、最大誤差±６．４％
サンプルＢ３：平均高さ８．１０μｍ、最大バラツキ０．５６μｍ、最大誤差±３．４％
サンプルＢ４：平均高さ８．４２μｍ、最大バラツキ１．０９μｍ、最大誤差±６．４％
平均値 ：平均高さ８．６０μｍ、最大バラツキ０．８７μｍ、最大誤差±４．０％
以上のように、本変形例のバンプ１１の形成方法により形成されたバンプ１１は、ばらつきが小さく実用上問題のないレベルであった。
【００４５】
外部電極６として金属を用いる場合には、接触抵抗が低い金属が好ましく、たとえば、金、銅、または黄銅などがあげられる。また外部電極６を繰り返し使用するためには、外部電極６表面に析出した金属を化学的溶解させて除去したり、引きはがし等により物理的に除去したりする必要があるために、外部電極６の材料としては、化学的に安定な金属が好ましい。外部電極の材料としては、たとえば、金、ステンレス、チタンなどを用いることができる。
【００４６】
＜第２の実施の形態＞
以下、図６を用いて、本発明の第２の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。図６は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０Ｂの正面から見た図、および、（Ｂ）図６（Ａ）のＶＩＢ―ＶＩＢ線断面構造図である。なお、本実施の形態の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００４７】
第１の実施の形態では、外部電極６として基板１とは別の部材であるステンレス製の金属板を用いたが、本実施の形態では、外部電極形成ステップにおいて、基板１とは別の部材である導電性銅テープを円形の基板１Ｂの外周部に貼付して導電性基板５と共に外部電極を形成している。すなわち、導電性テープは基板１Ｂを導電性基板５に固定すると同時に外部電極４を形成し被めっき体１０Ｂを得ている。なお、図６においては、リード部は図示していない。また、導電性基板５の裏面等は、めっき成膜されないように樹脂等でマスキングしてもよい。
【００４８】
被めっき体１０Ｂを用いて、電気めっきステップにおいてバンプ１１を形成する基板１Ｂは、第１の実施の形態と基板１と同様に高い歩留まりを示す。
【００４９】
なお、外部電極４を形成するための、導電性テープとしては、カーボンテープ、または、銅テープなどの金属性の導電テープを用いることができる。ただし、めっき中にテープから不要な成分が溶け出すことがないテープが望ましい。
【００５０】
また、導電テープの替わりに、導電性ペーストを用いて外部電極４を形成することもできる。導電性ペーストとしては、たとえば、銀ペーストがあげられる。ただし、めっき中にペーストから不要な成分が溶け出すことがないようにめっき前に十分に加熱処理等を行う必要がある。
【００５１】
導電性基板５としては、導電性が有りめっき液に浸漬したときに溶解しないものであればよく、銅板またはステンレス板を好ましく用いることができる。また、導電性基板５としてシリコンウエハ上に真空蒸着法等より、銅または金などを成膜した基板を用いることは、外部電極として平滑性が高いために好ましい。
【００５２】
＜第３の実施の形態＞
以下、図７を用いて、本発明の第３の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。図７は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０Ｂの正面から見た図および（Ｂ）図７（Ａ）のＶＩＩＢ―ＶＩＩＢ線断面構造図である。
なお、本実施の形態の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００５３】
第１の実施の形態では、外部電極６として基板１とは別の部材であるステンレス製の金属板を用いたが、本実施の形態では、図７に示すように、基板１Ｃの外周部１Ｃ１を外部電極として用いる。すなわち、本実施の形態では、外部電極６が基板１と同一部材である。
【００５４】
このため、本実施の形態では、フォトレジスト膜３から開口部３Ａを有するめっきマスク膜３Ｂを形成するときに、同時に基板１Ｃの外周部のレジスト膜を除去することが、外部電極形成ステップに相当する。
【００５５】
基板１Ｃは、外部電極としては基板を大きくして同一基板内に外部電極を形成し、めっき後、外周部１Ｃ１部分は切り取られる。
【００５６】
被めっき体１０Ｃを用いて、電気めっきステップにおいてバンプ１１を形成する基板１Ｃは、第１の実施の形態と基板１と同様に高い歩留まりを示す。
【００５７】
＜付記事項＞
基板準備ステップにおいて準備する基板としては、配線基板だけでなく、不導体基板上に金属膜を成膜した基板を用いることもできる。使用する目的により不導体基板の材料および成膜する金属は適宜決定されるが、不導体基板の材料としては、ガラス等のセラミック、シリコンウエハまたはＦＲ４等の有機樹脂などがあげられる。不導体基板の材料としては、リジッド基板だけでなく、可撓性を有するフィルム状のもの、たとえばポリイミドフィルム等を用いることができる。また、成膜する金属としては、金、銅またはニッケルなどがあげられ、これらの金属は無電解めっき、真空蒸着またはスパッタリング法など公知の方法により成膜される。不導体基板の材料として有機樹脂を用いる場合には、銅などの金属箔を不導体基板に接着して用いることもできる。これらの基板の金属層は電気めっきの電極として用いるため、シート抵抗が所定の値よりも低くするために、膜厚は一般に１００ｎｍ〜２０μm程度である。
【００５８】
実施の形態に示したように、不導体基板上に金属膜を成膜した基板において、金属膜をパターニングして配線等を形成した配線基板を用いることもできる。ただし、金属パターン上にしか金属構造体は形成できず、また、金属構造体は孤立した金属パターン上には形成できない。
【００５９】
マスク膜による開口パターン形成はスクリーン印刷法またはフォトリソグラフィ法を用いることができる。特に微細なパターンを形成する必要からフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によるレジスト開口パターンが望ましい。
【００６０】
レジストの厚さは、形成する金属構造体の厚さ、言い換えれば、高さ、により適宜決定されるが、おおむね１〜２０μm程度である。
【００６１】
電気めっき成膜の前処理としては、公知の前処理を行う。前処理としては、１０％硫酸溶液中への浸漬処理などがあげられる。特に微細開口パターンを有するマスク膜が形成された基板では、開口部に気泡の付着していることが多く、気泡除去処理を十分に行う必要がある。気泡の除去には、界面活性を含んだ溶液による処理や、基板や基板を保持する治具を物理的に叩いて除去するノッキングなどの方法などがあげられる。
【００６２】
金属構造体は、電気めっき法により形成可能な様々な種類の金属で形成することができる。たとえば、金属構造体は、金、銀、銅、白金、コバルト、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛などの金属または、コバルト−鉄、ニッケル−鉄、ニッケルリンなどの合金材料により形成することができる。電気めっき法により形成する金属または合金の種類により、使用するめっき浴は適宜決定されるが、実際に必要となる材料の特性まで考慮しためっき浴の選定が必要であり公知のめっき浴から適宜選択する。なお、成膜時の電流密度および電位を除いた、浴温、ｐＨなどの他のめっき条件は、めっき浴により適宜決定される。
【００６３】
本発明の金属構造体の形成方法における電気めっき工程では、めっき膜の析出速度そのものは従来から予想される速度が異なることが多いため、実際に使用する基板、レジストパターンおよび外部電極を用いて被めっき体を形成し、析出速度を予備的に実測する。すなわち、定電流電気めっきでは析出速度は一定なものの、析出速度は予想される値と異なることが多いため、実際に使用する基板およびレジストパターン、外部電極を用いて、被めっき体を形成し、析出速度を実測する。
【００６４】
本発明の電気めっきステップでは、定電位電気めっき法または定電流電気めっき法のどちらでめっきを行うことも可能である。たとえば、めっき電位がめっき表面からの距離１ｃｍにおいて銀塩化銀電極を基準として常に−１．８Ｖとなるように、電流値を調整することで、電位を−１８００ｍＶ（ｖ．ｓ．Ａｇ／ＡｇＣＬ）とした定電位めっき成膜を行うことも可能である。しかし、定電流電気めっき法は、電流量を安定させ析出速度を一定にすることから、定電位電気めっき法よりも、好ましい。
【００６５】
めっき膜の特性が析出速度に依存する場合には、電流量を適宜調整して所望の析出速度が得られるような電流量をあらかじめ測定してから、めっき成膜する。
【００６６】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】開口率と析出量の関係を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる基板の構造および金属構造体を説明するための部分斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法の処理を説明するための断面図である。
【図４】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０の正面から見た図および（Ｂ）図４（Ａ）のＩＶＢ―ＩＶＢ線断面構造図である。
【図５】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、めっき装置の概要図である。
【図６】第２の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体の正面から見た図、および、（Ｂ）図６（Ａ）のＶＩＢ―ＶＩＢ線断面構造図である。
【図７】第３の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体の正面から見た図、および、（Ｂ）図７（Ａ）のＶＩＩＢ―ＩＶＩＩＢ線断面構造図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…基板
１Ａ…ポリイミドフィルム
１Ｂ…基板
１Ｃ…基板
１Ｃ１…外周部
２…銅配線パターン
３…フォトレジスト膜
３Ａ…開口部
３Ｂ…マクス膜
４…外部電極
５…導電性基板
６…外部電極
６Ｂ…外部電極
７…リード部
８…プラスチックカバー
９…プラスチックカバー
１０…被めっき体
１０Ｂ…被めっき体
１０Ｃ…被めっき体
１１…バンプ
１１Ａ…めっき膜
２０…めっき装置
２１…めっき液
２２…電源
２３…対極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細なパターンの金属構造体を電気めっき方法により形成する金属構造体の形成方法および前記電気めっき方法により形成された金属構造体に関し、特に１個のパターン面積がミクロンオーダーの微細パターンの金属構造体を電気めっき方法により形成する金属構造体の形成方法および前記金属構造体の形成方法により形成されたミクロンオーダーの金属構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化および高機能化により、実装配線板に微細な金属構造体を形成する方法が求められている。そのなかでも、配線基板（以下、「基板」という。）の基板面積と比較して極めて小面積であるミクロンオーダーの微細金属構造体を、基板上に形成する方法が求められる場合がある。
【０００３】
たとえば、半導体回路が形成されたシリコンチップと基板とを接続する方法のひとつであるフリップチップ接続方法では、ＦＲ４等の非導電性基板およびシリコンチップの表面配線にバンプと呼ばれる微細な金属構造体を介して電気的接続を行う。基板には複数個のバンプが形成されるが、全てのバンプの面積を合算してもバンプ専有面積の基板全体面積に対する割合は極めて小さい。
【０００４】
一方、マイクロエレクトロメカニカルシステム、すなわちＭＥＭＳ、分野等においても、ミクロンオーダーの極めて微細なパターンを、基板上に部分的に形成する方法が求められている。
【０００５】
基板上に微細金属構造体を形成する方法として、電気めっき法が広く使用されている。電気めっき法による微細金属構造体の形成方法では、導電性を有する基板表面に所望のパターン形状の開口部を有するフォトレジストからなるめっきマスク膜を形成した後に電気めっきを行う。
【０００６】
電気めっき法には、定電位電気めっき法と定電流電気めっき法の２種類の方法がある。電極間を定電位に設定した、定電圧による電気めっき法では、基板表面の状態に非常に敏感であり、特に基板面のよごれの影響を受けやすい。これに対して、析出量が制御しやすい定電流による電気めっき法では、基板面積に対して開口面積があまりに少ないパターンでは、接続部や端部のレジストクラック部などに電流がリークされやすく、また、過電圧も極めて低いことから、所望の微細金属構造体を形成する部分に十分な電流が流れないため、開口部内へ成膜できないことがあった。
【０００７】
このため、たとえば、特公昭５６−３６７０６号公報には、いわゆるフレームめっき法が開示されている。フレームめっき法は、フォトレジストにより所望の微細パターン形状の枠（フレーム）が形成された導電性基板に電気めっき法により成膜を行った後に、不要な枠外部のめっき膜を除去することにより、所望の微細パターンを得る方法である。
【０００８】
また、電気めっき法では、均一な成膜を実現するために、外部電極と呼ばれる電極を配置することが広く用いられている。たとえば、特許第２８０７０６１号明細書には、円形の被めっき基板に対してドーナツ形状の補助陰極を用いることが開示されている。
【０００９】
すでに説明したように、パターンめっきでは、導電性基板の表面をフォトレジスト等のめっきマスク膜により所望のパターン形状部分を残してマスク、すなわち、めっきが析出しないようにする。
【００１０】
ところが、図１に示すように、ひとつの開口部の面積がミクロンオーダー、すなわち、１ｍｍ２未満の場合には、外部電極を用いても開口率が０．０１％よりも小さくなると、同じ電流密度で成膜しているにも関わらず、析出量が急激に減少し、殆ど成膜されないことを、我々は見いだした。
【００１１】
ここで、電流を流さない無電解めっき法は本質的には微細な金属構造体の形成に適したプロセスであるため、ひとつの開口部の面積がミクロンオーダーであったとしても問題が発生しないとも考えられる。しかし、無電解めっき法は電気めっき法に比べ制御が容易ではなく、また、電気めっき法に比べてｐＨおよび浴温が高く基板へのダメージが問題となることがあった。
【００１２】
また、従来公知の外部電極は、電流密度分布に起因する膜厚分布の改善または高電流密度部分の、いわゆるヤケを抑制されるために用いられるものであった。このため、従来公知の外部電極は、基板全体の面積に対して成膜するパターンの面積の割合、いわゆる、パターン密度が極めて低いために、析出が困難なパターンめっきに適応できる手法ではなかった。
【００１３】
なお、フレームめっき法では、めっき成膜後にフレーム外部に析出しためっき膜を除去しなければならない。しかし、除去するめっき膜と同じ金属材料で構成された下地が存在する場合には、めっき膜を除去するときに下地にも影響を及ぼすため、フレームめっき法を適用することは容易ではなかった。また、めっき膜を除去する工程はフレーム内部をマスクしてからエッチング法等により除去しなければならないため、コスト高の工程であった。
【特許文献１】特公昭５６−３６７０６号公報
【特許文献２】特許第２８０７０６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成する金属構造体の形成方法、前記金属構造体の形成方法により形成された金属構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成すべく、本発明の金属構造体の形成方法は、基板の表面に、それぞれの面積がミクロンオーダーの複数の開口部を有し、全ての前記開口部の合計面積が前記基板の面積の０．０１％以下の、めっきマクス膜を形成するマスク膜形成ステップと、前記基板の外周部に、前記基板と同時にめっき成膜される、前記開口部の合計面積の３０００倍以上の面積を有する外部電極を形成する外部電極形成ステップと、前記基板の前記開口部および前記外部電極を陰極として電気めっき法により金属構造体を成膜する電気めっきステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成する金属構造体の形成方法、前記金属構造体の形成方法により形成された金属構造体を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図２は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる基板の構造および金属構造体を説明するための部分斜視図であり、図３は、本実施の形態の金属構造体の形成方法の処理を説明するための断面図であり、図４は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０の正面から見た図、および（Ｂ）図４（Ａ）のＩＶＢ―ＩＶＢ線断面構造図である。なお、本明細書で使用する図は構造等を説明するための模式図であり、特に、図４等における大きな開口部は説明のため表示しているものであり、実際には存在していない。
【００１９】
最初に、図２を用いて、本実施の形態の金属構造体であるバンプ１１が形成された状態の基板１の構造を示す。本実施の形態の金属構造体の形成方法に用いる基板１は、縦３８ｍｍ、横３４ｍｍ、厚さ５０μmの矩形のポリイミドフィルム１Ａ上に、幅２５μm、厚さ８μmの銅配線パターン２が４５μmピッチで２２９本形成されている配線集合体が２個形成されている。なお、全ての銅配線パターン２は、基板１の外周部において電気的に接続されている。
【００２０】
そして、電気めっき方法により形成された金属構造体であるバンプ１１は、ニッケルにより構成された１０μm角、高さ１０μm、すなわち面積が１００μm２とミクロンオーダーの金属構造体である。なお、面積がミクロンオーダーとは１μm２以上１ｍｍ２未満であることを意味する。
【００２１】
次に、図３を用いて、本実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。
【００２２】
＜基板準備ステップ＞
図３（Ａ）に示すように、基板１はポリイミドフィルム１Ａ上に銅配線パターン２が形成された配線基板である。
【００２３】
そして、最初に下地膜（不図示）として、基板１の銅配線パターン２上に、ニッケルめっき法によりニッケル膜が１．５μm、置換金めっき法および電気金めっき法により金膜が０．７μm、順に成膜される。
【００２４】
＜マスク膜形成ステップ＞
図３（Ｂ）に示すように、基板１上に、スピンコータを用いて、フォトレジスト膜３（東京応化工業社製ＰＭＥＲ−ＬＡ９００ＰＭ）が厚さ１３μm塗布される。
【００２５】
そして、図３（Ｃ）に示すように、コンタクトマスクアライナーを用いて、それぞれの銅配線パターン２上に面積がミクロンオーダーである１０μm角のレジストパターンの開口部３Ａを２個、すなわち、合計４５８個の開口部３Ａが形成される。すなわち、めっきマクス膜３Ｂが形成される。
【００２６】
＜外部電極形成ステップ＞
図３（Ｄ）および図４に示すように、に示すように、基板１の外周部に基板１とは別の部材である外部電極６が配設される。外部電極６は、ステンレス製の直径７０mmの金属板の中心部に縦３２ｍｍ、横２７ｍｍの開口部を設けた金属板である。外部電極６の開口部に基板１が設置され、外部電極６と銅配線パターン２とは電気的に接続され、リード部７と接続されている。そして基板１と外部電極６とは、プラスチックカバー８とプラスチックカバー９とにより両面から押圧固定され、被めっき体１０を構成している。なお、めっき液に浸漬されるリード部７の表面は電流が流れないように樹脂等によりカバーされている。
【００２７】
すなわち、本実施の形態においては、基板１とは別部材の外部電極６を基板１の導電部である銅配線パターン２の端部と接触させて電気的接続をとるように固定し、ひとつの電源から基板１および外部電極６に通電する。もちろん基板１と外部電極６とを電気的に接続しないで、それぞれの電源を用いて、成膜してもよい。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、外部電極６の面積２９８４ｍｍ２と開口部３Ａの全面積との比は、１：１．５×１０−５であり、言い換えれば、外部電極６の面積は、開口部３Ａの全面積の６５０００倍である。また、めっきマクス膜３Ｂの個々の開口部３Ａの面積は１００μm２であり、４５８個の開口部３Ａの面積の総和は４５８００μm２であるため、基板１の外部電極内部である縦３２ｍｍ、横２７ｍｍの８６４ｍｍ２に対する開口部３Ａ面積比、言い換えれば、めっきマクス膜３Ｂの開口部３Ａの合計面積が基板１の面積に対する比率である開口率は、０．００５３％である。
【００２９】
＜電気めっきステップ＞
最初に、被めっき体１０は、５重量％の塩化ナトリウムを含む１０容量％りん酸水溶液中で揺動させながら６０秒間浸漬することにより開口部３Ａの内部および外部電極６の表面が前処理された後、水洗される。さらに、被めっき体１０は、１０容量％硫酸水溶液中で揺動させながら６０秒間浸漬することにより酸洗浄処理された後、水洗される。
【００３０】
そして、図５に示すような電気めっき装置２０を用いて、電気めっき法によるバンプ１１の形成が行われる。図５に示すように、電気めっき装置２０は、被めっき体１０のめっき面と対向する位置に対極２３として溶解性ニッケル板を用い、電源２２を用いて定電流にてめっきを行う。めっき槽２４のめっき液２１の組成およびめっき条件を以下に示す。
【００３１】
硫酸ニッケル ２８０ｇ
塩化ニッケル ４５ｇ
ホウ酸 ４０ｇ
添加剤Ａ 適量
添加剤Ｂ 適量
界面活性剤 適量
ｐＨ ４．０５〜４．０７
温度 室温
電流値 １９２ｍＡ
時間 １８０秒
図３（Ｅ）に示すように定電流電気めっきを行うことにより、陰極である被めっき体１０の開口部３Ａにバンプ１１が、やはり陰極である外部電極６にめっき膜１１Ａが、同時に形成される。そして、めっき成膜後に、プラスチックカバー８、９および外部電極６を基板１から外してから、基板１を水洗し乾燥する。さらに、基板１は、アセトンに浸漬することによるめっきマクス膜３Ｂ除去後、エタノールを用いて置換処理を行い、乾燥することで、図３（Ｆ）に示す金属構造体であるバンプ１１が銅配線パターン２上に形成された基板１を得た。
【００３２】
＜評価結果＞
バンプ１１が形成された基板１の評価として、光学顕微鏡により、３個の配線基板Ａ１〜Ａ３の、それぞれ一列分のバンプ１１すなわち２２９個のバンプ１１の外観観察を行った。その結果を以下に示す。
【００３３】
サンプルＡ１：未析出２個、不良率０．８７％
サンプルＡ２：未析出２個、不良率０．８７％
サンプルＡ３：未析出１個、不良率０．４４％
平均値 ：未析出５／３個、不良率０．７３％
次に、レーザー顕微鏡を用いて３個の配線基板Ａ１〜Ａ３の、それぞれ一列中の任意の５個のバンプ１１について高さ測定を行った結果を以下に示す。なお、最大バラツキとは最小値と最大値の差であり、最大誤差とは平均値から最も離れた測定値の平均値に対する乖離割合を意味している。
【００３４】
サンプルＡ１：平均高さ１０．２７μｍ、最大バラツキ０．８７μｍ、最大誤差±４．２％
サンプルＡ２：平均高さ１０．３０μｍ、最大バラツキ０．８９μｍ、最大誤差±４．４％
サンプルＡ３：平均高さ１０．５２μｍ、最大バラツキ０．６３μｍ、最大誤差±３．０％
平均値 ：平均高さ１０．３３μｍ、最大バラツキ０．８０μｍ、最大誤差±４．０％
以上のように、本実施の形態のバンプ１１の形成方法により形成されたバンプ１１は、ばらつきが小さく実用上問題のないレベルであった。
【００３５】
＜比較の形態＞
以下、本発明の比較の形態の金属構造体の形成方法について説明する。なお、本比較の形態の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００３６】
本比較の形態の金属構造体の形成方法では、外部電極６を形成しないで、かつ、電気めっきステップにおいて、電流値１８．３２μＡ、すなわち、電流密度４０ｍＡ／ｃｍ２にて定電流めっき成膜を行った。この時の、めっき電位は−０．６４Ｖであった。しかし、本比較の形態の金属構造体の形成方法では開口部３Ａに金属の析出がなく、歩留まりは０％であった。
【００３７】
以上の説明のように、本実施の形態のバンプ１１の形成方法では、パターンめっき法において成膜部分である開口部が極端に小さい場合であっても、基板と電気的に導通しており、めっき時に電位が安定しかつ安定した電流が流れる外部電極を用いて電気めっきを行う。このため、バンプ１１の面積に相当する開口部が極端に小さくても、接続部またはキズの部分などの影響が出ない程度の電流を流しつつ、かつ、析出面のよごれがあってもめっき膜の析出が安定する一定の電位になるように、制御する。このため、本実施の形態の金属構造体の形成方法では、ミクロンオーダーの金属構造体を電気めっき法により安定して形成することができる。
【００３８】
上記実施の形態で説明したバンプの面積、すなわちレジスト膜の開口部の面積が大きい場合には、公知のめっき方法でも高い歩留まりを得ることができる。しかし、開口部の面積がミクロンオーダー、すなわち、１ｍｍ２未満の場合に本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が現れ、１０００μm２以下の時に特に顕著に効果が現れる。本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が得られなくなる開口部の面積の下限は開口部形成の困難度等から確認されていないが、１μｍ２までは効果が得られていることが確認されている。このため、開口部の面積の下限は、ナノオーダー、すなわち１μｍ２未満の場合と推定されている。
【００３９】
また、外部電極６の面積と開口部３Ａの総面積との割合は、面積比が所定の割合、１００よりも小さい場合には、本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が得られにくい。これに対して、面積比、外部電極６面積／開口部３Ａ総面積が、３０００以上の場合に本実施の形態の金属構造体の形成方法の効果が現れ、外部電極６面積／開口部３Ａ総面積が、１００００以上、さらに外部電極６面積／開口部３Ａ総面積が、５００００以上の時に特に顕著に効果が現れる。開口部３Ａ総と外部電極６の面積の比率、外部電極６面積／開口部３Ａ面積の上限は特にないが、外部電極６に析出しためっき膜は有効に利用されないため、たとえば、５０００００以下が好ましい。
【００４０】
＜第１の実施の形態の変形例＞
以下、本発明の第１の実施の形態の変形例の金属構造体の形成方法について説明する。なお、本変形例の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００４１】
第１の実施の形態では、外部電極６としてステンレス製の金属板を用いたが、本変形例では、外部電極６Ｂとして外部電極６と同じ形状のチタン製の金属板を用いた。また、第１の実施の形態では、基板１の銅配線パターン２上に、ニッケルめっき法によりニッケル膜および金膜を成膜したが、本変形例では、ニッケル膜のみを成膜した。それ以外の工程等は第１の実施の形態と同様の工程を用いて、金属構造物であるバンプ部を有するサンプルＢ１〜Ｂ４を得た。
【００４２】
＜評価結果＞
バンプ１１が形成された基板１の評価として、光学顕微鏡により、４個の配線基板Ｂ１〜Ｂ４の、それぞれ一列分のバンプ１１すなわち２２９個のバンプ１１の外観観察を行った。その結果を以下に示す。
【００４３】
サンプルＢ１：未析出１個、不良率０．４４％
サンプルＢ２：未析出０個、不良率０％
サンプルＢ３：未析出１個、不良率０．４４％
サンプルＢ４：未析出０個、不良率０％
平均値 ：未析出２／４個、不良率０．２２％
次に、レーザー顕微鏡を用いて４個の配線基板Ｂ１〜Ｂ４の、それぞれ一列中の任意の５個のバンプ１１について高さ測定を行った結果を以下に示す。なお、最大バラツキとは最小値と最大値の差であり、最大誤差率とは平均値から最も離れた測定値の平均値に対する乖離率を意味している。
【００４４】
サンプルＢ１：平均高さ９．０５μｍ、最大バラツキ０．６６μｍ、最大誤差±３．７％
サンプルＢ２：平均高さ８．８１μｍ、最大バラツキ１．１５μｍ、最大誤差±６．４％
サンプルＢ３：平均高さ８．１０μｍ、最大バラツキ０．５６μｍ、最大誤差±３．４％
サンプルＢ４：平均高さ８．４２μｍ、最大バラツキ１．０９μｍ、最大誤差±６．４％
平均値 ：平均高さ８．６０μｍ、最大バラツキ０．８７μｍ、最大誤差±４．０％
以上のように、本変形例のバンプ１１の形成方法により形成されたバンプ１１は、ばらつきが小さく実用上問題のないレベルであった。
【００４５】
外部電極６として金属を用いる場合には、接触抵抗が低い金属が好ましく、たとえば、金、銅、または黄銅などがあげられる。また外部電極６を繰り返し使用するためには、外部電極６表面に析出した金属を化学的溶解させて除去したり、引きはがし等により物理的に除去したりする必要があるために、外部電極６の材料としては、化学的に安定な金属が好ましい。外部電極の材料としては、たとえば、金、ステンレス、チタンなどを用いることができる。
【００４６】
＜第２の実施の形態＞
以下、図６を用いて、本発明の第２の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。図６は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０Ｂの正面から見た図、および、（Ｂ）図６（Ａ）のＶＩＢ―ＶＩＢ線断面構造図である。なお、本実施の形態の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００４７】
第１の実施の形態では、外部電極６として基板１とは別の部材であるステンレス製の金属板を用いたが、本実施の形態では、外部電極形成ステップにおいて、基板１とは別の部材である導電性銅テープを円形の基板１Ｂの外周部に貼付して導電性基板５と共に外部電極を形成している。すなわち、導電性テープは基板１Ｂを導電性基板５に固定すると同時に外部電極４を形成し被めっき体１０Ｂを得ている。なお、図６においては、リード部は図示していない。また、導電性基板５の裏面等は、めっき成膜されないように樹脂等でマスキングしてもよい。
【００４８】
被めっき体１０Ｂを用いて、電気めっきステップにおいてバンプ１１を形成する基板１Ｂは、第１の実施の形態と基板１と同様に高い歩留まりを示す。
【００４９】
なお、外部電極４を形成するための、導電性テープとしては、カーボンテープ、または、銅テープなどの金属性の導電テープを用いることができる。ただし、めっき中にテープから不要な成分が溶け出すことがないテープが望ましい。
【００５０】
また、導電テープの替わりに、導電性ペーストを用いて外部電極４を形成することもできる。導電性ペーストとしては、たとえば、銀ペーストがあげられる。ただし、めっき中にペーストから不要な成分が溶け出すことがないようにめっき前に十分に加熱処理等を行う必要がある。
【００５１】
導電性基板５としては、導電性が有りめっき液に浸漬したときに溶解しないものであればよく、銅板またはステンレス板を好ましく用いることができる。また、導電性基板５としてシリコンウエハ上に真空蒸着法等より、銅または金などを成膜した基板を用いることは、外部電極として平滑性が高いために好ましい。
【００５２】
＜第３の実施の形態＞
以下、図７を用いて、本発明の第３の実施の形態の金属構造体の形成方法について説明する。図７は、本実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０Ｂの正面から見た図および（Ｂ）図７（Ａ）のＶＩＩＢ―ＶＩＩＢ線断面構造図である。
なお、本実施の形態の金属構造体の形成方法は、第１の実施の形態の金属構造体の形成方法と類似しているため、同じ構成要素には同じ符号を付し、同じ処理等の説明は省略する。
【００５３】
第１の実施の形態では、外部電極６として基板１とは別の部材であるステンレス製の金属板を用いたが、本実施の形態では、図７に示すように、基板１Ｃの外周部１Ｃ１を外部電極として用いる。すなわち、本実施の形態では、外部電極６が基板１と同一部材である。
【００５４】
このため、本実施の形態では、フォトレジスト膜３から開口部３Ａを有するめっきマスク膜３Ｂを形成するときに、同時に基板１Ｃの外周部のレジスト膜を除去することが、外部電極形成ステップに相当する。
【００５５】
基板１Ｃは、外部電極としては基板を大きくして同一基板内に外部電極を形成し、めっき後、外周部１Ｃ１部分は切り取られる。
【００５６】
被めっき体１０Ｃを用いて、電気めっきステップにおいてバンプ１１を形成する基板１Ｃは、第１の実施の形態と基板１と同様に高い歩留まりを示す。
【００５７】
＜付記事項＞
基板準備ステップにおいて準備する基板としては、配線基板だけでなく、不導体基板上に金属膜を成膜した基板を用いることもできる。使用する目的により不導体基板の材料および成膜する金属は適宜決定されるが、不導体基板の材料としては、ガラス等のセラミック、シリコンウエハまたはＦＲ４等の有機樹脂などがあげられる。不導体基板の材料としては、リジッド基板だけでなく、可撓性を有するフィルム状のもの、たとえばポリイミドフィルム等を用いることができる。また、成膜する金属としては、金、銅またはニッケルなどがあげられ、これらの金属は無電解めっき、真空蒸着またはスパッタリング法など公知の方法により成膜される。不導体基板の材料として有機樹脂を用いる場合には、銅などの金属箔を不導体基板に接着して用いることもできる。これらの基板の金属層は電気めっきの電極として用いるため、シート抵抗が所定の値よりも低くするために、膜厚は一般に１００ｎｍ〜２０μm程度である。
【００５８】
実施の形態に示したように、不導体基板上に金属膜を成膜した基板において、金属膜をパターニングして配線等を形成した配線基板を用いることもできる。ただし、金属パターン上にしか金属構造体は形成できず、また、金属構造体は孤立した金属パターン上には形成できない。
【００５９】
マスク膜による開口パターン形成はスクリーン印刷法またはフォトリソグラフィ法を用いることができる。特に微細なパターンを形成する必要からフォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によるレジスト開口パターンが望ましい。
【００６０】
レジストの厚さは、形成する金属構造体の厚さ、言い換えれば、高さ、により適宜決定されるが、おおむね１〜２０μm程度である。
【００６１】
電気めっき成膜の前処理としては、公知の前処理を行う。前処理としては、１０％硫酸溶液中への浸漬処理などがあげられる。特に微細開口パターンを有するマスク膜が形成された基板では、開口部に気泡の付着していることが多く、気泡除去処理を十分に行う必要がある。気泡の除去には、界面活性を含んだ溶液による処理や、基板や基板を保持する治具を物理的に叩いて除去するノッキングなどの方法などがあげられる。
【００６２】
金属構造体は、電気めっき法により形成可能な様々な種類の金属で形成することができる。たとえば、金属構造体は、金、銀、銅、白金、コバルト、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛などの金属または、コバルト−鉄、ニッケル−鉄、ニッケルリンなどの合金材料により形成することができる。電気めっき法により形成する金属または合金の種類により、使用するめっき浴は適宜決定されるが、実際に必要となる材料の特性まで考慮しためっき浴の選定が必要であり公知のめっき浴から適宜選択する。なお、成膜時の電流密度および電位を除いた、浴温、ｐＨなどの他のめっき条件は、めっき浴により適宜決定される。
【００６３】
本発明の金属構造体の形成方法における電気めっき工程では、めっき膜の析出速度そのものは従来から予想される速度が異なることが多いため、実際に使用する基板、レジストパターンおよび外部電極を用いて被めっき体を形成し、析出速度を予備的に実測する。すなわち、定電流電気めっきでは析出速度は一定なものの、析出速度は予想される値と異なることが多いため、実際に使用する基板およびレジストパターン、外部電極を用いて、被めっき体を形成し、析出速度を実測する。
【００６４】
本発明の電気めっきステップでは、定電位電気めっき法または定電流電気めっき法のどちらでめっきを行うことも可能である。たとえば、めっき電位がめっき表面からの距離１ｃｍにおいて銀塩化銀電極を基準として常に−１．８Ｖとなるように、電流値を調整することで、電位を−１８００ｍＶ（ｖ．ｓ．Ａｇ／ＡｇＣＬ）とした定電位めっき成膜を行うことも可能である。しかし、定電流電気めっき法は、電流量を安定させ析出速度を一定にすることから、定電位電気めっき法よりも、好ましい。
【００６５】
めっき膜の特性が析出速度に依存する場合には、電流量を適宜調整して所望の析出速度が得られるような電流量をあらかじめ測定してから、めっき成膜する。
【００６６】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】開口率と析出量の関係を示す図である。
【図２】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる基板の構造および金属構造体を説明するための部分斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法の処理を説明するための断面図である。
【図４】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体１０の正面から見た図および（Ｂ）図４（Ａ）のＩＶＢ―ＩＶＢ線断面構造図である。
【図５】第１の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、めっき装置の概要図である。
【図６】第２の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体の正面から見た図、および、（Ｂ）図６（Ａ）のＶＩＢ―ＶＩＢ線断面構造図である。
【図７】第３の実施の形態の金属構造体の形成方法において用いる、（Ａ）被めっき体の正面から見た図、および、（Ｂ）図７（Ａ）のＶＩＩＢ―ＩＶＩＩＢ線断面構造図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…基板
１Ａ…ポリイミドフィルム
１Ｂ…基板
１Ｃ…基板
１Ｃ１…外周部
２…銅配線パターン
３…フォトレジスト膜
３Ａ…開口部
３Ｂ…マクス膜
４…外部電極
５…導電性基板
６…外部電極
６Ｂ…外部電極
７…リード部
８…プラスチックカバー
９…プラスチックカバー
１０…被めっき体
１０Ｂ…被めっき体
１０Ｃ…被めっき体
１１…バンプ
１１Ａ…めっき膜
２０…めっき装置
２１…めっき液
２２…電源
２３…対極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に、それぞれの面積がミクロンオーダーの複数の開口部を有し、全ての前記開口部の合計面積が前記基板の面積の０．０１％以下の、めっきマクス膜を形成するマスク膜形成ステップと、
前記基板の外周部に、前記基板と同時にめっき成膜される、前記開口部の合計面積の３０００倍以上の面積を有する外部電極を形成する外部電極形成ステップと、
前記基板の前記開口部および前記外部電極を陰極として電気めっき法により金属構造体を成膜する電気めっきステップと、を有することを特徴とする金属構造体の形成方法。
【請求項２】
前記基板が、多数の配線が形成された配線基板であり、
前記金属構造体が前記配線上のバンプであることを特徴とする請求項１に記載の金属構造体の形成方法。
【請求項３】
前記電気めっき法が定電流めっき法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属構造体の形成方法。
【請求項４】
上記外部電極が、前記基板とは別の部材であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のいずれか１項に記載の金属構造体の形成方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属構造体の形成方法により形成されたことを特徴とする金属構造体。
【請求項１】
基板の表面に、それぞれの面積がミクロンオーダーの複数の開口部を有し、全ての前記開口部の合計面積が前記基板の面積の０．０１％以下の、めっきマクス膜を形成するマスク膜形成ステップと、
前記基板の外周部に、前記基板と同時にめっき成膜される、前記開口部の合計面積の３０００倍以上の面積を有する外部電極を形成する外部電極形成ステップと、
前記基板の前記開口部および前記外部電極を陰極として電気めっき法により金属構造体を成膜する電気めっきステップと、を有することを特徴とする金属構造体の形成方法。
【請求項２】
前記基板が、多数の配線が形成された配線基板であり、
前記金属構造体が前記配線上のバンプであることを特徴とする請求項１に記載の金属構造体の形成方法。
【請求項３】
前記電気めっき法が定電流めっき法であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属構造体の形成方法。
【請求項４】
上記外部電極が、前記基板とは別の部材であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載のいずれか１項に記載の金属構造体の形成方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属構造体の形成方法により形成されたことを特徴とする金属構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７０７７８（Ｐ２０１０−７０７７８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３６５３５（Ｐ２００８−２３６５３５）
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度経済産業省「中小企業産業技術研究開発委託費 中小企業産業技術研究開発 ３次元ＬＳＩ実装に対応した１００％良品率を得るＬＳＩチップバーンインテスト技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１６日（２００８．９．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１８年度経済産業省「中小企業産業技術研究開発委託費 中小企業産業技術研究開発 ３次元ＬＳＩ実装に対応した１００％良品率を得るＬＳＩチップバーンインテスト技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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