(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
近年、電子部品や精密部品等の各種の工業製品の小型化が進んでおり、微細且つ複雑な形状を有する精密部品のニーズが一層高まっている。このような精密部品は、微細な形状が容易に形成できるという点から、電鋳を用いて製造されているものが多い。
【0003】
これまでの電鋳品は、製造コストを抑える点からも、主に一段(一層)の金属めっき層のみから成るものが製造されてきた。すなわち、該製造方法によれば、鋳型として基板(母型)上にレジストを用いて、該レジストが除去された部分に金属めっき層を堆積させることによって、金属めっき層を型取り、その後、該レジスト及び基板(母型)を取り除くことによって、所望の形状に成形された金属めっき層を得るものである。
【0004】
しかし、現状では、より微細且つ複雑な形状が要求されていることから、このような一段の金属めっき層のみから成る電鋳品を製造する方法では、品質的に限界となってきている。そのため、金属めっき層を積層することにより、これまでよりも微細且つ複雑な形状を形成できる多段(多層)の金属めっき層から成る電鋳品を製造することが、電鋳品の製造方法の主流となりつつある。
【0005】
その一方で、このような電鋳品は、多層構造の金属めっき層から成ることから、各金属めっき層間の密着力が不十分である場合には、結果的に脆い材料となる虞があるという問題点がある。そのため、現在では、各金属めっき層間の密着力(層間密着力)を向上させるための各種の方法が案出されている。特に、層間密着力を高めるために、金属めっき層間に薄膜状のストライクめっきを介在させる手法がよく知られている。ストライクめっきとは、基板素地の不動態皮膜を除去、活性化し、めっきの密着を良くするために行われる下地のめっきであり、通常、高電流密度で短時間に行われる。
【0006】
例えば、配線基板の製造方法として、基板上にめっきされる金属めっき層の層間に銅ストライクめっきまたはニッケルストライクめっきを介在させて、金属めっき層の層間の密着力を向上させるものがある(特許文献1参照)。また、めっき部材の製造方法として、金属部材上にめっき層を形成する際に、金属部材上とめっき層との間に、銀ストライクめっき層を形成するものがある(特許文献2参照)。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明に係る電鋳品の製造方法は、基板上にレジストを用いて形成された金属めっき層の表面に、該金属めっき層と異種の金属から成るバリアめっき層をめっきする工程と、該バリアめっき層を選択的に除去する工程を含み、金属めっき層を積層させる。
【0016】
このように、本発明では、一旦、該金属めっき層と異種の金属から成るバリアめっき層をめっきした後に、該バリアめっき層を選択的に除去するという特徴を有する。従来では、上述したように、多層構造の電鋳品を構成する金属めっき層間の層間密着力を向上させるために、ストライクめっき(例えば、銅)等を中間層として金属めっき層(例えば、ニッケル)の層間に介在させることで、層間密着力を高めようという手法は知られてはいた。
【0017】
しかし、本発明者らは、金属めっき層(例えば、ニッケル)の層間に、一旦、バリアめっき層(例えば、銅)を中間層として形成させた後に、敢えて、該バリアめっき層(中間層)を選択的に除去するという2つの工程を組み合わせることによって、強度特性等に優れた電鋳品が得られることを見出し、本発明を導出するに至った。また、本発明者らは、可及的にバリアめっき層を選択的に除去するために、該バリアめっき層としては、金属めっき層と異種の金属から成るものであることが重要であることも見出した。
【0018】
このような点から、本発明に係る電鋳品は、1つの側面では、少なくとも2つの金属めっき層間に、該金属めっき層以外のめっき層(例えば、本発明に係るバリアめっき層や上記従来のストライクめっきなど)が残存していないことを特徴とするものでもある。
【0019】
このような本発明の製造方法により得られる電鋳品は、従来の電鋳品に比べて、高い層間密着力等をはじめとする優れた効果を奏するものである(後述の実施例2参照)。本発明に係る電鋳品の製造方法では、バリアめっき層を一旦形成した後に除去することによって、該バリアめっき層上に存在するレジスト残渣が除去されることとなり、当該バリアめっき層がめっきされ除去された金属めっき層と、当該金属めっき層の表面(上面)に積層される金属めっき層との層間において、従来では得られない層間密着力が得られることとなる。
さらに、本発明に係る電鋳品の製造方法では、当該バリアめっき層の形成および除去の工程の組み合わせによって、バリアめっき層のめっき対象である金属めっき層の表面に、従来のストライクめっきなどを用いることを不要としたことから、次の利点がある。すなわち、従来のストライクめっきなどを用いる場合に生じていた所望としない反応(例えば、予期しない水素ガスの発生によるレジストへのアタック)などが抑制されることとなり、該レジストの損傷または剥離による電鋳品形状の変形を抑制することができる。
【0020】
基板を構成する材料は、一般に金属をめっきする際の基板として使用されている公知の材料であれば、特に限定されないが、導電性金属材を用いることが好ましく、例えば、ステンレス鋼(SUS)を用いることができる。このような基板は、通常、洗浄工程を経て使用される。この洗浄工程としては、例えば、アルカリ脱脂、RCA洗浄、クリーナー処理など公知の手法の1つまたは複数を組み合わせて用いることができる。
【0021】
金属めっき層を構成する材料は、公知の材料であればよく、特に限定されないが、例えば、ニッケル−コバルト合金を用いることができ、この他にも、金、銀、銅、ニッケル、コバルトなどを用いることができる。めっきの方法は、電気めっき(電鋳)等の公知の方法を用いることができる。例えば、電気めっき(電鋳)を用いる場合には、当該金属めっきを構成する金属または合金を含有させためっき液に、基板または金属めっき層がめっきされた基板を浸漬させ、電圧を印加させることにより、該基板にめっきすることができる。
【0022】
バリアめっき層を構成する材料は、上記の金属めっき層と異種の金属から成るものであればよい。例えば、バリアめっき層としては、コバルト、銅、ニッケル、チタン、または亜鉛のうちの少なくとも1つの元素から構成されるものを用いることができる。例えば、金属めっき層にニッケル−コバルト合金を用いる場合には、バリアめっき層に銅を用いることができる。
【0023】
バリアめっき層をめっきする際のめっき液の濃度は、ストライクめっきのように比較的低濃度で用いることも可能であるが、本発明に係る金属めっき層と異種の金属であれば十分であることから、通常の金属めっきに使用されるような通常の濃度で(ストライクめっきよりも高濃度で)用いることも可能である。すなわち、本発明に係るバリアめっき層に係るめっき液の濃度については、適用範囲が広いということから、従来のように比較的低濃度且つ一様な濃度で薄膜を形成することが要求されるものではなく、作業の容易性に優れるという利点がある。
【0024】
また、バリアめっき層を選択的に除去するとは、基板上に存在する他の金属めっき層が除去されることなく、基板からバリアめっき層のみが除去されることを意味する。すなわち、バリアめっき層を選択的に除去するための溶解液(エッチング剤)としては、金属めっき層の構成金属が溶解されにくく、専らバリアめっき層の構成金属を溶解させる性質のものが利用される。このようなエッチング剤としては、例えば、過硫酸アンモニウムや、過硫酸ナトリウムを用いることができる。
【0025】
このようなことから、本発明に係る電鋳品における(金属めっき層、バリアめっき層、およびエッチング剤)の組み合わせとしては、特に限定されるものではないが、例えば、(ニッケル−コバルト合金、銅、過硫酸アンモニウム)の組み合わせを用いることができる。なお、この他にも(ニッケル−コバルト合金、チタン、チタンエッチング液)という組み合わせも可能である。
【0026】
電鋳のプロセスにおいて鋳型として機能するレジストを構成する材料は、公知のものであれば特に限定されるものではないが、加工の容易性および入手のし易さから、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用いることが好ましく、例えば、光硬化性樹脂であるドライフィルムレジスト(DFR)を用いることができる。該レジストは、基板上にラミネート(被膜)された後に、例えば、所定パターンを有するフォトマスクを用いて露光・現像等の処理を行うことによりその一部が除去され、所望の形状を有する本発明に係るレジスト(第1および第2のレジスト)として用いられる。
【0027】
以下、本発明に係る電鋳品の製造方法を、
図1の本発明に係る電鋳品の製造方法をフローとして示す説明図に従って説明する。なお、以下ではレジストとして、光硬化性樹脂であるドライフィルムレジスト(DFR)を例として挙げるが、レジストはこれに限定されるものではない。
【0028】
(1)第1のレジストの形成
先ず、基板1(例えば、ステンレス鋼(SUS))を、アルカリ脱脂、RCA洗浄、およびクリーナー処理を用いて洗浄する(
図1(a))。該基板1の表面に対して、第1のレジスト21を構成するドライフィルムレジスト(DFR)を、所望の厚さに一様にラミネート(被膜)する(
図1(b))。
基板1上のドライフィルムレジスト(DFR)に対して所定パターンを有するフォトマスク100を用いて露光を行う(
図1(c))。さらに、現像を行う。これらの処理によって、ドライフィルムレジスト(DFR)から、レジスト内の一部が除去され、該除去された部分(第1のレジストに覆われていない部分21a・21b・21c)を含む形状を有する第1のレジスト21が得られる(
図1(d))。
【0029】
(2)第1の金属めっき層の形成
該基板1をめっき液(例えば、ニッケルおよびコバルトを含有するめっき液)に浸漬させる。該基板を陰極として電流を通流させ、基板上の第1のレジストに覆われていない部分21a・21b・21c(前記除去された部分)に対して、第1の金属めっき層31(例えば、ニッケル−コバルト合金)を堆積させる電鋳(光沢電鋳)を行う(
図1(e))。光沢電鋳は、光沢のある電鋳品や硬度の高い電鋳品を得るのに有効である。
なお、該第1の金属めっき層31を堆積させる方法は、電気めっきの他に、化学蒸着(CVD)、物理蒸着(PVD)、急速熱処理(RTP)、リソグラフ等の薄膜分野における公知の成膜方法を用いることも可能である。
【0030】
(3)バリアめっき層の形成
該堆積された第1の金属めっき層31の表面に、バリアめっき層4をめっきするために、先ず、該基板1を、バリアめっき層4の構成金属(例えば、銅)を含むめっき液に浸漬させる。該基板1を陰極として該めっき液中に電流を通流させ、基板1上に露出している前記第1の金属めっき層31に対して、めっきを行い、バリアめっき層4を堆積させる。このめっきによって、バリアめっき層4が第1の金属めっき層31の表面を被覆し、該基板1の表面には、第1のレジスト21およびバリアめっき層4により覆われた状態となる(
図1(f))。
【0031】
(4)第2のレジストの形成
該基板1上に対して、上記第1のレジスト21と同様に、さらに第2のレジスト22をマスクとして、ラミネートする(
図1(g))。そして、該ラミネートされた第2のレジスト22は、上記第1のレジスト21と同様に、所定パターンを有するフォトマスク200を用いて露光する(
図1(h))。さらに、現像を行う。結果として、その一部に除去された部分(第2のレジストに覆われていない部分22a・22b)を含む形状を有する(
図1(i))。
【0032】
(5)バリアめっき層のエッチング
次に、該第2のレジストに覆われていない部分22a・22bに露出したバリアめっき層4を、選択的に除去する。バリアめっき層4を選択的に除去する方法としては、例えば、上記のバリアめっき層4を含む基板1に対して、バリアめっき層4の構成金属を選択的にエッチング可能な溶液(例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム)に浸漬するかまたは当該溶液をスプレーで吹き付けることによって、バリアめっき層4の構成金属(例えば、銅)のみを該溶液中に溶解させることにより行うことができる(
図1(j))。
【0033】
(6)第2の金属めっき層の形成
バリアめっき層4を選択的に除去した後に基板1上に露出した第1の金属めっき層31に対して、さらに第2の金属めっき層32を堆積させる。第2の金属めっき層32は、通常は、第1の金属めっき層31と同じ金属を用いるが、第1の金属めっき層31と異なる金属を用いることも可能である。
上記の第1の金属めっき層31を基板1上に堆積させた場合と同様にして、該基板1をめっき液(例えば、ニッケルおよびコバルトを含有するめっき液)に浸漬させる。該基板1を陰極として電流を通流させ、基板1上の該第2のレジストに覆われていない部分22a・22b(前記除去された部分)に対して、第2の金属めっき層32(例えば、ニッケル−コバルト合金)を電鋳(光沢電鋳)により堆積させる(
図1(k))。
【0034】
(7)レジストおよびバリアめっき層の除去
第1のレジスト21および第2のレジスト22を化学的操作および/または物理的操作(機械的操作)により除去(剥離)する(
図1(l))。さらに、バリアめっき層4を、上記と同様にしてエッチングにより除去する(
図1(m))。
【0035】
以上により、多層の金属めっき層から成る本発明に係る多層構造の電鋳品が得られる(
図1(m))。本発明に係る多層構造の電鋳品は、基板1が含まれるものおよび基板1が含まれないものも、用途に応じて作成することが可能である。すなわち、本発明に係る電鋳品は、基板1の剥離の有無によって、第1の金属めっき層31および第2の金属めっき層32のみから成るものとすることもでき、また、第1の金属めっき層31および第2の金属めっき層32に基板1が付属して成るものとすることもできる。本発明に係る電鋳品は、例えば、第1の金属めっき層31および第2の金属めっき層32のみから成るものとしては、
図2に示すような不規則な凹凸形状を高い強度のもとで形成することが可能である。
【0036】
なお、上記多層構造の電鋳品は、積層される金属めっき層が2層のものについて記載したが、本発明に係る上記処理を繰り返し適用すること、すなわち、本発明に係る電鋳品は、第3のレジストおよび第3の金属めっき層、第4のレジストおよび第4の金属めっき層、あるいはそれ以上の多層のレジストおよび金属めっき層を繰り返し用いることによって、3層、4層、あるいはそれ以上の多層となる金属めっき層から成る電鋳品を得ることができ、さらにアスペクト比が高い多段電鋳品としての利用も可能である。
【0037】
このようにして得られる本発明に係る電鋳品は、製造過程にめっきしたバリアめっき層が残存していないという特徴を有する。このように、製造過程に使用した不純物が含有していないことから、本発明に係る電鋳品は、電鋳品本来の構成材料である金属めっき層のみから多層構造が形成され、所望の強度および特性を発揮する。すなわち、本発明に係る電鋳品は、製造過程に使用した不純物が残存するという従来の多層構造の電鋳品では得られない効果を奏する。その優れた効果の1つとして密着性の高さがあり、本発明に係る電鋳品は、従来の電鋳品と比べて高い密着性が示されている(後述の実施例2参照)。
【0038】
本発明に係る電鋳品は、ダイヤフラム、プローブ、リードフレーム、フィルター、メタルマスク、金属メッシュ等として広範な分野にわたり利用することができる。
【0039】
以下に実施例を示すが、この実施例は本発明に係る電鋳品を単に例示するためのものであり、本発明を限定するものではない。
◇第1の金属めっき層について(※従来品も同じ)
めっき液:ニッケル−コバルトめっき液、厚み:4μm
◇第2の金属めっき層について(※従来品も同じ)
めっき液:ニッケル−コバルトめっき液、厚み:7μm
◇バリアめっき層について(本発明)
めっき液:硫酸銅めっき液、厚み:1〜2μm
◇ストライクめっき層について(従来)
めっき液:ニッケルめっき液、厚み:0.05〜1μm
【0040】
(実施例1)
先ず、基板となるステンレス鋼(SUS)(厚み:300μm)を、アルカリ脱脂、RCA洗浄、クリーナー処理を用いて洗浄した。該基板の表面に対して、ドライフィルムレジスト(DFR)を、10ミクロンオーダーで一様に塗布し、基板上にラミネート(被膜)した。ドライフィルムレジスト(DFR)に対して露光および現像を行い、レジストパターンを形成した。
【0041】
該基板を、ニッケルおよびコバルトを含有するめっき液に浸漬させ、該基板を陰極として電流を通流させ、基板上の該レジストに覆われていない部分(前記除去された部分)に対して、ニッケル−コバルト合金を堆積させる電鋳(光沢電鋳)を行った。得られた基板をめっき液から取り出して乾燥させた。
【0042】
該基板を銅が含まれるめっき液に浸漬させた。該基板を陰極として電流を通流させ、基板に対して、銅を堆積させるめっきを行った。該基板上に、さらにレジストをマスクとしてラミネートし、露光および現像を行った。
【0043】
該基板に対して、過硫酸アンモニウムに浸漬し、めっきされた銅を溶解させた。該基板に対して、上記と同様に、該基板を、ニッケルおよびコバルトを含有するめっき液に浸漬させる。該基板を陰極として電流を通流させ、基板上の該レジストに覆われていない部分(前記除去された部分)に対して、ニッケル−コバルト合金を堆積させる電鋳(光沢電鋳)を行った。
【0044】
第1および第2のレジストを化学的操作および/または物理的操作(機械的操作)により剥離した。この時点(上述した
図1(l)に相当する)での電鋳体のSEM画像を、
図3(a)〜(c)に示す。
図3(a)は、電鋳体を水平面から傾き40°の位置から写したものである。
図3(b)及び(c)は、電鋳体を真上から写したものである。このSEM画像に写された電鋳体は、
図3(d)の断面模式図に示すように、ステンレス鋼(基板1)と、このステンレス鋼上のニッケル−コバルト合金(第1の金属めっき層31)と、このニッケル−コバルト合金上にさらに積層されたニッケル−コバルト合金(第2の金属めっき層32)及び銅(バリアめっき層4)から構成され、上述した
図1(l)のうち、中央部分周辺の箇所(すなわち、
図1(j)でのレジスト(第2のレジスト22)に覆われていない部分22bに対して、ニッケル−コバルト合金(第2の金属めっき層32)が形成された箇所)に相当する。
【0045】
なお、得られたSEM画像では、上層のニッケル−コバルト合金(第2の金属めっき層32)の下部周辺の一部が、わずかに張り出した形状(
図3(d)に示す張り出し部32a)を有していたが、これは、
図1(i)のレジスト(第2のレジスト22)に覆われていない部分22bに露出した銅(バリアめっき層4)に対するエッチングを行った際に、このレジスト(第2のレジスト22)に覆われていない部分22bに隣接する銅(バリアめっき層4)(すなわち、
図1(i)の中央部分周辺のレジスト(第2のレジスト22)の直下にある銅(バリアめっき層4))の一部がわずかに除去され、この除去された箇所にニッケル−コバルト合金(第2の金属めっき層32)が堆積されることで形成されたものである。
図3(a)〜(c)に示されるSEM画像から、基板上に、ニッケル−コバルト合金層と銅層が各々明確な別領域として滑らかに堆積されたことが確認された。
【0046】
さらに、上記と同様に銅をエッチングにより除去した。以上により、多層の金属めっき層から成る本発明に係る多層構造の電鋳品が得られた。得られた本発明に係る多層構造の電鋳品のSEM画像を
図4(a)〜(c)に示す。
図4(a)は、電鋳体を水平面から傾き40°の位置から写したものである。
図4(b)及び(c)は、電鋳体を真上から写したものである。
このSEM画像に写された電鋳体は、
図4(d)の断面模式図に示すように、ステンレス鋼(基板1)と、このステンレス鋼(基板1)上の2層のニッケル−コバルト合金(第1の金属めっき層31及び第2の金属めっき層32)から構成され、上述した
図1(m)のうち、中央部分周辺の箇所(すなわち、
図1(j)でレジスト(第2のレジスト22)に覆われていない部分22bに対して、ニッケル−コバルト合金(第2の金属めっき層32)が形成された箇所)に相当する。
図4(a)〜(c)に示されるSEM画像から、本発明に係る多層構造の電鋳品は、上記
図3(a)で示された基板上の銅層が全て除去され、結果として、銅を含まないコバルト−ニッケル合金から構成されることが確認された。このことから、従来のニッケルストライクめっきを用いた多層構造の電鋳品では、層間密着力を高めるために使用されたニッケルが、完成品である多層構造の電鋳品に残存していたが、本発明に係る多層構造の電鋳品では、このニッケルのような中間材料の残存が無いことから、従来の電鋳品とは異なるものであることが確認された。
【0047】
(実施例2)
上記で得られた本発明に係る多層構造の電鋳品に対して剥離試験を行った。
実施した剥離試験の内容は、得られた電鋳品をテープで上下に挟んで貼りつけて180°折曲げて剥離するかどうかを確認した。この場合に、積層された1層目と2層目の金属めっき層同士が剥がれてしまう場合には密着性が弱いということが示される。
比較例として、本発明の金属めっき層(銅めっき)に替えて、従来のニッケルストライクめっきを用いて得られた電鋳品に対しても、該剥離試験を行った。本発明に係る電鋳品、および従来の電鋳品のいずれのサンプルに対しても該剥離試験を10回実施した。
【0048】
(剥離試験の結果)
<剥離が起こらなかった割合>
従来の電鋳品(ニッケルストライクめっき使用):50%
本発明に係る電鋳品(銅めっき使用):100%
【0049】
上記の剥離試験の結果により、従来の電鋳品では50%の電鋳品が1層目と2層目が剥離したが、本発明に係る電鋳品では剥離が起こらなかったということが確認された。
なお、本発明に係る電鋳品を第1の金属めっき層31側に折り曲げて第1の金属めっき層31および第2の金属めっき層32相互間の一端に剥離応力を加えた場合の電子顕微鏡に基づく説明図を
図5に示す。
図5に示すように、金属めっき層間の接合部の剥がれが無く、すなわち、第1の金属めっき層31および第2の金属めっき層32との接合部Aでは剥離は発生しなかった。その代わりに、その接合部A近傍の第1の金属めっき層31において、第2の金属めっき層32で覆われていない露出表面部の箇所Bが引きちぎられるような剥離が認められた。このことから、第1の金属めっき層31および第2の金属めっき層32相互間は、強固に密着していることが確認された。
このように、本発明の電鋳品は、従来の電鋳品と比較して剥離しにくいことが示された。