配線形成方法
【課題】樹脂基板上に、接着層等を形成するための別の工程を加えることなく、基板との密着性の高い導電性配線を簡単に形成することができる配線形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】樹脂基板１上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層３を形成する工程と、レーザ光６を塗布層３の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性微細配線４を形成する工程と、導電性微細配線４以外の領域の材料を除去する工程とを備え、塗布層３の厚さをｄ、塗布層３の光吸収係数をα、レーザ光６の入射光強度をＩ0、樹脂基板１上に到達するレーザ光６の透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする。
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
【解決手段】樹脂基板１上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層３を形成する工程と、レーザ光６を塗布層３の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性微細配線４を形成する工程と、導電性微細配線４以外の領域の材料を除去する工程とを備え、塗布層３の厚さをｄ、塗布層３の光吸収係数をα、レーザ光６の入射光強度をＩ0、樹脂基板１上に到達するレーザ光６の透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする。
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂基板上に導電性配線を形成すると共に、導電性配線と樹脂基板との密着性を向上させることができる配線形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電子デバイス製造において、樹脂基板上に微細な導電性配線を形成する方法としては、銀や銅などの導電膜をスパッタリング、真空蒸着、無電解めっき等により全面に成膜した後、フォトリソグラフィ法により所望の配線にエッチングする方法、マスクを通して無電解めっきや真空蒸着により所望の導電性配線を形成する方法、導電ペーストを用いて樹脂基板上に直接描画する方法等が知られている。しかし、上述のプロセスでは、装置が大型化してしまったり、手間のかかる工程が必要であったり、解像度が不足していたりなどの諸問題があり、簡便な方法で、かつ高精細な導電性微細配線を形成できる方法が望まれている。
【０００３】
一方、粒子直径サイズが１〜数百ｎｍである極微粒子（以下、ナノ粒子という）は、量子サイズ効果などの特有な効果を発現する機能材として、近年その開発が脚光を浴びており、ナノ粒子を含有したインク材料を用いて導電性微細配線を形成する技術開発も行われている。ナノ粒子材料を利用して、例えば、インクジェット法やスクリーン印刷法などによる導電性微細配線形成方法なども各種提案されているが、配線の微細化や、位置精度などの問題を伴うものである。
【０００４】
このような工法の例として例えば、（特許文献１）のような導電性微細配線形成方法が提案されている。
【０００５】
この工法では、樹脂基板上に、インクジェットもしくはスクリーン印刷工法により微細なパターンを形成後、焼成を行うことで導電性微細配線を得ることができる。また、基板との密着性を向上させるために、事前に接着層を形成しておくと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４７５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した工法は、確かに樹脂基板上に導電性微細配線を形成することができ、また基板との密着性を向上させるための方策も示されている。しかし、基板との密着性を高めるためには、接着層等を形成するための別のプロセスも必要であり、簡便な方法とはいえない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記に課題に鑑みてなされたものであって、接着層等を形成するための別の工程を加えることなく、樹脂基板上に、基板との密着性の高い導電性配線を簡単に形成することができる配線形成方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、樹脂基板上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層を形成する工程と、レーザを前記塗布層の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性配線を形成する工程と、前記導電性配線以外の領域の材料を除去する工程とを備え、前記塗布層の厚さをｄ、前記塗布層の光吸収係数をα、前記レーザの入射光強度をＩ0、前記樹脂基板上に到達する前記レーザの透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする配線形成方法である。
【００１０】
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接着層等を形成するための別の工程を加えることなく、樹脂基板上に、基板との密着性の高い導電性微細配線を簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例による配線形成のプロセス図
【図２】本実施例による配線形成装置の模式図
【図３】本実施例による配線形成装置の制御ブロック図
【図４】本実施例による配線形成装置の制御フロー図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
請求項１記載の発明の配線形成方法は、樹脂基板上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層を形成する工程と、レーザを塗布層の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性微細配線を形成する工程と、導電性微細配線以外の領域の材料を除去する工程とを備え、塗布層の厚さをｄ、塗布層の光吸収係数をα、レーザの入射光強度をＩ0、樹脂基板上に到達するレーザの透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする導電性微細配線形成方法である。
【００１４】
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
これにより、接着層等を形成するための別の工程を加えることなく、樹脂基板上に、基板との密着性の高い導電性微細配線を簡単に形成することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明の配線形成方法は、上記発明において、透過光強度Ｉ１が５ｍＷ以上であって、レーザ照射により導電性配線を形成していくと同時に、形成する導電性配線と接する樹脂基板の表層も形状変形させるというものであり、樹脂基板上に導電性配線を形成すると共に、導電性配線と樹脂基板との密着性を向上させるという作用を有する。
【００１６】
請求項３記載の発明の配線形成方法は、上記発明において、樹脂基板のガラス転移温度が、５０℃以上、３００℃以下というものであり、効率よく導電性配線を形成することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明の配線形成方法は、上記発明において、波長の異なる２種類のレーザ光を同時に照射して、第１のレーザ光は塗布層で吸収され、第２のレーザ光は樹脂基板で吸収されるというものであり、２種類のレーザ光で塗布層と樹脂基板とをそれぞれ最適な条件にして、導電性配線の形成を行うことができる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１９】
本発明の配線、より具体的には導電性微細配線の形成方法は、導電性のナノ粒子（特許請求の範囲における導電性微粒子に対応する）を含有する導電性ナノ粒子分散溶液を用いることを特徴とする。
【００２０】
まず始めに、導電性微細配線形成の大まかなプロセスを図１を用いて説明する。図１は、本実施例による配線形成のプロセス図であるが、図１（ａ）は樹脂基板１上に塗布層３が形成された状態の断面図であり、図１（ｂ）はレーザ照射により導電性微細配線４が形成されている途中状態の断面図、図１（ｃ）は導電性微細配線４が形成された状態の断面図である。まず、第１のステップとして、後述するディッピング法、スピンコート法などにより樹脂基板１上に塗布層３を形成して図１（ａ）の状態になる。次に第２のステップとして、図１（ａ）の状態の塗布層３に対してレーザ光６を照射しながら、樹脂基板１とレーザ光６を相対的に移動させることで、導電性微細配線４が形成されると共に、樹脂基板表層の熱変形により樹脂基板表面租部２が形成されることで導電性微細配線４との密着性が向上する。第３のステップとして、前ステップで形成された導電性微細配線４以外の余剰な塗布層３を適当な溶剤などにより除去することで、樹脂基板１上に樹脂基板表面租部２と共に導電性微細配線４だけが残されることになる。
【００２１】
以下に、各プロセスに関する詳細な説明を行う。
【００２２】
一般的に、導電性を示す金属または複合金属の物性値は、バルク材料とナノ粒子とでは大きく異なることが知られている。例えば、銀ナノインクと呼ばれる導電性ナノ粒子分散溶液中に含まれる銀（Ａｇ）のナノ粒子の平均粒子径は５〜１０ｎｍ程度と非常に小さい。このため粒子表面の格子歪みが通常の銀のバルク材料と比べて大きく、それゆえ各種特徴が現れてくる。例えば、融点（厳密には、溶融する状態と定義できないかもしれないが）で比較すると、銀のバルク材料の融点は約９００℃であるのに対して、銀のナノ粒子では２００℃以下で溶融状態となるものもある。一方、銀のナノ粒子が溶融した状態での比抵抗値は、バルク材料と比べて、同程度もしくは若干劣る程度の比抵抗値が得られる。そこで、バルク材料の融点である９００℃の領域では、例えば樹脂材料等を基板として用いることはできないが、２００℃程度であれば、耐熱温度の高い樹脂材料、例えばポリイミドなどの樹脂材料を基板として利用することが可能となる。
【００２３】
さらに具体的には、上記導電性ナノ粒子は、２０℃における比抵抗値が２０μΩ・ｃｍ以下（好ましくは１０μΩ・ｃｍ以下）である金属または複合金属材料であることが望ましい。このような条件を満足する金属としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｎｉなどが挙げられる。これらの中でもＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｚｎ，ＳｎおよびＩｎが比抵抗値および融点がより低いので好ましい。
【００２４】
また、導電性ナノ粒子が複合金属からなる場合、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｚｎ，ＳｎおよびＩｎの少なくとも１種を含有する複合金属を用いるのが好ましい。かかる複合金属としては、Ｃｕ−Ｚｎ，Ｃｕ−Ｓｎ，Ａｌ−Ｃｕ，Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｄ，Ｃｕ−Ｎｉ，Ａｕ−Ａｇ−Ｃｕ，Ａｕ−Ｚｎ，Ａｕ−Ｎｉ，Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ，Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ａｇ−Ｉｎ，Ｃｕ−Ａｇ−Ｎｉ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｃｕなどが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。複合金属中の各金属の組成比については特に制限はなく、種々選択できる。
【００２５】
さらに、金属および複合金属は不純物元素を含んでいてもよいが、その量は１％未満であることが好ましい。不純物元素としては、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｗ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔなどの金属、また金属以外にも、Ｐ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｓなどの非金属、Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属、およびＭｇ，Ｃａなどのアルカリ土類金属が挙げられる。これらの不純物元素は、１種もしくは２種以上含有されていてもよい。
【００２６】
本発明で用いる導電性ナノ粒子分散溶液は、上記の金属または複合金属のナノ粒子を製造した後、適当な溶媒に分散させることによって調製することができる。分散溶媒としては、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系有機溶媒が利用可能であるが、これに限定されるものではなく、ナノ粒子の分散性、安定性が確保でき、かつ後処理で扱いやすく、１００℃程度の低温沸点を有するものであればよい。なお、この様にして調製した導電性ナノ粒子分散溶液をそのまま塗布液として用いてもよいし、例えば、粘度調整のために濃縮、脱塩、精製、希釈等の種々の処理を施した後に塗布液として用いてもよい。
【００２７】
導電性微細配線を形成する樹脂基板としては、ポリカーボネート；ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂；ポリ塩化ビニル、塩化ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂；エポキシ樹脂；フッ素樹脂；ナイロン；ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂、ポリイミド等を挙げることができ、所望によりそれらを複合させたり、積層させたりしたものなど併用したものを用いてもよい。
【００２８】
上述した導電性ナノ粒子分散溶液を用いて塗布層を基板上に形成する。形成される塗布層としては、できるだけ均一な膜厚の方が望ましい。一般的には、スピンコート塗布法などの簡便な方法により比較的均一な薄膜層を形成できるものであるが、より厚膜を形成するためにはディッピング法などが適当である。
【００２９】
次に、上述したように樹脂基板上に形成した塗布層にレーザ光を照射して導電性微細配線を形成する配線形成装置について図２〜図４を用いて説明する。図２は、本実施例による配線形成装置の模式図、図３は、本実施例による配線形成装置の制御ブロック図、図４は、本実施例による配線形成装置の制御フロー図である。
【００３０】
さらに、このようなプロセスを詳細に説明する。
【００３１】
図２において、１は樹脂基板、２は照射されるレーザ光の一部が樹脂基板１の表層まで到達することによって形成される樹脂基板表面租部、３は導電性ナノ粒子分散溶液の塗布層（以下、塗布層という）、４は塗布層３のうちレーザ光照射によって形成された導電性微細配線、５はレーザ光を微小スポットに絞り込むための集光レンズ、６はレーザ光、７は集光レンズアクチュエータ、８はＸＹ軸基準位置ガイド、９はＸＹステージアクチュエータである。
【００３２】
また、図３において、１０はレーザ駆動電流制御部、１１は集光レンズ位置制御部、１２はＸＹステージ位置制御部、１４は描画パターンデータ、１５はレーザ光源、１３は描画パターンデータ１４に基づいて、集光レンズ５の位置データ、ＸＹステージの位置データや移動速度、レーザ光源１５の駆動電流データを算出する演算部である。なお、ここで、樹脂基板１の表面（または基板保持部材の基板保持面）内の互いに直交する２つの方向をＸ軸およびＹ軸としている。
【００３３】
ここで、ＸＹステージアクチュエータ９は、特許請求の範囲における駆動手段に対応し、ＸＹステージ位置制御部１２は、同じく駆動制御手段に対応し、レーザ駆動電流制御部１０と集光レンズ位置制御部１１は、同じくレーザ光照射制御手段に対応し、演算部１３は、同じく演算手段に対応している。ここで、レーザ光源１５と集光レンズアクチュエータ７は、特許請求の範囲におけるレーザ光照射手段に対応し、ＸＹステージアクチュエータ９は、同じく駆動手段に対応し、ＸＹステージ位置制御部１２は、同じく駆動制御手段に対応し、レーザ駆動電流制御部１０と集光レンズ位置制御部１１は、同じくレーザ光照射手段に対応し、演算部１３は、同じく演算手段に対応している。
【００３４】
上記のように構成した配線形成装置についての動作を図４に示す。動作シーケンスの最初のステップとしては、立体物の回転軸を回転ステージの軸に合わせるように設置し、さらにレーザ光の集光スポットが立体物の基準位置マーカに合うように立体物の回転位置を調整する。次に、形成する導電性微細配線の描画パターンデータに基づいてスタート位置までＸＹステージ、回転ステージを移動させる。以降は、ユーザが設定した描画パターン、描画速度、レーザ出力の各データにしたがって、塗布層にレーザを照射していくが、より具体的には、塗布層上の描画条件の変化点、つまりＸＹステージアクチュエータ、回転ステージアクチュエータ、レーザ光源へ１５の出力を変化させる必要がある位置での各データに基づいてシーケンシャルに制御を行っていく。全ての描画パターンデータに対して、以上のようなシーケンス制御を繰り返すことによって、ユーザが設定した所望の描画パターンが得られるものである。なお、ここではＸＹステージアクチュエータ９によって立体物５を移動制御する場合を説明したが、もちろん、両者が相対的に変位すればよいのであって、レーザ光側を移動制御させてもよい。
【００３５】
上記のように構成した配線形成装置についての動作を図４に示す。動作シーケンスの最初のステップとしては、ＸＹ軸基準位置ガイドからの位置情報を基にして描画スタート位置まで、ＸＹステージを移動させる。以降は、ユーザが設定した描画パターン、描画速度、レーザ出力の各データにしたがって、基板にレーザを照射していくが、より具体的には、基板上の描画条件の変化点、つまりＸＹステージアクチュエータ、レーザへの出力を変化させる必要がある位置での各データに基づいてシーケンシャルに制御を行っていくことによって、ユーザが設定した所望の描画パターンが得られるものである。
【００３６】
また、導電性微細配線４の線幅は、塗布層３へのレーザ光６の照射スポットのサイズ、形状によって決まってくる。当然、より細い配線を形成する場合には、集光レンズ５によりレーザ光６を微小スポットに集光する必要がある。また、本質的に導電性微細配線４の形成は、レーザ光照射による熱エネルギー変化である。導電性微細配線４を形成するために樹脂基板１に対してレーザ光６を照射、スキャンしていくので、このスキャン速度によって塗布層３のある部位に投入される熱エネルギーは変わってくるため、レーザ光６の照射強度とスキャン速度の制御は重要である。
【００３７】
さて、導電性微細配線と樹脂基板との密着性に関して説明する。通常、樹脂基板上の塗布層に対してレーザ光を照射し、導電性微細配線を形成するプロセスにおいて、照射するレーザ光の必要エネルギーは、塗布層に含まれるナノ粒子が結合して導電性微細配線へと変化するために必要なエネルギーであればよい。そのため、仮に、過剰なエネルギーのレーザ光を照射してしまうと、樹脂基板に熱によるダメージを与えてしまうため、照射するレーザ光は必要最小限度に制御されるものである。例えば、耐熱性の指標であるガラス転移温度が５０℃以下の樹脂基板では、導電性微細配線を形成するために照射される必要最小レーザ光であっても、前述の理由により使用することが出来ない。
【００３８】
ここで、塗布層を透過して樹脂基板表面にまで到達するレーザ光を考えてみると、レーザ光が、厚さｄの塗布層を透過するとし、入射光強度Ｉ0、透過光強度Ｉ1、光吸収係数α、とすると
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
となり、この関係式で規定される透過光が強すぎると樹脂基板自体が焼けてしまうことになる。
【００３９】
しかしながら、本願は、この現象を逆に利用して、透過光が適当なエネルギーとなるように照射するレーザ光を制御し、樹脂基板に熱によるダメージで樹脂基板自体が使用不可とならないよう、樹脂基板の極表層だけが熱的変形をうけるだけに留めるように行うものである。
【００４０】
一般的に、基板上に何かの薄膜等を形成する際に、基板との密着性を向上させる手法の中に、サンドブラストなどにより事前に基板表面を荒らしておくような方法がある。先に述べた基板表層の熱的な変形というのは、正にこの基板表面を荒らしておくという状態と同様のものである。また、樹脂基板表層の熱的変形と、導電性微細配線の形成は、一度のレーザ照射によって同時におこるものであるから、形成される導電性微細配線の下面は微小に変形した樹脂基板表層に沿ったような形状となっているため、当然、基板との密着性が向上する。以上のことは、樹脂基板上で生じる効果であって、例えばガラス基板上では期待できない。もちろん、樹脂基板と比べて耐熱温度が高いガラス基板であっても、強いレーザ光を照射すればガラス基板表面が熱変形する。しかし、そのような強いレーザ光を照射すると、アブレーションにより導電性微細配線自体が形成されない。また同様の理由により、樹脂基板のガラス転移温度が３００℃以上の樹脂基板も不適当である。
【００４１】
実際には、樹脂基板に必要以上のダメージを与えず、基板表層だけに熱的変形を作り出すために照射するレーザ光の強度は、塗布層の厚み、光吸収率と、樹脂基板のガラス転移温度、光吸収率などによって大きく変わるものであるため、適当な透過光強度となるように照射するレーザ光強度は制御されなければならない。
【００４２】
例えば、樹脂基板のガラス転移温度、基板厚みなどにもよるが、塗布層を透過して基板表層まで到達するレーザ光強度を１０ｍＷ程度だとすると、１％から２０％程度の光透過率となっている塗布層に対して、１０００ｍＷから５０ｍＷ程度のレーザ光を照射するのが適当である。ただし、塗布層の光透過率が低い場合には樹脂基板表面を変形させるため照射するレーザ光を強くする必要があるが、前述したように、レーザ光が強すぎるとアブレーションがおこってしまうため注意が必要である。また、逆に塗布層の光透過率が高い場合には、塗布層をメタル化するためのエネルギーで樹脂基板がダメージを受けてしまうため同様に注意が必要である。
【００４３】
また、レーザ照射の走査速度について説明する。
【００４４】
この基板密着性向上の効果は、レーザ照射による樹脂基板表層の熱変化によるものであるため、レーザの照射スキャン速度も当然影響するが、例えば、スキャン速度を低くしていくと、樹脂基板表層がうける熱エネルギーは増加していくが、単純な線形の関係とはならない。前述したように、樹脂基板表層の前段に塗布層があり、レーザ照射によりメタル化していく。この塗布層のメタル化によって光透過率は急激に低下し、樹脂基板表層まで到達するレーザ光のエネルギーは僅かなものとなる。したがって、例えばスキャン速度を半分にしたからといって、樹脂基板表層のあるエリアがうけるレーザ光のエネルギーは２倍となるわけではない。実際には、塗布層のメタル化と樹脂基板表層の熱変化との時間的競争の過渡変化であるため、スキャン速度を多少変化させても樹脂基板表層がうける熱量変化はあまり変化しない。したがって、スキャン速度を変えることにより樹脂基板表層がうける熱量を制御する方法はあまり有効な手段ではない。
【００４５】
そのため、上述するように、レーザ光強度を調整することで、樹脂基板と配線層との密着性を高めている。
【００４６】
以上の説明では、１種類のレーザ光を用いて、樹脂基板上に導電性微細配線の形成と、基板との密着性向上という２つの機能を狙ったものであるが、２種類のレーザ光を用いることも可能である。例えば、全く波長の異なる２種類のレーザ光を利用して、第１のレーザ光は主に塗布層で吸収され、導電性微細配線を形成することに寄与し、第２のレーザ光は塗布層ではほとんど吸収されずに、樹脂基板で吸収され、前述と同様の効果により基板密着性の向上に寄与するというものである。もちろん、塗布層と樹脂基板の光吸収波長特性が類似していないことが必要であったり、２種類のレーザ光を同時に、同じ位置に精度良く照射できるような複雑な手段が必要であるものの、工程が増えるわけではないので有効な手段のひとつである。具体的には、市販されている銀ナノインクを用いて、スピンコート塗布法により形成できる１００ｎｍ厚の塗布膜の光吸収率波長特性は、赤外である８００ｎｍで２０％、青である４５０ｎｍで８０％程度となっており、波長によって大きく異なっていることがわかる。したがって一例として、前述の第１のレーザ光として４５０ｎｍ程度、第２のレーザ光として８００ｎｍ程度のレーザ光を用いることができる。
【００４７】
ここで、本発明に用いられるレーザ光６の波長は、塗布層３で吸収、発熱するものであれば、紫外光から赤外光まで任意のものを選択することができる。代表的なレーザとしては、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＮ系などの半導体レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ、ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌなどのエキシマレーザ、色素レーザ、ルビーレーザなどの固体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅ，Ｈｅ−Ｘｅ，Ｈｅ−Ｃｄ，ＣＯ2，Ａｒなどの気体レーザ、自由電子レーザなどが挙げられる。また、これらのレーザの第２高調波、第３高調波などの高次高調波を利用してもよい。さらに、これらのレーザは、連続で照射しても、パルスで複数回照射してもよい。さらには、上述したように低温度でも微細配線が形成可能な導電性ナノ粒子で塗布層３を形成しているため、比較的低出力の半導体レーザも利用可能である。このような低出力の半導体レーザは、制御性の面からみても望ましいものである。また、低出力のレーザ光源１５を複数用いて、各レーザ光源１から出射されるレーザ光６を光学系により１つのレーザ光６に重ね合わせてもよい。この場合、多少光学系が複雑になるものの、低出力のレーザ光源１５を使える利点がある。
【００４８】
レーザ光源１５に必要な照射エネルギーは、導電性ナノ粒子の種類、サイズ、塗布層３の厚みなどに依存しているため一概には言えないが、導電性ナノ粒子が実質的にアブレーションせずに、溶融するようなエネルギーとしなければならない。また、複数のレーザ光源１５と複数の光学系を用いると、それぞれの光学系の相対位置制御や、集光レンズ位置の独立制御などシステム構成が複雑になってくるが、上述したものと同様のプロセスを用いて、同じパターンにはなるが複数の導電性微細配線を同時に形成できるため、生産性が高くなるという効果を有する。なお、複数のレーザ光源１５を用いるのではなく、１つのレーザ光源１５から出力されるレーザ光６を分光して、複数の集光レンズを含む光学系を用いても、上述と同様に複数の導電性微細配線を同時に形成できる。しかし、この場合には、レーザ光源１５が１つで済むという利点はあるものの、１つのレーザ光源１５に頼ることになるので高出力タイプのレーザ光源１５が必要となり、またレーザ光源１５自身の出力制御によって、各光学系への光出力を個別に制御できないため、各光学系の中で減衰率を独立に制御できる可変フィルタのようなものを用いる必要がある。
【００４９】
以上のような手段により、レーザ光２の照射、スキャンによって、塗布層３の所定の位置に導電性微細配線４を形成することができるが、さらに所望の導電性微細配線４以外の材料の除去を行う必要がある。適切に除去できれば特に方法に拘るものではないが、簡便な方法としては、適当な溶剤により除去することができる。ここで用いる溶剤としては、余剰材料を溶解できるものであればよい。例えば、元々の導電性ナノ粒子分散溶液自体の溶媒として用いているトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系有機溶媒が利用可能である。具体的には、レーザ光２による導電性微細配線形成を行った樹脂基板を、上述の適当な溶剤の中に浸す。樹脂基板上に残る導電性微細配線部分以外の余剰材料は、溶剤中に溶解拡散するため除去されることになる。
【００５０】
このようにして、レーザ光が照射、スキャンされなかった部分の塗布層が除去され、導電性微細配線のみが残ることになる。また、余剰材料の溶解拡散を補助促進するために、超音波洗浄などの物理的な作用によるプロセスを併用しても構わない。
【００５１】
いずれの場合においても、洗浄処理が不十分だと、余剰材料が残ってしまうし、反対に洗浄処理が過剰であれば、所望の導電性微細配線自体にダメージを与えてしまう可能性があるため、適当な洗浄処理条件というのが必要になってくる。以上によって、樹脂基板上への導電性微細配線の形成が終了する。
【００５２】
なお、上述の余剰材料の除去処理を行った後であれば、導電性微細配線が形成済みの樹脂基板全体に対して、アニーリング等の後処理工程を行ってもよい。このようにすることで、もう少し高い温度でのアニーリング処理が必要なナノ粒子材料の種類では、導電性微細配線の抵抗率を低減したり、内壁面との密着強度を向上させることができる。
【００５３】
また、上述した説明では、レーザ光を塗布層に照射する場合を例に挙げたが、塗布層の配線形成領域に熱エネルギーを供給することができるものであれば、本発明を適用することができる。
【００５４】
以上のように本発明は、耐熱温度の低い樹脂基板上に、ナノ粒子を含む塗布層を形成し、そこにレーザ光を照射することにより、導電性微細配線を形成し、同時に接着層等を形成するための別の工程を加えることなく基板との高い密着性を確保できる配線形成方法を提供することができ、例えば、ＦＰＣなどのフレキシブルな基板を形成するプロセスに有用である。
【００５５】
以下に、樹脂基板の例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の主旨から逸脱しない限り適宜変更することができる、したがって本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
【００５６】
〔ポリイミド基板の場合〕
ここでは、比較的耐熱温度が高いポリイミド基板（厚さ：０．５ｍｍ）を用いた場合について説明する。導電性微粒子分散溶液としてはアルバック社製の銀ナノメタルインク（Ａｇ１Ｔ（製品名））を用い、平均粒径は５ｎｍとなっており、導電性のナノ粒子を含有した分散溶液としては平均的なものであり、溶媒はトルエンを主成分とした有機溶剤となっている。まず、スピンコーティング法で導電性微粒子分散溶液の塗布層を形成する。適当な量の導電性微粒子分散溶液を基板上に滴下し、８００ｒｐｍの速度で、３０秒ほど回転させると、２μｍ程度の塗布膜が形成される。その後、溶媒を乾燥除去するために、１時間程度、室温で放置する。ナノ粒子の金属化が進行しない温度（７０℃以下）程度であれば、乾燥炉などを利用してもよい。
【００５７】
その後、塗布層が形成できた樹脂基板に対してレーザ光を照射、スキャンを行う。用いるレーザ光源１５としては、ＹＡＧの２倍波である波長５３２ｎｍのレーザ光を出力するＤＰＳＳレーザを利用した。このレーザ光源１５の直後に配されるコリメートレンズ、光路を遮断できるシャッタ、塗布層に集光するための集光レンズなどの光学系によって、レーザ光源１５からの出射光をターゲットである基板上の塗布層に集光することができ、所望する導電性微細配線のサイズ、形状に対して、レーザ光の集光形状を合わせこむように光学系を調整する必要がある。また、上述の集光レンズは、レーザ光の光軸に対して平行に微動できるように設置されており、集光レンズ位置制御部によって集光位置の微調整が可能となっている。
【００５８】
このような条件下で必要なレーザ光源出力を考えてみる。上述のポリイミド基板に対してレーザ光強度：約１０ｍＷ程度を照射することで基板表層に密着性向上に寄与するような熱変形をおこすことができ、ここから逆算すると、前述の工程により形成された塗布層での波長５３２ｎｍに対する透過率は約２０％程度であること、集光レンズなどの光学素子での光利用効率が６５％程度であることから、レーザ光源１５の出力としては約７５ｍＷ程度の出力が必要であることになる。また、レーザ光のスキャン速度は５００μｍ／ｓ程度が適当である。
【００５９】
また、本実施例では、微細配線形成用のレーザ光を照射、スキャンする際に、レーザ光は固定位置とし、基板の方を平面方向に移動させる。レーザ光の照射光軸に対して鉛直方向に配したＸＹ２軸のステージ（基板保持手段に対応する）に基板を保持する。このＸＹ２軸のステージも上述の集光レンズと同様に外部制御可能であり、コンピュータなどの自動制御によって基板表面の任意の位置に対して、正確にレーザ光を照射可能である。このようにして、基板上に形成した塗布層の配線形成領域にレーザ光を照射、スキャンする。
【００６０】
導電性微細配線を形成するためのレーザ光の照射、スキャンを完了した後、余剰材料の除去を行う。ここでは、元々のナノ粒子分散溶媒であるトルエン溶液を用いて、配線形成済みの立体物を浸漬させる。さらに、余剰材料の溶解拡散を補助促進するために、超音波洗浄機の中に１分ほど入れることで、余剰材料をできるだけ除去する。
【００６１】
以上のようなプロセスによって、比抵抗値：２０μΩ・ｃｍ、ライン／スペース幅：１０／１０μｍ程度の導電性微細配線が得られる。
【００６２】
また、同じポリイミド基板であっても、塗布層の厚さが変わると照射するレーザ光の条件も変わる。
【００６３】
例えばディップコートにより塗布膜を形成して、厚さが１０μｍ程度になると、前述したスピンコートによる塗布膜の約５倍の厚みとなり、レーザ光の透過率も１／５の４％程度になる。この場合、レーザ光の出力は３７５ｍＷ程度が適当であり、光学系を経て、塗布膜後の透過光は、前述同様に約１０ｍＷ程度になる。要するに、ポリイミド基板表層に到達するレーザ光が１０ｍＷ程度となるように調整を行えば、基板との密着性を確保した導電性微細配線が形成できる。
【００６４】
〔ＰＥＴ基板の場合〕
次に、比較的耐熱温度が低いＰＥＴ基板（厚さ：０．５ｍｍ）を用いた場合について説明する。塗布層の形成工程、余剰材料の除去工程などは前述同様であり、また用いるレーザ光源も同様のもので構わないが、レーザの出力は変える必要がある。やはりＰＥＴ基板の耐熱温度が低いために、塗布膜後のレーザ透過光は７〜８ｍＷ程度が適当であり、ここから逆算すると、ポリイミド基板と比較してレーザ出力は多少低く設定する必要があり、６０ｍＷ程度が適当である。また、スキャン速度も５００〜１０００μｍ／ｓ程度が適当である。このような条件では、比抵抗値は５０μΩ・ｃｍと多少高くなってしまうが、ポリイミド基板の場合と同様に、ライン／スペース幅：１０／１０μｍ程度で、密着性の高い導電性微細配線が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる配線形成方法は、耐熱温度の低い樹脂基板上に、基板との高い密着性を有する導電性微細配線を形成する場合に有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 樹脂基板
２ 樹脂基板表面租部
３ 塗布層
４ 導電性微細配線
５ 集光レンズ
６ レーザ光
７ 集光レンズアクチュエータ
８ ＸＹ軸基準位置ガイド
９ ＸＹステージアクチュエータ
１０ レーザ駆動電流制御部
１１ 集光レンズ位置制御部
１２ ＸＹステージ位置制御部
１３ 演算部
１４ 描画パターンデータ
１５ レーザ光源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂基板上に導電性配線を形成すると共に、導電性配線と樹脂基板との密着性を向上させることができる配線形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電子デバイス製造において、樹脂基板上に微細な導電性配線を形成する方法としては、銀や銅などの導電膜をスパッタリング、真空蒸着、無電解めっき等により全面に成膜した後、フォトリソグラフィ法により所望の配線にエッチングする方法、マスクを通して無電解めっきや真空蒸着により所望の導電性配線を形成する方法、導電ペーストを用いて樹脂基板上に直接描画する方法等が知られている。しかし、上述のプロセスでは、装置が大型化してしまったり、手間のかかる工程が必要であったり、解像度が不足していたりなどの諸問題があり、簡便な方法で、かつ高精細な導電性微細配線を形成できる方法が望まれている。
【０００３】
一方、粒子直径サイズが１〜数百ｎｍである極微粒子（以下、ナノ粒子という）は、量子サイズ効果などの特有な効果を発現する機能材として、近年その開発が脚光を浴びており、ナノ粒子を含有したインク材料を用いて導電性微細配線を形成する技術開発も行われている。ナノ粒子材料を利用して、例えば、インクジェット法やスクリーン印刷法などによる導電性微細配線形成方法なども各種提案されているが、配線の微細化や、位置精度などの問題を伴うものである。
【０００４】
このような工法の例として例えば、（特許文献１）のような導電性微細配線形成方法が提案されている。
【０００５】
この工法では、樹脂基板上に、インクジェットもしくはスクリーン印刷工法により微細なパターンを形成後、焼成を行うことで導電性微細配線を得ることができる。また、基板との密着性を向上させるために、事前に接着層を形成しておくと記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４７５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した工法は、確かに樹脂基板上に導電性微細配線を形成することができ、また基板との密着性を向上させるための方策も示されている。しかし、基板との密着性を高めるためには、接着層等を形成するための別のプロセスも必要であり、簡便な方法とはいえない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記に課題に鑑みてなされたものであって、接着層等を形成するための別の工程を加えることなく、樹脂基板上に、基板との密着性の高い導電性配線を簡単に形成することができる配線形成方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、樹脂基板上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層を形成する工程と、レーザを前記塗布層の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性配線を形成する工程と、前記導電性配線以外の領域の材料を除去する工程とを備え、前記塗布層の厚さをｄ、前記塗布層の光吸収係数をα、前記レーザの入射光強度をＩ0、前記樹脂基板上に到達する前記レーザの透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする配線形成方法である。
【００１０】
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、接着層等を形成するための別の工程を加えることなく、樹脂基板上に、基板との密着性の高い導電性微細配線を簡単に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施例による配線形成のプロセス図
【図２】本実施例による配線形成装置の模式図
【図３】本実施例による配線形成装置の制御ブロック図
【図４】本実施例による配線形成装置の制御フロー図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
請求項１記載の発明の配線形成方法は、樹脂基板上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層を形成する工程と、レーザを塗布層の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性微細配線を形成する工程と、導電性微細配線以外の領域の材料を除去する工程とを備え、塗布層の厚さをｄ、塗布層の光吸収係数をα、レーザの入射光強度をＩ0、樹脂基板上に到達するレーザの透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする導電性微細配線形成方法である。
【００１４】
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
これにより、接着層等を形成するための別の工程を加えることなく、樹脂基板上に、基板との密着性の高い導電性微細配線を簡単に形成することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明の配線形成方法は、上記発明において、透過光強度Ｉ１が５ｍＷ以上であって、レーザ照射により導電性配線を形成していくと同時に、形成する導電性配線と接する樹脂基板の表層も形状変形させるというものであり、樹脂基板上に導電性配線を形成すると共に、導電性配線と樹脂基板との密着性を向上させるという作用を有する。
【００１６】
請求項３記載の発明の配線形成方法は、上記発明において、樹脂基板のガラス転移温度が、５０℃以上、３００℃以下というものであり、効率よく導電性配線を形成することができる。
【００１７】
請求項４記載の発明の配線形成方法は、上記発明において、波長の異なる２種類のレーザ光を同時に照射して、第１のレーザ光は塗布層で吸収され、第２のレーザ光は樹脂基板で吸収されるというものであり、２種類のレーザ光で塗布層と樹脂基板とをそれぞれ最適な条件にして、導電性配線の形成を行うことができる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００１９】
本発明の配線、より具体的には導電性微細配線の形成方法は、導電性のナノ粒子（特許請求の範囲における導電性微粒子に対応する）を含有する導電性ナノ粒子分散溶液を用いることを特徴とする。
【００２０】
まず始めに、導電性微細配線形成の大まかなプロセスを図１を用いて説明する。図１は、本実施例による配線形成のプロセス図であるが、図１（ａ）は樹脂基板１上に塗布層３が形成された状態の断面図であり、図１（ｂ）はレーザ照射により導電性微細配線４が形成されている途中状態の断面図、図１（ｃ）は導電性微細配線４が形成された状態の断面図である。まず、第１のステップとして、後述するディッピング法、スピンコート法などにより樹脂基板１上に塗布層３を形成して図１（ａ）の状態になる。次に第２のステップとして、図１（ａ）の状態の塗布層３に対してレーザ光６を照射しながら、樹脂基板１とレーザ光６を相対的に移動させることで、導電性微細配線４が形成されると共に、樹脂基板表層の熱変形により樹脂基板表面租部２が形成されることで導電性微細配線４との密着性が向上する。第３のステップとして、前ステップで形成された導電性微細配線４以外の余剰な塗布層３を適当な溶剤などにより除去することで、樹脂基板１上に樹脂基板表面租部２と共に導電性微細配線４だけが残されることになる。
【００２１】
以下に、各プロセスに関する詳細な説明を行う。
【００２２】
一般的に、導電性を示す金属または複合金属の物性値は、バルク材料とナノ粒子とでは大きく異なることが知られている。例えば、銀ナノインクと呼ばれる導電性ナノ粒子分散溶液中に含まれる銀（Ａｇ）のナノ粒子の平均粒子径は５〜１０ｎｍ程度と非常に小さい。このため粒子表面の格子歪みが通常の銀のバルク材料と比べて大きく、それゆえ各種特徴が現れてくる。例えば、融点（厳密には、溶融する状態と定義できないかもしれないが）で比較すると、銀のバルク材料の融点は約９００℃であるのに対して、銀のナノ粒子では２００℃以下で溶融状態となるものもある。一方、銀のナノ粒子が溶融した状態での比抵抗値は、バルク材料と比べて、同程度もしくは若干劣る程度の比抵抗値が得られる。そこで、バルク材料の融点である９００℃の領域では、例えば樹脂材料等を基板として用いることはできないが、２００℃程度であれば、耐熱温度の高い樹脂材料、例えばポリイミドなどの樹脂材料を基板として利用することが可能となる。
【００２３】
さらに具体的には、上記導電性ナノ粒子は、２０℃における比抵抗値が２０μΩ・ｃｍ以下（好ましくは１０μΩ・ｃｍ以下）である金属または複合金属材料であることが望ましい。このような条件を満足する金属としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｓｎ，Ｃｏ，Ｎｉなどが挙げられる。これらの中でもＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｚｎ，ＳｎおよびＩｎが比抵抗値および融点がより低いので好ましい。
【００２４】
また、導電性ナノ粒子が複合金属からなる場合、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｚｎ，ＳｎおよびＩｎの少なくとも１種を含有する複合金属を用いるのが好ましい。かかる複合金属としては、Ｃｕ−Ｚｎ，Ｃｕ−Ｓｎ，Ａｌ−Ｃｕ，Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｄ，Ｃｕ−Ｎｉ，Ａｕ−Ａｇ−Ｃｕ，Ａｕ−Ｚｎ，Ａｕ−Ｎｉ，Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ，Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ａｇ−Ｉｎ，Ｃｕ−Ａｇ−Ｎｉ，Ａｇ−Ｐｄ，Ａｇ−Ｃｕなどが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。複合金属中の各金属の組成比については特に制限はなく、種々選択できる。
【００２５】
さらに、金属および複合金属は不純物元素を含んでいてもよいが、その量は１％未満であることが好ましい。不純物元素としては、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｗ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｐｔなどの金属、また金属以外にも、Ｐ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｓなどの非金属、Ｎａ，Ｋなどのアルカリ金属、およびＭｇ，Ｃａなどのアルカリ土類金属が挙げられる。これらの不純物元素は、１種もしくは２種以上含有されていてもよい。
【００２６】
本発明で用いる導電性ナノ粒子分散溶液は、上記の金属または複合金属のナノ粒子を製造した後、適当な溶媒に分散させることによって調製することができる。分散溶媒としては、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系有機溶媒が利用可能であるが、これに限定されるものではなく、ナノ粒子の分散性、安定性が確保でき、かつ後処理で扱いやすく、１００℃程度の低温沸点を有するものであればよい。なお、この様にして調製した導電性ナノ粒子分散溶液をそのまま塗布液として用いてもよいし、例えば、粘度調整のために濃縮、脱塩、精製、希釈等の種々の処理を施した後に塗布液として用いてもよい。
【００２７】
導電性微細配線を形成する樹脂基板としては、ポリカーボネート；ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂；ポリ塩化ビニル、塩化ビニル共重合体等の塩化ビニル系樹脂；エポキシ樹脂；フッ素樹脂；ナイロン；ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂、ポリイミド等を挙げることができ、所望によりそれらを複合させたり、積層させたりしたものなど併用したものを用いてもよい。
【００２８】
上述した導電性ナノ粒子分散溶液を用いて塗布層を基板上に形成する。形成される塗布層としては、できるだけ均一な膜厚の方が望ましい。一般的には、スピンコート塗布法などの簡便な方法により比較的均一な薄膜層を形成できるものであるが、より厚膜を形成するためにはディッピング法などが適当である。
【００２９】
次に、上述したように樹脂基板上に形成した塗布層にレーザ光を照射して導電性微細配線を形成する配線形成装置について図２〜図４を用いて説明する。図２は、本実施例による配線形成装置の模式図、図３は、本実施例による配線形成装置の制御ブロック図、図４は、本実施例による配線形成装置の制御フロー図である。
【００３０】
さらに、このようなプロセスを詳細に説明する。
【００３１】
図２において、１は樹脂基板、２は照射されるレーザ光の一部が樹脂基板１の表層まで到達することによって形成される樹脂基板表面租部、３は導電性ナノ粒子分散溶液の塗布層（以下、塗布層という）、４は塗布層３のうちレーザ光照射によって形成された導電性微細配線、５はレーザ光を微小スポットに絞り込むための集光レンズ、６はレーザ光、７は集光レンズアクチュエータ、８はＸＹ軸基準位置ガイド、９はＸＹステージアクチュエータである。
【００３２】
また、図３において、１０はレーザ駆動電流制御部、１１は集光レンズ位置制御部、１２はＸＹステージ位置制御部、１４は描画パターンデータ、１５はレーザ光源、１３は描画パターンデータ１４に基づいて、集光レンズ５の位置データ、ＸＹステージの位置データや移動速度、レーザ光源１５の駆動電流データを算出する演算部である。なお、ここで、樹脂基板１の表面（または基板保持部材の基板保持面）内の互いに直交する２つの方向をＸ軸およびＹ軸としている。
【００３３】
ここで、ＸＹステージアクチュエータ９は、特許請求の範囲における駆動手段に対応し、ＸＹステージ位置制御部１２は、同じく駆動制御手段に対応し、レーザ駆動電流制御部１０と集光レンズ位置制御部１１は、同じくレーザ光照射制御手段に対応し、演算部１３は、同じく演算手段に対応している。ここで、レーザ光源１５と集光レンズアクチュエータ７は、特許請求の範囲におけるレーザ光照射手段に対応し、ＸＹステージアクチュエータ９は、同じく駆動手段に対応し、ＸＹステージ位置制御部１２は、同じく駆動制御手段に対応し、レーザ駆動電流制御部１０と集光レンズ位置制御部１１は、同じくレーザ光照射手段に対応し、演算部１３は、同じく演算手段に対応している。
【００３４】
上記のように構成した配線形成装置についての動作を図４に示す。動作シーケンスの最初のステップとしては、立体物の回転軸を回転ステージの軸に合わせるように設置し、さらにレーザ光の集光スポットが立体物の基準位置マーカに合うように立体物の回転位置を調整する。次に、形成する導電性微細配線の描画パターンデータに基づいてスタート位置までＸＹステージ、回転ステージを移動させる。以降は、ユーザが設定した描画パターン、描画速度、レーザ出力の各データにしたがって、塗布層にレーザを照射していくが、より具体的には、塗布層上の描画条件の変化点、つまりＸＹステージアクチュエータ、回転ステージアクチュエータ、レーザ光源へ１５の出力を変化させる必要がある位置での各データに基づいてシーケンシャルに制御を行っていく。全ての描画パターンデータに対して、以上のようなシーケンス制御を繰り返すことによって、ユーザが設定した所望の描画パターンが得られるものである。なお、ここではＸＹステージアクチュエータ９によって立体物５を移動制御する場合を説明したが、もちろん、両者が相対的に変位すればよいのであって、レーザ光側を移動制御させてもよい。
【００３５】
上記のように構成した配線形成装置についての動作を図４に示す。動作シーケンスの最初のステップとしては、ＸＹ軸基準位置ガイドからの位置情報を基にして描画スタート位置まで、ＸＹステージを移動させる。以降は、ユーザが設定した描画パターン、描画速度、レーザ出力の各データにしたがって、基板にレーザを照射していくが、より具体的には、基板上の描画条件の変化点、つまりＸＹステージアクチュエータ、レーザへの出力を変化させる必要がある位置での各データに基づいてシーケンシャルに制御を行っていくことによって、ユーザが設定した所望の描画パターンが得られるものである。
【００３６】
また、導電性微細配線４の線幅は、塗布層３へのレーザ光６の照射スポットのサイズ、形状によって決まってくる。当然、より細い配線を形成する場合には、集光レンズ５によりレーザ光６を微小スポットに集光する必要がある。また、本質的に導電性微細配線４の形成は、レーザ光照射による熱エネルギー変化である。導電性微細配線４を形成するために樹脂基板１に対してレーザ光６を照射、スキャンしていくので、このスキャン速度によって塗布層３のある部位に投入される熱エネルギーは変わってくるため、レーザ光６の照射強度とスキャン速度の制御は重要である。
【００３７】
さて、導電性微細配線と樹脂基板との密着性に関して説明する。通常、樹脂基板上の塗布層に対してレーザ光を照射し、導電性微細配線を形成するプロセスにおいて、照射するレーザ光の必要エネルギーは、塗布層に含まれるナノ粒子が結合して導電性微細配線へと変化するために必要なエネルギーであればよい。そのため、仮に、過剰なエネルギーのレーザ光を照射してしまうと、樹脂基板に熱によるダメージを与えてしまうため、照射するレーザ光は必要最小限度に制御されるものである。例えば、耐熱性の指標であるガラス転移温度が５０℃以下の樹脂基板では、導電性微細配線を形成するために照射される必要最小レーザ光であっても、前述の理由により使用することが出来ない。
【００３８】
ここで、塗布層を透過して樹脂基板表面にまで到達するレーザ光を考えてみると、レーザ光が、厚さｄの塗布層を透過するとし、入射光強度Ｉ0、透過光強度Ｉ1、光吸収係数α、とすると
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
となり、この関係式で規定される透過光が強すぎると樹脂基板自体が焼けてしまうことになる。
【００３９】
しかしながら、本願は、この現象を逆に利用して、透過光が適当なエネルギーとなるように照射するレーザ光を制御し、樹脂基板に熱によるダメージで樹脂基板自体が使用不可とならないよう、樹脂基板の極表層だけが熱的変形をうけるだけに留めるように行うものである。
【００４０】
一般的に、基板上に何かの薄膜等を形成する際に、基板との密着性を向上させる手法の中に、サンドブラストなどにより事前に基板表面を荒らしておくような方法がある。先に述べた基板表層の熱的な変形というのは、正にこの基板表面を荒らしておくという状態と同様のものである。また、樹脂基板表層の熱的変形と、導電性微細配線の形成は、一度のレーザ照射によって同時におこるものであるから、形成される導電性微細配線の下面は微小に変形した樹脂基板表層に沿ったような形状となっているため、当然、基板との密着性が向上する。以上のことは、樹脂基板上で生じる効果であって、例えばガラス基板上では期待できない。もちろん、樹脂基板と比べて耐熱温度が高いガラス基板であっても、強いレーザ光を照射すればガラス基板表面が熱変形する。しかし、そのような強いレーザ光を照射すると、アブレーションにより導電性微細配線自体が形成されない。また同様の理由により、樹脂基板のガラス転移温度が３００℃以上の樹脂基板も不適当である。
【００４１】
実際には、樹脂基板に必要以上のダメージを与えず、基板表層だけに熱的変形を作り出すために照射するレーザ光の強度は、塗布層の厚み、光吸収率と、樹脂基板のガラス転移温度、光吸収率などによって大きく変わるものであるため、適当な透過光強度となるように照射するレーザ光強度は制御されなければならない。
【００４２】
例えば、樹脂基板のガラス転移温度、基板厚みなどにもよるが、塗布層を透過して基板表層まで到達するレーザ光強度を１０ｍＷ程度だとすると、１％から２０％程度の光透過率となっている塗布層に対して、１０００ｍＷから５０ｍＷ程度のレーザ光を照射するのが適当である。ただし、塗布層の光透過率が低い場合には樹脂基板表面を変形させるため照射するレーザ光を強くする必要があるが、前述したように、レーザ光が強すぎるとアブレーションがおこってしまうため注意が必要である。また、逆に塗布層の光透過率が高い場合には、塗布層をメタル化するためのエネルギーで樹脂基板がダメージを受けてしまうため同様に注意が必要である。
【００４３】
また、レーザ照射の走査速度について説明する。
【００４４】
この基板密着性向上の効果は、レーザ照射による樹脂基板表層の熱変化によるものであるため、レーザの照射スキャン速度も当然影響するが、例えば、スキャン速度を低くしていくと、樹脂基板表層がうける熱エネルギーは増加していくが、単純な線形の関係とはならない。前述したように、樹脂基板表層の前段に塗布層があり、レーザ照射によりメタル化していく。この塗布層のメタル化によって光透過率は急激に低下し、樹脂基板表層まで到達するレーザ光のエネルギーは僅かなものとなる。したがって、例えばスキャン速度を半分にしたからといって、樹脂基板表層のあるエリアがうけるレーザ光のエネルギーは２倍となるわけではない。実際には、塗布層のメタル化と樹脂基板表層の熱変化との時間的競争の過渡変化であるため、スキャン速度を多少変化させても樹脂基板表層がうける熱量変化はあまり変化しない。したがって、スキャン速度を変えることにより樹脂基板表層がうける熱量を制御する方法はあまり有効な手段ではない。
【００４５】
そのため、上述するように、レーザ光強度を調整することで、樹脂基板と配線層との密着性を高めている。
【００４６】
以上の説明では、１種類のレーザ光を用いて、樹脂基板上に導電性微細配線の形成と、基板との密着性向上という２つの機能を狙ったものであるが、２種類のレーザ光を用いることも可能である。例えば、全く波長の異なる２種類のレーザ光を利用して、第１のレーザ光は主に塗布層で吸収され、導電性微細配線を形成することに寄与し、第２のレーザ光は塗布層ではほとんど吸収されずに、樹脂基板で吸収され、前述と同様の効果により基板密着性の向上に寄与するというものである。もちろん、塗布層と樹脂基板の光吸収波長特性が類似していないことが必要であったり、２種類のレーザ光を同時に、同じ位置に精度良く照射できるような複雑な手段が必要であるものの、工程が増えるわけではないので有効な手段のひとつである。具体的には、市販されている銀ナノインクを用いて、スピンコート塗布法により形成できる１００ｎｍ厚の塗布膜の光吸収率波長特性は、赤外である８００ｎｍで２０％、青である４５０ｎｍで８０％程度となっており、波長によって大きく異なっていることがわかる。したがって一例として、前述の第１のレーザ光として４５０ｎｍ程度、第２のレーザ光として８００ｎｍ程度のレーザ光を用いることができる。
【００４７】
ここで、本発明に用いられるレーザ光６の波長は、塗布層３で吸収、発熱するものであれば、紫外光から赤外光まで任意のものを選択することができる。代表的なレーザとしては、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＧａＮ系などの半導体レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザ、ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌなどのエキシマレーザ、色素レーザ、ルビーレーザなどの固体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅ，Ｈｅ−Ｘｅ，Ｈｅ−Ｃｄ，ＣＯ2，Ａｒなどの気体レーザ、自由電子レーザなどが挙げられる。また、これらのレーザの第２高調波、第３高調波などの高次高調波を利用してもよい。さらに、これらのレーザは、連続で照射しても、パルスで複数回照射してもよい。さらには、上述したように低温度でも微細配線が形成可能な導電性ナノ粒子で塗布層３を形成しているため、比較的低出力の半導体レーザも利用可能である。このような低出力の半導体レーザは、制御性の面からみても望ましいものである。また、低出力のレーザ光源１５を複数用いて、各レーザ光源１から出射されるレーザ光６を光学系により１つのレーザ光６に重ね合わせてもよい。この場合、多少光学系が複雑になるものの、低出力のレーザ光源１５を使える利点がある。
【００４８】
レーザ光源１５に必要な照射エネルギーは、導電性ナノ粒子の種類、サイズ、塗布層３の厚みなどに依存しているため一概には言えないが、導電性ナノ粒子が実質的にアブレーションせずに、溶融するようなエネルギーとしなければならない。また、複数のレーザ光源１５と複数の光学系を用いると、それぞれの光学系の相対位置制御や、集光レンズ位置の独立制御などシステム構成が複雑になってくるが、上述したものと同様のプロセスを用いて、同じパターンにはなるが複数の導電性微細配線を同時に形成できるため、生産性が高くなるという効果を有する。なお、複数のレーザ光源１５を用いるのではなく、１つのレーザ光源１５から出力されるレーザ光６を分光して、複数の集光レンズを含む光学系を用いても、上述と同様に複数の導電性微細配線を同時に形成できる。しかし、この場合には、レーザ光源１５が１つで済むという利点はあるものの、１つのレーザ光源１５に頼ることになるので高出力タイプのレーザ光源１５が必要となり、またレーザ光源１５自身の出力制御によって、各光学系への光出力を個別に制御できないため、各光学系の中で減衰率を独立に制御できる可変フィルタのようなものを用いる必要がある。
【００４９】
以上のような手段により、レーザ光２の照射、スキャンによって、塗布層３の所定の位置に導電性微細配線４を形成することができるが、さらに所望の導電性微細配線４以外の材料の除去を行う必要がある。適切に除去できれば特に方法に拘るものではないが、簡便な方法としては、適当な溶剤により除去することができる。ここで用いる溶剤としては、余剰材料を溶解できるものであればよい。例えば、元々の導電性ナノ粒子分散溶液自体の溶媒として用いているトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系有機溶媒が利用可能である。具体的には、レーザ光２による導電性微細配線形成を行った樹脂基板を、上述の適当な溶剤の中に浸す。樹脂基板上に残る導電性微細配線部分以外の余剰材料は、溶剤中に溶解拡散するため除去されることになる。
【００５０】
このようにして、レーザ光が照射、スキャンされなかった部分の塗布層が除去され、導電性微細配線のみが残ることになる。また、余剰材料の溶解拡散を補助促進するために、超音波洗浄などの物理的な作用によるプロセスを併用しても構わない。
【００５１】
いずれの場合においても、洗浄処理が不十分だと、余剰材料が残ってしまうし、反対に洗浄処理が過剰であれば、所望の導電性微細配線自体にダメージを与えてしまう可能性があるため、適当な洗浄処理条件というのが必要になってくる。以上によって、樹脂基板上への導電性微細配線の形成が終了する。
【００５２】
なお、上述の余剰材料の除去処理を行った後であれば、導電性微細配線が形成済みの樹脂基板全体に対して、アニーリング等の後処理工程を行ってもよい。このようにすることで、もう少し高い温度でのアニーリング処理が必要なナノ粒子材料の種類では、導電性微細配線の抵抗率を低減したり、内壁面との密着強度を向上させることができる。
【００５３】
また、上述した説明では、レーザ光を塗布層に照射する場合を例に挙げたが、塗布層の配線形成領域に熱エネルギーを供給することができるものであれば、本発明を適用することができる。
【００５４】
以上のように本発明は、耐熱温度の低い樹脂基板上に、ナノ粒子を含む塗布層を形成し、そこにレーザ光を照射することにより、導電性微細配線を形成し、同時に接着層等を形成するための別の工程を加えることなく基板との高い密着性を確保できる配線形成方法を提供することができ、例えば、ＦＰＣなどのフレキシブルな基板を形成するプロセスに有用である。
【００５５】
以下に、樹脂基板の例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、試薬、物質量とその割合、操作等は本発明の主旨から逸脱しない限り適宜変更することができる、したがって本発明の範囲は以下の具体例に制限されるものではない。
【００５６】
〔ポリイミド基板の場合〕
ここでは、比較的耐熱温度が高いポリイミド基板（厚さ：０．５ｍｍ）を用いた場合について説明する。導電性微粒子分散溶液としてはアルバック社製の銀ナノメタルインク（Ａｇ１Ｔ（製品名））を用い、平均粒径は５ｎｍとなっており、導電性のナノ粒子を含有した分散溶液としては平均的なものであり、溶媒はトルエンを主成分とした有機溶剤となっている。まず、スピンコーティング法で導電性微粒子分散溶液の塗布層を形成する。適当な量の導電性微粒子分散溶液を基板上に滴下し、８００ｒｐｍの速度で、３０秒ほど回転させると、２μｍ程度の塗布膜が形成される。その後、溶媒を乾燥除去するために、１時間程度、室温で放置する。ナノ粒子の金属化が進行しない温度（７０℃以下）程度であれば、乾燥炉などを利用してもよい。
【００５７】
その後、塗布層が形成できた樹脂基板に対してレーザ光を照射、スキャンを行う。用いるレーザ光源１５としては、ＹＡＧの２倍波である波長５３２ｎｍのレーザ光を出力するＤＰＳＳレーザを利用した。このレーザ光源１５の直後に配されるコリメートレンズ、光路を遮断できるシャッタ、塗布層に集光するための集光レンズなどの光学系によって、レーザ光源１５からの出射光をターゲットである基板上の塗布層に集光することができ、所望する導電性微細配線のサイズ、形状に対して、レーザ光の集光形状を合わせこむように光学系を調整する必要がある。また、上述の集光レンズは、レーザ光の光軸に対して平行に微動できるように設置されており、集光レンズ位置制御部によって集光位置の微調整が可能となっている。
【００５８】
このような条件下で必要なレーザ光源出力を考えてみる。上述のポリイミド基板に対してレーザ光強度：約１０ｍＷ程度を照射することで基板表層に密着性向上に寄与するような熱変形をおこすことができ、ここから逆算すると、前述の工程により形成された塗布層での波長５３２ｎｍに対する透過率は約２０％程度であること、集光レンズなどの光学素子での光利用効率が６５％程度であることから、レーザ光源１５の出力としては約７５ｍＷ程度の出力が必要であることになる。また、レーザ光のスキャン速度は５００μｍ／ｓ程度が適当である。
【００５９】
また、本実施例では、微細配線形成用のレーザ光を照射、スキャンする際に、レーザ光は固定位置とし、基板の方を平面方向に移動させる。レーザ光の照射光軸に対して鉛直方向に配したＸＹ２軸のステージ（基板保持手段に対応する）に基板を保持する。このＸＹ２軸のステージも上述の集光レンズと同様に外部制御可能であり、コンピュータなどの自動制御によって基板表面の任意の位置に対して、正確にレーザ光を照射可能である。このようにして、基板上に形成した塗布層の配線形成領域にレーザ光を照射、スキャンする。
【００６０】
導電性微細配線を形成するためのレーザ光の照射、スキャンを完了した後、余剰材料の除去を行う。ここでは、元々のナノ粒子分散溶媒であるトルエン溶液を用いて、配線形成済みの立体物を浸漬させる。さらに、余剰材料の溶解拡散を補助促進するために、超音波洗浄機の中に１分ほど入れることで、余剰材料をできるだけ除去する。
【００６１】
以上のようなプロセスによって、比抵抗値：２０μΩ・ｃｍ、ライン／スペース幅：１０／１０μｍ程度の導電性微細配線が得られる。
【００６２】
また、同じポリイミド基板であっても、塗布層の厚さが変わると照射するレーザ光の条件も変わる。
【００６３】
例えばディップコートにより塗布膜を形成して、厚さが１０μｍ程度になると、前述したスピンコートによる塗布膜の約５倍の厚みとなり、レーザ光の透過率も１／５の４％程度になる。この場合、レーザ光の出力は３７５ｍＷ程度が適当であり、光学系を経て、塗布膜後の透過光は、前述同様に約１０ｍＷ程度になる。要するに、ポリイミド基板表層に到達するレーザ光が１０ｍＷ程度となるように調整を行えば、基板との密着性を確保した導電性微細配線が形成できる。
【００６４】
〔ＰＥＴ基板の場合〕
次に、比較的耐熱温度が低いＰＥＴ基板（厚さ：０．５ｍｍ）を用いた場合について説明する。塗布層の形成工程、余剰材料の除去工程などは前述同様であり、また用いるレーザ光源も同様のもので構わないが、レーザの出力は変える必要がある。やはりＰＥＴ基板の耐熱温度が低いために、塗布膜後のレーザ透過光は７〜８ｍＷ程度が適当であり、ここから逆算すると、ポリイミド基板と比較してレーザ出力は多少低く設定する必要があり、６０ｍＷ程度が適当である。また、スキャン速度も５００〜１０００μｍ／ｓ程度が適当である。このような条件では、比抵抗値は５０μΩ・ｃｍと多少高くなってしまうが、ポリイミド基板の場合と同様に、ライン／スペース幅：１０／１０μｍ程度で、密着性の高い導電性微細配線が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかる配線形成方法は、耐熱温度の低い樹脂基板上に、基板との高い密着性を有する導電性微細配線を形成する場合に有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 樹脂基板
２ 樹脂基板表面租部
３ 塗布層
４ 導電性微細配線
５ 集光レンズ
６ レーザ光
７ 集光レンズアクチュエータ
８ ＸＹ軸基準位置ガイド
９ ＸＹステージアクチュエータ
１０ レーザ駆動電流制御部
１１ 集光レンズ位置制御部
１２ ＸＹステージ位置制御部
１３ 演算部
１４ 描画パターンデータ
１５ レーザ光源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層を形成する工程と、
レーザを前記塗布層の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性配線を形成する工程と、
前記導電性配線以外の領域の材料を除去する工程とを備え、
前記塗布層の厚さをｄ、前記塗布層の光吸収係数をα、前記レーザの入射光強度をＩ0、前記樹脂基板上に到達する前記レーザの透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする配線形成方法。
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
【請求項２】
前記透過光強度Ｉ１が５ｍＷ以上であって、レーザ照射により前記導電性配線を形成していくと同時に、形成する前記導電性配線と接する前記樹脂基板の表層も形状変形させることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記樹脂基板のガラス転移温度が、５０℃以上、３００℃以下のものであることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項４】
波長の異なる２種類のレーザ光を同時に照射して、第１のレーザ光は前記塗布層で吸収され、第２のレーザ光は前記樹脂基板で吸収されることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項１】
樹脂基板上に、導電性微粒子を含有する分散溶液の塗布層を形成する工程と、
レーザを前記塗布層の特定領域に連続的に照射していくことで、導電性配線を形成する工程と、
前記導電性配線以外の領域の材料を除去する工程とを備え、
前記塗布層の厚さをｄ、前記塗布層の光吸収係数をα、前記レーザの入射光強度をＩ0、前記樹脂基板上に到達する前記レーザの透過光強度をＩ1とするとき、以下の関係式から成り立つことを特徴とする配線形成方法。
ｌｏｇ（Ｉ1／Ｉ0）＝−αｄ
【請求項２】
前記透過光強度Ｉ１が５ｍＷ以上であって、レーザ照射により前記導電性配線を形成していくと同時に、形成する前記導電性配線と接する前記樹脂基板の表層も形状変形させることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記樹脂基板のガラス転移温度が、５０℃以上、３００℃以下のものであることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項４】
波長の異なる２種類のレーザ光を同時に照射して、第１のレーザ光は前記塗布層で吸収され、第２のレーザ光は前記樹脂基板で吸収されることを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１４７１６（Ｐ２０１１−１４７１６Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５７６０９（Ｐ２００９−１５７６０９）
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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