(57)【要約】【課題】レーザーを用いた配線導体の形成方法において、配線導体となるべき金属の、レーザー光の照射による飛散を防止する。【解決手段】基材１上に金属膜３を形成し、金属膜３の上方からレーザー光５を照射することによって、基材１に溝６を形成するとともに、金属膜３を構成していた金属を溶融させながら、溶融した金属を溝６に充填し、次いで、金属を冷却・固化することによって、基材１に埋設された配線導体２を得るにあたって、レーザー光透過性を有する飛散防止層４を金属膜３上に形成し、飛散防止層４によって、金属膜３を構成する金属の、レーザー光５の照射による飛散を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を用意する工程と、
前記基材上に金属膜を形成する、金属膜形成工程と、
前記金属膜の上方から前記基材に向かう方向に、レーザー光を照射することによって、前記基材の材料を蒸発させながら、前記基材に溝を形成するとともに、前記金属膜を構成していた金属を溶融させながら、溶融した前記金属を前記溝に充填する、レーザー光照射工程と、
前記溝内の溶融した前記金属を冷却・固化する工程と
を備え、さらに、
前記金属膜形成工程の後であって、前記レーザー光照射工程の前に、レーザー光透過性を有する飛散防止層を前記金属膜上に形成する、飛散防止層形成工程を備え、
前記レーザー光照射工程は、前記飛散防止層によって、前記金属膜を構成する金属の、レーザー光の照射による飛散を防止しながら実施される、
配線導体の形成方法。
【請求項２】
前記飛散防止層は固体の板からなる、請求項１に記載の配線導体の形成方法。
【請求項３】
前記固体の板はガラス板からなる、請求項２に記載の配線導体の形成方法。
【請求項４】
前記金属膜形成工程は、導電性金属粉末、バインダおよび溶剤を含む導電性ペーストを前記基材上に塗布することによって導電性ペースト膜を形成する工程を備え、前記飛散防止層形成工程は、前記導電性ペースト膜を構成する前記導電性ペーストが乾燥する前に前記固体の板を前記導電性ペースト膜上に置く工程を備える、請求項２または３に記載の配線導体の形成方法。
【請求項５】
前記固体の板と前記金属膜との隙間に充填されるための液体を付与する工程をさらに備える、請求項２または３に記載の配線導体の形成方法。
【請求項６】
前記飛散防止層は液体からなる、請求項１に記載の配線導体の形成方法。
【請求項７】
前記レーザー光は、パルス幅がフェムト秒であるレーザー光である、請求項１ないし６のいずれかに記載の配線基板の形成方法。
【請求項８】
前記レーザー光照射工程において、前記レーザー光の焦点は、前記基材上に合わされる、請求項７に記載の配線導体の形成方法。
【請求項９】
前記溝を除く前記基材の表面上に残存している前記金属膜を除去する工程をさらに備える、請求項１ないし８のいずれかに記載の配線導体の形成方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の形成方法によって形成された配線導体を備える、配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配線導体の形成方法および配線基板に関するもので、特に、レーザーを用いた配線導体の形成方法、およびこの方法によって形成された配線導体を備える配線基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高機能化や高性能化が加速され、それに伴い、電子機器において用いられる電子部品に対しては、さらなる小型化が求められている。その結果、厳しい精度が電子部品製造工程における印刷に対しても要求されてきている。
【０００３】
電子部品の小型化が進むにつれて、要求印刷線幅も細くなってきている。現在の回路形成方法は、スクリーン印刷が主流であるが、線幅としては３０μｍが限界であると言われている。他方、３０μｍを下回る回路形成方法の１つとして、レーザーを用いる方法がある。
【０００４】
たとえば特開２００２‐２６１４３９号公報（特許文献１）には、絶縁シート上に金属膜（たとえば、導電性ペースト膜）を形成し、金属膜側からレーザー光を照射し、レーザー光の照射部に発生する熱によって、金属膜および絶縁シートを溶融させ、絶縁シート内にビア導体を形成する方法が開示されている。
【０００５】
上述の特許文献１に記載の技術を、基材上での配線導体の形成に適用すると、レーザーの出力や金属膜を構成する金属材料によっては、レーザー光照射時に、レーザーアブレーションにより金属膜が蒸発したり金属膜に含まれている金属粒子が飛散したりして、所望の配線導体を形成できないことがある。特に、配線導体が埋め込まれる溝を基材に形成するのに大きなエネルギーを必要とするＳｉ、サファイア、アルミナといった高融点材料から基材が構成される場合、溝形成のためにレーザー光のエネルギーを大きくせざるを得ず、それに伴い、金属膜の蒸発や金属粒子の飛散がより生じやすい状況がもたらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２６１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る、配線導体の形成方法を提供しようとすることである。
【０００８】
この発明の他の目的は、上述した形成方法によって形成された配線導体を備える配線基板を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る配線導体の形成方法は、基材を用意する工程と、基材上に金属膜を形成する、金属膜形成工程と、金属膜の上方から基材に向かう方向に、レーザー光を照射することによって、基材の材料を蒸発させながら、基材に溝を形成するとともに、金属膜を構成していた金属を溶融させながら、溶融した金属を溝に充填する、レーザー光照射工程と、溝内の溶融した金属を冷却・固化する工程とを備えるもので、上述した技術的課題を解決するため、さらに、金属膜形成工程の後であって、レーザー光照射工程の前に、レーザー光透過性を有する飛散防止層を金属膜上に形成する、飛散防止層形成工程を備え、レーザー光照射工程は、飛散防止層によって、金属膜を構成する金属の、レーザー光の照射による飛散を防止しながら実施されることを特徴としている。
【００１０】
この発明に係る配線導体の形成方法において、典型的には、飛散防止層は、たとえばガラス板のような固体の板から構成される。
【００１１】
上述の場合であって、金属膜形成工程が、導電性金属粉末、バインダおよび溶剤を含む導電性ペーストを基材上に塗布することによって導電性ペースト膜を形成する工程を備える場合、飛散防止層形成工程は、導電性ペースト膜を構成する導電性ペーストが乾燥する前に、飛散防止層となる固体の板を導電性ペースト膜上に置くようにすることが好ましい。
【００１２】
また、飛散防止層が固体の板から構成される場合、固体の板と金属膜との隙間に充填されるための液体を付与するようにすることも好ましい。
【００１３】
この発明に係る配線導体の形成方法において、飛散防止層は、上述したような固体の板に代えて、液体から構成されてもよい。
【００１４】
この発明に係る配線導体の形成方法において、レーザー光は、パルス幅がフェムト秒（１ピコ秒未満）であるレーザー光（以下、「フェムト秒レーザー光」と言う。）であることが好ましい。この場合、レーザー光照射工程において、レーザー光の焦点は、基材上に合わされることが好ましい。
【００１５】
この発明に係る配線導体の形成方法において、溝を除く基材の表面上に残存している金属膜を除去する工程をさらに備えることが好ましい。
【００１６】
この発明は、また、上記の形成方法によって形成された配線導体を備える、配線基板にも向けられる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、レーザー光照射時のアブレーションによる、金属膜を構成する金属の飛散が、飛散防止層によって抑制されるので、配線導体を十分な膜厚をもって安定して形成することができる。
【００１８】
上述の飛散防止層がガラス板のような固体の板から構成される場合であって、金属膜が導電性ペースト膜によって与えられる場合、導電性ペースト膜を構成する導電性ペーストが乾燥する前に飛散防止層となる固体の板を導電性ペースト膜上に置くようにすれば、導電性ペースト膜と飛散防止層とを容易に密着状態とすることができる。そして、このように飛散防止層を金属膜に密着させると、飛散防止層による金属の飛散抑制効果がより高められる。
【００１９】
同様に、金属膜上に液体を付与し、その上に固体の板を置くなどして、固体の板と金属膜との隙間に液体が充填されるようにしても、飛散防止層と金属膜との密着性が高まり、飛散防止層による金属の飛散抑制効果が高められる。
【００２０】
この発明において、レーザー光として、フェムト秒レーザー光が用いられると、所望の領域にレーザー光のエネルギーを集中させることができるとともに、エネルギー量の調整を良好な精度をもって行なうことができるので、高いパターン精度および深さ精度をもって基材に溝を形成することができ、そのため、溝に埋め込まれた状態の配線パターンのパターン精度および厚み精度を高くすることができる。したがって、配線導体の線幅の細線化および線厚の増大を図ることが容易である。
【００２１】
上述のように、フェムト秒レーザー光が用いられる場合、レーザー光照射工程において、レーザー光の焦点が基材上に合わされると、基材への溝形成に使用されるエネルギーを金属膜の溶融に使用されるエネルギーより大きくすることができる。したがって、たとえばＳｉ、サファイア、アルミナといった高融点材料からなる基材に配線導体を形成する場合のように、溝形成のために比較的大きなエネルギーを必要とする場合であっても、金属膜の蒸散に費やされるエネルギーを低減することができる。
【００２２】
この発明において、溝を除く基材の表面上に残存している金属膜を除去する工程をさらに備えていると、基材上に、予め所望のパターンをもって金属膜を形成しなくても、レーザー光による描画のみで配線導体に所望のパターンを与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態による配線導体の形成方法に備える典型的な工程を順次示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１（６）に示すように、基材１には、埋め込み状態の配線導体２が形成されている。以下に、図１（１）〜（６）を順次参照して、基材１に配線導体２を形成する方法について説明する。
【００２５】
まず、図１（１）に示すように、基材１が用意される。基材１としては、たとえば、アルミナ等のセラミック基板、セラミックの焼成前のグリーンシート、ポリイミド等の有機樹脂基板、Ｓｉ、サファイア等の単結晶基板、またはステンレス鋼等の金属基板を用いることができる。基材１は、以後の工程を進めるにあたって、たとえば、プラズマアッシングによって、あるいは、アセトン、イソプロピルアルコール、メタノール、エタノール等の有機溶剤によって表面洗浄が行なわれることが好ましい。
【００２６】
次に、同じく図１（１）に示すように、基材１上に金属膜３が形成される。金属膜３を構成する金属としては、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔなど、種類を問うものではなく、いずれの金属をも用いることができる。金属膜３の形成方法としては、ＣＶＤ法（化学的気相法）、スパッタリング法、蒸着法、めっき法のほか、金属膜３の形成のために、導電性金属粉末、バインダおよび溶剤を含む導電性ペーストが用いられる場合には、印刷法、インクジェット法、スピンコート法などの塗布方法を用いることができる。形成される金属膜３の厚みは、金属の種類や後述するレーザー光の出力によって最適値が異なるが、概ね１μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００２７】
次に、図１（２）に示すように、飛散防止層４が金属膜３上に形成される。飛散防止層４は、レーザー光透過性を有するものであるが、レーザー光の減衰率は５０％以下であることが好ましい。また、飛散防止層４は、レーザー光照射による熱によって蒸発しないものであることが好ましい。飛散防止層４は、典型的には、ガラス板のような固体の板から構成される。前述したように、金属膜３が導電性ペーストを基材１上に塗布することによって形成された導電性ペースト膜によって与えられる場合、この導電性ペースト膜を構成する導電性ペーストが乾燥する前に飛散防止層４となる固体の板を導電性ペースト膜上に置くようにすることが好ましい。これによって、飛散防止層４と金属膜３との密着性を高めることができるためである。
【００２８】
また、飛散防止層４として固体の板が用いられる場合、固体の板と金属膜３との隙間に充填されるための液体を付与することによって、固体の板と金属膜３との密着性を高めるようにしてもよい。たとえば、金属膜３が形成された後、その上に液体が付与され、その後、飛散防止層４となる固体の板が置かれる。この実施形態が採用されると、金属膜３が導電性ペースト膜によって与えられる場合には、導電性ペースト膜を構成する導電性ペーストはすでに乾燥した状態にあっても、未乾燥の状態にあってもよい。また、金属膜３は、前述したように、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、めっき法などによって形成されたものであってもよい。
【００２９】
また、飛散防止層４は、前述した飛散防止層４としての条件を満たす限り、液体のみによって与えられてもよい。
【００３０】
次に、図１（３）に示すように、金属膜３の上方から基材１に向かう方向に、レーザー光５が飛散防止層４を通して照射される。これによって、図１（４）に示すように、基材１におけるレーザー光５が照射された箇所において、アブレーションにより基材１の材料が蒸発し、その結果、溝６が形成される。これと同時に、金属膜３を構成していた金属がレーザー光５の照射で発生する熱によって溶融し、この溶融した金属が溝６を充填する。そして、この金属が冷却・固化したとき、溝６に沿って配線導体２が形成される。
【００３１】
上述したレーザー光照射工程において、飛散防止層４は、金属膜３を構成する金属の、レーザー光５の照射による飛散を防止するように作用する。
【００３２】
上述したレーザー光５の種類、周波数、パルス幅などの条件は、基材１にアブレーションによって溝６が形成され、かつ金属膜３を構成する金属が熱で溶融する範囲に設定される。また、レーザー光５の出力（エネルギー）は、基材１をアブレーション加工できるものを下限値とし、金属膜３が実質的に蒸散されないものを上限とするように設定される。
【００３３】
また、上述の工程において、レーザー光５としては、ＹＡＧレーザー光、ＣＯ２レーザー光、エキシマレーザー光、ファイバーレーザー光等、その種類は限定されないが、特にフェムト秒レーザー光が用いられることが好ましい。フェムト秒レーザー光によれば、所望の領域にレーザー光５のエネルギーを集中させることができるとともに、エネルギー量の調整を良好な精度をもって行なうことができるからである。
【００３４】
フェムト秒レーザー光が用いられる場合、レーザー光５の焦点は、基材１上に合わされることが好ましい。これによって、基材１に溝６を形成するために使用されるエネルギーを金属膜３の溶融に使用されるエネルギーよりも大きくすることができる。すなわち、基材１においてアブレーションがより発現しやすくなり、他方、焦点がずれた金属膜３にあっては、エネルギーが集中しないため、アブレーションではなく、熱溶融がより発現しやすくなる。そのため、溝６の形成に比較的大きなエネルギーを必要とするＳｉ、サファイア、アルミナといった高融点材料から基材１が構成されていても、溝６を能率的に形成することができるとともに、金属膜３を構成する金属を実質的に蒸散させることなく、能率的に溶融させ、溝６へと充填させることができる。
【００３５】
次に、図１（５）に示すように、飛散防止層４が除去され、次いで、図１（６）に示すように、溝６を除く基材１の表面上に残存している金属膜３が除去される。金属膜３が導電性ペースト膜からなる場合には、余分な金属膜３は有機溶剤によって簡単に除去することができる。この場合、溝６内に埋設された配線導体２は、焼結した状態となっているので溶剤によって除去されることはない。また、このように溶剤による除去が可能であれば、その後の研磨工程が不要となる。なお、飛散防止層４の除去は、残存した金属膜３の除去と同時に行なってもよい。
【００３６】
このようにして、基材１に配線導体２が形成される。基材１が、たとえば配線基板の少なくとも一部をなすものである場合、上述の工程を終えたとき、配線導体２を備える配線基板が得られる。
【００３７】
以上、この発明を、図１に示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。
【００３８】
たとえば、金属膜３を基材１上に形成する工程において、図示した実施形態では、基材１の一方主面上のほぼ全面にわたって形成されたが、配線導体２の形成が予定された領域にのみ金属膜３が形成されてもよい。このようにすれば、配線導体２の形成のために消費される金属材料の節減を図ることができる。
【００３９】
次に、この発明に従って実施した実施例について説明する。
【実施例１】
【００４０】
まず、基材として、Ｓｉ基板（フェローテック社製・厚み０．３８ｍｍ）を用いた。そして、このＳｉ基板をイソプロピルアルコールにより表面洗浄した。
【００４１】
次に、Ｓｉ基板上に、ナミックス社製Ａｇナノペースト（粘度２０Ｐａ・ｓ）をスピンコート装置（１０００ｒｐｍ・３０秒間）で塗布し、厚み約１０μｍの導電性ペーストからなる金属膜を得た。
【００４２】
次に、上記金属膜を構成する導電性ペーストの乾燥後、飛散防止層となるMatsunami Glass 社製カバーガラス（厚み０．１５ｍｍ）を金属膜上に置いた。
【００４３】
次に、金属膜の上方からカバーガラスを通してフェムト秒レーザー光を照射した。このフェムト秒レーザー光としては、繰り返し周波数が１ｋＨｚ、波長が８００ｎｍおよび出力が１０ｍＷのものを用い、基材上に焦点を合わせるとともに、走査速度０．１ｍｍ／秒に設定した。このレーザー光の照射によって、Ｓｉ基板上での溝の形成、溝への金属の充填、および金属の焼結が同時に完了した。
【００４４】
次に、カバーガラスを除去し、次いで、Ｓｉ基板をアセトンに浸漬し、さらに超音波洗浄することによって、溝以外の部分に残存している余分なペーストを除去した。これによって、Ｓｉ基板に所望の配線導体を形成した。
【００４５】
次に、配線導体の断面部分を電子顕微鏡にて観察し、配線導体の厚みＴ（図１（６）参照）を求めた。なお、厚みＴとしては、配線導体の基材表面からの突出高さを測定した。その結果が後の表１に示されている。
【実施例２】
【００４６】
実施例２は、実施例１と比較して、飛散防止層を液体のみから構成し、この液体として、導電性ペーストに含まれる溶剤（テキサノール）を用いた点で異なる。その他の点については、実施例１の場合と同様にして、配線導体を形成し、配線導体の厚みＴを求めた。その結果も表１に示されている。
【実施例３】
【００４７】
実施例３は、実施例１と比較して、飛散防止層となるカバーガラスを金属膜上に置く前に、実施例２で用いた溶剤（テキサノール）を金属膜上に付与し、その上に、カバーガラスを置いた点で異なる。その他の点については、実施例１の場合と同様にして、配線導体を形成し、配線導体の厚みＴを求めた。その結果も表１に示されている。
【実施例４】
【００４８】
実施例４は、実施例１と比較して、飛散防止層となるカバーガラスを金属膜上に置く段階では、金属膜を構成する導電性ペーストを乾燥させずに未乾燥の状態としておき、カバーガラスを未乾燥の導電性ペースト膜上に置いた点で異なる。その他の点については、実施例１の場合と同様にして、配線導体を形成し、配線導体の厚みＴを求めた。その結果も表１に示されている。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１からわかるように、実施例２は実施例１より、実施例３は実施例２より、実施例４は実施例３より優れた結果が得られている。
【００５１】
すなわち、実施例１のように、飛散防止層が固体のカバーガラスのみからなる場合には、金属膜に含まれる金属粒子の粒径が小さいと、金属膜とカバーガラスとの間で金属粒子が飛散するが、実施例２のように、飛散防止層を液体とすることにより、飛散防止層と金属膜表面との密着性が向上し、金属膜に含まれる金属粒子の飛散が効果的に抑制される。その結果、形成された配線導体の厚みＴは、実施例１に比べて、実施例２の方がより厚くできる。
【００５２】
次に、実施例２の場合には、レーザー光の照射によって、液体からなる飛散防止層自体が多少蒸発することになるが、実施例３のように、その上にカバーガラスを置くことにより、液体を蒸発させたり飛散させたりすることなく、カバーガラスの下に留まらせることができる。その結果、実施例３によれば、配線導体の厚みＴを、実施例２よりも厚くすることができる。したがって、実施例３によれば、溝形成に際し高いレーザー出力が要求されるような材料からなる基材であっても対応可能であるといえる。
【００５３】
次に、実施例４によれば、金属膜とカバーガラスとの間で最も高い密着性が得られ、また、金属粒子そのものが飛散しにくくなるため、実施例３と比べても、より高い飛散防止効果が得られ、その結果、配線導体の厚みＴをより厚くすることができる。また、実施例４によれば、金属膜を構成する導電性ペーストを乾燥させる必要がないため、コストダウンおよび省力化を期待することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  基材
２  配線導体
３  金属膜
４  飛散防止層
５  レーザー光
６  溝
【図１】
2010192786.tif 000004