(57)【要約】      （修正有）【課題】組成的に均一な導体パターンを高スループット、かつ、安価に形成できる導体パターン形成方法を提供すること。【解決手段】基板１上に配置した導体粒子３からなる導体パターン前駆体４を加熱焼成することにより導体パターンを形成する導体パターン形成方法において、基板１に吸収される吸収率が導体パターン前駆体４に吸収される吸収率よりも小さい波長域の光６を基板１および導体パターン前駆体４に照射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置した導体粒子からなる導体パターン前駆体を加熱焼成することにより導体パターンを形成する導体パターン形成方法において、
前記基板に吸収される吸収率が前記導体パターン前駆体に吸収される吸収率よりも小さい波長域の光を前記基板および前記導体パターン前駆体に照射することにより、前記基板上に前記導体パターンを形成することを特徴とする導体パターン形成方法。
【請求項２】
前記光は、前記基板を８０％以上透過し、前記導体パターン前駆体および導体パターンには５０％以上吸収される波長の光であることを特徴とする請求項１記載の導体パターン形成方法。
【請求項３】
前記光を、前記導体パターン前駆体が形成された面側と当該面と対向する裏面側とから照射することを特徴とする請求項１または２記載の導体パターン形成方法。
【請求項４】
前記基板の表面に気体、液体の透過を防止するバリア層を配置し、該バリア層の表面に前記導体パターン前駆体を配置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の導体パターン形成方法。
【請求項５】
前記導体パターン前駆体を配置する前記基板の表面に接着剤層を配置することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導体パターン形成方法。
【請求項６】
前記光の照射時間を、前記導体パターン前駆体から前記基板に熱が伝わる時定数よりも短くすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の導体パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に配置した導体粒子からなる導体パターン前駆体を加熱焼成することにより導体パターンを形成する導体パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回路基板上などに任意の導体パターンを形成する方法として、フォトリソグラフ技術、エッチング技術およびめっき技術を組み合わせた方法が一般的であった。しかし、この方法は設計や作成に時間がかかり、また、高度な加工技術を必要とする露光用マスクの作成を必要とする。さらに、製造工程が複雑であるため製造時間が長くなり、コストが高価であった。このため、マスクに修正が必要となる場合、コストの増大や納期の遅れが発生した。また、レジストやエッチング液など多量の環境有害物質の使用が不可欠であるため、廃棄物の管理や処理にコストがかかっていた。
【０００３】
近年、フォトリソグラフの代替技術として、スクリーン印刷法、ディスペンサ、インクジェット印刷、電子写真印刷などの、従来はイラスト、写真、およびテキストなどの画像形成目的で利用されてきた印刷プロセスを応用した導体パターン形成方式が注目されている。上記方法は、工程が簡便であるため、フォトリソグラフ法と比較し、工程が少なく材料利用効率が高いため、製造コストの低減の観点で有利である。特に、インクジェットや電子写真印刷では、版を用いずにオンデマンドで任意パターンを形成できるため、マスクレス化による低コスト化や生産時間の短縮が望める。
【０００４】
上記のような印刷プロセスを応用した導体パターン形成方法においては、いずれも導体粒子を溶媒中に分散した導体粒子分散溶液や樹脂中に導体粒子を内添したトナー、または導体粒子を直接用いて導体パターン前駆体を形成する。導体粒子のパターニングの方法としては、版やスクリーンを使った間接塗布、吐出しながらノズル走査する直接塗布、または静電吸着により静電的に粒子をハンドリングする方法などが挙げられる。そして、導体粒子を加熱焼成することで微粒子同士を融着させて導体パターン前駆体を一体化して配線（導体パターン）とする。上記の焼成工程では、いずれも導体パターン前駆体を高温加熱により焼成する必要があるため、耐熱性の低い樹脂シートなどへの形成には限界があるため、導体粒子としてナノ粒子を用い、粒径をナノスケールまで微細化することで発現する融点低下特性を利用することが一般的である。
【０００５】
しかし、焼成温度を１５０°Ｃ以上にする必要があるため、選択できる樹脂基板シートとしては耐熱性のあるポリイミドなどに限られ、安価で透明性に優れたＰＥＴ等の１５０°Ｃ程度でガラス転位点に達してしまう樹脂材料の適用は困難であった。しかし、耐熱性のあるポリイミドは、高価で一般的に有色である。また、ナノ粒径とした導体粒子でも焼成時間は３０〜６０分必要であるため、生産性の向上に限界があった。
【０００６】
そこで、レーザ光を導体パターン前駆体が配置された部分にだけ照射し、基板の温度上昇を抑えながら、短時間で導体化する方法がある。すなわち、インクジェットにより形成した導体パターン前駆体に対し、該パターンに吸収される波長のレーザ光をパターンに沿って照射しすることで、短時間で焼成を完了させる技術がある（特許文献１）。また、導体微粒子中に黒色粒子を混ぜることでレーザ光の吸収率を高めると共に、焼成前後のパターンにおけるレーザ光の吸収率（反射率）の変化を測定することにより基板の昇温を防止する技術がある（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００６−３２９１６号公報
【特許文献２】特開昭６３−２３０８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１、２はいずれも小径のレーザ光を対象パターンにのみ照射するため、全パターンの導体化には時間がかかりスループットが低かった。また、レーザ光径よりも微細なパターンを対象とした場合、基板材料へのレーザ照射を避けることは困難であり、基板の昇温を免れることはできない。また、パターンが微細化するほどに高精度な位置制御技術だけでなく、特許文献２の場合は高精度の温度制御技術が必要となり、装置のコスト増加が予測される。さらに、小径のレーザ光で大面積パターンを形成する場合、部分的照射を連続して行う必要があり、導体パターンの膜厚や導体化した金属の結晶構造などが不均一になると予測され、例えば、得られた配線を高周波信号などの伝送に適用した場合、大きな減衰が発生するなど信頼性の低下が懸念される。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決し、組成的に均一な導体パターンを高スループット、かつ、安価に形成できる導体パターン形成方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、基板上に配置した導体粒子からなる導体パターン前駆体を加熱焼成することにより導体パターンを形成する導体パターン形成方法において、前記基板に吸収される吸収率が前記導体パターン前駆体に吸収される吸収率よりも小さい波長域の光を前記基板および前記導体パターン前駆体に照射することにより、前記基板上に前記導体パターンを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
組成的にも均一な導体パターンを高スループット、かつ、安価に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る導体パターン形成方法を、図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の主要工程を示す工程図であり、（ａ）は導体パターン前駆体を基板に搭載する工程を、（ｂ）は導体パターン前駆体を焼成する工程を、（ｃ）は焼成後の導体パターンを示している。また、図２は、導体パターン前駆体の他の焼成工程を示す図である。
【００１３】
図１（ａ）において、基板１としては、絶縁材料であるポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、透明ポリイミド等の有機樹脂材料あるいはガラス等の透明性の高いものを採用する。なお、たとえば、有色のポリイミドであっても、後述する光６の透過率が高いものであれば採用することができる。また、導電性の材料であっても、導体パターン前駆体を搭載する面（以下、「表面」という。）に絶縁処理が施してあるものであればよい。また、基板１をポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、エポキシ、アクリルなどの樹脂性の材料を採用する場合、表面に対向する面（すなわち、裏面）から酸素や水などのガスや液体が透過することにより形成した導体パターンが腐食するおそれがあるため、表面または裏面にＳｉＯ２などのバリア層を予め設けておくことが望ましい。なお、ＳｉＯ２でバリア層を形成する場合は、スパッタリングあるいはＳｉＯ２の溶解液を塗布すればよく、厚さとしては５０〜２００ｎｍ程度であればよい。さらに、形成した導体パターンが表面から剥離することを予防するため、表面に予め接着層を設けておくことが望ましい。
【００１４】
導体粒子３としては、ＡｇまたはＣｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等の単体金属、またはこれらの金属の酸化物、さらにはこれらの金属の合金を採用できるが、体積抵抗率の低いＡｇまたはＣｕを用いることが好ましい。なお、基板１上に配置した導体粒子３の集合体を、以下、導体パターン前駆体４という。
【００１５】
導体粒子３の粒径は、後述する光６を吸収することによる昇温で焼結されるのであれば特に限定されない。しかし、できるだけ低温で焼成を可能にすると共に導体パターン７の解像性を向上させるため、粒径が１００ｎｍ以下であるいわゆるナノ粒子であることが好ましい。特に、２００°Ｃ以下の温度で導体粒子３を相互に融着させて、導体パターン前駆体４を導体パターンにするためには、粒径を１０ｎｍ以下とすることが望ましい。また、１００ｎｍ以下の線幅の導体パターンを形成する場合は、粒径を５ｎｍ以下にすることが好ましい。
【００１６】
導体パターン前駆体形成装置２は、導体粒子３からなる導体パターン前駆体４を基板１の表面に配置する。導体パターン前駆体形成装置２としては、インクジェット印刷方式、ディスペンサ方式、スクリーン印刷方式、凸版印刷方式、凹版（グラビア）印刷方式、平版（フレキソ）印刷方式、電子写真方式、マイクロコンタクトプリンティング方式などの印刷技術のいずれか、またはこれらの中の２つ以上を組み合わせた方式を採用する。
【００１７】
次に、同図（ｂ）に示すように、表面に導体パターン前駆体４を配置した基板１に光６を照射し、導体粒子３同士を融着させて導体パターン７を形成する。光６としては、導体パターン前駆体４に吸収され易く、基板１に吸収されにくい（すなわち、透過率が高い）光とする。すなわち、基板１に対する透過率が限りなく１００％に近い光６が好ましく、できるだけ基板１に対する透過率が８０％以上の光６を照射する。すなわち、基板１に対する透過率が高ければ、導体パターン前駆体４の光６吸収率が例えば５０％程度であっても基板１の温度上昇を低減できる。なお、基板１の温度上昇については後述する。また、図２（ｂ）に示すように、光６を表面側からだけでなく、裏面側からも照射するようにすると、焼成時間を短縮することができる。この場合、裏面側に導体パターン前駆体４が配置されていてもよい。光６についてさらに説明する。
【００１８】
図３は、透明ＰＥＴの光６透過率と、導体粒子３として銀を用いた場合の導体パターン前駆体４と焼成後の導体パターン７の光６吸収率を示す図であり、横軸は光６の波長、縦軸は透過率と吸収率である。
【００１９】
同図から明らかなように、光６の波長が３５０ｎｍ以上であれば、透明ＰＥＴに対する透過率は８０％以上である。一方、導体パターン前駆体４の光６吸収率は光６の波長が５００ｎｍ以上で８０％以上であり、焼成後の導体パターンであっても５０％以上が吸収される。したがって基板１の材質として透明ＰＥＴを、導体粒子３として銀を用いた場合には、波長が５００ｎｍ以上の光６を照射すれば、基板１の昇温を防止できると共に光６のエネルギーを効率よく利用できることがわかる。
【００２０】
すなわち、基板1に対する透過率が８０％以上、かつ、導体パターン前駆体４に対する吸収率が５０％以上の光６を照射できる照射源であれば、ルビーレーザやＹＡＧレーザなどの固体レーザ、色素レーザなどの液体レーザ、炭酸ガスレーザ、ヘリウムネオンレーザ、アルゴンイオンレーザ、エキシマレーザなどのガスレーザ、媒体が半導体である半導体レーザ、またはＬＥＤ方式、さらには、水銀ランプ、キセノンランプ、エキシマラシプ方式のいずれを採用してもよい。すなわち、単一波長の光だけでなく複数の波長を含んだものでもよい。また、ランプ方式のように上記波長条件外の広範囲にわたる複数の波長域の光を含む場合は、バンドパスフィルタなどを用いて必要な波長域の光を取り出す構成にすればよい。
【００２１】
また、光６を連続照射すると、導体パターン前駆体４の下部からの伝熱により基板１にダメージを与える場合がある。そこで、光６をパルス状とし、断続的に照射するようにすると基板１の温度上昇を低減できる。導体パターン前駆体４の大きさや基板１の材質にもよるが、例えば、基板１の材質をエポキシとし、導体パターンの線幅を５０μｍとすると、伝熱時定数は１００μｓ程度であるから、このような場合はパルス幅を１００μｓ以下とすれば、基板1の温度上昇を予防できる。
【００２２】
図４は、光源の模式図である。
【００２３】
本発明では、パターン領域・非パターン領域に関わらず光６を照射することができるので、光６の照射面積を広くすることにより生産性を向上できる。そこで、図４に示すように、複数の光照射部材５をアレイ状に一列または千鳥状に配列するとよい。そして、基板１をアレイ状の光照射部材５の下部を通過させることで、導体パターン前駆体４の全域へ光６を照射する。この場合、単一の光照射部材５から照射される光６をシリンドリカルレンズ等を用いて直線状にしたり、あるいは面状に広げるようにしてもよい。また、より確実に導体パターン前駆体４を焼成し、あるいは、基板１を高速に搬送するため、光照射部材５を基板１の搬送方向に複数並べておき、導体パターン前駆体４の全域に複数回にわたり光６を照射するようにしてもよい。さらに、図２に示したように、基板１の裏面側も光照射部材５を設置し、基板１の両面から光６を照射する形態とすることが、さらに好ましい。ここで、例えば、レーザダイオードモジュールのような点光源の場合、広い範囲に光を照射するようにすると照度の均一性が低下する。このような場合、光照射部材５と基板１との間に、光学レンズや拡散板を設置し照射全領域における照射光エネルギーを均一化する構成にする必要がある。すなわち、例えば、液晶テレビのバックライトに用いられるホモジナイザーで光を均一化した後に、シリンドリカルレンズで集光する方法などが挙げられる。
【００２４】
また、導体パターン前駆体４を焼成する場所を、外界から遮断するようにしてもよい。すなわち、例えば光遮断部材により焼成部を囲うことにより、基板１や導体パターン前駆体４を一度透過または反射した光６の外部漏洩を防止し安全性が向上する。また、その内壁を光６の波長領域に対し反射率の高い部材とすると、光６を反射させて、もう一度導体パターン前駆体４の焼成導体化エネルギーとして再利用でき、エネルギー利用効率を向上させることができる。
【００２５】
また、光照射部材５と外部とを遮断する遮蔽部材で取り囲まれた空間を、任意のガス成分を任意の濃度で満たすことができるようにしてもよい。例えば、導体粒子３が銀の場合には、酸素濃度の高いガスを充填することで、焼成高効率化に伴う時間短縮、および不要有機物の完全焼成促進による導体の抵抗率低下を促すことができる。また、例えば、導体粒子３が銅の場合には、窒素やアルゴンのような不活性ガス、あるいは水素のような還元性ガスを充填することで、焼成時に懸念されるの銅酸化を抑制することができる。  
以下、具体例について説明する。
【００２６】
透明ＰＥＴのシート（３０×３０ｍｍ。厚さは１００μｍ。）表面に、導体粒子３として銀ナノ粒子からなる幅１ｍｍ×長さ２０ｍｍの導体パターン前駆体４を、１ｍｍピッチで形成した。なお、導体粒子３の配置量は０．００１５ｍｍ３／ｍｍ２とした。また、シートの表面にはＳｉＯ２からなるバリア層を設けた。さらに、バリア層の表面に導体パターンと基板との密着性を確保するために、アクリルの透明樹脂接着剤層を設けた。
【００２７】
上記基板材料の光各波長に対する透過率、および上記導体パターン前駆体の光各波長に対する吸収率を、分光スベクトル測定装置により測定した結果に基づき、基板１の透過率が８０％、かつ、導体パターン前駆体４の吸収率が５０％以上である波長である４０５ｎｍを選定した。次に、光照射手段として、半導体レーザダイオードがモジュール化された高出力型の光照射装置を用意し、このレーザダイオードモジュールの光吐出口先端を導体パターン前駆体４が配置された基板１の上側１０ｍｍの位置に配置して、基板１を１ｍｍ／ｓの走査速度で移動させた。このとき、導体パターン深さ方向への必要以上の加熱を防ぐため、レーザダイオードからの光をパルス状に照射した。すなわち、直径が１．５ｍｍの光６をパルス幅１５ｍｓ、パルス周波数1Hｚで照射した。この時照射される光の瞬間最大出力は5Wであった。そして、非パターン領域である基板１の温度が不変（すなわち、昇温が０）であることを確認した。一方、銀粒子によるパターン前駆体形成部分では、その表面が金属光沢を発現し、導体性のある銀パターンが形成されていることを確認した。
【００２８】
以下、本発明を実施するのに好適な装置の一例について説明する。
【００２９】
図５は、本発明を実施するのに好適な装置の模式図である。なお、導体パターン前駆体形成装置２は電子写真方式のものである。
【００３０】
この装置は、静電潜像の形成装置として誘電性薄膜体１６を表面に設けたドラム状の感光体１７の周りに、帯電装置８、露光装置１０、導体粒子分散溶液１３を供給する現像装置１２、洗浄液１５を供給する洗浄装置１４、溶媒除去装置１８、転写液１９を供給する転写液塗布装置２０、静電転写装置２１、導体パターン前駆体焼成装置２５等から構成されている。
【００３１】
帯電装置８は、誘電性薄膜体１６の外表面を均一に帯電させる。露光装置１０は、画像情報処理装置からの画像信号に応じて、帯電装置８によって均一に形成された静電潜像に対してレーザ光を走査する。レーザ光を照射された部分の誘電性薄膜体１６には潜像パターンが形成される。現像装置１２は、誘電性薄膜対１６上に形成された潜像パターンに導体粒子分散溶液１３を接触して供給することで、導体パターン前駆体４を現像形成する。なお、現像装置１２は、導体粒子分散溶液１３を貯蔵するタンクと、誘電性薄膜体１６上の潜像パターンに導体粒子分散溶液１３を供給する図示を省略する供給装置を具備している。この供給装置は、スリット状の吐出口から導体粒子分散溶液１３を該誘電薄膜体１６上の潜像パターンに吐出するスリット型の構成である。該スリット状分散剤供給口面は、パターン厚さやパターン解像度の向上を目的とし、現像領域に電圧を印加できる構成であり、導体粒子３の現像時に誘電性薄膜体１６との間に、電圧を印加できる構成である。なお、導体粒子分散溶液１３を貯蔵する液貯蔵タンクには導体粒子分散溶液１３の濃度を検出するための濃度センサが設けてある。更に、高濃度な導体粒子分散溶液１３、または導体粒子３を貯蔵するためのタンク、および導体粒子分散溶液１３から導体粒子３成分を除いた無極性溶媒のみを貯蔵するタンクも備えている。これらは、印字経過と共に変化する液貯蔵タンク内の導体粒子分散溶液１３の濃度を一定に保つために、該導体粒子分散溶液１３の濃度情報に基づいて濃度調整装置による制御に従い、ポンプにより導体粒子分徴用液１３中に添加される。また、いずれのタンクにも、沈降防止、全領域濃度均一化のため、超音波照射装置や、液中内を機械的に攪拌するための攪拌装置や、貯蔵タンク自体を加振することで攪拌する加振装置などの攪拌装置が設けられている。
【００３２】
導体粒子分散溶液１３は、表面にイオン性有機分子が吸着した粒径１００ｎｍ以下の導体粒子３を、無極性溶媒中に分散させたものである。なお、導体粒子３の周りのイオン性有機分子は導体粒子３と同様に光６を吸収して加熱され、焼き飛ばされる材料である。また、導体粒子３を分散する無極性溶媒としては、脂肪族炭化水素系溶媒を用いる。脂肪族炭化水素系溶媒としては、イソパラフィン系、石油ナフサ系、その他の炭化水素など、無極性であれば特に限定されない。
【００３３】
パターン上に残存した無極性溶媒は溶媒除去装置１８により除去される。その後、誘電性薄膜体１６上に現像された導体パターン前駆体４は、転写液塗布装置２０により転写時に必要な溶媒である転写液１９を塗布されたうえで、転写が行われる。
【００３４】
静電転写装置２１は基板１を介して背面から電圧を与え、静電力により誘電性薄膜体１６上に現像された導体パターン前駆体４を基板１上に転写する静電転写方式を採用している。基板１の背面から電圧を印加することで、誘電性薄膜体１６上のパターンは静電的にひきつけられて基板１上に転写される。
【００３５】
対象基板１上に転写された導体パターン前駆体４は、上述した導体パターン前駆体焼成装置２５により焼成導体化され、導体パターン７となる。このとき、該導体パターン前駆体焼成装置２５は、導体パターン前駆体４の焼成時に発生する有機ガスを除去または排気する装置を備えていることが好ましい。たとえば、導体パターン前駆体焼成装置２５内に有機ガス吸着体の具備や、送風装置により発生した風により基板１の搬入／排出口、あるいは別途設けた排気口から有機ガスを排出する構成とすればよい。導体パターン７をその表面に形成された基板１は、その後、任意の形状に裁断されて利用される。
【００３６】
残留潜像消去装置２３は、転写後の誘電性薄膜体１６の残留静電潜像を消去する。また、クリーニング装置２４は、残留した導体粒子３を除去・回収する。なお、クリーニング装置２４としては、誘電性薄膜体１６にブレードを接触させ掻きとる方法や、溶媒により洗い流す方法が挙げられる。また、除去・回収された導体粒子３は、現像装置１２に戻されて、再び導体粒子分散溶液１３中に分散されてリサイクルされる。
【００３７】
本発明の方法により形成された導体パターン７は、民政用機器だけでなく、軍需用、宇宙用としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の主要工程を示す工程図である。
【図２】本発明の主要工程を示す工程図である。
【図３】光の波長に対する透過率と吸収率の例である。
【図４】本発明に係る光源の模式図である。
【図５】本発明を実施するのに好適な装置の模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板
３  導体粒子
４  導体パターン前駆体
６  光
【図１】
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【図２】
2010087176.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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