(57)【要約】【課題】  下地の形状に制限されることなく下地との密着性が高い金属膜を安定して形成できると共に、製造に係るコストの低減に寄与することができる「金属膜の形成方法」を提供すること。【解決手段】  揮発性を有する溶媒に金属の微粒子を分散させた金属微粒子分散溶液３をインクジェット法により下地１０の所要の部分に塗布し、この塗布された金属微粒子分散溶液３ａを加熱して溶媒を蒸発させ、下地１０上に金属３ｂを析出させる。さらに、この析出された金属（金属膜１１）に対し熱処理を行う。さらに、上記の各工程を繰り返してもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性を有する溶媒に金属の微粒子を分散させた金属微粒子分散溶液を、インクジェット法により下地の所要の部分に塗布する工程と、
該塗布された金属微粒子分散溶液を加熱して前記溶媒を蒸発させ、前記下地上に前記金属を析出させて金属膜を形成する工程と、
該形成された金属膜に対し熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載された金属膜の形成方法を構成する各工程を更に繰り返すことを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項３】
下地の表面を粗化する工程と、
揮発性を有する溶媒に金属の微粒子を分散させた金属微粒子分散溶液を、インクジェット法により前記下地の所要の部分に塗布する工程と、
該塗布された金属微粒子分散溶液を加熱して前記溶媒を蒸発させ、前記下地上に前記金属を析出させて金属膜を形成する工程とを含むことを特徴とする金属膜の形成方法。
【請求項４】
前記下地が金属体であり、前記金属微粒子分散溶液に分散される金属として金（Ａｕ）を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の金属膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属膜の形成方法に関し、特に、インクジェット法を用いて金属膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、配線パターン等の金属膜を形成する方法として、電解めっき方式及び無電解めっき方式が知られている。電解めっき方式では、めっき液中に浸漬した被めっき物（めっきを施す対象物）を陰極として電流を流してめっきを行うため、当該対象物の被めっきエリアに通電しなくてはならない。このため、配線パターンによっては、ダミー配線やシード層などを設け、これを介して通電する方式を採用する必要がある。しかし、近年のパターン微細化により、このような方式を採用するのが非常に困難になってきている。
【０００３】
また、被めっき物はめっき液に浸漬され、めっき液に接している箇所でめっき反応が起こるため、電流密度が同じであればめっき反応は均一に発生するが、実際には被めっき物の表面の形状（凹凸など）に依存して電流密度が異なり、析出速度を全面均一にするのは非常に困難である。このため、被めっき物の表面積が大きい場合、皮膜の厚さにばらつきが生じ、コストアップの要因となっていた。
【０００４】
また、従来の電解めっきでは、めっきやレジスト塗布などの前処理として、アルカリ脱脂（金属表面に付着している油脂等を除去する処理）、酸洗浄（金属表面に生じた酸化物を硫酸や塩酸等の酸性水溶液で溶解除去する処理）などを行う必要があり、そのため、めっき設備、純水製造設備、排水設備など大掛かりな設備投資が必要であった。
【０００５】
これに対し、無電解めっき方式では、めっき液中に浸漬した被めっき物の表面に、電流を流さず金属を還元剤で還元するか、又は金属の置換により析出させる「化学」めっき処理であるため、電解めっき方式で必要とされるダミー配線等が不要であるというメリットがある。しかし、電解めっき方式の場合と同様に大掛かりな設備投資が必要であり、特に無電解金（Ａｕ）めっきを行う場合には、めっき液が不安定であるという点が問題として挙げられる。つまり、めっき液の寿命が限られ、更新する頻度によっては非常にコストアップとなり、特に、厚付けのＡｕめっきには適さないとされている。
【０００６】
また、湿式の電解／無電解めっき方式に共通していえることは、下地の前処理（表面の洗浄活性化など）〜めっき〜乾燥処理と工程が非常に長く、めっきエリアを限定した部分めっきを行うためには、高価な装置（設備）を必要とするといった問題があった。
【０００７】
このような湿式のめっき方式に対し、比較的簡素な方法で膜形成を行える手法として、近年、インクジェット方式を用いた技術が提案されている。このインクジェット方式を用いた膜形成では、例えば、アルコール系の溶媒に金（Ａｕ）などの金属微粒子を分散させたものをインクとして使用し、インク供給部から搬送されたインクをノズルから噴射させることにより、下地（基板）上の所要部分にインクが塗布され、溶媒が蒸発することで金属微粒子から構成される配線パターンが得られる。
【０００８】
かかるインクジェット方式に関連する技術としては、例えば、特許文献１に記載されるように、あらかじめベース基板上に形成された導電パターン上に、インクジェット方式により無電解めっき液を塗布することでそのめっき層の厚みを制御するようにしたものがある。また、特許文献２に記載されるように、金属超微粒子独立分散液からなるインクを用いて、インクジェット法により絶縁基板上に直接導電パターンを形成し、焼成後にその上に電解めっきを施して導電パターンを形成するようにしたものもある。
【特許文献１】特開２００２−２６４９１号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように従来のインクジェット方式を用いた膜形成では、下地（基板）上に塗布されたインクの溶媒が蒸発して金属微粒子が残るものの、金属微粒子は基板上に付着するだけで密着強度がそれほど高くないため、必ずしも信頼性の高い配線パターン（金属膜）が常に得られるとは限らない。このため、インクジェット法により下地との密着性が高い金属膜を形成する技術が要望されている。
【００１０】
なお、上記の特許文献１、特許文献２のいずれにも、インクジェット法を用いて導電パターンを形成する際に、下地との密着性が低い問題に関しては何ら考慮されていない。
【００１１】
本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、下地の形状に制限されることなく下地との密着性が高い金属膜を安定して形成できると共に、製造に係るコストの低減に寄与することができる金属膜の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】
【００１２】
上記の従来技術の課題を解決するため、本発明の基本形態によれば、揮発性を有する溶媒に金属の微粒子を分散させた金属微粒子分散溶液を、インクジェット法により下地の所要の部分に塗布する工程と、該塗布された金属微粒子分散溶液を加熱して前記溶媒を蒸発させ、前記下地上に前記金属を析出させて金属膜を形成する工程と、該形成された金属膜に対し熱処理を行う工程とを含むことを特徴とする金属膜の形成方法が提供される。
【００１３】
本発明に係る金属膜の形成方法によれば、インクジェット法により下地上に塗布された金属微粒子分散溶液を加熱して溶媒を蒸発させ、下地上に金属を析出させて金属膜を形成した後、この金属膜に対して熱処理を行うようにしたので、この金属膜が下地に対して密着強度の高い状態で形成されるようになる。
【００１４】
また、インクジェット法により対象物（下地）の所要の部分に向けて金属微粒子分散溶液（インク）を噴射しているので、下地の表面の形状に制限されることなく、その表面にほぼ均一に金属微粒子を堆積させることができる（均一な金属膜の形成）。さらに、インクジェット法により下地の表面に金属膜を直接形成するようにしているので、従来のようにめっきやフォトリソグラフィなどを用いて金属膜形成を行う方法と比べて、製造に係る装置（設備）が簡素化され、また工程も簡略化されるので、製造に係るコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る金属膜の形成方法を工程順に従って模式的に示したものであり、図３は、その一部の工程で行う処理に係るインクジェット法を説明するための図である。
【００１７】
本実施形態に係る金属膜の形成方法により形成される金属膜は、後述するようにワイヤボンディング用のパッド又ははんだボール接合用のパッドとして用いられ、このため、所要のワイヤボンディング特性又ははんだ濡れ性を満足するように金属膜形成が行われる。また、本実施形態に係る金属膜の形成方法を適用する対象物（下地）は、プリント基板配線、半導体用気密部品、半導体セラミックパッケージ等における金属部分である。また、本実施形態に係る金属膜の形成方法は、例えば、本件出願人が以前に提案したパターニング装置（平成１５年４月２１日、特願２００３−１１５２４０）を用いて実施することができる。
【００１８】
先ず最初の工程では（図１（ａ）、図３参照）、支持体１（この場合、上記のパターニング装置におけるステージ）上に、金属膜を形成すべき下地１０を載置し、上記のパターニング装置におけるインクジェットノズル２から、下地１０上の所要の部分（金属膜が形成される部分）に向けてインク３を噴射し、下地１０上に塗布する。
【００１９】
本実施形態では、インク３として、揮発性を有する溶媒（アルコール、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル、エーテルなど）に金（Ａｕ）の微粒子を分散させた溶液（Ａｕ微粒子分散溶液）を使用している。また、下地１０となる対象物は、本実施形態では金属体であり、例えば、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、ニッケル（Ｎｉ）やマンガン（Ｍｎ）などを含有した合金（鉄鋼）からなるコネクタ端子の一部分である。
【００２０】
インク３を塗布する手段としては、インク３を噴射させる方式によって図３に例示するように幾つかの種類がある。
【００２１】
図３（ａ）はバブルジェット（登録商標）方式の塗布手段の例を示したものである。左側には、上記のパターニング装置におけるインク供給部６から供給されたインク３がノズル２内に充填されている状態が示されており、この状態で、上記のパターニング装置におけるインクジェット制御部５からの制御に基づき、ノズル２に設けられた発熱体４を発熱させると、右側に示すようにインク３内に気泡７が発生し、この気泡７によってインク３の一部がノズル２の先端から押し出されて外部に噴出する。
【００２２】
また、図３（ｂ）は圧電変換（ピエゾ）駆動方式の塗布手段の例を示したものである。左側に示すように、ノズル２にはピエゾ抵抗効果に基づいてひずみを発生させるピエゾ素子８が設けられており、インクジェット制御部５ａからピエゾ素子８に所定の電圧を印加すると、ピエゾ素子８が図示のように凹んで、インク供給部６からノズル２内にインク３が注入される。そして、右側に示すように、ピエゾ素子８に印加する電圧を変化させることにより、図中矢印で示すようにピエゾ素子８が膨らみ、これによってインク３の一部がノズル２の先端から押し出されて外部に噴出する。
【００２３】
ノズル２の口径や数は特に限定されないが、例えば、配線基板の配線パターンを形成する場合、ノズル２の先端口径は３０μｍ〜８０μｍ（好適には５０μｍ程度）であり、その数は概ね３０〜９０個（好適には６０個程度）である。これによって、金属膜パターンの幅や膜厚等が変化する場合であっても容易に対応できるようになっている。そして、インクジェット制御部５，５ａによりインク３を噴出させるノズル２が選択されると共に、インク３の噴出量及び噴出タイミングが制御される。なお、インク３の１回あたりの噴射時間は、本実施形態では１秒間に選定している。
【００２４】
このようにしてインクジェットノズル２からインク３が噴射されると、図１（ｂ）に示すように、下地１０上の所要の部分にインク塗布層３ａが形成される。このインク塗布層３ａの厚さは、ノズル２から噴射されるインク３の１滴（５０μｍ）あたり０．４μｍ程度である。
【００２５】
次の工程では（図１（ｃ））、下地１０上に形成されたインク塗布層３ａ（Ａｕ微粒子分散溶液）を所定の温度で所定時間加熱して、Ａｕ微粒子分散溶液３ａ中の溶媒を蒸発させる。本実施形態では、加熱温度として２００℃前後、加熱時間として３０分程度に選定している。加熱の手段は、あらかじめ規定の温度（この場合、２００℃前後）に保たれた炉の中に支持体１ごと入れてもよいし、あるいは、支持体１の内部にあらかじめヒータ等の加熱手段を内蔵させておき、これを使用するようにしてもよい。
【００２６】
この加熱処理により、図示のように溶媒が蒸発して下地１０上にＡｕ微粒子３ｂが析出し、薄いＡｕ膜となる。このＡｕ膜の厚さは、インク塗布層３ａの厚さ：０．４μｍに対して０．１３〜０．１８μｍ程度である。この段階で下地１０上の所要の部分にＡｕ膜が形成されているが、このままでは下地１０との密着性が必ずしも十分とはいえない。
【００２７】
そこで、次の工程では（図１（ｄ））、下地１０上に形成されたＡｕ膜１１に対して窒素（Ｎ2 ）雰囲気中で更なる熱処理を行い、下地１０との密着性を高めるようにする。この工程では、加熱温度として１５０℃前後、加熱時間として２時間程度に選定している。この段階で、基本的には、Ａｕ膜１１が下地１０に対して密着強度が高い状態で形成されたことになる。
【００２８】
但し、このＡｕ膜１１をワイヤボンディング用のパッドとして用いる場合、所要のワイヤボンディング特性（金（Ａｕ）ワイヤで、その引っ張り強度が３〜４〔ｇｆ〕）を満足するためには下地１０との密着性がまだ十分とはいえないので、以下の工程（図２（ａ）〜（ｃ））によりＡｕ膜１１の膜厚を更に厚くするための処理を行う。
【００２９】
すなわち、図２（ａ）に示す工程では、上述した図１（ａ）、（ｂ）の工程で行った処理と同様にして、インクジェットノズル２から、下地１０上に形成されたＡｕ膜１１に向けてインク３を噴射し、Ａｕ膜１１上にインク塗布層３ａ（図２（ｂ）に破線で表示）を形成する。
【００３０】
次の工程では（図２（ｂ））、上述した図１（ｃ）の工程で行った処理と同様にして、Ａｕ膜１１上に形成されたインク塗布層３ａ（Ａｕ微粒子分散溶液）を２００℃前後の温度で３０分程度加熱して、Ａｕ微粒子分散溶液３ａ中の溶媒を蒸発させる。そして、Ａｕ膜１１上にＡｕ微粒子３ｂを析出させて、薄いＡｕ膜を形成する。
【００３１】
さらに次の工程では（図２（ｃ））、上述した図１（ｄ）の工程で行った処理と同様にして、Ａｕ膜１１上に形成されたＡｕ膜１２に対して窒素（Ｎ2 ）雰囲気中で、１５０℃前後の温度で２時間程度加熱して、Ａｕ膜１２の下地１０との密着性を高める。
【００３２】
以上の工程により、本実施形態で意図する所要のワイヤボンディング特性を備えた金属膜（Ａｕ膜１２）が形成されたことになる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る金属膜の形成方法（図１〜図３）によれば、インクジェット法により下地１０上に塗布されたインク３を加熱して溶媒を蒸発させ、下地１０上にＡｕ微粒子３ｂを析出させて金属膜（Ａｕ膜１１，１２）を形成した後、この金属膜に対して熱処理（窒素（Ｎ2 ）雰囲気中で１５０℃前後、２時間程度の加熱）を行っているので、下地１０に対して金属膜（Ａｕ膜１１，１２）が密着強度の高い状態で形成されるようになる。
【００３４】
図４はその効果の一例を比較例と対比させて示したものであり、Ａｕ膜１２をワイヤボンディング用のパッドとして用いたときのワイヤボンディング特性（ボンディングワイヤとして金（Ａｕ）線を用いたときの引っ張り強度〔ｇｆ〕）を示している。図示の例では３つの特性が示されており、このうち「インクジェット×２回」の特性が本実施形態に係るもので、他の２つ「現行品（電解めっき等を用いた方式）」、「Ａｕストライクめっき＋インクジェット」は比較例を示している。金（Ａｕ）ワイヤの引っ張り強度は、通常、３〜４〔ｇｆ〕以上あれば十分であるとされており、本実施形態に係るものはこの条件を十分にクリアしている。
【００３５】
また、インクジェット法により対象物（下地１０）の所要の部分に向けてインク３を噴射しているので、下地１０の表面の形状に制限されることなく、その表面にほぼ均一に金属粒子（Ａｕ粒子）を堆積させることができる（均一なＡｕ膜の形成）。また、下地１０の表面に金属膜（Ａｕ膜１１，１２）を直接形成するようにしているので、従来のようにめっきやフォトリソグラフィなどを用いて金属膜形成を行う方法と比べて、製造に係る装置（設備）が簡素化され、また工程（プロセス）も簡略化されるので、製造に係るコストを低減することができる。
【００３６】
また、下地１０上の必要な部分にのみインク３を塗布すればよいので、従来のめっきやフォトリソグラフィなどを使用する場合と違って、材料を無駄にすることなく所要の金属膜を形成することができる。これは、製造に係るコストの更なる低減に寄与する。特に、無電解Ａｕめっきを使用する場合と比べると、従来のめっき液の更新に費やしていたコストの大幅な削減が可能となり、有利である。
【００３７】
また、従来のめっきやフォトリソグラフィなどを使用した金属膜の形成方法では、膜厚を厚くするためには成膜時間が長くかかるといった問題があったが、本実施形態に係る方法では、上述したように従来よりも金属膜形成に係る工程が簡略化されるので、必要に応じて図１（ａ）〜（ｄ）の工程を更に繰り返すことで、所要の膜厚の金属膜を短時間で形成することができる。これは、製造に係るコストの低減に寄与する。
【００３８】
上述した実施形態に係る金属膜の形成方法（図１及び図２）では、図１（ｄ）の工程において熱処理（１５０℃／２時間程度）を行うことでＡｕ膜１１の下地１０との密着性を向上させる場合を例にとって説明したが、密着性を向上させる手段がこれに限定されないことはもちろんである。例えば、プラスチックパッケージやセラミックパッケージなどの配線基板のプロセスにおいて一般的に用いられている「粗化処理」を代用することも可能である。
【００３９】
この場合、粗化処理は、最初の工程（図１（ａ））でインク３を塗布する前の段階で、下地１０に対して行うのが望ましい。例えば、プラズマ等を用いたドライプロセスにより下地１０の表面を粗化する。これによって、下地１０の表面にアンカー効果をもたせることができるので、この後の工程でインク塗布層３ａを形成し（図１（ｂ））、加熱して溶媒を蒸発させると（図１（ｃ））、析出したＡｕ粒子３ｂは下地１０のアンカー部分に入り込むため、Ａｕ膜１１の下地１０との密着性を高めることができる。但し、このＡｕ膜１１（最終的にはＡｕ膜１２）をワイヤボンディング用のパッドとして用いる場合、下地１０の表面を必要以上に粗化し過ぎるとＡｕ膜１２の表面が凸凹形状を呈するため、この部分（パッド）にワイヤを打てなくなる可能性があり、粗化する度合いを十分に考慮する必要がある。一方、このＡｕ膜１１（Ａｕ膜１２）をはんだボール接合用のパッドとして用いる場合には、かかる不都合は生じない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属膜の形成方法の工程（その１）を示す断面図である。
【図２】図１の工程に続く工程（その２）を示す断面図である。
【図３】図１（ａ）の工程で行う処理に係るインクジェット法の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態により得られた効果を比較例と対比させて示した特性図である。
【符号の説明】
【００４１】
２…（インクジェット）ノズル、
３…インク（金属微粒子分散溶液）、
３ａ…インク塗布層（金属微粒子分散溶液）、
３ｂ…析出したＡｕ粒子、
４…発熱体、
５，５ａ…インクジェット制御部、
６…インク供給部、
７…気泡、
８…圧電変換（ピエゾ）素子、
１０…下地（金属膜を被着させる対象物）、
１１，１２…Ａｕ膜（金属膜）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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