(57)【要約】  ガラス基板のような基板を有するワークピース（100）をレーザにより、あるいは他の手段によりエッチングして凹状フィーチャ（200，202）を生成することができる。レーザ誘起前方転写（LIFT）プロセス又は金属酸化物印刷プロセスを用いて金属のようなシード材料（402）を前記ガラス基板上に、特に前記凹状フィーチャ（200，202）内に付与することができる。必要に応じて、無電解めっきのような従来の手法によりシーディングされた凹状フィーチャをめっきして予測可能でより良好な電気的特性を導電フィーチャ（500）に付与することができる。ワークピース（100）を積み重ねて接続し、続いて積み重ねられたワークピース（100）が適切に改質されるようにすることができる。
2019514207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザエネルギービームをシード材料に照射してワークピースにシード層を形成し、
前記シード層上に導電フィーチャを形成するためのシードとして前記シード層を用いてめっきプロセスを行う、
方法。
【請求項２】
前記ワークピースは、前記シード層が形成されるガラス基板を含む、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ワークピースは、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムなど、又はこれらを任意に組み合わせたもの、ガラスセラミック、ガラス結合セラミック、高分子、ガラス充填高分子、ガラス繊維強化高分子、又はこれらを任意に組み合わせたものを含む基板を含む、請求項１の方法。
【請求項４】
前記ワークピースは、主面を有するワークピース基板を含み、前記主面は、前記シード層を受け入れる露出主面である、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項５】
前記ワークピースは、主面を有するワークピース基板を含み、前記シード層は、前記主面に対して凹んだ凹状フィーチャ内に形成され、前記凹状フィーチャは、凹状側壁面及び凹状底面のうち少なくとも一方を含む、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項６】
前記凹状側壁面及び前記凹状底面のうち少なくとも一方は、前記シード層を受け入れる露出表面である、請求項５の方法。
【請求項７】
前記凹状側壁面及び前記凹状底面のうち少なくとも一方は、前記主面の粗さよりも大きな粗さを有する、請求項５の方法。
【請求項８】
前記シード層は無機物である、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項９】
前記シード層は銅を含む、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１０】
前記シード層を形成する際に、シード材料からなる小球を堆積し、前記小球は、10μmよりも小さい直径を有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１１】
前記めっきを行う際に、無電解めっきプロセスを行う、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１２】
前記導電フィーチャは銅を含む、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１３】
前記導電フィーチャは、前記ワークピースの凹状フィーチャ内に形成され、前記導電フィーチャは、12μmよりも小さな幅を有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１４】
前記導電フィーチャは、前記ワークピースの凹状フィーチャ内に形成され、前記導電フィーチャは、５μm以下の幅を有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１５】
前記ワークピースはワークピース基板を含み、複数の導電フィーチャが、12μm以下のピッチで前記ワークピース基板に形成される、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１６】
前記導電フィーチャは銅を含み、前記導電フィーチャは、バルク銅の抵抗率の1.5倍以下の抵抗率を有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１７】
前記ワークピースは、厚さを有するワークピース基板を有し、前記導電フィーチャは、前記ワークピース基板の前記厚さに等しい深さを有し、前記ワークピース基板を貫通する導電貫通孔を形成する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１８】
前記導電フィーチャの任意の断面は、150倍の倍率で光学顕微鏡を通して見たときにボイドが見られない、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項１９】
シード材料を堆積させるための前記レーザエネルギービームは、550 nmよりも短い波長を有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２０】
前記レーザエネルギービームは、200kHzより低いパルス繰り返し率と20Wよりも低い平均パワーとにより特徴付けられる、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２１】
前記ワークピースは、主面と凹状フィーチャとを有し、前記レーザエネルギービームによって、前記主面上にシード材料が堆積することなく、前記凹状フィーチャ内にシード材料が堆積する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２２】
前記シード層を形成する際に、
前記ワークピース上に金属酸化物を含むインクを供給し、
前記インクに前記レーザエネルギービームを照射することにより前記金属酸化物を化学的に還元する、
請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２３】
前記シード層を形成する際に、
前記レーザエネルギービームに対して透明なキャリア基板とドナー膜とを含むドナー構造を用意し、前記ドナー膜は前記ワークピースに面しており、
前記キャリア基板を透過して前記レーザエネルギービームが前記ドナー膜の一部に当たるように前記レーザエネルギービームを照射し、前記レーザエネルギーが当たった前記ドナー膜の少なくとも一部が前記ワークピースに転写される、
請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２４】
前記ドナー構造は、前記シード層の形成中に前記ワークピースに接触している、請求項23の方法。
【請求項２５】
前記ドナー構造は、前記シード層の形成中に前記ワークピースから離間している、請求項23の方法。
【請求項２６】
前記シード層を受け入れる凹状フィーチャが前記ワークピースに形成され、前記凹状フィーチャは、レーザ加工ビームの照射により形成される、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２７】
前記ドナー膜は、0.01μmから250μmの範囲の厚さを有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２８】
前記ドナー膜は、１μm以上の厚さを有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項２９】
前記ドナー材料に当たる前記レーザエネルギービームを供給するためにパルスレーザが用いられる、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項３０】
前記ドナー材料に当たる前記レーザエネルギービームを供給するために準連続波（QCW）レーザが用いられる、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項３１】
配線メッシュを形成するために前記堆積シード材料が用いられる、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項３２】
前記ワークピースの前記基板と前記導電フィーチャは、１Ω□-1以下のシート抵抗と90％以上の光透過率を呈する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項３３】
前記ワークピースの前記基板は柔軟性を有する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項３４】
前記基板をエッチングする工程と前記シード材料を堆積させる工程とは同時に行われる、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項３５】
前記シード層を形成する際に、シード材料からなる小球を堆積し、前記小球は、１ミクロンよりも大きい深さまで前記基板を貫通する、請求項１から２のいずれかの方法。
【請求項３６】
ガラス基板と、
前記ガラス基板にエッチングされた凹状フィーチャと、
前記凹状フィーチャ内に堆積した導電フィーチャと
を備える、プリント回路基板（PCB）。
【請求項３７】
ワークピース基板を含むワークピースを用意し、前記ワークピース基板は主面を含み、前記ワークピース基板は、前記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、前記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、前記凹んだ表面は、前記主面の粗さよりも大きな粗さを有し、
ワークピースに隣接してドナー構造を配置し、前記ドナー構造は、レーザエネルギービームに対して透明なキャリア基板に付着した金属ドナー材料を含み、前記金属ドナー材料は、前記ワークピースに面しており、
前記キャリア基板を透過するように前記レーザエネルギービームを照射することによりレーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスを行い、金属ドナー材料を前記凹状フィーチャ内に堆積させる、
方法。
【請求項３８】
ワークピース基板を含むワークピースを用意し、前記ワークピース基板は主面を含み、前記ワークピース基板は、前記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、前記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、前記凹んだ表面は、前記主面の粗さよりも大きな粗さを有し、前記凹状フィーチャは、レーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスにより堆積された金属シード材料を含み、
前記シード材料上に導電フィーチャを形成するためのシードとして前記金属シード材料を用いてめっきプロセスを行う、
方法。
【請求項３９】
ワークピース基板を含むワークピースを用意し、前記ワークピース基板は主面を含み、前記ワークピース基板は、前記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、前記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、前記凹んだ表面は、前記主面の粗さよりも大きな粗さを有し、
前記ワークピースにエッチングされた前記凹状フィーチャにインク組成を堆積し、前記インク組成は、金属材料を含み、
前記インク組成に光熱変換プロセスを適用し、前記凹状フィーチャ内に導電フィーチャを形成する、
方法。
【請求項４０】
ワークピース基板を含むワークピースを用意し、前記ワークピース基板は主面を含み、前記ワークピース基板は、前記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、前記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、前記凹んだ表面は、前記主面の粗さよりも大きな粗さを有し、
前記ワークピースにエッチングされた前記凹状フィーチャにインク組成を堆積し、前記インク組成は、金属材料を含み、
前記インク組成内の前記金属材料に電子を供給し、前記凹状フィーチャ内に導電フィーチャを形成する、
方法。
【請求項４１】
ワークピースに隣接してドナー構造を配置し、前記ドナー構造は、レーザエネルギービームに対して透明なキャリア基板とドナー膜とを含み、前記ドナー膜は、前記ワークピースに面しており、
前記キャリア基板を透過するように前記ドナー膜上に前記レーザエネルギービームを照射することによりレーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスを行い、前記レーザエネルギービームは、10MHzより高いパルス繰り返し率と100Wよりも高い平均パワーとにより特徴付けられる、
方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、2016年３月31日に提出された米国仮特許出願第62/315,913号及び2016年10月13日に提出された米国仮特許出願第62/407,848号の優先権による利益を主張するものであり、当該出願は、その全体が参照により組み込まれる。
【著作権表示】
【０００２】
(c) 2017 Electro Scientific Industries社。この特許文書の開示の一部には、著作権保護を受ける構成要素が含まれている。この特許文書又は特許開示は米国特許商標庁の特許ファイル又は記録に記載されているので、著作権者は、いかなる者による特許文書又は特許開示のファクシミリによる複製に対して異議を唱えることはないが、それ以外についてはどのようなものであってもすべての著作権を留保する。米国連邦規則集第37巻第1.71条（d）。
【背景】
【０００３】
Ｉ．技術分野
本明細書において述べられる実施形態は、概して、基板内における導電線の形成に関するものである。より具体的には、本明細書において述べられる実施形態は、誘電体基板における凹状導電線の形成に関するものである。
【０００４】
II．技術的背景
高いデータ伝送速度に対する需要が高まっていることにより、より小さなプリント回路基板（PCB）のフィーチャの開発が迫られている。電気回路は、電磁環境適合性を制御可能な典型的なPCB誘電材料の物理的な限界にまで達している。さらに、高度フリップフロップパッケージなどにおける高密度のフィーチャは、熱膨張係数（CTE）が低く、寸法安定性が高く、熱伝導が良く、好適な誘電率を有する基板を必要とする。この点で、ガラスは、電気的特性、吸湿性、及び劣化に関して非常に安定しており、シリコンに近いCTEを有しており、ガラスには数多くの利点があり、IC実装には理想的である。さらに、ガラスの誘電率は、場合によっては、FR4の誘電率よりも低い。これは、高性能材料に比べて損失係数が低いことと材料コストが低いことと相俟ってガラスを高周波数の用途に好適なものとしている。
【０００５】
ガラス基板の導電めっきを実現するために、化学蒸着、蒸発及びスパッタリング、電解めっき及び無電解めっきを改善するための化学的、機械的、及びレーザラフニング、金属粉末の焼結を含むレーザダイレクトライト法、及び無電解めっき用の触媒をより吸着又は結合するための自己組織化単分子膜の利用をはじめとして、多くの異なるアプローチが取られてきた。CTE不整合や強い界面応力などのように脆弱なガラスと固い金属との間の化学的及び機械的な不整合からガラスのメタリゼーションには困難な問題が生じる。滑らかなガラスの表面には機械的なインターロックが生じる可能性がないので、金属フィルムが基板から簡単に離脱しやすい。
【０００６】
レーザ誘起前方転写（LIFT）は、基板上に導電金属構造を形成するために用いられてきた１つの特定のアプローチであり、酸化物、有機物、及び生物材料の成膜にも応用されてきた。LIFTにおいては、成膜用の所望の材料（すなわち、「ドナー材料」、「ドナー層」、「ドナー膜」など）の層が透明なキャリアと透明なキャリアの複合構造（「キャリア基板」とも呼ばれる）に付着し、ドナー層は「ドナー基板」又は「ドナー構造」と呼ばれる。ドナーの透明なキャリアを通してレーザの焦点が材料に合わされ、材料が「受け取り側の」基板に転写される。
【０００７】
金属材料を転写するLIFT法は、ArFエキシマレーザを用いて銅をシリカ基板上に前方転写するために1987年に初めて発表され、それ以来、有機材料及び生物材料を含む様々な材料を多くの異なる基板上に成膜するために応用されてきた。導電インク及びナノペーストの印刷は、LIFTの応用に対する最近の研究の関心の的である。導電インクを用いる手法は、（例えば、空間光変調器を用いて）成膜された材料に対する高いレベルでの形状及びサイズの制御を約束するが、インク自体は、対応するバルク品よりも数桁低い導電率を有する。この一部は、成膜されたインクのインサイチュレーザキュアリングを通じて緩和することができる。また、LIFTは、埋め込み済のコンポーネント間を接続するための導電インクのダイレクトライティングにより、あるいは、コンポーネント自体を配置するためにLIFTを用いることにより埋め込みコンポーネントを用意するために用いられている。銅ビームは、LIFTを用いてレーザカッティング、ベンディング、及び成膜されるが、接合のために導電ペーストを必要とする。
【概要】
【０００８】
本概要は、後でさらに詳しく述べられる概念を厳選したものを簡略化した形態で紹介するために提供されるものである。本概要は、特許請求の範囲に記載された主題の重要な又は必須の創作的な概念を特定すること意図しているものでも、あるいは、特許請求の範囲に記載された主題の範囲を決定することを意図しているものでもない。
【０００９】
ある実施形態においては、レーザエネルギービームをシード材料に照射してワークピースにシード層が形成され、上記シード層上に導電フィーチャを形成するためのシードとして上記シード層を用いてめっきプロセスが行われる。
【００１０】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピースに隣接してドナー構造が配置され、上記ドナー構造は、レーザエネルギービームに対して透明なキャリア基板とドナー膜とを含み、上記ドナー膜は、上記ワークピースに面している。上記キャリア基板を透過するように上記ドナー膜上に上記レーザエネルギービームを照射することによりレーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスが行われ、上記レーザエネルギービームは、200kHzより低いパルス繰り返し率と20Wより低い平均パワーとにより特徴付けられる。
【００１１】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピースに隣接してドナー構造が配置され、上記ドナー構造は、レーザエネルギービームに対して透明なキャリア基板とドナー膜とを含み、上記ドナー膜は、上記ワークピースに面している。上記キャリア基板を透過するように上記ドナー膜上に上記レーザエネルギービームを照射することによりレーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスが行われ、上記レーザエネルギービームは、10MHzより高いパルス繰り返し率と100Wよりも高い平均パワーとにより特徴付けられる、
【００１２】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、プリント回路基板（PCB）は、ガラス基板と、上記ガラス基板にエッチングされた凹状フィーチャと、上記凹状フィーチャ内に堆積した導電フィーチャとを備える。
【００１３】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピース基板を含むワークピースが用意され、上記ワークピース基板は主面を含み、上記ワークピース基板は、上記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、上記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、上記凹んだ表面は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有し、上記凹状フィーチャは、レーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスにより堆積された金属シード材料を含む。上記シード材料上に導電フィーチャを形成するためのシードとして上記金属シード材料を用いてめっきプロセスが行われる。
【００１４】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピース基板が用意され、上記ワークピース基板は主面を含み、上記ワークピース基板は、上記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、上記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、上記凹んだ表面は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有する。凹状フィーチャ内に金属シード材料を堆積するためにレーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスが行われる。上記シード材料上に導電フィーチャを形成するためのシードとして上記金属シード材料を用いてめっきプロセスが行われる。
【００１５】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピース基板を含むワークピースが用意され、上記ワークピース基板は主面を含み、上記ワークピース基板は、上記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、上記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、上記凹んだ表面は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有する。ワークピースに隣接してドナー構造が配置され、上記ドナー構造は、レーザエネルギービームに対して透明なキャリア基板に付着した金属ドナー材料を含み、上記金属ドナー材料は、上記ワークピースに面している。上記キャリア基板を透過するように上記レーザエネルギービームを照射することによりレーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスが行われ、金属ドナー材料を上記凹状フィーチャ内に堆積させる。
【００１６】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピース基板を含むワークピースを用意し、上記ワークピース基板は主面を含み、上記ワークピース基板は、上記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、上記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、上記凹んだ表面は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有する。上記ワークピースにエッチングされた凹状フィーチャ内に金属材料を含む金属インクが堆積される。上記凹状フィーチャ内に導電フィーチャを形成するために上記金属材料が還元される。
【００１７】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピース基板を含むワークピースが用意され、上記ワークピース基板は主面を含み、上記ワークピース基板は、上記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、上記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、上記凹んだ表面は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有する。上記ワークピースにエッチングされた上記凹状フィーチャにインク組成が堆積され、上記インク組成は、金属材料を含む。上記インク組成に光熱変換プロセスが適用され、上記凹状フィーチャ内に導電フィーチャを形成する。
【００１８】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、ワークピース基板を含むワークピースが用意され、上記ワークピース基板は主面を含み、上記ワークピース基板は、上記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、上記凹状フィーチャは、それぞれ凹んだ表面を含み、上記凹んだ表面は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有する。上記ワークピースにエッチングされた上記凹状フィーチャにインク組成が堆積され、上記インク組成は、金属材料を含む。上記インク組成内の上記金属材料に電子が供給され、上記凹状フィーチャ内に導電フィーチャを形成する。
【００１９】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、金属材料が堆積されるか、上記シード層が形成されるガラス基板を含んでいる。
【００２０】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記基板は、可視光に対して透明な非晶質シリカ系材料を含む。
【００２１】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、上記シード層が形成されるガラス基板を含み、上記ガラス基板は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はこれらを任意に組み合わせたものを含み、必要に応じて、１以上のアルカリ及び／又はアルカリ土類修飾成分を含んでいる。
【００２２】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムなど、又はこれらを任意に組み合わせたもの、ガラスセラミック、ガラス結合セラミック、高分子、ガラス充填高分子、ガラス繊維強化高分子、又はこれらを任意に組み合わせたものを含む基板を含んでいる。
【００２３】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、主面を有するワークピース基板を含み、上記主面は、上記シード層を受け入れる露出主面である。
【００２４】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、主面を有するワークピース基板を含み、上記シード層は、上記主面に対して凹んだ凹状フィーチャ内に形成され、上記凹状フィーチャは、凹状側壁面及び凹状底面のうち少なくとも一方を含んでいる。
【００２５】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記凹状側壁面及び上記凹状底面のうち少なくとも一方は、上記シード層を受け入れる露出表面である。
【００２６】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記凹状側壁面及び上記凹状底面のうち少なくとも一方は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有する。
【００２７】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記凹状側壁面及び上記凹状底面のうち少なくとも一方は、500nm以上の粗さ（Ra）、500nmから1500nmまでの間の粗さ、又はこれに類する粗さを有する。
【００２８】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記凹状フィーチャは、トレンチ、非貫通ビア、又は貫通孔ビアを含む。
【００２９】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記シード層は、銅などを含む無機物である。
【００３０】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記シード層を形成する際に、シード材料の小球を堆積し、上記小球は、10μmよりも小さい直径、２μmよりも小さい直径、１μmよりも小さい直径、100nmよりも大きい直径、又はこれに類する直径を有する。
【００３１】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記小球は、50m/sより速い速度で、100m/sよりも速い速度で、400m/sよりも速い速度で、又はこれに類する速度で上記基板に衝突する。
【００３２】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記小球は、１ミクロンよりも大きい深さまで上記基板を貫通する。
【００３３】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記シード層は、光、温度、圧力、及び大気組成の１以上の周囲条件の存在下で形成される。
【００３４】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記めっきを行う際に、無電解めっきプロセスを行う。
【００３５】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記導電フィーチャは銅を含んでいる。
【００３６】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー材料又は上記金属材料は、金、アルミニウム、チタン、タングステン、銅、ニッケル、クロム、プラチナ、パラジウム、ゲルマニウム、セレニウムなど、これらの酸化物、これらの窒化物、これらの合金、又はこれらを任意に組み合わせたものを含む。
【００３７】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー膜は、0.01μmから250μmの範囲、0.1μmから250μmの範囲、0.01μmから１μm の範囲、0.1μmから１μm の範囲、１μm 以上、２μm以上、３μm以上などの厚さを有する。
【００３８】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記導電フィーチャは、上記ワークピースの凹状フィーチャ内に形成され、上記導電フィーチャは、12μmよりも小さな幅、９μmより小さな幅、５μm以下の幅、又はこれに類する幅を有する。
【００３９】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記導電フィーチャは、上記ワークピースの凹状フィーチャ内に形成され、上記導電フィーチャは、５μm以下の深さ、１μm以下の深さ、又はこれに類する深さを有する。
【００４０】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記導電フィーチャは、１mm以上の長さを有する。
【００４１】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、ワークピース基板を含み、上記ワークピース基板に複数の導電フィーチャが12μm以下のピッチ、９μm以下のピッチ、５μm以下のピッチ、又はこれに類するピッチで形成される。
【００４２】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記導電フィーチャは、銅を含み、上記導電フィーチャは、25μm以下の幅を有し、上記導電フィーチャは、25μm以下の深さを有し、上記導電フィーチャは、５mm以上の長さを有し、上記導電フィーチャは、バルク銅の抵抗率の1.5倍以下の抵抗率を有する。
【００４３】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、厚さを有するワークピース基板を有し、上記導電フィーチャは、上記ワークピース基板の上記厚さに等しい深さを有し、上記ワークピース基板を貫通する導電貫通孔を形成する。
【００４４】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記導電フィーチャの任意の断面は、150倍の倍率で光学顕微鏡を通して見たときにボイドが見られない。
【００４５】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記導電フィーチャのうち少なくとも１つは、高周波回路コンポーネントを形成するか、あるいは携帯電話用のアンテナを形成するか、あるいはこれに類似するものを形成する。
【００４６】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、シード材料を堆積させるための上記レーザエネルギービームは、550 nmよりも短い波長を有する。
【００４７】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記レーザエネルギービームは、200kHzより低いパルス繰り返し率と20Wよりも低い平均パワーとにより特徴付けられるか、10MHzよりも高いパルス繰り返し率と100Wよりも高い平均パワーとにより特徴付けられるか、あるいはこれに類似するものにより特徴付けられる。
【００４８】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、主面と凹状フィーチャとを有し、上記レーザエネルギービームによって、上記主面上にシード材料が堆積することなく、上記凹状フィーチャ内にシード材料が堆積する。
【００４９】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記シード層を形成する際に、上記ワークピース上に金属酸化物と還元剤とを含むインクを供給し、上記インクに上記レーザエネルギービームを照射することにより上記金属酸化物を化学的に還元する。
【００５０】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記基板をエッチングする工程と金属材料を堆積させる工程とは同時に又は実質的に同時に行われる。
【００５１】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記シード層を形成する際に、上記レーザエネルギービームに対して透明なキャリア基板とドナー膜とを含むドナー構造を用意し、上記ドナー膜は上記ワークピースに面しており、上記キャリア基板を透過して上記レーザエネルギービームが上記ドナー膜の一部に当たるように上記レーザエネルギービームを照射し、上記レーザエネルギーが当たった上記ドナー膜の少なくとも一部が上記ワークピースに転写される。
【００５２】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー膜は無機物である。
【００５３】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記レーザエネルギーが当たる上記ドナー膜の部分は、上記ドナー構造から上記ワークピース上へ噴出する。
【００５４】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記レーザエネルギーが当たる上記ドナー膜の部分は、加熱されて上記ドナー構造から上記ワークピースに流れる。
【００５５】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー構造は、上記シード層の形成中に上記ワークピースから離間している。
【００５６】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー材料又は金属材料は、10μm未満の距離、５μm未満の距離、１μm未満の距離、500nm未満の距離、100nm未満の距離、又はこれに類する距離から上記ワークピース上に堆積する。
【００５７】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー構造は、上記シード層の形成中に上記ワークピースに接触している。
【００５８】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー構造は、上記キャリア基板と上記ドナー膜との間に接着材を含む。
【００５９】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記堆積材料は、同一金属の焼結ナノ粒子よりもバルク金属により近い特性を有する。
【００６０】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記レーザエネルギービームは、焦点を有し、上記レーザエネルギービームの上記焦点は、上記キャリア基板と上記ドナー膜との間に位置するか、あるいは、上記レーザエネルギービームの上記焦点は、上記キャリア基板と上記ドナー膜との間の界面に位置する。
【００６１】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記シード層を受け入れる凹状フィーチャが上記ワークピースに形成され、上記凹状フィーチャは、レーザ加工ビームの照射により形成される。
【００６２】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記レーザ加工ビームは、500psよりも短いパルス幅、１psよりも短いパルス幅、又はこれに類するパルス幅を有するレーザパルスを含む。
【００６３】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記基板をエッチングするための上記レーザ加工ビームは、550nmより短い波長を有する。
【００６４】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、主面を有するワークピース基板を含み、上記基板をエッチングするための上記レーザ加工ビームは、レーザ加工システムの一部を形成し、上記レーザ加工ビームは焦点を有し、上記レーザ加工システムは、センサフィードバックを利用して上記レーザ加工ビームの上記焦点と上記主面との間で所定の高さ範囲を維持する。
【００６５】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー材料に当たる上記レーザエネルギービームを供給するためにパルスレーザが用いられる。
【００６６】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ドナー材料に当たる上記レーザエネルギービームを供給するために連続波（CW）レーザ及び／又は準連続波（QCW）レーザが用いられる。
【００６７】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、配線メッシュを形成するために上記堆積金属材料が用いられる。上記配線メッシュは、ディスプレイ、タッチスクリーン、光電池デバイス、太陽電池、光検出器、又はくもり止めデバイスにおいて用いられる。
【００６８】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースの上記基板と上記導電フィーチャは、１Ω□-1（オームパースクエア）以下のシート抵抗と90％以上の光透過率を呈する。
【００６９】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースの上記基板は柔軟性を有する。
【００７０】
代替的な、付加的な、あるいは累積的な実施形態では、上記ワークピースは、主面を有するワークピース基板を含み、上記ワークピース基板は、上記ワークピース基板にエッチングされた凹状フィーチャを含み、上記凹状フィーチャは、少なくとも凹状側壁面と凹状底面とを含み、上記凹状側壁面及び上記凹状底面のうち少なくとも一方は、上記主面の粗さよりも大きな粗さを有し、上記シード材料は、金属材料を含み、シード材料は、レーザ誘起前方転写（LIFT）プロセスにより上記凹状フィーチャ内に堆積され、上記めっきプロセスは、上記凹状フィーチャ内に導電フィーチャを形成し、上記導電フィーチャは、12μm以下の幅と250μmより大きい長さを有し、離間した導電フィーチャは、12μm以下のピッチを有し、上記導電フィーチャの任意の断面は、150倍の倍率で光学顕微鏡を通して見たときにボイドが見られない。
【００７１】
更なる態様及び利点は、添付図面を参照して以下に述べられる例示的な実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、第１の面及び第２の面を有するワークピースの断面図である。
【図２】図２は、トレンチや貫通ビアのような例示的なフィーチャを有するワークピースの断面図である。
【図３】図３は、フィーチャを有するワークピースの上方に位置する例示的なドナー構造の断面図である。
【図４】図４は、ドナー構造からワークピースのフィーチャ内の露出面にドナー材料を転写する例を示す断面図である。
【図５Ａ】図5Aは、ワークピース内のフィーチャの表面に形成されたドナー材料上になされるめっきプロセスの結果の例を示す断面図である。
【図５Ｂ】図5Bは、基板内に配線を形成するための例示的プロセスフロー図である。
【図６】図６は、本明細書に開示される方法により形成される複数の処理済みワークピースの積み重ねの例を示す断面図である。
【図７】図７は、誘電体基板の単一の層に２層の導電材料を有する構造を形成するための例示的プロセスフロー図である。
【図８】図８は、（図７に示されるプロセスの後などに）導電フィーチャのマルチレベル構造を形成するための例示的プロセスフロー図である。
【図９】図９は、基板内に埋め込まれたコンポーネントに電気的に接続される導電ビアを形成するための例示的プロセスフロー図である。
【図１０】図10は、異なるパルスエネルギーを用いて平坦なガラス表面に堆積された銅を示す顕微鏡写真である。
【図１１Ａ】図11Aは、シーディング及びめっき前における基板のレーザアブレーションにより生成された凹状フィーチャの高さ測定結果のUVレーザ走査型顕微鏡写真である。
【図１１Ｂ】図11Bは、本明細書に開示されたプロセスにより生成されためっき配線及びパッドの写真である。
【図１１Ｃ】図11Cは、抵抗率試験のためのパッドに接続された５mm配線と10mm配線の顕微鏡写真である。
【図１１Ｄ】図11Dは、本明細書に開示されたプロセスによる長い配線パターンを生成するために使用される長い配線パターンのCAD設計図面である。
【図１１Ｅ】図11Eは、ホウケイ酸ガラスにエッチングされた、図11Dの設計に基づいた長い配線パターンの一部の顕微鏡写真である。
【図１２Ａ】図12Aは、ガラス基板にレーザエッチングされたトレンチのUVレーザ走査型顕微鏡写真に重ね合わされた深さ測定値を示している。
【図１２Ｂ】図12Bは、本明細書で述べられたプロセスを介して配線を形成するようにめっきされた図12Aに示されるトレンチの暗視野顕微鏡写真である。
【図１２Ｃ】図12Cは、図12Bに示されるめっき後の配線の断面の顕微鏡写真である。
【図１３Ａ】図13Aは、ガラス基板にレーザエッチングされた貫通孔ビアの顕微鏡写真である。
【図１３Ｂ】図13Bは、本明細書で述べられたプロセスを介してめっきされた図13Aに示される貫通孔ビアの暗視野顕微鏡写真である。
【図１３Ｃ】図13Cは、図13Bに示されるめっき後の貫通孔ビアの断面の顕微鏡写真である。
【図１４Ａ】図14Aは、シーディング及びめっき前に厚さ150ミクロンのガラス基板にレーザエッチングされた両面PCBパターンの写真である。
【図１４Ｂ】図14Bは、めっき後の図14Aの構成の一部の詳細を示す複合顕微鏡写真である。
【図１５Ａ】図15Aは、３タッチパッド（RGB）LEDデモンストレータのCAD図面である。
【図１５Ｂ】図15Bは、図15Aに示されるタッチパッドLEDデモンストレータの簡略化配線図である。
【図１５Ｃ】図15C、図15D、及び図15Eは、本明細書で述べられたプロセスにより作製され、それぞれのLEDを点灯するために指でタッチされる図15AのLEDデモンストレータのそれぞれのタッチパッドの写真画像である。
【図１５Ｄ】図15C、図15D、及び図15Eは、本明細書で述べられたプロセスにより作製され、それぞれのLEDを点灯するために指でタッチされる図15AのLEDデモンストレータのそれぞれのタッチパッドの写真画像である。
【図１５Ｅ】図15C、図15D、及び図15Eは、本明細書で述べられたプロセスにより作製され、それぞれのLEDを点灯するために指でタッチされる図15AのLEDデモンストレータのそれぞれのタッチパッドの写真画像である。
【図１６Ａ】図16A及び図16Bは、本明細書に開示されたプロセスによりそれぞれ異なるレーザシステムにより穿孔された後、めっきされた貫通ビア及び非貫通ビアの多層構造の断面の顕微鏡写真である。
【図１６Ｂ】図16A及び図16Bは、本明細書に開示されたプロセスによりそれぞれ異なるレーザシステムにより穿孔された後、めっきされた貫通ビア及び非貫通ビアの多層構造の断面の顕微鏡写真である。
【図１７Ａ】図17Aは、より区別された量、さらに／あるいは、より多くの量の転写材料を堆積するように修正されたLIFTプロセスにより堆積した銅の高さマップのUVレーザ走査型顕微鏡写真である。
【図１７Ｂ】図17Bは、より区別された量、さらに／あるいは、より多くの量の転写材料を堆積するように修正されたLIFTプロセスにより堆積した銅の断面の顕微鏡写真である。
【図１７Ｃ】図17Cは、より区別された量、さらに／あるいは、より多くの量の転写材料を堆積するように修正されたLIFTプロセスにより堆積した銅の上面の顕微鏡写真である。
【図１８】図18は、ボクセルごとにパターンを形成するためのレーザゲーティングを行う別の例示的なLIFTプロセスのフロー図である。
【図１９】図19は、パターンを形成するためにビーム軸の連続的な相対運動を行う別の例示的なLIFTプロセスのフロー図である。
【図２０Ａ】図20Aは、ガラス基板上で交差する配線メッシュパターンの高さ測定におけるUVレーザ走査型顕微鏡写真である。
【図２０Ｂ】図20Bは、図20Aに関連する配線及び交点のプロファイル測定を示すグラフである。
【図２０Ｃ】図20C及び図20Dは、中間にパッドが重なっている透明な基板の両面に堆積した配線メッシュ構造の相対透過度を示す写真画像である。
【図２０Ｄ】図20C及び図20Dは、中間にパッドが重なっている透明な基板の両面に堆積した配線メッシュ構造の相対透過度を示す写真画像である。
【図２１Ａ】図21A及び図21Bは、幅10μmの配線を用いたガラス上のタッチパッド構造の相対透過度を示す写真画像である。
【図２１Ｂ】図21A及び図21Bは、幅10μmの配線を用いたガラス上のタッチパッド構造の相対透過度を示す写真画像である。
【図２２】図22は、本明細書に開示される方法により作製されるタッチパッドの光学顕微鏡画像である。
【図２３】図23は、本明細書に開示される方法により作製される配線メッシュ構造の光学顕微鏡画像である。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００７３】
以下、添付図面を参照しつつ実施形態の例を説明する。明確にそうでないことが記載されていない限り、図面においては、構成要素、フィーチャ、要素などのサイズや位置など、またそれら間の距離は、必ずしも縮尺通りではなく、明確にするために不釣り合いになっていたり、さらに／あるいは誇張されたりしている場合がある。
【００７４】
明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。本明細書で使用される場合には、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことも理解されよう。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。特に示している場合を除き、「第１」や「第２」などの用語は、要素を互いに区別するために使用されているだけである。例えば、あるノードを「第１のノード」と呼ぶことができ、同様に別のノードを「第２のノード」と呼ぶことができ、あるいはこれと逆にすることもできる。本明細書において使用されるセクション見出しは、整理のためだけのものであり、述べられた主題を限定するものと解釈すべきではない。
【００７５】
特に示されている場合を除き、「約」や「その前後」などの用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、及び他の数量及び特性が、正確ではなく、また正確である必要がなく、必要に応じて、あるいは許容誤差、換算係数、端数計算、測定誤差など、及び当業者に知られている他のファクタを反映して、概数であってもよく、さらに／あるいは大きくても小さくてもよいことを意味している。
【００７６】
本明細書において、「下方」、「下」、「下側」、「上方」、及び「上側」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるような、ある要素又は特徴の他の要素又は特徴に対する関係を述べる際に説明を容易にするために使用され得るものである。空間的に相対的な用語は、図において示されている方位に加えて異なる方位を含むことを意図するものであることは理解すべきである。例えば、他の要素又は特徴の「下方」又は「下」にあるとして説明される要素は、図中の対象物が反転した場合には、他の要素又は特徴の「上方」を向くことになる。このように、「下方」という例示的な用語は、上方及び下方の方位の双方を含み得るものである。対象物が他の方位を向く場合（例えば90度回転される場合や他の方位にある場合）には、本明細書において使用される空間的に相対的な記述子はこれに応じて解釈され得る。
【００７７】
図面を通して同様の数字は同様の要素を意味している。このため、同一又は類似の数字は、対応する図面で言及又は説明されていない場合であっても、他の図面を参照して述べられることがある。また、参照番号の付されていない要素であっても、他の図面を参照して述べられることがある。
【００７８】
本開示の趣旨及び教示を逸脱することなく、多くの異なる形態、実施形態及び組み合わせが考えられ、本開示を本明細書で述べた実施形態の例に限定して解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態の例は、本開示が完全かつすべてを含むものであって、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。
【００７９】
Ｉ．概説
本明細書において述べられる実施形態によれば、ガラス及び他の誘電体材料のメタリゼーションのための方法は、後続のめっきプロセスのためのシードを形成するためのワークピース表面への金属箔のLIFTを伴い、これにより強くアンカーされた導電パターンを形成することができる。本明細書において開示される実施形態は、単一層又は多層の全ガラス構造及び多層の混合材料構造における導電トレース、ビア、及び他の構造のめっきを可能にする。また、開示された実施形態は、アクティブ又はパッシブ電子コンポーネントなど、又はこれらを任意に組み合わせものを埋め込むための（例えば、電気的に導電性のある、電気的に絶縁性のある、電気的に半導電性などを有し得る）他の構造の形成を可能にする。
【００８０】
II．議論
図１は、ワークピース100の断面図である。図１を参照すると、一実施形態においては、ワークピース100は、ガラスのような材料から形成される。このガラスは、強化ガラス（例えば、１以上のイオン交換プロセスによる熱強化ガラス、化学強化ガラス、又はこれらの組み合わせ）又は非強化ガラスであってもよい。ワークピース100が形成され得るガラスの例示的な種類としては、融解石英ガラス、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなど、又はこれらを任意に組み合わせたものが挙げられ、必要に応じて１以上のアルカリ及び／又はアルカリ土類修飾子を含み得る。これに加えて（あるいはガラスに代えて）、ワークピース100は、セラミック（例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムなど、又はこれらを任意に組み合わせたもの）、ガラスセラミック、ガラス結合セラミック、高分子（例えば、ポリアミド、ポリイミドなど、又はこれらを任意に組み合わせたもの）、ガラス充填高分子、ガラス繊維強化高分子など、又はこれらを任意に組み合わせたもののような材料で形成されていてもよい。ある実施形態においては、ワークピース100は、任意の好適な又は既知のPCBとして提供され得る。ワークピース100の表面（例えば、第１のワークピース表面100a）は平坦であってもよく、湾曲していてもよく、これに類するものであってもよく、あるいはこれらを任意に組み合わせたものであってもよい。
【００８１】
図２は、例示的なフィーチャを有するワークピース100の断面図である。図２を参照すると、トレンチ（例えば、トレンチ200）、貫通ビア（例えば、貫通ビア202）、非貫通ビア（図示せず）、スロット、溝など、又はこれらを任意に組み合わせたもののような１以上のフィーチャが、第１のワークピース表面100a、（例えば、第１のワークピース表面100aとは反対側の）第２のワークピース表面100b、又は第１のワークピース表面100aと第２のワークピース表面100bの両方から延びるようにワークピース100に形成され得る。第１のワークピース表面100aと第２のワークピース100bの両方ともに主面として考えることができる。このため、図２では、トレンチ200を第１のワークピース表面100aから延びるものとして図示しているが、第２のワークピース表面100bから延びるようにトレンチ200を形成してもよいことは理解できよう。図２では、トレンチ200が貫通ビア202と連通しているものとして図示しているが、トレンチ200が非貫通ビアと連通していてもよく、あるいは（例えば、ワークピース100の一部によって）貫通ビア202又は非貫通ビアから離間されていてもよいことは理解できよう。
【００８２】
上述したフィーチャ（本明細書においては「ワークピースフィーチャ」又は「凹状フィーチャ」とも呼ばれる）は、１以上の好適なプロセス（例えば、化学エッチング、反応性イオンエッチング、機械的ドリリング、ウォータージェットカッティング、研磨ジェットカッティング、レーザ加工など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）により形成することができる。一実施形態においては、フィーチャは、レーザエネルギービーム（例えば、連続レーザエネルギービームとして、一連のレーザエネルギーパルス（本明細書においては「レーザパルス」とも呼ばれる）として、これに類するものとして、あるいはこれらを任意に組み合わせたものとして発現する）をワークピース100に照射し、ワークピース100と（例えば、図２において矢印で表される）レーザ加工ビーム204のビーム軸との間で相対移動を生じさせることにより形成される。相対移動は、ワークピース100を移動させることにより、（例えば、レーザ加工ビーム204が出力されるスキャンヘッドを移動させることにより、あるいは、１以上のガルバノメータミラー（「ガルボ」としても知られる）、１以上のスピニングポリゴンミラー、１以上のファーストステアリングミラー、１以上の音響光学偏向器、１以上の電気光学偏向器など、又はこれらを任意に組み合わせたものを用いてレーザ加工ビーム204を偏向することにより）レーザ加工ビーム204を移動させることにより、あるいはこれに類する方法により、あるいはこれらを任意に組み合わせた方法により生じさせてもよい。
【００８３】
ワークピースフィーチャがレーザ加工により形成される場合、オレゴン州ポートランドのELECTRO SCIENTIFIC INDUSTRIES社により製造されるようなレーザ加工システム（例えば、LODESTONE（商標）システム、GEMSTONE（商標）システム、CORNERSTONE（商標）システム、NVIANT（商標）システム、5335（商標）システムなど）を用いてワークピースフィーチャを形成することができる。ワークピース100に１以上のワークピースフィーチャを形成するために使用され得るシステムやワークピース100に１以上のワークピースフィーチャを形成するために使用され得るレーザ加工方法の例は、米国特許第7,259,354号、第8,237,080号、第8,350,187号、第8,404,998号、第8,648,277号、第9,227,868号、又は米国特許出願公開第2010/0252959号、第2014/0197140号、第2014/0263201号、第2014/0263212号及び第2014/0312013号、あるいはこれらを任意に組み合わせたものにおいても述べられている。これらの公報のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。特に米国特許第8,648,277号は、信号伝搬特性が制御された導電トレースを提供するのに好適な凹状フィーチャを形成することに向けられている。
【００８４】
本明細書における論点に関して、ワークピース100にフィーチャを形成するためにレーザエネルギーが用いられる場合には、第１のワークピース表面100aでワークピース100に入射するように（例えば、ビーム軸に沿って）レーザ加工ビームを方向付けてもよい。ワークピース100の厚さとワークピース100を形成する材料とを考慮すると、第１のワークピース表面100aに入射したレーザエネルギーの少なくとも一部が、その後、ワークピース100を通って伝搬し、第２のワークピース表面100bを通ってワークピース100から出ていく場合には、そのワークピース100は、以下では「透明ワークピース」であるものとして考える。ワークピース100の厚さとワークピース100を形成する材料とを考慮すると、第１のワークピース表面100aに入射したレーザエネルギーが第２のワークピース表面100bを通ってワークピース100から出ていかない場合には、そのワークピース100は、以下では「不透明ワークピース」であるものとして考える。
【００８５】
ある実施形態においては、（例えば、当該技術分野において知られているようにスキャンレンズにより）レーザ加工ビーム204が集束される。ワークピース100が透明ワークピースである場合、レーザエネルギービームを集束して第１のワークピース表面100a上又はその上方、あるいは第２のワークピース表面100b上又はその下方、あるいは（例えば、第１のワークピース表面100a及び第２のワークピース表面100bから離間するように）ワークピース100の内部の（高さの）位置にビームウェストを生成してもよい。ワークピースフィーチャの形成中、（例えばビーム軸に沿った）ビームウェストの位置又は高さを変化させてビームウェストと注目位置との間の空間的関係をワークピース100にわたって適切なもの又は所望なものに維持してワークピース100内における１以上のフィーチャの形成を可能にし、あるいは促進するようにしてもよい。
【００８６】
一般的に、方向付けられたレーザ加工ビーム204は、波長、スポットサイズ、空間的強度プロファイル、時間的強度プロファイル、パルスエネルギー、平均パワー、ピークパワー、フルエンス、パルス繰り返し率、パルス持続時間（すなわち、時間に対するパルスにおける光パワーの半値全幅（FWHM）に基づくもの）、スキャン速度（例えばビーム軸とワークピース100との間の相対運動）など、又はこれらを任意に組み合わせたもののような１以上のパラメータにより特徴付けられる。１以上のフィーチャを形成するために（例えば、煮沸を介して、電子加熱、格子加熱、溶融、蒸発、昇華、表面電子放出、衝突電離、多光子吸収を介してなど、あるいはこれらを任意に組み合わせて）ワークピース100の基板の加工を可能とする、あるいは促進するようにこれらのパラメータを選択あるいは制御してもよい。レーザ加工ビーム204を方向付ける際に行われ得るプロセスの例としては、煮沸、電子加熱、格子加熱、溶融、蒸発、昇華、表面電子放出、衝突電離、（例えば、レーザ光の線形吸収又は非線形吸収による）アブレーションなど、あるいはこれらを任意に組み合わせたものなどの１以上のプロセスが挙げられる。非線形吸収の例としては多光子吸収が挙げられる。本明細書において用いられる場合には、「スポットサイズ」という用語は、レーザパルスによって少なくとも部分的に加工されるワークピース100の領域をビーム軸が横切る位置でのレーザパルスの直径又は最大空間幅を意味する。
【００８７】
ある実施形態においては、レーザ加工ビーム204は、それぞれ１fsから100μsの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザ加工ビーム204は、それぞれ１fsから１μsの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザ加工ビーム204は、それぞれ500nsよりも短いパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザ加工ビーム204は、それぞれ１fsから１nsの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー204は、それぞれ500psよりも短いパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー204は、それぞれ50psよりも短いパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー204は、それぞれ１psよりも短いパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザ加工ビーム204は、それぞれ10fsから１psの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。
【００８８】
ワークピースフィーチャが形成されると、ワークピースフィーチャのワークピース100内での空間的範囲は、１以上の表面により規定されるものとして特徴付けられる。例えば、図２を参照すると、トレンチ200の空間的範囲（例えば深さ）は、トレンチ底面206及びトレンチ側壁面208により規定され得る。同様に、貫通ビア202の空間的範囲（例えば深さ）は、ビア側壁面210により規定され得る。上述した表面206、208、及び210のようなワークピースフィーチャの表面は、本明細書においては、概して「フィーチャ表面」と呼ばれることがある。ワークピースフィーチャが形成される方法に応じて、フィーチャ表面は、ワークピースフィーチャを形成する処理がなされなかったワークピース100の他の表面と１以上の特性（例えば、表面粗さ、自由電子密度、化学組成など、又はこれらを任意に組み合わせたもの）の点で異なっていてもよい。例えば、ワークピースに形成されたワークピースフィーチャのフィーチャ表面は、ワークピースフィーチャを形成する処理がなされなかったワークピースの表面よりも粗くてもよい。
【００８９】
図３は、フィーチャを有するワークピース100の上方に配置された例示的なドナー構造300の断面図である。図３を参照すると、多くの実施形態において、ドナー構造300は、第１のワークピース表面100aの上方に配置される。ドナー構造300は、キャリア基板302と、（例えば、直接、又は糊のような動的開放層又は他の犠牲層のような中間層（図示せず）を介して間接的に）キャリア基板302に付着又は固定されるドナー膜304とを含んでいる。図示された実施形態においては、ドナー構造300は、ドナー膜304がワークピース100から離間するように配置される。他の実施形態においては、ドナー構造300は、ドナー膜304が（例えば、第１のワークピース表面100aで）ワークピース100に接触するように配置される。
【００９０】
ドナー構造300は、実質的に固い板として、あるいは（例えば、ロールツーロール製造プロセスにおいて割り出し可能な）柔軟な膜構造として提供され得る。キャリア基板302は、典型的には、次のステップにおいてドナー構造300に照射されるレーザエネルギーの波長に対して透明な材料から形成される。例えば、基板302は、溶融シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、透明高分子など、又はこれらを任意に組み合わせたもののような材料から形成され得る。一般的に、ドナー膜304は、金、アルミニウム、チタン、タングステン、銅、ニッケル、クロム、プラチナ、パラジウム、ゲルマニウム、セレニウムなど、これらの酸化物、これらの窒化物、これらの合金、又はこれらを任意に組み合わせたもののような材料から形成される。しかしながら、他の実施形態においては、ドナー膜304は、ペースト、ジェル、インクなどからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含んでいる。ペースト、ジェル、インクなどは、必要に応じて、１以上の金属コロイド、粒子、結晶（例えば、マイクロ結晶、ナノ結晶など）を含み得る。これらの材料が、キャリア基板302上に溶液堆積されてもよく、スピンコートされてもよく、スクリーン印刷されてもよく、ブレード堆積などされてもよい。ドナー膜304は、0.01μmから250μmの範囲の厚さに形成され得る。ドナー膜304は、0.1μmから250μmの範囲の厚さに形成され得る。一実施形態においては、ドナー膜304は、0.01μmから１μmの厚さに形成される。一実施形態においては、ドナー膜304は、0.1μmから１μmの範囲の厚さに形成される。
【００９１】
図４は、ドナー構造300からワークピース100のフィーチャ内の露出面206、208、及び210上にドナー材料を移送する例を示す断面図である。図４を参照すると、レーザエネルギー400は、（例えば、連続レーザエネルギービーム400として、あるいは一連のレーザパルスとして）キャリア基板302を通過して照射され、矢印により表されるようにドナー膜304の背面を照らす。レーザエネルギー400は、集束されていてもよいし、集束されていなくてもよい。しかしながら、一般的に、レーザエネルギー400の特性（例えば、波長、平均パワー、ピークパワー、パルスエネルギー、パルス繰り返し率、ドナー膜304でのスポットサイズ、ドナー膜304でのフルエンス、ビーム軸とワークピース100との間の相対移動のスキャン速度など、あるいはこれらを任意に組み合わせたもの）は、ドナー膜304の一部をドナー構造300からワークピース100に向けてアブレート、噴出、あるいは取り除くように、あるいはワークピース100上に（例えば、トレンチ200やビア202のようなフィーチャの１以上の表面上に）堆積材料402（シード材料とも呼ばれる）の層を形成するように選択される。
【００９２】
当業者は、レーザエネルギー400をレーザ加工ビーム204のレーザ源と同じレーザ源から供給してもよいことを理解するであろう。しかしながら、レーザエネルギー400をレーザ加工ビーム204のレーザ源とは異なるレーザ源から供給してもよい。レーザ源が両方のプロセスステップで同一である実施形態においては、レーザパラメータの少なくとも一部が異なっている。両方のプロセスステップで異なるレーザを使用する場合には、レーザパラメータの少なくとも一部が異なっている。例えば、レーザ加工ビーム204が、レーザエネルギービーム400により供給されるパルス幅よりも短いパルス幅を有するレーザパルスを提供してもよい。
【００９３】
堆積材料402の層は、堆積層が連続的又は不連続的になるように粒子又は小球404から形成されていてもよい。多くの実施形態においては、堆積材料の粒子又は小球404は、ドーピング又はイオン注入プロセスを通じて生成される粒子のサイズよりも大きい。ある実施形態においては、小球は、50nmより大きい直径を有する。ある実施形態においては、小球は、100nmより大きい直径を有する。ある実施形態においては、小球は、１μmより大きい直径を有する。ある実施形態においては、小球は、25μm以上の直径を有する。ある実施形態においては、小球は、25μm以下の直径を有する。ある実施形態においては、小球は、10μmよりも小さい直径を有する。ある実施形態においては、小球は、２μmよりも小さい直径を有する。ある実施形態においては、小球は、１μmよりも小さい直径を有する。
【００９４】
ある実施形態においては、レーザエネルギー400は、それぞれ１fsから100μsの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー400は、それぞれ10fsより長いパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー400は、それぞれ500fsから１μsの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー400は、それぞれ800fsより長いパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー400は、それぞれ１psから500nsの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー400は、それぞれ100nsより短いパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。ある実施形態においては、レーザエネルギー400は、それぞれ500psから100nsの間のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとして発現する。
【００９５】
ある実施形態においては、単一のパルスが、レーザエネルギーが当たったドナー構造300の領域からドナー膜304をアブレート、噴出、あるいは取り除くことができる程度に十分高くなるようにパルスエネルギーが設定される。そのようにすることによって、ビームを高速に移動して、当たったレーザエネルギーの連続して照射されるパルスの重なりを低減あるいは最小にすることが可能となる。当たったレーザエネルギー400の特性に応じて、１mm/sから5000mm/sの範囲の速度でワークピース100上に（例えば、所望の軌跡に沿って）材料を堆積させることができる。ある実施形態においては、250mm/sから3000mm/sの範囲（例えば700mm/s）の速度でワークピース100上に（例えば、所望の軌跡に沿って）材料が堆積する。ある実施形態においては、500mm/sから2500mm/sの範囲の速度でワークピース100上に（例えば、所望の軌跡に沿って）材料を堆積させることができる。
【００９６】
図４は、単一層の堆積材料402（例えば銅）がワークピース100上に堆積する実施形態を示しているが、当業者は、複数層の堆積材料を（例えば、堆積材料の層の積み重ねを形成するように）ワークピース100上に堆積させてもよいことは理解できよう。この積み重ねにおいては、異なる層が同一の材料（例えば銅）から形成されていてもよいし、異なる材料から形成されていてもよい。異なる材料を堆積させる場合には、（例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどから形成されるバリア層として機能する）ある材料の１以上の層を最初に堆積させ、その後、（例えば、銅から形成されるシード層として機能する）ある材料の１以上の層を堆積させてもよい。
【００９７】
図４は、第１のワークピース表面100a上ではなく、ワークピース100内に形成されたフィーチャ内に堆積材料402の層が形成される実施形態を示しているが、フィーチャの外部（例えば、第１のワークピース表面100a上）に堆積材料402の層が形成されてもよいことは理解できよう。
【００９８】
第２のワークピース表面100bに１以上のフィーチャが形成される場合、ワークピース100をひっくり返して、ワークピース100上（例えば、第２のワークピース表面100bに形成されたフィーチャの１以上の表面上に）に堆積材料の層を形成するように上述したプロセスを繰り返してもよい。（２面プロセスの簡略化プロセスフロー図が図７に示されている。）
【００９９】
LIFTプロセスの別の実施形態においては、ドナーサブ構造300から材料を移送して堆積材料402の層を形成するのに代えて、堆積材料（例えば、有機金属前駆体材料、重合材料に埋め込まれた銅又は銅イオン、酸化第二銅（CuO）を含む膜又はペーストなど）402を基板100上に（例えば、第１のワークピース表面100aに形成されたフィーチャ内に）に堆積させ、その後、前駆体材料をバリア層、シード層など、あるいはこれらを任意に組み合わせたものに変換するのに十分な１以上の特性を有するレーザエネルギーを照射してもよい。例えば、CuOを含むインクの膜又はペースト（例えば、100nm〜100μmの厚さ）をワークピースフィーチャ上に印刷し、スピンコートし、塗布し、あるいはワークピースフィーチャを充填するためにドクターブレードにより処理することができる。そして、CuOインクは、水素ガス、水素／窒素混合物、エタノール蒸気、又はメタノール蒸気などの液相又は気相還元剤の存在下で元素の銅に変換することができる。例えば、銅上のCuO薄層を還元するために高温エタノール蒸気が用いられている（Satta等、米国電気化学会誌、2003年、150(3)、G300〜G306）。
【０１００】
この印刷・変換プロセス（光熱変換めっきとも呼ばれることがある）を上記実施形態のいずれかに関して述べられたLIFTステップのいずれかの代わりに行ってもよい。ある実施形態においては、この光熱変換めっきプロセスは、上記実施形態のいずれかに関して述べられたLIFTステップ及び／又はめっきステップを置換又は補助し得る。例えば、この光熱変換めっきプロセスは、めっきプロセスの代わりに行われてもよく、LIFTプロセス及びめっきプロセスの両方の代わりに行われてもよい。また、上述した化学反応性はレーザにより促進され、シード層が生成された際の同じステップ中にワークピース100の基板材料も除去され得ることにも留意すべきである。
【０１０１】
図5Aは、ワークピース100内のフィーチャの表面206、208、及び210上に形成されたドナー材料に対して行われためっきプロセスの結果の例を示す断面図である。図5Aを参照すると、その上に形成された堆積材料の層を含むワークピースがめっきプロセスに供され、導電フィーチャ500のような導電フィーチャを形成する。図5Aに示されるように、導電フィーチャ500は、トレンチ200内に配置された導電線502と、ビア202内に配置された導電ビアプラグ502とを含んでいる。導電フィーチャ500は、堆積材料402のいずれかの層と同じ材料から形成されていてもよい。例えば、導電フィーチャ500が、先に堆積させたシード層と同じ材料から形成されていてもよい。めっきプロセスは、電解めっきプロセス、無電解めっきプロセスなど、又はこれらを任意に組み合わせたものを含み得る。
【０１０２】
めっきプロセスの結果として形成される導電フィーチャ（例えば導電フィーチャ500）の上面は、（例えば、第１のワークピース表面100aに対して）凹んでいてもよく、あるいはワークピース表面（例えば、図示されるように第１のワークピース表面100a）と同一の平面上にあってもよい。一実施形態においては、導電フィーチャの上面は、最初は、トレンチやビアのようなフィーチャの外側に突出していてもよい。そのような実施形態においては、導電フィーチャを平坦にしたり、導電フィーチャに凹みを形成したりするために、エッチバック又は化学的機械研磨（CMP）プロセスを行ってもよい。
【０１０３】
図5Bは、ワークピース100の基板に導電線（配線とも呼ばれる）を形成するためにトレンチ200を形成しめっきするプロセスのための簡略化フロー図の例である。図5Bを参照すると、例示的なプロセス開始状態5Aは、任意の半導体製造材料、先に述べたような、特に任意のウェハ又はPCBワークピース材料、特に任意の誘電体材料又はガラス材料であり得るワークピース100の基板を示している。ワークピース100の基板は、堅くてもよく、柔軟であってもよい。ステップ512において、ワークピース100がエッチングされ、１以上のトレンチ200のような１以上の凹状フィーチャが形成される。先に述べたように、リソグラフィ法を使用せず、あるいはリソグラフィマスク層を用いることなく、「ダイレクトライト」レーザプロセスによりエッチングを実現してもよい。あるいは、エッチングを従来の手法により実現してもよい。レーザプロセスは、基板材料の特定とレーザパラメータに応じて、アブレートするものであってもよく、アブレートしないものであってもよい。
【０１０４】
エッチングされた基板がプロセス状態5Bに示されている。ある実施形態においては、特に基板がガラスからなる場合には、得られたフィーチャは、主面100aよりも粗い底面206及び側壁面208を有している。基板がガラスであり、従来のリソグラフィプロセスによりエッチングされる場合には、エッチングプロセスは、さらにラフニングステップを用いてもよい。ラフニングステップでは、主面100a上にマスクを置いてトレンチ200にのみレーザを照射してもよく、あるいは、トレンチを（トレンチ幅よりも大きなスポットサイズを有する）レーザビームにより、あるいは化学的手段により処理しつつ、主面100aをマスクしてもよい。
【０１０５】
ステップ514においては、LIFTプロセス用のドナー構造がワークピース100の上方で位置合わせされる。ある実施形態においては、ドナー膜304は、銅箔のようなドナー材料の連続層であってもよい。そのような実施形態においては、ワークピース100に対する、特にトレンチ200のようなフィーチャに対するレーザビーム軸の位置合わせが正確であっても、ドナー構造300の位置合わせは正確である必要がない。他の実施形態においては、トレンチ200のようなフィーチャに合わせるためにレーザプロセス又はリソグラフィプロセスによりドナー膜304に前もってパターンが形成されていてもよい。そのような実施形態においては、ドナー構造300及び特にドナー膜304のパターン形成されたトレースの位置合わせは、ワークピース100、特にフィーチャに対して正確に位置合わせがなされ、これらは、ビーム軸に対しても正確に位置合わせされる。プロセス状態5Cは、ワークピース100に対して位置合わせされたドナー構造300を示している。
【０１０６】
ステップ516においては、LIFTシーディングプロセスが行われる。プロセス状態5Dは、トレンチ200の底面206及び側壁面208に堆積させたドナー膜304のシード材料を示している。ある実施形態においては、堆積シード材料402の層を形成する小球404が散在しすぎていて導電線502として機能しない。しかしながら、典型的な無電解堆積方法による、銅のようなめっき材料の堆積用のシードとして小球404を用いることができる。
【０１０７】
ステップ518は、無電解めっきステップを示している。多くの実施形態においては、めっき材料は、ドナー膜と同一の材料である。めっき材料が堆積材料402に対して良好な付着性を有するのであれば、めっき材料が堆積材料402の材料とは異なる材料であってもよいことは理解できよう。例えば、異なるシード金属上に金属をめっきするための化学が既に存在している。特に、銅、金、及び銀、これらの合金をパラジウムシード材料上にめっきすることができる。後で述べるように、他の実施形態においては、堆積材料は、導電線502のような導電フィーチャを形成するのに十分に厚くて連続的であってもよい。プロセス状態5Eは、堆積シード材料402の層上に形成される導電材料からなるめっき層508を示している。めっき層508は、主面100aのレベルの上方に存在する余分な材料を含み得る。そのような余分な材料が望ましくない場合には、研磨ステップ520において、その余分な材料を除去して、凹状フィーチャ内にのみめっき層508を残してもよい。研磨されためっき層は、プロセス状態5Fにおいて導電線510として示されている。
【０１０８】
ある実施形態においては、図１〜図5Bに関して上記で述べたプロセスを複数のワークピース100に対して繰り返してもよい。例えば、上述したようにワークピース100を処理した（例えば、図5Aに示されるような処理済み（又はめっき済み）ワークピース506を作製した）後、新しい未処理ワークピース606を処理済みワークピース506に接着、溶接、付着、あるいは固定することができ、図１〜図5Bに関して上記で述べたプロセスを行って、処理済みワークピース506の１以上の導電フィーチャに電気的に接続された１以上の導電フィーチャを有する処理済み積み重ねワークピース600（図６）を生成してもよい。個々のワークピース100に対してそれぞれエッチング、シーディング、及びめっきを行い、その後互いに付着させてもよいことは理解できよう。しかしながら、本明細書において述べられるプロセス、特にレーザを利用するプロセスは、未処理ワークピース100を処理済みワークピース506の上に積み重ね、その後、処理済みワークピース506に既に接着された未処理ワークピース100を適切に処理する能力を促進するものである。
【０１０９】
図６は、ワークピース606の導電フィーチャの一部が、ワークピース100の導電フィーチャと接触し、これと連続する複数の積み重ねワークピース600を形成するために複数の処理済みワークピース100及び606を積み重ねた例を示す断面図である。図６を参照すると、ワークピース606は、ワークピース100と同一であってもよいし、異なる基板材料を含んでいてもよい。ワークピース606は、図5Aに500として示されるようなエッチングされたフィーチャと同一又は異なるエッチングされたフィーチャを有していてもよい。これに加えて、あるいはこれに代えて、導電線602及び／又は導電ビアプラグ604を形成するために用いられるトレンチ200及び／又はビア202（図２）のようなフィーチャを、図5Aの導電線502及び／又は導電ビアプラグ504に関して示されているのとは異なる方法で配置してもよい。換言すれば、ワークピース506及び606は配置と材料の点において同一であってもよいが、ワークピース506及び606は異なる配置を有することができ、あるいは異なる材料を使用することができる。ある実施形態においては、ワークピース506及び606は、異なる寸法のフィーチャを有しており、さらに／あるいはフィーチャが異なる材料でめっきされていてもよい。図８は、導電フィーチャのマルチレベル構造を形成するための例示的なプロセスのためのフロー図であり、後述する。
【０１１０】
図７は、ワークピース100の誘電体基板の単一層に、２層の導電材料を有するマルチレベル構造を形成するための例示的なプロセスフロー図である。図７に示されるステップは図5Bに示されるステップと同様であるため、同様のステップに関する詳細と変形例は繰り返して述べない。プロセス状態7Aは、初期ワークピース100を示している。第１のワークピース表面100aは、プロセスステップ712においてエッチングされる。プロセス状態7Bは、ワークピース100の第１のワークピース表面100aにエッチングされたトレンチ200aとビア202aを示している。
【０１１１】
プロセスステップ714においては、ワークピース100をひっくり返し、位置合わせし、エッチングして第２のワークピース表面100bにフィーチャを形成してもよい。特に、面100bが上部に見えるようにワークピース100がひっくり返される。しかしながら、当業者は、ワークピース100がその元々の方向を維持することができ、第２のワークピース表面100bに向かうようにレーザビームが底面からワークピース100に向かってもよいことを理解するであろう。特に、レーザビームが底面からワークピース100を処理するようにレーザビームが出射するレーザヘッドを再配置してもよい。あるいは、底面からワークピース100を処理するように第２のレーザを配置してもよく、ワークピース100の側部に回り込んで底面からワークピース100に当たるように折り返しミラーを用いて上部に設けられたレーザヘッドからビームを方向付けてもよい。
【０１１２】
しかしながら、ワークピース100の基板が透明な実施形態においては、ある場合におけるレーザパラメータ（特にレーザビームの焦点の高さ）を調整して、第１のワークピース表面100aに悪影響を与えることなく第１のワークピース表面100aを最初に通過させることにより第２のワークピース表面100bをエッチングすることができる。これらの実施形態の一部においては、レーザビームの焦点をエッチングする材料の高さに又はエッチングする材料の高さを超えた位置に配置することができる。このように、反転と位置合わせのステップはオプションとすることができる。
【０１１３】
両方のエッチングステップに対して透明ワークピース100の元々の方向を維持する別の実施形態においては、焦点高さ及び他のレーザパラメータを有利に選択することなどにより、第１のワークピース表面100aに悪影響を与えることなく第１のワークピース表面100aを最初に通過させることにより、まず第２のワークピース表面100bをエッチングしてもよい。その後、焦点高さ及び他のレーザパラメータを調整し、ワークピース100をひっくり返したり再度位置合わせしたりすることなく、第１のワークピース表面100aをエッチングすることができる。第１及び第２のワークピース表面の両方をワークピース100に対してレーザビームの相対的に同じ方向からレーザエッチングする利点は、時間のかかる反転と位置合わせのステップをなくしてスループットを向上させることができることである。プロセス状態7Cは、第２のワークピース表面100bにエッチングされたトレンチ200b及びビア202bを示している。
【０１１４】
プロセスステップ716は、第２のワークピース表面100bのトレンチ200b及びビア202bの上方でドナー構造300の位置合わせを行う。（当業者は、レーザビームに対して単一の方向のワークピースに対してすべてのエッチングがなされた場合には、まず第１のワークピース表面100aがLIFT処理を受けるであろうことを理解するであろう。）位置合わせされたドナー構造300は、プロセス状態7Dに示されている。プロセスステップ718は、第１のLIFT処理を含んでいる。プロセス状態7Eは、トレンチ200b及びビア202b内の堆積材料402からなるシード層を示している。プロセスステップ720では、ワークピース100がひっくり返され、第１のワークピース表面100aのトレンチ200a及びビア202aの上方で第２のドナー構造300の位置合わせが行われる。（当業者は、レーザビームに対して単一の方向のワークピースに対してすべてのエッチングがなされた場合には、次に第２のワークピース表面100bがLIFT処理を受けるであろうことを理解するであろう。）
【０１１５】
プロセスステップ722は、第２のLIFT処理を含んでおり、プロセス状態7Gは、トレンチ200a及びビア202a内の堆積材料402からなるシード層を示しており、ワークピース100の第１及び第２の表面100a及び100bの両方の上のフィーチャ内にシード材料402からなる層が堆積する。プロセスステップ724は、無電解めっきを提供する。ワークピース100の第１及び第２の表面100a及び100bの両方の上の堆積シード材料402上に同時にめっきを行うことができる。あるいは、一度に片側に対してめっきプロセスを行うことができる。プロセス状態7Hは、ワークピース100の両側の堆積シード材料402の層上に形成された導電材料からなるめっき層508を示している。研磨ステップ726において余分な材料を除去することができ、ワークピース100の両側の凹状フィーチャ内にのみめっき層508を残すことができる。研磨されためっき層は、プロセス状態7Iにおいてワークピース100の両側の導電フィーチャ706として示されている。
【０１１６】
図８は、導電フィーチャのマルチレベル構造800を形成するための例示的なプロセスのためのフロー図である。図７に示されるステップの一部は、図5B及び図７に示されるステップと同様であるため、同様のステップに関する詳細と変形例は繰り返して述べない。プロセス状態8Aは、最初の処理済みワークピース506を示しており、このワークピースは、図７に示されるプロセスの最後に示されるワークピース506と同様であってもよい。プロセスステップ812においては、基板材料からなる新しい層800がワークピース506の上に積層される。図６に関して述べたように、層800は、ワークピース506内の基板材料と同じ材料であってもよいし、あるいはこれと異なる材料であってもよい。プロセス状態8Bは、ワークピース506に付着した層800を示している。プロセスステップ814では、上述したように層800がエッチングされ、エッチングされた層800がプロセス状態8Cに示されている。プロセスステップ816は、ワークピース表面100aのトレンチ200及びビア202の上方でドナー構造300の位置合わせを行い、プロセス状態8Dは、層800の上方で位置合わせされたドナー構造を示している。プロセスステップ818は、LIFT処理を含んでおり、プロセス状態8Eは、層800におけるトレンチ200及びビア202内の堆積材料402からなるシード層を示している。プロセスステップ820は、キャリア基板302を取り除き、プロセス状態8Fは、堆積シード材料402からなる層のめっき準備ができていることを示している。プロセスステップ822は、無電解めっきを提供し、プロセス状態8Gは、層800におけるトレンチ200及びビア202内の堆積シード材料402の層の上に形成された導電材料からなるめっき層 508を示している。研磨ステップ 824において余分な材料を除去することができ、基板層800の凹状フィーチャ内にのみめっき層508を残すことができる。研磨されためっき層は、プロセス状態8Hにおいて基板 層800の導電フィーチャ706として示されている。
【０１１７】
図９は、ガラス基板のような基板内に埋め込まれたコンポーネントに電気的に接続される導電ビア（導電ビアプラグとも呼ばれる）910を形成するための例示的なプロセスフロー図である。図７に示されるステップの一部は、図5B、図７及び図８に示されるステップと同様であるため、同様のステップに関する詳細と変形例は繰り返して述べない。プロセス状態9Aは、ガラス組成の基板を有するワークピース100を示しており、この基板はプロセスステップ912においてエッチングされる。プロセス状態9Bは、ワークピース100のワークピース表面100aにエッチングされたフィーチャ901を示している。多くの実施形態において、フィーチャ901は、ドロップインコンポーネント904を受け入れるのに好適な長さ、幅、及び高さ寸法を有している。換言すれば、フィーチャ901の長さ及び幅は、ドロップインコンポーネント904のそれぞれの長さ及び幅以上である。多くの実施形態において、フィーチャ901の深さは、ドロップインコンポーネント904の高さ以上である。ある実施形態においては、フィーチャ901の深さは、ドロップインコンポーネントの上面が第１のワークピース表面100aよりも高くなるようにドロップインコンポーネントの高さより浅くなっている。
【０１１８】
プロセスステップ914においては、フィーチャ901が粘着性を有するように処理してもよい。ある実施形態においては、フィーチャ901の表面には化学的手段により粘着性を付与してもよい。ある実施形態においては、糊902をフィーチャ901の表面に塗布してもよい。別の実施形態においては、ドロップインコンポーネント904の底面を化学的に処理して粘着性を付与してもよく、あるいは、糊をドロップインコンポーネント904の底面に塗布してもよい。ある実施形態においては、これらの粘着手段の組み合わせを用いてもよい。プロセス状態9Cは、フィーチャ901を被覆する糊902の層を示している。
【０１１９】
ドロップインコンポーネント904は、誘電体、セラミック、又はガラスなどの任意の半導体製造材料からなる基板を含むことができる。ドロップインコンポーネントは、単純な導電フィーチャ906又は予め作製された回路要素を含み得る。ドロップコンポーネント904は、予め作製された回路要素又はチップであり得る。
【０１２０】
プロセスステップ916において、ドロップインコンポーネント 904は、凹状フィーチャ901内に配置され、プロセス状態9Dは、ワークピース100のフィーチャ901に密着したドロップインコンポーネント 904を示している。フィーチャ901のサイズに対するドロップインコンポーネント 904のサイズに応じて、フィーチャ901の側壁面とドロップインコンポーネント 904の外壁との間に間隙908が生じることがある。ある実施形態においては、余分な糊及び／又はスペーサを間隙908に導入してもよい。ある実施形態においては、他の目的のために間隙908を維持してもよい。ある実施形態においては、これに続く基板900の積層中に間隙908が充填される。
【０１２１】
プロセスステップ918は、ワークピース100上（及びドロップインコンポーネント 904の上面上）に基板900を積み重ねること又は基板900を積層することを含んでいてもよい。プロセスステップ918は、ドロップインコンポーネント 904内を封止してもよい。積み重ねられた基板900がプロセス状態9Eに示されている。プロセスステップ920においては、ワークピース100の位置をレーザビームのビーム軸に合わせて、積み重ねられた基板900に導電フィーチャ906に至るビア202を形成するようにしてもよい。孔が開けられた基板900が、導電フィーチャ906に位置合わせされ、導電フィーチャ906に至るビア202とともにプロセス状態9Fに示されている。
【０１２２】
プロセスステップ922は、基板900のビア202の上方でドナー構造300の位置合わせをし、プロセス状態9Gは、基板900の上方で位置合わせされたドナー構造300を示している。プロセスステップ924は、LIFT処理を含んでおり、プロセス状態9Hは、ビア202内の堆積材料402からなるシード層を示している。プロセスステップ926は、無電解めっきと研磨を提供する。研磨されためっき層は、プロセス状態9Iでは基板900内の導電フィーチャ910として示されており、これらが導電フィーチャ906への導電経路を提供する。
【０１２３】
先に述べた手法は、従来のPCB製造プロセスに対していくつかの利点を提供する。例えば、上述したプロセスによれば、フォトリソグラフィプロセスの必要がなくなり、（ガラスのような）新しくて扱いにくい誘電体材料に対して作業がなくなり、ラピッドプロトタイピングが可能となる。電解めっきに関しては、本明細書に述べたプロセスは、錫／パラジウムを用いる従来のめっきプロセスよりもずっと簡単である。このプロセスにおいて形成されたフィーチャのサイズは、レーザビームスポットサイズによってのみ制限される。スポットサイズは、大きなフィーチャに対応するために非常に大きくてもよく、小さなサイズは、最小サイズのフィーチャを形成するための波長とほぼ同じくらい小さくすることができる。このプロセスは、既存の機械／プロセスを利用することにより既存の製造ラインに統合することができる。
【０１２４】
本明細書で述べた手法は、従来のプロセスと比較して利点を提供する。例えば、本明細書で述べたプロセスは、ガラスエッチング及び銀堆積に関して１〜100μm/sの速度を用いる中国特許出願公開第CN 101121575B号に開示される方法よりもずっと高速である。さらに、本明細書で述べた実施形態におけるプロセスは、化学的な前処理やコーティングを必要とせず、AgNO3を用いた作業には必要とされる暗所での作業も必要としない。また、本明細書で述べたプロセスは、識別できる程度のボイドが生じない導電フィーチャを形成することができ、抵抗率の低い導電フィーチャを得ることができる。
【０１２５】
他の従来のプロセスにおいては、国際公開公報第2011/124826A1号は、金属イオンでガラスをドープした後、無電解槽で放射し、ガラスに金属を堆積させるプロセスと、ゾル−ゲルの生成、ゲルのドープ、及び焼成ステップを含む集約プロセスとについて述べていると理解される。これに対して、本明細書で述べた実施形態におけるプロセスは、特別なガラス化学反応、焼成、又は化学的ドーピングを必要としない。
【０１２６】
さらに、ある実施形態においては、ワークピース100の「露出」表面上に本明細書で述べた手法を行うことができる。ある実施形態においては、露出表面は、接着材のような付加的な材料によって被覆されていないワークピース基板、すなわち無被覆ワークピース基板の表面を含んでいる。ある実施形態においては、露出表面は、直接金属めっきのために金属イオンでドープされていないワークピース基板の表面を含んでいる。ある実施形態においては、露出表面は、凹部を形成するためにエッチングされたワークピース基板の表面を含んでおり、凹部の表面は、被覆されておらず、直接金属めっきのために金属イオンでドープされていない。
【０１２７】
III．実施例
Ａ．実施例１
高度めっきプロセス用の例示的なLIFT処理の説明に関して、３μmから７μmの範囲の厚さを有する銅箔として提供されるドナー膜304を、薄い接着層を用いてソーダ石灰ガラスキャリア基板302上に載置した。この銅箔をトレンチ200が形成された誘電体材料の表面に接触するように配置し、一連の実験中は、集束レーザエネルギービーム400がキャリア基板302を透過してドナー膜304に照射された。照射された集束レーザエネルギーは、銅箔をアブレートし、ガラス基板と接着材は、アブレートされた材料を含んでおり、これはワークピースフィーチャ内にのみ流れ込んだ。これらの実験において、照射されたレーザエネルギービーム400は、532nmの波長、５nsから20nsの範囲のパルス持続時間、40μJ/パルスから300μJ/パルスの範囲のパルスエネルギー、及び40μmのビームウェストでのスポットサイズを有していた。上記で特定されたパラメータに対するパルス繰り返し率は、レーザエネルギービームがワークピース100に照射されるスポットを移動するためにレーザエネルギービームを偏向できる速度（ビーム速度）の影響を受ける。例えば、30kHzのパルス繰り返し率で動作する場合には、500〜1000mm/sのビーム速度により、キャリア基板302にダメージを与えることなくドナー膜304を良好にカバーすることができる。パルス繰り返し率が高くなればなるほど、速いビーム速度を利用することが可能であった。
【０１２８】
Ｂ．実施例２
ドナー構造300を用いて堆積材料からなる層を形成するのに代えて、トレンチ200をシードするために「印刷」変換法を行った。実験においては、PCBとして提供されるワークピースのワークピースフィーチャに黒色酸化銅（II）（CuO）インクを堆積させ、一連の実験にわたって、集束レーザエネルギービームをインクにわたってスキャンし、銅元素を生じる化学的還元反応を生じさせた。このインクは、1-ドデカノールとメタノールを含む溶液に分散された、約50nmの直径のCuO粒子を含んでいた。インクは、ワークピース100にわたって塗布され、余分なインクは、第１のワークピース表面100aから除去され、ワークピースフィーチャ内にインクを残した。これらの実験において、照射されたレーザエネルギービームは、532nmの波長、を有し、５nsから20nsの範囲のパルス持続時間、10μJ/パルスから100μJ/パルスの範囲のパルスエネルギー、及び40μmのビームウェストでのスポットサイズを有していた。30kHzのパルス繰り返し率で動作する場合には、20〜100mm/sのビーム速度により、ワークピース100に連続的に照射されるスポット間の重なりが大きくなった。しかしながら、30kHzよりも高いパルス繰り返し率を用いてより速いビーム速度で化学反応を生じさせることができることは理解できよう。例えば、1060nmの波長、１MHzのパルス繰り返し率、10μJ/パルスから20μJ/パルスの範囲のパルスエネルギー、及び50μmのスポットサイズに対して500mm/sから2000mm/sの範囲のビーム速度を有するレーザエネルギービームを用いることで、効果的なシーディングを実現することができた。
【０１２９】
Ｃ．追加の実施例
堆積材料402からなるシード層を形成する方法は、滑らかな（フィーチャが形成されていない） 平坦又は湾曲ガラス基板上に行うことができるが、これらの表面に最終的に形成される導電フィーチャは、エッチングにより形成された凹部内に形成された導電フィーチャほど、機械的に安定しておらず、さらに／あるいは、寸法制御がされていない。したがって、（例えば、めっきされている場合には、パッド、配線、ビアなどの導電構造を形成する）ワークピースフィーチャを生成するためにガラス基板のレーザエッチングが用いられた後、１以上のシード層が（例えば、LIFT法や印刷変換法のような好適なシーディング方向により）形成された。ガラスのレーザアブレーション（本明細書においてはレーザエッチングとも呼ばれる）は、約800fsのパルス持続時間で515nmで動作するEOLITE CHINNOOK（商標）レーザを用いるESI LODESTONE（商標）システムで行った。使用するレーザエッチングパラメータは、１MHzのパルス繰り返し率、３μJ/パルス、及び12〜15μmのスポットサイズに対して1000mm/sのビームスキャン速度を含んでいる。（500〜1000mm/sのようなさらに遅いスキャン速度を用いることができた。）ガラス基板の上部に焦点が位置した状態で動作する場合には、これらのパラメータを用いてホウケイ酸ガラスに単一のパスで〜７μmの幅及び５μmの深さのトレンチ200を形成した。幅に大きな影響を与えることなくトレンチ200を深くするために付加的なパスを用いることができたことには留意されたい。パルスエネルギーを低くするか、あるいはビームの焦点を外すことにより、より狭くて浅いフィーチャも形成することができた。７μmのピッチの充填ラインのパターンを用いることにより、パッド及びビア202を生成するために同一のパラメータを用いることができた。また、充填ラインは陰影をつけることができた。パターンを複数回適用することにより、基板のＺ範囲をスキャンすることにより、ビア202を生成することができた。このプロセスを行う間に、ビア202の形状が改善された。ビアの径がガラス片の厚さに近づいた（すなわち、アスペクト比が１に近づいた）ので、大きなパルスエネルギーを利用することもできた。また、（上述した）LODESTONE（商標）システム、あるいは9.3μmのCoherent（商標）J5 CO2レーザを用いたESI社のNVIANT（商標）CO2系マイクロビアプラットフォームのいずれかを用いて非貫通ビアを形成することができた。
【０１３０】
無電解めっき用のレーザシーディングを以下のように行った。〜11nsのパルス幅、 30kHz及び40〜200μJ/パルスで動作するSpectra-Physics社HIPPO（商標）緑色レーザ（532nm）をスライドガラス上に積層された薄い銅箔上の30〜40μm径のスポットに集束し、銅をアブレートし、アブレートされた材料を所望の基板に案内した。このドナー構造300のためのキャリア基板302を用意するために、ポリ（ビニルアルコール）（PVA）の４％水溶液を１mmの厚さのホウケイ酸スライドガラス上にスピンコートし、膜を数時間乾燥させて約１μm厚の均一なコーティングを生成した。Oak-Mitsui社から入手した箔は、35μmの銅の「キャリア」層に結合された10μm厚の銅箔からなるものであった。PVAの融点近傍で数分間動作するホットプレスを用いて薄い箔をPVA層の上に積層した。この積層プロセスに対して、10μm銅層をPVA層に接触させて置き、キャリア側は外側に面していた。積層後、キャリア層は簡単に剥がれ、薄層は、キャリア基板302を支持するガラスに付着したままであった。最適なレーザプロセスは、集束されたスポット径の50〜75％のバイトサイズ（パルス間のビーム変位）を用いた。
【０１３１】
図10は、上述した方法を用いて平坦なホウケイ酸ガラス表面上に堆積した銅を示す顕微鏡写真であり、前方転写ドナー構造300とワークピース100の入手基板との間にはオフセットはない。このプロセスでは、図10に示される様々なパルスエネルギーを有し、作業表面で30μmの集束スポットを有する単一レーザパルスとともに上述したパラメータを用いた。縮尺目盛は100μmである。図10は、この方法では、低いパルスエネルギーでは〜50μmの分解能（堆積スポット径）を有し、高いパルスエネルギーではフィーチャサイズが増加することを示している。転写された銅は強く固着し、複数のパス及び／又は適切なピッチを用いた手法から導電パターンを直接作製することができた。ただし、これら複数の堆積物は、滑らかなガラス表面上では構造的に強くない。また、図10は、固着されたフィーチャの間に拘束されない銅塵が存在したことを示している。この塵は、表面を優しく拭くことにより簡単に除去できた。図10は、2017年２月14日〜17日のIPC Apexカンファレンスでの論文において提示されたものである。
【０１３２】
ドナー基板の正確な位置合わせを必要とする場合において、銅LIFTのために ESI 5335（商標）微細加工プラットフォームを用いた。このシステムでは、90kHzまでのパルス繰り返し周波数、〜100nsのパルス持続時間、〜12μmの集束ビーム径、及び約11Ｗの最大平均パワーを有する第３次高調波Nd:YAGレーザ（355nm）を用いた。上述したのと同一のドナー構造300及びドナー膜304を適切なレーザ投入条件で、すなわち、ワークピース100の受入基板に対するダメージを最小限にするのに十分に大きなバイトサイズと、堆積した銅の分解能を良好に維持するのに十分に低いパルスエネルギーを用いて用いた。また、異なるレーザ、（基板のオフセットに加え、レーザ波長、パルス持続時間、エネルギー、パルス繰り返し率を含む）異なるプロセスパラメータ、及び異なる前方転写基板、特に異なる厚さの異なるドナー膜材料を用いる他の前方転写プロセスは、このアプローチに対してうまく実施され、10μm以下のシーディング分解能を提供することができる。
【０１３３】
銅堆積物は、銅の無電解めっきのためのシードとして作用し得る。エッチングされたフィーチャと銅シードとの間で分解能の不整合が生じる場合には、エッチングされたフィーチャ内にのみ銅シードが残るように、前方転写後に表面の研磨の工程を用いてもよい。レーザエッチングされた境界の外側での銅の不要な接続又は成長を除去するために、銅めっき後に第２の研磨ステップを適用することができる。このプロセスの代表的なフロー図が、図７及び図８に模式的に示されている。無電解めっきプロセスにより薄い銅層を堆積させた後、無電解めっきよりもめっき速度がずっと速い銅電解めっきを行って、より厚い銅層を作製することができる。後述するような別の実施形態においては、無電解めっき工程を飛ばしてダイレクト電解めっきに好適な導電材料からなる厚い層を堆積させるようにLIFTプロセスを修正することができる。
【０１３４】
めっき後に、さらなる層作製に好適な、導電凹部フィーチャを有する平滑面を用意するために研磨を行うことができる。このプロセスを繰り返して、貫通孔ではなく非貫通ビアを形成し、すべてガラスからなる多層構造又は混合材料の多層構造を用意するために層を作製することができる。すべてガラスからなる構造内に埋め込みコンポーネントを有する構造を作製するために修正された方法を用いることができる。
【０１３５】
上述した方法（レーザエッチング後に薄い金属箔のレーザ前方転写を行い、その後めっきする）を様々な金属のめっきだけではなく、従来の高性能誘電体材料に適用することもできる。
【０１３６】
５mm又は10mmの長さで25μmの幅の配線で接続した２つの1000×400μmのパッドの簡単なデザインをホウケイ酸ガラス基板上に作製し、抵抗率の測定を行うために用いた。めっきに先立ち、走査型レーザ顕微鏡を用いて配線の断面積を決定した。図11Aは、シーディング及びめっきに先立つホウケイ酸ガラス基板のレーザアブレーションにより生成された凹状フィーチャの高さ測定のUVレーザ走査型顕微鏡写真である。図11Bは、本明細書に開示されたプロセスにより生成されためっき配線及びパッドの顕微鏡写真である。図11Cは、抵抗率試験に使用されたパッドに接続された５mmの配線と10mmの配線の写真である。
【０１３７】
４点プローブ測定を用いて無電解めっき後の銅堆積物の抵抗率測定を行った。抵抗率は、
式１：ρ＝（Ｖ*σ）／（Ｉ*Ｌ）  ・・・（１）
により算出した。ここで、Ｖは配線を横断する測定電圧、σは配線の断面積、Ｉは印加された電圧、Ｌは導電フィーチャの長さである。配線は、幅が約25μmで高さが25〜30μmの二等辺三角形である断面を有していた。測定された断面積は3.53±0.38×10-10m2であった。それぞれの試料に対して異なる電流を印加して４点プローブ測定を行い、抵抗測定における誤差を測定した。抵抗の標準偏差は平均の１％未満であった（表１）。計算された抵抗率は、（20℃での）バルク銅の値1.68×10-8Ωmの１〜1.5倍である。抵抗率測定における誤差の多くは、配線の断面積の不確かさから生じるものであった。
【０１３８】
【表１】
2019514207.tif 000003
【０１３９】
また、ガラス上で抵抗率試験のために利用された第２のパターンは、100μmのピッチで分離された５mmの長さの配線を接続した全長411.14mmの配線を含んでいた。図11Dは、本明細書に開示されたプロセスにより生成されたこの長い配線パターンを作製するために使用されたCAD図面であり、図11Eは、ガラス基板にエッチングされたこのパターンの一部の顕微鏡写真を示している。配線の寸法を異なる10箇所で測定したところ、幅24.3±2.2μm、深さ38.9±2.9μm、断面積6.08±0.51×10-10m2であった。これらの寸法に対して、バルク銅からなるパターンでは、10.7±0.9Ωの抵抗を有する。マルチメータを用いてこれらのパターンの４つを抵抗測定したところ、24.1±0.6Ωの値となり、この幾何学的構成においてバルク銅に対して予想される値の約2.25倍となった。図11A〜図11Eは、2017年２月14日〜17日のIPC Apexカンファレンスでの論文において提示されたものである。
【０１４０】
誘電体材料に配線を埋め込む利点の１つは、個々の配線の幾何学的構成と配線間のピッチを細かく制御でき、これにより、与えられた任意のパターンに対する材料（銅）の総体積をより予測しやすくできることにある。
【０１４１】
図12A〜図12Cは、非常に微細なピッチと制御可能な深さを有する配線を示している。図12Aは、ガラス基板内にレーザエッチングされたトレンチ200のUVレーザ走査型顕微鏡写真に深さ測定結果を重ね合わせたものを示している。トレンチ200は、LODESTONE（商標）システム上で３μJ、１MHz、500mm/sのレーザパラメータを用いたレーザ加工ビームの１パス〜４パスによって生成されたものである。ビーム軸の１つのパスの後、最初のトレンチは、幅約８μm、深さ約７μmであった。２つ目のトレンチ200は、ビーム軸の２つのパスにより作製され、３つ目のトレンチ200は、ビーム軸の３つのパスにより作製され、４つ目のトレンチは、ビーム軸の４つのパスにより作製されたものである。その後のパスではトレンチ200の幅が増加し、パスの数とともに深さの増加が減少し、４つ目のパスでは、トレンチは、幅9.5μm、深さ20μmとなった。トレンチ200は約10μmで分離されていた。図12Bは、本明細書で述べられたプロセスを介して配線を形成するようにめっきされた図12Aに示されるトレンチの暗視野顕微鏡写真である。図12Cは、図12Bに示されるめっき後の配線の断面の顕微鏡写真である。図12A〜図12Cは、2017年２月14日〜17日のIPC Apexカンファレンスでの論文において提示されたものである。
【０１４２】
図13A〜図13Cは、厚さ150μmのホウケイ酸ガラスにおける（レーザ入射側（より大きな方）で）直径133μm及び直径87μmのめっき後の貫通孔ビア202を示している。いずれの場合においても、側壁角度は約82°であり、出口における直径は、それぞれ85μm及び41μmであった。図13Aは、ガラス基板においてレーザエッチングされた貫通孔ビアのUVレーザ走査型顕微鏡写真である。図13Bは、本明細書で述べられたプロセスを介してシーディングされめっきされた図13Aに示される貫通孔ビアの暗視野顕微鏡写真である。図13Cは、図13Bに示されるめっき後の貫通孔ビアの断面の顕微鏡写真である。また、LODESTONE（商標）レーザ加工システムを用いて厚さ50μmのSchott社のAF32 Ecoガラス（図示せず）にも貫通孔ビアが形成され、この形成されたビア202は、上部径が40μmで出口径が16μmであった。図13A〜図11Cは、2017年２月14日〜17日のIPC Apexカンファレンスでの論文において提示されたものである。
【０１４３】
上述したレーザを用いたガラスエッチングと銅シーディングの方法を応用して、20×35mmの寸法の両面PCBパターンを用意した。このパターンは、厚さ150μmの22mm×50mmのホウケイ酸ガラスカバーガラスに適合するように元々のサイズの〜25％に縮小してはいるものの、実際の回路構造であった。図14Aは、シーディング及びめっきの前に厚さ150ミクロンのガラス基板にレーザエッチングされた両面PCBパターンの顕微鏡写真である。この構造において最も小さいフィーチャは幅〜35μmである。ESIのロゴ、パッド、配線、及び構造のアライメント点が単一のレーザパラメータセットを用いてそれぞれの多角形の内部で７μmの陰影パターンによりガラスに加工された。次に、異なるパラメータセットを用いてビアが形成された。ワークピース100をひっくり返し、ガラス片の上面に形成されたアライメントマークを用いて位置合わせした。底面の配線、パッド、及び追加テキストを加工した。前方転写プロセスの後、上面と底面の両方を緩やかに研磨し、表面から余分な銅を除去し、レーザ加工領域に銅シードのみを残した。無電解めっき槽でめっきを行った。図14Bは、めっき後の図14Aの構成の一部の詳細を示す複合顕微鏡写真である。図14Bにおいて、明るい色のフィーチャは基板の手前側にあり、濃いフィーチャは反対側にある。図14Bは、2017年２月14日〜17日のIPC Apexカンファレンスでの論文において提示されたものである。
【０１４４】
ガラス基板への銅の付着が半田ごてからの直接的な熱に耐えられるか否かに関する能力を示し、これを考察するために、２層回路基板を設計し作製した。得られた回路基板の構成の３タッチパッド（RGB）LEDデモンストレータのCAD図面が図15Aに示されている。図15Aにおいては、あるフィーチャは基板の前面側にあり、円は貫通孔であり、長い直線の導電線の一部は基板の後面側にある。図15Bは、図15Aに示されるタッチパッドLEDデモンストレータの簡略化配線図である。「ジュールシーフ」として知られるこの回路は、低いDC電圧が入力され、スイッチングのために使用されるトランジスタと変圧器とを介して高電圧を生成するために誘導スパイクを用いるという点で、ブースト変換器と同じように動作する。この構成は、３つの並列回路を有しており、これらの並列回路は、共通カソードRGB LEDの個々の色を制御し、抵抗性のあるタッチパッドがそれぞれの回路をアクティベートする。回路に電源を供給するために1.5Ｖのボタン電池を使用し、スイッチング周波数はおよそ400kHzであると測定された。回路自体の部品点数は比較的少なく、２層のPCB構造を必要としないが、めっき貫通孔を生成する能力を示すために２層基板を設計した。基板上のトレース幅は100〜400μm（４ミルから16ミル）にわたり、これらは上述した方法を用いて問題なく形成された。
【０１４５】
回路基板の組立中に、ガラス基板への銅の付着の質を観察したところ、FR4上の銅の付着の質と同様であった。剥がれたトレースやパッドはなく、一部のパッドを（およそ300℃までの）複数の温度サイクルの下に置いたが問題はなかった。図15C、図15D、及び図15Eは、本明細書で述べたプロセスにより作製された図15AのLEDデモンストレータのそれぞれのタッチパッドの写真画像である。図15A〜図15Eは、2017年２月14日〜17日のIPC Apexカンファレンスでの論文において提示されたものである。
【０１４６】
めっきガラス層の上にガラスの追加層を位置合わせして接着し、上記で概説した方法を繰り返すことにより、多層PCBアーキテクチャを構築することができる。図16A及び図16Bは、複数のガラス層を作製するための非貫通ビアの穿孔、シーディング、及びめっきを示すものである。図16A及び図16Bは、先に述べたプロセスによりそれぞれ異なるレーザシステムにより穿孔され、その後、シーディングされ、めっきされた貫通ビア及び非貫通ビアの多層構造の断面の顕微鏡写真である。特に、図８、図16A、図16Bに関して、深さ20μmのパターン、50μm径の貫通ビアを含む200μm径のパッドを１MHz、１m/s、３〜４μJで動作するLODESTONE（商標）レーザ微細加工システムを用いてSchott社のAF32-ECOガラスワークピース100に形成した。その後、レーザエッチングされたワークピース100を例えば図８に関して先に述べたようにシーディングし、めっきした。シーディングされ、めっきされたワークピース506が図16Aの底部基板として示されている。ガラスからなる第２のワークピース800上に光学接着材を接着材の厚さが５μm未満になるようにスピンコーティングし、その後、このガラスからなるワークピース800（図８）をめっきされたワークピース506に固定した。（例えば、ビーム軸をめっきされたワークピース506のフィーチャに位置合わせることにより）パターンを位置合わせし、めっきされたワークピース506内の銅パッドの底にダメージを与えることなくガラスが除去されるように、ワークピース800の途中ずっと非貫通ビアを形成した。ワークピース100内の貫通孔に使用されるパラメータと同様のパラメータを用いて非貫通ビアの穿孔を行うためにLODESTONE（商標）レーザ微細加工システムを用いた。LODESTONE（商標）レーザ微細加工システムにより穿孔された、シーディング及びめっきされた多層構造の断面が図16Aに示されている。あるいは、銅の反射率が高く、中赤外波長に対するガラスの吸収断面積が大きいことにより、ESIのNVIANT（商標）システムが本出願における非貫通ビアの穿孔に対する理想的な解決方法となる。NVIANT（商標）レーザ微細加工システムを用いて上部径50μm、底部径35μmのビアを穿孔した。NVIANT（商標）レーザ微細加工システムにより穿孔された、シーディング及びめっきされた多層構造の断面が図16Bに示されている。図16A及び図16Bは、2017年２月14日〜17日のIPC Apexカンファレンスでの論文において提示されたものである。
【０１４７】
IV．追加の説明
現在のリソグラフィックプロセス及びウェットプロセスのいくつかの制約の下でPCB及びICパッケージを作製する独特な方法を述べることに加えて、本開示に係る実施形態において述べられるプロセスは、ガラス誘電体材料を従来のPCB製造ラインに導入するための容易な方法を述べたものである。一例として、まず、本明細書で述べられたエッチング、シーディング、及びめっき手法を薄いガラス基板に適用し、その後、そのガラス層上に追加ガラス又はより多くの従来の誘電体を積層することにより、高周波数ガラス層を有する多層基板を作製することができた。その後、積層された層を典型的なプロセスを用いてエッチングし、穿孔し、めっきすることができた。さらに、すべてがガラスの構造内の埋め込みコンポーネントを用意するために、本明細書に開示される方法を修正することができる。
【０１４８】
本明細書に述べられる方法と典型的なPCB製造方法との間で比べると、本明細書に述べられる方法は、典型的なプロセスとは異なり、フォトリソグラフィ工程、無電解めっき用の触媒、及び銅エッチング工程を必要としない。
【０１４９】
例えば、フォトリソグラフィ工程を行うことなく、配線、パッド、及びビアのパターンをレーザによって誘電体材料内に直接エッチングすることができる。フィーチャのライン幅及び間隔は、加工レーザ、パラメータ、及びレーザと材料との相互作用の物理学のみによって制限される。PCBフィーチャの微小化をさらに進めるための完全に新しい化学／材料セットを開発するのではなく、レーザ技術の進歩、パルス整形、及びビーム位置決めがこの傾向を推し進めることになる。さらに、無電解めっきプロセスからスズとパラジウムの化学反応を除去することができる。洗浄工程、調整工程、マイクロエッチング工程、触媒プレディップ工程、触媒活性化工程、及び加速工程がすべて無電解めっきプロセスラインからなくなる。有害で高価な化学薬品もプロセスの流れから除去される。最終的に、銅エッチングが必要なくなる。本明細書に開示されたシーディング法及びめっき法により堆積した銅は、PCBの特定の層におけるすべての銅を代表している。
【０１５０】
したがって、本開示に係るプロセスは、「環境保護化学」アプローチ、すなわち、有害材料の使用及び廃棄の両方を最小限にすることを目的とするアプローチを代表するものである（最善の環境保護化学アプローチは、有害材料を全く使用しないものである）。また、本開示に係るプロセスは、現在の高周波誘電体よりも100倍も低価格なガラスにより実質的な基材の節約ができ、また、熱フォトリソグラフィック積層プロセスを用いることなくエネルギーの節約ができる可能性を提供するものである。プロセス速度、スループット、及びレーザシーディングプロセスに対するエネルギー条件並びに材料条件を典型的なPCB製造のものと比較してすべてガラスからなるPCB又はガラスコアPCBに関して総寿命分析を行わなくても、２つのプロセスの間に大きな違いがあることが容易に明らかになる。現在、ガラス誘電体を従来のPCB製造ラインに組み込む既存の方法は存在しておらず、本明細書に述べられた方法は、そのような製造を可能にする途を提供するものである。
【０１５１】
有益となるであろうPCB用途には、インピーダンスを制御する必要のある長いトレースを有するコンポーネント及び携帯電話用のアンテナを含む高周波コンポーネントが含まれる。
【０１５２】
Ｖ．特に言及しない限り、多くの実験における一般的な条件
特に言及しない限り、多くの実験においては、以下の機器及び材料が用いられた。ガラスのレーザエッチングの多くは、ESI社のLODESTONE（商標）レーザ微細加工システム上で行われた。これらの実験の多くにおける典型的なガラス基板は、メタノールでリンスすることにより洗浄され、レンズワイプを用いて拭き取り乾燥され、手袋をした手でのみ扱われた顕微鏡カバースライド（ソーダ石灰又はホウケイ酸ガラスのいずれか）であった。多くの実験において、レーザエッチングパターンにおける多角形を塗りつぶすために７μmのピッチの90°陰影パターンを用いた。一部のビアは、陰影パターンを何回も繰り返すことにより、あるいは、長円パターンを適用することにより作製された。一部の実験におけるデモンストレータとして使用された厚さ150μmのスライドガラスは、Schott社のD263Mカバーガラス、Ted Pella社により販売されている鉄成分の少ないホウケイ酸ガラスであった。50μmガラスが、Schott社によって快く提供され、これは、チップ実装用途用のシリコンの熱膨張係数に合致する熱膨張係数を有するアルカリフリーガラスであるAF32 ECOであった。
【０１５３】
使用されたすべての溶媒及びめっき薬品は、試薬レベルのグレードであった。硫酸銅五水和物、酒石酸ナトリウムカリウム、ホルムアルデヒド、及び水酸化ナトリウムをSigma-Aldrich社から購入した。厚さ１mmの顕微鏡スライドガラス上に置いた銅箔にレーザ照射することにより、銅シーディングを行った。この実験のための銅箔は、Oak-Mitsui社により提供された。この箔は、厚さ10μmであり、35μmのキャリア層を有していた。箔は、厚さ１μmのポリビニルアルコール層を有するスライドガラス上に積層されることにより平坦に維持され支持されていた。キャリア層は、前方転写を行う直前に除去された。標準レシピを用いたシーディングの後に無電解銅めっきを行った。典型的な無電解銅めっきレシピは、溶媒として蒸留水を用い、銅のソースとして硫酸銅（II）五水和物を用い、キレート剤として酒石酸ナトリウムカリウムを用い、還元剤としてホルムアルデヒドを用いている。水酸化ナトリウムで水溶液のpHを上げ、めっき反応を生じさせるために還元電位を調整した。200mlのパイレックスビーカー内で200rpmで磁気撹拌しつつ室温でめっきを行った。
【０１５４】
キーエンス社のVK9700走査型レーザ顕微鏡でプロファイル測定を行った。刻み込まれたフィーチャの断面をVK分析アプリケーションのバージョン3.1.0.0を用いて分析した。抵抗率の測定については、配線の異なる10箇所で断面積を測定し平均値を得た。この平均値は±１σで報告されている。４点プローブ測定では、めっきフィーチャにわたって50から200mAの電流を確立しつつ、電圧降下を記録するためにAgilent社のE3612A直流電源を用いた。報告されている抵抗率値は、それぞれのめっきフィーチャに対して異なる電流を印加した４回の測定値の平均である。
【０１５５】
VI．さらなる追加の説明
ある実施形態に関しては、ドナー膜304が１μm未満の厚さを有していてもよく、これによりシード層堆積プロセス中の正確な制御が容易になる。しかしながら、そのような薄いドナー膜304を使用することにより、ドナー構造300上の単一の場所から堆積可能なシード材料の量が制限される。このように、複数のパスを実行して十分な量の材料をワークピース100上に形成することができる。
【０１５６】
ある実施形態においては、上述したLIFT法において、単一のレーザパルスを用いてドナー構造300から材料をワークピース100に転写する。特定の理論に拘束されるものではないが、レーザパルスがドナー膜304とキャリア基板302との間の界面でドナー構造300に吸収され、数ナノ秒以内に、エネルギーがドナー膜304の材料を加熱するように伝達されるものと考えられる。溶融前部がドナー膜304を伝搬し始め、ドナー膜304が十分に薄い場合（あるいはレーザフルエンスが十分に大きい場合）には、温度が熱拡散によりドナー膜304の融点よりも低くなる前に、溶融前部がドナー膜304の前側に到達する。溶融前部がドナー膜304の前部に到達すると、ドナー膜304の材料の液滴をキャリア基板302から排出することができる。多くの場合、ドナー膜304、オプションの層又は動的リリース層、又は他の犠牲層の材料の蒸発から生じるドナー膜304とキャリア基板302との間の界面での大きな圧力上昇により、ドナー材料の排出が促進される。望ましくない程高いレーザフルエンスでは、望ましくない量のドナー材料が、液体としてではなく、蒸気としてドナー膜304から排出されてしまうことがあり、堆積材料の幾何学的構成がより制御しづらくなることがある。望ましくない程低いレーザフルエンスでは、溶融前部がドナー膜304の前部まで伝搬せず、ワークピース100に材料が転写されない。ドナー膜の厚さが１μm（又はその前後）よりも大きくなるまで増加すると、照射されるレーザパルスに関連付けられたレーザフルエンスがこれに対応して増加し、ドナー膜304とキャリア基板302との間の界面の圧力が高くなるとともに、ワークピース100上の堆積シード材料の分解能が低下し得る。
【０１５７】
他の実施形態においては、上述したLIFT法において、サブスポットサイズの堆積材料の分解能を実現するために複数のレーザパルス又は複数のレーザ源を用いてもよい。例えば、ドナー膜のスポットを溶融するために１つのレーザ源を用い、溶融したドナー材料を転写するために別のレーザ源を用いることができる。
【０１５８】
さらに他の実施形態においては、上述したLIFT法において、１μm（又はその前後）よりも厚いドナー膜のLIFTを制御するために準連続波（QCW）レーザ手段を用いてもよい。QCWレーザは、数十〜数百MHzのパルス繰り返し周波数（PRF）を用いる。最近、100Wを超える平均パワーのQCW緑色レーザが利用可能になってきている。QCW LIFTを用いると、QCWレーザからの個々のパルスは前方転写を生じさせるのに不十分であるが、次のパルスが到達する前に熱化パルスエネルギーがドナー膜304内で完全には拡散できないほどPRFが十分に大きくなる。このように、十分な数のパルスが照射された後に溶融前部がドナー膜の前部に至るような、続くパルスのそれぞれによる熱エネルギーの蓄積がある。単一パルスのLIFTとは異なり、QCW LIFTの複数のパルスは、ドナー膜304をより緩やかにかつより制御性よく加熱し、.前方転写の広範な制御を可能としている。例えば、プロセスを微調整するために照射中にパルスエネルギーを動的に変化させることができる。このレベルの制御は、単一パルスのLIFTではできない。このように、ドナー膜304から噴出される材料の噴出速度、温度、及び組成を制御することができ、これが最終的には堆積材料の幾何学的構成に影響を与える。さらに、QCWレーザは、比較的高い平均パワーで動作するので、QCW LIFTプロセスは、高い充填率のパターンの生成用の多角形スキャナに適切な速度に引き上げることができる。
【０１５９】
一実施形態においては、QCW LIFTプロセスは、十分な数のパルス又は他の所定の数のパルスを照射して、前方転写条件の近傍（例えば、溶融前部が伝搬するドナー膜304の前部の点の近傍）にドナー膜304を加熱し、その後、ドナー膜304の材料が前方に流れ始める間（又はその直前）にパルスエネルギーを変化させることを伴う。これは、材料の温度及び速度を変化させ、堆積材料の幾何学的構成に影響を与える。音響光学デバイスを駆動して、１μs（又はその前後）ごと又はそれ未満の時間ごと（例えば、数百ナノ秒ごとに）にレーザパルスを一意な位置に位置決めすることができる。それぞれのボクセルの堆積に対する実際の期間は、レーザパラメータ、材料特性、及び材料幾何学的構成に依存している。
【０１６０】
運ばれるシード材料の量を増やすべく、50MHz、パルス持続時間1.4ns、平均パワー140Wで動作し、30μm径のビームウェストに収束されるIPG社の200WのQCWレーザからのレーザエネルギービーム400を用いて高度銅前方転写用の予備実験を行った。これらの実験の結果が図17A〜図17Cに示されている。特に、図17Aは、より区別された量、さらに／あるいは、より多くの量の転写材料を堆積するように修正されたLIFTプロセスにより堆積した銅の高さマップのUVレーザ走査型顕微鏡写真であり、図17Bは、より区別された量、さらに／あるいは、より多くの量の転写材料を堆積するように修正されたLIFTプロセスにより堆積した銅の断面の顕微鏡写真であり、図17Cは、より区別された量、さらに／あるいは、より多くの量の転写材料を堆積するように修正されたLIFTプロセスにより堆積した銅の上面の顕微鏡写真である。厚さ10μmのドナー膜から幅20μm未満、高さ10〜20μmの単一スプラッシュフリーボクセルを堆積させた。フィーチャごとの総照射時間は２μsであった。堆積物の断面は、堆積物が固体の銅からなることを示しており、ボイドは観察されなかった。当業者であれば、フィーチャの高さが膜厚よりも大きく、フィーチャの幅が集束されたスポット径よりも小さいことに気づくであろう。この状況は、溶融前部がドナー膜の前部に到達した際のドナー膜の溶融した領域の幾何学的構成の結果であり得る（キャリア基板とドナー膜との界面と、溶融前部がドナーの前部に到達する部分の狭い開口とに広い溶融領域が観察される）。これらの結果に基づいて、回路基板パターン用の銅を完全に印刷し、銅めっきプロセスを必要とすることなくビアを充填するために、このアプローチを用いることができた。
【０１６１】
２つの異なる方法により単一のボクセルからライン及びより複雑なフィーチャにプロセスをスケールアップすることができる。第１の方法においては、個々のボクセルを互いに隣接させて印刷し、次のボクセルに対して試料及び／又はビームを再配置しつつ、ボクセル間でレーザを遮断する。導電フィーチャを生成するためにボクセルを接触させて配置することができる。図18は、そのような別の例示的なLIFTのフロー図であり、ボクセルによりパターンボクセルを堆積するためのレーザゲーティングを示している。図18を参照すると、プロセス状態18Aは、レーザエネルギービーム1800の「オン」状態を示しており、１以上のレーザパルスがキャリア基板302を通って伝搬することができ、ドナー膜304に当たり、プロセスステップ1812においてドナー膜材料のワークピース100への転写を引き起こす。プロセス状態18Bは、堆積したドナー材料のボクセル1802を示しており、レーザは「オフ」状態にあり、１以上のレーザパルスは（例えば、音響光学デバイスにより）ブロックされ、ドナー材料に当たることが阻止される。（実際には、「オフ」状態の間レーザを切ることができるが、従来からそのようなことはほとんどなされない。）プロセスステップ1814においては、ビーム軸、ドナー構造300、及び／又はワークピース100を互いに移動させ、ドナー膜上の新しい位置に当たるようにレーザエネルギービームを位置合わせする。このビームアライメントがプロセス状態18Cに示されている。プロセスステップ1816において、レーザパルスがドナー膜に当たり、ドナー材料を転写して先に堆積したボクセル1802に隣接するボクセル1802aを形成し、細長い導電フィーチャを生成する。また、当業者であれば、先に堆積したボクセル 1802の上部にドナー膜材料を追加してその長さを延ばすではなくその高さ及び断面積を増加させるようにボクセル 1802aの転写を位置決めしてもよいことは理解できよう。この高さ方向の増加は、その長さを延ばす次のボクセル転写の前に行うことができる。高さ方向の延長は、堆積したボクセルの第１のパスに重なるレーザビーム軸の第２のパスにより行うことができるが、単一のパス中に高さを増すことにより、より高い堆積物が望まれる場合にはスループットがよくなることが考えられる。プロセス状態18Dは、ボクセル1802に隣接して堆積され、ボクセル1802に結合したボクセル 1802aを示している。ビーム軸、キャリア構造300、及び／又はワークピース100の相対移動は、（位置決め時間が長いが）ステージだけで行うことができ、あるいは、ステージに毎秒数千スポットを生成するガルボを追加することにより行うことができ、あるいは、帯域幅をさらに広げるために音響光学偏向器を組み込むことにより行うことができる。
行うことができる。
【０１６２】
第２の方法においては、レーザがオンにされ、ファーストビームステアリングが利用される。図17A〜図17Cに関連して適用されたものと同じ線量を維持するためには、およそ15m/sでビームを移動する必要があり、おそらくポリゴンスキャナが必須となり得る。この場合には、個々のボクセルは転写されないが、溶融材料の定常的な流れがドナー構造300からワークピース100に送られることが１つのシナリオとして考えられる。図19は、別の例示的なLIFTプロセスのフロー図であり、パターンを形成するためのビーム軸の連続相対運動を示している。図19を参照すると、プロセス状態19Aは、レーザエネルギービーム1900の「オン」状態を示しており、レーザパルスがキャリア基板302を通って伝搬することができ、ドナー膜304に当たり、プロセスステップ1912においてドナー膜材料のワークピース100への転写を引き起こす。プロセス状態19Bは、ドナー材料の堆積材料1902を示しおり、レーザはまだ「オン」状態である。プロセスステップ1914においては、ビーム軸、ドナー構造300、及び／又はワークピース100を互いに移動させ、ドナー膜304上の新しい位置に当たるようにレーザエネルギービーム1900を位置合わせする。このビームアライメントがプロセス状態19Cに示されており、追加のドナー材料が堆積材料1902aに追加される。プロセスステップ1916においては、レーザパルスは、さらに他の位置でドナー膜304に当たり続け、より多くのドナー膜304の材料を転写して、連続した細長い導電フィーチャを形成する。また、当業者であれば、先に述べたように、先に堆積した材料の上部にドナー膜材料を追加してその長さを延ばすではなくその高さ及び断面積を増加させるようにドナー材料の転写を位置決めしてもよいことは理解できよう。
【０１６３】
上述したQCW LIFTプロセスは、数十から数百kHzの範囲のPRFのレーザを用いた場合に可能なビーム位置決め速度よりもずっと早いビーム位置決め速度に適応することができる。また、QCW LIFTアプローチは、比較的厚い（例えば、１μmよりも大きな厚みを有する）ドナー膜を利用することを容易にし、より厚みのある堆積物を実現することができる。照射中の平均パワーの動的制御は、単一パルスLIFT方法では利用できないプロセスに対してあるレベルの制御を提供するものである。また、QCW LIFT方法は、ドナー膜の厚さよりも高い堆積フィーチャの形成を可能にするものであり、これは（特定の理論に拘束されるものではないが）、溶融前部がドナー膜304の前部に到達した際の（キャリア基板とドナー膜との界面における複数のパルスからの熱エネルギーの蓄積による）溶融領域の独特の幾何学的構成の結果によるもののようである。
【０１６４】
VI．さらなる追加の説明及び実施例
ディスプレイ、タッチスクリーン、太陽電池、光検出器、及びくもり止めデバイスをはじめとして様々な電子機器において透明電極（TCE）が用いられている。最も広く用いられているTCEは、スズ添加インジウム酸化物（ITO）である。透明な基板、典型的にはガラスに材料が典型的には真空スパッタリングされ、この材料の人気は、10Ω□-1（オームパースクエア）未満のシート抵抗と90％を超える透過率を有するITO薄膜に起因するものである。この材料の価格は、地球の地殻に0.05ppmに存在する比較的希少な元素であり、2007年の時点で約400トン／年のみ生産されているインジウムの価格に関連している。王立化学会は、インジウムの供給は本世紀の終わりまでに枯渇する可能性があると発表している。また、これらの膜は、脆くて柔軟な用途に対して改良することができない。したがって、多くの研究グループは、地球上に豊富にあり、柔軟な材料を用いた透明導電材料を生成するための別の方策を現在研究している。
【０１６５】
ITOを地球上により豊富にある材料に置き換える方策がいくつかある。特に銅又は銀からなるマイクロ配線及びナノ配線金属メッシュ、グラフェン膜、カーボンナノチューブネットワーク、及び（PEDOT:PSSのような）導電ポリマー膜である。もちろん、金属メッシュ及びナノ配線膜は、総称して導電ネットワークと呼ばれ、プロセスコスト及び材料コストを最小限にしつつ、最良の透過率及びシート抵抗の一部を提供するものである。これらのプロセスは、テンプレートに基づいたプロセスとテンプレートに基づかないプロセスとに分けることができる。テンプレートに基づいた方法はリソグラフィに依拠しており、テンプレートに基づかない方法では、スピンコーティング、ディップコーティング、又はスプレーコーティングを用いて構成成分をランダムに位置合わせする。
【０１６６】
透明導電ネットワークを用意するためにいくつかのレーザを用いた方法が用いられている。Paeng氏等によって薄い透明銅導電体の製造のためにレーザダイレクトライティングアプローチが用いられた（Adv. Mater.（2015年）27巻2762ページ）。ガラス基板又はフレキシブル基板上に置かれた銅薄膜に選択的レーザアブレーションが行われ、透過率83％、シート抵抗約17Ω□-1の配線メッシュネットワークを残した。Lee氏等は、NiOナノ粒子のレーザを用いた還元焼結を介してNiネットワークを用意し、それぞれ10μm幅の深さ40nm未満のニッケルからなる配線を用意した（ACS Nano（2014年）８巻9807ページ）。堆積フィーチャのピッチを修正することにより、パターンの透過率を制御することができる。
【０１６７】
本明細書に開示されたエッチング方法、シーディング方法、及び／又は めっき方法は、リジッド基板とフレキシブル基板の双方の上に（あるいはその内部に）透明導電フィーチャを作製するのに好適である。透明導電フィーチャを作製する例示的なプロセスは、図5B、図７、図８、図18、及び図19に示されるものと同様のものであってもよい。LIFTの文献は、広範囲にわたっており、速度及び温度の変化とともにサイズが変化する滴を噴出するために数多くの方法によってプロセスを制御可能な手段について述べている。多くの実施形態において、本明細書に述べられる高度LIFT法は、それらの文献に典型的に見られるものよりもずっと厚いドナー膜304を用いることができ、これは、より多くの材料の堆積を可能とするものであるが、著しく高いレーザフルエンス及び／又は線量に依存し得る。フィーチャの幾何学的構成及び接続は、レーザ加工パラメータにより完全に決定され、これは、透明導電体の電気的特性及び光学的特性の調整に対して大きな自由度を与えるものである。
【０１６８】
堆積材料の小球404が希薄すぎて導電パターンを用意できないような実施形態においては、典型的な無電解堆積方法により銅又は他の金属材料を堆積させるためのシードとしてそれらの小球404を用いることができる。めっき後に、余分な材料を研磨で取り除き、凹んだめっきフィーチャのみを残すことができる。図18及び図19に関して述べたような他の実施形態においては、この堆積材料が所望の導電フィーチャを形成するのに適している場合がある。凹状フィーチャの向こうに堆積される余分な金属材料を除去するためには研磨が望ましいことがある。
【０１６９】
図5Bに示されるものと同様のプロセスによりいくつかの配線メッシュ構造を作製した。この配線メッシュ構造は、ガラス基板上に様々なピッチで形成された10μm幅の配線の陰影パターンを含んでいた。これらのパターンは、１Ω□-1（オームパースクエア）未満のシート抵抗と90％を越える透過性を有しており、同様の透過率を有する典型的なITOのシート抵抗に対する性能を圧倒している。めっき後に微細な欠陥が観察され、これらは、さらに小さい配線寸法を可能にするようなプロセスのさらなる最適化のための有益な空間を示している。
【０１７０】
図20Aは、配線メッシュパターンの交点の高さ測定におけるUVレーザ走査型顕微鏡写真である。顕微鏡写真の縁部にある目盛りは100μmの間隔を表している。図20Bは、図20Aに関連する配線及び交点のプロファイル測定を示すグラフである。配線のプロファイル測定値は上側の実線で描かれており、配線の交点のプロファイル測定値は下側の点線で描かれている。図20C及び図20Dは、配線メッシュ構造の相対透過度を示す写真画像である。図21A及び図21Bは、中間にパッドが重なっている透明ガラス基板の両面に堆積した配線メッシュ構造の相対透過度を示す写真画像である。
【０１７１】
図22は、本明細書に開示される方法により作製されるタッチパッドの顕微鏡写真であり、図23は、本明細書に開示される方法により作製される配線メッシュ構造の顕微鏡写真である。図22及び図23を参照すると、顕微鏡写真は、10倍の倍率であり、200μmのピッチを有する配線メッシュ構造を示している。しかしながら、配線内にはいくつかの微細な欠陥が存在している。
【０１７２】
ここで述べられたプロセスは、次世代の透明導電材料を得るための現状の努力に勝る数多くの利点を提供する。これらの方法に関連付けられた合成化学工程、ウェット処理工程、及び焼結を避けつつ、ナノ配線法に比べて高い導電性と光伝送性が認められる。さらに、銅ナノ配線の酸化に関する懸念がなくなる。このプロセスでは、ITO、グラフェン、導電ポリマー、カーボンナノチューブ、又は銀を用いた方法（銀ナノ配線膜又はナノ粒子ペースト）と比較して材料コストが非常に低い。最後に、薄膜堆積方法に関連付けられる高真空堆積、不活性ガスなどの特別な環境条件が必要とされない。
【０１７３】
VII．結論
上記は、本発明の実施形態を説明したものであって、これに限定するものとして解釈されるものではない。いくつかの特定の例示的実施形態が図面を参照して述べられたが、当業者は、本発明の新規な教示や利点から大きく逸脱することなく、開示された例示的実施形態及び実施例と他の実施形態に対して多くの改良が可能であることを容易に認識するであろう。
【０１７４】
したがって、そのような改良はすべて、特許請求の範囲において規定される本発明の範囲に含まれることを意図している。例えば、当業者は、そのような組み合わせが互いに排他的になる場合を除いて、いずれかの文や段落の主題を他の文や段落の一部又は全部の主題と組み合わせることができることを理解するであろう。
【０１７５】
したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるべき請求項の均等物とによって決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
2019514207.tif 000015
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
2019514207.tif 000020
【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１Ａ】
2019514207.tif 000044
【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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2019514207.tif 000049