(57)【要約】【課題】金属薄膜の部分だけを選択的に、かつ短時間で効率良くアニールし、それにより、金属薄膜の電気抵抗値の低減を行うことのできるアニール方法を提供する。【解決手段】基材１上に、導電性材料を含んでなる薄膜２を形成し、薄膜２に電位差のある第１の電極３と第２の電極４とを電気的に接続させることにより通電し、通電部分を発熱させ通電部分の電気抵抗値を低減させる。【選択図】図１
2005209907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に、導電性材料を含んでなる薄膜を形成する工程と、
前記薄膜に電位差のある少なくとも二つの電極を電気的に接続させることにより通電し、前記通電部分を発熱させ前記通電部分の電気抵抗値を低減させる工程と、
を有するアニール方法。
【請求項２】
電位差のある少なくとも二つの電極に対する通電は、電流の制限がなされていることを特徴とする請求項１に記載のアニール方法。
【請求項３】
導電性材料を含んでなる薄膜は、電気的に複数の薄膜に分離されたものであり、かつ、２つの電極のうち、第１の電極は、少なくとも２つ以上の前記薄膜と同時に電気的に接続され、第２の電極は、前記第１の電極により電気的に接続された前記薄膜のうち、いずれか１つの前記薄膜に電気的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のアニール方法。
【請求項４】
平均粒子径が２〜１００ｎｍの導電性材料を分散させた液体を基材に塗布することにより薄膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアニール方法。
【請求項５】
導電性材料を含んでなる薄膜が形成された基材を前記基材の耐熱温度以下に一度昇温する工程を、前記薄膜に通電する工程の前に加えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアニール方法。
【請求項６】
基材は樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアニール方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかのアニール方法を用いて配線が形成された基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上に形成された導電性材料を含んでなる薄膜の電気抵抗値を低減するためのアニール方法およびそのアニール方法を用いて電極が形成された基材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シリコン基板やガラス基板上にスパッタ法やＣＶＤ法で形成された金属薄膜を配線として用いることが半導体やディスプレイ等のデバイスに応用されている。金属薄膜を配線に使用する場合、その電気抵抗値は低い方が好ましい。スパッタ法やＣＶＤ法で形成された金属薄膜はその電気抵抗値がその材質のバルク値よりも数倍高い値を示すという課題があり、その電気抵抗値の低減方法が望まれる。また、近年、溶媒に金属粒子を分散させたインクを、インクジェット法やディスペンサ法や各種印刷法により、金属薄膜を成膜する方法も実施されている。この場合の電気抵抗値は、その材質のバルク値よりもかなり高い値となるため、電気抵抗値の低減方法が必須となる。
【０００３】
電気抵抗値を低減する方法として、基材全体を昇温し長時間保持する長時間アニール方法が良く知られている。このアニール方法では、基材全体を高温に保持する必要があり、これにより、基材の撓み等が発生し、また、基材へのダメージが少ない温度でのアニールを行うと、十分に電気抵抗値の低減を行うことができないという課題がある。
【０００４】
この課題を解決するため、特許文献１のような提案がなされている。これは、基板上に形成された金属薄膜にエキシマレーザの光を照射し、金属薄膜を加熱溶融させ、その後冷却し再結晶させることにより、電気抵抗値の低減をはかるというものである。この場合、レーザ光により、基材全体を昇温させるのではなく、金属薄膜の部分だけを選択的に昇温させることができるため、基材へのダメージが少ない状態で金属薄膜の電気抵抗値の低減が可能となる。
【特許文献１】特開平５−２１３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、金属薄膜に選択的にレーザ光を照射するためにはレーザ光をあるサイズに集光する必要があり、基板上に形成された金属薄膜すべてにその集光したレーザ光を照射するには、非常に時間がかかってしまい効率的ではない。また、金属薄膜にレーザ光を選択的に照射しようとした場合、レーザ光をかなり集光させ、位置合わせを厳密に行ったとしても、基材に対して直接レーザ光が照射される部分は発生し、その部分にはダメージが生じてしまう。
【０００６】
また、近年、基板として、フレキシブル性、低コストの観点から樹脂フィルムを用いる検討が多数実施されているが、樹脂フィルムを用いる場合は、よりレーザによるダメージは大きくなる。
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するもので、金属薄膜の部分だけを選択的に、かつ短時間で効率良くアニールし、それにより、金属薄膜の電気抵抗値の低減を行うことのできるアニール方法、及びそのアニール方法を用いて配線を形成した基材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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のアニール方法は、基材上に、導電性材料を含んでなる薄膜を形成する工程と、薄膜に電位差のある少なくとも二つの電極を電気的に接続させることにより通電し、通電部分を発熱させ通電部分の電気抵抗値を低減させる工程とを有したものである。
【０００９】
本方法によって、薄膜の部分だけを選択的に発熱させることができ、これにより、基材へのダメージが少ない状態にて、薄膜部分の電気抵抗値の低減が可能となる。また、通電開始後、電気抵抗値が低くなった部分と十分に低くなっていない部分が混在する場合、電気抵抗値が低くなった部分は発熱しにくく、電気抵抗値が十分に低くなっていない部分は、発熱しやすいため、最終的には、全体の電気抵抗値の低減を安定して行うことができる。
【００１０】
また、前記アニール方法において、電位差のある少なくとも二つの電極に対する通電は、電流の制限がなされているものである。
【００１１】
本方法では、通電を行い、薄膜の電気抵抗値が低減していった時、電流を制限しているため、発熱量も同時に低減していき、発熱しすぎるという問題がなくなる。また、部分的に抵抗値の低減が不十分な状態があっても、その部分だけが異常な発熱をすることもなくなるため、電気抵抗値の低減を安定して行うことができる。
【００１２】
また、前記アニール方法において、導電性材料を含んでなる薄膜は、電気的に複数の薄膜に分離されたものであり、かつ、２つの電極のうち、第１の電極は、少なくとも２つ以上の薄膜と同時に電気的に接続され、第２の電極は、第１の電極により電気的に接続された薄膜のうち、いずれか１つの薄膜に電気的に接続したものである。
【００１３】
電気的に分離された複数の薄膜を同一電極により同時に通電した場合は、通電開始後、電気抵抗値が下がってきた側の薄膜に電気が流れやすくなってしまい、もう他の薄膜には電気が流れにくくなり、それにより発熱しなくなり、結果的に、電気抵抗値の低減が十分に行われなくなる。
【００１４】
本方法では、電気的に分離された複数の薄膜を同一電極により同時に通電していないため、それぞれの薄膜の電気抵抗値を安定して低減することができる。また、２つの電極のうち第１の電極は、２つ以上の薄膜と同時に接続しているため、各々の薄膜に２つの電極を接続することを容易に実施することができる。
【００１５】
また、前記アニール方法において、平均粒子径が２〜１００ｎｍの導電性材料を分散させた液体を基材に塗布することにより薄膜を形成したものである。
【００１６】
本方法では、粒子状の導電性材料を液体に分散させたものであり、基材上に形成されただけの薄膜の電気抵抗値は、その導電性材料のバルクの値よりもかなり高いものである。この場合、電気抵抗値を均一に安定して低減することは非常に重要であり、通電開始後、電気抵抗値が十分に低減できていない部分を選択的に発熱させることができるアニール方法は非常に好ましく用いることができる。
【００１７】
また、前記アニール方法において、導電性材料を含んでなる薄膜が形成された基材をその基材の耐熱温度以下に一度昇温する工程を、薄膜に通電する工程の前に加えたものである。
【００１８】
通電前の薄膜の抵抗値が非常に高い場合、例えば、粒子状の導電性材料を溶媒に分散させたものを成膜して形成した薄膜の場合は、通電し発熱させるのが困難である。本方法では、基材にダメージが起きない範囲の温度に一度基材ごと昇温し、電気抵抗値の低減は不十分だが、通電し発熱させるのが可能となる範囲に電気抵抗値を低減する工程を含んでいるため、通電前の薄膜の抵抗値が非常に高い場合においても、電気抵抗値を十分に低減することができる。
【００１９】
また、基材は樹脂フィルムとしたものである。
【００２０】
本方法では、薄膜自身を発熱させるため、レーザを用いた場合と異なり、薄膜以外へのダメージが少なく、そのため基材が樹脂フィルムであっても好適に用いることができる。
【００２１】
また、本発明の基材は、前記アニール方法を用いて配線が形成されたものである。
【００２２】
本構成では、薄膜部分だけを発熱させるアニール方法を用いて電気抵抗値を低減した配線が形成された基板であり、ダメージの少ない基板を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、薄膜の部分だけを選択的に発熱させることができ、これにより、基材へのダメージが少ない状態にて、薄膜部分の電気抵抗値の低減が可能となる。また、通電開始後、電気抵抗値が低くなった部分と十分に低くなっていない部分が混在する場合、電気抵抗値が低くなった部分は発熱しにくく、電気抵抗値が十分に低くなっていない部分は、発熱しやすいため、最終的には、全体の電気抵抗値の低減を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係るアニール方法を示す概略構成図である。１は、樹脂フィルムからなる基材であり、耐熱性、透明性の観点より、ゼオノアフィルム（日本ゼオン（株）製）を用いている。その基材１のガラス転移温度は１６３℃であり、また、膜厚は１００μｍのものを用いている。２は基材１上に形成された導電性の薄膜であり、本実施の形態では、金属粒子を溶剤に分散させた液体をインクジェット法により、基材１に塗布することにより形成している。金属粒子としては、金、銀、銅、白金等が好ましく用いられる。また、金属粒子の平均粒子径は１〜１００ｎｍのいわゆるナノ粒子が好ましく用いられる。本実施の形態では平均粒子径が２０ｎｍの銀粒子を用いており、その配合量は重量比で３０％のものを用いている。また、薄膜２は複数本（図１では１１本）の線形状を形成しており、乾燥後の線の長さは１００ｍｍ、線幅は２００μｍ、膜厚は０．５μｍとしている。３は金属からなる第１の電極であり、複数の薄膜に電気的に接続している。４は金属からなる第２の電極であり、一つの薄膜に電気的に接続しており、また、図示なき手段により、矢印の方向に移動可能に支持され、順次他の薄膜に接続していくように構成されている。５は電源であり、接続線６により、第１の電極３、第２の電極４に通電可能に構成している。また、電源５は、第１の電極３と第２の電極４へ流す電流量を制限する制限手段を備えている。
【００２６】
次に動作を説明する。基板１上に形成された薄膜の第１の電極３と第２の電極４との間の電気抵抗値は１００ｋΩであった。この時の体積抵抗値は、０．０１Ω・ｃｍとなる。銀のバルクの体積抵抗値は、１．６μΩ・ｃｍであるため、薄膜２の体積抵抗値は６２５０倍もの高い値となっている。これに対し、まず、基材１全体を１４０℃の環境に３０分放置する。１４０℃であれば、基材１は熱のダメージはない。この処理の後、電極間の抵抗値を測定すると、１００ｋΩであったものが、１０ｋΩまで低減することができた。次に、電源５の設定を、電圧を１００V、制限電流を０．０２アンペアとし、薄膜２に対して通電を行った。第２の電極は１本の薄膜ごとにしか接続していないため、１本ごとに通電が行われる。薄膜２に通電を行った場合の薄膜２の状態変化を図２に示す。分かりやすくするため、基材１と薄膜２との縦横比をかなり変化させて図示化している。図２の（ａ）は通電前の状態であり、銀粒子が粒子として積み重なった状態である。次に（ｂ）は通電開始、ある時間後の状態である。通電による発熱により、銀粒子が部分的に結合しており、その結合が薄膜の長手方向にばらつきが生じている。特にA部では、銀粒子の結合が他の部分に対してかなり進んでいる。この時、A部の電気抵抗値は他の部分より低くなっている。この状態の時、A部の発熱量は他の部分より少なくなっている。したがって、この状態で通電を継続すると、A部以外のところの発熱が多く、その発熱の多い部分の結合がどんどん進んでいくことになる。そして、最終的には、（ｃ）の様に、全体の結合が進んでいき、抵抗値の低減が図れることとなる。つまり、結合の進んだところは、電気抵抗値が低くなり発熱が抑制され、結合が進んでいないところは、電気抵抗値が相対的に低くなっておらず、その部分はその後、積極的に発熱するという自己制御的動作が行われる。また、電源５には電流制限を行っているため、薄膜２の電極間全体の発熱量は徐々に低下していき、電気抵抗値が十分に下がっていない部分のみが適度の発熱を継続するということになる。この時、電流制限がなく、定電圧制御を行った時は、電気抵抗値の低減に伴い、全体の発熱量がどんどん増加するということになり、所望の制御された発熱が不可能となる。
【００２７】
そして、最終的には、電極間で８０Ωまで抵抗値の低減を行うことができた。この時の体積抵抗値は、８μΩ・ｃｍであり、バルク値の５倍という、かなり低い値まで低減できている。また、この時、基材１へのダメージは、薄膜の形成された部分の横方向に２μｍ、縦方向に６μｍまでに収まっており、通常の使用においては問題ないレベルに抑えることができている。
【００２８】
そして、第２の電極４を矢印の方向に移動させ、他の薄膜２に通電を繰り返すことにより、基板１の薄膜２のすべての電気抵抗値の低減を行うことができる。
【００２９】
かかる方法によれば、薄膜２に第１の電極３と第２の電極４とにより通電し、通電部分だけを発熱させ通電部分の電気抵抗値を低減させる工程を有したことにより、薄膜２の部分だけを選択的に発熱させることができ、これにより、基材１へのダメージが少ない状態にて、薄膜２の電気抵抗値の低減が可能となる。また、通電開始後、電気抵抗値が低くなった部分と十分に低くなっていない部分が混在する場合、電気抵抗値が低くなった部分は発熱しにくく、電気抵抗値が十分に低くなっていない部分は、発熱しやすいため、最終的には、全体の電気抵抗値の低減を安定して行うことができる。
【００３０】
また、かかる方法によれば、電源に電流の制限を行っているため、通電を行い、薄膜の電気抵抗値が低減していった時、発熱量も同時に低減していき、発熱しすぎるという問題がなくなる。また、部分的に抵抗値の低減が不十分な状態があっても、その部分だけが異常な発熱をすることもなくなるため、電気抵抗値の低減を安定して行うことができる。
【００３１】
また、第１の電極３は、複数の薄膜２と同時に電気的に接続され、第２の電極４は、第１の電極３により電気的に接続された薄膜２のうち、いずれか１つの薄膜２に電気的に接続したものである。電気的に分離された複数の薄膜２を同一電極により同時に通電した場合は、通電開始後、電気抵抗値が下がってきた側の薄膜２に電気が流れやすく、一方、他の薄膜２には電気が流れにくくなる。これにより他の薄膜２は発熱しなくなり、結果的に、電気抵抗値の低減が十分に行われなくなる。かかる方法によれば、電気的に分離された複数の薄膜２を同一電極により同時に通電していないため、それぞれの薄膜２の電気抵抗値を安定して低減することができる。また、２つの電極のうち第１の電極３は、２つ以上の薄膜２と同時に接続しているため、各々の薄膜２に２つの電極を接続することを容易に実施することができる。
【００３２】
また、かかる方法によれば、平均粒子径が２〜１００ｎｍの導電性材料を分散させた液体を基材１に塗布することにより薄膜２を形成したものであり、基材１上に形成されただけの薄膜２の電気抵抗値は、その導電性材料のバルクの値よりもかなり高いものである。この場合、電気抵抗値を均一に安定して低減することは非常に重要であり、通電開始後、電気抵抗値が十分に低減できていない部分を選択的に発熱させることができる本方法は非常に好ましく用いることができる。
【００３３】
また、通電前の薄膜２の電気抵抗値が非常に高い場合、例えば、粒子状の導電性材料を溶媒に分散させたものを成膜して形成した薄膜２の場合は、通電し発熱させるのが困難である。かかる方法によれば、基材１にダメージが起きない範囲の温度に一度基材１ごと昇温し、電気抵抗値の低減としては不十分だが、通電し発熱させるのが可能となる範囲に電気抵抗値を低減する工程を含んでいるため、通電前の薄膜２の電気抵抗値が非常に高い場合においても、電気抵抗値を十分に低減することができる。
【００３４】
また、かかる方法によれば、基材１は樹脂フィルムを用いており、薄膜２自身を発熱させるためレーザを用いた場合と異なり、薄膜２以外へのダメージが非常に少なく、そのため基材１が樹脂フィルムであっても好適に用いることができる。
【００３５】
また、かかる構成によれば、薄膜２の部分だけを発熱させるアニール方法を用いて電気抵抗値を低減した配線が形成されたものであるため、ダメージの少ない基板１を得ることができる。
【００３６】
また、本実施の形態において、基材１は樹脂フィルムを用いたが、これは、ガラス、シリコン等の基材も好適に用いることができる。
【００３７】
また、本実施の形態において、インクジェット法により薄膜２を形成したが、これは、各種印刷法やディスペンサ法等により形成したものでも良い。さらには、薄膜２の形成には、金属粒子を分散させた液体を用いたが、これは、スパッタ、ＣＶＤにより薄膜２を形成したものでも良い。
【００３８】
また、本実施の形態において、第１の電極３と第２の電極４とは共に金属からなるが、これは、薄膜２との接触部分に導電性のゴムを備え、薄膜２との接触状態を良好に保つことも好適に用いることができる。
【００３９】
また、本実施の形態において、長時間のアニール処理を行ったが、薄膜２形成後の電極間の抵抗値が、例えば１０ｋΩ以下であれば、必ずしもこの処理は不要であることは言うまでもない。
【００４０】
また、本実施の形態において、薄膜２への通電の仕方は特に限定していないが、これは、ＤＣの印加だけでなく、間欠的なパルス印加を行うことも好ましく用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかるアニール方法は、基材上に形成された導電性材料を含んでなる薄膜に通電することにより、その薄膜を発熱させるという効果を有し、その薄膜の抵抗値を低減する事だけでなく、薄膜の表面性を高めること、基材との接着力を高めること、その発熱によりその近傍の材質を加熱すること等にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態におけるアニール方法の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるアニール方法により、電気抵抗値が低減する状態を示す断面図
【符号の説明】
【００４３】
１    基材
２    薄膜
３    第１の電極
４    第２の電極
５    電源
６    接続線
【図１】
2005209907.tif 000003
【図２】
2005209907.tif 000004