(57)【要約】【課題】  インクジェット装置を用いた描画配線方法において、速やかに実用的な回路を描画する手法を提供することである。【解決手段】  本発明は、基板の描画領域に、金属微粒子を含むインクに対して親液性と撥液性の領域を形成し、インク乾燥時に発生するバルジを抑制することで、基板もしくはインクジェットヘッドを１度駆動して描画配線を行い、焼結することによって配線を形成する手法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット装置のヘッド或いは基板を搭載したステージの少なくとも一方を駆動することによって、前記ヘッドで前記基板の表面に金属微粒子を含むインクを描画する描画工程と、描画工程後に前記インクを乾燥及び焼結する工程とを有する金属配線形成方法において、
前記描画工程前に、表面状態の異なる、前記インクに対して親液性の領域Ａと前記インクに対して撥液性の領域Ｂとを、略同一平面上に位置するように前記基板の表面に形成する工程を有し、前記描画工程は、滴下された前記インクによって形成される吐出滴が前記領域Ａに重なるように、前記ヘッド或いは前記ステージの少なくとも一方を１度駆動することで描画を終える工程であることを特徴とする金属配線形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属配線形成方法において、
前記基板の表面は前記インクに対して撥液性の領域であり、前記領域Ｂとなる領域上を部分的に保護する領域Ｃを形成し、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して親液性の領域Ａにしてから前記領域Ｃを除去することによって、前記インクに対して親液性の領域Ａと前記インクに対して撥液性の領域Ｂとを形成する工程を有することを特徴とする金属配線形成方法。
【請求項３】
請求項２に記載の金属配線形成方法において、
プラズマ処理或いは逆スパッタ処理の乾式方法による処理を用いて、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して親液性の領域Ａにすることを特徴とする金属配線形成方法。
【請求項４】
請求項１に記載の金属配線形成方法において、
前記基板の表面は前記インクに対して親液性の領域であり、前記領域Ａとなる領域上を部分的に保護する領域Ｃを形成し、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して撥液性の領域Ｂにしてから前記領域Ｃを除去することによって、前記インクに対して親液性の領域Ａと前記インクに対して撥液性の領域Ｂとを形成する工程を有することを特徴とする金属配線形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の金属配線形成方法において、
フッ素系分子を吸着させることにより、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して撥液性の領域Ｂにすることを特徴とする金属配線形成方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の金属配線形成方法において、
前記領域Ｃはメタルマスクによって形成されることを特徴する金属配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット装置を用いて金属微粒子を含むインクを吐出し、インクを焼結することで、金属配線を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回路基板は、フォトリソグラフィを行いエッチングによって作製している。この方法はマスクを利用するため、設計変更の度に、マスクを作製する費用と時間がかかるという課題がある。また、回路基板を作製するためには、薬液と洗浄するための水を多量に使用するため、環境負荷が大きいという課題もある。
【０００３】
近年、環境にやさしく、マスクレスで回路を形成する技術が盛んに研究され、非特許文献１等にその技術が紹介されている。この技術は、直径サイズがｎｍオーダーの金属微粒子を溶媒に分散させ、インクジェット装置を用いて配線することで回路基板を形成するというものである。この方法であれば、マスクレスで必要な部分に直接配線を形成するため、従来の方法に比較すると、環境負荷が少なくなっている。
【非特許文献１】菅沼克昭著、「金属ナノ粒子ペーストのインクジェット微細配線」、株式会社シーエムシー出版、２００６年３月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した文献によれば、後述する課題が残されている。
【０００５】
非特許文献１によれば、基板表面状態を整えずに、インクジェット装置により、インクを基板に滴下すると、図３や図４のように基板１０上のインク３０は、基板表面の状態によって、はじいた状態になったり、濡れ広がったりする。そこで、滴下後のインクの状態を適度に保つために、図５に示すように、基板１０に表面処理層４０を形成する。表面処理層を形成しないと、図７に示すように、バルジの発生により、部分的に配線３１が変形し、更には断線やショートが発生する。バルジの発生はインクの乾燥時にインク表面張力の変化により、インクが流動することが関係すると考えられており、一般的にはインク流動の影響を極力抑えるように、図８に示す手段によって配線を形成する。即ち図８（ａ）のように、インク１滴１滴を接触しないように描画し、乾燥させる（図８（ｂ））。その後、離れて乾燥したインク３２を接続するように、インク３０を描画する（図８（ｃ））。最後に焼結して、図８（ｄ）に示す配線３１を形成するという手段をとっている。即ち、この方法は配線を得るために、インクジェットヘッド或いは基板を少なくとも２回以上駆動しないと、図６に示す配線を得られないという課題がある。更には、バルジの発生を防ぐために、インクを乾燥させる時間が必要であり、配線の描画に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
この課題に対する解決策として、非特許文献１によれば、スーパーインクジェット方式がある。スーパーインクジェット方式は、１フェムトリットル以下の液滴を吐出することで、滴下中に溶剤が揮発し、バルジの発生がない描画手段も考えられているが、１度の描画での配線幅は３μｍ程度であり、現実的に使用される２０〜２００μｍ幅に比べて細すぎるため、配線抵抗が高くなり、実用的に使用できるものではない。
【０００７】
以上の課題を踏まえ、本発明が課題とするものは、実用的な配線を得るための描画を速やかに行う手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の形成方法を提案する。
【０００９】
本発明の形成方法は、インクジェット装置のヘッド或いは基板を搭載したステージの少なくとも一方を駆動することによって、前記ヘッドで前記基板の表面に金属微粒子を含むインクを描画する描画工程と、描画工程後に前記インクを乾燥及び焼結する工程とを有し、前記描画工程前に、表面状態の異なる、前記インクに対して親液性の領域Ａと前記インクに対して撥液性の領域Ｂとを、略同一平面上に位置するように前記基板の表面に形成する工程を有し、前記描画工程は、滴下された前記インクによって形成される吐出滴が前記領域Ａに重なるように、前記ヘッド或いは前記ステージの少なくとも一方を１度駆動することで描画を終える工程であることを特徴とする。このようにすることで、インクは領域Ｂに広がらず、領域Ａに留まるため、バルジの発生が防げ、１度に描画することが可能となり、速やかに配線を形成できるようになる。
【００１０】
また、本発明の形成方法は、前記基板の表面は前記インクに対して撥液性の領域であり、前記領域Ｂとなる領域上を部分的に保護する領域Ｃを形成し、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して親液性の領域Ａにしてから前記領域Ｃを除去することによって、前記インクに対して親液性の領域Ａと前記インクに対して撥液性の領域Ｂとを形成する工程を有することを特徴とする。このとき、プラズマ処理或いは逆スパッタ処理の乾式方法による処理を用いて、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して親液性の領域Ａにしてもよい。このようにすることで、略同一平面に表面状態の異なる領域が形成可能となり、速やかな配線形成が可能となる。
【００１１】
また、本発明の形成方法は、前記基板の表面は前記インクに対して親液性の領域であり、前記領域Ａとなる領域上を部分的に保護する領域Ｃを形成し、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して撥液性の領域Ｂにしてから前記領域Ｃを除去することによって、前記インクに対して親液性の領域Ａと前記インクに対して撥液性の領域Ｂとを形成する工程を有することを特徴とする。このとき、フッ素系分子を吸着させることにより、前記領域Ｃ以外の前記基板の表面を前記インクに対して撥液性の領域Ｂにしてもよい。このようにすることでも、略同一平面に表面状態の異なる領域が形成可能となり、速やかな配線形成が可能となる。
【００１２】
また、本発明の形成方法は、前記領域Ｃはメタルマスクによって形成されることを特徴する。このようにすることで、より簡易に表面状態の異なる領域が形成可能となり、速やかな配線形成が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
描画領域に描画周囲と異なる表面状態となる基板を用いることで、基板もしくはインクジェットヘッドの少なくとも一方を１度駆動するだけで描画を終了させ、焼結することによって配線を形成することで、速やかに配線を形成できるため、スループットがあがり、低コスト化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る配線形成方法について、図１及び図２を参照して説明する。
【００１５】
図１は、配線形成の手順を示す断面図である。基板１０は、ガラス、石英ガラス、ポリイミド等のプラスチックフィルム、表面が絶縁体で覆われている金属板、等である。また、基板１０は、インクの焼結時の温度によって変形しない耐熱性を有する材質であり、その表面状態が、金属微粒子を含むインクに対して、撥液性表面１０ｂとなっている。図１（ａ）に示すように、この上に配線した形状となるメタルマスク２０を密着させてセットする。この状態で逆スパッタ処理やプラズマ処理を行った後、メタルマスク２０を除去する。このようにすることで、図１（ｂ）に示すように、親液性表面１０ａと撥液性表面１０ｂの異なる表面状態が略同一平面状に形成できる。図ではわかりやすいように誇張してかいてあるが、実際は図ほど変化してなく、処理後も略同一平面が均一に広がっているように見えている。乾式方法でなく、アルカリ液を用いることも可能であるが、この場合は、メタルマスク２０をレジスト膜に換えた方がよい。この後、親液性表面１０ａに金属微粒子を含むインクをインジェット装置のヘッドで描画する。このとき、撥液性表面１０ｂがあるため、吐出滴を重なるようにしてもバルジの発生を防ぐことができるため、速やかに１度の駆動で描画が終了でき（図１（ｃ））、乾燥後焼結することで、図６のような配線３１を得ることができる。
【００１６】
図１では基板表面が撥液性表面１０ｂであるときについて説明をしたが、図２に示すように基板表面が親液性表面１０ａであってもよい。図２は、配線形成の手順を示す断面図である。基板１０は、インクの焼結時の温度によって変形しない耐熱性を有する材質であり、その表面状態が、金属微粒子を含むインクに対して、親液性表面１０ａとなっている。図２（ａ）に示すように、この上に配線した形状となるメタルマスク２０を密着させてセットする。この状態で例えばフッ素系分子を吸着させた後、メタルマスク２０を除去する。図２（ｂ）に示すように、親液性表面１０ａと撥液性表面１０ｂの異なる表面状態が略同一平面状に形成できる。一例としてフッ素系分子を上げたが、それ以外のものでも、インクに対して撥液性を示すものなら、どのような分子でもよい。フッ素系分子を吸着させる方法が乾式であればメタルマスク２０でよいが、湿式の場合はメタルマスク２０をレジスト膜に換えた方がよい。この後、親液性表面１０ａに金属微粒子を含むインクをインジェット装置のヘッドで描画する。このとき、撥液性表面１０ｂがあるため、吐出滴を重なるようにしてもバルジの発生を防ぐことができるため、速やかに１度の駆動で描画が終了でき（図２（ｃ））、乾燥後焼結することで、図６のような配線３１を得ることができる。
【００１７】
金属微粒子としては、例えば、金、銀、銅、パラジウム、及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物などが用いられる。これらの金属微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。金属微粒子の表面にコーティングするコーティング材としては、例えばキシレン、トルエン等の有機溶剤やクエン酸等が挙げられる。
【００１８】
金属微粒子の粒径は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。１００ｎｍより大きいと、インクジェット装置のヘッドのノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、１ｎｍより小さいと、金属微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。分散媒としては、上記の金属微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、ビス（２−メトキシエチル）エーテル、ｐ−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、粒子の分散性と分散液の安定性、またインクジェット装置での適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
【００１９】
金属配線３１は、インク３０中の金属微粒子の分散媒を完全に除去されて得られるため、低抵抗なものが得られる。即ち、金属微粒子の表面に分散性を向上させるために有機物などのコーティング材がコーティングされている場合には、このコーティング材も除去するため、基板１０には熱処理、光処理の少なくとも一方が施される。これらの処理は通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行なうこともできる。処理温度は、分散媒の沸点、雰囲気ガスの種類や圧力、粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング材の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。
【００２０】
また、図示はしないが、信頼性を確保するために、金属配線３１にオーバーコートしてもよく、オーバーコート材には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、メラミン樹脂、フッ素樹脂等の高分子材料の他、シリカなどの無機物を含む材料を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る配線形成の手順を示す断面図である。
【図２】本発明に係る配線形成の手順を示す断面図である。
【図３】従来の配線描画手段を説明するための断面図である。
【図４】従来の配線描画手段を説明するための断面図である。
【図５】従来の配線描画手段を説明するための断面図である。
【図６】描画配線の例を示す図である。
【図７】バルジが発生した描画配線の例を示す図である。
【図８】従来の配線描画手段を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  基板
１０ａ  親液性表面
１０ｂ  撥液性表面
２０  メタルマスク
３０  金属微粒子を含むインク
３１  金属配線
３２  乾燥したインク
４０  表面処理層
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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