JP2006108242A

JP2006108242A - 金属パターンの形成方法及び金属パターンの形成装置

Info

Publication number: JP2006108242A
Application number: JP2004290292A
Authority: JP
Inventors: Isao Imamura; 功今村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】材料の無駄を少なくし、微細な金属パターンを精度良く、安価で簡単に形成する。
【解決手段】本発明は、金属化合物を含む第１の液体と、前記金属化合物を還元する物質を含む第２の液体と、を互いに混ざり合うように前記基体に供給することで、前記基体に金属パターンを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属パターンの形成方法及び形成装置に関する。

従来、配線などに用いられる金属パターンの形成方法としては、蒸着などにより基体の全面に金属膜を形成した後に、フォトリソグラフィーにより配線パターンを得る方法や、めっき非着部をレジストで覆いメッキを行いレジストを除去して配線パターンを得る方法がある。また、金属ペーストや金属コロイドを用いたスクリーン印刷法から金属パターンを形成する方法もある（特許文献１参照）。
特開２００４−５４０８５号公報

従来技術の蒸着法やメッキ法による金属パターンの形成方法では、高価で大掛かりな装置を用いなければならず、フォトリソグラフィーなどの別工程が必要になる。さらに、蒸着法では、一度形成した金属膜の一部を除去することで金属パターンを形成するため、材料の無駄が生じる。また、従来技術のスクリーン印刷法を用いた金属パターンの形成方法でも、金属パターン形成装置が大掛かりになり、装置内に材料が残存し無駄を生じてしまう。金属パターンに用いられる導電性材料は、一般的にバインダー樹脂に金属粒子を混ぜたものが用いられる。バインダー樹脂を蒸発させたり、硬化収縮させたりすることで、金属微粒子同士を接続して導通させるが、この状態では金属パターンの抵抗が大きく、金属微粒子が溶融する高温で焼成して抵抗を下げる必要性がある。高温で焼成しない場合は、バインダーを使用しなくてもペースト状になる導電性が低い材料を用いなければならない、といった問題点があった。また、従来の無電解メッキ法は、メッキ液中に金属塩と還元剤とが含まれているため、メッキ液中で絶えず金属塩の還元反応が起こる。その為、メッキ液の安定性が悪く、構成物質の濃度およびｐＨに変化がおこり、メッキ液を十分に管理する必要がある。又、メッキの被着物をメッキ液中に浸せきするため、例えば、金属塩がニッケル塩で還元剤が次亜リン酸塩の場合（１）で示される反応が起こる為、発生した水素が被着体に付着し、メッキのピンホールを生じてしまう。
２［Ｈ_２ＰＯ_２ ^―］＋２Ｈ_２Ｏ＋［Ｎｉ^２＋］→２［Ｈ_２ＰＯ_３ ^―］＋Ｈ_２↑＋Ｎｉ↓・・・（１）
本発明は、上述した問題点を鑑みてなされたものであり、本発明によれば、材料の無駄を少なくし、微細な金属パターンを精度良く、安価で簡単に形成することを目的とする。

本発明は、金属化合物を含む第１の液体と、前記金属化合物を還元する物質を含む第２の液体と、を互いに混ざり合うように前記基体に供給することで、前記基体に金属パターンを形成する。

本発明によれば、微細な金属パターンを精度良く、材料の無駄を少なく、簡単に形成できる為、安価で金属パターンを得ることが可能となる。

本発明は、無電解メッキの原理を用いた、金属パターン形成方法である。

別々の容器に保存された、金属化合物を含む第１の液体と、金属化合物を還元する物質を含む第２の液体と、を基体上で混ざり合うように塗付することで、金属塩の金属が還元され金属パターンが基体上に形成されるものである。

本発明では、被着物全体をメッキ液に浸せきする必要がないので、使用するメッキ液量が少なくてすむ。又、金属パターン形成に必要な分だけを吐出させるので材料の無駄が少ない。そして、発生した水素はすみやかに大気に放出される為、精度の良い金属パターンを得ることができる。さらに、金属塩と還元剤とを同一液中に混ぜずに、別々にすることにより、メッキ液の保存安定性を高めることが可能となる。

また、インクジェット方式を用いた場合、簡単に金属パターンを形成することが可能となる。近年のインクジェット記録ヘッドは、２ピコリットル以下という微小な液滴を吐出できるので、金属パターンを形成する基体により異なるが、線幅が２０〜５０μｍ程度の微細な金属パターンを簡単に形成することが可能となる。本発明に好適に用いられるインクジェット記録ヘッドを具備する金属パターン形成装置の要部を図２に示す。

インクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子は、熱エネルギーを利用してインクに気泡を発生させ、該気泡の生成に基づいてインクを吐出する方式や、圧電素子を用いる方法等が挙げられる。

データ処理装置１から指示される金属パターン形成情報に従って、基体の搬送部２と、ヘッドの搬送部３を制御する。第１の液体容器５には金属化合物を含む第１の液体が、第２の液体容器７には前記金属化合物を還元する物質を含む第２の液体が、それぞれ貯留されている。金属パターン形成情報に従って、第１の液体用ヘッド４から第１の液体を、第２の液体用ヘッド６から第２の液体を、それぞれ基体上で接するように吐出することにより、基体に金属パターンを形成する。

加熱装置８は、赤外線ランプやキセノン灯のような輻射熱源によって、基体に形成された金属パターンを必要に応じて加熱を行う。基体が熱処理に耐えうる材質の場合、基体に抵抗体を接触させ基体全体を加熱する方法を用いることも可能である。また、金属パターン形成材料や基体の材質が、熱処理によって変質する可能性がある場合には、基体または金属パターン形成部の放熱及び冷却機構を兼ね備える構造をとる。

図３は、本発明の配線形成装置のシステム構成を示した概略ブロック図である。

１００は金属パターン形成装置で、この金属パターン形成装置のハード的な制御をつかさどるＣＰＵ１０３、ＡＳＩＣ１０６、ソフト処理を実行するプログラムが格納されているＲＯＭ１０４、パターンを形成するための画像を選択するためのキー入力装置１０２、形成を指示された金属パターン形成情報を展開するため及び／または形成するに当たってヘッドの制御を情報に変換するためのメモリＤＲＡＭ１０８、ヘッド等の表示ステータスを使用者に示すための表示装置１０１、金属パターン形成装置ユニット２００を駆動するための金属パターン形成装置ドライバ１０５及び外部から受け取った金属パターン形成情報３００等を取り込むための入り口となる、データ入力用Ｉ／Ｆ１１０、その他の入出力を制御するためのＩ／Ｏ１０７で構成される。

また、金属パターン形成装置ユニット２００は、金属パターン形成装置の各種制御用モーター２０１、金属パターン形成用ヘッド２０２、前記制御をつかさどるエンコーダ、センサ等の制御系２０３、第１の液体を貯留するための第１の液体容器２０５と第２の液体を貯留する為の第２の液体容器２０６、金属パターンを形成する基体３０１及び金属パターン形成装置の制御に必要な情報（回復動作、金属パターン形成液体の残量等の情報）を記憶しておくためのＥＥＰＲＯＭ１０９で構成されている。形成する金属パターン情報は、金属パターン形成情報３００から取得し、該取得情報はＩ／Ｆ部１１０を介して記憶手段であるＤＲＡＭ１０８上に一時的に保管される。この情報をＤＲＡＭ上のメモリエリアの一部を用いて、金属パターン形成情報に変換する。

図１に本発明に好適に用いられる金属パターンの形成方法を示す。

水６０ｇに対して、金属塩である硝酸銀を２ｇ溶かしたものに、５％アンモニア水を１２ｇ加え濁りがなくなるまで攪拌する。アンモニアの濃度が薄いと溶解速度が遅くなり、アンモニアの濃度が高いと安定性にかける為、前述の攪拌した溶液に、水を２４ｇグラム加えたものを第１の液体１１として用いた。

第２の液体１２として、水１００ｇに対して還元剤であるホルマリンを２ｇ加えたものを用いた。

図１に示すように、第１および第２の液体をそれぞれ第１および第２の液体容器５，７に貯留し、インクジェット方式を用いてそれぞれのヘッド４，６から、第１の液体１の重さに対して第２の液体が１の重さの割合で混じりあう様に、基体１０に吐出を行った。必用に応じて加熱処理や余分な溶液を水洗により洗いはがす工程を入れることで、銀による線幅が１００μｍほどの微細な金属パターン１３が得られた。

ここで、第１液及び第２液の両方をインクジェット方式で吐出を行ったが、第１液または、第２液のどちらかを、基体にスプレー法等を用いて塗布した後、もう一方の液をインクジェット方式を用いて基体吐出を行うことで、線幅が５００μｍほどの金属パターンを得ることができる。ここで、液の安定性を考慮すると、第１の液体を基体に塗付した後、第２の液体をインクジェット方式により吐出するほうが好ましい。

第１の液体として、水１０００ｇに対して、ロッシェル塩４０ｇ、炭酸ナトリウム４ｇ、水酸化ナトリウム１０ｇ、金属塩である硫酸銅１４ｇを溶かしたものを用いた。

第２の液体として、水１０００ｇに対して、ロッシェル塩４０ｇ、炭酸ナトリウム４ｇ、水酸化ナトリウム１０ｇ、還元剤であるホルマリン５０ｍｌを順に溶かしたものを用いた。

第１および第２の液体をそれぞれ第１および第２の液体容器に貯留し、インクジェット方式を用いてそれぞれのヘッドから、第１の液体１の重さに対して第２の液体が１の重さ割合で混じりあう様に、基体に吐出を行った。次いで、必要に応じて加熱処理や余分な溶液を水洗により洗いはがす工程を含むことで、銅による線幅が２００μｍほどの微細な金属パターンが得られた。

第１の液体として、水１０００ｇに対して、クエン酸ナトリウム１０ｇ、酢酸ナトリウム１０ｇ、乳酸６ｇ、金属塩である硫酸ニッケル４０ｇを溶かしたものを用いた。

第２の液体として、水１０００ｇに対して、還元剤である次亜リン酸ナトリウム２０ｇを溶かしたものを用いた。

第１および第２の液体をそれぞれ第１および第２の液体容器に貯留し、インクジェット方式を用いてそれぞれのヘッドから、第１の液体１の重さに対して第２の液体が１の重さ割合で混じりあう様に、基体に吐出を行った。次いで、必要に応じて加熱処理や余分な溶液を水洗により洗いはがす工程を含むことで、ニッケルによる線幅が２００μｍほどの微細な金属パターンが得られた。

また、上述した実施例では、液体貯留容器及びノズルを１つ又は２つの場合を示したが、液の安定性や安全性を考慮して、各液の成分ごとに液体貯留容器及びノズルをさらに分けることも可能である。

上述した金属パターン例以外にも、金、コバルト、スズなどの金属パターンを得ることが可能である。例えば、塩化金酸ＨＡｕＣｌ_４などの水溶液に対してＮＨ_２ＮＨ_２やＮａＨ_２ＰＯ_２などの還元剤などを用いることで金による金属パターンを得ることができ又、塩化コバルトＣｏＣｌ_２などの水溶液に対してＮＨ_２ＮＨ_２やＨＣＨＯなどの還元剤を用いることで、コバルトによる金属パターンを得ることができる。

このように、本発明を用いる事で、還元反応が速いため液保存安定性が悪く工業的に用いるには困難を要する無電解メッキ（特に実施例１の銀イオンを還元する場合）でも、簡便に扱うことが可能となる。

また、液の安定性や安全性を考慮して第１の液体や第２の液体をそれぞれ構成する物質ごとにさらに貯留容器をわけて保存し、金属パターンを形成する際にそれぞれが混ざり合うようにして、金属パターンを形成することも可能である。

さらに、本発明で用いられる基体として、シリコン基板、ベークライト基板、ガラスエポキシ基板、イミドフィルム基板等が挙げられる。基体の材質や状態に応じて、無電解メッキの前処理工程を利用することが望ましい。例えば基体がプラスチックであった場合、まず、基体の洗浄を行い、整面剤を用いて基体の表面調整を行う。次に、クロム酸や硫酸等を用いて基体表面に化学エッチングを施す。再び基体を洗浄し、整面剤を用いて基体の表面調整を行った後、センシタイザーを用いて基体表面の感受性化を行う。その後、アクチベータを用いて基体表面を活性化することで、金属パターンの基体に対する密着性が向上し、より精度のよい金属パターンの形成が可能となる。

本発明の実施形態の１つである金属パターン形成方法を示す概略図。本発明の実施形態の１つであるインクジェット方式による金属パターン形成装置の要部模式図。本発明の金属パターン形成装置のシステム構成を示した概略ブロック図。

符号の説明

１データ処理装置
２基体の搬送部
３ヘッドの搬送部
４第１の液体用ヘッド
５第１の液体容器
６第２の液体用ヘッド
７第２の液体容器
８加熱装置
９基体受け部
１０基体
１１第１の液体
１２第２の液体
１３金属パターン

Claims

金属化合物を含む第１の液体と、
前記金属化合物を還元する物質を含む第２の液体と、
を互いに混ざり合うように前記基体に供給することで、前記基体に金属パターンを形成することを特徴とする金属パターン形成方法。
前記第１の液体を前記基体に供給した後に、
前記第２の液体を前記基体に供給することを特徴とする請求項１に記載の金属パターン形成方法。
前記基体に形成された前記金属パターンを加熱する工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属パターン形成方法。
前記第１の液体および前記第２の液体の少なくとも一方をインクジェット方式によって前記基体に供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の金属パターン形成方法。
請求項１乃至４のいずれかに記載の金属パターン形成方法によって形成された金属パターンと前記基体とを有する配線板。
金属化合物を含む第１の液体を貯留する容器と、
前記金属化合物を還元する物質を含む第２の液体と前記第１の液体とが基体上で互いに混ざり合うように、前記第１の液体を前記基体に供給する供給手段と、を有する金属パターン形成装置。
金属化合物を還元する物質を含む第２の液体を貯留する容器と、
前記金属化合物を含む第１の液体と前記第２の液体とが基体上で互いに混ざり合うように、前記第２の液体を前記基体に供給する供給手段と、を有する金属パターンを形成する金属パターン形成装置。
金属化合物を含む第１の液体を貯留する為の第１の容器と、
前記金属化合物を還元する物質を含む第２の液体を貯留する為の第２の容器と、
前記第１の液体と前記第２の液体とが互いに混ざり合うように、前記第１及び第２の液体を前記基体に供給する供給手段と、を有する金属パターン形成装置。
前記供給手段は、インクジェット方式であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の金属パターン形成装置。
インクジェット方式を用いて金属パターンを基体に形成する際に使用するインクセットにおいて、
第１の液体が金属化合物を含み、第２の液体が前記金属化合物を還元する物質を含む事を特徴とするインクセット。