JP2009235427A5

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Publication number: JP2009235427A5
Application number: JP2008078874A
Authority: JP
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2011-09-08

Description

基板の薄膜形成方法

本発明は、粒子噴流を使い基板の表面上に導電性の粒子を埋め込み、薄膜を形成する方法に関するものである。

砂、ガラスビーズなどの粒子を圧縮空気の噴射を用いて細管に導入して噴流させ、高速で粒子を物質表面に当てると切削加工することができる。この技術をサンドブラスト技術と呼んでいる。当該技術を用いて、粒径、粒子の物性、物質の種類、流速などの諸条件により物質表面に粒子を付着させることもできる。

一方で、主にＹＡＧレーザーのもつエネルギーを熱源として使い、金属同士の溶接、切断加工、穴あけ加工などを行うことができ、スポット状に金属を溶融状態にすることもできる。また、主にＣＯ_２レーザーは樹脂に対して、同様のことが可能である。
特開平９−２６０３８１号公報ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ２３（１９８４）Ｌ９１０−Ｌ９１２．

上述のように、サンドブラスト技術を応用して、粒子を付着させて薄膜を作製することができるが、粒子の連結で形成されたその薄膜は物質表面と単純な物理吸着をしているものであるため、物質表面との付着強度が必ずしも強くないという問題を抱えていた。

また、物質面上に直接薄膜を形成しているため表面が凸状態になっており、異物との接触により薄膜が損傷する可能性ある。さらに、粒子噴流が基板に衝突して八方に粒子が広がるため、薄膜形成時の粒子密度は小さくなってしまうという問題を抱えていた。

また、付着工程を連続して得られる線幅は、噴射口径などを変えて行う以外に容易に変化させることができないという問題を抱えていた。

本発明は、熱可塑性樹脂からなる基板の表面に薄膜を形成する方法であって、前記基板の表面を、熱源を用いて融点又は軟化温度まで昇温させることにより変形可能な状態とすると共に、粒子噴射手段によって、導電性の粒子を変形可能な状態となった前記基板の表面に衝突させることにより、前記粒子を前記基板の表面に付着させて薄膜を形成することを特徴とする基板の薄膜形成方法である。

また、本発明においては、前記基板はポリアセタールからなり、前記粒子はマグネタイト粉末であることが好ましい。

物質表面全体、あるいは所定の部分を変形し易くするか、あるいは所定の部分のみ溶融直下状態にしておき、噴流粒子を変形し易い、あるいは溶融直下状態にある部分に粒子を埋め込む工程を連続的にすることにより薄膜を形成させることができる。

物質表面を変形し易くするため、一般には樹脂やガラスの場合、ガラス軟化点近傍あるいは溶融直下の温度にする。その際、レーザー、ハロゲンランプなどの光子熱源やジュール熱源あるいはそれらを併用して物質表面全体あるいは埋め込みする部分を加熱する。

金属や半導体等の場合は、レーザー熱源などで所定の部分を溶融直下状態にする。物質表面上を変形しやすい物質にしておいても同様に粒子を埋め込むことができる。その埋め込み工程を連続して行うことにより埋め込み部分を線上にも平面状にもすることができる。

また、物質表面上に到達するときの噴流粒子の速度を変えることにより、埋め込み痕の大きさ、深さ、粒子密度を変化させることができる。埋め込み部分の変形能を温度などで変化させても同様の効果が期待できる。

本発明は、以上の技術を用いて基板に導電性の薄膜を形成する方法であって、基板の表面での粒子の衝突により所定の溶融直下状態から溶融状態にして、物理吸着だけでなく化学吸着して粒子が基板に埋め込まれるようにすることを可能にした。また、基板が変形して粒子が埋め込まれるため、ひっ掛り効果、すなわちアンカー効果が高められ、基板に対する粒子の付着強度を格段に高めることができる。

また、本発明においては、基板に粒子が埋め込まれる為、異物との接触による損傷は避けられる。また、上記のように諸条件を変えることにより、埋め込まれた部分の粒子密度、埋め込み痕の大きさ、深さを変えることができる。

よって、本発明は、基板に対する粒子の付着強度を格段に高め、異物接触による損傷を避けることができ、粒子密度など従来の付着の方法で抱えていた問題を解決することができる。

粒子あるいは噴流粒子を基板の所定の部分に埋め込むことができ、その工程を連続して行うことにより、基板の表面に線上あるいは平面上に埋め込み部分を形成することを可能にする。

本発明においては、基板に対する粒子の物理吸着だけでなく、化学吸着、アンカー効果を引き出すことができるため、付着効果が格段に高められる。また、基板の表面状態、熱源条件、粒子あるいは噴流粒子の条件を変えることにより、埋め込み痕の形状、粒子密度を変化させることができる。

よって、本発明の方法により、粒子流あるいは粒子噴流を用いた付着技術を格段に向上させることが可能になる。また、作製されたデバイスや表面性状を格段に向上させることが可能になる。

本発明は、電子デバイス、センサー、プリント基板の配線をマスクレスで作製するとき使用する。

平均粒径を２００から５００ｎｍに調整したマグネタイトの粉末を、図１の粒子噴射部分２に導入し、エア圧力０．１ＭＰａから０．７ＭＰａでノズル３から、ポリアセタールからなる基板４に噴射した。

この際、ノズル３の先端と基板４との距離を３ｍｍに保持し、レーザー熱源１を用いて、ビーム径２．５ｍｍのレーザー光線を基板４の所要の部分に照射し、基板４を０．５ｍｍ／ｓの速さで移動した。

エア圧力０．１ＭＰａと０．７ＭＰａで粒子噴流を基板４に当てて、埋め込み痕を走査型電子顕微鏡で観察した画像を図２に示す。この際、予め基板温度を摂氏９０度に昇温して、レーザー１を照射して埋め込んだ例である。図のように、圧力の大きさにより埋め込み痕が変化し、密度も変化している。

サンドブラスト技術は物質表面の切削加工に多用されている。その技術を応用して物質表面に付着させる技術も開発段階にある。この付着加工は真空蒸着のように真空にせず空気中でしかもマスクレスで薄膜を作れることから需要が高まっている。

しかし、薄膜の粒子密度が小さくなり粒子本来の性質を損ねてしまうため実用上大きな問題を抱えていたが、本発明の方法により粒子密度を変化させることができ粒子本来の性質だけでなく、量子サイズ効果などの発現を可能にすることができ、作製された埋め込みデバイスの高機能化、高性能化を可能にすることができる。

さらに、基板に対する粒子の付着強度が向上し、異物接触による損傷をさけることができるので、品質向上が期待される。

このように、本発明の方法は、磁気抵抗素子、光伝導素子などのセンサーなどの作製において、製品の品質向上、高機能化、高性能化、信頼性向上を実現させることができる。また、蛍光物質をプレート表面に描画する場合に本発明の方法を適用させることにより耐久性が向上することができるため、利用の価値が高くその利用の可能性は非常に大きい。

システムの全体図である。埋め込み痕の走査型電子顕微鏡像で、Ａは供給エア圧力０．１ＭＰａで粒子噴流にした時の埋め込み痕、Ｂは供給エア圧力０．７ＭＰａで粒子噴流にした時の埋め込み痕である。Ｃは供給エア０．７ＭＰａで０．５ｍｍ／ｓの速さでポリアセタール基板を移動させた時のライン状の埋め込み痕である。

１：レーザー熱源
２：粒子噴射部分
３：ノズル
４：基板
５：埋め込み痕
６：レーザー光線
７：粒子噴流

Claims

熱可塑性樹脂からなる基板の表面に薄膜を形成する方法であって、
前記基板の表面を、熱源を用いて融点又は軟化温度まで昇温させることにより変形可能な状態とすると共に、
粒子噴射手段によって、導電性の粒子を変形可能な状態となった前記基板の表面に衝突させることにより、前記粒子を前記基板の表面に付着させて薄膜を形成することを特徴とする基板の薄膜形成方法。
前記基板はポリアセタールからなり、前記粒子はマグネタイト粉末であることを特徴とする請求項１に記載の基板の薄膜形成方法。