JP2017001014A - Method for forming thin film conductive layer and sintering device for thin film conductive layer - Google Patents

Method for forming thin film conductive layer and sintering device for thin film conductive layer Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a thin film conductive layer having good conductive characteristic on a base plate.SOLUTION: A method for forming a thin film conductive layer has: a process in which a metal microparticle coating layer, in which metal microparticle on a surface of which a surface coating molecular layer is provided is dispersed as a dispersoid in a liquid phase dispersion medium containing an organic solvent, is coated on a base plate thereby forming a metal microparticle dispersion liquid coating film layer; a process in which the organic solvent is evaporated to form a dried metal microparticle coating layer; a process in which a specified pressure load is given to the dried metal microparticle coating layer from a surface of said coating layer; and a process in which charged particle beams are sequentially radiated onto the metal microparticle coating layer in which pressure load has been treated thereby forming a chain-like connection structure.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、薄膜導電体層の形成方法及び薄膜導電体層の焼結装置に関する。   The present invention relates to a method for forming a thin film conductor layer and a sintering apparatus for the thin film conductor layer.

各種電子機器、電子部品の小型化に付随して、配線基板上に形成される配線パターンもより一層の微細化が要望されている。このため、配線パターンの形成に、従来のメッキ法で作製される導電体層に代えて、直接所望の配線パターンの描画が可能な導電性金属ペーストを用いて、導電体層を形成する手法が進められている。   Along with the miniaturization of various electronic devices and electronic components, further miniaturization of the wiring pattern formed on the wiring board is desired. For this reason, there is a method of forming a conductor layer by using a conductive metal paste capable of directly drawing a desired wiring pattern in place of a conductor layer produced by a conventional plating method for forming a wiring pattern. It is being advanced.

例えば、表面被覆分子層を備えた金属ナノ粒子を用いた導電性金属ペーストを用いて通常の数mm幅の配線パターンだけでなく、最小線幅/配線間隔が20μm/20μmの微細な配線パターンを安定した通電特性で再現性よく作製することが進められている。
表面被覆分子層を備えた金属ナノ粒子を含む分散液を利用すると、微細な配線パターンの描画は、高い描画精度と、再現性で行うことが可能である。
For example, using a conductive metal paste using metal nanoparticles with a surface coating molecular layer, not only a normal wiring pattern with a width of several mm, but also a fine wiring pattern with a minimum line width / interval of 20 μm / 20 μm. Manufacturing with good reproducibility with stable current-carrying characteristics is in progress.
When a dispersion containing metal nanoparticles having a surface coating molecular layer is used, a fine wiring pattern can be drawn with high drawing accuracy and reproducibility.

この塗布膜層に含まれる、表面被覆分子層を備えた金属ナノ粒子から、金属ナノ粒子相互の緻密な焼結体層を作製する手法を利用することで、再現性よく、微細な配線パターンの導電体層の形成を行うことができることが公知である。その際、表面被覆分子層を備えた金属ナノ粒子から、その表面の被覆分子層を除去した上で、金属ナノ粒子相互の焼結を進める必要があり、少なくとも200℃以上、通常250℃程度の温度における加熱処理が必要である。   By using a technique for producing a dense sintered body layer of metal nanoparticles from metal nanoparticles with a surface coating molecular layer contained in this coating film layer, a fine wiring pattern can be formed with good reproducibility. It is known that a conductor layer can be formed. At that time, it is necessary to remove the coating molecular layer on the surface from the metal nanoparticles having the surface coating molecular layer, and then proceed with the sintering of the metal nanoparticles, and at least 200 ° C., usually about 250 ° C. Heat treatment at temperature is required.

配線基板に利用されている、基板材料に関しては、例えば、ハンダ接合に、所謂Pbフリーハンダ材料の利用が図られることに伴い、250℃程度の耐熱性を有する材料の利用も進んではいる。これら耐熱性を有する基板材料に対して、ハンダ接合工程における加熱工程以外に、さらに、金属ナノ粒子相互の焼結を図るため、250℃程度の加熱処理に曝すと、基板材料の熱的な劣化を引き起こす頻度を高める要因となる。   Regarding the substrate material used for the wiring board, for example, a so-called Pb-free solder material is used for solder bonding, and the use of a material having a heat resistance of about 250 ° C. is also progressing. In addition to the heating step in the solder bonding step, these heat resistant substrate materials are further subjected to heat treatment at about 250 ° C in order to sinter the metal nanoparticles, so that the substrate material is thermally deteriorated. It becomes the factor which raises the frequency which causes.

従って、表面被覆分子層を備えた金属ナノ粒子を含む分散液を利用する、焼結体型導電体層の形成工程において、加熱処理温度を、少なくとも200℃以下に選択して、その表面の被覆分子層の除去と、その後の金属ナノ粒子相互の焼結を進めることが可能な手法の開発が望まれている。   Therefore, in the step of forming a sintered body-type conductor layer using a dispersion containing metal nanoparticles with a surface coating molecular layer, the heat treatment temperature is selected to be at least 200 ° C. Development of a technique capable of proceeding with the removal of the layer and the subsequent sintering of the metal nanoparticles is desired.

仮に、加熱処理温度を200℃以下に抑えて、表面被覆分子層を備えた金属ナノ粒子から、焼結体型導電体層の形成が可能となると、利用可能な基板材料の種類は格段に広がる。
従来、耐熱性の問題から、メッキ法等を利用して、導電性薄膜層の作製を行っていた種々の分野に対しても、焼結体型導電体層利用への道が開かれる。
If the sintered body type conductor layer can be formed from the metal nanoparticles having the surface-coated molecular layer while the heat treatment temperature is suppressed to 200 ° C. or lower, the types of substrate materials that can be used are greatly expanded.
Conventionally, due to the problem of heat resistance, the use of a sintered body-type conductor layer is also opened for various fields in which a conductive thin film layer has been produced using a plating method or the like.

しかしながら、特に安価な金属である銅を金属粒子として使用する場合、金属粒子を用いた直描方式パターニング配線を形成する際に、表面酸化銅形成により配線抵抗が大きくなるという問題点がある。薄膜導電体層の低抵抗化を図る手法として以下が提案されている(特許文献1〜4)。   However, when copper, which is an inexpensive metal, is used as the metal particles, there is a problem that the wiring resistance increases due to the formation of surface copper oxide when the direct-drawing patterning wiring using the metal particles is formed. The following has been proposed as a technique for reducing the resistance of a thin film conductor layer (Patent Documents 1 to 4).

特許文献1では、金属粒子、金属前駆体及びそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも1種の成分で導体配合物を基材上に塗布する工程として、該導体配合物を負に帯電したイオン性の還元性ガスに曝露しながら、焼結により該成分を金属に変えて導電体を作製する工程とする方法が開示されている。   In Patent Document 1, the conductor composition is negatively charged as a step of applying the conductor composition on a substrate with at least one component selected from the group consisting of metal particles, metal precursors, and mixtures thereof. A method is disclosed in which a conductor is produced by changing the component into a metal by sintering while being exposed to an ionic reducing gas.

又、特許文献2では、基板上にナノ銅金属粒子を用いたパターニング配線を直描方式により形成し、この配線に対して、原子状水素により金属表面酸化膜の還元、及び又は、有機物の除去の処理をする方法が開示されている。   Further, in Patent Document 2, a patterning wiring using nano copper metal particles is formed on a substrate by a direct drawing method, and the metal surface oxide film is reduced by atomic hydrogen and / or organic substances are removed from the wiring. A method for performing the above process is disclosed.

特許文献3では、塗布層中に含まれる、表面被覆分子層を備えた金属微粒子から、表面の被覆分子を除去した後、金属微粒子を低温加熱焼結する際、塗布層表面からエネルギー線を照射した後、150℃以下の低温で加熱処理を施すことにより、表面の被覆分子の除去を促進し、金属微粒子の焼結自体もかかる低温加熱で速やかに進行させて、良好な導電性を示す金属微粒子焼結体を形成する方法が開示されている。   In Patent Document 3, after removing surface coating molecules from metal fine particles having a surface coating molecular layer contained in the coating layer, energy rays are irradiated from the surface of the coating layer when the metal fine particles are sintered at low temperature. After that, heat treatment is performed at a low temperature of 150 ° C. or less to promote the removal of surface coating molecules, and the metal itself exhibits good conductivity by rapidly proceeding with the sintering of the metal fine particles. A method of forming a fine particle sintered body is disclosed.

特許文献4では、粒径が0.5nm〜200nm程度の金属ナノ微粒子を含む金属分散液を、基板全面に塗布乾燥し、300nm〜550nmの波長の光を発生するレーザビームを局所的にあて金属微粒子を結合させることによって配線パターンをえがき洗浄して不要部分の金属分散液を除去し所望の配線を基板上に形成する方法が開示されている。   In Patent Document 4, a metal dispersion containing metal nanoparticles having a particle size of about 0.5 nm to 200 nm is coated and dried on the entire surface of the substrate, and a laser beam that generates light having a wavelength of 300 nm to 550 nm is locally applied to the metal particles. A method of forming a desired wiring on a substrate by removing the unnecessary portion of the metal dispersion liquid by brushing and cleaning the wiring pattern by bonding together.

<問題点1>
特許文献4のように、収束レーザビームや収束荷電粒子線のエネルギーを用いて金属微粒子を焼結するものでは、数百nm〜十数μmの小さな四角領域を縦横に連結して広い四角領域の焼結を行う必要がある。有機溶剤を含む液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液の金属の割合は、金属微粒子の種類によるが、概略20〜70重量%程度でありパターンを塗布して溶媒乾燥後に焼結するとパターン体積が小さくなる。そのため、図13に示すように、先に焼結が行われた領域Aと次に焼結される領域Bとの隣接部には、2回照射されて大きな体積収縮が起こり、そのため図14に拡大して示すように亀裂が生じてしまいパターンが断線してしまうという問題がある。
<Problem 1>
In Patent Document 4, in which metal fine particles are sintered using the energy of a focused laser beam or a focused charged particle beam, small square regions of several hundred nm to several tens of μm are vertically and horizontally connected to form a wide square region. Sintering is required. The ratio of the metal in the metal fine particle dispersion liquid dispersed in the liquid phase dispersion medium containing the organic solvent is approximately 20 to 70% by weight depending on the type of the metal fine particles. Then, the pattern volume becomes small. Therefore, as shown in FIG. 13, the adjacent portion of the region A where the sintering is performed first and the region B where the sintering is performed next is irradiated twice to cause a large volume shrinkage. As shown in an enlarged manner, there is a problem that a crack occurs and the pattern is disconnected.

<問題点2>
一般的に、平均粒子径、数nm〜数十nm程度の金属微粒子は、金属ナノ粒子と呼ばれ、その金属材料の融点よりも格段に低い温度(例えば、銀であれば、清浄な表面を有するナノ粒子では200℃以下においても)で焼結することが知られている。これは、金属の微粒子においては、十分にその粒子径を小さくすると、粒子表面に存在するエネルギー状態の高い原子の全体に占める割合が大きくなり、金属原子の表面拡散が無視し得ないほど大きくなる。この結果、この表面拡散に起因して、粒子相互の界面の延伸がなされ焼結が行われるためである。導電体層を良好な通電特性(低抵抗特性)を得るには、焼結工程前に、ナノ粒子表面をいかに清浄なものにするかによって決まる。例えば、銅粒子の場合、表面の酸化膜は、導電体層の抵抗特性を著しく増加させてしまう。
<Problem 2>
In general, fine metal particles having an average particle diameter of several nanometers to several tens of nanometers are referred to as metal nanoparticles, and a temperature significantly lower than the melting point of the metal material (for example, silver, a clean surface). It is known that the nanoparticles possessed are sintered at 200 ° C. or less. This is because in metal fine particles, if the particle diameter is sufficiently reduced, the proportion of the atoms in the high energy state existing on the particle surface will increase, and the surface diffusion of metal atoms will become so large that it cannot be ignored. . As a result, due to this surface diffusion, the interface between the particles is stretched and sintered. In order to obtain good current-carrying characteristics (low resistance characteristics) for the conductor layer, it depends on how clean the nanoparticle surface is before the sintering step. For example, in the case of copper particles, the oxide film on the surface significantly increases the resistance characteristics of the conductor layer.

銀や金のような貴金属はもともと酸化されにくいが、銅の場合は銀や金と比較すると酸化されやすい性質を持つ。配線パターン描画後は、有機溶媒を蒸発させ、さらに銅粒子同士を付着させる熱処理(150〜300℃程度)が必要である。
しかしながら、その熱処理中にも銅の表面は酸化されてしまう。ナノ金属粒子では表面部分の原子の割合が大きいので、表面酸化銅形成により配線抵抗が大きくなるという問題がある。
Precious metals such as silver and gold are not easily oxidized, but copper is more easily oxidized than silver and gold. After drawing the wiring pattern, a heat treatment (about 150 to 300 ° C.) for evaporating the organic solvent and adhering the copper particles to each other is necessary.
However, the copper surface is oxidized during the heat treatment. Since the ratio of atoms in the surface portion of nano metal particles is large, there is a problem that the wiring resistance increases due to the formation of surface copper oxide.

<問題点3>
特許文献2では、基板上にナノ銅金属粒子を用いたパターニング配線を直描方式により形成し、この配線に対して、原子状水素により金属表面酸化膜の還元、又は、有機物の除去の処理をする方法が示されている。これは、原子状水素による還元がパターニング表面に対して行われるので、パターニング配線の厚みが1μm程度であれば、有効である。しかし、例えば、数十μmの厚みのパターンでは、原子状水素が内部まで届かないので良好に還元できず、配線抵抗が大きくなる。
<Problem 3>
In Patent Document 2, a patterning wiring using nano-copper metal particles is formed on a substrate by a direct drawing method, and the metal surface oxide film is reduced by atomic hydrogen or an organic substance is removed from the wiring. How to do is shown. This is effective if the thickness of the patterning wiring is about 1 μm because the reduction by atomic hydrogen is performed on the patterning surface. However, for example, in a pattern with a thickness of several tens of μm, atomic hydrogen does not reach the inside, so that it cannot be satisfactorily reduced and the wiring resistance increases.

<問題点4>
特許文献3では、塗布層中に含まれる、表面被覆分子層を備えた金属微粒子から、表面の被覆分子を除去した後、金属微粒子を低温加熱焼結する際、塗布層表面からエネルギー線を照射した後、150℃以下の低温で加熱処理を施す。この加熱処理により、表面の被覆分子の除去を促進し、金属微粒子の焼結自体もかかる低温加熱で速やかに進行させて、良好な導電性を示す金属微粒子焼結体を形成する方法が示されている。
<Problem 4>
In Patent Document 3, after removing surface coating molecules from metal fine particles having a surface coating molecular layer contained in the coating layer, energy rays are irradiated from the surface of the coating layer when the metal fine particles are sintered at low temperature. Then, heat treatment is performed at a low temperature of 150 ° C. or lower. This heat treatment promotes the removal of coating molecules on the surface, and the method of forming a metal fine particle sintered body exhibiting good conductivity by allowing the metal fine particle sintering itself to proceed rapidly by such low temperature heating is shown. ing.

塗布層表面から、電子線や紫外線等のエネルギー線の照射によって、金属微粒子に負の電荷を注入することで、被覆分子と表面の金属原子との間の、配位結合に類する分子間結合力を大幅に低下させる。この低下と同時に、照射されたエネルギー線が有するエネルギーの一部を、被覆分子の分子内振動エネルギー、金属微粒子の格子振動エネルギーへと局所的に変換して、僅かな加熱を加えるのみで、被覆分子の遊離・除去を進行させるものである。しかし、照射表面状態を検出できない状態での被覆分子の分子内振動エネルギー、金属微粒子の格子振動エネルギーへの変換は、エネルギー線照射の制御が困難である。   Intermolecular bonding force similar to the coordination bond between the coating molecule and the surface metal atom by injecting negative charges into the metal fine particles by irradiating energy beam such as electron beam and ultraviolet ray from the surface of the coating layer Is greatly reduced. Simultaneously with this decrease, a part of the energy of the irradiated energy beam is locally converted into the intramolecular vibrational energy of the coating molecule and the lattice vibrational energy of the metal microparticles. It promotes the release and removal of molecules. However, control of energy beam irradiation is difficult for conversion to intramolecular vibrational energy of coating molecules and lattice vibrational energy of metal fine particles in a state where the irradiation surface state cannot be detected.

そこで、本発明の目的は、基板上に良好な通電特性の薄膜導電体層を得ることにある。   Therefore, an object of the present invention is to obtain a thin film conductor layer having good current-carrying characteristics on a substrate.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、基板上に金属微粒子焼結体の薄膜導電体層を形成する薄膜導電体層の形成方法であって、金属微粒子の表面に分散剤の表面被覆分子層を設けた金属微粒子を分散質として、有機溶剤が含まれる液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液を基板へ塗布して、金属微粒子分散液塗布膜層を形成する工程と、前記有機溶剤を蒸散させて、乾燥処理済み金属微粒子塗布層とする工程と、乾燥処理済み金属微粒子塗布層に対して、その塗布層表面から所定の押圧荷重を与える工程と、押圧荷重処理済みの金属微粒子塗布層に、荷電粒子ビームを順次照射し、鎖状連結構造を形成する工程と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is a method of forming a thin film conductor layer of a metal fine particle sintered body on a substrate, comprising a dispersant on the surface of the metal fine particles The metal fine particle dispersion with the surface coating molecular layer is dispersed in a liquid phase dispersion medium containing an organic solvent as a dispersoid, and the substrate is coated with a metal fine particle dispersion to form a metal fine particle dispersion coating film layer. A step of evaporating the organic solvent to form a dried metal fine particle coating layer, a step of applying a predetermined pressing load from the surface of the coating layer to the dried metal fine particle coating layer, and pressing And a step of sequentially irradiating the load-treated metal fine particle coating layer with a charged particle beam to form a chain-like connection structure.

本発明によれば、基板上に良好な通電特性の薄膜導電体層を得ることができる。   According to the present invention, a thin film conductor layer having good current-carrying characteristics can be obtained on a substrate.

(a)は、配線パターン100の一例であり、(b)は、(a)に示した配線パターン100の四角領域101の拡大図を示し、(c)は、(b)の拡大図を示す。(A) is an example of the wiring pattern 100, (b) shows an enlarged view of the square region 101 of the wiring pattern 100 shown in (a), and (c) shows an enlarged view of (b). . 荷電粒子ビームの走査の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the scanning of a charged particle beam. 乾燥処理済みのパターニング配線(金属微粒子塗布層)の表面として銅粒子の場合示す図である。It is a figure shown in the case of a copper particle as the surface of patterning wiring (metal fine particle application layer) after dry processing. 走査電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph. 面押圧治具の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of a surface pressing jig. 荷電粒子ビームとして例えば、電子ビームを利用した薄膜導電体層の焼結装置のハードウエアブロック図の一例である。It is an example of a hardware block diagram of a thin film conductor layer sintering apparatus using an electron beam as a charged particle beam. 図6に示した焼結装置の機能ブロック図の一例である。It is an example of the functional block diagram of the sintering apparatus shown in FIG. 制御装置の駆動構成図の一例である。It is an example of the drive block diagram of a control apparatus. 図6に示した焼結装置のブランキング信号、第二偏向円周方向信号、第二偏向半径方向信号、及び第一偏向円周信号の一例である。7 is an example of a blanking signal, a second deflection circumferential direction signal, a second deflection radial direction signal, and a first deflection circumferential signal of the sintering apparatus shown in FIG. 6. 走査電子顕微鏡写真の一例である。It is an example of a scanning electron micrograph. 本発明の薄膜導電体層の形成方法を説明するためのフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart for demonstrating the formation method of the thin film conductor layer of this invention. 荷電粒子線として例えば、電子線を利用した焼成工程の実施の形態を示す図である。It is a figure which shows embodiment of the baking process using an electron beam as a charged particle beam. 走査電子顕微鏡写真の他の一例である。It is another example of a scanning electron micrograph. 図13に示した走査電子顕微鏡写真の拡大したものである。FIG. 14 is an enlarged view of the scanning electron micrograph shown in FIG. 13. 制御装置の駆動構成図の他の一例である。It is another example of the drive block diagram of a control apparatus. 図15に示した制御装置の信号図の一例である。It is an example of the signal diagram of the control apparatus shown in FIG.

<実施形態1>
以下、実施形態1について詳細に説明する。
[構成]
本発明は、例えば、インクジェット法による場合は、分散質としてナノ銅金属粒子を有機溶媒中に含有させてメディア上に所望のパターンを描く。有機溶剤を蒸発させる熱処理は、パターニング配線をしたこの段階で行うこともでき、或いは、メディアを乾燥炉で熱処理を行うことによって、有機溶媒は除去される。乾燥処理済みのパターニング配線(金属微粒子塗布層)の表面として銅粒子の場合を、図3に示す。
図4は、走査電子顕微鏡写真である。写真の倍率は10万倍であり、走査電子顕微鏡はSEMとも言う。
<Embodiment 1>
Hereinafter, the first embodiment will be described in detail.
[Constitution]
In the present invention, for example, in the case of an ink jet method, nano copper metal particles are contained in an organic solvent as a dispersoid and a desired pattern is drawn on a medium. The heat treatment for evaporating the organic solvent can be performed at this stage after patterning wiring, or the organic solvent is removed by performing heat treatment on the media in a drying furnace. FIG. 3 shows the case of copper particles as the surface of the patterned wiring (metal fine particle coating layer) that has been dried.
FIG. 4 is a scanning electron micrograph. The magnification of the photo is 100,000 times, and the scanning electron microscope is also called SEM.

図3の状態でも本発明を適用可能であるが、照射する荷電粒子線の持つ運動エネルギーを有効に利用するとともに散乱を少なくする。メディアと、金属微粒子塗布層によるパターニング配線との密着力を増加させる必要がある。このため、図3のパターニング表面に、面押圧冶具等を用いて、プレート103の重量を好ましいものとして押圧を与え、図4に示す表面状態を生成することが望ましい。   Although the present invention can be applied even in the state of FIG. 3, the kinetic energy of the charged particle beam to be irradiated is effectively used and scattering is reduced. It is necessary to increase the adhesion between the medium and the patterning wiring formed by the metal fine particle coating layer. For this reason, it is desirable to apply pressure to the patterning surface of FIG. 3 using a surface pressing jig or the like with the weight of the plate 103 as a preferable one, and to generate the surface state shown in FIG.

図5は、面押圧治具の外観斜視図である。
面押圧冶具は、置き台101の四隅に4本の平行なガイド棒102a〜102dを配置し、ガイド棒102a〜102dが貫通するとともに置き台101に離隔自在に置き台101の上方に対向して設けたプレート103からなり、メディア14に平面的に押圧荷重を与える治具である。
ここで、メディア14に押圧荷重を当てる理由について述べる。
FIG. 5 is an external perspective view of the surface pressing jig.
The surface pressing jig has four parallel guide rods 102a to 102d arranged at the four corners of the table 101. The guide rods 102a to 102d penetrate the table 101 and face the table 101 so as to be separated from the table 101. The jig is made of a plate 103 provided and applies a pressing load to the medium 14 in a plane.
Here, the reason why the pressing load is applied to the medium 14 will be described.

これには、2つの作用がある。
1.塗布した層内の空間、すなわちスキマをなくすため。
2.表面の高さを略均等にするため。例えば、電子線等の荷電粒子ビームは、物に当たるとその運動エネルギーを熱に変えながら物の後方と前方に散乱する。スキマがあると後方への散乱が不均一になる。また、表面に大きな凹凸があると、凸部になっている部分が先に溶融するため、その部分が抜け落ちてしまう。これを防止するために面押圧冶具等で均すのである。
This has two effects.
1. To eliminate the space in the applied layer, that is, the gap.
2. To make the height of the surface substantially uniform. For example, when a charged particle beam such as an electron beam hits an object, it is scattered backward and forward while changing its kinetic energy into heat. When there is a gap, the backward scattering becomes non-uniform. Also, if there are large irregularities on the surface, the convex portions will melt first, and the portions will fall off. In order to prevent this, it is leveled with a surface pressing jig or the like.

まず、本発明の薄膜導電体層の形成方法としての連結焼結方法について図1(a)〜(c)の焼結モデル図と、荷電粒子線の照射手順を示す図2とを用いて説明する。
図1(a)は、配線パターン100の一例であり、図1(b)は、図1(a)に示した配線パターン100の四角領域101の拡大図を示し、図1(c)は、図1(b)の拡大図を示す。図2は、荷電粒子ビームの走査の一例を示す図である。
First, a linked sintering method as a method for forming a thin film conductor layer according to the present invention will be described with reference to a sintering model diagram of FIGS. 1A to 1C and FIG. 2 illustrating a charged particle beam irradiation procedure. To do.
1A is an example of the wiring pattern 100, FIG. 1B shows an enlarged view of the square region 101 of the wiring pattern 100 shown in FIG. 1A, and FIG. The enlarged view of FIG.1 (b) is shown. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of scanning with a charged particle beam.

本発明の連結焼結法は、荷電粒子ビームを図1(b)、(c)のSx、Syの領域に、荷電粒子線を図2に示す手順A→B→C→…→I→J→Kのように順次スキャン照射して照射領域内の金属微粒子を局部溶融させる。尚、Sx、Syの領域は、数百nmの微小な部分領域、Sx=Syが好ましい。新たに直径Sx(=Sy、200nm〜1μm粒径)の金属粒子を生成して、順次溶融連結させ、図1(c)に示すような鎖状の連結構造を形成する。   In the coupled sintering method of the present invention, the charged particle beam is applied to the regions Sx and Sy in FIGS. 1B and 1C, and the charged particle beam is applied to the procedure A → B → C →. → Sequential scan irradiation as in K is performed to locally melt the metal fine particles in the irradiation region. The Sx and Sy regions are preferably a small partial region of several hundreds of nm, and Sx = Sy. Metal particles having a diameter Sx (= Sy, 200 nm to 1 μm particle size) are newly generated and sequentially melt-connected to form a chain-like connection structure as shown in FIG.

以下、本発明に好適な焼成工程の実施形態について図6及び図7を用いて詳細に説明する。
図6は、荷電粒子ビームとして例えば、電子ビームを利用した薄膜導電体層の焼結装置のハードウエアブロック図の一例であり、図7は、図6に示した焼結装置の機能ブロック図の一例である。
図6に示す焼結装置1000は、主にホスト制御装置60、ブランキング制御装置32、第一偏向制御装置30、第二偏向制御装置28、位置コントローラ26、回転コントローラ25、焼成信号生成装置31、回転信号処理装置24、電子光学鏡筒1、及び試料室10を有する。
Hereinafter, an embodiment of a firing process suitable for the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
6 is an example of a hardware block diagram of a thin film conductor layer sintering apparatus using, for example, an electron beam as a charged particle beam, and FIG. 7 is a functional block diagram of the sintering apparatus shown in FIG. It is an example.
6 mainly includes a host controller 60, a blanking controller 32, a first deflection controller 30, a second deflection controller 28, a position controller 26, a rotation controller 25, and a firing signal generator 31. , A rotation signal processing device 24, an electro-optical column 1, and a sample chamber 10.

電子光学鏡筒1は、電子銃2、ブランカー4、電子レンズ5、アパーチャー6、円周方向偏向器8,29、半径方向偏向器7,27、及び電磁レンズ9を有する。   The electron optical column 1 includes an electron gun 2, a blanker 4, an electron lens 5, an aperture 6, circumferential deflectors 8 and 29, radial deflectors 7 and 27, and an electromagnetic lens 9.

試料室10内には、ターンテーブル13、ステージ12、エアスピンドル61、回転角度検出装置17、位置検出装置15、除振台18、及びバルブ20が配置されている。
ターンテーブル13は、メディア14を回転可能に載置する載置台である。ステージ12は、駆動モータ11の出力軸に固定された送りネジでX方向に移動可能である。
In the sample chamber 10, a turntable 13, a stage 12, an air spindle 61, a rotation angle detection device 17, a position detection device 15, a vibration isolation table 18, and a valve 20 are arranged.
The turntable 13 is a mounting table on which the medium 14 is rotatably mounted. The stage 12 is movable in the X direction by a feed screw fixed to the output shaft of the drive motor 11.

試料室10の天板には、試料室10にて構成される空間と隔絶可能な別の仕切り10aで構成される部屋が設けられ、仕切り弁82の開閉にて両方の空間が連通する構成となっており、塗布手段としてのインクジェットヘッド(IJ)80が吊り下げられており、例えばホスト制御装置60からの信号によりメディア14上にインクタンク81からのインクを塗布できるようになっている。インク塗布時は、大気圧にて行う。   The top plate of the sample chamber 10 is provided with a chamber composed of another partition 10a that can be isolated from the space configured in the sample chamber 10, and both spaces communicate with each other by opening and closing the partition valve 82. An ink jet head (IJ) 80 as an application means is suspended, and ink from the ink tank 81 can be applied onto the medium 14 by a signal from the host control device 60, for example. At the time of ink application, it is performed at atmospheric pressure.

試料室10の上部は電子光学鏡筒1と連通しており、電子銃2からの電子ビーム3がメディア14に照射できるようになっている。   The upper part of the sample chamber 10 communicates with the electron optical column 1 so that the medium 14 can be irradiated with the electron beam 3 from the electron gun 2.

図6に示す焼結装置において、電子光学鏡筒1内の電子銃2から放出された電子ビーム3は、例えば平行平板電極にて構成したブランカー4を通り、電子レンズ5で収束する。電子ビーム3は、アパーチャー6を介して、電子ビーム3を半径方向に偏向する例えば平行平板電極にて構成される第一の半径方向偏向器7及び円周方向に偏向する第一の円周方向偏向器8で構成される第一の偏向装置にて偏向される。さらに、電子ビーム3を半径方向に偏向する例えば平行平板電極にて構成される第二の半径方向偏向器27及び円周方向に偏向する第二の円周方向偏向器29で構成される第二の偏向装置にて偏向される。電磁レンズ9で収束されることにより、乾燥処理済みのパターニング配線が設けられた、メディア14に照射する。   In the sintering apparatus shown in FIG. 6, the electron beam 3 emitted from the electron gun 2 in the electron optical column 1 passes through a blanker 4 constituted by parallel plate electrodes, for example, and is converged by an electron lens 5. The electron beam 3 is, for example, a first radial deflector 7 configured by a parallel plate electrode that deflects the electron beam 3 in the radial direction via the aperture 6 and a first circumferential direction that is deflected in the circumferential direction. The light is deflected by a first deflecting device constituted by the deflector 8. Further, a second radial deflector 27 configured by, for example, parallel plate electrodes for deflecting the electron beam 3 in the radial direction and a second circumferential deflector 29 configured to deflect in the circumferential direction are used. It is deflected by the deflection device. By converging with the electromagnetic lens 9, the medium 14 provided with the dry patterned patterning wiring is irradiated.

ここで、電子ビーム3は、第一と第二の半径方向偏向器7,27に正電圧が印加されるとメディア14の下方向に偏向され、第一と第二の円周方向偏向器8,29に正電圧が印加されると図6の紙面上側に偏向される構成としている。試料室10の内部には、上面に、例えば銅粒子等の、金属微粒子塗布層が塗布されたメディア14が搭載されているステージ12が収納されており、ステージ12は位置コントローラ26により駆動モータ11が回転駆動され面内自在に移動可能となる。電子光学鏡筒1は、試料室10の上面に据えられている。   Here, when a positive voltage is applied to the first and second radial deflectors 7 and 27, the electron beam 3 is deflected downward in the medium 14, and the first and second circumferential deflectors 8 are deflected. , 29 is configured to be deflected to the upper side in FIG. 6 when a positive voltage is applied. Inside the sample chamber 10 is housed a stage 12 on which a medium 14 coated with a metal fine particle coating layer such as copper particles is mounted on the upper surface. The stage 12 is driven by a position controller 26 by a drive motor 11. Is driven to rotate and can move freely in the plane. The electron optical column 1 is placed on the upper surface of the sample chamber 10.

電子光学鏡筒1と試料室10とからなる本体部は、除振台18の上に設置されている。また、電子光学鏡筒1と試料室10の内部は、バルブ20を通してポンプ21により排気され、10-5Paオーダーの真空度に保持されている。ステージ12には、例えば、1パルス当たり1nm以下の分解能を有するレーザーホロスケール等の位置検出装置15が位置信号処理装置34を介して設けられている。位置コントローラ26は、ホスト制御装置60から例えばパルス列等の位置指令情報39が入力され、位置検出装置15及び位置信号処理装置34の現在位置情報42と逐次比較して位置サーボ制御が行われる。 A main body portion including the electron optical column 1 and the sample chamber 10 is installed on a vibration isolation table 18. The inside of the electron optical column 1 and the sample chamber 10 is evacuated by a pump 21 through a valve 20 and is kept at a vacuum degree of the order of 10 −5 Pa. The stage 12 is provided with a position detection device 15 such as a laser holoscale having a resolution of 1 nm or less per pulse via a position signal processing device 34. The position controller 26 receives position command information 39 such as a pulse train from the host controller 60, and sequentially compares the current position information 42 with the position detector 15 and the position signal processor 34 to perform position servo control.

ステージ12の上面には、例えばラジアル方向及びスラスト方向に静圧軸受を形成したエアスピンドル61が固定されている。エアスピンドル61には回転駆動モータ16を介して、例えば一周を数千〜数十万等分したパルス信号と、一周に一回の原点パルス信号を送出するロータリーエンコーダ等の回転角度検出装置17と回転信号処理装置24とが同軸状に設けられている。   On the upper surface of the stage 12, for example, an air spindle 61 in which hydrostatic bearings are formed in a radial direction and a thrust direction is fixed. The air spindle 61 is connected to a rotation angle detection device 17 such as a rotary encoder that sends out a pulse signal obtained by dividing a round into several thousand to several hundred thousand, for example, and an origin pulse signal once per round, via a rotation drive motor 16. The rotation signal processing device 24 is provided coaxially.

回転駆動モータ16への出力情報及び回転角度検出装置17から回転信号処理装置24を介した回転角度情報としてのA相信号46,B相信号45は回転コントローラ25へ入力され、全体で回転装置を構成している。回転装置は、ホスト制御装置60から例えばパルス列等の回転指令パルス信号40が入力され、回転信号処理装置24を介した回転角度検出装置17のパルス列等の現在回転角度情報23との逐次比較でPLL制御もしくは、回転位置決め制御を行う。これにより任意回転及び任意の回転角度位置へ位置決め可能な構成としている。PLL(Phase Locked Loop)制御は、入力される周期的な信号を元にフィードバック制御を加えて、別の発振器から位相が同期した信号を出力するものである。   The output information to the rotation drive motor 16 and the rotation angle information from the rotation angle detection device 17 through the rotation signal processing device 24 are input to the rotation controller 25 and the A phase signal 46 and B phase signal 45 are input to the rotation controller 25 as a whole. It is composed. The rotation device receives a rotation command pulse signal 40 such as a pulse train from the host control device 60, and sequentially compares it with the current rotation angle information 23 such as a pulse train of the rotation angle detection device 17 via the rotation signal processing device 24. Control or rotational positioning control. Thereby, it is set as the structure which can be positioned to arbitrary rotation and arbitrary rotation angle positions. In PLL (Phase Locked Loop) control, feedback control is performed based on an input periodic signal, and a signal whose phase is synchronized is output from another oscillator.

回転信号処理装置24から出力される、回転装置が一周に一回発生する原点信号となるZ相信号は、A相信号46、B相信号45、とともに焼成信号生成装置31に入力される。ロータリーエンコーダ等の回転角度検出装置17から一周を数千〜数十万等分したパルス信号と一周に一回の原点パルス信号とが送出される。   A Z-phase signal that is output from the rotation signal processing device 24 and serves as an origin signal generated once per rotation by the rotation device is input to the firing signal generating device 31 together with the A-phase signal 46 and the B-phase signal 45. A rotation angle detection device 17 such as a rotary encoder sends a pulse signal obtained by dividing one round into several thousand to several hundred thousand, and an origin pulse signal once per round.

焼成信号生成装置31では、焼成に必要な、電子線をオンオフするブランキング制御装置32、第一偏向制御装置30、第二偏向制御装置28へ供給する駆動信号を生成する。   The firing signal generation device 31 generates drive signals necessary for firing, which are supplied to the blanking control device 32 for turning on and off the electron beam, the first deflection control device 30, and the second deflection control device.

図7に示す焼結装置1000は、操作表示手段71、回転手段72、塗布手段73、制御手段74、移動手段75、及び照射手段76を有する。
図7に示す操作表示手段71は、図6に示すホスト制御装置60によって実現される。図7に示す回転手段72は、図6に示すターンテーブル13、回転駆動モータ16、回転角度検出装置17、回転信号処理装置24、回転コントローラ25、及びエアスピンドル61によって実現される。図7に示す塗布手段73は、図6に示すインクジェットヘッド80、インクタンク81、及びホスト制御装置60によって実現される。図7に示す移動手段75は、図6に示す駆動モータ11、ステージ12、位置検出装置15、位置コントローラ26、及び位置信号処理装置34によって実現される。
The sintering apparatus 1000 shown in FIG. 7 includes operation display means 71, rotation means 72, application means 73, control means 74, moving means 75, and irradiation means 76.
The operation display means 71 shown in FIG. 7 is realized by the host control device 60 shown in FIG. 7 is realized by the turntable 13, the rotation drive motor 16, the rotation angle detection device 17, the rotation signal processing device 24, the rotation controller 25, and the air spindle 61 shown in FIG. 7 is realized by the inkjet head 80, the ink tank 81, and the host controller 60 shown in FIG. The moving means 75 shown in FIG. 7 is realized by the drive motor 11, the stage 12, the position detection device 15, the position controller 26, and the position signal processing device 34 shown in FIG.

制御手段74は、図6に示すブランキング制御装置32、第一偏向制御装置30、第二偏向制御装置28、及びホスト制御装置60によって実現される。図7の照射手段76は、図6の電子光学鏡筒1、電子銃2、ブランカー4、電子レンズ5、アパーチャー6、第一の半径方向偏向器7、第一の円周方向偏向器8、第二の半径方向偏向器27、第二の円周方向偏向器29、及び電磁レンズ9によって実現される。   The control means 74 is realized by the blanking control device 32, the first deflection control device 30, the second deflection control device 28, and the host control device 60 shown in FIG. The irradiation means 76 in FIG. 7 includes the electron optical barrel 1, electron gun 2, blanker 4, electron lens 5, aperture 6, first radial deflector 7, first circumferential deflector 8 in FIG. This is realized by the second radial deflector 27, the second circumferential deflector 29, and the electromagnetic lens 9.

ブランキング制御装置32、第一偏向制御装置30、第二偏向制御装置28等の制御装置は、例えば、静電レンズ等を駆動する図8に示す駆動構成とする。
図8は、制御装置の駆動構成図の一例である。
制御装置は、オペアンプからなる駆動アンプ90、出力インピーダンス91、負荷インピーダンス92、ブランカー4、第一の半径方向偏向器7、第一の円周方向偏向器8を有する。出力インピーダンス91及び負荷インピーダンス92は、いずれも50Ωのむ誘導抵抗である。
Control devices such as the blanking control device 32, the first deflection control device 30, and the second deflection control device 28 have a driving configuration shown in FIG. 8 for driving an electrostatic lens, for example.
FIG. 8 is an example of a drive configuration diagram of the control device.
The control device includes a drive amplifier 90 composed of an operational amplifier, an output impedance 91, a load impedance 92, a blanker 4, a first radial deflector 7, and a first circumferential deflector 8. The output impedance 91 and the load impedance 92 are both inductive resistors having 50Ω.

以上の構成によれば、所望とするパターン焼成に対して、ホスト制御装置60からの、パターンの位置情報である半径位置や角度位置に位置決めして、メディア14の面内の任意の位置へ電子線を照射可能となる。   According to the above configuration, for the desired pattern firing, positioning is performed at a radial position or an angular position, which is the position information of the pattern, from the host control device 60, and the electron is transferred to an arbitrary position within the surface of the medium 14. It becomes possible to irradiate a line.

[動作]
次に、電子線をオンオフするブランキング制御装置32、第一偏向制御装置30、第二偏向制御装置28へ供給する駆動信号について、図1、2、9にて説明する。
図9は、図6に示した焼結装置のブランキング信号、第二偏向円周方向信号、第二偏向半径方向信号、及び第一偏向円周信号の一例である。
[Operation]
Next, driving signals supplied to the blanking control device 32, the first deflection control device 30, and the second deflection control device 28 for turning on and off the electron beam will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is an example of a blanking signal, a second deflection circumferential direction signal, a second deflection radial direction signal, and a first deflection circumferential signal of the sintering apparatus shown in FIG.

ここで、ブランキング信号はオフで電子線が出射するようになっている。ブランキングがオフとなって電子線出射とともに第二の円周方向偏向器29には、図2に示すスキャンを行う三角波が供給される。同時に、第二の半径方向偏向器27には、階段波が印加される。階段波の幅は距離Prに相当する電圧VPrである。   Here, the blanking signal is off and the electron beam is emitted. When the blanking is turned off and the electron beam is emitted, the second circumferential deflector 29 is supplied with a triangular wave for performing the scanning shown in FIG. At the same time, a staircase wave is applied to the second radial deflector 27. The width of the staircase wave is a voltage VPr corresponding to the distance Pr.

ここで、LPr=n×Prの繰り返し回数nのときに、ビームは最初のA点へ戻す。
上記のスキャン手順で銅粒子を焼成したものを図10の走査電子顕微鏡写真に示す。全てが円形とはならないが、鎖状の連結構造を形成していることが確認できる。
この場合、局部的ではあるが、金属粒子を完全に溶融して連結していくので、金属粒子のバルク材並みの低抵抗特性をもつ配線パターンが得られる。
Here, when LPr = n × Pr is repeated n, the beam returns to the first point A.
What baked copper particle | grains by said scanning procedure is shown in the scanning electron micrograph of FIG. Although not all circular, it can be confirmed that a chain-like connecting structure is formed.
In this case, although locally, the metal particles are completely melted and connected, a wiring pattern having a low resistance characteristic similar to that of a bulk material of metal particles can be obtained.

図11は、本発明の薄膜導電体層の形成方法を説明するためのフローチャートの一例である。
まず、基板としてのメディア14に金属微粒子分散塗布膜層を形成する(S1)。
有機溶剤を蒸散させて、乾燥処理済金属微粒子塗布層とする(S2)。
乾燥処理済金属微粒子塗布層に、図5に示した面押圧冶具を用いて押圧荷重を与える(S3)。
乾燥処理済金属微粒子塗布層に図6に示した焼結装置を用いて荷電粒子ビームを照射して、鎖状連結構造を形成する。これにより、金属微粒子塗布層中に含まれる金属微粒子相互の焼結がなされ、金属微粒子焼結体型の薄膜導電体層の形成がなされる(S4)。
FIG. 11 is an example of a flowchart for explaining the method for forming a thin film conductor layer of the present invention.
First, a metal fine particle dispersed coating film layer is formed on the medium 14 as a substrate (S1).
The organic solvent is evaporated to form a dried metal fine particle coating layer (S2).
A pressing load is applied to the dried metal fine particle coating layer using the surface pressing jig shown in FIG. 5 (S3).
The dried metal fine particle coating layer is irradiated with a charged particle beam using the sintering apparatus shown in FIG. 6 to form a chain connection structure. As a result, the metal fine particles contained in the metal fine particle coating layer are sintered together, and a metal fine particle sintered body type thin film conductor layer is formed (S4).

[作用効果]
本実施形態によれば、有機溶剤を含む液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液を用いて、金属微粒子分散液を基板上の所定位置に所定膜厚で塗布し、金属微粒子分散液塗布膜層を形成する。金属微粒子分散液塗布膜層中に含まれる、有機溶剤を蒸散させ、乾燥処理済み金属微粒子塗布層とする。乾燥処理済み金属微粒子塗布層に対して、その塗布層表面から所定の押圧荷重を与える。押圧荷重処理済みの金属微粒子塗布層に対して、所定の収束した荷電粒子ビームを数百nmの小な四角領域に順次照射し、照射領域である四角領域内の金属微粒子を局部溶融させて200nm〜1μm粒径の鎖状連結構造の四角領域を形成する。
[Effect]
According to this embodiment, using a metal fine particle dispersion liquid dispersed in a liquid phase dispersion medium containing an organic solvent, the metal fine particle dispersion liquid is applied to a predetermined position on the substrate with a predetermined film thickness, and the metal fine particle dispersion is applied. A liquid coating film layer is formed. The organic solvent contained in the metal fine particle dispersion coating film layer is evaporated to obtain a dried metal fine particle coating layer. A predetermined pressing load is applied to the dried metal fine particle coating layer from the surface of the coating layer. A predetermined focused charged particle beam is sequentially applied to a small square area of several hundreds of nanometers on the metal fine particle coating layer that has been subjected to pressure load treatment, and the metal fine particles in the square area, which is the irradiation area, are locally melted to 200 nm. Forms a square region of chain-linked structure with a particle size of ˜1 μm.

塗布されている金属微粒子の層に、収束した荷電粒子ビームを照射し、金属微粒子表面を被覆している分散剤を直接、振動励起がなされた「活性化」状態とする。これと同時に荷電粒子ビームの運動エネルギーにより照射領域内の金属粒子(原子)を局部溶融して鎖状に連結して金属微粒子焼結体を生成するので、バルク材同等の良好な通電特性ともしくは低抵抗特性を持つ薄膜導電体層を生成できる。   The coated fine particle layer is irradiated with a focused charged particle beam, and the dispersing agent covering the surface of the fine metal particle is directly brought into an “activated” state in which vibration excitation is performed. At the same time, the metal particles (atoms) in the irradiation region are locally melted by the kinetic energy of the charged particle beam and connected in a chain form to produce a metal fine particle sintered body. A thin film conductor layer having low resistance characteristics can be generated.

ここで、「蒸散」とは、例えばオーブンを用いたヒーター加熱にて有機溶剤を乾燥させることを言う。一般的に、金属微粒子の分散溶媒は、沸点が高いものが使用されている。例えば、Agインク等はテトラデカンが用いられ、純度100%で沸点253℃である。すなわち、ここでの蒸散は、沸点まで温度を上げるのではなく、100℃未満の温度で数十分放置することを言う。   Here, “transpiration” means drying the organic solvent by heating with an oven, for example. Generally, a dispersion solvent of metal fine particles having a high boiling point is used. For example, tetradecane is used for Ag ink and the like, and has a purity of 100% and a boiling point of 253 ° C. That is, the transpiration here means that the temperature is not raised to the boiling point, but left for several tens of minutes at a temperature of less than 100 ° C.

本実施形態によれば、荷電粒子ビームを照射する電子鏡筒に、収束した荷電粒子ビームを、金属微粒子塗布層の面内に、直交2軸方向に1〜5μmの四角領域を移動可能な第一の偏向手段を設ける。荷電粒子ビームを金属微粒子塗布層の面内に、直交2軸方向に100〜500nmの四角領域を移動可能な第二の偏向手段を設ける。荷電粒子ビームを、第二の偏向手段のビーム可動域である四角領域の、左上頂部から右上頂部へ走査する動作を四角領域の右下へ向けて、荷電粒子ビームのビーム径に相当するピッチにて順次走査を所定回数行う。   According to the present embodiment, the focused charged particle beam is applied to the electron column that irradiates the charged particle beam within the plane of the metal fine particle coating layer, and the square region of 1 to 5 μm can be moved in the orthogonal biaxial direction. One deflection means is provided. A second deflecting means is provided which can move a charged particle beam in a rectangular region of 100 to 500 nm in the orthogonal biaxial direction in the plane of the metal fine particle coating layer. The operation of scanning the charged particle beam from the upper left apex to the upper right apex of the square region, which is the beam movable range of the second deflecting means, is directed to the lower right of the square region at a pitch corresponding to the beam diameter of the charged particle beam. Are sequentially scanned a predetermined number of times.

荷電粒子ビームが、第二の偏向手段の四角領域の、左上頂部に位置する時に同期して、第一の偏向手段を、第二の偏向手段の四角領域サイズに相当するピッチにてステップ状に荷電粒子ビームを逐次移動して鎖状連結構造を形成する。この結果、荷電粒子ビームの照射制御が容易となり、照射再現性、安定性に優れ、装置コストを安価にできる。   Synchronously when the charged particle beam is located at the top left corner of the square area of the second deflection means, the first deflection means is stepped at a pitch corresponding to the square area size of the second deflection means. A chain connection structure is formed by sequentially moving the charged particle beam. As a result, the irradiation control of the charged particle beam becomes easy, the irradiation reproducibility and stability are excellent, and the apparatus cost can be reduced.

本実施形態によれば、所定の収束した荷電粒子ビームを数百nmの微小な部分領域に順次照射し、照射領域内を局部溶融させて200nm〜1μm粒径の鎖状連結構造を形成する。荷電粒子ビームを照射したときの、乾燥処理済み金属微粒子塗布層面から放出される二次電子を検出するために、荷電粒子照射点の近傍に2次電子検出器を設ける。直交2軸方向に100〜500nmの四角領域を移動可能な第二の偏向手段のビームスキャン時の二次元画像を取得し、そのコントラストの強弱から局部溶融状態を検知可能な構成としている。   According to this embodiment, a predetermined focused charged particle beam is sequentially irradiated onto a minute partial region of several hundred nm, and the irradiation region is locally melted to form a chain connection structure having a particle diameter of 200 nm to 1 μm. A secondary electron detector is provided in the vicinity of the charged particle irradiation point in order to detect secondary electrons emitted from the dried metal fine particle coating layer surface when irradiated with the charged particle beam. A two-dimensional image at the time of beam scanning of the second deflecting means capable of moving in a quadrangular region of 100 to 500 nm in two orthogonal axes is acquired, and the local melting state can be detected from the contrast strength.

以上より金属粒子の局部溶融状態をモニターしつつ調整することで鎖状連結構造を形成できる。これにより、荷電粒子ビームの照射再現性、安定性に優れた金属微粒子焼結が可能であり、バルク材同等の良好な通電特性もしくは低抵抗特性を持つ薄膜導電体層を生成できる。   As described above, a chain connection structure can be formed by adjusting the local melting state of the metal particles while monitoring. Thereby, it is possible to sinter metal fine particles having excellent reproducibility and stability of charged particle beam irradiation, and it is possible to generate a thin-film conductor layer having good current-carrying characteristics or low-resistance characteristics equivalent to a bulk material.

<実施形態2>
以下、実施形態2について詳細に説明する。
[相違点]
実施形態2の実施形態1との相違点は、鎖状連結構造の四角領域同士が隣接する外縁位置に対し、荷電粒子ビームの収束位置を溶融面から離れる方向にずらして溶融して連結することで、金属微粒子塗布層中に含まれる金属微粒子相互の焼結がなされ、金属微粒子焼結体型の薄膜導電体層の形成がなされる点である。
<Embodiment 2>
Hereinafter, the second embodiment will be described in detail.
[Difference]
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the charged particle beam convergence position is shifted in the direction away from the melting surface and connected to the outer edge position where the square regions of the chain connection structure are adjacent to each other. Thus, the metal fine particles contained in the metal fine particle coating layer are sintered to form a metal fine particle sintered body type thin film conductor layer.

[構成]
荷電粒子線として例えば、電子線を利用した焼成工程の一例を、図12を用いて説明する。
図12に示す電子光学鏡筒1内の電子銃2から放出された電子ビーム3は、例えば平行平板電極にて構成したブランカー4を通り、電子レンズ5で収束され、アパーチャー6を介して、電子ビーム3を半径方向に偏向される。
電子ビーム3は、例えば平行平板電極にて構成される第一の半径方向偏向器7、及び円周方向に偏向する第一の円周方向偏向器8で構成される第一の偏向手段にて偏向される。
電子ビーム3は、電子ビーム3を半径方向に偏向する例えば平行平板電極にて構成される第二の半径方向偏向器27及び円周方向に偏向する第二の円周方向偏向器29で構成される第二の偏向手段にて偏向される。
電子ビーム3は、電磁レンズ9で収束され、図15に示すような、例えば中央電極100a、外部電極100bからなる静電レンズ100によって、荷電粒子線の収束位置を可変とするフォーカス制御手段101により最適な収束径にされる。最適な収束径にされた電子ビーム3は、乾燥処理済みのパターニング配線が設けられた、メディア14に照射される。
102iは、レーザ灯光器であり、受光器102jはメディア14の反射光を検出する機能を有する。
[Constitution]
An example of a baking process using an electron beam as a charged particle beam will be described with reference to FIG.
The electron beam 3 emitted from the electron gun 2 in the electron optical column 1 shown in FIG. 12 passes through a blanker 4 constituted by, for example, parallel plate electrodes, is converged by an electron lens 5, and passes through an aperture 6 to form an electron. The beam 3 is deflected in the radial direction.
The electron beam 3 is, for example, by a first deflecting means constituted by a first radial deflector 7 constituted by parallel plate electrodes and a first circumferential deflector 8 deflected in the circumferential direction. Deflected.
The electron beam 3 includes a second radial deflector 27 configured by, for example, parallel plate electrodes that deflect the electron beam 3 in the radial direction and a second circumferential deflector 29 configured to deflect in the circumferential direction. It is deflected by the second deflecting means.
The electron beam 3 is converged by the electromagnetic lens 9, and by a focus control means 101 that makes the convergence position of the charged particle beam variable by an electrostatic lens 100 such as a central electrode 100a and an external electrode 100b as shown in FIG. An optimum convergence diameter is set. The electron beam 3 having an optimum convergence diameter is irradiated onto the medium 14 provided with the patterning wiring subjected to the drying process.
102i is a laser lamp, and the light receiver 102j has a function of detecting the reflected light of the medium 14.

ここで、電子ビーム3は、第一と第二の半径方向偏向器7、27に正(+)電圧が印加されるとメディア14の下方向に偏向される。電子ビーム3は、第一と第二の円周方向偏向器8,29に正(+)電圧が印加されると図12の紙面上側に偏向される。   Here, the electron beam 3 is deflected downward in the medium 14 when a positive (+) voltage is applied to the first and second radial deflectors 7 and 27. The electron beam 3 is deflected upward in FIG. 12 when a positive (+) voltage is applied to the first and second circumferential deflectors 8 and 29.

試料室10の内部には、上面に、例えば銅粒子等の、金属微粒子塗布層が塗布されたメディア14が搭載されたステージ12が収納されている。ステージ12は位置コントローラ26により駆動モータ11を回転駆動して駆動される。電子光学鏡筒1は、試料室10の上面に据えられている。   Inside the sample chamber 10, a stage 12 on which a medium 14 coated with a metal fine particle coating layer, such as copper particles, is mounted on the upper surface. The stage 12 is driven by rotating the drive motor 11 by the position controller 26. The electron optical column 1 is placed on the upper surface of the sample chamber 10.

さらに、電子光学鏡筒1と試料室10とを有する本体部は、除振台18の上に設置されている。また、電子光学鏡筒1と試料室10の内部は、バルブ20を通してポンプ21により排気され、10-5Paオーダーの真空度に保持されている。ステージ12には、例えば、1パルス当たり1nm以下の分解能を有するレーザーホロスケール等の位置検出手段15がその信号処理手段34を介して設けられている。位置コントローラ26は、ホスト制御装置60から例えばパルス列等の位置指令情報39が入力され、位置検出手段15,34の現在位置情報42と逐次比較して位置サーボ制御が行われる。 Further, the main body having the electron optical column 1 and the sample chamber 10 is installed on the vibration isolation table 18. The inside of the electron optical column 1 and the sample chamber 10 is evacuated by a pump 21 through a valve 20 and maintained at a vacuum degree of the order of 10 −5 Pa. The stage 12 is provided with a position detection means 15 such as a laser holoscale having a resolution of 1 nm or less per pulse through the signal processing means 34, for example. The position controller 26 receives position command information 39 such as a pulse train from the host controller 60, and performs position servo control by sequentially comparing it with the current position information 42 of the position detectors 15 and 34.

さらに、ステージ12上面には、例えばラジアル及びスラスト方向に静圧軸受を形成したエアスピンドル61が固定されている。エアスピンドル61には回転駆動モータ16を介して、例えば一周を数千〜数十万等分したパルス信号と一周に一回の原点パルス信号を送出するロータリーエンコーダ等の回転角度検出手段17が同軸状に設けられている。エアスピンドル61はその回転信号処理手段24とともに設けられている。   Further, on the upper surface of the stage 12, for example, an air spindle 61 in which a hydrostatic bearing is formed in the radial and thrust directions is fixed. The air spindle 61 is coaxially connected with a rotation angle detection means 17 such as a rotary encoder that sends a pulse signal obtained by dividing a circle into several thousand to several hundreds of thousands equally and an origin pulse signal once in a circle via a rotation drive motor 16. It is provided in the shape. The air spindle 61 is provided together with the rotation signal processing means 24.

回転駆動モータ16への出力情報及び回転角度検出手段17から回転信号処理手段24を介した回転角度情報45,46は回転コントローラ25へ入力され、全体で回転手段を構成する。回転コントローラ25にホスト制御装置60から例えばパルス列等の回転指令パルス信号40が入力され、回転信号処理手段24を介した回転角度検出手段17のパルス列等の現在回転角度情報23との逐次比較でPLF制御(連続回転)もしくは、回転位置決め制御を行う。この制御により任意回転及び任意の回転角度位置へ位置決め可能な構成としている。   The output information to the rotation drive motor 16 and the rotation angle information 45, 46 from the rotation angle detection means 17 via the rotation signal processing means 24 are input to the rotation controller 25 and constitute the rotation means as a whole. For example, a rotation command pulse signal 40 such as a pulse train is input from the host controller 60 to the rotation controller 25, and the PLF is sequentially compared with the current rotation angle information 23 such as the pulse train of the rotation angle detection means 17 via the rotation signal processing means 24. Control (continuous rotation) or rotational positioning control is performed. By this control, it can be positioned at any rotation and any rotation angle position.

Z相信号41は、回転信号処理手段24から出力され、回転手段が一周に一回発生する原点信号となる。Z相信号41は、一周を数千〜数十万等分したパルス信号と一周に一回の原点パルス信号を送出するロータリーエンコーダ等の回転角度検出手段17からの現在回転角度情報23が回転信号処理手段24によって処理される。
A相信号46、B相信号45、及びZ相信号41は、ホスト制御装置60からのパターンの入力情報(位置情報)37とともに焼成信号生成手段31に入力される。
The Z-phase signal 41 is output from the rotation signal processing means 24 and becomes an origin signal that is generated once by the rotation means. The Z-phase signal 41 is a rotation signal obtained by rotating the current rotation angle information 23 from the rotation angle detecting means 17 such as a rotary encoder that sends a pulse signal obtained by dividing a circle into several thousand to several hundred thousand and one origin pulse signal per circle. Processed by the processing means 24.
The A-phase signal 46, the B-phase signal 45, and the Z-phase signal 41 are input to the firing signal generating means 31 together with pattern input information (position information) 37 from the host control device 60.

焼成信号生成手段31は、焼成に必要な電子線をオン/オフするブランキング制御手段32、第一偏向制御手段30、第二偏向制御手段28へ供給する駆動信号を生成する。尚、ブランキング制御手段32、第一偏向制御手段30、第二偏向制御手段28の制御手段は、例えば、静電レンズ等を駆動する図8に示す駆動構成とする。   The firing signal generation means 31 generates a drive signal to be supplied to the blanking control means 32, the first deflection control means 30, and the second deflection control means 28 for turning on / off the electron beam necessary for firing. Note that the control means of the blanking control means 32, the first deflection control means 30, and the second deflection control means 28 has a driving configuration shown in FIG.

以上の構成によれば、所望とするパターン焼成に対して、ホスト制御装置60からの、パターンの位置情報(半径位置、角度位置)に位置決めして、メディア14面内の任意の位置へ電子線を照射可能となる。   According to the above configuration, for the desired pattern firing, the position information (radius position, angular position) of the pattern from the host control device 60 is positioned, and the electron beam is moved to an arbitrary position within the surface of the medium 14 Can be irradiated.

[動作]
次に、電子線をオン/オフするブランキング制御手段32、第一偏向制御手段30、第二偏向制御手段28へ供給する駆動信号について、図1、2、9にて説明する。
ここで、ブランキング信号はオフで電子線が出射されるようになっている。ブランキング信号がオフとなって電子線出射とともに第二の円周方向偏向手段29には、図2に示すスキャンを行う三角波が供給される。同時に、第二の半径方向偏向手段27には、階段波(幅は、距離Prに相当する電圧VPr)が印加される。
ここで、LPr=n×Prの繰り返し回数nのときに、ビームは最初のA点へ戻す。
[Operation]
Next, driving signals supplied to the blanking control means 32 for turning on / off the electron beam, the first deflection control means 30, and the second deflection control means 28 will be described with reference to FIGS.
Here, the blanking signal is off and an electron beam is emitted. When the blanking signal is turned off and the electron beam is emitted, the second circumferential deflection means 29 is supplied with a triangular wave for performing the scanning shown in FIG. At the same time, a step wave (the width is a voltage VPr corresponding to the distance Pr) is applied to the second radial deflection means 27.
Here, when the number of repetitions of LPr = n × Pr is n, the beam returns to the first point A.

次に、収束レーザビームや収束荷電粒子線のエネルギーを用いて金属微粒子を焼結するものでは、数百nm〜十数μmの小さな四角領域を平面上で縦横に連結して広い四角領域の焼結を行う必要がある。しかし、有機溶剤を含む液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液の金属の割合は、金属微粒子の種類によるが、概略20〜70重量%程度でありパターンを塗布して溶媒乾燥後に焼結するとパターン体積が小さくなる。   Next, in the case of sintering fine metal particles using the energy of a focused laser beam or focused charged particle beam, small square areas of several hundred nm to several tens of micrometers are connected vertically and horizontally on a plane to sinter a wide square area. It is necessary to conclude. However, the ratio of the metal in the metal fine particle dispersion liquid dispersed in the liquid phase dispersion medium containing the organic solvent is approximately 20 to 70% by weight depending on the type of the metal fine particles. Sintering reduces the pattern volume.

そのため、図13の走査電子顕微鏡写真に示すように、先に焼結が行われた領域Aと次に焼結される領域Bとの隣接部は、2回照射され、大きな体積収縮が起こり、そのため図14に拡大して示すように亀裂が生じ、パターンが断線するおそれがある。   Therefore, as shown in the scanning electron micrograph of FIG. 13, the adjacent portion of the region A where the sintering was performed first and the region B where the sintering was performed next was irradiated twice, causing a large volume shrinkage, Therefore, as shown in an enlarged view in FIG. 14, there is a possibility that a crack is generated and the pattern is disconnected.

焼結時の亀裂の防止方法について、図6の信号図にて説明する。図9で説明を述べた重複部分については割愛する。尚、図15は、制御装置の駆動構成図の他の一例である。
図16は、図15に示した制御装置の信号図の一例である。
A method for preventing cracks during sintering will be described with reference to the signal diagram of FIG. The overlapping portions described in FIG. 9 are omitted. FIG. 15 is another example of a drive configuration diagram of the control device.
FIG. 16 is an example of a signal diagram of the control device shown in FIG.

図16に示すように、図2のB−J線上箇所の焼成時にフォーカス制御手段101へステップ信号を印加して、収束荷電粒子線の最も絞られたフォーカス位置を焼結面より上方にシフトさせる。このシフトにより、荷電粒子線のビーム径を太くして、単位面積当たりの衝突電子数を概略半分程度にすることが好ましい。
尚、図2ではB−J線を一例として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、A−B線、A−I線、I−J線、K−L線上箇所が隣接する金属粒子列との境界線を形成する場合にも同様の処理を行うのが好ましい。
金属粒子を完全に溶融して連結して、焼結範囲を広げていくので、金属粒子のバルク材並みの低抵抗特性をもつ亀裂のない配線パターンが得られる。
As shown in FIG. 16, a step signal is applied to the focus control means 101 at the time of firing on the BJ line in FIG. 2, and the focused position of the focused charged particle beam is shifted upward from the sintered surface. . By this shift, it is preferable to increase the beam diameter of the charged particle beam so that the number of collision electrons per unit area is approximately half.
Note that FIG. 2 illustrates the BJ line as an example, but the present invention is not limited to this, and is located on the AB line, the AI line, the IJ line, and the KL line. It is preferable to perform the same process when forming a boundary line between adjacent metal particle rows.
Since the metal particles are completely melted and connected to expand the range of sintering, a crack-free wiring pattern having low resistance characteristics comparable to that of a bulk material of metal particles can be obtained.

本実施形態によれば、塗布されている金属微粒子の層に、収束した荷電粒子ビームを照射して、金属微粒子表面を被覆している分散剤を直接、振動励起がなされた「活性化」状態とする。これと同時に荷電粒子ビームの運動エネルギーにより照射領域内の金属粒子(原子)を局部溶融して鎖状に連結して金属微粒子焼結体を生成する。又、鎖状連結構造の四角領域同士が隣接する外縁位置に対し、荷電粒子ビームの収束位置を溶融面から離れる方向にずらして溶融する。すなわち、初めに焼結した四角領域と次に焼結される四角領域との隣接外縁に対してデフォーカスして焼結できるので、広範囲にわたり亀裂のない焼結パターンが得られ、バルク材同等の良好な通電特性(低抵抗特性)を持つ薄膜導電体層を生成できる。   According to the present embodiment, a “charged” state in which a dispersed charged particle beam is directly irradiated to a layer of applied metal fine particles and a vibration coating is directly applied to the dispersant covering the surface of the metal fine particles. And At the same time, the metal particles (atoms) in the irradiation region are locally melted by the kinetic energy of the charged particle beam and connected in a chain form to generate a metal fine particle sintered body. In addition, the charged particle beam is converged by shifting the convergence position of the charged particle beam away from the melting surface with respect to the outer edge position where the square regions of the chain connection structure are adjacent to each other. In other words, since it can be defocused and sintered to the adjacent outer edge of the square region that is sintered first and the square region that is sintered next, a crack-free sintered pattern can be obtained over a wide range, which is equivalent to the bulk material. A thin-film conductor layer having good current-carrying characteristics (low resistance characteristics) can be generated.

また、本実施形態によれば、荷電粒子ビームが、第二の偏向手段の四角領域の、左上頂部に位置する時に同期して、第一の偏向手段を、第二の偏向手段の四角領域サイズに相当するピッチにてステップ状に荷電粒子ビームを逐次移動して鎖状連結構造を形成する構造としているので、荷電粒子ビームの照射制御が容易となり、照射再現性、安定性に優れ、装置コストを安価にできる。   In addition, according to the present embodiment, the first deflection unit is set to the square region size of the second deflection unit synchronously when the charged particle beam is positioned at the upper left top of the square region of the second deflection unit. The charged particle beam is sequentially moved stepwise at a pitch equivalent to a structure that forms a chain-like connection structure, which makes it easy to control the irradiation of the charged particle beam, provides excellent irradiation reproducibility and stability, and reduces the equipment cost. Can be made inexpensively.

また、本実施形態によれば、金属粒子の局部溶融状態をモニターしながら鎖状連結構造を形成でき、同様に荷電粒子ビームの照射再現性、安定性に優れた金属微粒子焼結が可能であり、バルク材同等の良好な通電特性(低抵抗特性)を持つ薄膜導電体層を生成できる。   Further, according to the present embodiment, it is possible to form a chain connection structure while monitoring the local melting state of metal particles, and similarly, it is possible to sinter metal fine particles with excellent charged particle beam irradiation reproducibility and stability. A thin-film conductor layer having good current-carrying characteristics (low resistance characteristics) equivalent to the bulk material can be generated.

尚、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。   The above-described embodiment shows an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. is there.

1 電子光学鏡筒
2 電子銃
3 電子ビーム
4 ブランカー
5 電子レンズ
6 アパーチャー
7、27 第一の半径方向偏向器
8、29 第一の円周方向偏向器
9 電磁レンズ
10 試料室
11 駆動モータ
12 ステージ
13 ターンテーブル
14 メディア
15 位置検出装置
16 回転駆動モータ
17 回転角度検出装置
18 除振台
20 バルブ
24 回転信号処理装置
25 回転コントローラ
26 位置コントローラ
28 第二偏向制御装置
30 第一偏向制御装置
31 焼成信号生成装置
32 ブランキング制御装置
60 ホスト制御装置
80 インクジェットヘッド
100 配線パターン
102i レーザ投光器
102j 受光器
1000 焼結装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron optical column 2 Electron gun 3 Electron beam 4 Blanker 5 Electron lens 6 Aperture 7, 27 1st radial direction deflector 8, 29 1st circumferential direction deflector 9 Electromagnetic lens 10 Sample chamber 11 Drive motor 12 Stage DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Turntable 14 Media 15 Position detection device 16 Rotation drive motor 17 Rotation angle detection device 18 Vibration isolation table 20 Valve 24 Rotation signal processing device 25 Rotation controller 26 Position controller 28 Second deflection control device 30 First deflection control device 31 Firing signal Generation device 32 Blanking control device 60 Host control device 80 Inkjet head 100 Wiring pattern 102i Laser projector 102j Light receiver 1000 Sintering device

特開2007−314866号公報JP 2007-314866 A 特開2006−210872号公報JP 2006-210872 A 特開2006−26602号公報JP 2006-26602 A 特開2006−38999号公報JP 2006-38999 A

Claims (9)

基板上に金属微粒子焼結体の薄膜導電体層を形成する薄膜導電体層の形成方法であって、
金属微粒子の表面に分散剤の表面被覆分子層を設けた金属微粒子を分散質として、有機溶剤が含まれる液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液を基板へ塗布して、金属微粒子分散液塗布膜層を形成する工程と、
前記有機溶剤を蒸散させて、乾燥処理済み金属微粒子塗布層とする工程と、
乾燥処理済み金属微粒子塗布層に対して、その塗布層表面から所定の押圧荷重を与える工程と、
押圧荷重処理済みの金属微粒子塗布層に、荷電粒子ビームを順次照射し、鎖状連結構造を形成する工程と、
を有することを特徴とする、薄膜導電体層の形成方法。
A thin film conductor layer forming method for forming a thin metal conductor layer of a metal fine particle sintered body on a substrate,
A metal fine particle dispersion obtained by dispersing a metal fine particle having a surface coating molecular layer of a dispersant on the surface of the metal fine particle as a dispersoid and dispersed in a liquid phase dispersion medium containing an organic solvent is applied to the substrate. Forming a dispersion coating film layer;
Evaporating the organic solvent to form a dried metal fine particle coating layer;
Applying a predetermined pressing load from the coating layer surface to the dried metal fine particle coating layer,
A step of sequentially irradiating a charged particle beam to a metal fine particle coating layer that has been subjected to a pressure load treatment to form a chain-like connection structure;
A method for forming a thin film conductor layer, comprising:
前記荷電粒子ビームを順次照射し、照射領域内を局部溶融させて鎖状連結構造を形成する工程は、
前記荷電粒子ビームをビーム可動域である四角領域の、一の頂部から対向する他の頂部へ、荷電粒子ビームのビーム径に相当するピッチにて順次走査を行い、前記荷電粒子ビームが、前記一の頂部に位置する時に同期して、ステップ状に前記荷電粒子ビームを逐次移動して鎖状連結構造を形成して焼結することを特徴とする請求項1記載の薄膜導電体層の形成方法。
A step of sequentially irradiating the charged particle beam and locally melting the irradiation region to form a chain-like connection structure,
The charged particle beam is sequentially scanned at a pitch corresponding to the beam diameter of the charged particle beam from one apex of the square region, which is a movable range of the beam, to the other apex facing the charged particle beam. 2. The method of forming a thin film conductor layer according to claim 1, wherein the charged particle beam is sequentially moved stepwise to form a chain-like connection structure and sintered in synchronization with a position on the top of the thin film conductor. .
前記鎖状連結構造の四角領域同士が隣接する外縁位置に対し、荷電粒子ビームの収束位置を溶融面から離れる方向にずらして溶融して連結することで、金属微粒子塗布層中に含まれる金属微粒子相互の焼結がなされ、金属微粒子焼結体型の薄膜導電体層の形成がなされる工程と、
を備えたことを特徴とする請求項2記載の薄膜導電体層の形成方法。
The metal fine particles contained in the metal fine particle coating layer are formed by shifting the converging position of the charged particle beam in a direction away from the melting surface to the outer edge position where the square regions of the chain connection structure are adjacent to each other and melting and connecting them. A process in which mutual sintering is performed to form a metal fine particle sintered body type thin film conductor layer;
The method of forming a thin film conductor layer according to claim 2, comprising:
前記荷電粒子ビームを順次照射し鎖状連結構造を形成する工程は、
荷電粒子照射点の近傍に2次電子検出器を設け、直交2軸方向に四角領域を移動可能な第二の偏向手段のビームスキャン時の二次元画像を取得し、そのコントラストの強弱から局部溶融状態を検知することを特徴とする上記請求項1から3の何れか一項記載の薄膜導電体層の形成方法。
The step of sequentially irradiating the charged particle beam to form a chain connection structure includes:
A secondary electron detector is installed in the vicinity of the charged particle irradiation point, and a two-dimensional image at the time of beam scanning of the second deflecting means capable of moving in a quadrangular region in two orthogonal axes is acquired. The method for forming a thin-film conductor layer according to any one of claims 1 to 3, wherein the state is detected.
基板上に金属微粒子焼結体の薄膜導電体層を形成する方法であって、
前記薄膜導電体層の作製に利用される金属微粒子は少なくとも200℃を超える融点を示す金属材料で構成され、平均粒子径が1〜100nmの範囲の金属微粒子であり、前記金属微粒子の表面に金属微粒子相互の凝集を防止する分散剤の被覆分子層を設ける工程と、被覆分子層を有する金属微粒子を分散質として、有機溶剤を含む液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液を用いて、金属微粒子分散液を基板へ塗布する工程と、前記金属微粒子分散液を前記基板に塗布する塗布手段に対向して前記基板を載置して面内自在に移動可能な移動手段にて前記基板上の所定位置に金属微粒子分散液を所定膜厚で塗布して、金属微粒子分散液塗布膜層を形成する工程と、金属微粒子分散液塗布膜層中に含まれる、有機溶剤を蒸散させて、乾燥処理済み金属微粒子塗布層とする工程と、を有する金属微粒子焼結体の薄膜導電体層を形成する方法において、
乾燥処理済み金属微粒子塗布層に対して、その塗布層表面から所定の押圧荷重を与える工程と、
押圧荷重処理済みの金属微粒子塗布層に対して、荷電粒子ビームの収束位置を可変とするフォーカス制御手段により所定の収束した荷電粒子ビームを数百nmの微小な部分領域に順次照射し、照射領域内の金属微粒子を局部溶融させて200nm〜1μm粒径の鎖状連結構造を形成する工程と、
前記押圧荷重を与える工程及び前記鎖状連結構造を形成する工程を順次繰り返して鎖状連結構造の四角領域を縦横に形成する工程と、
前記複数の四角領域同士が隣接する外縁位置に対し、前記荷電粒子ビームの収束位置を溶融面から離れる方向にずらして溶融して連結することで、金属微粒子塗布層中に含まれる金属微粒子相互の焼結がなされ、金属微粒子焼結体型の薄膜導電体層の形成がなされる工程と、
を備えたことを特徴とする、薄膜導電体層の形成方法。
A method of forming a thin film conductor layer of a metal fine particle sintered body on a substrate,
The metal fine particles used for the production of the thin film conductor layer are metal fine particles composed of a metal material having a melting point exceeding 200 ° C. and having an average particle diameter in the range of 1 to 100 nm. A step of providing a coating molecular layer of a dispersant that prevents aggregation between fine particles and a metal fine particle dispersion liquid in which a metal fine particle having a coating molecular layer is dispersed in a liquid phase dispersion medium containing an organic solvent is used. Applying the metal fine particle dispersion to the substrate, and moving means that can move in a plane freely by placing the substrate opposite to the application means for applying the metal fine particle dispersion to the substrate. A step of applying a metal fine particle dispersion with a predetermined film thickness to a predetermined position on a substrate to form a metal fine particle dispersion coating film layer, and evaporating an organic solvent contained in the metal fine particle dispersion coating film layer. , Drying process A step of the finished metal fine particle coating layer, a method of forming a thin film conductor layer of the fine metal particles sintered body having,
Applying a predetermined pressing load from the coating layer surface to the dried metal fine particle coating layer,
Irradiate the fine particle partial area of several hundreds of nanometers in order with a focused control means that makes the charged particle beam convergence position variable to the metal particle coating layer that has been subjected to the pressure load treatment. A step of locally melting the fine metal particles to form a chain connection structure having a particle diameter of 200 nm to 1 μm;
The step of applying the pressing load and the step of forming the chain connection structure are sequentially repeated to form a square region of the chain connection structure vertically and horizontally;
By shifting the convergence position of the charged particle beam in a direction away from the melting surface and connecting to the outer edge position where the plurality of square regions are adjacent to each other, the metal fine particles contained in the metal fine particle coating layer can be connected to each other. A step of sintering and forming a metal fine particle sintered body type thin film conductor layer; and
A method of forming a thin film conductor layer, comprising:
前記荷電粒子ビームの収束位置を溶融面から離れる方向にずらして前記四角領域同士を溶融し連結する工程は、前記荷電粒子ビームを照射する電子鏡筒に、前記荷電粒子ビームを収束する磁界レンズと、前記磁界レンズの上下いずれかに静電レンズを設けた焦点制御手段と、収束した荷電粒子ビームを、金属微粒子塗布層の面内に、直交2軸方向に1〜5μmの四角領域を移動可能な第一の偏向手段と、荷電粒子ビームを金属微粒子塗布層の面内に、直交2軸方向に100〜500nmの四角領域を移動可能な第二の偏向手段と、前記荷電粒子ビームを、第二の偏向手段のビーム可動域である四角領域の、左上頂部から右上頂部へ走査する動作を四角領域の右下へ向けて、荷電粒子ビームのビーム径に相当するピッチにて順次走査を所定回数行うとともに次の焼結領域に隣接する照射部のみ静電レンズを設けた焦点制御手段にて収束位置を溶融面から離れる方向にステップ状にデフォーカスし、荷電粒子ビームが、第二の偏向手段の四角領域の、左上頂部に位置する時に同期して、第一の偏向手段を、第二の偏向手段の四角領域サイズに相当するピッチにてステップ状に荷電粒子ビームを逐次移動して鎖状連結構造を形成して小領域を焼結し、その小領域の隣接外縁部を連結して広範囲に焼結することを特徴とする請求項5記載の薄膜導電体層の形成方法。   The step of melting and connecting the square regions by shifting the convergence position of the charged particle beam in a direction away from the melting surface includes: a magnetic lens that converges the charged particle beam on an electron column that irradiates the charged particle beam; , Focus control means provided with electrostatic lenses above and below the magnetic lens, and the converged charged particle beam can move within the plane of the metal fine particle coating layer in the square area of 1-5 μm in the orthogonal biaxial direction A first deflecting means, a second deflecting means capable of moving a charged particle beam within a plane of a metal fine particle coating layer in a rectangular region of 100 to 500 nm in two orthogonal axes, and the charged particle beam The scanning operation from the top left corner to the top right corner of the square area, which is the beam movable range of the second deflecting means, is directed to the lower right corner of the square area, and scanning is sequentially performed at a pitch corresponding to the beam diameter of the charged particle beam a predetermined number of times At the same time, the focus control means provided with an electrostatic lens only in the irradiation part adjacent to the next sintered area defocuses the convergence position stepwise in the direction away from the melting surface, and the charged particle beam is converted into the second deflection means. In synchronization with the position at the top left of the square area of the first deflection means, the charged particle beam is sequentially moved stepwise at a pitch corresponding to the square area size of the second deflection means to form a chain. 6. The method of forming a thin film conductor layer according to claim 5, wherein the connecting structure is formed to sinter the small area, and the adjacent outer edge portions of the small area are connected and sintered in a wide range. 前記鎖状連結構造を形成する工程は、前記荷電粒子ビームを照射したときの乾燥処理済み金属微粒子塗布層面から放出される二次電子を検出するため、荷電粒子照射点の近傍に2次電子検出器を設けて、直交2軸方向に100〜500nmの四角領域を移動可能な第二の偏向手段のビームスキャン時の二次元画像を取得し、そのコントラストの強弱から局部溶融状態を検知することを特徴とする上記請求項5または6記載の薄膜導電体層の形成方法。   In the step of forming the chain connection structure, secondary electrons are detected in the vicinity of the charged particle irradiation point in order to detect secondary electrons emitted from the surface of the coating layer of the dried metal fine particles when the charged particle beam is irradiated. To obtain a two-dimensional image at the time of beam scanning of the second deflecting means capable of moving in a quadrangular region of 100 to 500 nm in two orthogonal axes, and to detect the local melting state from the contrast strength The method for forming a thin film conductor layer according to claim 5 or 6, wherein the thin film conductor layer is formed. 基板上に金属微粒子焼結体の薄膜導電体層を形成する薄膜導電体層の焼結装置であって、
金属微粒子の表面に分散剤の表面被覆分子層を設けた金属微粒子を分散質として、液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液を基板へ塗布して金属微粒子分散液塗布膜層を形成する塗布手段と、
前記塗布手段に対向して配置され、前記基板を載置して面内自在に移動可能な移動手段と、
乾燥処理済み金属微粒子塗布層を形成する照射手段と、
乾燥処理済み金属微粒子塗布層に対して、平面的に所定の押圧荷重を与える押圧荷重手段と、を備え、
前記照射手段により押圧荷重処理済みの金属微粒子塗布層に、荷電粒子ビームが順次照射され、照射領域内の金属微粒子が局部溶融されて鎖状連結構造が形成され、金属微粒子塗布層中に含まれる金属微粒子相互の焼結がなされ、金属微粒子焼結体型の薄膜導電体層の形成がなされるようにしたことを特徴とする、薄膜導電体層の焼結装置。
A thin-film conductor layer sintering apparatus for forming a thin-film conductor layer of a metal fine-particle sintered body on a substrate,
A metal fine particle dispersion obtained by dispersing a metal fine particle having a surface coating molecular layer of a dispersant on the surface of the metal fine particle as a dispersoid and dispersed in a liquid phase dispersion medium is applied to a substrate to form a coating film layer of the metal fine particle dispersion Coating means to form;
A moving means that is arranged to face the coating means and is movable in a plane by placing the substrate;
An irradiation means for forming a dried metal fine particle coating layer;
A pressing load means for giving a predetermined pressing load in a plane with respect to the dried metal fine particle coating layer,
A charged particle beam is sequentially irradiated onto the metal fine particle coating layer that has been subjected to the pressure load treatment by the irradiation means, and the metal fine particles in the irradiation region are locally melted to form a chain connection structure, which is included in the metal fine particle coating layer. A thin film conductor layer sintering apparatus, wherein metal fine particles are sintered with each other to form a metal fine particle sintered body type thin film conductor layer.
前記薄膜導電体層の作製に利用される、金属微粒子は、少なくとも200℃を超える融点を示す金属材料で構成され、平均粒子径が1〜100nmの範囲の金属微粒子であり、
前記金属微粒子の表面に、金属微粒子相互の凝集を防止する、分散剤の被覆分子層を設けて、被覆分子層を有する金属微粒子を分散質として、有機溶剤を含む液相分散媒中に分散してなる金属微粒子分散液を用いて、金属微粒子分散液を基板へ塗布する塗布手段と、
前記塗布手段に対向し、基板を載置して面内自在に移動可能な移動手段と、
前記移動手段にて前記基板上の所定位置に移動させて金属微粒子分散液を所定膜厚で塗布して金属微粒子分散液塗布膜層を形成する手段と、
前記金属微粒子分散液塗布膜層中に含まれる有機溶剤を蒸散させて、乾燥処理済み金属微粒子塗布層とする手段と、を有する金属微粒子焼結体の薄膜導電体層を形成する薄膜導電体層の焼結装置であって、
乾燥処理済み金属微粒子塗布層に対して、その塗布層表面から所定の押圧荷重を与える手段と、
押圧荷重処理済みの金属微粒子塗布層に対して、荷電粒子ビームの収束位置を可変とするフォーカス制御手段により所定の収束した荷電粒子ビームを数百nmの微小な部分領域に順次照射する手段と、
照射領域内の金属微粒子を局部溶融させて200nm〜1μm粒径の鎖状連結構造を形成する手段と、
ビーム可動域である四角領域に前記荷電微粒子ビームを順次照射して四角形状の前記鎖状連結構造を縦横に広範囲に形成する際に前記荷電粒子ビームの収束位置を溶融面から離れる方向にずらして溶融し連結する手段と、を備え、
金属微粒子塗布層中に含まれる金属微粒子相互の焼結がなされ、金属微粒子焼結体型の薄膜導電体層の形成がなされることを特徴とする、請求項8記載の薄膜導電体層の焼結装置。
The metal fine particles used for the production of the thin film conductor layer are composed of a metal material having a melting point of at least 200 ° C., and the metal fine particles have an average particle diameter in the range of 1 to 100 nm.
A coating molecular layer of a dispersant is provided on the surface of the metal fine particles to prevent aggregation between the metal fine particles, and the metal fine particles having the coating molecular layer are dispersed in a liquid phase dispersion medium containing an organic solvent as a dispersoid. An application means for applying the metal fine particle dispersion to the substrate using the metal fine particle dispersion;
A moving means that faces the coating means and is movable in a plane by placing a substrate;
Means for moving the metal fine particle dispersion liquid to a predetermined position on the substrate by the moving means and applying the metal fine particle dispersion liquid at a predetermined film thickness;
A thin-film conductor layer for forming a thin-film conductor layer of a metal fine-particle sintered body having means for evaporating an organic solvent contained in the metal-fine-particle-dispersed coating film layer to form a dried metal fine-particle coating layer A sintering device of
A means for applying a predetermined pressing load from the coating layer surface to the dried metal fine particle coating layer,
Means for sequentially irradiating a minute partial region of several hundred nm with a predetermined converged charged particle beam by a focus control means for changing the convergence position of the charged particle beam with respect to the metal fine particle coating layer that has been subjected to the pressure load treatment;
Means for locally melting metal fine particles in the irradiation region to form a chain-like connected structure having a particle diameter of 200 nm to 1 μm;
When the charged fine particle beam is sequentially irradiated onto the square region, which is the beam movable range, to form the quadrangular chain connection structure in a wide range, vertically and horizontally, the convergence position of the charged particle beam is shifted in a direction away from the melting surface. Means for melting and coupling,
9. The sintering of a thin film conductor layer according to claim 8, wherein the metal fine particles contained in the metal fine particle coating layer are sintered to form a thin metal conductor layer of a metal fine particle sintered body type. apparatus.
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