JP2024020726A - 走査アンテナ及び走査アンテナの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高い走査アンテナを提供する。【解決手段】基材と、基材上に設けられる接着層と、接着層上に設けられる無機酸化物配線と、接着層上に設けられ少なくとも一部が無機酸化物配線上に重なり無機酸化物配線と接続される金属配線と、を有する、走査アンテナ。【選択図】図２

Description

本発明は、走査アンテナ及び走査アンテナの製造方法に関する。

ビームの放射方向を変える機能を有するアンテナ（走査アンテナ）として、アンテナ単位を備えるフェイズドアレイアンテナが知られている。フェイズドアレイアンテナには、位相器（フェイズシフター）が必要である。フェイズドアレイアンテナを低コストで製造可能とするために、液晶を用いた位相器が実用化されつつある。

特許文献１には、低抵抗の金属製の電極（配線）及び高抵抗の無機酸化物製の電極（配線）を備える走査アンテナが記載されている。また、特許文献２には、基材に対し金属箔を、接着剤を介して貼り付けた後に、金属箔をエッチングすることによって浮きや剥離を抑制した金属製の配線を形成する技術が開示されている。

国際公開第２０２０／１２１８７６号 特開２００７－０４８８００号公報

上記先行技術を踏まえ、本発明者らは、図４に示すように、基材１１０に接着層１２０を介して貼り付けられる厚膜かつ低抵抗の金属配線１３０と、金属配線１３０の上側からスパッタリングなどで形成された薄膜かつ高抵抗の無機酸化物配線１４０を有する走査アンテナの開発を進めてきた。

走査アンテナに用いられる、高抵抗の無機酸化物配線は、材料である無機酸化物自体が脆弱であり曲げ耐性が小さく、また、高抵抗化のため薄い膜厚で形成されため、厚膜の金属配線と比較して断線し易い。また、金属配線及び無機酸化物配線の両方と接着される接着層の線膨張係数と、無機酸化物配線の線膨張係数との差分が大きい場合、走査アンテナの製造時に発生する熱により、接着層及び無機酸化物配線それぞれの熱膨張量及び熱収縮量が異なる。したがって、無機酸化物配線のうち、金属配線及び接着層の両方と接触する部分にかかる負荷が大きくなり易く、係る部分において断線が発生する虞があった。そのため、走査アンテナの動作が不安定になる虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、信頼性が高い走査アンテナを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様の走査アンテナは、基材と、前記基材上に設けられる接着層と、前記接着層上に設けられる無機酸化物配線と、前記接着層上に設けられ少なくとも一部が前記無機酸化物配線上に重なり前記無機酸化物配線と接続される金属配線と、を有する。

本発明の第二の態様の走査アンテナの製造方法は、基材上に接着層を形成する接着層形成工程と、前記接着層上に無機酸化物配線を形成する無機酸化物配線形成工程と、少なくとも一部が前記無機酸化物配線上に重なるように前記接着層上に金属配線を形成する金属配線形成工程と、を有する。

本発明によれば、信頼性が高い走査アンテナを提供できる。

図１は、実施形態の走査アンテナの一部を示す平面模式図である。 図２は、実施形態の走査アンテナの断面模式図である。 図３は、実施形態の走査アンテナの製造方法の各工程を示す模式図であり、図３（ａ）は接着層形成工程を示し、図３（ｂ）は無機酸化物配線形成工程の第１手順を示し、図３（ｃ）は無機酸化物配線形成工程の第２手順を示し、図３（ｄ）は金属配線形成工程の第１手順を示す。 図４は、従来の走査アンテナの断面模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態の走査アンテナについて説明する。
図１は、本実施形態の走査アンテナ１の一部を示す平面図である。図２は、本実施形態の走査アンテナ１の断面図である。

なお、図１、および図２で示す走査アンテナ１は、あくまで全体構造の一部のみを示すものである。走査アンテナ１は、全体として図１に示す素子を複数配置したアレイ構造を構成する。

＜走査アンテナ＞
走査アンテナ１は、基材１０と、基材１０上に設けられた接着層２０と、接着層２０上に設けられる無機酸化物配線４０と、接着層２０上に設けられ少なくとも一部が無機酸化物配線４０上に重なる金属配線３０と、を備える。金属配線３０は、無機酸化物配線４０と接続される。

なお、本明細書では、基材１０に対し接着層２０が積層される方向を上側として走査アンテナ１の各部及び製造方法の説明を行う。しかしながら、本明細書中の走査アンテナ１の姿勢はあくまで一例であり、走査アンテナ１の使用時の姿勢及び製造時の姿勢は、本明細書で示す姿勢に限定されない。

基材１０は絶縁性の材料から成る。基材１０の典型的な材質はガラスであるが、各種のプラスチックフィルムを使用することにより、基材１０に可撓性を付与することもできる。本実施形態において、基材１０の材質はガラスである。

接着層２０は、基材１０上に設けられる。接着層２０は、公知の接着剤で形成された層である。接着層２０を構成する接着剤としては、例えば、ポリウレタン系接着剤又はエポキシ系接着剤を例示できる。

無機酸化物配線４０は、接着層２０上に設けられる。無機酸化物配線４０は、所定のパターン形状に形成されている。走査アンテナ１において、無機酸化物配線４０は、高抵抗配線の役割を担う。

無機酸化物配線４０は、無機酸化物製である。本実施形態において、無機酸化物配線４０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）製である。このため、本実施形態の無機酸化物配線４０の線膨張係数は、７．２×１０^－６／Ｋである。無機酸化物配線４０は、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの比抵抗が大きい無機酸化物によって構成されても良い。

高抵抗化の観点から、無機酸化物配線４０は、薄膜、かつ細幅であることが望ましい。無機酸化物配線４０の厚さは、例えば１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。無機酸化物配線４０の線幅は、５μｍ以上１５μｍ以下とされる。本実施形態において、無機酸化物配線４０の厚さは６０ｎｍであり、線幅は１０μｍである。

金属配線３０は、接着層２０上の一部に設けられる。金属配線３０は所定のパターン形状に形成されている。金属配線３０は、接着層２０を介して基材１０に貼り合わされている。走査アンテナ１において、金属配線３０は、低抵抗配線の役割を担う。

金属配線３０は、金属製である。本実施形態において、金属配線３０は、銅製である。このため、本実施形態の金属配線３０の線膨張係数は、１６．８×１０^－６／Ｋである。金属配線３０は、銀、アルミニウム等の比抵抗が小さい金属によって構成されても良い。低抵抗化の観点から、金属配線３０は、厚膜であることが望ましい。金属配線３０の厚さは、例えば１μｍ（１０００ｎｍ）以上３０μｍ以下である。本実施形態において、金属配線３０の厚さは、２０００ｎｍである。

＜走査アンテナの製造方法＞
図３は、本実施形態の走査アンテナ１の製造方法の各工程を示す模式図である。
上述の構成を有する本実施形態の走査アンテナ１の製造方法の一例について説明する。
本実施形態の走査アンテナ１の製造方法は、接着層形成工程と、無機酸化物配線形成工程と、金属配線形成工程と、を有する。

図３（ａ）に示す接着層形成工程は、基材１０上に接着層２０を形成する工程である。本実施形態の接着層形成工程では、基材１０の表面全体に、液状の接着剤を塗布して接着層２０を形成する。接着層２０は、基材１０上にロールコート法を用いて形成される。液状の接着剤を塗布する方法は、ダイコート法及びスリット＆スピンコート法等の塗布方法であってもよい。

図３（ｂ）、（ｃ）に示す無機酸化物配線形成工程は、接着層２０上に無機酸化物配線４０を形成する工程である。本実施形態の無機酸化物配線形成工程は、無機酸化物層４０Ａを形成する第１手順と、無機酸化物層４０Ａにパターンニングを行い無機酸化物配線４０を形成する第２手順と、を有する。

図３（ｂ）に示す無機酸化物配線形成工程の第１手順では、スパッタリングによって、接着層２０上に酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を積層させて、無機酸化物層４０Ａを形成する。本実施形態の第１手順におけるスパッタリングの電力値は、５．６ｋＷとした。また、本実施形態の第１手順における基材１０の搬送速度は、４９５ｎｍ／秒とした。本実施形態の無機酸化物配線形成工程の第１手順では、厚さ６０ｎｍの無機酸化物層４０Ａが形成される。

図３（ｃ）に示す無機酸化物配線形成工程の第２手順では、フォトリソグラフィによって無機酸化物層４０Ａのパターンニングが行われる。第２手順では、まず、無機酸化物層４０Ａ上にフォトレジスト層を形成する。本実施形態では、フォトレジストとしてポジ型フォトレジストであるノボラック樹脂を用いた。フォトレジストは、一般的なスピンコーターによって無機酸化物層４０Ａ上に塗布され、フォトレジスト層が形成される。
次に、フォトレジスト層の乾燥を行う。本実施形態では、チャンバー内において減圧下でベークを行うことで乾燥させる。チャンバー内の気圧は、１３０Ｐａとした。ベーク温度は、１２０℃とした。ベーク時間は、２分とした。
次に、無機酸化物配線４０に対応したパターン形状が描画されたフォトマスクを介して、フォトレジスト層に紫外光を照射して、フォトレジスト層を露光する。本実施形態において、露光量は、７０ｍＪとした。
次に、露光後のフォトレジスト層の現像を行い、不要なレジストを除去する。現像液は、ポジ現像液を用いた。現像方法としては、スプレー現像法を用いた。現像液圧は、０．１５ＭＰａとした。現像液の温度は、２５℃とした。現像時間は、１００秒とした。
次に、無機酸化物層４０Ａのエッチングを行い、無機酸化物層４０Ａのうちフォトレジスト層が除去された部分を除去し、無機酸化物配線４０に対応したパターン形状にパターンニングする。エッチング液は、シュウ酸水溶液とした。エッチング液の液温は、４０℃とした。エッチング時間は、６０秒とした。
次に、無機酸化物配線４０上に残存するフォトレジスト層の剥膜を行う。剥膜液は、ケイ酸塩水溶液を用いた。剥膜液の温度は、４０℃とした。剥膜時間は、１８０秒とした。フォトレジスト層の剥膜が終了すると、図３（ｃ）に示すように、所定のパターン形状の無機酸化物配線４０が形成される。

図３（ｄ）に示す金属配線形成工程は、少なくとも一部が無機酸化物配線４０上に重なるように接着層２０上に金属配線３０を形成する工程である。本実施形態の金属配線形成工程は、金属箔（金属層）３０Ａを形成する第１手順と、金属箔３０Ａにパターニングを行い金属配線３０を形成する第２手順と、を有する。

図３（ｄ）に示す金属配線形成工程の第１手順では、まず金属箔３０Ａが形成される。金属箔３０Ａはシート状に形成された厚さ２０００ｎｍの銅箔である。本実施形態の第１手順では、厚さ２０００ｎｍの金属箔３０Ａが形成される。本実施形態の金属箔３０Ａは電解鍍金法によって形成されるが、スパッタリング法で形成されていてもよい。なお、金属箔３０Ａの形成時には、製膜の土台となるベース部材（図示略）を使用してもよい。この場合、金属箔３０Ａは、例えば、後段の基材１０に貼り付ける工程の後にベース部材から取り外される。
第１手順では、次に金属箔３０Ａの下側を向く接着面３０ｃを接着層２０に重ね合わせて金属箔３０Ａと基材１０とを所定の圧力で圧着させつつ、接着層２０を乾燥させる。これにより、接着層２０を介して、金属箔３０Ａと基材１０とを貼り合わせることができる。第１手順を経ることで、金属箔３０Ａと基材１０との間には、無機酸化物配線４０が挟み込まれる。

なお、金属配線形成工程の第１手順は、接着層２０上にスパッタリングなどの薄膜堆積法、又は電解鍍金法などの手段によって金属層を直接的に形成する工程であってもよい。

なお、鍍金法によって金属箔を基材上に設ける場合は、鍍金槽内への基材の浸漬時や基材の搬送時に、基材の割れ及び欠けが発生する虞がある。しかしながら、本実施形態では、金属配線形成工程の第１手順において、接着層２０を介して金属箔３０Ａを基材１０上に貼り合わせるため、基材１０の割れ及び欠けが発生することを抑制できる。したがって、走査アンテナ１の製造工数及び製造コストが増大することを抑制できる。また、走査アンテナ１の信頼性を高めることができる。

図３（ｄ）に示す仕掛品に対し、金属配線形成工程の第２手順を行うことで、図２に示す走査アンテナ１を形成することができる。図２に示すように、金属配線形成工程は、金属箔３０Ａをパターニングして金属配線を形成する工程である。金属箔３０Ａのパターンニングは、フォトリソグラフィによって行われる。

金属配線形成工程の第２手順では、まず、金属箔３０Ａ上にフォトレジスト層を形成する。本実施形態では、フォトレジストとしてポジ型フォトレジストであるノボラック樹脂を用いた。フォトレジストは、一般的なスピンコーターによって金属箔３０Ａ上に塗布され、フォトレジスト層が形成される。
次に、フォトレジスト層の乾燥を行う。本実施形態では、チャンバー内において減圧下でベークを行うことで乾燥させる。これにより、フォトレジスト層の乾燥時間を短縮できる。チャンバー内の気圧は、１３０Ｐａとした。ベーク温度は、１２０℃とした。ベーク時間は、２分とした。
次に、金属配線３０に対応したパターン形状が描画されたフォトマスクを介して、フォトレジスト層に紫外光を照射して、フォトレジスト層を露光する。本実施形態において、露光量は、３５ｍＪとした。
次に、露光後のフォトレジスト層の現像を行い、不要なレジストを除去する。現像液は、ポジ現像液を用いた。現像方法としては、スプレー現像法を用いた。現像液圧は、０．１ＭＰａとした。現像液の温度は、２５℃とした。現像時間は、２５秒とした。
次に、金属箔３０Ａのエッチングを行い、金属箔３０Ａのうちフォトレジスト層が除去された部分を除去し、金属箔３０Ａを、金属配線３０に対応したパターン形状にパターンニングする。エッチング液は、過酸化水素水、硫酸及び水を混合した混合水溶液とした。過酸化水素水の濃度は、２％～２０％程度とした。硫酸の濃度は、２％～２０％程度とした。エッチング液の液温は、４０℃とした。エッチング時間は、６０秒～３００秒程度とした。
次に、金属配線３０上に残存するフォトレジスト層の剥膜を行う。剥膜液は、ケイ酸塩水溶液を用いた。剥膜液の温度は、４０℃とした。剥膜時間は、１８０秒とした。
最後に、窒素雰囲気化においてベーク温度２５０℃、ベーク時間９０分のポストベークを行う。

なお、無機酸化物配線４０の形成後に熱処理によって無機酸化物を結晶化させることで、無機酸化物配線４０が金属配線３０を形成するエッチング工程の影響を受けること（具体的にはエッチングされてしまうこと）を抑制できる。

＜まとめ＞
本実施形態の走査アンテナ１は、基材１０と、基材１０上に設けられる接着層２０と、接着層２０上に設けられる無機酸化物配線４０と、接着層２０上に設けられ少なくとも一部が無機酸化物配線４０上に重なり無機酸化物配線４０と接続される金属配線３０と、を有する。

本実施形態によれば、無機酸化物配線４０は、金属配線３０と接着層２０との間に配置される。このため、無機酸化物配線４０は、厚膜の金属配線３０上に乗り上げるような段差形状（図４参照）を有することがなく、全長に亘って略均一な形状に形成できる。すなわち、本実施形態の無機酸化物配線４０には、応力が集中し易い部分が形成され難く、無機酸化物配線４０に断線が生じることを抑制できる。したがって、走査アンテナ１の信頼性を高めることができる。

本実施形態によれば、無機酸化物配線４０は、金属配線３０と接着層２０との間に配置される。このため、無機酸化物配線４０が接着層２０に接着固定され、接着層２０によって保護されて損傷が生じ難くなる。加えて、無機酸化物配線４０の周囲において、金属配線３０と接着層２０とが強固に接着固定されるため、無機酸化物配線４０と金属配線３０との間に十分な圧力が付与され、無機酸化物配線４０と金属配線３０との接続が安定する。加えて無機酸化物配線４０と金属配線３０との界面は、親和性が高く密着しやすいため、無機酸化物配線４０と金属配線３０との電気的な接続を安定させやすい。

本実施形態の無機酸化物配線４０の線幅は、高抵抗化の観点から５μｍ以上１５μｍ以下とされる。このため、金属配線３０と接着層２０との界面における無機酸化物配線４０の占有率を十分に小さくすることができ、無機酸化物配線４０が金属配線３０と接着層２０との接着を阻害し難い。

本実施形態によれば無機酸化物配線４０が、接着層２０に接触するため、無機酸化物配線４０の歪を接着層２０によって吸収させることができる。これにより、無機酸化物配線４０の断線を抑制でき、走査アンテナ１の信頼性を高めることができる。

本実施形態によれば、金属配線３０は、接着層２０を介して基材１０に貼り合わされる。厚膜に形成される金属配線３０の内部応力は大きく、また、金属製である金属配線３０と基材１０との密着力は小さい。そのため、金属配線３０を基材１０上に直接設ける場合では、基材１０からの金属配線３０の浮き及び剥がれが発生し易い。本実施形態では、金属配線３０及び基材１０の両方と密着性が高い接着剤から成る接着層２０を介して、金属配線３０が基材１０に貼り合わされるため、基材１０からの金属配線３０の浮き及び剥がれが発生することを抑制できる。したがって、走査アンテナ１の信頼性を高めることができる。

本実施形態において、接着層２０の線膨張係数は、金属配線３０の線膨張係数、及び無機酸化物配線４０の線膨張係数と十分に近い値であることが好ましい。本実施形態では、無機酸化物配線４０は、酸化インジウムスズ（線膨張係数７．２×１０^－６／Ｋ）からなり、金属配線３０は、銅（線膨張係数１６．８×１０^－６／Ｋ）からなる。このため、接着層２０の線膨張係数が、２０×１０^－６／Ｋ以下であることが好ましい。この場合に、金属配線３０、無機酸化物配線４０、接着層２０それぞれの熱膨張量及び熱収縮量の差分を小さくできるため、無機酸化物配線４０に加わる負荷を低減でき、無機酸化物配線４０が断線することを抑制できる。なお、ここで、「金属配線が銅からなる」とは、金属配線３０が純銅である場合のみならず、銅を主成分とする銅合金である場合も含む。

さらに、熱膨張量及び熱収縮量の差分を小さくするという観点から、接着層２０の線膨張係数は、金属配線３０の線膨張係数と無機酸化物配線４０の線膨張係数との間の値であることがより好ましい。すなわち、本実施形態において、接着層２０の線膨張係数は、７．２×１０^－６／Ｋ以上１６．８×１０^－６／Ｋ以下であることがより好ましい。

本実施形態の走査アンテナ１の製造方法は、基材１０上に接着層２０を形成する接着層形成工程と、接着層２０上に無機酸化物配線を形成する無機酸化物配線形成工程と、少なくとも一部が無機酸化物配線４０上に重なるように接着層２０上に金属配線３０を形成する金属配線形成工程と、を有する。

本実施形態によれば、無機酸化物配線４０を形成した接着層２０の表面に金属配線３０を形成する。このため、図４の従来技術のように金属配線３０上に無機酸化物配線４０を形成する場合と比較して、無機酸化物配線４０に段差部分が形成されることを抑制できる。これにより、無機酸化物配線４０には、応力が集中し易い部分が形成され難く、無機酸化物配線４０に断線が生じることを抑制できる。

また、本実施形態によれば、接着層２０上に無機酸化物配線４０を形成した後に、無機酸化物配線４０上に重なるように接着層２０上に金属配線３０を形成する。このため、本実施形態の無機酸化物配線４０は、接着層２０の上面の上側に位置し、金属配線３０に対して埋め込まれるように配置される。すなわち、本実施形態の無機酸化物配線４０は、金属配線３０に埋設されており金属配線３０との接触面積が大きく確保されている。これにより、金属配線３０と無機酸化物配線４０との接触面積を大きく確保し易く金属配線３０と無機酸化物配線４０の電気的な接続を安定させることができる。

一般的に、鍍金加工によって、金属配線３０を形成する場合は、金属配線３０が複雑な形状であると、電流密度に偏りが生じやすいため、金属配線３０の膜厚のムラが大きくなり易く、走査アンテナ１の動作が不安定になる虞がある。本実施形態では、上述のように、金属箔３０Ａの形状が簡易な形状であるシート状であるため、鍍金加工によって形成される金属箔３０Ａの膜厚ムラを低減できる。また、本実施形態では、金属配線形成工程の第１手順において、金属箔３０Ａを基材１０上に貼り合わせた後に、金属配線形成工程の第２手順において、金属箔３０Ａをパターンニングして金属配線３０を形成する。したがって、金属配線３０の膜厚のムラを低減でき、走査アンテナ１の信頼性を高めることができる。

一般的に、鍍金加工によって、厚膜の配線パターンを形成する場合、基材と配線パターンとの接着性を充分に得られない。基材と厚膜の配線パターンとの接着性を高める方法として、導電性ペーストによって厚膜の配線パターンを形成する方法があるが、この方法では、不活性ガス雰囲気下で導電性ペーストを焼成する必要が有るため、製造コストが増大してしまう。本実施形態では、金属配線形成工程の第１手順において、金属箔３０Ａを基材１０上に貼り合わせた後に、金属配線形成工程の第２手順において、金属箔３０Ａをパターンニングして金属配線３０を形成する。したがって、厚膜の金属配線３０の製造コストが増大することを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせなども含まれる。以下にいくつか変更を例示するが、これらは全てではなく、これら以外の変更も可能である。これらの変更は自由に組み合わせることができる。

１…走査アンテナ
１０…基材
２０…接着層
３０…金属配線
３０ｃ…接着面
３０Ａ…金属箔（金属層）
４０…無機酸化物配線

Claims (5)

1. 基材と、
   前記基材上に設けられる接着層と、
   前記接着層上に設けられる無機酸化物配線と、
   前記接着層上に設けられ少なくとも一部が前記無機酸化物配線上に重なり前記無機酸化物配線と接続される金属配線と、を有する、
   走査アンテナ。
2. 前記無機酸化物配線は、酸化インジウムスズからなり、
   前記金属配線は、銅からなり、
   前記接着層の線膨張係数が、２０×１０^－６／Ｋ以下である、
   請求項１に記載の走査アンテナ。
3. 前記無機酸化物配線の線幅は、５μｍ以上１５μｍ以下である、
   請求項１に記載の走査アンテナ。
4. 基材上に接着層を形成する接着層形成工程と、
   前記接着層上に無機酸化物配線を形成する無機酸化物配線形成工程と、
   少なくとも一部が前記無機酸化物配線上に重なるように前記接着層上に金属配線を形成する金属配線形成工程と、を有する、
   走査アンテナの製造方法。
5. 前記金属配線形成工程は、
   前記接着上に金属層を形成する第１手順と、
   前記金属層をパターニングする第２手順と、を含む、
   請求項４に記載の走査アンテナの製造方法。

Images