JP7354944B2 - 配線基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材の表面に配線層を形成する配線基板の製造方法および配線基板に関する。

従来から、配線基板の製造方法では、基材の表面に配線パターンとなる金属層が形成される。このような配線パターンの製造方法として、例えば、特許文献１に示す金属皮膜の成膜方法が利用されている。この方法では、まず、基材の表面に配線パターンに応じたシード層を形成する。次に、シード層に金属イオンが含浸された固体電解質膜を接触させ、陽極と陰極であるシード層との間に電源の電圧を印加することにより、固体電解質膜に含浸された金属をシード層に析出させる。これにより、シード層に金属層が析出した配線パターンを得ることができる。

特開２０１６－１２５０８７号公報

しかしながら、特許文献１で示す成膜方法では、シード層を陰極として作用させるために、シード層の一部に、電源を接続している。このため、配線パターンが微細になるに従って、シード層を構成するすべての配線に対して電源を接続することは難しい。

そこで、絶縁性の基材の表面に、導電性を有する下地層を設け、下地層の表面に、金属を含有するシード層が設けられたシード層付き基材を準備することも考えられる。しかし、下地層とシード層との密着性が低い場合には、固体電解質膜に含浸された金属をシード層に析出させた後に、固体電解質膜をシード層から剥がす際に、下地層とシード層とが剥離するおそれがある。また、配線基板の使用環境によっては、配線層を構成する下地層とシード層とが剥離するおそれがある。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、本発明として、下地層とシード層との密着性が向上した配線基板の製造方法および配線基板を提供することにある。

本発明は、前記課題を鑑みて、本発明に係る配線基板の製造方法は、絶縁性の基材と、前記基材の表面に設けられた所定の配線パターンの配線層と、を備えた配線基板の製造方法であって、前記基材の表面に導電性を有する下地層が設けられ、前記下地層の表面に、前記配線パターンに応じた所定パターンの、金属を含有するシード層が設けられたシード層付き基材を準備する工程と、前記シード層にレーザ光を照射することにより、前記下地層と前記シード層との間に、前記下地層を構成する元素と、前記シード層を構成する元素とが相互に拡散した拡散層を形成する工程と、陽極と、陰極である前記シード層との間に固体電解質膜を配置し、前記固体電解質膜を少なくとも前記シード層に押圧し、前記陽極と、前記下地層との間に電圧を印加して、前記固体電解質膜に含有した金属イオンを還元することで、前記シード層の表面に金属層を形成する工程と、前記下地層のうち、前記シード層から露出した部分を前記基材から除去することにより、前記配線層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の配線基板の製造方法によれば、絶縁性の基材の表面に下地層が設けられ、下地層の表面にシード層が設けられたシード層付き基材に、金属層を形成する。この際には、固体電解質膜をシード層に押圧し、陽極と下地層との間に電圧を印加して、固体電解質膜に含有した金属イオンを還元することで、シード層の表面に金属層を形成する。ここで、たとえば、下地層の表面に酸化物を含んでいると、固体電解質膜がシード層ばかりでなく下地層を押圧したとしても、シード層の表面のみに選択的に金属層を形成することが可能である。したがって、樹脂製のレジストパターンを用いることなく、シード層の表面に金属層を形成することが可能である。そして、下地層のうちシード層および金属層が形成されていない部分、すなわちシード層から露出した部分を除去することにより、絶縁性の基材の表面に所定の配線パターンを有する配線層を形成することができる。以上のように、樹脂製のレジストパターンを用いることなく、シード層の表面に金属層が形成されるので、レジストパターンの形成および除去が不要である。その結果、配線基板を製造する際に多数の工程が必要になったり、多くの廃液が発生したりするのを抑制することができる。

さらに、本発明では、拡散層を形成する工程において、シード層にレーザ光を照射することにより、下地層とシード層との間に、下地層を構成する元素と、シード層を構成する元素とが相互に拡散した拡散層を形成する。これにより、拡散層を介して、下地層とシード層との密着性を向上することができる。

より好ましい態様としては、前記シード層を構成する元素は貴金属元素であり、準備した前記シード層付き基材の前記下地層は、前記下地層が前記シード層に接触している接触面に、酸化物を含んでおり、前記拡散層を形成する工程において、前記シード層に前記レーザ光を照射することにより、前記拡散層として、前記酸化物に由来した酸素が拡散した拡散層を形成する。

一般的に、貴金属元素は酸化物と親和性が低いため、シード層と下地層との密着性は期待できないところ、この態様によれば、シード層にレーザ光を照射することにより、下地層の接触面に含まれる酸化物の酸素元素と、シード層の貴金属元素とが拡散した拡散層を得ることができる。このため、シード層と下地層との密着性を、拡散層を介して向上させることができる。

より好ましい態様としては、前記シード層は、金属ナノ粒子を含む。この態様によれば、シード層に含まれる金属ナノ粒子の間には、空隙が形成されるため、この空隙により、シード層を透過し、下地層とシード層との界面にレーザ光を到達させることができる。このような結果、下地層とシード層の界面にレーザ光のエネルギを供給することができるため、下地層とシード層との間に、これらの層の元素が、より均一に拡散した拡散層を安定して形成することができる。

より好ましい態様としては、前記シード層付き基材を準備する工程において、前記金属ナノ粒子が分散媒に分散したインクを前記下地層に前記所定パターンで塗布した後、塗布した前記インクを乾燥することにより、前記シード層を形成し、前記インクの乾燥を、前記シード層に前記分散媒が残存している量が、前記シード層に対して０．１質量％以下となるまで行う。

この態様によれば、シード層に含まれる分散媒が０．１質量％以下となるまで、塗布したインクを乾燥することにより、レーザ光の照射時に、安定して拡散層を形成することができ、下地層とシード層との密着性を向上することができる。ここで、インクの分散媒が残存している量が、０．１質量％を超えると、レーザ光の照射によって、分散媒が蒸気化して、急激に体積膨張し、金属ナノ粒子が飛散するため、安定した拡散層を形成し難くなる。

本明細書では、本発明として、基材の表面に配線層を形成した配線基板も開示する。本発明に係る配線基板は、絶縁性の基材と、前記基材の表面に設けられた所定の配線パターンの配線層と、を備えた配線基板であって、前記配線層は、前記基材の表面に設けられた導電性を有する下地層と、前記下地層の表面に設けられた金属を含有するシード層と、前記シード層の表面に設けられた金属層とを備えており、前記下地層とシード層との間には、前記下地層を構成する元素と、前記シード層を構成する元素とが相互に拡散した拡散層が形成していることを特徴とする。

本発明の配線基板によれば、下地層とシード層との間には、下地層を構成する元素と、シード層を構成する元素とが相互に拡散した拡散層が形成されているため、下地層とシード層との密着性を向上することができる。結果として、配線基板の信頼性を高めることができる。

本発明の配線基板の製造方法および配線基板によれば、下地層とシード層との密着性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る配線基板の製造方法を説明するためのフロー図である。 図１に示すシード層付き基材の準備工程を説明するための模式的概念図である。 図１に示す拡散層の形成工程を説明するための模式的概念図である。 図１に示す金属層の形成工程を説明するための模式的概念図である。 図１に示す除去工程を説明するための模式的概念図である。 本発明の実施形態に係る配線基板の製造に用いる成膜装置の構造を示す断面図である。 図３に示す成膜装置において、基板に固体電解質膜を接触させた状態を示す断面図である。 参考実施例１および参考比較例１に係る試験片のテープ剥離試験の結果およびＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真である。

以下に本発明の実施形態による配線基板およびその製造方法について説明する。

１．配線基板１の製造方法について
まず、本実施形態に係る配線基板１の製造方法について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る配線基板１の製造方法を説明するためのフロー図である。図２Ａ～図２Ｄのそれぞれは、図１に示すシード層付き基材１０の準備工程Ｓ１、拡散層１４の形成工程Ｓ２、金属層１５の形成工程Ｓ３、および除去工程Ｓ４を説明するための模式的概念図である。

本実施形態に係る配線基板１の製造方法は、絶縁性の基材１１と、絶縁性の基材１１の表面に設けられた所定の配線パターンの配線層２と、を備えた配線基板１（図２Ｄを参照）の製造に適用することができる。特に、この製造方法は、高密度の配線パターンを有した配線基板の製造に好適である。

１－１．シード層付き基材１０の準備工程Ｓ１について
本実施形態の製造方法では、図１に示すように、まず、シード層付き基材１０の準備工程Ｓ１を行う。この工程では、図２Ａに示すように、基材１１の表面に下地層１２が設けられ、下地層１２の表面に、シード層１３が設けられたシード層付き基材１０を準備する。

（１）基材１１について
基材１１としては、絶縁性を有していれば特に限定されるものではないが、例えばガラスエポキシ樹脂からなる基材、焼成したガラスエポキシ樹脂からなる基材、ポリイミド樹脂等の可撓性を有するフィルム状の基材、またはガラスからなる基材等を用いることが好ましい。本実施形態では、基材１１としては、ガラスエポキシ樹脂からなる基材を用いることが特に好ましい。

また、基材１１として、樹脂からなる基材を用いる場合、例えばＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＰＳ樹脂、ＥＶＡ樹脂、ＰＭＭＡ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂、ＰＡ樹脂、ＰＯＭ樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＰ樹脂、ＰＥ樹脂、ＰＩ樹脂（ポリイミド）、エラストマーとＰＰを含むポリマーアロイ樹脂、変性ＰＰＯ樹脂、ＰＴＦＥ樹脂、ＥＴＦＥ樹脂等の熱可塑性樹脂、あるいはフェノール樹脂、メラミン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート、シリコーン樹脂、アルキド樹脂等の熱硬化性樹脂や、例えばエポキシ樹脂にシアネート樹脂を加えた樹脂や、液晶ポリマー等からなる基材を用いることができる。

（２）下地層１２について
下地層１２は、導電性を有し、シード層１３に電流を通電するための層である。後述の如く、シード層１３に選択的に金属層１５が形成されることを考慮すると、下地層１２は、下地層１２のうち、少なくともシード層１３から露出した部分（以下「下地層１２の露出部分」）１２ａの表面に、酸化物を含むことが好ましい。本実施形態では、後述する如く、レーザ光Ｌの照射により、酸化物を構成する元素を拡散することができるため、下地層１２がシード層１３に接触している接触面（以下「下地層１２の接触面」）１２ｂに、酸化物を含んでいてもよい。なお、下地層１２の酸化物を含まない部分は、下地層１２のうち、その主要となる材料（母材）で構成されている部分である。

酸化物としては、大気中の自然酸化に起因して自然に形成された自然酸化膜であってもよく、表面処理を施すことにより形成された酸化膜（酸化物層）でもよい。

自然酸化膜は、下地層１２が後述するＺｒＳｉ_２およびＷＳｉ_２等のシリサイドである場合には、酸化ケイ素の膜であり、下地層１２が、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉおよびその合金である場合には、これらの金属の不動態膜である。

一方、表面処理により形成された酸化膜としては、下地層１２よりも絶縁性の高い酸化膜でよく、具体的には、下地層１２の表面に酸化処理を行って形成された酸化膜、または、蒸着法を行って下地層１２の表面に別途設けられた酸化膜を挙げることがきる。酸化処理の例としては、Ｏ_２プラズマ処理、酸素雰囲気下におけるレーザ光照射、または酸素雰囲気下における炉加熱等を挙げることができ、蒸着法の例としては、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、またはスパッタリングを利用したＰＶＤ等を挙げることができる。

本実施形態では、後述するように、レーザ光Ｌの照射により、下地層１２の接触面１２ｂに含有する酸化物を構成する元素を拡散することができる。そのため、表面処理により酸化膜を形成する場合には、表面処理を、シード層１３を形成する前に行ってもよい。なお、表面処理による酸化膜の形成は、シード層１３を形成した後に下地層１２の露出部分１２ａに対して行ってもよく、この場合には、必要に応じて、シード層１３にメタルマスクを施すことが好ましい。

下地層１２の材料としては、具体的には、ＺｒＳｉ_２、ＷＳｉ_２、ＣｒＳｉ_２、もしくはＭｏＳｉ_２等の金属珪化物（シリサイド）、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｎｉ、もしくはＳｉ等の金属、または、これらの金属の一以上を挙げることができる。

下地層１２の層厚は、特に限定されるものではないが、１～２００ｎｍが好ましい。下地層１２の層厚が、１ｎｍ未満の場合には、下地層１２の形成が困難である。一方、下地層１２の層厚が、２００ｎｍを超える場合には、材料や加工費が増加する。

下地層１２は、基材１１の一方側の全面に形成されている。下地層１２の形成方法は、特に限定されるものではなく、スパッタリングを利用したＰＶＤ（物理蒸着法）、ＣＶＤ（化学蒸着法）、めっき法、スピンコート法、または印刷法等を挙げることができる。

（３）シード層１３について
シード層１３は、金属を含む層であり、配線パターンを有する金属層１５を形成する際に陰極となる層である。シード層１３は、配線パターンに応じた複数の独立パターンで構成され、独立パターン同士は、互いに離間して配置され、導通していない。

したがって、シード層１３を構成する独立パターンは、下地層１２を介して互いに導通している。このため、後述する金属層１５の形成の際、電圧印加用の引出し線をシード層１３に形成することなく、シード層１３に金属層１５を形成することができる。このような結果、引出し線用を形成するスペースが不要となり、より高密度な配線パターンを容易に形成可能となる。

本実施形態では、シード層１３の層厚は、特に限定されるものではないが、金属層１５を形成する際に、ムラの発生を防止することを考慮して、２０ｎｍ以上とするのが好ましく、製造コストを考慮して、３００ｎｍ以下とするのが好ましい。

シード層１３を構成する元素としては、耐酸化性の高い貴金属元素が好ましく、たとえば、貴金属元素としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕからなる群より選択される金属の１種以上を用いてもよい。

シード層１３は、例えば蒸着法やスパッタリング法により、下地層１２の表面に形成されていてもよい。たとえば、金属ナノ粒子が分散媒に分散したインク（以下「インク」という）を下地層１２に所定パターンで塗布した（印刷した）後、塗布したインクを乾燥することにより、シード層１３を形成してもよい。

ここで、スパッタリング法により形成されているシード層は、連続した緻密な膜となるので、後述するレーザ光Ｌの透過性を考慮すると、シード層１３は、インクを用いて形成されることがより好ましい。これにより、シード層１３は、金属ナノ粒子を含み、金属ナノ粒子間には空隙が形成される。この空隙により、後述する拡散層１４の形成工程Ｓ１２において、レーザ光Ｌが下地層１２とシード層１３との界面に到達し易くなる。このような結果、下地層１２とシード層１３の界面にレーザ光のエネルギを供給することができるため、下地層１２とシード層１３との間に、これらの層の元素が、より均一に拡散した拡散層１４を安定して形成することができる。

本明細書では「ナノ粒子」とは、その平均粒径が数ナノオーダーから１００ナノオーダーの粒子のことである。ナノ粒子の粒径測定方法としては、金属ナノ粒子のＦＥ－ＳＥＭ画像やＴＥＭ画像の一定範囲内にある粒子を画像上で抽出し、これらの金属ナノ粒子の直径（円として近似した直径）の平均値を求めて平均粒径とする方法等を挙げることができる。

金属ナノ粒子の平均粒径は、特に限定されるものではないが、μｍオーダーの配線を形成するためには、より小さい方が好ましく、例えば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下のｎｍオーダーの平均粒径であることがより好ましい。また、例えば２０ｎｍ以下の金属ナノ粒子を用いることによって、金属粒子の融点が低下し焼結しやすくなる。金属ナノ粒子としては、シード層１３を構成する元素として例示した同様の貴金属元素を挙げることができる。

インクを用いてシード層１３を形成する際は、所定のパターンになるように、下地層１２の表面にインクを塗布して、塗布したインクを焼結する。インクを塗布する方法は、特に限定されるものではないが、例えばスクリーン印刷、インクジェット印刷、転写印刷等の様々な印刷法を用いることができる。シード層１３を焼結により形成する場合、基材１１の耐熱温度以下（例えばガラスエポキシ樹脂からなる基材１１を用いる場合、約２５０℃以下）で焼結を行う。

インクは、金属ナノ粒子と、金属ナノ粒子を分散させる分散媒とを含む。必要に応じて、インクは添加剤をさらに含んでよい。分散媒は、特に限定されるものではないが、固化の際に揮発するものが好ましい。例えば、分散媒としてデカノールを用いることができる。添加剤として炭素数が１０個～１７個程度の直鎖の脂肪酸塩を用いることができる。

シード層１３がインクを用いて形成されている場合には、金属ナノ粒子が分散媒に分散したインクを下地層１２に所定パターンで塗布した後、塗布したインクを乾燥することにより、シード層１３を形成することが好ましい。この際、シード層１３に分散媒が残存している量（以下、「残存量」）が、シード層１３に対して０．１質量％以下となるまで、インクを乾燥する。

この構成にすることにより、下地層１２とシード層１３との密着性を向上することができる。ここで、分散媒の残存量が、０．１質量％を超えると、レーザ光Ｌの照射によって、分散媒が蒸気化に伴って急激に体積膨張し、金属ナノ粒子が飛散することがある。そのため、シード層１３を構成する金属が拡散した拡散層１４が形成され難くなる結果、下地層１２とシード層１３との密着性が低下する。

なお、分散媒の残存量は、シード層１３（シード層１３を構成する金属ナノ粒子と、シード層１３に残存している分散媒との合計質量）に対するシード層１３に残存している分散媒の質量の割合（％）である。ここで、シード層１３を構成する金属ナノ粒子の量と、シード層１３に残存している分散媒の量とは、ＧＣ－ＭＳなど（ガスクロマトグラフィー）により測定することができる。

１－２．拡散層１４の形成工程Ｓ２について
次に、図１に示すように、拡散層１４の形成工程Ｓ２を行う。この工程では、図２Ｂに示すように、シード層１３にレーザ光Ｌを照射することにより、下地層１２とシード層１３との間に、下地層１２を構成する元素と、シード層１３を構成する元素とが相互に拡散した拡散層１４を形成する。これにより、後述するように、拡散層１４を介して、下地層１２とシード層１３との密着性を向上させることができる。

また、レーザ光Ｌの照射による瞬間的な発熱で拡散層１４を形成することができるため、基材１１として、ガラスエポキシ樹脂からなる基材や樹脂からなる基材のような、耐熱温度が低い基材を用いる場合であっても、基材１１の損傷を回避して、拡散層１４を形成することができる。

加えて、下地層１２の接触面１２ｂに酸化物が含まれている場合には、通常、金属製の下地層１２は、酸化物に密着し難いため、接触面１２ｂの酸化物により、下地層１２とシード層１３との密着性が低下し易い。このため、本実施形態では、レーザ光Ｌを照射することにより、後述するように、下地層１２およびシード層１３を構成する元素とともに、接触面１２ｂに含まれている酸化物由来の酸素をさらに拡散した拡散層１４を形成することができる。この結果、下地層１２とシード層１３との密着性を向上させることができる。

一般的に、貴金属は酸化物の酸素と親和性が低い。そのため、下地層１２の接触面１２ｂに酸化物が含まれていると、シード層１３を構成する元素が貴金属元素である場合には、後述の如くシード層１３を熱処理しても、シード層１３の貴金属元素は酸化物と結合し難い。しかしながら、本実施形態では、レーザ光Ｌの照射により、後述の如く、下地層１２とシード層１３の界面を瞬間的に昇温にすることにより、シード層１３を構成する貴金属元素が酸化物中にも拡散し易く、下地層を構成する元素の１つである酸化物由来の酸素元素と、貴金属元素とが拡散した拡散層１４を形成することができる。

本実施形態では、レーザ光Ｌの出力密度および照射時間は、拡散層１４が形成されていれば、特に限定されるものではない。たとえば、後述する発明者の実験結果から、安定した拡散層１４を形成するには、レーザ光の出力は、４５～７０Ｗ／ｍｍ^２の範囲にあることが好ましく、照射時間は、１秒～１２０秒程度が好ましいが、これらは拡散層１４が形成される１つの条件である。データ光Ｌの出力の範囲および照射時間が、この条件から外れた場合であっても、通常の加熱による熱処理に比べて、レーザ光Ｌにより安定した拡散層１４が形成されるため、拡散層１４が形成されるのであれば、これらの条件は特に限定されるものではない。また、レーザ光Ｌの出力密度および照射時間を、シード層１３の表面にシード層１３を構成する金属の一部の溶融または凝集が発生しない範囲に設定することが好ましい。

レーザ光Ｌは、拡散層１４を形成することができれば特に限定されるものでないが、ＹＡＧレーザなどの固体レーザ、ＣＯ_２などを利用したガスレーザ、半導体レーザ等により発生したレーザ光であり、発生および照射の方式は特に限定されない。レーザ光Ｌは、赤外線の波長領域が好ましく、特に、近赤外線の波長領域（７８０～２５００ｎｍ）であることが好ましい。近赤外線の波長領域のレーザ光Ｌを照射することにより、短時間で、下地層１２とシード層１３とを昇温し、相互拡散性の高い拡散層１４を形成することができる。

１－３．金属層１５の形成工程Ｓ３について
次に、図１に示すように、金属層１５の形成工程Ｓ３を行う。この工程では、図３および図４に示す成膜装置５０を用いて、図２Ｃに示すように、シード層付き基材１０のシード層１３の表面に金属層１５を形成する。ここで、シード層付き基材１０では、上述の如く、レーザ光Ｌの照射により、下地層１２とシード層１３との間に拡散層１４が形成されている。金属層１５の材料としては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、またはＡｕ等が好ましく、Ｃｕが特に好ましい。金属層１５の層厚は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下に形成される。

以下に、図３、４を参照して、まず、成膜装置５０について説明し、次に、成膜装置５０を用いた金属層１５の形成について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る配線基板１の製造に用いる成膜装置５０の構造を示す断面図である。図４は、図３に示す成膜装置５０において、ハウジング５３を所定の高さまで下降させた状態を示す断面図である。

（１）成膜装置５０の構造について
成膜装置５０は、固相電析法で、金属皮膜として金属層１５を成膜する成膜装置（めっき装置）であり、シード層１３の表面に金属層１５を成膜（形成）する際に用いられる。

図３に示すように、成膜装置５０は、金属製の陽極５１と、陽極５１と陰極であるシード層１３との間に配置された固体電解質膜５２と、陽極５１と下地層１２との間に電圧を印加する電源部５４と、を備えている。下地層１２およびシード層１３と、これらの間に形成された拡散層１４とは導通しているため、陽極５１と下地層１２との間に電源部５４で電圧を印加することにより、成膜時に、陽極５１とシード層１３との間に電流が流れる。

本実施形態では、成膜装置５０は、さらにハウジング５３を備えており、ハウジング５３には、陽極５１と、金属層１５の材料である金属（例えばＣｕ）のイオンを含む溶液Ｌ（以下、金属溶液Ｌという）と、が収容されている。より具体的には、陽極５１と固体電解質膜５２との間に、金属溶液Ｌを収容する空間が形成され、収容された金属溶液Ｌは、一方側から他方側に流れる。

図３の如く、陽極５１と固体電解質膜５２とが離間して配置されている場合には、陽極５１は、板状であり、金属層１５と同じ材料（例えばＣｕ）からなる可溶性の陽極、または、金属溶液Ｌに対して不溶性を有した材料（例えばＴｉ）からなる陽極のいずれであってもよい。一方、図には示していないが、陽極５１と固体電解質膜５２とが接触している場合には、陽極５１として、金属溶液Ｌが透過し、かつ固体電解質膜５２に金属イオンを供給する、多孔質体からなる陽極を用いてもよい。

なお、陽極５１を固体電解質膜５２に押圧すると、固体電解質膜５２に対する陽極５１の押圧力のばらつきに起因して、析出ムラが生じる可能性がある。そのため、微細配線パターンの作製の際は、図３の如く、陽極５１と固体電解質膜５２とが離間している構成が好適である。

固体電解質膜５２は、上述した金属溶液Ｌに接触させることにより、金属イオンを内部に含浸（含有）することができ、電圧を印加したときに陰極（シード層１３）の表面において金属イオン由来の金属を析出可能であれば、特に限定されるものではない。

固体電解質膜５２の厚みは、例えば、約５μｍ～約２００μｍである。固体電解質膜５２の材料としては、例えばデュポン社製のナフィオン（登録商標）等のフッ素系樹脂、炭化水素系樹脂、ポリアミック酸樹脂、旭硝子社製のセレミオン（ＣＭＶ、ＣＭＤ、ＣＭＦシリーズ）等の陽イオン交換機能を有した樹脂を挙げることができる。

金属溶液Ｌは、金属層１５の金属をイオンの状態で含有している液であり、その金属に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、またはＡｕ等を挙げることができ、金属溶液Ｌは、これらの金属を、硝酸、リン酸、コハク酸、硫酸、またはピロリン酸等の酸で溶解（イオン化）したものである。

さらに、本実施形態の成膜装置５０は、ハウジング５３の上部に、ハウジング５３を昇降させる昇降装置５５を備えている。昇降装置５５は、ハウジング５３を昇降させることができるものであればよく、例えば、油圧式または空圧式のシリンダ、電動式のアクチュエータ、リニアガイドおよびモータ等によって構成可能である。

また、ハウジング５３には、金属溶液Ｌが供給される供給口５３ａと、金属溶液Ｌが排出される排出口５３ｂとが設けられている。供給口５３ａおよび排出口５３ｂは、配管を介してタンク６１に接続されている。タンク６１からポンプ６２によって送り出された金属溶液Ｌは、供給口５３ａからハウジング５３に流入し、排出口５３ｂから排出されてタンク６１に戻る。排出口５３ｂの下流側には圧力調整弁６３が設けられており、圧力調整弁６３およびポンプ６２によりハウジング５３内の金属溶液Ｌを所定の圧力で加圧することが可能である。

このため、成膜時には、金属溶液Ｌの液圧により、固体電解質膜５２が少なくともシード層１３を押圧する（図４を参照）。これにより、シード層１３を固体電解質膜５２で均一に加圧しながら、シード層１３に金属層１５を成膜することができる。

本実施形態の成膜装置５０は、拡散層１４が形成された状態のシード層付き基材１０を載置する金属台座５６を備えており、金属台座５６は、電源部５４の負極に電気的に接続されている（導通している）。電源部５４の正極は、ハウジング５３に内蔵された陽極５１に電気的に接続されている（導通している）。

具体的には、成膜装置５０は、電源部５４の負極と、下地層１２またはシード層１３とを導通するように、金属層１５の成膜時に、下地層１２またはシード層１３の一部（具体的には端部）に接触する導電部材５７を備えている。導電部材５７は、拡散層１４が形成された状態のシード層付き基材１０の縁部の一部を覆う金属板であり、導電部材５７の一部は折り曲げられて金属台座５６に接触するように形成されている。これにより、金属台座５６が導電部材５７を介して下地層１２と導通する。なお、導電部材５７は、拡散層１４が形成された状態のシード層付き基材１０に脱着可能である。

（２）成膜装置５０を用いた金属層１５の形成について
金属層１５の形成工程Ｓ３では、図３に示すように、金属台座５６上の所定位置に拡散層１４が形成された状態のシード層付き基材１０および導電部材５７を載置する。次に、図４に示すように、昇降装置５５によりハウジング５３を所定高さまで下降させる。

次に、ポンプ６２により金属溶液Ｌを加圧すると、固体電解質膜５２がシード層１３および下地層１２に倣うとともに、圧力調整弁６３によりハウジング５３内の金属溶液Ｌは設定された一定の圧力になる。すなわち、固体電解質膜５２は、ハウジング５３内の金属溶液Ｌの調圧させた液圧で、シード層１３の表面と、下地層１２の露出部分１２ａの表面とを均一に押圧することができる。

この押圧状態で、陽極５１と下地層１２との間に電圧を印加して、固体電解質膜５２に含有した金属イオンを還元することで、シード層１３の表面に該金属イオンに由来した金属が析出する。さらに、電圧の印加により、ハウジング５３内の金属溶液Ｌの金属イオンは陰極で還元され続けるので、図２Ｃに示すように、シード層１３の表面に金属層１５が形成される。

ここで、下地層１２が、その露出部分１２ａの表面に、自然酸化膜または表面処理により形成された酸化膜のような酸化物を含む場合、露出部分１２ａの表面の絶縁性が高まる。そのため、固体電解質膜５２が、シード層１３の表面と、下地層１２の露出部分１２ａの表面とに密着している状態では、シード層１３の表面のみに電流が流れる。これにより、シード層１３の表面では、固体電解質膜５２に含有した金属イオン（例えば、Ｃｕイオン）が還元され、金属（例えば、Ｃｕ）が析出する。この結果、シード層１３の表面に選択的に金属層１５が形成され（図２Ｃを参照）、下地層１２の露出部分１２ａの表面への金属析出を防止することができる。

金属層１５が所定層厚に形成されると、陽極５１と下地層１２との間の電圧の印加を停止し、ポンプ６２による金属溶液Ｌの加圧を停止する。そして、ハウジング５３を所定高さまで上昇させて、固体電解質膜５２をシード層１３および下地層１２の露出部分１２ａから剥離する（図３を参照）。

ここで、本実施形態では、下地層１２とシード層１３との間に形成された拡散層１４により、下地層１２とシード層１３との密着性が向上している。そのため、固体電解質膜５２の剥離の際に、下地層１２とシード層１３とが剥離することを防止することができる。ハウジング５３を上昇させた後、金属層１５が形成された状態のシード層付き基材１０（図２Ｃを参照）を金属台座５６から取り外す。

１－４．除去工程Ｓ４について
次に、図１に示すように、除去工程Ｓ４を行う。この工程では、図２Ｄに示すように、下地層１２のうち、シード層１３から露出した部分１２ａを基材１１から除去することにより、基材１１の表面に配線層２を形成する。

下地層１２を除去する方法は、特に限定されるものではないが、例えばプラズマエッチング法、スパッタリング法、化学エッチング法等を用いることができる。なお、例えば、下地層１２をＷＳｉ_２またはＺｒＳｉ_２によって形成している場合、ＣＦ_４ガスを用いたプラズマエッチング法によって、下地層１２の露出部分１２ａを除去することが好ましい。このような除去により、図２Ｄに示すように、基材１１の表面に、下地層１２と、拡散層１４と、シード層１３と、金属層１５とにより構成された配線層２が形成される。

２．配線基板１について
以上のようにして、図２Ｄに示す配線基板１を製造することができる。製造された配線基板１は、絶縁性の基材１１と、基材１１の表面に設けられた所定の配線パターンの配線層２と、を備えている。配線層２は、基材１１の表面に設けられた下地層１２と、下地層１２の表面に設けられたシード層１３と、シード層１３の表面に設けられた金属層１５と、を備えている。下地層１２は、導電性を有し、シード層１３は、金属を含有している。

本実施形態では、下地層１２とシード層１３との間には、下地層１２を構成する元素と、シード層１３を構成する元素とが相互に拡散している拡散層１４が形成されている。したがって、シード層１３は、拡散層１４を介して、下地層１２の表面に接合している。本実施形態の配線基板１によれば、拡散層１４により、下地層１２とシード層１３との密着性を向上することができる結果、配線基板１の信頼性を高めることができる。

以下に、本発明を参考実施例により説明する。

１．レーザ光照射有無の評価
＜参考実施例１＞
ＷＳｉ_２からなる下地層の表面に、Ａｇからなるシード層を形成した。シード層の形成は、Ａｇをターゲットとしてスパッタリング法により行った。つぎに、Ａｒ雰囲気下、形成したシード層に、レーザ波長が１０６４ｎｍ、レーザ出力密度が４０Ｗ／ｍｍ^２、照射時間が１秒、スポット径が１０ｍｍの条件にて、レーザ光を照射して、参考実施例１の試験片を作製した。

＜参考比較例１＞
シード層にレーザ光を照射しなかった以外は、参考実施例１と同様にして、参考比較例１の試験片を作製した。

[断面観察]
参考実施例１および参考比較例１の試験片の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察するとともに、Ｘ線元素分析により、下地層とシード層の境界部分の元素分析を行った。この結果を図５に示す。

参考実施例１および参考比較例１の試験片について以下に説明するテープ剥離試験を行って、下地層とシード層との密着性を評価した。

[テープ剥離試験]
テープ剥離試験は、試験片のシード層の表面にニチバン株式会社製セロテープ（登録商標）ＣＴ－１８を貼り付け、貼り付けたテープを試験片から垂直方向に剥がし、シード層の表面の剥離の有無を評価した。

[結果・評価１]
テープ剥離試験において、参考比較例１の如く、レーザ光を照射しない場合には、シード層が剥離したが、参考実施例１の如く、レーザ光を照射した場合には、シード層が剥離しなかった。したがって、レーザ光をシード層に照射することにより、下地層とシード層との密着性が向上することができるといえる。

また、図５のＴＥＭ写真からわかるように、参考比較例１では、下地層を構成する元素（ＷおよびＳｉ）と、シード層を構成する元素（Ａｇ）の拡散が認められなかった。一方、参考実施例１では、ＷＳｉ_２からなる下地層とＡｇからなるシード層との間に、下地層を構成する元素（ＷおよびＳｉ）と、シード層を構成する元素（Ａｇ）が拡散した拡散層の形成が認められた。

この結果から、下地層とシード層とは、レーザ光の照射により、下地層とシード層との溶融により接合するのではなく、下地層（固相）とシード層（固相）との接触面で生じる元素の拡散により接合することがいえる。

このように元素が拡散した状態の拡散層では、拡散層のシード層側には、シード層を構成する元素が比較的多く存在し、一方、拡散層の下地層側には、下地層を構成する元素が比較的多く存在する。そのため、拡散層を介して、シード層と下地層との密着性を向上することができると考えられる。

したがって、シード層にレーザ光を照射することにより、下地層とシード層との間に、下地層を構成する元素と、シード層を構成する元素とが相互に拡散した拡散層が形成され、この拡散層により、下地層とシード層との密着性を向上することができると考えられる。

さらに、図５のＴＥＭ写真からわかるように、参考比較例１では、下地層とシード層との界面に酸化物（ＳｉＯ）の形成が認められた。この酸化物は、試験片を作製する際、シード層を下地層の表面に形成する前に、大気中の自然酸化に起因して、下地層の表面に自然に形成された自然酸化膜であると考えられる。なお、すなわち、参考比較例１では、自然酸化膜が形成された状態の下地層にシード層が形成されたため、下地層がシード層に接触する接触面（下地層の接触面）に酸化物が形成されていると考えられる。金属製のシード層は酸化物と密着し難いため、下地層とシード層との密着性が低下し易い。

一方、図５のＴＥＭ写真からわかるように、参考実施例１では、酸化物（ＳｉＯ）の形成が認められなかった。また、形成が認められた拡散層は、下地層およびシード層を構成する元素とともに、酸素元素も含んでいた。

参考実施例１では、シード層にレーザ光を照射することにより、シード層を構成するＡｇが、下地層の接触面に形成された酸化物中に拡散したため、酸化物を構成する酸素原子もシード層に拡散したと考えられる。このような拡散層の形成により、下地層とシード層との密着性を向上することができる。

２．シード層と下地層との密着性の評価
ＷＳｉ_２からなる下地層の表面に、シード層としてＡｇスパッタ膜を形成した試験片を作製して、下地層とシード層との密着性を評価した。以下に詳述する。

＜参考実施例２－１＞
参考実施例１と同様にして、参考実施例２－１の試験片を作製した。ただし、参考実施例２－１では、レーザ光照射条件が、１０６４ｎｍ（近赤外領域）のレーザ波長、４３Ｗ／ｍｍ^２のレーザ出力密度、および１秒の照射時間である点が参考実施例１とは異なる。作製した試験片のシード層の表面にシード層を構成するＡｇの一部が溶融または凝集していないか目視により確認した。また、上述したテープ剥離試験を行った。

＜参考実施例２－２～参考実施例２－４＞
レーザ出力密度以外は参考実施例２－１と同様にして、参考実施例２－２～参考実施例２－４の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認およびテープ剥離試験を行った。参考実施例２－２～参考実施例２－４のレーザ出力密度は、それぞれ、４０Ｗ／ｍｍ^２、３８Ｗ／ｍｍ^２、および３５Ｗ／ｍｍ^２である。

＜参考実施例２－５＞
レーザ出力密度および照射時間以外は参考実施例２－１と同様にして、参考実施例２－５の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認およびテープ剥離試験を行った。参考実施例２－５のレーザ出力密度および照射時間は、それぞれ、５Ｗ／ｍｍ^２および１５秒である。

＜参考実施例２－６～参考実施例２－９＞
照射時間以外は参考実施例２－５と同様にして、参考実施例２－６～参考実施例２－９の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認およびテープ剥離試験を行った。参考実施例２－６～参考実施例２－９の照射時間は、それぞれ、３０秒、５０秒、６０秒、および１２０秒である。

＜参考実施例２－１０～参考実施例２－１３＞
レーザ出力密度以外は参考実施例２－１と同様にして、参考実施例２－１０～２－１３の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認およびテープ剥離試験を行った。参考実施例２－１０～参考実施例２－１３のレーザ出力密度は、それぞれ、４８Ｗ／ｍｍ^２、４５Ｗ／ｍｍ^２、３３Ｗ／ｍｍ^２および３０Ｗ／ｍｍ^２である。

＜参考比較例２－１＞
レーザ光を照射しなかった以外は、参考実施例２－１と同様にして、参考比較例２－５の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認およびテープ剥離試験を行った。

参考実施例２－１～参考実施例２－１３および参考比較例２－１に係るレーザ出力密度および照射時間とともに、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認およびテープ剥離試験の結果を表１に示す。

[結果・評価２]
テープ剥離試験の結果からわかるように、レーザ光照射をしなかった参考比較例２－１と比べて、参考実施例２－１～参考実施例２－１３では、レーザ光照射により、密着力が向上した。ただし、参考実施例２－１２、参考実施例２－１３は、他の参考実施例に比べて、わずかに剥離は生じたことから、これらのテープ剥離試験の結果を「やや良好」としたが、拡散層の形成により参考比較例２－１に比べて、シード層の密着性は高いと言える。参考実施例２－１０、参考実施例２－１１では、シード層の溶融および凝集が確認されたが、下地層の表面に、形状を維持したままシード層が存在していることから、配線基板として利用できるものであると判断した。

３．Ａｇナノ粒子が分散媒に分散したインクの評価
インクでシード層が形成された試験片を作製して、下地層とシード層との密着性を評価した。

＜参考実施例３－１＞
ＷＳｉ_２からなる下地層の表面に、インクをスクリーン印刷法により塗布し、塗布したインクを、１２０℃の乾燥温度および３０分の乾燥時間の条件で乾燥させて、シード層を形成した。

乾燥により、シード層にインクの分散媒が残存している量（以下、分散媒の残存量）は、形成したシード層に対して０．１質量％以下であった。言い換えると、形成したシード層を構成しているＡｇの量は、形成したシード層に対して９９．９質量％以上であった。

なお、分散媒の残存量は、シード層（シード層を構成しているＡｇナノ粒子と、シード層に残存しているインクの分散媒との合計量）に対するシード層に残存しているインクの分散媒の量である。なお、分散媒の残存量を、ＧＣ－ＭＳ（ガスクロマトグラフィー）を用いて測定した。

つぎに、Ａｒ雰囲気下、形成したシード層に、レーザ波長が９４０ｎｍ（近赤外領域）、レーザ出力密度が７５Ｗ／ｍｍ^２、照射時間が１秒の条件で、レーザ光を照射して、参考実施例３－１の試験片を作製して、上述した如く、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認、およびテープ剥離試験を行った。

＜参考実施例３－２＞
参考実施例３－１と同様にして、参考実施例３－２の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認、およびテープ剥離試験を行った。ただし、参考実施例３－２では、ＺｒＳｉ_２からなる下地層を用いた点が、参考実施例３－１とは異なる。

＜参考実施例３－３、３－４＞
参考実施例３－１と同様にして、参考実施例３－３、３－４の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認、およびテープ剥離試験を行った。ただし、参考実施例３－３、３－４では、インクの乾燥温度が、参考実施例３－１のものとは異なる。具体的には、参考比較例３－１、３－２の乾燥温度は、それぞれ、８０℃および１００℃である。参考実施例３－１～参考実施例３－４の下地層およびシード層の条件とともに、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認、およびテープ剥離試験の結果を表２に示す。

＜参考比較例３－１～参考比較例３－６＞
さらに、レーザ光照射のかわりに、大気中で熱処理を行った場合の密着性を評価するために、以下に説明する参考比較例３－１～３－６を作製し、試験を行った。

参考実施例３－１と同様にして、参考比較例３－１～参考比較例３－６の試験片を作製して、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認、およびテープ剥離試験を行った。ただし、参考比較例３－１～参考比較例３－６では、レーザ光照射のかわりに、大気中で熱処理を行った点が参考実施例３－１とは異なり、さらに参考比較例３－４～参考比較例３－６は、下地層として、ＺｒＳｉ２からなる下地層を用いた点が異なる。参考比較例３－４～参考比較例３－６の下地層およびシード層の条件とともに、Ａｇの溶融または凝集の有無の確認、およびテープ剥離試験の結果を表３に示す。

[結果・評価３]
参考実施例３－１、３－２では、参考実施例３－３、３－４と比べて密着性が向上した。乾燥温度が低い参考実施例３－３、３－４では、シード層を形成する際、乾燥が不十分であるため、形成されたシード層には、インクの分散媒が多く残存している。このため、レーザ光照射により、残存した分散媒が蒸気化して、体積膨張し、Ａｇナノ粒子の一部が飛散したため、拡散層の形成にバラツキが生じ、下地層とシード層との密着性がやや低下したものと考えられる。

一方、参考実施例３－１、３－２では、形成されたシード層中のインクの分散媒の残存量を０．１質量％以下になるまで乾燥している結果、密着性が向上したと考えられる。したがって、シード層にインクの分散媒が残存している量を０．１質量％以下にすることにより、下地層とシード層との密着性の向上を期待することができる。

さらに、参考実施例３－１と比べて、参考比較例３－１～３－６では、下地層とシード層との密着性が著しく低かった。Ａｇのような貴金属元素は酸化物の酸素と親和性が低いため、通常の熱処理では、下地層の接触面に酸化物が生成していると、シード層のＡｇが酸化物中に拡散することができないと考えられる。この結果、参考比較例３－１～３－６では、下地層とシード層との密着性が著しく低かったと考えられる。

一方、参考実施例３－１～参考実施例３－４では、レーザ光の照射により瞬間的に高温にすることで、Ａｇが酸化物中に拡散可能となる結果、Ａｇ、Ｗ、およびＳｉとともに、Ｏが拡散した拡散層が形成され、密着性が向上すると考えられる。したがって、シード層を構成する元素が貴金属元素であり、下地層の接触面に酸化物が生成している場合には、シード層にレーザ光を照射することが好ましいといえる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

１：配線基板、２：配線層、１０：シード層付き基材、１１：基材、１２：下地層、１２ａ：露出部分、１２ｂ：下地層がシード層に接触している面、１３：シード層、１４：拡散層、１５：金属層、５１：陽極、５２：固体電解質膜、Ｌ：レーザ光

Claims (2)

1. 絶縁性の基材と、前記基材の表面に設けられた所定の配線パターンの配線層と、を備えた配線基板の製造方法であって、
   前記基材の表面に、導電性を有する下地層として、ＷＳｉ _２ またはＺｒＳｉ _２ によって形成された下地層が設けられ、前記下地層の表面に、前記配線パターンに応じた所定パターンの、金属を含有するシード層が設けられ、前記下地層が前記シード層に接触している接触面に、酸化ケイ素の自然酸化膜が形成された、シード層付き基材を準備する工程と、
   前記シード層にレーザ光を照射することにより、前記下地層と前記シード層との間に、前記下地層を構成する元素と、前記シード層を構成する元素とが相互に拡散した拡散層を形成する工程と、
   陽極と、陰極である前記シード層との間に固体電解質膜を配置し、前記固体電解質膜を少なくとも前記シード層に押圧し、前記陽極と、前記下地層との間に電圧を印加して、前記固体電解質膜に含有した金属イオンを還元することで、前記シード層の表面に金属層を形成する工程と、
   前記下地層のうち、前記シード層から露出した部分を、ＣＦ _４ ガスを用いたプラズマエッチング法によって、前記基材から除去することにより、前記配線層を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする配線基板の製造方法。
2. 前記シード層付き基材を準備する工程において、金属ナノ粒子が分散媒に分散したインクを前記下地層に前記所定パターンで塗布した後、塗布した前記インクを乾燥することにより、前記シード層に含まれる前記金属ナノ粒子の間に空隙が形成された前記シード層を形成し、
   前記インクの乾燥を、前記シード層に前記分散媒が残存している量が、前記シード層に対して０．１質量％以下となるまで行い、
   前記拡散層を形成する工程において、前記空隙により、前記シード層を透過し、前記下地層と前記シード層との界面に前記レーザ光を到達させることにより、前記拡散層を形成することを特徴とする請求項１に記載の配線基板の製造方法。

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