WO2010035622A1 - 配線形成方法及び配線形成装置 - Google Patents

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wiring
conductive layer
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Konica Minolta Inc
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    • H05K2203/1105—Heating or thermal processing not related to soldering, firing, curing or laminating, e.g. for shaping the substrate or during finish plating

Definitions

  • the present invention relates to a wiring forming method and a wiring forming apparatus.
  • the inkjet head receives radiation heat from the heated substrate because the substrate and the inkjet head are close to each other, and is heated in the same manner as the substrate.
  • the nozzle of the ink jet head is thermally deformed, or the viscosity of the ink in the nozzle is lowered, resulting in a problem that the ink droplet ejection accuracy is lowered.
  • a cooling unit that cools the inkjet head is provided at both ends of the heating unit that heats the substrate, and after ejecting ink droplets above the substrate placed on the heating unit, the inkjet head passes above the cooling unit.
  • Has been proposed to cool the inkjet head heated by the radiant heat from the substrate see, for example, Patent Document 4).
  • a general on-demand type inkjet head is used even if the inkjet head is simply separated from the substrate to try to avoid the temperature rise of the inkjet head.
  • the flying distance of the ink droplets is short, and the ink droplets cannot be separated beyond a predetermined distance.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a wiring forming method and a wiring forming apparatus capable of forming a high-definition conductive layer in a short time while reliably preventing a drop in ink droplet ejection accuracy.
  • a wiring formation method for discharging ink droplets of ink containing a conductive material from an inkjet print head to land on a substrate and forming a wiring on the surface of the substrate The ink has an electrification property, and a voltage is applied between the print head and the substrate, and the temperature of the substrate exceeds the lowest boiling point among the boiling points of the main solvents contained in the ink.
  • a conductive layer as the wiring is formed on the surface of the substrate by discharging ink droplets of the ink from the print head while the surface is heated.
  • Invention of Claim 2 is the wiring formation method of Claim 1, Comprising: The distance between the ink ejection surface of the print head and the surface of the substrate is 3 mm or more and 5 mm or less.
  • Invention of Claim 3 is the wiring formation method of Claim 1 or 2, Comprising: As the substrate, a substrate member having another surface different in hydrophilicity from the surface of the substrate is disposed on the surface of the substrate so that the other surface is exposed to the ink discharge surface of the print head. Use The ink droplets of the ink are ejected from the print head so that the ink droplets of the ink land continuously across the surface of the substrate and the other surface of the substrate member. A conductive layer as the wiring is formed on the other surface of the substrate member.
  • a wiring forming apparatus for forming wiring on a surface of a substrate, An ink jet print head that discharges ink droplets of ink having a charging property and containing a conductive material; and A support member for supporting the substrate such that the surface of the substrate is exposed on the ink ejection surface of the print head; Voltage applying means for applying a voltage between the print head and the support member; Heating means for heating the surface of the substrate; With A voltage is applied between the print head and the support member by the voltage application means, and the heating means causes the substrate to have a temperature equal to or higher than the lowest boiling temperature among the boiling points of the main solvents contained in the ink. In a state where the surface is heated, ink droplets of the ink are ejected from the print head and landed on the substrate, and a conductive layer as the wiring is formed on the surface of the substrate.
  • the surface of the substrate is heated above the lowest boiling point temperature among the boiling points of the main solvents contained in the ink while applying a voltage between the print head and the substrate. Since the ink droplets are ejected in a state, an electrostatic attraction force directed to the substrate is applied to the ejected ink droplets, and the flight distance of the ink droplets is increased as compared with a conventional on-demand type ink jet head (print head). The ink droplets that have landed are prevented from spreading and are dried quickly. As a result, the distance between the print head and the substrate can be increased as compared with the prior art, and the solidification of the landed ink droplets can be accelerated while preventing radiant heat transfer from the substrate to the print head. Therefore, a high-definition conductive layer can be formed in a short time while reliably preventing a drop in ink droplet ejection accuracy.
  • a substrate member having another surface having different hydrophilicity from the surface of the substrate is used, and the surface of the substrate and the substrate member are used.
  • Ink droplets are continuously landed across other surfaces. At this time, since the surface of the substrate is heated, the ink droplets are quickly dried at the landing position without being pulled toward the more hydrophilic surface between the surface of the substrate and the other surface of the substrate member. . Therefore, even when ink droplets are landed between members having different hydrophilicities, liquid pooling of the ink droplets can be prevented.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a print head.
  • FIG. 3 is a side sectional view of the print head.
  • ink droplets upon landing when the surface of the substrate is 25 ° C.
  • ink droplets upon landing at 100 ° C. a) ink droplets upon landing at 100 ° C.
  • conductive layer at 25 ° C. a conductive layer at 100 ° C.
  • d Enlarged photographs of the conductive layer at 100 ° C. It is a figure which shows the measurement result of the landing diameter in the present Example 2.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the ink jet apparatus 1.
  • the inkjet apparatus 1 includes a print head 2 on which nozzles 211 that discharge ink droplets R of ink I having charging properties are formed, and a facing surface that faces the nozzles 211 of the print head 2.
  • a counter electrode 3 that supports the substrate 11 that receives the landing of the ink droplet R, a control unit 4 that drives the print head 2 to eject the ink droplet R from the nozzle 211, and a heating unit 5 that heats the substrate 11.
  • the ink jet apparatus 1 is configured to land a conductive ink droplet R on a substrate 11 to form wiring on the surface of the substrate 11.
  • the counter electrode 3 is a flat plate that supports the substrate 11 via the heating means 5, and is arranged parallel to the ink ejection surface 211 c of the print head 2 and separated by a predetermined distance.
  • the separation distance between the counter electrode 3 and the print head 2 is appropriately set within a range of about 0.1 to 5.0 mm.
  • the counter electrode 3 is grounded and is always maintained at the ground potential. Therefore, as will be described later, when the charged ink droplet R lands on the substrate 11, the counter electrode 3 releases the electric charge by grounding.
  • a heat insulating material (not shown) for insulating heat from the heating means 5 is provided on the upper surface of the counter electrode 3. ing. Further, the counter electrode 3 can be moved parallel to the surface supporting the substrate 11.
  • the control means 4 is a computer composed of a CPU, ROM, RAM, etc. (not shown), an electrostatic voltage power source 41 for applying an electrostatic voltage to the print head 2, a heating means 5, and a piezoelectric element 23 of the print head 2 described later. Connected with.
  • the control means 4 controls the electrostatic voltage power source 41 to apply an electrostatic voltage to the print head 2, thereby generating an electrostatic field between the nozzle plate 21 of the print head 2 and the counter electrode 3.
  • the heating means 5 is controlled to heat the substrate 11, and the deformation of the piezoelectric element 23 is controlled to eject the ink droplet R from the nozzle 211.
  • the control unit 4 can control scanning of the print head 2.
  • the voltage applied by the electrostatic voltage power supply 41 is a direct current, but may be an alternating current.
  • the print head 2 may be grounded by connecting the electrostatic voltage power source 41 to the counter electrode 3 and applying a voltage to the counter electrode 3.
  • the control means 4 may be configured to perform scanning control on the stage of the counter electrode 3 (the surface that supports the substrate 11) while the print head 2 is fixed.
  • the heating means 5 is a thin plate-like polyimide heater and is laid on the upper surface of the counter electrode 3.
  • the heating means 5 heats the substrate 11 placed on the upper surface by being controlled by the control means 4.
  • the heating means 5 may not be a polyimide heater as long as the substrate 11 can be heated without shielding the electrostatic field generated between the print head 2 and the counter electrode 3, and is configured integrally with the counter electrode 3. You may let them. However, it is preferable that the surface of the substrate 11 (the landing surface of the ink droplet R) 11a can be heated uniformly.
  • the substrate 11 is a silicon semiconductor chip or semiconductor wafer formed to a thickness of about several hundred ⁇ m.
  • a plurality of electrodes (for example, pads) 112 an integrated circuit (not shown) (for example, a circuit having a transistor and a memory) and the like are mounted, and a conductive layer 12 for electrically connecting them is provided. It is drawn with a predetermined wiring pattern.
  • the conductive layer 12 is formed by drying the ink droplets R of the ink I ejected from the print head 2 and sintering the metal nanoparticles contained in the ink I by a method described later.
  • the substrate 11 has at least one insulating film (not shown) formed thereon.
  • This insulating film is called a passivation film, and can be formed of, for example, SiO 2 , Si 3 N 4 , polyimide resin, or the like.
  • the electrode 112 disposed on the surface 11a of the substrate 11 is made of an aluminum-based metal and is not particularly limited, but the shape of the surface 112a is rectangular.
  • the electrode 112 is a terminal when the substrate 11 is connected to another substrate or an electronic component.
  • the ink I ejected from the print head 2 is an ink having conductivity and chargeability by dispersing metal nanoparticles.
  • the metal nanoparticles include silver, gold, copper, palladium, platinum, nickel, rhodium, tin, indium, and alloys thereof.
  • the physical method is generally a method for producing nanoparticles by pulverizing bulk metal
  • the chemical method is a method for producing nanoparticles by generating metal atoms and controlling their aggregation.
  • the chemical reduction method which is well known as a wet method, is a method of generating nanoparticles by reducing metal ions by adding a reducing agent to a metal ion solution or heating a metal salt solution containing a reducing agent. is there.
  • the ink in which such nanoparticles are dispersed for example, the ink disclosed in Japanese Patent No. 3933138 can be used.
  • a gas evaporation method is known as a dry method.
  • the gas evaporation method is a method in which a metal is evaporated in an inert gas and cooled and aggregated by collision with the gas to generate nanoparticles. It is known that the particle size of the dry method can be made smaller than that of the wet method, and nanoparticles having a particle size of about several nm can be generated by the dry method.
  • the particle size of the metal nanoparticles in the ink I used in the present embodiment is 1 to 100 nm, preferably 1 to 50 nm. Although metal nanoparticles having a particle size of less than 1 nm may be used, such particles are extremely difficult to produce and are not practical. Further, when metal nanoparticles having a particle diameter exceeding 100 nm are used, the nozzle 211 may be clogged.
  • the concentration of the metal nanoparticles dispersed in the ink I is preferably high so that the resistance value of the conductive layer 12 formed by drying the ink I becomes a value closer to the resistance value of the electrode 112. . Specifically, 10 mass% or more is preferable and 20 mass% or more is more preferable. However, the concentration of the metal nanoparticles can be about 80% by mass at maximum.
  • water or a water-soluble organic solvent is used as a solvent for dispersing the metal nanoparticles.
  • a so-called water-based ink is superior in electric conductivity as compared with an oil-based ink using a nonpolar solvent.
  • this solvent preferably has a low vapor pressure and a high boiling point so that the viscosity of the ink I does not easily rise or dry.
  • a boiling point of a solvent 150 degreeC or more is preferable and 200 degreeC or more is more preferable.
  • the water content is preferably 40% by mass or less from the viewpoint of drying properties.
  • the viscosity of the ink I is preferably 2 mPa ⁇ s or more and 10 mPa ⁇ s or less at the discharge temperature, more preferably 3 mPa ⁇ s or more and 6.5 mPa ⁇ s or less.
  • the discharge temperature is preferably 20 to 60 ° C, more preferably 25 to 50 ° C. If the temperature is lower than 25 ° C., heating may be required. If the temperature exceeds 50 ° C., the print head 2 and the ink I flow path member may be burdened.
  • the surface tension of the ink I is preferably 20 mN / m or more and 50 mN / m or less. Furthermore, from the viewpoint of ejection stability, it is more preferably 25 mN / m or more and 45 mN / m or less.
  • the electrical conductivity of the ink I is preferably 0.1 ⁇ S / cm or more and 2000 ⁇ S / cm or less at 25 ° C. in order to apply an electrostatic attraction force.
  • 1 ⁇ S / cm or more and 1000 ⁇ S / cm More preferable is cm or less.
  • the relative dielectric constant of ink I is preferably 10 or more.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the print head 2
  • FIG. 3 is a side sectional view of the print head 2.
  • the print head 2 includes a nozzle plate 21, a body plate 22, and a piezoelectric element 23.
  • the nozzle plate 21 is a silicon substrate or a silicon oxide substrate having a thickness of about 150 to 300 ⁇ m.
  • a plurality of nozzles 211 are formed on the nozzle plate 21, and the plurality of nozzles 211 are arranged in a line.
  • the body plate 22 is a silicon substrate having a thickness of about 200 to 500 ⁇ m.
  • an ink supply port 221, an ink storage chamber 222, a plurality of ink supply paths 223, and a plurality of pressure chambers 224 are formed.
  • the ink supply port 221 is a circular through hole having a diameter of about 400 to 1500 ⁇ m.
  • the ink storage chamber 222 is a groove having a width of about 400 to 1000 ⁇ m and a depth of about 50 to 200 ⁇ m.
  • the ink supply path 223 is a groove having a width of about 50 to 150 ⁇ m and a depth of about 30 to 150 ⁇ m.
  • the pressure chamber 224 is a groove having a width of about 150 to 350 ⁇ m and a depth of about 50 to 200 ⁇ m.
  • the nozzle plate 21 and the body plate 22 are joined to each other, and in the joined state, the nozzle 211 of the nozzle plate 21 and the pressure chamber 224 of the body plate 22 are in a one-to-one correspondence. .
  • the ink When ink is supplied to the ink supply port 221 in a state where the nozzle plate 21 and the body plate 22 are joined, the ink is temporarily stored in the ink storage chamber 222, and then each ink supply from the ink storage chamber 222 is performed.
  • the pressure chambers 224 are supplied through the passages 223.
  • the piezoelectric element 23 is bonded to a position corresponding to the pressure chamber 224 of the body plate 22.
  • the piezoelectric element 23 is an actuator made of PZT (lead Zirconium Titanate), and is deformed when a voltage is applied to eject ink inside the pressure chamber 224 from the nozzle 211.
  • a borosilicate glass plate 24 (see FIG. 3) is interposed between the nozzle plate 21 and the body plate 22.
  • one nozzle 211 and one pressure chamber 224 are formed corresponding to one piezoelectric element 23.
  • a step is formed in the nozzle 211, and the nozzle 211 includes a lower step portion 211a and an upper step portion 211b.
  • the lower step portion 211a and the upper step portion 211b both have a cylindrical shape, and the diameter S1 of the lower step portion 211a (the distance in the left-right direction in FIG. 3) is smaller than the diameter S2 of the upper step portion 211b (the distance in the left-right direction in FIG. 3). It has become.
  • the lower part 211a of the nozzle 211 is a part that directly ejects ink circulated from the upper part 211b.
  • the lower step portion 211a has a diameter S1 of 1 to 10 ⁇ m and a length H (distance in the vertical direction in FIG. 3) of 1.0 to 5.0 ⁇ m.
  • the reason why the length H of the lower step portion 211a is limited to the range of 1.0 to 5.0 ⁇ m is that the ink landing accuracy can be remarkably improved.
  • the upper part 211b of the nozzle 211 is a part for allowing the ink circulated from the pressure chamber 224 to circulate to the lower part 211a, and its diameter S2 is 10 to 60 ⁇ m.
  • the lower limit of the diameter S2 of the upper step portion 211b is limited to 10 ⁇ m or more. If the lower limit is less than 10 ⁇ m, the flow passage resistance of the upper step portion 211b cannot be ignored with respect to the flow passage resistance of the entire nozzle 211 (lower step portion 211a and upper step portion 211b). This is because the ink ejection efficiency decreases.
  • the upper limit of the diameter S2 of the upper step portion 211b is limited to 60 ⁇ m or less because the lower step portion 211a as the ink ejection site becomes thinner as the diameter S2 of the upper step portion 211b increases (the area of the lower step portion 211a increases). This is because the mechanical strength is reduced), and the ink is easily deformed when ejected, and as a result, the ink landing accuracy is lowered. That is, when the upper limit of the diameter S2 of the upper step portion 211b exceeds 60 ⁇ m, the deformation of the lower step portion 211a becomes very large as the ink is discharged, and the landing accuracy is a specified value ( ⁇ 0.5 ° with respect to a desired discharge direction). This is because there is a possibility that it will not be able to be suppressed within.
  • a borosilicate glass plate 24 having a thickness of about several hundred ⁇ m is provided between the nozzle plate 21 and the body plate 22, and the borosilicate glass plate 24 has an opening for communicating the nozzle 211 and the pressure chamber 224.
  • a portion 24a is formed.
  • the opening 24 a is a through hole that communicates with the pressure chamber 224 and the upper stage portion 211 b of the nozzle 211, and is a part that functions as a flow path through which ink flows from the pressure chamber 224 toward the nozzle 211.
  • the pressure chamber 224 is a portion that receives pressure from the piezoelectric element 23 and applies pressure to the ink inside the pressure chamber 224.
  • the print head 2 is provided in the apparatus main body so that it can be scanned in a direction substantially parallel to the ink ejection surface 211c (X direction in FIG. 1) by a mechanism (not shown).
  • a conductive layer forming step is performed.
  • the ink droplet R is landed on the surface 11 a of the substrate 11 from the print head 2 to form the conductive layer 12.
  • the substrate 11 is placed on the heating means 5 and positioned and fixed to the counter electrode 3.
  • the distance between the ink ejection surface 211c of the print head 2 and the surface 11a of the substrate 11 is appropriately adjusted so as to be 3 mm or more and 5 mm or less. If this distance is less than 3 mm, the radiant heat from the substrate 11 heated by the heating means 5 raises the temperature of the print head 2, causing thermal deformation of the nozzle 211 and drying of the ink I in the nozzle 211. As a result, the discharge accuracy of the ink droplet R is lowered. On the other hand, if the distance exceeds 5 mm, it is necessary to increase the voltage applied to the print head 2 for properly flying the ink droplet R from the print head 2 to the substrate 11, resulting in an increase in the size of the apparatus.
  • an electrostatic field is generated between the nozzle plate 21 and the counter electrode 3 by controlling the electrostatic voltage power supply 41 by the control means 4 and applying an electrostatic voltage to the print head 2. Due to the electrostatic field, electric lines of force from the print head 2 to the substrate 11 are formed. At this time, care is taken that the potential difference generated between the print head 2 and the substrate 11 is less than the dielectric breakdown voltage of air (about 3.55 kV / mm).
  • the control means 4 controls the heating means 5 to heat the substrate 11 so that the surface 11a of the substrate 11 reaches a predetermined temperature.
  • the predetermined temperature at this time is preferably a temperature equal to or higher than the lowest boiling temperature among the boiling points of the main solvent contained in the ink I, and is preferably equal to or lower than a firing temperature described later.
  • the main solvent contained in the ink I refers to a solvent contained in the ink I by about 5% by mass or more.
  • the temperature of the surface 11a of the substrate 11 is measured by a temperature sensor (not shown), and the heating unit 5 is controlled by the control unit 4 so that the measured temperature becomes the predetermined temperature.
  • the ink droplet R is ejected from the nozzle 211 of the print head 2 toward the surface 11a of the substrate 11 while scanning the print head 2 substantially parallel to the surface 11a of the substrate 11.
  • the ejection of the ink droplets R is continuously performed so that the ink droplets R that land on the surface 11a of the substrate 11 form a predetermined wiring pattern stored in advance in the control unit 4 while overlapping.
  • the ink droplet R ejected from the print head 2 is adjusted to an ejection amount within an appropriate range.
  • the appropriate discharge amount of the ink droplet R differs depending on the contact angle of the ink droplet R with the surface 11a of the substrate 11 as well as the distance between the print head 2 and the surface 11a of the substrate 11 and the heating temperature of the surface 11a. , And appropriately adjusted according to these conditions.
  • the diameter of the ink droplet R upon landing depends on the physical properties of the ink I and the surface energy or surface state of the landing substrate 11, but when landing on the substrate 11 that does not absorb the ink I, the flying time is as follows. The diameter is about 1.5 to 4.0 times.
  • the ink droplet R ejected from the print head 2 flies along an electric force line from the print head 2 to the substrate 11, that is, flies by receiving an electrostatic attraction force toward the substrate 11 due to an electrostatic field, and flies. Land on the surface 11a.
  • the ink droplet R that has landed on the surface 11a of the substrate 11 is quickly dried without spreading due to the surface 11a being heated to the predetermined temperature.
  • the flight distance of the ink droplet R can be increased as compared with the conventional on-demand type ink jet head, and the surface of the substrate 11
  • the distance between the print head 2 and the substrate 11 can be increased as compared with the prior art, and the solidification of the landed ink droplets R can be accelerated while preventing radiant heat transfer from the substrate 11 to the print head 2.
  • the ink droplet R is continuously landed across the surface 11 a of the substrate 11 and the surface 112 a of the electrode 112.
  • the surface 11a of the substrate 11 and the surface 112a of the electrode 112 in addition to the difference in the contact angle inherent to the material, the surface 112a of the electrode 112 is a rougher surface. Shows high hydrophilicity.
  • the ink droplets R that are continuously landed on the surface 11a of the substrate 11 and the surface 112a of the electrode 112 are more hydrophilic than the surface 112a of the electrode 112. Without being pulled toward the surface 11a of the substrate 11, it is quickly dried at the landed position.
  • the conductive layer 12 having a predetermined wiring pattern is formed on the surface 11a of the substrate 11, and the conductive layer forming step is completed.
  • the conductive layer 12 is fired.
  • Calcination method includes drying in a dryer or hot plate.
  • a subbing agent a silane coupling agent or a titanium coupling agent
  • sintering under conditions that can ensure the heat resistance of various coupling agents is preferable.
  • the solvent remains in the fused metal, and the resistance value may increase.
  • the temperature of the preliminary drying is less than 100 ° C., the solvent hardly evaporates and there is a possibility that the effect does not occur, and when the temperature exceeds 150 ° C., the fusion of the metal nanoparticles may start. If the sintering temperature is less than 150 ° C., the metal nanoparticles are not fused, and the resistance value may be increased.
  • the subbing agent deteriorates and mixes with the fusion metal, resulting in resistance.
  • the value may be high.
  • a hot plate is preferably used for the main sintering. This is because when the hot plate is used, heat is directly transmitted to the ink I, and the fusion of the metal nanoparticles is facilitated.
  • preliminary drying may be omitted.
  • the solvent of the ink droplet R is evaporated by the above baking, so that the conductive layer 12 is fixed to the substrate 11.
  • the distance between the print head 2 and the substrate 11 is made larger than in the past, and radiation heat transfer from the substrate 11 to the print head 2 is prevented and landed.
  • the high-definition conductive layer 12 can be formed in a short time while reliably preventing the ink droplet R from being discharged accurately.
  • the ink droplets R continuously landed on the surface 11a of the substrate 11 and the surface 112a of the electrode 112 are not pulled toward the surface 11a of the substrate 11 having higher hydrophilicity than the surface 112a of the electrode 112. Since the ink is quickly dried at the landing position, it is possible to prevent the ink droplets R from collecting.
  • the surface 11a is heated while measuring the temperature of the surface 11a of the substrate 11 by a temperature sensor (not shown).
  • a step of setting heating conditions before the conductive layer forming step is performed. It is also possible to confirm the setting of the heating means 5 at which the surface 11a of the substrate 11 becomes a predetermined temperature in the process, and to configure the heating means 5 to be controlled by this setting in the conductive layer forming process.
  • the electrode 112 is described as the substrate member having a surface having a hydrophilic property different from that of the surface 11a of the substrate 11.
  • the substrate 112 is not limited to the electrode 112, and It may have a surface that is more hydrophilic than the surface 11a.
  • Example 1 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
  • the conductive layer 12 was formed on the surface 11a of the substrate 11 under the following conditions.
  • ⁇ Board> As the substrate 11, a silicon semiconductor wafer having an insulating film formed on the surface thereof was used.
  • ⁇ Used ink> Ag ink was used as ink I.
  • the main components of this Ag ink are silver solid content: 15% by mass, DEGBE (diethylene glycol monobutyl ether): 71.315% by mass, water: 8.755% by mass, and 2-pyrrolidone: 4.93% by mass.
  • DEGBE, water, and 2-pyrrolidone as solvents have boiling points of 245 ° C., 100 ° C., and 230 ° C., respectively.
  • the contact angle of the ink I with respect to the surface 11a of the substrate 11 is about 10 °.
  • the surface 11a of the substrate 11 is heated to 25 ° C., 40 ° C., 60 ° C., 80 ° C., 100 ° C., 130 ° C., 150 ° C., 180 ° C., and 200 ° C. by the heating means 5 and conductive at each temperature.
  • Layer 12 was formed.
  • the distance between the ink ejection surface 211c of the print head 2 and the surface 11a of the substrate 11 was changed to a value shown in Table 1 described later with respect to each of the above temperatures so that the temperature of the print head 2 did not increase.
  • the electrostatic voltage applied to the print head 2 was adjusted in the range of 2 to 9 kV so that the potential difference between the ink ejection surface 211c of the print head 2 and the surface 11a of the substrate 11 was about 2 kV / mm.
  • the ink droplet R was discharged while the print head 2 was scanned.
  • the ejection amount (volume) of the ink droplet R was 0.5 pl.
  • the scanning speed of the print head 2 was set to a speed at which the ink droplets R landed continuously on the surface 11a of the substrate 11 overlap each other by half the diameter.
  • a drive voltage of 20 V was applied to the piezoelectric element 23 of the print head 2.
  • Table 1 shows the landing diameter of the ink droplet R, the line width and the line height of the conductive layer 12 when the temperature of the surface 11a of the substrate 11 in the formation of the conductive layer is changed.
  • FIG. 4A to FIG. 4D show enlarged photographs of the ink droplet R (one droplet) and the conductive layer 12 at the time of landing when the temperature of the surface 11a of the substrate 11 is 25 ° C. and 100 ° C. 4A to 4D are all magnified photographs at the same magnification.
  • the temperature of the surface 11a of the substrate 11 exceeded 100 ° C.
  • the same tendency as in the case of the discharge amount of 0.5 pl was obtained, in which the landing diameter was reduced and the line width of the conductive layer 12 was narrowed and the line height was increased.
  • the numerical values such as the landing diameter of the ink droplet R were not different from those at 180 ° C., but irregularities were confirmed on the surface of the conductive layer 12. This is presumed to be because the solvent contained in the ink I has suddenly boiled, so it is considered that the heating temperature of the surface 11a of the substrate 11 is preferably 180 ° C. or less, which is the firing temperature of the ink I. (Example 2)
  • the ink droplet R was landed on the surface 11a of the substrate 11 under the following conditions, and the landing diameter was measured.
  • the conditions other than those described below are the same as in the first embodiment.
  • ⁇ Board> As the substrate 11, a silicon semiconductor wafer having a surface 11a subjected to Ti-based subbing treatment was used. Moreover, the contact angle of the ink I with respect to the surface 11a was about 20 ° by this subtraction process.
  • ⁇ Conductive layer formation> The surface 11a of the substrate 11 is heated to each temperature of 25 ° C. and 130 ° C. by the heating means 5, and the ejection amount (volume) of the ink droplet R is 0.5 to 5.5 pl with respect to the surface 11a of the substrate 11 at each temperature. The ink droplet R was landed while changing by 0.5 pl in the range of.
  • ⁇ Results and summary> The measurement result of the landing diameter of the ink droplet R is shown in FIG.
  • Inkjet device (wiring forming device) 2 Print head 3 Counter electrode (support member) 4 Control means 5 Heating means 11 Substrate 11a Surface 12 Conductive layer 41 Electrostatic voltage power supply (voltage application means) 112 Electrode (substrate member) 112a Surface (other surfaces) 211c Ink ejection surface I Ink R Ink droplet

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Abstract

　インク滴の吐出精度の低下を確実に防止しつつ、高精細な導電層を短時間に形成することを目的とし、インクＩとして帯電性を有するものを用い、プリントヘッド２と基板１１との間に電圧を印加するとともに、インクＩに含有される主たる溶媒の各沸点温度のうち最も低い沸点温度以上に基板１１の表面１１ａを加熱した状態で、プリントヘッド２からインクＩのインク滴Ｒを吐出させて、基板１１の表面１１ａに導電層１２を形成する。

Description

配線形成方法及び配線形成装置
　本発明は、配線形成方法及び配線形成装置に関する。
　近年、半導体チップに配線パターンを描画する方法として、インクジェットヘッドから導電性のインク滴を吐出させて、配線状の導電層を形成する方法が注目されている（例えば、特許文献１～３参照）。
　このインクジェット方式による配線形成方法においては、半導体チップ（基板）を加熱した状態で連続的にインク滴を着弾させることで、着弾したインク滴の濡れ広がりを防止して速やかに乾燥させ、高精細な導電層を短時間に形成できることが知られている。
　ところが、単純に基板を加熱した場合、この基板とインクジェットヘッドとが近接しているために、インクジェットヘッドは加熱された基板から輻射熱を受け、基板同様に加熱されてしまう。その結果、インクジェットヘッドのノズルが熱変形を起こしたり、ノズル内のインクの粘度が下がるなどして、インク滴の吐出精度が低下するといった問題が生じる。
　そこで、基板を加熱する加熱部の両端にインクジェットヘッドを冷却する冷却部を並設し、加熱部に載置された基板の上方でインク滴を吐出したのち冷却部の上方を通過するようインクジェットヘッドを走査させることにより、基板からの輻射熱で加熱されたインクジェットヘッドを冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特許第３９１８９３６号公報 特許第４０８１６６６号公報 特開２００５－３０２８１３号公報 特開２００８－１３２４４９号公報
　しかしながら、上記特許文献４に記載の方法では、基板からインクジェットヘッドへの輻射伝熱を防ぐことができていないために、一時的にせよインクジェットヘッドの温度上昇は避けられない。そのため、この温度上昇分のノズルの熱変形やインクの乾燥が生じてしまい、結果として吐出精度の低下を確実に防止するには至っていなかった。
　また、このような吐出精度の低下を防ぐ目的で、単純にインクジェットヘッドを基板から離間させて当該インクジェットヘッドの温度上昇の回避を試みても、一般的なオンデマンド型のインクジェットヘッドが使用されているためにインク滴の飛翔距離が短く、所定距離以上に離間させることができなかった。そのため、インクジェットヘッドが温度上昇しないよう基板の加熱温度に制限を設ける必要が生じ、結果として高精細な導電層を短時間に形成することができていなかった。
　本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、インク滴の吐出精度の低下を確実に防止しつつ、高精細な導電層を短時間に形成できる配線形成方法及び配線形成装置の提供を課題とする。
　前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
　インクジェット方式のプリントヘッドから、導電性材料を含有するインクのインク滴を吐出させて基板へ着弾させ、当該基板の表面に配線を形成する配線形成方法であって、
　前記インクとして帯電性を有するものを用い、前記プリントヘッドと前記基板との間に電圧を印加するとともに、前記インクに含有される主たる溶媒の各沸点温度のうち最も低い沸点温度以上に前記基板の表面を加熱した状態で、前記プリントヘッドから前記インクのインク滴を吐出させて、前記基板の表面に前記配線としての導電層を形成することを特徴とする。
　請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の配線形成方法であって、
　前記プリントヘッドのインク吐出面と前記基板の表面との距離は、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする。
　請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の配線形成方法であって、
　前記基板として、当該基板の表面とは親水性の異なる他の表面を有する基板部材が、当該他の表面を前記プリントヘッドのインク吐出面に露出させるよう、当該基板の表面に配設されたものを用い、
　前記基板の表面と前記基板部材の他の表面とに跨って前記インクのインク滴が連続的に着弾するように、前記プリントヘッドから前記インクのインク滴を吐出させて、当該基板の表面と当該基板部材の他の表面とに前記配線としての導電層を形成することを特徴とする。
　請求項４に記載の発明は、
　基板の表面に配線を形成する配線形成装置であって、
　帯電性を有するとともに導電性材料を含有するインクのインク滴を吐出するインクジェット方式のプリントヘッドと、
　前記プリントヘッドのインク吐出面に前記基板の表面が露出するよう当該基板を支持する支持部材と、
　前記プリントヘッドと前記支持部材との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
　前記基板の表面を加熱する加熱手段と、
を備え、
　前記電圧印加手段により前記プリントヘッドと前記支持部材との間に電圧を印加するとともに、前記加熱手段により、前記インクに含有される主たる溶媒の各沸点温度のうち最も低い沸点温度以上に前記基板の表面を加熱した状態で、前記プリントヘッドから前記インクのインク滴を吐出させて前記基板へ着弾させ、前記基板の表面に前記配線としての導電層を形成することを特徴とする。
　請求項１に記載の発明によれば、プリントヘッドと基板との間に電圧を印加しつつ、インクに含有される主たる溶媒の各沸点温度のうち最も低い沸点温度以上に基板の表面を加熱した状態でインク滴を吐出させるので、吐出されたインク滴に対し基板へ向かう静電吸引力を作用させ、従来のオンデマンド型のインクジェットヘッド（プリントヘッド）に比べインク滴の飛翔距離を伸ばすとともに、着弾したインク滴の濡れ広がりを防止して速やかに乾燥させる。これにより、従来よりもプリントヘッドと基板との距離を離間させ、基板からプリントヘッドへの輻射伝熱を防ぎつつ、着弾させたインク滴の固化を早めることができる。したがって、インク滴の吐出精度の低下を確実に防止しつつ、高精細な導電層を短時間に形成することができる。
　請求項３に記載の発明によれば、基板として、この基板の表面とは親水性の異なる他の表面を有する基板部材が表面に配設されたものを用い、この基板の表面と基板部材の他の表面とに跨ってインク滴を連続的に着弾させる。このとき、基板の表面が加熱されているため、インク滴は、基板の表面と基板部材の他の表面とのうち親水性の高い方に引っ張られることなく、着弾した位置で速やかに乾燥される。したがって、親水性の異なる部材間にインク滴を着弾させた場合であっても、当該インク滴の液溜まりを防止することができる。
インクジェット装置の全体構成を示す模式図である。 プリントヘッドの分解斜視図である。 プリントヘッドの側断面図である。 本実施例１において（ａ）基板の表面が２５℃のときの着弾時のインク滴、（ｂ）１００℃のときの着弾時のインク滴、（ｃ）２５℃のときの導電層、（ｄ）１００℃のときの導電層、の各拡大写真である。 本実施例２における着弾径の計測結果を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
　まず、本実施の形態に係るインクジェット装置１の全体構成について、図１を参照して説明する。
　図１は、インクジェット装置１の全体構成を示す模式図である。
　図１に示すように、インクジェット装置１は、帯電性を有するインクＩのインク滴Ｒを吐出するノズル２１１が形成されたプリントヘッド２と、プリントヘッド２のノズル２１１に対向する対向面を有するとともに、インク滴Ｒの着弾を受ける基板１１を支持する対向電極３と、プリントヘッド２を駆動させてノズル２１１からインク滴Ｒを吐出させる制御手段４と、基板１１を加熱する加熱手段５とを備えている。このインクジェット装置１は、導電性を有するインク滴Ｒを基板１１に着弾させて、当該基板１１の表面に配線を形成するものである。
　対向電極３は、加熱手段５を介して基板１１を支持する平板状のものであり、プリントヘッド２のインク吐出面２１１ｃに平行に所定距離だけ離間されて配置されている。対向電極３とプリントヘッド２との離間距離は、０．１～５．０ｍｍ程度の範囲内で適宜設定される。また、対向電極３は接地されており、常時接地電位に維持されている。そのため、後述するように、帯電したインク滴Ｒが基板１１に着弾すると、対向電極３はその電荷を接地により逃がすようになっている。なお、対向電極３の上面には、基板１１を位置決めして固定するための図示しない位置決め手段及び真空チャッキング手段のほか、加熱手段５からの熱を断熱するための図示しない断熱材が設けられている。また、対向電極３は、基板１１を支持する面に平行な移動が可能になっている。
　制御手段４は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されたコンピュータであり、プリントヘッド２に静電電圧を印加する静電電圧電源４１、加熱手段５及び後述するプリントヘッド２の圧電素子２３と接続されている。この制御手段４は、静電電圧電源４１を制御してプリントヘッド２に静電電圧を印加することにより、プリントヘッド２のノズルプレート２１と対向電極３との間に静電界を生じさせるほか、加熱手段５を制御して基板１１を加熱させたり、圧電素子２３の変形を制御してノズル２１１からインク滴Ｒを吐出させたりするように構成されている。また、制御手段４は、プリントヘッド２の走査を制御可能になっている。なお、静電電圧電源４１が印加する電圧は直流であるが、交流であってもよい。また、静電電圧電源４１を対向電極３に接続して当該対向電極３に電圧を印加し、プリントヘッド２を接地してもよい。また、制御手段４は、プリントヘッド２を固定した状態で、対向電極３のステージ（基板１１を支持する面）を走査制御するように構成してもよい。
　加熱手段５は、薄板状のポリイミドヒーターであり、対向電極３の上面に敷設されている。この加熱手段５は、制御手段４に制御されることにより、上面に載置される基板１１を加熱する。なお、加熱手段５は、プリントヘッド２と対向電極３との間に生じる静電界をシールドすることなく基板１１を加熱可能であれば、ポリイミドヒーターでなくともよいし、対向電極３と一体に構成させてもよい。但し、基板１１の表面（インク滴Ｒの被着弾面）１１ａを均一に加熱できる構成が好ましい。
　基板１１は、数百μｍ程度の厚みに形成されたシリコン製の半導体チップ又は半導体ウエハである。基板１１の表面１１ａには、電極（例えばパッド）１１２や、図示しない集積回路（例えばトランジスタやメモリを有する回路）等が複数実装されており、これらを電気的に接続するための導電層１２が所定の配線パターンで描画されている。この導電層１２は、後述する方法により、プリントヘッド２から吐出されたインクＩのインク滴Ｒを乾燥させ、さらにインクＩ中に含有される金属ナノ粒子を焼結させて形成される。
　また、基板１１には、少なくとも１層の絶縁膜（図示せず）が形成されている。この絶縁膜は、パッシベーション膜と呼ばれ、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ポリイミド樹脂などで形成することができる。
　基板１１の表面１１ａに配設される電極１１２は、アルミニウム系の金属で形成されており、特に限定はされないが、その表面１１２ａの形状が矩形となっている。この電極１１２は、基板１１を別の基板又は電子部品と接続する際の端子である。
　プリントヘッド２から吐出されるインクＩは、金属ナノ粒子が分散されることにより導電性及び帯電性を有するインクである。この金属ナノ粒子としては、例えば、銀、金、銅、パラジウム、白金、ニッケル、ロジウム、錫、インジウム、又はこれらの合金が挙げられる。
　このような金属ナノ粒子の製造方法としては、大きく二つに分類される。一つは物理法で、もう一つは化学法である。物理法は、一般にバルク金属を粉砕してナノ粒子を製造する方法であり、化学法は、金属原子を発生させてその凝集を制御してナノ粒子を製造する方法である。
　化学法は、液中で行われる湿式法と、空気中もしくは減圧雰囲気中で行われる乾式法に大別される。湿式法としてよく知られている化学還元法は、金属イオン溶液に還元剤を添加するか、或いは還元剤を含む金属塩溶液を加熱することで金属イオンを還元し、ナノ粒子を生成する手法である。このようなナノ粒子が分散されたインクとしては、例えば、特許第３９３３１３８号公報に開示のものを用いることができる。乾式法としては、ガス中蒸発法が知られている。ガス中蒸発法は、不活性ガス中で金属を蒸発させ、ガスとの衝突により冷却凝集させてナノ粒子を生成する方法である。乾式法の方が湿式法よりも粒径を小さくできることが知られており、乾式法では数ｎｍ程度の粒径のナノ粒子も生成可能である。
　本実施の形態で用いるインクＩ中の金属ナノ粒子の粒径は、１～１００ｎｍであり、好ましくは１～５０ｎｍである。粒径が１ｎｍ未満の金属ナノ粒子を用いてもよいが、このような粒子は製造が極めて困難であり、実用的でない。また、粒径が１００ｎｍを超える金属ナノ粒子を用いると、ノズル２１１に詰まる恐れがある。
　インクＩ中に分散している金属ナノ粒子の濃度は、インクＩを乾燥させて形成される導電層１２の抵抗値が電極１１２の抵抗値により近い値となるよう、高濃度であることが好ましい。具体的には、１０質量％以上が好ましく、２０質量％以上がより好ましい。但し、この金属ナノ粒子の濃度は、最大で８０質量％程度にすることが可能である。
　インクＩのうち金属ナノ粒子を分散させる溶媒としては、水や水溶性有機溶媒が用いられる。このような、いわゆる水系インクは、無極性溶媒を用いた油系インクに比べ、電気伝導度に優れている。また、この溶媒は、インクＩの粘度が容易に上昇したり、乾燥したりしないために、蒸気圧が低く、沸点が高いことが好ましい。溶媒の沸点としては、１５０℃以上が好ましく、２００℃以上がより好ましい。含水率は、乾燥性の点から４０質量％以下が好ましい。
　インクＩの粘度は、吐出温度において、２ｍＰａ・ｓ以上、１０ｍＰａ・ｓ以下が吐出安定性の観点から好ましく、３ｍＰａ・ｓ以上、６．５ｍＰａ・ｓ以下がより好ましい。吐出温度については、２０～６０℃が好ましく、２５～５０℃がより好ましい。２５℃未満であると加熱の必要が生じる場合があり、５０℃を超えるとプリントヘッド２及びインクＩの流路部材等に負担がかかる恐れがあるためである。
　インクＩの表面張力は、２０ｍＮ／ｍ以上、５０ｍＮ／ｍ以下が好ましい。更には、吐出安定性の観点から、２５ｍＮ／ｍ以上、４５ｍＮ／ｍ以下がより好ましい。
　インクＩの電気伝導度は、静電吸引力を作用させるために、２５℃において０．１μＳ／ｃｍ以上、２０００μＳ／ｃｍ以下が好ましいが、高精細描画の観点から、１μＳ／ｃｍ以上、１０００μＳ／ｃｍ以下がより好ましい。
　インクＩの比誘電率は、１０以上であることが好ましい。
　続いて、プリントヘッド２の構成の詳細について、図２，３を参照して説明する。
　図２は、プリントヘッド２の分解斜視図であり、図３は、プリントヘッド２の側断面図である。
　図２に示すように、プリントヘッド２は、ノズルプレート２１、ボディプレート２２及び圧電素子２３を有している。ノズルプレート２１は１５０～３００μｍ程度の厚みを有したシリコン基板又は酸化シリコン基板である。ノズルプレート２１には複数のノズル２１１が形成されており、これら複数のノズル２１１が１列に配列されている。
　ボディプレート２２は２００～５００μｍ程度の厚みを有したシリコン基板である。ボディプレート２２にはインク供給口２２１、インク貯留室２２２、複数のインク供給路２２３及び複数の圧力室２２４が形成されている。インク供給口２２１は直径が４００～１５００μｍ程度の円形状の貫通孔である。インク貯留室２２２は幅が４００～１０００μｍ程度で深さが５０～２００μｍ程度の溝である。インク供給路２２３は幅が５０～１５０μｍ程度で深さが３０～１５０μｍ程度の溝である。圧力室２２４は幅が１５０～３５０μｍ程度で深さが５０～２００μｍ程度の溝である。
　ノズルプレート２１とボディプレート２２とは互いに接合されるようになっており、接合した状態ではノズルプレート２１のノズル２１１とボディプレート２２の圧力室２２４とが１対１で対応するようになっている。
　ノズルプレート２１とボディプレート２２とが接合された状態でインク供給口２２１にインクが供給されると、当該インクはインク貯留室２２２に一時的に貯留され、その後にインク貯留室２２２から各インク供給路２２３を通じて各圧力室２２４に供給されるようになっている。
　圧電素子２３はボディプレート２２の圧力室２２４に対応した位置に接着されるようになっている。圧電素子２３はＰＺＴ（lead zirconium titanate）からなるアクチュエータであり、電圧の印加を受けると変形して圧力室２２４の内部のインクをノズル２１１から吐出させるようになっている。
　なお、図２では図示しないが、ノズルプレート２１とボディプレート２２と間には硼珪酸ガラスプレート２４（図３参照）が介在している。
　図３に示す通り、１つの圧電素子２３に対応してノズル２１１と圧力室２２４とが１つずつ構成されている。
　ノズルプレート２１においてノズル２１１には段が形成されており、ノズル２１１は下段部２１１ａと上段部２１１ｂとで構成されている。下段部２１１ａと上段部２１１ｂとは共に円筒形状を呈しており、下段部２１１ａの直径Ｓ１（図３中左右方向の距離）が上段部２１１ｂの直径Ｓ２（図３中左右方向の距離）より小さくなっている。
　ノズル２１１の下段部２１１ａは上段部２１１ｂから流通してきたインクを直接的に吐出する部位である。下段部２１１ａは直径Ｓ１が１～１０μｍで、長さＨ（図３中上下方向の距離）が１．０～５．０μｍとなっている。下段部２１１ａの長さＨを１．０～５．０μｍの範囲に限定するのは、インクの着弾精度を飛躍的に向上させることができるからである。
　他方、ノズル２１１の上段部２１１ｂは圧力室２２４から流通してきたインクを下段部２１１ａに流通させる部位であり、その直径Ｓ２が１０～６０μｍとなっている。上段部２１１ｂの直径Ｓ２の下限を１０μｍ以上に限定するのは、１０μｍを下回ると、ノズル２１１全体（下段部２１１ａと上段部２１１ｂ）の流路抵抗に対し上段部２１１ｂの流路抵抗が無視できない値となり、インクの吐出効率が低下するからである。
　逆に、上段部２１１ｂの直径Ｓ２の上限を６０μｍ以下に限定するのは、上段部２１１ｂの直径Ｓ２が大きくなるほど、インクの吐出部位としての下段部２１１ａが薄弱化して（下段部２１１ａが面積増大して機械的強度が小さくなる。）、インクの吐出時に変形し易くなり、その結果インクの着弾精度が低下するからである。すなわち、上段部２１１ｂの直径Ｓ２の上限が６０μｍを上回ると、インクの吐出に伴い下段部２１１ａの変形が非常に大きくなり、着弾精度を規定値（所望の吐出方向に対して±０．５°）以内に抑えることができなくなる可能性があるからである。
　ノズルプレート２１とボディプレート２２との間には数百μｍ程度の厚みを有した硼珪酸ガラスプレート２４が設けられており、硼珪酸ガラスプレート２４にはノズル２１１と圧力室２２４とを連通させる開口部２４ａが形成されている。開口部２４ａは、圧力室２２４とノズル２１１の上段部２１１ｂとに通じる貫通孔であり、圧力室２２４からノズル２１１に向けてインクを流通させる流路として機能する部位である。圧力室２２４は、圧電素子２３の変形を受けて当該圧力室２２４の内部のインクに圧力を与える部位である。
　以上の構成を具備するプリントヘッド２では、圧電素子２３が変形すると、圧力室２２４の内部のインクに圧力を与え、当該インクは圧力室２２４から硼珪酸ガラスプレート２４の開口部２４ａを流通してノズル２１１に至り、最終的にノズル２１１の下段部２１１ａから吐出されるようになっている。
　また、プリントヘッド２は、図示しない機構により、インク吐出面２１１ｃに略平行な方向（図１のＸ方向）へ走査可能なよう装置本体に設けられている。
　続いて、基板１１の表面１１ａに導電層１２を形成する配線形成方法について、図１を参照して説明する。
　まず、導電層形成工程を行う。
　この工程では、プリントヘッド２から基板１１の表面１１ａにインク滴Ｒを着弾させて導電層１２を形成する。
　最初に、基板１１を加熱手段５上に載置し、対向電極３に位置決めして固定する。ここでは、プリントヘッド２のインク吐出面２１１ｃと基板１１の表面１１ａとの距離が、３ｍｍ以上５ｍｍ以下となるよう適宜調整する。この距離が３ｍｍ未満であると、加熱手段５に加熱される基板１１からの輻射熱がプリントヘッド２の温度を上昇させてしまい、ノズル２１１の熱変形やノズル２１１内のインクＩの乾燥が生じて、インク滴Ｒの吐出精度の低下を招いてしまう。また、当該距離が５ｍｍを超えると、インク滴Ｒをプリントヘッド２から基板１１へ適正に飛翔させるためのプリントヘッド２への印加電圧を大きくする必要が生じ、装置の大型化を招いてしまう。
　次に、制御手段４により静電電圧電源４１を制御してプリントヘッド２に静電電圧を印加することで、ノズルプレート２１と対向電極３との間に静電界を生じさせる。この静電界により、プリントヘッド２から基板１１へ向かう電気力線が形成される。このとき、プリントヘッド２と基板１１との間に生じる電位差が、空気の絶縁破壊電圧（約３．５５ｋＶ／ｍｍ）未満となるよう注意する。
　これに併せて、制御手段４により加熱手段５を制御して、基板１１の表面１１ａが所定温度となるよう当該基板１１を加熱する。このときの所定温度は、インクＩに含有される主たる溶媒の各沸点温度のうち最も低い沸点温度以上の温度とし、後述する焼成温度以下の温度とするのが好ましい。ここで、インクＩに含有される主たる溶媒とは、インクＩに約５質量％以上含有される溶媒を指す。なお、本実施の形態においては、図示しない温度センサにより基板１１の表面１１ａの温度を計測しつつ、この計測温度が上記の所定温度となるよう制御手段４により加熱手段５を制御している。
　この状態で、プリントヘッド２を基板１１の表面１１ａと略平行に走査させながら、当該プリントヘッド２のノズル２１１から基板１１の表面１１ａへ向けてインク滴Ｒを吐出させる。このインク滴Ｒの吐出は、基板１１の表面１１ａに着弾する当該インク滴Ｒが、それぞれ重なりつつ制御手段４に予め記憶された所定の配線パターンを形成するよう連続的に行われる。
　このとき、プリントヘッド２から吐出されるインク滴Ｒは、適切な範囲の吐出量に調整される。但し、このインク滴Ｒの適切な吐出量は、プリントヘッド２と基板１１の表面１１ａとの距離や当該表面１１ａの加熱温度のほか、基板１１の表面１１ａに対するインク滴Ｒの接触角によっても異なり、これらの条件に応じて適宜調整される。なお、インク滴Ｒの着弾時の直径は、インクＩの物性や、着弾する基板１１の表面エネルギー或いは表面状態等にもよるが、インクＩを吸収しない基板１１に着弾した場合には、飛翔時の直径の約１．５～４．０倍となる。
　プリントヘッド２から吐出されたインク滴Ｒは、プリントヘッド２から基板１１へ向かう電気力線に沿って飛翔する、つまり静電界により基板１１へ向かう静電吸引力を受けて飛翔し、基板１１の表面１１ａに着弾する。基板１１の表面１１ａに着弾したインク滴Ｒは、当該表面１１ａが上記の所定温度まで加熱されていることにより、濡れ広がることなく速やかに乾燥される。
　このように、インク滴Ｒに対し基板１１へ向かう静電吸引力を作用させることにより、従来のオンデマンド型のインクジェットヘッドに比べインク滴Ｒの飛翔距離を伸ばすことができるとともに、基板１１の表面１１ａを上記の所定温度まで加熱することにより、当該表面１１ａに着弾したインク滴Ｒの濡れ広がりを防止して速やかに乾燥させることができる。これにより、従来よりもプリントヘッド２と基板１１との距離を離間させ、基板１１からプリントヘッド２への輻射伝熱を防ぎつつ、着弾させたインク滴Ｒの固化を早めることができる。
　また、電極１１２を電気的に接続するように導電層１２が形成される場合には、基板１１の表面１１ａと電極１１２の表面１１２ａとに跨ってインク滴Ｒが連続的に着弾される。ここで、基板１１の表面１１ａと電極１１２の表面１１２ａとでは、材料固有の接触角の違いに加え、電極１１２の表面１１２ａの方が粗い面であることも相まって、基板１１の表面１１ａの方が高い親水性を示す。このとき、基板１１の表面１１ａが加熱されているため、基板１１の表面１１ａと電極１１２の表面１１２ａとに連続的に着弾されたインク滴Ｒは、電極１１２の表面１１２ａよりも親水性の高い基板１１の表面１１ａの方に引っ張られることなく、着弾した位置で速やかに乾燥される。
　こうして、基板１１の表面１１ａに所定の配線パターンの導電層１２が形成され、導電層形成工程が完了する。
　次に、導電層１２の焼成を行う。
　焼成方法としては、乾燥機やホットプレートでの焼結などが挙げられる。本実施の形態では、インクＩの濡れ性を制御し、着弾性を向上させるために、基板１１の表面１１ａに下引き剤（シランカップリング剤やチタンカップリング剤）の塗布を行っている。そのため、各種カップリング剤の耐熱性が確保できる条件での焼結が好ましい。
　この焼結は、１００～１５０℃で１０～３０分の予備乾燥後、１５０～２００℃で６０～１８０分の本焼結を行うことが好ましい。予備乾燥を行わないと、融着した金属内に溶媒が残留し、抵抗値が上昇する恐れがある。予備乾燥の温度が１００℃未満では溶媒の蒸発がほとんど起こらず、効果が生じない恐れがあり、１５０℃を超える温度では金属ナノ粒子の融着が始まる恐れがある。本焼結の温度が１５０℃未満では金属ナノ粒子の融着が起こらず、抵抗値が高くなる恐れがあり、２００℃を超える温度では下引き剤が劣化して融着金属と混合し、抵抗値が高くなる恐れがある。本焼結にはホットプレートを用いるのが好ましい。ホットプレートを用いると、インクＩに直接熱が伝わり、金属ナノ粒子の融着が進みやすくなるためである。
　なお、導電層形成工程において基板１１の表面１１ａを本焼結の温度近傍まで加熱した場合には、予備乾燥を省いてもよい。
　上記の焼成でインク滴Ｒの溶媒が蒸発されることにより、導電層１２が基板１１に固定される。
　以上のように、本実施の形態における配線形成方法によれば、従来よりもプリントヘッド２と基板１１との距離を離間させ、基板１１からプリントヘッド２への輻射伝熱を防ぐとともに、着弾させたインク滴Ｒの固化を早めることができるので、インク滴Ｒの吐出精度の低下を確実に防止しつつ、高精細な導電層１２を短時間に形成することができる。
　また、基板１１の表面１１ａと電極１１２の表面１１２ａとに連続的に着弾されたインク滴Ｒは、電極１１２の表面１１２ａよりも親水性の高い基板１１の表面１１ａの方に引っ張られることなく、着弾した位置で速やかに乾燥されるので、インク滴Ｒの液溜まりを防止することができる。
　なお、本実施の形態においては、図示しない温度センサにより基板１１の表面１１ａの温度を計測しつつ当該表面１１ａを加熱することとしたが、導電層形成工程の前に加熱条件を設定する工程を設けて、当該工程で基板１１の表面１１ａが所定温度となる加熱手段５の設定を確認しておき、導電層形成工程では加熱手段５がこの設定で制御されるように構成してもよい。
　また、本実施の形態においては、基板１１の表面１１ａと親水性の異なる表面を有する基板部材として電極１１２を挙げて説明したが、当該電極１１２に限定されるものではなく、また、基板１１の表面１１ａよりも親水性の高い表面を有するものであってもよい。
　また、上記以外の点についても、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更可能であるのは勿論である。
（実施例１）
　以下に、実施例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。
　本発明の実施例１として、以下の条件により、基板１１の表面１１ａに導電層１２を形成した。
＜基板＞
　基板１１として、表面に絶縁膜が形成されたシリコン製の半導体ウエハを使用した。
＜使用インク＞
　インクＩとしてＡｇインクを使用した。このＡｇインクの主要成分は、銀固型分：１５質量％、ＤＥＧＢＥ（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）：７１．３１５質量％、水：８．７５５質量％、２－ピロリドン：４．９３質量％である。このうち溶媒であるＤＥＧＢＥ、水、及び２－ピロリドンの沸点は、それぞれ２４５℃、１００℃、及び２３０℃である。また、インクＩの基板１１の表面１１ａに対する接触角は約１０°である。
＜導電層形成＞
　基板１１の表面１１ａを、加熱手段５により２５℃、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、１３０℃、１５０℃、１８０℃、２００℃の各温度に加熱して、当該各温度で導電層１２を形成した。このとき、プリントヘッド２のインク吐出面２１１ｃと基板１１の表面１１ａとの距離は、プリントヘッド２が温度上昇しないよう、上記の各温度に対し、後述する表１に示す値に変化させた。また、プリントヘッド２に印加する静電電圧は、プリントヘッド２のインク吐出面２１１ｃと基板１１の表面１１ａとの電位差が約２ｋＶ／ｍｍとなるよう、２～９ｋＶの範囲で調整した。
　この状態でプリントヘッド２を走査させつつ、インク滴Ｒの吐出を行った。インク滴Ｒの吐出量（体積）は０．５ｐｌとした。プリントヘッド２の走査速度は、基板１１の表面１１ａに連続して着弾したインク滴Ｒが直径の半分だけ重なる速度とした。また、プリントヘッド２の圧電素子２３には２０Ｖの駆動電圧を印加した。
　その後、着弾させたインク滴Ｒ（導電層１２）を、１８０℃で１００分間焼成した。
＜結果＞
　導電層形成における基板１１の表面１１ａの温度を変えたときのインク滴Ｒの着弾径、導電層１２の線幅及び線高さを表１に示す。また、基板１１の表面１１ａの温度を２５℃，１００℃にしたときの着弾時のインク滴Ｒ（１滴）、導電層１２の拡大写真を図４（ａ）～（ｄ）に示す。なお、図４（ａ）～（ｄ）は全て同倍率での拡大写真である。また、上記の条件において、インク滴Ｒの吐出量を０．５ｐｌから変えた場合についても同様に計測を行ったが、基板１１の表面１１ａの温度が１００℃を超えたあたりからインク滴Ｒの着弾径が小さくなるとともに導電層１２の線幅が細く線高さが高くなるといった、吐出量０．５ｐｌのときと同様の傾向が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜まとめ＞
　表１に示す結果から、基板１１の表面１１ａを１００℃以上、つまりインクＩに含まれる主たる溶媒のうち最も沸点温度の低い水の沸点温度以上とすることで、より高精細の導電層１２を形成できていることが分かる。また、基板１１の表面１１ａの温度を１００～２００℃の範囲に加熱した場合でも、プリントヘッド２と基板１１との距離を３～５ｍｍの範囲で適宜離間させることで、吐出精度を低下させることなく高精細な導電層１２を形成できていることが分かる。
　また、図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると、基板１１の表面１１ａを１００℃にすることで、当該表面１１ａが常温（２５℃）のときよりもインク滴Ｒの濡れ広がりを防止できていることが分かり、図４（ｃ）と図４（ｄ）とを比較すると、基板１１の表面１１ａを１００℃にすることで、当該表面１１ａが常温（２５℃）のときよりも波打ちが少なく高精細な導電層１２が形成できていることが分かる。
　なお、基板１１の表面１１ａを２００℃にしたときには、インク滴Ｒの着弾径等の各数値は１８０℃のときと変わらないものの、導電層１２の表面に凹凸が確認された。これはインクＩに含有される溶媒が急激に沸騰したためと推測されることから、基板１１の表面１１ａの加熱温度はインクＩの焼成温度である１８０℃以下とするのが好ましいと考えられる。
（実施例２）
　本発明の実施例２として、以下の条件で基板１１の表面１１ａにインク滴Ｒを着弾させ、その着弾径を計測した。なお、以下に記載したもの以外の条件は、上記実施例１と同様である。
＜基板＞
　基板１１として、表面１１ａにＴｉ系の下引き処理を施したシリコン製の半導体ウエハを使用した。また、この下引き処理により、当該表面１１ａに対するインクＩの接触角は約２０°となった。
＜導電層形成＞
　基板１１の表面１１ａを加熱手段５により２５℃、１３０℃の各温度に加熱し、当該各温度の基板１１の表面１１ａに対しインク滴Ｒの吐出量（体積）を０．５～５．５ｐｌの範囲で０．５ｐｌずつ変化させながら当該インク滴Ｒを着弾させた。
＜結果及びまとめ＞
　インク滴Ｒの着弾径の計測結果を図５に示す。この図から、インク滴Ｒの吐出量が多いほど、基板１１の表面１１ａが２５℃のときと１３０℃のときとで着弾径の差が大きくなっていることが分かる。つまり、インク滴Ｒの吐出量が多いほど基板１１の加熱による濡れ広がり防止の効果が大きいことが分かる。
　１　インクジェット装置（配線形成装置）
　２　プリントヘッド
　３　対向電極（支持部材）
　４　制御手段
　５　加熱手段
　１１　基板
　１１ａ　表面
　１２　導電層
　４１　静電電圧電源（電圧印加手段）
　１１２　電極（基板部材）
　１１２ａ　表面（他の表面）
　２１１ｃ　インク吐出面
　Ｉ　インク
　Ｒ　インク滴

Claims (4)

  1. 　インクジェット方式のプリントヘッドから、導電性材料を含有するインクのインク滴を吐出させて基板へ着弾させ、当該基板の表面に配線を形成する配線形成方法であって、
    　前記インクとして帯電性を有するものを用い、前記プリントヘッドと前記基板との間に電圧を印加するとともに、前記インクに含有される主たる溶媒の各沸点温度のうち最も低い沸点温度以上に前記基板の表面を加熱した状態で、前記プリントヘッドから前記インクのインク滴を吐出させて、前記基板の表面に前記配線としての導電層を形成することを特徴とする配線形成方法。
  2. 　前記プリントヘッドのインク吐出面と前記基板の表面との距離は、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の配線形成方法。
  3. 　前記基板として、当該基板の表面とは親水性の異なる他の表面を有する基板部材が、当該他の表面を前記プリントヘッドのインク吐出面に露出させるよう、当該基板の表面に配設されたものを用い、
    　前記基板の表面と前記基板部材の他の表面とに跨って前記インクのインク滴が連続的に着弾するように、前記プリントヘッドから前記インクのインク滴を吐出させて、当該基板の表面と当該基板部材の他の表面とに前記配線としての導電層を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の配線形成方法。
  4. 　基板の表面に配線を形成する配線形成装置であって、
    　帯電性を有するとともに導電性材料を含有するインクのインク滴を吐出するインクジェット方式のプリントヘッドと、
    　前記プリントヘッドのインク吐出面に前記基板の表面が露出するよう当該基板を支持する支持部材と、
    　前記プリントヘッドと前記支持部材との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
    　前記基板の表面を加熱する加熱手段と、
    を備え、
    　前記電圧印加手段により前記プリントヘッドと前記支持部材との間に電圧を印加するとともに、前記加熱手段により、前記インクに含有される主たる溶媒の各沸点温度のうち最も低い沸点温度以上に前記基板の表面を加熱した状態で、前記プリントヘッドから前記インクのインク滴を吐出させて前記基板へ着弾させ、前記基板の表面に前記配線としての導電層を形成することを特徴とする配線形成装置。
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