(57)【要約】【課題】インクジェット法により下地との密着性が高い配線パターンを安定して形成できるパターニング装置を提供する。【解決手段】基板２が載置されるステージ１０と、紫外線と反応して金属が析出する液体３を基板２上に塗布する塗布手段１４と、基板２上に塗布される液体３に紫外線を照射する紫外線照射手段２２とを含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置されるステージと、
紫外線と反応して金属が析出する液体を前記基板上に塗布する塗布手段と、
前記基板上に塗布される前記液体に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有することを特徴とするパターニング装置。
【請求項２】
前記液体は、溶媒に金属錯体を溶解したものであることを特徴とする請求項１に記載のパターニング装置。
【請求項３】
前記塗布手段は、バブルジェット方式により前記液体を噴射して塗布することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターニング装置。
【請求項４】
前記塗布手段は、ピエゾ抵抗効果を利用するピエゾ駆動方式により前記液体を噴射して塗布することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターニング装置。
【請求項５】
前記ステージには前記基板を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のパターニング装置。
【請求項６】
前記紫外線の波長は、１００乃至３００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパターニング装置。
【請求項７】
紫外線と反応して金属が析出する液体を基板上に塗布する工程と、
前記液体を基板上に塗布しながら、又は前記液体を塗布した後に、前記液体に前記紫外線を照射することにより、前記基板上に前記金属を析出させて金属膜パターンを形成する工程とを有することを特徴とする膜のパターニング方法。
【請求項８】
前記液体は、溶媒に金属錯体を溶解したものであることを特徴とする請求項７に記載の膜のパターニング方法。
【請求項９】
前記金属錯体は、金錯体、銅錯体、パラジウム錯体及びニッケル錯体のいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の膜のパターニング方法。
【請求項１０】
前記金属錯体は、シアン化金を含むことを特徴とする請求項８に記載の膜のパターニング方法。
【請求項１１】
前記金属膜パターンを形成する工程において、前記基板を加熱した状態で行うことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の膜のパターニング方法。
【請求項１２】
前記金属膜パターンを形成する工程において、前記紫外線の照射量を調整することにより、前記金属膜パターンの膜厚を制御することを特徴とすることを請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の膜のパターニング方法。
【請求項１３】
前記液体を基板上に塗布する工程において、インクジェット法により行われることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の膜のパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパターニング装置及び膜のパターニング方法に係り、より詳しくは、インクジェット方式により膜をパターニングするパターニング装置及びそれを用いた膜のパターニング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノズルから液体を噴射することにより、基板上に配線パターンを形成するインクジェット方式のパターニング装置が提案されている。インクジェット法を使用することにより、めっきやフォトリソグラフィなどを使用する方法に比べて極めて短手番で配線パターンを形成することができる。
【０００３】
このようなパターニング装置では、液体としてアルコール系の溶媒にＣｕやＡｕなどの金属粒子を分散させたものが使用される。そして、液体供給部から搬送された液体をノズルから噴射させることにより、基板上の所要部分に液体が塗布され、溶媒が蒸発することで金属粒子から構成される配線パターンが得られる。
【０００４】
特許文献１には、回路基板の金属膜を形成する際に、めっきやフォトリソグラフィを使用する代わりに、インクジェット法による吹き付けを使用してもよいことが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２１２０６４６号公報  段落番号
【００８２】及び【０１４１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような金属粒子が分散された液体を使用する場合、基板上に塗布された液体の溶媒が蒸発して金属粒子が残るものの、金属粒子は基板上に付着するだけで密着強度が低いため、信頼性の高い配線パターンが得られないという問題がある。
【０００７】
このため、インクジェット法により下地との密着性が高い配線パターンを形成する技術が切望されている。
【０００８】
なお、特許文献１には、インクジェット法を使用して配線パターンを形成する際に、下地との密着性が低い問題に関しては何ら考慮されていない。
【０００９】
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、インクジェット法により下地との密着性が高い配線パターンを安定して形成できるパターニング装置及び膜のパターニング方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明はパターニング装置に係り、基板が載置されるステージと、紫外線に反応して金属が析出する液体を前記基板上に塗布する塗布手段と、前記基板上に塗布される前記液体に紫外線を照射する紫外線照射手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のパターニング装置では、ステージ上に基板が載置され、インクジェット方式に基づく塗布手段により基板上に金属錯体（金錯体、銅錯体など）を含む液体が塗布される。そして、基板上に塗布された液体に紫外線照射手段により紫外線（好適には波長が１００〜３００ｎｍ）が照射される。これにより、液体内の金属イオンが還元されて金属が析出することによって金属膜パターンが形成される。
【００１２】
このように、本発明のパターニング装置では、液体内の金属イオンが紫外線照射により基板上に金属となって順次析出することで金属膜パターンが形成されるようにしたので、金属膜パターンが基板に対して密着強度が高い状態で形成されるようになる。
【００１３】
また、インクジェット法により金属膜パターンが直接描画されて形成されるので、めっきやフォトリソグラフィなどを用いて金属膜パターンを形成する方法より、製造装置が簡易となり、かつ製造工程が短手番となるので、製造コストを低減させることができる。
【００１４】
また、基板上の金属膜パターンが形成される部分のみに液体を塗布すればよいので、フォトリソグラフィなどを使用する場合と違って、材料を無駄にすることなく金属膜パターンを形成できるという点でも製造コストを低減することができる。
【００１５】
さらには、液体の種類や塗布条件を変えることなく、紫外線の照射量により液体内での金属の析出量を制御できるので、煩雑な作業を伴わずに金属膜パターンの膜厚を調整することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施形態のパターニング装置を示す模式図、図２及び図３は本発明の実施形態のパターニング装置に係る塗布手段を示す断面図、図４及び図５は本発明の実施形態の膜のパターニング方法を示す断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のパターニング装置１は、基板２が載置されるステージ１０を備えており、このステージ１０はそれを移動するためのステージ移動手段１２に接続されている。ステージ移動手段１２はステージ１０を所定位置に移動させるサーボ機構とそれを動かすサーボモータにより構成される。これにより、ステージ１０はＸ−Ｙ方向を含む水平方向の任意の位置に移動できるようになっている。
【００１９】
基板２は真空チャックなどのチャック手段（不図示）よりステージ１０上に固定される。また、ステージ１０には基板２を加熱するためのヒーターなどの加熱手段１１が設けられており、基板２を例えば１００〜２００℃に加熱することができる。
【００２０】
ステージ１０の上方には、基板２上にノズルから液体３を噴射して塗布するインクジェット方式の塗布手段１４が配置されていて、塗布手段１４は配管１６を介して液体供給部１８に繋がっている。また、塗布手段１４にはノズル制御手段１５が接続されており、塗布手段１４のノズルの選定や噴射特性などを制御することができる。
【００２１】
さらに、紫外線を照射するためのファイバ２２ｂが基板２の近傍まで延びて配置されており、ファイバ２２ｂはＵＶランプ２２ｂに接続されている。ＵＶランプ２２ａ及びファイバ２２ｂが紫外線照射手段２２を構成している。ＵＶランプ２２ａは１００〜３００ｎｍの波長の紫外線を放出し、ファイバ２２ｂを介して基板３上に塗布された液体３に紫外線を照射できるようになっている。また、ＵＶランプ２２ａは紫外線の照射強度をコントロールできるようになっている。
【００２２】
本実施形態に係る液体３は溶媒に金属錯体が溶解されたものであり、紫外線を照射することにより金属が基板２上に析出する特性を有する。そのような液体３の詳しい説明は後述する膜のパターニング方法の欄で説明する。
【００２３】
さらに、パターニング装置１はコントローラ２４を備えており、このコントローラ２４はステージ移動手段１２、加熱手段１１、紫外線照射手段２２、液体供給部１８及びノズル制御部１５に接続されている。これにより、基板２の液体３が塗布される部分の位置決め、塗布手段１４からの液体３の噴出特性、紫外線の照射量及び照射タイミングなどがコントローラ２４により制御される。
【００２４】
上記した塗布手段１４の構成には、液体３を噴射させる方式によって幾つかの種類が有る。図２（ａ）及び（ｂ）には、バブルジェット方式の塗布手段１４が例示されている。図２（ａ）はノズル１４ｘ内に液体３が充填されている状態を示しており、図２（ｂ）に示すように、ノズル１４ｘに設けられた発熱体１４ｙを発熱させると液体３内に気泡１７が発生し、この気泡１７によって液体３がノズル１４ｘの先端から押し出されて外部に噴出する。
【００２５】
また、図３（ａ）及び（ｂ）には、ピエゾ駆動方式の塗布手段１４が例示されている。図３（ａ）に示すように、ノズル１４ｘにはピエゾ抵抗効果に基づいてひずみを発生させる圧電変換素子（ピエゾ素子）１４ｚが設けられており、圧電変換素子１４ｚに電圧を印加すると、圧電変換素子１４ｚがへこみノズル１４ｘ内に液体３が注入される。そして、図３（ｂ）に示すように、圧電変換素子１４ｚに印加する電圧を変化させることにより、圧電変換素子１４ｙが逆に膨らんで液体３がノズル１４ｘの先端から押し出されて外部に噴出する。
【００２６】
あるいは、ノズル１４ｘに設けられた超音波振動子の動作によって液体３をノズル１４ｘから噴射するようにしてもよい。
【００２７】
塗布手段１４のノズル１４ｘの口径や数は特に限定されないが、例えば、配線基板の配線パターンを形成する場合、ノズル１４ｘの先端口径は３０〜８０μｍ（好適には５０μｍ程度）であり、その数は３０〜９０個（好適には６０個程度）ある。これによって、金属膜パターンの幅、膜厚及びトータル面積などが変化する場合であっても容易に対応できるようになっている。そして、ノズル制御手段１５により液体３を噴出させるノズル１４ｘが選択されると共に、液体３の噴出量及び噴出タイミングなどが制御される。
【００２８】
本実施形態のパターニング装置１はこのような構成になっており、ステージ移動手段１２により基板２が載置されたステージ１０を水平方向に移動させながら、基板３上の任意の部分に塗布手段１４により液体３を噴出して塗布することができる。そして、基板２上に液体３を塗布しながら又は塗布した後に、基板２上の液体３に紫外線照射手段２２により紫外線を照射することができる。これによって、後述するように、液体３内の金属イオンが還元されて基板３上に金属となって析出することにより基板２上に密着強度が高い金属膜パターンが形成される。
【００２９】
次に、前述したパターニング装置１を用いた膜のパターニング方法について説明する。まず、前述したパターニング装置１のステージ１０上に基板２を載置した後に、チャック手段により基板２を固定する。このとき、ステージ１０の加熱手段１１をＯＮにしておき、基板３の温度が１００〜２００℃になるようにする。
【００３０】
その後に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステージ１０を水平方向に移動させながら又は固定した状態で、基板２上の金属膜パターンが形成される部分に塗布手段１４により液体３を塗布して液体塗布層３ａを形成する。続いて、ＵＶランプ２２ａから放出される紫外線をファイバ２２ｂの先端から基板２上の液体塗布層３ａに照射する。このとき、液体３を塗布しながら随時基板２上の液体塗布層３ａに紫外線を照射するようにしてもよい。ＵＶランプ２２ａとしては、波長が３００ｎｍ程度以下のものが使用され、特に波長が１７２ｎｍのエキシマーＵＶランプが好適に使用される。
【００３１】
本実施形態で使用される液体３としては、金属錯体の一例であるＫＡｕ（ＣＮ）２（金錯体）を溶媒に溶解させたものが使用される。あるいは、金属錯体として、銅（Ｃｕ）錯体、パラジウム（Ｐｄ）錯体又はニッケル（Ｎｉ）錯体などを使用してもよい。銅錯体としては、Ｃｕ−ＥＤＴＡ（エチレンジアミン４酢酸）などがある。また、パラジウム錯体としては、紫外線感光性化合物（パラジウム合金）、又はパラジウム有機錯体（Ｐｄ−ＥＤＴＡ、Ｐｄ−アミン錯体、Ｐｄ−ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、Ｐｄ−キレート化合物、ジチオシュウ酸パラジウム、パラジウムカルボン酸塩）などがある。
【００３２】
これらの金属錯体を溶解する溶媒としては、水、ＫＯＨ水溶液、又は水とエタノール（表面張力をコントロールする）との混合液などが使用される。
【００３３】
例えば、ＫＡｕ（ＣＮ）２が溶解された液体３が基板２上に塗布された液体塗布層３ａに紫外線を照射すると、まず、式（１）に示すように、空気中の酸素が紫外線のエネルギー（ｈν）を受けてオゾン（Ｏ３）が発生する。次いで、式（２）に示すように、このＯ３と液体塗布層３ａ中のＣＮ−イオンとが反応してＣＮＯ−及びＯ２が発生する。さらに、式（３）に示すように、ＣＮＯ−がＯ３及びＨ２Ｏと反応してＨＣＯ３−、窒素（Ｎ２）及び酸素（Ｏ２）に分解される。なお、ＣＮ−イオンは、紫外線によっても直接分解される。
【００３４】
３Ｏ２＋ｈν→２Ｏ３・・・式（１）
ＣＮ−＋Ｏ３→ＣＮＯ−＋Ｏ２・・・式（２）
２ＣＮＯ−＋３Ｏ３＋Ｈ２Ｏ→２ＨＣＯ３−＋Ｎ２＋３Ｏ２・・・式（３）
このように、液体塗布層３ａに紫外線を照射することにより、液体塗布層３ａ中のＣＮ−イオンが酸化反応により分解する。
【００３５】
このとき、液体塗布層３ａ中のＡｕ（ＣＮ）２−イオンも分解する。これにより、図５（ａ）に示すように、基板２上にＡｕ２５が順次析出していく。またこのとき、基板２は１００〜２００℃程度に加熱されているので、上記した反応が促進されると共に、Ａｕの析出が終了した後には液体塗布層３ａの溶媒が蒸発するようになっている。
【００３６】
これにより、図５（ｂ）に示すように、析出した金２５より構成される金属膜パターン２６が形成される。
【００３７】
前述したような紫外線に反応して金属が析出するような各種金属錯体が溶解された液体を使用することにより、金膜の他に各種の金属膜パターン（Ｃｕ膜、Ｐｄ膜、又はＮｉ膜など）を形成することが可能である。Ｐｄ錯体が溶解された液体を使用する場合、無電解めっきの触媒としてのＰｄ核の形成に有効である。
【００３８】
このとき、液体塗布層３ａに照射する紫外線の量を調整することにより、析出する金２５の量を制御することができるので、液体３の仕様や塗布条件を変えることなく、容易に金属膜パターン２６の膜厚を調整することができる。
【００３９】
このように、金属錯体が溶解した液体塗布層３ａに紫外線を照射することにより、基板２上に金属を順次析出させて金属膜パターン２６を形成するようにしたので、金属膜パターン２６が基板２上に密着強度の高い状態で形成される。また、めっきやフォトリソグラフィなどを用いて金属膜パターンを形成する方法より、製造装置が簡易となり、かつ製造工程が短手番となるので、製造コストを低減させることができる。
【００４０】
また、基板２上の金属膜パターン２６が形成される部分のみに液体３を塗布すればよいので、フォトリソグラフィなどを使用する場合と違って、材料を無駄にすることなく金属膜パターン２６を形成できるという観点からも製造コストを低減することができる。
【００４１】
なお、従来のインクジェット方式のパターニング装置では、金属粒子が分散された液体の溶媒を蒸発させて金属粒子を基板上に残すことで金属膜パターンを形成するので、金属膜パターンの膜厚を変化させる場合、液体の種類（金属粒子の含有量など）や塗布条件を変える必要があり、作業が煩雑になる。
【００４２】
しかしながら、本実施形態では、液体３の種類や塗布条件を変えることなく、紫外線の照射量により液体塗布層３ａに含まれる金属の析出量を制御できるので、煩雑な作業を伴わずに金属膜パターン２６の膜厚を調整することができ、作業効率を向上させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパターニング装置では、ステージ上に基板が載置され、インクジェット法による塗布手段により、紫外線と反応して金属が析出する液体が基板上に塗布される。そして、基板上の液体塗布層に紫外線照射手段で紫外線を照射することにより、液体塗布層内の金属イオンが還元されて金属となって基板上に析出して金属膜パターンが形成される。
【００４４】
これにより、金属膜パターンが密着強度の高い状態で基板に形成される。また、インクジェット法により金属膜パターンが直接描画されて形成されるので、製造工程が短手番となり、製造コストを低減させることができる。さらに、紫外線の照射量により液体塗布層の金属析出量を制御できるので、煩雑な作業を伴わずに金属膜パターンの膜厚を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施形態のパターニング装置を示す模式図である。
【図２】図２は本発明の実施形態のパターニング装置に係る塗布手段（バブルジェット方式）を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の実施形態のパターニング装置に係る塗布手段（ピエゾ駆動方式）を示す断面図である。
【図４】図４は本発明の実施形態の膜のパターニング方法を示す断面図（その１）である。
【図５】図５は本発明の実施形態の膜のパターニング方法を示す断面図（その２）である。
【符号の説明】
１…パターニング装置、
２…基板、
３…液体、
３ａ…液体塗布層、
１０…ステージ、
１１…加熱手段、
１２…ステージ移動手段、
１４…塗布手段、
１４ｘ…ノズル、
１４ｙ…発熱体、
１４ｚ…圧電変換素子、
１５…ノズル制御手段、
１６…配管、
１７…気泡、
１８…液体供給部、
２２…紫外線照射手段、
２２ａ…ＵＶランプ、
２２ｂ…ファイバ、
２４…コントローラ、
２５…金、
２６…金属膜パターン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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