(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、得られる膜と基板との間の密着力を向上させることのできる膜パターンの形成方法を提供することにある。【解決手段】  本発明は、基板の表面に、撥液性を有する自己組織化膜を形成する工程と、前記自己組織化膜上に液体材料を供与し、これを乾燥する工程と、前記基板の裏面側にエネルギーを付与する工程と、乾燥した前記液体材料を焼結させる工程と、を含むことを特徴とする膜パターンの形成方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に、撥液性を有する膜を形成する工程と、
前記膜上に液体材料を供与し、これを乾燥する工程と、
前記基板の裏面側から、前記撥液性を有する膜にエネルギーを付与する工程と、
乾燥した前記液体材料を焼結させる工程と、
を含むことを特徴とする膜パターンの形成方法。
【請求項２】
前記撥液性を有する膜が、撥液性を有する自己組織化単分子膜である、請求項１記載の膜パターンの形成方法。
【請求項３】
前記エネルギーが、光エネルギーである、請求項１又は２記載の膜パターンの形成方法。
【請求項４】
前記光エネルギーが、紫外線、可視光又はレーザーである、請求項３記載の膜パターンの形成方法。
【請求項５】
前記液体材料が、金属配線の原料となる機能性液体である、請求項１〜４の何れかに記載の膜パターンの形成方法。
【請求項６】
前記の膜上に液体材料を供与する方法として、インクジェット法を用いる、請求項１〜５の何れかに記載の膜パターンの形成方法。
【請求項７】
基板の表面に、撥液性を有する膜を形成する工程と、
前記膜上に液体材料を供与し、これを乾燥する工程と、
前記基板の裏面側から、前記撥液性を有する膜にエネルギーを付与する工程と、
乾燥した前記液体材料を焼結させる工程と、
を含むことを特徴とする膜パターンの形成装置。
【請求項８】
請求項１〜６の何れかに記載の膜パターンの形成方法又は請求項７記載の膜パターンの形成装置により形成されてなる膜パターンを備えてなる回路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子その他の回路素子における回路パターンや配線パターンを構成する膜と基板との間の密着力を向上させることのできる膜パターンの形成方法及び膜パターン形成装置、並びに該方法又は装置により得られる膜パターンを備える回路素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子その他の回路素子は、シリコン、ガラス、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）その他の基板上に回路パターンや配線パターンを形成して製造される。従来から、このような素子の製造には、リソグラフィー法が用いられている。また、配線の形成方法として、例えば、エッチングによる方法が用いられている。
ところで、インクジェット式の記録ヘッドを用いてインクの代わりに金属含有液体を機能性液体として基板上に吐出し、配線パターンを形成する方法がある（特許文献１〜３参照）。このインクジェット式記録ヘッドの解像度は、例えば、４００ｄｐｉと微細であるため、個々のノズル穴から機能性液体を吐出できれば、半導体工場のような設備を要せず、μｍオーダーの幅で任意のパターンが形成できると考えられる。
しかしながら、インクジェット方式により吐出された液滴が基板表面に着弾すると、液滴が基板表面で大きく広がったり、液滴の形状がそのまま配線パターンの輪郭に残ったり、凹凸ができてしまうという問題がある。このため、従来、複数の層を備え、各層の電気回路を互いに接続した立体の配線を効率良く形成する方法及び装置は存在しなかった。そこで、低コストな機能性液体付与方法を用いて、液滴が不必要に濡れ広がらず、微細な配線の形成が可能な素子製造方法及び製造装置の提供が考えられてきた。
【０００３】
その例として、液滴吐出方式で基板上にパターンを形成する際、基板に対して撥液処理及び親液処理を行い、基板と吐出された液滴との接触角を制御することが行われている（特許文献４参照）。撥液処理及び親液処理を行って接触角を制御することにより、パターンの形状（線幅等）やパターン形成位置が制御される。例えば、撥液処理が行われた基板上では液滴の接触角が高くなるため、線幅が小さく、膜厚が厚いパターンが形成される。撥液処理としては、ＣＦ4プラズマ処理（具体的には、不活性ガスとCF4の混合気体中でプラズマを発生させることにより、基板表面をフッ素化することで撥液性を付与する処理）や、ＦＡＳ処理（具体的には、基板上にフルオロアルキルシランからなる自己組織化膜を形成することにより、基板に撥液性を付与する処理）が知られており、親液処理としては、Ｏ2プラズマ処理や紫外線（ＵＶ）等のエネルギー照射処理が知られている。
【０００４】
しかしながら、撥液性で液滴が不必要に濡れ広がらないということは、材料の基板に対する親和性を少なくする方向に向いたものである。これは、結果的に得られた機能性材料と基板との密着力が低下するということにつながり、その結果として形成された金属の配線が容易に剥がれてしまうという問題があった。この密着力低下の機構については、未だ解明されていない点が多いが、材料自体の親和性が悪くなる点と、配線を焼結する過程における体積収縮によるひずみが考えられている。
【特許文献１】特開２００３−８０６９４号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３６９１号公報
【特許文献３】特開２００３−１４２８０２号公報
【特許文献４】特許第３３２８２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、得られる膜と基板の間の密着力を向上させることのできる膜パターンの形成方法を提供することにある。特に、半導体その他の回路素子における回路パターンや配線パターンの形成に適用した場合に、基板から回路や配線の剥離を防止することのできる膜パターンの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、鋭意研究した結果、基板の表面に、撥液性を有する膜を形成する工程及び前記膜上に液体材料を供与し、これを乾燥する工程を行った後、該撥液性膜及び液体材料を備える前記基板における当該撥液性膜に対し、エネルギーを特定方向から付与する工程を行う膜パターンの形成方法が、前記目的を達成し得ることの知見を得た。
【０００７】
本発明は、前記知見に基づきなされたもので、基板の表面に、撥液性を有する膜を形成する工程と、
前記膜上に液体材料を供与し、これを乾燥する工程と、
前記基板の裏面側から、前記撥液性を有する膜にエネルギーを付与する工程と、
乾燥した前記液体材料を焼結させる工程と、
を含むことを特徴とする膜パターンの形成方法を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、基板の表面に、撥液性を有する膜を形成する工程と、
前記膜上に液体材料を供与し、これを乾燥する工程と、
前記基板の裏面側から、前記撥液性を有する膜にエネルギーを付与する工程と、
乾燥した前記液体材料を焼結させる工程と、
を含むことを特徴とする膜パターンの形成装置を提供するものである。
また、本発明は、前記膜パターンの形成方法又は前記膜パターンの形成装置により形成されてなる膜パターンを備えてなる回路素子を提供するものである。
【０００９】
以下、本発明について、好ましい実施形態に基づき説明する。
【００１０】
本発明に係る膜パターンの形成方法は、既述の通り、基板の表面に、撥液性を有する膜を形成する工程（以下、第１の工程ともいう）と、
前記膜上に液体材料を供し、これを乾燥する工程（以下、第２の工程ともいう）と、
前記基板の裏面側から、前記撥液性を有する膜にエネルギーを付与する工程（以下、第３の工程ともいう）と、
乾燥した前記液体材料を焼結させる工程（以下、第４の工程ともいう）と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
この第１の工程から第４の工程を、図面を参照しつつ説明する。
先ず、第１の工程では、図１（ａ）に示すように、密閉空間において、片面全体を適当な被覆材（図示せず）で被覆した基板１を垂直に立てるとともに、液状の撥液処理剤２を共存させる。基板１を立てるには、治具等を用いて行う。そして、この状態（気相）で、温度１００〜１５０℃、６０分〜３時間の条件下にするか、又は室温で、２４〜７２時間の条件下にすると、液状の撥液処理剤２の蒸気が発生し、基板１と撥液処理剤２との関係によって、該基板１における被覆材のない方の面（この面を表面とする）上に、該撥液処理剤２の蒸気を構成する分子からなる自己組織化膜（ＳＡＭｓ：単分子膜）として成膜する。即ち、基板１の表面に、撥液性を有する自己組織化膜としての撥液層３を形成する。      
【００１２】
本実施形態では、基板１として、石英基板を用い、また、撥液処理剤２として、シランカップリング剤を用いている。この石英基板とシランカップリング剤との関係によって、自己組織化膜の形成が可能となる。    
尚、図１（ａ）は、基板の表面に、撥液性を有する自己組織化膜を形成する工程（第１の工程）を示す概念図である。    
【００１３】
また、本実施形態においては、撥液性を有する膜として、非常に薄くて均質な膜が簡単な手順で厚みをコントロールしながら作製できる点で特に好適であることから、撥液性を有する自己組織化膜を用いているが、エネルギーを照射することで、撥液性の劣化等を伴って形成される膜と基板との密着性を向上し得るものであれば如何なる膜でも利用することができる。例えば、エネルギーとしてＵＶを照射する場合には、自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ）を用いることが、ＵＶによって分解することで膜パターンを構成する膜と基板との密着性を更に向上できる点で好適である。    
【００１４】
その他、レジスト等のようなもので、可視光で構造変化するような部分を有する撥液膜を形成することも可能である。この場合、可視光を照射することで、該撥液膜の構造変化を伴って、膜と基板との密着性を向上させることが可能である。    
【００１５】
撥液処理剤２としては、基板１に撥液性を付与し得る限り特に制限されないが、後述す第２工程における液体材料として金属配線の原料となる機能性液体を使用する場合には、該機能性液体が該基板１上で良い形状をとり得るものを好適に使用できる。
また、本発明においては、後述する第３工程で基板１の裏面側から撥液性を有する膜にエネルギーを照射して、該基板１の表面側の撥液性を低下させる。
特に、エネルギーとしては、扱いやすく、対象に接触せずに照射できるという点から、紫外線や可視光、レーザー等の光エネルギーを照射することが好ましい。    
【００１６】
このように、基板１の表面側の撥液性を低下させて、機能性液体等の液体材料（延いては該液体材料から形成される膜パターン）と基板との密着力を向上させるものである。
このため、本発明に適用できる基板１としては、ＵＶ等のエネルギー源が透過できる基板、例えば、透明性の基板等が挙げられる。特に、エネルギー源として可視光を付与する場合にはガラス等の透明性基板が、またＵＶの波長域の光を付与する場合には石英基板が、それぞれ吸収帯を持たないので好適である。また、完全に透過性を有しなくても、ある程度透過率があれば、照射時間等によって目的の処理が可能であるため、そのような基板を使用することも可能である。    
【００１７】
尚、基板１の表面における撥液性は、後述の第２工程で、一旦乾燥工程が終わった後は膜と基板との密着性向上という点からは不必要な特性であるため、上述のように最終的に膜パターンを形成する際には、密着力を具備し得る限り撥液性が低下していてもよい。
また、撥液層３を有する基板１の裏面側からのＵＶ等の照射は、マスク等を用いて、膜パターンを形成する撥液層３の部分のみに行うことにより、該撥液層３のそれ以外の部分には撥液性を維持させたまま、目的の密着力を得ることができる（図１（ｃ）参照）。勿論、膜と基板との密着性向上という本発明の効果を達成し得る限り、マスク等を用いず、基板の裏面全体からＵＶ等の付与により、撥液層３の撥液性が低下してもよい。
【００１８】
第２の工程では、図１（ｂ）に示すように、自己組織化膜としての撥液層３が形成された基板１をステージ上に載置し、該基板１上の撥液層３の表面に、インクジェット法によりインクジェットヘッド（ＩＪヘッド）から液体材料を供し、これを乾燥する。本実施形態においては、液体材料として、金属配線の原料となる機能性液体４を使用する。
【００１９】
機能性液体４としては、デバイスを構成する材料物質を含む液状体であることが好ましく、例えば、金属配線用の金、銀、銅などの金属微粒子分散液、ITOなどの導電体として機能し得る物質や、キャパシタなどの絶縁体として機能し得る物質を含む液体等が用いられる。
特に、紫外線などのエネルギー線で材料の特性が劣化しにくい機能性材料という点で、金属配線用の銀微粒子分散液等の、金属配線の原料となるものが好ましい。
かかる機能性液体４は、得られる膜パターンの材料となる金属を分散溶媒により分散させる等して調製することができる。
【００２０】
インクジェット法等で機能性液体４を撥液層３上に供与した後、該機能性液体４から分散溶媒を除去することにより乾燥する。
【００２１】
乾燥の方法としては、例えば、銀微粒子分散液の場合は、ホットプレート加熱等により、脱脂工程を行うことができる。
【００２２】
この際、乾燥温度は、室温〜２００℃、乾燥時間は、１０〜６０分が好ましい。
第３の工程では、図１（ｃ）に示すように、基板１の裏面側にエネルギーを付与する。
本実施形態では、エネルギーとして紫外線（ＵＶ）を照射する。光エネルギーのうちでも、ＵＶは、特に高いエネルギーにより直接自己組織化単分子膜を分解できる点から好ましい。
また、ＵＶの照射に際しては、制御装置を用いて、所望の膜パターンを形成し得るようなＵＶの波長、照射量や照射時間等を適宜な波長、量、時間に制御することができる。また、この際、基板１を載置したステージに駆動部を接続固着することにより、上記制御装置を固定したままＵＶを照射することができる。
ここで、照射するＵＶの波長としては、所望の膜に応じて適宜設定可能であるが、通常、１５０〜４００ｎｍ、特に１７０〜３７０ｎｍであることが好ましい。
また、ＵＶの照射量としては、同様に適宜設定可能であるが、照射量が高いほど短時間で自己組織化膜の撥液性を劣化させる事ができる。
また、ＵＶの照射時間も、同様に適宜設定可能である。
【００２３】
第４の工程では、図示していないが、ＵＶを照射した後、乾燥した液体材料としての機能性液体を焼結させる。焼結処理の方法としては、特に制限なく、通常の方法を採用することが可能であるが、特に、温度２００〜５００℃で、３０〜６０分間の条件下に行うことが好ましい。
【００２４】
このようにして、撥液性の薄膜（自己組織化膜）を分解あるいは構造変化させ、基板との密着力が向上した膜パターンを形成することができる。得られた膜パターンは、配線等として機能し、該配線等の基板からの剥離を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、基板と膜の間の密着力を向上させることができる。特に、本発明に係る膜バターンの形成方法を、半導体その他の回路素子における回路パターンや配線パターンの形成に適用すれば、基板から回路や配線の剥離を防止することができる。    
【００２６】
また、本発明の膜パターンの形成装置は、基板の表面に、撥液性を有する膜を形成する工程と、前記膜上に液体材料を供与し、これを乾燥する工程と、前記基板の裏面側にエネルギーを付与する工程と、乾燥した前記液体材料を焼結させる工程と、を含むものである。そして、かかる膜パターンの形成装置は、前述した膜パターンの形成方法を採用する好適な実施形態である。本発明の膜パターンの形成装置についての詳細は、前述の形成方法における記載が適宜適用される。特に、図１（ａ）〜（ｃ）に示す流れのシステムを備える装置が具体例として挙げられる。    
【００２７】
また、本発明の膜パターンを備えてなる回路素子は、前述した膜パターンの形成方法又は前記膜パターンの形成装置により形成されてなるものである。かかる回路素子は、基板と膜パターン（例えば、回路パターンや配線パターン等）を構成する膜（回路や配線等）との密着性に優れているため、回路や配線の剥離を防止することが可能で、機能性に優れたものである。回路素子としては、電子回路素子の導電膜配線、半導体素子、実装配線等を形成する場合に適用可能である。    
【００２８】
本発明は、前述した各実施形態を好適に提供するものであるが、これらの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
前述の実施形態では、第１の工程で、基板の一面を被覆材で被覆して処理することにより、該基板の表面のみに撥水性を有する自己組織化膜を形成しているが、被覆材を用いずに、基板の両面にかかる自己組織化膜を形成することも可能である。この両面に自己組織化膜を形成した基板を用いた場合でも、第３の工程において、該基板の裏面側に紫外線等のエネルギーを付与することにより、基板裏面上の自己組織化膜も分解されるため、膜と基板との密着性向上という本発明の効果が損なわれることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施例及び試験例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、斯かる実施例により何等制限されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
〔基板洗浄〕
石英基板を用い、Ｏ2プラズマ処理により基板表面を洗浄した。
〔基板の撥液処理〕
撥液処理剤としてＦＡＳ１７（ヘプタデカフルオロ−１，１，２，２テトラヒドロデシルトリエトキシシラン）を用い、気相にて１２０℃、２ｈｒの条件で、基板表面上に撥液層を成膜した。
〔機能性液体の供給〕
インクジェット法によりインクジェットヘッドを用いて、金属配線用の銀微粒子分散液を、撥液層を有する基板上に供給した。
〔仮焼成〕
ホットプレート加熱にて、銀微粒子分散液中の溶媒を除去した（予備乾燥１００℃、５ｍｉｎ）。
〔エネルギー照射〕
基板の裏面から、ＵＶ（２５４ｎｍ、１０ｍＷ／ｃｍ2）を６０ｍｉｎの間照射した。
〔本焼成、膜パターン形成〕
３００℃、３０ｍｉｎの条件下におき、配線パターンを形成した。  
【００３１】
〔比較例１〕
ＵＶ照射を行わない（即ち、ＵＶ照射時間を０ｍｉｎ）とした以外は、実施例１と同様の操作を行い、配線パターンを形成した。
〔密着性評価〕
実施例１及び比較例１により形成された各膜からなる配線について、スコッチテープを基板の上から回路を覆って全体に貼った後で、基板から引き剥がした場合のラインパターンの剥離の程度により、基板と膜（配線）の間の密着性を評価した。
【００３２】
その結果、実施例１（６０分間のＵＶ照射）により形成された膜では、全てのラインパターンが残った。即ち、配線の剥離が抑えられた。このときの膜表面の状態を図１に示す。
一方、比較例１（ＵＶ照射なし）により形成された膜では、全てのラインパターンが剥離した。このときの膜表面の状態を図２に示す。
【実施例２】
【００３３】
実施例１における成膜条件を、室温で７２時間とした以外は実施例１と同様にして配線パターンを形成した。その結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【００３４】
以上の結果から明らかなように、本発明の膜パターンの形成方法によれば、基板と膜の間の密着力が向上できることが判る。これは、上記の実施例の場合についてみると、膜パターンを形成する際に、石英基板上の撥液処理剤であるＦＡＳ１７がＵＶにより分解されたことにより、石英基板と金属配線用の機能性液体材料との密着力が向上したためと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、基板と膜の間の密着力を向上させることができる膜パターンの形成方法及び形成装置並びに回路素子として、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に係る膜パターンの形成方法の一実施例における工程の流れを示す概略図である。
【図２】図２は、実施例１により形成された膜について密着性評価のためにスコッチテープを処理した後の膜表面の状態を示す平面図である。
【図３】図３は、比較例１により形成された膜について密着性評価のためにスコッチテープを処理した後の膜表面の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…基板，２…撥液処理剤，３…撥液層（自己組織化膜），４…機能性液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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