(57)【要約】【課題】  微細線幅でかつ電気抵抗の低い導体回路パターンを精度よく形成する。【解決手段】本発明の微細パターン形成方法は、液体材料の吐出機構１を基板２に対向するように配置し、吐出機構と基板との位置関係を相対的に変化させて、吐出機構から吐出された液体材料を基板表面に微細なパターンを塗布して導電膜とするもので、  吐出機構から吐出され飛翔中の液体材料に、レーザ光を照射して加熱する。  微細パターンを形成する装置としては、液体材料を基板２に向けて吐出する吐出手段１と、吐出手段１と基板２との位置関係を相対的に変化させる可変手段とを備え、吐出手段から吐出した飛翔中の液体または基板に塗布された液体材料の表面近傍に対してレーザ光１５を集光させるレーザ集光手段５とを設けたものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体材料の吐出機構を基板に対向するように配置し、前記吐出機構と前記基板との位置関係を相対的に変化させて、前記吐出機構から吐出された前記液体材料を前記基板表面に微細なパターンを塗布して導電膜とし、導体回路パターンを形成する微細パターン形成方法において、
前記吐出機構から吐出され飛翔中の液体材料に、レーザ光を照射して加熱することを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項２】
前記レーザ光の出力を変化させることを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成方法。
【請求項３】
前記レーザ光を、一定時間内のレーザ照射時間の割合を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の微細パターン形成方法。
【請求項４】
前記レーザ光を、レーザ出力と一定時間内のレーザ照射時間の割合を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の微細パターン形成方法。
【請求項５】
前記レーザ光の焦点位置を変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項６】
液体材料を基板に向けて吐出する吐出手段と、前記吐出手段と前記基板との位置関係を相対的に変化させる可変手段とを備えた微細パターン形成装置において、
前記吐出手段から吐出した飛翔中の液体に対してレーザ光を発射するレーザ発生手段と、前記飛翔中の液体または前記基板に塗布された液体材料の表面近傍に対してレーザ光を集光させるレーザ集光手段とからなることを特徴とする微細パターン形成装置。
【請求項７】
前記レーザ集光手段が少なくとも１枚のシリンドリカルレンズからなることを特徴とする請求項６記載の微細パターン形成装置。
【請求項８】
前記レーザ集光手段が少なくとも１組の集光レンズからなることを特徴とする請求項７記載の微細パターン形成装置。
【請求項９】
前記レーザ集光手段に、前記レーザの光軸方向に変位させるレンズ駆動手段を設けたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の微細パターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶表示装置や半導体集積回路の導体回路パターンを基板上に形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の吐出液体による導体の形成技術として、有機金属錯体溶液を塗布し、レーザを照射すること有機錯体溶液を熱分解すると共に金属膜を析出させる方法がある。しかしながら、配線幅の微細化に伴い、吐出機構から吐出された液体材料は基板表面との濡れ性と表面張力の釣り合いで決まる形状になるため、幅を小さくすると極めて薄くなるため、断面積の減少、ひいては抵抗値の増加に繋がるといった問題があった。このような問題を解決する方法として、飛翔中の液体の粘度を増加させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
即ち、半導体電子回路基板上の配線の断線部に液体材料を供給する際に、清浄な乾燥空気あるいは不活性ガスを吐出機構先端部及び吐出された液体の表面に吹きかけることで、液体材料に含有された溶媒を蒸発させ液体材料全体の粘度を増加させることができる。
【特許文献１】特開平１０−２４７７７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、導体回路パターンが微細化されるにつれて塗布する液体材料の位置決めもまた高精度であることが要求されるが従来技術では、飛翔中の液体材料に乾燥空気あるいは不活性ガスを吹きかけるため、液体の着弾精度に影響を及ぼすといった問題や、溶媒の蒸発による粘度調整方法を用いているために粘度をコントロールすることができないといった問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、飛翔中の液体材料に最適なエネルギー量のレーザ光を用いて加熱することにより、微細線幅でかつ電気抵抗の低い導体回路パターンを精度よく形成する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明はつぎの構成にしている。
請求項１に記載の発明は、液体材料の吐出機構を基板に対向するように配置し、前記吐出機構と前記基板との位置関係を相対的に変化させて、前記吐出機構から吐出された前記液体材料を前記基板表面に微細なパターンを塗布して導電膜とし、導体回路パターンを形成する微細パターン形成方法において、前記吐出機構から吐出され飛翔中の液体材料に、レーザ光を照射して加熱するものである。
請求項２に記載の発明は、前記レーザ光の出力を変化させるものである。
請求項３に記載の発明は、前記レーザ光を、一定時間内におけるレーザ照射時間の割合を変化させるものである。
請求項４に記載の発明は、前記レーザ光を、レーザ出力と一定時間内におけるレーザ照射時間の割合を変化させるものである。
請求項５に記載の発明は、前記レーザ光の焦点位置を変化させるものである。
請求項６に記載の発明は、液体材料を基板に向けて吐出する吐出手段と、前記吐出手段と前記基板との位置関係を相対的に変化させる可変手段とを備えた微細パターン形成装置において、前記吐出手段から吐出した飛翔中の液体に対してレーザ光を発射するレーザ発生手段と、前記飛翔中の液体または前記基板に塗布された液体材料の表面近傍に対してレーザ光を集光させるレーザ集光手段からなる構成にしたものである。
請求項７に記載の発明は、前記レーザ集光手段が少なくとも１枚のシリンドリカルレンズからなる構成にしたものである。
請求項８に記載の発明は、前記レーザ集光手段が少なくとも１組の集光レンズを加えたものである。
請求項９に記載の発明は、前記レーザ集光手段に、レーザの光軸方向に変位させるレンズ駆動手段を設けたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の効果はつぎのとおりである。
請求項１に記載の発明によれば、液体材料の吐出機構を基板に対向するように配置し、吐出機構から吐出され飛翔中の液体材料に、レーザ光を照射して加熱するので、飛翔中の液体の粘度を増加させ、基板に塗布後の液体の広がりを抑制し、線幅が微細かつ電気抵抗の低い導体回路パターンを得ることができる。
請求項２に記載の発明によれば、レーザ光の出力を変化させるもので、レーザ出力の調整により、液体の粘度を所望の値に変化させ、所望の幅を有する導体回路パターンを均一に塗布することができる。
請求項３に記載の発明によれば、前記レーザ光を、一定時間内でのレーザ照射時間の割合を変化させるので、液体の粘度を所望の値に変化させ、所望の幅を有する導体回路パターンを均一に塗布することができる。
請求項４に記載の発明によれば、前記レーザ光を、レーザ出力と一定時間内のレーザ照射時間の割合を変化させるので、さらに細かく液体の粘度を制御することができ、所望の幅を有する導体回路パターンを均一に塗布することができる。
請求項５に記載の発明によれば、  前記レーザ光の焦点位置を変化させるもので、液体材料に照射するレーザエネルギーを精度よく調整することができ、正確かつ安定して液体材料を加熱させることができ、生成する導体回路パターンの形状精度を向上させることができる。
請求項６に記載の発明によれば、液体材料を基板に向けて吐出する吐出手段と、前記吐出手段と前記基板との位置関係を相対的に変化させる可変手段とを備えた微細パターン形成装置において、前記吐出手段から吐出した飛翔中の液体に対してレーザ光を発射するレーザ発生手段と、前記飛翔中の液体または前記基板に塗布された液体材料の表面近傍に対してレーザ光を集光させるレーザ集光手段とからなる構成にしたので、飛翔中の液体を加熱することができる。
請求項７に記載の発明によれば、レーザ集光手段に少なくとも１枚のシリンドリカルレンズを設けたので、広範囲に液体材料を加熱し、その粘度を増加させ、基板に塗布後の液体の広がりを抑制し、線幅が微細かつ電気抵抗の低い導体回路パターンを効率よく得ることができる。すなわち、液体材料を加熱するレーザ光を線状にすることができるため、一度に広範囲の液体材料を加熱し、その粘度を増加させ、基板に塗布後の液体の広がりを抑制し、線幅が微細かつ電気抵抗の低い導体回路パターンを効率よく得ることができる。
請求項８に記載の発明によれば、レーザ集光手段に少なくとも１組の集光レンズを加えたので、必要な範囲に対して液体材料を加熱し、その粘度を増加させ、基板に塗布後の液体の広がりを抑制し、線幅が微細かつ電気抵抗の低い導体回路パターンを効率よく得ることができる。
請求項９に記載の発明によれば、レーザ集光手段に、レーザの光軸方向に変位させるレンズ駆動手段を設けたので、レーザ集光手段をレーザ光軸の方向に対して精度よく変位させることができるので、正確に液体材料の粘度を調節することができ、従来の方法に比べて液体塗布の位置精度が著しく向上した電気抵抗の低い微細パターンが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の実施例１の微細パターン形成装置を示す斜視図である。本装置は、定盤１３、定盤１３上に固定された門形フレーム９、基板２を保持し、直交２軸方向に駆動させるためのリニアステージ３、レーザ発振器４とレーザ発振器４をコントロールするためのレーザ用ドライバー６、レーザ発振器４より照射されるレーザ光を集光するための手段５、門形フレームに固定され、吐出機構１を昇降させるための昇降軸モータ７、昇降軸モータ７の回転運動を直進運動に変換する直動機構８、リニアステージ３と昇降軸モータ７を駆動させるためのモータ用ドライバー１０、駆動軸とドライバーの信号を中継するためのターミナル１２、吐出機構１を動作させるための吐出用ドライバー１４、全体の動作を制御するための制御装置１１とから構成されている。
次に動作について説明する。リニアステージ３上に微細パターンを塗布するための基板２を設置したのち、制御装置１１からモータ用ドライバー１０へ指令を与えて昇降軸モータ７を動作させて吐出機構１と基板２間の距離を調整する。次に制御装置１１からモータ用ドライバー１０へ指令を与えて所望のパターンが得られるようにリニアステージ３を駆動させる。同時に吐出のタイミングを制御装置１１から吐出用ドライバー１４へ信号を送ることで制御する（図中、１１と１４間の信号線は省略）。リニアステージ３の動きと吐出のタイミングを同期させることで位置誤差のないパターンを得ることができる。吐出機構１は、圧電素子を駆動源に用いた場合には微小流路と微小穴、液体材料を充填したリザーバと液体を加圧するための圧電素子（図示せず）から構成され、圧電素子に電圧を印加することで一定量の液体を吐出することができる。また、気体の熱膨張を駆動源に用いた場合には微小流路と微小穴、液体を加熱するためのヒーター電極（以上、すべて図示せず）とから構成され、同様に電圧を印加することで一定量の液体を吐出することができる。レーザ発振器４とレーザ用ドライバー６によりレーザが励起される。励起されたレーザはレーザ集光手段５より集光され、集光されたレーザ光１５によって吐出機構１より吐出された液体材料は加熱される。加熱されることで液体材料を希釈していた溶媒を蒸発させ、粘度を増加させることができる。液体材料の粘度を増加させることよって、基板に塗布後の液体の広がりを抑制することができるため、細線でかつ厚膜の導体回路パターンを形成することができ、その結果、電気抵抗の低い微細パターンを得ることができる。
【実施例２】
【０００８】
本実施例は、実施例１の微細パターン形成装置にレーザの出力を変える機能を持たせたものである。なお、以下の実施例に用いた微細パターン形成装置の基本形は、全て実施例１と同じものである。
図２および図３は、レーザ出力の制御信号の一例を示したもので、レーザ発振器から出射されるレーザの出力をコントロールしている。図中に示したＶｅを変化させることで、液体材料の粘度を変化させることができる。吐出機構１より液体材料を吐出して、基板に塗布する方法は、実施例１と同じである。一般に、Ｖｅを上げると液体材料がより加熱され、溶媒が蒸発しＶｅが低い時よりも粘度が増加する。
【実施例３】
【０００９】
本実施例は、レーザの照射時間を変える機能を持せたものである。
図４に一定時間内のレーザ照射時間の割合を用いてレーザの加熱をコンロトールする時の制御信号の一例を示す。レーザの出力は一定であるため信号の振幅は一定であるが、一定時間におけるレーザが発振している時間を変化させている。一般に一定時間に対するレーザの発振時間の割合が大きいほどから液体材料がより加熱され、溶媒が蒸発し、割合が低い時よりも粘度が増加する。
レーザ出力または一定時間内のレーザ照射時間の割合またはレーザ出力と一定時間内のレーザ照射時間の割合を用いて液体材料の加熱を制御することができるので、粘度を所望の値に制御することができるため、所望の幅を有する均一な微細パターンの形成ができる。
【実施例４】
【００１０】
本実施例は、レーザ出力とレーザの照射時間の両方を変える機能を持たせたものである。
図５にレーザ出力と一定時間内のレーザ照射時間の割合を用いてレーザの加熱をコンロトールする時の制御信号の一例を示す。実施例２〜３と同様に、レーザ出力、一定時間内のレーザ照射時間の割合が大きいほど、液体材料の粘度は増加するが、レーザ出力と一定時間内のレーザ照射時間の割合を同時に変化させることで第１の実施例、第２の実施例より細やかな加熱の調整が可能になる。
【実施例５】
【００１１】
本実施例は、レーザ光を集光させレーザ集光手段を設けたものである。
図６は、本実施例に用いたレーザ集光手段の斜視図である。レーザ集光手段５は、レーザ発振器４から出射されたレーザ光がシリンドリカルレンズ５ａの平坦面に対して垂直に入射するように設置されたものである。シリンドリカルレンズ５ａからは、入射光を同じ幅の線状レーザが生成される。なお、レーザ光の色収差を抑えることを目的にシリンドリカルレンズ５ａにレーザ光を入射する前に図示しない、いくつかの集光レンズを配置することも本発明の範疇である。
吐出機構１より吐出された液体材料はレーザ集光手段５より照射されたレーザ光１５によって加熱される。加熱されることで液体材料を希釈していた溶媒を蒸発させ、粘度を増加させることができる。液体材料の粘度を増加させることよって、基板に塗布後の液体の広がりを抑制することができるため、細線でかつ厚膜のパターンを得ることができる。
【実施例６】
【００１２】
本実施例は、実施例５のレーザ集光手段に１組の集光レンズを付加したものである。
図７は、本実施例に用いたレーザ集光手段の斜視図である。
レーザ集光手段５はシリンドリカルレンズ５ａと第１の集光レンズ５ｂと第２の集光レンズ５ｃとから構成される。集光レンズは、一般的な凸レンズやアクロマティックレンズを用いる。次に第１の集光レンズ５ｂと第２の集光レンズ５ｃの役割について説明する。実施例１では、シリンドリカルレンズ５ａから出射されるレーザ光の幅はレーザ発振器４より出射されるレーザ光の径により決定されるため、最終的に得られる線状レーザ光の線幅を調整することができなかった。図３にあるように、１組の集光レンズの焦点距離と配置を適切に設定することで第１の入射光１６よりも径の大きなレーザ光をシリンドリカルレンズ５ａに入射することができる。その結果、第１の入射光１６のビーム径よりも大きな線幅を有する線状レーザ光を得ることができる。
【実施例７】
【００１３】
本実施例は、レーザ集光手段にレンズ駆動手段を設けたものである。
図８は、本実施例に用いたレンズ駆動手段の側断面図である。
レーザ集光手段５は、一般的な凸レンズやアクロマティックレンズからなるレンズ２５とレンズホルダー２１とから構成される。レンズ駆動手段２０は、リニアアクチュエータ２３とリニアアクチュエータ２３を固定するための支持板２４とから構成される。リニアアクチュエータ２３としては圧電素子を積層した圧電アクチュエータが好適である。なお、２６は、リニアアクチュエータ２３の電源である。レーザ発振器４よりレーザが照射され、レンズ２２を通して焦点位置２８で集光する。ここで、リニアアクチュエータ２３に電圧を印加すると印加する電圧に応じてレンズが移動し、それに伴って、焦点位置２５もまた移動する。
図９は、焦点位置からの変位と照射エネルギーの関係を示したものである。リニアアクチュエータに電圧を印加することで焦点位置を変位させることができる。したがって、印加電圧によって照射エネルギーを調整することが可能となる。照射エネルギーは、液体材料の加熱と関係し、さらに粘度と関係があるため、最終的には、リニアアクチュエータ２３の電圧によって液体材料の粘度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に用いた微細パターン形成装置を示す斜視図
【図２】本発明の実施例２に用いたレーザ発振器の制御信号を示すグラフ
【図３】本発明の実施例３に用いたレーザ発振器の制御信号を示すグラフ
【図４】本発明の実施例３の他のレーザ発振器の制御信号を示すグラフ
【図５】本発明の実施例４に用いたレーザ発振器の制御信号を示すグラフ
【図６】本発明の実施例５に用いたレーザ集光手段を示す斜視図
【図７】本発明の実施例６に用いたレーザ集光手段を示す斜視図
【図８】本発明の実施例７に用いたレーザ集光手段の駆動方法を示す側面図
【図９】本発明の実施例７における焦点位置からの変位と照射エネルギーの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００１５】
１  吐出機構
２  基板
３  リニアステージ
４  レーザ発振器
５  レーザ集光手段
５ａ  シリンドリカルレンズ
５ｂ  第１の集光レンズ
５ｃ  第２の集光レンズ
６  レーザ用ドライバー
７  昇降軸モータ
８  直動機構
９  門形フレーム
１０  モータ用ドライバー
１１  制御装置
１２  ターミナル
１３  定盤
１４  吐出用ドライバー
１５  レーザ光
１６  第１の入射光
１７  集光レンズ間のレーザ光
１８  シリンドリカルレンズへの入射光
１９  出射光
２０  レンズ駆動手段
２１  レンズホルダー
２２  レンズ
２３  リニアアクチュエータ
２４  支持板
２５  焦点位置
２６  電源
Ｖｅ、Ｖｅ’、Ｖｅ”  レーザ出力調整用電圧
Ｒ、Ｒ’  一定時間内のレーザ照射時間の割合
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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