JP2004130312A - 素子製造装置 - Google Patents

Abstract

　　【課題】　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装置を提供することを課題とする。
　　【解決手段】　基板１０１に機能性液体を付与して素子を製造する装置１００であって、機能性液体を吐出して基板１０１に付与するインクジェットヘッド１と、基板１０１を固定する載置台７と、インクジェットヘッド１をクリーニングするクリーニング機構８と、クリーニング機構８を移動可能にする駆動モータと、を有することを特徴とする素子製造装置。
　　【選択図】　図７

Description

　本発明は、素子製造装置に係り、特にインクジェット式記録装置などの機能性液体付与装置を用いて、基板上に任意のパターンを形成することにより素子を形成する装置の改良に関する。

　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、このような素子の製造には、例えばリソグラフィー法が用いられている。このリソグラフィー法は、基板上にレジストと呼ばれる感光材を付与し、回路パターンを照射して現像し、これに金属イオン等を打ち込んで回路パターンを形成するものである。このリソグラフィー法は大掛かりな設備と複雑な工程を必要とし、製造コストが高かった。

　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。この方法は、基板表面に金属箔を貼り付け、更にレジスト樹脂を付与してフォトリソグラフィ等によりパターニングし、レジストが除去された部分の金属箔をエッチング除去するものである。しかし、このエッチング法は製造コストが高いという問題がある。配線パターンを印刷する方法も提案されているが、１品１様になり品質安定性に欠けるという問題があった。

　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りに金属含有液体を基板上に吐出し、配線パターンを形成する方法が考えられる。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り、凹凸ができてしまうという問題がある。

　また、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従来存在しなかった。

　本発明は、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装置を提供することを目的とするものである。

　本発明の素子製造装置は、基板に機能性液体を付与して素子を製造する装置であって、機能性液体を吐出して基板に付与するインクジェットヘッドと、基板を固定する載置台と、インクジェットヘッドをクリーニングするクリーニング機構と、クリーニング機構を移動可能にする駆動モータと、を有することを特徴とする。

　この場合、インクジェットヘッドを移動可能にする駆動モータを有することが、好ましい。

　同様に、新疎水パターニングを行なう露光装置を有することが、好ましい。

　また、駆動モータは、駆動軸を回転させてインクジェットヘッドを移動させることが、好ましい。

　本発明の素子製造装置によれば、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装置を提供することができる。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

　＜第１の実施形態＞
　本実施形態では特にＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグのアンテナを形成する場合を例にとって説明する。

　（ＲＦＩＤタグの仕組）
　ＲＦＩＤタグは、いわゆる電波方式認識システムで用いられる電子回路である。このシステムは、（１）「タグ」と呼ばれるトランスポンダー（送受信器）、（２）タグリーダー、および（３）コンピューター等のデータ処理システム、の３つの部分で構成される。

　タグリーダーは電子機器部とアンテナとを備え、タグ起動用の電波を発信し、また、タグからの電波信号を受信する。受信したデータは電子機器部によりチェックとデコードが行なわれる。

　タグはＩＣとアンテナを含み、このＩＣには、認識コードや他のデータを保存しているメモリーのセクションがある。このメモリーの内容は、チップが動作状態になったときに、電波によって（タグリーダーに）送信される。

　多くのＲＦＩＤシステムでは、システムの使用周波数とアンテナのサイズで決まるあるゾーンに、タグリーダーが電波を放射する。１つのタグがこのゾーンを通過すると、そのタグはタグリーダーからの電波を検出し、タグ内にストアされたデータの送信を行なう。

　タグリーダーはタグからのデータを受信すると、データのデコードを行ない、さらに、そのデータが有効かどうかの決定をする。データが有効であれば、コンピュータ等のデータ処理システムに伝達される。

　タグにはアクティブ型とパッシブ型の２種類がある。アクティブタグは、接続するか内部に収納したバッテリーの電力で動作する。アクティブ型は、タグリーダーの供給電力を少なくできる有利さがあり、一般的に長い読取り距離が可能である。パッシブタグは、別個の外部電源を必要とせず、動作電力はタグリーダーが発射するエネルギーから得る。パッシブタグはアクティブタグよりかなり小さく軽く、価格も安く、実質的には寿命の制限もない。

　（ＲＦＩＤタグの構成）
　図１は、本発明の実施形態に係る製造方法により製造されるＲＦＩＤタグの平面図（１）及びその矢視断面図（２）である。図１（１）に示されるようにＲＦＩＤタグ１０は、ＰＥＴ基板１１上に設けられたＩＣ１２と、ＩＣに接続された渦巻き状のアンテナ１３と、アンテナ上の一部に形成されたソルダーレジスト１４と、ソルダーレジスト上に形成されアンテナの両端を接続してループ状にするＡｇ線１５とを備えている。

　アンテナ１３は、基板１１上に互いに所定の間隔を置いて渦巻き状に形成されており、当該渦巻きの各周回部は隣接する周回部と短絡しないようになっている。各周回部が短絡しないようにするためにはアンテナを形成する金属を基板上の所定位置に正確に配置することが必要である。アンテナを構成する金属を含有した液体をインクジェット方式により基板上に吐出する際には、アンテナの輪郭に凹凸が残らないようにする必要がある。

　（ＲＦＩＤタグの製造方法）
　本実施形態では、アンテナを構成する金属を含有した液体に対して親和性の互いに異なる複数の部分をパターニング形成した後に、上記液体をインクジェット方式により吐出する。ここで親和性の互いに異なる複数の部分とは、親和性の高い部分と非親和性の部分の組合せであることが望ましい。具体的には、アンテナを形成すべき部分を親和性の高い部分とし、アンテナを形成すべきでない部分を非親和性の部分とする。より具体的には上記アンテナを構成する金属を含有した液体（Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕなどのコロイド溶液など）は水性の液体であるため、アンテナを形成すべき部分は親水性とし、アンテナを形成すべきでない部分は疎水性とする。

　図２は上記ＲＦＩＤタグの製造方法を説明する製造工程断面図である。基板を上記のように親和性の異なる複数の部分にパターニングする方法の１つとして、オルガノシロキサンを用いる方法がある。例えば、光触媒として酸化チタン（ＴｉＯ₂）を混入したオルガノシロキサンを、図２（１）に示すＰＥＴ基板上にスピンコーティング又はインクジェット方式により塗布し、光学マスクを介して波長２５４ｎｍの高圧水銀ランプにより紫外線露光させる。これにより疎水性のオルガノシロキサンのうち露光した部分が親水化する。

　更にＡｕコロイド溶液（真空冶金社製「パーフェクトゴールド」）をインクジェット方式により配線描画する。これを１２０℃で、３０分間大気中でベークすることにより、図２（２）に示す金のアンテナ配線１３を得ることができる。更にＲＦＩＤタグを得るには、図２（３）に示すようにＩＣ実装を行ない、更に図２（４）に示すようにソルダーレジスト１４をインクジェット方式により塗布する。更にＡｇコロイド溶液（真空冶金社製「パーフェクトシルバー」）をインクジェット方式により塗布することにより、アンテナ１３の両端を接続してループ状にするＡｇ線１５を形成し、図１に示すＲＦＩＤタグ１０を製造する。

　なお、インクジェット方式により図示の大きさのＩＣ１２を形成することは、現在のインクジェット方式の解像度では困難かもしれないが、より大きなＩＣでよければインクジェット方式により実現することも可能である。このようにあらゆる工程をインクジェット方式により実行することにより、製造効率及びサイクルタイムが飛躍的に向上する。また、ＲＦＩＤタグの製造効率を向上させコストを削減することにより、極めて安価なＲＦＩＤタグを製造することができ、使い捨てタグの実用化も可能となる。

　上記の例ではオルガノシロキサンを基板全面に塗布し、親水化させるべき部分を露光させたが、必ずしもオルガノシロキサンを基板全面に塗布する必要はない。すなわち、アンテナを形成すべき部分に金属含有液体をインクジェット方式で吐出したときに、アンテナを形成すべき部分に金属含有液体が留まり、アンテナを形成すべきでない部分に金属含有液体が留まらないようにすれば良いので、アンテナを形成すべき部分を親水化させ、アンテナを形成すべきでない部分のうちアンテナを形成すべき部分との境界付近を疎水化させればよい。したがって、アンテナを形成すべきでない部分のうちアンテナを形成すべき部分との境界から十分離れた位置には、オルガノシロキサンを塗布する必要はない。

　基板の親疎水パターニングをする他の方法として、フルオロアルキルシラン（ＦＡＳ）を用いる方法がある。フルオロアルキルシランも紫外線を照射することによって親水化する。適切な光触媒を用いると、なお好ましい。

　また、アンテナ配線１３等を構成する材料はこれに限らず、例えば真空冶金社製のＣｕ−ＳＯＭ液、ハリマ化成社のナノペーストなどを用いても良い。前者は銅配線の形成に適しており、後者は１５０℃〜２００℃程度の低温ベークで微細な金属配線ができるという特性を有している。また金属に限らず、ＰＥＤＴ（polyethylene-dioxythiophene）などの導電性高分子でもよい。この場合、当該導電性高分子に対する親和性の異なる複数の領域をパターニングし、そのうち親和性のある領域に、溶融させた導電性高分子を塗布する。

　基板の所望位置に機能性液体を定着させるために基板をパターニング加工する更に他の方法として、基板上に機能性液体の溢出を防止するバンクを形成する方法がある。この方法はバンク高さ分の素子厚みが生じてしまい、機能性液体の吐出及びベークの後、平坦化の処理が必要となってしまうが、配線を厚膜化させたいときには有利である。

　＜第２の実施形態＞
　マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）は、微細なレンズを基板上に多数配列形成したものであり、液晶ディスプレイパネル、プロジェクタ、スキャナなどに用いられる。このマイクロレンズアレイを形成するために、レンズの材料である透明のエポキシ樹脂などを基板上にインクジェット方式により吐出する方法が考えられる。この基板上のレンズ形成部を上記樹脂と親和性を持つように加工し、レンズの非形成部を上記樹脂と非親和性とすることにより、レンズの形状及び配列をより高精度にすることができる。

　なお、機能性液体の付与方法はインクジェット方式に限らず、ディスペンサーによる方法でもよい。

　また、本実施形態の素子を形成する基板はＰＥＴ、ガラス、シリコンに限らず、例えば紙の上に形成してシールとして使用することもできる。

　本実施形態の製造方法によれば、機能性液体が必要な部分にのみ選択的に塗布されるので、全面に塗布してエッチングする場合に比べて材料の無駄がなく、コストダウンすることができる。

　＜第３の実施形態＞
　図３は、本実施形態の製造方法により製造されるスピーカの概略斜視図である。図３に示すように、金属微粒子を分散させた液体をインクジェットによって振動板３１上に付与することによりコイル３２を形成し、この振動板３１をマグネット等の磁束発生手段３３に対向して配置させる。振動板３１上のコイル３２にアナログ信号発生、増幅回路３４からの信号電流を流すことにより、当該コイル３２からも磁束が発生し、磁束発生手段３３との相互作用により振動板３１が振動し、音が発生する。この振動板３１は図示するように平面状でもよく、コーン形でもよい。更に振動板３１上のコイル形成面を防水性フィルム等で覆うことにより、薄形で防水のスピーカを形成することもできる。

　＜第４の実施形態＞
　図４は、本実施形態の素子製造方法により壁面に電気配線を形成した場合の正面透視図である。図に示される住宅用ユニット壁４１には電源端子４２や電話端子４４、ケーブルテレビの端子４６等が設けられている。電源端子４２には電線４３が、電話やケーブルテレビの端子には信号線４５、４７が接続され、それぞれ電力や信号を出力できるようになっている。このユニット壁４１に例えば壁掛けテレビ４８を取付け、電線４３及び信号線４７をこの壁掛けテレビ４８に接続することにより、電線コード等の露出部分がなくても、放送信号を受信して画像や音声を出力することができる。

　これらの電線４３や信号線４５、４７は、インクジェットにより金属微粒子を分散させた液体をユニット壁面の所定位置に付与し、乾燥及び硬化させることによって形成することができる。

　＜第５の実施形態＞
　図５は、本実施形態の素子製造方法により製造される立体配線を備えた素子の製造工程断面図である。実施形態１で用いられるものと同様の絶縁性基板５１に必要な表面処理を施し（Ｓ１）、基板に複数層の電気回路５２を形成する（Ｓ２）。ここでは基板両面にインクジェットにより金属微粒子を分散させた液体を所定パターンで付与し、乾燥及び硬化させることにより、計２層の電気回路５２を形成する。複数層の電気回路５２を形成する方法はこれに限らず、１層の電気回路を形成した上に絶縁層を形成し、その上に次層の電気回路を形成することとしても良い。

　次に、基板に穴５３を形成させる（Ｓ３）。この穴５３は複数層の電気回路５２間の電気的導通を図るためのものであり、穴５３の壁面には上記複数層の電気回路５２の端子が、基板の厚さ方向の異なる位置に露出される。穴５３は基板の一方の面から他方の面に貫通するものでもよく、他方の面に到達せず貫通しないものでも良い。穴５３の形成方法は、例えば感光性材料を塗布して所定パターンに露光させて現像したり、所定パターンのマスクを被せてエッチングしても良い。穴５３の直径は例えば１００μｍとする。

　次に、この穴５３内に金属含有液体５４をインクジェットにより付与する（Ｓ４）。この際金属含有液体の性質に応じて、予め穴５３の壁面に親液加工を施しておくことが望ましい。付与された液体５４を乾燥及び硬化させることにより、複数層の電気回路５２を互いに導通させることができ、立体配線を形成することができる。なお、各層の導電性が確保されれば良いので、硬化後の穴５３内には、金属が完全に充填されている状態としても良く、穴５３の壁面にのみ金属膜５５が形成される状態（Ｓ５）としても良い。

　＜第６の実施形態＞
　図６は、本実施形態の素子製造方法により製造される異方性導電フィルム６１の平面図（ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。シリコンゴムやポリエステルフィルムなどのフィルム面の一定方向に延びる長尺状の穴６２を、互いにほぼ平行に複数形成し、必要な表面処理を施した上で金属微粒子を分散させた液体をインクジェットにより穴６２内に付与する。これを乾燥及び硬化させれば、フィルム面の一定方向に電気的導通ができ、これと直角方向には絶縁される異方性導電フィルム６１を製造することができる。穴６２は図６（ｂ）に示すようにフィルムの厚さ方向に貫通するものとしてもよく、貫通しない溝として形成してもよい。

　＜製造装置＞
　図７は、上記製造方法に用いられる素子製造装置の概略斜視図である。素子製造装置１００は、インクジェット式の機能性液体付与装置を備えており、インクジェットヘッド群１、Ｘ方向駆動軸４、Ｙ方向ガイド軸５、制御装置６、載置台７、クリーニング機構部８、基台９を備えている。

　インクジェットヘッド群１は、所定の機能性液体（金属含有液体、感光材料など）をノズル（吐出口）から吐出して基板に付与するインクジェットヘッドを備えている。

　載置台７は、この付与装置によって機能性液体を付与される基板１０１（ＰＥＴ、ガラス、シリコン、紙など）を載置させるもので、この記録媒体を基準位置に固定する機構を備える。

　Ｘ方向駆動軸４には、Ｘ方向駆動モータ２が接続されている。Ｘ方向駆動モータ２は、ステッピングモータ等であり、制御装置６からＸ軸方向の駆動信号が供給されると、Ｘ方向駆動軸４を回転させる。Ｘ方向駆動軸４が回転させられると、インクジェットヘッド群１がＸ軸方向に移動する。

　Ｙ方向ガイド軸５は、基台９に対して動かないように固定されている。載置台７は、Ｙ方向駆動モータ３を備えている。Ｙ方向駆動モータ３は、ステッピングモータ等であり、制御装置６からＹ軸方向の駆動信号が供給されると、載置台７をＹ軸方向に移動させる。

　制御回路６は、インクジェットヘッド群１の各ヘッドに液滴の吐出制御用の電圧を供給する。また、Ｘ方向駆動モータ２にインクジェットヘッド群１のＸ軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Ｙ方向駆動モータ３に載置台７のＹ軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を供給する。

　クリーニング機構部８は、インクジェットヘッド群１をクリーニングする機構を備えている。クリーニング機構部８には、図示しないＹ方向の駆動モータが備えられる。このＹ方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構８は、Ｙ方向ガイド軸５に沿って移動する。クリーニング機構８の移動も、制御装置６によって制御される。

　なお、図７には親疎水パターニング等を行なう露光装置が示されていないが、水銀ランプなどを用いた公知の露光装置を本実施形態の製造方法に適用することができる。

本発明の実施形態に係る製造方法により製造されるＲＦＩＤタグの平面図（１）及びその矢視断面図（２）である。 上記ＲＦＩＤタグの製造方法を説明する製造工程断面図である。 本実施形態の製造方法により製造されるスピーカの概略斜視図である。 本実施形態の素子製造方法により壁面に電気配線を形成した場合の正面透視図である。 本実施形態の素子製造方法により製造される立体配線を備えた素子の製造工程断面図である。 本実施形態の素子製造方法により製造される異方性導電フィルム６１の平面図（ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。 上記製造方法に用いられる素子製造装置の概略斜視図である。

符号の説明

　１０　　ＲＦＩＤタグ
　１１　　ＰＥＴ基板
　１２　　ＩＣ
　１３　　アンテナ
　１４　　ソルダーレジスト
　１５　　Ａｇ線
　５１　　基板
　５３　　穴
　６２　　穴
　１００　素子製造装置
　１　　　インクジェットヘッド群

Claims (4)

1. 　基板に機能性液体を付与して素子を製造する装置であって、
   　前記機能性液体を吐出して前記基板に付与するインクジェットヘッドと、
   　前記基板を固定する載置台と、
   　前記インクジェットヘッドをクリーニングするクリーニング機構と、
   　前記クリーニング機構を移動可能にする駆動モータと、を有することを特徴とする素子製造装置。
2. 　前記インクジェットヘッドを移動可能にする駆動モータを有することを特徴とする、請求項１記載の素子製造装置。
3. 　新疎水パターニングを行なう露光装置を有することを特徴とする、請求項１記載の素子製造装置。
4. 　前記駆動モータは、駆動軸を回転させてインクジェットヘッドを移動させることを特徴とする、請求項２記載の素子製造装置。
   
   

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