JP2005032783A - 配線部材形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】微細な配線パターンを高価な製造装置を必要とせず、また、省エネルギープロセスで実現できる技術、材料の有効利用を図り、省資源のプロセスを実現する技術、極微細なパターンを持つ配線部材であっても、寸法精度が良好で、信頼性の高い配線部材が得られる技術を提供すること。
【解決手段】基板（１０１）上に、導電性物質からなる微粒子（１０２）を所望のパターンに配列し（ａ）、矢印で示したエネルギービーム（１０３）で所望のパターンに配列した微粒子（１０２）を狙ってスキャンする（ｂ）。エネルギー量を制御することにより、微粒子（１０２）を融点近くにまで温度上昇させ、微粒子（１０２）同士を融着させて配線部材（１０４）を得る（ｃ）。
【選択図】 図１
【解決手段】基板（１０１）上に、導電性物質からなる微粒子（１０２）を所望のパターンに配列し（ａ）、矢印で示したエネルギービーム（１０３）で所望のパターンに配列した微粒子（１０２）を狙ってスキャンする（ｂ）。エネルギー量を制御することにより、微粒子（１０２）を融点近くにまで温度上昇させ、微粒子（１０２）同士を融着させて配線部材（１０４）を得る（ｃ）。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子配列構造を用いた配線部材の形成技術、具体的には、制御性のよいパターン配列技術を用いて配列した微粒子集積体にエネルギーを与え、その集積体を配線部材として形成する技術に係り、特に、半導体素子、電気部品などに応用できる微粒子構造のパターニングを利用した配線部材の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、材料を微粒子化することにより、バルク形状では得られなかった種々の特性が得られることが判明したことに加え、微粒子を形状や粒径などを精度良く形成する方法による研究成果が発表され、それらの微粒子を利用した応用技術も積極的に研究されている。
【０００３】
そのうちの一つが、微粒子を用いて配線部材を形成する技術であり、例えば、以下の文献に記載されたものがある。
【０００４】
ａ）特開平０５−０７４７６７号公報（特許文献１）には、金属粒子を一様に分散させた樹脂を基板上にパターンニングし、これにメッキを施し、金属粒子を核として成長した金属膜が樹脂を覆うことにより配線パターンを形成する技術が記載されている。
【０００５】
ｂ）特開平０５−０９０２０９号公報（特許文献２）には、樹脂中に金属粒子を含有させ、これを覆うように樹脂を形成し、配線を行ないたいところのみ樹脂を除去し、これを無電解メッキ浴に浸漬し、金属粒子を核として成長した金属膜により、配線パターンを形成する技術が記載されている。
【０００６】
ｃ）特開平０７−３２１４４４号公報（特許文献３）には、絶縁性樹脂層の表面に金属微粒子層を形成する工程と、前記金属微粒子層表面の所望領域にレーザーを照射して、該所望領域にある前記金属微粒子層を溶融する工程と、前記絶縁性樹脂層表面から前記レーザーの照射により溶融しなかった前記金属微粒子層を除去する工程とを含む配線部材の形成方法が記載されている。
【０００７】
ｄ）特開２０００２−２７３２０９号公報（特許文献４）には、配線部材の形成に関するものではないが、界面活性剤を用いて微粒子を媒体に分散させた分散液を酸化物基板表面に展開する微粒子展開工程と、酸化物基板に所定のパターンにより光を照射する光照射工程と、前記媒体を除去する媒体除去工程とを組み合わせた微粒子の配列方法が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０５−０７４７６７号公報（特許文献１）
【特許文献２】
特開平０５−０９０２０９号公報（特許文献２）
【特許文献３】
特開平０７−３２１４４４号公報（特許文献３）
【特許文献４】
特開２０００２−２７３２０９号公報（特許文献４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は次のような問題点を有している。
ａ）上記特許文献１に記載されたものは、配線部材となるものは金属微粒子を含有する樹脂の表面に金属膜をメッキするというものであるため、同じ配線寸法で見ると、すべて導電性物質で配線部材を形成するものと比較した場合、電流密度は圧倒的に低くなる。つまり、実質的に電流の伝達経路は、メッキで形成された極薄い金属膜でしかない。その結果、同じ電流密度で電流を流す場合は、配線寸法が大きくならざるを得ず、今後も強く望まれる配線寸法の微細化には適応できないという致命的な問題点がある。
【００１０】
ｂ）上記特許文献２に記載されたものは、特許文献１に記載されたものと同様に、金属微粒子を含有する樹脂の表面に金属膜をメッキするというものであるため、電流密度が非常に小さいものとなり微細化には適さないという欠点を有する技術である。
【００１１】
また、特許文献１および特許文献２に記載されたものは、配線部材を形成した後も樹脂が残っているために、樹脂の耐熱性の低さからその後の加熱工程に自由度が著しく制限されるという大きな問題点がある。
【００１２】
ｃ）上記特許文献３に記載されたものは、確かに、エッチング装置などの高価な製造装置を必要とはしないというメリットはあるが、一度全面に金属微粒子層を形成し、その後不要な領域を除去するという点では、現在主流のフォトリソグラフィー＋エッチングの手法と変わることはなく、一度形成した金属微粒子層の大半を除去することになり資源の無駄が多いという問題がある。
【００１３】
ｄ）上記特許文献４に記載されたものは、上述したように微粒子の配列方法であり、直接的には配線部材の形成に関するものではない。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解消し、微細な配線パターンを高価な製造装置を必要とせず、また、省エネルギープロセスで実現できる技術を提供すること、材料の有効利用を図り、省資源のプロセスを実現することを目的としている。
【００１５】
また、従来技術では配線部材をエッチングで形成するために、その寸法の微細化には限界があるが、本発明は、その限界をブレークスルーし、極微細なパターンを持つ配線部材であっても、寸法精度が良好で、信頼性の高い配線部材が得られる技術を提供することも目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を採用した。
ａ）請求項１に記載されたものは、基板上に電気信号の伝達を行なう配線部材を形成する配線部材形成方法であって、基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程と、所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて微粒子を融着させる工程を有することを特徴としている。
【００１７】
ｂ）請求項２に記載されたものは、請求項１記載の発明において、基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程が、所望のパターンを有するフォトマスクを介して光エネルギーを照射して基板上に設けた材料に選択的に化学変化を発生させ、該化学変化させた部分に前記導電性物質からなる微粒子を付着させる工程であることを特徴としている。
【００１８】
ｃ）請求項３に記載されたものは、請求項２記載の発明において、化学変化させた部分への導電性物質からなる微粒子の付着が、導電性物質からなる微粒子原料を液体に分散させその分散液の中に基板を浸漬するか、あるいは、水平に保持した基板上に前記分散液を滴下することにより行なわれることを特徴としている。
【００１９】
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、基板上に設けた材料が、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ；自己組織化単分子膜）であることを特徴としている。
【００２０】
ｅ）請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、ＳＡＭが、フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）またはオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）からなることを特徴としている。
【００２１】
ｆ）請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが光エネルギーまたはレーザー光エネルギーであることを特徴としている。
【００２２】
ｇ）請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーまたはイオンビームエネルギーであることを特徴としている。
【００２３】
ｈ）請求項８記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが熱エネルギーであることを特徴としている。
【００２４】
ｉ）請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて微粒子を融着させる工程が、不活性ガス雰囲気中で行なわれることを特徴としている。
【００２５】
ｊ）請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の発明において、導電性物質からなる微粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうちのいずれか、またはこれらの合金であることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る配線部材の形成方法の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明による配線部材の形成方法を説明するための概略図である。
【００２７】
以下、図１に沿って説明する。
図１（ａ）は、基板（１０１）上に、導電性物質からなる微粒子（１０２）が所望のパターンに配列している様子を示している。このように所望のパターンに微粒子（１０２）を配列させる技術については後で説明する（後述する図３および図４の説明を参照）。
【００２８】
図１（ｂ）は、模式的に矢印で示したエネルギービーム（１０３）が一筆書きの要領で、所望のパターンに配列した微粒子（１０２）を狙ってスキャンしている様子を示したものである。このようにしてエネルギービームを照射された微粒子（１０２）はそのエネルギーを吸収し温度が上昇する。
【００２９】
単位時間に与えるエネルギー量を制御することにより、微粒子（１０２）を融点近くにまで温度上昇させることができ、容易に微粒子（１０２）同士が融着し、一体となって配線部材を得ることができる。その様子を模式的に示したものが図１（ｃ）である。
【００３０】
基板（１０１）上に配線部材（１０４）が形成されている。図１（ｂ）においては、エネルギービーム（１０３）を模式的に矢印で示し、それをスキャンするような説明をしたが、必ずしもこのような形態をとる必要はない。つまりスキャンするエネルギービームは必ずしも一筆書きの要領である必要はなく、基板全体を覆うようにスキャンしても本発明の効果は問題なく得られる。
【００３１】
ここで、本発明においては、所望のパターンに配列した微粒子（１０２）に与えるエネルギーは、導電物質からなる微粒子同士を融着させることができるエネルギーであれば、光エネルギー、レーザー光エネルギー、電子ビームエネルギー、イオンビームエネルギー、熱エネルギーのいずれであってもよい。
【００３２】
また、容易に想像できるように、与えるエネルギーが光エネルギーや熱エネルギーの場合は、試料全体を加熱するようなシステムを用いることができる。
【００３３】
ここで、微粒子を構成する導電性物質の融点に注目すると、Ａｌは６６０度、Ａｇは９６１度、Ａｕは１０６４度、Ｃｕは１０８４度という特性値であるために、基板として多用されると予想されるシリコンやシリコン酸化膜の融点よりもはるかに低い値である。従って、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕといった導電性物質からなる微粒子を選べば、なんら問題なく配線部材を形成することができる。
【００３４】
導電性物質からなる微粒子にエネルギーを与えることにより軟化、溶融させるということは、大気中でこれを行なえば容易に酸素と反応して、高抵抗成分が生じ、配線としての性能は低下するという問題点が発生する。
【００３５】
この問題を避けるには、不活性ガス中でプロセスを行なうことで解決できる。図２は、不活性ガス中で配線部材形成プロセスを行なう様子を模式的に示した図である。
【００３６】
図２に示すように、空間的に仕切ることのできる容器（２０１）中に基板（２０２）が設置されており、基板（２０２）上には、所望のパターンに配列した導電性物質からなる微粒子（２０３）が配置されている。
【００３７】
この基板（２０２）はＸ−Ｙ軸に駆動可能なステージ（図示せず）に支持されており、制御されてＸ−Ｙ方向に移動可能になっている。空間的に仕切ることのできる容器（２０１）には不活性ガスに入り口（２０４）と出口（２０５）が設けられており、入り口（２０４）は不活性ガスの供給源（図示せず）に連結されている。それにより容器（２０１）の雰囲気を不活性ガス雰囲気に保持することができる。
【００３８】
容器（２０１）にはエネルギー導入窓（２０６）が設けられており、それを通して容器（２０１）外に設置されたエネルギー源（２０７）からのエネルギービームを容器（２０１）内に導入することができ、基板（２０２）上に配列した導電性物質からなる微粒子（２０３）に照射することができる。このような構成にすることにより、導電性物質からなる微粒子と酸素との反応を確実に防止でき、高抵抗成分の発生による配線部材の品質の低下を確実に防ぐことができる。
【００３９】
本発明の大きな特徴は、導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列させる際に、そのパターンを形成する手段が光エネルギーを用いるものであることである。図３は、導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列させる際に、所望のパターンを光エネルギー（紫外線）を用いて形成する様子を示した図である。
【００４０】
図３に示すように、基板（３０１）上に公知の手段でＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ；自己組織化単分子膜）材料を用いて有機膜（３０２）を形成する。ＳＡＭ材料の例としては、フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）やオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）などが好適である。
【００４１】
その後、フォトマスク（３０３）にあるパターンを投影するように露光装置（図示せず）を用いて紫外線を照射する。
【００４２】
このような工程の後、導電性物質からなる微粒子を基板（３０１）上に展開すると、パターンに応じて微粒子（３０４）が配列する。このように本発明においては、所望のパターンを光、それも波長の短い紫外線を用いて形成するために、非常に微細なパターンを精度よく容易に形成することができる。
【００４３】
本発明において利用しているＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）を用いたパターン形成について図面を用いてさらに詳細に説明する。図４は、ＳＡＭ材料としてフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）を用いた例である。
【００４４】
図４（ａ）は、基板（４０１）上にフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）の膜（４０２）が形成された様子をその分子構造も含めて模式図を用いて示したものである。
【００４５】
このように、フェニルトリクロロシラン膜は、表面に疎水性のフェニル基が出ている構造になっている。このような状態の膜に図４（ｂ）に示したようにフォトマスク（４０３）を通して、露光装置（図示せず）を用いて紫外線を照射する。
【００４６】
その結果、図４（ｃ）に示したように、紫外線を照射した部分では、紫外線のエネルギーを吸収したフェニル基が解離し、親水性のＯＨ基が表面に出た構造となる。
【００４７】
このような状態で、導電性物質からなる微粒子を基板上に展開すると、ＯＨ基が表面に出た領域には微粒子は付着せず、疎水性を呈するフェニル基のまま残っている領域にのみ導電性物質からなる微粒子（４０４）が付着する。そのときの様子を模式的に示したものが図４（ｄ）である。
【００４８】
次に、図５を用いて、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）材料としてオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）を用いた例を説明する。
【００４９】
図５（ａ）は、基板（５０１）上にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）の膜（５０２）が形成された様子をその分子構造も含めて模式図を用いて示したものである。
【００５０】
このように、オクタデシルトリクロロシラン膜は、表面に疎水性のフェニル基が出ている構造になっている。このような状態の膜に図５（ｂ）に示したようにフォトマスク（５０３）を通して、露光装置（図示せず）を用いて紫外線を照射する。
【００５１】
その結果、図５（ｃ）に示したように、紫外線を照射した部分では、紫外線のエネルギーを吸収したＣＨ３基が解離し、親水性のＯＨ基が表面に出た構造となる。
【００５２】
このような状態で、導電性物質からなる微粒子を基板上に展開すると、ＯＨ基が表面に出た領域には微粒子は付着せず、疎水性を呈するＣＨ３基のまま残っている領域にのみ導電性物質からなる微粒子（５０４）が付着する。そのときの様子を模式的に示したものが図５（ｄ）である。
【００５３】
上述したように、本発明においては、パターニングに紫外線照射による化学構造の変化を利用しているために、微細なパターンに従った微粒子配列が、再現性、安定性に優れたプロセスで容易に得ることができる。
【００５４】
一般的な従来の半導体プロセスにおいても、紫外線を用いて形成した微細なレジストパターンをマスクとして、基板全面に形成した金属膜の不要部分をエッチング除去して配線パターンを形成している。
【００５５】
ところがこのような従来の半導体プロセスでは、レジストパターンの後退や変形という現象がどうしても避けられず、せっかく得られた微細なレジストパターンに忠実な配線パターンを得ることは非常に困難であるという問題が存在する。
【００５６】
それに対し、本発明は、従来の半導体プロセス技術において実施されているような一様に形成した金属膜から不要部分をエッチングで除去するという配線パターン形成法とは全く逆の手法であり、必要なパターンにのみ導電性物質からなる微粒子を付着させ、それにエネルギーを与えて配線部材とするというものである。
【００５７】
その結果、紫外線などの光を用いたプロセスにより形成した微細なパターンに対し、その精度を損なうことなく最大限に利用してパターン精度に優れた配線部材を得ることのできる技術となる。
【００５８】
本発明では、導電性物質からなる微粒子を用いることを特徴としているが、最近は、数１０ｎｍ程度の極微小な微粒子原料も容易に入手できる環境にあり、材料、サイズともに、要求する特性に合わせて選択できるものである。
【００５９】
また、本発明は、一度形成した金属膜の不要部分をエッチングで除去してしまう従来の技術とは異なり、必要なパターンに必要な量だけの微粒子を付着したさせるプロセスであるために、パターンに付着させる工程において用いた微粒子のうち、パターンに付着しなかったものを全く無駄にしてしまうということはなく、次回のプロセスでの再利用が可能になるという大きな特徴を有している。この点から、本発明は貴重な材料を有効的に使用できるという省資源のプロセスであるといえる。
【００６０】
上記図４（ｄ）および図５（ｄ）のように、導電性物質からなる微粒子を基板上に展開して必要なパターンに付着させる方法は、一般的に、微粒子原料を液体に分散させその分散液の中に基板を浸漬する方法や、水平に保持した基板上に分散液を滴下する方法などの方法があり、適宜選択して用いることができる。
【００６１】
さらに、本発明では、従来のプロセスでは必要不可欠であった高価なエッチング装置が不要になるため、装置そのものにかかるコストの低減ばかりでなく、プロセスのランニングコストを大幅に低減できる技術を提供できるものである。このことは省エネルギーという面から、環境負荷の低減にも大きく寄与するものである。
【００６２】
以下、具体的な実施例を用いて更に詳細に説明する。
（実施例１）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）
【００６３】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００６４】
▲２▼パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００６５】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
平均粒径が５００ｎｍのＣｕ微粒子を４０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を５０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００６６】
▲４▼エネルギーの付与
上記▲３▼の工程を経た基板を、Ａｒで空気を置換した容器内のＸ−Ｙ移動ステージ上に設置した。容器外に設置したＹＡＧレーザー光源（Ｙｂ：ＹＡＧ ＬＤ励起 波長１．０６μｍ 出力５００Ｗ）からのレーザービームをビーム導入窓から容器内に導入し、基板全体にレーザービームが照射されるように、Ｘ−Ｙ移動ステージを駆動しながら照射を行なった。
【００６７】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１．９μｍ〜２．２μｍ、配線厚さ４００ｎｍ〜４５０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００６８】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ５００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００６９】
（実施例２）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
実施例１と同様に以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）
【００７０】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００７１】
▲２▼パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００７２】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
実施例１とは異なり平均粒径が３５０ｎｍのＡｕ微粒子を５０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を６０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００７３】
▲４▼エネルギーの付与
実施例１とは異なり、エネルギー源として熱エネルギーを用いた。上記▲３▼の工程を経た基板をＡｒで空気を置換した容器内の固定ステージ上に設置した。この固定ステージには基板加熱機構が具備されており、温度調節機能により基板温度が９７０度に保持できるようになっている。この機能を利用し、基板を９７０度で４時間保持することによってＡｕ微粒子からなる配列体をもとに配線部材を形成した。
【００７４】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１．９μｍ〜２．２μｍ、配線厚さ２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００７５】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ５００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００７６】
（実施例３）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
実施例１および２と同様に以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）
【００７７】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００７８】
▲２▼パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００７９】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
これまでの実施例とは異なり平均粒径が２５０ｎｍのＡｌ微粒子を４０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を６０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００８０】
▲４▼エネルギーの付与
これまでの実施例とは異なり、エネルギー源として赤外線を含む光エネルギーを用いた。装置としては、半導体プロセスで一般的に用いられる赤外線ランプを光源とするＲＴＡ装置を用いた。
【００８１】
本実施例で用いたＲＴＡ装置は昇温能力が８００度までの性能を有する装置である。この装置を用いて基板の設定温度が５５０度となるようにし、３０分の加熱を行いＡｌ微粒子からなる配列体をもとに配線部材を形成した。
【００８２】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１．９μｍ〜２．２μｍ、配線厚さ１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００８３】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ４００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００８４】
（実施例４）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
これまでの実施例とは異なり、以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）
【００８５】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＯＴＳトルエン溶液中（２ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＯＴＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００８６】
▲２▼パターニング
上記の工程でＯＴＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２．５μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００８７】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
実施例３と同様に平均粒径が２５０ｎｍのＡｌ微粒子を４０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を６０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００８８】
▲４▼エネルギーの付与
これまでの実施例とは異なり、エネルギー源として電子ビームエネルギーを用いた。上記▲３▼の工程を経た基板を電子ビーム加工装置の加工室のＸ−Ｙ移動ステージ上に設置した。これは基板全体に電子ビームが照射されるように、Ｘ−Ｙ移動ステージを駆動しながら照射を行なうために用いた。加工室の真空度を１．５×１０−２Ｐａとし、電子ビームの出力は５００Ｗで照射を行なった。
【００８９】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１２．４μｍ〜２．７μｍ、配線厚さ１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００９０】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ４００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００９１】
【発明の効果】
以下、本発明の請求項毎の効果を述べる。
（１）請求項１記載の発明の効果
請求項１記載の発明においては、基板上に電気信号の伝達を行なう配線部材を形成する配線部材形成方法であって、基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程と、前記所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて前記微粒子を融着させる工程を有するようにしたために、高価な真空装置を必要とせず、原料を無駄なく効率的に利用して、省エネルギープロセスで、極微細な配線部材が確実に得られる。
【００９２】
（２）請求項２，３記載の発明の効果
請求項２，３記載の発明においては、微粒子を所望するパターン状に配列する工程が、光エネルギーを用いた化学変化現象を利用した工程であるために、高価な真空装置が不要で、パターン精度の優れた配線部材が得られる。
【００９３】
（３）請求項４，５記載の発明の効果
請求項４，５記載の発明においては、基板上に設けた材料が、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）であるために、非常に安定したプロセスでパターン精度に優れた配線部材を得ることができる。
【００９４】
（４）請求項６記載の発明の効果
請求項６記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーが光エネルギーである場合、制御性のよい単純な装置を用い、優れたプロセス再現性で配線部材を得ることができ、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーがレーザー光エネルギーである場合、与えるエネルギーが必要最小限ですむという省エネルギープロセスで、制御性のよい単純な装置を用いて配線部材を得ることができる。
【００９５】
（５）請求項７記載の発明の効果
請求項７記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーである場合、パターン精度に優れた配線部材を確実に得ることができ、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーがイオンビームエネルギーである場合、パターン精度に優れた配線部材を確実に得ることができる。
【００９６】
（６）請求項８記載の発明の効果
請求項８記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーが熱エネルギーであるために、制御性のよい単純な装置を用いて配線部材を得ることができる。
【００９７】
（７）請求項９記載の発明の効果
請求項９記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子にエネルギーを与える工程を、不活性ガス雰囲気中で行なうために、配線部材の酸化を確実に防止でき、信頼性に優れた、高品質配線部材を得ることができる。
【００９８】
（８）請求項１０記載の発明の効果
請求項１０記載の発明においては、導電性物質からなる微粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうちのいずれか、またはこれらの合金であるために、原料微粒子が入手しやすく、信頼性に優れた、高品質配線部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による配線部材の形成方法を説明するための概略図である。
【図２】不活性ガス中で配線部材形成プロセスを行なう様子を模式的に示す図である。
【図３】導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列させる際に、所望のパターンを光エネルギー（紫外線）を用いて形成する様子を示す図である。
【図４】ＳＡＭ材料としてフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）を用いたパターン形成を説明するための図である。
【図５】ＳＡＭ材料としてオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）を用いたパターン形成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１：基板
１０２：微粒子
１０３：エネルギービーム
１０４：配線部材
２０１：容器
２０２：基板
２０３：微粒子
２０４：ガス入口
２０５：ガス出口
２０６：エネルギー導入口
２０７：エネルギー源
３０１：基板
３０２：ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ；自己組織化単分子膜）
３０３：フォトマスク
３０４：微粒子
４０１：基板
４０２：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）膜
４０３：フォトマスク
４０４：微粒子
５０１：基板
５０２：オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）膜
５０３：フォトマスク
５０４：微粒子
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粒子配列構造を用いた配線部材の形成技術、具体的には、制御性のよいパターン配列技術を用いて配列した微粒子集積体にエネルギーを与え、その集積体を配線部材として形成する技術に係り、特に、半導体素子、電気部品などに応用できる微粒子構造のパターニングを利用した配線部材の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、材料を微粒子化することにより、バルク形状では得られなかった種々の特性が得られることが判明したことに加え、微粒子を形状や粒径などを精度良く形成する方法による研究成果が発表され、それらの微粒子を利用した応用技術も積極的に研究されている。
【０００３】
そのうちの一つが、微粒子を用いて配線部材を形成する技術であり、例えば、以下の文献に記載されたものがある。
【０００４】
ａ）特開平０５−０７４７６７号公報（特許文献１）には、金属粒子を一様に分散させた樹脂を基板上にパターンニングし、これにメッキを施し、金属粒子を核として成長した金属膜が樹脂を覆うことにより配線パターンを形成する技術が記載されている。
【０００５】
ｂ）特開平０５−０９０２０９号公報（特許文献２）には、樹脂中に金属粒子を含有させ、これを覆うように樹脂を形成し、配線を行ないたいところのみ樹脂を除去し、これを無電解メッキ浴に浸漬し、金属粒子を核として成長した金属膜により、配線パターンを形成する技術が記載されている。
【０００６】
ｃ）特開平０７−３２１４４４号公報（特許文献３）には、絶縁性樹脂層の表面に金属微粒子層を形成する工程と、前記金属微粒子層表面の所望領域にレーザーを照射して、該所望領域にある前記金属微粒子層を溶融する工程と、前記絶縁性樹脂層表面から前記レーザーの照射により溶融しなかった前記金属微粒子層を除去する工程とを含む配線部材の形成方法が記載されている。
【０００７】
ｄ）特開２０００２−２７３２０９号公報（特許文献４）には、配線部材の形成に関するものではないが、界面活性剤を用いて微粒子を媒体に分散させた分散液を酸化物基板表面に展開する微粒子展開工程と、酸化物基板に所定のパターンにより光を照射する光照射工程と、前記媒体を除去する媒体除去工程とを組み合わせた微粒子の配列方法が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０５−０７４７６７号公報（特許文献１）
【特許文献２】
特開平０５−０９０２０９号公報（特許文献２）
【特許文献３】
特開平０７−３２１４４４号公報（特許文献３）
【特許文献４】
特開２０００２−２７３２０９号公報（特許文献４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は次のような問題点を有している。
ａ）上記特許文献１に記載されたものは、配線部材となるものは金属微粒子を含有する樹脂の表面に金属膜をメッキするというものであるため、同じ配線寸法で見ると、すべて導電性物質で配線部材を形成するものと比較した場合、電流密度は圧倒的に低くなる。つまり、実質的に電流の伝達経路は、メッキで形成された極薄い金属膜でしかない。その結果、同じ電流密度で電流を流す場合は、配線寸法が大きくならざるを得ず、今後も強く望まれる配線寸法の微細化には適応できないという致命的な問題点がある。
【００１０】
ｂ）上記特許文献２に記載されたものは、特許文献１に記載されたものと同様に、金属微粒子を含有する樹脂の表面に金属膜をメッキするというものであるため、電流密度が非常に小さいものとなり微細化には適さないという欠点を有する技術である。
【００１１】
また、特許文献１および特許文献２に記載されたものは、配線部材を形成した後も樹脂が残っているために、樹脂の耐熱性の低さからその後の加熱工程に自由度が著しく制限されるという大きな問題点がある。
【００１２】
ｃ）上記特許文献３に記載されたものは、確かに、エッチング装置などの高価な製造装置を必要とはしないというメリットはあるが、一度全面に金属微粒子層を形成し、その後不要な領域を除去するという点では、現在主流のフォトリソグラフィー＋エッチングの手法と変わることはなく、一度形成した金属微粒子層の大半を除去することになり資源の無駄が多いという問題がある。
【００１３】
ｄ）上記特許文献４に記載されたものは、上述したように微粒子の配列方法であり、直接的には配線部材の形成に関するものではない。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解消し、微細な配線パターンを高価な製造装置を必要とせず、また、省エネルギープロセスで実現できる技術を提供すること、材料の有効利用を図り、省資源のプロセスを実現することを目的としている。
【００１５】
また、従来技術では配線部材をエッチングで形成するために、その寸法の微細化には限界があるが、本発明は、その限界をブレークスルーし、極微細なパターンを持つ配線部材であっても、寸法精度が良好で、信頼性の高い配線部材が得られる技術を提供することも目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を採用した。
ａ）請求項１に記載されたものは、基板上に電気信号の伝達を行なう配線部材を形成する配線部材形成方法であって、基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程と、所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて微粒子を融着させる工程を有することを特徴としている。
【００１７】
ｂ）請求項２に記載されたものは、請求項１記載の発明において、基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程が、所望のパターンを有するフォトマスクを介して光エネルギーを照射して基板上に設けた材料に選択的に化学変化を発生させ、該化学変化させた部分に前記導電性物質からなる微粒子を付着させる工程であることを特徴としている。
【００１８】
ｃ）請求項３に記載されたものは、請求項２記載の発明において、化学変化させた部分への導電性物質からなる微粒子の付着が、導電性物質からなる微粒子原料を液体に分散させその分散液の中に基板を浸漬するか、あるいは、水平に保持した基板上に前記分散液を滴下することにより行なわれることを特徴としている。
【００１９】
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、基板上に設けた材料が、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ；自己組織化単分子膜）であることを特徴としている。
【００２０】
ｅ）請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、ＳＡＭが、フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）またはオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）からなることを特徴としている。
【００２１】
ｆ）請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが光エネルギーまたはレーザー光エネルギーであることを特徴としている。
【００２２】
ｇ）請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーまたはイオンビームエネルギーであることを特徴としている。
【００２３】
ｈ）請求項８記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが熱エネルギーであることを特徴としている。
【００２４】
ｉ）請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の発明において、所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて微粒子を融着させる工程が、不活性ガス雰囲気中で行なわれることを特徴としている。
【００２５】
ｊ）請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の発明において、導電性物質からなる微粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうちのいずれか、またはこれらの合金であることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る配線部材の形成方法の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明による配線部材の形成方法を説明するための概略図である。
【００２７】
以下、図１に沿って説明する。
図１（ａ）は、基板（１０１）上に、導電性物質からなる微粒子（１０２）が所望のパターンに配列している様子を示している。このように所望のパターンに微粒子（１０２）を配列させる技術については後で説明する（後述する図３および図４の説明を参照）。
【００２８】
図１（ｂ）は、模式的に矢印で示したエネルギービーム（１０３）が一筆書きの要領で、所望のパターンに配列した微粒子（１０２）を狙ってスキャンしている様子を示したものである。このようにしてエネルギービームを照射された微粒子（１０２）はそのエネルギーを吸収し温度が上昇する。
【００２９】
単位時間に与えるエネルギー量を制御することにより、微粒子（１０２）を融点近くにまで温度上昇させることができ、容易に微粒子（１０２）同士が融着し、一体となって配線部材を得ることができる。その様子を模式的に示したものが図１（ｃ）である。
【００３０】
基板（１０１）上に配線部材（１０４）が形成されている。図１（ｂ）においては、エネルギービーム（１０３）を模式的に矢印で示し、それをスキャンするような説明をしたが、必ずしもこのような形態をとる必要はない。つまりスキャンするエネルギービームは必ずしも一筆書きの要領である必要はなく、基板全体を覆うようにスキャンしても本発明の効果は問題なく得られる。
【００３１】
ここで、本発明においては、所望のパターンに配列した微粒子（１０２）に与えるエネルギーは、導電物質からなる微粒子同士を融着させることができるエネルギーであれば、光エネルギー、レーザー光エネルギー、電子ビームエネルギー、イオンビームエネルギー、熱エネルギーのいずれであってもよい。
【００３２】
また、容易に想像できるように、与えるエネルギーが光エネルギーや熱エネルギーの場合は、試料全体を加熱するようなシステムを用いることができる。
【００３３】
ここで、微粒子を構成する導電性物質の融点に注目すると、Ａｌは６６０度、Ａｇは９６１度、Ａｕは１０６４度、Ｃｕは１０８４度という特性値であるために、基板として多用されると予想されるシリコンやシリコン酸化膜の融点よりもはるかに低い値である。従って、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕといった導電性物質からなる微粒子を選べば、なんら問題なく配線部材を形成することができる。
【００３４】
導電性物質からなる微粒子にエネルギーを与えることにより軟化、溶融させるということは、大気中でこれを行なえば容易に酸素と反応して、高抵抗成分が生じ、配線としての性能は低下するという問題点が発生する。
【００３５】
この問題を避けるには、不活性ガス中でプロセスを行なうことで解決できる。図２は、不活性ガス中で配線部材形成プロセスを行なう様子を模式的に示した図である。
【００３６】
図２に示すように、空間的に仕切ることのできる容器（２０１）中に基板（２０２）が設置されており、基板（２０２）上には、所望のパターンに配列した導電性物質からなる微粒子（２０３）が配置されている。
【００３７】
この基板（２０２）はＸ−Ｙ軸に駆動可能なステージ（図示せず）に支持されており、制御されてＸ−Ｙ方向に移動可能になっている。空間的に仕切ることのできる容器（２０１）には不活性ガスに入り口（２０４）と出口（２０５）が設けられており、入り口（２０４）は不活性ガスの供給源（図示せず）に連結されている。それにより容器（２０１）の雰囲気を不活性ガス雰囲気に保持することができる。
【００３８】
容器（２０１）にはエネルギー導入窓（２０６）が設けられており、それを通して容器（２０１）外に設置されたエネルギー源（２０７）からのエネルギービームを容器（２０１）内に導入することができ、基板（２０２）上に配列した導電性物質からなる微粒子（２０３）に照射することができる。このような構成にすることにより、導電性物質からなる微粒子と酸素との反応を確実に防止でき、高抵抗成分の発生による配線部材の品質の低下を確実に防ぐことができる。
【００３９】
本発明の大きな特徴は、導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列させる際に、そのパターンを形成する手段が光エネルギーを用いるものであることである。図３は、導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列させる際に、所望のパターンを光エネルギー（紫外線）を用いて形成する様子を示した図である。
【００４０】
図３に示すように、基板（３０１）上に公知の手段でＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ；自己組織化単分子膜）材料を用いて有機膜（３０２）を形成する。ＳＡＭ材料の例としては、フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）やオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）などが好適である。
【００４１】
その後、フォトマスク（３０３）にあるパターンを投影するように露光装置（図示せず）を用いて紫外線を照射する。
【００４２】
このような工程の後、導電性物質からなる微粒子を基板（３０１）上に展開すると、パターンに応じて微粒子（３０４）が配列する。このように本発明においては、所望のパターンを光、それも波長の短い紫外線を用いて形成するために、非常に微細なパターンを精度よく容易に形成することができる。
【００４３】
本発明において利用しているＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）を用いたパターン形成について図面を用いてさらに詳細に説明する。図４は、ＳＡＭ材料としてフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）を用いた例である。
【００４４】
図４（ａ）は、基板（４０１）上にフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）の膜（４０２）が形成された様子をその分子構造も含めて模式図を用いて示したものである。
【００４５】
このように、フェニルトリクロロシラン膜は、表面に疎水性のフェニル基が出ている構造になっている。このような状態の膜に図４（ｂ）に示したようにフォトマスク（４０３）を通して、露光装置（図示せず）を用いて紫外線を照射する。
【００４６】
その結果、図４（ｃ）に示したように、紫外線を照射した部分では、紫外線のエネルギーを吸収したフェニル基が解離し、親水性のＯＨ基が表面に出た構造となる。
【００４７】
このような状態で、導電性物質からなる微粒子を基板上に展開すると、ＯＨ基が表面に出た領域には微粒子は付着せず、疎水性を呈するフェニル基のまま残っている領域にのみ導電性物質からなる微粒子（４０４）が付着する。そのときの様子を模式的に示したものが図４（ｄ）である。
【００４８】
次に、図５を用いて、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）材料としてオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）を用いた例を説明する。
【００４９】
図５（ａ）は、基板（５０１）上にオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）の膜（５０２）が形成された様子をその分子構造も含めて模式図を用いて示したものである。
【００５０】
このように、オクタデシルトリクロロシラン膜は、表面に疎水性のフェニル基が出ている構造になっている。このような状態の膜に図５（ｂ）に示したようにフォトマスク（５０３）を通して、露光装置（図示せず）を用いて紫外線を照射する。
【００５１】
その結果、図５（ｃ）に示したように、紫外線を照射した部分では、紫外線のエネルギーを吸収したＣＨ３基が解離し、親水性のＯＨ基が表面に出た構造となる。
【００５２】
このような状態で、導電性物質からなる微粒子を基板上に展開すると、ＯＨ基が表面に出た領域には微粒子は付着せず、疎水性を呈するＣＨ３基のまま残っている領域にのみ導電性物質からなる微粒子（５０４）が付着する。そのときの様子を模式的に示したものが図５（ｄ）である。
【００５３】
上述したように、本発明においては、パターニングに紫外線照射による化学構造の変化を利用しているために、微細なパターンに従った微粒子配列が、再現性、安定性に優れたプロセスで容易に得ることができる。
【００５４】
一般的な従来の半導体プロセスにおいても、紫外線を用いて形成した微細なレジストパターンをマスクとして、基板全面に形成した金属膜の不要部分をエッチング除去して配線パターンを形成している。
【００５５】
ところがこのような従来の半導体プロセスでは、レジストパターンの後退や変形という現象がどうしても避けられず、せっかく得られた微細なレジストパターンに忠実な配線パターンを得ることは非常に困難であるという問題が存在する。
【００５６】
それに対し、本発明は、従来の半導体プロセス技術において実施されているような一様に形成した金属膜から不要部分をエッチングで除去するという配線パターン形成法とは全く逆の手法であり、必要なパターンにのみ導電性物質からなる微粒子を付着させ、それにエネルギーを与えて配線部材とするというものである。
【００５７】
その結果、紫外線などの光を用いたプロセスにより形成した微細なパターンに対し、その精度を損なうことなく最大限に利用してパターン精度に優れた配線部材を得ることのできる技術となる。
【００５８】
本発明では、導電性物質からなる微粒子を用いることを特徴としているが、最近は、数１０ｎｍ程度の極微小な微粒子原料も容易に入手できる環境にあり、材料、サイズともに、要求する特性に合わせて選択できるものである。
【００５９】
また、本発明は、一度形成した金属膜の不要部分をエッチングで除去してしまう従来の技術とは異なり、必要なパターンに必要な量だけの微粒子を付着したさせるプロセスであるために、パターンに付着させる工程において用いた微粒子のうち、パターンに付着しなかったものを全く無駄にしてしまうということはなく、次回のプロセスでの再利用が可能になるという大きな特徴を有している。この点から、本発明は貴重な材料を有効的に使用できるという省資源のプロセスであるといえる。
【００６０】
上記図４（ｄ）および図５（ｄ）のように、導電性物質からなる微粒子を基板上に展開して必要なパターンに付着させる方法は、一般的に、微粒子原料を液体に分散させその分散液の中に基板を浸漬する方法や、水平に保持した基板上に分散液を滴下する方法などの方法があり、適宜選択して用いることができる。
【００６１】
さらに、本発明では、従来のプロセスでは必要不可欠であった高価なエッチング装置が不要になるため、装置そのものにかかるコストの低減ばかりでなく、プロセスのランニングコストを大幅に低減できる技術を提供できるものである。このことは省エネルギーという面から、環境負荷の低減にも大きく寄与するものである。
【００６２】
以下、具体的な実施例を用いて更に詳細に説明する。
（実施例１）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）
【００６３】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００６４】
▲２▼パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００６５】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
平均粒径が５００ｎｍのＣｕ微粒子を４０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を５０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００６６】
▲４▼エネルギーの付与
上記▲３▼の工程を経た基板を、Ａｒで空気を置換した容器内のＸ−Ｙ移動ステージ上に設置した。容器外に設置したＹＡＧレーザー光源（Ｙｂ：ＹＡＧ ＬＤ励起 波長１．０６μｍ 出力５００Ｗ）からのレーザービームをビーム導入窓から容器内に導入し、基板全体にレーザービームが照射されるように、Ｘ−Ｙ移動ステージを駆動しながら照射を行なった。
【００６７】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１．９μｍ〜２．２μｍ、配線厚さ４００ｎｍ〜４５０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００６８】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ５００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００６９】
（実施例２）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
実施例１と同様に以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）
【００７０】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００７１】
▲２▼パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００７２】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
実施例１とは異なり平均粒径が３５０ｎｍのＡｕ微粒子を５０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を６０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００７３】
▲４▼エネルギーの付与
実施例１とは異なり、エネルギー源として熱エネルギーを用いた。上記▲３▼の工程を経た基板をＡｒで空気を置換した容器内の固定ステージ上に設置した。この固定ステージには基板加熱機構が具備されており、温度調節機能により基板温度が９７０度に保持できるようになっている。この機能を利用し、基板を９７０度で４時間保持することによってＡｕ微粒子からなる配列体をもとに配線部材を形成した。
【００７４】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１．９μｍ〜２．２μｍ、配線厚さ２８０ｎｍ〜３２０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００７５】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ５００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００７６】
（実施例３）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
実施例１および２と同様に以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）
【００７７】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＰＴＣＳトルエン溶液中（１ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００７８】
▲２▼パターニング
上記の工程でＰＴＣＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００７９】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
これまでの実施例とは異なり平均粒径が２５０ｎｍのＡｌ微粒子を４０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を６０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００８０】
▲４▼エネルギーの付与
これまでの実施例とは異なり、エネルギー源として赤外線を含む光エネルギーを用いた。装置としては、半導体プロセスで一般的に用いられる赤外線ランプを光源とするＲＴＡ装置を用いた。
【００８１】
本実施例で用いたＲＴＡ装置は昇温能力が８００度までの性能を有する装置である。この装置を用いて基板の設定温度が５５０度となるようにし、３０分の加熱を行いＡｌ微粒子からなる配列体をもとに配線部材を形成した。
【００８２】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１．９μｍ〜２．２μｍ、配線厚さ１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００８３】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ４００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００８４】
（実施例４）
▲１▼ＳＡＭ膜の形成
これまでの実施例とは異なり、以下の条件でＳＡＭ膜を形成した。
基板：４インチ酸化膜付きｐ型Ｓｉウエハ（１００）
ＳＡＭ材料：オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）
【００８５】
洗浄した酸化膜付きＳｉウエハを不活性ガス雰囲気中でＯＴＳトルエン溶液中（２ｖｏｌ％）に１０分間浸漬した。その後純水でリンスし、１２０度のクリーンオーブンで加熱し残存する溶媒を除去し最終的に表面にＯＴＳ−ＳＡＭ膜を有する基板を得た。
【００８６】
▲２▼パターニング
上記の工程でＯＴＳ−ＳＡＭ膜を作成した基板に対し、線幅２．５μｍのパターンを有するフォトマスクと紫外線を照射できる露光装置を用いて、パターニングを行なった。ここで用いた紫外線の波長は高圧水銀ランプを光源とする１８４．９ｎｍである。また、露光時間は４時間とした。
【００８７】
▲３▼導電性物質微粒子の付着
実施例３と同様に平均粒径が２５０ｎｍのＡｌ微粒子を４０ｍｇ３００ｍｌの純水中に分散したものを原料の分散液とした。この分散液の中に、上記▲２▼の工程を経た基板を６０分間浸漬した。その後、分散液から静かに基板を取り出し、自然乾燥させた。
【００８８】
▲４▼エネルギーの付与
これまでの実施例とは異なり、エネルギー源として電子ビームエネルギーを用いた。上記▲３▼の工程を経た基板を電子ビーム加工装置の加工室のＸ−Ｙ移動ステージ上に設置した。これは基板全体に電子ビームが照射されるように、Ｘ−Ｙ移動ステージを駆動しながら照射を行なうために用いた。加工室の真空度を１．５×１０−２Ｐａとし、電子ビームの出力は５００Ｗで照射を行なった。
【００８９】
▲５▼配線部材の形状及び特性評価
得られた配線パターンの形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したところ、配線幅１２．４μｍ〜２．７μｍ、配線厚さ１９０ｎｍ〜２３０ｎｍの配線部材が形成されていることが確認できた。
【００９０】
また、実際に直流電流を流してみたところ、電流密度 ４００ｋＡ／ｃｍ２の条件で、２４０時間連続通電試験を行なったが、断線や、抵抗増加などの問題は全く発生せず、正常に機能することを確認した。
【００９１】
【発明の効果】
以下、本発明の請求項毎の効果を述べる。
（１）請求項１記載の発明の効果
請求項１記載の発明においては、基板上に電気信号の伝達を行なう配線部材を形成する配線部材形成方法であって、基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程と、前記所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて前記微粒子を融着させる工程を有するようにしたために、高価な真空装置を必要とせず、原料を無駄なく効率的に利用して、省エネルギープロセスで、極微細な配線部材が確実に得られる。
【００９２】
（２）請求項２，３記載の発明の効果
請求項２，３記載の発明においては、微粒子を所望するパターン状に配列する工程が、光エネルギーを用いた化学変化現象を利用した工程であるために、高価な真空装置が不要で、パターン精度の優れた配線部材が得られる。
【００９３】
（３）請求項４，５記載の発明の効果
請求項４，５記載の発明においては、基板上に設けた材料が、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）であるために、非常に安定したプロセスでパターン精度に優れた配線部材を得ることができる。
【００９４】
（４）請求項６記載の発明の効果
請求項６記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーが光エネルギーである場合、制御性のよい単純な装置を用い、優れたプロセス再現性で配線部材を得ることができ、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーがレーザー光エネルギーである場合、与えるエネルギーが必要最小限ですむという省エネルギープロセスで、制御性のよい単純な装置を用いて配線部材を得ることができる。
【００９５】
（５）請求項７記載の発明の効果
請求項７記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーである場合、パターン精度に優れた配線部材を確実に得ることができ、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーがイオンビームエネルギーである場合、パターン精度に優れた配線部材を確実に得ることができる。
【００９６】
（６）請求項８記載の発明の効果
請求項８記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子に与えるエネルギーが熱エネルギーであるために、制御性のよい単純な装置を用いて配線部材を得ることができる。
【００９７】
（７）請求項９記載の発明の効果
請求項９記載の発明においては、配列した導電性物質からなる微粒子にエネルギーを与える工程を、不活性ガス雰囲気中で行なうために、配線部材の酸化を確実に防止でき、信頼性に優れた、高品質配線部材を得ることができる。
【００９８】
（８）請求項１０記載の発明の効果
請求項１０記載の発明においては、導電性物質からなる微粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうちのいずれか、またはこれらの合金であるために、原料微粒子が入手しやすく、信頼性に優れた、高品質配線部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による配線部材の形成方法を説明するための概略図である。
【図２】不活性ガス中で配線部材形成プロセスを行なう様子を模式的に示す図である。
【図３】導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列させる際に、所望のパターンを光エネルギー（紫外線）を用いて形成する様子を示す図である。
【図４】ＳＡＭ材料としてフェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）を用いたパターン形成を説明するための図である。
【図５】ＳＡＭ材料としてオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）を用いたパターン形成を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１：基板
１０２：微粒子
１０３：エネルギービーム
１０４：配線部材
２０１：容器
２０２：基板
２０３：微粒子
２０４：ガス入口
２０５：ガス出口
２０６：エネルギー導入口
２０７：エネルギー源
３０１：基板
３０２：ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ；自己組織化単分子膜）
３０３：フォトマスク
３０４：微粒子
４０１：基板
４０２：フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）膜
４０３：フォトマスク
４０４：微粒子
５０１：基板
５０２：オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）膜
５０３：フォトマスク
５０４：微粒子
Claims (10)
- 基板上に電気信号の伝達を行なう配線部材を形成する配線部材形成方法であって、
前記基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程と、前記所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて前記微粒子を融着させる工程を有することを特徴とする配線部材形成方法。 - 前記基板上に導電性物質からなる微粒子を所望のパターンに配列する工程は、前記所望のパターンを有するフォトマスクを介して光エネルギーを照射して基板上に設けた材料に選択的に化学変化を発生させ、該化学変化させた部分に前記導電性物質からなる微粒子を付着させる工程であることを特徴とする請求項１に記載の配線部材形成方法。
- 前記化学変化させた部分への導電性物質からなる微粒子の付着は、導電性物質からなる微粒子原料を液体に分散させその分散液の中に基板を浸漬するか、あるいは、水平に保持した基板上に前記分散液を滴下することにより行なうことを特徴とする請求項２に記載の配線部材形成方法。
- 前記基板上に設けた材料は、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ；自己組織化単分子膜）であることを特徴とする請求項２または３に記載の配線部材形成方法。
- 前記ＳＡＭは、フェニルトリクロロシラン（ＰＴＣＳ）またはオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）からなることを特徴とする請求項４記載の配線部材形成方法。
- 前記所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが光エネルギーまたはレーザー光エネルギーであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の配線部材形成方法。
- 前記所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが電子ビームエネルギーまたはイオンビームエネルギーであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の配線部材形成方法。
- 前記所望のパターンに配列された微粒子に与えるエネルギーが熱エネルギーであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の配線部材形成方法。
- 前記所望のパターンに配列された微粒子にエネルギーを与えて前記微粒子を融着させる工程が、不活性ガス雰囲気中で行なわれることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の配線部材形成方法。
- 前記導電性物質からなる微粒子が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌのうちのいずれか、またはこれらの合金であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の配線部材形成方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003193285A JP2005032783A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 配線部材形成方法 |
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| JP2003193285A JP2005032783A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 配線部材形成方法 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009022437A1 (en) * | 2007-08-16 | 2009-02-19 | Kazufumi Ogawa | Wiring and method for manufacturing the same and electronic components and related electronic equipment |
| US20140017393A1 (en) * | 2011-04-06 | 2014-01-16 | Tyco Electronics Amp Gmbh | Method for manufacturing at least one functional area on an electric contact element such as a switching contact or a plug contact |
-
2003
- 2003-07-08 JP JP2003193285A patent/JP2005032783A/ja active Pending
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| US9667015B2 (en) * | 2011-04-06 | 2017-05-30 | Te Connectivity Germany Gmbh | Method for manufacturing at least one functional area on an electric contact element such as a switching contact or a plug contact |
| US10862259B2 (en) | 2011-04-06 | 2020-12-08 | Te Connectivity Germany Gmbh | Method for manufacturing at least one functional area on an electric contact element such as a switching contact or a plug contact |
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