JP2007329181A - パタン作製方法及びパタン作製装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスクの在庫管理が不要であり、ダイレクトイメージング法よりも高いスループットとすることが容易なパタン作製方法を提供する。
【解決手段】 パタン作製方法は、（ａ）表面にフォトレジスト膜が形成された基板の該フォトレジスト膜上に、インクジェットプリンタによりインク画像を描画する工程と、（ｂ）インク画像をマスクとして、フォトレジスト膜を露光する工程と、（ｃ）露光されたフォトレジスト膜を現像してレジストパタンを形成する工程と、（ｄ）レジストパタンをマスクとして、基板の表面を加工する工程とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パタン作製方法及びパタン作製装置に関し、特に、インクジェットプリンタを用いるパタン作製方法及びパタン作製装置に関する。

プリント基板の少量多品種化の進展に伴い、プリント基板の回路パタンを形成するためのダイレクトイメージング法の採用が徐々に始まっている。ダイレクトイメージング法では、レーザビームを走査してフォトレジスト膜を直接露光する。このため、配線パタンに対応するマスクを用いない。

また、以下のような回路パタン形成技術が、特許文献１に開示されている。図５（Ａ）に示すように、プリント基板の基材１０１の両側の表面上に導電層１０２が形成され、導電層１０２の表面上にアルカリ可溶性の樹脂層１０３が形成されており、樹脂層１０３の表面上に、インクからなるレジスト画像１０４が形成されている。レジスト画像１０４は、熱溶融インク方式のインクジェットプリンタにより描画される。

図５（Ｂ）に示すように、レジスト画像１０４をエッチングマスクとして、アルカリ性処理液により樹脂層１０３が溶解除去される。さらに、レジスト画像１０４と残った樹脂層１０３をエッチングマスクとして、酸性処理液により導電層１０２が溶解除去される。この後、エッチングマスクとして用いたレジスト画像１０４及び樹脂層１０３を除去することにより、導電層１０２からなる配線パタンが形成される。

特開２００２−１６３４３号公報

上述のダイレクトイメージング法では、マスクを用いないため、マスク作製及びマスクの在庫管理が不要という利点がある。しかしその反面、例えば、レーザビームを走査しながら露光することに起因して、マスクを用いた方法に比べてスループットが低い。

また、特許文献１の開示する技術では、インクからなるレジスト画像１０４をエッチングマスクとして、その下の樹脂層１０３を溶解除去している。レジスト画像１０４のエッチング耐性が十分でない場合には、残すべき領域の樹脂層１０３が溶解除去されてしまい、所望のパタンを形成することができなくなるであろう。

本発明の一目的は、マスクの在庫管理が不要であり、ダイレクトイメージング法よりも高いスループットとすることが容易なパタン作製方法及びパタン作製装置を提供することである。

本発明の他の目的は、インクジェットプリンタを用いるパタン作製方法及びパタン作製装置であって、インクジェットプリンタで描画された画像に十分なエッチング耐性が要求されないパタン作製方法及びパタン作製装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、インクジェットプリンタを用いる新規なパタン作製方法及びパタン作製装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）表面にフォトレジスト膜が形成された基板の該フォトレジスト膜上に、インクジェットプリンタによりインク画像を描画する工程と、（ｂ）前記インク画像をマスクとして、前記フォトレジスト膜を露光する工程と、（ｃ）露光された前記フォトレジスト膜を現像してレジストパタンを形成する工程と、（ｄ）前記レジストパタンをマスクとして、前記基板の表面を加工する工程とを有するパタン作製方法が提供される。

本発明の他の観点によれば、表面に第１のフォトレジスト膜が形成された第１の加工対象物を保持して、該第１の加工対象物を第１の方向に搬送するステージと、前記ステージに保持された第１の加工対象物の第１のフォトレジスト膜の表面に、インクを吐出して第１のインク画像を描画する第１のインクジェットプリンタと、前記ステージによる搬送方向に関して、前記第１のインク画像が描画される位置よりも下流側において、前記第１のインク画像をマスクとして前記第１のフォトレジスト膜を露光する第１の露光装置とを有するパタン作製装置が提供される。

インク画像を遮光マスクとして、フォトレジスト膜のある領域を一括露光することができるため、ダイレクトイメージング法に比べて、露光時間を短縮することができる。フォトレジスト膜を現像して形成したレジストパタンをマスクとして基板表面を加工するため、インク画像には、エッチングマスクとしての機械的強度やエッチング耐性が求められない。

図１に、本発明の第１の実施例によるパタン作製装置の概略正面図を示す。基台１の上に、Ｘステージ２が取り付けられている。Ｘステージ２は、その上にプリント基板５０を保持し、プリント基板５０の表面に平行なＸ方向（図１において横方向）に移動することができる。

Ｘステージ２の上方に、カメラ３、インクジェットプリンタ４、及び露光装置５が配置されている。Ｘステージ２による搬送方向に関して、上流側からカメラ３、インクジェットプリンタ４、及び露光装置５が配置されている。

インクジェットプリンタ４のヘッド４１からインクが吐出され、プリント基板５０の表面にインクからなる画像１０（インク画像１０）が描画される。インクジェットプリンタ４のヘッド４１として、圧電素子の発生する圧力でインクを吐出させるピエゾ方式インクジェットプリントヘッドや、熱によりインクを吐出させるサーマルインクジェットプリントヘッドを用いることができる。

露光装置５が、紫外光６をプリント基板５０の表面に照射する。露光装置５は、例えばガス放電型紫外線ランプや、紫外域の高調波を出力する固体レーザ発振器で構成される。ガス放電型紫外線ランプとしては、例えば高圧水銀ランプや、パルス発光のキセノンランプを用いることができる。固体レーザ発振器としては、例えば、第３高調波の出力ユニットを含むＹＡＧレーザ発振器を用いることができる。紫外光６の波長は、例えば３６５ｎｍである。プリント基板５０の、インク画像１０が描画された領域を露光装置５の下方まで搬送することにより、その領域を紫外光６で露光することができる。

カメラ３は、Ｘステージ２に保持されているプリント基板５０の表面に形成されたパタンを観察し、画像データを生成する。プリント基板５０に、スルーホール等のパタンが形成されている場合には、カメラ３がこのパタンを観察し、画像データを生成する。この画像データに基づいて、プリント基板５０の表面におけるインク画像１０の位置決めを行うことができる。

次に、図２（Ａ）〜図２（Ｆ）を参照して、第２の実施例によるパタン作製方法について説明する。本方法は、第１の実施例のパタン作製装置により行われる。

図２（Ａ）に示すように、プリント基板５０は、コア基板５１、導電膜５２、及びフォトレジスト膜５３の３層構造を有する。コア基板５１は、例えばエポキシ樹脂等で形成され、導電膜５２は、例えば銅で形成される。フォトレジスト膜５３として、例えばドライフィルムレジストが用いられる。

図２（Ｂ）に示すように、フォトレジスト膜５３の表面上に、所望の配線パタンに対応したインク画像１０を描画する。次に、図２（Ｃ）に示すように、インク画像１０を遮光マスクとして、フォトレジスト膜５３を紫外線６で露光する。

図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示した工程は、図１に示したＸステージ２によりプリント基板５０をＸ方向に一定速度で搬送しながら行われる。フォトレジスト膜５３の表面の所定領域がインクジェットプリンタ４の下を通過するときに、この領域内に描画が行われる。この領域が、下流に搬送されて露光装置５の下を通過するときに露光される。プリント基板５０を、図１に示したＸ方向に搬送することにより、インクジェットプリンタ４で描画可能な範囲、及び露光装置５で露光可能な範囲が、フォトレジスト膜５３の全面で走査される。

図２（Ｄ）に示すように、露光されたフォトレジスト膜５３を現像する。インク画像１０の下にレジストパタン５３ａが残り、その他の領域においては、導電膜５２が露出する。次に、図２（Ｅ）に示すように、レジストパタン５３ａをエッチングマスクとして、導電膜５２をエッチング除去する。レジストパタン５３ａの下に配線パタン５２ａが残り、その他の領域においてはコア基板５１が露出する。

さらに、図２（Ｆ）に示すように、フォトレジスト膜５３を、その上のインク画像１０と共に除去する。このようにして、インク画像１０に対応した配線パタン５２ａが形成される。

実施例のパタン作製方法では、図２（Ｃ）に示した工程において、プリント基板５０の表面のある領域内のフォトレジスト膜５３が一括露光される。このため、レーザビームを走査しながら露光を行う従来のダイレクトイメージング法に比べて、露光時間を短縮することができる。また、プリント基板５０ごとに、遮光マスクとして用いられるインク画像１０を描画するので、遮光マスクの在庫管理が必要ない。

プリント基板５０を搬送しながら、相対的に上流側でインク画像１０の描画を行う工程と、相対的に下流側で露光を行う工程とが並行して行われる。実施例の方法では、ダイレクトイメージング法と比べると、遮光マスクとして用いられるインク画像１０の描画工程が加わっているが、インク画像１０の描画工程は露光工程と並行して行うことができるので、描画工程が加わったことに起因するスループットの低下はほとんど生じない。

実施例のパタン作製方法では、インク画像１０がフォトレジスト膜５３の露光時に紫外光を遮光するマスクとして機能すればよい。図２（Ｅ）に示した導電膜５２をエッチングする工程では、レジストパタン５３ａがエッチングマスクとして作用する。このため、インク画像１０には、エッチングマスクに必要とされる物理的強度及びエッチング耐性が必要とされない。

実施例のパタン作製方法で、インク画像１０は紫外線６を遮光するマスクとして用いられる。紫外光を十分遮光するために、インク画像を描画するインクとして、例えば、水性顔料タイプのカーボンブラックの自己分散液を用いることが好ましいと考えられる（水性顔料タイプのカーボンブラックについては、例えば「インクジェット最新技術」，株式会社情報機構，２００４年，ｐ．１０１−１０３に記載されている）。水性顔料タイプのカーボンブラックは、顔料表面にスルフォン基あるいはカルボキシル基を導入して自己分散型としたもので、キャボット社により開発されたものである。

なお、自己分散型カーボンは、印刷物において、紙の内部へほとんど浸透せず表面に留まっているため高い黒色度を示し、さらに、拡散が少なくシャープな画像が得られるので、遮光マスクを形成するためのインクとして好適と考えられる。

なお、フォトレジスト膜５３上のインク画像１０が何らかの理由で水に侵食されるような場合、インク画像１０ににじみが生じることが懸念される。これを防ぐためには、インクとしてマイクロカプセル化カーボンの分散液を使用すればよいであろう。マイクロカプセル化カーボンを用いたインクでは、カプセル化樹脂が粒子同士を結着させているため、水に侵食されてもにじみが生じにくい（マイクロカプセル化カーボンについては、例えば「インクジェット最新技術」，株式会社情報機構，２００４年，ｐ．１２６に記載されている）。

なお、カーボンブラックは、液晶ディスプレイにおいて、高い遮光性能を要求されるブラックマトリックスの材料としても用いられている（例えば、山田秦，「最新の液晶用カラーフィルタ製造技術」，精密工学会誌ｖｏｌ．１６９，ｎｏ．７（２００３）９００−９０４を参照）。

なお、実施例のパタン作製方法におけるインク画像１０の描画のスループットは、インクジェットプリンタの性能に律速される。例えば、Ａ４サイズの紙を１分間当たり１２枚印刷できるプリンタを用いれば、Ａ４サイズの基板を仮定すると、１時間当たり７２０枚（１２枚×６０分）の基板にインク画像を描画できる。

なお、インク画像１０の解像度は以下のように見積もることができる。例えば、解像度が２４００ｄｐｉ（横）×１２００ｄｐｉ（縦）のインクジェットプリンタを用いるとする。ドット径とピッチの比を１：２と仮定した場合、ドット径は（２５．４ｍｍ（１インチ）／２４００ｄｐｉ）／２＝５．３μｍと見積もられる。仮に、にじみ率を２とすれば、フォトレジスト膜５３上の最終ドット径は５．３μｍ×２＝１０．６μｍとなる。この最終ドット径をインク画像１０の解像度と定義すれば、インク画像１０の解像度は１０．６μｍと見積もられる。なお、にじみ率については、例えば「インクジェット最新技術」，株式会社情報機構，２００４年，ｐ．７９に記載されており、
にじみ率ｂ＝着弾拡がり率ｓ×浸透拡がり率ｐ ・・・（１）
と表され、
着弾拡がり率ｓ＝着弾時のドット径Ｄ^＊／インク滴径ｄ ・・・（２）
浸透拡がり率ｐ＝最終ドット径Ｄ／着弾時のドット径Ｄ^＊ ・・・（３）
と表される。

図３に、第３の実施例によるパタン作製装置の概略正面図を示す。第３の実施例の装置で、水平に配置されたＸステージ２は、その上にプリント基板５０を保持するとともに、その下にもプリント基板５０Ａを保持する。支持部材２１が、Ｘステージ２の縁部でＸステージ２を支持し、Ｘステージ２をＸ方向に移動させる。

Ｘステージ２の下方に、カメラ３Ａ、インクジェットプリンタ４Ａ、及び露光装置５Ａが配置されている。プリント基板５０Ａ、カメラ３Ａ、インクジェットプリンタ４Ａ、及び露光装置５Ａは、それぞれ、プリント基板５０、カメラ３、インクジェットプリンタ４、及び露光装置５と同様な構成を有する。

プリント基板５０Ａはプリント基板５０と同時にＸ方向に搬送され、インクジェットプリンタ４Ａがプリント基板５０Ａの表面にインク画像１０Ａを描画し、露光装置５Ａによりインク画像１０Ａをマスクとした露光が行われる。カメラ３Ａを用いて、プリント基板５０Ａの表面におけるインク画像１０Ａの位置決めを行うことができる。

第３の実施例のパタン作製装置を用いれば、２枚のプリント基板に対して同時にインク画像の描画及び露光を行うことができる。Ｘステージに１枚だけプリント基板を保持してインク画像の描画及び露光を行う場合に比べて、時間効率良くパタンを作製することができる。

次に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して、第４の実施例によるパタン作製装置について説明する。第４の実施例で、プリント基板５０Ｂは、その両面にフォトレジスト膜が形成されており、両面のフォトレジスト膜の下（基板内部側）に、配線パタンを作製すべき導電膜が形成されているものである。

図４（Ａ）は、正面方向から見た第４の実施例のパタン作製装置を概略的に示す。Ｘステージ２Ｂの構造が明確になるよう断面を示す。第４の実施例の装置では、Ｘステージ２Ｂが、額縁状の形状になっており、プリント基板５０Ｂをその縁部で保持する。これにより、プリント基板５０Ｂの両面双方のフォトレジスト膜が露出する。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ａ線に沿ったパタン作製装置の断面（Ｘ方向に垂直な断面）を示す。支持部材２１Ｂが、Ｘステージ２Ｂを支持し、Ｘステージ２ＢをＸ方向に移動させる。

図４（Ａ）に戻って説明を続ける。プリント基板５０Ｂの上方に配置されたカメラ３、インクジェットプリンタ４、露光装置５、及び、プリント基板５０Ｂの下方に配置されたカメラ３Ａ、インクジェットプリンタ４Ａ、及び露光装置５Ａの構成は、第３の実施例のパタン作製装置と同様である。

第４の実施例のパタン作製装置を用いれば、プリント基板の両面に対して同時にインク画像の描画及び露光を行うことができる。プリント基板の片面ずつインク画像の描画及び露光を行う場合に比べて、時間効率良くパタンを作製することができる。

なお、上記実施例では、一例として、プリント基板の配線パタンを作製したが、上記実施例によるパタン作製方法は、レジストパタンをマスクとして基板表面を加工するその他の技術に適用することが可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

第１の実施例によるパタン作製装置の概略正面図である。 第２の実施例によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その１）である。 第２の実施例によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その２）である。 第２の実施例によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その３）である。 第２の実施例によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その４）である。 第２の実施例によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その５）である。 第２の実施例によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その６）である。 第３の実施例によるパタン作製装置の概略正面図である。 第４の実施例によるパタン作製装置の正面方向から見た概略図である。 第４の実施例によるパタン作製装置の、図４（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。 従来技術によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その１）である。 従来技術によるパタン作製方法を説明するための加工対象物の断面図（その２）である。

符号の説明

１ 基台
２ Ｘステージ
３ カメラ
４ インクジェットプリンタ
５ 露光装置
６ 紫外光
１０ インク画像
５０ プリント基板
５１ コア基板
５２ 導電膜
５２ａ 配線パタン
５３ フォトレジスト膜
５３ａ レジストパタン

Claims (7)

1. （ａ）表面にフォトレジスト膜が形成された基板の該フォトレジスト膜上に、インクジェットプリンタによりインク画像を描画する工程と、
   （ｂ）前記インク画像をマスクとして、前記フォトレジスト膜を露光する工程と、
   （ｃ）露光された前記フォトレジスト膜を現像してレジストパタンを形成する工程と、
   （ｄ）前記レジストパタンをマスクとして、前記基板の表面を加工する工程と
   を有するパタン作製方法。
2. 前記工程（ａ）及び（ｂ）は前記基板を搬送しながら行われ、該工程（ａ）が行われる位置は、該工程（ｂ）が行われる位置よりも搬送方向に関して上流側であり、前記フォトレジスト膜の表面の所定領域内に該工程（ａ）でインク画像が描画された後、この領域が下流に搬送され、該工程（ｂ）でこの領域が露光される請求項１に記載のパタン作製方法。
3. 前記インク画像を構成するインクは、カーボンブラックを含有する請求項１または２に記載のパタン作製方法。
4. 表面に第１のフォトレジスト膜が形成された第１の加工対象物を保持して、該第１の加工対象物を第１の方向に搬送するステージと、
   前記ステージに保持された第１の加工対象物の第１のフォトレジスト膜の表面に、インクを吐出して第１のインク画像を描画する第１のインクジェットプリンタと、
   前記ステージによる搬送方向に関して、前記第１のインク画像が描画される位置よりも下流側において、前記第１のインク画像をマスクとして前記第１のフォトレジスト膜を露光する第１の露光装置と
   を有するパタン作製装置。
5. 前記第１のインクジェットプリンタが吐出するインクは、カーボンブラックを含有する請求項４に記載のパタン作製装置。
6. 前記ステージは、該ステージの上に前記第１の加工対象物を保持し、さらに該ステージの下に、第２のフォトレジスト膜が形成された第２の加工対象物を保持し、該第２の加工対象物も前記第１の方向に搬送し、さらに、
   前記ステージの下に保持された第２の加工対象物の第２のフォトレジスト膜の表面に、インクを吐出して第２のインク画像を描画する第２のインクジェットプリンタと、
   前記ステージによる搬送方向に関して、前記第２のインク画像が描画される位置よりも下流側において、前記第２のインク画像をマスクとして前記第２のフォトレジスト膜を露光する第２の露光装置と
   を有する請求項４または５に記載のパタン作製装置。
7. 前記第１の加工対象物の表側の表面に第１のフォトレジスト膜が形成され、該第１の加工対象物の裏側の表面に第２のフォトレジスト膜が形成され、前記ステージは、該第１の加工対象物の第１及び第２のフォトレジスト膜の双方が露出するように該第１の加工対象物を保持し、さらに、
   前記ステージに保持された第１の加工対象物の第２のフォトレジスト膜の表面に、インクを吐出して第２のインク画像を描画する第２のインクジェットプリンタと、
   前記ステージによる搬送方向に関して、前記第２のインク画像が描画される位置よりも下流側において、前記第２のインク画像をマスクとして前記第２のフォトレジスト膜を露光する第２の露光装置と
   を有する請求項４または５に記載のパタン作製装置。

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