JP2013516755A - 流体ジェットを用いて孔を作製する方法 - Google Patents

Abstract

層（４）に孔（５）を作製する方法は、支持体（２）の表面に第１の接着領域（１ａ）および第２の接着領域（１ｂ）を設けることを含む。第１の接着領域（１ａ）の寸法は、孔（５）の寸法に対応する。この方法は、第１の接着領域（１ａ）および第２の接着領域（１ｂ）に層（４）を堆積させることを含む。層（４）の材料は、第２の接着領域（１ｂ）に対してよりも、第１の接着領域（１ａ）に対してより低い粘着係数を有する。第１の接着領域（１ａ）の上方に配置された層の一部が、流体ジェット（６）によって除去される。

Description

本発明は、層に孔を作製する方法に関する。具体的には、本発明は、有機材料から作製されたデバイスに相互接続ビアを作製することに関する。

例えば消費電力および／または動作周波数の点で、集積回路の性能を向上させ続けていくことは、これらの部品のサイズを絶えず小さくしていくことを不可避的に伴う。部品を相互接続する金属トラックのセクションおよびピッチも縮小し、信号の伝搬遅延が増加する。

この相互接続は、伝統的に、導電層の堆積、フォトリソグラフィ、その後の導電層のエッチングによって行われている。この技術は、単層回路、例えばアルミニウムの金属トラックを有する単層回路の場合に広く使用されている。多層回路の場合には、この技術は採用されず、誘電体層にパターンをエッチングして、その後これに金属を埋め込むダマシンメタライゼーション（Damascene metallization）法が好まれている。この方法によって、相互接続のために特に銅を使用して、これにより、伝搬遅延を相対的に減少させることが可能になる。

複数レベルのメタライゼーションを有する回路の場合、ビアを形成し、これにより上の相互接続線と下の相互接続線を接続するために形態的因子（ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）の高い孔が絶縁層に作製される。伝統的な方法では、孔を、ドライエッチング（特にプラズマ）、ウェットエッチング、またはレーザアブレーションによって開口することができる。

有機エレクトロニクスの分野において、導電材料から作製されるパターンおよびビアは、これらのマイクロエレクトロニクス技術を用いて作製することができる。とはいうものの、これらの技術は、費用の掛かるものであり、有機材料との適合性も限定されている。例えば、フォトリソグラフィに使用される樹脂を除去することによって、有機材料層の剥離が引き起こされる場合がある。加えて、これらの技術には、孔の側面の平行性および垂直性という課題が残されている。

フレキシブルエレクトロニクスにおいて相互接続を分離する誘電材料は、一般に、有機性であり、マイクロエレクトロニクスで伝統的に使用されているいわゆる「ハード」エッチングによってエッチングすることができない。したがって、有機エレクトロニクスに適合する新しい技術が考案されてきた。

ビアを作製する第１の方法は、Ｋａｗａｓｅらによって提案されている（「Ｉｎｋｊｅｔ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｖｉａ−Ｈｏｌｅ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｒｅｓｉｓｔｏｒｓ ｆｏｒ Ａｌｌ−Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」，ＡＤＶ．Ｍａｔｅｒ．２００１，１３，Ｎｏ．２１）。最初に、有機材料が、液体を用いる方法、例えばインクジェット噴射（ｉｎｋ ｊｅｔ ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）によって堆積される。有機材料を貫通する、ビアに対応する開口が、溶媒の液滴の制御された射出によって形成される。溶媒については、エッチングされる層の有機材料を局所的に溶解するものが選択される。同じ場所に溶媒の液滴を射出することによって、孔および孔の周囲のフランジが徐々に形成される。このフランジは、スタックの特性に悪影響を与える。

本発明の目的は、層に孔を作製する方法であって、短時間かつ容易に実施でき、従来技術の欠点を改善する方法である。

具体的には、本発明の目的は、有機材料に適合し、かつ、形態的因子の高い孔を作製することを可能にする方法である。

本発明によれば、これらの目的は、本方法が、支持体の表面に第１の接着領域および第２の接着領域を設けることを含むという事実によって達成される結果となる。第１の接着領域の寸法は、孔の寸法に対応する。本方法は、第１の接着領域および第２の接着領域に層を堆積させることを含み、流体ジェットを用いて第１の接着領域における層の一部を除去することを含む。なお、層の材料は、第２の接着領域に対してよりも、第１の接着領域に対してより低い粘着係数を有する。

他の有利性および特性は、添付図面に示され、かつ非限定的な例として挙げられた、本発明の特定の実施形態についての以下の記載より明らかとなる。

本発明に係る、孔を作製する方法のステップを示している。 本発明に係る方法の変形例のステップを示している。このステップは、図１のステップに対応している。 本発明に係る方法のステップを示している。 本発明に係る方法のステップを示している。 本発明に係る方法のステップを示している。

図１は、誘電材料から作製された層に孔を作製する方法の第１のステップを示している。第１の接着領域１ａおよび第２の接着領域１ｂが、支持体２の表面に形成されている。支持体２は、表面に第１の接着領域１ａおよび第２の接着領域１ｂを複数含む基板であってもよい。例えば図１では、支持体２は、２つの接着領域１ａおよび３つの接着領域１ｂを含む。

支持体２は可撓性基板であるのが好ましい。支持体２は、プラスチック、例えばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から作製することができる。支持体２は、薄いシリコン、可撓性の鋼またはステンレス鋼などの金属、または金属で被覆されたプラスチックから作製することもできる。基板を被覆するために使用される金属は、例えば、アルミニウムまたは金である。

第１の接着領域１ａおよび第２の接着領域１ｂが、薄膜形態の接着物質（ａｄｈｅｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ）を局所的に堆積させることによって形成されるのが好ましい。この接着物質は、支持体２の表面に固定される能力を有する。このようにして、第１の接着領域１ａおよび第２の接着領域１ｂを形成するために、接着層３を支持体２の上面の領域に堆積させる。接着層３を第１の接着領域１ａまたは第２の接着領域１ｂに堆積させることができる。例えば図１では、接着層３によって、第２の接着領域１ｂと、接着層３が被覆していない、支持体２の表面の領域とが形成されている。反対に、接着層３を堆積させることによって、第１の接着領域１ａを形成してもよい。

接着層３は、金属層に堆積させることのできる自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）であることが好ましい。一般に、自己組織化単分子膜は、二官能性分子、すなわち、２つの化学基を有する二官能性分子を含む。第１の基（いわゆる頭基）は、支持体２に固定される。第２の基（いわゆる尾基）は、別の材料に緊密に結合する。このようにして、ＳＡＭ層によって、材料は支持体に結合される（ｈｏｏｋｅｄ）。ＳＡＭの性質は、支持体２の性質および接着したい材料の性質に応じて選択される。例えば、チオール頭基（ＨＳ）は、金の表面に結合して、チオール基結合（Ｓ−Ａｕ）を形成する。このタイプの基を含むＳＡＭは、金で被覆された支持体とともに使用されるのが好ましい。接着層３は、例えばトリメチルシリルプロパンチオールを有するＳＡＭを含み、その厚さは１０ｎｍ未満である。接着層３は、インクジェット噴射によって堆積されるのが好ましい。反対に、ＳＡＭ、例えばフッ素化基（特にフルオロプロパンチオール）を有するＳＡＭによって、接着力のより低い第１の接着領域を形成するために、支持体への材料の接着を弱めることができる。他にプラスチックの支持体に直接結合するＳＡＭもある。例えば、支持体に堆積される材料の接着を強めるためには、トリメトキシシランがあり、この接着を弱めるためには、フルオロシランがある。

さらに、接着層３は金属層であってもよい。支持体２が、金属で被覆されたプラスチックから作製されている場合、金属の接着層３は、支持体を被覆している材料とは異なる材料から選択される。

接着層３を、様々な局所的表面処理、例えばプラズマ、ＵＶ曝露、オゾン、レーザなどによって、変化させることができる。

図２は、第１の接着領域および第２の接着領域を形成するステップの他の実施形態を示している。表面のパラメータを変更するために、支持体２の上面をテクスチャ化（ｔｅｘｔｕｒｅ）してもよい。この構造化形態によれば、特定の領域の粗さを減少または増加させることができ、これにより、接着性のより強い領域または接着性のより弱い領域が形成される。

図３は、第１の接着領域１ａおよび第２の接着領域１ｂの上に、誘電材料層４を堆積させることを示している。第１の接着領域１ａへの誘電材料の粘着係数は、第２の接着領域１ｂへの誘電材料の粘着係数よりも低い。ＳＡＭを使用した場合、誘電材料は、第２の接着領域１ｂにおいて、接着層３の尾基にしっかりと結合し、その一方で、誘電材料４は、接着層３によって被覆されていない第１の接着領域１ａにうまく接着されない。誘電材料は、スピンコーティングによって、支持体の表面全体に堆積されるのが好ましい。誘電材料層４の厚さは、５００ｎｍから１０μｍまで様々である。誘電材料は有機材料であるのが好ましい。この有機材料は、例えば、スチレン類（ポリスチレン）、アクリレート類（ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ））、ポリイミド類、ポリ桂皮酸ビニル、およびポリビニルピロリドンの中から選択される。

第１の接着領域１ａのそれぞれは、以前に堆積させた誘電層４に形成されることの望まれる孔と相対的に決まる。したがって、第１の接着領域の寸法は、この孔の寸法に対応する。

図４は、孔５を形成するために、第１の接着領域１ａにおける誘電材料層４を除去するステップを示している。誘電材料は、流体ジェット６によって除去することができる。流体ジェットによって、誘電材料層４の表面をスキャンして、支持体２に接着していない領域、すなわち、第１の接着領域１ａにおける誘電材料を優先的に取り除く。

流体ジェット６は、誘電材料層４の上面に対して略垂直に向けられるのが好ましい。流体ジェットが、この領域に、誘電材料の早期疲労の原因となる高エネルギーの振動を引き起こすという事実によって、誘電材料は局所的に引き剥がされることが好ましいと思われる。

図５は、図４に示した除去ステップの後の最終的な構造を示している。作製された各孔５は、第１の接着領域１ａと自己整合されている。図５において、得られた孔５の寸法は、幅（または直径）方向に関しては１００ｎｍ〜１μｍであり、高さ方向に関しては５００ｎｍ〜１０μｍであってもよい。形態的因子、すなわち、幅に対する高さの比率は、２（さらには１０）を超えていてもよい。孔５の端は、均整のとれた（ｃｌｅａｎ）ままとなっている。

したがって、説明した方法によって、形態的因子の高い孔を形成することが可能になる。流体ジェット６の幅を小さくすることによって、例えばノズル７を変更することによって、パターンの精度（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を高めることができる（図４）。最大の精度は、マイクロメータ範囲である。この方法は、容易に再現することができ、また、どのタイプの材料にも適合させることができる。こうして、この方法により、紫外線下の硬化の場合におけるガラスマスクの使用、および、不整合に関連する問題が回避される。最後に、伝統的にフォトリソグラフィに使用される化学的現像剤が、単純な流体ジェットと取り替えられる。

多層回路の場合は、支持体２は、スタックのより低い層と取り替えられる。流体ジェット６は、このより低い層に損傷を与えない。

除去ステップで使用される装置は、洗浄粒子のためのマイクロエレクトロニクスで古くから使用されている。この装置は、基板を受け入れる回転支持体およびヒンジアームを含む（図示せず）。さらに、この装置は、直径約３０μｍのノズル７を含む。ノズル７には、圧力を受ける流体、好ましくは蒸留水が供給される。さらに、この圧力を受ける流体は、酸、塩基、溶媒、または気体（窒素、酸素、アルゴン）とすることができる。

この装置の動作条件は、上記の方法の目的に適合された。したがって、ノズル７は、誘電材料層４の上面から約１０ミリメールの距離の位置に配置される。流体の圧力は、１００バールから２００バールまで様々である。流体ジェットは、より微細なパターンを穿設するために絞られるのが有利である。したがって、圧送される流量および流体の消費量は、それほど重要ではない。

好ましい実施形態では、誘電材料は、有機性であり、架橋可能である。このとき、上記の方法は、第１の接着領域１ａにおける誘電材料の除去ステップの前に、硬化ステップを含む。誘電材料層４を硬化させるこのステップは、接着層３を介した支持体２と誘電材料層４との結合に対して有利に働き、および／または接着していない領域における疲労現象を加速させる。２つの表面間の接着値の比率に応じて、孔をエッチングした後に、硬化ステップを行うこともできる。誘電材料は、例えば、紫外線下で架橋することのできる、ポリ桂皮酸ビニルおよびポリビニルピロリドンなどのポリマーである。

本明細書に記載した方法の多くの変形例および修正例は、当業者には明らかであろう。本方法は、誘電材料にビアを形成するために記載された。他用途の任意の材料の層に孔を形成するために、この技術を使用することは排除されない。

Claims (7)

1. 層（４）に孔（５）を作製する方法において、
   支持体（２）の表面に、第１の接着領域（１ａ）および第２の接着領域（１ｂ）を設けるステップであって、該第１の接着領域（１ａ）の寸法が、前記孔（５）の寸法に対応する、ステップと、
   前記第１の接着領域および前記第２の接着領域に前記層（４）を堆積させるステップであって、該層（４）の材料が、前記第２の接着領域（１ｂ）に対する粘着係数よりも低い、前記第１の接着領域（１ａ）に対する粘着係数を有する、ステップと、
   ジェット流体（６）を用いて、前記第１の接着領域（１ａ）における前記層の一部を除去するステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 前記層（４）の前記材料が、誘電材料であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記層（４）の前記材料が有機性であり、前記除去ステップの前に該層の該材料を硬化させるステップを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記層（４）の前記材料が、紫外線下で架橋可能であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の接着領域（１ａ）および前記第２の接着領域（１ｂ）が、接着層（３）を局所的に堆積させることによって形成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記接着層（３）が、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記接着層（３）が、金属層であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

Images