JP2017515647A - 基板上に導電性ナノ粒子を塗布するための装置 - Google Patents

Abstract

ウエハまたは他の基板上に金属ナノ粒子を塗布するための装置は、液体タンク内に配置された金属部品または半導体部品と、液体タンク内の液体中に配置された金属部品または半導体部品からナノ粒子を除去するためのレーザまたは粒子放射源と、除去された金属粒子含有液を基板上に塗布するための手段とを備える。

Description

技術分野
本発明は、ウエハまたは他の基板上に金属材料または半導体材料のナノ粒子を塗布するための組立体に関する。

フォトリソグラフィ法において、金属ナノ粒子を基板上に塗布することによって、種子を形成する。金属材料をさらに添加すると、種の成長によって金属導電径路を形成することができる。金属ナノ粒子を配置するための方法が多数ある。一般的な方法は、蒸着法である。

一般的に、使用された金属は、特別な性質を有する。特に、使用された金属は、金、パラジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、銀およびスズである。これらの金属は、高価であり、多少毒性を有する。これらの金属の蒸着を行う時に、金属材料が損失する可能性がある。また、これらの金属を取扱う人間が金属を吸込むまたは皮膚が金属に接触する可能性がある。その結果、人間の健康を害する危険性がある。

発明の開示
本発明の目的は、金属材料が実質的に損失することなく、健康を害する危険性を低減するように、ウエハまたは上述した種類の他の基板上に金属ナノ粒子を塗布するための組立体を提供することである。

本発明は、
（ａ）液体タンク（１４、１５０）内に配置された金属片または半導体片（８、８０）と、
（ｂ）液体タンク（１４、１５０）内の液体中に配置された金属片または半導体片からナノ粒子を除去するためのレーザ（１３）と、
（ｃ）金属粒子を含有する液体を基板上に塗布するための手段（１００）とを備えることによって、本発明の目的を達成する。

このような組立体によって、液体内の金属部品または半導体部品上のナノ粒子は、レーザまたは粒子放射源を用いて、除去される。その結果、これらのナノ粒子は、空中に飛散することがなく、損失することもない。有毒な金属蒸気が生成されることがなく、材料の消費量も低くなる。ナノ粒子は、液体中に止まり、液体とともに基板上に塗布される。

本発明の好ましい変形例によれば、液体は、硬化性ポリマまたは他の硬化性プラスチック材料である。適切なポリマの例として、エポキシド化合物、またはベンゾシクロブテンが挙げられる。硬化性プラスチック材料は、フォトリソグラフィ技術に使用される感光性材料である。これらの材料は、エッチングによって容易に除去することができる。正の照明および負の露光で同様に行うことができる。ポリマは、金属粒子が配置時に基板表面から跳ね返さないことを保証し、後に追加された部品に良好な接着性を与えることを保証する。

好ましくは、金属は、金、銀、銅、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、スズ、これらの金属の合金またはシリコン系半導体である。これらの金属は、良好な導電体であるため、ウエハまたは他の基板などの半導体製品の製造に特に適する。しかしながら、理解すべきことは、特定の用途によって需要である場合に、他の金属を使用してもよいことである。

好ましくは、組立体は、金属片または半導体片からナノ粒子を除去する領域に液流を生成するための液流生成手段を備える。液流生成手段は、ポンプであってもよい。また、液流生成手段は、小径を有する通路を介して液体を圧送する超音波ハンマを含んでもよいである。液流生成手段は、同一のレーザビームを用いてナノ粒子を液体内に均一に分布させることを保証する。

本発明のさらなる変形例において、本発明は、ナノ粒子を含有する液体を基板上に塗布するための噴出孔を含む。噴出孔を用いて、液体を均一の薄さで塗布することができ、基板上に命中し易くなる。

本発明の特に好ましい実施形態において、金属片または半導体片は、噴出孔前面の領域に配置されている。したがって、ナノ粒子は、金属片または半導体片から除去された後、すぐに噴出孔を介して噴出され、基板に堆積されるため、組立体内で滞留または蓄積することがない。

本発明のさらなる変形例において、噴出孔は、封閉タンクに一体化され、タンクは、加圧された液体がタンクに進入する液体入口を備える。このタンクは、ガラス板または別の透明カバーによって、レーザ側で封閉される。レーザ光は、透明カバーを通ってタンクに進入する。液体が殆ど圧縮できないため、液体に圧力が加わると、液体は、噴出孔を通って噴出することができる。

本発明のさらなる変形例は、従属請求項の主題である。以下、添付の図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。

第１の実施形態を示す概略図である。 第２の実施形態を示す概略図である。

実施形態の説明
図１は、金属ナノ粒子を生成するための組立体を示す概略図である。この組立体は、例えば、数字１で示されるエポキシド化合物などの液状ポリマを貯蔵するタンク２を備える。数字２０で示され、ポリマの密度を検出するためのセンサが、タンク２に設けられている。液状ポリマは、ポンプ１７によって、パイプライン１８を介して矢印の方向に輸送される。パイプライン１８は、チャンバ１４に連結される。金属片または半導体片８が、チャンバ１４の底部に配置されている。用途に応じて、金属片または半導体片８は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、またはこれらの金属の合金から製造されてもよく、シリコン系半導体材料から製造されてもよい。金属片または半導体片８の表面は、ポリマに囲まれる。チャンバ１４の上面は、ガラス板によって封閉される。走査システム１３を備えるレーザは、チャンバ１４の上方に配置されている。レーザ光１２は、チャンバ１４のガラス板を介して、金属片または半導体片８上に向けられる。金属粒子（ナノ粒子）は、金属片または半導体片８の表面から除去される。このような除去工程によって除去されたナノ粒子は、ポリマ液に収容される。

チャンバ１４の厚さは、レーザ光１２の照射範囲において薄くなる。これによって、一方では、ポリマにより吸収されるレーザ光１２を少なくすることができる。他方では、流速を増加することができる。従って、除去された金属粒子は、沈降または蓄積することがない。

除去された粒子を含有するポリマ液は、ポンプによって、排出パイプ１６を介して第２タンク２２に輸送される。ナノ粒子２１を含有するポリマ液は、第２タンクに蓄積され、さらに使用される。第２タンク２２に設けたセンサ１９は、タンク中のナノ粒子の密度を検出する。

第２タンク２２内のナノ粒子を含有するポリマ液は、例えば、ウエハ表面または基板表面を再配線する際に使用することができる。本実施形態において、ナノ粒子を含有するポリマ液は、例えば、スピンコート法によって基板に塗布することができる。その後、フォトリソグラフィ法によって、マスクを用いて塗布した基板を構造化することができる。構造体の溝内の硬化ポリマは、縁取りまたは洗浄などの通常の方法で除去することができる。このようにして、非常に微細な構造体を得ることができる。

図２は、ポリマ液を基材に直接塗布する組立体を示している。ポリマ液１０は、タンク２００に収容されている。タンク２００の下端には、出口が設けられている。この出口は、細長いチャンバ４０と連通する。ハンマ５０がチャンバ４０内に配置されている。ハンマ５０は、超音波発生装置３０よって、矢印５２の方向に沿って前後に移動される。チャンバ４０は、狭いチャネル６０を介して、チャンバ１５０と連通する。チャンバ１５０は、下端に向かって円錐状になる。毛細管または噴出孔１００は、チャンバ１５０の下端と一体化されている。基板１１０は、噴出孔１００のの下方に配置されている。基板１１０または噴出孔１００もしくはその両方は、噴出孔から噴出した材料を基板の所望の場所に塗布するように、移動可能に構成されている。

金属片または半導体片８０は、チャンバ１５０の下部円錐形領域に配置されている。チャンバ１５０は、上端でガラス板１４０によって封閉される。レーザ光は、例えば、超音波光変調器１３０に基づく高速スキャナとともに、矢印１３２で示されたｘおよびｙ方向に沿って移動されることができる。レーザ光は、ガラス板１４０およびポリマ１５０を通過し、金属片または半導体片８０に向かって照射する。よって、ナノ粒子９０は、レーザ除去によって除去される。除去されたナノ粒子９０は、ポリマに収容される。ハンマ５０が図面の左側に向かって動く場合、ナノ粒子を含まないポリマは、チャネル６０を介して圧送される。これによって、チャンバ１５０内に圧力が生成される。この圧力によって、ナノ粒子９０を含有するポリマ液は、液滴２２０で噴出孔１００を介して外部に噴出され、基板１１０に塗布される。最後に、基板１１０に塗布されたポリマは、硬化する。この実施形態の利点としては、マスクおよびフォトリソグラフィ法を使用せず、導電径路を形成することができるということである。ポリマおよびナノ粒子は、基板上に直接塗布される。

上記で組立体を詳細に説明した。理解すべきことは、上記の説明は、本発明の範囲を限定しておらず、本発明の範囲は、特許請求の範囲のみに決定されることである。本発明の基本構想から逸脱することなく、多くの代替的な手段および均等な手段を使用できることは、当業者にとって明らかである。特に、本発明の基本構想から逸脱することなく、本発明の組立体の幾何学的組立方法、材料、直径および量を変更することができる。

一般的に、使用された金属は、特別な性質を有する。特に、使用された金属は、金、パラジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、銀およびスズである。これらの金属は、高価であり、多少毒性を有する。これらの金属の蒸着を行う時に、金属材料が損失する可能性がある。また、これらの金属を取扱う人間が金属を吸込むまたは皮膚が金属に接触する可能性がある。その結果、人間の健康を害する危険性がある。
液体内で行われるレーザアブレーションは、ＤＥ １０ ２０１０ ０１８ ０７３ Ａ１、ＤＥ １０ ２０１０ ０５５ ４０４ Ａ１およびＪＰ ２００６ ６１２ ２８４５に記載されている。

Claims (10)

1. ウエハまたは他の基板（１１０）上に金属材料または半導体材料からなるナノ粒子を塗布するための組立体であって、
   （ａ）液体タンク（１４、１５０）内に配置された金属片または半導体片（８、８０）と、
   （ｂ）前記液体タンク（１４、１５０）内の液体中に配置された金属片または半導体片からナノ粒子を除去するためのレーザ（１３）と、
   （ｃ）金属粒子を含有する液体を基板上に塗布するための手段（１００）とを備えることを特徴とする、組立体。
2. 前記液体（１、１０）は、硬化性ポリマまたは他の硬化性プラスチック材料であることを特徴とする、請求項１に記載の組立体。
3. 前記金属（８、８０）は、金、銀、銅、パラジウム、アルミニウム、ニッケル、スズ、これらの金属の合金またはシリコン系半導体であることを特徴とする、請求項２に記載の組立体。
4. 前記金属片または半導体片（８、８０）からナノ粒子を除去する領域に液流を生成するための液流生成手段（１７、３０、５０）を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の組立体。
5. 前記液流生成手段は、ポンプ（１７）であることを特徴とする、請求項４に記載の組立体。
6. 前記液流生成手段は、小径を有する通路（６０）を介して前記液体を圧送する超音波ハンマ（５０）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の組立体。
7. ナノ粒子を含む液体を前記基板（１１０）上に塗布するための噴出孔（１００）を含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の組立体。
8. 前記金属片または半導体片（８０）は、前記噴出孔（１００）前面の領域に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の組立体。
9. 前記噴出孔（１００）は、封閉タンク（１５０）に一体化され、
   前記タンクは、加圧された液体が前記タンクに進入する液体入口（６０）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の組立体。
10. 前記タンクは、ガラス板または別の透明カバーによって、前記レーザ側で封閉されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の組立体。

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