JP3762696B2 - パターン形成システム及び基板へのパターン形成方法並びに基板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィー技術、エッチング技術を利用して基板上にパターン画像を形成するパターン形成システム及び基板へのパターン形成方法並びに基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造プロセス、プリント基板製造、ＴＶブラウン管に使用されるシャドーマスク製造等においては、いわゆる、フォトリソグラフィーやエッチング等の技術が利用されており、高精度なパターン製造技術として確立している。これらの技術は、いわゆる写真製版の技術を応用したものであり、基板上に感光性のフォトレジストを塗布し、フォトマスクを介して紫外線を照射し、その後、現像することによって、フォトマスクパターンと同等のフォトレジストパターンを形成、或いは、その後エッチングを行い、基板上にフォトレジストと同等のパターンを形成することができる。
【０００３】
そこで、今、半導体製造プロセスにおけるリソグラフィー技術の一例を図８及び図９に基づいて説明する。図８（ａ）〜（ｉ）は、いわゆるウェハプロセス（レジストプロセスとエッチングプロセス）における工程フローを示す。図９（ａ）〜（ｅ）は、その工程フローによって形成されるネガ型レジスト（ポジ型レジストは露光工程がこれと逆となる）を使用した場合のパターン断面形状を示す。ここでは、以下、シリコンウェハ上にＳｉＯ２ の開口部を設ける場合の例について述べる。
【０００４】
まず、図８（ａ）の〔ウェハ前処理工程〕では、表面に熱酸化膜（ＳｉＯ２ ）２を約１μｍ形成した基板１（シリコンウェハ）を洗浄によって清浄化する。次に、図８（ｂ）の〔レジスト塗布工程〕では、スピンコーティング（或いは、ロールコーティング）によって、基板１上にフォトレジスト３を０．５〜１．０μｍ塗布する。この場合、基板１とフォトレジスト３のと密着を良くするために、図示しない密着性向上剤（ＯＡＰ等）を事前に基板１上に塗布しておく。次に、図８（ｃ）の〔プリベーク工程〕では、塗布されたフォトレジスト中の溶剤成分を蒸発させるために、８０〜９０℃のベーキング炉中で１０〜２０分加熱する。次に、図８（ｄ）、図９（ａ）の〔マスク合わせ工程〕では、フォトレジスト３を塗布した基板１面にフォトマスク４を整合する。ここで使用するフォトマスク４は、石英ガラス或いは低膨張ガラスのような熱膨張の影響を受けにくいガラスを高精度に研磨し、その表面にクロムの蒸着膜よりなる所望のパターンが形成されてなるものである。これにより、クロムの蒸着膜が形成されている領域は光を透過せず、クロムの蒸着膜が形成されていない領域は光を透過する。次に、図８（ｅ）、図９（ｂ）の〔露光工程〕では、マスク合わせが終了した後、ＵＶ照射により露光を行う。これにより、クロムの蒸着膜が形成されている領域とクロムが形成されていない領域とで照射或いは非照射となるため、クロムのマスクパターンに応じた潜像がフォトレジスト中に形成される。次に、図８（ｆ）、図９（ｃ）の〔現像工程〕では、ネガ型レジストにおいて、潜像を顕像化するため、現像液によってＵＶ光が照射されなかった部分のフォトレジスト３が溶解される（ただし、ポジ型レジストでは、その逆でＵＶ光が照射された部分が溶解される）。これにより、基板１上にはフォトレジストパターン５が形成される。次に、図８（ｇ）の〔ポストベーク工程〕では、現像後のフォトレジストパターン５を次のエッチング工程でのエッチング液に耐えられるように、１３０〜１５０℃のベーキング炉中で３０〜６０分間だけ加熱し、硬化させる。次に、図８（ｈ）、図９（ｄ）の〔エッチング工程〕では、フッ酸とフッ化アンモンの緩衝エッチング液に基板１を浸し、フォトレジストパターン５によって露出している領域の熱酸化膜２をエッチング除去する。次に、図８（ｉ）、図９（ｅ）の〔レジスト除去工程〕では、不要となったフォトレジスト３を除去し、これにより、基板１上にはフォトレジストパターン５と同一形状の熱酸化膜２からなるパターン６が形成される。従って、このパターン６が所望とするパターンということになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の半導体製造プロセスのリソグラフィー技術においては、図８（ａ）〜（ｇ）のレジストプロセス工程と、図８（ｈ）、（ｉ）のエッチングプロセス工程とよりなるが、とりわけ、レジスト塗布、露光、現像といった前者の工程ではプロセス時間が長いという問題を有している。また、このような技術において用いられるフォトマスク４は、ガラス基板や透明フィルム上にパターンが形成されているものであり非常に高価なものとなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるパターン形成システムである。
【０００７】
従って、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができるとともに、低コストでパターン画像を形成した基板を製作できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンをベーキングする手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムである。
【０００９】
従って、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができ、また、ベーキングによりプロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターン画像を形成した基板を製作できる。また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるようになった。
【００１０】
請求項３記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンを光によって硬化させる手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムである。
【００１１】
従って、従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上に前記液状物質のパターンをダイレクトに形成でき、また、光による硬化を利用しているので、プロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターンを形成した基板を製作できる。また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるようになった。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１、２、３のいずれか一に記載のパターン形成システムにおいて、前記液状物質が噴射中は前記基板は基板保持手段に設置されるとともに、前記噴射ヘッドが前記基板と相対する位置で、Ｘ，Ｙ方向に移動して前記パターン形成を行い、その移動範囲が前記基板のサイズより大であるようにした。
【００１３】
従って、装置全体が大掛かりにならず、簡単な構成で大型の基板にパターン形成することができ、また、その移動範囲も基板のサイズより大であるので、基板の端部までパターン形成をすることができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴が付着により所定のパターンが形成される基板の製造方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンである基板の製造方法である。
【００１５】
従って、液状物質の滴が高精度に基板上に着弾し精度の高いパターンになるとともに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成した基板が得られる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴の付着により所定のパターンを前記基板上に形成する基板へのパターン形成方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込むようにした基板へのパターン形成方法である。
【００１７】
従って、フォトマスクを使用するような従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上にダイレクトにパターンを形成でき、プロセスの短時間化、低コスト化が実現できるとともに、液状物質の滴の着弾精度が高いので高精度なパターン形成が行えるものである。さらに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターン形成が行えるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。まず、パターン画像形成装置の全体構成を図１に基づいて述べる。基板保持手段としての基板保持台７上には、パターン画像が形成される基板８が設けられている。また、基板保持台７上のアーム９にはキャリッジ１０が取付けられ、このキャリッジ１０には噴射ヘッド１１が固定されている。キャリッジ１０は、Ｘ方向スキャンモータ１２と、Ｙ方向スキャンモータ１３とによりＸ、Ｙ方向に移動できるようになっている。また、基板保持台７の下部には、噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４が配置されている。この噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４は、入力されたパターン画像情報に基づいて噴射ヘッド１１から液状物質としての液状樹脂２３を噴射させ基板８上に樹脂のパターン画像を描くパターン画像形成制御手段を備えている。この噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４と噴射ヘッド１１との間には、液状樹脂供給チューブ１５と、信号供給ケーブル１６とが接続されている。さらに、噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４は、コントロールボックス１７を介して、情報入力手段としてのコンピュータ１８と接続されている。
【００１９】
図２は、噴射ヘッド１１の構成を示すものである。この噴射ヘッド１１は、噴出口としてのノズル１９と、このノズル１９に連通する流路としての液室２０と、この液室２０の一部に形成され内部容積を変化させるエネルギー作用部２１と、前記液室２０に樹脂供給路２２を介して液状樹脂２３を供給する液状樹脂供給手段としてのタンク２４とからなっている。前記エネルギー作用部２１は、液室２０の後面に形成された金属ダイヤフラム２１ａと、この金属ダイヤフラム２１ａに貼り合わされた圧電素子（ピエゾ電気結晶）２１ｂとよりなっている。また、液状樹脂２３の材料としては、感光性レジストが用いられる。
【００２０】
このような噴射ヘッド１１を用いて、適当な電圧インパルスを印加すると、圧電素子２１ｂが駆動し金属ダイヤフラム２１ａに曲げモーメントが作用して変形し、液室２０内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状樹脂２３はノズル１９より外部に噴出する。この場合、液室２０内の液状樹脂２３の速度は１０ｍ／ｓ程度であり、印加する電圧インパルスの零への減少は比較的緩慢の方がよい。ノズル１９の直径としては、形成するパターンの細かさにも依存するが、通常、φ１０〜１００μｍ程度のものが用いられる。また、液状樹脂２３に用いられる感光性レジストの粘度は数ｃｐであり、一般のスピンコーティングの場合の粘度よりも低く設定されている。
【００２１】
このように構成されたパターン画像形成装置を用いて、例えば、以下に述べるようなプロセスに従って基板８上に画像パターンの形成を行う。まず最初に、コンピュータ１８を用い、コンピュータグラフィックスを駆使して、所望とする画像パターンをデザインする。第二番目に、基板８を前処理（洗浄）して乾燥させた後、基板保持台７にセットする。第三番目に、噴射ヘッド１１を起動し、コンピュータグラフィックスのパターンに応じてその噴射ヘッド１１から液状樹脂２３を基板８上に噴射しながらＸ、Ｙ方向に移動し、レジストパターンを形成する。第四番目に、ポストベーキングを行う。第五番目に、基板８上のエッチング処理を行う。第六番目に、レジスト処理を行う（なお、エッチング処理、レジスト処理については後述する中で詳細に述べる）。このような一連のプロセスによって、基板８上にはコンピュータグラフィックスでデザインしたパターンのリソグラフが完成することになる。
【００２２】
また、本装置内の噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４は、前述したパターン画像形成制御手段の他に、ドット打込み制御手段を備えている。このドット打込み制御手段とは、基板８上に描かれるパターン画像をドットにより形成し、かつ、これら上下、左右、斜めの隣接ドット間において被画像領域が生じないように互いに重なり合うようにドットを打込む動作処理のことをいう。そこで、今、そのドット打込み制御手段の具体的な動作例を図３（ａ）〜（ｃ）に基づいて述べる。まず、（ａ）に示すような矩形状の樹脂のパターン領域２５を形成する際に、（ｂ）に示すようなドットパターン２６の形成の仕方を行うと、斜め方向において非被覆領域ができ、後のエッチング工程においてその領域がエッチング除去されるという不具合が生じる。このようなことから、（ｃ）に示したように、上下、左右、斜め方向のドットが重なり合うようにドットパターン２７を打ち込む必要がある。このように処理することにより、パターン領域２５は完全に樹脂によって被覆され、耐エッチングマスクとしての機能を十分に果たすことができる。
【００２３】
次に、前述した噴射ヘッド１１の他の構成例を図４に基づいて説明する。ここでの噴射ヘッド１１は、荷電制御型或いは連続流型と呼ばれているインクジェット装置として知られているものであり、液状樹脂２３を噴射し、所望の樹脂パターンを形成するのに利用することができる。すなわち、図４に示すように、電歪振動子２８の振動により噴射された液状樹脂２３は、荷電電極２９を通過して偏向電極３０によりその進行方向が偏向され、基板８の面上に照射される。また、液状樹脂２３は液状樹脂タンク３１に回収され、加圧ポンプ３２により再び噴射ヘッド１１に送られ循環されている。液状樹脂２３は荷電粒子とされているが、具体的にはポリアニリンを５〜１０％添加することにより導電性を付与することができる。この場合、図２に示した噴射ヘッド１１との違いは、加圧ポンプを使用して噴射を行うため、ドロップ形成頻度が高く高速なパターン形成ができる点である。また、噴射ドロップの飛翔速度も速い（１５〜２０ｍ／ｓ）ため、安定したドロップ噴射を行うことができる。
【００２４】
なお、液状樹脂２３は、感光性レジストに限るものではなく、この他の材料として光や熱により硬化する材料、例えば、ＵＶ硬化型エポキシ系接着剤、ＵＶ硬化反応開始剤を入れたメタアクリル酸樹脂などを数ｃｐの低粘度にした材料、噴射してパターン形成後に加熱し硬化させる高分子アクリル溶液からなる材料等を使用することができる。この場合、液状樹脂２３が光に反応するものの場合、樹脂供給路２２は外界からの光を遮断する必要がある。このようなことから、樹脂供給路２２を不透明な材料にしたり、フォトレレジスト等が感光しない黄色の透明チューブにしたり、噴射システム全体を感光しない安全光のイエロールームに設置したりする。
【００２５】
次に、本発明の他の実施の形態を図５〜図７に基づいて説明する。本実施の形態では、前述した図１のパターン画像形成装置を用いて、実際に画像パターンを形成する工程について述べたものである。すなわち、まず、パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、非被覆領域腐食工程によりその硬化されたパターン画像を有する基板８をエッチング液に浸し液状樹脂２３の被覆されていない領域を非被覆領域腐食手段により腐食させ、液状樹脂除去工程により不要になった液状樹脂２３をクリーニング手段により除去するようにした。また、このような一連の工程の他に、以下に述べるような各種一連の工程を設けた。
【００２６】
パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、ドライエッチング工程によりその硬化されたパターン画像を有する基板８のパターン形成面にドライエッチング手段によりドライエッチングを施し、液状樹脂除去工程により不要になった液状樹脂２３を除去するようにした。
【００２７】
パターン画像形成工程により薄い基板８の片面に液状樹脂２３を噴射し所望のパターンを形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、保護膜形成工程により基板８の裏面に保護膜を形成し、非被覆領域腐食工程によりその保護膜及びパターン画像を有する基板８をエッチング液に浸し液状樹脂２３の被覆されていない領域をその基板底面まで腐食させ、液状樹脂保護膜除去工程により不要になった液状樹脂２３及び保護膜を除去するようにした。
【００２８】
鏡像パターン画像形成工程により薄い基板８の表裏両面に液状樹脂２３を噴射しそれら表裏面で鏡像関係となるパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、両面非被覆領域腐食貫通工程によりその表裏面に硬化されたパターン画像を有する基板８をエッチング液に浸しその基板８の表裏両面から腐食を行い両面間を貫通させ、液状樹脂除去工程により不要になった液状樹脂２３を除去するようにした。
【００２９】
パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、薄膜形成工程によりその硬化されたパターン画像の形成された面に薄膜を形成し、薄膜除去工程により前記パターン画像上の薄膜を除去するようにした。
パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、金属析出工程により基板８を陰極としメッキによってパターン画像の被覆の有無に応じて選択的に金属を基板８上に析出させ、膜状析出物分離工程によりメッキ析出された膜状析出物を基板８から分離させるようにした。
【００３０】
そこで、以下、上述したような各種一連の工程をもとに、画像パターンの形成工程中での特徴ある工程を例に挙げて説明する。まず、第一の具体例として、樹脂パターンを形成した後のエッチング方法を図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて述べる。（ａ）は、基板８上に樹脂パターン３３を形成した後、ベーキングを行い、その樹脂パターン３３を硬化させた工程を示している。なお、基板８の裏面には後に行うエッチングにより浸食されないようにするために保護膜３４が設けられている。この保護膜３４としては、パターン形成に使用したものと同じ樹脂を使用することができる。次に、（ｂ）は、樹脂パターン３３を有する基板８をエッチング液３５に浸し、エッチングを行う工程を示している。エッチング液３５としては、エッチング除去する材料により異なるが、例えば、ＳｉＯ２を除去するにはフッ酸とフッ化アンモンの緩衝エッチ液を使用し、Ａｌを除去するにはリン酸を用いる。また、基板８が銅であるような場合、或いは、プリント基板の配線パターンを形成するような場合（銅のパターン）は、塩化第２鉄水溶液などを用いる。なお、ここでは、エッチングとして、湿式ケミカルエッチングの例を示しているが、エッチングを除去する材料によっては、プラズマドライエッチングも有効に用いることができる。一例として、Ｓｉウェハ上にスパッタリング等によって薄膜形成されたＴａ２Ｎ 或いはＴａなどは、プラズマドライエッチングによりアンダーカットがなく高精度にしかも短時間（数１０秒〜数分）でエッチング除去でき、これによりパターン形成が行われる。次に、（ｃ）は、エッチングが終了し、不要になった樹脂パターン３３及び保護膜３４を除去してリソグラフィーが終了した工程を示している。これにより、基板８上にコンピュータグラフィックスで作製したパターンに応じた凹凸のパターン形成を行うことができる。
【００３１】
この具体例では、エッチング除去する量を少なくし、基板８の表面に凹凸のパターンを形成する場合について述べたが、この他に、エッチング時間を長くし、エッチングを基板８の底まで進行させることにより、樹脂パターン３３のなかった領域が下まで貫通することになり、いわゆるケミカルブランキング（化学打ち抜き）と呼ばれる方法を提供することもできる。本実施の形態をそのケミカルブランキングに応用した場合、コンピュータグラフィックスで所望の形状のパターンを形成し、基板８上に樹脂パターン３３を描き、その後、エッチングすることにより容易に複雑な形状の部品をフォトマスクを用いることなく容易に製作することができる。また、機械的な方法で製作するのではなく、化学的な腐食法によって製作するので、加工、歪、部品の変形とかが生じなく、高精度の部品を安価に製作することができる。
【００３２】
次に、第二の具体例として、前述したケミカルブランキングの例、すなわち、基板８の表裏両面に互いに鏡像関係となるように樹脂パターン３３を形成し、その両面から同時にエッチングを行う方法を図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。まず、（ａ）は、基板８の表裏両面に樹脂パターン３３を形成した後、べーキンングを行い、その樹脂パターン３３を硬化させた工程を示している。次に、（ｂ）は、その樹脂パターン３３の形成された基板８の両面からスプレーエッチング装置３６のスプレーノズル３７からエッチング液３８を吹きかけ、エッチングを行っている工程を示す。次に、（ｃ）は、エッチングが終了した後に、樹脂除去剤３９（例えば、フォトレジストを樹脂材として使用した場合には専用のストリッパーがある）につけて、不要な樹脂を除去して部品製作が終了した工程を示す。このように基板８の両面からエッチングをして、ケミカルブランキングを行う方法は、片側からエッチングを行う方法に比べて、精度の高い部品を製作でき、また、比較的厚い基板８を使用することができるため、強度的にも強い部品製作を行うことができる。
【００３３】
次に、第三の具体例として、基板８上に樹脂パターン３３を形成した後、その基板８上にメッキによって金属を析出させてパターンを形成する方法を図７（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。まず、（ａ）は、基板８上に樹脂パターン３３を形成した後、ベーキングを行い、その樹脂パターン３３を硬化させた工程を示す。次に、（ｂ）は、基板８をカソードとし、Ｎｉ板４１をアノードとしてＮｉメッキ液４０中に浸し、基板８の樹脂パターン３３の存在しない領域にＮｉメッキ（析出金属）４２の析出を行っている工程を示す。この場合、メッキ液としては、スルファミン酸、ニッケル浴などを使用することができる。このようにしてＮｉメッキ４２が析出した後、樹脂パターン３３を除去剤によって除去することにより、基板８上にＮｉメッキによる所望のパターンを形成することができる。また、他の方法として、（ｃ）に示すように、Ｎｉメッキ４２の析出後、その析出されたＮｉメッキ４２を基板８から剥離して所望とする部品の製作を行うことも可能である。
【００３４】
なお、この（ａ）〜（ｃ）は、Ｎｉメッキ４２を用いてパターン形成を行う方法であるが、他の例として、基板８としてＳｉウェハを用いて樹脂パターン３３を形成し硬化した後、Ａｌをスパッタリング或いは蒸着によって堆積させ、その後、樹脂パターン３３のみを除去することによって、Ｓｉウェハ上に所望とするＡｌのパターンを形成することができる。このようなパターンニングの方法は、良好な電極パターンを形成するのに応用することができる。
【００３５】
上述したように、コンピュータグラフィックスの画像情報をもとに、基板８上に直接液状樹脂２３を吹き付け、パターン形成を行うようにしたことにより、従来のように高価なフォトマスクを用いて露光、現像を行ういわゆるフォトリソグラフィーに比べて、プロセスの短縮化を図り、生産コストを削減することができる。また、噴射ヘッド１１は基板８に対して非接触な状態で液状樹脂２３を噴射しパターン形成を行うため、高精度なパターンを容易に形成することができる。液状樹脂２３の材料としては、プリント基板等の分野で広く使用されている感光性レジストを使用しているため、容易にしかも低コストで手に入れることができる。さらに、噴射によるパターン形成後の硬化も、ＵＶ光等の照射によって容易に硬化させることができる。
【００３６】
また、本エッチング方法は、フォトマスクを使用しない、新規なリソグラフィー技術、ケミカルブランキング法であることから、基板８上に所望のリソグラフィーパターンを形成する際のプロセスの短縮化や生産コストの削減を図ることができると共に、高精度なパターンを形成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるパターン形成システムであるので、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができるとともに、低コストでパターン画像を形成した基板を製作できるという効果を有する。
【００３８】
請求項２記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンをベーキングする手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムであるので、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができ、また、ベーキングによりプロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターン画像を形成した基板を製作できる。また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるという効果を有する。
【００３９】
請求項３記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンを光によって硬化させる手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムであるので、従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上に前記液状物質のパターンをダイレクトに形成でき、また、光による硬化を利用しているので、プロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターンを形成した基板を製作でき、また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるという効果を有する。
【００４０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２、３のいずれか一に記載のパターン形成システムにおいて、前記液状物質が噴射中は前記基板は基板保持手段に設置されるとともに、前記噴射ヘッドが前記基板と相対する位置で、Ｘ，Ｙ方向に移動して前記パターン形成を行い、その移動範囲が前記基板のサイズより大であるようにしたので、装置全体が大掛かりにならず、簡単な構成で大型の基板にパターン形成することができ、また、その移動範囲も基板のサイズより大であるので、基板の端部までパターン形成をすることができるという効果を有する。
【００４１】
請求項５記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴が付着により所定のパターンが形成される基板の製造方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンである基板の製造方法であるので、液状物質の滴が高精度に基板上に着弾し精度の高いパターンになるとともに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成した基板が得られるという効果を有する。
【００４２】
請求項６記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴の付着により所定のパターンを前記基板上に形成する基板へのパターン形成方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込むようにした基板へのパターン形成方法であるので、フォトマスクを使用するような従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上にダイレクトにパターンを形成でき、プロセスの短時間化、低コスト化が実現できるとともに、液状物質の滴の着弾精度が高いので高精度なパターン形成が行えるものである。さらに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターン形成が行えるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるパターン画像形成装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】噴射ヘッドの構造を示す断面図である。
【図３】樹脂パターンの形成方法を示す模式図である。
【図４】噴射ヘッドの他の構造例を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態である樹脂パターンを形成した後のエッチング処理を行う第一の具体例を示す工程図である。
【図６】樹脂パターンを形成した後のエッチング処理を行う第二の具体例を示す工程図である。
【図７】樹脂パターンを形成した後のエッチング処理を行う第三の具体例を示す工程図である。
【図８】従来のエッチング処理の様子を示す工程図である。
【図９】ネガ型レジストの場合のエッチング処理を示す工程図である。
【符号の説明】
７ 基板保持手段
８ 基板
１１ 噴射ヘッド
１８ 情報入力手段
２３ 液状物質
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィー技術、エッチング技術を利用して基板上にパターン画像を形成するパターン形成システム及び基板へのパターン形成方法並びに基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造プロセス、プリント基板製造、ＴＶブラウン管に使用されるシャドーマスク製造等においては、いわゆる、フォトリソグラフィーやエッチング等の技術が利用されており、高精度なパターン製造技術として確立している。これらの技術は、いわゆる写真製版の技術を応用したものであり、基板上に感光性のフォトレジストを塗布し、フォトマスクを介して紫外線を照射し、その後、現像することによって、フォトマスクパターンと同等のフォトレジストパターンを形成、或いは、その後エッチングを行い、基板上にフォトレジストと同等のパターンを形成することができる。
【０００３】
そこで、今、半導体製造プロセスにおけるリソグラフィー技術の一例を図８及び図９に基づいて説明する。図８（ａ）〜（ｉ）は、いわゆるウェハプロセス（レジストプロセスとエッチングプロセス）における工程フローを示す。図９（ａ）〜（ｅ）は、その工程フローによって形成されるネガ型レジスト（ポジ型レジストは露光工程がこれと逆となる）を使用した場合のパターン断面形状を示す。ここでは、以下、シリコンウェハ上にＳｉＯ２ の開口部を設ける場合の例について述べる。
【０００４】
まず、図８（ａ）の〔ウェハ前処理工程〕では、表面に熱酸化膜（ＳｉＯ２ ）２を約１μｍ形成した基板１（シリコンウェハ）を洗浄によって清浄化する。次に、図８（ｂ）の〔レジスト塗布工程〕では、スピンコーティング（或いは、ロールコーティング）によって、基板１上にフォトレジスト３を０．５〜１．０μｍ塗布する。この場合、基板１とフォトレジスト３のと密着を良くするために、図示しない密着性向上剤（ＯＡＰ等）を事前に基板１上に塗布しておく。次に、図８（ｃ）の〔プリベーク工程〕では、塗布されたフォトレジスト中の溶剤成分を蒸発させるために、８０〜９０℃のベーキング炉中で１０〜２０分加熱する。次に、図８（ｄ）、図９（ａ）の〔マスク合わせ工程〕では、フォトレジスト３を塗布した基板１面にフォトマスク４を整合する。ここで使用するフォトマスク４は、石英ガラス或いは低膨張ガラスのような熱膨張の影響を受けにくいガラスを高精度に研磨し、その表面にクロムの蒸着膜よりなる所望のパターンが形成されてなるものである。これにより、クロムの蒸着膜が形成されている領域は光を透過せず、クロムの蒸着膜が形成されていない領域は光を透過する。次に、図８（ｅ）、図９（ｂ）の〔露光工程〕では、マスク合わせが終了した後、ＵＶ照射により露光を行う。これにより、クロムの蒸着膜が形成されている領域とクロムが形成されていない領域とで照射或いは非照射となるため、クロムのマスクパターンに応じた潜像がフォトレジスト中に形成される。次に、図８（ｆ）、図９（ｃ）の〔現像工程〕では、ネガ型レジストにおいて、潜像を顕像化するため、現像液によってＵＶ光が照射されなかった部分のフォトレジスト３が溶解される（ただし、ポジ型レジストでは、その逆でＵＶ光が照射された部分が溶解される）。これにより、基板１上にはフォトレジストパターン５が形成される。次に、図８（ｇ）の〔ポストベーク工程〕では、現像後のフォトレジストパターン５を次のエッチング工程でのエッチング液に耐えられるように、１３０〜１５０℃のベーキング炉中で３０〜６０分間だけ加熱し、硬化させる。次に、図８（ｈ）、図９（ｄ）の〔エッチング工程〕では、フッ酸とフッ化アンモンの緩衝エッチング液に基板１を浸し、フォトレジストパターン５によって露出している領域の熱酸化膜２をエッチング除去する。次に、図８（ｉ）、図９（ｅ）の〔レジスト除去工程〕では、不要となったフォトレジスト３を除去し、これにより、基板１上にはフォトレジストパターン５と同一形状の熱酸化膜２からなるパターン６が形成される。従って、このパターン６が所望とするパターンということになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の半導体製造プロセスのリソグラフィー技術においては、図８（ａ）〜（ｇ）のレジストプロセス工程と、図８（ｈ）、（ｉ）のエッチングプロセス工程とよりなるが、とりわけ、レジスト塗布、露光、現像といった前者の工程ではプロセス時間が長いという問題を有している。また、このような技術において用いられるフォトマスク４は、ガラス基板や透明フィルム上にパターンが形成されているものであり非常に高価なものとなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるパターン形成システムである。
【０００７】
従って、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができるとともに、低コストでパターン画像を形成した基板を製作できる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンをベーキングする手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムである。
【０００９】
従って、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができ、また、ベーキングによりプロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターン画像を形成した基板を製作できる。また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるようになった。
【００１０】
請求項３記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンを光によって硬化させる手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムである。
【００１１】
従って、従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上に前記液状物質のパターンをダイレクトに形成でき、また、光による硬化を利用しているので、プロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターンを形成した基板を製作できる。また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるようになった。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１、２、３のいずれか一に記載のパターン形成システムにおいて、前記液状物質が噴射中は前記基板は基板保持手段に設置されるとともに、前記噴射ヘッドが前記基板と相対する位置で、Ｘ，Ｙ方向に移動して前記パターン形成を行い、その移動範囲が前記基板のサイズより大であるようにした。
【００１３】
従って、装置全体が大掛かりにならず、簡単な構成で大型の基板にパターン形成することができ、また、その移動範囲も基板のサイズより大であるので、基板の端部までパターン形成をすることができる。
【００１４】
請求項５記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴が付着により所定のパターンが形成される基板の製造方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンである基板の製造方法である。
【００１５】
従って、液状物質の滴が高精度に基板上に着弾し精度の高いパターンになるとともに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成した基板が得られる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴の付着により所定のパターンを前記基板上に形成する基板へのパターン形成方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込むようにした基板へのパターン形成方法である。
【００１７】
従って、フォトマスクを使用するような従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上にダイレクトにパターンを形成でき、プロセスの短時間化、低コスト化が実現できるとともに、液状物質の滴の着弾精度が高いので高精度なパターン形成が行えるものである。さらに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターン形成が行えるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。まず、パターン画像形成装置の全体構成を図１に基づいて述べる。基板保持手段としての基板保持台７上には、パターン画像が形成される基板８が設けられている。また、基板保持台７上のアーム９にはキャリッジ１０が取付けられ、このキャリッジ１０には噴射ヘッド１１が固定されている。キャリッジ１０は、Ｘ方向スキャンモータ１２と、Ｙ方向スキャンモータ１３とによりＸ、Ｙ方向に移動できるようになっている。また、基板保持台７の下部には、噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４が配置されている。この噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４は、入力されたパターン画像情報に基づいて噴射ヘッド１１から液状物質としての液状樹脂２３を噴射させ基板８上に樹脂のパターン画像を描くパターン画像形成制御手段を備えている。この噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４と噴射ヘッド１１との間には、液状樹脂供給チューブ１５と、信号供給ケーブル１６とが接続されている。さらに、噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４は、コントロールボックス１７を介して、情報入力手段としてのコンピュータ１８と接続されている。
【００１９】
図２は、噴射ヘッド１１の構成を示すものである。この噴射ヘッド１１は、噴出口としてのノズル１９と、このノズル１９に連通する流路としての液室２０と、この液室２０の一部に形成され内部容積を変化させるエネルギー作用部２１と、前記液室２０に樹脂供給路２２を介して液状樹脂２３を供給する液状樹脂供給手段としてのタンク２４とからなっている。前記エネルギー作用部２１は、液室２０の後面に形成された金属ダイヤフラム２１ａと、この金属ダイヤフラム２１ａに貼り合わされた圧電素子（ピエゾ電気結晶）２１ｂとよりなっている。また、液状樹脂２３の材料としては、感光性レジストが用いられる。
【００２０】
このような噴射ヘッド１１を用いて、適当な電圧インパルスを印加すると、圧電素子２１ｂが駆動し金属ダイヤフラム２１ａに曲げモーメントが作用して変形し、液室２０内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状樹脂２３はノズル１９より外部に噴出する。この場合、液室２０内の液状樹脂２３の速度は１０ｍ／ｓ程度であり、印加する電圧インパルスの零への減少は比較的緩慢の方がよい。ノズル１９の直径としては、形成するパターンの細かさにも依存するが、通常、φ１０〜１００μｍ程度のものが用いられる。また、液状樹脂２３に用いられる感光性レジストの粘度は数ｃｐであり、一般のスピンコーティングの場合の粘度よりも低く設定されている。
【００２１】
このように構成されたパターン画像形成装置を用いて、例えば、以下に述べるようなプロセスに従って基板８上に画像パターンの形成を行う。まず最初に、コンピュータ１８を用い、コンピュータグラフィックスを駆使して、所望とする画像パターンをデザインする。第二番目に、基板８を前処理（洗浄）して乾燥させた後、基板保持台７にセットする。第三番目に、噴射ヘッド１１を起動し、コンピュータグラフィックスのパターンに応じてその噴射ヘッド１１から液状樹脂２３を基板８上に噴射しながらＸ、Ｙ方向に移動し、レジストパターンを形成する。第四番目に、ポストベーキングを行う。第五番目に、基板８上のエッチング処理を行う。第六番目に、レジスト処理を行う（なお、エッチング処理、レジスト処理については後述する中で詳細に述べる）。このような一連のプロセスによって、基板８上にはコンピュータグラフィックスでデザインしたパターンのリソグラフが完成することになる。
【００２２】
また、本装置内の噴射ヘッドシステムコントロールボックス１４は、前述したパターン画像形成制御手段の他に、ドット打込み制御手段を備えている。このドット打込み制御手段とは、基板８上に描かれるパターン画像をドットにより形成し、かつ、これら上下、左右、斜めの隣接ドット間において被画像領域が生じないように互いに重なり合うようにドットを打込む動作処理のことをいう。そこで、今、そのドット打込み制御手段の具体的な動作例を図３（ａ）〜（ｃ）に基づいて述べる。まず、（ａ）に示すような矩形状の樹脂のパターン領域２５を形成する際に、（ｂ）に示すようなドットパターン２６の形成の仕方を行うと、斜め方向において非被覆領域ができ、後のエッチング工程においてその領域がエッチング除去されるという不具合が生じる。このようなことから、（ｃ）に示したように、上下、左右、斜め方向のドットが重なり合うようにドットパターン２７を打ち込む必要がある。このように処理することにより、パターン領域２５は完全に樹脂によって被覆され、耐エッチングマスクとしての機能を十分に果たすことができる。
【００２３】
次に、前述した噴射ヘッド１１の他の構成例を図４に基づいて説明する。ここでの噴射ヘッド１１は、荷電制御型或いは連続流型と呼ばれているインクジェット装置として知られているものであり、液状樹脂２３を噴射し、所望の樹脂パターンを形成するのに利用することができる。すなわち、図４に示すように、電歪振動子２８の振動により噴射された液状樹脂２３は、荷電電極２９を通過して偏向電極３０によりその進行方向が偏向され、基板８の面上に照射される。また、液状樹脂２３は液状樹脂タンク３１に回収され、加圧ポンプ３２により再び噴射ヘッド１１に送られ循環されている。液状樹脂２３は荷電粒子とされているが、具体的にはポリアニリンを５〜１０％添加することにより導電性を付与することができる。この場合、図２に示した噴射ヘッド１１との違いは、加圧ポンプを使用して噴射を行うため、ドロップ形成頻度が高く高速なパターン形成ができる点である。また、噴射ドロップの飛翔速度も速い（１５〜２０ｍ／ｓ）ため、安定したドロップ噴射を行うことができる。
【００２４】
なお、液状樹脂２３は、感光性レジストに限るものではなく、この他の材料として光や熱により硬化する材料、例えば、ＵＶ硬化型エポキシ系接着剤、ＵＶ硬化反応開始剤を入れたメタアクリル酸樹脂などを数ｃｐの低粘度にした材料、噴射してパターン形成後に加熱し硬化させる高分子アクリル溶液からなる材料等を使用することができる。この場合、液状樹脂２３が光に反応するものの場合、樹脂供給路２２は外界からの光を遮断する必要がある。このようなことから、樹脂供給路２２を不透明な材料にしたり、フォトレレジスト等が感光しない黄色の透明チューブにしたり、噴射システム全体を感光しない安全光のイエロールームに設置したりする。
【００２５】
次に、本発明の他の実施の形態を図５〜図７に基づいて説明する。本実施の形態では、前述した図１のパターン画像形成装置を用いて、実際に画像パターンを形成する工程について述べたものである。すなわち、まず、パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、非被覆領域腐食工程によりその硬化されたパターン画像を有する基板８をエッチング液に浸し液状樹脂２３の被覆されていない領域を非被覆領域腐食手段により腐食させ、液状樹脂除去工程により不要になった液状樹脂２３をクリーニング手段により除去するようにした。また、このような一連の工程の他に、以下に述べるような各種一連の工程を設けた。
【００２６】
パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、ドライエッチング工程によりその硬化されたパターン画像を有する基板８のパターン形成面にドライエッチング手段によりドライエッチングを施し、液状樹脂除去工程により不要になった液状樹脂２３を除去するようにした。
【００２７】
パターン画像形成工程により薄い基板８の片面に液状樹脂２３を噴射し所望のパターンを形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、保護膜形成工程により基板８の裏面に保護膜を形成し、非被覆領域腐食工程によりその保護膜及びパターン画像を有する基板８をエッチング液に浸し液状樹脂２３の被覆されていない領域をその基板底面まで腐食させ、液状樹脂保護膜除去工程により不要になった液状樹脂２３及び保護膜を除去するようにした。
【００２８】
鏡像パターン画像形成工程により薄い基板８の表裏両面に液状樹脂２３を噴射しそれら表裏面で鏡像関係となるパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、両面非被覆領域腐食貫通工程によりその表裏面に硬化されたパターン画像を有する基板８をエッチング液に浸しその基板８の表裏両面から腐食を行い両面間を貫通させ、液状樹脂除去工程により不要になった液状樹脂２３を除去するようにした。
【００２９】
パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、薄膜形成工程によりその硬化されたパターン画像の形成された面に薄膜を形成し、薄膜除去工程により前記パターン画像上の薄膜を除去するようにした。
パターン画像形成工程により基板８上に液状樹脂２３を噴射し所望のパターン画像を形成し、パターン画像硬化工程によりその形成されたパターン画像を硬化させ、金属析出工程により基板８を陰極としメッキによってパターン画像の被覆の有無に応じて選択的に金属を基板８上に析出させ、膜状析出物分離工程によりメッキ析出された膜状析出物を基板８から分離させるようにした。
【００３０】
そこで、以下、上述したような各種一連の工程をもとに、画像パターンの形成工程中での特徴ある工程を例に挙げて説明する。まず、第一の具体例として、樹脂パターンを形成した後のエッチング方法を図５（ａ）〜（ｃ）に基づいて述べる。（ａ）は、基板８上に樹脂パターン３３を形成した後、ベーキングを行い、その樹脂パターン３３を硬化させた工程を示している。なお、基板８の裏面には後に行うエッチングにより浸食されないようにするために保護膜３４が設けられている。この保護膜３４としては、パターン形成に使用したものと同じ樹脂を使用することができる。次に、（ｂ）は、樹脂パターン３３を有する基板８をエッチング液３５に浸し、エッチングを行う工程を示している。エッチング液３５としては、エッチング除去する材料により異なるが、例えば、ＳｉＯ２を除去するにはフッ酸とフッ化アンモンの緩衝エッチ液を使用し、Ａｌを除去するにはリン酸を用いる。また、基板８が銅であるような場合、或いは、プリント基板の配線パターンを形成するような場合（銅のパターン）は、塩化第２鉄水溶液などを用いる。なお、ここでは、エッチングとして、湿式ケミカルエッチングの例を示しているが、エッチングを除去する材料によっては、プラズマドライエッチングも有効に用いることができる。一例として、Ｓｉウェハ上にスパッタリング等によって薄膜形成されたＴａ２Ｎ 或いはＴａなどは、プラズマドライエッチングによりアンダーカットがなく高精度にしかも短時間（数１０秒〜数分）でエッチング除去でき、これによりパターン形成が行われる。次に、（ｃ）は、エッチングが終了し、不要になった樹脂パターン３３及び保護膜３４を除去してリソグラフィーが終了した工程を示している。これにより、基板８上にコンピュータグラフィックスで作製したパターンに応じた凹凸のパターン形成を行うことができる。
【００３１】
この具体例では、エッチング除去する量を少なくし、基板８の表面に凹凸のパターンを形成する場合について述べたが、この他に、エッチング時間を長くし、エッチングを基板８の底まで進行させることにより、樹脂パターン３３のなかった領域が下まで貫通することになり、いわゆるケミカルブランキング（化学打ち抜き）と呼ばれる方法を提供することもできる。本実施の形態をそのケミカルブランキングに応用した場合、コンピュータグラフィックスで所望の形状のパターンを形成し、基板８上に樹脂パターン３３を描き、その後、エッチングすることにより容易に複雑な形状の部品をフォトマスクを用いることなく容易に製作することができる。また、機械的な方法で製作するのではなく、化学的な腐食法によって製作するので、加工、歪、部品の変形とかが生じなく、高精度の部品を安価に製作することができる。
【００３２】
次に、第二の具体例として、前述したケミカルブランキングの例、すなわち、基板８の表裏両面に互いに鏡像関係となるように樹脂パターン３３を形成し、その両面から同時にエッチングを行う方法を図６（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。まず、（ａ）は、基板８の表裏両面に樹脂パターン３３を形成した後、べーキンングを行い、その樹脂パターン３３を硬化させた工程を示している。次に、（ｂ）は、その樹脂パターン３３の形成された基板８の両面からスプレーエッチング装置３６のスプレーノズル３７からエッチング液３８を吹きかけ、エッチングを行っている工程を示す。次に、（ｃ）は、エッチングが終了した後に、樹脂除去剤３９（例えば、フォトレジストを樹脂材として使用した場合には専用のストリッパーがある）につけて、不要な樹脂を除去して部品製作が終了した工程を示す。このように基板８の両面からエッチングをして、ケミカルブランキングを行う方法は、片側からエッチングを行う方法に比べて、精度の高い部品を製作でき、また、比較的厚い基板８を使用することができるため、強度的にも強い部品製作を行うことができる。
【００３３】
次に、第三の具体例として、基板８上に樹脂パターン３３を形成した後、その基板８上にメッキによって金属を析出させてパターンを形成する方法を図７（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。まず、（ａ）は、基板８上に樹脂パターン３３を形成した後、ベーキングを行い、その樹脂パターン３３を硬化させた工程を示す。次に、（ｂ）は、基板８をカソードとし、Ｎｉ板４１をアノードとしてＮｉメッキ液４０中に浸し、基板８の樹脂パターン３３の存在しない領域にＮｉメッキ（析出金属）４２の析出を行っている工程を示す。この場合、メッキ液としては、スルファミン酸、ニッケル浴などを使用することができる。このようにしてＮｉメッキ４２が析出した後、樹脂パターン３３を除去剤によって除去することにより、基板８上にＮｉメッキによる所望のパターンを形成することができる。また、他の方法として、（ｃ）に示すように、Ｎｉメッキ４２の析出後、その析出されたＮｉメッキ４２を基板８から剥離して所望とする部品の製作を行うことも可能である。
【００３４】
なお、この（ａ）〜（ｃ）は、Ｎｉメッキ４２を用いてパターン形成を行う方法であるが、他の例として、基板８としてＳｉウェハを用いて樹脂パターン３３を形成し硬化した後、Ａｌをスパッタリング或いは蒸着によって堆積させ、その後、樹脂パターン３３のみを除去することによって、Ｓｉウェハ上に所望とするＡｌのパターンを形成することができる。このようなパターンニングの方法は、良好な電極パターンを形成するのに応用することができる。
【００３５】
上述したように、コンピュータグラフィックスの画像情報をもとに、基板８上に直接液状樹脂２３を吹き付け、パターン形成を行うようにしたことにより、従来のように高価なフォトマスクを用いて露光、現像を行ういわゆるフォトリソグラフィーに比べて、プロセスの短縮化を図り、生産コストを削減することができる。また、噴射ヘッド１１は基板８に対して非接触な状態で液状樹脂２３を噴射しパターン形成を行うため、高精度なパターンを容易に形成することができる。液状樹脂２３の材料としては、プリント基板等の分野で広く使用されている感光性レジストを使用しているため、容易にしかも低コストで手に入れることができる。さらに、噴射によるパターン形成後の硬化も、ＵＶ光等の照射によって容易に硬化させることができる。
【００３６】
また、本エッチング方法は、フォトマスクを使用しない、新規なリソグラフィー技術、ケミカルブランキング法であることから、基板８上に所望のリソグラフィーパターンを形成する際のプロセスの短縮化や生産コストの削減を図ることができると共に、高精度なパターンを形成することができる。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるパターン形成システムであるので、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができるとともに、低コストでパターン画像を形成した基板を製作できるという効果を有する。
【００３８】
請求項２記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンをベーキングする手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムであるので、従来のような写真製版を行うことなく、基板上に物質のパターン画像をダイレクトに形成でき、プロセスを短時間化することができ、また、ベーキングによりプロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターン画像を形成した基板を製作できる。また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるという効果を有する。
【００３９】
請求項３記載の発明は、画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンを光によって硬化させる手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御するパターン形成システムであるので、従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上に前記液状物質のパターンをダイレクトに形成でき、また、光による硬化を利用しているので、プロセスを短時間化することができるとともに低コストでパターンを形成した基板を製作でき、また、液状物質のパターンを互いに重なり合うように打ち込むように制御しているので、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成できるという効果を有する。
【００４０】
請求項４記載の発明は、請求項１、２、３のいずれか一に記載のパターン形成システムにおいて、前記液状物質が噴射中は前記基板は基板保持手段に設置されるとともに、前記噴射ヘッドが前記基板と相対する位置で、Ｘ，Ｙ方向に移動して前記パターン形成を行い、その移動範囲が前記基板のサイズより大であるようにしたので、装置全体が大掛かりにならず、簡単な構成で大型の基板にパターン形成することができ、また、その移動範囲も基板のサイズより大であるので、基板の端部までパターン形成をすることができるという効果を有する。
【００４１】
請求項５記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴が付着により所定のパターンが形成される基板の製造方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンである基板の製造方法であるので、液状物質の滴が高精度に基板上に着弾し精度の高いパターンになるとともに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターンを形成した基板が得られるという効果を有する。
【００４２】
請求項６記載の発明は、基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴の付着により所定のパターンを前記基板上に形成する基板へのパターン形成方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込むようにした基板へのパターン形成方法であるので、フォトマスクを使用するような従来の写真製版のプロセスを行うことなく、基板上にダイレクトにパターンを形成でき、プロセスの短時間化、低コスト化が実現できるとともに、液状物質の滴の着弾精度が高いので高精度なパターン形成が行えるものである。さらに、非被覆領域やピンホール等がない良質なパターン形成が行えるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるパターン画像形成装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】噴射ヘッドの構造を示す断面図である。
【図３】樹脂パターンの形成方法を示す模式図である。
【図４】噴射ヘッドの他の構造例を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の他の実施の形態である樹脂パターンを形成した後のエッチング処理を行う第一の具体例を示す工程図である。
【図６】樹脂パターンを形成した後のエッチング処理を行う第二の具体例を示す工程図である。
【図７】樹脂パターンを形成した後のエッチング処理を行う第三の具体例を示す工程図である。
【図８】従来のエッチング処理の様子を示す工程図である。
【図９】ネガ型レジストの場合のエッチング処理を示す工程図である。
【符号の説明】
７ 基板保持手段
８ 基板
１１ 噴射ヘッド
１８ 情報入力手段
２３ 液状物質
Claims (6)
- 画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御することを特徴とするパターン形成システム。
- 画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンをベーキングする手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御することを特徴とするパターン形成システム。
- 画像情報によるパターンが形成される基板と、この基板を保持する基板保持手段と、前記基板と相対する位置に配置され、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質をφ１０〜１００μｍのノズルから噴射する噴射ヘッドと、この噴射ヘッドに画像情報を入力する情報入力手段と、この入力された画像情報に基づいて前記噴射ヘッドから前記液状物質を噴射させ、前記基板上に前記液状物質のパターンを描くパターン形成制御手段と、前記基板上に形成された前記液状物質のパターンを光によって硬化させる手段とよりなるパターン形成システムにおいて、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンとなるように制御することを特徴とするパターン形成システム。
- 前記液状物質が噴射中は前記基板は基板保持手段に設置されるとともに、前記噴射ヘッドが前記基板と相対する位置で、Ｘ，Ｙ方向に移動して前記パターン形成を行い、その移動範囲が前記基板のサイズより大であることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか一に記載のパターン形成システム。
- 基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴が付着により所定のパターンが形成される基板の製造方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込まれたパターンであることを特徴とする基板の製造方法。
- 基板上に画像情報に応じて、液室の内部容積を変化させるエネルギー作用部を有し、該エネルギー作用部に電圧を印加し、前記液室内の容積が縮小して室内の圧力が上昇し、これにより液状物質を噴射するインクジェットの原理でφ１０〜１００μｍのノズルから液状物質の滴が噴射せしめられ、該液状物質の滴の付着により所定のパターンを前記基板上に形成する基板へのパターン形成方法において、ある領域を形成する前記パターンは非被覆領域が生じないように、前記液状物質の滴が互いに重なり合うように打ち込むようにしたことを特徴とする基板へのパターン形成方法。
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