JP4280025B2 - 微細パターンの形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細パターンの形成方法に係り、特にプリント配線板の導体パターン形成や絶縁パターン形成等に応用できる微細パターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント配線板の導体パターンや絶縁パターンの形成は、フォトリソグラフィー法、印刷法、電着法等により行なわれており、これらの形成方法の中でも高精度な配線が可能なフォトリソグラフィー法が用いられている。
フォトリソグラフィー法によるプリント配線板の作製では、銅めっき層上に感光性レジストのパターンを形成し、これをマスクとして銅めっき層をエッチングすることにより導体パターンが形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようなフォトリソグラフィー法を用いた導体パターン形成等の従来の微細パターン形成は工程が複雑であり、製造コストの低減に支障を来たしていた。
また、金属微粒子を分散させたインクをインクジェットヘッドから基板上に吐出させ、インク中の溶媒等を乾燥除去して微細な配線パターンを形成することが提案されている（特開平１０−２０４３５０号公報）。しかし、インクジェットヘッドから吐出可能なインクは、低粘度であることが要求され、このためインクの金属微粒子濃度が低いものとなり、信頼性の高い配線パターン等を形成するためには同一部位にインクジェットによる複数回のインク付着が必要になり、パターン精度の低下、工程の複雑化が避けられないという問題があった。
【０００４】
本発明は上述のような実情に鑑みてなされたものであり、インキを直描することにより微細パターンを高い精度で、かつ、簡便に形成することができる微細パターンの形成方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明は、微細パターン形成装置からインキをパターン被形成体上に吐出させ、その後、インキを加熱することにより所望の微細パターンを形成する方法において、前記インキは、平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲内にある超微粒子と、該超微粒子の表面を被覆する分散剤と、有機バインダーと、１３０〜２５０℃の温度範囲での加熱により前記分散剤を超微粒子表面から除去する捕捉物質とを少なくとも含有するものであり、かつ、粘度が１〜１００００ｃｐの範囲内であり、前記分散剤は、窒素原子、酸素原子、および、イオウ原子の少なくとも１種を含む基であって、これら原子の有する孤立電子対により前記超微粒子を構成する元素と配位的な結合が可能な基を有する化合物であり、前記捕捉物質は、前記分散剤が含有する、窒素原子、酸素原子、および、イオウ原子の少なくとも１種を含む基に対して、加熱により反応性を発現する化合物であり、前記微細パターン形成装置は、シリコン基板と、該シリコン基板の表面から裏面に貫通するように設けられた複数の微細孔と、前記シリコン基板の表面側に配設された主電極と、前記シリコン基板の裏面側に所定の間隔を設けて配置された対向電極と、前記シリコン基板の表面側に配設された支持部材と、前記シリコン基板表面側の前記微細孔の開口部にインキを供給するためのインキ流路と、該インキ流路に接続されたインキ供給装置とを備え、主電極に電圧を印加した状態で、インキ流路から低圧力で供給されたインキを各微細孔を介して吐出させるような構成とした。
【０００６】
また、本発明の他の態様として、主電極に印加する電圧を調整して、インキ吐出幅および吐出量を制御するような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記インキは、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲内であるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記超微粒子は、金、銀、銅、錫、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、亜鉛、チタンの少なくとも１種であるような構成とした。
【０００７】
また、本発明の他の態様として、前記微細パターン形成装置は、前記シリコン基板裏面側の前記微細孔の開口部にノズルが突設されているような構成、前記微細孔の壁面は珪素酸化物層を有し、前記ノズルは珪素酸化物からなるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記微細パターン形成装置は、前記対向電極がドラム形状および平板形状のいずれかであるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記微細パターン形成装置は、前記微細孔の開口径が１〜１００μｍの範囲内、前記微細孔の形成ピッチが２〜１０００μｍの範囲内であるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記ノズルの突出長は、１０〜４００μｍの範囲内にあるような構成とした。
【０００８】
また、本発明の他の態様として、前記微細パターン形成装置は、前記シリコン基板表面側の前記微細孔の開口部がシリコン基板表面側に広がったテーパー形状凹部であるような構成、あるいは、前記微細パターン形成装置は、前記シリコン基板表面側の前記微細孔の開口部がシリコン基板表面側に広がった多段形状凹部であるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、前記微細パターン形成装置は、前記微細孔が２以上のグループに分けられ、各微細孔グループごとに別個のインキ流路を備えるような構成とした。
また、本発明の他の態様として、各微細孔グループごとに別個の主電極を備えるような構成とした。
【０００９】
このような本発明では、インキが含有する超微粒子の平均粒径が極めて小さいので、パターン被形成体上に吐出されたインキ中における平面方向および厚み方向の超微粒子数が多く、その後の加熱によって分散剤が捕捉物質により除去されることにより超微粒子同士が密着して信頼性の高い微細パターンが形成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明は、微細パターン形成装置からインキをパターン被形成体上に吐出させ、その後、インキを加熱することにより所望の微細パターンを形成する方法である。
【００１１】
本発明で使用するインキ
まず、本発明の微細パターン形成方法において使用するインキについて説明する。本発明において使用するインキは、平均粒子径が１〜１００ｎｍ、好ましくは２〜１０ｎｍの範囲内にある超微粒子と、この超微粒子の表面を被覆する分散剤と、有機バインダーと、加熱により上記分散剤を超微粒子表面から除去する作用を有する捕捉物質とを少なくとも含有するものである。
【００１２】
超微粒子の材質は、金、銀、銅、錫、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、亜鉛、チタン等の導電材料の１種、あるいは、２種以上の組み合わせ、または、シリカ（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の電気絶縁材料の１種、あるいは、２種以上の組み合わせとすることができる。このような超微粒子は、分散剤により被覆することにより超微粒子状態を維持させることができる。超微粒子の平均粒子径が１ｎｍ未満であると、超微粒子の状態が極端に不安定となって凝集を生じ、インキとしての安定性が悪くなり、また、平均粒子径が１００ｎｍを超えると、本発明における超微粒子としての特徴がなくなり、本発明の効果を奏することが困難となり好ましくない。
上記の超微粒子の形成方法には特に制限はなく、例えば、ガス中蒸発法により形成することができ、また、他の方法により形成された超微粒子（市販品も含む）を使用することもできる。
【００１３】
超微粒子を被覆して凝集を防止する分散剤は、超微粒子を構成する元素と配位的な結合を形成する際、窒素、酸素、またはイオウ原子上の孤立電子対を有する基を利用するもので、例えば、窒素原子を含む基としてアミノ基が挙げられる。また、イオウ原子を含む基としては、スルファニル基（−ＳＨ）、スルフィド型のスルファンジイル基（−Ｓ−）が挙げられる。また、酸素原子を含む基としては、ヒドロキシ基、エーテル型のオキシ基（−Ｏ−）が挙げられる。
【００１４】
利用可能なアミノ基を有する化合物の代表として、アルキルアミンを挙げることができる。尚、このようなアルキルアミンは、元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、離脱しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上となるものが好ましい。ただし、インキの加熱処理（加熱硬化等）を行う際には、速やかに超微粒子表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、アルキルアミンとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にアミノ基を有するものが用いられる。例えば、Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルキルアミンは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、このような配位的な結合を形成する上では、第一級アミン型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級アミン型、ならびに、第三級アミン型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジアミン型、１，３−ジアミン型等、近接する２以上のアミノ基が結合に関与する化合物も利用可能である。また、ポリオキシアルキレンアミンを用いることもできる。その他、末端のアミノ基以外に、親水性の末端基、例えば、水酸基を有するヒドロキシアミン、例えば、エタノールアミン等を利用することもできる。
【００１５】
また、利用可能なスルファニル基（−ＳＨ）を有する化合物の代表として、アルカンチオールを挙げることができる。尚、このようなアルカンチオールも、元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、離脱しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上となるものが好ましい。ただし、インキの加熱処理（加熱硬化等）を行う際には、速やかに超微粒子表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、アルカンチオールとして、そのアルキル基は、Ｃ４〜Ｃ２０が用いられ、さらに好ましくはＣ８〜Ｃ１８の範囲に選択され、アルキル鎖の末端にスルファニル基（−ＳＨ）を有するものが用いられる。例えば、Ｃ８〜Ｃ１８の範囲のアルカンチオールは、熱的な安定性もあり、また、その蒸気圧もさほど高くなく、室温等で保管する際、含有率を所望の範囲に維持・制御することが容易であるなど、ハンドリング性の面から好適に用いられる。一般に、第一級チオール型のものがより高い結合能を示し好ましいが、第二級チオール型、ならびに、第三級チオール型の化合物も利用可能である。また、１，２−ジチオール型等の、２以上のスルファニル基（−ＳＨ）が結合に関与するものも利用可能である。
【００１６】
また、利用可能なヒドロキシ基を有する化合物の代表として、アルカンジオールを挙げることができる。一例として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のグリコール類等を挙げることができる。尚、このようなアルカンジオールも、元素と配位的な結合を形成した状態で、通常の保管環境、具体的には、４０℃に達しない範囲では、離脱しないものが好適であり、沸点が６０℃以上の範囲、好ましくは１００℃以上の範囲となるものが好ましい。ただし、インキの加熱処理（加熱硬化等）を行う際には、速やかに超微粒子表面から離脱することが可能であることが必要であり、少なくとも、沸点が３００℃を超えない範囲、通常、２５０℃以下の範囲となるものが好ましい。例えば、１，２−ジオール型等の、２以上のヒドロキシ基が結合に関与するもの等がより好適に利用可能である。
【００１７】
上述のような分散剤による超微粒子の被覆は、分散剤と超微粒子とを混合させること等により行うことができる。
このように分散剤により被覆された超微粒子のインキ中における含有量は、特に制限はなく、インキを構成する他の成分、インキ粘度の設定値、形成する微細パターンの使用目的等に応じて適宜設定することができる。
【００１８】
インキを構成する有機バインダーとしては、後述する加熱処理によって硬化収縮を生じ、超微粒子を接触させる作用をなすとともに、パターン被形成体に対する接着性を発現するものが用いられる。このような有機バインダーとしては、一般の導電性ペーストに使用される熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱分解性樹脂等を用いることができ、加熱、硬化処理により、十分な硬化がなされる樹脂成分を１種以上選択して利用することができる。利用できる熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、オリゴエステルアクリレート樹脂、キシレン樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、フラン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂（オリゴマーを含有し、熱硬化性を示すもの）、オキセタン樹脂、オキサジン樹脂等を挙げることができる。中でも、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、オキサジン樹脂は、超微細な回路形成をする際にも、密着性が良好であり、勿論、硬化物の物性も導電性ペーストに適するので、有機バインダーとして好ましいものである。
【００１９】
また、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ケトン樹脂、ポリスチレン樹脂等を挙げることができる。熱可塑性樹脂は、適当な溶剤に溶解した状態としてワニス状樹脂組成物中に含有させる。熱分解性樹脂としては、セルロースエステル、セルロースエーテル等のセルロース樹脂類、あるいは、ポリアクリルニトリル等を挙げることができる。また、熱分解性樹脂も、適当な溶剤に溶解した状態としてワニス状樹脂組成物中に含有させる。インキを微細パターン形状に描画した後、加熱することにより溶剤を揮発除去し、次いで、冷却固化して、熱可塑性樹脂がバインダーとなった硬化物（微細パターン）となる。熱可塑性樹脂のうちでも、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂が、超微細な回路形成をする際にも、良好な密着性を示し、さらに、固化後の物性も導電性ペーストに適するので、有機バインダーとして好ましいものである。
【００２０】
尚、ワニス状の樹脂組成物には、有機バインダーとして機能する樹脂成分の他に、パターン被形成体の表面への密着性を向上させる目的で、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、グラスレジン、ガラスフリット等の成分を必要に応じて適量添加することもできる。また、一般に導電ペーストに利用されるレベリング剤を必要に応じて添加することもできる。その他、得られるインキにおいて、後述するような粘度とするために、予め希釈溶剤を添加したワニス状の樹脂組成物とすることもできる。
このような有機バインダーの含有量は、超微粒子１００重量部あたり、１〜３０重量部、好ましくは３〜２０重量部程度することができる。
【００２１】
また、インキを構成する捕捉物質は、加熱によって、超微粒子を被覆している分散剤を捕捉して超微粒子表面から除去するものであり、分散剤が含有する、窒素原子、酸素原子、および、イオウ原子の少なくとも１種を含む基に対して、加熱により反応性を発現する化合物である。したがって、捕捉物質に含有されて反応性を示す化合物（例えば、酸無水物または酸無水物誘導体）の含有量は、上記の分散剤に含有される末端アミノ基、ヒドロキシ基等の総和に応じて、少なくとも、それと等量となる量を超えて添加することが好ましい。尚、酸無水物または酸無水物誘導体は、加熱した際、場合によっては、超微粒子に存在する、塩基性を有する金属酸化物の皮膜とも反応して、カルボン酸の金属塩を生成する機能も有するため、その反応性をも考慮にいれ、若干過剰な量が適宜設定される。上記の反応性を示す限り、捕捉物質に利用できる化合物は酸無水物またはその誘導体あるいは有機酸に限定されるものではない。例えば、利用可能な有機酸としては、Ｃ１〜Ｃ１０の直鎖飽和カルボン酸であるギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ヘキサン酸、オクチル酸をはじめ、ステアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、ならびにアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、安息香酸、ソルビン酸等のＣ１〜Ｃ１８の直鎖または分岐の飽和カルボン酸ならびに各種不飽和カルボン酸、ならびにオレイン酸、リノール酸等の重合物であるダイマー酸やトリマー酸、更には、シュウ酸、マロン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アルキルコハク酸、アルケニルコハク酸等の二塩基酸等、種々のカルボン酸に加えて、カルボキシ基に代えて、リン酸基（−Ｏ−Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）₂）、あるいは、スルホ基（−ＳＯ₃Ｈ）を有するリン酸エステル、スルホン酸等のその他の有機酸を挙げることができる。
【００２２】
また、好適に利用できる有機の酸無水物もしくは酸無水物の誘導体として、無水フタル酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ベンゾフェノンテトラカルボン酸、エチレングリコールビス（アンヒドロトリメリテート）、グリセロールトリス（アンヒドロトリメリテート）等の芳香族酸無水物、無水マレイン酸、無水コハク酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、アルキル無水コハク酸、アルケニル無水コハク酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルシクロヘキセンテトラカルボン酸無水物等の環状脂肪族酸無水物、ポリアジピン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物、ポリセバシン酸無水物等の脂肪族酸無水物を挙げることができる。これらの中でも、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、アルケニル無水コハク酸、およびこれらの誘導体は、比較的低い加熱処理温度においても、例えば、アミン化合物の末端アミノ基等に対して適度な反応性を有することから好適に用いられる。
【００２３】
このようなインキは、含有する超微粒子の材質により導体ペースト、絶縁ペースト等とすることができ、その粘度を１〜１００００ｃｐの範囲内で設定することができる。粘度が１ｃｐ未満であると、超微粒子の含有量が低く、パターン形成が困難となる。一方、１００００ｃｐを超えると、ラインの厚みが厚くなりすぎるため長時間の加熱（焼成）処理が必要となり、この処理中にラインが崩れ、所望の寸法精度のパターンが得られなくなる。尚、粘度の測定は、Ｂ型粘度計、Ｅ型粘度計を用いて行うものとする。
【００２４】
本発明で使用するインキは、上述の超微粒子、分散剤、有機バインダー、捕捉物質の他に、溶剤を含有してもよい。溶剤としては、特に限定はなく、室温付近では容易に蒸散することのない、比較的高沸点な非極性溶剤、あるいは、低極性溶剤である高級アルコール、高級アミン、例えば、テルピネオール、ミネラルスピリット、キシレン、トルエン、テトラデカン、ドデカン等を挙げることができる。
【００２５】
本発明のパターン形成方法では、上記のような超微粒子を含有するインキと、後述する微細パターン形成装置を使用するので、従来のインクジェット方式では使用することが困難な高い粘度、例えば、１００〜１００００ｃｐの粘度範囲であっても、ライン幅１μｍ程度の微細パターンの形成が可能である。
【００２６】
本発明で使用する微細パターン形成装置
次に、本発明の微細パターン形成方法において使用する微細パターン形成装置について説明する。
図１は本発明で使用する微細パターン形成装置の一例を示す概略断面図である。図１において、微細パターン形成装置１は、シリコン基板２と、このシリコン基板２の表面２Ａ側に配設された主電極６、支持部材８と、シリコン基板２の裏面２Ｂ側に所定の間隔を設けて配置された対向電極７と、シリコン基板２と支持部材８との空隙部にインキを供給するインキ流路９と、このインキ流路９に接続されたインキ供給装置１０とを備えている。
【００２７】
シリコン基板２は、表面２Ａ側から裏面２Ｂ側に貫通する複数の微細孔３を備え、この微細孔３の表面２Ａ側の開口部３ａは、上記のシリコン基板２と支持部材８とにより形成されている空隙部に露出している。シリコン基板２の材質はシリコンの単結晶が好ましく、厚みは２００〜５００μｍ程度が好ましい。このようなシリコン基板２は、その線膨張係数が約２．６×１０^-6／Ｋと低いため、温度による形状変化が極めて小さいものである。
【００２８】
微細孔３は、その軸方向に垂直な横断面形状（シリコン基板２の表面２Ａに平行な断面）が円形、その軸方向に沿った縦断面形状（シリコン基板２の表面２Ａに垂直な断面）が長方形である円柱形状の空間からなるものであり、その壁面には珪素酸化物層４が設けられている。通常、この珪素酸化物層４の厚みは５０００〜１００００Å程度である。図示例では、シリコン基板２の厚み、珪素酸化物層４を備えた微細孔３の開口径、形成数、形成ピッチ等は、装置の構成を説明するために簡略化してあるが、微細孔３の開口径は１〜１００μｍ程度、微細孔３のアスペクト比は１〜１００程度の範囲で適宜設定することができる。また、微細孔３の形成数および形成ピッチは、微細パターン形成装置１により形成するパターンの形状、形成方法等に応じて適宜設定することができ、形成ピッチは最小で２μｍ程度が好ましい。
微細孔３の横断面形状は、上記の円形の他に楕円形、多角形等、あるいは、特殊な形状であってもよい。また、微細孔３が、横断面形状が異なる２種以上の微細孔からなるものでもよい。横断面形状が楕円形、長方形の場合、長手方向の開口径は５〜５００μｍの範囲で適宜設定することができる。また、微細孔３の縦断面形状は、上記の長方形の他に、シリコン基板２の裏面２Ｂ側が狭い台形（テーパー形状）であってもよい。
【００２９】
図２は、シリコン基板２の表面２Ａ側に配設された主電極６を説明するための支持部材８を取り除いた状態の平面図である。図２に示されるように、主電極６は、開口部６ａを有し、複数（図示例では５個）の微細孔３を囲むように配設されている。主電極６は、アルミニウム、銅、クロム、金、銀、シリコン等の導電性薄膜からなるものであり、通常、シリコン基板２側にポリイミド等の電気絶縁性薄膜を介して配設することができる。
【００３０】
対向電極７は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよい。但し、より細いラインを描画するには、接地状態が好ましい。図示例では、対向電極７は、電気的に接地状態にあり、上記の主電極６に所定の電圧が印加されたときに主電極６との間で電界を生じさせる作用をなす。この対向電極７は、例えば、ドラム形状、平板形状等とすることができる。この場合、シリコン基板２と対向電極７との間隙部、あるいは、対向電極７上にパターン被形成体を位置させて、後述するように、直接描画によりパターン形成を行うことができる。また、パターン被形成体が導電性を有する場合には、パターン被形成体に対向電極を兼ねさせてもよく、より細いラインを描画するには、対向電極７を接地状態とすることが好ましい。上記の対向電極７とシリコン基板２との距離は５０〜５００μｍ程度の範囲内で設定することができる。
このような対向電極７は、ＳＵＳ３０４、銅、アルミニウム等の導電性を有する材料で形成されたものを用いることができる。また、ガラス、樹脂材料等の非導電性材料に導電性薄膜を形成して対向電極とすることもできる。
【００３１】
支持部材８は、上述のシリコン基板２の表面２Ａ側に配設され、シリコン基板２を保持するためのものである。図示例では、支持部材８はシリコン基板２と同じ平面形状の基部８ａと、この基部８ａの周縁に設けられたフランジ部８ｂ、基部８ａの中央に設けられた開口部８ｃからなり、フランジ部８ｂにてシリコン基板２の表面２Ａ側の周辺部と固着されている。これにより、シリコン基板２と支持部材８との間にインキが供給される空間（インキ供給空間）が形成されている。この支持部材８は、その線膨張係数がシリコン基板２の線膨張係数の１／１０倍〜１０倍の範囲内の材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラス（商品名コーニング＃７７４０、線膨張係数＝３．５×１０^-6／Ｋ）、ＳＵＳ３０４（線膨張係数＝１７．３×１０^-6／Ｋ）等を用いることが好ましい。これにより、熱によるシリコン基板２と支持部材８との間に発生する歪が極めて小さいものとなり、シリコン基板２の平坦性が保たれ、位置精度の高いパターン形成が可能となる。
【００３２】
インキ流路９は、上記の支持部材８の開口部８ｃに接続され、その他端はインキ供給装置１０に接続されている。図示例では、パイプ形状のインキ流路９が１つ接続されているが、微細パターン形成装置１の大きさ、インキ流圧の均一性等を考慮して、開口部８ｃを複数設け、各開口部８ｃにインキ流路９を接続してもよい。また、支持部材８やシリコン基板２を加工することにより、インキ流路を支持部材８および／またはシリコン基板２の内部に形成してもよい。
インキ供給装置１０は特に制限はなく、連続供給ポンプ、定量供給ポンプ等いずれであってもよく、微細パターン形成装置１の使用目的に応じて適宜選択することができる。
【００３３】
このような微細パターン形成装置１は、インキ吐出手段として、主電極６と対向電極７との間に形成される電界と、インキ供給装置１０からのインキ供給圧とを併用するので、低いインキ供給圧でシリコン基板２の微細孔３からインキを微量かつ高精度で吐出させることができる。また、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にある高粘度のインキを微量かつ高精度で吐出させることができる。尚、インキ供給空間にインキがあれば、インキ供給圧がなく電界だけでもインキの吐出が可能である。ここで、低圧力とは、５ｐｓｉ以下の圧力を意味する。以下、本発明の説明において同様である。
【００３４】
また、主電極６と対向電極７との間に形成される電界強度を変えることにより、微細孔３から吐出するインキの吐出幅および吐出量を制御することが可能である。したがって、所定の開口径をもつ微細孔３から所望の吐出幅と吐出量でインキを吐出させることができる。さらに、インキ供給量を変えることによって吐出量を任意に設定することが可能であり、また、電界強度とインキ供給圧の双方を変えることにより、微細孔３から吐出するインキの吐出幅および吐出量を制御することが可能である。したがって、１回の直接描画によりパターン被形成体上に高精度のパターンを所定の厚みで安定して形成することができる。
【００３５】
図３は本発明で使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。図３に示されるように、微細パターン形成装置１１は、基本構造は上記の微細パターン形成装置１と同じであり、シリコン基板１２の裏面１２Ｂ側の微細孔１３の開口部１３ｂにノズル１５が突設されたものである。このノズル１５は、珪素酸化物からなり、上記の珪素酸化物層１４と一体的に形成され、突出量は１０〜４００μｍの範囲で適宜設定することができる。このようなノズル１５を設けることにより、微細孔１３から吐出されたインキがシリコン基板１２の裏面１２Ｂ側に付着することが防止される。
また、主電極１６は、シリコン基板１２の裏面１２Ｂ側に配設することもできる。図４は、シリコン基板１２の裏面１２Ｂ側に配設された枠形状の主電極を説明するための背面図である。図４に示されるように、主電極１６は、複数のノズル１５を囲むように設けられた開口部１６ａを有している。上記の主電極１６と対向電極１７との距離は５０〜５００μｍ程度の範囲内で設定することができる。
【００３６】
このような微細パターン形成装置１１では、インキ吐出手段として、主電極１６と対向電極１７との間に形成される電界と、インキ供給装置２０からのインキ供給圧とを併用することにより、インキ供給圧力を高くすることなくインキを微量かつ高精度で吐出させることができるので、ノズル１５の破損が防止される。
また、上述の微細パターン形成装置１１では、ノズル１５の機械的強度を向上させるために、補強層を設けてもよい。図５は、微細パターン形成装置１１に補強層を設けた例を示す概略断面図である。図５に示されるように、補強層１５′は、ノズル１５の先端面と外側面とを覆い、さらに、内側面の先端面近傍に形成され、また、シリコン基板１２の裏面１２Ｂに形成されている。この補強層１５′の厚みは上述のノズル１５の厚みの２倍以上、好ましくは５倍以上とすることができ、通常、１〜５μｍの範囲で厚みを適宜設定することができる。この補強層１５′は、例えば、珪素酸化物、リン珪素ガラス等の材料により形成することができる。
【００３７】
また、ノズル１５の内側面に形成される補強層１５′の厚みを変えることにより、ノズル１５の実質的な開口径を調整することができる。このため、所定の開口径をもつノズル１５を形成し、微細パターン形成装置の使用目的、使用するインキの特性等に応じて、ノズル１５の内側面に形成する補強層１５′の厚みを制御して、所望の開口径をもつノズル１５を形成することができる。
補強層１５′の形成は、例えば、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、減圧ＣＶＤ法等を用いることができ、これらの成膜法は回り込み量が大きいので、立体構造を有するノズル１５の内側面への形成に有利である。
尚、図示例では、補強層１５′は、シリコン基板１２の裏面１２Ｂにも形成されているが、この部位に補強層１５′を備えないものであってもよい。
【００３８】
図６は本発明で使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。図６において、微細パターン形成装置２１は、シリコン基板２２と、このシリコン基板２２の表面２２Ａに形成されたテーパー形状の凹部２３′ａと、シリコン基板２２の裏面２２Ｂ側に突出したノズル２５と、シリコン基板２２の表面２２Ａ側に配設された主電極２６、シリコン基板２２の裏面２２Ｂ側に所定の間隔を設けた配設された対向電極２７と、支持部材２８と、シリコン基板２２と支持部材２８との空隙部にインキを供給するインキ流路２９と、このインキ流路２９に接続されたインキ供給装置３０とを備えている。
【００３９】
シリコン基板２２は、表面２２Ａ側の複数のテーパー形状の凹部２３′ａの底部から裏面２２Ｂ側に貫通する微細孔２３を備え、この微細孔２３の表面２２Ａ側の開口部２３ａはテーパー形状の凹部２３′ａに露出し、テーパー形状の凹部２３′ａは上記のシリコン基板２２と支持部材２８とにより形成されている空隙部に露出している。シリコン基板２２は、表面２２Ａと裏面２２Ｂの結晶方位が＜１００＞であるシリコンの単結晶であり、厚みは２００〜５００μｍ程度が好ましい。このようなシリコン基板２２は、その線膨張係数が約２．６×１０^-6／Ｋと低いため、温度による形状変化が極めて小さいものである。
テーパー形状の凹部２３′ａの壁面は、珪素酸化物層２４が設けられており、通常、この珪素酸化物層２４の厚みは５０００〜１００００Å程度である。凹部２３′ａのテーパー形状は、逆円錐形状、逆四角錐形状等、いずれであってもよく、深さは５〜１５０μｍ程度、最大開口径は１０〜２００μｍ程度の範囲で設定することができる。また、凹部２３′ａの形成ピッチは最小で１５μｍ程度が好ましい。
【００４０】
微細孔２３は、その軸方向に垂直な横断面（シリコン基板２２の表面２２Ａに平行な断面）形状が円形、その軸方向に沿った縦断面（シリコン基板２２の表面２２Ａに垂直な断面）形状が長方形である円柱形状の空間からなるものであり、その壁面には、上記の凹部２３′ａの壁面から連続するように珪素酸化物層２４が設けられている。また、ノズル２５は、珪素酸化物からなり、上記の微細孔２３の壁面に形成された珪素酸化物層２４と一体的に形成され、微細孔２３に連通している。
【００４１】
主電極２６は、開口部を有し、複数（図示例では５個）のテーパー形状の凹部２３′ａを囲むように配設されている。また、対向電極２７は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよく、対向電極２７とシリコン基板２２との距離は５０〜５００μｍ程度の範囲内で設定することができる。
尚、支持部材２８、インキ流路２９、および、インキ供給装置３０は、上述の微細パターン形成装置１の支持部材８、インキ流路９、および、インキ供給装置１０と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４２】
このような微細パターン形成装置２１は、テーパー形状の凹部２３′ａを備えることによりインキの流路抵抗が減少し、より高粘度のインキ、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にあるようなインキをシリコン基板２２の裏面の複数のノズル２５から微量かつ高精度で吐出させることができ、同時にシリコン基板２２の裏面へのインキ付着を防止することができる。また、インキ吐出手段として、主電極２６と対向電極２７との間に形成される電界と、インキ供給装置３０からのインキ供給圧とを併用することにより、インキ供給圧力を高くすることなくインキを微量かつ高精度で吐出させることができるので、ノズル２５の破損が防止される。
尚、微細パターン形成装置２１においても、ノズル２５に補強層を形成してもよく、また、微細パターン形成装置１のように、ノズルが突出していなものとしてもよい。
【００４３】
図７は本発明に使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。図７において、微細パターン形成装置３１は、シリコン基板３２と、このシリコン基板３２の表面３２Ａに形成された多段形状の凹部３３′ａと、シリコン基板３２の裏面３２Ｂ側に突出したノズル３５と、シリコン基板３２の表面３２Ａ側に配設された主電極３６、シリコン基板３２の裏面３２Ｂ側に所定の間隔を設けた配設された対向電極３７と、支持部材３８と、シリコン基板３２と支持部材３８との空隙部にインキを供給するインキ流路３９と、このインキ流路３９に接続されたインキ供給装置４０とを備えている。
【００４４】
シリコン基板３２は、表面３２Ａ側の複数の多段形状の凹部３３′ａの底部から裏面３２Ｂ側に貫通する微細孔３３を備え、この微細孔３３の表面３２Ａ側の開口部３３ａは凹部３３′ａに露出し、この凹部３３′ａは上記のシリコン基板３２と支持部材３８とにより形成されている空隙部に露出している。これにより、微細孔３３は微細開口部である開口部３３ａと、広幅開口部である凹部３３′ａとからなる２段の凹部開口を有することになる。
シリコン基板３２の材質は、上述のシリコン基板２と同様とすることができ、厚みもシリコン基板２と同様の範囲で設定することができる。また、シリコン基板３２は、凹部３３′ａと微細孔３３との境界部分に、表面と平行に酸化珪素薄膜をもつＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハであってもよい。
【００４５】
凹部３３′ａの壁面は、珪素酸化物層３４が設けられており、通常、この珪素酸化物層３４の厚みは５０００〜１００００Å程度である。凹部３３′ａの形状は、円柱形状、立方体形状、直方体形状等、いずれであってもよく、深さは１〜１５０μｍ程度、開口径は５〜２００μｍ程度の範囲で設定することができる。また、凹部３３′ａの形成ピッチは最小で１０μｍ程度が好ましい。図示例では、上述のように、微細開口部である開口部３３ａと、広幅開口部である凹部３３′ａとからなる２段の開口部であるが、３段以上の開口部であってもよい。
【００４６】
微細孔３３は、その軸方向に垂直な横断面（シリコン基板３２の表面３２Ａに平行な断面）形状が円形、その軸方向に沿った縦断面（シリコン基板３２の表面３２Ａに垂直な断面）形状が長方形である円柱形状の空間からなるものであり、その壁面には、上記の凹部３３′ａの壁面から連続するように珪素酸化物層３４が設けられている。また、ノズル３５は、珪素酸化物からなり、上記の微細孔３３の壁面に形成された珪素酸化物層３４と一体的に形成され、微細孔３３に連通している。
【００４７】
主電極３６は、開口部を有し、複数（図示例では５個）の多段形状の凹部３３′ａを囲むように配設されている。また、対向電極３７は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよく、対向電極３７とシリコン基板３２との距離は５０〜５００μｍ程度の範囲内で設定することができる。
尚、支持部材３８、インキ流路３９、および、インキ供給装置４０は、上述の微細パターン形成装置１の支持部材８、インキ流路９、および、インキ供給装置１０と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４８】
このような微細パターン形成装置３１は、多段形状の凹部３３′ａを備えることによりインキの流路抵抗が減少し、より高粘度のインキ、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にあるようなインキをシリコン基板３２の裏面の複数のノズル３５から微量かつ高精度で吐出させることができ、同時にシリコン基板３２の裏面へのインキ付着を防止することができる。また、インキ吐出手段として、主電極３６と対向電極３７との間に形成される電界と、インキ供給装置４０からのインキ供給圧とを併用することにより、インキ供給圧力を高くすることなくインキを微量かつ高精度で吐出させることができるので、ノズル３５の破損が防止される。
尚、微細パターン形成装置３１においても、ノズル３５に補強層を形成してもよく、また、微細パターン形成装置１のように、ノズルが突出していなものとしてもよい。
【００４９】
図８は本発明で使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図であり、図９は図８に示される微細パターン形成装置の底面図である。図８および図９において、微細パターン形成装置４１は、連続した３つの装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃからなり、共通のシリコン基板４２と、このシリコン基板４２の表面４２Ａ側に配設された３つの主電極４６ａ，４６ｂ，４６ｃ、３つの支持部材４８と、シリコン基板４２の裏面４２Ｂ側に所定の間隔を設けて配置された対向電極４７と、シリコン基板４２と各支持部材４８との空隙部にインキを供給する３つのインキ流路４９と、これらのインキ流路４９に接続されたインキ供給装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃとを備えている。
【００５０】
シリコン基板４２は、各装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃごとに、表面４２Ａ側から裏面４２Ｂ側に貫通する複数の微細孔４３を備え、この微細孔４３の表面４２Ａ側の開口部４３ａは、シリコン基板４２と各支持部材４８とにより形成されている各空隙部に露出している。シリコン基板４２の材質は上述のシリコン基板２と同様とすることができ、厚みもシリコン基板２と同様の範囲で設定することができる。
【００５１】
微細孔４３は、各装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃごとに所定の方向（図９の矢印Ａ方向）に沿って同列上に複数配置するようなパターンで形成されている。すなわち、装置部４１ａでは、矢印Ａ方向に沿って配置された微細孔４３の列がピッチＰ１で複数列形成され、同様に、装置部４１ｂ、装置部４１ｃでも、微細孔４３の列がピッチＰ１で複数列形成されている。そして、各装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃにおける微細孔４３の列は、相互にピッチＰ２（Ｐ１＝３×Ｐ２）で位置がずれているので、微細パターン形成装置４１全体としては、ピッチＰ２で各装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃの微細孔列が繰り返し配列されたものとなっている。このような微細孔４３の横断面形状、縦断面形状、開口径、形成ピッチは、上述の微細孔３と同様にして適宜設定できる。また、微細孔４３の壁面に形成されている珪素酸化物層４４も、上述の珪素酸化物層４と同様とすることができる。尚、図示例では、珪素酸化物層４４を備えた微細孔４３の開口径、形成数、形成ピッチ等は、装置の構成の説明を容易とするために簡略化してある。
【００５２】
主電極４６ａ，４６ｂ，４６ｃは、各装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃごとに設けられており、各主電極は、上述の主電極６と同様に、複数（図示例では５個）の微細孔４３を囲むように配設されている。
対向電極４７は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよい。但し、より細いラインを描画するには、接地状態が好ましい。図示例では、対向電極４７は、電気的に接地状態にあり、上記の主電極４６に所定の電圧が印加されたときに、微細孔４３に電界を印加させる作用をなす。この対向電極４７は、上述の微細パターン形成装置１の対向電極７と同様、必要に応じて種々の形状とすることができる。
【００５３】
支持部材４８は、上述のシリコン基板４２の表面４２Ａ側に配設され、シリコン基板４２を保持するためのものであり、上述の支持部材８と同様に、その線膨張係数がシリコン基板４２の線膨張係数の１／１０倍〜１０倍の範囲内の材料を用いることが好ましい。
インキ流路４９は、上記の各支持部材４８の開口部４８ｃに接続され、他端はインキ供給装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃに接続されている。インキ供給装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、連続供給ポンプ、定量供給ポンプ等、微細パターン形成装置４１の使用目的に応じて適宜選択することができる。尚、図示例では、各支持部材４８に設けられているインキ流路４９は１つであるが、インキ流圧の均一性等を考慮して、１つの支持部材４８に複数の開口部４８ｃを設け、各開口部４８ｃにインキ流路４９を接続してもよい。また、インキ流路を支持部材４８の内部に形成してもよい。
【００５４】
このような本発明の微細パターン形成装置４１は、インキ吐出手段として、主電極４６ａ，４６ｂ，４６ｃと対向電極４７との間に形成される電界と、インキ供給装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃからのインキ供給圧とを併用するので、低いインキ供給圧でシリコン基板４２の微細孔４３からインキを微量かつ高精度で吐出させることができる。また、粘度の高いインキ、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にあるインキを微量かつ高精度で吐出させることができる。尚、インキ供給空間にインキがあれば、インキ供給圧がなく電界だけでもインキの吐出が可能である。また、インキ供給装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃから別種のインキを供給することにより、各装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃごとに所望のインキで直接描画によるパターン形成ができ、特に、後述する本発明の形成方法によるストライプ状パターンの形成に有利である。さらに、主電極４６ａ，４６ｂ，４６ｃと対向電極４７間に形成される電界強度を変えることにより、微細孔４３から吐出するインキの吐出幅および吐出量を制御することが可能である。そして、微細パターン形成装置４１は、各装置部４１ａ，４１ｂ，４１ｃが一体となっているので、複数の装置を接合する必要がなく、かつ、各装置の位置精度が極めて高いものとなる。さらに、インキ供給装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃを制御して供給量を変えることによってインキ吐出量を任意に設定することが可能である。
【００５５】
尚、微細パターン形成装置４１においても、図３に示されるようなノズルをシリコン基板４２の裏面４２Ｂ側の微細孔４３の開口部４３ｂに突設してもよい。この場合、ノズルに上述の補強層１５′のような補強層を形成してもよい。
また、微細パターン形成装置４１においても、微細孔４３の表面４２Ａ側の開口部４３ａを、上述のようなテーパー形状あるいは多段形状の凹部としてもよく、これにより、インキの流路抵抗が減少し、より高粘度のインキを複数の微細孔４３から微量かつ高精度で吐出させることができる。
【００５６】
図１０は本発明で使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す図であり、図１０（Ａ）は概略断面図、図１０（Ｂ）は底面図である。図１０において、微細パターン形成装置５１は、シリコン基板５２と、このシリコン基板５２の表面５２Ａ側に配設された電気的に独立した３種の主電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと、支持部材５８と、シリコン基板５２の裏面５２Ｂ側に所定の間隔を設けて配置された対向電極５７と、シリコン基板５２および支持部材５８内に形成された３種のインキ流路５９ａ，５９ｂ，５９ｃと、各インキ流路に接続されたインキ供給装置６０ａ，６０ｂ，６０ｃとを備えている。
シリコン基板５２は表面５２Ａ側から裏面５２Ｂ側に貫通する複数の微細孔５３を備え、この微細孔５３の表面５２Ａ側の開口部５３ａは、表面５２Ａ側に溝状に形成された３種のインキ流路５９ａ，５９ｂ，５９ｃ内のいずれかに露出している。シリコン基板５２の材質は上述のシリコン基板２と同様とすることができ、厚みもシリコン基板２と同様の範囲で設定することができる。
【００５７】
微細孔５３は所定の方向（図１０（Ｂ）の矢印ａ方向）に沿って同列上に複数配置され、この列がピッチＰで複数形成されている。図示例では、矢印ａ方向に沿って複数の微細孔が配列された６本の微細孔列５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３ＦがピッチＰで形成されている。このような微細孔５３の横断面形状、縦断面形状、開口径、形成ピッチは、上述の微細孔３と同様にして適宜設定できる。また、微細孔５３の壁面に形成されている珪素酸化物層５４も、上述の珪素酸化物層４と同様とすることができる。
【００５８】
主電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、各微細孔列５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄ，５３Ｅ，５３Ｆを囲むように配設されている。すなわち、微細孔列５３Ａと５３Ｄを囲む主電極５６ａと、５３Ｂと５３Ｅを囲む主電極５６ｂと、５３Ｃと５３Ｆを囲む主電極５６ｃとからなる、電気的に独立の３つの主電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃからなる。
対向電極５７は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよい。但し、より細いラインを描画するには、接地状態が好ましい。図示例では、対向電極５７は、電気的に接地状態にあり、上記の主電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃに所定の電圧が印加されたときに主電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃとの間に電界を生じる。この対向電極５７は、上述の微細パターン形成装置１の対向電極７と同様に、必要に応じて種々の形状とすることができる。
支持部材５８は、上述のシリコン基板５２の表面５２Ａ側に配設されてシリコン基板５２を保持する板状の部材であり、かつ、支持部材５８のシリコン基板５２側にはインキ流路５９ｃが溝状に形成されている。
【００５９】
図１１は、図１０（Ａ）に示されるシリコン基板５２のＡ−Ａ線矢視における横断面図、図１２は図１０（Ａ）に示される支持部材５８のＢ−Ｂ線矢視における横断面図である。
図１０（Ａ）および図１１に示されるように、シリコン基板５２には、微細孔列５３Ａ，５３Ｄの各開口部とインキ供給装置６０ａとを接続するように形成された溝状のインキ流路５９ａ、および、微細孔列５３Ｂ，５３Ｅの各開口部とインキ供給装置６０ｂとを接続するように形成された溝状のインキ流路５９ｂとが形成されている。また、微細孔列５３Ｃ，５３Ｆの各開口部上にインキ流路５９ｃが溝状に形成されている。さらに、図１０（Ａ）および図１２に示されるように、支持部材５８には、微細孔列５３Ｃ，５３Ｆの各開口部とインキ供給装置６０ｃとを接続するように形成された溝状のインキ流路５９ｃが形成されている。
【００６０】
このような支持部材５８とシリコン基板５２との間に形成される３種のインキ流路５９ａ，５９ｂ，５９ｃは、図１３に示されるように、相互に独立している。尚、支持部材５８の材質は、上述の支持部材８と同様に、その線膨張係数がシリコン基板５２の線膨張係数の１／１０倍〜１０倍の範囲内の材料を用いることが好ましい。
【００６１】
このような微細パターン形成装置５１は、インキ吐出手段として、主電極５６ａ，５６ｂ，５６ｃと対向電極５７との間に形成される電界と、インキ供給装置６０ａ，６０ｂ，６０ｃからのインキ供給圧とを併用するので、低いインキ供給圧でシリコン基板５２の微細孔５３からインキ、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にあるようなインキを微量かつ高精度で吐出させることができる。また、インキ供給装置６０ａ，６０ｂ，６０ｃを制御してインキ供給量を変えることによって吐出量を任意に設定することが可能であり、さらに、電界強度とインキ供給圧の双方を変えることにより、微細孔５３から吐出するインキの吐出幅および吐出量を制御することが可能である。そして、微細パターン形成装置５１は、各インキごとに複数の装置を接合したものでないため、各微細孔列の位置精度が極めて高いものとなる。
【００６２】
また、微細パターン形成装置５１においても、微細孔５３の表面５２Ａ側の開口部５３ａを、上述のようなテーパー形状あるいは多段形状の凹部としてもよく、これにより、インキの流路抵抗が減少し、より高粘度のインキ、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にあるようなインキを複数の微細孔５３から微量かつ高精度で吐出させることができる。
【００６３】
図１４は本発明で使用可能な微細パターン形成装置の他の例を示す平面図である。図１４において、微細パターン形成装置６１は、シリコン基板６２と、このシリコン基板６２の表面６２Ａ側に配設された主電極と、支持部材と、シリコン基板６２の裏面側に所定の間隔を設けて配置された対向電極と、シリコン基板６２と支持部材との空隙部にインキを供給するインキ流路と、このインキ流路に接続されたインキ供給装置とを備えている。ただし、図１４では、シリコン基板６２のみを示し、主電極、対向電極、支持部材、インキ流路、インキ供給装置は図示していない。
【００６４】
シリコン基板６２は表面６２Ａ側から裏面側に貫通する複数の微細孔６３を備え、この微細孔６３が１つのパターン６５をなすような位置に形成され、かつ、複数（図示例では１０個）のパターン６５がシリコン基板６２に設けられている。尚、微細孔６３は１つのパターン６５においてのみ示し、他のパターン６５はその輪郭のみを鎖線で示してある。
シリコン基板６２の材質は上述のシリコン基板２と同様とすることができ、厚みもシリコン基板２と同様の範囲で設定することができる。また、微細孔６３の横断面形状、縦断面形状、開口径、形成ピッチは、上述の微細孔３と同様にして適宜設定できる。また、微細孔６３は壁面に珪素酸化物層を備えるものでよく、この珪素酸化物層も上述の珪素酸化物層４と同様とすることができる。
【００６５】
このようなシリコン基板６２に表面６２Ａ側には、主電極が各パターン６５を囲むように配設されている。また、対向電極は、電気的に接地状態にあり、上記の主電極に所定の電圧が印加されたときに、微細孔６３に電界を印加させる作用をなす。この対向電極は、上述の微細パターン形成装置１と同様とすることができる。また、シリコン基板６２は、上述の支持部材８のように周縁にフランジ部を有する支持部材を用い、周辺部（図１４に斜線で示す領域）に支持部材のフランジ部を固着することができる。そして、支持部材の開口部にインキ供給路を接続し、このインキ供給路の他端にインキ供給装置を接続することができる。
【００６６】
このような微細パターン形成装置６１は、インキ吐出手段として、主電極と対向電極との間に形成される電界と、インキ供給装置からのインキ供給圧とを併用するので、低いインキ供給圧でシリコン基板６２の微細孔６３からインキを微量かつ高精度で吐出させることができる。また、粘度の高いインキ、例えば、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲にあるインキを微量かつ高精度で吐出させることができる。尚、インキ供給空間にインキがあれば、インキ供給圧がなく電界だけでもインキの吐出が可能である。そして、シリコン基板６２の微細孔６３からインキを、隣接する微細孔６３から吐出されたインキ同士がパターン被形成体上で接触する程度の適量で吐出させて直接描画することにより、パターン６５に対応した形状のパターンをパターン被形成体上に高い精度で安定して形成することができる。インキの吐出量は、インキ供給装置を制御することにより調整が可能である。
上記の例では、複数のパターン６５が全て同一形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、プリント配線板の導体パターンのような任意の形状とすることができる。
【００６７】
微細パターン形成方法
次に、上述のインキおよび微細パターン形成装置を用いた本発明の微細パターン形成方法について説明する。
図１５は、上述の微細パターン形成装置４１を用いた本発明の微細パターン形成方法の一実施形態を説明する図である。図１５において、まず、微細パターン形成装置４１の主電極４６ａ，４６ｂ，４６ｃに所定の電圧を印加した状態で、インキ供給装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃから、それそれインキＡ、インキＢ、インキＣを各インキ流路４９を介して供給しながら、パターン被形成体Ｓを微細パターン形成装置４１に対して所定方向（矢印Ａ方向）に走査させる。この走査方向Ａは、上記の微細パターン形成装置４１における微細孔の配列方向Ａ（図９参照）と一致するものである。この場合、微細パターン形成装置４１のシリコン基板４２とパターン被形成体Ｓとの間隙は、５０〜５００μｍ程度の範囲で設定することができる。これにより、シリコン基板４２の微細孔４３から吐出されたインキによって、パターン被形成体Ｓ上にインキＡ、インキＢ、インキＣの順で繰り返し配列されたストライプ状パターンが直接描画によって形成される。
【００６８】
次に、ストライプ状パターンに描画されたインキを加熱することにより、超微粒子の表面を被覆している分散剤を捕捉物質によって除去する。この加熱処理の温度は、インキに使用されている分散剤、捕捉物質等を考慮して１３０〜２５０℃の範囲で適宜設定することができる。加熱手段としては、熱風、赤外線照射、電磁誘導等を用いることができる。この加熱処理により捕捉物質が活性化し、化学的に分散剤を超微粒子表面から除去するとともに、周囲の樹脂バインダーが硬化収縮することで、超微粒子同士を密着させることになる。例えば、超微粒子が導電性物質である場合、微細な薄膜パターンであっても電気的な信頼性が高い低抵抗回路パターンの形成が可能となる。
【００６９】
上述の例では、各ストライプのピッチはＰ２となり、１本のストライプが同列上の複数の微細孔から吐出されるインキにより形成されるため、個々の微細孔からの吐出量が少なくても、パターン被形成体Ｓの走査速度を高めて、パターン形成速度を高くすることができる。このようなストライプ状パターンは、微細孔４３の径の大きさ、あるいは、主電極４６ａ，４６ｂ，４６ｃと対向電極４７間に形成される電界強度を変えて微細孔４３から吐出するインキの吐出幅を制御することにより、極めて高い精度で形成され、かつ、従来のフォトリソグラフィー法に比べて工程が簡便である。
【００７０】
尚、図示例では、パターン被形成体Ｓは少なくとも表面が導電性を有し、接地された対向電極４７を兼ねている。また、紙やフィルムのような薄い電気絶縁体をパターン被形成体とすることもでき、この場合、薄い電気絶縁体を載置するための基板等を接地された対向電極４７とする。対向電極４７は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよいが、より細いラインを描画するには、接地状態が好ましい。
また、パターン被形成体Ｓが可撓性を有する場合、パターン被形成体Ｓの裏面に、微細パターン形成装置４１と対向するようにバックアップローラーを配置し、パターン被形成体Ｓにテンションをかけながら搬送して直接描画することが好ましい。
また、本発明の微細パターン形成方法では、上述のように対向電極４７上に描画されたパターンを、別のパターン被形成体に転写することにより、微細パターンを形成してもよい。
【００７１】
図１６は、本発明の微細パターン形成方法の他の実施形態を説明するための図であり、本発明の微細パターン形成装置６１を使用した例である。図１６において、まず、微細パターン形成装置６１（図示例では、シリコン基板６２のみを示す）をパターン被形成体Ｓの所定位置に配置し、主電極に所定の電圧を印加した状態で、インキ流路から供給された一定量のインキを各微細孔６３を介してパターン被形成体上に吐出させることによりパターンを形成する。尚、図示例では、パターン被形成体Ｓは少なくとも表面が導電性を有し、接地された対向電極を兼ねている。また、紙やフィルムのような薄い電気絶縁体をパターン被形成体Ｓとすることもでき、この場合、薄い電気絶縁体を載置するための基板等が接地された対向電極とされる。対向電極は、電気的に接地状態および浮遊状態のいずれであってもよいが、より細いラインを描画するには、接地状態が好ましい。
【００７２】
その後、パターン被形成体Ｓを矢印Ａ方向に所定の距離搬送させ、同様のパターン形成を行う。このような操作の繰り返しにより、パターン被形成体Ｓ上には、所望のパターン６５が形成できる。尚、微細パターン形成装置６１のシリコン基板６２とパターン被形成体Ｓとの間隙は、５０〜５００μｍ程度の範囲で設定することができる。
次に、上述のようにパターン形状で描画されたインキを加熱することにより、超微粒子の表面を被覆している分散剤を捕捉物質によって除去する。加熱処理は上述と同様にして行うことができ、この加熱処理により捕捉物質が活性化し、化学的に分散剤を超微粒子表面から除去するとともに、周囲の樹脂バインダーが硬化収縮することで、超微粒子同士が密着して微細パターンが形成される。
【００７３】
また、微細パターン形成装置６１における複数の微細孔６３から構成されるパターン６５を、例えば、プリント配線板の導体パターンとしておき、インキとして導体ペーストを用いることにより、フォトリソグラフィー法によらず簡便にプリント配線板を製造することができる。この場合、主電極は、上述の図２、図４に示した枠形状の電極とし、この対向電極の下方にプリント配線板を位置させてパターン形成を行うことができる。
尚、本発明の微細パターン形成方法では、上述のように対向電極上に描画されたパターンを、別のパターン被形成体に転写することにより、微細パターンを形成してもよい。
【００７４】
上述の微細パターン形成方法は本発明の一例であり、上述のようなインキを使用し、例示したような微細パターン形成装置を使用することにより種々の態様で微細パターンを形成することができる。
本発明の微細パターン形成方法は、プリント配線板の導体パターン形成、種々の絶縁パターン形成等に応用できる。
【００７５】
【実施例】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
微細パターン形成装置の作製
表面をＲＣＡ洗浄したシリコン基板（直径３インチ、厚み２００μｍ、片面研磨、結晶方位＜１００＞、線膨張係数＝２．６×１０^-6／Ｋ）を準備した。このシリコン基板の全面に低圧ＣＶＤ法により珪素窒化物層を０．１μｍの厚みで形成した。その後、シリコン基板の一方の面の珪素窒化物層上にスパッタリング法によりアルミニウム薄膜を０．２μｍの厚みで形成した。
【００７６】
次いで、アルミニウム薄膜上に感光性レジスト（シプレイ（株）製Micro Posit Ｓ１８１８）を塗布し、所定のフォトマスクを介して露光、現像することにより、レジストパターンを形成した。その後、このレジストパターンをマスクとしてアルミニウム薄膜をアルミニウムエッチャント（混酸アルミ）でエッチングし、上記のレジストパターンを除去して、微細開口（直径２０μｍの円形開口）が１２０μｍのピッチで同一直線上に４２個形成された金属パターンを形成した。次に、金属パターンをマスクとしてシリコン基板に対してＩＣＰ−ＲＩＥ(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)エッチングによるディープエッチングを行い、シリコン基板に貫通微細孔（直径２０μｍ）を穿設した。
【００７７】
次いで、金属パターンを硫酸過水（硫酸：過酸化水素水＝１：１）により剥離除去し、シリコン基板を下記の条件で熱酸化炉内で酸化することにより、貫通微細孔の壁面に厚み５０００〜１００００Å程度の珪素酸化物層を形成した。
（熱酸化条件）
・加熱温度 ： １０５０℃
・水素ガス供給量 ： １ｓｌｍ
・酸素ガス供給量 ： １ｓｌｍ
・加熱時間 ： 約１５時間
【００７８】
次に、金属パターンが設けられていたシリコン基板の面からＩＣＰ−ＲＩＥ(Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching)によるドライエッチングを行い、珪素窒化物層を除去し、さらに、シリコン基板をエッチングして、貫通微細孔内壁に形成されている珪素酸化物層が長さ１００μｍ露出したところでドライエッチングを停止した。
上述の工程により、シリコン基板のエッチング側に、シリコン基板の微細孔に連通した珪素酸化物からなる微細ノズルが形成された。この微細ノズルは、先端部の開口直径１９μｍ、そのバラツキが±１μｍ、形成ピッチ１２０μｍであり、極めて精度の高いものであった。
【００７９】
次に、１２０μｍピッチで同一線上に４２個形成された微細孔を囲むように、シリコン基板の表面にアルミニウム箔を加工した主電極を配設した。尚、この主電極とシリコン基板との間には、絶縁のためのポリイミド層（厚み７０μｍ）を設けた。
次に、フランジ部と開口部の形成加工を行ったポリエーテルエーテルケトン樹脂製の支持部材を、エポキシ系接着剤によりシリコン基板の表面（微細ノズルの非形成面）の周辺部の珪素窒化物層上に固着した。
次に、支持部材の開口部に樹脂製パイプのインキ流路を接続し、この樹脂製パイプの他端をインキ供給装置（ＥＦＤ（株）製１５００ＸＬ）を接続した。
【００８０】
一方、上記のシリコン基板の裏面に対向するように、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を表面に備えたガラス基板（対向電極を兼ねるパターン被形成体）を配置し、かつ、接地した。このガラス基板のＩＴＯ電極表面からシリコン基板のノズル先端までの距離を２５０μｍとし、ガラス基板に対して平行にシリコン基板を走査可能とした。これにより微細パターン形成装置を得た。
【００８１】
パターン形成用のインキ調製
超微粒子として銀の超微粒子、分散剤として高級アミン（ドデシルアミン）、有機バインダーとしてレゾール型フェノール樹脂（群栄化学（株）製ＰＬ−２２１１）、捕捉物質として酸無水物（メチルヘキサヒドロ無水フタル酸）、溶剤としてテトラデカンを含有する１８種のインキ（インキ試料１〜１８）を下記の方法により調製した。
（インキ調製方法（インキ試料１〜１０））
銀超微粒子１００重量部当たり分散剤１重量部とした各種平均粒子径の銀超微粒子１００重量部に対して、有機バインダー５重量部、捕捉物質０．４５重量部を添加、混合し、溶剤を用いてインキ粘度を１００ｃｐに調整した。
（インキ調製方法（インキ試料１１〜１８））
銀超微粒子１００重量部当たり分散剤２重量部とした平均粒子径１０ｎｍの銀超微粒子１００重量部に対して、有機バインダー５重量部、捕捉物質０．９重量部を添加、混合し、溶剤を用いて表１に示すインキ粘度に調整した。
【００８２】
このように調製した各インキに含有される超微粒子の平均粒子径、インキ粘度、超微粒子の含有量、有機バインダーの含有量を下記の表１に示した。尚、インキ粘度の測定は、Ｂ型粘度計（２０℃）およびＥ型粘度計（２５℃）を用いて行った。
【００８３】
【表１】

【００８４】
微細パターンの形成
上述のように作製した微細パターン形成装置の主電極に、電源（ファンクションジェネレータ、アンプ（×１０００）、オシロスコープで構成した）から電圧（直流１ｋＶ）を印加し、シリコン基板を対向電極（ＩＴＯを備えたガラス基板）に対して走査（速度２５０ｍｍ／秒）させた。次いで、インキ供給装置から圧力をかけずにインキをシリコン基板に供給し、ノズルからインキを吐出させてストライプ形状のパターンを直描した。その後、ガラス基板を２５０℃のオーブン中に６０分間入れてインキに加熱処理を施してストライプ状のパターンを形成した。
【００８５】
この結果、含有する銀超微粒子の平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲であり、粘度が１〜１００００ｃｐの範囲であるインキ試料２〜８、インキ試料１２〜１７を用いたパターン形成では、線幅１０±２μｍの微細なストライプ形状パターンの形成が可能であり、特に粘度の高いインキ（インキ試料１５〜試料１７）では、更に線幅が１．５±０．５μｍまでの微細なストライプ形状パターンの形成が可能であった。また、これらのパターンは、いずれも比抵抗が３×１０^-6〜５×１０^-6Ωｃｍ以下であり、優れた導電性を備えることが確認された。
【００８６】
しかし、平均粒子径が０．５ｎｍである銀超微粒子を含有するインキ試料１は、銀超微粒子の状態が不安定であるため、インキ内で銀超微粒子の凝集が生じ、ノズルの詰まり、吐出安定性の低下、ライン幅の不均一化等の問題が発生した。また、平均粒子径が１００ｎｍを超える銀超微粒子を含有するインキ試料９、１０を用いて形成された微細パターンは、パターン形状が乱れ、微細なラインアンドスペースでは、電気的なショート等の問題が生じた。
さらに、粘度が０．５ｃｐであるインキ試料１１を用いて形成された微細パターンは、吐出されたインキがガラス基板に到達した後に濡れ広がるため、１０μｍ以下の微細パターンの形成が困難であった。また、粘度が１００００ｃｐを超えるインキ試料１８を用いて形成された微細パターンは、インキ吐出により描画されたパターンの厚みが厚くなりすぎ、上記加熱処理では不十分で更に長時間の加熱が必要となり、この加熱処理の間にパターン形状が崩れ、微細パターンの形成が困難であった。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば主電極と対向電極間に形成される電界と供給時の低圧力とによりシリコン基板の微細孔からインキが吐出されてパターン被形成体上に付着して直接描画がなされ、インキが含有する超微粒子の平均粒径が極めて小さいので、パターン被形成体上に吐出されたインキ中における平面方向および厚み方向の超微粒子数が多く、その後の加熱によって分散剤が捕捉物質により除去され超微粒子同士が密着して信頼性の高い微細パターンが形成される。また、電界強度および／またはインキ供給圧を変えることによりインキの吐出幅と吐出量を制御して、高精度のパターン形成を簡便かつ安定して行うことができる。さらに、微細孔の表面側の開口部をテーパー形状あるいは多段形状の凹部とすることにより、インキの流路抵抗が低減され、より高粘度のインキを微量かつ高精度で吐出させることができるので、インキの超微粒子含有濃度を高くしても高精度のパターン形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において使用できる微細パターン形成装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】シリコン基板の表面側に配設された主電極を説明するための支持部材を取り除いた状態の平面図である。
【図３】本発明において使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。
【図４】シリコン基板の裏面側に配設された枠形状の主電極を説明するための背面図である。
【図５】本発明において使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明において使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。
【図７】本発明において使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。
【図８】本発明において使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。
【図９】図８に示される微細パターン形成装置の底面図である。
【図１０】本発明において使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す図であり、図１０（Ａ）は概略断面図、図１０（Ｂ）は底面図である。
【図１１】図１０に示される微細パターン形成装置の支持部材のＡ−Ａ線矢視における横断面図である。
【図１２】図１０に示される微細パターン形成装置の支持部材のＢ−Ｂ線矢視における横断面図である。
【図１３】図１０に示される微細パターン形成装置のインキ流路を示す斜視図である。
【図１４】本発明において使用できる微細パターン形成装置の他の例を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の微細パターン形成方法の一実施形態を示す斜視図である。
【図１６】本発明の微細パターン形成方法の他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，４１，５１，６１…微細パターン形成装置
２，１２，２２，３２，４２，５２，６２…シリコン基板
３，１３，２３，３３，４３，５３，６３…微細孔
３ａ，１３ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａ…開口部
３ｂ，１３ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ，５３ｂ…開口部
２３′ａ…テーパー形状の凹部
３３′ａ…多段形状の凹部
４，１４，２４，３４，４４，５４…珪素酸化物層
６，１６，２６，３６、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ…主電極
７，１７，２７，３７，４７，５７…対向電極
９，１９，２９，３９，４９，５９…インキ流路
１０，２０，３０，４０、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ…インキ供給装置
１５，２５，３５…ノズル
Ｓ…パターン被形成体

Claims (13)

1. 微細パターン形成装置からインキをパターン被形成体上に吐出させ、その後、インキを加熱することにより所望の微細パターンを形成する方法において、
   前記インキは、平均粒子径が１〜１００ｎｍの範囲内にある超微粒子と、該超微粒子の表面を被覆する分散剤と、有機バインダーと、１３０〜２５０℃の温度範囲での加熱により前記分散剤を超微粒子表面から除去する捕捉物質とを少なくとも含有するものであり、かつ、粘度が１〜１００００ｃｐの範囲内であり、前記分散剤は、窒素原子、酸素原子、および、イオウ原子の少なくとも１種を含む基であって、これら原子の有する孤立電子対により前記超微粒子を構成する元素と配位的な結合が可能な基を有する化合物であり、前記捕捉物質は、前記分散剤が含有する、窒素原子、酸素原子、および、イオウ原子の少なくとも１種を含む基に対して、加熱により反応性を発現する化合物であり、
   前記微細パターン形成装置は、シリコン基板と、該シリコン基板の表面から裏面に貫通するように設けられた複数の微細孔と、前記シリコン基板の表面側に配設された主電極と、前記シリコン基板の裏面側に所定の間隔を設けて配置された対向電極と、前記シリコン基板の表面側に配設された支持部材と、前記シリコン基板表面側の前記微細孔の開口部にインキを供給するためのインキ流路と、該インキ流路に接続されたインキ供給装置とを備え、主電極に電圧を印加した状態で、インキ流路から低圧力で供給されたインキを各微細孔を介して吐出させることを特徴とする微細パターンの形成方法。
2. 主電極に印加する電圧を調整して、インキ吐出幅および吐出量を制御することを特徴とする請求項１に記載の微細パターンの形成方法。
3. 前記インキは、粘度が１００〜１００００ｃｐの範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細パターンの形成方法。
4. 前記超微粒子は、金、銀、銅、錫、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、タングステン、ニッケル、タンタル、ビスマス、鉛、インジウム、亜鉛、チタンの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
5. 前記微細パターン形成装置は、前記シリコン基板裏面側の前記微細孔の開口部にノズルが突設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
6. 前記微細孔の壁面は珪素酸化物層を有し、前記ノズルは珪素酸化物からなることを特徴とする請求項５に記載の微細パターンの形成方法。
7. 前記微細パターン形成装置は、前記対向電極がドラム形状および平板形状のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
8. 前記微細パターン形成装置は、前記微細孔の開口径が１〜１００μｍの範囲内、前記微細孔の形成ピッチが２〜１０００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
9. 前記ノズルの突出長は、１０〜４００μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
10. 前記微細パターン形成装置は、前記シリコン基板表面側の前記微細孔の開口部がシリコン基板表面側に広がったテーパー形状凹部であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
11. 前記微細パターン形成装置は、前記シリコン基板表面側の前記微細孔の開口部がシリコン基板表面側に広がった多段形状凹部であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
12. 前記微細パターン形成装置は、前記微細孔が２以上のグループに分けられ、各微細孔グループごとに別個のインキ流路を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の微細パターンの形成方法。
13. 各微細孔グループごとに別個の主電極を備えることを特徴とする請求項１２に記載の微細パターンの形成方法。

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