JPH07314664A - 材料層を付着する方法 - Google Patents

材料層を付着する方法

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JPH07314664A
JPH07314664A JP7116782A JP11678295A JPH07314664A JP H07314664 A JPH07314664 A JP H07314664A JP 7116782 A JP7116782 A JP 7116782A JP 11678295 A JP11678295 A JP 11678295A JP H07314664 A JPH07314664 A JP H07314664A
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acoustic
resist
receptor
substrate
layer
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JP7116782A
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Calvin F Quate
カルビン・エフ・クウェート
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Original Assignee
Xerox Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 受容体上に一つ以上の材料層を付着する新し
い方法、特に、材料を節約することができ受容体の選択
された区域のみに材料を付着する方法を提供すること。 【構成】 集束された音響エネルギを使用して液体（液
滴１２）を放出する音響的液滴放出器１０１を使用して
受容体（基体１０２）上に特定の厚みで材料層（レジス
ト１４）を付着する方法であって、音響的液滴放出器に
より放出された液体が受容体上に付着されるように音響
的液滴放出器と受容体を方向付けるステップと、受容体
上に特定の材料厚みが形成されるまで音響的液滴放出器
を使用して液体を放出するステップとからなる方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音響的に放出された
（ａｃｏｕｓｔｉｃａｌｌｙ ｅｊｅｃｔｅｄ）液滴を
使用する材料層の付着に関する。
【０００２】
【従来の技術】現代の製造プロセスは、しばしば、受容
体上に一つ以上の材料層の付着を必要とする。たとえ
ば、大部分の半導体製造プロセスは、（フォトレジスト
や電子レジストのような）レジストを基体上に付着する
ことを必要とする。次いで、フォトリソグラフィ技術を
使用することにより、レジスト層の選択された区域を取
り除くことができ、下にある基体に後続する（金属膜付
着のような）処理を受けさせて、複雑な半導体デバイス
を形成することができる。
【０００３】半導体製造は、材料層の付着を必要とする
重要な製造プロセスであるが、それだけではないことは
確かである。他の例は、可撓性ケーブルの生産において
使用されるような、プリント回路基板上への溶融はんだ
の付着、触媒の付着、及び、三次元構造を生成するため
の、高温溶融ワックスのような、材料の付着を含む。
【０００４】三次元構造を生成するような、或る製造プ
ロセスでは、受容体の制御された区域を覆う材料の付着
を必要とする一方、半導体製造のような他のプロセスで
は、付着された層は、受容体の表面全体を覆って単純に
均一に形成することができる。受容体の表面全体を覆う
均一な層を形成することは、受容体の選択された区域を
覆う層を形成するよりも通常簡単であるが、簡単な場合
であっても問題はある。基体上へのレジストの付着は、
これらの問題の幾つかを説明することになる。
【０００５】レジストは、通常、スピンコーティングと
呼ばれるプロセスを使用して基体に塗布される。典型的
なスピンコーティングは、基体を覆う液体レジストの比
較的厚い層の配置から始まる。これは、ゆっくり回転す
る基体の中心の上に液体レジストを注ぐことにより達成
される。基体が回転するに従って、レジストは基体を覆
って拡がる。基体がレジストで完全に被覆された後に、
過剰のレジストは基体の上からその縁部に向けて流され
る。最後に、基体は高速度で回転されて過剰レジストの
液滴は基体から振り飛ばされ、レジストの薄い均一な層
だけが残される。レジストの溶剤が充分に蒸発した後
で、レジストは固化され、回転が停止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】スピンコーティング
は、充分に開発されたプロセスではあるが、大部分のレ
ジストは基体から振り飛ばされるのでレジストが無駄で
あるという問題がある。他の問題は、基体から振り飛ば
された大きな液滴が基体に戻って既存のレジスト層を乱
すことを防止するために細心の注意を払わなければなら
ないということである。第３の問題は、最近のレジスト
を含む化学薬品が招く結果である。これらの化学薬品の
多くは毒性を有し、作業者の健康及び環境の双方にとっ
て危険である。したがって、使用されるレジストの量は
少ない方が望ましい。これに加えて、スピンコーティン
グは、基体の選択された位置の層に容易に塗布すること
ができない。スピンコーティングを使用しようとした場
合には、（３次元構造である）多レベル付着は容易に形
成できないので、これは大きな欠点である。
【０００７】或るカラー・フィルタ製造技術におけるよ
うな、広い区域を覆って材料が付着された他の用途にお
いては、付着された材料は高価である。付着される材料
の量を減らす技術が有益である。
【０００８】先に説明したように、受容体の選択された
区域を覆って材料を付着することの困難性は、表面を単
純に完全に付着する場合に比べて大きい。たとえば、或
る人はスピンコーティングを容易に使用することができ
ない。更に、受容体の選択された区域を覆って層を付着
する特定の技術が一旦開発されると、覆われるべき区域
におけるどのような変更も実施することが困難となるお
それがある。
【０００９】したがって、受容体上に一つ以上の材料層
を付着する新しい方法、特に、材料を節約することがで
き受容体の選択された区域のみに材料を付着することが
できる方法が有益である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、所望の層が形
成されるまで、受容体の上に材料の液滴を音響的に放出
することにより、材料層を付着する方法である。好適に
は、この方法は音響的印刷に関する。
【００１１】
【実施例】本発明の他の観点は、以下の説明が進むに連
れて図面を参照して明らかになるであろう。
【００１２】図において、同じ番号は同じ要素を示す。
これに加えて、以下に続くテキストは、図面に関して各
種の方向性のある指示（頂部と底部のような）を使用す
るが、これは本発明の理解の助けとなることを意図する
ものであって、これに限定するものではない。
【００１３】記録媒体に記録するために各種の印刷技術
が開発されてきた。たとえば、サーマル・インク・ジェ
ット印刷は、素子を急速に加熱してノズルから泡を放出
させることにより動作する。他の従来技術の印刷技術
は、圧電インク・ジェットである。圧電インク・ジェッ
ト・プリンタにおいては、電圧が液体中の圧電素子を膨
張させ、これにより液滴をノズルから押し出す。ノズル
を使用したプリンタは、詰まり易いことに注意すべきで
ある。ノズルを使用したプリンタの他の問題は、適正な
価格で多数の非常に小さな精密に配置されたノズルを得
ることが困難であることである。この理由により、ノズ
ルを使用したプリンタは、典型的には、記録媒体を横切
ってラスター状に移動する比較的小さな印刷ヘッドを使
用する。
【００１４】印刷の際には、主要な目標は、記録媒体の
所定の区域を覆う記録液体を付着することである。これ
に対して、受容体上に材料の均一な層を付着する際に
は、目標は、受容体を覆って所定の厚みで材料の滑らか
な均等な層を付着することである。
【００１５】多くの他のプリンタ技術があるが、本発明
の重要性は音響的印刷にある。音響的印刷においては、
集束された音響的エネルギが液滴を記録液体の自由表面
から記録媒体上に放出する。音響的プリンタはノズルを
使用しないので、それらは詰まり難い。更に、音響的プ
リンタは、それぞれが非常に小さな液滴を放出する数千
の密集して詰め込まれた液滴放出器を形成できるフォト
リソグラフィ技術を使用して製造することができる。
【００１６】本発明者は、広範囲の材料の液滴の音響的
放出が可能であることを見いだした。本発明者は、音響
的印刷技術による高液滴放出器密度と小液滴サイズが、
受容体上に各種材料の滑らかで制御された層を製造する
ことが可能であることも認識した。音響的液滴放出器か
らの液滴の寸法は比較的一定であるので、所定の厚みの
実質的に均一な層を形成することができる。
【００１７】これに対して、容易に達成可能な比較的低
密度の液滴放出器と組み合わされたノズルを使用した印
刷技術の詰まり易い傾向は、材料層の形成のためのノズ
ルを使用したプリンタの実用性を制限するものであると
思われる。
【００１８】本発明の原理は、基体上にレジストの均一
な層を音響的に付着する商用的に重要な実施態様の検討
の後で明確になるであろう。ここで、典型的な音響的液
滴放出器１０を示す図１を参照する。図１は、レジスト
１４の液滴１２の放出の直後で、レジスト１４の自由表
面１８上の盛り上がり１６が弛緩する前の液滴放出器１
０を示す。
【００１９】盛り上がり１６の形成とこれに続く液滴１
２の放出は、ＺｎＯトランスジューサ２０により生成さ
れた音響的な力により生じた圧力の結果である。音響的
な圧力を発生させるために、ＲＦ駆動エネルギがＺｎＯ
トランスジューサ２０にＲＦ駆動源２２から底部電極２
４と頂部電極２６を介して印加される。トランスジュー
サからの音響エネルギは、ベース２８を通過して音響レ
ンズ３０に至る。音響レンズは、その受け取った音響エ
ネルギを、レジスト１４の自由表面１８にある、或い
は、その近傍にある小さな集束区域に集束する。レジス
トの自由表面に対して充分に且つ適正に音響ビームのエ
ネルギが与えられると、盛り上がり１６が形成され、こ
れに続いて液滴１２が放出される。
【００２０】更に図１を参照すると、音響レンズ３０か
らの音響エネルギは、減衰量が比較的少ない液体で満た
された液体セル３２を通過する。液体セル３２の底部
は、ベース２８により形成され、液体セルの側部は、頂
部板３４内の開口の表面により形成され、液体セルの頂
部は、音響的に薄い蓋状構造３６により封止される。
「音響的に薄い」とは、蓋状構造の厚みが、印加された
エネルギの波長よりも短いことを意味する。
【００２１】液滴放出器１０は、更に、レジスト１４を
保持する蓋状構造３６の上方に位置する溜部３８を含
む。図１に示されるように、溜部は、側壁４２により境
界が規定される開口４０を含む。開口４０は、液体セル
３２の軸上に整列していることに注意すべきである。側
壁４２は、そこをレジストが通過する複数のポート孔４
４を含む。加圧手段４６は、蓋状構造３６の上方に自由
表面１８を有するレジストの液体溜まりを生成するよう
に、レジスト１４をポート孔４４を通して押しやる。
【００２２】液滴放出器１０は、レジストの自由表面１
８が音響的な集束区域にある、或いは、その近傍にある
ように寸法が決められる。蓋状構造３６は音響的に薄い
ので、音響エネルギは容易に蓋状構造を通過して上に被
せられたレジストに至る。
【００２３】第２の実施態様の音響的液滴放出器５０が
図２に示される。液滴放出器５０は、音響的に薄い蓋状
構造３６により封止された液体セル３２を持っていな
い。それは、レジスト１４で満たされた溜部も、（加圧
手段のような）溜部に関連したどのような素子も持って
いない。むしろ、音響エネルギは、音響レンズ３０から
直接レジスト１４に至る。しかしながら、液滴１２は、
レジストの自由表面１８上に形成された盛り上がり１６
から依然放出される。
【００２４】音響的液滴放出器５０は、音響的液滴放出
器１０よりも概念的に単純であるが、液滴放出器５０の
レジストが通過する経路長が長くなると、過剰な音響的
減衰を招き、液滴放出のためにより大きな音響パワーを
必要とすることに注意すべきである。
【００２５】他の音響的液滴放出器と同様に、付着層を
形成する液滴放出器を、フォトリソグラフィ技術を使用
して、多数回、多分数千回も複製することができる。
【００２６】図３は、個別の液滴放出器１０１のアレイ
１００を示し、その中の五つは、レジスト１４の液滴１
２を基体１０２の上に放出する。図４は、材料の音響的
付着、パターニングの興味ある応用を示す。音響的印刷
においては、液滴放出器の個々の一つ或いはグループ
は、受容体の上に所定のパターンに付着するように制御
することができる。
【００２７】個別の液滴放出器のアレイからの放出を、
図３に示されるように（また、音響的印刷におけるよう
に）制御して、基体上にレジストの“像”を生成するこ
とができるが、これは半導体製造においては必ずしも必
要ではない。図４は、全ての液滴放出器が液滴１１３を
放出した場合にレジスト１１４の滑らかで均一な被覆が
製造されるように、基体１１２と一部重なるアレイ１１
０を示す。
【００２８】或る製造応用においては、レジスト層を充
分に薄く良好に制御して製造することができ、後続する
スピンコーティングは必要でない。しかしながら、図４
及び図５に示されるように、基体１１２は回転マウント
１１６に取り付けることができる。必要であれば、レジ
スト層の付着の後で（図４に示されるように）、回転マ
ウント１１６を図５に示されるように回転させて、レジ
スト１１４からスピンコートされたレジスト層１１８を
製造することができる。回転の間に、過剰レジストの小
さな液滴１２０は振り飛ばされる。従来技術に対する図
４及び図５に示されるスピンコート法の利点は、本発明
の原理を使用するとき、回転に先立って最初のレジスト
の付着を滑らかに且つ薄く行うことができることであ
る。これにより材料の無駄が減少し、その結果、従来技
術のスピンコート・プロセスにおける安全の環境の問題
が減少する。これに加えて、最初に付着されたレジスト
層が薄い場合には、より少ないレジストの液滴が基体か
ら振り飛ばされ、したがって、振り飛ばされた液滴が基
体に戻るのを防止するために費やされる努力が少なくて
済む。
【００２９】図１及び図２を参照して説明された個別の
音響的液滴放出器と、図４及び図５に関したそれらの用
途は、液滴を「放出する」として説明されている。ここ
で使用されているような液滴放出は、材料の表面から液
滴を押し出すことを意味していることが理解されるべき
である。音響的インク・ジェット印刷のような、他の状
況においては、液滴放出は、液滴が特定の経路に沿って
移動するような方法で材料の表面から液滴を離れさせる
ことを度々意味する。図５に関連して説明されたような
レジストの付着のような或る材料の付着用途での差は、
液滴がとる経路が殆ど重要でないことである。たとえ
ば、音響的液滴放出器のアレイのトランスジューサを、
短時間のＲＦパルスで強く駆動することにより、基体上
に材料の層を形成するのに使用することができる霧が生
成される。
【００３０】本発明の使用は、基体上にレジストを付着
すること以外にも及ぶことが理解されるべきである。た
とえば、図６は、ガラス受容体２０６の上に付着された
ポリイミドのセクション２００から２０２の三つのセク
ションの断面図を示す。セクションのそれぞれは、カラ
ー・フィルタとして使用することができる赤、青、及び
緑のような異なった色である。
【００３１】本発明は、３次元構造を生成するためにも
使用することができる。たとえば、図７は、複数の銅箔
パターン３０２を有するプリント回路基板３００を示
す。銅箔パターンを覆って、銅箔パターン３０２を保護
する保護ウレタン被覆３０４が付着される。
【００３２】図８は、付着の繰り返しにより形成される
更に複雑な３次元構造を示す。最初に、可変厚みの第１
の金属層４００、すなわち、はんだが、基体４０２上に
付着される。図８に示されるように、本発明の原理は、
非均一な厚みの層を生成するのに適用することができ
る。図８は、第１の金属層４００を覆って選択的に付着
されたポリマー層４０４も示す。ポリマー層４０４の頂
部には、第２の金属層４０６、すなわち、再度はんだが
付着される。勿論、他の実施態様においては、各種の層
４００、４０４、及び４０６を同じ材料とすることがで
きる。本質的に、本発明の原理は広範囲の材料を使用し
て３次元構造を生成するために適用することができる。
【００３３】図１及び図２に示される音響的液滴放出器
は、広範囲な材料及び液滴サイズに有用であると思われ
る。しかしながら、比較的低い周波数（たとえば、５０
ＭＨｚ）においては、ＺｎＯ音響的トランスジューサは
実施するのが困難になる。したがって、ニオブ酸リチウ
ム（ＬｉＮｂＯ3 ）のような、或いは、ＰＶＦ2 のよう
な圧電ポリマーやＰＺＴの代替材料から作られたトラン
スジューサが有益である。更に、図１及び図２に示され
た液滴放出器は、トランスジューサからのエネルギをベ
ースを通して通過させるが、これは必要ではない。Ｌｉ
ＮｂＯ3 のトランスジューサを使用し、音響エネルギを
ベースに通さない代替の液滴放出器４９８が、図９及び
図１０の助けを借りて以下に説明される。
【００３４】図９において、ＬｉＮｂＯ3 の圧電板５０
２を含む平面状表面の音響トランスジューサ５００は、
集束された音響エネルギを、液滴５０６として放出され
るべき材料５０４を介して円錐部５０３に発射する。材
料５０４は、材料の自由表面５１０が音響エネルギの集
束区域に、或いは、その近傍となるように、容器５０８
内に保持される。音響トランスジューサが音響エネルギ
を放射するとき、そのエネルギは、液滴を自由表面から
放出させる。
【００３５】ここで図１０を参照すると、音響トランス
ジューサ５００は、圧電板５０２と、一対の多素子環状
電極、すなわち、圧電板の上側表面上で互い違いに差し
込まれた関係でほぼ同心円状に付着された電極５１２と
５１４とから成る。ＡＣ電源５１６が電力を電極５１２
と５１４に供給するとき、半径方向に伝搬する位相が揃
ったレーリー波が、圧電板５０２の表面の上に圧電的に
生成される。材料５０４が非圧縮性であり、圧電板を通
過する音が比較的低速であるので、表面波は、位相の揃
った縦方向の音響エネルギのほぼ環状のパターンを、板
の表面に対して所定の正確な角度で材料の中に漏洩させ
る。すなわち、縦方向の音響エネルギが集束される。
【００３６】前記のことから、本発明の原理の多くの修
正や変形が当業者にとって明らかであろう。したがっ
て、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲で規定される
べきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レジストの液滴を放出する単一の音響的液滴
放出器の第１の実施態様の図である。
【図２】 レジストの液滴を放出する単一の音響的液滴
放出器の第２の実施態様の図である。
【図３】 それぞれが図１或いは図２に関し、所定のパ
ターンに層を形成するように、制御された状態で基体上
にレジストを付着する、音響的液滴放出器のアレイの図
である。
【図４】 基体上にレジストを放出する音響的液滴放出
器のアレイの図である。
【図５】 レジストの薄い均一な被覆を形成するために
回転されるレジストと基体の図である。
【図６】 ガラス基体上に付着されたレジストの一部切
欠図である。
【図７】 本発明の原理を使用して形成された３層構造
の一部切欠図である。
【図８】 本発明の原理を使用して形成された複合３層
構造の一部切欠図である。
【図９】 代替実施態様の液滴放出器の概略図である。
【図１０】 図９の音響的液滴放出器のトランスジュー
サ／集束素子の平面図である。
【符号の説明】
１０ 音響的液滴放出器 １２ 液滴 １４ レジスト １６ 盛り上がり １８ 自由表面 ２０ トランスジューサ ２２ ＲＦ駆動源 ２４ 底部電極 ２６ 頂部電極 ２８ ベース ３０ 音響レンズ ３２ 液体セル ３４ 頂部板 ３６ 蓋状構造 ３８ 溜部 ４０ 開口 ４２ 側壁 ４４ ポート孔 ４６ 加圧手段 ５０ 音響的液滴放出器 １００ アレイ １０１ 液滴放出器 １０２ 基体 １１０ アレイ １１２ 基体 １１３ 液滴 １１４ レジスト １１６ 回転マウント １１８ レジスト層 １２０ 液滴 ２００〜２０２ セクション ２０６ ガラス受容体 ３００ プリント回路基板 ３０２ 銅箔パターン ３０４ ウレタン被覆 ４００ 第１の金属層 ４０２ 基体 ４０４ ポリマー層 ４０６ 第２の金属層 ４９８ 液滴放出器 ５００ トランスジューサ ５０２ 圧電板 ５０３ 円錐部 ５０４ 材料 ５０６ 液滴 ５０８ 容器 ５１０ 自由表面 ５１２，５１４ 電極 ５１６ ＡＣ電源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集束された音響エネルギを使用して液体
    を放出する音響的液滴放出器を使用して受容体上に特定
    の厚みで材料層を付着する方法であって、 音響的液滴放出器により放出された液体が受容体上に付
    着されるように音響的液滴放出器と受容体を方向付ける
    ステップと、 受容体上に特定の材料厚みが形成されるまで音響的液滴
    放出器を使用して液体を放出するステップとからなる方
    法。
JP7116782A 1994-05-18 1995-05-16 材料層を付着する方法 Pending JPH07314664A (ja)

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