JPWO2013150747A1 - パターン形成方法及びデバイス、デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができ、製造コストの削減を図ることのできるパターン形成方法及びデバイス、デバイスの製造方法を提供する。溶媒及び金属粒子を含む液体材料をノズルから吐出し、被パターン形成体上に着滴させてパターンを形成するパターン形成方法であって、前記液体材料の粘度は、前記ノズルから吐出する前の粘度が、前記被パターン形成体上への着滴時の粘度より低い。

Description

本発明は、パターン形成方法及びデバイス、デバイスの製造方法に関する。

従来から、例えば、金属粒子等を溶媒中に分散させた液体材料（インク）をノズルから吐出し、被パターン形成体上に着滴させて導体パターン又は絶縁体パターン等のパターンを形成するパターン形成方法、例えば、インクジェット方式によるパターン形成方法、又は、ディスペンサ方式によるパターン形成方法等が知られている。また、このようなパターン形成方法を用いて、ガスセンサの導体パターン等を形成することも知られている。

また、例えば、記録液として、常温で粘度の高いＵＶインクを使用したインクジェットプリンタでは、記録ヘッド内のＵＶインクを加熱してその粘度を低下させ、ＵＶインクが着滴してパターンが形成される被パターン形成体の冷却を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。但しこの技術は、長期間にわたって印刷画像を消え難くするという、顔料からなるカラーインク特有の技術に関するものであり、金属粒子等を含む液体材料を用いて導体パターン等を形成する技術に関するものではない。

特開２００３−１４５７２８号公報

上記した従来の技術のうち、溶媒及び金属粒子等を含む液体材料をノズルから吐出し、被パターン形成体上に着滴させてパターンを形成するパターン形成方法では、液体材料が被パターン形成体上に着滴した後、液体材料中の溶媒が残留する間に液体材料中に含まれる金属粒子の流動が起こり、溶媒の蒸発が優位に起こる部分に金属粒子が集中する等して、金属粒子の分布が不均一になるという金属粒子を含有したインク特有の問題がある。

そして、例えば金属粒子を含む液体材料によって導体パターンを形成してデバイスを製造した場合、導体パターン中の金属粒子の分布の不均一化により、導体パターンの電気抵抗が増加（電気伝導度が低下）するという問題が発生する。またこれによって、導体パターンの電気抵抗値を目的とする値まで低下させようとすると、液体材料中に含ませる金属粒子（白金等）の量を増大させる必要が生じ、製造コストが増大するという問題も生じる。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたものであり、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができ、製造コストの削減を図ることのできるパターン形成方法及びデバイスを提供することを目的とする。

本発明のパターン形成方法の一態様は、溶媒及び金属粒子を含む液体材料をノズルから吐出し、被パターン形成体上に着滴させてパターンを形成するパターン形成方法であって、前記液体材料の粘度は、前記ノズルから吐出する前の粘度が、前記被パターン形成体上への着滴時の粘度より低いことを特徴とする。

上記構成の本発明のパターン形成方法では、溶媒及び金属粒子を含む液体材料の粘度は、ノズルから吐出する前の粘度が、被パターン形成体上への着滴時の粘度より低いとされる。なお、「着滴時の粘度」とは、液体材料の液滴が被パターン形成体上へ着滴して、液体材料の液滴の温度が被パターン形成体の温度と略同一（例えば、液滴と基板３の温度との温度差が±１℃以下程度）になった時の粘度を示す。この場合、液体材料の液滴が被パターン形成体上へ着滴してから少なくとも１秒以下の時間で液滴の温度が被パターン形成体の温度と略同一になり、一般的にはミリ秒のオーダー、若しくは、マイクロ秒のオーダーの時間で液滴の温度が被パターン形成体の温度と略同一になる。

上記のように、液体材料の粘度を、ノズルから吐出する前は低く、被パターン形成体上への着滴時には高くなるように制御することによって、着滴後に液体材料中の溶媒が残留する間の液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くし、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。

上記構成の本発明のパターン形成方法は、前記被パターン形成体上へ着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

上記のように、着滴時の液体材料の粘度を、２５ｍＰａ・ｓ以上となるように制御することによって、ノズルからの液体材料の吐出を再現性良く良好な状態に維持することができる。

上記構成の本発明のパターン形成方法は、前記ノズルから吐出前の前記液体材料を第１の温度に保つ第１工程と、前記被パターン形成体を前記第１の温度より低い第２温度に保つ第２工程と、前記ノズルから吐出した前記液体材料を、前記被パターン形成体上に着滴させる第３工程と、前記被パターン形成体上に着滴した前記液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進する第４工程とを具備し、前記第３工程前における前記ノズルから吐出する前の前記液体材料の粘度が、前記第３工程後の前記被パターン形成体上への着滴時の粘度より低い構成とすることができる。

上記のように、第１工程で吐出前の液体材料を第１の温度に保ち、第２工程でパターン形成体を第１の温度より低い第２温度に保ち、この状態で、第３工程でノズルから吐出した液体材料を被パターン形成体上に着滴させることによって、液体材料の粘度を、第３工程前のノズルから吐出する時点では低く、第３工程後の被パターン形成体上に着滴した時点では高く維持することができる。これにより、着滴後の液体材料中の溶媒が残留する間における液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができ、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。さらに、第４工程で被パターン形成体上に着滴した液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進することによって、さらに、着滴後に液体材料中の溶媒が残留する間に液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができると共に、形成されたパターン中の金属粒子の分布をさらに均一化することができる。

また、上記構成の本発明のパターン形成方法は、前記第３工程後の前記被パターン形成体上への前記着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

上記のように、着滴時の液体材料の粘度を、２５ｍＰａ・ｓ以上となるように制御することによって、ノズルからの液体材料の吐出を再現性良く良好な状態に維持することができる。

上記構成の本発明のパターン形成方法では、第４工程における溶媒の蒸発の促進は、液体材料を加熱すること、又は周囲の雰囲気を減圧することによって行うことができる。また、上記構成の本発明のパターン形成方法では、インクジェット方式又はディスペンサ方式によって液体材料をノズルから吐出させることができる。

本発明のデバイスの一態様は、基板上にパターンが形成されたデバイスであって、前記基板上に上記のパターン形成方法によって前記パターンが形成されたことを特徴とする。これによって、例えば導体パターン形成時には、少量の導電性の金属粒子で、所定の電気伝導度を有する良好な導体パターンを形成することができ、製造コストの低減を図りつつ良好な性能のデバイスを得ることができる。

本発明のデバイスの製造方法の一態様は、溶媒及び金属粒子を含む液体材料をノズルから吐出し、基板上に着滴させてパターンを形成するパターン形成方法であって、前記液体材料の粘度は、前記ノズルから吐出する前の粘度が、前記基板上への着滴時の粘度より低いことを特徴とする。

上記構成の本発明のデバイスの製造方法では、溶媒及び金属粒子を含む液体材料の粘度は、ノズルから吐出する前の粘度が、基板上への着滴時の粘度より低いとされる。
上記のように、液体材料の粘度を、ノズルから吐出する前は低く、基板上への着滴時には高くなるように制御することによって、着滴後に液体材料中の溶媒が残留する間の液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くし、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。

上記構成の本発明のデバイスの製造方法は、前記基板上へ着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

上記のように、着滴時の液体材料の粘度を、２５ｍＰａ・ｓ以上となるように制御することによって、ノズルからの液体材料の吐出を再現性良く良好な状態に維持することができる。

上記構成の本発明のデバイスの製造方法は、前記ノズルから吐出前の前記液体材料を第１の温度に保つ第１工程と、前記基板を前記第１の温度より低い第２温度に保つ第２工程と、前記ノズルから吐出した前記液体材料を、前記基板上に着滴させる第３工程と、前記基板上に着滴した前記液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進する第４工程とを具備し、前記第３工程前における前記ノズルから吐出する前の前記液体材料の粘度が、前記第３工程後の前記基板上への着滴時の粘度より低い構成とすることができる。

上記のように、第１工程で吐出前の液体材料を第１の温度に保ち、第２工程で基板を第１の温度より低い第２温度に保ち、この状態で、第３工程でノズルから吐出した液体材料を基板上に着滴させることによって、液体材料の粘度を、第３工程前のノズルから吐出する時点では低く、第３工程後の基板上に着滴した時点では高く維持することができる。これにより、着滴後の液体材料中の溶媒が残留する間における液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができ、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。さらに、第４工程で被パターン形成体上に着滴した液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進することによって、さらに、着滴後に液体材料中の溶媒が残留する間に液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができると共に、形成されたパターン中の金属粒子の分布をさらに均一化することができる。

また、上記構成の本発明のデバイスの製造方法は、前記第３工程後の前記基板上への前記着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましい。

上記のように、着滴時の液体材料の粘度を、２５ｍＰａ・ｓ以上となるように制御することによって、ノズルからの液体材料の吐出を再現性良く良好な状態に維持することができる。

上記構成の本発明のデバイスの製造方法では、第４工程における溶媒の蒸発の促進は、液体材料を加熱すること、又は周囲の雰囲気を減圧することによって行うことができる。また、上記構成の本発明のデバイスの製造方法では、インクジェット方式又はディスペンサ方式によって液体材料をノズルから吐出させることができる。

本発明によれば、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができ、製造コストの削減を図ることのできるパターン形成方法及びデバイス、デバイスの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るパターン形成装置の構成を示す図。 着滴時粘度と温度との関係を示すグラフ。 焼成体抵抗値と金属粉末使用量との関係を示すグラフ。 本発明の実施形態に係るガスセンサ素子の構成を示す図。 本発明の実施形態に係る半導体デバイスの構成を示す図。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に用いるパターン形成装置１の概略構成を示している。図１に示すように、パターン形成装置１は、インクジェット方式を適用した印刷装置であって、基台２と、印刷ヘッド５と、ステージ６と、ヘッド移動機構８と、ステージ移動機構９と、制御部１０とからその主要部が構成されている。

印刷ヘッド５は、液体材料吐出用の複数のノズルが互いに一定の間隔を空けて配列されたインクジェットヘッドである。個々のノズルは、例えば５０８μｍのピッチで並列に配置されており、ノズルの数は、例えば１２８個設けられている。

また、印刷ヘッド５は、ピエゾ素子などの圧電素子を備えており、圧電素子への電圧の印加によってノズルからパターン形成のための液体材料（インク）を吐出させる。また、この印刷ヘッド５は、吐出前の液体材料の温度を調整するための温調機構（図示せず）を具備している。液体材料は、溶媒、例えばブチルカルビトールアセテートに対して、金属粒子、金属酸化物粒子、合金、バインダ、分散剤などを含有させて構成されている。
なお、「金属粒子」、「金属酸化物粒子」、「合金」は、いずれも特許請求の範囲に記載の「金属粒子」に相当するが、一般に「金属錯体顔料」と呼ばれる金属錯体は、本件特許請求の範囲に記載の「金属粒子」に相当しない。

ヘッド移動機構８は、動力源となる駆動モータや、この駆動モータにより駆動されるボールねじなどを有しており、さらにこのボールねじと基端部側で係合しかつ先端部側で印刷ヘッド５を支持するアーム部８ａを備えている。このようなヘッド移動機構８は、図１に示すように、アーム部８ａ先端の印刷ヘッド５を、主走査方向Ｙ１−Ｙ２に移動させる。

印刷ヘッド５の各ノズルは、印刷ヘッド５の主走査方向Ｙ１−Ｙ２と交差する方向に沿って、一定のピッチで配列されている。

ステージ６は、パターン７が形成される被パターン形成体としての基板３を設置するための基板保持部であり、ステージ６には、基板３の温度を調節するための温度調節機構（図示せず。）が配設されている。

基板３は、具体的には、矩形状の基板（子基板）を複数個取り（例えば４８個取り）するための親基板であり、最終的には個々の子基板に分断される。親基板である基板３は、矩形状の個々の子基板の長手方向を一方向に揃えた状態で一体的に構成されている。そして、親基板である基板３上の個々の子基板毎に、所定のパターン、例えば、長手方向に沿った向きのパターン７が印刷される。

ステージ移動機構９は、動力源となる駆動モータやこの駆動モータにより駆動されるボールねじなどを備えており、設置された基板３と共にステージ６を印刷ヘッド５の副走査方向Ｘ１−Ｘ２に移動させる。一方、上述したヘッド移動機構８は、ステージ６上の基板３表面に形成すべき導体パターン７の長手方向（主走査方向Ｙ１−Ｙ２）に沿って、基板３と印刷ヘッド５との相対的な位置を移動させる。

制御部１０は、印刷ヘッド５の圧電素子に対して液体材料をノズルから吐出させるための制御信号（電圧）を供給する。また、制御部１０は、図１に示すように、印刷ヘッド５を主走査方向Ｙ１−Ｙ２に移動させるための駆動信号をヘッド移動機構８の駆動モータに供給する。さらに、制御部１０は、ステージ６を印刷ヘッド５の副走査方向Ｘ１−Ｘ２に移動させるための駆動信号をステージ移動機構９の駆動モータに供給する。

上記構成のパターン形成装置１を用いて、本実施形態では、次のようにしてパターンを形成する。

すなわち、印刷ヘッド５の各ノズルから吐出される液体材料の粘度を、ノズルから吐出する前の粘度が、被パターン形成体である基板３上への着滴時の粘度より低く、かつ、基板３上への着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上となるようにして、パターンを形成する。

液体材料の粘度を上記のように制御することによって、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。これによって、例えば、液体材料に導電性の金属粒子を含ませて、導体パターンを形成する場合に、形成された導体パターンの電気抵抗が増大することを抑制することができ、液体材料に含ませる白金等の金属粒子の使用量を削減することができる。また、金属粒子の使用量削減に伴い、導電パターンの厚みを薄くすることが可能となる。

ここで、基板３上への「着滴時の粘度」とは、液体材料の液滴が基板３上へ着滴して、液体材料の液滴の温度が基板３の温度と略同一（例えば、液滴と基板３の温度との温度差が±１℃以下程度）になった時の粘度を示す。この場合、液体材料の液滴が基板３上へ着滴してから少なくとも１秒以下の時間で液滴の温度が基板３の温度と略同一になり、一般的にはミリ秒のオーダー、若しくは、マイクロ秒のオーダーの時間で液滴の温度が基板３の温度と略同一になる。

ところで、印刷ヘッド５の各ノズルから吐出される前の液体材料の粘度を、着滴時の粘度（２５ｍＰａ・ｓ以上）より低くする理由としては、印刷ヘッド５の各ノズルから液体材料を再現性よく確実に吐出させる目的で、各ノズルから吐出される液体材料の粘度は、２０ｍＰａ・ｓ程度以下に保つ必要があるためである。このため、本実施形態では、印刷ヘッド５の各ノズルから吐出される前の液体材料の粘度は、着滴時の粘度より低い粘度、例えば、１５〜２０ｍＰａ・ｓ程度に維持される。このような印刷ヘッド５内における液体材料の粘度の調整は、液体材料の温度を例えば４０℃程度に維持することによって行うことができる。

図２のグラフは、縦軸を着滴時粘度、横軸を温度として温度と液体材料の粘度との関係を測定した結果を示している。また、図２のグラフでは、有機系バインダの量が４．０（質量％）、４．５（質量％）、５．０（質量％）の場合を示している。なお、粘度の測定は、米国ブルックフィールド社製デジタル粘度計（型式：ＬＶＤＶ−２＋Ｐｒｏ、使用スピンドル：ＳＣ４−１８、測定条件：回転数１５０ｒｐｍ以下最大トルク値使用）によって行った。

図２のグラフに示されるように、液体材料は、温度が高くなるとその粘度が低下し、温度が低くなるとその粘度が増加する。また、液体材料は、有機系バインダの量が多くなるとその粘度が増大し、有機系バインダの量が少なくなるとその粘度が低下する。したがって、液体材料の粘度は、温度及び／または有機系バインダの量を変更することによって、調整することができる。

本実施形態では、上述した液体材料の粘度の制御を、主としてパターン形成装置１における印刷ヘッド５の各ノズルから吐出される前の液体材料の温度、及び、基板３が載置されるステージ６の温度を調節することによって行う。すなわちこの場合、印刷ヘッド５の各ノズルから吐出前の液体材料を第１の温度（例えば４０℃）に保つ第１工程と、被パターン形成体である基板３を第１の温度より低い第２温度（例えば２０〜２５℃）に保つ第２工程とを経た後に、印刷ヘッド５の各ノズルから吐出した液体材料を、被パターン形成体である基板３上に着滴させる第３工程とを実施することによって、上述した液体材料の粘度の制御を行う。これによって、着滴後の液体材料中の溶媒が残留する間における液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができ、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。

また、本実施形態では、必要に応じて、第３工程後に、被パターン形成体である基板３上に着滴した液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進する第４工程を行う。これによって、さらに、金属粒子の流動を起こり難くすることができると共に、形成されたパターン中の金属粒子の分布をさらに均一化することができる。なお、第４工程における溶媒の蒸発の促進は、例えば、基板３が載置されるステージ６の温度を調節することによって基板３に着滴した液体材料を加熱すること、又は真空ポンプ等の減圧装置で周囲の雰囲気を減圧すること等によって行うことができる。

以下、図１に示したパターン形成装置１を用いてパターンを形成した実施例及び比較例について説明する。

上記の有機系バインダの量が、４．０（質量％）、４．５（質量％）、５．０（質量％）の場合について、図１に示したパターン形成装置１を用いてステージ６の温度を変えてパターンを形成し、焼成後の外観の状態をＳＥＭによって観察した。なお、印刷ヘッド５の各ノズルから吐出される前の液体材料の温度は、４０℃に固定した。なお、この時の印刷ヘッド５の各ノズルから吐出される前の液体材料の粘度は、いずれも２０．０ｍＰａ・ｓ以下である。

この結果、バインダの量が、５．０（質量％）の場合、ステージ６の温度を２０℃とした場合（着滴時の粘度が４３．６ｍＰａ・ｓ）、ステージ６の温度を２５℃とした場合（着滴時の粘度が３５．２ｍＰａ・ｓ）、ステージ６の温度を３０℃とした場合（着滴時の粘度が２８．７ｍＰａ・ｓ）については、空隙の少ない緻密なパターンが形成されていることを確認できた。

一方、ステージ６の温度を５０℃とした場合（着滴時の粘度が１４．４ｍＰａ・ｓ）については、空隙の多い緻密でないパターンが形成されていた。換言すると、各ノズルから吐出される前の液体材料の粘度が、基板３上への着滴時の粘度よりも低いことで、空隙の少ない緻密なパターンが形成されていることが上記結果から確認できた。
このような外観観察によって緻密なパターンが形成されたものを○、間隙が多く緻密なパターンが形成されていないものを×として表し、着滴時の粘度とともに記載した表１を以下に示す。

表１に示されるように、液体材料の着滴時の粘度を２５ｍＰａ・ｓ以上とすることで、緻密なパターンを形成することができた。これは、着滴時の粘度がある程度高いため、ノズルからの液体材料の吐出を再現性良く良好な状態に維持することができると共に、液体材料中の溶媒が残留する間に液体材料中に含まれる金属粒子の流動が起こり難いからであると考えられる。なお、表１において、有機系バインダの量が、４．０（質量％）及び４．５（質量％）の場合は、ステージ温度が２０℃、２５℃の場合が実施例、３０℃、５０℃の場合が比較例である。また、有機系バインダの量が、５．０（質量％）の場合は、ステージ温度が２０℃、２５℃、３０℃の場合が実施例、５０℃の場合が比較例である。

図３のグラフは、図１に示したパターン形成装置１を使用し、白金粉末を含む液体材料によって導体パターンを形成し、焼成して導体パターンの抵抗値を測定した結果を示している。図３のグラフにおいて、縦軸は焼成体の抵抗値（Ω）及び抵抗値減少（％）を示しており、横軸は添加した白金粉末の量（ｍｇ）を示している。また、図３のグラフ中、黒塗りの菱形のマークのプロットは、ステージ６の温度が２０℃の場合（実施例）を示し、白抜きの菱形のマークのプロットは、ステージ６の温度が５０℃の場合（比較例）を示している。さらに、図３のグラフ中、白抜きの四角形のマークのプロットは、ステージ６の温度が５０℃の場合（比較例）に較べて２０℃とした場合（実施例）の抵抗値の減少したパーセント値を示している。

図３のグラフに示されるように、液体材料に含まれる白金粉末の量が同じであっても、ステージ６の温度を２０℃とした場合（実施例、着滴時の液体材料の粘度が３４．７ｍＰａ・ｓ）、ステージ６の温度を５０℃とした場合（比較例、着滴時の液体材料の粘度が１２．８ｍＰａ・ｓ）に較べて抵抗値を３９％以上低下させることができた。

この場合、例えば、導体パターンの抵抗値の目標値が２０Ωの場合、ステージ６の温度を２０℃として着滴時の液体材料の粘度を３４．７ｍＰａ・ｓとすると、ステージ６の温度を５０℃とし着滴時の液体材料の粘度が１２．８ｍＰａ・ｓとした場合に較べて、液体材料に添加する白金粉末の量を３９％程度減少させることができる。

上記した液体材料の粘度は、液体材料中に含まれる金属粉末及び金属酸化物粉末の量及び割合等によっても変化する。このため、液体材料中に含まれる金属粉末と金属酸化物粉末の体積比を４：１、１：１、０：１と異ならせた液体材料によってパターンを形成し、焼成してパターンの外観をＳＥＭで拡大して観察した。この結果を表２に示す。表２では、緻密なパターンが形成されたものを○、間隙が多く緻密なパターンが形成されていないものを×として表し、着滴時の粘度とともに記載してある。

表２に示されるように、パターン形成装置１のステージ６の温度が同一であっても、金属粉末及び金属酸化物粉末の割合によって液体材料の着滴時の粘度が変わる。そして、この場合においても、液体材料の着滴時の粘度を２５ｍＰａ・ｓ以上とすることによって、焼成後に緻密なパターンとなるパターンを形成することができる。なお、表２中、粘度の数値及び○×が記載されていない欄は、実験が未実施の部分である。また、表２中、金属粉末と金属酸化物粉末の体積比を０：１とした場合は、例えば金属酸化物粉末としてアルミナを使用して絶縁体パターンを形成した例を示している。

また、表２中液体材料中に含まれる金属粉末と金属酸化物粉末の体積比を４：１とした場合は、ステージ温度が２０℃、２５℃の場合が実施例、３０℃、５０℃の場合が比較例、上記体積比を１：１、０：１とした場合は、いずれも実施例である。

上記のように、液体材料の着滴時の粘度を２５ｍＰａ・ｓ以上とすることによって、焼成後に緻密なパターンとなるパターンを形成することができ、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。これによって、液体材料に金属粉末を含ませてパターンを形成する場合に、形成されたパターンの電気抵抗が増大することを抑制することができ、液体材料に含ませる金属粉末の量を削減することができる。また、金属粉末の使用量を削減したままで緻密なパターンを形成できることから、パターンの厚さを薄くすることができる。

次に、本実施形態のパターン形成方法、デバイスの製造方法によってパターンが形成されたデバイスの一例として、ガスセンサ素子について図４を参照して説明する。図４に示すように、ガスセンサ素子２０は、ガスセンサ素子本体２２とヒータ２１とを積層して構成されている。

ヒータ２１は、第１基体２７及び第２基体２５、並びに抵抗発熱体２６を備えている。抵抗発熱体２６は、白金あるいはタングステンなどを主体として構成され、一方、第１基体２７及び第２基体２５は、酸化アルミニウム（アルミナ）などをそれぞれ主体とするセラミック焼結体から構成されている。抵抗発熱体２６は、それぞれ矩形状の第１基体２７と第２基体２５との間に挟持されている。

また、抵抗発熱体２６は、蛇行した形状に構成され通電にて発熱する発熱部２６ｂと、発熱部２６ｂに各々の一端部が接続され、かつ第１基体２７及び第２基体２５の長手方向に沿って延びる一対のヒータリード部２６ａと、を有している。一対のヒータリード部２６ａのそれぞれの他端部は、第２基体２５を貫通する２つのスルーホール２５ａを介し、外部回路接続用の外部端子に接続される一対のヒータ通電端子２５ｂと各々接続されている。

一方、ガスセンサ素子本体２２は、酸素濃度検出セル（酸素濃度検出セル基板）２４及び保護層３５を備えている。酸素濃度検出セル２４は、矩形状の固体電解質基板３３、並びに第１電極パターン３２及び第２電極パターン３４を有する。固体電解質基板３３は、酸素濃淡電池用の固体電解質体である。

ここで、固体電解質基板３３の一方及び他方の主面上には、本実施形態のパターン形成方法により、第１電極パターン３２及び第２電極パターン３４がその長手方向（後述する第１電極リード部３２ａ及び第２電極リード部３４ａの長手方向）に沿ってインクジェット方式でそれぞれパターン印刷されて形成されている。これら第１電極パターン３２及び第２電極パターン３４には、固体電解質基板３３と協働して検知部（図示せず）を構成する第１電極部３２ｂ及び第２電極部３４ｂが、固体電解質基板３３を挟んで互いに対向する位置に設けられている。

この第１電極パターン３２は、第１電極部３２ｂから、固体電解質基板３３の長手方向へ延びる第１電極リード部３２ａを有している。一方、第２電極パターン３４は、第２電極部３４ｂから、固体電解質基板３３の長手方向へ延びる第２電極リード部３４ａを備えている。なお、保護層３５は、固体電解質基板３３との間で第２電極パターン３４を挟む位置に積層されるものであって、第２電極部３４ｂを被毒から防護するための多孔質状の電極保護層３５ｂと、固体電解質基板３３を保護するための強化保護層３５ａと、を備えている。

第１電極リード部３２ａの末端は、固体電解質基板３３に設けられたスルーホール３３ｂ及び保護層３５に設けられたスルーホール３５ｄを介して信号取出し用端子３５ｆのうちの一方と接続されている。また、第２電極リード部３４ａの末端は、保護層３５に設けられたスルーホール３５ｅを介して信号取出し用端子３５ｆのうちの他方と接続されている。このようにして構成されるガスセンサ素子２０は、酸素濃度検出セル２４の濃淡電池作用により酸素濃度を測定できるようになっており、空燃比センサなどとしても適用することが可能である。

また、ここで、上述した第１電極パターン３２及び第２電極パターン３４は、溶媒としてのブチルカルビトールアセテートに対して、金属、金属酸化物、バインダ、分散剤などを含有させた液状の液体材料（インク）を用い、前述したパターン形成方法にて印刷されている。このような構造のガスセンサ素子２０は、前述したパターンの形成方法によって、酸素濃度検出セル２４の固体電解質基板３３上に第１電極パターン３２及び第２電極パターン３４が印刷されていることで、内部の電気的な接続信頼性を向上させることができると共に、製造コストの削減を図ることができる。

次に、本実施形態のパターン形成方法によってパターンが形成されたデバイスの一例として、基板上に半導体素子を搭載した半導体デバイス、例えば、フリップチップパッケージ、チップスケールパッケージ、マルチチップパッケージ、又はアンテナスイッチモジュール、ミキサーモジュール、ＰＬＬモジュール、マルチチップモジュール等の半導体デバイスに適用した実施形態について図５を参照して説明する。

この実施形態では、セラミック等からなる基板１１０上に図１に示したパターン形成装置によって、溶媒としてのブチルカルビトールアセテートに対して、金属として銀粒子、バインダ、分散剤などを含有させた液状の液体材料（インク）を用い、前述したパターン形成方法にて厚さ０．５μｍの導体パターン（下層導体パターン１２０）を形成する。

次いで、パターン形成装置にＰｄ触媒成分を含有する分散液を充填し、印刷して下層導電パターン１２０の表面にＰｄ触媒成分を付着させる。その後、無電解銅めっきを行い、下層導体パターン１２０上に厚さ２５μｍの上層導電パターン１３０を形成する。

この後、基板１１０上に半導体素子等の電子部品（図示せず）を搭載して、上記した下層導体パターン１２０及び上層導体パターン１３０からなる導体パターンと電気的な接続を行い、配線基板１００を作成する。しかる後、パッケージング等を行うことによって、半導体デバイスを構成する。

上記構成の半導体デバイスにおいても、電気的な接続信頼性を向上させることができると共に、製造コストの削減を図ることができる。

以上、本発明の詳細を、実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、これらの実施形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば上述した実施形態では、インクジェット方式を用いた場合について説明したが、これに限らずディスペンサ方式を用いてもよい。

１……パターン形成装置、２……基台、３……基板、５……印刷ヘッド、６……ステージ、７……パターン、８……ヘッド移動機構、９……ステージ移動機構、１０……制御部。

本発明のパターン形成方法の一態様は、溶媒及び金属粒子を含む液体材料をノズルから吐出し、被パターン形成体上に着滴させてパターンを形成するパターン形成方法であって、前記ノズルから吐出前の前記液体材料を第１の温度に保つ第１工程と、前記被パターン形成体を前記第１の温度より低い第２温度に保つ第２工程と、前記ノズルから吐出した前記液体材料を、前記被パターン形成体上に着滴させる第３工程と、前記被パターン形成体上に着滴した前記液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進する第４工程と、を具備し、前記第３工程前における前記ノズルから吐出する前の前記液体材料の粘度が、前記第３工程後の前記被パターン形成体上への着滴時の粘度より低く、前記第４工程における溶媒の蒸発の促進は、前記液体材料を加熱することによって行うことを特徴とする。

上記のように、第１工程で吐出前の液体材料を第１の温度に保ち、第２工程でパターン形成体を第１の温度より低い第２温度に保ち、この状態で、第３工程でノズルから吐出した液体材料を被パターン形成体上に着滴させることによって、液体材料の粘度を、第３工程前のノズルから吐出する時点では低く、第３工程後の被パターン形成体上に着滴した時点では高く維持することができる。これにより、着滴後の液体材料中の溶媒が残留する間における液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができ、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。さらに、第４工程で被パターン形成体上に着滴した液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進することによって、さらに、着滴後に液体材料中の溶媒が残留する間に液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができると共に、形成されたパターン中の金属粒子の分布をさらに均一化することができる。
なお、「着滴時の粘度」とは、液体材料の液滴が被パターン形成体上へ着滴して、液体材料の液滴の温度が被パターン形成体の温度と略同一（例えば、液滴と基板３の温度との温度差が±１℃以下程度）になった時の粘度を示す。この場合、液体材料の液滴が被パターン形成体上へ着滴してから少なくとも１秒以下の時間で液滴の温度が被パターン形成体の温度と略同一になり、一般的にはミリ秒のオーダー、若しくは、マイクロ秒のオーダーの時間で液滴の温度が被パターン形成体の温度と略同一になる。

上記構成の本発明のパターン形成方法では、第４工程における溶媒の蒸発の促進は、液体材料を加熱することによって行うことができる。また、上記構成の本発明のパターン形成方法では、インクジェット方式又はディスペンサ方式によって液体材料をノズルから吐出させることができる。

本発明のデバイスの製造方法の一態様は、溶媒及び金属粒子を含む液体材料をノズルから吐出し、基板上に着滴させてパターンを形成するデバイスの製造方法であって、前記ノズルから吐出前の前記液体材料を第１の温度に保つ第１工程と、前記基板を前記第１の温度より低い第２温度に保つ第２工程と、前記ノズルから吐出した前記液体材料を、前記基板上に着滴させる第３工程と、前記基板上に着滴した前記液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進する第４工程と、を具備し、前記第３工程前における前記ノズルから吐出する前の前記液体材料の粘度が、前記第３工程後の前記基板上への着滴時の粘度より低く、前記第４工程における溶媒の蒸発の促進は、前記液体材料を加熱することによって行うことを特徴とする。

上記のように、第１工程で吐出前の液体材料を第１の温度に保ち、第２工程で基板を第１の温度より低い第２温度に保ち、この状態で、第３工程でノズルから吐出した液体材料を基板上に着滴させることによって、液体材料の粘度を、第３工程前のノズルから吐出する時点では低く、第３工程後の基板上に着滴した時点では高く維持することができる。これにより、着滴後の液体材料中の溶媒が残留する間における液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができ、形成されたパターン中の金属粒子の分布を均一化することができる。さらに、第４工程で被パターン形成体上に着滴した液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進することによって、さらに、着滴後に液体材料中の溶媒が残留する間に液体材料中に含まれる金属粒子の流動を起こり難くすることができると共に、形成されたパターン中の金属粒子の分布をさらに均一化することができる。

上記構成の本発明のデバイスの製造方法では、第４工程における溶媒の蒸発の促進は、液体材料を加熱することによって行うことができる。また、上記構成の本発明のパターン形成方法では、インクジェット方式又はディスペンサ方式によって液体材料をノズルから吐出させることができる。

Claims (15)

1. 溶媒及び金属粒子を含む液体材料をノズルから吐出し、被パターン形成体上に着滴させてパターンを形成するパターン形成方法であって、
   前記液体材料の粘度は、前記ノズルから吐出する前の粘度が、前記被パターン形成体上への着滴時の粘度より低い
   ことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１記載のパターン形成方法であって、
   前記被パターン形成体上への前記着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上である
   ことを特徴とするパターン形成方法。
3. 請求項１または２記載のパターン形成方法であって、
   前記ノズルから吐出前の前記液体材料を第１の温度に保つ第１工程と、
   前記被パターン形成体を前記第１の温度より低い第２温度に保つ第２工程と、
   前記ノズルから吐出した前記液体材料を、前記被パターン形成体上に着滴させる第３工程と、
   前記被パターン形成体上に着滴した前記液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進する第４工程と
   を具備し、
   前記第３工程前における前記ノズルから吐出する前の前記液体材料の粘度が、前記第３工程後の前記被パターン形成体上への着滴時の粘度より低い
   ことを特徴とするパターン形成方法。
4. 請求項３記載のパターン形成方法であって、
   前記第３工程後の前記被パターン形成体上への前記着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上である
   ことを特徴とするパターン形成方法。
5. 請求項３または４記載のパターン形成方法であって、
   前記第４工程における溶媒の蒸発の促進は、前記液体材料を加熱することによって行うことを特徴とするパターン形成方法。
6. 請求項３または４記載のパターン形成方法であって、
   前記第４工程における溶媒の蒸発の促進は、周囲の雰囲気を減圧することによって行うことを特徴とするパターン形成方法。
7. 請求項１〜６いずれか１項記載のパターン形成方法であって、
   前記液体材料をインクジェット方式又はディスペンサ方式によって吐出させることを特徴とするパターン形成方法。
8. 基板上にパターンが形成されたデバイスであって、
   前記基板上に請求項１〜７いずれか１項記載のパターン形成方法によって前記パターンが形成されたことを特徴とするデバイス。
9. 溶媒及び金属粒子を含む液体材料をノズルから吐出し、基板上に着滴させてパターンを形成するデバイスの製造方法であって、
   前記液体材料の粘度は、前記ノズルから吐出する前の粘度が、前記基板上への着滴時の粘度より低い
   ことを特徴とするデバイスの製造方法。
10. 請求項９記載のデバイスの製造方法であって、
    前記基板上への前記着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上である
    ことを特徴とするデバイスの製造方法。
11. 請求項９または１０記載のデバイスの製造方法であって、
    前記ノズルから吐出前の前記液体材料を第１の温度に保つ第１工程と、
    前記基板を前記第１の温度より低い第２温度に保つ第２工程と、
    前記ノズルから吐出した前記液体材料を、前記基板上に着滴させる第３工程と、
    前記基板上に着滴した前記液体材料に含まれる溶媒の蒸発を促進する第４工程と
    を具備し、
    前記第３工程前における前記ノズルから吐出する前の前記液体材料の粘度が、前記第３工程後の前記基板上への着滴時の粘度より低い
    ことを特徴とするデバイスの製造方法。
12. 請求項１１記載のデバイスの製造方法であって、
    前記第３工程後の前記基板上への前記着滴時の粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以上である
    ことを特徴とするデバイスの製造方法。
13. 請求項１１または１２記載のデバイスの製造方法であって、
    前記第４工程における溶媒の蒸発の促進は、前記液体材料を加熱することによって行うことを特徴とするデバイスの製造方法。
14. 請求項１１または１２記載のデバイスの製造方法であって、
    前記第４工程における溶媒の蒸発の促進は、周囲の雰囲気を減圧することによって行うことを特徴とするデバイスの製造方法。
15. 請求項９〜１４いずれか１項記載のパターン形成方法であって、
    前記液体材料をインクジェット方式又はディスペンサ方式によって吐出させることを特徴とするデバイスの製造方法。

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