KR20060043551A - 처리장치 - Google Patents

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KR20060043551A
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요시유키 나카가와
카즈히로 무라타
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다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤
도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠
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Abstract

우수한 범용성을 가지고, 또한 높은 쓰루풋으로 소정의 처리를 행할 수 있는 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
기판 홀더(1)의 윗쪽에는, 통상 입자 지름의 용액의 액적을 토출 가능한 통상 유체제트 노즐(2)과, 통상 입자 지름보다도 작은 미세 입자 지름의 용액의 액적을 토출 가능한 미세 유체제트 노즐(3)과, 정반사식 레이저 변위계(4)가 배열 설치되어 있고, 이것들이 동일한 플레이트 상에 설치되어 헤드(10)를 형성하고 있다. 헤드(10)는, 장치 전체를 제어하는 제어부(50)로부터의 동작 지령에 따라 X축 구동부(41), Y축 구동부(42, 43) 및 Z축 구동부(44)가 작동함으로써 X, Y, Z방향으로 자재로 이동하는 것이 가능하다. 그 때문에, 헤드(10)를 기판 홀더(1)에 유지한 기판(S) 상의 임의의 위치에 위치 결정할 수 있다. 이것에 의해, 기판(S) 상의 원하는 위치에 각 노즐로부터 용액의 액적이 공급된다.
처리장치, 기판 홀더, 헤드, 구동부, 노즐, 액적

Description

처리장치{PROCESSING APPARATUS}
도 1은 본 발명에 관한 처리장치의 제1 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 처리장치의 전기적인 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 통상 유체제트 노즐의 측단면도이다.
도 4는 미세 유체제트 노즐의 측단면도이다.
도 5는 미세 유체제트 노즐에서의 표면장력과 정전적 압력의 노즐 지름 의존성의 모델 계산결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 처리장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 7은 미세배선을 가지는 패턴 형성의 모양을 나타내는 도면이다.
도 8은 Si 관통전극의 형성의 모양을 나타내는 도면이다.
도 9는 땜납 범프 형성의 모양을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 관한 처리장치의 제2 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 11은 DNA 용액 플레이트의 외관을 나타내는 도면이다.
도 12는 DNA 마이크로 어레이용 헤드의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 10의 처리장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 14는 DNA 마이크로 어레이의 외관을 나타내는 도면이다.
도 15는 화학 시료반응의 외관을 나타내는 도면이다.
[부호의 설명]
1 … 기판 홀더(기판 유지수단)
2 … 통상 유체제트 노즐
3 … 미세 유체제트 노즐
4 … 정반사식 레이저 변위계
5 … 지지체(위치 조정 기구)
8 … 캘리브레이션 플레이트
41 … X축 구동부
42, 43 … Y축 구동부
44 … Z축 구동부
50 … 제어부
본 발명은, 반도체 및 FPD(Flat Panel Display) 제조장치, 프린트기판 제조장치, 바이오 관련장치(DNA 마이크로 어레이 작성, DNA 칩 작성), 화학반응 시험장치 등에 이용할 수 있는 각종 기판(이하, 단지「기판」이라고 한다)에 대하여 처리액을 공급해서 소정의 처리를 실시하는 처리장치에 관한 것이다.
종래부터 잉크제트 기술을 이용해서 직접 기판 상에 처리액을 토출해서 패턴 형성 등의 소정의 처리를 행하는 잉크제트 방식의 처리장치가 알려져 있다. 예컨대 특허문헌 1 기재의 처리장치는, 처리액으로서 레지스트액을 기판에 공급해서 레지스트막을 형성하는 장치이다. 이 장치에서는, 잉크제트 노즐을 기판 상에서 X, Y방향으로 이동시키면서 해당 노즐로부터 레지스트액을 토출함으로써 기판상의 원하는 위치에 레지스트막을 형성하고 있다.
[특허문헌 1] 특개 2003-112098호 공보(제6 페이지, 도 4)
그런데, 상기한 잉크제트 노즐의 이용 양태로서, 다음과 같은 것이 제안되어 있다. 즉, 레지스트액 대신에 땜납 액적(液適)을 직접 기판을 향해서 토출 하고, 배선패턴을 형성하는 기술이 제안되어 있다. 이 제안 기술에서는 배선패턴이 직접적으로 기판 상에 형성되기 때문에 효율적인 배선형성을 행할 수 있다. 그렇지만, 최근, 배선패턴의 미세화가 진행하고 있고, 그것에 따라 노즐에 설치하는 토출구의 구멍 지름을 작게 할 필요가 있지만, 그것에 따라 노즐 막힘이 큰 문제가 되고 있다. 또한, 잉크제트 노즐을 이용하는 한, 그 토출 성능에도 일정한 한계가 있다. 따라서, 잉크제트 노즐로부터 안정적으로 토출 가능한 액적의 입자 지름은 자연히 소정 범위로 한정되어 버린다. 그 결과, 잉크제트 방식에서 기판에 처리액의 액적을 공급해서 소정의 처리를 실시하는 장치를 구성했을 경우에는, 그 액적의 입자 지름과 같은 정도 혹은 그 이상의 광폭 영역에 밖에 액적을 공급할 수 없어, 처리 가능한 기판이 한정되어 버린다.
또한, 종래 장치에서는 액적의 입자 지름이 고정화되어 있기 때문에, 상기 액적의 입자 지름보다도 충분히 광폭의 영역에 대하여 처리액을 공급하는 경우라 도, 노즐로부터 토출되는 액적에 의해 기판에 공급되는 단위 시간당 공급량은 액적의 입자 지름에 대응하는 값(즉 최소량)으로 제한되어, 쓰루풋의 향상에 큰 장해가 되어 버린다.
또, 동일기판에 대하여 처리액을 공급해야 할 영역의 크기가 다르고, 즉 미세영역과 해당 미세영역보다도 넓은 영역을 가지는 기판이 존재하고 있지만, 상기한 바와 같이 액적의 입자 지름이 고정된 장치에서는, 그것에 대해서 유연하게 대응하는 것이 곤란하게 되어 있다. 즉, 처리액의 액적의 입자 지름이 1종류이면, 미세영역에 처리액을 공급하기 위해서, 처리액의 액적의 입자 지름을 작게 할 필요가 있지만, 이곳에는 미세영역 이외의 영역에 대해서도 작은 입자 지름 그대로 처리액을 공급하지 않으면 안되어, 쓰루풋의 저하는 회피할 수 없다. 또한, 기판 상에 처리액의 액적의 입자 지름보다도 작은 처리영역이 존재하는 경우에는 처리할 수 없다. 특히, 종래의 잉크제트 방식(피에조 방식 혹은 써멀 방식)에서는, 1pl(피코 리터)를 하회하는 미소량의 액적의 토출은 곤란하다. 이것은, 노즐이 미세하게 될수록 토출에 필요한 압력이 커지기 때문이다.
이와 같은 배경으로부터 기판에 처리액을 공급해야 할 영역에 따른 입자 지름의 액적을 이용해서 기판에 처리액을 공급할 수 있는 장치의 제공이 종래부터 요망되고 있었지만, 현상태에서는 상기한 바와 같이 액적의 입자 지름이 거의 고정화되어 있고, 장치의 범용성이 없다는 문제가 있었다. 또, 단일 노즐 지름이라도, 피에조 방식에서는 액적의 입자 지름을 다소 가변할 수 있는 것도 있지만, 기본적으로는 액적의 입자 지름은 노즐 지름에 의해 거의 고정화되어 있다고 말할 수 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 우수한 범용성을 가지고, 더구나 높은 쓰루풋으로 소정의 처리를 행할 수 있는 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 기판에 처리액을 공급하여 소정의 처리를 행하는 처리장치로서, 상기 목적을 달성하기 위해, 상기 기판을 유지하는 기판 유지수단과, 상기 기판을 향하여 상기 처리액의 액적을 통상 입자 지름으로 토출하는 통상 유체제트부와, 상기 기판을 향해 상기 처리액의 액적을 상기 통상 입자 지름보다도 작은 미세 입자 지름으로 토출하는 미세 유체제트부와, 상기 미세 유체제트부 및 상기 통상 유체제트부의 각각을 상기 기판 유지수단에 유지된 상기 기판에 대하여 상대 이동시키는 구동수단과, 상기 기판에 대한 각 제트부의 상대위치를 조정하여 상기 액적의 공급위치를 억제하는 억제수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같이 구성된 처리장치에서는, 처리액의 액적을 통상 입자 지름으로 토출하는 통상 유체제트부와 통상 입자 지름보다도 작은 미세 입자 지름으로 토출하는 미세 유체제트부가 1개의 장치 내에 마련되어 있다. 더욱이, 각 제트부는 기판에 대하여 상대 이동되어, 각 제트부에서 토출되는 액적의 공급위치가 제어된다. 이 때문에, 기판 상의 처리영역에 따라 각 제트부에서 서로 다른 입자 지름의 액적을 토출할 수가 있어, 범용성이 우수하다. 예컨대, 기판 상의 미세영역에 처리액을 공급할 때에는 미세 유체제트부에서 기판에 처리액을 공급할 수 있는 한편, 미세영역보다 넓은 처리영역(미세영역 이외의 영역)에 대해서는 통상 유체제트부에서 기 판에 처리액을 공급함으로써, 장치의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 통상 유체제트부는, 그 내부에 상기 처리액을 저장(貯留)하는 동시에, 그 선단부에 마련되어진 통상 토출구로부터 상기 처리액의 액적을 토출 가능하게 되어 있는 노즐 본체와, 상기 노즐 본체에 저장된 상기 처리액에 대하여 압력을 인가하는 압력 인가수단을 가지고, 상기 압력 인가수단에 의한 압력 인가에 의해 상기 통상 토출구로부터 액적을 토출시키는 한편, 상기 미세 유체제트부는, 그 내부에 상기 처리액을 저장하는 동시에, 그 선단부에 마련되어져, 상기 통상 토출구보다도 작은 미세 토출구로부터 상기 처리액의 액적을 토출 가능하게 되어 있는 노즐 본체와, 상기 노즐 본체에 저장된 상기 처리액에 접촉(接適)하도록 마련되어진 전극을 가지며, 상기 미세 토출구를 상기 기판에 근접시킨 상태에서 상기 전극에 전압을 인가해서 상기 미세 토출구 근방에 국소적인 전계를 발생시키는 것에 의해 상기 미세 토출구 근방의 처리액을 대전시켜, 해당 대전한 처리액의 액적을 상기 미세 토출구로부터 토출시키도록 구성해도 된다.
이러한 통상 유체제트부로서는, 예컨대, 종래부터 실용화되어, 널리 이용되고 있는 피에조(압전소자) 방식 혹은 써멀 방식(버블제트(등록상표) 방식)의 잉크제트 노즐을 사용할 수 있다. 전자(前者)는, 노즐 본체에 마련되어진 압전소자에의 전압인가에 의한 압전소자의 신축을 이용함으로써 노즐 본체에 저장된 처리액에 압력을 인가해서 처리액의 액적을 토출하는 것이다. 후자(後者)는, 노즐 본체에 마련되어진 발열체에 의해 처리액을 가열시킴으로써 처리액 중에 기포가 발생하는 것을 이용하여, 노즐 본체에 저장된 처리액에 압력을 인가해서 처리액의 액적을 토출하 는 것이다. 양자(兩者)는, 어느 것이나 노즐 본체에 저장된 처리액에 대하여 압력을 인가함으로써 노즐 본체의 선단부에 마련되어진 통상 토출구로부터 처리액의 액적을 토출 가능하게 하고 있다. 그렇지만, 이들의 방식에서는, 1pl(피코 리터)를 하회하는 미소량의 액적의 토출은 곤란하다. 이것은 노즐이 미세해져 입자 지름이 작아지는 만큼, 액적의 질량의 관성 효과에 의한 토출력보다도 모세관힘의 효과가 커져, 토출이 곤란해지기 때문이다.
한편, 미세 유체제트부로서는, 상기 방식과는 완전히 다른 원리에 의거해서 종래 토출 불가능하게 된 미소량의 액적의 토출을 가능하게 한 노즐을 사용하고 있다. 자세하게는 나중에 상술하지만, 노즐 본체에 저장된 처리액에 접촉시킨 전극에 의해 노즐 본체의 선단부에 마련되어진 미세 토출구 근방의 처리액을 대전시켜, 미세 토출구 근방에 국소적인 전계를 발생시키는 것에 의해, 미세 토출구보다 처리액의 액적을 토출 가능하게 하고 있다. 보다 구체적으로는, 대전하는 것으로 처리액이 가지는 전하와, 해당 전하에 의해 기판을 중심으로 하여 대칭 위치에 유도된 경상(鏡像) 전하와의 사이에 작용하는 정전인력에 의해, 처리액의 액적을 토출 가능하게 하고 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 1fl(펨토리터) 이하의 액적의 토출이 가능하다.
또한, 상기 구동수단은, 상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부를 일체적으로 상기 기판에 대하여 상대 이동시켜도 된다. 이 구성에 의하면, 통상 유체제트부와 미세 유체제트부를 일체적으로 구성하여, 구동시킴으로써 통상 유체제트부 및 미세 유체제트부의 각각에 대하여 구동수단을 설치하는 필요가 없고, 장치 구성의 간소화를 도모할 수 있다. 더욱이, 통상 유체제트부와 미세 유체제트부와의 상대적인 위치 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 상기 통상 유체제트부를 복수 구비하도록 해도 된다. 마찬가지로 상기 미세 유체제트부를 복수 구비하도록 해도 된다. 이와 같이 복수의 제트부를 구비하는 것(멀티채널화)에 의해, 장치의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다.
여기에서, 상기 구동수단은, 상기 기판에 대하여 상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부를, 상기 기판에 거의 평행한 임의의 1축방향인 X축 방향으로 상대 이동시키는 X축 구동부와, 상기 기판에 거의 평행하고 또 상기 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 상대 이동시키는 Y축 구동부와, 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향에 직교하는 Z축 방향으로 상대 이동시키는 Z축 구동부를 구비하고, 상기 Z축 구동부를 작동시킴으로써 상기 미세 유체제트부와 상기 기판과의 간격을 미세 조정하도록 구성해도 된다. 이 구성에 의하면, 각 구동부를 작동시킴으로써 각 제트부와 기판과의 상대 위치를 정확하게 제어할 수 있다. 특히, Z축 구동부에 의해 미세 유체제트부와 기판과의 간격을 미세 조정함으로써 미세 유체제트부에서 토출되는 처리액의 액적의 착탄 위치 정밀도 및 토출 제어성을 향상시킬 수 있다. 미세 유체제트부와 기판과의 간격의 변위는, 비접촉 변위센서를 이용해서 비접촉으로 검출되고, 비접촉 센서로부터의 변위신호에 따라 Z축 구동부를 작동시킴으로써 미세 유체제트부와 기판과의 간격을 미세 조정할 수 있다. 비접촉식 변위센서로서는, 레이저를 기판을 향해서 투광하는 투광부와, 해당 기판으로부터 반사되는 레이저 반사광을 수광(受光)하는 수광부를 구비한 정반사식 레이저 변위계를 이용할 수 있다. 또 , 레이저 변위계에서는, 기판의 이면반사가 문제가 될 경우가 있지만, 그 경우는 검출부가 CCD 방식의 레이저 변위계를 이용하면, 이것을 해결할 수 있다. 이 경우, 검출빔의 프로파일에는 표면과 이면에 상당하는 2개의 피크가 나타나므로, 빔 프로파일로부터 그 이면측의 피크를 소프트웨어적으로 검출하고, 빔 위치를 구하는 중심계산에 포함시키지 않는 것으로 함으로써 이면반사의 영향을 없앨 수 있다.
또한, 상기 비접촉식 변위센서는, 상기 미세 유체제트부에 의한 상기 액적의 상기 기판에의 공급위치를 포함하지 않고, 더욱이 상기 액적이 공급되지 않는 미공급영역을 연속해서 검출하도록 해도 된다. 이 구성에 의하면, 비접촉식 변위센서는, 미세 유체제트부에 의한 액적의 기판에의 공급위치를 포함하지 않고, 더욱이 액적이 공급되지 않는 미공급영역을 검출하므로, 미세 유체제트부에서 토출된 처리액의 액적을 검출하는 일이 없다. 예컨대, 미세 유체제트부에서 토출된 처리액의 액적에 레이저가 입사하는 일이 없다. 이 때문에, 처리액의 액적에 레이저가 입사하는 것에 의한 액적의 변성을 회피하는 동시에, 레이저가 기판 상에 공급된 처리액의 액적을 검출함으로써 변위계가 오차를 일으키는 문제점을 방지할 수 있다. 더욱이, 이와 같이 처리액의 액적의 변성을 회피하는 동시에, 변위계의 오차 발생을 방지할 수 있기 때문에, 미세 유체제트부와 기판과의 간격의 변위를 연속해서 검출하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 미세 유체제트부와 기판과의 간격을 항상 소정값으로, 또한 고정밀도로 유지할 수 있다. 한편, 상기 비접촉식 변위센서는, 상기 미세 유체제트부에 의한 상기 액적의 상기 기판에의 공급 전에 상기 액적의 공급위치를 포함하는 그 근방을 검출한 후, 검출을 정지하도록 해도 된다. 이 구성에 의하면, 비접촉식 변위센서가 미세 유체제트부에 의한 액적의 기판에의 공급 전에 액적의 공급위치를 포함하는 그 근방을 검출한 후, 검출을 정지하므로, 연속해서 검출하는 경우에 비교해서 처리 속도를 향상시킬 수 있다. 여기에서, 비접촉식 변위센서의 검출위치를 조정하는 위치 조정 기구를 더 구비하는 것에 의해, 미세 유체제트부에 의한 액적의 공급위치, 또는 그 근방의 임의인 위치를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 멀티 노즐(멀티채널)로 하여 직선 배열 헤드 혹은 2차원 배열 헤드로 했을 경우에는, 1개소의 변위정보로는 부족하기 때문에, 복수의 레이저 변위계를 탑재하고, 그 복수의 변위신호의 평균을 취하도록 해도 되고, Z축 구동부의 자유도를 올려 라인 보정이나 면(面)보정을 행하도록 해도 된다.
또한, 상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부와의 상대 위치를 조정하는 캘리브레이션 기판을 더 구비하도록 해도 된다. 이 구성에 의하면, 각 제트부에서 기판에의 처리액의 공급에 앞서, 통상 유체제트부와 미세 유체제트부와의 상대적인 위치 오차를 구하는 동시에, 각 제트부의 위치 맞춤이 가능해진다. 이것에 의해, 각 제트부에서 토출되는 액적의 공급위치를 정밀도 좋게 컨트롤할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 처리액으로서 용매 중에 은입자를 분산시킨 나노 페이스트(하리마 화성제), 금 나노 페이스트 및 그것에 준하는 금속 미립자의 콜로이드 용액을 이용할 수 있다. 이것들을 이용함으로써 기판 상에 수㎛ 선폭의 금속 미세배선을 작성할 수 있다. 또한, 처리액으로서 도전성 고분자의 가용성 유도체를 사용하면, 유기 EL소자 등의 미세 패터닝이 가능해진다. 이러한 도전성 고분자의 가용성 유도체로서는, 예컨대, MEH-PPV(폴리파라페니렌비닐렌)이 있다. 그 외, 처리 액으로서 철, 코발트, 니켈 등의 천이 금속의 초미립자를 유기용매 등에 분산시킨 촉매용액 등도 사용 가능하다.
또한, 기판에 처리액을 공급해서 소정의 처리를 행하는 처리장치로서 이하의 것을 들 수 있다.
(1) 상기 기판은 집적회로 부품을 탑재 가능하게 되어 있고, 상기 미세 유체제트부에서 상기 미세 입자 지름의 상기 처리액의 액적을 토출함으로써 상기 집적회로 부품의 주변 등의 미세폭을 가지는 미세 패턴을 상기 기판 상에 형성하는 동시에, 상기 통상 유체제트부에서 상기 통상 입자 지름의 상기 처리액의 액적을 토출함으로써 상기 미세폭보다 넓은 통상폭을 갖는 통상 패턴을 상기 기판 상에 형성하도록 구성해도 된다. 이 구성에 의하면, 형성하는 패턴폭에 따라 각 제트부에서 서로 다른 액적의 입자 지름의 처리액을 공급함으로써, 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 동일 기판 상에 미세폭을 가지는 미세 패턴과 해당 미세폭보다도 넓은 통상폭을 가지는 통상 패턴을 형성하는 경우라도, 유연하게 대응할 수 있어, 범용성이 우수하다.
(2) 상기 처리액은 DNA 용액이며, 상기 통상 유체제트부에서 상기 통상 입자 지름의 DNA 용액을 토출함으로써 복수의 통상 지름의 스팟을 배열시킨 DNA 마이크로 어레이를 상기 기판 상에 형성하는 동시에, 상기 미세 유체제트부에서 상기 미세 입자 지름의 DNA 용액을 토출함으로써 복수의 상기 통상 지름보다도 작은 상기 미세 지름의 스팟을 배열시킨 DNA 마이크로 어레이를 상기 기판 상에 형성하도록 구성해도 된다. 이 구성에 의하면, 처리영역에 따라 각 제트부에서 서로 다른 액적 의 입자 지름의 처리액을 공급함으로써, 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 해석 목적 등에 따라 다른 스팟 지름을 형성하는 것이 가능하기 때문에, 범용성이 우수하다.
또한, 중점 해석하고 싶은 DNA에 관해서는, 통상 유체제트부에서 통상 입자 지름의 DNA 용액을 공급하고, 통상 지름의 스팟을 기판 상에 배열시킨 DNA 마이크로 어레이를 형성함으로써 해석 결과를 안정시킬 수 있다. 더욱이, 하이브리다이즈(상보적인 염기를 가진 1본쇄(本鎖)의 DNA끼리 서로 결합하고, 2본쇄를 형성하는 것)시에 반응 상황을 직접 눈으로 보아 확인할 수 있다. 한편, 미세 유체제트부에서 통상 입자 지름보다도 작은 미세 입자 지름의 DNA 용액을 공급함으로써 기판 상에 고밀도로 통상 지름보다도 작은 미세 지름의 스팟을 배열시킨 DNA 마이크로 어레이를 형성할 수 있다. 이것에 의해, 대규모의 유전자 해석을 행하는 경우라도, 한장의 기판 상에 DNA를 배열시키는 것이 가능해진다. 즉, 형성하는 스팟 지름에 따라 각 제트부에서 서로 다른 액적의 입자 지름의 처리액을 공급함으로써, 중점 해석하는 DNA에 대하는 해석 결과의 신뢰성을 높이면서도, 기판 상에 고밀도로 DNA를 배열시킴으로써 해석 전체의 효율을 향상시킬 수 있다.
(3) 상기 처리액은 화학 시료 용액이며, 상기 통상 유체제트부에서 상기 통상 입자 지름의 화학 시료 용액을 토출함으로써 복수의 통상 지름의 스팟을 배열시킨 마이크로 어레이를 상기 기판 상에 형성하는 동시에, 상기 미세 유체제트부에서 상기 미세 입자 지름의 화학 시료 용액을 토출함으로써 복수의 상기 통상 지름보다도 작은 미세 지름의 스팟을 배열시킨 마이크로 어레이를 형성된 각각의 상기 통상 지름의 스팟 상에 중첩해서 형성시키는 것에 따라, 상기 통상 입자 지름의 화학 시료 용액과 상기 미세 입자 지름의 화학 시료 용액을 화학 반응시키도록 구성해도 된다. 이 구성에 의하면, 각각의 통상 스팟상에서 통상 입자 지름의 화학 시료 용액과 복수의 미세 입자 지름의 화학 시료 용액과의 사이에서 화학반응을 계통적으로 일으킬 수 있고, 소위 콤비나트리케미스트리의 방법을 이용한 화학시험의 효율을 비약적으로 높일 수 있다. 즉, 통상 유체제트부로부터 통상 입자 지름의 화학 시료 용액을 공급해서 통상 입자 지름의 스팟을 기판 상에 배열시킨 마이크로 어레이를 형성하는 동시에, 형성된 각각의 통상 입자 지름의 스팟 상에 미세 유체제트부에서 통상 입자 지름보다도 작은 미세 입자 지름의 화학 시료 용액을 공급해서 미세 입자 지름의 스팟을 배열시킨 마이크로 어레이를 중첩하여 형성하는 것에 의해, 효율적 또한 신속하게 화학반응을 일으킬 수 있다. 또, 각종 화학 시료의 성질 상태의 차이에 의해 토출량이 다른 경우에는, 예컨대, 미리 캘리브레이션 플레이트 상에 각종 화학 시료 용액을 토출하고, 마이크로스코프로 스팟의 지름을 조사하는 것에 따라 토출량의 차이를 측정하고, 그 토출량의 과부족에 따라 토출 제어신호를 조정하는 것에 의해, 토출량의 변동을 억제할 수 있다.
<제1 실시형태>
(미세배선의 형성)
도 1은, 본 발명에 관한 처리장치의 제1 실시형태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는, 도 1의 처리장치의 전기적인 구성을 나타내는 도면이다. 이 처리장치는, 피처리 대상인 기판(S)에 본 발명의「처리액」으로서 금속 페이스트 혹은 금속 미립자의 콜로이드 용액 등(이하「용액」이라고 한다)을 공급해서 소정의 패턴을 형성하는 처리장치이다. 이 처리장치에서는, 기판(S)은 기판 홀더(1)에 의해 유지되어, 해당 기판 홀더(1) 상에 형성된 흡착홈(도시 생략)으로부터 기판(S)을 진공 흡착함으로써 고정되어 있다. 기판 홀더에는, 예컨대, 석정반(石定盤)을 이용할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 기판 홀더(1)가 「기판 유지 수단」에 상당하고 있다.
또한, 이 기판 홀더(1)의 윗쪽에는, 통상 입자 지름의 용액의 액적을 토출 가능한 통상 유체제트 노즐(2)과, 통상 입자 지름보다도 작은 미세 입자 지름의 용액의 액적을 토출 가능한 미세 유체제트 노즐(3)과, 정반사식 레이저 변위계(4)가 배열 설치되어 있다. 그리고, 이것들이 동일한 플레이트(도시 생략) 상에 설치되어 헤드(10)를 형성하고 있다. 이와 같이, 통상 유체제트 노즐(2)과 미세 유체제트 노즐(3)을 일체적으로 구성함으로써 각 노즐에 대하여 구동 수단을 설치하는 필요가 없고, 장치 구성의 간소화를 도모할 수 있다. 더욱이, 통상 유체제트 노즐(2)과 미세 유체제트 노즐(3)과의 상대적인 위치 정밀도를 높일 수 있다. 또, 통상 유체제트 노즐(2) 및 미세 유체제트 노즐(3)은 1개에 한정되지 않고, 각각 복수의 노즐을 헤드(10)에 설치하는 것(멀티채널화)이 가능하다. 이것에 의해, 장치의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 복수의 노즐을 설치하는 경우에는, 패턴 형성 등의 처리는 래스터 주사에 의해 실행된다. 즉, 헤드(10)가 기판(S)상의 전체 영역을 스캔하는 동시에, 각 노즐로부터의 용액의 토출을 온/오프 제어하는 것에 의해, 기판(S)상의 원하는 영역에 용액이 공급되게 된다.
헤드(10)에는 가이드 레일(11)을 따라 헤드(10)를 X방향으로 이동시키는 X축 구동부(41)가 접속되어 있다. 또한, 가이드 레일(11)의 양단에는, 가이드 레일(11)을 Y방향으로 이동시키는 Y축 구동부(42,43)가 마련되어져 있다. 가이드 레일(11)은, Y축 구동부(42,43)가 동기 구동되는 것으로 기판 홀더(1)의 X방향의 양측에 마련되어진 한쌍의 가이드 레일(12, 13) 위를 Y방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 더욱이 헤드(10)에는 X축 구동부(41)의 측면(Z축 방향)을 따라 형성된 가이드 레일(14)을 따라 헤드(10)를 이동시키는 Z축 구동부(44)가 마련되어져 있다. 또, 각 구동부에는 모터 등의 구동 기구를, 각 가이드 레일에는 볼 나사를 이용한 이송 나사기구 등, 여러가지 공지의 기구를 채용할 수 있다. 그리고, 장치 전체를 제어하는 제어부(50)로부터의 동작지령에 따라 X축 구동부(41), Y축 구동부(42,43) 및 Z축 구동부(44)가 작동함으로써 헤드(10)를 X, Y, Z방향으로 자재로 이동시키는 것이 가능해지고 있다. 이것에 의해, 헤드(10)를 기판 홀더(1)에 유지된 기판(S) 상의 임의의 위치에 위치 결정할 수 있다.
도 2에서 나타내는 바와 같이, 통상 유체제트 노즐(2) 및 미세 유체제트 노즐(3)은, 용액의 공급원인 액공급부(45)와 배관 접속되고 있어, 이 액공급부(45)로부터 압송되어 오는 용액을 각각 노즐 내에 저장하고 있다. 또한, 통상 유체제트 노즐(2)은, 통상 제트 전압발생부(21)와 접속되고 있어, 통상 제트 전압발생부(21)로부터 소정의 전압을 인가됨으로써 용액을 기판(S)을 향해서 토출 가능해지고 있다. 마찬가지로 해서, 미세 유체제트 노즐(3)은, 미세 제트 전압발생부(31)와 접속되고 있어, 미세 제트 전압발생부(31)로부터 소정의 전압을 인가함으로써 용액을 기판(S)을 향해서 토출 가능해지고 있다. 또, 통상 유체제트 노즐(2) 및 미세 유체제트 노즐(3)의 구성 및 동작에 관해서는 나중에 상술한다.
또한, 통상 제트 전압발생부(21) 및 미세 제트 전압발생부(31)는, 패턴 발생부(46)와 전기적으로 접속되고 있어, 패턴 발생부(46)로부터 패턴 형성신호를 수신함으로써 각각 통상 유체제트 노즐(2) 및 미세 유체제트 노즐(3)에 소정의 전압을 인가 하여 토출을 가능하게 하고 있다. 이 패턴 형성신호는, 기판(S)상의 원하는 위치에 소정의 패턴을 형성하도록 통상 제트 전압발생부(21) 혹은 미세 제트 전압발생부(31)에 전압발생 지령을 주는 것이다. 예컨대, 패턴 발생부(46)는 제어부(50)로부터 기판(S) 상의 위치신호를 수신하면, 해당 위치신호에 따라 패턴 형성신호를 통상 제트 전압발생부(21) 혹은 미세 제트 전압발생부(31)에 출력한다. 그리고, 예컨대, 미세 제트 전압발생부(31)가 패턴 형성신호를 수신했을 경우에는, 미세 제트 전압발생부(31)는 소정의 전압을 미세 유체제트 노즐(3)에 인가한다. 이것에 의해, 미세 유체제트 노즐(3)로부터 용액이 기판(S)상의 소정의 위치로 공급된다. 마찬가지로 해서, 통상 제트 전압발생부(21)가 패턴 형성신호를 수신했을 경우에는, 통상 유체제트 노즐(2)로부터 용액이 기판(S)상의 소정의 위치로 공급된다. 이와 같이 해서, 통상 유체제트 노즐(2) 혹은 미세 유체제트 노즐(3)에서 공급된 용액에 의해, 기판(S)상의 원하는 위치에 패턴이 형성되게 된다.
다음에, 정반사식 레이저 변위계(4)에 대해서 설명한다. 정반사식 레이저 변위계(4)는, 헤드(10)와 기판(S)과의 간격의 변위를 계측하기 위해서 설치되어 있다. 또, 정반사식 레이저 변위계(4)는, 특히 미세 유체제트 노즐(3)과 기판(S)과의 간격의 변위를 계측하기 위해서, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 기판(S)상에의 용액의 공급위치의 근방에 검출위치, 즉 레이저의 초점이 설정되도록 설치되어 있다. 정반사식 레이저 변위계(4)는, 레이저를 기판(S)을 향해서 투광하는 투광부(4a)와, 해당 기판(S)으로부터 반사되는 레이저 반사광을 수광하는 수광부(4b)를 구비하고 있다. 이것 때문에, 비접촉으로 헤드(10)와 기판(S)과의 간격의 변위를 검출할 수 있다. 정반사식 레이저 변위계(4)는, 지지체(5)에 의해 지지되고 있어, 지지체(5)를 이동시킴으로써 정반사식 레이저 변위계(4)에 의한 검출위치를 가변할 수 있다. 또, 레이저 변위계(4)에서는, 기판(S)의 이면반사가 문제가 되는 경우가 있지만, 그 경우는 검출부가 CCD방식의 레이저 변위계(4)를 이용하면, 이것을 해결할 수 있다. 이 경우, 검출 빔의 프로파일에는, 표면과 이면에 상당하는 2개의 피크가 나타나므로, 빔 프로파일로부터 그 이면측의 피크를 소프트웨어적으로 검출하고, 빔 위치를 구하는 중심계산에 포함시키지 않는 것으로 이면반사의 영향을 없앨 수 있다.
지지체(5)는, 예컨대, 압전소자로 구성함으로써 압전소자의 신축에 의해 기판(S)상의 위치를 자동 조정할 수 있다. 이것에 의해, 정반사식 레이저 변위계(4)의 검출위치를 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 기판(S)상에의 용액의 공급위치,또는 그 근방의 임의의 위치에 설정할 수 있다. 예컨대, 정반사식 레이저 변위계(4)의 검출위치를 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 기판(S)상에의 용액의 공급위치를 포함하지 않고, 더욱이 용액이 공급되지 않고 있는 미공급 영역에 맞출 수 있다. 이것에 의해, 미세 유체제트 노즐(3)로부터 토출된 용액의 액적에 레이저가 입사하는 것에 의한 용액의 변성을 회피하는 동시에, 레이저가 기판(S) 상에 공급된 용액의 액적을 검출함으로써 변위계가 오차를 일으키는 문제점을 방지할 수 있다. 이것 때문에, 미세 유체제트 노즐(3)과 기판(S)과의 간격의 변위를 연속해서 검출하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 미세 유체제트 노즐(3)과 기판(S)과의 간격을 항상 소정값으로, 더욱이 고정밀도로 유지할 수 있다.
또한, 정반사식 레이저 변위계(4)의 검출위치를 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 기판(S)상에의 용액의 공급위치를 포함하는 그 근방에 맞추어도 좋다. 이 경우는, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 용액의 기판(S)에의 공급전에 용액의 공급이 예정되는 위치에서 검출을 행한 후, 검출을 정지하면 된다. 이것에 의해, 연속해서 검출하는 경우와 비교하여, 처리 속도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 지지체(5)가 「위치조정기구」에 상당하고 있다.
더욱이, 멀티 노즐(멀티채널)로 해서 직선배열 헤드 혹은 2차원 배열 헤드로 했을 경우에는, 1개소의 변위정보로는 부족하기 때문에, 복수의 레이저 변위계(4)를 탑재하고, 그 복수의 변위신호의 평균을 취하도록 해도 되고, Z축 구동부(44)의 자유도를 올려 라인 보정이나 면보정을 행하도록 해도 된다.
도 3은, 통상 유체제트 노즐(2)의 구성을 나타내는 도면이다. 통상 유체제트 노즐(2)에는, 예컨대 공지의 피에조식 잉크제트 노즐을 이용할 수 있다. 이 통상 유체제트 노즐(2)은, 그 내부에 용액을 저장 가능한 저장 공간(23)을 가지는 노즐 본체(22)와, 해당 저장 공간(23)내의 용액을 가압하기 위한 압전소자(24)를 구비하고 있다. 노즐 본체(22)의 저부에는 저장 공간(23)내의 용액을 기판(S)을 향해서 토출 하는 통상 지름(예컨대, 25㎛보다 큰 지름)의 통상 토출구(25)가 마련되어져 있다. 또한, 노즐 본체(22)의 측면에는 저장 공간(23)에 용액을 공급하는 공급구(26)가 마련되어 있고, 액공급부(45)와 연통 접속되어 있다. 압전소자(24)는, 통상 제트 전압발생부(21)와 배선(27)을 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 압전소자(24)는 전압 인가되는 것으로 신축하는 것이기 때문에, 통상 제트 전압발생부(21)에 의해 소정의 전압을 인가함으로써 압전소자(24)를 신축하고, 저장 공간(23)에 저장되어 있는 용액이 가압된다. 그 결과, 통상 토출구(25)에서 용액의 액적이 기판(S)을 향해서 토출된다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 압전소자(24)가 「압력인가수단」에 상당하고 있다.
또, 통상 유체제트 노즐(2)은, 피에조식 잉크제트 노즐에 한정하지 않고, 공지의 써멀식(버블제트(등록상표)식) 잉크제트 노즐을 사용 할 수도 있다. 써멀식 잉크제트 노즐을 사용하는 경우에는, 압전소자(24) 대신에 노즐 내부의 용액을 가열하기 위한 발열체 등의 가열 수단을 설치하고, 용액을 가열시킴으로써 용액에 기포를 발생시킨다. 이것에 의해 용액이 가압되어서, 통상 토출구(25)보다 용액의 액적이 기판(S)을 향해서 토출된다.
도 4는, 미세 유체제트 노즐(3)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 미세 유체제트 노즐(3)은, 그 내부에 용액을 저장이능한 저장 공간(33)을 가지는 노즐 본체(32)와, 해당 저장 공간(33)내의 용액에 접촉하는 전극(34)을 구비하고 있다. 노즐 본체(32)의 저부에는 저장 공간(33)내의 용액을 기판(S)을 향해서 토출하는 상기 통상 지름보다도 작은 미세 지름(예컨대, 서브㎛~25㎛의 지름)의 미세 토출구(35)가 마련되어져 있다. 노즐 본체(32)는, 실드 고무(36) 및 노즐 클램프(37)에 의해 홀더(38)에 설치되어, 노즐 본체(32) 내부의 압력이 새지 않도록 구성되어 있다. 압력 조정기(39)는, 노즐 본체(32) 내부의 압력을 조정하는 것으로, 압력 튜브(40)를 통과해서 노즐 본체(32) 내부의 압력이 조정된다. 이 압력 조정기(39)는, 고압을 인가함으로써 용액을 미세 토출구(35)로부터 밀어내기 위한 것은 아니고, 오히려 컨덕턴스(노즐내의 용액의 흐름의 용이)를 조정하거나, 저장 공간(33)에의 용액의 충전, 노즐 막힘의 제거 등에 이용할 수 있다. 노즐 본체(32)는 성형성을 고려해서 유리, 전극(34)에는 금속선(텅스텐 선)을 사용하고 있다. 또, 노즐 내에 도금으로 전극을 형성해도 된다. 또한, 노즐 본체(32)를 도전성 물질로 형성했을 경우에는, 그 위에 절연재를 코팅한다.
다음에, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 미세 액적의 동작에 대해서 설명한다. 전극(34)은, 미세 제트 전압발생부(31)와 접속되어 있고, 미세 제트 전압발생부(31)에서 발생한 전압은 전극(34)에 전해져서 미세 토출구(35) 근방의 용액을 대전시켜, 미세 토출구(35) 근방에 국소적인 전계(전계의 집중 효과)를 발생시킨다. 이 미세 토출구(35)에 집중한 전하(Q)는 정확히, 해당 전하(Q)와 기판(S)과의 간격분만큼 기판(S)을 중심으로 해서 기판 안쪽으로 떨어진 대칭 위치에, 등가한 전하량에서 더욱이 극성이 반대인 경상 전하(Q')을 유도시킨다. 그리고, 전하(Q)와 경상 전하(Q')와의 사이에 작용하는 정전적인 힘(경상력)에 의해, 미세 토출구(35)에서 용액의 액적이 기판(S)을 향해서 토출되게 된다. 또, 토출의 조건으로서, 정전적인 힘이 노즐 내의 용액에 일하는 표면장력보다 큰 것이 필요하게 되지만, 후술하는 것 같이 노즐 지름이 미세할수록 전계의 집중 효과는 크고, 토출에 유리한 것 이 명백해지고 있다.
도 5에, 국소적인 전계 모델에 의거하는 모델 계산 결과를 나타낸다. 도 5는, 노즐 지름(r)과, 표면장력에 의한 압력(Ps) 및 정전적인 압력(Pe)과의 관계를 나타내는 도면이다. 표면장력으로서, 물(γ=72mNm)과, 유기용매(γ=20mNm)의 경우에 관해서 도시하고 있다. 이것보다, 충분히 작은 노즐 지름을 이용함으로써 정전적인 압력(Pe)이 표면장력에 의한 압력(Ps)을 상회하는 것이 시사된다. 즉, 미세 액적의 토출이 가능해지는 것이 이해된다. 그 때문에, 종래의 잉크제트 방식에서는, 노즐 막힘 등의 문제로 안정적으로 토출하는 것이 불가능했던 미세 액적의 토출이 가능해지고 있다.
이와 같이, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 미세 액적의 토출은, 미세 토출구(35)의 근방에서의 전계의 집중 효과와, 대향하는 기판(S)에 유기되는 경상력의 작용을 특징으로 하고 있다. 이것 때문에, 기판(S) 또는 기판 홀더(1)를 도전성으로 하거나, 이것들에 전압을 인가하는 것은 불필요하다. 즉, 기판으로서 절연성의 유리 기판, 폴리이미드 등의 플라스틱 기판, 세라믹스 기판, 반도체 기판 등을 이용하는 것이 가능하다.
또한, 전극(34)에의 인가전압은, 플러스, 마이너스의 어느 것이어도 된다. 또, 미세 유체제트 노즐(3)과 기판(S)의 거리는, 수㎛~수백㎛ 이하 유지하는 것에 의해, 용액의 토출을 더 용이하게 할 수 있다.
다음에, 도 1로 되돌아가서 장치의 설명을 계속한다. 기판 홀더(1) 상에는, 노즐 세정부(6), 프리 디스펜스부(7), 및 캘리브레이션 플레이트(8)가 설치되어 있 다. 노즐 세정부(6) 및 프리 디스펜스부(7)는, 미세 유체제트 노즐(3)의 세정 때문에 설치되어 있다. 노즐 세정부(6)는, 몇 종류의 세정용제용의 용기를 구비하고, 초음파 세정을 실행한다. 세정용제로서, 사용하는 용액마다 세정성이 최적인 것이 선택되고, 선택된 세정용제로 세정이 행하여진 후, 에탄올에 의한 세정이 행하여진다. 또, 세정용제는 수동으로 정기적으로 교환하면 좋다. 미세 유체제트 노즐(3)의 선단에 부착하는 용액의 양은 극히 소량이며, 세정 용기 중의 용제에의 오염은 약간이기 때문이다. 프리 디스펜스부(7)에는, 스테인리스제의 접시가 마련되어 있어, 초기 토출이 실행된다.
캘리브레이션 플레이트(8)에는, 예컨대, 유리판을 이용할 수 있어, 패턴 형성 전에 해당 유리판 상에서 통상 유체제트 노즐(2)과 미세 유체제트 노즐(3)과의 위치 맞춤이 행하여진다. 이 순서는 아래와 같다. 우선, 미세 유체제트 노즐(3)로부터 용액을 토출함으로써 유리판 상에 십자선을 형성한다. 그 후, 통상 유체제트 노즐(2)로부터 용액을 토출함으로써 마찬가지로 유리판 상에 십자선을 형성한다. 그리고, 각각의 십자선의 상대적인 위치 어긋남을 마이크로스코프(도시 생략)에 의해 눈으로 보는 것에 의해, 위치 보정값을 구한다. 구한 위치 보정값을 제어부(50)에 입력함으로써 통상 유체제트 노즐(2)과 미세 유체제트 노즐(3)과의 상대 위치를 맞출 수 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 처리장치의 동작의 일례를 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은, 도 1의 처리장치의 동작을 나타내는 플로우 차트이다. 여기에서는, 기판(S) 상에 LSI디바이스 등의 집적회로 부품을 탑재 가능하게 하기 위 한 배선패턴을 형성하는 경우에 대해서 설명한다.
우선, 토출의 준비로서 노즐 세정부(6)에서, 통상 유체제트 노즐(2) 및 미세 유체제트 노즐(3)의 각 노즐을 세정한다(스텝 S1). 그 다음, 액공급부(45)로부터 용액을 각 노즐에 압송하고, 프리 디스펜스부(7)에서 각 노즐로부터 용액을 토출함으로써 초기 토출을 실행한다(스텝 S2). 이것에 의해, 각 노즐의 클리닝을 완료한다. 다음에, 캘리브레이션(8) 상에, 각 노즐로부터 용액을 토출함으로써 위치 맞춤용의 패턴을 형성한다(스텝 S3). 그리고, 형성한 패턴의 상대적인 위치 어긋남을 마이크로스코프에 의해 눈으로 보아 확인함으로써 위치 보정값을 구하고, 제어부(50)에 해당 보정값을 입력한다(스텝 S4). 이것에 의해, 통상 유체제트 노즐(2)과 미세 유체제트 노즐(3)과의 상대적인 위치 맞춤을 완료한다. 한편, 기판(S)측의 준비로서 기판(S)을 기판 홀더(1)에 세트하고, 기판(S)을 진공 흡착한다(스텝 S5). 다음에, 헤드(10)를 구동시켜 정반사식 레이저 변위계(4)에 의한 기판(S)의 두께 검출(스텝 S6)과, 기판(S)의 부상의 체크를 행한다(스텝 S7).
이상의 패턴 형성 전의 준비가 정돈된 상태에서, 우선, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 패턴 형성이 실행된다(스텝 S8). 헤드(10)가 기판(S)상의 소정의 위치에 위치결정되는 동시에, 미세 유체제트 노즐(3)로부터 미세 입자 지름의 액적이 기판(S) 상에 공급된다. 이것에 의해, 예컨대, 디바이스 등의 집적회로 부품의 주변 등의 미세폭을 가지는 미세 패턴(예컨대, 선폭이 25㎛보다도 좁은 패턴)이 형성된다. 그 다음, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 패턴 형성이 완료한 후에 통상 유체제트 노즐(2)에 의한 패턴 형성이 실행된다(스텝 S9). 헤드(10)가 기판(S) 상의 소 정의 위치에 위치 결정되는 동시에, 통상 유체제트 노즐(2)로부터 미세 입자 지름보다도 큰 통상 입자 지름의 액적이 기판(S) 상에 공급된다. 이것에 의해, 예컨대, 미세폭보다도 넓은 통상폭을 가지는 통상 패턴(미세 패턴 이외의 패턴이며, 예컨대, 선폭이 25㎛보다도 넓은 패턴)이 형성된다. 미세 패턴의 형성 후에 통상 패턴을 형성하는 것은, 통상 입자 지름의 액적에 의해 형성한 패턴이, 미세 유체제트 노즐(3)에 간섭하는 것을 방지하기 위함이다. 물론, 이러한 간섭이 문제가 안될 경우에는, 통상 패턴의 형성(스텝 S9) 후에, 미세 패턴을 형성하도록(스텝 S8) 하여도 된다.
도 7은, 미세 배선을 가지는 패턴 형성의 모양을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 기판(S)으로서 유리 에폭시 기판 혹은 플렉시블 프린트 기판을 이용하고, 금속 페이스트 등의 액적을 기판(S)을 향해서 토출해서 배선패턴을 형성하는 모양을 나타내고 있다. 패턴(P2)은, 미세폭을 가지고, 디바이스와의 접점 및 그 주변의 배선패턴을 나타내고 있고, 해당 패턴은 미세 유체제트 노즐(3)로부터 미세 입자 지름의 액적을 기판(S) 상에 공급함으로써 형성된다. 한편, 패턴(P1)은, 미세폭 보다도 넓은 폭을 가지는 통상 패턴(미세 패턴 이외의 패턴)을 나타내고 있고, 해당 패턴은 통상 유체제트 노즐(2)로부터 통상 입자 지름의 액적을 토출함으로써 형성된다.
이상과 같이, 이 실시형태에 의하면, 미세영역에 관해서는 미세 유체제트 노즐(3)로부터 용액을 기판(S)에 공급하여 패턴 형성하는 것에 의해, 배선의 미세화를 가능하게 하는 한편, 해당 미세영역보다도 넓은 영역(미세영역 이외의 영역)에 대해서는, 통상 유체제트 노즐(2)로부터 용액을 기판(S)에 공급하여 패턴 형성하는 것에 의해, 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 즉, 액적의 입자 지름이 1종류이면, 미세영역의 패턴을 형성하기 위해서 액적의 입자 지름을 작은 입자 지름으로 할 필요가 있지만, 이러한 작은 입자 지름에서 미세영역보다도 넓은 영역을 패턴 형성하면, 쓰루풋의 저하를 초래하게 된다. 이 실시형태에 의하면, 형성하는 패턴폭에 따라 액적의 입자 지름을 바꾸고 있으므로, 이러한 쓰루풋의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 다른 액적의 입자 지름을 가지는 용액을 토출하는 것이 가능하기 때문에, 처리영역이 미세영역으로 된 기판, 해당 미세영역보다도 넓은 영역으로 된 기판, 및 양자가 혼재하고 있는 기판의 어느 것에 대하여도 유연하게 대응할 수 있어, 범용성이 우수하다. 특히, 미세 유체제트 노즐(3)을 이용함으로써 잉크제트 노즐에서는 노즐 막힘 등의 문제에 의해 안정적으로 토출할 수 없었던 액적의 입자 지름에 관해서도 토출하는 것이 가능해지기 때문에, 잉크제트 방식만으로 구성된 장치와 같이 처리 대상이 한정되는 일이 없다. 이것에 의해, 고밀도화가 요구되는 접속점 수가 많은 LSI 디바이스 등과의 접속 패턴도, 리소그래피 등의 방법에 근거하지 않고, 직접적으로 기판 상에 형성하는 것이 가능해진다.
또, 이 실시형태에서는, 기판(S) 상에 미세 배선을 가지는 패턴 형성을 인쇄하고 있지만, 이것에 한정하지 않는다. 예컨대, 이하와 같은 용도에 대하여도 적용할 수도 있다.
(Si 관통전극의 형성)
최근, 휴대전화로 대표되는 고집적화의 요구에 의해, SIP(시스템·인·패키 지) 기술이 진전되고 있다. 이것은, 박형 웨이퍼 등의 기판을 이용해서 작성한 각종 디바이스를 적층화해서 단일 패키지에 밀봉하여 시스템화를 실현한 것이다. 각종 디바이스 사이의 배선에는 와이어본더 장치에 의해 상호 결선하는 방법이 이용되고 있다. 그러나, 와이어본더에 의한 3차원 결선은, 장치의 초기 설정에서의 티칭(teaching)에 막대한 시간을 필요로 하고, 쓰루풋에도 문제가 있다. 그래서, 와이어 접속 대신에, 각 기판에 관통 구멍을 설치해서 Si 관통전극을 형성하고, 그것들을 형성한 기판을 다단으로 적층하는 것이 고려되고 있다. 이 Si 관통전극은, 각 기판 사이의 신호지연을 저감하기 위해, 또 고밀도화를 위해 미세 지름(예컨대, 수십㎛ 이하)의 관통 구멍이 필요하게 된다. 한편, 기판의 주변 등에는, 각 기판에 전원을 공급하기 위해서 통상 지름의 관통 구멍으로 형성된 관통 전극이 형성되는 일이 많다.
도 8은, Si 관통전극의 형성의 모양을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 관통 구멍이 형성된 각 기판을 다단으로 적층한 다층 기판(MS)에 대하여, 해당 다층기판(MS) 상의 관통 구멍에 금속 페이스트 등의 도전성의 용액을 공급해서 메우는 모양을 나타내고 있다. 관통 구멍(H1)은, 통상 지름의 관통 구멍인 것을 나타내고 있고, 해당 관통 구멍은 통상 유체제트 노즐(2)로부터 통상 입자 지름의 액적을 토출함으로써 메워진다. 한편, 관통 구멍(H2)은, 통상 지름보다도 작은 미세 지름의 관통 구멍인 것을 나타내고 있고, 해당 관통 구멍은 미세 유체제트 노즐(3)로부터 미세 입자 지름의 액적을 토출함으로써 메워진다.
이상과 같이, 관통 구멍의 구멍지름에 따라 통상 입자 지름 또는 미세 입자 지름의 액적을 관통 구멍에 공급하고 있으므로, 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 즉, 액적의 입자 지름이 1종류이면, 미세 지름의 관통 구멍의 구멍을 메움을 행하기 위해서 액적의 입자 지름을 작은 입자 지름으로 할 필요가 있지만, 이러한 작은 입자 지름으로 미세 지름보다도 큰 관통 구멍을 보충하는 것은 쓰루풋의 저하를 초래하게 된다. 이 실시형태에 의하면, 구멍 지름 에 따라 액적의 입자 지름을 바꾸고 있으므로, 이러한 쓰루풋의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 다른 액적의 입자 지름을 가지는 용액을 토출하는 것이 가능하기 때문에, 구멍 지름에 따른 입자 지름의 액적을 기판에 공급할 수 있어, 범용성이 우수하다. 특히, 미세 유체제트 노즐(3)을 이용함으로써, 잉크제트 노즐에서는 착탄 정밀도가 불충분해서 안정적으로 토출할 수 없었던 액적의 입자 지름(수십㎛ 이하)에 관해서도 토출하는 것이 가능해지기 때문에, 잉크제트 방식만으로 구성된 장치와 같이 처리 대상이 한정되는 일이 없다. 또한, 관통 전극의 형성과 함께, 도 7에 나타내는 패턴 형성을 동시에 행함으로써 범용성을 높이는 동시에, 더욱 쓰루풋의 향상을 기대할 수 있다.
(땜납 범프의 형성)
또한, 땜납 범프의 형성에도 적용할 수 있다. 도 9는, 땜납 범프 형성의 모양을 나타내는 도면이다. 동도(a)는, 통상 유체제트 노즐(2)로부터 통상 입자 지름의 액적을 토출함으로써 통상 지름의 범프를 형성하고 있다. 동도(b)는, 미세 유체제트 노즐(3)로부터 미세 입자 지름의 액적을 토출함으로써 통상 지름보다도 작은 미세 지름의 범프를 형성하고 있다.
이상과 같이, 형성하는 범프 지름에 따라 통상 입자 지름 또는 미세 입자 지 름의 액적을 기판(S)에 공급하고 있으므로, 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 즉, 액적의 입자 지름이 1종류이면, 미세 지름의 범프 형성을 위해 액적의 입자 지름을 작은 입자 지름으로 할 필요가 있지만, 이러한 작은 입자 지름으로 미세 지름보다도 큰 범프 지름을 형성하는 경우, 단위 시간당 기판에의 액공급량은 제한되어, 쓰루풋의 저하를 초래하게 된다. 이 실시형태에 의하면, 형성하는 범프 지름에 따라 액적의 입자 지름을 바꾸고 있으므로, 이러한 쓰루풋의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 다른 액적의 입자 지름을 가지는 용액을 토출하는 것이 가능하기 때문에, 형성하는 범프 지름에 따른 입자 지름의 액적을 기판에 공급할 수 있어, 범용성이 우수하다. 특히, 미세 유체제트 노즐(3)을 이용함으로써 잉크제트 노즐에서는 착탄 정밀도가 불충분해서 안정적으로 토출할 수 없었던 액적의 입자 지름(범프 지름 30㎛이 한계로 되어 있다)에 관해서도 토출하는 것이 가능하기 때문에, 범프 지름의 미세화에 대응할 수 있는 동시에, 잉크제트 방식만으로 구성된 장치와 같이 처리 대상이 한정되는 일이 없다.
<제2 실시형태>
(DNA 마이크로 어레이의 형성)
도 10은, 본 발명에 관한 처리장치의 제2 실시형태를 나타내는 도면이다. 이 처리장치는, 피처리 대상이 된 기판(S)에 본 발명의「처리액」으로서 프로브 DNA 용액(이하,「DNA 용액」이라고 한다)을 공급해서 DNA 마이크로 어레이를 형성하는 처리장치이다. 기판(S)에는, 슬라이드 글라스 또는 Si 웨이퍼를 이용할 수 있다. 또한, 처리 효율을 높이기 위해서, 복수의 기판(S)이 기판 홀더(1) 상에 배치된다. 예컨대, 20장×20장(계 400장)의 기판(S)이 배치된다.
여기에서, DNA 마이크로 어레이는, 해석 대상 생물의 유전자에 대응하는 DNA 단편을 기판 상에 작은 스팟으로서, 고밀도로 배열한 것이다. 예컨대, 생체로부터 추출한 DNA를 분리하고, 동일한 DNA를 PCR(Polymerase Chain Reaction)법에 의해 증폭하고, DNA 용액을 기판 상에 배열시킨다. 인간의 유전자는, 30000~40000이라 말하고 있으므로, 그것에 대응하는 DNA 단편의 수는 수만 종류가 있고, 따라서 수만종류의 DNA 용액이 준비된다.
종래부터 유리 또는 스테인레스 등의 금속의 바늘을 가지는 스팟에 의해 10mm각(角) 정도의 유리 기판 상에 φ100㎛ 정도의 스팟을 배열한 DNA 마이크로 어레이가 있다. 이것을 100㎛의 간격으로 배열했을 경우는 스팟점 수는 최대 10000점이 되지만, 대규모 유전자해석에 사용하는 경우에는 스팟점 수가 부족하여 복수의 유리 기판이 필요하게 된다는 문제점이 발생하였다. 예컨대, 기판 1장당 최대 스팟점 수가 10000점이면, 인간의 유전자해석에는 3~4장의 유리 기판이 필요하게 된다. 또한, 스팟 지름이 흩어진다는 결점이 있었다. 한편 잉크제트 방식에 의하면 스팟 지름은 안정하지만 스팟 지름을 미세화하려고 하면, 노즐에 설치하는 토출구의 구멍 지름을 작게 할 필요가 있지만, 노즐 막힘의 문제 등, 그 토출성능에도 일정한 한계가 있고, 안정한 토출은 곤란하다. 더욱이 노즐내의 세정성에도 문제가 있다.
또한, 반도체 제조 등의 리소그래피의 방법을 이용해서 φ100㎛ 이하(예컨대, φ23㎛)의 스팟 지름을 실현한 DNA 칩이 되는 것이 존재하지만, 그 방법상, 탑재하는 프로브 DNA 용액이 한정되어, 다양한 연구에 대응할 수 없다. 또한, 스팟 지름이 100㎛ 이하로 하면 하이브리다이즈 시의 눈으로 보는 확인이 곤란해지는 동시에, 해석 결과가 안정하지 않고 재현성이 부족하다는 문제점이 있었다.
다음에 도 10으로 되돌아가서 처리장치의 설명을 계속한다. 이 제2 실시형태가 제1 실시형태로 크게 상위하는 점은, 기판 홀더(1) 상에 새롭게 DNA 용액 플레이트(9)를 배치하고 있는 점, 그리고 액공급부(45)는, 에탄올 등의 세정용제 만을 유지하고 있는 점이다. 따라서, 통상 유체제트 노즐(2) 및 미세 유체제트 노즐(3)에의 DNA 용액의 공급은, DNA 용액 플레이트(9)로부터 된다. DNA 용액 플레이트(9)는, 도 11에서 나타내는 바와 같이, 미소한 포드(9a)를 다수 배열한 것으로, 각포드(9a)에는 서로 다른 DNA 용액이 각각 넣어져 있다. 또, 그 외의 구성은 기본적으로 제1 실시형태와 같다. 따라서, 이하에서는, 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
도 12에 DNA 마이크로 어레이용의 헤드의 일례를 나타낸다. 도 12는, 8채널의 미세 유체제트 노즐(3)을 구비한 예이다. 이와 같이, 노즐을 멀티채널화함으로써 장치의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 또, 각 미세 유체제트 노즐(3)사이의 피치는, DNA 용액 플레이트(9)의 각 포드(9a)사이의 피치와 일치하고 있다. 각 노즐에의 DNA 용액의 공급은, 노즐 선단부를 포드(9a)에 넣어진 DNA 용액에 담그는 것에 의해 행한다. 이것에 의해, 모세관 현상에 의해 노즐 선단부에 DNA 용액이 흡인된다.
다음에, DNA 마이크로 어레이의 형성 동작에 대해서 설명한다. 도 13은, 도 10의 처리장치의 동작의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 기본적인 동작은 도 6 에 나타내는 플로우 차트와 같지만, DNA 마이크로 어레이의 형성에서는, 각 노즐에서의 용액의 공급이 DNA 용액 플레이트(9)로부터 되는 점이 다르다. 그 때문에, 여기에서는 상위점만에 대해서 설명하고, 그 외의 점에 관해서는 설명을 생략한다.
우선, 토출의 준비로서 노즐 세정부(6)에서, 각 노즐을 세정한다(스텝 S11). 계속해서, 헤드(10)가 DNA 용액 플레이트(9) 상에 이동되어, 미세 유체제트 노즐(3)의 선단부가 DNA 용액 플레이트(9)의 포드(9a)에 넣어진 DNA 용액 중에 담궈진다. 이것에 의해, 모세관 현상에 의해 미세 유체제트 노즐(3)에 DNA 용액이 흡인된다(스텝 S12). 마찬가지로 해서, 통상 유체제트 노즐(2)에 관해서도 DNA 용액이 흡인된다. 그리고, 프리 디스펜스부(7)에서 각 노즐로부터 용액을 토출함으로써 초기 토출을 실행한다(스텝 S13). 각 노즐에의 DNA 용액의 공급은 모세관 현상에 의한 흡인이므로, 미리 프리 토출을 규정회수 행해 노즐 선단부에 부착된 DNA 용액을 제거할 필요가 있다. 이 프리 토출을 행하지 않을 경우에는, 노즐 선단부에 부착된 DNA 용액이 악영향을 끼쳐 원하는 스팟 지름을 얻을 수 없게 되기 때문이다. 또, 캘리브레이션 플레이트(8)에 의한 각 노즐의 상대적인 위치 맞춤(스텝 S14), 보정값의 입력(스텝 S15), 및 기판(S)의 준비(스텝 S16~S18)는, 도 6과 같으므로 설명을 생략한다.
이상의 패턴 형성 전의 준비가 정돈된 상태에서, 우선, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 스팟 형성이 실행된다(스텝 S19). 헤드(10)가 기판(S) 상의 소정의 위치에 위치 결정되는 동시에, 미세 유체제트 노즐(3)로부터 미세 입자 지름의 액적이 기판(S) 상에 공급된다. 이것에 의해, 기판(S) 상에 미세 지름의 스팟(미세 스 팟)이 형성된다. 헤드(10)가 8채널의 미세 유체제트 노즐(3)을 구비하고 있는 경우는, 기판(S) 상에 8개의 스팟이 형성된다. 또, 1개의 스팟은 미세 유체제트 노즐(3)로부터의 1쇼트에 의해 형성된다. 여기에서, 복수의 기판(S)을 기판 홀더(1)에 배치하고 있는 경우에는, 각 기판 마다 8개의 스팟이 순차로 형성되게 된다.
DNA 용액을 보충하는 경우에는, 각 DNA 용액 마다 포드(9a)로 보충한다. 그리고, 노즐 선단부를 포드(9a)에 넣어진 DNA 용액 중에 담궈 흡인함으로써, 노즐 내에 DNA 용액이 보충된다. 보충 후는, 다시 프리토출을 행하고 나서 스팟 형성이 행하여진다. 또한, DNA 용액을 바꿀 경우는, 프리 디스펜스부(7)에서 액공급부(45)로부터 세정용제를 압송해서 노즐 내를 세정하는 동시에, 노즐 세정부(6)에서 세정용제에 의한 초음파세정을 실행한다. 그 후, 신규의 DNA 용액중에 노즐 선단부를 담궈 흡인함으로써, DNA 용액이 노즐 내에 공급된다. 또, 이것들의 조작은, 8채널의 미세 유체제트 노즐(3)에 대해서 동시에 행하여진다.
계속해서, 미세 유체제트 노즐(3)에 의한 스팟 형성이 완료한 후에 통상 유체제트 노즐(2)에 의한 스팟 형성이 실행된다(스텝 S20). 또, 통상 유체제트에 의한 스팟 형성에 관해서도 미세 유체제트에 의한 스팟 형성과 같이 행하여진다. 즉, 헤드(10)가 기판(S) 상의 소정의 위치에 위치 결정되는 동시에, 통상 유체제트 노즐(2)로부터 미세 입자 지름보다도 큰 통상 입자 지름의 액적이 기판(S) 상에 공급됨으로써, 기판(S) 상에 통상 지름의 스팟(통상 스팟)이 형성된다.
도 14에서, DNA 마이크로 어레이의 외관을 나타낸다. 동도(a)는, 슬라이드 글라스 등의 기판(S) 상에 미세영역(R2)을 미세 유체제트 노즐(3)에서 미세 스팟을 작성하고, 통상 영역(R1)을 통상 유체제트 노즐(2)에서 해당 미세 지름보다도 큰 통상 스팟을 작성한 예를 나타내고 있다. 또한, 동도(b)는, 각 영역의 확대도면이다. 이 예에서는, 미세 스팟 지름을 8㎛로 하고, 통상 스팟 지름을 100㎛로 하고 있다.
이상과 같이, 이 실시형태에 의하면, 처리영역에 따라 통상 입자 지름 또는 미세 입자 지름의 액적을 기판(S)에 공급하고 있으므로, 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 즉, 액적의 입자 지름이 1종류이면, 미세 지름의 스팟 형성을 위해 액적의 입자 지름을 작은 입자 지름으로 할 필요가 있지만, 이러한 작은 입자 지름으로 미세 지름보다도 큰 스팟 지름을 형성하는 경우, 단위 시간당 기판에의 액공급량은 제한되어, 쓰루풋의 저하를 초래하게 된다. 이 실시형태에 의하면, 형성하는 스팟 지름에 따라 액적의 입자 지름을 바꾸고 있으므로, 이러한 쓰루풋의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 다른 액적의 입자 지름을 가지는 용액을 토출하는 것이 가능하기 때문에, 해석 목적 등에 따른 입자 지름의 액적을 기판(S)에 공급할 수 있어, 범용성이 우수하다. 특히, 미세 유체제트 노즐(3)을 이용함으로써 잉크제트 노즐에서는 노즐 막힘의 문제 등으로 안정적으로 토출할 수 없었던 액적의 입자 지름에 관해서도 토출하는 것이 가능해지기 때문에, 스팟 지름의 미세화 및 스팟 배열의 고밀도화에 대응할 수 있다.
또한, 이 실시형태에 의하면, 중점적으로 해석하고 싶은 DNA에 대해서는, 통상 유체제트 노즐(2)을 이용해서 통상 스팟을 배열시키는 것에 의해, 해석 결과를 수치적으로 안정시킬 수 있다. 더욱이, 스팟 지름을 100㎛ 이상으로 함으로써 하이 브리다이즈 시에 반응 상황을 눈으로 보아 해석할 수 있다. 한편, 미세 유체제트 노즐(3)을 이용함으로써 잉크제트 노즐에서는 안정적으로 토출할 수 없었던 액적의 입자 지름에 관해서도 토출하는 것이 가능해지기 때문에, 고밀도로 미세 스팟을 배열할 수 있어, 해석 효율을 향상시킬 수 있다. 이것 때문에, 대규모의 유전자해석에 사용하는 경우에도 한장의 기판 상에 DNA 마이크로 어레이를 작성하는 것도 가능해진다. 또, 프로브 DNA 용액의 전환 시에도 노즐이 미세하기 때문에, 부착하고 있는 용액의 양도 미소해서, 크로스 컨터미네이션의 문제를 적게 할 수 있다.
(화학 시료 반응)
또, 이 실시형태에서는, 기판(S) 상에 DNA 마이크로 어레이를 형성하고 있지만, 이것에 한정하지 않는다. 예컨대, 콤비나트리케미스트리의 방법을 이용한 화학 시료 반응에 대하여도 적용할 수 있다. 이 경우, 프로브 DNA 용액 플레이트(9) 대신에, 화학 시료 용액 플레이트가 사용된다. 화학 시료 용액 플레이트의 각 포드(9a)에는 서로 성분이나 그 성분의 비율이 다른 화학 시료 용액이 각각 넣어져 있다.
도 15에 화학 시료 반응의 외관을 나타낸다. 동도(a)는, 상이한 화학 시료 용액 A~F의 각각에 대하여, 9종의 상이한 화학 시료 용액을 중첩시킨 모양을 나타내고 있다. 동도(b)는, 화학 시료 용액 A의 확대도이다. 화학 시료 용액 A~F에 대해서는 통상 유체제트 노즐(2)에 의해 통상 지름의 스팟(통상 스팟)이 형성되고, 9 종의 상이한 화학 시료 용액 a~i에 관해서는 미세 유체제트 노즐(3)에 의해 통상 지름보다 작은 미세 지름의 스팟(미세 스팟)이 형성된다. 각 스팟의 형성은, 우선 통상 유체제트 노즐(2)에 의해 통상 스팟을 형성한 후, 형성된 각 통상 스팟 상에 미세 유체제트 노즐(3)에 의해 미세 스팟이 형성된다. 그리고, 통상 스팟과 미세 스팟이 중첩된 부분에서, 통상 입자 지름의 화학 시료 용액과 미세 입자 지름의 화학 시료 용액의 사이에서 화학반응이 일어난다. 이것을 동도(b)를 이용해서 설명하면, 스팟 A1에서 통상 입자 지름의 화학 시료 용액 A와 미세 입자 지름의 화학 시료 용액 a의 사이에서 화학반응 A-a가 일어나고, 스팟 A2에서 통상 입자 지름의 화학 시료 용액 A와 미세 입자 지름의 화학 시료 용액 b의 사이에서 화학반응 A-b가 일어나며, 스팟 A3에서 통상 입자 지름의 화학 시료 용액 A와 미세 입자 지름의 화학 시료 용액 c의 사이에서 화학반응 A-c가 일어난다. 이하 동일하게 하여 용액 A와 용액 d~i에서 화학반응 A-d~A-i가 일어난다. 그 반응 결과를 광학적으로 검출하는 것에 의해, 실험 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또, 각종 화학 시료의 성질의 차이에 의해 토출량이 다른 경우에는, 미리 캘리브레이션 플레이트(8) 상에 각종 화학 시료 용액을 토출하고, 마이크로스코프로 스팟의 지름을 조사하는 것에 의해 토출량의 차이를 측정하고, 그 토출량의 과부족 에 따라 토출 제어신호(스팟 형성신호)를 조정하는 것에 의해, 토출량의 편차를 억제할 수 있다.
이상과 같이, 2종류의 다른 액적의 입자 지름을 가지는 용액을 토출하는 것이 가능하기 때문에, 한쪽의 액적의 입자 지름(통상 스팟)을 가지는 용액 상에 다른쪽의 액적의 입자 지름(미세 스팟)을 가지는 용액을 중첩시킬 수 있다. 그 때문에, 범용성이 뛰어나고, 화학 시료끼리의 조합을 이용해서 계통적, 효율적 또한 신 속하게 화학반응을 일으키는 동시에, 그것들의 반응 결과를 신속하게 평가할 수 있다. 특히, 미세 유체제트 노즐(3)을 이용함으로써 잉크제트 노즐에서는 노즐 막힘 등의 문제에 의해 안정적으로 토출할 수 없었던 액적의 입자 지름에 관해서도 토출하는 것이 가능해지기 때문에, 통상 유체제트 노즐(2)에 의해 형성된 통상 스팟 상에 고밀도로 미세 스팟을 배열할 수 있어, 실험 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
<기타>
또, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 한 상술한 것 이외에 여러가지 변경을 행하는 것이 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 헤드(10)를 X, Y, Z방향으로 구동시킴으로써 처리액의 기판(S)에의 공급위치를 제어하도록 하고 있지만, 헤드(10)를 기판(S)을 3차원적으로 상대 이동시키는 구성이면 구동 수단은 임의이다. 예컨대, 헤드(10)를 고정하고, 기판(S)을 X, Y, Z방향으로 구동시켜 처리액의 기판(S)에의 공급위치를 제어하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 통상 유체제트 노즐(2)과 미세 유체제트 노즐(3)을 일체적으로 구성해서 구동시키고 있지만, 통상 유체제트 노즐(2)과 미세 유체제트 노즐(3)의 각각에 대하여 구동부를 설치하고, 따로따로 작동시켜도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 기판 홀더(1)의 양측에 2개의 가이드 레일(12, 13)을 구비하는 것에 의해, Y축을 2축 동기 구동의 건트리형으로 하고 있지만, 1개의 가이드 레일을 구비한 1축의 편지(片持) 구조라도 된다. 편지 구조로 한 경우에 는, 위치 정밀도가 저하하지 않도록, 기계 강성을 배려할 필요가 있다.
처리액을, 반도체 및 FPD 제조장치, 프린트 기판 제조장치, 바이오 관련장치(DNA 마이크로 어레이 작성, DNA 칩 작성), 화학반응 시험 장치 등에 이용할 수 있는 기판 등의 피처리체에 대하여 공급해서 소정의 처리를 실시하는 처리장치에 적용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 기판 상에 공급되는 처리액의 액적의 입자 지름이 고정되지 않고, 처리영역에 따라 서로 다른 입자 지름의 액적을 기판 상에 공급할 수 있으므로, 범용성이 우수하다. 더욱이, 기판 상의 처리영역에 따라 기판 상에 공급하는 처리액의 액적의 입자 지름을 바꿀 수 있기 때문에, 장치의 쓰루풋을 향상시킬 수 있다.

Claims (19)

  1. 기판에 처리액을 공급하여 소정의 처리를 행하는 처리장치에 있어서,
    상기 기판을 유지하는 기판 유지수단과,
    상기 기판으로 향하여 상기 처리액의 액적을 통상 입자 지름으로 토출하는 통상 유체제트부와,
    상기 기판으로 향하여 상기 처리액의 액적을 통상 입자 지름보다도 작은 미세 입자 지름으로 토출하는 미세 유체제트부와,
    상기 통상 유체제트부 및 상기 미세 유체제트부의 각각을 상기 기판 유지수단에 유지된 상기 기판에 대하여 상대 이동시키는 구동수단과,
    상기 기판에 대하는 각 제트부의 상대위치를 조정하여 상기 액적의 공급위치를 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통상 유체제트부는, 그 내부에 상기 처리액을 저장함과 함께, 그 선단부에 설치된 통상 토출구로부터 상기 처리액의 액적을 토출할 수 있게 되어 있는 노즐본체와, 상기 노즐본체에 저장된 상기 처리액에 대하여 압력을 인가하는 압력 인가수단을 가지고, 상기 압력 인가수단에 의한 압력 인가에 의해 상기 통상 토출구로부터 액적을 토출시키는 한편,
    상기 미세 유체제트부는, 그 내부에 상기 처리액을 저장함과 함께, 그 선단 부에 설치되고, 상기 통상 토출구보다도 작은 미세 토출구로부터 상기 처리액의 액적을 토출할 수 있게 되어 있는 노즐본체와, 상기 노즐본체에 저장된 상기 처리액에 접촉하도록 설치된 전극을 가지고, 상기 미세 토출구를 상기 기판에 근접시킨 상태로 상기 전극에 전압을 인가하여 상기 미세 토출구 근방에 국소적인 전계를 발생시키는 것에 의해 상기 미세 토출구 근방의 처리액을 대전시키고, 상기 대전한 처리액의 액적을 상기 미세 토출구로부터 토출시키는, 처리장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동수단은, 상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부를 일체적으로 상기 기판에 대하여 상대 이동시키는, 처리장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 통상 유체제트부를 복수 구비하는, 처리장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 미세 유체제트부를 복수 구비하는, 처리장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동수단은, 상기 기판에 대하여 상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부를, 상기 기판에 거의 평행한 임의의 1축 방향인 X축 방향으로 상대 이동 시키는 X축 구동부와, 상기 기판에 거의 평행하고 상기 X축 방향에 직교하는 Y축 방향으로 상대 이동시키는 Y축 구동부와, 상기 X축 방향 및 상기 Y축 방향에 직교하는 Z축 방향으로 상대 이동시키는 Z축 구동부를 구비하고,
    상기 Z축 구동부를 작동시키는 것으로 상기 미세 유체제트부와 상기 기판과의 간격을 미세 조정하는, 처리장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미세 유체제트부와 상기 기판과의 간격의 변위를 비접촉으로 검출하는 비접촉 변위센서를 더 구비하고,
    상기 비접촉 변위센서로부터의 변위신호에 따라 상기 Z축 구동부를 작동시키는 것으로 상기 미세 유체제트부와 상기 기판과의 간격을 미세 조정하는, 처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비접촉식 변위센서는, 레이저를 상기 기판에 향하여 투광하는 투광부와, 상기 기판으로부터 반사되는 레이저 반사광을 수광하는 수광부를 구비한 정반사식 레이저 변위계인, 처리장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 비접촉식 변위센서는, 상기 미세 유체제트부에 의한 상기 액적의 상기 기판에의 공급위치를 포함하지 않고, 게다가 상기 액적이 공급되고 있지 않은 미공급 영역을 연속하여 검출하는, 처리장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 비접촉식 변위센서는, 상기 미세 유체제트부에 의한 상기 액적의 상기 기판에의 공급 전에 상기 액적의 공급위치를 포함하는 그 근방을 검출한 후, 검출을 정지하는, 처리장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 미세 유체제트부에 의한 상기 액적의 공급위치의 근방의 임의의 위치를 검출하도록 상기 비접촉식 변위센서의 검출위치를 조정하는 위치 조정기구를 더 구비하는, 처리장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부의 상대위치를 조정하는 캘리브레이션 기판을 더 구비하는, 처리장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부는, 상기 처리액으로서 금속 미립자의 콜로이드 용액을 상기 기판에 향하여 토출하는, 처리장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 통상 유체제트부와 상기 미세 유체제트부는, 상기 처리액으로서 도전성 고분자의 가용성 유도체를 상기 기판에 향하여 토출하는, 처리장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판은 집적회로 부품을 탑재 가능하게 되어 있고, 상기 미세 유체제트부로부터 상기 미세 입자 지름의 상기 처리액의 액적을 토출하는 것으로 상기 집적회로 부품의 주변 등의 미세폭을 가지는 미세 패턴을 상기 기판 상에 형성함과 함께, 상기 통상 유체제트부로부터 상기 통상 입자 지름의 상기 처리액의 액적을 토출하는 것으로 상기 미세폭보다 넓은 통상폭을 가지는 통상 패턴을 상기 기판 상에 형성하는, 처리장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리액은 도전성의 용액이고, 상기 기판은 다층 기판이며, 상기 통상 유체제트부로부터 상기 통상 입자 지름의 상기 도전성의 용액의 액적을 토출하는 것으로, 상기 다층 기판 상에 형성되며, 통상 지름을 가지는 관통 구멍의 구멍 메움을 행함과 함께, 상기 미세 유체제트부로부터 상기 미세 입자 지름의 상기 도전성의 용액의 액적을 토출하는 것으로, 상기 다층 기판 상에 형성되며 상기 통상 지름보다도 작은 미세 지름을 가지는 관통 구멍의 구멍 메움을 행하는, 처리장치.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 통상 유체제트부로부터 상기 통상 입자 지름의 액적을 토출하는 것으로 통상 지름의 땜납 범프를 상기 기판 상에 형성함과 함께, 상기 미세 유체제트부로부터 상기 미세 입자 지름의 액적을 토출하는 것으로 상기 통상 지름보다도 작은 미세 지름의 땜납 범프를 상기 기판 상에 형성하는 처리장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리액은 DNA 용액이고, 상기 통상 유체제트부로부터 상기 통상 입자 지름의 DNA 용액을 토출하는 것으로 복수의 통상 지름의 스팟을 배열시킨 DNA 마이크로 어레이를 상기 기판 상에 형성함과 함께, 상기 미세 유체제트부로부터 상기 미세입자 지름의 DNA 용액을 토출하는 것으로 복수의 상기 통상 지름보다도 작은 미세 지름의 스팟을 배열시킨 DNA 마이크로 어레이를 상기 기판 상에 형성하는, 처리장치.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 처리액은 화학 시료 용액이고, 상기 통상 유체제트부로부터 상기 통상 입자 지름의 화학 시료 용액을 토출하는 것으로 복수의 통상 지름의 스팟을 배열시킨 마이크로 어레이를 상기 기판 상에 형성함과 함께, 상기 미세 유체제트부로부터 상기 미세 입자 지름의 화학 시료 용액을 토출하는 것으로 복수의 상기 통상 지름 보다도 작은 미세 지름의 스팟을 배열시킨 마이크로 어레이를 형성한 각각의 상기 통상 지름의 스팟 상에 중첩하여 형성시키는 것에 의해, 상기 통상 입자 지름의 화학 시료 용액과 상기 미세 입자 지름의 화학 시료 용액을 화학 반응시키는, 처리장치.
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