パターン転写装置，パターン転写方法および転写用原版の製造方法
【課題】
本発明はパターン転写装置，パターン転写方法および転写用原版の構造と製造方法に係り、特に線幅が１０マイクロメーター以下の微細なパターンを転写する装置や方法に関する。
【解決手段】
被転写基板にパターンを転写する装置において、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板と被転写基板を二次元面内に移動させる駆動機構とを備え、気化した媒体が被転写基板上にパターンを描画するパターン転写装置によって達成される。
【効果】
表面張力の制約を受けずに微細なパターンを転写できるため、電子部品の製造を簡便にできる効果を得られる。
本発明はパターン転写装置，パターン転写方法および転写用原版の構造と製造方法に係り、特に線幅が１０マイクロメーター以下の微細なパターンを転写する装置や方法に関する。
【解決手段】
被転写基板にパターンを転写する装置において、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板と被転写基板を二次元面内に移動させる駆動機構とを備え、気化した媒体が被転写基板上にパターンを描画するパターン転写装置によって達成される。
【効果】
表面張力の制約を受けずに微細なパターンを転写できるため、電子部品の製造を簡便にできる効果を得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン転写装置，パターン転写方法および転写用原版の製造方法に係り、特に線幅が１０マイクロメーター以下の微細なパターンを転写する装置や方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来知られているパターンの転写技術の内、媒体をノズルから吐出させる技術に関しては例えば特開平１１−３４７４７８号公報に開示されている。図２は特開平１１−３４７４７８号公報に開示されている塗布装置の斜視図である。被塗布基板２０１はＸ−Ｙ軸方向への移動と回転が可能な可動ステージ２０２の上に設置される。被転写基板２０１の上部には上下（Ｚ軸）方向へ移動可能な転写部材２０３が設置されている。転写部材２０３は媒体２０４を内包し圧力調整機構２０６が接続されている円筒容器２０５を有している。圧力調整機構２０６によって加圧された媒体２０４はディスペンサーノズル２０７から吐出される。
【０００３】
従来知られているパターンの転写技術の内、触媒を予め配列させてからめっきによってパターンを形成する技術に関しては特開昭５６−１５７０９１号公報に開示されている。図３は特開昭５６−１５７０９１号公報に開示されているインクジェットプリンタの模式図である。固定版３０６の上に可動ステージ３０２が配置され、被転写基板３０１は可動ステージ３０２の上に積載される。被転写基板３０１の上にはインクガン３０３が設置されており、ピエゾ素子制御装置３０４によってインクガン３０３から銀粉を含有したインクを被転写基板３０１へ滴下する。被転写基板３０１をＮＣ制御装置３０５によって制御される可動ステージによって水平面内を移動させることによって被転写基板３０１上に銀粉含有インクのパターンを形成する。そして銀粉の活性化処理後、無電解銅めっきによって所定の銅配線を形成できる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４７４７８号公報
【特許文献２】特開昭５６−１５７０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術の内、媒体をノズルから吐出させる技術は媒体を転写するディスペンサーノズルの詳細な構造が開示されていないが二次元的に閉じたラインパターンでは閉じたラインパターン内の原版材料が欠落してしまう問題がある。図４，図５，図６は原版が欠落してしまう状況を説明する図である。図４はラインパターンを形成する原版４０１の平面である。基体４０２にスリット４０３が開口されており、スリット４０３から媒体が供出される。図４中のＡ1−Ｂ1断面を図５に示す。媒体５０１はスリット４０３から供出される。図４に示したような単純なラインパターンは特開平１１−３４７４７８号公報で開示されているように転写することは可能である。一方、図６は閉じたラインパターンを形成する原版６０１の平面である。基体４０２にスリット４０３が開口されており、スリット４０３から媒体が供出される。図６中のＡ2−Ｂ2断面を図７に示す。媒体５０１はスリット４０３から供出される。図７から分かるように閉じたラインパターンを形成すると基体６０２は本体の基体４０２から分離してしまうので欠落してしまう。基体６０２と基体４０２を梁などで結合することは考えられるが複雑な構造を有する原版６０１の作製はコストの上昇を招いてしまう。
【０００６】
上記従来技術の内、触媒を予め配列させてからめっきによってパターンを形成する技術は滴下する液滴の大きさに制約がある。即ち、インクガンからインクを噴出させるにはインクの表面張力に打ち勝つ圧力をインクにかける必要がある。例えば直径Ｄセンチメートルのオリフィスから水滴を噴出させるには下記の式で記述される圧力が必要となる。
【０００７】
Ｐ＝２×７２／Ｄ
ここで７２（ダイン／センチメーター）は水の表面張力である。この式から導かれるように、圧力はオリフィスの直径に逆比例することが分かる。現在のインクジェットプリンタでは数十マイクロメーターのオリフィスから液滴を噴出させるのに数気圧の圧力をかけている。ここで線幅１０マイクロメーターの配線を形成することを想定する。線幅の１／１００の大きさの液滴で配線を形成すると考えると、必要なオリフィスの直径はおおよそ０.１マイクロメーターとなり非常な高圧をインクに加える必要がある。現在のインクジェットプリンタでは既に構成部品の破損、具体的には部材と部材を接着している箇所が剥がれてしまう問題が出ている。よってインクジェット法で線幅１０マイクロメーター以下の配線を形成することは原理的に極めて困難であることが分かる。
【０００８】
以上の技術課題に鑑み、本発明の目的をまとめると以下の通りとなる。
【０００９】
本発明の目的は表面張力の制約を受けずに、微細なパターンを転写できる装置、その方法、および微細なパターンを触媒で転写した後、めっきによって配線パターンを形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的の内、表面張力の制約を受けずに微細なパターンを転写できる装置は、媒体を気化させて被転写基板上にパターンを描画することで達成される。
【００１１】
上記目的の内、表面張力の制約を受けずに微細なパターン転写できる方法は、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板からなる転写装置において、圧力調整機構によって液溜め内部の圧力を高めて第１のオリフィスから媒体を気化室へ搬送する工程と、気化室の内部で気化した媒体が第２のオリフィスから噴出して被転写基板上に媒体を付着させる工程によって達成される。
【００１２】
上記目的の内、表面張力の制約を受けずに微細な触媒パターン転写した後めっきによって配線パターンを形成する方法は、媒体に触媒原子が含有された触媒を使用し、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板からなる転写装置において、圧力調整機構によって液溜め内部の圧力を高めて第１のオリフィスから媒体を気化室へ搬送する工程と、気化室の内部で気化した媒体が第２のオリフィスから噴出して被転写基板上に媒体を付着させる工程と、被転写基板上の媒体を触媒としてめっきによって金属パターンを形成する工程によって達成される。
【００１３】
また、二次元パターンを一括転写する装置は、二次元パターンを有するスリットが形成された原版と、スリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めと、スリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と、被転写基板からなるパターン転写装置によって達成される。特に連続した二次元パターンに対してはスリットと媒体溜めとの間に媒体の供給管を少なくとも一個所、配置したパターン転写装置によって達成される。
【００１４】
また、二次元パターンを一括転写する方法は、二次元パターンを有するスリットが形成された原版と、スリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めと、スリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と、被転写基板からなるパターン転写装置において圧力調整機構によってスリット中の媒体をスリットから押し出す工程と、押し出した媒体を被転写基板に接触させる工程によって達成される。
【００１５】
また、所定の二次元パターンを転写できる原版は、原版の表面から順に第１の層と第２の層の少なくとも二つの層を形成し、第２の層の一部を除去した空洞領域に転写用の媒体を充填することで達成される。
【００１６】
また、所定の二次元パターンを一括転写できる原版の製造方法は、基板上に少なくとも異なる種類の第１の層と第２の層を形成する工程と、第１の層に転写するパターンと同じパターンを有するスリットを形成する工程と、形成した第１の層のスリットからエッチング液を第２の層に接触させることで第２の層の一部を除去する工程によって達成される。
【００１７】
また、所定の二次元パターンを一括転写できる原版に媒体を供給する構造は、基板上にパターンを有するスリットが形成された原版とスリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めとスリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と被転写基板からなる転写装置において、原版に表面から順に第１の層と第２の層の少なくとも二つの層を形成し、第２の層の一部を除去した空洞領域に媒体溜めから毛細管現象によって媒体を供給することで達成される。特に連続した二次元パターンへ媒体の供給は、スリットと媒体溜めとの間に媒体の供給管を少なくとも一個所、配置することで達成される。
【００１８】
また、所定の二次元パターンを一括転写できる原版に媒体を供給する他の構造は、基板上にパターンを有するスリットが形成された原版とスリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めとスリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と被転写基板からなる転写装置において、スリットが原版表面側の第１のスリットと第１のスリットの底面に第１のスリットよりも幅の狭い第２のスリットを少なくとも一種類、設けることで第２のスリットの内部に毛細管現象によって媒体を供給してスリット全体に媒体を輸送することで達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、二次元面内に所定の配線パターンを有する原版から転写媒体を滲み出させることで被転写基板へ配線パターンを一括転写できる装置や方法を得られるため、電子部品の製造を簡便にできる効果を得られる。特に粘度の高い媒体も使用できるので媒体中の金属粒子濃度を高められる効果も得られる。
【００２０】
本発明では、連続した二次元パターンに対して媒体の供給管を少なくとも一つはスリットに接続することで閉じたラインパターンや連続したパターンを簡便に転写できる効果を得られる。
【００２１】
本発明では、原版の表面から順に第１の層と第２の層の少なくとも二つの層を形成し、第２の層の一部を除去した空洞領域に転写用の媒体を毛細管現象によって輸送できるようになるため、二次元面内に形成されたスリット全体に媒体を輸送できる効果を得られる。また、被転写基板へ媒体を滲み出させるスリットの底面に幅の狭いスリットを形成しておくことで幅の狭いスリット内に毛細管現象によって媒体を輸送できるようになるため、二次元面内に形成されたスリット全体に媒体を輸送できる効果を得られる。
【００２２】
本発明では、閉じたラインパターンや連続した二次元パターンを構成するスリットに少なくとも一つの媒体の供給管を接続することで毛細管現象によってパターン全体に媒体を容易に供給できる効果を得られる。
【００２３】
本発明では、基板上に少なくとも二種類の第１の層と第２の層を形成しておき、表面側の第１の層にスリットを形成後、第２の層のエッチング液に原版を浸漬することで第１の層に形成したスリットからエッチング液を第２の層に接触させる。この方法によって自己整合的に第１の層と同じレイアウトで第２の層を除去できる効果を得られる。また、第２の層のエッチング時間を長くすることで第１の層に形成したスリットにオーバーハング領域を形成できる効果を得られる。
【００２４】
本発明では、媒体を気化させた後に媒体を被転写基板へ輸送するため、微小液滴の形成が不要となり、微細なオリフィスから媒体を噴出させることが可能となる。その結果、微細なパターンを描画できる効果を得られる。
【００２５】
本発明では、触媒を含有する媒体を気化させた後、微細なオリフィスから触媒を噴出させることで微細な触媒パターンを基板上に描画できるので、めっき工程によって描画した触媒に金属をめっきすることができる。よって、めっき処理によって微細な金属パターンを形成できる効果を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施例１）
以下、本発明の一実施例を説明する。本実施例では本発明におけるパターン転写の原理，転写装置の構成，転写工程を説明する。
【００２７】
図１は使用したパターン転写装置の斜視図である。一辺１ｍのガラス基板１０２を可動ステージ１０１の上に設置した。可動ステージ１０１はガラス基板１０２を水平面内方向にステッピングモータで移動することができる。媒体溜め１０４と一体化した転写用の原版１０３はＺ軸可動機構１０６で固定されており、Ｚ軸可動機構１０６は支持アーム１０５によって固定台１０７に連結された構造となっている。原版１０３は一辺１４０mmの正方形である。Ｚ軸可動機構１０６は原版１０３と媒体溜め１０４をＺ軸方向に移動できる構造になっている。
【００２８】
図８は原版１０３の断面形状である。なお、分かりやすくするために縦方向の寸法を拡大している。シリコン基板８０１の下には厚さ１.５ マイクロメーターの酸化膜８０２が存在し、酸化膜８０２の下に厚さ１.０マイクロメーターのシリコン膜８０３が形成されている。シリコン膜８０３に形成したスリット８０４の幅は１０マイクロメーターである。スリット８０４とシリコン基板８０１の間の酸化膜８０２には幅３０マイクロメーターの隙間８０６が形成されている。
【００２９】
原版１０３には図１で示すように媒体溜め１０４が原版１０３の上に接続されている。図９は原版１０３と媒体溜め１０４の接続状況を説明する断面図である。媒体容器９０３の内部に媒体９０２が内包されており、媒体９０２は供給管９０１を通って原版１０３内部の媒体８０５と繋がっている。そして媒体９０２は隙間８０６やスリット８０４に媒体を充填する構造になっている。酸化膜８０２とスリット８０４には転写用の媒体８０５が充填されている。媒体はトルエンで希釈した銅微粒子である。銅微粒子の粒径は平均５０ナノメーター、銅の濃度は約１０質量％である。媒体溜め１０４にはヒーター９０４が設置されておりヒーター９０４に通電することでヒーター近傍の媒体９０２が体積膨張して媒体容器９０３内部の圧力が上昇する構造になっている。
【００３０】
次に閉じたラインパターンを有する原版の構造を説明する。図３０は閉じたラインパターンを有する原版１０３の平面図である。シリコン膜８０３に開口されたスリット８０４は閉じたラインパターンを形成している。図３１は図３０におけるＡ3−Ｂ3の断面である。媒体８０５は一本の供給管９０１によってスリット８０４へ充填される。媒体８０５は酸化膜８０２が除去された領域を通じてスリット８０４の全体に供給される。
【００３１】
次に印刷工程について説明する。図１０から図１７は配線パターンをガラス基板１０２上に形成した時の工程説明図である。図１０は媒体８０５をガラス基板１０２へ転写する前の状態である。ガラス基板１０２はシリコン膜８０３から１００マイクロメーター離れた位置に設置されている。媒体溜め１０４と一体化した原版１０３はＺ軸可動機構１０６によってガラス基板１０２の方へ移動し、図１１に示すようにガラス基板１０２と原版１０３との距離が１０マイクロメーターまで接近する。なお、Ｚ軸駆動機構１０６はピエゾ素子への電圧印加によって駆動される構造となっている。この駆動機構は原子間力顕微鏡において短針を試料表面に接近させる既知の技術を原版１０３の三個所の隅に適用することでガラス基板１０２に対して平行に原版１０３を接近させることを容易に実現できた。次に図１２に示すヒーター９０４に１００ミリ秒間だけ通電することで媒体容器９０３内部の圧力を上昇させることでスリット８０４から媒体８０５を滲み出させた。媒体８０５はガラス基板１０２と接触することで媒体８０５の一部はガラス基板１０２に転写される。
【００３２】
次に図１３に示すようにＺ軸可動機構１０６によって原版１０３をガラス基板１０２から１００マイクロメーターの距離まで離した。媒体容器９０３の内部圧力は媒体９０２の冷却に伴い自然に低下し、図１４に示したように媒体８０５はスリット８０４の内部に引っ込んだ形状になった。図１５は媒体８０５がガラス基板１０２の上に転写されたラインパターンの一部の斜視図である。次に媒体８０５を転写したガラス基板１０２を窒素ガス９０％，酸素ガス１０％の雰囲気中で３００℃，５分間、熱処理し、さらに窒素ガス８０％，水素ガス２０％の雰囲気中で３００℃，２分間、熱処理した。図１６は熱処理後のラインパターンの一部の斜視図である。線幅８マイクロメーター，厚さ０.５マイクロメーターの銅配線を形成できた。図１７は１メートル角のガラス基板１０２上に先に記述した媒体８０５の転写工程と可動ステージ１０１の駆動によるガラス基板１０２の移動とを組み合わせたステップアンドリピートによって配線パターン１７０１を４９個、形成した例を示している。配線パターン１７０１は一辺１４０ミリメーターである。
【００３３】
本実施例では銅配線の形成に関して述べたが媒体に含まれる金属の種類を変えることで例えばモリブデン，クロム，金，銀，ニッケル，チタン，タンタル，コバルト，インジウム，錫，亜鉛を含む金属配線を形成できる。なお、実施例５で述べるが媒体にめっき処理時の触媒作用のあるパラジウムを用いることで触媒を配列させることもできる。また、熱処理時に酸素ガスを多く含む雰囲気ガスにすることで酸化物，窒素ガスやアンモニアガスを含ませることで窒化物を形成できる。さらには媒体の成分をシリコンやゲルマニウムを含む有機物やアルミナやシリカなどの絶縁物にすることで半導体膜や絶縁膜を所定の形状に形成することもできる。さらにインジウム錫酸化物，インジウム亜鉛酸化物，インジウムゲルマニウム酸化物を形成することもできる。
【００３４】
（実施例２）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では図２１に示す原版の作製方法について説明する。図１８は原版１０３に使用したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１８０１の断面図である。ＳＯＩ基板１８０１は第１の層となる厚さ１.０マイクロメーターのシリコン膜８０３と第２の層となる厚さ１.５マイクロメーターの酸化膜８０２と厚さ５５０マイクロメーターの単結晶のシリコン基板８０１から成る。ＳＯＩ基板１８０１の直径は１００ミリメーターである。次にＬＳＩ加工で一般的なフォトリソグラフィ技術によってシリコン膜８０３にスリット８０４を形成して図１９に示す構造を得た。スリットの幅は１０マイクロメーターである。シリコン膜８０３の除去にはドライエッチング法を用いた。次に純水で希釈した弗化水素水中に原版１０３を浸漬し、酸化膜８０２をエッチングすることで図２０に示すようにオーバーハングしたシリコン膜８０３の下に空隙２００１を形成した。空隙２００１の幅は８マイクロメーターである。以上の製造方法で原版１０３は完成した。
【００３５】
図２０から分かるように原版は基板１８０１上に異なる種類の第１の層であるシリコン膜８０３と第２の層である酸化膜８０２において第１の層に形成したスリットからエッチング液を第２の層に接触させることで第２の層の一部を除去する工程で製造できることが分かる。また、第２の層のエッチング時間を長くすることで第２の層のスリットの幅を第１の層のスリットの幅よりも大きくできることも容易に分かる。
【００３６】
図２１は原版１０３に媒体８０５を充填した時の断面図である。媒体８０５は毛細管現象によって隙間２００１に流れ込む。隙間２００１に媒体８０５が流れ込むことで配線パターンが形成されたスリット８０４に媒体が充填されることになる。
【００３７】
なお、シリコンを酸化処理すると酸化物表面は親水性になる。逆にシリコンを弗化水素水で処理するとシリコン表面は疎水性になる。よって毛細管現象をより効果的に得るために図２０に示す構造体を酸化雰囲気中で熱処理することでシリコン材料を酸化して隙間２００１に媒体が進入しやすくすることもできる。
【００３８】
（実施例３）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では図２４に示す原版１０３の作製方法について説明する。図２２は原版１０３に使用した基板２２０１の断面図である。基板２２０１は厚さ５５０マイクロメーターの単結晶のシリコン基板８０１の上に厚さ１.５マイクロメーターの酸化膜８０２が形成された構造になっている。酸化膜８０２は熱酸化法によって形成した。基板２２０１の直径は１００ミリメーターである。次にＬＳＩ加工で一般的なフォトリソグラフィ技術によって酸化膜８０２に第１のスリット２３０１を形成して図２３に示す構造を得た。第１のスリット２３０１の幅は１０マイクロメーターである。酸化膜８０２の除去には純水で希釈した弗化水素水によるウエットエッチング法を用いた。次にフォトリソグラフィ技術とシリコンドライエッチング法によって幅１マイクロメーター，深さ３マイクロメーターの第２のスリット２４０１を形成した。以上の製造方法で図２４に示す原版１０３は完成した。
【００３９】
図２５は原版１０３に媒体８０５を充填した時の断面図である。媒体８０５は毛細管現象によって第２のスリット２４０１に流れ込む。第２のスリット２４０１に媒体８０５が流れ込むことで配線パターンが形成された第１のスリット２３０１に媒体が充填されることになる。
【００４０】
なお、本実施例では第１のスリット２３０１に一つの第２のスリット２４０１を形成したが２つ以上の第２のスリットを形成することで媒体の輸送量を増加できることは明らかである。
【００４１】
さらに、シリコンを酸化処理すると酸化物表面は親水性になる。逆にシリコンを弗化水素水で処理するとシリコン表面は疎水性になる。よって毛細管現象をより効果的に得るために図２４に示す構造体を酸化雰囲気中で熱処理することでシリコン材料を酸化し、第２のスリット２４０１に媒体が進入しやすくすることもできる。さらに第１のスリット２３０１や第２のスリット２４０１の側面を荒らすことで媒体の濡れ性を向上できる。
【００４２】
（実施例４）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では原版へ媒体を供給する構造や方法、および原版内部での媒体の輸送機構に関して説明する。図２０や図２４に示した原版１０３に媒体８０５を連続的に供給する機構は隙間２００１や第２のスリット２４０１の中を媒体８０５が流れる毛細管現象である。本発明では媒体８０５を連続的に原版１０３に供給するために媒体溜め１０４を考案した。媒体溜め１０４は図９に示したように原版１０３に密着している。媒体溜め１０４と原版１０３は供給管９０１で接続されている。媒体８０５が転写工程時に消費されるに伴い供給管９０１を通って媒体容器９０３中の媒体９０２が補給される構造になっている。供給管９０１は１４ミリメートル角の原版１０３に１００個所設置した。設置密度は原版１０３の面内でのパターンに疎密があり、パターンが密集して媒体の消費が激しい領域には多くの供給管９０１を設置した。供給管９０１のレイアウトの一例を図２７で説明する。
【００４３】
図２７は試作した薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置２７０１の回路レイアウトである。薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置２７０１を透明基板２７０２の表面に形成した。表示部２７０３には薄膜トランジスタが画素毎にレイアウトされるためゲート電極などの配線密度は高くなる。また、ドレイン半導体集積回路２７０４やゲート半導体集積回路２７０５のパターン密度も高い。しかし映像信号用バスライン２７０６や走査信号用バスライン２７０７のパターン密度は低い。パターン密度の疎密によって転写される媒体の量は増減するため本実施例では表示部２７０３には合計６０個、ドレイン半導体集積回路２７０４とゲート半導体集積回路２７０５には合計３０個、映像信号用バスライン２７０６と走査信号用バスライン２７０７には合計１０個の供給管９０１を配置した。
【００４４】
次に薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置２７０１に現れる連続した二次元パターンを転写した時の媒体の供給方法について説明する。図３２は連続した二次元パターンを有する原版１０３の平面図である。シリコン膜８０３に開口されたスリット８０４は連続したラインパターンを形成している。図３３は図３０におけるＡ4−Ｂ4の断面である。一本の供給管９０１を酸化膜８０２が除去された領域へ接続することで毛細管現象によって媒体８０５はスリット８０４の全体に供給された。
【００４５】
次に、媒体溜め１０４への媒体の補給方法と構造に関して図２６によって説明する。媒体溜め１０４への媒体９０２の補給は外部に設置された補給タンク２６０１を使用した。補給タンク２６０１と媒体溜め１０４は補給管２６０２で接続され、媒体溜め１０４中の媒体９０２が不足することのないように補給管２６０２を通して補給タンク２６０１内部の媒体を供給する機構になっている。補給タンク２６０１の容量は１リットルである。補給タンク２６０１の内部圧力は加圧機構２６０３によって常に大気圧より０.１ 気圧だけ高い状態に保持した。加圧機構２６０３は圧力タンク２６０４，圧力調整弁２６０５，遮断バルブ２６０６，金属パイプ２６０７で構成されている。なお、遮断バルブ２６０６は常時オープン状態であるが補給タンク２６０１へ媒体を補充する時や緊急時に媒体の補給を遮断するために設置した。
【００４６】
（実施例５）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では触媒を配列し、めっき処理することで配線を形成する装置と方法に関して説明する。図２８は使用したパターン転写装置の斜視図である。一辺１ｍのガラス基板１０２を可動ステージ１０１の上に設置した。可動ステージ１０１はガラス基板１０２を水平面内方向にステッピングモータで移動することができる。噴射機構２８０１はＺ軸可動機構１０６で固定されており、Ｚ軸可動機構１０６は支持アーム１０５によって固定台１０７に連結された構造となっている。Ｚ軸可動機構１０６は噴射機構２８０１をＺ軸方向に移動できる構造になっている。
【００４７】
図２９は噴射機構２８０１の断面図である。噴射機構２８０１は媒体溜め２９０１と気化器２９０２から成る。媒体溜め２９０１は媒体２９０３を内包した媒体容器２９０４と第１のヒーター２９０６から成る。媒体容器２９０４は直径０.５ミリメートルの第１のオリフィス２９０５が開口されている。気化器２９０２は気化容器２９０７と気化容器２９０７を加熱する第２のヒーター２９０９から成る。気化容器２９０７には直径５０ナノメートルの第２のオリフィス２９０８が開口されている。第１のヒーター２９０６に通電することで媒体容器２９０４内部の圧力が上がり、第１のオリフィス２９０５から媒体２９０３は気化室２９１０へ供給され、気化室２９１０内で気化し、第２のオリフィス２９０８から噴出する機構となっている。
【００４８】
媒体容器２９０４への媒体２９０３の補給は図２８に示したように外部に設置された補給タンク２６０１を使用する。補給タンク２６０１と媒体容器２９０４は補給管２６０２で接続され、媒体容器２９０４中の媒体２９０３が不足することがないように補給管２６０２を通して補給タンク２６０１内部の媒体を供給する機構になっている。補給タンク２６０１の容量は１リットルである。補給タンク２６０１の内部圧力は加圧機構２６０３によって常に大気圧より０.１気圧だけ高い状態に保持されている。加圧機構２６０３は圧力タンク２６０４，圧力調整弁２６０５，遮断バルブ２６０６，金属パイプ２６０７で構成されている。なお、遮断バルブ２６０６は常時オープン状態であるが補給タンク２６０１へ媒体を補充する時や緊急時に媒体の補給を遮断するために設置した。
【００４９】
次に、銅配線を形成した方法について図２８と図２９を用いて説明する。始めに図２８に示すようにガラス基板１０２を可動ステージ１０１の上に設置した。ガラス基板１０２の大きさは１メートル角である。ガラス基板１０２設置後のガラス基板１０２と噴射機構２８０１との距離は１００マイクロメーターである。加圧機構２６０３によって補給タンク２６０１の内部圧力を大気圧から０.１気圧だけ高くし、媒体容器２９０４に媒体２９０３を充填しておいた。なお、本実施例ではイニシエーターとしてパラジウムを含有した媒体を使用した。
【００５０】
また、予め、第２のヒーター２９０９に通電した状態でアルミ製の気化容器２９０７を約１５０℃に保持した状態にしておいた。次に、Ｚ軸可動機構１０６によって噴射機構２８０１をガラス基板１０２の方へ移動させ、ガラス基板１０２と原版１０３との距離が１０マイクロメーターになるまで接近させた。なお、Ｚ軸駆動機構１０６はピエゾ素子への電圧印加によって駆動される構造となっている。次にアルミ製の媒体容器２９０４内の第１のヒーター２９０６に通電した。第１のヒーター２９０６に通電した状態で可動ステージ１０１を駆動して所定のラインパターンをガラス基板１０２の上に転写した。ラインパターンの描画が終了した後、第１のヒーター２９０６への通電を中止した。そして噴射機構２８０１の第２のオリフィス２９０８が次のラインパターンの始点位置へ来るように稼動ステージ１０１を駆動した。そして再び同様の工程で所定のラインパターンをガラス基板１０２の上に転写した。以上の転写工程を繰り返すことで全ての配線パターンを転写した。転写終了後、ガラス基板１０２に無電解銅めっき処理を施して線幅８０ナノメーターの銅配線パターンを形成した。
【００５１】
本実施例では銅配線を形成したが触媒とめっき液を変えることでニッケル，コバルト，パラジウム，金，銀，白金，錫も形成できることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】パターン転写装置の斜視図。
【図２】従来技術を説明するための塗布装置の斜視図。
【図３】従来技術を説明するためのインクジェットプリンタの模式図。
【図４】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図５】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図６】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図７】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図８】原版の断面形状。
【図９】原版と媒体溜めの接続状況を説明する断面図。
【図１０】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１１】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１２】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１３】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１４】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１５】転写されたラインパターンの一部の斜視図。
【図１６】転写されたラインパターンの一部の斜視図。
【図１７】ステップアンドリピートによって形成した配線パターンの説明図。
【図１８】原版に使用したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の断面図。
【図１９】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２０】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２１】原版に媒体を充填した時の原版の断面形状。
【図２２】原版に使用した基板の断面図。
【図２３】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２４】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２５】原版に媒体を充填した時の原版の断面形状。
【図２６】媒体溜めへの媒体の補給方法と構造を説明するためのパターン転写装置の斜視図。
【図２７】試作した薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置の回路レイアウト図。
【図２８】使用した転写装置の斜視図。
【図２９】噴射機構の断面図。
【図３０】閉じたラインパターンを有する原版の平面図。
【図３１】閉じたラインパターンを有する原版の断面図。
【図３２】連続したラインパターンを有する原版の平面図。
【図３３】連続したラインパターンを有する原版の断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１０１，２０２，３０２…可動ステージ、１０２…ガラス基板、１０３，４０１，６０１…原版、１０４…媒体溜め、１０５…支持アーム、１０６…Ｚ軸可動機構、１０７…固定台、２０１…被塗布基板、２０３…転写部材、２０４，５０１，８０５，９０２，２９０３…媒体、２０５…円筒容器、２０６…圧力調整機構、２０７…ディスペンサーノズル、３０１…被転写基板、３０３…インクガン、３０４…ピエゾ素子制御装置、４０２，６０２…基体、４０３，８０４…スリット、８０１…シリコン基板、８０２…酸化膜、８０３…シリコン膜、８０６…隙間、９０１…供給管、９０３，２９０４…媒体容器、９０４…ヒーター、１７０１…配線パターン、１８０１…ＳＯＩ基板、２２０１…基板、２３０１…第１のスリット、２４０１…第２のスリット、２６０１…補給タンク、２６０２…補給管、２６０３…加圧機構、２６０４…圧力タンク、２６０５…圧力調整弁、２６０６…遮断バルブ、２６０７…金属パイプ、２７０１…薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置、２７０２…透明基板、２７０３…表示部、２７０４…ドレイン半導体集積回路、２７０５…ゲート半導体集積回路、２７０６…映像信号用バスライン、２７０７…走査信号用バスライン、２８０１…噴射機構、２９０１…媒体溜め、２９０２…気化器、２９０５…第１のオリフィス、２９０６…第１のヒーター、２９０７…気化容器、２９０８…第２のオリフィス、２９０９…第２のヒーター、２９１０…気化室。
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン転写装置，パターン転写方法および転写用原版の製造方法に係り、特に線幅が１０マイクロメーター以下の微細なパターンを転写する装置や方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来知られているパターンの転写技術の内、媒体をノズルから吐出させる技術に関しては例えば特開平１１−３４７４７８号公報に開示されている。図２は特開平１１−３４７４７８号公報に開示されている塗布装置の斜視図である。被塗布基板２０１はＸ−Ｙ軸方向への移動と回転が可能な可動ステージ２０２の上に設置される。被転写基板２０１の上部には上下（Ｚ軸）方向へ移動可能な転写部材２０３が設置されている。転写部材２０３は媒体２０４を内包し圧力調整機構２０６が接続されている円筒容器２０５を有している。圧力調整機構２０６によって加圧された媒体２０４はディスペンサーノズル２０７から吐出される。
【０００３】
従来知られているパターンの転写技術の内、触媒を予め配列させてからめっきによってパターンを形成する技術に関しては特開昭５６−１５７０９１号公報に開示されている。図３は特開昭５６−１５７０９１号公報に開示されているインクジェットプリンタの模式図である。固定版３０６の上に可動ステージ３０２が配置され、被転写基板３０１は可動ステージ３０２の上に積載される。被転写基板３０１の上にはインクガン３０３が設置されており、ピエゾ素子制御装置３０４によってインクガン３０３から銀粉を含有したインクを被転写基板３０１へ滴下する。被転写基板３０１をＮＣ制御装置３０５によって制御される可動ステージによって水平面内を移動させることによって被転写基板３０１上に銀粉含有インクのパターンを形成する。そして銀粉の活性化処理後、無電解銅めっきによって所定の銅配線を形成できる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４７４７８号公報
【特許文献２】特開昭５６−１５７０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術の内、媒体をノズルから吐出させる技術は媒体を転写するディスペンサーノズルの詳細な構造が開示されていないが二次元的に閉じたラインパターンでは閉じたラインパターン内の原版材料が欠落してしまう問題がある。図４，図５，図６は原版が欠落してしまう状況を説明する図である。図４はラインパターンを形成する原版４０１の平面である。基体４０２にスリット４０３が開口されており、スリット４０３から媒体が供出される。図４中のＡ1−Ｂ1断面を図５に示す。媒体５０１はスリット４０３から供出される。図４に示したような単純なラインパターンは特開平１１−３４７４７８号公報で開示されているように転写することは可能である。一方、図６は閉じたラインパターンを形成する原版６０１の平面である。基体４０２にスリット４０３が開口されており、スリット４０３から媒体が供出される。図６中のＡ2−Ｂ2断面を図７に示す。媒体５０１はスリット４０３から供出される。図７から分かるように閉じたラインパターンを形成すると基体６０２は本体の基体４０２から分離してしまうので欠落してしまう。基体６０２と基体４０２を梁などで結合することは考えられるが複雑な構造を有する原版６０１の作製はコストの上昇を招いてしまう。
【０００６】
上記従来技術の内、触媒を予め配列させてからめっきによってパターンを形成する技術は滴下する液滴の大きさに制約がある。即ち、インクガンからインクを噴出させるにはインクの表面張力に打ち勝つ圧力をインクにかける必要がある。例えば直径Ｄセンチメートルのオリフィスから水滴を噴出させるには下記の式で記述される圧力が必要となる。
【０００７】
Ｐ＝２×７２／Ｄ
ここで７２（ダイン／センチメーター）は水の表面張力である。この式から導かれるように、圧力はオリフィスの直径に逆比例することが分かる。現在のインクジェットプリンタでは数十マイクロメーターのオリフィスから液滴を噴出させるのに数気圧の圧力をかけている。ここで線幅１０マイクロメーターの配線を形成することを想定する。線幅の１／１００の大きさの液滴で配線を形成すると考えると、必要なオリフィスの直径はおおよそ０.１マイクロメーターとなり非常な高圧をインクに加える必要がある。現在のインクジェットプリンタでは既に構成部品の破損、具体的には部材と部材を接着している箇所が剥がれてしまう問題が出ている。よってインクジェット法で線幅１０マイクロメーター以下の配線を形成することは原理的に極めて困難であることが分かる。
【０００８】
以上の技術課題に鑑み、本発明の目的をまとめると以下の通りとなる。
【０００９】
本発明の目的は表面張力の制約を受けずに、微細なパターンを転写できる装置、その方法、および微細なパターンを触媒で転写した後、めっきによって配線パターンを形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的の内、表面張力の制約を受けずに微細なパターンを転写できる装置は、媒体を気化させて被転写基板上にパターンを描画することで達成される。
【００１１】
上記目的の内、表面張力の制約を受けずに微細なパターン転写できる方法は、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板からなる転写装置において、圧力調整機構によって液溜め内部の圧力を高めて第１のオリフィスから媒体を気化室へ搬送する工程と、気化室の内部で気化した媒体が第２のオリフィスから噴出して被転写基板上に媒体を付着させる工程によって達成される。
【００１２】
上記目的の内、表面張力の制約を受けずに微細な触媒パターン転写した後めっきによって配線パターンを形成する方法は、媒体に触媒原子が含有された触媒を使用し、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板からなる転写装置において、圧力調整機構によって液溜め内部の圧力を高めて第１のオリフィスから媒体を気化室へ搬送する工程と、気化室の内部で気化した媒体が第２のオリフィスから噴出して被転写基板上に媒体を付着させる工程と、被転写基板上の媒体を触媒としてめっきによって金属パターンを形成する工程によって達成される。
【００１３】
また、二次元パターンを一括転写する装置は、二次元パターンを有するスリットが形成された原版と、スリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めと、スリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と、被転写基板からなるパターン転写装置によって達成される。特に連続した二次元パターンに対してはスリットと媒体溜めとの間に媒体の供給管を少なくとも一個所、配置したパターン転写装置によって達成される。
【００１４】
また、二次元パターンを一括転写する方法は、二次元パターンを有するスリットが形成された原版と、スリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めと、スリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と、被転写基板からなるパターン転写装置において圧力調整機構によってスリット中の媒体をスリットから押し出す工程と、押し出した媒体を被転写基板に接触させる工程によって達成される。
【００１５】
また、所定の二次元パターンを転写できる原版は、原版の表面から順に第１の層と第２の層の少なくとも二つの層を形成し、第２の層の一部を除去した空洞領域に転写用の媒体を充填することで達成される。
【００１６】
また、所定の二次元パターンを一括転写できる原版の製造方法は、基板上に少なくとも異なる種類の第１の層と第２の層を形成する工程と、第１の層に転写するパターンと同じパターンを有するスリットを形成する工程と、形成した第１の層のスリットからエッチング液を第２の層に接触させることで第２の層の一部を除去する工程によって達成される。
【００１７】
また、所定の二次元パターンを一括転写できる原版に媒体を供給する構造は、基板上にパターンを有するスリットが形成された原版とスリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めとスリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と被転写基板からなる転写装置において、原版に表面から順に第１の層と第２の層の少なくとも二つの層を形成し、第２の層の一部を除去した空洞領域に媒体溜めから毛細管現象によって媒体を供給することで達成される。特に連続した二次元パターンへ媒体の供給は、スリットと媒体溜めとの間に媒体の供給管を少なくとも一個所、配置することで達成される。
【００１８】
また、所定の二次元パターンを一括転写できる原版に媒体を供給する他の構造は、基板上にパターンを有するスリットが形成された原版とスリットに転写用の媒体を供給する媒体溜めとスリットに充填した媒体の圧力を調整する圧力調整機構と被転写基板からなる転写装置において、スリットが原版表面側の第１のスリットと第１のスリットの底面に第１のスリットよりも幅の狭い第２のスリットを少なくとも一種類、設けることで第２のスリットの内部に毛細管現象によって媒体を供給してスリット全体に媒体を輸送することで達成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、二次元面内に所定の配線パターンを有する原版から転写媒体を滲み出させることで被転写基板へ配線パターンを一括転写できる装置や方法を得られるため、電子部品の製造を簡便にできる効果を得られる。特に粘度の高い媒体も使用できるので媒体中の金属粒子濃度を高められる効果も得られる。
【００２０】
本発明では、連続した二次元パターンに対して媒体の供給管を少なくとも一つはスリットに接続することで閉じたラインパターンや連続したパターンを簡便に転写できる効果を得られる。
【００２１】
本発明では、原版の表面から順に第１の層と第２の層の少なくとも二つの層を形成し、第２の層の一部を除去した空洞領域に転写用の媒体を毛細管現象によって輸送できるようになるため、二次元面内に形成されたスリット全体に媒体を輸送できる効果を得られる。また、被転写基板へ媒体を滲み出させるスリットの底面に幅の狭いスリットを形成しておくことで幅の狭いスリット内に毛細管現象によって媒体を輸送できるようになるため、二次元面内に形成されたスリット全体に媒体を輸送できる効果を得られる。
【００２２】
本発明では、閉じたラインパターンや連続した二次元パターンを構成するスリットに少なくとも一つの媒体の供給管を接続することで毛細管現象によってパターン全体に媒体を容易に供給できる効果を得られる。
【００２３】
本発明では、基板上に少なくとも二種類の第１の層と第２の層を形成しておき、表面側の第１の層にスリットを形成後、第２の層のエッチング液に原版を浸漬することで第１の層に形成したスリットからエッチング液を第２の層に接触させる。この方法によって自己整合的に第１の層と同じレイアウトで第２の層を除去できる効果を得られる。また、第２の層のエッチング時間を長くすることで第１の層に形成したスリットにオーバーハング領域を形成できる効果を得られる。
【００２４】
本発明では、媒体を気化させた後に媒体を被転写基板へ輸送するため、微小液滴の形成が不要となり、微細なオリフィスから媒体を噴出させることが可能となる。その結果、微細なパターンを描画できる効果を得られる。
【００２５】
本発明では、触媒を含有する媒体を気化させた後、微細なオリフィスから触媒を噴出させることで微細な触媒パターンを基板上に描画できるので、めっき工程によって描画した触媒に金属をめっきすることができる。よって、めっき処理によって微細な金属パターンを形成できる効果を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施例１）
以下、本発明の一実施例を説明する。本実施例では本発明におけるパターン転写の原理，転写装置の構成，転写工程を説明する。
【００２７】
図１は使用したパターン転写装置の斜視図である。一辺１ｍのガラス基板１０２を可動ステージ１０１の上に設置した。可動ステージ１０１はガラス基板１０２を水平面内方向にステッピングモータで移動することができる。媒体溜め１０４と一体化した転写用の原版１０３はＺ軸可動機構１０６で固定されており、Ｚ軸可動機構１０６は支持アーム１０５によって固定台１０７に連結された構造となっている。原版１０３は一辺１４０mmの正方形である。Ｚ軸可動機構１０６は原版１０３と媒体溜め１０４をＺ軸方向に移動できる構造になっている。
【００２８】
図８は原版１０３の断面形状である。なお、分かりやすくするために縦方向の寸法を拡大している。シリコン基板８０１の下には厚さ１.５ マイクロメーターの酸化膜８０２が存在し、酸化膜８０２の下に厚さ１.０マイクロメーターのシリコン膜８０３が形成されている。シリコン膜８０３に形成したスリット８０４の幅は１０マイクロメーターである。スリット８０４とシリコン基板８０１の間の酸化膜８０２には幅３０マイクロメーターの隙間８０６が形成されている。
【００２９】
原版１０３には図１で示すように媒体溜め１０４が原版１０３の上に接続されている。図９は原版１０３と媒体溜め１０４の接続状況を説明する断面図である。媒体容器９０３の内部に媒体９０２が内包されており、媒体９０２は供給管９０１を通って原版１０３内部の媒体８０５と繋がっている。そして媒体９０２は隙間８０６やスリット８０４に媒体を充填する構造になっている。酸化膜８０２とスリット８０４には転写用の媒体８０５が充填されている。媒体はトルエンで希釈した銅微粒子である。銅微粒子の粒径は平均５０ナノメーター、銅の濃度は約１０質量％である。媒体溜め１０４にはヒーター９０４が設置されておりヒーター９０４に通電することでヒーター近傍の媒体９０２が体積膨張して媒体容器９０３内部の圧力が上昇する構造になっている。
【００３０】
次に閉じたラインパターンを有する原版の構造を説明する。図３０は閉じたラインパターンを有する原版１０３の平面図である。シリコン膜８０３に開口されたスリット８０４は閉じたラインパターンを形成している。図３１は図３０におけるＡ3−Ｂ3の断面である。媒体８０５は一本の供給管９０１によってスリット８０４へ充填される。媒体８０５は酸化膜８０２が除去された領域を通じてスリット８０４の全体に供給される。
【００３１】
次に印刷工程について説明する。図１０から図１７は配線パターンをガラス基板１０２上に形成した時の工程説明図である。図１０は媒体８０５をガラス基板１０２へ転写する前の状態である。ガラス基板１０２はシリコン膜８０３から１００マイクロメーター離れた位置に設置されている。媒体溜め１０４と一体化した原版１０３はＺ軸可動機構１０６によってガラス基板１０２の方へ移動し、図１１に示すようにガラス基板１０２と原版１０３との距離が１０マイクロメーターまで接近する。なお、Ｚ軸駆動機構１０６はピエゾ素子への電圧印加によって駆動される構造となっている。この駆動機構は原子間力顕微鏡において短針を試料表面に接近させる既知の技術を原版１０３の三個所の隅に適用することでガラス基板１０２に対して平行に原版１０３を接近させることを容易に実現できた。次に図１２に示すヒーター９０４に１００ミリ秒間だけ通電することで媒体容器９０３内部の圧力を上昇させることでスリット８０４から媒体８０５を滲み出させた。媒体８０５はガラス基板１０２と接触することで媒体８０５の一部はガラス基板１０２に転写される。
【００３２】
次に図１３に示すようにＺ軸可動機構１０６によって原版１０３をガラス基板１０２から１００マイクロメーターの距離まで離した。媒体容器９０３の内部圧力は媒体９０２の冷却に伴い自然に低下し、図１４に示したように媒体８０５はスリット８０４の内部に引っ込んだ形状になった。図１５は媒体８０５がガラス基板１０２の上に転写されたラインパターンの一部の斜視図である。次に媒体８０５を転写したガラス基板１０２を窒素ガス９０％，酸素ガス１０％の雰囲気中で３００℃，５分間、熱処理し、さらに窒素ガス８０％，水素ガス２０％の雰囲気中で３００℃，２分間、熱処理した。図１６は熱処理後のラインパターンの一部の斜視図である。線幅８マイクロメーター，厚さ０.５マイクロメーターの銅配線を形成できた。図１７は１メートル角のガラス基板１０２上に先に記述した媒体８０５の転写工程と可動ステージ１０１の駆動によるガラス基板１０２の移動とを組み合わせたステップアンドリピートによって配線パターン１７０１を４９個、形成した例を示している。配線パターン１７０１は一辺１４０ミリメーターである。
【００３３】
本実施例では銅配線の形成に関して述べたが媒体に含まれる金属の種類を変えることで例えばモリブデン，クロム，金，銀，ニッケル，チタン，タンタル，コバルト，インジウム，錫，亜鉛を含む金属配線を形成できる。なお、実施例５で述べるが媒体にめっき処理時の触媒作用のあるパラジウムを用いることで触媒を配列させることもできる。また、熱処理時に酸素ガスを多く含む雰囲気ガスにすることで酸化物，窒素ガスやアンモニアガスを含ませることで窒化物を形成できる。さらには媒体の成分をシリコンやゲルマニウムを含む有機物やアルミナやシリカなどの絶縁物にすることで半導体膜や絶縁膜を所定の形状に形成することもできる。さらにインジウム錫酸化物，インジウム亜鉛酸化物，インジウムゲルマニウム酸化物を形成することもできる。
【００３４】
（実施例２）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では図２１に示す原版の作製方法について説明する。図１８は原版１０３に使用したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１８０１の断面図である。ＳＯＩ基板１８０１は第１の層となる厚さ１.０マイクロメーターのシリコン膜８０３と第２の層となる厚さ１.５マイクロメーターの酸化膜８０２と厚さ５５０マイクロメーターの単結晶のシリコン基板８０１から成る。ＳＯＩ基板１８０１の直径は１００ミリメーターである。次にＬＳＩ加工で一般的なフォトリソグラフィ技術によってシリコン膜８０３にスリット８０４を形成して図１９に示す構造を得た。スリットの幅は１０マイクロメーターである。シリコン膜８０３の除去にはドライエッチング法を用いた。次に純水で希釈した弗化水素水中に原版１０３を浸漬し、酸化膜８０２をエッチングすることで図２０に示すようにオーバーハングしたシリコン膜８０３の下に空隙２００１を形成した。空隙２００１の幅は８マイクロメーターである。以上の製造方法で原版１０３は完成した。
【００３５】
図２０から分かるように原版は基板１８０１上に異なる種類の第１の層であるシリコン膜８０３と第２の層である酸化膜８０２において第１の層に形成したスリットからエッチング液を第２の層に接触させることで第２の層の一部を除去する工程で製造できることが分かる。また、第２の層のエッチング時間を長くすることで第２の層のスリットの幅を第１の層のスリットの幅よりも大きくできることも容易に分かる。
【００３６】
図２１は原版１０３に媒体８０５を充填した時の断面図である。媒体８０５は毛細管現象によって隙間２００１に流れ込む。隙間２００１に媒体８０５が流れ込むことで配線パターンが形成されたスリット８０４に媒体が充填されることになる。
【００３７】
なお、シリコンを酸化処理すると酸化物表面は親水性になる。逆にシリコンを弗化水素水で処理するとシリコン表面は疎水性になる。よって毛細管現象をより効果的に得るために図２０に示す構造体を酸化雰囲気中で熱処理することでシリコン材料を酸化して隙間２００１に媒体が進入しやすくすることもできる。
【００３８】
（実施例３）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では図２４に示す原版１０３の作製方法について説明する。図２２は原版１０３に使用した基板２２０１の断面図である。基板２２０１は厚さ５５０マイクロメーターの単結晶のシリコン基板８０１の上に厚さ１.５マイクロメーターの酸化膜８０２が形成された構造になっている。酸化膜８０２は熱酸化法によって形成した。基板２２０１の直径は１００ミリメーターである。次にＬＳＩ加工で一般的なフォトリソグラフィ技術によって酸化膜８０２に第１のスリット２３０１を形成して図２３に示す構造を得た。第１のスリット２３０１の幅は１０マイクロメーターである。酸化膜８０２の除去には純水で希釈した弗化水素水によるウエットエッチング法を用いた。次にフォトリソグラフィ技術とシリコンドライエッチング法によって幅１マイクロメーター，深さ３マイクロメーターの第２のスリット２４０１を形成した。以上の製造方法で図２４に示す原版１０３は完成した。
【００３９】
図２５は原版１０３に媒体８０５を充填した時の断面図である。媒体８０５は毛細管現象によって第２のスリット２４０１に流れ込む。第２のスリット２４０１に媒体８０５が流れ込むことで配線パターンが形成された第１のスリット２３０１に媒体が充填されることになる。
【００４０】
なお、本実施例では第１のスリット２３０１に一つの第２のスリット２４０１を形成したが２つ以上の第２のスリットを形成することで媒体の輸送量を増加できることは明らかである。
【００４１】
さらに、シリコンを酸化処理すると酸化物表面は親水性になる。逆にシリコンを弗化水素水で処理するとシリコン表面は疎水性になる。よって毛細管現象をより効果的に得るために図２４に示す構造体を酸化雰囲気中で熱処理することでシリコン材料を酸化し、第２のスリット２４０１に媒体が進入しやすくすることもできる。さらに第１のスリット２３０１や第２のスリット２４０１の側面を荒らすことで媒体の濡れ性を向上できる。
【００４２】
（実施例４）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では原版へ媒体を供給する構造や方法、および原版内部での媒体の輸送機構に関して説明する。図２０や図２４に示した原版１０３に媒体８０５を連続的に供給する機構は隙間２００１や第２のスリット２４０１の中を媒体８０５が流れる毛細管現象である。本発明では媒体８０５を連続的に原版１０３に供給するために媒体溜め１０４を考案した。媒体溜め１０４は図９に示したように原版１０３に密着している。媒体溜め１０４と原版１０３は供給管９０１で接続されている。媒体８０５が転写工程時に消費されるに伴い供給管９０１を通って媒体容器９０３中の媒体９０２が補給される構造になっている。供給管９０１は１４ミリメートル角の原版１０３に１００個所設置した。設置密度は原版１０３の面内でのパターンに疎密があり、パターンが密集して媒体の消費が激しい領域には多くの供給管９０１を設置した。供給管９０１のレイアウトの一例を図２７で説明する。
【００４３】
図２７は試作した薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置２７０１の回路レイアウトである。薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置２７０１を透明基板２７０２の表面に形成した。表示部２７０３には薄膜トランジスタが画素毎にレイアウトされるためゲート電極などの配線密度は高くなる。また、ドレイン半導体集積回路２７０４やゲート半導体集積回路２７０５のパターン密度も高い。しかし映像信号用バスライン２７０６や走査信号用バスライン２７０７のパターン密度は低い。パターン密度の疎密によって転写される媒体の量は増減するため本実施例では表示部２７０３には合計６０個、ドレイン半導体集積回路２７０４とゲート半導体集積回路２７０５には合計３０個、映像信号用バスライン２７０６と走査信号用バスライン２７０７には合計１０個の供給管９０１を配置した。
【００４４】
次に薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置２７０１に現れる連続した二次元パターンを転写した時の媒体の供給方法について説明する。図３２は連続した二次元パターンを有する原版１０３の平面図である。シリコン膜８０３に開口されたスリット８０４は連続したラインパターンを形成している。図３３は図３０におけるＡ4−Ｂ4の断面である。一本の供給管９０１を酸化膜８０２が除去された領域へ接続することで毛細管現象によって媒体８０５はスリット８０４の全体に供給された。
【００４５】
次に、媒体溜め１０４への媒体の補給方法と構造に関して図２６によって説明する。媒体溜め１０４への媒体９０２の補給は外部に設置された補給タンク２６０１を使用した。補給タンク２６０１と媒体溜め１０４は補給管２６０２で接続され、媒体溜め１０４中の媒体９０２が不足することのないように補給管２６０２を通して補給タンク２６０１内部の媒体を供給する機構になっている。補給タンク２６０１の容量は１リットルである。補給タンク２６０１の内部圧力は加圧機構２６０３によって常に大気圧より０.１ 気圧だけ高い状態に保持した。加圧機構２６０３は圧力タンク２６０４，圧力調整弁２６０５，遮断バルブ２６０６，金属パイプ２６０７で構成されている。なお、遮断バルブ２６０６は常時オープン状態であるが補給タンク２６０１へ媒体を補充する時や緊急時に媒体の補給を遮断するために設置した。
【００４６】
（実施例５）
以下、本発明の他の一実施例を説明する。本実施例では触媒を配列し、めっき処理することで配線を形成する装置と方法に関して説明する。図２８は使用したパターン転写装置の斜視図である。一辺１ｍのガラス基板１０２を可動ステージ１０１の上に設置した。可動ステージ１０１はガラス基板１０２を水平面内方向にステッピングモータで移動することができる。噴射機構２８０１はＺ軸可動機構１０６で固定されており、Ｚ軸可動機構１０６は支持アーム１０５によって固定台１０７に連結された構造となっている。Ｚ軸可動機構１０６は噴射機構２８０１をＺ軸方向に移動できる構造になっている。
【００４７】
図２９は噴射機構２８０１の断面図である。噴射機構２８０１は媒体溜め２９０１と気化器２９０２から成る。媒体溜め２９０１は媒体２９０３を内包した媒体容器２９０４と第１のヒーター２９０６から成る。媒体容器２９０４は直径０.５ミリメートルの第１のオリフィス２９０５が開口されている。気化器２９０２は気化容器２９０７と気化容器２９０７を加熱する第２のヒーター２９０９から成る。気化容器２９０７には直径５０ナノメートルの第２のオリフィス２９０８が開口されている。第１のヒーター２９０６に通電することで媒体容器２９０４内部の圧力が上がり、第１のオリフィス２９０５から媒体２９０３は気化室２９１０へ供給され、気化室２９１０内で気化し、第２のオリフィス２９０８から噴出する機構となっている。
【００４８】
媒体容器２９０４への媒体２９０３の補給は図２８に示したように外部に設置された補給タンク２６０１を使用する。補給タンク２６０１と媒体容器２９０４は補給管２６０２で接続され、媒体容器２９０４中の媒体２９０３が不足することがないように補給管２６０２を通して補給タンク２６０１内部の媒体を供給する機構になっている。補給タンク２６０１の容量は１リットルである。補給タンク２６０１の内部圧力は加圧機構２６０３によって常に大気圧より０.１気圧だけ高い状態に保持されている。加圧機構２６０３は圧力タンク２６０４，圧力調整弁２６０５，遮断バルブ２６０６，金属パイプ２６０７で構成されている。なお、遮断バルブ２６０６は常時オープン状態であるが補給タンク２６０１へ媒体を補充する時や緊急時に媒体の補給を遮断するために設置した。
【００４９】
次に、銅配線を形成した方法について図２８と図２９を用いて説明する。始めに図２８に示すようにガラス基板１０２を可動ステージ１０１の上に設置した。ガラス基板１０２の大きさは１メートル角である。ガラス基板１０２設置後のガラス基板１０２と噴射機構２８０１との距離は１００マイクロメーターである。加圧機構２６０３によって補給タンク２６０１の内部圧力を大気圧から０.１気圧だけ高くし、媒体容器２９０４に媒体２９０３を充填しておいた。なお、本実施例ではイニシエーターとしてパラジウムを含有した媒体を使用した。
【００５０】
また、予め、第２のヒーター２９０９に通電した状態でアルミ製の気化容器２９０７を約１５０℃に保持した状態にしておいた。次に、Ｚ軸可動機構１０６によって噴射機構２８０１をガラス基板１０２の方へ移動させ、ガラス基板１０２と原版１０３との距離が１０マイクロメーターになるまで接近させた。なお、Ｚ軸駆動機構１０６はピエゾ素子への電圧印加によって駆動される構造となっている。次にアルミ製の媒体容器２９０４内の第１のヒーター２９０６に通電した。第１のヒーター２９０６に通電した状態で可動ステージ１０１を駆動して所定のラインパターンをガラス基板１０２の上に転写した。ラインパターンの描画が終了した後、第１のヒーター２９０６への通電を中止した。そして噴射機構２８０１の第２のオリフィス２９０８が次のラインパターンの始点位置へ来るように稼動ステージ１０１を駆動した。そして再び同様の工程で所定のラインパターンをガラス基板１０２の上に転写した。以上の転写工程を繰り返すことで全ての配線パターンを転写した。転写終了後、ガラス基板１０２に無電解銅めっき処理を施して線幅８０ナノメーターの銅配線パターンを形成した。
【００５１】
本実施例では銅配線を形成したが触媒とめっき液を変えることでニッケル，コバルト，パラジウム，金，銀，白金，錫も形成できることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】パターン転写装置の斜視図。
【図２】従来技術を説明するための塗布装置の斜視図。
【図３】従来技術を説明するためのインクジェットプリンタの模式図。
【図４】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図５】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図６】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図７】従来技術では原版が欠落してしまう状況を説明する図。
【図８】原版の断面形状。
【図９】原版と媒体溜めの接続状況を説明する断面図。
【図１０】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１１】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１２】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１３】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１４】配線パターンを形成するための工程説明図。
【図１５】転写されたラインパターンの一部の斜視図。
【図１６】転写されたラインパターンの一部の斜視図。
【図１７】ステップアンドリピートによって形成した配線パターンの説明図。
【図１８】原版に使用したＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板の断面図。
【図１９】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２０】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２１】原版に媒体を充填した時の原版の断面形状。
【図２２】原版に使用した基板の断面図。
【図２３】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２４】原版の製造方法を説明するための原版の断面図。
【図２５】原版に媒体を充填した時の原版の断面形状。
【図２６】媒体溜めへの媒体の補給方法と構造を説明するためのパターン転写装置の斜視図。
【図２７】試作した薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置の回路レイアウト図。
【図２８】使用した転写装置の斜視図。
【図２９】噴射機構の断面図。
【図３０】閉じたラインパターンを有する原版の平面図。
【図３１】閉じたラインパターンを有する原版の断面図。
【図３２】連続したラインパターンを有する原版の平面図。
【図３３】連続したラインパターンを有する原版の断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１０１，２０２，３０２…可動ステージ、１０２…ガラス基板、１０３，４０１，６０１…原版、１０４…媒体溜め、１０５…支持アーム、１０６…Ｚ軸可動機構、１０７…固定台、２０１…被塗布基板、２０３…転写部材、２０４，５０１，８０５，９０２，２９０３…媒体、２０５…円筒容器、２０６…圧力調整機構、２０７…ディスペンサーノズル、３０１…被転写基板、３０３…インクガン、３０４…ピエゾ素子制御装置、４０２，６０２…基体、４０３，８０４…スリット、８０１…シリコン基板、８０２…酸化膜、８０３…シリコン膜、８０６…隙間、９０１…供給管、９０３，２９０４…媒体容器、９０４…ヒーター、１７０１…配線パターン、１８０１…ＳＯＩ基板、２２０１…基板、２３０１…第１のスリット、２４０１…第２のスリット、２６０１…補給タンク、２６０２…補給管、２６０３…加圧機構、２６０４…圧力タンク、２６０５…圧力調整弁、２６０６…遮断バルブ、２６０７…金属パイプ、２７０１…薄膜トランジスタ駆動液晶表示装置、２７０２…透明基板、２７０３…表示部、２７０４…ドレイン半導体集積回路、２７０５…ゲート半導体集積回路、２７０６…映像信号用バスライン、２７０７…走査信号用バスライン、２８０１…噴射機構、２９０１…媒体溜め、２９０２…気化器、２９０５…第１のオリフィス、２９０６…第１のヒーター、２９０７…気化容器、２９０８…第２のオリフィス、２９０９…第２のヒーター、２９１０…気化室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被転写基板にパターンを転写する装置において、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板と被転写基板を二次元面内に移動させる駆動機構とを備え、
気化した媒体が被転写基板上にパターンを描画することを特徴とするパターン転写装置。
【請求項２】
請求項１において、描画する媒体中にめっきのイニシエータとなりうる物質が含まれていることを特徴とするパターン転写装置。
【請求項３】
請求項２において、イニシエータがパラジウムであることを特徴とするパターン転写装置。
【請求項４】
媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板と被転写基板を二次元面内に移動させる駆動機構からなる転写装置を用いたパターン転写方法において、
圧力調整機構によって液溜め内部の圧力を高めて第１のオリフィスから媒体を気化室へ搬送する工程と、気化室の内部で気化した媒体が第２のオリフィスから噴出して被転写基板上に媒体を付着させる工程と、被転写基板を二次元面内で移動させる工程を特徴とするパターン転写方法。
【請求項５】
請求項４において、媒体に触媒原子が含有された触媒を使用し、触媒を被転写基板に転写し、めっきによって金属パターンを形成することを特徴とするパターン転写方法。
【請求項１】
被転写基板にパターンを転写する装置において、媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板と被転写基板を二次元面内に移動させる駆動機構とを備え、
気化した媒体が被転写基板上にパターンを描画することを特徴とするパターン転写装置。
【請求項２】
請求項１において、描画する媒体中にめっきのイニシエータとなりうる物質が含まれていることを特徴とするパターン転写装置。
【請求項３】
請求項２において、イニシエータがパラジウムであることを特徴とするパターン転写装置。
【請求項４】
媒体を入れる液溜めと液溜め内部の圧力を高める圧力調整機構と液溜めに開口された第１のオリフィスと第１のオリフィスを一側面に有する気化室と気化室の一側面に開口された第２のオリフィスと被転写基板と被転写基板を二次元面内に移動させる駆動機構からなる転写装置を用いたパターン転写方法において、
圧力調整機構によって液溜め内部の圧力を高めて第１のオリフィスから媒体を気化室へ搬送する工程と、気化室の内部で気化した媒体が第２のオリフィスから噴出して被転写基板上に媒体を付着させる工程と、被転写基板を二次元面内で移動させる工程を特徴とするパターン転写方法。
【請求項５】
請求項４において、媒体に触媒原子が含有された触媒を使用し、触媒を被転写基板に転写し、めっきによって金属パターンを形成することを特徴とするパターン転写方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２００８−１１４２１９（Ｐ２００８−１１４２１９Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５７０３５（Ｐ２００７−２５７０３５）
【出願日】平成１９年１０月１日（２００７．１０．１）
【分割の表示】特願２００１−２２６７９（Ｐ２００１−２２６７９）の分割
【原出願日】平成１３年１月３１日（２００１．１．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１日（２００７．１０．１）
【分割の表示】特願２００１−２２６７９（Ｐ２００１−２２６７９）の分割
【原出願日】平成１３年１月３１日（２００１．１．３１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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