JP2005040665A - Method and apparatus for forming pattern - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁性基板上に配線パターンのような導体層で構成されたパターン層を形成するパターン形成方法に係り、特に三次元構造を備えたパターン層を形成しうるパターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、三次元構造を備えた、いわゆる立体配線パターンを形成する方法として、誘電体膜の成膜工程、フォトリソグラフィー工程、およびメッキ工程の三つの工程を繰り返すことにより、三次元構造を備えたパターン層(立体配線パターン)を形成する方法が知られている。しかし、この方法では、三次元構造を構成する複数のパターン層の各層を形成するごとに、マスク合わせという精密な作業が必要なため、高度の技術を要し、パターン層を形成するための所要時間が長くなるという問題がある。また、絶縁性基板上に形成する配線パターンのパターン形状が変更されるたびに高価なマスクを新たに作製する必要があり、コスト高になるという問題も有る。
【0003】
またフォトリソグラフィー工程では、感光性樹脂溶液の液滴を水平面に垂直な回転軸の周りに高速回転させた絶縁性基板の中心付近に滴下し、遠心力で絶縁性基板の外縁方向に広げて絶縁性基板表面を感光性樹脂溶液の薄膜で被覆するとともに、余分な感光性樹脂溶液を絶縁性基板の外側に飛散させて排出するスピンコーティング法が広く用いられている。しかし、このスピンコーティング法では、絶縁性基板を高速回転させたとき、感光性樹脂溶液のほとんどが絶縁性基板の表面を被覆せずに絶縁性基板の外側に飛散してしまうため、絶縁性基板の被覆に用いられる感光性樹脂溶液の量が、飛散する感光性樹脂溶液の量に比べて少なく、浪費される量が多い。
【0004】
さらに、絶縁性基板の表面を感光性樹脂溶液で濡らした状態で高速回転させるため、濡れた状態の絶縁性基板の表面にほこりが付着しやすい。絶縁性基板の表面にほこりが付着すると、後続の工程で液状有機物質を絶縁性基板の表面上に塗布したときにほこりが付着した部分が隆起し、この隆起してできた隆起部の存在によって影が形成されるため、この隆起部の後ろ側に比較的薄い有機物質の放射状の跡が残り、パターン不良が発生するという問題がある。
【0005】
上記問題を解決するために、インクジェット技術を用いて配線パターンを形成する方法が種々提案されている。例えば、絶縁性基板の表面に、導電性微粒子を含む導体形成液に対して親和性を備えた親和性領域と、導体形成液に対して親和性を備えていない非親和性領域とで、予め、チェック模様のような規則的な繰り返し模様状に形成しておき、その絶縁性基板の表面に導体形成液を吐出する方法(例えば特許文献1参照)や、絶縁性基板の表面に有機物質の分子膜を用いて親和性領域と非親和性領域とを規則的な繰り返し模様状に形成し、導電性微粒子を分散させた溶液を塗布した後に熱処理を施して塗布した導電性微粒子の溶液を導電性を備えた膜に転化する方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。
【0006】
【特許文献1】
特開平11−207959号公報
【特許文献2】
特開2002−164635号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1や特許文献2に記載された方法では、絶縁性基板の表面に、導体形成液に対する親和性領域と非親和性領域とを所定の繰り返し模様状に形成しておく必要があるため、絶縁性基板の加工に手間やコストがかかり、リソグラフィーに対する問題と同様、パターン層を形成するための所要時間が長くなる、コストが上昇する、という問題がある。また、三次元的な構造のパターン層(立体配線パターン)を形成するには絶縁膜を形成するプロセス、およびその絶縁膜を加工するプロセスというプロセスが必要であり、パターン層を形成するための所要時間が長くなり、技術的難度が高くなるという問題がある。さらにパターン層を形成すべき領域よりも広い面積の領域にわたって導体形成液等の溶液を吐出する必要があるため、浪費する溶液の量が多いという問題もある。
【0008】
上記従来の問題に鑑みて、本発明は、マスクを必要とせず、配線パターンのパターン形状の変更に柔軟に対応でき、パターン層を形成する所要時間が短く、コストを低く抑えられ、ほこりや絶縁性基板の表面状態の影響を受けにくく、塗布工程において溶液を浪費する割合が低く、三次元構造を有するパターン層(立体配線パターン)を形成し得るパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明のパターン形成方法は、絶縁性基板上に、絶縁体形成溶液の液滴を吐出して所定の領域の周囲を囲む立体隔壁を形成することにより、前記立体隔壁で囲まれた凹状のパターン層形成領域を形成する工程と、前記パターン層形成領域に、導電性粒子を含有する導体形成液の液滴を吐出してパターン層前駆体を形成する工程と、前記パターン層前駆体に導電性発現処理を施して導電性を備えたパターン層を得る工程とを有することを特徴とする。
【0010】
ここで、前記絶縁体形成溶液の液滴は、静電気力を利用した液体吐出ヘッドから吐出されることが好ましい。
【0011】
また、前記導体形成液の液滴は、サーマル型液体吐出ヘッドまたは圧電効果を利用した液体吐出ヘッドから吐出されることが好ましい。
【0012】
また、前記導電性発現処理を施して導電性を備えたパターン層を得る工程の後に、前記パターン層の表面の一部に絶縁体形成溶液の液滴を吐出することにより前記パターン層の表面の一部に保護層を形成する工程をさらに有していてもよい。
【0013】
また、前記導電性発現処理は、前記パターン層前駆体を加熱する処理、または前記パターン層前駆体にレーザを照射する処理であることが好ましい。
【0014】
また、前記立体隔壁で囲まれた凹状のパターン層形成領域を形成する工程と、前記パターン層前駆体を形成する工程と、前記パターン層前駆体に導電性発現処理を施して導電性を備えたパターン層を得る工程とを繰り返すことにより、前記パターン層を積層して、前記絶縁性基板上に三次元的なパターンを形成してもよい。ここで、「パターン層を積層」するとは、二つのパターン層を直接接触させて電気的に接続した状態で積層する場合、および、二つのパターン層の間に絶縁体層を間挿して二つのパターン層を離間させ、電気的に絶縁した状態で積層する場合の両方を含む。
【0015】
また、前記絶縁体形成溶液、および前記導体形成液の液滴は、前記パターン層のレイアウトに基づいて液体吐出ヘッドから吐出されることが好ましい。
【0016】
また、前記パターン層前駆体に導電性発現処理を施して導電性を備えたパターン層を得る工程は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
【0017】
本発明のパターン形成装置は、静電気力を利用して絶縁体形成溶液を吐出する第一の液体吐出ヘッドと、導電性粒子を含有する導体形成液を吐出する第二の液体吐出ヘッドと、基台にセットされた絶縁性基板に導電性発現処理を施す手段と、前記第一の液体吐出ヘッドおよび前記第二の液体吐出ヘッドを前記絶縁性基板に対して相対的に移動させることにより走査させる走査手段と、形成すべきパターン層およびこのパターン層の表面の一部を覆う保護層のレイアウト情報に基づいて前記走査手段を操作するとともに、前記第一の液体吐出ヘッド、および前記第二の液体吐出ヘッドから液滴を吐出させる制御手段とを有することを特徴とする。
【0018】
ここで、前記導電性発現処理を施す手段が、前記絶縁性基板を加熱する手段、および前記絶縁性基板にレーザを照射する手段の少なくともいずれか一方であってよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第一の実施形態)
以下、本発明の第一の実施形態に係るパターン形成方法について説明する。図1は本発明の第一の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す斜視図であり、図2は本発明の第一の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す断面図である。図2(A)〜(D)の各断面は、図1(A)に示したA−A線を通る平面で絶縁性基板10をその厚さ方向に切断した縦断面を示す。なお、以下に説明するパターン層については、後述する全自動型のパターン形成装置を用いて形成する場合を例にして説明するが、導体形成液の液滴を絶縁性基板に吐出させてパターン層を形成するものであればよく、部分的に手動でパターン層を形成してもよい。ここで、パターン層とは、配線パターン、導体パターン、電気回路、電子回路、半導体集積回路等を含む広い概念であり、後述するように、パターン層の厚さや形状を変えることにより、抵抗やコンデンサ等の受動素子を絶縁性基板の内部に作り込むことも可能である。
【0020】
本実施形態では、絶縁性基板上に、配線パターンのような、長方形の薄板状の導体層から構成されるパターン層を形成する場合について説明する。本実施形態に係るパターン形成方法に従ってパターン層を形成するには、まず、図1(A)および図2(A)に示すように、絶縁性基板10の表面の所定の領域、具体的にはパターン層を形成すべき領域の周囲を囲む部分に、絶縁体形成溶液の液滴を吐出して立体隔壁12を形成する。そしてこの立体隔壁12を形成することにより、この立体隔壁12で囲まれた凹状のパターン層形成領域14が形成される。
【0021】
すなわち、パターン層を形成すべき領域には絶縁体形成溶液の液滴は吐出せず、パターン層を形成すべき領域の周囲を囲む部分に、絶縁体形成溶液の液滴を吐出して盛り上げ、パターン層を形成すべき領域の外縁を包囲する堤防状の立体隔壁12を形成する。堤防状の立体隔壁12で包囲された部分、すなわち立体隔壁12の内部壁面と、パターン層を形成すべ領域(絶縁性基板10の表面)とで、断面が略「U」字型に凹んだ領域、すなわちパターン層形成領域14が形成される。
【0022】
上記立体隔壁12の形成方法としては、例えばポリイミド樹脂のような絶縁材料を有機溶剤で希釈した樹脂溶液の液滴を吐出させるのが好ましい。例えば図2(A)に示すように、10〜50μmの間隔tをあけた立体隔壁12を絶縁性基板10の表面に形成する。立体隔壁12は、代表的には1μm〜数十μmの高さのものを形成する。液体吐出ヘッドの吐出量は一回の吐出当たり約5ピコリットルであり、さらに高い立体隔壁12を形成するには吐出を繰り返すことにより高さを増大させることも可能である。
【0023】
ここで、本発明で用いる絶縁性基板10としては、以下の材料を挙げることができる。SiO2 、ZrO2 、Al2 O3 などのセラミック材料、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂、ガラス繊維やポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維や不織布に熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂を含浸硬化させたものなどがある。
【0024】
また、絶縁体形成溶液を吐出させる方法としては、例えば液体吐出ヘッドを用いて吐出する方法が挙げられる。液体吐出ヘッドの中でも静電気力を利用した液体吐出ヘッドを用いるのが好ましい。静電気力を利用した液体吐出ヘッドを用いて絶縁体形成溶液を吐出させる場合は、吐出する絶縁体形成溶液の液滴が付着する位置の精度が高いため、寸法精度および位置精度の高い立体隔壁を形成することができ、しかもパターン形成装置の基台に絶縁性基板をセットして液体吐出ヘッドのノズルの位置を合わせるアライメント操作は、最初に一度行えば、絶縁性基板を基台から外さない限り、二度以上行う必要がないという利点があるためである。ポリイミドを絶縁材料として含む絶縁体形成溶液を吐出させる液体吐出ヘッドとして、例えば特許第3315334号公報に記載されている静電気力を利用したインクジェットヘッドを用いることができる。
【0025】
立体隔壁12を形成するために吐出させる絶縁体形成溶液としては、絶縁材料をその溶剤に溶かした溶液を挙げることができる。絶縁体形成溶液中に溶解する絶縁材料としては、例えばポリイミドを挙げることができる。ポリイミド以外の絶縁材料としては、以下の材料を挙げることができる。フェノールエポキシ樹脂等を用いることができる。
【0026】
絶縁体形成溶液中の溶剤としては、前記絶縁材料を溶解するものであれば良く、特に限定されない。
【0027】
次に、図1(B)および図2(B)に示すように、パターン層形成領域14の中に、導体形成液として、導電性粒子を含有する液体の液滴を吐出してパターン層形成領域14の中に供給し、パターン層前駆体13を形成する。
【0028】
導体形成液を吐出させる方法としては、例えば液体吐出ヘッドを用いて吐出する方法が挙げられる。液体吐出ヘッドの中でもヒータの発熱により気泡を発生させて気泡の膨張力で液体を吐出させるサーマル型液体吐出ヘッドや、圧電効果を利用して液体を吐出させるピエゾ型液体吐出ヘッドを用いるのが好ましい。導電性粒子として金属を含有する溶液の液滴を吐出する装置としては、例えば特公平2−51734号公報に記載されているようなピエゾ型インクジェットヘッドを用いることができる。なお、導体形成液は導電率が高いため、上述した静電気力を利用した液体吐出ヘッドを用いることはできない。
【0029】
導体形成液とは、パターン層形成領域14内に吐出されてパターン層前駆体を形成し、しかる後にこのパターン層前駆体に導電性発現処理を施することにより導電性を発現して導電性を有するパターン層に転化する液体であり、例えば、銅の微粒子などの導電性粒子を溶媒中に溶解或いは分散させた液体が挙げられる。
【0030】
導体形成液中に含まれる導電性粒子としては、後述する導電性発現処理後に導電性を発現してパターン層を形成し得るものであれば良く、特に限定されない。例えば、以下の材料を挙げることができる。金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、Cr、Zn、Co、Mo、Ru、W、Fe、Mn、Sn、Inなどを挙げることができる。
【0031】
次いで、上記のように形成したパターン層前駆体13について導電性発現処理を施す。この導電性発現処理は、パターン層形成領域14内に形成されたパターン層前駆体13に導電性を発現させてパターン層に転化させるために行う処理である。導電性発現処理としては、パターン層前駆体13を加熱する方法、パターン層前駆体13にレーザを照射する方法などを挙げることが出来る。
【0032】
導電性発現処理を施すことにより、パターン層前駆体13に導電性が発現されて導体層、すなわちパターン層16が形成される。パターン層16の厚さを増大させるために、導体形成液の吐出と導電性発現処理とを交互に複数回行ってもよい。この方法により、同一平面状の2点間を電気的に接続する長方形の薄板状のパターン層16を形成することが出来る。そしてこのようなパターン層16を組み合わせることにより三次元構造を有するパターン層、すなわち立体配線パターンを形成することもできる。
【0033】
次に、上記のようにして形成したパターン層16の上面に保護層を追加する場合について説明する。パターン層16の上面に保護層を追加するには、図1(D)および図2(D)に示すように、パターン層16の上面のうち、電極として半田付けに必要な部分だけが残るように、例えば静電気力を利用した液体吐出ヘッドを用いて、例えばポリイミドのような絶縁材料を有機溶剤で希釈した絶縁体形成溶液の液滴を吐出し、ポリイミド樹脂で構成される保護層18を形成する。この保護層18は、必要に応じて形成すればよいものであり、保護層18は省略してもよい。
【0034】
以上説明したように、本実施形態に係るパターン形成方法では、非常に狭い領域に液滴を吐出できる液体吐出ヘッドを使用して、絶縁性基板上の、パターン層を形成すべき領域のみに導体形成液を吐出してパターン層16を形成するので、従来のフォトリソグラフィーで用いるようなマスクが不要となる。また、スピンコーティング法に比べ、溶液を塗布する工程において浪費する溶液の量を極めて少なくすることができる。
【0035】
さらに、制御装置で液体吐出ヘッドに絶縁性基板上を走査させて絶縁性基板上の所望の場所に所望の形状のパターン層を形成するので、制御装置に、形成しようとするパターン層の形状に関するデータを入力するだけで、所望の形状のパターン層を形成することができる。また、絶縁性基板の所望の場所に直接パターン層を形成するので、メッキ槽などの大型の製造装置を必要とせず、小さいスペースと小型の製造装置でパターン層を形成することができる。
【0036】
また、形成しようとするパターン層のパターン形状を変更するときにもフォトリソグラフィーで用いるようなマスクを新たに作製することが不要であるため、製品の設計変更等により、配線パターンのパターン形状を変更する必要がある場合にも、柔軟に対応することができる。さらに、液体吐出ヘッドを使用することにより、フォトリソグラフィー工程で用いるようなマスクが不要となるため、パターン層を形成する所要時間を短縮することができ、製造コストを低く抑えることができる。また、液体吐出ヘッドを使用することにより、絶縁体形成溶液や導体形成液などの溶液を、絶縁性基板の表面の、立体隔壁やパターン層を形成すべき領域に直接吐出する。そのため、絶縁性基板の表面が濡れた状態になる時間が殆どなく、ほこりが付着したり絶縁性基板の表面の形状の影響を受ける可能性が低い。
【0037】
さらに、本実施形態に係るパターン形成方法では、絶縁体で形成された立体隔壁で囲まれてできたパターン層形成領域14内にパターン層16を形成するので、パターン層16の周囲は絶縁体で形成された立体隔壁12で囲まれている。そのため、複数のパターン層16が近接して一つの配線回路を構成する場合であっても、パターン層16どうしの短絡(ショート)を確実に防止することができる。
【0038】
さらに、パターン層前駆体に導電性を発現させるためには、パターン層前駆体を加熱する方法以外に、パターン層前駆体にレーザを照射する方法を用いてもよい。また、パターン層前駆体の加熱とパターン層前駆体に対するレーザ照射の両方を用いても良い。導体形成液として、酸化しやすい金属を含む導体形成液を吐出させる場合には、導体形成液の吐出工程を、不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。また、パターン層前駆体に導電性を発現させる導電性発現処理の一つとしてパターン層前駆体を加熱する場合にも、パターン層前駆体の加熱は不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、立体隔壁12で囲まれた凹状のパターン層形成領域14を形成する工程と、パターン層前駆体13を形成する工程と、パターン層前駆体13に導電性発現処理を施して導電性を備えたパターン層16を得る工程とを繰り返すことにより、パターン層を積層して、絶縁性基板内に三次元的な構造を有するパターン層、すなわち立体配線パターンを形成することもできる。
【0039】
(第二の実施形態)
次に、第二の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。本実施形態では、電気的に接続しておらず、三次元的に交差する二つのパターン層から構成される三次元構造を有するパターン層を形成する方法について例示する。図3は本発明の第二の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す斜視図であり、図4は本発明の第二の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す断面図である。図4(A)〜(F)の各断面は、図3(A)に示したA−A線を通る平面で絶縁性基板10aをその厚さ方向に切断した縦断面を示す。
【0040】
本実施形態に係るパターン形成方法を実施するには、図3(A)および図4(A)に示すように、第一の実施形態と同様に、絶縁性基板10aの上面に向けて、静電気力を利用した液体吐出ヘッドから絶縁体形成溶液としてのポリイミド溶液を吐出させて立体隔壁12aを形成する。図3(A)および図4(A)に示したように、本実施形態では、立体隔壁12aは、二つのパターン層が三次元的に交差する形状に対応しており、三つの独立したパターン層形成領域14a、15aおよび16aの外側を包囲するように立体隔壁12aを形成する。立体隔壁12aを形成してその内側にパターン層形成領域14a、15aおよび16aを形成した後、第一の実施形態と同様に、液体吐出ヘッドからパターン層形成領域14a、15aおよび16aに向けて導体形成液として、導電性粒子を含有する液体の液滴を吐出して、パターン層形成領域14a、15aおよび16aの中に導体形成液を供給して、パターン層前駆体を形成する。
【0041】
次いでこれらパターン層前駆体について、例えば加熱することにより導電性発現処理を施して、図3(B)および図4(B)に示したパターン層141、151および161を得る。次いで図3(C)および図4(C)に示すように、中央に位置するパターン層151の上面のうち、長手方向の両端の部分151aおよび151bを残してポリイミドの樹脂溶液を静電気力を利用した液体吐出ヘッドから吐出させて保護層18aを形成する。次いで立体隔壁12aおよび保護層18aの上にポリイミドの樹脂溶液を静電気力を利用した液体吐出ヘッドから吐出させて、図3(D)および図4(D)に示すように、立体隔壁121を形成する。
【0042】
この立体隔壁121では、パターン層141、161、および151の両端の部分151a、151bの外側を包囲する堤防状にポリイミド樹脂溶液を吐出して立体隔壁121が形成されており、図3(D)に示したように、立体隔壁121に包囲されてパターン層形成領域151c、151dおよび17aが形成される。パターン層形成領域151cの底部ではパターン層151の部分151aが露出しており、パターン層形成領域151dの底部ではパターン層151の部分151bが露出している。また、図3(D)に示したようにパターン層形成領域17aの長手方向の両端の底部ではパターン層141および161が露出しており、パターン層形成領域17aの略中央部の底部では保護層18aの上面が露出しており、図3(D)および図4(D)に示したように、保護層18aの上面が露出している部分ではパターン層形成領域17aの底部が浅くなっている。
【0043】
次いで図3(E)および図4(E)に示すように、パターン層形成領域17a,151c、151dの中に導体形成液として導電性粒子を含有する溶液の液滴をピエゾ型あるいはサーマル型の液体吐出ヘッドから吐出して導体形成液を供給し、パターン層前駆体を形成し、このパターン層前駆体を、例えば加熱して導電性を発現させることにより、図3(E)および図4(E)に示したようなパターン層19,20が形成される。さらにパターン層19,20の厚みを増すために、導体形成液の吐出と導電性発現処理としての加熱とを交互に複数回行うことも可能である。
【0044】
次に、図3(F)および図4(F)に示すように、液体吐出ヘッドでポリイミドの樹脂溶液を吐出して、パターン層20の長手方向の両端部に位置する電極部分20aを残してパターン層20の上面にポリイミド樹脂で構成された保護層21を形成する。このようにパターン層19および20を形成することにより、任意の2点間の電気接続が可能となる。このようにして三次元的に交差するパターン層19,20、すなわち立体配線パターンが形成される。
【0045】
(第三の実施形態)
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板をその厚さ方向に見たときに十字形に交差する二つのパターン層を形成し、これら二つのパターン層が三次元的に交差する位置で電気的に接続された三次元構造を有するパターン層を形成する場合について例示する。図5は本実施形態に係るパターン層形成方法の製造手順を示す斜視図であり、図6は本実施形態に係るパターン層形成方法の製造手順を示す断面図である。図6(A)〜(E)の各断面は、図5(A)に示したA−A線を通る平面で絶縁性基板10bをその厚さ方向に切断した縦断面を示す。
【0046】
図5(A)および図6(A)に示すように、絶縁性基板10bの表面の所定位置に静電気力を利用した液体吐出ヘッドから絶縁体形成溶液としてのポリイミド樹脂溶液を吐出して立体隔壁12bを形成し、図5(B)および図6(B)に示すように、立体隔壁12bで囲まれてできるパターン層形成領域14bに液体吐出ヘッドから導体形成液としての導電性粒子を含有する溶液の液滴を吐出して導体形成液を供給し、パターン層前駆体を形成する。このとき、パターン層形成領域14bには導体形成液の液面が立体隔壁12bと略同じ高さになるように供給する。このパターン層前駆体に導電性発現処理を施して、図5(B)および図6(B)に示すようなパターン層16bを得る。
【0047】
次に、パターン層16bが形成された絶縁性基板10bおよび立体隔壁12bの上から導体形成液を吐出して、図5(C)および図6(C)に示すように、パターン層16bおよび立体隔壁12bの略中央部で交差するような立体隔壁122を形成し、この立体隔壁122で囲まれた横長のパターン層形成領域40を形成する。この立体隔壁122は立体隔壁12bよりも高くなるように形成する。
したがって、パターン層形成領域40の底部には絶縁性基板10b、立体隔壁12bおよびパターン層16bの長手方向の略中央部分が露出する。次いでこのパターン層形成領域40に向けて導体形成液を液体吐出ヘッドから吐出して供給し、立体隔壁122の上面の高さまで導体形成液で満たし、パターン層前駆体を形成する。次いでこのパターン層前駆体に対して導電性発現処理を施すことにより、図5(D)および図6(D)に示したようなパターン層42が得られる。次いで、このパターン層42の長手方向の両端の部分を残し、パターン層42の上から絶縁体形成溶液の液滴を液体吐出ヘッドから吐出して保護層21bを形成する。
【0048】
こうして図5(E)および図6(E)に示すような、長手方向両端部分の上面に電極部分42a,42aが露出したパターン層42が得られる。このパターン層42は、図6(E)に示すように、パターン層16bの長手方向略中央部の上面161と電気的に接続されている。このようにして、二つのパターン層16bおよび42が三次元的に交差し、かつ電気的に接続された三次元構造を有するパターン層16b、42、すなわち立体配線パターンが形成される。
【0049】
以上のように、本実施形態に係るパターン形成方法にしたがって、絶縁体形成溶液および導体形成液の液滴の吐出と導電性発現処理とを複数回繰り返すことによって、マスク合わせを何度も行うことなく、三次元的な構造を有する三次元構造を有するパターン層を形成することができる。
【0050】
(第四の実施の形態)
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板をその厚さ方向に見たときに十字形に交差する二つのパターン層であって、互いに絶縁性基板の厚さ方向に離間した二つのパターン層を形成し、これら二つのパターン層で挟まれた部分に別のパターン層を形成して電気的に接続された三次元構造を備えたパターン層を形成する場合について例示する。
【0051】
図7は本発明の第四の実施形態に係るパターン層形成方法の製造手順を示す斜視図であり、図8は本発明の第四の実施形態に係るパターン層形成方法の製造手順を示す断面図である。図8(A)〜(F)の各断面は、図7(A)に示したA−A線を通る平面で絶縁性基板10cをその厚さ方向に切断した縦断面を示す。本実施形態に係るパターン層を形成するには、まず、図7(A)および図8(A)に示すように、絶縁体形成溶液を静電気力を利用した液体吐出ヘッドから絶縁性基板10cの所定位置に吐出することにより、絶縁性基板10cの全面に立体隔壁48を形成する。次いで図7(B)および図8(B)に示すように、立体隔壁48で囲まれてできたパターン層形成領域50内に導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、このパターン層前駆体に導電性発現処理を施して、パターン層52を立体隔壁48の上面と略同じ高さになるように形成する。
【0052】
次に、図7(C)および図8(C)に示すように、絶縁体形成溶液を液体吐出ヘッドから立体隔壁48およびパターン層52の所定位置に吐出することにより、中央部に矩形状のパターン層形成領域54が形成された立体隔壁56を形成して立体隔壁48の上面を覆い、パターン層52の電極部分52aを露出させる。次いでこのパターン層形成領域54に導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、このパターン層前駆体に導電性発現処理を施して、パターン層57を得る。このようにして、パターン層57とパターン層52の電極部分52aとが電気的に接続される。
【0053】
次に、図7(D)および図8(D)に示すように、絶縁体形成溶液を液体吐出ヘッドから立体隔壁56の所定位置に吐出することにより、図7(A)のA−A線方向を横方向としたとき、中央部に横長のパターン層形成領域58が形成された立体隔壁60を形成して立体隔壁56の上面を覆い、次いで、導体形成液をパターン層形成領域58に吐出してパターン層前駆体を形成し、このパターン層前駆体に導電性発現処理を施すことにより、図7(E)および図8(E)に示すような、パターン層形成領域58内にパターン層62を形成すると、パターン層57とパターン層62とが電気的に接続され、パターン層52とパターン層62とが電気的に接続される。次に、図7(F)および図8(E)に示すように、パターン層62の電極部分62aを露出させた状態でパターン層62の表面を保護層64で覆う。こうして絶縁性基板10cの厚さ方向に見たときに略直交し、厚さ方向に離間し、かつ電気的に接続されたパターン層52,62から構成される三次元構造を有するパターン層52,62、すなわち立体配線パターンが形成される。
【0054】
(第五の実施形態)
次に本発明の第五の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板の内部に、絶縁性基板の平面方向に伸びた一組の対向電極を有するコンデンサーを形成する方法について例示する。図9は本発明の第五の実施形態に係るコンデンサーを内蔵する絶縁性基板の断面図である。本実施形態に係るコンデンサー内蔵型の絶縁性基板を形成するには、図9に示すように、絶縁性基板全体を大きく五つの層に分け、図9に示した下側の層から順に形成していく。
【0055】
すなわち、第1層(図9に示した一番下の層)の絶縁性基板10dの上面の所定位置に液体吐出ヘッドから絶縁体形成溶液を吐出して立体隔壁121aおよび121bを形成し、立体隔壁121aおよび121bで囲まれてできるパターン層形成領域に液体吐出ヘッドから導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、これに導電性発現処理を施してパターン層154aおよび155aを得る。
かくして第2層(図9に示した下から二段目の層)が形成される。以下同様に、第2層の上面に立体隔壁121cおよび121dを形成し、立体隔壁121cおよび121dで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層154bおよび155bを形成してその上の第3層(図9に示した下から三段目の層)を形成する。さらに第3層の上面に立体隔壁121eおよび121fを形成し、立体隔壁121eおよび121fで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層154cおよび155cを形成して第4層(図9に示した下から四段目の層)を形成する。更に第4層の上面に立体隔壁156を形成し、立体隔壁156で包囲されてできるパターン層形成領域内にパターン層を形成して電極部分154dおよび155dを追加することにより、図9に示したような絶縁性基板200が得られる。この絶縁性基板200では、図9に示したように、立体隔壁121b、121dおよび121fを挟んで対向配置された一組の対向電極をなすパターン層154(154a〜154d)および155(155a〜155d)が形成され、ここにパターン層154および155と立体隔壁121b、121dおよび121fとでコンデンサーが構成される。
【0056】
(第六の実施形態)
次に本発明の第六の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板の内部に、絶縁性基板の厚さ方向に伸びた一組の対向電極を有するコンデンサーを形成する方法について例示する。図10は本発明の第六の実施形態に係るコンデンサーを内蔵する絶縁性基板の断面図である。本実施形態に係るコンデンサー内蔵型の絶縁性基板を形成するには、図10に示すように、全体を大きく七つの層に分け、図10中の下側の層から順に形成して積層する。
【0057】
すなわち、第1層(図10に示した一番下の層)を構成する絶縁性基板10eの上面の所定位置に液体吐出ヘッドから絶縁体形成溶液を吐出して立体隔壁122aを形成し、立体隔壁122aで囲まれてできるパターン層形成領域に液体吐出ヘッドから導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、これに導電性発現処理を施してパターン層157aを得る。こうして第2層(図10に示した下から二段目の層)が形成される。以下同様に、第2層の上面の所定位置に立体隔壁122bを形成し、立体隔壁122bで包囲されてできるパターン層形成領域内にパターン層157bおよび157cを形成して下から第3層(図10に示した下から三段目の層)を形成する。さらに第3層の上面の所定位置に立体隔壁122cを形成し、立体隔壁122cで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層157d、157eおよび158aを形成すると第4層(図10に示した下から四段目の層)が形成される。
【0058】
さらに第4層の上面の所定位置に立体隔壁122dを形成し、立体隔壁122dで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層157f、157gおよび158bを形成すると第5層(図10に示した下から五段目の層)が形成される。さらに第5層の上面の所定位置に立体隔壁122eを形成し、立体隔壁122eで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層158cおよび157hを形成すると第6層(図10に示した下から六段目の層)が形成される。更に第6層の上面に保護層162を形成し、保護層162で包囲されてできるパターン層形成領域内にパターン層を形成して電極部分157iおよび158dを形成することにより、図10に示したような絶縁性基板201が得られる。この絶縁性基板201では、図10に示したように、立体隔壁122cおよび122dの一部を挟んで対向配置された一組の対向電極を構成するパターン層157(157d、157f)およびパターン層158(158a、158b)が形成され、ここにパターン層157および158と立体隔壁122cの一部および122dの一部とでコンデンサーが構成される。
【0059】
(第七の実施形態)
次に本発明の第七の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板の内部に、絶縁性基板の平面方向に伸びた形状の抵抗を形成する方法について例示する。図11は本発明の第七の実施形態に係る抵抗を内蔵する絶縁性基板の断面図である。本実施形態に係る抵抗内蔵型の絶縁性基板を形成するには、図11に示すように、絶縁性基板全体を大きく五つの層に分け、図11中の下側の層から順に形成していく。
【0060】
すなわち、第1層(図11に示した一番下の層)としての絶縁性基板10fの上面の所定位置に静電気力を利用した液体吐出ヘッドから絶縁体形成溶液を吐出して立体隔壁123aおよび124aを形成し、立体隔壁123aおよび124aで囲まれてできるパターン層形成領域に液体吐出ヘッドから導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、これに導電性発現処理を施してパターン層164aおよび164bを得る。かくして第2層(図11に示した下から二段目の層)が形成される。以下同様に、第2層の上面に立体隔壁123bを形成し、立体隔壁123bで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層164cを形成してその上の第3層(図11に示した下から三段目の層)を形成する。さらに第3層の上面に立体隔壁123cおよび124bを形成し、立体隔壁123cおよび124bで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層164dおよび164eを形成し、第4層(図11に示した下から四段目の層)を形成する。
【0061】
次いで、第4層の上面にさらに保護層としての立体隔壁170を形成し、立体隔壁170で包囲されてできるパターン層形成領域内にパターン層を形成して電極部分164fおよび164gを形成することにより、図11に示したような、抵抗168を内蔵した絶縁性基板202が得られる。この絶縁性基板202では、図11に示したように、立体隔壁124aおよび124bで挟まれたパターン層164cが形成され、この立体隔壁124aおよび124bで挟まれた部分のパターン層164cが抵抗168として機能する。この抵抗168はパターン層164cの厚さを調節することにより抵抗値を調節することができる。
【0062】
(第八の実施形態)
次に、本発明の第八の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板の内部に、絶縁性基板の厚さ方向に伸びた形状の抵抗を形成する方法について例示する。図12は本発明の第八の実施形態に係る抵抗を内蔵する絶縁性基板の断面図である。本実施形態に係る抵抗を形成するには、図12に示すように、絶縁性基板全体を大きく四つの層に分け、図12中の下側の層から順に形成していく。
【0063】
すなわち、第1層(図12に示した一番下の層)としての絶縁性基板10gの上面の所定位置に液体吐出ヘッドから絶縁体形成溶液を吐出して立体隔壁125aを形成し、立体隔壁125aで囲まれてできるパターン層形成領域に液体吐出ヘッドから導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、これに導電性発現処理を施してパターン層172aを得る。かくして第2層(図12に示した下から二段目の層)が形成される。以下同様に、第2層の上面に立体隔壁125b、125cおよび125dを形成し、立体隔壁125bおよび125cで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層172cを形成し、立体隔壁125cおよび125dで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層172bを形成してその上の第3層(図12に示した下から三段目の層)を形成する。
【0064】
次いで、第3層の上面にさらに保護層としての立体隔壁178を形成し、立体隔壁178で包囲されてできるパターン層形成領域内にパターン層を形成して電極部分172dおよび172eを形成することにより、図12に示したような絶縁性基板203が得られる。この絶縁性基板203では、立体隔壁125cおよび125dで囲まれて幅が狭く形成されたパターン層172bが抵抗176として機能する。この抵抗176は立体隔壁125cと立体隔壁125dとの間にできるパターン層形成領域の幅を調節することにより抵抗値を調節することができる。
【0065】
(第九の実施形態)
次に、本発明の第九の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板の内部において、絶縁性基板の表面と直交する平面上にコイルを形成する方法について例示する。図13は本発明の第九の実施形態に係るコイルを内蔵する絶縁性基板の断面図である。本実施形態に係る抵抗を形成するには、図13に示すように、絶縁性基板全体を大きく十の層に分け、図13に示した下側の層から順に形成していく。
【0066】
すなわち、第1層(図13に示した一番下の層)としての絶縁性基板10hの上面の所定位置に液体吐出ヘッドから絶縁体形成溶液を吐出して立体隔壁126aを形成し、立体隔壁126aで囲まれてできるパターン層形成領域に液体吐出ヘッドから導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、これに導電性発現処理を施してパターン層180aを得る。かくして第2層(図13に示した下から二段目の層)が形成される。以下同様に、第2層の上面に立体隔壁126bを形成し、立体隔壁126bで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層180bおよび180cを形成してその上の第3層(図13に示した下から三段目の層)を形成する。次いで、第3層の上面に立体隔壁126cを形成し、立体隔壁126cで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層180d、180eおよび180fを形成してその上の第4層(図13に示した下から四段目の層)を形成する。次いで、第4層の上面に立体隔壁126dを形成し、立体隔壁126dで包囲されてできるパターン層形成領域にパターン層180g、180h、180iおよび180jを形成してその上の第5層(図13に示した下から五段目の層)を形成する。
【0067】
以下同様にして、立体隔壁126eとパターン層180k、180l、180m、180nおよび180oとを含む第6層(図13に示した下から六段目の層)、立体隔壁126fとパターン層180p、180q、180rおよび180sとを含む第7層(図13に示した下から七段目の層)、立体隔壁126gとパターン層180t、180u、180vおよび182aとを含む第8層(図13に示した下から八段目の層)、立体隔壁126hとパターン層180w、180xおよび182bとを含む第9層(図13に示した下から九段目の層)、および、保護層としての立体隔壁126i、および電極としてのパターン層183および182cを含む第10層を形成して、図13に示したように、パターン層180a〜180xで構成されたコイルが絶縁性基板204の平面と直交する平面上に形成され、インダクタンスを発生させる。このとき、破線で示した電極182はパターン層182a〜182cで構成されており、紙面の奥の位置から紙面の上方の絶縁性基板の表面へ導出されるように形成されている。このようにして絶縁性基板の表面と直交する平面上に形成されたコイルを内蔵する絶縁性基板204が形成される。
【0068】
(第十の実施形態)
次に本発明の第十の実施形態について説明する。本実施形態では、絶縁性基板の表面にコイルを形成する方法について例示する。図14は本発明の第十の実施形態に係るコイルを備えた絶縁性基板の平面図である。本実施形態に係る抵抗を形成するには、図14に示すように、絶縁性基板10iの表面に立体隔壁127を形成し、立体隔壁127で囲まれてできるパターン層形成領域128内に液体吐出ヘッドから導体形成液を吐出してパターン層前駆体を形成し、このパターン層前駆体に導電性発現処理を施すことにより、図14に示したような形状のパターン層184が得られる。このようにして、このパターン層184により構成されたコイルを表面に備えた絶縁性基板205が形成される。パターン層184の両端の186aおよび186b部分がコイルの電極部分を構成する。コイルを構成するパターン層184のうち、両端の電極部分186aおよび186bを除き、保護層(図示省略)を設けてもよい。
【0069】
(第十一の実施形態)
次に本発明に係るパターン層を形成するパターン形成装置について説明する。図15は本実施形態に係るパターン形成装置90の側面図であり、図16は本実施形態に係るパターン形成装置90の斜視図である。図15および図16に示すように、本実施形態に係るパターン形成装置90は、インクジェット方式でライン状に並んだノズルMから液滴をそれぞれ吐出する第一の液体吐出ヘッドとしての絶縁体形成溶液ラインインクジェットヘッド92、および第二の液体吐出ヘッドとしての導体形成液ラインインクジェットヘッド94を備えている。
【0070】
これらのラインインクジェットヘッド92、94は、それぞれ独立して移動するガイド部102,104に支持されている。このガイド部102,104は、基台98の上方に配置されたガイドレール100にガイドされ、基台98に沿って移動する。なお、ガイド部102,104には、それぞれタイミングベルト101が連結されており、このタイミングベルト101をプーリ103に巻き掛け、プーリ103を駆動装置126で回転させることにより、絶縁体形成溶液ラインインクジェットヘッド92、および導体形成液ラインインクジェットヘッド94を基台98に沿って移動させる。
【0071】
一方、基台98は、梁材110に固定された油圧シリンダ108に吊下されている。この油圧シリンダ108を伸縮させることにより、基台98が昇降する。基台98には、防水加工されたヒータ112が内蔵されている。ヒータ112は、基台98の上にセットされる絶縁性基板10の面積より大きな領域を加熱して、絶縁性基板10を均等に加熱乾燥することができる。
【0072】
また、絶縁体形成溶液ラインインクジェットヘッド92、導体形成液ラインインクジェットヘッド94、油圧シリンダ108、駆動装置126は、CPU124で駆動制御されるようになっている。このCPU124には、入力部128からパターン層および保護層のレイアウトが入力され、このレイアウト情報に基づき、ラインインクジェットヘッド等を駆動制御する。
【0073】
次に、パターン形成装置90の作用を図1に示す絶縁性基板10を例に説明する。基台98に絶縁性基板10を所定位置にセットすると、絶縁体形成溶液ラインインクジェットヘッド92がガイドレール100に沿って走査すると共に立体隔壁12の位置と対応する吐出ノズルからポリイミドを有機溶剤で希釈した樹脂溶液すなわち絶縁体形成溶液の液滴を吐出して立体隔壁12を絶縁性基板10の表面に形成する。
【0074】
このように、吐出ノズルをライン状に形成することで、一度に絶縁性基板10の幅方向全面に絶縁体形成溶液を吐出することが可能となるため、生産性が向上する。また、幅方向に走査しないので溶液を吐出させる位置の位置精度(着弾精度)も向上する。
【0075】
次に、導体形成液ラインインクジェットヘッド94が、走査しながら銀粒子を分散した溶液、すなわち導体形成液の液滴を立体隔壁12のパターン層形成領域14に吐出して塗布する(B)。ここでヒータ112が絶縁性基板10を加熱して導電性を発現させ、パターン層であるパターン層16が形成される。レーザ光をスキャンするミラーを備えるレーザ露光により導電性を発現させても良い。
【0076】
また、粘度の高いポリイミド樹脂により高い立体隔壁12を容易に形成できる。さらに、液体吐出ヘッドを用いて導体形成液を吐出することによりパターン層を形成するため、容易に絶縁性基板の表裏面での、配線の接合を行うことができる。また、サーマル方式の液体吐出ヘッドを用いることにより、高密度の吐出口を容易に作製することができる。さらに、本発明は、電子機器の小型化、高性能化に必要な高集積化された微小なパターン層の形成に利用することができ、パターン層を形成する所要時間の短縮に役立つ。
【0077】
本実施形態に係る発明では、絶縁性基板にパターン層を形成する各工程を、絶縁性基板が基台上に位置決めされた状態ですべて行うので、各工程毎に絶縁性基板の位置決めをする必要がなく、精度の良いパターン層を形成することができる。また、液体吐出ヘッドを絶縁性基板の幅方向に沿ってライン状に配置することで、一方向の走査だけで一度にパターン層を形成することができる。
【0078】
なお、絶縁体形成溶液として溶剤に耐熱性樹脂を溶かした溶液を用いてもよい。さらに、導体形成液の液滴をサーマルあるいは圧電方式の液体吐出ヘッドから吐出させ、絶縁体形成溶液の液滴を静電気力を利用した液体吐出ヘッドから吐出させる。また、液体吐出ヘッドの吐出ノズルが絶縁性基板の幅方向に沿ってライン状に複数形成され、各吐出ノズルからパターン層及び保護層のレイアウトに応じて、液滴を吐出することもできる。
【0079】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、マスクを必要とせず、配線パターンのパターン形状の変更に柔軟に対応でき、パターン層を形成するための所要時間が短く、コストを低く抑えられ、ほこりや絶縁性基板の表面状態の影響を受けにくく、塗布工程において溶液を浪費する割合が低く、三次元構造を有するパターン層(立体配線パターン)を形成し得るパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す斜視図である。
【図2】本発明の第一の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す断面図である。
【図3】本発明の第二の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す斜視図である。
【図4】本発明の第二の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す断面図である。
【図5】本発明の第三の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す斜視図である。
【図6】本発明の第三の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す断面図である。
【図7】本発明の第四の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す斜視図である。
【図8】本発明の第四の実施形態に係るパターン形成方法の製造手順を示す断面図である。
【図9】本発明の第五の実施形態に係るコンデンサーを内蔵する絶縁性基板の断面図である。
【図10】本発明の第六の実施形態に係るコンデンサーを内蔵する絶縁性基板の断面図である。
【図11】本発明の第七の実施形態に係る抵抗を内蔵する絶縁性基板の断面図である。
【図12】本発明の第八の実施形態に係る抵抗を内蔵する絶縁性基板の断面図である。
【図13】本発明の第九の実施形態に係るコイルを内蔵する絶縁性基板の断面図である。
【図14】本発明の第十の実施形態に係るコイルを備えた絶縁性基板の平面図である。
【図15】本発明に係るパターン形成装置の側面図である。
【図16】本発明に係るパターン形成装置の斜視図である。
【符号の説明】
10 絶縁性基板
12 立体隔壁
13 パターン層前駆体
14 パターン層形成領域
16 パターン層
18 保護層
92 絶縁体形成溶液ラインインクジェットヘッド(第一の液体吐出ヘッド)
94 導体形成液ラインインクジェットヘッド(第二の液体吐出ヘッド)
98 基台
102 ガイド部(ヘッド走査手段)
104 ガイド部(ヘッド走査手段)
108 油圧シリンダ(基台昇降手段)
112 ヒータ
122 油圧シリンダ(移動手段)
124 CPU(制御手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern forming method for forming a pattern layer composed of a conductor layer such as a wiring pattern on an insulating substrate, and more particularly to a pattern forming method and a pattern formation capable of forming a pattern layer having a three-dimensional structure. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of forming a so-called three-dimensional wiring pattern having a three-dimensional structure, a pattern having a three-dimensional structure is obtained by repeating three steps of a dielectric film forming process, a photolithography process, and a plating process. A method of forming a layer (three-dimensional wiring pattern) is known. However, this method requires a precise operation of mask alignment every time a plurality of pattern layers constituting a three-dimensional structure are formed, and therefore requires a high level of technology and is necessary for forming a pattern layer. There is a problem that time becomes long. Further, it is necessary to newly manufacture an expensive mask every time the pattern shape of the wiring pattern formed on the insulating substrate is changed, and there is a problem that the cost is increased.
[0003]
Also, in the photolithography process, a droplet of the photosensitive resin solution is dropped near the center of the insulating substrate rotated at high speed around a rotation axis perpendicular to the horizontal plane, and is insulated by spreading it toward the outer edge of the insulating substrate by centrifugal force. A spin coating method is widely used in which the surface of the photosensitive substrate is covered with a thin film of a photosensitive resin solution and the excess photosensitive resin solution is scattered and discharged to the outside of the insulating substrate. However, in this spin coating method, when the insulating substrate is rotated at a high speed, most of the photosensitive resin solution is scattered outside the insulating substrate without covering the surface of the insulating substrate. The amount of the photosensitive resin solution used for coating is small compared to the amount of the scattered photosensitive resin solution, and the amount is wasted.
[0004]
Furthermore, since the surface of the insulating substrate is rotated at a high speed while being wetted with the photosensitive resin solution, dust tends to adhere to the surface of the wet insulating substrate. When dust adheres to the surface of the insulating substrate, the portion where the dust adheres rises when the liquid organic material is applied on the surface of the insulating substrate in the subsequent process. Since a shadow is formed, there is a problem in that a relatively thin radial trace of the organic material remains behind the raised portion and a pattern defect occurs.
[0005]
In order to solve the above problems, various methods for forming a wiring pattern using an ink jet technique have been proposed. For example, on the surface of the insulating substrate, an affinity region having an affinity for a conductor forming liquid containing conductive fine particles and a non-affinity region having no affinity for the conductor forming liquid in advance. A method of forming a regular repeating pattern such as a check pattern and discharging a conductor forming liquid onto the surface of the insulating substrate (see, for example, Patent Document 1), or an organic substance on the surface of the insulating substrate. Affinity regions and non-affinity regions are formed in a regular repeating pattern using a molecular film, and after applying a solution in which conductive fine particles are dispersed, a heat treatment is applied to conduct the conductive fine particle solution. There has been proposed a method of converting into a film having a property (for example, see Patent Document 2).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-207959
[Patent Document 2]
JP 2002-164635 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is necessary to form an affinity region and a non-affinity region for the conductor forming liquid in a predetermined repeated pattern on the surface of the insulating substrate. Therefore, it takes time and cost to process the insulating substrate, and there is a problem that the time required for forming the pattern layer becomes long and the cost rises as well as the problem for lithography. In addition, a process of forming an insulating film and a process of processing the insulating film are required to form a pattern layer (three-dimensional wiring pattern) having a three-dimensional structure. There is a problem that time is increased and technical difficulty is increased. Furthermore, since it is necessary to discharge the solution such as the conductor forming liquid over a region having a larger area than the region where the pattern layer is to be formed, there is also a problem that the amount of the wasted solution is large.
[0008]
In view of the above-described conventional problems, the present invention does not require a mask, can flexibly cope with a change in the pattern shape of a wiring pattern, has a short time required to form a pattern layer, can reduce costs, and is free from dust and insulation. The present invention provides a pattern forming method and a pattern forming apparatus that can form a pattern layer (three-dimensional wiring pattern) having a three-dimensional structure that is not easily affected by the surface state of a conductive substrate, has a low ratio of waste of solution in a coating process. Objective.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the pattern forming method of the present invention is characterized in that the three-dimensional barrier rib is formed on the insulating substrate by discharging a droplet of the insulator-forming solution to surround a predetermined area. A step of forming a concave pattern layer forming region surrounded by, a step of discharging a droplet of a conductor forming liquid containing conductive particles to the pattern layer forming region to form a pattern layer precursor, and The pattern layer precursor is subjected to conductivity development treatment to obtain a patterned layer having conductivity.
[0010]
Here, the droplet of the insulator forming solution is preferably discharged from a liquid discharge head using electrostatic force.
[0011]
The conductor forming liquid droplets are preferably ejected from a thermal liquid ejection head or a liquid ejection head utilizing a piezoelectric effect.
[0012]
In addition, after the step of obtaining the conductivity expression process to obtain the pattern layer having conductivity, the droplets of the insulator forming solution are ejected onto a part of the surface of the pattern layer to thereby remove the surface of the pattern layer. You may further have the process of forming a protective layer in part.
[0013]
Moreover, it is preferable that the said electrical conductivity expression process is a process which heats the said pattern layer precursor, or a process which irradiates a laser to the said pattern layer precursor.
[0014]
In addition, a step of forming a concave pattern layer forming region surrounded by the three-dimensional partition wall, a step of forming the pattern layer precursor, and a conductivity expression treatment is performed on the pattern layer precursor to provide conductivity. By repeating the step of obtaining a pattern layer, the pattern layer may be laminated to form a three-dimensional pattern on the insulating substrate. Here, “stacking pattern layers” means that two pattern layers are stacked in direct contact with each other and electrically connected, and two insulating layers are interposed between the two pattern layers. It includes both cases where the pattern layers are separated and stacked in an electrically insulated state.
[0015]
The insulator forming solution and the conductor forming liquid droplets are preferably discharged from a liquid discharge head based on the layout of the pattern layer.
[0016]
Moreover, it is preferable to perform the process of giving the electroconductivity expression process to the said pattern layer precursor, and obtaining the pattern layer provided with electroconductivity in inert gas atmosphere.
[0017]
A pattern forming apparatus of the present invention includes a first liquid discharge head that discharges an insulator forming solution using electrostatic force, a second liquid discharge head that discharges a conductor forming liquid containing conductive particles, and a base Means for performing conductivity development processing on an insulating substrate set on a table, and scanning by moving the first liquid discharge head and the second liquid discharge head relative to the insulating substrate The scanning means is operated based on layout information of a pattern layer to be formed and a protective layer covering a part of the surface of the pattern layer, and the first liquid ejection head and the second liquid And control means for discharging droplets from the discharge head.
[0018]
Here, the means for performing the conductivity development process may be at least one of a means for heating the insulating substrate and a means for irradiating the insulating substrate with a laser.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
The pattern forming method according to the first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a perspective view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing procedure of the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention. is there. Each of the cross sections of FIGS. 2A to 2D is a vertical cross section obtained by cutting the insulating
[0020]
In the present embodiment, a case where a pattern layer composed of a rectangular thin plate-like conductor layer such as a wiring pattern is formed on an insulating substrate will be described. In order to form a pattern layer according to the pattern forming method according to the present embodiment, first, as shown in FIGS. 1A and 2A, a predetermined region on the surface of the insulating
[0021]
That is, the droplet of the insulator forming solution is not discharged to the region where the pattern layer is to be formed, and the droplet of the insulator forming solution is discharged to the portion surrounding the periphery of the region where the pattern layer is to be formed. The embankment-shaped three-
[0022]
As a method of forming the three-
[0023]
Here, examples of the insulating
[0024]
Moreover, as a method of discharging the insulator forming solution, for example, a method of discharging using a liquid discharge head can be given. Among the liquid discharge heads, it is preferable to use a liquid discharge head using electrostatic force. When discharging an insulator forming solution using a liquid discharge head that uses electrostatic force, the accuracy of the position where droplets of the discharged insulator forming solution are attached is high. Alignment operation that can be formed and aligns the position of the nozzle of the liquid discharge head by setting the insulating substrate on the base of the pattern forming apparatus is performed once as long as the insulating substrate is not removed from the base. This is because there is an advantage that it is not necessary to perform it twice or more. As a liquid discharge head for discharging an insulator-forming solution containing polyimide as an insulating material, for example, an inkjet head using electrostatic force described in Japanese Patent No. 3315334 can be used.
[0025]
Examples of the insulator forming solution discharged to form the three-
[0026]
The solvent in the insulator forming solution is not particularly limited as long as it dissolves the insulating material.
[0027]
Next, as shown in FIG. 1B and FIG. 2B, a pattern layer is formed by discharging liquid droplets containing conductive particles as a conductor forming liquid into the pattern
[0028]
Examples of the method for discharging the conductor forming liquid include a method for discharging using a liquid discharge head. Among the liquid discharge heads, it is preferable to use a thermal type liquid discharge head that generates bubbles by the heat generated by the heater and discharges the liquid by the expansion force of the bubbles, or a piezo type liquid discharge head that discharges liquid using the piezoelectric effect. . As an apparatus for ejecting droplets of a solution containing a metal as conductive particles, for example, a piezo-type ink jet head described in Japanese Patent Publication No. 2-51734 can be used. Note that since the conductivity of the conductor forming liquid is high, the above-described liquid discharge head using the electrostatic force cannot be used.
[0029]
The conductor forming liquid is discharged into the pattern
[0030]
The conductive particles contained in the conductor forming liquid are not particularly limited as long as they can exhibit conductivity and form a pattern layer after the conductive expression treatment described later. For example, the following materials can be mentioned. Examples thereof include gold, silver, copper, nickel, palladium, Cr, Zn, Co, Mo, Ru, W, Fe, Mn, Sn, and In.
[0031]
Next, a conductive expression treatment is performed on the
[0032]
By performing the conductivity development process, conductivity is developed in the
[0033]
Next, the case where a protective layer is added to the upper surface of the
[0034]
As described above, in the pattern forming method according to the present embodiment, a liquid discharge head capable of discharging droplets to a very narrow region is used, and a conductor is formed only on the region on the insulating substrate where the pattern layer is to be formed. Since the
[0035]
Further, since the control device causes the liquid ejection head to scan the insulating substrate to form a pattern layer having a desired shape at a desired location on the insulating substrate, the control device relates to the shape of the pattern layer to be formed. A pattern layer having a desired shape can be formed simply by inputting data. Further, since the pattern layer is directly formed at a desired location on the insulating substrate, a pattern layer can be formed with a small space and a small manufacturing apparatus without requiring a large manufacturing apparatus such as a plating tank.
[0036]
In addition, when changing the pattern shape of the pattern layer to be formed, it is not necessary to create a new mask to be used in photolithography, so the pattern shape of the wiring pattern can be changed by changing the product design. Even when it is necessary to do so, it is possible to respond flexibly. Further, by using the liquid discharge head, a mask used in a photolithography process becomes unnecessary, so that the time required for forming the pattern layer can be shortened and the manufacturing cost can be kept low. Further, by using a liquid discharge head, a solution such as an insulator forming solution or a conductor forming solution is directly discharged onto a region of the surface of the insulating substrate where a three-dimensional partition wall or a pattern layer is to be formed. Therefore, there is almost no time for the surface of the insulating substrate to become wet, and there is a low possibility that dust adheres or is affected by the shape of the surface of the insulating substrate.
[0037]
Furthermore, in the pattern forming method according to the present embodiment, the
[0038]
Furthermore, in order to develop conductivity in the pattern layer precursor, a method of irradiating the pattern layer precursor with a laser may be used in addition to the method of heating the pattern layer precursor. Moreover, you may use both the heating of a pattern layer precursor, and the laser irradiation with respect to a pattern layer precursor. When discharging a conductor forming liquid containing a metal that easily oxidizes as the conductor forming liquid, it is preferable to perform the discharging process of the conductor forming liquid in an inert gas atmosphere. Moreover, also when heating a pattern layer precursor as one of the electroconductivity expression processes which make a pattern layer precursor express electroconductivity, it is preferable to heat a pattern layer precursor in an inert gas atmosphere. Further, the step of forming the concave pattern
[0039]
(Second embodiment)
Next, a pattern forming method according to the second embodiment will be described. In the present embodiment, a method for forming a pattern layer having a three-dimensional structure composed of two pattern layers that are not electrically connected and intersect three-dimensionally will be described. FIG. 3 is a perspective view showing the manufacturing procedure of the pattern forming method according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing procedure of the pattern forming method according to the second embodiment of the present invention. is there. Each of the cross sections in FIGS. 4A to 4F is a vertical cross section obtained by cutting the insulating
[0040]
In order to carry out the pattern forming method according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 4A, as in the first embodiment, electrostatic discharge is performed toward the upper surface of the insulating
[0041]
Next, these pattern layer precursors are subjected to conductivity development treatment, for example, by heating, to obtain pattern layers 141, 151 and 161 shown in FIGS. 3B and 4B. Next, as shown in FIGS. 3 (C) and 4 (C), the polyimide resin solution is utilized using the electrostatic force while leaving the
[0042]
In the three-
[0043]
Next, as shown in FIG. 3E and FIG. 4E, droplets of a solution containing conductive particles as a conductor-forming liquid in the pattern
[0044]
Next, as shown in FIGS. 3F and 4F, the polyimide resin solution is discharged by the liquid discharge head, leaving the
[0045]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, two pattern layers that intersect in a cross shape when the insulating substrate is viewed in the thickness direction are formed, and these two pattern layers are electrically connected at a position that intersects three-dimensionally. An example of forming a pattern layer having a three-dimensional structure will be described. FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing procedure of the pattern layer forming method according to this embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing procedure of the pattern layer forming method according to this embodiment. Each cross section in FIGS. 6A to 6E is a vertical cross section obtained by cutting the insulating
[0046]
As shown in FIGS. 5A and 6A, a three-dimensional partition wall is formed by discharging a polyimide resin solution as an insulator forming solution from a liquid discharge head using electrostatic force to a predetermined position on the surface of the insulating
[0047]
Next, the conductor forming liquid is discharged from above the insulating
Therefore, at the bottom of the pattern
[0048]
In this way, as shown in FIGS. 5E and 6E, a
[0049]
As described above, according to the pattern forming method according to the present embodiment, the mask alignment is performed many times by repeating the discharge of the droplets of the insulator forming solution and the conductor forming solution and the conductive development process a plurality of times. Instead, a pattern layer having a three-dimensional structure having a three-dimensional structure can be formed.
[0050]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, two pattern layers intersecting in a cross shape when the insulating substrate is viewed in the thickness direction, and two pattern layers separated from each other in the thickness direction of the insulating substrate are formed, An example in which another pattern layer is formed in a portion sandwiched between these two pattern layers to form a pattern layer having a three-dimensional structure electrically connected will be described.
[0051]
FIG. 7 is a perspective view showing the manufacturing procedure of the pattern layer forming method according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross section showing the manufacturing procedure of the pattern layer forming method according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 8A to 8F are vertical cross sections obtained by cutting the insulating
[0052]
Next, as shown in FIG. 7C and FIG. 8C, the insulator forming solution is discharged from the liquid discharge head to predetermined positions of the three-
[0053]
Next, as shown in FIGS. 7D and 8D, the insulator-forming solution is ejected from the liquid ejection head to a predetermined position of the three-
[0054]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method for forming a capacitor having a pair of counter electrodes extending in the planar direction of the insulating substrate inside the insulating substrate will be exemplified. FIG. 9 is a cross-sectional view of an insulating substrate incorporating a capacitor according to the fifth embodiment of the present invention. In order to form an insulating substrate with a built-in capacitor according to this embodiment, as shown in FIG. 9, the entire insulating substrate is roughly divided into five layers, and formed in order from the lower layer shown in FIG. To go.
[0055]
In other words, the three-
Thus, the second layer (second layer from the bottom shown in FIG. 9) is formed. Similarly, three-
[0056]
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method for forming a capacitor having a pair of counter electrodes extending in the thickness direction of the insulating substrate inside the insulating substrate will be exemplified. FIG. 10 is a sectional view of an insulating substrate incorporating a capacitor according to the sixth embodiment of the present invention. In order to form the capacitor-embedded insulating substrate according to this embodiment, as shown in FIG. 10, the whole is roughly divided into seven layers, and the layers are formed and laminated in order from the lower layer in FIG.
[0057]
That is, the three-
[0058]
Further, when a three-
[0059]
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method of forming a resistor having a shape extending in the planar direction of the insulating substrate inside the insulating substrate will be exemplified. FIG. 11 is a cross-sectional view of an insulating substrate with a built-in resistor according to the seventh embodiment of the present invention. In order to form the resistance built-in type insulating substrate according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, the entire insulating substrate is roughly divided into five layers and formed in order from the lower layer in FIG. Go.
[0060]
That is, an insulator forming solution is discharged from a liquid discharge head using electrostatic force to a predetermined position on the upper surface of the insulating
[0061]
Next, a three-
[0062]
(Eighth embodiment)
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a method of forming a resistor having a shape extending in the thickness direction of the insulating substrate inside the insulating substrate will be exemplified. FIG. 12 is a cross-sectional view of an insulating substrate incorporating a resistor according to the eighth embodiment of the present invention. In order to form the resistor according to the present embodiment, as shown in FIG. 12, the entire insulating substrate is roughly divided into four layers and formed in order from the lower layer in FIG.
[0063]
That is, a three-
[0064]
Next, a three-
[0065]
(Ninth embodiment)
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a method for forming a coil on a plane orthogonal to the surface of the insulating substrate inside the insulating substrate will be exemplified. FIG. 13 is a cross-sectional view of an insulating substrate containing a coil according to the ninth embodiment of the present invention. In order to form the resistor according to the present embodiment, as shown in FIG. 13, the entire insulating substrate is roughly divided into ten layers and formed in order from the lower layer shown in FIG.
[0066]
That is, the three-
[0067]
Hereinafter, similarly, a sixth layer (sixth layer from the bottom shown in FIG. 13) including the three-dimensional partition wall 126e and the pattern layers 180k, 180l, 180m, 180n, and 180o, the three-dimensional partition wall 126f and the pattern layers 180p, 180q , 180r and 180s (seventh layer from the bottom shown in FIG. 13), an eighth layer (shown in FIG. 13) including the three-
[0068]
(Tenth embodiment)
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a method for forming a coil on the surface of an insulating substrate will be exemplified. FIG. 14 is a plan view of an insulating substrate provided with a coil according to the tenth embodiment of the present invention. In order to form the resistor according to the present embodiment, as shown in FIG. 14, a three-
[0069]
(Eleventh embodiment)
Next, a pattern forming apparatus for forming a pattern layer according to the present invention will be described. FIG. 15 is a side view of the
[0070]
These line inkjet heads 92 and 94 are supported by
[0071]
On the other hand, the
[0072]
The insulator forming solution line
[0073]
Next, the operation of the
[0074]
Thus, by forming the discharge nozzles in a line shape, it becomes possible to discharge the insulator forming solution to the entire width direction of the insulating
[0075]
Next, the conductor forming liquid
[0076]
Moreover, the high three-
[0077]
In the invention according to this embodiment, each process of forming the pattern layer on the insulating substrate is performed in a state where the insulating substrate is positioned on the base, and therefore it is necessary to position the insulating substrate for each process. Therefore, a highly accurate pattern layer can be formed. Further, by arranging the liquid discharge heads in a line along the width direction of the insulating substrate, the pattern layer can be formed at a time by only scanning in one direction.
[0078]
Note that a solution in which a heat-resistant resin is dissolved in a solvent may be used as the insulator forming solution. Further, the droplet of the conductor forming liquid is discharged from a thermal or piezoelectric liquid discharge head, and the droplet of the insulator forming solution is discharged from the liquid discharge head using electrostatic force. In addition, a plurality of discharge nozzles of the liquid discharge head are formed in a line along the width direction of the insulating substrate, and droplets can be discharged from each discharge nozzle according to the layout of the pattern layer and the protective layer.
[0079]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it does not require a mask, can flexibly cope with a change in the pattern shape of a wiring pattern, requires a short time to form a pattern layer, can reduce costs, and is free from dust and insulation. A pattern forming method and a pattern forming apparatus that can form a pattern layer (three-dimensional wiring pattern) having a three-dimensional structure that is not easily affected by the surface state of the substrate and has a low rate of waste of solution in the coating process. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing procedure of the pattern forming method according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing procedure of a pattern forming method according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an insulating substrate incorporating a capacitor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an insulating substrate incorporating a capacitor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an insulating substrate incorporating a resistor according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of an insulating substrate incorporating a resistor according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of an insulating substrate having a built-in coil according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view of an insulating substrate including a coil according to a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a side view of the pattern forming apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is a perspective view of a pattern forming apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Insulating substrate
12 Solid bulkhead
13 Pattern layer precursor
14 Pattern layer formation region
16 pattern layers
18 Protective layer
92 Insulator forming solution line inkjet head (first liquid ejection head)
94 Conductor forming liquid line inkjet head (second liquid discharge head)
98 base
102 Guide part (head scanning means)
104 Guide part (head scanning means)
108 Hydraulic cylinder (base lifting means)
112 Heater
122 Hydraulic cylinder (moving means)
124 CPU (control means)
Claims (10)
前記パターン層形成領域に、導電性粒子を含有する導体形成液の液滴を吐出してパターン層前駆体を形成する工程と、
前記パターン層前駆体に導電性発現処理を施して導電性を備えたパターン層を得る工程と、を有することを特徴とするパターン形成方法。Forming a concave pattern layer forming region surrounded by the three-dimensional partition by discharging a droplet of the insulator-forming solution on the insulating substrate to form a three-dimensional partition surrounding the predetermined region; ,
Forming a pattern layer precursor by discharging a droplet of a conductor forming liquid containing conductive particles to the pattern layer forming region; and
And a step of subjecting the pattern layer precursor to a conductive expression process to obtain a patterned layer having conductivity.
導電性粒子を含有する導体形成液を吐出する第二の液体吐出ヘッドと、
基台にセットされた絶縁性基板に導電性発現処理を施す手段と、
前記第一の液体吐出ヘッドおよび前記第二の液体吐出ヘッドを前記絶縁性基板に対して相対的に移動させることにより走査させる走査手段と、
形成すべきパターン層およびこのパターン層の表面の一部を覆う保護層のレイアウト情報に基づいて前記走査手段を操作するとともに、前記第一の液体吐出ヘッド、および前記第二の液体吐出ヘッドから液滴を吐出させる制御手段とを有することを特徴とするパターン形成装置。A first liquid discharge head that discharges an insulator-forming solution using electrostatic force;
A second liquid discharge head for discharging a conductor forming liquid containing conductive particles;
Means for performing a conductive expression treatment on an insulating substrate set on a base;
Scanning means for scanning by moving the first liquid discharge head and the second liquid discharge head relative to the insulating substrate;
The scanning unit is operated on the basis of the layout information of the pattern layer to be formed and the protective layer covering a part of the surface of the pattern layer, and the liquid is supplied from the first liquid discharge head and the second liquid discharge head. A pattern forming apparatus comprising: a control unit that discharges droplets.
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