JP5606412B2 - パターン形成装置、パターン形成方法及びパターン形成基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、穴部の内面に導電性インクを打滴して配線となる導体を形成するパターン形成装置及びパターン形成方法に関し、特に、ビアホール、コンタクトホール、スルーホール等の穴部の内面だけを導電性インクがなじむように改質した後、改質処理された穴部の内面に導電性インクを打滴して配線となる導体を形成するパターン形成装置、パターン形成方法及びパターン形成基板の製造方法に関する。

近年、電子回路の配線、及び基板上に電気配線パターンなどの微細パターンを形成する技術が注目されている。また、多層配線基板等において、層間または外部と接続する導体を高密度に形成する技術も注目されている（例えば、特許文献１、２等）。

上述の微細パターンの形成には、インクジェット方式の液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）が用いられる。この場合、例えば、金属粒子または樹脂粒子を拡散させた液体をインクジェットヘッドから打滴してパターンを描画し、加熱等により硬化させて、電気配線パターンが形成される。

特許文献１には、生産性に優れ、かつ穴内の樹脂残りを少なくするために、内層回路を形成した内層回路板の上に、光硬化性の樹脂で絶縁層を形成し、その絶縁層を、バイアホールとなる箇所をマスクしたフォトマスクを介して露光し、露光しなかった箇所を現像液で除去してバイアホールとなる穴を形成し、穴の内壁を金属化して、内層回路と外層回路とを電気的に接続する多層配線板の製造方法において、全ての穴内に、レーザを５０〜１００μｍの範囲で照射することが記載されている。

この特許文献１には、フォトビアで一括穴明け後に、小さな径の穴明けに限定してレーザ穴明けを行うため、全ての穴をレーザビア方式で明ける場合に比べて効率が良いことも記載されている。

また、特許文献２には、絶縁層に形成された孔の内表面に形成される配線の密着力を確保しつつ、孔間の絶縁特性の経時劣化を抑制するために、絶縁層を貫通する複数の孔の内表面とオゾンを含む溶液を接触させるオゾン溶液処理を行った後、少なくとも内表面に無電解めっきにより導電層を形成して、この内表面に配線を形成する配線の形成方法が記載されている。この特許文献２には、オゾン溶液処理に代えて、内表面に紫外線を照射するオゾン溶液−紫外線照射処理を行うことも記載されている。

特開２００１−１７７２５２号公報 特開２００５−５０９９９号公報

しかしながら、特許文献１においては、表面改質されておらず、穴の内部に導電インクを滴下しても導電インクが浸透しないという問題点がある。

また、特許文献２においては、基板をオゾン溶液中に浸漬するか、基板にオゾン溶液をスプレーしている。このため、必ずしも孔の内表面だけが改質処理されるものではない。これにより、導電インクを孔内に滴下した場合、導電インクが孔以外の改質処理されたところに飛散してしまうという問題点がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ビアホール、コンタクトホール、スルーホール等の穴部の内面を改質して、穴部に導体を形成することができるパターン形成装置、パターン形成方法及びパターン形成基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、パターン形成装置の一の態様は、穴部が形成された基板の形状情報に基づいて、照射データ及び打滴データを取得する取得手段と、前記照射データに基づいて、前記穴部の開口部にレーザ光を入射する照射手段と、前記穴部の底面に前記開口部と対向して配置され、前記開口部から入射されたレーザ光を反射して反射光を前記穴部の内面に照射する反射手段と、前記打滴データに基づいて、前記穴部に導電性インクを打滴する吐出手段と、前記照射手段及び前記反射手段によりレーザ光を穴部の内面に照射することで前記穴部の内面を改質し、前記吐出手段により前記内面が改質された穴部に導電性インクを打滴する制御手段と、を備える。

本態様によれば、穴部の開口部から入射したレーザ光は反射手段により反射し、この反射光により穴部の内面が照射される。したがって、穴部の内面を改質することができる。そして、改質された穴部に導電性インクを打滴することで、穴部に導体を形成することができる。

前記穴部は、直径が前記開口部から前記底面に向かって増加しているまたは一定であることが好ましい。

このように、本態様に係るパターン形成装置は、直径が前記開口部から前記底面に向かって増加しているまたは一定の穴部に適用することができる。

前記穴部は前記基板を貫通して形成されており、前記反射手段は、前記基板の下面に配置されていることが好ましい。

これにより、貫通した穴部の内面のみを改質することができる。

また前記反射手段は、前記穴部の底面に整合する位置に配置された電極の表面であってもよい。

これにより、底面に電極が配置された穴部の内面を改質することができる。

前記反射手段は、金属の反射面を有することが好ましい。さらに前記反射面は、光散乱構造が形成されていてもよい。

これにより、入射したレーザ光を適切に散乱反射させ、穴部の内面を照射することができる。

また、前記基板の歪みを検出する検出手段を備え、前記算出手段は、前記検出された基板の歪みに基づいて前記照射データ及び前記打滴データを補正することが好ましい。

これにより、基板に歪みがある場合であっても、穴部の内面を改質し、穴部に導体を形成することができる。

この場合、前記検出手段は、前記基板上に形成されたアライメントマークに基づいて、前記基板の歪みを検出してもよい。

前記レーザ光の径は、前記穴部の開口部の直径よりも小さいことが好ましい。これにより、穴部の開口部のみを照射することができるので、穴部の内面のみを改質することができる。また前記レーザ光の径は、導電性インク滴の径よりも小さいことが好ましい。

また前記制御手段は、複数回に分けて前記吐出手段により前記内面が改質された穴部に前記導電性インクを打滴させることが好ましい。

これにより、穴部に気泡が混入することを防止することができる。

前記穴部に反応ガスを供給するガス供給手段を備え、前記制御手段は、前記照射手段及び前記反射手段によりレーザ光を穴部の内面に照射する際に、前記ガス供給手段により前記穴部に反応ガスを供給することが好ましい。

これにより、穴部の内面の改質を促進することができる。

さらに前記反応ガスは、酸素、窒素、フッ素、または水素を含むものである。

前記穴部は、例えば、ビアホール、コンタクトホール、またはスルーホールである。

上記目的を達成するために、パターン形成方法の一の態様は、穴部が形成された基板の形状情報に基づいて、照射データ及び打滴データを取得する取得工程と、前記穴部の底面に前記穴部の開口部から入射されたレーザ光を反射して反射光を前記穴部の内面に照射する反射手段を配置する工程と、前記基板の前記穴部に反応ガスを供給しつつ、前記照射データに基づいて前記開口部からレーザ光を入射して前記穴部の内面を改質する改質工程と、前記打滴データに基づいて、前記改質された穴部に導電性インクを打滴する打滴工程とを有する。

上記目的を達成するために、パターン形成基板の製造方法の一の態様は、穴部が形成された基板の形状情報に基づいて、照射データ及び打滴データを取得する取得工程と、前記穴部の底面に、前記穴部の開口部から入射されたレーザ光を反射して反射光を前記穴部の内面に照射する反射手段を配置する工程と、前記照射データに基づいて前記開口部からレーザ光を入射して前記穴部の内面を改質する改質工程と、前記打滴データに基づいて、前記改質された穴部に導電性インクを打滴する打滴工程とを有する。

本発明によれば、反射手段を穴部の底面に配置し、レーザ光を穴部の開口部に入射するようにしたので、穴部の開口部から入射されたレーザ光を反射手段により反射し、この反射光により穴部の内面を照射させ、穴部の内面を改質することができる。

第１の実施形態に係るパターン形成装置を示す模式図 第１の実施形態のパターン形成装置で用いられる基板を示す図 照射部の構成を示す図 レーザ光の散乱反射を示す模式図 パターン形成方法を模式的に示す模式的斜視図 第１の実施形態のパターン形成を工程順に示す模式的断面図 第２の実施形態のパターン形成を工程順に示す模式的断面図 第３の実施形態のパターン形成を工程順に示す模式的断面図 第４の実施形態のパターン形成を工程順に示す模式的断面図 第５の実施形態のパターン形成を工程順に示す模式的断面図

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態に係るパターン形成装置を示す模式図である。同図に示すパターン形成装置１０は、ビアホール、コンタクトホール、スルーホール等の穴部の内面のみを改質して、穴部に導体を形成する装置である。本実施形態では、穴部としてビアホールを例として説明するが、穴部はビアホールに限定されるものではなく、電子回路などを構成する電子素子において配線を形成するための穴、溝等、及び多層配線基板において、各層を接続するために設けられたコンタクトホール、スルーホール等が該当する。さらには、構造体の側面を穴部として適用することもできる。

図１に示すように、パターン形成装置１０は、歪み検出ユニット１２、改質処理ユニット１４、パターン形成ユニット１６、基板１００のアライメントの位置情報、ビアホールの形成位置情報等のパターンデータを入力する入力部１８、描画データ作成部２０、制御部２２、アライメント検出部２４、第１の画像処理部２６、及び第２の画像処理部２８等から構成される。パターン形成装置１０の各構成部は、制御部２２により制御される。

歪み検出ユニット１２と改質処理ユニット１４とは第１の受渡部６０を介して接続されている。改質処理ユニット１４とパターン形成ユニット１６とは第２の受渡部６２を介して接続されている。

なお、パターン形成装置１０は、基板１００を１枚ずつ処理する枚葉式であるが、これに限定されるものではない。パターン形成装置１０は、例えば、長尺の基板を連続して搬送するロール・ツー・ロール方式であってもよい。

図２は、本実施形態のパターン形成装置１０で用いられる基板を示す図である。図２（ａ）に示すように、基板１００は薄板状の部材であり、例えばアクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ガラスエポキシ基板等により形成される。

基板１００には、予め貫通孔であるビアホール１１０が形成されている。ビアホール１１０は、基板１００を絶縁層とし、基板１００の上面１００ａ及び下面１００ｂにそれぞれ形成される配線層を相互に接続するための穴である。

図２（ｂ）は、ビアホール１１０の形成された位置における基板１００の断面図である。同図に示すように、ビアホール１１０は、図２において上面１００ａの開口から下面１００ｂの開口に向かうにつれて直径が増加している。すなわち、ビアホール１１０は、断面形状が台形状である。

なお、ビアホール１１０は、図２（ｃ）に示すように直径が上面１００ａから下面１００ｂまで一定、すなわち断面形状が矩形であってもよい。

また、基板１００の上面１００ａには、位置合わせのためのアライメントマーク１０８が複数形成されている。アライメントマーク１０８は、例えば、十字印である。

図１に示す歪み検出ユニット１２は、基板１００の歪みを検出するものである。この歪み検出ユニット１２は、基板１００の歪みを検出する歪みセンサ３０を有し、この歪みセンサ３０はチャンバー１２ａ内に設けられている。また、歪みセンサ３０は、アライメント検出部２４に接続されている。さらに、歪み検出ユニット１２は、基板１００を支持して搬送する搬送機構３２を有する。この搬送機構３２は、チャンバー１２ａ内に設けられ、歪みセンサ３０の検出領域において基板１００を所定の台に載置し、所定の姿勢に保持しながら、例えば、搬送方向Ｄに移動させるものである。搬送機構３２は、基板１００を搬送方向Ｄのような一方向に搬送するものに限定されるものではなく、直交する二方向に搬送するものであってもよい。

歪みセンサ３０は、ＬＤ（半導体レーザ）またはＬＥＤ等の光源と、ＣＭＯＳ、ＣＣＤなどの撮像素子とを備える光学式のものが用いられる。

歪みセンサ３０は、予め基板１００に設けられているアライメントマーク１０８を撮像し、アライメントマーク１０８の画像データを得る。この画像データをアライメント検出部２４に出力する。

アライメント検出部２４は、歪みセンサ３０で得られたアライメントマーク１０８の画像データに基づいて、例えば、アライメントマーク１０８の大きさ、向き、及びアライメントマーク１０８間の距離等を算出し、アライメントマーク１０８の設計値のデータと比較することにより、基板１００の歪み情報（描画の歪み情報を含む）を作成するものである。基板１００の歪み情報（描画の歪み情報を含む）は、それぞれ第１の画像処理部２６及び第２の画像処理部２８に出力される。なお、後述するように、第１の画像処理部２６及び第２の画像処理部２８においては、基板１００の歪み情報（描画の歪み情報を含む）に基づいて、それぞれ照射データ及び打滴データを補正する。

本実施形態において、基板１００の歪みとは、基板１００自体の歪みの他に、描画の歪みも含まれる。基板１００自体の歪みとしては、基板１００が所定位置から縦方向や横方向にずれていること、基板１００の厚さ方向にずれていること、または回転していること等である。

また、描画の歪みとしては、描画位置のずれの他に、描画形状が拡大されていること、縮小されていること、台形状に歪んでいること等が挙げられる。

なお、歪みセンサ３０によるアライメントマーク１０８の撮像は、特に限定されるものではなく、例えば、歪みセンサ３０を二次元的に移動させながら、固定された基板１００のアライメントマーク１０８を撮像する形態、基板１００（搬送機構３２）を移動させながら、基板１００のアライメントマーク１０８を撮像する形態等がある。

歪み検出ユニット１２の後段に配置された改質処理ユニット１４は、基板１００に形成されたビアホール１１０の内面１１０ａに改質処理を施すものである。この改質処理ユニット１４は、図１に示すように、チャンバー１４ａ、照射部４０、ガス供給部４２、搬送機構４４等から構成される。チャンバー１４ａ内に、照射部４０、ガス供給部４２に設けられた配管４２ａ、搬送機構４４、光反射用基板４６が設けられている。照射部４０は、第１の画像処理部２６に接続されている。

搬送機構４４は、チャンバー１４ａ内に設けられ、照射部４０のレーザ光の照射領域において基板１００を所定の台に載置し、所定の姿勢に保持しながら、例えば、搬送方向Ｄに移動させるものである。

搬送機構４４の上面には、光反射用基板４６（反射手段に相当）が配置される。光反射用基板４６は、入射したレーザ光を散乱反射するための反射面を有する薄板である。光反射用基板４６としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、ＳＵＳ等の金属や、薄板状の樹脂の表面に金属蒸着や金属メッキを施したものを用いることができる。又、これらの金属の反射面に、微小な凹凸形状を形成したり、金属粒子を凸凹に配列したり、表面にガラス粉体等を付着したりする等、入射したレーザ光を散乱・反射することができる散乱構造を形成してもよい。また、これら反射面の上面に、レーザ光を透過する部材を配置する態様も可能である。

また、搬送機構４４の上面に光反射用基板４６を配置するのではなく、搬送機構４４が反射面を有するように、上面に金属を用いたり、散乱構造を形成する態様も可能である。このように搬送機構４４を構成することで、搬送機構４４の上面に基板１００を配置することができ、光反射用基板４６が不要となる。

光反射用基板４６の上面には基板１００が載置される。したがって、光反射用基板４６の上面（反射面）は、ビアホール１１０の開口部と対向する。搬送機構４４は、光反射用基板４６と共に基板１００を搬送する。

照射部４０は、基板１００のビアホール１１０に対してレーザ光Ｌを照射するものである。この照射部４０は、図３に示すように、駆動部４０ａ、レーザ発振器４０ｂ、シャッター機構４０ｃ、コリメートレンズ４０ｄ、レーザ光Ｌの光束を調整するレンズ系４０ｅ、露光対象面に必要なスポット径のレーザ光Ｌを照射するための先端光学系（ミラー、レンズ等）４０ｆを有している。

上記のように構成された照射部４０は、レーザ光Ｌをビアホール１１０に照射する。このとき、照射部４０から照射されるレーザ光Ｌの径（ビームスポット径）は、ビアホール１１０の開口部の直径よりも小さくなるように調整される。したがって、レーザ光Ｌは、基板１００の上面１００ａを照射することなく、ビアホール１１０の内側のみを照射する。

ビアホール１１０の開口部から入射したレーザ光Ｌは、図４に示すように、基板１００の下面に配置された光反射用基板４６の表面によって散乱反射される。このレーザ光Ｌの反射光は、ビアホール１１０の内面１１０ａに照射され、内面１１０ａが表面改質される。反射光が適切に内面１１０ａを照射するように、照射部４０が光反射用基板４６に対して所定の入射角を持つようにレーザ光Ｌを照射してもよい。

改質処理ユニット１４は、例えば基板１００の搬送方向Ｄと直交する方向に照射部４０を走査させて、同方向における一回の走査で改質処理が可能な領域について改質処理を実行する。この走査方向における一回の改質処理が終了すると、基板１００を所定量移動させて次の領域について改質処理を実行し、この動作を繰り返すことで基板１００に形成されたビアホール１１０の全てに改質処理が施されるシリアル方式が用いられる。

なお、照射部４０において、レーザ光Ｌを走査する走査光学部（図示せず）を設け、改質処理に際して、照射部４０を走査させることなく、レーザ光Ｌを走査させてもよい。

また、照射部４０において、基板１００の搬送方向Ｄと直交する幅方向について、多数のレーザ光Ｌを照射可能とした構成でもよい。

照射部４０においては、レーザ光Ｌとして、例えば、波長が３００（ｎｍ）、３６５（ｎｍ）、４０５（ｎｍ）などの紫外線領域または可視光領域のレーザ光、さらには赤外光領域のレーザ光が用いられる。レーザ光の出力は、内面１００ａが表面改質を起こす値であればよいが、例えば１０〜数百（ｍＪ／ｃｍ２）、レーザ光の径（ビームスポット径）は、インク滴及びビアホール１１０の直径よりも小さく、例えば、１〜２μｍである。ここで、ビアホール１１０の直径とは、ビアホール１１０の直径が変化するものである場合には、直径の最小値のことである。

また、照射部４０においては、上述のレーザ光を照射することができれば、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなど様々のものを用いることができる。

ガス供給部４２は、基板１００に形成されたビアホール１１０に、改質処理のための反応ガスを、同じく改質処理のためにレーザ光Ｌを照射する際に供給するものである。ガス供給部４２により、基板１００に形成されたビアホール１１０における反応ガスの濃度（充填量）等も調整される。

ガス供給部４２には、配管４２ａが設けられており、この配管４２ａを通して基板１００のビアホール１１０に反応ガスが供給される。また、ガス供給部４２は、制御部２２に接続されており、この制御部２２により反応ガスの供給量、供給タイミング等が制御される。

反応ガスとしては、例えば、空気、酸素、窒素、ＣＦ_２ガス、ＣＦ_４ガス等のフッ素系ガス、水素、またはこれらの混合ガスが用いられる。

なお、ガス供給部４２において、複数の反応ガスを選択的にチャンバー１４ａ内に充填可能に構成されている場合、必要に応じて、チャンバー１４ａ内から反応ガスの排出、及び基板１００にビアホール１１０への供給が適宜行われる。

ここで、導電性インクからなるインク滴５０ａがビアホール１１０の内面１１０ａ以外に付着しないようにするための改質処理としては、導電性インクの特性に応じて、例えば、親液処理、撥液処理がある。

本実施形態においては、改質処理に用いられる反応ガスを切り換えることで、親液処理と撥液処理とを選択的に切換可能である。例えば、水系のインクを用いた場合、ガス供給部４２から酸素を含む反応ガス、または窒素を含む反応ガスがビアホール１１０に供給された状態でビアホール１１０の内面１１０ａにレーザ光Ｌ（の反射光）が照射されると、レーザ光Ｌが照射されたビアホール１１０の内面１１０ａはレーザ光Ｌが照射されていない非照射領域よりも高い親液性となる。

一方、フッ素系ガスがビアホール１１０に供給された状態でビアホール１１０の内面１１０ａにレーザ光Ｌが照射されると、レーザ光Ｌが照射されたビアホール１１０の内面１１０ａはレーザ光Ｌが照射されていない非照射領域よりも高い撥液性となる。

なお、「高い親液性」を有する状態とは、ビアホール１１０の内面１１０ａに対する液滴の接触角が相対的に小さい状態のことであり、「高い撥液性」を有する状態とは、ビアホール１１０の内面１１０ａに対する液滴の接触角が相対的に大きい状態のことである。

「高い親液性を有する状態」の具体例として、基板１００に対する液滴の接触角が４５°以下である状態が挙げられる。また、「高い撥液性を有する状態」の具体例として、基板１００に対する液滴の接触角が８０°以上である状態が挙げられる。

改質処理ユニット１４においては、照射部４０によるレーザ光Ｌは、ビアホール１１０の内面１１０ａにだけ照射され、その他の領域には照射されない。このレーザ光Ｌの照射と反応ガスにより、上述のように、ビアホール１１０の内面１１０ａが、例えば、親液性または撥液性に改質される。

パターン形成ユニット１６は、改質処理後の基板１００のビアホール１１０に導電性インクを打滴するものである。このパターン形成ユニット１６では、チャンバー１６ａ内に吐出部５０と、搬送機構５２とが設けられている。

吐出部５０は、導電性インクが打滴可能なインクジェットヘッド（図示せず）と、このインクジェットヘッドからインク滴５０ａを打滴するためのドライバ（図示せず）とを有する。このドライバが第２の画像処理部２８に接続されている。

インクジェットヘッドの構成としては、導電性インクを吐出することができれば、特に限定されるものではなく、ピエゾ式、サーマル方式など適宜利用可能である。また、インクジェットヘッドには、シリアルタイプまたはフルラインタイプを用いることができる。なお、吐出部５０から吐出されるインク滴５０ａの大きさは、例えば、１０〜１００μｍである。

導電性インクとしては、例えば、インクジェットヘッドによって打滴可能な物性（粘度等）であれば、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）などの金属粒子、これらの金属元素を含む合金の粒子を所定の溶媒中に分散させた金属液、上述の金属元素を含む前駆体溶液などの配線インクを用いることができる。この導電性インクにより、１０μｍ〜数１００μｍの大きさのビアを形成することができる。

搬送機構５２は、チャンバー１６ａ内に設けられ、吐出部５０のインク滴５０ａの吐出領域において基板１００を所定の台に載置し、所定の姿勢に保持しながら、例えば、搬送方向Ｄに移動させるものである。なお、搬送機構５２においては、吐出部５０の形態によって、吐出部５０に対して搬送方向Ｄと直交する方向に基板１００を移動させる。

パターン形成ユニット１６においては、吐出部５０により、改質処理されたビアホール１１０の内面１１０ａにインク滴５０ａが打滴される。このインク滴５０ａにより、ビアホール１１０の内面１１０ａを埋める。

ビアホール１１０が深い場合、ビアホール１１０内に気泡が混入して空洞化することで、インク滴５０ａが入らないことが生じる場合がある。このため、吐出部５０から、インク滴５０ａを連続してビアホール１１０内に打滴するのではなく、複数回に分けてインク滴５０ａを打滴することが好ましい。

例えば、ビアホール１１０の半分を満たす量のインク滴５０ａを打滴し、所定時間経過後に残りの半分の量のインク滴５０ａを打滴する。

吐出部５０から導電性のインク滴５０ａが、ビアホール１１０の内面１１０ａに打滴された後、基板１００が基板排出部（図示せず）から排出される。

導電性インクの特性に応じて、光（例えば紫外線）を照射するか、または熱を加えることにより、導電性インクを硬化させて配線となるビアを形成する。この場合、ビアホール１１０の内面１１０ａに打滴されたインク滴５０ａを硬化させるために、光照射手段、または加熱手段を、吐出部５０の搬送方向Ｄの真下か下流側に設ける。

入力部１８は、オペレータ（ユーザ）が各種入力を行うための入力装置（図示せず）と、表示部（図示せず）とを有する。入力装置には、キーボード、マウス、タッチパネル、ボタンなど各種形態のものが用いられる。

オペレータは、入力部１８を介して、歪み検出ユニット１２、改質処理ユニット１４、パターン形成ユニット１６の各種の処理条件を制御部２２に入力することができるとともに、基板１００の形状情報、アライメントマーク１０８の位置情報、アライメントマーク１０８の大きさ等の形状情報、さらにはビアホール１１０の大きさ、形状、配置情報等のパターンデータを制御部２２に入力することができる。

また、オペレータは、入力部１８の表示部を介して、歪み検出ユニット１２、改質処理ユニット１４、パターン形成ユニット１６の状態等、パターン形成工程の状態、ビアの形成工程の状態を知ることができる。この表示部はエラーメッセージなどの警告を表示する手段としても機能する。なお、表示部は、異常を知らせる報知手段として機能も果たす。

描画データ作成部２０は、入力部１８から入力されたビアホールの大きさ、形状、配置情報等のパターンデータを、照射部４０においてビアホール１１０の開口部にレーザ光Ｌを入射するために利用可能なデータ形式にデータ変換し、照射部４０において利用可能な照射データを作成するものである。この描画データ作成部２０においては、例えば、ベクトル形式で記述されたビアホール１１０の形成位置情報等のパターンデータ（ＣＡＤデータ）を、ラスターデータに変換するものである。なお、入力されるデータ形式が照射部４０で利用可能であれば、データ変換は、必ずしも必要がない。この場合、描画データ作成部２０で、データ変換しないか、または描画データ作成部２０を経由することなく、直接第１の画像処理部２６に、ビアホールの形成位置情報等のパターンデータを入力するようにしてもよい。

また、描画データ作成部２０は、基板の形状情報に基づいて、照射データを作成してもよい。

第１の画像処理部２６は、描画データ作成部２０及びアライメント検出部２４に接続されており、歪み検出ユニット１２で基板１００に歪みが検出された場合、検出された基板１００の歪み情報に応じてレーザ光Ｌの照射位置を変更するために、照射データを補正して補正照射データを作成するものである。第１の画像処理部２６は、この補正照射データを駆動部４０ａに出力する。照射部４０では、駆動部４０ａに入力された補正照射データに基づいて、レーザ光Ｌがビアホール１１０の内面１１０ａに照射される。

なお、歪み検出ユニット１２で歪みが検出されない場合、第１の画像処理部２６は、補正照射データを作成しない。このため、第１の画像処理部２６に入力された照射データが、補正されることなくそのまま照射部４０の駆動部４０ａに出力される。照射部４０では、駆動部４０ａに入力された照射データに基づいて、レーザ光Ｌがビアホール１１０の内面１１０ａに照射される。

第２の画像処理部２８は、入力部１８及びアライメント検出部２４に接続されている。なお、吐出部５０においては、入力部１８から入力されるビアホールの大きさ、形状、配置情報等のパターンデータを変換することなく、打滴データとして利用することができる。

第２の画像処理部２８においては、歪み検出ユニット１２で基板１００に歪みが検出された場合、検出された基板１００の歪み情報に応じてインク滴５０ａの打滴位置を変更するために、打滴データを補正して補正打滴データを作成する。この補正打滴データを吐出部５０のドライバ（図示せず）に出力する。吐出部５０では、ドライバに入力された補正打滴データに基づいて、インク滴５０ａがビアホール１１０の内面１１０ａに打滴される。

なお、歪み検出ユニット１２で歪みが検出されない場合には、第２の画像処理部２８は、補正打滴データを作成しない。このため、第２の画像処理部２８に入力された打滴データが、補正されることなくそのまま吐出部５０のドライバに出力される。吐出部５０では、ドライバに入力された打滴データに基づいて、インク滴５０ａがビアホール１１０の内面１１０ａに打滴される。

第１の画像処理部２６及び第２の画像処理部２８においては、例えば、基板１００の位置が所定位置に対して回転しているときは、その回転量が算出されて、その回転を打ち消すように補正データが、それぞれオンデマンドで生成される。その後、このパターンの補正データに対応する補正照射データ及び補正打滴データがオンデマンドで生成される。ここでいう「補正照射データ及び補正打滴データ」とは、レーザ光照射用の照射データ（ビアホールの形成位置情報）及び打滴データに対して、シフト処理（面方向のずれ補正）、オフセット処理（厚み方向のずれ補正）、回転処理が施されたもの、拡大処理、縮小処理、台形補正処理（台形状に歪んだパターンを矩形状に補正する処理）が施されたものが含まれる。

本実施形態のパターン形成装置１０においては、改質処理ユニット１４及びパターン形成ユニット１６は共通のフィードバックループを有しており、歪み検出ユニット１２から得られる同一の（共通の）基板１００の歪み情報に基づいて、レーザ光Ｌの照射補正及びインク滴の打滴補正を行うように構成されている。このため、レーザ光Ｌの照射補正及びインク滴の打滴補正の精度を高くすることができ、しかも、共通の基板の歪み情報を用いているため、補正データの作成を速くすることができ、補正に要するコストも低くすることができる。

なお、第１の画像処理部２６及び第２の画像処理部２８の機能を１つにまとめて、単に画像処理部としてもよい。

次に、本実施形態のパターン形成方法について説明する。

図５は、本実施形態に係るパターン形成装置によるパターン形成方法を模式的に示す模式的斜視図である。また図６（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態に係るパターン形成装置によるパターン形成の一例を工程順に示す模式的断面図である。

まず、図５に示すように、予めビアホール１１０が形成された基板１００のアライメントマーク１０８を歪みセンサ３０で撮像し、アライメント検出部２４で基板１００の歪みがあるか否かが算出される。なお、基板１００の構成は、例えば図２及び図６（ａ）に示す構成である。

アライメント検出部２４で基板１００の歪みが検出されない場合は、第１の画像処理部２６では照射データを補正せず、第１の画像処理部２６から照射部４０へ照射データが入力される。照射部４０は、入力された照射データに基づいて、ビアホール１１０の開口部にレーザ光Ｌを入射する。

一方、アライメント検出部２４で基板１００の歪みが検出された場合は、第１の画像処理部２６において、検出された歪みに応じて照射データを補正した補正照射データが作成される。作成された補正照射データは、第１の画像処理部２６から照射部４０へ入力され、照射部４０は、この補正照射データに基づいて、ビアホール１１０の開口部にレーザ光Ｌを入射する。

ここで、図６（ｂ）に示すように、基板１００は光反射用基板４６上に載置されており、ビアホール１１０の開口部に入射されたレーザ光Ｌは光反射用基板４６の上面で反射し、この反射光がビアホール１１０の内面１１０ａに照射される。前述したように、反射光が適切に内面１１０ａを照射するように、照射部４０が光反射用基板４６に対して所定の入射角を持つようにレーザ光Ｌを照射してもよい。

なお、レーザ光Ｌをビアホール１１０の開口部に入射する際には、ガス供給部４２から配管４２ａを介して、例えば、親液性にする場合には、酸素を含む反応ガスまたは窒素を含む反応ガスをビアホール１１０の内面１１０ａが所定の濃度となるように供給する。また、撥液性にする場合には、フッ素系ガスをビアホール１１０の内面１１０ａが所定の濃度となるように供給する。

このように、基板１００の歪み、形成されているビアホール１１０の形成位置等に応じてビアホール１１０の開口部にレーザ光Ｌを入射することで、適切に内面１１０ａだけにレーザ光Ｌを照射して改質処理をすることができる。

次に、アライメント検出部２４で基板１００の歪みが検出されない場合、第２の画像処理部２８では、打滴データを補正せず、第２の画像処理部２８から吐出部５０へ打滴データが入力される。吐出部５０は、入力された打滴データに基づいて、図６（ｃ）に示すように導電性インクのインク滴５０ａをビアホール１１０内に打滴する。

一方、アライメント検出部２４で基板１００の歪みが検出された場合は、第２の画像処理部２８において、検出された歪みに応じて打滴データを補正した補正打滴データが作成される。作成された補正打滴データは、第２の画像処理部２８から吐出部５０へ入力され、吐出部５０は、この補正打滴データに基づいて、図６（ｃ）に示すように、導電性インクのインク滴５０ａをビアホール１１０内に打滴する。

このように、基板１００の歪み、形成されているビアホール１１０の形成位置等に応じて適切にビアホール１１０内にインク滴５０ａを打滴する。

なお、基板１２０は、パターン形成ユニット１６（図１参照）の搬送機構５２（図１参照）の台に載置されており、インク滴５０ａをスルーホール２１０内に打滴する際、スルーホール２１０からインク滴５０ａが抜け落ちることはない。

また、導電性インクの特性等、必要に応じて、光（例えば紫外線）を照射するか、または熱を加えることにより、導電性インクのインク滴５０ａを硬化させて配線となるビア１１２をビアホール１１０内に形成することができる。

本実施形態のように、ビアホール１１０内にインク滴５０ａを打滴してビア１１２を形成する場合、ビアホール１１０が深いと、ビアホール１１０内に気泡が入ってインク滴５０ａが入らなくなることがある。このため、インク滴５０ａを連続してビアホール１１０内に打滴するのではなく、複数回に分けてインク滴５０ａを打滴することが好ましい。

最後に、図６（ｄ）に示すように、上面に電極１２２が形成された基板１２０を基板１００の下面に貼り合わせ、基板１００の上面のビア１１２の整合する位置に電極１３０を形成する。

基板１２０としては、ガラス基材、シリコンウエハ（シリコン基材）、樹脂フィルム基材、ガラスエポキシ基板などを用いることができる。電極１２２は、ビア１１２に整合する位置に形成されている。また電極１３０の形成方法は、特に限定されるものではない。例えば、フォトリソグラフィー法により形成することができる。

このように、ビア１１２は、電極１２２と電極１３０とを接続する配線となる。

〔第２の実施形態〕
第１の実施形態では、ビアホール１１０内にビア１１２を形成後、基板１２０を基板１００の下面に貼り合わせたが、ビアホール１１０の内面１１０ａの表面改質後に基板１２０を貼り合わせ、その後ビアホール１１０内にビア１１２を形成してもよい。

図７（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態に係るパターン形成装置によるパターン形成の一例を工程順に示す模式的断面図である。なお、図７（ａ）、図７（ｂ）については、図６（ａ）、図６（ｂ）と同様であるので説明を省略する。

図７（ｂ）に示すように、ビアホール１１０の内面１１０ａの表面改質が終了した後、図７（ｃ）に示すように、上面に電極１２２が形成された基板１２０を基板１００の下面に貼り合わせる。電極１２２は、ビア１１２に整合する位置に形成されている。

次に、アライメント検出部２４で基板１００の歪みが検出されない場合は、第２の画像処理部２８から吐出部５０へ打滴データが入力される。一方、基板１００の歪みが検出された場合は、第２の画像処理部２８において補正打滴データが作成され、第２の画像処理部２８から吐出部５０へこの補正打滴データが入力される。

吐出部５０は、入力された打滴データまたは補正打滴データに基づいて、図７（ｄ）に示すように導電性インクのインク滴５０ａをビアホール１１０内に打滴する。打滴された導電性インクのインク滴５０ａを硬化させることで、図７（ｄ）に示すように、配線となるビア１１２をビアホール１１０内に形成する。

最後に、図７（ｅ）に示すように、基板１００の上面のビア１１２の整合する位置に電極１３０を形成する。

このように、下面の基板を貼り合わせた後に、ビアホール１１０内にビア１１２を形成することも可能である。

〔第３の実施形態〕
本実施形態では、まず基板１００の下面に基板１２０を貼り合わせ、その後ビアホール１１０の内面１１０ａの表面改質を行い、ビアホール１１０にビア１１２を形成する。

図８（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態に係るパターン形成装置によるパターン形成の一例を工程順に示す模式的断面図である。なお、図８（ａ）については、図６（ａ）、図７（ａ）と同様であるので説明を省略する。

まず、図８（ｂ）に示すように、基板１００の下面に電極１２２が形成された基板１２０を貼り合わせる。電極１２２は、ビアホール１１０に整合する位置に形成されており、ビアホール１１０の開口部と対向している。電極１２２は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、他金属や合金等から形成されており、その表面には、微小な凹凸形状が形成されている。

次に、アライメント検出部２４で基板１００の歪みが検出されない場合は、第１の画像処理部２６から照射部４０へ照射データが入力される。一方、基板１００の歪みが検出された場合は、第１の画像処理部２６において補正照射データが作成され、第１の画像処理部２６から照射部４０へこの補正照射データが入力される。

照射部４０は、図８（ｃ）に示すように、入力された照射データまたは補正照射データに基づいて、ビアホール１１０の開口部にレーザ光Ｌを入射する。このとき、ガス供給部４２から配管４２ａを介して、所定の反応ガスが所定の濃度となるように供給される。

ここで、電極１２２の表面には、微小な凹凸形状が形成されている。したがって、ビアホール１１０の開口部に入射されたレーザ光Ｌは電極１２２の上面で反射し、この反射光がビアホール１１０の内面１１０ａに照射される。その結果、内面１１０ａが表面改質される。反射光が適切に内面１１０ａを照射するように、照射部４０が電極１２２に対して所定の入射角を持つようにレーザ光Ｌを照射してもよい。

続いて、吐出部５０により、図８（ｄ）に示すように導電性インクのインク滴５０ａをビアホール１１０内に打滴する。図８（ｅ）については、図７（ｅ）と同様であるので説明を省略する。

このように、ビアホールと整合する位置に配置される電極の表面を、レーザ光Ｌを散乱反射可能に処理しておくことで、下面の基板を貼り合わせた後に、ビアホールの内面を改質処理してビアを形成することも可能である。

本実施形態においては、改質処理ユニット１４の光反射用基板４６は不要である。

〔第４の実施形態〕
第１〜第３の実施形態においては、ビアホールの内面を改質する例を説明した。本実施形態では、スルーホールの内面を改質する例を説明する。

図９（ａ）に示すように、基板２００に形成されたスルーホール２１０は、上面から下面に向かうにつれて直径が増加している。すなわち、スルーホール２１０は、断面形状が台形状である。なお、スルーホール２１０は、直径が上面から下面まで一定であってもよい。

基板２００は、図２に示す基板１００と同様の構成であり、スルーホール２１０の他、上面にはアライメントマーク（図示せず）が複数形成されている。アライメント検出部２４は、アライメントマークを歪みセンサ３０によって撮像することで、基板２００の歪みの有無を検出する。

アライメント検出部２４で基板２００の歪みが検出されない場合は、第１の画像処理部２６から照射部４０へ照射データが入力される。一方、基板２００の歪みが検出された場合は、第１の画像処理部２６において補正照射データが作成され、第１の画像処理部２６から照射部４０へ補正照射データが入力される。照射部４０は、入力された照射データまたは補正照射データに基づいて、スルーホール２１０の開口部にレーザ光Ｌを入射する。

ここで、図９（ｂ）に示すように、基板２００は光反射用基板４６上に載置されている。したがって、スルーホール２１０の開口部に入射されたレーザ光Ｌは光反射用基板４６の上面で反射し、この反射光がスルーホール２１０の内面２１０ａに照射される。

また、レーザ光Ｌをスルーホール２１０の開口部に照射する際には、ガス供給部４２から配管４２ａを介して、所定のガスが所定の濃度となるように供給される。

このように、スルーホール２１０の内面２１０ａだけにレーザ光Ｌを照射して改質処理をすることができる。

次に、アライメント検出部２４で基板２００の歪みが検出されない場合は、第２の画像処理部２８から吐出部５０へ打滴データが入力される。一方、基板２００の歪みが検出された場合は、第２の画像処理部２８において補正打滴データが作成され、第２の画像処理部２８から吐出部５０へこの補正打滴データが入力される。

吐出部５０は、入力された打滴データまたは補正打滴データに基づいて、図９（ｃ）に示すように導電性インクのインク滴５０ａをスルーホール２１０内に打滴する。打滴された導電性インクのインク滴５０ａを硬化させることで、図９（ｄ）に示すように、配線となるビア２１２をスルーホール２１０内に形成する。

このように、基板２００の歪み、形成されているスルーホール２１０の形成位置等に応じて適切にスルーホール２１０内にビア２１２を形成することができる。

〔第５の実施形態〕
パターン形成装置１０は、コンタクトホールが形成された基板に配線となるビアを形成することも可能である。

図１０（ａ）に示すように、基板３００に形成されたコンタクトホール３１０は、上面から下面に向かうにつれて直径が増加している。すなわち、コンタクトホール３１０は、断面形状が台形状である。なお、コンタクトホール３１０は、直径が上面から下面まで一定であってもよい。

基板３００は、図２に示す基板１００と同様の構成であり、コンタクトホール３１０の他、上面にはアライメントマーク（図示せず）が複数形成されている。

これまでと同様に、まずアライメント検出部２４により、基板３００の歪みの有無が検出される。検出された基板３００の歪みに応じて、図１０（ｂ）に示すように照射部４０からコンタクトホール３１０の開口部にレーザ光Ｌを入射する。さらに検出された基板３００の歪みに応じて、図１０（ｃ）に示すように吐出部５０からコンタクトホール３１０内にインク滴５０ａを打滴する。

最後に、図１０（ｄ）に示すように、電極３２２が形成された基板３２０を基板３００の下面に貼り合わせる。電極３２２は、ビア３１２に整合する位置に形成されている。

さらに、電極３３２が形成された基板３３０を基板３２０の下面に貼り合わせる。電極３３２は、電極３２２に整合する位置に形成されている。

基板３２０、３３０としては、ガラス基材、シリコンウエハ（シリコン基材）、樹脂フィルム基材、ガラスエポキシ基材などを用いることができる。

このように、コンタクトホール３１０にビア３１２を形成することも可能である。

これらの実施形態においては、上述のように、基板の歪み（描画の歪みを含む）を検出し、レーザ光の照射位置のズレを抑制することができるため、穴部の内面だけを改質することができる。このため、穴部の内面以外のインク滴の飛散を防止することができ、配線であるビアを高い精度で形成することができる。また、基板の歪みを検出し、レーザ光の照射位置のズレ及びインク滴の打滴位位置のズレも抑制することができるため、基板がフレキシブルで変形しやすいものでも対応でき、しかも、ビアを高い精度で形成することができる。

また、レーザ光を用いて改質するため、表面改質時のエネルギーを高くでき、程度が高い表面改質が可能となる。このため、表面改質を高速化でき、しかも非改質材の組成のバリエーションを増すこともできる。さらには、反応ガスを変えることにより、様々な組成の基板、様々な組成のインクに対応することができる。

このとき、基板の穴部の底面に、レーザ光を反射するための光反射用基板や電極を配置して、穴部の開口部にのみレーザ光を入射する。したがって、開口部から入射されたレーザ光は、光反射用基板や電極の上面で散乱反射し、この反射したレーザ光が穴部の内面に照射される。これにより、上面から下面に向かうにつれて直径が増加する穴部の内面に適切にレーザ光を照射することができる。

また、これらの実施形態においては、レーザ光と反応ガスを用いて表面改質を施すものであるため、洗浄工程が不要である。このめ、製造工程を簡素化することができる。また、ビアを直接形成しているため、フォトリソグラフィー法に比して、製造工程を簡素化でき、製造コストを低減することができる。

さらには、基板の歪みの１つの検出結果を用いてレーザ光の照射位置、及びインク滴の打滴位置を補正しているため、レーザ光の照射位置の補正、及びインク滴の打滴位置の補正の精度を高くすることができ、さらには、１つの検出結果を用いるため、補正照射データ、補正打滴データの作成に要する時間を短縮することができる。しかも１つの検出結果を用いればよいため、歪みセンサの数を減らすことができ、低コスト化できる。

また、本実施形態においては、ビアホール、スルーホール、コンタクトホール等の穴部が形成された基板を用いている。これらビアホール、スルーホール、コンタクトホール等は、半導体素子及び多層配線基板等の製造工程において用いられている公知の形成方法により、それぞれビアホール、スルーホール、コンタクトホール等の形成位置情報に基づいて形成される。

なお、本実施形態のパターン形成装置及びパターン形成方法は、例えば、多層配線基板の配線、ＴＦＴの配線等に用いることができる。より具体的には、太陽電池、電子ペーパー、有機ＥＬ素子、有機ＥＬディスプレイ等に用いることができ、いずれの場合も、フレキシブルな基板であっても、基板の歪み（描画の歪み）を補正することができるため、好適である。

本発明の技術的範囲は、上記実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合せることができる。

１０…パターン形成装置、１２…歪み検出ユニット、１４…改質処理ユニット、１６…パターン形成部、１８…入力部、２０…描画データ作成部、２２…制御部、２４…アライメント検出部、２６…第１の画像処理部、２８…第２の画像処理部、３０…歪みセンサ、４０…照射部、５０…吐出部、５０ａ…インク滴、１００，２００，３００…基板、１１０…ビアホール、１１２，２１２，３１２…ビア、２１０…スルーホール、３１０…コンタクトホール、Ｌ…レーザ光

Claims (16)

1. 穴部が形成された基板の形状情報に基づいて、照射データ及び打滴データを取得する取得手段と、
   前記照射データに基づいて、前記穴部の開口部にレーザ光を入射する照射手段と、
   前記穴部の底面に前記開口部と対向して配置され、前記開口部から入射されたレーザ光を反射して反射光を前記穴部の内面に照射する反射手段と、
   前記打滴データに基づいて、前記穴部に導電性インクを打滴する吐出手段と、
   前記照射手段及び前記反射手段によりレーザ光を穴部の内面に照射することで前記穴部の内面を改質し、前記吐出手段により前記内面が改質された穴部に導電性インクを打滴する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記穴部は、直径が前記開口部から前記底面に向かって増加しているまたは一定であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 前記穴部は前記基板の前記開口部の形成された上面から該上面とは反対面である下面までを貫通して形成されており、
   前記反射手段は、前記基板の下面に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成装置。
4. 前記反射手段は、前記穴部の底面に整合する位置に配置された電極の表面であることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成装置。
5. 前記反射手段は、金属の反射面を有することを特徴とする請求項３または４に記載のパターン形成装置。
6. 前記反射面は、光散乱構造が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のパターン形成装置。
7. 前記基板の歪みを検出する検出手段と、
   前記検出された基板の歪みに基づいて前記照射データ及び前記打滴データを補正する算出手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
8. 前記検出手段は、前記基板上に形成されたアライメントマークに基づいて、前記基板の歪みを検出することを特徴とする請求項７に記載のパターン形成装置。
9. 前記レーザ光の径は、前記穴部の開口部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
10. 前記レーザ光の径は、導電性インク滴の径よりも小さいことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
11. 前記制御手段は、複数回に分けて前記吐出手段により前記内面が改質された穴部に前記導電性インクを打滴させることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
12. 前記穴部に反応ガスを供給するガス供給手段を備え、
    前記制御手段は、前記照射手段及び前記反射手段によりレーザ光を穴部の内面に照射する際に、前記ガス供給手段により前記穴部に反応ガスを供給することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
13. 前記反応ガスは、酸素、窒素、フッ素、または水素を含むことを特徴とする請求項１２に記載のパターン形成装置。
14. 前記穴部は、ビアホール、コンタクトホール、またはスルーホールであることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載のパターン形成装置。
15. 穴部が形成された基板の形状情報に基づいて、照射データ及び打滴データを取得する取得工程と、
    前記穴部の底面に、前記穴部の開口部から入射されたレーザ光を反射して反射光を前記穴部の内面に照射する反射手段を配置する工程と、
    前記照射データに基づいて前記開口部からレーザ光を入射して前記穴部の内面を改質する改質工程と、
    前記打滴データに基づいて、前記改質された穴部に導電性インクを打滴する打滴工程と、
    を有することを特徴とするパターン形成方法。
16. 穴部が形成された基板の形状情報に基づいて、照射データ及び打滴データを取得する取得工程と、
    前記穴部の底面に、前記穴部の開口部から入射されたレーザ光を反射して反射光を前記穴部の内面に照射する反射手段を配置する工程と、
    前記照射データに基づいて前記開口部からレーザ光を入射して前記穴部の内面を改質する改質工程と、
    前記打滴データに基づいて、前記改質された穴部に導電性インクを打滴する打滴工程と、
    を有することを特徴とするパターン形成基板の製造方法。

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