JP2012151394A - 射出装置およびパターン形成装置、並びに、射出方法およびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高粘度の材料を射出して基板上にパターンを形成することができるパターン形成技術を提供する。
【解決手段】透明な基材４１の表面に昇華性材料として樟脳を含む圧力発生部材４２を積層し、その上に高粘度材料である金属ペースト４３を積層して積層体Ｓを形成している。その積層体Ｓと処理対象となる基板Ｗとを相対向させて配置する。そして、レーザー光照射部６０が基板Ｗに対して相対移動しつつ、レーザー光照射をオンオフして圧力発生部材４２の一部を加熱する。レーザー光照射によって加熱された圧力発生部材４２の一部では、樟脳の昇華に起因した急激な体積膨張により圧力波が発生する。こうして発生した圧力により、その直上の金属ペースト４３を基板Ｗに向けて射出し、基板Ｗの表面に金属ペースト４３のパターンを形成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、被射出材を対象物に向けて射出する射出装置および方法、並びに、射出した被射出材によって基板上にパターンを形成するパターン形成装置および方法に関する。

従来より、半導体ウェハーやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板等の基板に金属配線（電気配線）を形成する手法としては、基板上にフォトレジスト膜（感光性樹脂膜）を形成してパターン露光および現像処理を行い、その状態で銅などの配線材料となる金属の層を形成するいわゆるフォトリソグラフィ技術が広く使用されてきた（例えば、特許文献１）。

また、近年、金属を含む液滴をインクジェットノズルから吐出して所定の配線パターンを形成するというインクジェット技術を用いた金属配線形成の開発も進められている（例えば、特許文献２）。

特開２００１−１３５１６８号公報 特開２００５−９３７０２号公報

しかしながら、フォトリソグラフィ技術を用いて金属配線を形成する場合には、フォトレジストの塗布、露光、現像、エッチング、金属層の蒸着等、多数の工程を必要とするため、処理に長時間を要することとなる。また、これらの処理はそれぞれ専用の処理ユニットで行われるため、多数の処理ユニットが必要となって配線形成に要するコストが増大することともなっていた。

一方、インクジェット技術を用いて金属配線を形成する場合には、金属を含む液滴が低粘度（通常０．０１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以下）であるため、着液後に基板上で濡れ広がりが生じ、微細な配線パターンを形成することは困難であった。この問題を解決するために、基板上の回路パターンに沿って親水化処理（または撥水化処理）を施し、液滴の濡れ広がりを抑制するという手法が考えられるが、かかる処理には長時間を要するために実用化はされていない。

このため、特許文献２には、液滴を着液すべき領域を凸形状の堤防部で囲み、その囲まれた領域にインクジェットノズルから金属を含む液滴を吐出して濡れ広がりを防止する技術が提案されている。しかし、かかる技術を採用したとしても、堤防の形成自体にフォトリソグラフィ技術を用いているために、上記と同様の問題が生じる。

また、インクジェットノズルからは高粘度の液滴を吐出することが出来ないため、特に厚い電気配線を形成する場合には複数回の重ね塗りが必要となり、処理時間がさらに長くなることとなる。さらに、精密な吐出孔を加工しなければならないインクジェットノズルは高価であり、これによっても配線形成に要するコストが増大するという問題が生じる。

これらの課題を解決するためには、より高粘度の材料（例えば、金属ペースト）を直接吐出することができれば、濡れ広がりを抑制しつつ厚い配線も可能となるのであるが、従来そのような技術は存在していなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被射出材として高粘度の材料を対象物に向けて射出することができる射出装置および方法、並びに、高粘度の材料を射出して基板上にパターンを形成することができるパターン形成装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、射出装置に、基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を支持する支持手段と、前記圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記積層体に対向配置された対象物に向けて射出させる加熱手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る射出装置において、前記圧力発生部材は、前記加熱手段によって加熱されたときに昇華によって体積膨張を生じる昇華性材料を含むことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る射出装置において、前記昇華性材料は樟脳であることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る射出装置において、前記加熱手段は、前記基材の裏面から光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱する光照射手段を含み、前記基材は前記光照射手段から照射される光に対して透明であることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る射出装置において、前記圧力発生部材は、前記光照射手段から照射される光を吸収して発熱することにより前記圧力発生部材を加熱する光吸収材料を含むことを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る射出装置において、前記光照射手段を前記積層体に対して相対移動させる移動手段をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項７の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る射出装置において、前記加熱手段は、前記圧力発生部材の一部を加熱するヒータを含むことを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る射出装置において、前記加熱手段は、前記圧力発生部材の一部に通電して発熱させる通電加熱手段を含むことを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る射出装置において、前記被射出材は、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下の高粘度材料を含むことを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、パターン形成装置に、透明な基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を支持する支持手段と、前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を保持する基板保持手段と、前記基材の裏面から光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱することにより、当該圧力発生部材の一部に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板保持手段に保持された基板に向けて射出させる光照射手段と、前記光照射手段を前記保持手段に保持された基板に対して相対移動させる相対移動手段と、前記光照射手段が前記保持手段に保持された基板に対して相対移動しつつ光照射をオンオフして光照射位置が所定のパターンを描くように前記相対移動手段および前記光照射手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、パターン形成装置に、基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を所定のパターンに設置し、その上に被射出材を設置した積層体を支持する支持手段と、前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を保持する基板保持手段と、前記圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板保持手段に保持された基板に向けて射出させる加熱手段と、を備えることを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、射出方法に、基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を形成する積層体形成工程と、前記圧力発生部材を加熱することにより、前記圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記積層体に対向配置された対象物に向けて射出させる加熱工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項１３の発明は、請求項１２の発明に係る射出方法において、前記圧力発生部材は、前記加熱工程にて加熱されたときに昇華によって体積膨張を生じる昇華性材料を含むことを特徴とする。

また、請求項１４の発明は、請求項１３の発明に係る射出方法において、前記昇華性材料は樟脳であることを特徴とする。

また、請求項１５の発明は、請求項１２から請求項１４のいずれかの発明に係る射出方法において、前記加熱工程では、前記圧力発生部材の一部を加熱することを特徴とする。

また、請求項１６の発明は、請求項１５の発明に係る射出方法において、前記加熱工程では、前記基材の裏面から光照射手段により光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱し、前記基材は前記光照射手段から照射される光に対して透明であることを特徴とする。

また、請求項１７の発明は、請求項１６の発明に係る射出方法において、前記圧力発生部材は、前記光照射手段から照射される光を吸収して発熱することにより前記圧力発生部材を加熱する光吸収材料を含むことを特徴とする。

また、請求項１８の発明は、請求項１６または請求項１７の発明に係る射出方法において、前記加熱工程は、前記光照射手段を前記積層体に対して相対移動させる移動工程を含むことを特徴とする。

また、請求項１９の発明は、請求項１２から請求項１４のいずれかの発明に係る射出方法において、前記加熱工程では、前記圧力発生部材の全部を一括して加熱することを特徴とする。

また、請求項２０の発明は、請求項１２から請求項１９のいずれかの発明に係る射出方法において、前記被射出材は、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下の高粘度材料を含むことを特徴とする。

また、請求項２１の発明は、パターン形成方法に、透明な基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を形成する積層体形成工程と、前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を配置する基板配置工程と、光照射手段を前記基板に対して相対移動させつつ、前記光照射手段に光照射をオンオフさせて、前記基材の裏面から所定のパターンに沿って光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱し、前記圧力発生部材の光照射領域に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板に向けて射出させる射出工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２２の発明は、パターン形成方法に、基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を所定のパターンに設置し、その上に被射出材を設置した積層体を形成する積層体形成工程と、前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を配置する基板配置工程と、前記圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板保持手段に保持された基板に向けて射出させる射出工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１から請求項９の発明によれば、基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体の圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材を対象物に向けて射出させるため、被射出材が高粘度の材料であっても対象物に向けて射出することができる。

請求項１０の発明によれば、積層体の基材の裏面から光を照射して圧力発生部材の一部を加熱することにより、当該圧力発生部材の一部に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材を基板に向けて射出させる光照射手段が基板に対して相対移動しつつ光照射をオンオフして光照射位置が所定のパターンを描くようにしているため、高粘度の材料を射出して基板上にパターンを形成することができる。

請求項１１の発明によれば、基材の表面に圧力発生部材を所定のパターンに設置し、その上に被射出材を設置した積層体の圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材を基板に向けて射出させるため、高粘度の材料を射出して基板上にパターンを形成することができる。

また、請求項１２から請求項２０の発明によれば、基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体の圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材を対象物に向けて射出させるため、被射出材が高粘度の材料であっても対象物に向けて射出することができる。

請求項２１の発明によれば、光照射手段を基板に対して相対移動させつつ、その光照射手段に光照射をオンオフさせて、積層体の基材の裏面から所定のパターンに沿って光を照射して圧力発生部材の一部を加熱し、圧力発生部材の光照射領域に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材を基板に向けて射出させるため、高粘度の材料を射出して基板上にパターンを形成することができる。

請求項２２の発明によれば、基材の表面に圧力発生部材を所定のパターンに設置し、その上に被射出材を設置した積層体の圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材を基板に向けて射出させるため、高粘度の材料を射出して基板上にパターンを形成することができる。

本発明に係るパターン形成装置の概略構成を示す斜視図である。 図１のパターン形成装置の正面図である。 第１実施形態の積層体の構造を示す図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 パターン形成の処理手順を示すフローチャートである。 圧力発生部材が加熱されて被射出材が射出される様子を説明する図である。 パターン形成処理が終了した時点での積層体の平面図である。 パターン形成処理が終了した時点での基板の平面図である。 第２実施形態のパターン形成装置の概略構成を示す斜視図である。 第２実施形態のパターン形成装置の正面図である。 第３実施形態の積層体を下側から見た図である。 図１１の積層体のＡ−Ａ切断面を示す断面図である。 第４実施形態の積層体の構造を模式的に示す図である。 第５実施形態のパターン形成装置の正面図である。 第５実施形態の積層体の構造を模式的に示す図である。 第６実施形態の積層体の構造を模式的に示す図である。 第７実施形態の積層体の構造を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係るパターン形成装置１の概略構成を示す斜視図である。また、図２は、図１のパターン形成装置１の正面図である。なお、図１および以降の各図にはそれらの方向関係を明確にするためＺ方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。

このパターン形成装置１は、高粘度の金属ペーストを基板Ｗに向けて射出することにより、基板Ｗ上に金属配線のパターンを形成する装置である。パターン形成装置１は、基板Ｗを保持するステージ１０と、ステージ１０をＸ方向に沿って移動させるステージ移動機構２０と、ステージ１０に保持された基板Ｗに向けて金属ペーストを射出する射出装置５と、を備える。射出装置５は、基材の表面に圧力発生部材および金属ペーストを積層した積層体Ｓを支持しつつ搬送する支持搬送機構５０と、その圧力発生部材にレーザー光を照射して加熱するレーザー光照射部６０と、を備える。また、パターン形成装置１は、射出装置５を含む上記の各部を制御してパターン形成処理を実行させる制御部３を備える。

ステージ１０は、射出装置５の上方に設けられており、その下面に基板Ｗを保持する。射出装置５は、ステージ１０の下面に保持された基板Ｗに向けて金属ペーストを射出する。ステージ１０の下面に基板Ｗを保持する機構としては、例えば基板Ｗの端縁部を機械的に保持するクランプ機構または基板Ｗの裏面を真空吸着する吸着機構（いずれも図示省略）をステージ１０に備えるようにすれば良い。

第１実施形態のパターン形成装置１において、パターン形成の対象となる基板Ｗとしては、半導体ウェハー、液晶表示装置（ＬＣＤ）やプラズマ表示装置（ＰＤＰ）を含むフラットパネルディスプレイ用のガラス基板、樹脂またはセラミックスのプリント基板など、電気配線を形成する対象となる公知の種々の基板を用いることができる。基板Ｗの形状も特に限定されるものではなく、半導体ウェハーのように円形状であっても良いし、ガラス基板のように矩形状であっても良い。基板Ｗは、表面を下側に向けてステージ１０の下面に保持される。なお、本明細書において、基板Ｗの表面とはパターン形成が行われる面であり、裏面はその反対側の面である。

ステージ移動機構２０は、固定設置された基台２１の下側にモータ２２、ボールネジ２３およびガイドシャフト２４を取り付けて構成される。ボールネジ２３およびガイドシャフト２４はＸ方向に沿って延設されている。ボールネジ２３は、モータ２２の回転軸に連結されており、モータ２２によって回転される。ステージ１０の上側に固定されたスライドブロック１２は、ボールネジ２３に螺合されるとともに、ガイドシャフト２４に摺動自在に嵌合されている。モータ２２がボールネジ２３を回転させると、それに螺合するスライドブロック１２とともにステージ１０がガイドシャフト２４に案内されてＸ方向に沿って滑らかに移動する。

射出装置５は、ステージ１０の下方に設けられており、上方に向けて金属ペーストを射出する。射出装置５は、支持搬送機構５０およびレーザー光照射部６０を備えて構成される。支持搬送機構５０は、主動ローラ５１および従動ローラ５２を備える。主動ローラ５１および従動ローラ５２は、ともに回転軸がＹ方向に沿うように所定間隔を隔てて互いに平行に設けられている。主動ローラ５１および従動ローラ５２の周面の最高高さ位置は相等しい。２つのローラのうち少なくとも主動ローラ５１には図示を省略する駆動モータが連結されている。その駆動モータによって主動ローラ５１はＹ方向に沿った回転軸を中心に図２の紙面上面から見て時計回りに回転される。一方の従動ローラ５２はＹ方向に沿った回転軸を中心に回転自在とされている。なお、従動ローラ５２にも別途駆動モータを設けるようにしても良いし、リンク機構などにより主動ローラ５１と連動して従動ローラ５２が回転するようにしても良い。

２つのローラ５１，５２には、シート状の積層体Ｓが架け渡されている。図３は、第１実施形態の積層体Ｓの構造を示す図である。第１実施形態の積層体Ｓは、透明な基材４１の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材４２の層を形成し、その上に被射出材としての金属ペースト４３の層を積層して構成される。基材４１としては、可撓性を有するとともにレーザー光照射部６０から出射されるレーザー光に対して透明な樹脂フィルムが用いられており、例えばポリイミドのフィルムを採用することができる。

また、圧力発生部材４２には、加熱されたときに昇華によって体積膨張を生じる昇華性材料が含まれており、そのような昇華性材料としては例えば樟脳（カンフル：Ｃ₁₀Ｈ₁₆Ｏ）を用いることができる。樟脳は、液体を経ずに固体から気体へと相転移する昇華性を有しており、加熱されると急速に気化して６００倍〜１０００倍に体積膨張する。圧力発生部材４２には、昇華性材料としての樟脳の他に、グリセリン（Ｃ₃Ｈ₅（ＯＨ）₃）およびカーボンパウダーが含まれている。基材４１の表面に形成される圧力発生部材４２の層の厚さは特に限定されるものではないが、本実施形態では約１０μｍとしている。

金属ペースト４３は、主成分としての金属粒子を有機溶剤等によってペースト状とした高粘度材料である。基板Ｗに形成すべき金属配線の種類に応じて適切な金属粒子を含む金属ペースト４３を選択することができる。例えば、基板Ｗに銅配線を形成する場合であれば銅ペーストを用い、アルミ配線を形成する場合であればアルミペーストを用いることができる。高粘度材料としての金属ペースト４３の粘度は、０．１Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以上１０００Ｐａ・ｓ以下とされる。圧力発生部材４２の層の上に積層される金属ペースト４３の層の厚さも特に限定されるものではないが、本実施形態では約１０μｍとしている。

可撓性を有する基材４１の表面に圧力発生部材４２および金属ペースト４３を積層した積層体Ｓは変形自在である。このため、２つのローラ５１，５２に架け渡された積層体Ｓは各ローラの円筒表面に沿って変形する。そして、積層体Ｓが架け渡された状態で主動ローラ５１が回転すると、両ローラ５１，５２間の積層体Ｓに弱い張力が作用し、積層体ＳがＸＹ平面（水平面）に沿って張られた状態となる。さらに主動ローラ５１が回転すると、それとともに積層体Ｓも移動および変形し、従動ローラ５２も回転する。具体的には、従動ローラ５２よりも上流側の積層体Ｓは上昇し、主動ローラ５１よりも下流側の積層体Ｓは下降し、両ローラ５１，５２間の積層体ＳはＸ方向に沿って移動する。

両ローラ５１，５２間で水平面に沿って張られた積層体Ｓの直上、すなわち基材４１の表面側にてその張られた積層体Ｓに対向する位置に基板Ｗはステージ１０によって保持される。そして、両ローラ５１，５２間で張られた積層体Ｓとステージ１０に保持された基板Ｗの表面との間隔が数１００μｍとなるようにパターン形成装置１は構成されている。

両ローラ５１，５２間で水平面に沿って張られた積層体Ｓの下方には、レーザー光照射部６０が設けられる。レーザー光照射部６０はレーザー光源６１を内蔵している。また、レーザー光照射部６０の上面には出射孔６２が形設されている。レーザー光源６１から出力されたレーザー光は出射孔６２から鉛直方向上方に向けて（（＋Ｚ）方向に向けて）出射される。

また、レーザー光照射部６０は、レーザー光走査機構６５によってＹ方向に沿って往復移動される。レーザー光走査機構６５は、モータ６８、ボールネジ６６およびガイドシャフト６７を備えている。ボールネジ６６およびガイドシャフト６７はＹ方向に沿って延設されている。ボールネジ６６は、モータ６８の回転軸に連結されており、モータ６８によって回転される。レーザー光照射部６０は、ボールネジ６６に螺合されるとともに、ガイドシャフト６７に摺動自在に嵌合されている。このため、モータ６８がボールネジ６６を回転させると、それに螺合するレーザー光照射部６０がガイドシャフト６７に案内されてＹ方向に沿って滑らかに移動する。なお、レーザー光走査機構６５および支持搬送機構５０によってレーザー光照射部６０を積層体Ｓに対して相対移動させる移動手段が構成され、レーザー光走査機構６５およびステージ移動機構２０によってレーザー光照射部６０をステージ１０に保持された基板Ｗに対して相対移動させる移動手段が構成される。

レーザー光照射部６０は両ローラ５１，５２間の積層体Ｓの下方に設けられており、レーザー光照射部６０から上方に向けて出射されたレーザー光は基材４１の裏面から積層体Ｓに照射される。基材４１は透明であるため、照射されたレーザー光は基材４１を透過して圧力発生部材４２に吸収される。その結果、レーザー光照射部６０からのレーザー光照射によって圧力発生部材４２が加熱されることとなる。

制御部３は、パターン形成装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。図４は、制御部３の構成を示すブロック図である。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ３１、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ３２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ３３および制御用プログラムやデータなどを記憶しておく磁気ディスク３４をバスライン３９に接続して構成されている。

また、バスライン３９には、ステージ１０に保持された基板ＷをＸ方向に沿って移動させるステージ移動機構２０、積層体Ｓを支持しつつＸ方向に沿って移動させる支持搬送機構５０、レーザー光照射部６０をＹ方向に沿ってスキャンさせるレーザー光走査機構６５、および、積層体Ｓの圧力発生部材４２にレーザー光を照射して加熱するレーザー光照射部６０等が電気的に接続されている。制御部３のＣＰＵ３１は、磁気ディスク３４に格納された制御用プログラムを実行することにより、これらの各動作機構を制御して基板Ｗ上に所定のパターンの金属配線を形成する。

さらに、バスライン３９には、表示部３５および入力部３６が電気的に接続されている。表示部３５は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部３６は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部３５に表示された内容を確認しつつ入力部３６からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部３５と入力部３６とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。

上記の要部構成以外にもパターン形成装置１は、基板Ｗ、積層体Ｓおよびレーザー光照射部６０のそれぞれの位置を検出するための位置センサを備えている（いずれも図示省略）。位置センサとしては、基板Ｗ等の位置を直接検知する光学センサやモータの回転量から検知するエンコーダ等を使用することができる。また、パターン形成装置１は、未処理の積層体Ｓを送り出すフィード機構および使用済みの積層体Ｓを回収する回収機構を備えている。さらに、パターン形成装置１には、基板Ｗおよび積層体Ｓの周辺雰囲気を調整する機構を備えるようにしても良い。

次に、基板Ｗに金属配線のパターン形成を行う処理手順について説明する。図５は、パターン形成の処理手順を示すフローチャートである。パターン形成装置１での処理に先立って、積層体Ｓが形成される（ステップＳ１，Ｓ２）。ステップＳ１では、長尺シート状（帯状）の基材４１の表面に圧力発生部材４２を積層する。第１実施形態では、基材４１としてポリイミドのフィルムを用いている。透明なポリイミドのフィルムを長尺シート状に加工してなる基材４１の表面の全面に均一な厚さで圧力発生部材４２の層を形成する。層として形成される前の圧力発生部材４２は、昇華性材料である樟脳およびカーボンパウダーをグリセリンと混合して生成されるスラリー状ものであり、塗布法によって基材４１の表面に塗布することが可能である。

このような塗布法としては、公知の種々の手法を用いることが可能であり、第１実施形態ではドクターブレード法によって圧力発生部材４２を基材４１の表面に塗布している。ドクターブレード法は、圧力発生部材４２のスラリーを基材４１の表面に供給しつつ、その表面と正確に所定間隔を隔てて設けられたブレードによってスラリーを平坦に均すことにより、均一な厚さの圧力発生部材４２の層を形成する塗布法である。この場合、塗布後に圧力発生部材４２の乾燥処理を行うようにしても良い。こうして、基材４１の表面の全面には厚さ約１０μｍの圧力発生部材４２の層が均一な厚さにて形成される。なお、基材４１の表面に圧力発生部材４２を積層する塗布法としては、基材４１の表面に均一な厚さで塗布できるものであれば良く、ドクターブレード法の他に、スリットコート法やバーコート法などを用いることできる。

次に、ステップＳ２に進み、基材４１の表面に形成された圧力発生部材４２の上に被射出材としての金属ペースト４３を積層する。金属ペースト４３は、金属粒子を含む高粘度材料であり、上記と同様に塗布法によって圧力発生部材４２の上に塗布することが可能である。金属ペースト４３の塗布法としても、公知の種々の手法を用いることが可能であるが、第１実施形態ではドクターブレード法によって金属ペースト４３を圧力発生部材４２の層の上に塗布している。このようにして、基材４１の表面の全面には厚さ約１０μｍの圧力発生部材４２の層が形成され、その層の全面にはさらに厚さ約１０μｍの金属ペースト４３の層が均一な厚さにて形成されて積層体Ｓが作成されることとなる。なお、金属ペースト４３を積層する塗布法もドクターブレード法に限定されるものはなく、公知の種々の手法を採用することが可能である。

こうして形成された積層体Ｓが主動ローラ５１および従動ローラ５２に架け渡されるとともに、処理対象となる基板Ｗがステージ１０の下面に保持される（ステップＳ３）。積層体Ｓは、圧力発生部材４２および金属ペースト４３が積層された基材４１の表面側が両ローラ５１，５２間で上方を向くようにセットされる。基板Ｗは、両ローラ５１，５２間における基材４１の表面側にて積層体Ｓに対向する位置に、パターン形成が行われる表面を下側に向けてステージ１０に保持される。すなわち、基板Ｗは積層体Ｓの上方にて積層体Ｓに対向配置される。

続いて、基板Ｗとレーザー光照射部６０との相対位置関係がパターン形成のための初期位置となるように、制御部３の制御によりステージ移動機構２０およびレーザー光走査機構６５がそれぞれ基板Ｗおよびレーザー光照射部６０を移動させる。具体的には、相対位置関係のＸ方向の調整はステージ移動機構２０が基板Ｗを移動させることによって行われ、Ｙ方向の調整はレーザー光走査機構６５がレーザー光照射部６０を移動させることによって行われる。なお、第１実施形態では、基材４１の全面に均等に圧力発生部材４２および金属ペースト４３が積層されているため、処理開始前に積層体Ｓを移動させる必要はないが、両ローラ５１，５２間で積層体Ｓが水平に張られた状態となるように、主動ローラ５１が若干回転して積層体Ｓに弱い張力を作用させておく。また、両ローラ５１，５２間の積層体Ｓと基板Ｗの表面との間隔は数１００μｍとしておく。

基板Ｗおよび積層体Ｓの初期配設が完了した後、制御部３がレーザー光照射部６０によるレーザー光照射の制御を開始する（ステップＳ４）。また、それと同時に、制御部３はレーザー光走査機構６５を制御してレーザー光照射部６０のＹ方向の走査を開始する（ステップＳ５）。レーザー光照射部６０がＹ方向に走査しているときには、基板Ｗおよび積層体Ｓは停止している。

制御部３の記憶部（ＲＡＭ３３または磁気ディスク３４）には、基板Ｗに形成すべき金属配線のパターンのデータが予め格納されている。制御部３は、その格納されたパターンデータに従って、レーザー光照射部６０をＹ方向に走査させつつ、レーザー光源６１のオンオフ制御を行う。より具体的には、基板Ｗ上の所定のＸ方向位置にてレーザー光照射部６０がＹ方向に沿って走査しているときに、パターン形成すべきＹ方向位置にレーザー光照射部６０が到達した時点で制御部３がレーザー光源６１からレーザー光を出射させる。また、パターン形成を行わないＹ方向位置にレーザー光照射部６０が到達したときには制御部３はレーザー光源６１からのレーザー光照射を停止させる。制御部３はこのような制御を記憶部に格納したパターンデータに従って行う。

レーザー光照射部６０のレーザー光源６１から鉛直方向上方に向けて出射されたレーザー光は積層体Ｓの裏面側から入射する。積層体Ｓの最下層を構成する基材４１は透明であるため、レーザー光照射部６０から照射されたレーザー光は基材４１を透過して圧力発生部材４２に到達して吸収される。その結果、レーザー光照射を受けた圧力発生部材４２の領域では急激な温度上昇が生じる。すなわち、レーザー光照射部６０が基材４１の裏面からレーザー光を照射して圧力発生部材４２の一部を加熱するのである。これにより、圧力発生部材４２のレーザー光照射領域は短時間のうちに１５０℃以上にまで加熱される。なお、レーザー光照射領域の大きさは特に限定されるものではないが、例えば直径５０μｍ程度の円形とすることができる。

図６は、圧力発生部材４２が加熱されて被射出材たる金属ペースト４３が射出される様子を説明する図である。レーザー光照射部６０から基材４１を透過して圧力発生部材４２の一部にレーザー光が照射されると、その一部（レーザー光照射領域）はレーザー光を吸収して短時間のうちに１５０℃以上にまで昇温する。特に、圧力発生部材４２は黒色のカーボンパウダーを含有しているため、効率良くレーザー光を吸収して昇温する。

圧力発生部材４２が昇温すると、圧力発生部材４２に含まれている昇華性材料である樟脳が急速に気化して６００倍〜１０００倍に体積膨張する。その結果、図６（ａ）に示すように、レーザー光照射によって加熱された圧力発生部材４２の一部では、樟脳の昇華に起因した急激な体積膨張により、圧力波が発生する。そして、図６（ｂ）に示すように、発生した圧力波により、その直上の金属ペースト４３が上方に向けて、すなわち積層体Ｓに対向配置された基板Ｗに向けて射出されるのである。

このように、第１実施形態においては、レーザー光照射部６０が積層体Ｓの基材４１の裏面からレーザー光を照射して圧力発生部材４２の一部を加熱することにより、その圧力発生部材４２の一部に急激な体積膨張による圧力を生じさせて被射出材たる金属ペースト４３をステージ１０に保持された基板Ｗに向けて射出させる。昇華性材料である樟脳を加熱したときの急激な体積膨張によって生じた圧力を利用しているため、０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料である金属ペースト４３であっても基板Ｗに向けて射出することができる。また、樟脳であれば、昇華したときに有害なガスや汚染物質を発生することもない。

上方に向けて射出された金属ペースト４３は基板Ｗの表面に到達し、その位置にて基板Ｗの表面に付着する。このようにして、金属配線を形成するための金属ペースト４３が基板Ｗに供給される。なお、金属ペースト４３は基板Ｗの下側から付着することとなるが、金属ペースト４３が粘度が０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料であるため、積層体Ｓに再度落下する液ダレのおそれはなく、また基板Ｗの表面に沿って濡れ広がりが生じることも防止される。

レーザー光照射部６０をＹ方向に走査させつつ、レーザー光源６１のオンオフ制御を行う射出処理はレーザー光照射部６０が走査終了位置に到達するまで行われる。そして、レーザー光照射部６０が走査終了位置に到達した時点で基板Ｗ上の所定のＸ方向位置における１ライン分の処理が完了となるため、ステップＳ６からステップＳ７へと進み、パターン形成処理が終了したか否かが判断される。この判断は、制御部３が上述のパターンデータを参照することによって行われる。

そして、パターン形成処理が終了していない場合には、ステップＳ８およびステップＳ９の処理が実行される。すなわち、ステップＳ８では制御部３がステージ移動機構２０を制御して基板ＷをＸ方向に沿って所定距離だけ移動させる。これにより、レーザー光照射部６０が基板Ｗに対してＸ方向に相対移動することとなり、基板Ｗ上の新たなＸ方向位置におけるレーザー光照射部６０の走査が可能となる。また、ステップＳ９では制御部３が支持搬送機構５０を制御して積層体ＳをＸ方向に沿って所定距離だけ移動させる。これにより、レーザー光照射部６０は積層体Ｓに対してもＸ方向に相対移動することとなる。このようにしているのは、積層体ＳをＸ方向に移動させなければ、既にレーザー光を照射して使用済みとなっている積層体Ｓの箇所に再度レーザー光を照射する可能性があるためである。ステップＳ８，Ｓ９の処理は、順序が逆であっても良いし、同時に実行されても良い。

このような基板Ｗおよび積層体Ｓのステップ送りが終了した後、再びステップＳ５に戻って、制御部３がレーザー光照射部６０をＹ方向に走査させつつ、レーザー光源６１のオンオフ制御を行う。そして、上記と同様の手順がステップＳ７でパターン形成処理が終了したと判断されるまで繰り返される。その結果、制御部３は予め記憶部に格納されたパターンデータに沿ってレーザー光照射部６０から積層体Ｓにレーザー光を照射させて圧力発生部材４２の一部を加熱することとなり、そのパターンに沿って金属ペースト４３が上方に射出されて基板Ｗの表面に付着する。

図７は、パターン形成処理が終了した時点での積層体Ｓの平面図である。また、図８は、パターン形成処理が終了した時点での基板Ｗの平面図である。この例では、「Ａ」というアルファベット文字のパターンに沿ってレーザー光照射部６０から積層体Ｓにレーザー光が照射され、そのパターンに沿って圧力発生部材４２が体積膨張したために、「Ａ」のパターンにて金属ペースト４３が射出されている。その結果、図８に示すように、基板Ｗの表面には「Ａ」というアルファベット文字のパターンに沿って金属ペースト４３が付着することとなる。そして、パターン形成装置１でのパターン形成処理が終了した後、基板Ｗの表面にパターンに沿って付着した金属ペースト４３を乾燥させることによって金属配線が形成される。

以上のように、第１実施形態においては、まず、透明な基材４１の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材４２を積層し、その上に被射出材たる金属ペースト４３を積層して積層体Ｓを形成している。続いて、その積層体Ｓと処理対象となる基板Ｗとを相対向させて配置する。そして、レーザー光照射部６０が基板Ｗに対して相対移動しつつ、レーザー光照射部６０からのレーザー光照射をオンオフして圧力発生部材４２におけるレーザー光照射位置が所定のパターンを描くように、制御部３がレーザー光走査機構６５、ステージ移動機構２０およびレーザー光照射部６０を制御する。こうして積層体Ｓの基材４１の裏面から所定のパターンに沿ってレーザー光を照射して圧力発生部材４２の一部を加熱し、圧力発生部材４２のレーザー光照射領域に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材たる金属ペースト４３を基板Ｗに向けて射出し、基板Ｗの表面に金属ペースト４３のパターンを形成している。

第１実施形態の射出装置５は、昇温すると急激に体積膨張する樟脳を含む圧力発生部材４２をレーザー光照射によって加熱し、圧力発生部材４２に急激な体積膨張に起因した圧力を生じさせ、その圧力を利用して被射出材たる金属ペースト４３を基板Ｗに向けて射出している。昇華性材料である樟脳を加熱したときの急激な体積膨張によって生じた圧力を利用しているため、０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料である金属ペースト４３であっても基板Ｗに向けて射出することができる。

また、パターン形成装置１は、射出装置５を用いて圧力発生部材４２に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材たる金属ペースト４３を射出しているため、０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料である金属ペースト４３を射出して基板Ｗ上にパターンを形成することができる。

特に、第１実施形態のパターン形成装置１は、レーザー光照射部６０を基板Ｗに対して相対移動させつつ、レーザー光照射部６０にレーザー光照射をオンオフさせて、基材４１の裏面から所定のパターンに沿ってレーザー光を照射して圧力発生部材４２の一部を加熱している。そして、圧力発生部材４２のレーザー光照射領域に体積膨張による圧力を生じさせて被射出材たる金属ペースト４３を基板Ｗに向けて射出しているため、基板Ｗ上に所定のパターンに沿って正確に金属ペースト４３を付着させることができる。

また、高粘度の金属ペースト４３を直接射出して基板Ｗに供給しているため、パターン形成に要する工程数が少なく、処理時間も短くすることができる。その結果、基板Ｗに対するパターン形成に要する処理コストの増大を抑制することができる。なお、高価なインクジェットノズルなども不要となり、このことも処理コスト増大の抑制につながる。

また、パターン形成装置１においては、高粘度の金属ペースト４３を直接基板Ｗに供給することができるため、いわゆる濡れ広がりが生じることはない。さらに、基板Ｗに厚い電気配線を形成する場合であっても、高粘度の金属ペースト４３を１回射出するだけで配線形成が可能となり、処理に要する時間を短くすることができる。

また、第１実施形態のパターン形成装置１においては、射出装置５がステージ１０に保持された基板Ｗよりも下方に設けられており、金属ペースト４３が上方に向けて射出される。このため、射出時に発生した金属ペースト４３のミスト等は下方の積層体Ｓに落下することとなるため、そのようなミストが基板Ｗに付着して汚染源となるのを防止することができる。

また、圧力発生部材４２が黒色のカーボンパウダーを含有しているため、レーザー光照射部６０から照射されるレーザー光を効率よく吸収して発熱することにより、圧力発生部材４２に含まれる昇華性材料である樟脳を効果的に加熱することができる。圧力発生部材４２に含まれる昇華性材料である樟脳は光を透過しやすい、言い換えると光を吸収しにくいので、樟脳自体を直接に光で加熱することは難しい。また、圧力発生部材４２に含まれるグリセリンも光を透過しやすい、つまりは光を吸収しにくいので、光照射によってグリセリンを加熱することも困難である。そこで、光を吸収しやすい材料、例えばカーボンパウダーなどの黒色の粒子を圧力発生部材４２に含ませて、そのような黒色粒子に光を吸収させて発熱させることにより、樟脳を加熱しているのである。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態のパターン形成装置１ａの概略構成を示す斜視図である。また、図１０は、第２実施形態のパターン形成装置１ａの正面図である。図９および図１０において、第１実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。

基板Ｗを保持するステージ１０およびステージ１０を移動させるステージ移動機構２０については第１実施形態と全く同じである。また、射出装置５のレーザー光照射部６０およびレーザー光走査機構６５についても第１実施形態と同様である。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは積層体Ｓを支持して搬送する支持搬送機構１５０である。第１実施形態の支持搬送機構５０は可撓性を有する積層体Ｓを２つのローラによって搬送するローラ搬送方式を採用していたが、第２実施形態の支持搬送機構１５０は積層体Ｓをステージに支持して搬送するステージ搬送方式を採用している。

ステージ移動機構２０もステージ搬送方式によるものであり、第２実施形態の支持搬送機構１５０はステージ移動機構２０と類似する構成を備えている。すなわち、支持搬送機構１５０は、モータ１５２の回転軸に連結されたボールネジ１５３にステージ１５１を螺合させて構成されている。モータ１５２がボールネジ１５３を回転させると、それに螺合するステージ１５１がＸ方向に沿って移動する。なお、ステージ移動機構２０と同様に、ステージ１５１をＸ方向に沿って案内するガイドシャフトを設けるようにしても良い。

第１実施形態では２つのローラ５１，５２に沿って積層体Ｓが撓む必要があったために基材４１として樹脂フィルムを用いていたが、第２実施形態では積層体Ｓに可撓性は不要であるため、基材４１はレーザー光照射部６０から出射されるレーザー光に対して透明な素材であれば良く、例えばガラス基板などを使用することができる。透明な基材４１の表面の全面に均一な厚さの圧力発生部材４２の層を形成し、その層の全面に被射出材としての金属ペースト４３を均一な厚さにて積層して積層体Ｓを形成する点は第１実施形態と同じである。なお、第２実施形態では、回転する基材４１に圧力発生部材４２のスラリーおよび／または金属ペースト４３を供給して均一な厚さの層を形成するスピンコート法を用いて層形成を行うようにしても良い。

支持搬送機構１５０のステージ１５１は、環状に構成されており、積層体Ｓの周縁部を保持することによって基板Ｗと積層体Ｓとを対向配置する。ステージ１５１の環状部分の内側は中空であるため、ステージ１５１がレーザー光照射の障害となることはない。なお、ステージ１５１をレーザー光に対して透明な素材（例えば、石英ガラス）にて形成する場合には、板状のステージ１５１にて積層体Ｓの全面を載置して保持するようにしても良い。

第２実施形態のパターン形成装置１ａの残余の構成は第１実施形態と同じである。また、第２実施形態におけるパターン形成の処理手順も第１実施形態（図５）と同様である。このようにしても、レーザー光照射部６０から出射されたレーザー光は透明な基材４１を透過して圧力発生部材４２に照射され、そのレーザー光が照射された圧力発生部材４２の一部が加熱されて急激に体積膨張して圧力を生じる。このため、第１実施形態と同様に、パターン形成装置１ａは、射出装置５によって０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料である金属ペースト４３を射出して基板Ｗ上にパターンを形成することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１および第２実施形態ではレーザー光照射部６０からのレーザー光照射によって圧力発生部材４２を加熱していたが、第３実施形態においてはヒータによって圧力発生部材４２を加熱するようにしている。

図１１は、第３実施形態の積層体Ｓを下側から見た図である。図１２は、図１１の積層体ＳのＡ−Ａ切断面を示す断面図である。第３実施形態では、射出装置５を構成する複数のヒータ１６０が積層体Ｓに付設されている。具体的には、積層体Ｓの基材４１の下面に複数のヒータ１６０が付設されている。

複数のヒータ１６０のそれぞれは電力供給を受けて発熱し、基材４１を介して当該ヒータ１６０の直上に位置している圧力発生部材４２を加熱する。すなわち、個々のヒータ１６０は圧力発生部材４２の一部を加熱する加熱手段である。複数のヒータ１６０に対しては、制御部３の制御下にて個別に電力供給がなされる。従って、制御部３は、複数のヒータ１６０のうちの一部に電力供給がなされるように制御し、その一部のヒータ１６０によって形成されるパターンに沿って圧力発生部材４２を加熱して体積膨張による圧力を発生させることができる。

第３実施形態においては、基材４１の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材４２を積層し、その上に被射出材たる金属ペースト４３を積層して積層体Ｓを形成している。第３実施形態の基材４１は、透明である必要はないが、ヒータ１６０の熱を円滑に圧力発生部材４２に伝導させるために熱伝導率が高い素材にて形成するのが好ましく、例えばセラミックスや金属を用いて形成しても良い。圧力発生部材４２および金属ペースト４３については第１実施形態と同様のものを用いることができる。但し、第３実施形態のようにヒータ１６０で加熱する場合には、圧力発生部材４２に光吸収体として機能する黒色のカーボンパウダーを混合する必要はない。

このような積層体Ｓの下面（基材４１の下面）に複数のヒータ１６０が格子状に付設される。図１１および図１２では、理解容易のために複数のヒータ１６０の付設間隔（ピッチ）を相当に大きくしているが、この付設間隔は特に限定されるものではなく、パターン形成に要求されている精度に応じて適宜のものとすることができる。複数のヒータ１６０の付設間隔を短くして設置密度を高くすると高精度なパターン形成が可能となり、逆に付設間隔を大きくして設置密度を低くするとパターン形成の精度も低くならざるを得ない。もっとも、ヒータ１６０の設置密度を高くすると、処理に要するコストも増大するため、精度とコストとのバランスを考慮してヒータ１６０の設置数を決定するのが好ましい。

パターン形成処理を行う際には、複数のヒータ１６０が付設された積層体Ｓと基板Ｗとを相対向させて配置する。第３実施形態では、複数のヒータ１６０が付設された積層体Ｓおよび基板Ｗがともに移動することなく定位置に保持される。そして、制御部３は予め記憶部に格納されたパターンデータに沿って複数のヒータ１６０のうちの一部に電力供給がなされるように制御し、そのパターンに沿って圧力発生部材４２の一部を急速に加熱して体積膨張させている。その結果、当該パターンに従って圧力発生部材４２の一部に体積膨張による圧力が生じ、被射出材たる金属ペースト４３が基板Ｗに向けて射出され、基板Ｗの表面に金属ペースト４３のパターンが形成される。なお、パターンに対応する複数のヒータ１６０に同時に電力供給を行うようにしてもよいし、順次に電力供給を行って発熱させるようにしても良い。

このように、第３実施形態においては、加熱手段たる複数のヒータ１６０と基板Ｗとを相対移動させる必要はなく、ステージ１０が基板Ｗを定位置に保持していれば足りるため、ステージ移動機構２０は必ずしも必要な構成要素ではない。同様に、複数のヒータ１６０を付設した積層体Ｓと基板Ｗとを相対移動させる必要もなく、支持搬送機構５０（または支持搬送機構１５０）も必須の要素ではない。但し、パターン形成処理前に積層体Ｓと基板Ｗとの位置合わせ（アライメント）を行うために、ステージ移動機構２０および／または支持搬送機構５０を設けておく方が好ましい。

第３実施形態においては、複数のヒータ１６０の一部によって圧力発生部材４２の一部が加熱されて急激に体積膨張して圧力が発生し、その圧力によって金属ペースト４３を射出している。従って、第１および第２実施形態と同様に、０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料である金属ペースト４３を射出して基板Ｗ上にパターンを形成することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第３実施形態では積層体Ｓに付設したヒータによって圧力発生部材４２を加熱していたが、第４実施形態においては圧力発生部材４２自体に直接通電して加熱するようにしている。

図１３は、第４実施形態の積層体Ｓの構造を模式的に示す図である。第４実施形態では、第３実施形態の複数のヒータ１６０に代えて、射出装置５を構成する複数の電極２６０が積層体Ｓに設けられている。具体的には、図１３に示すように、積層体Ｓの基材４１の上面に一対の陽極２６０ａおよび陰極２６０ｂからなる電極２６０を立設している。電極２６０の高さ（基材４１の上面から電極２６０の上端までの距離）は圧力発生部材４２の層の厚さよりも小さくするのが好ましい。また、陽極２６０ａおよび陰極２６０ｂはそれぞれ電源２６１の正極および負極と電気的に接続されている。

圧力発生部材４２にはカーボンパウダーが含有されている。このカーボンパウダーは、第１実施形態ではレーザー光の吸収効率を高める光吸収体であったが、第４実施形態では通電によって発熱する添加剤として機能する。カーボンパウダーが含まれていることによって圧力発生部材４２は通電によって発熱する抵抗発熱体となる。このため、複数の電極２６０のそれぞれに電圧を印加すると、当該電極２６０を構成する陽極２６０ａと陰極２６０ｂとの間の圧力発生部材４２が通電によって発熱する。すなわち、個々の電極２６０および電源２６１は圧力発生部材４２の一部を通電加熱する通電加熱手段である。

第３実施形態と同様に、積層体Ｓには複数の電極２６０が格子状に設けられている（図１１参照）。そして、複数の電極２６０の設置密度が特に限定されるものでなく、パターン形成に要求されている精度に応じて適宜のものとすることができる点も第３実施形態と同様である。

複数の電極２６０に対しては、制御部３の制御下にて電源２６１から個別に電圧が印加される。これを実現する手法としては、複数の電極２６０のそれぞれと電源２６１との間に設けられたスイッチ（図示省略）を制御部３によって開閉するようにしても良いし、複数の電極２６０に個別に設けた電源２６１自体のオンオフを制御部３が制御するようにしても良い。これにより、制御部３は、複数の電極２６０のうちの一部に電圧が印加されるように制御し、その一部の電極２６０によって形成されるパターンに沿って圧力発生部材４２を加熱して体積膨張による圧力を発生させることができる。

第４実施形態においては、複数の電極２６０を取り付けた基材４１の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材４２を積層し、その上に被射出材たる金属ペースト４３を積層して積層体Ｓを形成している。圧力発生部材４２にはカーボンパウダーが含有されている。第４実施形態の基材４１は、透明である必要はないが、短絡防止のために絶縁性を有する素材にて形成する必要があり、例えばセラミックスや樹脂を用いて形成するのが好ましい。金属ペースト４３については第１実施形態と同様である。金属ペースト４３による短絡を防止するため、電極２６０と金属ペースト４３とが接しない程度の厚さにまで圧力発生部材４２を積層することが好ましい。

パターン形成処理を行う際には、複数の電極２６０が設置された積層体Ｓと基板Ｗとを相対向させて配置する。第４実施形態では、複数の電極２６０が設置された積層体Ｓおよび基板Ｗがともに移動することなく定位置に保持される。そして、制御部３は予め記憶部に格納されたパターンデータに沿って複数の電極２６０のうちの一部に電圧が印加されるように制御し、そのパターンに沿って圧力発生部材４２の一部を通電加熱して体積膨張させている。その結果、当該パターンに従って圧力発生部材４２の一部に体積膨張による圧力が生じ、被射出材たる金属ペースト４３が基板Ｗに向けて射出され、基板Ｗの表面に金属ペースト４３のパターンが形成される。なお、パターンに対応する複数の電極２６０に同時に電圧を印加するようにしてもよいし、順次に電圧を印加するようにしても良い。

第４実施形態においても、加熱手段たる複数の電極２６０と基板Ｗとを相対移動させる必要はなく、ステージ１０が基板Ｗを定位置に保持していれば足りるため、ステージ移動機構２０は必ずしも必要な構成要素ではない。同様に、複数の電極２６０を設置した積層体Ｓと基板Ｗとを相対移動させる必要もなく、支持搬送機構５０（または支持搬送機構１５０）も必須の要素ではない。但し、パターン形成処理前に積層体Ｓと基板Ｗとの位置合わせ（アライメント）を行うために、ステージ移動機構２０および／または支持搬送機構５０を設けておく方が好ましい。

第４実施形態においては、複数の電極２６０の一部によって圧力発生部材４２の一部が通電加熱されて急激に体積膨張して圧力が発生し、その圧力によって金属ペースト４３を射出している。従って、第１実施形態から第３実施形態と同様に、０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料である金属ペースト４３を射出して基板Ｗ上にパターンを形成することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第１実施形態から第４実施形態ではいずれもパターンに沿って圧力発生部材４２の一部を加熱していたが、第５実施形態においては圧力発生部材４２を予め所定のパターンに沿って基材４１の表面に設置し、その圧力発生部材４２の全部を一括して加熱するようにしている。

図１４は、第５実施形態のパターン形成装置１ｂの正面図である。同図において、第１および第２実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。基板Ｗを保持するステージ１０およびステージ１０を移動させるステージ移動機構２０については第１実施形態と全く同じである。第５実施形態では、射出装置５が支持部３５０およびマイクロ波加熱部３６０を備えて構成される。

支持部３５０は、第２実施形態のステージ１５１と同じく環状に構成されており、積層体Ｓの周縁部を保持することによって基板Ｗと積層体Ｓとを対向配置する。支持部３５０の環状部分の内側は中空であるため、支持部３５０がマイクロ波照射の障害となることはない。なお、支持部３５０をマイクロ波が透過する素材（例えば、セラミックスや樹脂）にて形成するのであれば、板状の支持部３５０にて積層体Ｓの全面を載置して保持するようにしても良い。

マイクロ波加熱部３６０は、支持部３５０の下方に設けられており、支持部３５０に保持された積層体Ｓに所定周波数のマイクロ波を照射する。マイクロ波加熱部３６０は、積層体Ｓの裏面全面に同時にマイクロ波を照射する。照射されたマイクロ波は積層体Ｓの基材４１を透過して圧力発生部材４２を加熱する。このとき、マイクロ波は積層体Ｓの全面に同時に照射されるため、第５実施形態では圧力発生部材４２の全部が一括して加熱されることとなる。すなわち、マイクロ波加熱部３６０は、圧力発生部材４２の全部を一括して加熱する加熱手段である。

第５実施形態においては、基材４１の表面に積層された圧力発生部材４２の全部が一括して加熱されるため、予め基材４１の表面に圧力発生部材４２が所定のパターンに設置される。図１５は、第５実施形態の積層体Ｓの構造を模式的に示す図である。図１５（ａ）は積層体Ｓの平面図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の積層体のＢ−Ｂ切断面を示す断面図である。同図に示すように、基材４１の表面には所定のパターン（この例では「Ａ」というアルファベット文字のパターン）を描くように圧力発生部材４２の層が形成される。このような圧力発生部材４２のパターンを形成するためには、例えば基材４１に対して相対移動するノズルから圧力発生部材４２のスラリーを吐出するノズルディスペンス法やスラリーを載せた版から基材４１に転写する印刷法などを用いることができる。

そして、圧力発生部材４２のパターンの上に、同じパターンを描くように金属ペースト４３の層を形成する。すなわち、圧力発生部材４２のパターンの上に金属ペースト４３のパターンを重ね合わせるのである。金属ペースト４３のパターン形成についても、ノズルディスペンス法や印刷法などを用いればよい。

基板Ｗへのパターン形成処理を行う際には、圧力発生部材４２および金属ペースト４３が所定のパターンに形成された積層体Ｓと基板Ｗとを相対向させて配置する。このとき、基板Ｗは、基材４１の表面側にて積層体Ｓに対向する位置に保持される。また、第５実施形態では、積層体Ｓおよび基板Ｗがともに移動することなく定位置に保持される。そして、制御部３が所定のタイミングにてマイクロ波加熱部３６０からマイクロ波を照射させることにより、予め所定のパターンに形成された圧力発生部材４２が一括して加熱されて体積膨張する。その結果、当該パターンに従って圧力発生部材４２に体積膨張による圧力が生じ、圧力発生部材４２の上に形成されていた被射出材たる金属ペースト４３が基板Ｗに向けて射出され、基板Ｗの表面に金属ペースト４３のパターンが形成される。

第５実施形態においても、加熱手段たるマイクロ波加熱部３６０と基板Ｗとを相対移動させる必要はなく、ステージ１０が基板Ｗを定位置に保持していれば足りるため、ステージ移動機構２０は必ずしも必要な構成要素ではない。同様に、積層体Ｓと基板Ｗとを相対移動させる必要もなく、支持搬送機構５０（または支持搬送機構１５０）も必須の要素ではない。但し、パターン形成処理前に積層体Ｓと基板Ｗとの位置合わせ（アライメント）を行うために、ステージ移動機構２０および／または支持搬送機構５０を設けておく方が好ましい。

第５実施形態においては、基材４１の表面に圧力発生部材４２を予め所定のパターンに形成し、その上に被射出材たる金属ペースト４３を積層して積層体Ｓを形成している。そして、所定のパターンに形成された圧力発生部材４２が一括して加熱されて急激に体積膨張して圧力が発生し、その圧力によって金属ペースト４３を射出している。従って、第１実施形態から第４実施形態と同様に、０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの高粘度材料である金属ペースト４３を射出して基板Ｗ上にパターンを形成することができる。また、第５実施形態では、圧力発生部材４２が一括して加熱されて所定のパターンに形成された金属ペースト４３が同時に射出されるため、極めて短時間に基板Ｗ上にパターンを形成することができる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について説明する。第１実施形態から第５実施形態では被射出材として高粘度の金属ペースト４３を射出していたが、第６実施形態では金属粒を射出している。図１６は、第６実施形態の積層体Ｓの構造を模式的に示す図である。基材４１の表面に圧力発生部材４２の層が形成されている点は第１実施形態と同様である。

第６実施形態においては、圧力発生部材４２の層の上に複数の金属粒１４４を分散させた高粘度材料１４３の層が形成されている。金属粒１４４の材質や粒径は特に限定されるものではなく、金属粉末であっても良い。また、高粘度材料１４３は０．１Ｐａ・ｓ〜１０００Ｐａ・ｓの粘度を有しており、例えば接着剤などを用いることができる。

積層体Ｓを除く射出装置５およびパターン形成装置１の構成としては、第１実施形態から第５実施形態のいずれをも採用することが可能である。第６実施形態においてパターン形成処理を行うときには、多数の金属粒１４４を含む高粘度材料１４３の層が形成された積層体Ｓと基板Ｗとを相対向させて配置する。そして、所定のパターンに沿って圧力発生部材４２が加熱されると体積膨張による圧力が生じ、被射出材である金属粒１４４を含む高粘度材料１４３が射出される。射出された高粘度材料１４３は基板Ｗの表面に付着し、当該表面に金属粒１４４のパターンが形成される。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態について説明する。第６実施形態では金属粒１４４を含む高粘度材料１４３を射出していたが、第７実施形態では金属粒１４４を直接射出するようにしている。図１７は、第７実施形態の積層体Ｓの構造を模式的に示す図である。基材４１の表面に圧力発生部材４２の層が形成されている点は第１実施形態と同様である。

第７実施形態においては、圧力発生部材４２の層の上に複数の金属粒１４４を分散させて配置している。第６実施形態と同じく、金属粒１４４の材質や粒径は特に限定されるものではなく、金属粉末であっても良い。

積層体Ｓを除く射出装置５およびパターン形成装置１の構成としては、第１実施形態から第５実施形態のいずれをも採用することが可能である。第７実施形態においては、所定のパターンに沿って圧力発生部材４２が加熱されると体積膨張による圧力が生じ、その圧力によって被射出材である金属粒１４４が射出され、金属粒１４４によるパターンを形成することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、圧力発生部材４２に昇華性材料として樟脳を含ませて圧力発生機能を付与するようにしていたが、他の昇華性材料によって圧力発生部材４２に圧力発生機能を付与するようにしても良い。例えば、圧力発生部材４２に昇華性材料としてドライアイスを含ませるようにしても良い。他の昇華性材料であっても加熱されたときに昇華によって体積膨張を生じるため、上記各実施形態と同様の処理を行うことができる。

また、圧力発生部材４２は、昇華性材料を含むものに限定されず、加熱により圧力を発生するものであれば良い。例えば、圧力発生部材４２を爆薬にて構成するようにしても良い。また、圧力発生部材４２としてガス吸蔵材料を用いるようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、レーザー光の吸収効率を高めるために圧力発生部材４２にカーボンパウダーを含ませていたが、これに限定されるものではなく、カーボンパウダー以外の黒色の粒子を含ませるようにしても良い。要するに、光を吸収しやすい材料、換言すれば光を反射や透過しにくい材料を圧力発生部材４２に含ませるようにすれば良い。なお、昇華性材料自体が光を吸収しやすい材料、例えば黒色の昇華性材料であれば、カーボンパウダーのような黒色粒子を圧力発生部材４２に含ませなくても良い。

また、第５実施形態において圧力発生部材４２の全部を一括して加熱する加熱手段として、マイクロ波加熱部３６０に代えて短い発光時間で大きなエネルギーの閃光を照射するフラッシュランプを用いるようにしても良い。

第１および第２実施形態では、基板ＷをＸ方向に移動させるとともに、レーザー光照射部６０をＹ方向に移動させることによって相対移動を行っていたが、これに限定されるものではなく、レーザー光照射部６０をステージ１０に保持された基板Ｗに対してＸ方向およびＹ方向に相対移動させる種々の構成を採用することができる。例えば、基板Ｗを移動させることなく定位置に保持し、レーザー光照射部６０のみをＸ方向およびＹ方向に移動させるようにしても良い。

また、レーザー光照射部６０をＸ方向に沿って一列に並ぶ複数本のレーザー光を出射するマルチレーザー光照射部として構成するようにしても良い。このように構成した場合には、レーザー光照射部６０をＹ方向に走査してのパターン形成処理が複数ライン分同時に行われることとなるため、図５のステップＳ８，Ｓ９にて複数ライン分をまとめてステップ送りすることができ、パターン形成に要する処理時間を短縮することができる。

また、第１および第２実施形態では、レーザー光を照射して圧力発生部材４２を加熱していたが、レーザー光照射に限定されるものではなく、他の光照射によって圧力発生部材４２を加熱するようにしても良い。例えば、光源としてランプを用い、そのランプからの光を集光して圧力発生部材４２に照射するようにしても良いし、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの光を圧力発生部材４２に照射して加熱するようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、射出装置５から上方の基板Ｗに向けて金属ペースト４３を射出するようにしていたが、射出装置５とステージ１０との上下関係を反転し、射出装置５から下方の基板Ｗに向けて金属ペースト４３を射出するようにしても良い。

また、第５実施形態では、予め所定のパターンに形成された圧力発生部材４２を一括して加熱するようにしていたが、第１および第２実施形態の如くレーザー光照射部６０を相対移動させて所定パターンに形成された圧力発生部材４２を順次加熱するようにしても良い。

また、第５実施形態では、所定パターンに形成された圧力発生部材４２の上に同じパターンの金属ペースト４３を重ね合わせるようにしていたが、第１実施形態と同じく圧力発生部材４２のパターンが形成された基材４１の全面に金属ペースト４３を塗布するようにしても良い。このようにしても、所定パターンに形成された圧力発生部材４２が一括して加熱されたときに、そのパターンに沿って金属ペースト４３が射出されることとなり、基板Ｗ上に適切にパターン形成を行うことができる。

また、金属ペースト４３に代えて被射出材として粘度が０．１Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下の接着剤（例えば、エポキシ樹脂系接着剤）を用いるようにしても良い。加熱された圧力発生部材４２の体積膨張に起因した圧力によって接着剤を射出し、例えばセンサと半導体素子との接合部のような微小領域に塗布することができる。本発明に係る技術によれば、そのような微小領域に高価な接着剤を必要量だけ塗布することができ、無駄な接着剤の消費を抑制することが可能となる。

さらに、本発明に係る射出装置５から金属ペースト４３を半導体素子のインナーリードに繋がるようなパターンに射出し、その金属ペースト４３によってアウターリードを形成するようにしても良い。すなわち、本発明に係る技術を用いて半導体装置のワイヤーボンディングを行うこともできる。

本発明は、基板上に各種電気配線のパターン形成を行う技術に好適に適用することができ、特に高粘度材料を用いてパターン形成を行うのに適している。また、本発明は、微細領域への接着剤の塗布や半導体装置のワイヤーボンディングにも好適に適用することができる。

１，１ａ，１ｂ パターン形成装置
３ 制御部
５ 射出装置
１０ ステージ
２０ ステージ移動機構
４１ 基材
４２ 圧力発生部材
４３ 金属ペースト
５０，１５０ 支持搬送機構
６０ レーザー光照射部
６５ レーザー光走査機構
１６０ ヒータ
２６０ 電極
３６０ マイクロ波加熱部
Ｓ 積層体
Ｗ 基板

Claims (22)

1. 基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を支持する支持手段と、
   前記圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記積層体に対向配置された対象物に向けて射出させる加熱手段と、
   を備えることを特徴とする射出装置。
2. 請求項１記載の射出装置において、
   前記圧力発生部材は、前記加熱手段によって加熱されたときに昇華によって体積膨張を生じる昇華性材料を含むことを特徴とする射出装置。
3. 請求項２記載の射出装置において、
   前記昇華性材料は樟脳であることを特徴とする射出装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の射出装置において、
   前記加熱手段は、前記基材の裏面から光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱する光照射手段を含み、
   前記基材は前記光照射手段から照射される光に対して透明であることを特徴とする射出装置。
5. 請求項４記載の射出装置において、
   前記圧力発生部材は、前記光照射手段から照射される光を吸収して発熱することにより前記圧力発生部材を加熱する光吸収材料を含むことを特徴とする射出装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の射出装置において、
   前記光照射手段を前記積層体に対して相対移動させる移動手段をさらに備えることを特徴とする射出装置。
7. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の射出装置において、
   前記加熱手段は、前記圧力発生部材の一部を加熱するヒータを含むことを特徴とする射出装置。
8. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の射出装置において、
   前記加熱手段は、前記圧力発生部材の一部に通電して発熱させる通電加熱手段を含むことを特徴とする射出装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の射出装置において、
   前記被射出材は、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下の高粘度材料を含むことを特徴とする射出装置。
10. 透明な基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を支持する支持手段と、
    前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を保持する基板保持手段と、
    前記基材の裏面から光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱することにより、当該圧力発生部材の一部に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板保持手段に保持された基板に向けて射出させる光照射手段と、
    前記光照射手段を前記保持手段に保持された基板に対して相対移動させる相対移動手段と、
    前記光照射手段が前記保持手段に保持された基板に対して相対移動しつつ光照射をオンオフして光照射位置が所定のパターンを描くように前記相対移動手段および前記光照射手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とするパターン形成装置。
11. 基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を所定のパターンに設置し、その上に被射出材を設置した積層体を支持する支持手段と、
    前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を保持する基板保持手段と、
    前記圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板保持手段に保持された基板に向けて射出させる加熱手段と、
    を備えることを特徴とするパターン形成装置。
12. 基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を形成する積層体形成工程と、
    前記圧力発生部材を加熱することにより、前記圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記積層体に対向配置された対象物に向けて射出させる加熱工程と、
    を備えることを特徴とする射出方法。
13. 請求項１２記載の射出方法において、
    前記圧力発生部材は、前記加熱工程にて加熱されたときに昇華によって体積膨張を生じる昇華性材料を含むことを特徴とする射出方法。
14. 請求項１３記載の射出方法において、
    前記昇華性材料は樟脳であることを特徴とする射出方法。
15. 請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の射出方法において、
    前記加熱工程では、前記圧力発生部材の一部を加熱することを特徴とする射出方法。
16. 請求項１５記載の射出方法において、
    前記加熱工程では、前記基材の裏面から光照射手段により光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱し、
    前記基材は前記光照射手段から照射される光に対して透明であることを特徴とする射出方法。
17. 請求項１６記載の射出方法において、
    前記圧力発生部材は、前記光照射手段から照射される光を吸収して発熱することにより前記圧力発生部材を加熱する光吸収材料を含むことを特徴とする射出方法。
18. 請求項１６または請求項１７に記載の射出方法において、
    前記加熱工程は、前記光照射手段を前記積層体に対して相対移動させる移動工程を含むことを特徴とする射出方法。
19. 請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の射出方法において、
    前記加熱工程では、前記圧力発生部材の全部を一括して加熱することを特徴とする射出方法。
20. 請求項１２から請求項１９のいずれかに記載の射出方法において、
    前記被射出材は、粘度が０．１Ｐａ・ｓ以上１０００Ｐａ・ｓ以下の高粘度材料を含むことを特徴とする射出方法。
21. 透明な基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を設置し、その上に被射出材を設置した積層体を形成する積層体形成工程と、
    前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を配置する基板配置工程と、
    光照射手段を前記基板に対して相対移動させつつ、前記光照射手段に光照射をオンオフさせて、前記基材の裏面から所定のパターンに沿って光を照射して前記圧力発生部材の一部を加熱し、前記圧力発生部材の光照射領域に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板に向けて射出させる射出工程と、
    を備えることを特徴とするパターン形成方法。
22. 基材の表面に加熱により圧力を発生する圧力発生部材を所定のパターンに設置し、その上に被射出材を設置した積層体を形成する積層体形成工程と、
    前記基材の表面側にて前記積層体に対向する位置に基板を配置する基板配置工程と、
    前記圧力発生部材を加熱することにより、当該圧力発生部材に体積膨張による圧力を生じさせて前記被射出材を前記基板保持手段に保持された基板に向けて射出させる射出工程と、
    を備えることを特徴とするパターン形成方法。

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