JP5599701B2 - 配線形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基板上にペースト材料を供給して配線パターンを形成する配線形成装置に関する。

半導体チップ上の配線の形成等を行うミストジェット方式のオープンリペア装置等の配線形成装置は一般に知られている。この配線形成装置の一例としては特許文献１の配線形成装置がある。この配線形成装置を以下に概説する。

配線形成装置は主に、絶縁基板上の酸化物をプラズマガスとの化学反応により除去する浄化用大気プラズマ発生装置と、上記絶縁基板上にペースト材料を供給するペースト材料付着装置と、このペースト材料付着装置で上記絶縁基板上に供給されたペースト材料に酸素ラジカル分子を照射する酸素ラジカル分子噴射装置とから構成されている。そして、この配線形成装置の浄化用大気プラズマ発生装置が絶縁基板上の酸化物を除去した後、ペースト材料付着装置が上記絶縁基板上にペースト材料を供給し、その後、酸素ラジカル分子噴射装置が上記絶縁基板上に供給されたペースト材料に酸素ラジカル分子を照射して、配線を形成する。

この配線形成装置において、ペースト材料付着装置は図１に示すように構成されている。即ち、ペースト材料付着装置１は、霧化装置２と、ミスト流変換装置３と、ノズル４とを有している。

霧化装置２は主に、霧化部５と、溶媒補給部６とからなっている。霧化部５は、ペースト溶剤を超音波振動によって霧化してそのミスト流をミスト流変換装置３に供給する。溶媒補給部６は、キャリアガス源からのキャリアガスと、溶媒を霧化（気化）したガスとを混合させた混合ガスを、霧化部５に供給する。

ミスト流変換装置３は、霧化装置２によって霧化されたペースト材料のミスト流を、その流径が所定の流径になるように、また、ミスト流が螺旋状に回転するように変換する。ノズル４は、ミスト流変換装置３での変換後のミスト流を絶縁基板上に噴射させる。

国際公開第２００９／０６９２１０号公報

ところで、上述した霧化装置２では、溶媒補給部６の温度調整機能は無く、恒温槽７によって一定温度に保たれる。これにより、良好な配線の形成が可能であるが、周囲の温度が変化したり、霧化部５からミスト流変換装置３へ送られるミスト流の混合比が経時的に変化したりすると、安定した配線を形成することができなくなる。

なお、霧化部５においては、金属ナノペーストと希釈剤を混合した溶液（以下、塗布溶液）を超音波で霧化し、霧化した際に浮遊する金属ナノペーストをキャリアガス（N2）にてノズル４まで送り込むことにより金属ナノペースト塗布を行うが、この時、金属ナノペーストのみでは霧化せず、希釈剤中に霧化特性の良好な溶液を加える必要がある。ここで、金属ナノペーストとは、金属ナノ粒子と、金属のナノ状態を保つための溶剤のことである。

上記塗布溶液において超音波振動によって連続して霧化を行った場合、液体が蒸発して減少しやすくなるため、上記霧化特性の良好な溶液が先んじて減少し、始めは塗布溶液の混合比の変化に伴う塗布ライン形状の変化が発生し、比較的短期間で、霧化が行えず描画不可能となってしまう。

また、溶媒補給部６の周囲の温度が変化すると、連通管等を解して内部のガスに影響してキャリアガス濃度が変化し、霧化部５への溶媒供給量が変化して霧化部５での混合比が不安定になってしまう。この結果、安定して配線パターンを形成することができない。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、安定して配線パターンを形成できる配線形成装置を提供することを目的とする。

第１の本発明に係る霧化装置の配線形成装置は、ペースト材料付着装置で絶縁基板上にペースト材料を供給して配線パターンを形成する配線形成装置である。上記ペースト材料付着装置は、上記ペースト材料を霧化する霧化装置と、当該霧化装置で霧化されたペースト材料を上記絶縁基板上に吹き付けるノズルとを備え、上記霧化装置は、溶媒を霧化したガスとキャリアガスとを混合して上記霧化部に補給する溶媒補給部と、ペースト溶剤を霧化して上記溶媒補給部からの混合ガスに取り込んでミスト流を作る霧化部と、上記ミスト流の混合比を調整する混合比調整装置とを備え、上記混合比調整装置が、上記霧化部から上記ノズルへ送られるミスト流を冷却して一部液化させてミスト流の混合比を調整する冷却部で構成されたことを特徴とする。
第２の本発明に係る霧化装置の配線形成装置は、ペースト材料付着装置で絶縁基板上にペースト材料を供給して配線パターンを形成する配線形成装置である。上記ペースト材料付着装置は、上記ペースト材料を霧化する霧化装置と、当該霧化装置で霧化されたペースト材料を上記絶縁基板上に吹き付けるノズルとを備え、上記霧化装置は、溶媒を霧化したガスとキャリアガスとを混合して上記霧化部に補給する溶媒補給部と、ペースト溶剤を霧化して上記溶媒補給部からの混合ガスに取り込んでミスト流を作る霧化部と、上記ミスト流の混合比を調整する混合比調整装置とを備え、上記混合比調整装置が、上記溶媒補給部を温度制御して、一定温度に保つと共に上記霧化部でのミスト流の混合比の変化に対応して当該溶媒補給部の温度を可変させて溶媒補給量を変化させる温度制御部で構成されたことを特徴とする。

上記混合比調整装置が上記ミスト流の混合比を調整するため、長期間に亘って継続的に安定した配線を形成することができる。

従来のペースト材料付着装置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る配線形成装置の要部を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るペースト材料付着装置を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るペースト材料付着装置の制御系を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る配線形成装置の制御機能を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る配線形成装置について、添付図面を参照しながら説明する。配線形成装置は、後述するペースト材料付着装置で半導体チップや液晶ディスプレイ等の絶縁基板上にペースト材料を供給して配線パターンを形成したり、配線欠落箇所を修復したりするのに用いられる装置である。この配線形成装置には、ミストジェット方式のオープンリペア装置等の種々の方式の装置がある。このような配線形成装置では、ノズルから噴射されるミスト流の混合比の変化は完全に抑えることはできず、徐々に塗布ライン形状が変化してしまう。これに対して、本実施形態に係る配線形成装置は、このミスト流の混合比を調整可能にして、長期間に亘って継続的に安定した配線の形成を可能にした装置である。

ノズルから噴射されるミスト流の混合比の変化は、稼働時間の経過と共に確実に発生するため、塗布ライン形状に応じた塗布パラメータの変更が必要となる。塗布ライン形状と塗布パラメータの関係について、塗布ライン幅とキャリアガス流量との間に比例関係が成立することが実験により明らかとなった。即ち、キャリアガス流量を増やせば塗布ライン幅は広くなる。このため、時間の経過と共に塗布ライン幅は狭くなるのに対して、キャリアガス流量を徐々に増やせば、塗布ライン幅が狭くなるのを防いで、塗布ライン幅を一定に保つことができる。

そこで、本実施形態に係る配線形成装置では、画像処理により塗布ライン幅を判別し、そのフィードバックとしてキャリアガス流量を増加させることにより、塗布ライン形状の安定化を図った。また、キャリアガス流量の増加以外に、ミスト流の混合比を調整することでも、塗布ライン形状の安定化が可能となる。本実施形態に係る配線形成装置は、このような考えのもとになされたものである。以下に、本実施形態に係る配線形成装置の具体的な構成を説明する。

本実施形態の配線形成装置の概略構成は、図２に示すようになっている。即ち、配線形成装置１１は、絶縁基板１２上の酸化物をレーザによるザッピング処理で除去するザッピング処理装置１３と、絶縁基板１２上にペースト材料を供給するペースト材料付着装置１４と、このペースト材料付着装置１４で絶縁基板１２上に供給されたペースト材料をレーザで焼成して固める焼成処理装置１５とを備えて構成されている。

ザッピング処理装置１３は、ペースト材料付着装置１４からのペースト材料を絶縁基板１２上へ付着させる際の障害になる酸化物を除去するための装置である。ザッピング処理装置１３は、レーザ光を照射して、絶縁基板１２の表面部の酸化物に対して削ったり、穴をあけたり、切断したりして除去する。ザッピング処理装置１３は、ペースト材料を塗布する区間に対してザッピング処理を施す。

ザッピング処理装置１３は、既知の自動制御機構(図示せず)を用いて、所望のパターンに沿って自動的に移動させることができる。

ザッピング処理装置１３により、浄化された絶縁基板１２上の領域には、図２のペースト材料付着装置１４のノズル２４の噴出口からペースト材料が吹き付けられて供給される。このペースト材料付着装置１４のノズル２４を、ザッピング処理装置１３に追従させることにより、絶縁基板１２上の浄化された領域に、順次、ペースト材料を線状（直線状又は曲線状）に供給し、付着させることができる。

絶縁基板１２上へペースト材料を付着させる方法は、インクジェット方式と同様な方式を用いたノズルにより、ペースト材料をミスト状態（霧化状態）にして吹き付ける方法（以下、ミストジェットと呼ぶ）等を適用する。ミストジェット処理では、ノズル２４からの噴射を、例えば螺旋状にミストが出ていくような絞り込んだ噴射とすることで線状の配線を形成させることができる。ペースト材料をミスト状態（霧状態）にするために、後述する霧化装置３１が適用される。

焼成処理装置１５は、絶縁基板１２に塗布されたペースト材料をＣＷレーザにより固めて、配線パターン２３を形成するための装置である。焼成処理装置１５は、パルスレーザではなく、ＣＷレーザを用いることで、ペースト材料を確実に照射して焼成し、配線パターン２３を形成する。

ペースト材料付着装置１４は、図３に示すように、霧化装置３１と、ミスト流変換装置３２と、ノズル２４とを有している。

ミスト流変換装置３２は、霧化装置３１によって霧化されたペースト材料のミスト流を、その流径が所定の流径になるように、また、ミスト流が螺旋状に回転するように変換するものであり、このような変換後のミスト流がノズル２４から噴射されるようになされている。ノズル２４は、霧化装置３１で霧化されたペースト材料を絶縁基板１２上に吹き付ける。ミスト流変換装置３２とノズル２４は、既存の装置を用いることができる。

霧化装置３１は、上記ペースト材料を霧化するための装置である。この霧化装置３１は、霧化部３４と、溶媒補給部３５と、混合比調整装置３６とからなっている。

霧化部３４は、ペースト溶剤を霧化して溶媒補給部３５からの混合ガスに取り込んでミスト流を作るための装置である。霧化部３４は、連通管３７を介してミスト流変換装置３２に繋がっており、霧化されたペースト溶剤のミスト流をミスト流変換装置３２に供給する。連通管３７には、その内部を冷やさないようにする液化防止用ヒーター３８が設けられている。液化防止用ヒーター３８は、霧化されている輸送途中のミスト流中の後述する溶媒５３が液化するのを防止する。

霧化部３４は、純水などの所定温度の恒温水である恒温用液体４０が収容された恒温槽４１を有し、恒温用液体４０には、上述したペースト材料（例えば、金ナノペースト）と、ペースト材料を溶かす溶媒（希釈剤；例えばキシレン）の混合物４２（ペースト溶剤）を収容した材料収容容器４３が浸漬されている。材料収容容器４３は、例えば傾斜して設置されており、また、恒温槽４１の内部であって材料収容容器４３の最も低い位置の近傍には超音波発生装置４４が設けられている。超音波発生装置４４は、その超音波振動により、恒温用液体４０や材料収容容器４３を介して、混合物４２に霧化するためのエネルギーを供給して霧化させるものである。即ち、ミスト発生のプロセスは、ペースト溶剤である混合物４２に恒温用液体４０を介して超音波発生装置４４で超音波を照射し、この超音波のエネルギーを用いてミスト化を促すものである。ここで、恒温用液体４０は、超音波振動の伝達媒体および原料の加熱媒体として機能している。

材料収容容器４３の上部開口は、蓋体４５によって塞がれるようになされている。蓋体４５は、流体導入口４６及び流体導出口４７を有する。流体導出口４７のうち、材料収容容器４３の内部側は、内部管４８に繋がっており、また、材料収容容器４３の外部側は、ミスト流変換装置３２に繋がっている連通管３７に繋がっている。流体導入口４６のうち、材料収容容器４３の外部側は溶媒補給部３５に繋がっている連通管５０に繋がっており、材料収容容器４３の内部側は放出開口５１に繋がっている。

これにより、溶媒補給部３５から供給されたキャリアガス及び溶媒の混合ガス（混合気体）は、流体導入口４６から材料収容容器４３内部に導入されて、内部管４８の内部に導入され、内部管４８、流体導出口４７及び連通管３７を順次介してミスト流変換装置３２側に供給されるようになる。この際、超音波振動エネルギーにより霧化した混合物４２の気体もこの流れに取り込まれ、内部管４８の最下端の開口から内部管４８の内部に導入され、内部管４８、流体導出口４７及び連通管３７を順次介してミスト流変換装置３２側に供給される。

溶媒補給部３５は、溶媒５３を霧化（気化）したガスと、不活性ガスでなるキャリアガス（例えば窒素ガス）とを混合して霧化部３４に補給するための装置である。溶媒補給部３５は、連通管５４を介してキャリアガス源５５に繋がり、また、連通管５０を介して霧化部３４に繋がっている。溶媒補給部３５は、キャリアガス源５５から供給されたキャリアガスと、溶媒５３を霧化（気化）したガスとを混合して、霧化部３４に供給（溶媒５３を補給）する。

連通管５０には、その内部を冷やさないようにする液化防止用ヒーター５６が設けられている。液化防止用ヒーター５６は、霧化されている輸送途中の混合ガス中の溶媒５３が液化するのを防止する。

混合比調整装置３６は、上記ミスト流の混合比を調整する装置である。混合比調整装置３６は、冷却部６１と、温度制御部６２と、キャリアガス流量調節装置６３とから構成されている。

冷却部６１は、霧化部３４からミスト流変換装置３２を介してノズル２４へ送られるミスト流を冷却して一部液化させてミスト流の混合比を調整する装置である。冷却部６１は、霧化部３４とミスト流変換装置３２を繋ぐ連通管３７に設けられている。冷却部６１は、例えば、連通管３７のうち霧化部３４の近傍に設けられたペルチェ素子等によって構成されている。冷却部６１は既存の冷却装置を用いることができる。この冷却部６１で、霧化部３４から連通管３７に流入したミスト流を冷却して一部液化させて、ミスト流の混合比を調整する。

温度制御部６２は、溶媒補給部３５を温度制御するための装置である。温度制御部６２は、溶媒補給部３５を一定温度に保って溶媒補給量を一定量に保つ。さらに、温度制御部６２は、霧化部３４でのミスト流の混合比の変化に対応して、溶媒補給部３５の温度を可変させて溶媒補給量を変化させ、最終的に霧化部３４からミスト流変換装置３２を介してノズル２４へ送られるミスト流の混合比を調整するようになっている。温度制御部６２は、溶媒補給部３５を囲繞するヒーター等の加熱手段及び温度センサー（いずれも図示せず）を備えて構成されている。これにより、温度センサーで温度を検出して加熱手段で温度を調整して一定に保つことで、キャリアガス濃度は常に一定になり、外部温度が変化してもその影響を受けず、霧化部３４へ供給される溶媒補給量が一定となって霧化部３４の長寿命化が可能となる。また、溶媒補給部３５の温度を可変させることにより溶媒補給量を変化させることができ、ミスト流の混合比の変化に対応できるようになる。

キャリアガス流量調節装置６３は、溶媒補給部３５に供給されるキャリアガスの流量を調節して、溶媒５３を霧化したガスとキャリアガスとの混合比を調整するための装置である。キャリアガス流量調節装置６３は、キャリアガス源５５の流出側に設けられている。キャリアガス流量調節装置６３は、バルブ開度を調整できる開閉装置等の既存の装置を用いることができる。

冷却部６１、温度制御部６２及びキャリアガス流量調節装置６３は、自動的に制御される。この自動制御構成を図４に示す。図中の６５は、配線形成装置１１全体を制御するための制御装置である。さらに制御装置６５は、図５のフローチャートに基づいて混合比調整装置３６を制御する。即ち、配線の線幅が所定の線幅に達していないとき、混合比調整装置３６を制御して、ミスト流の混合比を調整する。

制御装置６５には、冷却部６１、温度制御部６２、キャリアガス流量調節装置６３、液化防止用ヒーター３８及び液化防止用ヒーター５６がそれぞれ接続されている。さらに、制御装置６５には、形成された配線の線幅の画像と予め設定した所定の線幅とを比較する画像処理装置６６が接続されている。この画像処理装置６６には、絶縁基板１２上の配線パターン２３に焦点を絞るために対物レンズオートフォーカス装置６７が接続されている。この対物レンズオートフォーカス装置６７には、配線パターン２３を撮像する対物レンズ付きカメラ６８が接続されている。画像処理装置６６、対物レンズオートフォーカス装置６７及び対物レンズ付きカメラ６８は既存の装置を用いることができる。

以上のように構成された配線形成装置は、次のように作用する。図５のフローチャートに基づいて説明する。

まず、テスト描画が必要か否かが判断される(ステップS１)。テスト描画が必要ないと判断された場合は、ステップS９に進み、通常の処理が行われる。即ち、霧化装置３１において、キャリアガス源５５から供給されたキャリアガスは溶媒補給部３５内に導入され、この溶媒補給部３５内で、溶媒５３を霧化したガスと、キャリアガスとが混合される。この溶媒５３を霧化したガスとキャリアガスとの混合ガスは、霧化部３４に供給される。連通管５０では、混合ガスが液化防止用ヒーター５６によって加熱されて、液化するのを防止している。

溶媒補給部３５から霧化部３４に供給された混合ガスは、流体導入口４６から材料収容容器４３内部に導入され、内部管４８の最下端の開口から内部管４８の内部に導入され、この混合ガスに混合物４２が取り込まれてミスト流となってミスト流変換装置３２側に供給される。連通管３７では、混合ガスが液化防止用ヒーター３８によって加熱されて、液化するのを防止している。

一方、ザッピング処理装置１３では、レーザ光が絶縁基板１２の表面に照射される。このレーザ光の照射を受けた部分に残存する酸化物は、このレーザによるザッピング処理により除去される。その後、ミスト流がノズル２４から噴射されて、絶縁基板１２の表面へ向けて吹き付けられる。

次いで、焼成処理装置１５でＣＷレーザ光が照射されて後処理が行われる。

一方、ステップS１において、テスト描画が必要であると判断された場合は、テストガラスに移動され(ステップS２)、対物レンズオートフォーカス装置６７で焦点が絞られて(ステップS３)、テストのための描画が施されると共に対物レンズ付きカメラ６８で撮像される(ステップS４)。

次いで、ＢＭＰ保存がされ(ステップＳ５)、画像処理によりＢＭＰ幅が検出されて(ステップＳ６)、予め設定された所定の線幅と比較される。

次いで、キャリアガス流量変更が必要か否か判断される(ステップＳ７)。即ち、撮像した線幅が予め設定された所定の線幅と比較して細い場合は、キャリアガス流量調節装置６３を制御して、キャリアガス流量を増加させる(ステップＳ８)。このとき、撮像した線幅の所定の線幅に対する細さの程度に応じてキャリアガス流量の増加幅を調整する。さらに、冷却部６１及び温度制御部６２も適宜作動させる。即ち、キャリアガス流量調節装置６３と共に、又はキャリアガス流量調節装置６３に代えて、冷却部６１及び温度制御部６２の一方又は両方を制御する。冷却部６１では、ミスト流を冷却して混合比を高める。温度制御部６２では、溶媒補給部３５を加熱する温度を制御して、ノズル２４からのミスト流の供給量を増やす。これらを微調整して、配線パターン２３の線幅を設定値に修正する。

次いで、通常処理(ステップＳ９)に移る。

一方、撮像した線幅が所定の線幅と比較して細くなっていない場合は、通常処理(ステップＳ９)に移る。

以上により、長期間に亘って継続的に安定した配線を形成することができる。

従来の連続稼働時間は数時間であったが、上記システムを用いることにより１日１回〜２回の塗布パラメータ調整を行うことで１ケ月の連続稼働が可能となった。これにより、メンテナンスサイクルを延ばして装置の良好な状態を長期間維持することができ、ランニングコストの低減を図ることができる。

[変形例]
上記実施形態では、冷却部６１、温度制御部６２及びキャリアガス流量調節装置６３をすべて設けたが、これらのうちのいずれか１つ又は２つだけ設けるようにしてもよい。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。

また、金属ナノペーストを使用した装置のみならず、ミストジェットシステム全般に本発明を適用することができる。

また、霧化部３４及び溶媒補給部３５の構成は種々のものがあり、既存の装置すべてを用いることができる。

１１：配線形成装置、１２：絶縁基板、１３：ザッピング処理装置、１４：ペースト材料付着装置、１５：焼成処理装置、２３：配線パターン、２４：ノズル、３１：霧化装置、３２：ミスト流変換装置、３４：霧化部、３５：溶媒補給部、３６：混合比調整装置、３７：連通管、３８：液化防止用ヒーター、４０：恒温用液体、４１：恒温槽、４２：混合物、４３：材料収容容器、４４：超音波発生装置、４５：蓋体、４６：流体導入口、４７：流体導出口、４８：内部管、５０：連通管、５１：放出開口、５３：溶媒、５４：連通管、５５：キャリアガス源、５６：液化防止用ヒーター、６１：冷却部、６２：温度制御部、６３：キャリアガス流量調節装置、６５：制御装置、６６：画像処理装置、６７：対物レンズオートフォーカス装置、６８：対物レンズ付きカメラ。

Claims (4)

1. ペースト材料付着装置で絶縁基板上にペースト材料を供給して配線パターンを形成する配線形成装置において、
   上記ペースト材料付着装置は、上記ペースト材料を霧化する霧化装置と、当該霧化装置で霧化されたペースト材料を上記絶縁基板上に吹き付けるノズルとを備え、
   上記霧化装置は、溶媒を霧化したガスとキャリアガスとを混合して上記霧化部に補給する溶媒補給部と、ペースト溶剤を霧化して上記溶媒補給部からの混合ガスに取り込んでミスト流を作る霧化部と、上記ミスト流の混合比を調整する混合比調整装置とを備え、
   上記混合比調整装置が、上記霧化部から上記ノズルへ送られるミスト流を冷却して一部液化させてミスト流の混合比を調整する冷却部で構成されたことを特徴とする配線形成装置。
2. ペースト材料付着装置で絶縁基板上にペースト材料を供給して配線パターンを形成する配線形成装置において、
   上記ペースト材料付着装置は、上記ペースト材料を霧化する霧化装置と、当該霧化装置で霧化されたペースト材料を上記絶縁基板上に吹き付けるノズルとを備え、
   上記霧化装置は、溶媒を霧化したガスとキャリアガスとを混合して上記霧化部に補給する溶媒補給部と、ペースト溶剤を霧化して上記溶媒補給部からの混合ガスに取り込んでミスト流を作る霧化部と、上記ミスト流の混合比を調整する混合比調整装置とを備え、
   上記混合比調整装置が、上記溶媒補給部を温度制御して、一定温度に保つと共に上記霧化部でのミスト流の混合比の変化に対応して当該溶媒補給部の温度を可変させて溶媒補給量を変化させる温度制御部で構成されたことを特徴とする配線形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の配線形成装置において、
   上記混合比調整装置が、上記溶媒補給部に供給されるキャリアガスの流量を調節して、溶媒を霧化したガスとキャリアガスとの混合比を調整するキャリアガス流量調節装置で構成されたことを特徴とする配線形成装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の配線形成装置において、
   形成された配線の線幅を撮像して所定の線幅と比較する画像処理装置と、
   当該画像処理装置で撮像した配線の線幅が所定の線幅に達していないとき、上記混合比調整装置を制御してミスト流の混合比を調整する制御装置とを備えたことを特徴とする配線形成装置。

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