特許 7622988 部材加工方法、部材加工システム、部材の接合方法、電子部材、および加工の課金システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-20

(45)【発行日】2025-01-28

(54)【発明の名称】部材加工方法、部材加工システム、部材の接合方法、電子部材、および加工の課金システム

(51)【国際特許分類】

   B05D 3/06 20060101AFI20250121BHJP

   B05C 9/12 20060101ALI20250121BHJP

   H01L 21/3213 20060101ALI20250121BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20250121BHJP

【ＦＩ】

B05D3/06 Z

B05C9/12

H01L21/88 C

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021017290

(22)【出願日】2021-02-05

(65)【公開番号】P2022120414

(43)【公開日】2022-08-18

【審査請求日】2023-12-22

(73)【特許権者】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(74)【代理人】

【識別番号】100099508

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 久

(74)【代理人】

【識別番号】100182567

【弁理士】

【氏名又は名称】遠坂 啓太

(74)【代理人】

【識別番号】100219483

【弁理士】

【氏名又は名称】宇野 智也

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 恵友

【審査官】鏡 宣宏

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５１１７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２４９８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２４７８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｄ １／００－７／２６

Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００

Ｂ０５Ｃ １／００－２１／００

Ｇ０２Ｂ ５／２０－５／２８

Ｇ０３Ｃ ３／００－７／１８

Ｇ０３Ｆ ７／００－７／４２

Ｈ０１Ｌ ２１／８８－２１／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

部材の被加工面に、光反応性粒子を含む塗布溶液を塗布し、塗布膜を形成させる塗布工程と、
前記塗布膜中の前記光反応性粒子を前記部材の被加工面側に集中させる粒子偏在化工程と、
光照射手段により、前記塗布膜中の前記光反応性粒子に光を照射する光照射工程と、を有し、
前記光が照射された、前記部材の被加工面近傍の前記光反応性粒子により、前記部材の被加工面を加工する、部材加工方法であり、
前記粒子偏在化工程が、前記塗布膜の上に配置された第１の電極と、電圧印加手段と、を含む電界発生手段により電界を発生させ、前記塗布膜中の前記光反応性粒子を、前記部材の被加工面側に集中させる工程である、部材加工方法。

【請求項2】

前記光照射手段が、光源と、前記光源と前記塗布膜との間に配置される光シャッターと、を備え、
前記光照射工程において、光照射制御手段で前記光シャッターを制御し、前記光源からの光を前記塗布膜に選択的に透過させる、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記電界発生手段が、前記部材を挟んで前記第１の電極と対向するように配置される第２の電極を含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記第１の電極が、複数の微細電極を含み、
前記電界発生手段が、前記第１の電極と、前記電圧印加手段と、電界制御手段とを備え、
前記粒子偏在化工程において、前記電界制御手段で前記微細電極を制御し、選択的に電圧を印加する、請求項１から３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

前記光反応性粒子が、コアシェル粒子であり、
シェルが、フラーレン誘導体である、請求項１から４のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

前記塗布溶液が、水を含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

前記光が、紫外線を含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

部材の被加工面に形成された塗布膜中の光反応性粒子を前記部材の被加工面側に集中させる粒子偏在化手段と
前記塗布膜中の前記光反応性粒子に光を照射する光照射手段と、を備える部材加工装置を有する、部材加工システムであり、
前記粒子偏在化手段が、前記部材の被加工面に形成された塗布膜の上に配置される第１の電極と、電圧印加手段と、を含み、前記塗布膜中の前記光反応性粒子の位置を制御するための電界を発生させる電界発生手段である、部材加工システム。

【請求項9】

前記部材加工装置と、前記光照射手段の光を制御する光照射制御手段と、を有し、
前記光照射手段が、光源と、前記光源と前記塗布膜の間に配置される光シャッターと、を含み、
前記光照射制御手段が、前記光シャッターの光の透過領域を制御する手段である、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記電界発生手段が、前記部材を挟んで前記第１の電極と対向するように配置される第２の電極を含む、請求項８または９に記載のシステム。

【請求項11】

前記第１の電極が、複数の微細電極を含み、
前記電界発生手段が、前記第１の電極と前記電圧印加手段との間に配置され、複数の前記微細電極と前記電圧印加手段との間の電気的接続をそれぞれ制御する電界制御手段を含む、請求項８から１０のいずれかに記載のシステム。

【請求項12】

第１の部材と第２の部材とを接合する部材の接合方法であり、
請求項１から７のいずれかに記載の方法により、前記第１の部材の前記第２の部材との接合部に凹部を形成する工程と、
請求項１から７のいずれかに記載の方法により、前記第２の部材の前記第１の部材との接合部に前記凹部に嵌合できる凸部を形成する工程と、
前記第２の部材の前記凸部を前記第１の部材の前記凹部にはめ込む工程と、を有する接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、部材加工方法および部材加工システム、ならびにそれを利用した部材の接合方法に関するものである。また、本発明は、電子部材に関するものである。また、本発明は、部材の課金システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体素子などの微細加工では、フォトレジストなどを用いて、基板上にパターンを形成し、ドライエッチングなどにより、基板の加工を施し、その後に、フォトレジストを除去していた（例えば、特許文献１～３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－１０９５８６号公報

【文献】特開２００９－１４７２１５号公報

【文献】特開平５－１３６０４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、フォトレジストを利用した従来の加工方法は、加工工程が多いという問題があった。近年、半導体素子は、画像素子やメモリー、ロジックなどの組み合わせによりアセンブリ後の素子構造自体が複雑化し、プロセス負担が増大している。そのため、プロセス負担を低減できる、新たな３次元凹凸形成技術が求められていた。

【0005】

また、フォトレジストを利用した従来の加工方法は、基板上に所望のパターンを形成するために、複数のマスクが必要になり、多品種少量生産に対応することが難しかった。

【0006】

本発明は、かかる状況に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、少ない工数で、精度よく加工ができ、形成させるパターンも簡単に変更できる部材の加工方法およびそのシステムを提供することである。また、本発明の目的は、本発明の加工方法を利用した部材の接合方法および電子部材を提供することである。また、加工の課金システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。

【0008】

すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
＜１＞ 部材の被加工面に、光反応性粒子を含む塗布溶液を塗布し、塗布膜を形成させる塗布工程と、前記塗布膜中の前記光反応性粒子を前記部材の被加工面側に集中させる粒子偏在化工程と、光照射手段により、前記塗布膜中の前記光反応性粒子に光を照射する光照射工程と、を有し、前記光が照射された、前記部材の被加工面近傍の前記光反応性粒子により、前記部材の被加工面を加工する、部材加工方法。
＜２＞ 前記光照射手段が、光源と、前記光源と前記塗布膜との間に配置される光シャッターと、を備え、前記光照射工程において、光照射制御手段で前記光シャッターを制御し、前記光源からの光を前記塗布膜に選択的に透過させる、前記＜１＞に記載の方法。
＜３＞ 前記粒子偏在化工程が、前記塗布膜の上に配置された第１の電極と、電圧印加手段と、を含む電界発生手段により電界を発生させ、前記塗布膜中の前記光反応性粒子を、前記部材の被加工面側に集中させる工程である、前記＜１＞または＜２＞に記載の方法。
＜４＞ 前記電界発生手段が、前記部材を挟んで前記第１の電極と対向するように配置される第２の電極を含む、前記＜３＞に記載の方法。
＜５＞ 前記第１の電極が、複数の微細電極を含み、前記電界発生手段が、前記第１の電極と、前記電圧印加手段と、電界制御手段とを備え、前記粒子偏在化工程において、前記電界制御手段で前記微細電極を制御し、選択的に電圧を印加する、前記＜３＞または＜４＞に記載の方法。
＜６＞ 前記光反応性粒子が、コアシェル粒子であり、シェルが、フラーレン誘導体である、前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の方法。
＜７＞ 前記塗布溶液が、水を含む、前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の方法。
＜８＞ 前記光が、紫外線を含む、前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の方法。

【0009】

＜９＞ 部材の被加工面に形成された塗布膜中の光反応性粒子を前記部材の被加工面側に集中させる粒子偏在化手段と前記塗布膜中の前記光反応性粒子に光を照射する光照射手段と、を備える部材加工装置を有する、部材加工システム。
＜１０＞ 前記部材加工装置と、前記光照射手段の光を制御する光照射制御手段と、を有し、前記光照射手段が、光源と、前記光源と前記塗布膜の間に配置される光シャッターと、を含み、前記光照射制御手段が、前記光シャッターの光の透過領域を制御する手段である、前記＜９＞に記載のシステム。
＜１１＞ 前記粒子偏在化手段が、前記部材の被加工面に形成された塗布膜の上に配置される第１の電極と、電圧印加手段と、を含み、前記塗布膜中の前記光反応性粒子の位置を制御するための電界を発生させる電界発生手段である、前記＜９＞または＜１０＞に記載のシステム。
＜１２＞ 前記電界発生手段が、前記部材を挟んで前記第１の電極と対向するように配置される第２の電極を含む、前記＜１１＞に記載のシステム。
＜１３＞ 前記第１の電極が、複数の微細電極を含み、前記電界発生手段が、前記第１の電極と前記電圧印加手段との間に配置され、複数の前記微細電極と前記電圧印加手段との間の電気的接続をそれぞれ制御する電界制御手段を含む、前記＜１１＞または＜１２＞に記載のシステム。

【0010】

＜１４＞ 第１の部材と第２の部材とを接合する部材の接合方法であり、前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の方法により、前記第１の部材の前記第２の部材との接合部に凹部を形成する工程と、前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の方法により、前記第２の部材の前記第１の部材との接合部に前記凹部に嵌合できる凸部を形成する工程と、前記第２の部材の前記凸部を前記第１の部材の前記凹部にはめ込む工程と、を有する接合方法。
＜１５＞ 複数の部材を有する電子部材であり、凹部が形成された接合部を有する第１の部材と、前記凹部に嵌合可能な凸部が形成された接合部を有する第２の部材とを有し、前記第１の部材の前記凹部に、前記第２の部材の前記凸部が嵌合され、電気的に接合されている電子部材。

【0011】

＜１６＞ 部材に行う加工に対応する加工パターン情報を有したパターンデータベースに利用者がアクセスして所定の前記加工パターン情報を取得するパターン情報取得手段を備えた端末と、前記端末と接続された加工手段とを備え、前記加工手段は、前記端末の加工パターン情報に基づいて前記部材を加工する加工の課金システムであって、前記加工パターン情報それぞれには、一定、あるいは、異なる料金が設定されており、前記端末が取得した加工パターン情報に応じた料金を前記利用者に請求する、加工の課金システム。
＜１７＞ 前記加工手段が、前記部材の被加工面に形成された塗布膜中の光反応性粒子を前記部材の被加工面側に集中させる粒子偏在化手段、および前記塗布膜中の前記光反応性粒子に光を照射する光照射手段を備える部材加工装置であり、前記端末が、前記光照射手段を制御する光照射制御手段として用いられ、前記光照射制御手段において前記光照射手段の制御に用いられる情報として、前記加工パターン情報を用いた、前記＜１６＞に記載の加工の課金システム。
＜１８＞ 前記光照射手段が、光源と、前記光源と前記塗布膜の間に配置される光シャッターと、を有し、前記加工パターン情報が、前記光シャッターの透過および非透過の情報である、前記＜１７＞に記載の加工の課金システム。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、少ない工数で、精度よく加工ができ、形成させるパターンも簡単に変更できる部材の加工方法およびそのシステムが提供される。また、本発明の加工方法を利用した部材の接合方法および電子部材が提供される。また、加工の課金システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明にかかる部材加工システムの模式図である。

【図2】本発明にかかる部材加工方法を説明するための図である。

【図3】粒子偏在化工程における光反応性粒子の動きと発生させる電界の向きを示した図である。

【図4】光照射工程における光反応性粒子の動きを示した図である。

【図5】本発明にかかる別の態様の部材加工システムの模式図である。

【図6】本発明にかかる別の態様の部材加工システムの模式図である。

【図7】粒子偏在化工程における光反応性粒子の動きと発生させる電界の向きを示した図である。

【図8】光照射工程における光反応性粒子の動きを示した図である。

【図9】光照射工程における光反応性粒子の動きを示した図である。

【図10】本発明にかかる課金システムの模式図である。

【図11】本発明にかかる課金システムの動作シーケンスである。

【図12】本発明にかかる接合方法を説明するための図である。

【図13】本発明にかかる接合方法により得られる電子部材の模式図である。

【図14】本発明にかかる接合方法により得られる電子部材の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「～」という表現を用いる場合、その前後の数値又は物性値を含む表現として用いるものとする。

【0015】

＜部材加工方法＞
本発明は、部材の被加工面に、光反応性粒子を含む塗布溶液を塗布し、塗布膜を形成させる塗布工程と、前記塗布膜中の前記光反応性粒子を前記部材の被加工面側に集中させる粒子偏在化工程と、光照射手段により、前記塗布膜中の前記光反応性粒子に光を照射する光照射工程と、を有し、前記光が照射された、前記部材の被加工面近傍の前記光反応性粒子により、前記部材の被加工面を加工する、部材加工方法（以下、「本発明の部材加工方法」と記載する場合がある。）に関するものである。

【0016】

本発明の部材加工方法の特徴のひとつは、光を利用し、光反応性粒子によって部材の被加工面を加工することである。本発明者は、部材の被加工面近傍に集中した水酸化フラーレンのような光反応性粒子によって、被加工面を加工することができることを発見した。光を照射することで光反応性粒子の触媒作用を促進させ、部材側に偏在（集中）した光反応性粒子と部材間で、化学反応を生じさせて部材を加工していったり、光を照射することで光反応性粒子が改質され、部材を加工していったりすると考えられる。このように光を利用して、光反応性粒子により部材の被加工面を加工することで、フォトレジストを使用する必要がないので、工数が減り、精度よく加工ができる。また、加工したいパターンに対応するように光を制御することで、簡単にパターンの異なる加工をすることができる。

【0017】

また、本発明者は、電界を利用することで、部材の被加工面の加工（除去）したい部分の近傍に、水酸化フラーレンのような光反応性粒子を偏在（集中）させることができることを発見した。光と電界を利用することで、加工パターンの変更などがより簡単に行え、所望のパターンに加工することできる。

【0018】

＜部材の加工システム＞
また、本発明は、部材の被加工面に形成された塗布膜中の光反応性粒子を前記部材の被加工面に集中させる粒子偏在化手段と、前記塗布膜中の前記光反応性粒子に光を照射する光照射手段と、備える部材加工装置を有する、部材加工システム（以下、「本発明の部材加工システム」と記載する場合がある。）に関するものである。

【0019】

本発明の部材加工システムを用いることで、本発明の部材加工方法を行うことができる。本発明の部材加工システムは、フォトレジストを使用せずに部材の加工を行うことができ、加工したいパターンの変更も容易に行うことができる。

【0020】

以下、図面を参照して、本発明の加工方法およびそのシステムについて説明する。

【0021】

＜部材加工システム１００Ａおよびこれを利用した部材加工方法＞
図１は、本発明にかかる部材加工システム１００Ａの模式図である。図２は、部材加工システム１００Ａを利用する本発明にかかる部材加工方法（以下、「部材加工方法Ａ」とする）を説明するための図である。図３は、粒子偏在化工程における光反応性粒子の動きと発生させる電界の向きを示した図である。図４は、光照射工程における光反応性粒子の動きを示した図である。

【0022】

＜部材加工システム１００Ａ＞
図１に示す部材加工システム１００Ａは、電界発生手段３と、光照射手段４とを備える部材加工装置１０ａと、光照射制御手段１２とを有する。図２に示すように、加工対象の部材１の被加工面に光反応性粒子２０を含む塗布膜２を形成させる塗布工程を行ったのち、部材加工システム１００Ａを利用して粒子偏在化工程および光照射工程を行うことで、部材１を加工することができる。

【0023】

［電界発生手段３］
電界発生手段３は、第１の電極３０と電圧印加手段３４とを備える。電界発生手段３は、粒子偏在化手段であり、部材１の被加工面に形成される塗布膜２中の光反応性粒子２０の位置を制御するための電界を発生させるものである。

【0024】

（第１の電極３０）
第１の電極３０は、部材１の被加工面に形成された塗布膜２の上に配置される透明の電極である。第１の電極３０は、第１の電極３０に対して垂直方向上方の位置に配置される光照射手段４からの光を塗布膜２まで透過させることができる程度に透明であればよい。第１の電極３０としては、ＩＴＯなどを用いることができる。なお、後述するように、第１の電極３０は、複数の微細電極を有するものとしてもよい。また、第１の電極３０は、金属配線を微細化して構成することもでき、例えば金属配線の配置部分と非配置部分を設ける構成とすることも可能でなる。例えば、金属配線の配置部分と非配置部分がメッシュ状に構成されたものや、金属配線の線幅を狭くし、ストライプ状に配置したものを第１の電極３０としてもよい。

【0025】

（電圧印加手段３４）
電圧印加手段３４は、部材１と第１の電極３０とを電気的に接続し、部材１と第１の電極３０との間に電圧を印加できるものであればよく、直流電源、交流電源、パルス電源など一般的な電源を用いることができる。なお、前記の電源の選択は、加工速度や加工精度等を考慮して、選択することが好ましい。電圧印加手段３４により、部材１と第１の電極３０との間に電圧を印加し、部材１と第１の電極３０との間に電界を発生させることができる。

【0026】

［光照射手段４］
光照射手段４は、光源４０と、光シャッター４２とを備える。光照射手段４は、部材１の被加工面に形成される塗布膜２中の光反応性粒子２０に光を照射するものである。

【0027】

（光源４０）
光源４０は、部材１の被加工面に対して垂直方向上方に設置される、紫外線（波長１０～４００ｎｍ）を含む光を放射できる平面状の光源である。このような波長の範囲の光を照射できる光源としては、レーザー光源、エキシマランプ、ＵＶ－ＬＥＤ、低圧水銀ランプなどを用いることができる。照射強度は、レーザー光源の場合では、０．８ｍＷ～１．３ｍＷが好ましく、１ｍＷ前後（例えば、０．９ｍＷ～１．１ｍＷ）がより好ましい。その他の光源であれば、７０ｍＷ～１２０ｍＷが好ましく、１００ｍＷ前後（例えば、９０ｍＷ～１１０ｍＷ）がより好ましい。

【0028】

なお、光源４０から放射される光は、紫外線領域の波長に限定されず、光反応性粒子２０に対して感度が良い波長であればいずれも選択可能である。例えば、光源４０から放射される光は、１０ｎｍ～７８０ｎｍの波長を含んでよい。紫外線領域の光を用いることが、加工速度の面などから好ましい。

【0029】

（光シャッター４２）
光シャッター４２は、光源４０から照射された光のうち、加工したい形状に応じた部分の光のみを透過させるものである。光シャッター４２としては、液晶光シャッターなどを用いることができる。液晶間の電圧を制御することで、光の透過を制御することができる。また、部材加工システム１００Ａでは、光シャッター４２は、光源４０と塗布膜２との間に配置される。光シャッター４２は、塗布膜２から０．０１ｍｍ～１．００ｍｍ離れた位置に配置されることが好ましい。０．０１ｍｍより狭くなると、第１の電極３０を薄くしなければならず、第１の電極３０の機械的強度が低下してしまう可能性がある。１．００ｍｍより広くなると、塗布膜２と光シャッター４２との距離が離れることで、光の拡散現象が生じ、高精度に加工できない可能性がある。

【0030】

［光照射制御手段１２］
光照射制御手段１２は、光照射手段４により照射される光のパターンを制御する手段である。部材加工システム１００Ａでは、光照射制御手段１２は、光シャッター４２の光の透過領域を選択、制御するものである。光照射制御手段１２としては、コンピューターなどの端末を用いることができる。コンピューターに保存（記憶）された加工パターンや、ネットやサーバー上のパターンデータベースから、目的のパターンの情報を端末に読み出す。次いで、パターンに対応する部分が光の透過領域となるように液晶等を制御する加工パターン情報を端末から光シャッター４２に送信し、光の透過領域を制御する。

【0031】

＜部材加工方法Ａ＞
図２に示す部材加工方法Ａは、塗布工程と、粒子偏在化工程と、光照射工程とを有する。

【0032】

［塗布工程］
塗布工程は、部材１の被加工面に、光反応性粒子２０を含む塗布溶液を塗布し、塗布膜２を形成させる工程である（図２の（ａ）から（ｂ）参照）。

【0033】

（部材１）
部材加工システム１００Ａは、加工する部材１を、第１の電極３０と対向する電極として用いるものである。部材１と第１の電極３０との間に電圧印加が可能な材料であればよく、部材１に特に制限はない。具体的には、金、銀、銅、アルミ、鉄などの金属単体やその合金、前記金属単体や合金に添加物を添加した金属材料、導電性樹脂、導電性セラミックなどの導電性材料で形成された部材（基板など）を用いることができる。また、シリコン基板や二酸化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド、サファイアなどの半導体材料で形成された部材（基板など）を用いることができる。好ましい部材１は、銅（Ｃｕ）等の金属基板である。

【0034】

（光反応性粒子２０）
光反応性粒子２０とは、光照射時に部材１との反応性を有する粒子、および／または、光によって光反応性粒子２０自身が部材１を除去できる粒子に改質される性質を有する粒子である。また、光反応性粒子２０は、その表面が正または負に帯電している、表面電荷を有するものである。これにより、電界の向きを制御することで光反応性粒子２０は部材１の被加工面近傍に偏在する。

【0035】

表面電荷が正（プラス）である光反応性粒子２０としては、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）やアルカリ金属などドナー原子や分子や、これらの原子や分子を表面に有する粒子などが挙げられる。また、表面電荷が負（マイナス）である光反応性粒子２０としては、フラーレン誘導体やフラーレン誘導体を表面に有する粒子などが挙げられる。

【0036】

例えば、銅（Ｃｕ）等の金属基板の部材１に対しては、水酸化フラーレンや、後述する水酸化フラーレンをシェルとして有するコアシェル粒子が、光反応性粒子２０として好適である。

【0037】

光反応性粒子２０は、コアシェル粒子であることが好ましい。コアシェル粒子は、コア粒子が粒子状のシェルで被覆されたもの、または、コア粒子が層状のシェルで被覆されたものである。コアの粒径は０．０５～１μｍ程度とできる。また、シェルは、１～１０ｎｍ程度の粒子または層である。

【0038】

コア粒子は、シリカや二酸化ケイ素、ダイヤモンドなどの硬質粒子とすることができる。シェルは、フラーレン誘導体とすることができる。フラーレン誘導体としては、例えば、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０、水酸化フラーレンＣ６０、水酸化フラーレンＣ７０、水素化フラーレンＣ６０、水素化フラーレンＣ７０、フラーレンスート、オニオンライクカーボン等が挙げられる。これらのフラーレン誘導体のなかでも、入手が容易、かつ、水に対する分散性が高いという点で、水酸化フラーレンＣ６０がより好ましい。

【0039】

シェルが水酸化フラーレンであるコアシェル粒子を含む塗布溶液は、例えば、ダイヤモンドやシリカなどのコア粒子とする材料が分散した水分散液と、水酸化フラーレン水溶液とを混合することで簡単に得ることができる。コア粒子にシェルを吸着させるときの温度（混合時温度）は、例えば、通常－２０℃以上８０℃以下であり、０℃以上６０℃以下が好ましく、５℃以上４０℃以下がより好ましく、１０℃以上３５℃以下が特に好ましい。コア粒子にシェルを吸着させるときの時間（混合時間）は、例えば、通常０．０５時間以上２４時間以下であり、０．１時間以上１２時間以下が好ましく、０．５時間以上６時間以下がより好ましい。

【0040】

また、コア粒子とする材料が分散した水分散液と、水酸化フラーレン水溶液とを混合するときにｐＨ調整剤を用いて、ｐＨを調整してもよい。ｐＨ調整剤としては、水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムなどの塩基性物質や、クエン酸などの酸性物質が挙げられる。また、界面活性剤や分散剤を混合してもよい。フラーレン誘導体で被覆されたコアシェル粒子を用いる場合、分散性を高めるために、塗布溶液のｐＨはアルカリ性であることが好ましい。具体的には、ｐＨは、１０～１２が好ましい。また、界面活性剤や分散材を混合してもよい。

【0041】

得られた溶液はそのまま塗布溶液として用いてもよい。また、光反応性粒子２０（コアシェル粒子）を濃縮したい場合には、このアルカリ状態から酸性状態にすることで光反応性粒子２０を分離することが可能である。この濃縮された、光反応性粒子を再びアルカリ性にすることで、塗布溶液として用いることができ、この場合、より光反応性粒子の濃度が濃い塗布溶液を作製することができる。

【0042】

（塗布溶液）
塗布溶液は、光反応性粒子２０が溶媒に溶解または分散したものである。塗布溶液に含まれる溶媒としては、水、有機溶剤、アルコールなどが挙げられる。これらの溶媒は、１種類を単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。塗布溶媒は、使用する光源の波長を吸収しにくい物質を選択することが好ましい。

【0043】

塗布溶液中の光反応性粒子の濃度は、５質量％以上１５質量％以下が好ましい。光反応性粒子の量が少なすぎると、加工が難しい場合がある。また、光反応性粒子の量が多すぎるとコスト的に不利になることがあり、製品の価格が上がる可能性がある。

【0044】

（塗布方法）
部材１の被加工面に塗布膜２を形成させる方法としては、スプレー、インクジェット、スリットコート、ブレードコート、スピンコート、ディップコートなどの方法が挙げられる。特に、スピンコートでは、塗布膜２の中に気泡を生じることが少ないので好ましい。

【0045】

（塗布膜２）
塗布膜２は、光反応性粒子２０と溶媒２２とを含む膜である。塗布膜２に対する光反応性粒子２０の質量比は、５～１５質量％である。塗布膜２に対して光反応性粒子２０が少なすぎると加工が難しい場合がある。また、塗布膜２に対して光反応性粒子２０が多すぎるとコスト的に不利になることがあり、製品の価格が上がる可能性がある。

【0046】

塗布膜２の厚さは、２μｍ～１５μｍが好ましい。塗布膜２の厚さが厚すぎると塗布膜が外部へ流れ出す可能性があったり、各部材間の平行度などを保つことができる可能性があり加工精度が低下する可能性がある。また、塗布膜２の厚さが薄すぎると光反応性粒子の絶対量が少なくなり塗布工程の頻度が増すことになり、生産性が低下する可能性がある。そのため、塗布膜２の厚さは、１０μｍ程度が最適と考えられ、５μｍ以上、７μｍ以上、９μｍ以上の順で膜厚が厚くなる程より好ましい。また、その上限は、１３μｍ以下、１２μｍ以下、１１μｍ以下の順で膜厚が薄くなる程より好ましい。

【0047】

塗布工程後、部材１の被加工面に形成された塗布膜２の上に第１の電極３０を配置し、粒子偏在化工程（電界発生工程）を行う（図２の（ｃ）参照）。

【0048】

［粒子偏在化工程］
粒子偏在化工程は、塗布膜２の上に配置された第１の電極と電圧印加手段３４とを含む電界発生手段３により電界を発生させ、塗布膜２中の光反応性粒子２０を、部材１の被加工面に集中させる工程である（図２の（ｃ）から（ｄ）、図３参照）。

【0049】

第１の電極３０と部材１とをそれぞれ電圧印加手段３４に接続し、電圧を印加することで、第１の電極３０と部材１との間に電界を発生させることができる。印加する電圧は１２０～１０００Ｖとすることができる。

【0050】

電界は、塗布膜２中の光反応性粒子２０が、部材１側に移動し集中するように発生させる必要があり、発生させる電界の向きは、光反応性粒子２０の表面電荷に応じて決定される。図３（ａ）に示すように、光反応性粒子２０として、表面電荷がプラスである光反応性粒子２０ｐを用いた場合、第１の電極３０から部材１に向かう方向に電界が発生するように電圧を印加する。これにより、部材１側がマイナスとなり、光反応性粒子２０ｐが部材１側に移動する。また、図３（ｂ）に示すように、光反応性粒子２０として、表面電荷がマイナスである光反応性粒子２０ｎを用いた場合、部材１から第１の電極３０に向かう方向に電界が発生するように電圧を印加する。これにより、部材１側がプラスとなり、光反応性粒子２０ｎが部材１側に移動する。

【0051】

［光照射工程］
光照射工程は、部材１の被加工面に対して垂直方向上方の位置に配置された光照射手段４により、部材１の被加工面に形成された塗布膜２に光を照射する工程である（図２の（ｅ）～（ｆ）、図４参照）。部材加工方法Ａの光照射工程では、電界発生手段３により電界をかけた状態を維持しながら、目的の加工パターンとなるように、光照射制御手段１２で光シャッター４２を制御し、目的の加工パターンに対応するように、光源か４０からの光Ｌを塗布膜２に選択的に透過させる。これにより、目的の加工パターンの部分の光反応性粒子２０のみに光Ｌが照射される。電界により部材１の被加工面に集中した光反応性粒子２０に光Ｌが照射されることで、光反応性粒子２０により部材１の被加工面を除去し、所定のパターンを形成させることができる。

【0052】

光照射時間は、予め測定しておいた光照射時間と加工深さなどの関係を求めておき、その関係に基づいて光照射時間を決定することができる。また、加工深さなどをモニタリングすることで、光照射時間を決定してもよい。

【0053】

＜部材加工システム１００Ｂおよびこれを利用した部材加工方法＞
図５は、本発明にかかる部材加工システム１００Ｂの模式図である。部材加工システム１００Ｂは、電界発生手段３の代わりに電界発生手段３ｂを有すること以外は部材加工システム１００Ａと同じであるので、対応する部分には図１と同符号を付してその説明を省略する。また、部材加工システム１００Ｂを利用する本発明の部材加工方法（以下、「部材加工方法Ｂ」とする）は、粒子偏在化工程において、電界発生手段３の代わりに電界発生手段３ｂを用いて電界を発生させること以外は部材加工方法Ａと同じである。

【0054】

＜部材加工システム１００Ｂ＞
図５に示す部材加工システム１００Ｂは、電界発生手段３ｂと、光照射手段４とを備える部材加工装置１０ｂと、光照射制御手段１２とを有する。加工対象の部材１ｂの被加工面に光反応性粒子２０を含む塗布膜２を形成させる塗布工程を行ったのち、部材加工システム１００Ｂを利用して粒子偏在化工程および光照射工程を行うことで、部材１ｂを加工することができる。

【0055】

電界発生手段３ｂは、第１の電極３０と第２の電極３２と電圧印加手段３４とを備える。電界発生手段３ｂは、粒子偏在化手段であり、電界発生手段３と同様に、部材１ｂの被加工面に形成される塗布膜２中の光反応性粒子２０の位置を制御するための電界を発生させるものである。第２の電極３２は、部材１ｂを挟んで第１の電極３０と対向するように配置される。第１の電極３０と第２の電極３２とを電圧印加手段３４にそれぞれ接続し、電圧を印加することで第１の電極３０と第２の電極３２との間に電界を発生させることができる。

【0056】

第２の電極３２は、導電性材料であればよい。具体的には、金、銀、銅、アルミ、鉄などの導電材料単体や、前記導電材料単体に添加物を添加したもの、あるいは導電性材料単体と他の材料の合金でもよい。あるいは、導電性樹脂や導電性セラミックでもよく、加工方法に適した材料を適宜選択することができる。

【0057】

＜部材加工方法Ｂ＞
部材加工システム１００Ｂは、部材１ｂを挟んで対向する第１の電極と第２の電極３２との間に電圧を印加して、加工を行うものであるので、部材加工方法Ｂによって加工される部材１ｂは、導電性材料で形成された部材と非導電材料で形成された部材のどちらも用いることができる。具体的には、部材１ｂは、部材１と同様と同様に、金属材料、導電性樹脂、導電性セラミックなどの導電性材料で形成された部材や、シリコン基板や二酸化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド、サファイアなどの半導体材料で形成された部材（基板など）を用いることができる。また、部材１ｂは、非導電材料で形成された部材であってもよいので、シリカ系ガラスやサファイア系ガラスなどのガラス系材料も用いることができる。

【0058】

部材加工方法Ｂでは、塗布工程後、部材１ｂの被加工面に形成された塗布膜２の上に第１の電極３０を配置し、部材１ｂを挟んで対向するように第２の電極３２を配置し、粒子偏在化工程（電界発生工程）を行う。

【0059】

部材加工方法Ｂにおいて、粒子偏在化工程は、第１の電極３０と第２の電極３２と電圧印加手段３４とを含む電界発生手段３ｂにより電界を発生させ、塗布膜２中の光反応性粒子２０を、部材１ｂ側に移動させ、集中させる工程である。電圧印加手段３４により第１の電極３０と第２の電極３２との間に印加する電圧は、１２０～１０００Ｖとすることができる。

【0060】

また、部材加工方法Ａと同様に、光反応性粒子２０の表面電荷に応じて、塗布膜２中の光反応性粒子２０が、部材１ｂ側に移動するように電圧は印加する。光反応性粒子２０の表面電荷がプラスである場合、第１の電極３０から、第２の電極３２に向かう方向に電界が発生するように電圧を印加する。また、光反応性粒子２０の表面電荷がマイナスである場合、第２の電極３２から、第１の電極３０に向かう方向に電界が発生するように電圧を印加する。

【0061】

＜部材加工システム１００Ｃおよびこれを利用した部材加工方法＞
図６は、部材加工システム１００Ｃの模式図である。部材加工システム１００Ｃは、電界発生手段３の代わりに電界発生手段３ｃを有し、光照射手段４の代わりに光照射手段４ｃ（光源４０）を有すること以外は部材加工システム１００Ａと同じであるので、対応する部分には図１と同符号を付してその説明を省略する。また、部材加工システム１００Ｃを利用する本発明の部材加工方法（以下、「部材加工方法Ｃ」とする）は、粒子偏在化工程において、電界発生手段３の代わりに電界発生手段３ｃを用いて電界を発生させ、光照射工程において、光照射手段４の代わりに光照射手段４ｃを用いて光を照射すること以外は部材加工方法Ａと同じである。

【0062】

＜部材加工システム１００Ｃ＞
図６に示す部材加工システム１００Ｃは、電界発生手段３ｃと、光照射手段４ｃとを備える部材加工装置１０ｃを有する。加工対象の部材１の被加工面に光反応性粒子２０を含む塗布膜２を形成させる塗布工程を行ったのち、部材加工システム１００Ｃを利用して粒子偏在化工程および光照射工程を行うことで、部材１を加工することができる。

【0063】

電界発生手段３ｃは、第１の電極３０ｃと電圧印加手段３４と電界制御手段３６とを備える。電界発生手段３ｃは、粒子偏在化手段であり、電界発生手段３、３ｂと同様に、部材１の被加工面に形成される塗布膜２中の光反応性粒子２０の位置を制御するための電界を発生させるものである。

【0064】

（第１の電極３０ｃ）
第１の電極３０ｃは、部材１の被加工面に形成された塗布膜２の上に配置される電極であり、複数の微細電極３１を有する。第１の電極３０ｃは、光を塗布膜２まで透過させることができる程度に透明であればよい。第１の電極３０ｃとしては、微細なＩＴＯ電極を透明基板に埋没したものなどを用いることができる。

【0065】

（電界制御手段３６）
電界制御手段３６は、第１の電極３０ｃと電圧印加手段３４との間に配置され、各微細電極３１と電圧印加手段３４との間の電気的接続をそれぞれ制御するものである。電界制御手段３６によって、加工パターンに対応する部分の微細電極３１にのみ電流が流れるように制御し、加工パターンに対応する微細電極３１と部材１との間にのみ電圧を印加させる。この電界制御手段３６は、例えば、後述するように、加工パターン情報が記憶された端末を電極制御手段として用いて、電極制御手段から送信された加工パターン情報に基づいて制御することができる。

【0066】

＜部材加工方法Ｃ＞
部材加工方法Ｃでは、塗布工程後、部材１の被加工面に形成された塗布膜２の上に第１の電極３０を配置し、粒子偏在化工程（電界発生工程）および光照射工程を行う。

【0067】

部材加工方法Ｃにおいて、粒子偏在化工程は、第１の電極３０ｃと電圧印加手段３４と電界制御手段３６とを含む電界発生手段３ｃにより電界を発生させ、塗布膜２中の光反応性粒子２０を、部材１側に移動させ、集中させる工程である（図７参照）。このとき、目的の加工パターンとなるように、電界制御手段３６で、第１の電極３０ｃを構成する微細電極３１と電圧印加手段３４との間の電気的接続をそれぞれ制御し、目的の加工パターンに対応する部分の微細電極３１と部材１との間に選択的に電圧を印加する。電圧は、部材加工方法Ａと同様に、光反応性粒子２０の表面電荷に応じて、塗布膜２中の光反応性粒子２０が、部材１側に移動する（偏る、集中する）ように印加する。これにより、目的の加工パターンに対応する部分の光反応性粒子のみが部材１の被加工面に集中する。印加する電圧は１２０～１０００Ｖとすることができる。

【0068】

部材加工方法Ｃにおいて、光照射工程は、部材１の被加工面に対して垂直方向上方の位置に配置された光照射手段４ｃにより、部材１の被加工面に形成された塗布膜２に光Ｌを照射する工程である（図８参照）。部材加工方法Ｃでは、目的の加工パターンに対応する部分のみに電圧が印加され、目的の加工パターンに対応する部分の光反応性粒子のみが被加工面に集中している。そのため、光シャッター４２を介さずに、光源４０を用いて部材１の被加工面全体に向かって光Ｌを照射しても、目的の加工パターンに加工することができる。

【0069】

また、部材加工方法Ｃにおいては、加工途中において、電圧を印加している微細電極３１の周りの別の微細電極３１に電圧を印加したり、電圧の印加を止めたりすることで、複雑な加工を部材１に施すことができる。例えば、図９のような加工も施すことができる。すなわち、加工途中で中央の微細電極３１の両脇の微細電極３１に電圧を印加することで、中央部の深さが深くなった凹部を部材１に形成できる。

【0070】

なお、部材加工方法Ａ～Ｃは、粒子偏在化工程の後に光照射工程を行う方法として説明したが、粒子偏在化工程と光照射工程の順番は特に限定されない。光照射工程の後に粒子偏在化工程を行ってもよい。この場合、塗布膜に光を照射した状態を維持しながら、粒子偏在化工程を行い、部材を加工する。また、粒子偏在化工程と光照射工程とを同時に行ってもよい。

【0071】

本発明の部材加工方法は、部材の被加工面に凹部および／または凸部を形成させる加工方法として好適である。例えば、本発明の部材加工方法により、部材の被加工面に、１～１００ｎｍや１～５０ｎｍ程度の深さの凹部や、１～１００ｎｍや１～５０ｎｍ程度の高さの凸部を形成させることができる。具体的には、本発明の部材加工方法は、半導体搭載の基板を加工する方法や半導体ＩＣの組み立て方法とすることができる。

【0072】

なお、本発明の部材加工システムの構成よれば、課金システムによるビジネスモデルも考えられる。例えば、図１０に示すような、部材加工装置２０１と、コンピューター２０２（端末）と、パターンデータベース２０３と、を有する部材加工システムを利用した課金システム２００を例として説明する。

【0073】

部材加工装置２０１は、部材の被加工面に形成された塗布膜中の光反応性粒子を部材の被加工面側に集中させる粒子偏在化手段、および塗布膜中の光反応性粒子に光を照射する光照射手段を備えるものである。部材加工装置２０１としては、前述の部材加工装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ等を用いることができる。コンピューター２０２は、パターンデータベース２０３に加工パターン情報の取得を要求する情報取得手段や、データベース２０３からの受信した加工パターン情報を記憶する記憶手段、部材加工装置２０１の粒子偏在化手段を制御する電極制御手段、部材加工装置２０１の光照射手段を制御する光照射制御手段等を有する。パターンデータベース２０３は、部材に行う加工に対応する加工パターン情報（例えば、光シャッターの透過および非透過の情報や、電極の通電および非通電の情報など）が複数記憶された情報記憶手段等を有する。また、コンピューター２０２とパターンデータベース２０３は、通信回線Ｎを介して相互に接続されている。部材加工装置２０１は、有線または無線にてコンピューター２０２に接続されている。

【0074】

図１１は、課金システム２００の動作シーケンスの例である。課金システム２００は、部材の加工に利用する加工パターン情報を、加工パターン情報を利用したい利用者と、パターンデータベース２０３を有する事業者との間で売買するためのものである。すなわち、利用者（ユーザー）は、予めパターンデータベース２０３を運用する法人などの事業者と、契約をする。次に、利用者が必要な情報、例えば後述する半導体ＩＣ等の組み立てに最適な加工パターン情報を所望する場合、利用者が所有するコンピューター２０２上から、パターンデータベース２０３にアクセスして、コンピューター２０２の情報取得手段から、パターンデータベース２０３に対して所望の加工パターン情報の取得要求を行う（Ｓ２１０）。取得要求した加工パターン情報に応じた料金の請求（課金処理）（Ｓ２２１）およびそれに対する支払い（Ｓ２２２）が行われると、パターンデータベース２０３より所望の加工パターン情報（信号）が通信回線Ｎなどを介して、コンピューター２０２に送信される（Ｓ２３０）。所望の加工パターン情報を受信したコンピューター２０２は、加工パターン情報をメモリ等に記憶する（Ｓ２４０）。そして、コンピューター２０２は、記憶した加工パターン情報に基づき、部材加工装置２０１の光シャッターや電極等を制御し、部材に加工を施す（Ｓ２５０、２６０）。例えば、コンピューター２０２を光照射制御手段として機能させ、コンピューター２０２に記憶された加工パターン情報を部材加工装置２０１に送信し光照射手段を制御したり、コンピューター２０２を電極制御手段として機能させ、コンピューター２０２に記憶された加工パターン情報を部材加工装置２０１に送信し粒子偏在化手段を制御したりすることで、部材の被加工面を所望の加工パターンに研削する。

【0075】

加工パターン情報には、料金が設定されている。この際に、パターンデータベース側で、パターン情報の希少性や難易度によって、料金を異ならせたり、あるいは希少性や難易度に関係なく料金を一定とすることもできる。上記の通り、加工パターン情報の購入（取得）を希望する利用者は、所定の料金を振り込むことなどによって、購入が成立する。この購入処理は、例えば、決済代行会社の決済代行サーバーに対して、コンピューター２０２から支払いを行うことにより実現してもよい。このように、本発明の部材加工システムは、ネットビジネスなどにも適応可能である。課金システム２００により、利用者は、加工パターン情報を簡単に取得でき、形成させる加工パターンを簡単に変更することができる。

【0076】

＜部材の接合方法＞
本発明の部材加工方法により形成された部材の被加工面の凹部および／または凸部を利用して、部材同士を接合することができる。本発明の部材加工方法を利用する本発明の接合方法は、電子部材の各種部材の接合に好適である。これにより、凹部が形成された接合部を有する第１の部材と、前記凹部に嵌合可能な凸部が形成された接合部を有する第２の部材と、を有し、前記第１の部材の前記凹部に、前記第２の部材の前記凸部が嵌合され、接合されている電子部材を得ることができる。電子部材を構成する第１の部材や第２の部材としては、Ｓｉチップや配線基板、蓋、カメラ、メモリー、ＣＰＵ、電源などの各種部材が挙げられる。

【0077】

図１２に示す、第１の部材である配線基板５０と、第２の部材である半導体素子６０との接合を例として、本発明の接合方法を具体的に説明する。まず、本発明の部材加工方法により、配線基板５０の半導体素子６０との接合部５２に凹部５４を形成する。また、本発明の部材加工方法により、半導体素子６０の配線基板５０との接合部６２に対して、配線基板５０の凹部５４に嵌合できる凸部６４を形成する。次いで、半導体素子６０の凸部６４を配線基板５０の凹部５４にはめ込み、配線基板５０と半導体素子６０とを接合する。これにより、凹部５４が形成された接合部５２を有する配線基板５０と、凹部５４に嵌合可能な凸部６４が形成された接合部６２を有する半導体素子６０と、を有し、配線基板５０と半導体素子６０とが嵌合して接合されている電子部材が得られる。

【0078】

また、配線基板５０の接合部５２の形状と、半導体素子６０の接合部６２の形状は、互いに嵌合できればよいので、配線基板５０の接合部５２に凸部を形成し、半導体素子６０の接合部６２に凹部を形成し、互いに嵌合させてもよい。また、凹凸形状は、嵌合によるチップ間の固定と端子の役割を有するものとできる。

【0079】

また、本発明の接合方法は、配線基板と半導体素子の接合に限定されないので、図１３および図１４に示すように、Ｓｉチップや配線基板、蓋、カメラ、メモリー、ＣＰＵ、電源などの各種部材の接合に用いることができる。このように本発明の部材加工方法および接合方法により、パッケージのレイアウトに合わせ加工エリアを自由に選択できる。

【0080】

なお、本発明の接合方法は、本発明の部材加工方法を用いて、凹凸部を形成したが、他の方法でも実現可能である。本発明の接合方法は、多品種少量生産の半導体モジュールを生産するうえで、非常に有用であり、凹凸部の形成によって、各チップの配置のバリエーションが豊富かつ、各チップ間の容易になるとともに、チップ間の及びチップと基板間等の接合強度や接合精度を向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明の部材加工システムおよび部材加工方法によれば、半導体分野の各部材を接合させるための加工などを行うことができ、産業上有用である。

【符号の説明】

【0082】

１、１ｂ 部材
２ 塗布膜
３、３ｂ、３ｃ 電界発生手段
４、４ｃ 光照射手段
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、２０１ 部材加工装置
１２ 光照射制御手段
２０、２０ｐ、２０ｎ 光反応性粒子
２２ 溶媒
３０、３０ｃ 第１の電極
３１ 微細電極
３２ 第２の電極
３４ 電圧印加手段
３６ 電界制御手段
４０ 光源
４２ 光シャッター
５０ 配線基板
５２、６２ 接合部
５４ 凹部
６０ 半導体素子
６４ 凸部
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ 部材加工システム
２００ 課金システム
２０２ コンピューター
２０３ パターンデータベース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】