JP5875496B2 - パターン形成方法、およびパターン形成装置 - Google Patents
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Description
特許文献2では、基板の着弾予定領域にレーザまたは赤外線を予め照射する必要があり、エネルギー効率が良くない。また、特許文献2において、生産性を高めるために、インクジェット方式により多くのノズルから同時打滴する場合には、基板の着弾予定領域へのレーザまたは赤外線の照射と、打滴とを素早く繰り返さなければならず、生産性を向上させることが困難である。
さらに、パターン形成方法を用いて形成された電子配線基板、光学デバイスを提供することにある。
ここで、本発明において、同時に打滴するとは、例えば、第1のインクと第2のインクが、1パスが完了する前に打滴されることをいう。同時に打滴するとは時間的には、第1のインクと第2のインクが1秒以内に打滴されることが好ましく、0.5秒以内に打滴されることが更に好ましく、0.2秒以内に打滴されることが特に好ましい。
また、第1のインクと第2のインクとは、互いにはじくことが好ましい。
第1のインクにより形成される第1の膜と第2のインクにより形成される第2の膜とにより形成されるパターンの最狭部の幅をp(m)とし、第1のインクの表面張力をσ1(N/m)とし、第1のインクの膜厚をδ1(m)とし、基材と第1のインクで決定されるハマカー定数をaH1(J)とするとき、第1のインクは、σ1>0.153p1.947×δ1 −3.84×|aH1|1.022を満たすことが好ましい。
第1のインクにより形成される第1の膜と第2のインクにより形成される第2の膜とにより形成されるパターンの最狭部の幅をp(m)とし、第2のインクの表面張力をσ2(N/m)とし、第2のインクの膜厚をδ2(m)とし、基材と第2のインクで決定されるハマカー定数をaH2(J)とするとき、第2のインクは、σ2>0.153p1.947×δ2 −3.84×|aH2|1.022を満たすことが好ましい。
硬化された第2のインクの打滴領域間に、第1のインクが打滴されることが好ましい。
打滴工程では、第1のインクの打滴の径が打滴間隔となる打滴量に対して、第1のインクを5倍以上打滴することが好ましい。
第1のインクによる第1の膜は、例えば、高さが4μm以上である。
さらに、第1のインクおよび第2のインクの全面に第2のインクを打滴し、膜を形成する工程を有することが好ましい。
さらに、第1の直線から第2の直線に向かって延在し、格子形状の対角線位置となる複数個の第3の直線からなる第3の直線群を有することが好ましい。
さらに、第3の直線とは別の対角線位置に延在する複数個の第4の直線からなる第4の直線群を有することが好ましい。
第1の直線群および第2の直線群は、それぞれ、第1の直線、第2の直線が複数個同一軸線上に並ぶことによって形成される第1の分裂線、第2の分裂線を有し、第1の分裂線をなす第1の直線同士の間隙と、第2の分裂線をなす第2の直線同士の間隙とが一致することが好ましい。
第1の直線群または第2の直線群の少なくともいずれか一方が、互いに平行に延在する第1の直線または第2の直線が密集した集合体を形成し、集合体をなす第1の直線または第2の直線同士の離間距離は、第1のインクの打滴によるドット径以下であり、かつ隣接する集合体同士は、ドット径を超える距離で離間していることが好ましい。
本発明の第3の態様は、本発明のパターン形成方法を用いて形成したことを特徴とする光学デバイスを提供するものである。
また、インクジェット法を利用し、特に導電性材料を用いて、用途に応じた十分な電流容量の配線を形成することができる。
さらには、パターン形成方法を用いて、電子配線基板および光学デバイスを形成することができる。
図1は、本発明の実施形態のパターン形成方法に用いられるパターン形成装置の一例を示す模式図である。図2(a)は、本発明の実施形態のパターン形成方法に用いられる、親疎液性変換膜が形成された基板を示す模式的平面図であり、図2(b)は、パターン形成方法に用いられる、親疎液性変換膜が形成された基板を示す模式的断面図である。
形成装置10は、検出部12と、露光部14と、パターン形成部16と、定着・焼成部18とを有する。
さらに、形成装置10は、入力部20、描画データ作成部22と、記憶部24と、画像処理部26と、制御部28とを有する。制御部28により、形成装置10における各構成部の動作が制御される。
また、検出部12、露光部14、パターン形成部16、定着・焼成部18を経た基板Zを巻き取る巻取り軸32が設けられている。この巻取り軸32は、例えば、モータ(図示せず)が接続されている。このモータにより巻取り軸32が回転されて基板Zが巻取り軸32にロール状に巻き取られる。これにより、基板Zが搬送方向Dに搬送される。
図2(a)に示すように、親疎液性変換膜40の表面40aに、矩形状の形成領域Sの外縁の四隅にアライメントマークmが形成されている。このような基板Zを用いて、親疎水パターン形成され、その後、パターン形成がなされる。
なお、基板Zに親疎液性変換機能を有するものであれば、必ずしも親疎液性変換膜40を設ける必要はない。
本実施形態の形成装置10は、ロール・ツー・ロール方式であるため、基板Zとしては、生産性、フレキシビリティ等の観点から、樹脂フィルムが用いられる。このため、基板Zを基材ともいう。この樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができる。
基板の表面に、半導体膜、金属膜、誘電体膜、有機膜等の各種膜、機能材料からなる膜、機能素子が形成されたものを、基板として用いることができる。
親疎液性変換膜40は、エネルギー照射していない部分と、エネルギー照射した部分とでは、親液性の程度が異なり、エネルギー照射した部分の方が親液性である。エネルギー照射した部分がパターン形成領域(第1の領域)であといい、それ以外の領域を非パターン形成領域(第2の領域)という。なお、非パターン形成領域は撥液性である。
また、前記のオルガノポリシロキサンとともに、ジメチルポリシロキサンのような架橋反応をしない安定なオルガノシリコン化合物をバインダに混合してもよい。
また、エネルギー照射に酸化物の作用により分解され、これにより酸化物含有層上の濡れ性を変化させることができる分解物質を酸化物含有層中に含有させることもできる。このような分解物質としては、酸化物の作用により分解し、かつ分解されることにより光触媒含有層表面の濡れ性を変化させる機能を有する界面活性剤を挙げることができる。
そのほか、親液化する化合物としては、ジアゾニウム塩、スルホニウム塩、ヨードオニウム塩等のオニウム塩、O−ニトロベンジルスルホネ―ト化合物、増感剤と併用したP−ニトロベンジルスルホンネ―ト化合物、1,2,3−トリスベンゼン、N―イミドスルホネ―ト化合物、オキシムスルホネ―ト化合物、α―ケトスルホネ―ト化合物、ナフトキノンジアジド−4−スルホネ―ト化合物、ジアゾジスルホン化合物、ジスルホン化合物、ケトスルホン化合物、O−ニトロベンジルエステル化合物、m―アルコキシベンジルエステル化合物、O−ニトロベンジルアミド化合物、ベンゾイソエステル化合物、フェナシルエステル化合物、2,4−ジニトロベンゼンスルフォニルエステル、2−ジアゾー1,3ジケトン化合物、フェノールエステル化合物、O−ニトロベンジルフェノール化合物、2,5−シクロヘキサジエノン化合物、スルホン化ポリオレフィン、アリールジアゾスルホネート塩等がある。
歪みセンサは、親疎液性変換膜40が親疎液性の変化を起こさない波長の光を用いて、アライメントマークmを検出するものであり、例えば、LED等の光源と、CMOS、CCD等の撮像素子とを備える光学式のものが用いられる。なお、可視化インクが、波長500nm以上の光を反射または吸収するものである場合、光源には、波長が500nm以上の光を照射するものが用いられる。具体的には、光源の波長としては、例えば、633nm、660nm、590nm、赤外(IR)が用いられる。
歪みセンサにおいては、アライメントマークmに、波長が500nm以上の光を照射し、図2(a)に示す形成領域Sの外縁部の4隅に予め設けられているアライメントマークmを撮像し、例えば、4つのアライメントマークmの画像データを得る。4つのアライメントマークmの画像データを組として、アライメント検出部に出力する。
なお、「親液性に変える」とは、親疎液性変換膜40に対する液滴の接触角が相対的に小さい状態にすることである。すなわち、撥液性に差が生じる状態のことをいう。
露光部14では、親疎液性変換膜40を、少なくとも2段階以上に表面エネルギーの異なる領域にパターン化する。
露光ユニットにおいて、紫外光の出力としては、例えば、1〜数100(mJ/cm2)である。なお、基板の組成によっては、紫外光の出力が高いと変質を生じる恐れがある。このため、親液性に変えることができれば、紫外光の出力は低い方が好ましい。
デジタル露光方式では、画像処理部26から出力される、形成するパターンのパターンデータに基づいて、パターン形成領域にレーザ光が照射されて親液化処理される。このとき、パターン形成領域が親液性に変化し、膜厚が減少してパターン形成領域と非パターン形成領域との間に段差が生じる。
また、露光ユニットにおいて、レーザ光を走査する走査光学部(図示せず)を設け、親液化処理に際して、露光ユニットを走査させることなく、レーザ光を走査させてもよい。
さらには、露光ユニットにおいて、基板Zの搬送方向Dと直交する幅方向について、多数のレーザ光を照射可能としたアレイタイプのものでもよい。
なお、ガス供給ユニットは、紫外光の照射だけで、親疎液性変換膜40を親液化処理することができれば、必ずしも設ける必要はない。
また、親疎液性変換膜40に予め親液化処理が施されて、親液化されたパターン形成領域が形成されたものを用いる場合には、露光部14による親液化処理は不要であり、この場合、露光部14は必ずしも設ける必要はない。
パターン形成部16には、図3(a)に示すように、駆動キャリッジ50(吐出部)が基板Zの搬送方向Dと直交する副走査方向Mに、ガイド棒58により移動可能に設けられている。駆動キャリッジ50には、図示はしないが副走査方向Mに移動させるための移動手段が設けられている。なお、主走査方向は、搬送方向Dである。
図3(a)、(b)に示すように、駆動キャリッジ50は、第1の吐出ヘッド52と、第2の吐出ヘッド54と、紫外線照射ランプ56(硬化部)とを有する。駆動キャリッジ50は、第1の吐出ヘッド52の両側に第2の吐出ヘッド54が設けられており、さらに第2の吐出ヘッド54に紫外線照射ランプ56が設けられている。紫外線照射ランプ56としては、例えば、メタルハライドランプが用いられる。
なお、第1の吐出ヘッド52と、第2の吐出ヘッド54とは少なくとも1つあればよい。また、紫外線照射ランプ56は、必ずしも必要ない。
さらに、パターン形成部16は、パターン形成領域および非パターン形成領域を覆う膜を形成することもできる。このように、パターン形成部16は、パターンとなる膜の形成に限定されるものではない。
パターン形成部16では、具体的には、駆動キャリッジ50を副走査方向Mに、所定のパス数、シャトルスキャンさせつつ、第1の吐出ヘッド52からパターン形成領域に第1のインクを、第2の吐出ヘッド54から非パターン形成領域に第2のインクを同時に打滴する。
このとき、1パス完了前に、第2のインク滴54aに対して紫外線照射ランプ56により紫外光を照射(以下、紫外光の照射を単に、UV露光という)して硬化させてもよい。
パターン形成において、パス数は20以上が好ましく、50以上がより好ましく、100以上が更に好ましい。
また、形成するパターンを更に厚膜化するために、所定のパス数で1度パターンを形成した後、さらに、同じパターンを重ねて形成してもよい。パターンを重ねる回数は、特に限定されるものではない。例えば、必要とされる厚さになるように、パターンの重ね回数が設定される。
この場合、濡れ領域で未乾燥時のインク滴のドット径が打滴間隔となる打適量に対して、十分な量、例えば、5倍以上第1のインクを打滴する。5倍以上であれば、隙間なく第1のインクが打滴されるが、10倍以上でも、20倍でもよい。
UV露光に関しては、第2のインクの合計照射量の1/パス数(m)〜1/(パス数m×重ね書き数n)が照射される条件の露光量を設定する。
さらに、硬化・乾燥特性を与えるための重合開始剤とモノマー、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、またはオリゴマー等をバインダとし、インクジェットヘッドから吐出できる物性(粘度および表面張力)に、溶剤、界面活性剤等または粘度調整剤等によって調整したものをインクとする。
第1のインクには、例えば、公知の極性溶剤系銀インク(例えば、バンドー化学フローメタルSW−1020、ハリマ化成NPS−J、三菱製紙 銀インク等)、銅系インク、色の顔料インク(エプソンPXプリンタ用水系インク)等を用いることができる。
第1のインクに対して、膜等にするため、または所定の性能を発揮させるために、必要に応じて、加熱焼成・焼結または光焼成を行う。
金属微粒子を含有するインクは、(A)少なくとも金属酸化物または金属水酸化物の微粒子を含有する分散液、(B)金属酸化物または金属水酸化物の微粒子の分散液および還元剤を含有する溶液の少なくとも2つ、または(C)金属酸化物または金属水酸化物の微粒子の分散液および塩基または塩基プレカーサ溶液の少なくとも2つからなる。
(A)金属酸化物または金属水酸化物の微粒子の組成およびサイズ
本発明に用いる金属酸化物または金属水酸化物の微粒子を構成する金属としては、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、Ni、Co、Mn、Tl、Cr、V、Ru、Rh、Ir、Al等が挙げられる。これらの金属の酸化物または水酸化物の中では、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、In、Ga、Sn、Ge、Sb、Pb、Zn、Bi、Fe、NiおよびCoの酸化物が好ましく、特にAgまたはCuの酸化物(例えばAg2OやCuO、Cu2O等)は還元されやすく、生成した金属が比較的安定であるので好ましい。この金属酸化物微粒子の平均結晶子サイズは1〜100nm、好ましくは1〜50nmである。
吸着性化合物としては、−SH、−CN、−NH2、−SO2OH、−SOOH、−OPO(OH)2、−COOH等の官能基を有する化合物が有効であり、特に−SH基を有する化合物(ドデカンチオール、L−システイン等)、またはNH2基を有する化合物(オクチルアミン、ドデシルアミン、オレイルアミン、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミド等)が好ましい。親水性コロイドの場合、親水性基[例えば、−SO3Mや−COOM(Mは水素原子、アルカリ金属原子またはアンモニウム分子等を表わす)]を有する吸着性化合物を使用するのが好ましい。
界面活性剤としては、アニオン界面活性剤(例えば、ビス(2−エチルヘキシル)スルホコハク酸ナトリウムやドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等)、ノニオン界面活性剤(例えばポリアルキルグリコールのアルキルエステルやアルキルフェニルエーテル等)、フッ素系界面活性剤等を使用することができる。
また親水性高分子として、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等をコロイド分散液中に含有させても良い。
吸着性化合物、界面活性剤および/または親水性高分子の添加量は、金属酸化物微粒子に対して質量比で0.01〜2倍であるのが好ましく、0.1〜1倍がさらに好ましい。吸着性化合物、界面活性剤および/または親水性高分子は金属酸化物微粒子の表面を0.1〜10nmの厚さに被覆するのが好ましい。なお被覆は一様である必要がなく、金属酸化物微粒子の表面の少なくとも一部が被覆されていれば良い。
金属酸化物または金属水酸化物の分散溶媒(および後述のインクの溶媒)としては以下のものが挙げられる。
(1)酢酸ブチル、セロソルブアセテート等のエステル類
(2)メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン等のケトン類
(3)ジクロルメタン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素類
(4)ジメチルホルムアミド等のアミド類
(5)シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン等の脂肪族炭化水素類
(6)トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類。
(7)テトラヒドロフラン、エチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類
(8)エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、ジアセトンアルコール、エチレングリコール、2,5−ヘキサンジオール、1,4−ブタンジオール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、シクロヘキセノール等のアルコール類
(9)2,2,3,3−テトラフロロプロパノール等のフッ素系溶剤類
(10)エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールエーテル類
(11)2−ジメチルアミノエタノール、2−ジエチルアミノエタノール、2−ジメチルアミノイソプロパノール、3−ジエチルアミノ−1−プロパノール、2−ジメチルアミノ−2−メチル−1−プロパノール、2−メチルアミノエタノール、4−ジメチルアミノ−1−ブタノール等のアルキルアミノアルコール類
(12)酪酸、イソ酪酸、2−エチル酪酸、ピバル酸、吉草酸、プロピオン酸、乳酸、アクリル酸、メタクリル酸、プロピオール酸、エチルメチル酢酸、アリル酢酸等のカルボン酸類
(13)ジエチレントリアミン、エチレンジアミン等のアミン類等。
(14)水
分散液中の金属酸化物または金属水酸化物の微粒子の濃度は金属換算値で1〜80質量%が好ましく、5〜70質量%がより好ましい。また分散液は一種類の金属酸化物または金属水酸化物の微粒子を含有していても、複数種の金属酸化物または金属水酸化物の微粒子を含有していても良い。また金属酸化物または金属水酸化物の微粒子中の金属の価数は1種類でも複数の混合物でも良い。さらにエネルギーの未照射部および照射部の絶縁性/導電性を調節するために、SiO、SiO2、TiO2等の無機微粒子やポリマー(微粒子であってもなくても良い)を金属酸化物または金属水酸化物の微粒子と併用しても良い。なお分散液中の金属酸化物または金属水酸化物の微粒子の粒径は通常コロイドを形成する程度であるが、限定的ではない。好ましい粒径は1〜100nm、より好ましくは1〜50nmである。
上記金属酸化物または金属水酸化物の微粒子の分散液をそのままインクとして用いることができる。上記金属酸化物または金属水酸化物の微粒子の分散液のみでは、エネルギー照射しても金属への還元反応が起こりにくい場合には、還元剤を添加することができる。
第2のインクには、例えば、UV硬化性インク、熱硬化性インク、それらを有機溶剤に溶解したインクが用いられる。これらの中でも、UV硬化性インクおよび熱硬化性インクが好ましく、UV硬化性インクが更に好ましい。第2のインクは、有機溶剤に溶解する場合には固形分密度が50体積%以上であることが好ましく、75体積%以上であることがさらに好ましい。第2のインクとしては、例えば、富士フイルムスペシャリティーインクシステム製Uvijet KOシリーズ、JNC社製カバーレイ用インク(ポリイミド系、UV系)等を利用することができる。
2液滴を接触させたとき、第2のインクの物性変化(粘度上昇)までの間の時間において、その境界面が擾乱しない組み合わせが好適である。一般にマランゴニ効果として知られており、マランゴニ数を表面張力の関係から求めることにより設計可能である。
簡易的には、第1のインク、第2のインクの2液を1つの容器に十分な量入れ、サラダドレッシングを静置させたときのように境界面が明確に生じる状態であれば申し分ない。
また、第2のインクを深さ1cmで満たした中に、1cmの高さのキャピラリーから1μLの第1のインクを静かに滴下(自然落下)したときに、容器底面まで第1のインクの液滴が残る状態であれば好ましく用いられる。
この場合、第1のインク、第2のインクとしては、表面張力をσ(N/m)とするとき、表面張力σとパラメータXに関し、σ>0.153・Xの条件を満たすインクを用いることが好ましい。図4は、表面張力σとパラメータXとの関係を示すものであり、図4に示す領域βがσ>0.153・Xの条件を満たす領域である。なお、図4に示す領域α(σ<0.153・X)では、はじき易い。
なお、パターンの最狭部の幅とは、通常のラインアンドスペースパターンであれば、ラインおよびスペースの幅のうち、細い方の幅のことである。一方、くびれがあるようなパターンの場合には、そのくびれの幅がパターンの最狭部の幅であり、円形または矩形の場合にはその径または短辺長がパターンの最狭部の幅である。
なお、図4では、第1のインク、第2のインクをまとめて、表現しているが、詳細には、第1のインクについては、第1のインクの表面張力をσ1(N/m)とし、第1のインクの膜厚をδ1(m)とし、パターン形成領域(基材)と第1の膜で決定されるハマカー定数をaH1(J)とするとき、第1のインクは、σ1>0.153p1.947×δ1 −3.84×|aH1|1.022を満たすことが好ましい。
第2のインクについては、第2のインクの表面張力をσ2(N/m)とし、第2のインクの膜厚をδ2(m)とし、非パターン形成領域(基材)と第2の膜で決定されるハマカー定数をaH2(J)とするとき、第2のインクは、σ2>0.153p1.947×δ2 −3.84×|aH2|1.022を満たすことが好ましい。
パターン形成領域および非パターン形成領域の位置を示す打滴パターンデータにより、親液化されたパターン形成領域に第1のインクを、非パターン形成領域に第2のインクを打滴してパターンを形成する。インクジェットヘッドから打滴されるインク滴の大きさは、16〜30μm程度である。
なお、打滴パターンデータによりインク滴が打滴されるため、この打滴パターンデータを変更することによりインク滴の打滴位置を容易に変えることができる。
後述するように、基板Zの歪みが許容範囲を超える場合には、補正打滴パターンデータにより、パターン形成領域に第1のインクを打滴し、非パターン形成領域に第2のインクを打滴してパターンを形成する。
オペレータは、入力部20を介して、検出部12と、露光部14と、パターン形成部16と、定着・焼成部18とにおける各種の処理条件、運転条件を記憶部24に入力し、記憶させることができるとともに、形成するパターンの位置情報(配置情報)およびパターンの各構成部の大きさ等の形状情報を含むパターンデータ(設計データ)、基板Zのアライメントマークmの位置情報、アライメントマークmの大きさ等の形状情報を記憶部24に入力し、記憶させることができる。
また、オペレータは、入力部20の表示部を介して、検出部12、露光部14、パターン形成部16の状態等を知ることができる。この表示部はエラーメッセージ等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22においては、例えば、ベクター形式(ベクトルデータ)で記述されたパターンデータを、ラスター形式(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露光部14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22で、データ変換しないか、または描画データ作成部22を経由することなく、直接画像処理部26にパターンデータを入力するようにしてもよい。
画像処理部26は、検出部12から出力された基板Zの歪み情報に基づいて、親疎液性変換膜40に形成するパターンの形成位置を変えるためのものであり、パターン形成のための調整部として機能するものである。
画像処理部26では、基板Zの歪み情報を許容範囲と比較し、基板Zの歪みが許容範囲を超える場合には、基板Zの歪み情報に応じて、UV光の照射位置を変更するために、露光データを補正する補正露光データを作成するものである。
フォトマスクを用いる場合には、画像処理部26は、基板Zの歪み情報に基づいて、フォトマスクの位置、傾き等を補正する補正露光パターンデータを作成する。
図6(a)〜(c)は、本発明の実施形態のパターン形成方法を工程順に示す模式的断面図である。図7は本発明の実施形態のパターン形成方法を工程順に示すフローチャートである。図8はパターン形成方法のうち、パターン形成工程を示すフローチャートである。
一方、基板Zの歪みが許容範囲内から外れる場合には、形成するパターンの露光データについて補正露光データを作成する。更には、打滴用の補正データ(補正打滴パターンデータ)も作成する。
露光には、基板Zの歪みが許容範囲内である場合には、露光データを用い、基板Zの歪みが許容範囲内から外れる場合には補正露光データを用いる。
次に、パターン形成部16において、マルチパス方式で、図3(a)、(b)に示す駆動キャリッジ50を副走査方向Mに移動させつつ、パターン形成領域42に第1のインクを、非パターン形成領域44に第2のインクを、互いに独立してかつ同時に打滴し、所定のパス数で繰り返し、同時にインクを打滴してパターン形成する(ステップS12)。
その後、1層目56a上に重ねるようにインクを打滴して、2層目56b、3層目56c、4層目56dと、所定のパス数で、第1のインク滴52aと第2のインク滴54aを複数回同じ領域に打滴する。
しかも、本実施形態においては、第2のインク滴を硬化させるにCO2レーザ光の照射等が不要であり、容易に線幅に対してアスペクト比が大きいパターンを形成することができる。
なお、ステップS10、S12およびS14においては、いずれも基板Zの搬送を止めた状態でなされる。
また、第1のインクと、第2のインクとを屈折率が異なるものを用いることにより、光学デバイスを作製することもできる。これ以外にも、電子配線、プリント配線基板、半導体用の電極、電子デバイス、表示デバイス、光学デバイス、サイネージおよび装飾品等のパターン、電子配線基板の配線パターン等を形成することができる。電子配線基板の配線パターンすることにより、電子配線基板が作製される。
なお、本実施形態では、積層数を少なくすることにより、薄いパターンを形成できる。
この場合においても、マルチパス方式によりインクが打滴される。まず、第1のインクと第2のインクを、互いに独立して、同時にパターン形成領域、非パターン形成領域に打滴し、1パス目の打滴を行う(ステップS20)。
所定のパス数(j回)に達するまで、上記ステップS20およびステップS22を繰り返し行う(ステップS24)。所定のパス数(j回)に達した後、第1のインクだけ、パターン形成領域に打滴する(ステップS26)。
その後、所定のパス数(k回)に達するまで、ステップS26を繰り返し行う(ステップS28)。この場合、第2のインク滴は硬化されているため、第1のインク滴が、硬化された第2のインク滴により堰き止められ、しかも第1のインク滴と第2のインク滴とは反発しあう状態である。このため、より多くの第1のインク滴をパターン形成領域に打滴し、第1のインク滴で埋めることができる。これにより、通常のインクジェット印刷(従来技術)と異なり、第1のインクによる第1の膜の厚さを第1の膜のパターン幅に対して高くできる。すなわち、パターン形成領域の幅に対してアスペクト比が大きなパターンを形成することができる。
なお、親疎液性変換膜40に予め親液化処理が施されて、パターン形成領域と非パターン形成領域にパターン化されたものを用いる場合には、パターン化するステップS10は不要である。
図9において、符号92は、パターン形成領域を示し、符号94は、非パターン形成領域を示す。パターン形成領域92に導電膜が形成され、非パターン形成領域94に絶縁膜が形成される。
例えば、親疎液性変換膜40として、光触媒含有材料を用いることができる。この場合、この光触媒含有材料中にフッ素が含有され、さらにこの光触媒含有材料表面のフッ素含有量が、光触媒含有材料からなる第1の膜(光触媒含有層)に対しエネルギーを照射した際に、光触媒の作用によりエネルギー照射前に比較して低下するとともに、エネルギー照射領域の体積が減るものである。また、エネルギー照射による光触媒の作用により分解され、これにより光触媒含有層上の濡れ性を変化させることができ、かつエネルギー照射領域の体積が減る分解物質を含むよう光触媒含有層であってもよい。
このような光触媒含有材料の光触媒、バインダ、およびその他の成分について、以下に説明する。
特に二酸化チタンが、バンドギャップエネルギーが高く、化学的に安定で毒性もなく、入手も容易であることから好適に使用される。二酸化チタンには、アナターゼ型とルチル型があり本実施態様ではいずれも使用することができるが、アナターゼ型の二酸化チタンが好ましい。アナターゼ型二酸化チタンは励起波長が380nm以下にある。
光触媒含有層中の光触媒の含有量は、5〜60重量%、好ましくは20〜40重量%の範囲で設定することができる。また、光触媒含有層の厚みは、0.05〜10μmの範囲内が好ましい。
CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)3CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)9CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2Si CH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si CH3(OCH3)2;
CF3(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7SO2N(C2H5)C2H4CH2Si(OCH3)3
上記のフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンをバインダとして用いることにより、光触媒含有層のエネルギー未照射部の撥液性が大きく向上し、金属ペーストの付着を妨げる機能を発現する。
上記第2の形態および第3の形態においては、さらにエネルギー照射による光触媒の作用により分解され、これにより光触媒含有層上の濡れ性を変化させることができる分解物質を光触媒含有層に含有させる必要がある。すなわち、バインダ自体に光触媒含有層上の濡れ性を変化させる機能が無い場合、およびそのような機能が不足している場合に、上述したような分解物質を添加して、上記光触媒含有層上の濡れ性の変化を起こさせる、もしくはそのような変化を補助させるようにするのである。
上述したような、フッ素を含む光触媒含有層中に含まれるフッ素の含有量としては、エネルギーが照射されて形成されたフッ素含有量が低い親液性領域におけるフッ素含有量が、エネルギー照射されていない部分のフッ素含有量を100とした場合に10以下、好ましくは5以下、特に好ましくは1以下であることが好ましい。
なお、自己組織化膜を形成する前に、基板表面に紫外光を照射したり、溶媒により洗浄したりして、前処理を施すことが望ましい。
上述の疎水性基において、特にメチレン基を有する疎水性基は、C−Hの結合エネルギー(338kJ/mol)がフッ素系材料のC−F結合(552kJ/mol)やシリコーン系材料のSi−C結合(451kJ/mol)に比較して小さい。このため紫外線照射等のエネルギー付与によって結合の一部を容易に切断することが可能である。
本実施例では、ダブルヘッド以上のマテリアルプリンタを用いる。具体的には、米国FUJIFILM Dimatix Inc.製マテリアルプリンタ「DMP−5005」にFUJIFILM Dimatix SX−3ヘッド(508μmピッチ128ノズルのピエゾ駆動型ドロップオンデマンドのインクジェットヘッド(10pLタイプ))を駆動キャリッジに2個備え、さらに、その両側にメタルハライド型UV照射装置を取り付け、制御ソフトにてマルチパスを含む任意のシャトルパターンにてシャトルスキャンを可能にしたプリンタを用いた。プリンタは、傾き(θ)補正付のxステージと、駆動キャリッジを副走査方向に移動させるためのyバーを有する。更には、プリンタは、アライメントマークを読み取り、その読み取り結果から、基材のアラインメント調整するアライメント調整機構を有する。なお、プリンタは、枚葉式のものである。
以下、駆動キャリッジの2個のインクジェットヘッドのうち、1つをプリントヘッド1といい、残りをプリントヘッド2という。
配線パターンとしては、図16に示す幅が40μm幅、60μm幅、100μm幅、120μm幅、150μm幅および200μm幅のパターン部130a〜130fを有するものとした。各配線パターンを1つの基材に対して縦、横および斜め45度に配置されるように形成した。
マルチパス方式で、パス数をmとして、シャトルスキャンにてスワス描画を解像度m×50dpiでパターンを完成させた。さらにパターンを同じ場所へn回重ねて形成した。
そして、親疎液性変換膜上に、予め作成した配線パターンに基づいたガラスマスクを被せ、UV照射装置を用いて、2000mJ/cm2の照射量となるように露光した。
なお、ガラスマスクにミタニマイクロニクス社製、石英ガラスを用いたクロム被覆ガラスマスクを用いた。また、UV照射装置としてメタルハライドランプを用い、UV光が当ったところは親液性となり、UV光が当っていないところは疎液性になるようパターニングした。
配線パターンについては、上述の図16に示すパターン部130a〜130fを有するものとし、各配線パターンを1つの基材に対して縦、横および斜め45度に配置して、露光して形成した。なお、二軸延伸PET基材には、別途光学的に読み取り可能なアラインメントマークを設けた。
光親疎性変換液としては、無機材料としてアナターゼ型の二酸化チタンを含有し、バインダとしてオルガノポリシロキサンを含有したものを用いた。
なお、インクA2の酸化銅インクは、以下のようにして作成されたものである。
得られたCu2Oコロイド分散液に5倍容量のメタノールを添加し、Cu2Oナノ粒子を沈降させた。デカンテーションにより上澄み液を除去し、再度メタノールを添加してCu2Oナノ粒子を洗浄した。この操作を3回繰り返した後、Cu2Oナノ粒子を、ドデシルアミン1mlを含む2−エトキシエタノール35mlおよび水15mlの混合溶媒に再分散して、25質量%の濃度のCu2O微粒子分散液を得た。
なお、実施例No.1では、インクAにインクA1を用い、インクBにUV硬化するインクB1を用いた。インクB1液中にインクA1を滴下すると弾になる。すなわち、弾く。
また、実施例No.2では、インクAとしてインクA2を用い、インクBとしてインクB2を用いた。インクB2液中にインクA2を滴下すると弾になる。すなわち、弾く。
なお、比較例No.3では、インクAとしてインクA3を用い、インクBとしてインクB2を用いた。インクA3とインクB2とは分離しない、すなわち、混ざり合う。
なお、比較例No.4では、インクA1のみを用い、インクBは使用しない。
なお、導電性を発揮するためにシンタリングが必要なインクに関しては、推奨される温度および時間、例えば、150℃、60分でシンタリングを行った。
上記表1、表2に示すように、実施例No.1の1−A、1−B、1−Cおよび実施例No.2の2−A、2−B、2−Cは、膜厚を4μm以上にすることができた。
一方、パターン形成方法が異なる表3、4に示す比較例No.1、2は、膜厚を4μm以上とすることができなかった。
また、インクBは使用せずインクA1のみを用いた表5、6に示す比較例No.3、4は、膜厚を4μm以上とすることができなかった。
なお、透明の二軸延伸PET基材に変えて、ポリイミド基材およびFR−4基材(ガラスエポキシ基材)を用いた場合でも、上述と同様の結果が得られたことを確認している。
インクAとして、Cabot CCI−300(Ag、極性溶剤)と、酸化銅ナノインクを用いた。インクBとして、絶縁インク(JNC社 PMA−1100P−022(商品名))を用いた。
また、パターン形成に際しては、メタルハライドランプで1パスあたり100mJ/cm2となるようUV硬化をしながら行った。
25パスで厚み7μmが得られ、その後、更にインクAを、パターン形成領域の空隙を必要な膜厚を満たすパス数だけ打滴した。そして、焼結した結果、導電性が得られたことを確認した。
図9に示す導電性パターン80以外に、図11に示す導電性パターン80bおよび図13に示す導電性パターン80dを、導電性パターン80と同様にして作製した。この場合でも図9に示す導電性パターン80と同様に、パターンを形成することができ、導電性があることを確認した。
本実施例では、富士フイルム社製INPREX−3600を用いて、予めPET基材上にレーザ光を照射して、L/Sの親疎液パターンを作製する。なお、L/Sのピッチは20μmである。
最後に完全硬化するために、500mJ/cm2でUV光を照射した。その後、PET基材と形成したパターンとを剥離したところ、厚みが10μmで、かつストライプ状に屈折率が異なる領域が作られたパターンシートが得られた。このようにして、光学デバイスを形成することもできる。
12 検出部
14 親疎水パターン形成部
16 パターン形成部
18 定着・焼成部
20 入力部
22 描画データ作成部
24 記憶部
26 画像処理部
28 制御部
34 固体
36 液滴
40 親疎液性変換膜
50 吐出部
52 第1の吐出ヘッド
54 第2の吐出ヘッド
56 紫外線照射ランプ
60 第1の膜
62 第2の膜
64 第3の膜
80、80a〜80f 導電性パターン
Claims (18)
- インクをインクジェット法により基材に打滴するパターン形成方法であって、
前記インクが揮発特性を有する第1のインクと、硬化特性を有する第2のインクの少なくとも2種のインクであり、
前記基材が表面エネルギーが異なる第1の領域と第2の領域を有し、
前記第1のインクと前記第1の領域は親液的であり、前記第2のインクと前記第2の領域は親液的であり、
マルチパス方式を用い、前記第1のインクを前記第1の領域に、前記第2のインクを前記第2の領域に同時に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。 - 前記第1のインクは、金属微粒子を含有するインクである請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記第2のインクは、紫外線硬化性インクまたは熱硬化性インクである請求項1または2に記載のパターン形成方法。
- 前記第1のインクと前記第2のインクとは、互いにはじく請求項1〜3のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記第1のインクにより形成される第1の膜と前記第2のインクにより形成される第2の膜とにより形成されるパターンの最狭部の幅をp(m)とし、前記第1のインクの表面張力をσ1(N/m)とし、前記第1のインクの膜厚をδ1(m)とし、前記基材と前記第1のインクで決定されるハマカー定数をaH1(J)とするとき、前記第1のインクは、σ1>0.153p1.947×δ1 −3.84×|aH1|1.022を満たす請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記第1のインクにより形成される第1の膜と前記第2のインクにより形成される第2の膜とにより形成されるパターンの最狭部の幅をp(m)とし、前記第2のインクの表面張力をσ2(N/m)とし、前記第2のインクの膜厚をδ2(m)とし、前記基材と前記第2のインクで決定されるハマカー定数をaH2(J)とするとき、前記第2のインクは、σ2>0.153p1.947×δ2 −3.84×|aH2|1.022を満たす請求項1〜4のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記打滴工程では、1パスが完了する前に吐出された前記第2のインク滴に対して硬化処理がなされ前記第2のインク滴を硬化させる請求項1〜6のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記打滴工程では、前記第1のインクの打滴の径が打滴間隔となる打滴量に対して、前記第1のインクを5倍以上打滴する請求項1〜7のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記第1のインクによる第1の膜は、高さが4μm以上である請求項1〜8のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記第1のインクは導電膜を形成し、前記第2のインクは絶縁膜を形成する請求項1〜9のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- さらに、前記基材上に塗布された前記第1のインクおよび前記第2のインクによって形成された表面全体に前記第2のインクを打滴し、膜を形成する工程を有する請求項1〜10のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- 前記第1の領域は、少なくとも、第1の方向に沿って互いに平行に延在する複数個の第1の直線からなる第1の直線群と、第2の方向に沿って互いに平行に延在する複数個の第2の直線からなる第2の直線群とを有し、前記第1の直線群と、前記第2の直線群とで格子形状が形成される請求項1〜11のいずれか1項に記載のパターン形成方法。
- さらに、前記第1の直線から前記第2の直線に向かって延在し、前記格子形状の対角線位置となる複数個の第3の直線からなる第3の直線群を有する請求項12に記載のパターン形成方法。
- さらに、前記第3の直線とは別の対角線位置に延在する複数個の第4の直線からなる第4の直線群を有する請求項13に記載のパターン形成方法。
- 前記第1の直線群および前記第2の直線群は、それぞれ、前記第1の直線、前記第2の直線が複数個同一軸線上に並ぶことによって形成される第1の分裂線、第2の分裂線を有し、
前記第1の分裂線をなす前記第1の直線同士の間隙と、前記第2の分裂線をなす前記第2の直線同士の間隙とが一致する請求項12〜14のいずれか1項に記載のパターン形成方法。 - 前記第1の直線群または前記第2の直線群の少なくともいずれか一方が、互いに平行に延在する前記第1の直線または前記第2の直線が密集した集合体を形成し、
前記集合体をなす前記第1の直線または前記第2の直線同士の離間距離は、前記第1のインクの打滴によるドット径以下であり、かつ隣接する前記集合体同士は、前記第1のインクの打滴によるドット径を超える距離で離間している請求項12〜15のいずれか1項に記載のパターン形成方法。 - インクをインクジェット法により基材に打滴してパターン形成するパターン形成装置であって、
揮発特性を有する第1のインクと、硬化特性を有する第2のインクの少なくとも2種のインクを同時に打滴可能な吐出部を有し、
前記基材が表面エネルギーが異なる第1の領域と第2の領域を有し、
前記第1のインクと前記第1の領域は親液的であり、前記第2のインクと前記第2の領域は親液的であり、
マルチパス方式を用い、走査しつつ前記吐出部から前記基材に対して前記第1のインクを前記第1の領域に、前記第2のインクを前記第2の領域に同時に打滴することを特徴とするパターン形成装置。 - 前記吐出部は、その走査方向に対して、前記第1のインクが吐出される第1のノズルおよび前記第2のインクが吐出される第2のノズルが配置されており、第2のインク滴に対して硬化処理を施す硬化部が前記第2のノズルに隣接して設けられている請求項17に記載のパターン形成装置。
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