JP2005081703A - パターン形成方法及びそれを用いたパターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インキの転移が定量的で、ほぼ完全に行うことができ、かつ優れた形状のパターンを形成するパターン形成方法及びそれを用いたパターン形成装置の提供にある。
【解決手段】インクジェット装置４０を用い、その装置４０のノズル４２より吐出されるインクジェット用インキ３０を、凸凹版２０の凸部２２に凹部が形成された印刷版を用い、その画線部１００に供給して、印刷するもので、凸部２２を構成する材料が弾性体であるパターン形成方法とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターン形成方法およびその方法を用いたパターン形成装置に関するものである。

従来、パターン形成方法としては印刷やフォトリソグラフィーなどの方法が知られている。その印刷には凸版、凹版、平版、孔版などの印刷版を用いる方法やインクジェット、電子写真のような無版印刷などがあり、フォトリソグラフィーの手法ではパターンを形成したい材料そのものを感光性とする方法や、予め別の感光性材料でパターンを形成したのち、その間隙にパターン形成したい材料を充填し、しかる後感光性材料を除去する方法が知られている。

上記いわゆる一般的な印刷物の作成においては網点の集合、すなわち形成されたパターンの集合体によりひとつの画像が形成される。したがって、一般的な印刷においては、その集合体が一定の品質を保つことができればよく、各々のパターン間の均一性、例えばその形状の均一性はそれほど高くなくてもよい。

一方、フォトリソグラフィーの手法は、エレクトロニクス分野におけるパターン形成技術として多用されているが、この場合は一般的な印刷の場合と異なり、形成されたパターン一つ一つが一定の品質を保つことが求められる。すなわち、形成された各々のパターン間の均一性が高いことが求められる。

また、さらに両者を比較すると、一般的な印刷の場合は、パターン形成したい材料を直接その形状にパターニングできるが、フォトリソグラフィーの場合には化学的、物理的な処理工程を経てパターニングされる。

従って、フォトリソグラフィーの手法を用いるためにはパターニングされる材料はそれらの処理工程に耐えられることが必要となる。しかしながら、そのような耐性を有さない材料も多い。また、仮に耐性を有したとしても経済性の観点から、フォトリソグラフィーを用いることが困難な場合もある。このようなプロセス上の耐性を有さない材料としては、ＤＮＡやタンパク質やそれらの断片、チオール等の自己組織化機能を有する化合物等が挙げられる。また、経済性の観点からフォトリソグラフィーを用いることが困難な材料としては、貴金属ナノ粒子や有機半導体材料などが挙げられる。

一方、一般的な印刷では、インキを直接パターニングできるため、フォトリソグラフィーを適用する場合に比べ、そのような材料の耐性等の要求は比較的低いが、インキ転移の繰り返しにより印刷が完成する。例えば平版オフセット印刷の場合、インキングロールから版へのインキ転移、版からブランケットロールへのインキ転移、そしてブランケットロールから被印刷体へのインキ転移というプロセスを経ている。

そして、各転移プロセスにおいてインキが完全に転移する、ということは事実上ありえずインキ皮膜は付着と断裂の繰り返しを経て印刷される。従って、このインキ断裂のばらつきが印刷された網点一つ一つのばらつきの原因となる。

したがって、一般的な印刷を用いて機能性材料のパターニングを行った場合、このばらつきが機能のばらつきの原因と成りうる。

また、他の印刷に液体の精密なパターニングとしてインクジェットを用いる方法が知られており、有機トランジスタの分野において電極形成の手法として用いられた例がある。このインクジェットの場合、定量的に液体をコントロールできることおよび基材と非接触でパターニングできるといった利点がある（例えば、非特許文献１参照。）。

また、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれる分野では、インクジェットを用いて微小機械部品を作製することが提案されている（例えば、非特許文献２参照。）。

以下に上記先行技術文献を示す。
Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ ｅｔ．ａｌ． Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８０巻、Ｐ．２１２３（２０００） Ｓ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ ｅｔ．ａｌ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ １１巻、Ｐ．５４

しかし、上記インクジェットは球状の液滴を用いてパターン形成するため、パターニングされた形状は、その液滴の大きさに規定される。また、例えば直線を形成する場合でも、その球状の液滴の集合によってこれが形成される。この径は最小でも１０ミクロン程度であるため、解像度には限界があり、高精細のパターン形成のためには上記非特許文献１の記載にもあるように、予め撥インキ性の隔壁を設ける等の操作が必要となる。

一方、一般の印刷の場合、例えばオフセット印刷の場合、インキは版から弾性体、いわゆるゴム製のプランケットへ転移させたのち所定の基材に印刷されるが、ゴムの中ではシリコーンゴムがインキの転移の割合の高いことが知られており、パッド印刷では実際に用いられている。この方式は本質的に凹版オフセット印刷であり、凹版からパッドへのインキ転移を１００％にすることが困難である。また、凹版で規定された形状をいったんパッドに移してから転写するため、その工程で形状のばらつきが発生する。したがって、インキ転移やその形状を定量的に管理することは非常に難しい。

このためインキの転移が定量的、望ましくはほぼ完全に行うことができ、かつ優れた形状のパターン形成方法が求められている。これを達成するため、既存技術について検討したところ、以下の結果を得た。

即ち、（１）正確な形状のパターンを得るには凹版を用いることが望ましい。（２）インキの供給量を正確にするにはインクジェットが望ましい。（３）被印刷体との接触を最小限にするためには凸版が望ましい。（４）パターン幅を正確に規定するためには、版に付着したインキの幅が、版の幅と同じになることが望ましい。（５）また、形成されたパターンの用途によっては、例えば立体的構造物を形成しようとする場合には、版の上で予めインキを何らかの手段で硬化させておくことが望ましい。

本発明は、かかる従来技術の問題点の解決と要望点を満たすものであり、その課題とするところは、インキの転移が定量的で、ほぼ完全に行うことができ、かつ優れた形状のパターン形成方法およびそれを用いたパターン形成装置を提供することにある。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、インクジェット
装置を用い、その装置より吐出されるインキを凸版の凸部に凹部が形成された画線部に供給し、印刷することを特徴とするパターン形成方法としたものである。

また、上記請求項２の発明では、上記凸部に形成された凹部は、インクジェット装置から吐出されるインクの液滴の直径より小さい幅の部分をも有していることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法としたものである。

また、上記請求項３の発明では、上記凸版の凸部を構成する材料が弾性体であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のパターン形成方法としたものである。

また、上記請求項４の発明では、上記インクジェット装置から吐出されるインキの接触角が９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン形成方法としたものである。

また、上記請求項５の発明では、上記凸部に形成された凹部のインキ付着部分の接触角が９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン形成方法としたものである。

また、上記請求項６の発明では、上記凸版の凸部に形成された凹部の端部に凹部が形成されているインク着弾部を設け、該着弾部がインクジェット装置より吐出される液滴の直径より広い幅であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパターン形成方法としたものである。

さらにまた、上記請求項７の発明では、上記請求項１乃至６のいずれかに記載のパターン形成方法を用いたことを特徴とするパターン形成装置としたものである。

本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。

即ち、上記請求項１に係る発明によれば、インクジェット装置を用い、その装置より吐出されるインキを、凸版の凸部に凹部が形成された印刷版（以下凸凹版という）の画線部に供給し、この凸凹版で被印刷体に直接接触させて印刷することによって、インクジェットの特性であるインキの供給量を正確にし、かつ被印刷体との接触を最小限にするために、インキの転移が定量的で、かつ優れた形状のパターンを形成する方法を提供することができる。

また、上記請求項２に係る発明によれば、凸部に凹部が形成された凹部の幅が、インクジェット装置から吐出されるインクの液滴の直径より狭い部分を有しているので、インクの液滴の直径より広い幅でなる凹部の部分に供給されたインキが、狭い幅でなる樋状の凹部に濡れ広がって正確なパターンを形成することができる。

また、上記請求項３に係る発明によれば、凸版の凸部を構成する材料を弾性体とすることによって、インキの転移がほぼ完全に行うことができ、よってより優れた形状のパターン形成方法を提供することができる。

また、上記請求項４に係る発明によれば、インクジェット装置から吐出されるインクの接触角を９０度以下とすることによって、凸版の凸部に形成された凹部に付着したインキの幅が版の凸部の幅と略等しくなるので、得られるパターンの幅は正確に規定されたものとすることができる。このインキの接触角を９０度以上とすると、凸版の凸部に付着したインキの幅が版の凸部の幅より広くなるので、パターン幅が広くなり、得られるパターン
の幅に正確さを欠くことになるので好ましくない。

また、上記請求項５に係る発明によれば、凸版の凸部に形成された凹部のインキ付着部分の接触角を９０度以下とすることによって、凸版の凸部に形成された凹部に付着したインキの幅が版の凸部の幅と略等しくなり、よって得られるパターンの幅は正確に規定されたものとすることができる。このインキ付着部分の接触角を９０度以上とすると、凸版の凸部に形成された凹部に付着したインキの幅が版の凸部の幅より広くなるので、パターン幅が広くなり、得られるパターンの幅に正確さを欠くことになるので好ましくない。

さらにまた、上記請求項６に係る発明によれば、凸版の凸部に形成された凹部の端部にインクジェット装置より吐出される液滴の直径より広い幅でなり、凹部を形成しているインキ着弾部を設ることによって、インキを広い幅でなるインキ着弾部に容易に供給することができ、そのインキが凸部の樋状の凹部に濡れ広がって正確なパターンが形成されるパターン形成方法とすることができる。

以上のように、本発明では凸部の頂部に凹部を形成した凸凹版を用い、この凹部にインクジェット法でインキングした後、このインキでなるパターン形成材料を所定の基板へ転写する方法とすることにより、インキ転移が定量的で、ほぼ完全に行うことができ、かつ優れた形状のパターンを形成することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。

上記請求項１に係る発明は、例えば図１の側断面図に示すように、インクジェット装置（４０）を用い、そのノズル（４２）から吐出されるインキ（３０）を凸部（２２）の集合でなり、この凸部（２２）の頂部（２２ａ）に凹部が形成された凸凹版（２０）の画線部（１００）に供給し、図３の側断面図に示すように、その凸凹版（２０）の裏面から圧ロール（５０）で押圧して凸部（２２）に形成された凹部上のインキ（３０）を被印刷体（６０）に転写で印刷し、例えば図４（ａ）の平面図およびそのＢ−Ｂ断面図としての図３（ｂ）に示すように、パターン（２００）を被印刷体（６０）上に形成し、パターン形成体（１）とするパターン形成方法である。

また、上記請求項２に係る発明は、例えば図１に示すように、凸部（２２）の頂部（２２ａ）に形成されている凹部の幅（Ｗ）を、インクジェット装置（４０）から吐出されるインキの液滴の直径より狭い部分をも有しているパターン形成方法である。

また、上記請求項３に係る発明では、例えば図２に示すように、頂部に樋状の凹部（２２２）が形成されている凸部（２２）を構成する凸凹版（２０）の材料を弾性体でなるものとし、図３に示すように、凸部（２２）に付着したインキ（３０）を被印刷体（６０）に転写するに際し、そのインキ転移率を１００％近傍まで上げようとしたものである。

また、上記請求項４に係る発明では、例えば図５（ａ）に示すように、インクジェット装置から吐出されるインキ（３０）の接触角（θ）を９０度以下とするもので、このようにインキ（３０）の接触角（θ）を９０度以下とすることによって、凸部（２２）の頂部に付着したインキ（３０）の幅（Ｄ）が凸部（２２）の頂部の幅（Ｗ）と略等しくなるので、得られるパターンの幅は正確に規定されたものとすることができる。また例えば図５（ｂ）に示すように、このインキの接触角（θ）を９０度以上とすると、凸部（２２）の頂部に付着したインキ（３０）の幅（Ｄ）が凸部（２２）の頂部の幅（Ｗ）より広くなるので、形成されるパターン幅が規定より広くなり、正確さを欠くことになる。

また、上記請求項５に係る発明では、例えば図５（ａ）に示すように、凸部（２２）の頂部に形成されている凹部のインキ付着部分の接触角（θ）を９０度以下とすることによって、樋状の凹部でなる凸部（２０）の頂部に形成されている凹部に付着したインキ（３０）の幅（Ｄ）が凸部（２０）の幅（Ｗ）と略等しくなり、得られるパターンの幅は正確に規定されたものとすることができ、図５（ｂ）に示すように、凸部（２２）の頂部のインキ付着部分の接触角（θ）を９０度以上とすると、凸部（２２）に形成された凹部に付着したインキ（３０）の幅（Ｄ）が凸部の幅（Ｗ）より広くなるので、得られるパターン幅に正確さを欠くものとなる。

さらにまた、上記請求項６に係る発明は、例えば図２に示すように、凸凹版（２０）を構成する凸部（２２）の端部に略円形状の凹部（２２３）が形成されているインク着弾部（２３）を設け、この着弾部（２３）に形成されている略円形状の凹部（２２３）がインクジェット装置より吐出される液滴の直径より広い幅（Ｗ２）でなるものとしたもので、インキを広い幅（Ｗ２）でなるインキ着弾部（２３）に容易に供給することができるパターン形成方法である。

以下に、本発明のパターン形成方法に用いる印刷版の作製などについて、さらに具体的に説明する。

まず、例えば図６の側断面図に示すように、ガラス基板（１６）上に幅１０μｍの蒲鉾状の凸部（１２）と、それに隣接し、この蒲鉾状の凸部（１２）より高さのあるスリット状の凸部（１４）とを２種類のフォトレジストで形成して母型（１０）を作製する。

続いて、図６（ｂ）に示すように、上記で得られた母型（１０）に、例えばシリコーンゴム：ｓｙｌｇａｒｄ１８４（ダウコーニング社製）を流し込み、硬化させた後、シリコーンゴムを母型（１０）より引き剥がして、図６（ｃ）に示すように、スリット状の凸部（２２）の頂部（２２ａ）が樋状の凹部を形成している弾性体でなる印刷版、即ち凸凹版（２０）を作製する。

続いて、例えば図１に示すように、上記で得られた凸凹版（２０）の凸部（２２）の頂部（２２ａ）に、インキ（３０）として銀のナノ粒子インキを用い、インクジェット装置（４０）にて供給する。このインキ（３０）は、凸部（２２）に形成された凹部に選択的に滴下する。この時のインキ液滴は、凸部の樋状の凹部の幅（Ｗ）より大きい場合でも、凸部がスリット状で直線的に延びているので、凸部（２２）の頂部（２２ａ）に形成された凹部に濡れ広がって形成される。

続いて、図３に示すように、インキ（３０）が付着した凸凹版（２０）を被印刷体（４０）であるガラス板に重ね合わせて圧ローラ（５０）を用いて加圧した後、これを引き剥がした際のインキ（３０）は完全に被印刷体（４０）に転移せしめることができる。上記で得られたパターン形成体は、図４（ａ）に示すように、良好な直線性を有する銀のナノ粒子によるスリット状パターン（２００）でなるものとすることができる。

上記パターン形状を改良する方法として、上記請求項４の発明のように、インキに界面活性剤を添加して版に対するインキの濡れ性を改善することもできる。例えば図５（ｃ）に示すような凸部（２２）に形成された凹部の弧の接線を基準とすると、図５（ａ）に示すように、インキの接触角（θ）が９０度以下であれば版に付着したインキの幅（Ｄ）は版の樋状凹部の幅（Ｗ）と等しくなる。このため、得られるパターン幅は正確に規定できるようになる。さらに凸凹版の凸部上でインキを硬化させれば、転写されたパターン形状は、凸部上での形状がそのまま維持されるため、ＭＥＭＳと呼ばれる分野で必要とされる微小機械部品、例えば電極パターンやカラーフィルタ等を印刷的手法で作製が可能となる
。

また、パターン形状を改良する他の方法として、上記請求項５の発明のように、凸凹版の凸部面に界面活性剤を塗布して版に対するインキの濡れ性を改善することもでき、この場合も上記のインキに界面活性剤を添加した場合と同様に、得られるパターン幅は正確に規定できるようになり、ＭＥＭＳと呼ばれる分野で必要とされる微小機械部品を印刷的手法で作製が可能となるものである。

以上説明したように、本発明では図１に示すように、凸凹版（２０）の凸部（２２）の頂部（２２ａ）に凹部を形成した印刷版を用い、これにインクジェット装置（４０）でインキングした後、図３に示すように、パターン形成材料であるそのインキ（３０）を被印刷体（６０）である所定の基板へ転写することにより、インキ転移が定量的、望ましくはほぼ完全に行うことができ、かつ優れた形状のパターン形成ができるパターン形成方法である。

本発明のパターン形成方法を構成するインキ供給工程の一実施の形態を側断面で表した説明図である。 本発明のパターン形成方法で用いる印刷版の一事例を模式的に表した斜視図である。 本発明のパターン形成方法を構成するインキ転写工程の一実施の形態を側断面で表した説明図である。 本発明のパターン形成方法で得られたパターン形成体の一事例を説明するもので、（ａ）は、その正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ面を表す断面図である。 本発明のパターン形成方法に於けるインキングの状態を説明するもので、（ａ）は、正常な状態を示す断面図であり、（ｂ）は、異常な状態を示す断面図であり、（ｃ）は、基準となる凹部の弧の接線を示す図である。 本発明のパターン形成方法に用いる凸版の製造工程を説明するもので、（ａ）は、母型の製造工程を示す断面図であり、（ｂ）は、凸版の製造工程を示す断面図であり、（ｃ）は、得られる凸凹版の断面図である。

符号の説明

１‥‥パターン形成体
１０‥‥母型
１２‥‥フォトレジストによる蒲鉾状の凸部
１４‥‥フォトレジストによるスリット状の凸部
１６‥‥基板
２０‥‥凸凹版
２２‥‥凸部
２２ａ‥‥凸部の頂部
２３‥‥インキ着弾部
３０‥‥インキ
４０‥‥インクジェット装置
４２‥‥ノズル
５０‥‥圧ロール
６０‥‥被印刷体
１００‥‥画線部
２００‥‥スリット状パターン
２２２‥‥樋状の凹部
２２３‥‥インキ着弾部の凹部
Ｄ‥‥インキの幅
Ｗ‥‥樋状の凹部の幅
Ｗ２‥‥インキ着弾部の凹部の幅

Claims (7)

1. インクジェット装置を用い、その装置より吐出されるインキを凸版の凸部に凹部が形成された画線部に供給し、印刷することを特徴とするパターン形成方法。
2. 上記凸部に形成された凹部は、インクジェット装置から吐出されるインクの液滴の直径より小さい幅の部分をも有していることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
3. 上記凸版の凸部を構成する材料が弾性体であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載のパターン形成方法。
4. 上記インクジェット装置から吐出されるインキの接触角が９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン形成方法。
5. 上記凸部に形成された凹部のインキ付着部分の接触角が９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパターン形成方法。
6. 上記凸版の凸部の端部に凹部が形成されているインク着弾部を設け、該着弾部がインクジェット装置より吐出される液滴の直径より広い幅であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパターン形成方法。
7. 上記請求項１乃至６のいずれかに記載のパターン形成方法を用いたことを特徴とするパターン形成装置。