JP2006049837A - 厚膜部材パターンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 立体形状に優れた厚膜部材パターンを少ない工程数で製造しうる製造方法を提供する。
【解決手段】 基板１上に、第一の前駆体層２ａと焼成による収縮率が第一の前駆体層２ａよりも大きい第二の前駆体層３ａとを積層し、該積層体４に対して、一括して露光、現像、焼成を行い、エッジ部が順テーパー形状の厚膜部材パターン９を得る。
【選択図】 図１

Description

表面伝導型電子放出素子などのように、電子放出部材が配置される基板上に配される絶縁体パターンや、複数の配線間に配置される層間絶縁層パターン、プラズマディスプレイなどのように基板上に形成された隔壁パターンや、誘電体パターン、回路基板などのように、基板上に形成された絶縁体または導電体パターン、または導体パターンといった厚膜部材パターンの製造方法に関する。

各種ディスプレイを構成する導電性パターンや絶縁性パターンにおいて、所定の導電性、絶縁性を得るべく厚膜に形成される厚膜部材パターンの製造方法としては、例えば特許文献１に開示されているような感光性ペーストを用いた方法が挙げられる。当該方法は、基板上に付与した感光性ペースト層に対して、複数回露光を行って、現像、焼成する、或いは、基板上に感光性ペーストを付与して露光、現像する工程を複数回繰り返すことにより、パターンエッジに焼成残渣がなく、焼成によるパターン収縮の少ない高精細な部材パターンを得る方法である。

特開２００３−１９５５１３号公報（米国特許出願公開第２００３／４９５７２Ａ号明細書）

しかしながら、特許文献１の方法は、露光を複数回行うことから、各露光時のマスクと基板の位置合わせが煩雑である。また、より一層の立体形状（エッジ部の順テーパー形状と表面部のフラット性）の改善を図り、安定化した厚膜部材パターンを工程数を増加することなく製造する方法が望まれている。

本発明の課題は、厚膜部材パターンを少ない工程数でより高いパターン精度で製造する方法を提供することにあり、さらには、立体形状（エッジ部の順テーパー形状と表面部のフラット性）に優れ、安定化した厚膜部材パターンの製造方法を提供することにある。

本発明は、基板上に配置された厚膜部材パターンの製造方法において、
基板上に第一の感光性ペーストを付与し、乾燥して、第一の前駆体層を形成する工程と、前記第一の前駆体上に、第二の感光性ペーストを付与し、乾燥して、第二の前駆体層を形成する工程と、
上記第一の前駆体層と第二の前駆体層の積層体を、所定パターンのマスクを介して一括して露光し、現像して前駆体パターンを形成する工程と、
前記前駆体パターンを一括焼成して厚膜部材パターンを形成する工程と、
を有し、
前記焼成工程による、前記第一の前駆体層の収縮率と、前記第二の前駆体層の収縮率とが互いに異なることを特徴とする。

本発明においては、積層体の各層に対して、異なる開口形状のマスクを用いた複数回の露光工程を行うことなく、積層体を一括露光して前駆体パターンを形成するため、複数回の露光によるパターン精度低下がなく、所望のパターン形状を精度良く形成することが可能となる。特に、上記積層体は収縮率の異なる感光性ペーストからなるため、積層体の上層に収縮率の大きい感光性ペーストを用いることにより、焼成時に上層がより多く収縮してパターンの断面が台形形状となり、パターンエッジ部において良好な順テーパー形状と表面フラット性が確保される。

よって、本発明によれば、厚膜部材パターンを少ない工程数で高精度に効率よく提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明により製造される厚膜部材パターンは、表面伝導型電子放出素子などのように電子放出部材が配置される基板上に配される絶縁体パターンや導電体パターン、複数の配線間に配置される層間絶縁層パターン、プラズマディスプレーなどのように基板上に形成された隔壁パターンや誘電体パターン、回路基板などのように基板上に形成された絶縁体のパターン、及び、導電体パターンなど、導電体、誘電体のいずれにも適用される。特に電子放出部材が配置される基板上に配される絶縁体パターンや複数の配線間に配置される層間絶縁層パターンは、その膜厚がおおよそ１０〜３０μｍと大きいため、形状の歪みが生じやすい。それゆえ、本発明を適用するのに好ましい部材である。尚、以下で説明する本発明は、絶縁体パターンに限らず、配線等の導電体パターンにも適用可能である。

図１は、本発明の製造方法の一実施形態の工程を示す断面模式図である。以下に、図１に沿って本発明の各工程を詳細に説明する。

〔工程１〕
基板１上に第一の感光性ペーストを付与して乾燥し、第一の前駆体層２ａを形成する。次いで、該第一の前駆体層２ａの上に、第二の感光性ペーストを付与して乾燥し、第二の前駆体層３ａを形成する。これで、第一の前駆体層２ａと第二の前駆体層３ａの積層体４が形成される〔図１（ａ）〕。

本発明においては、上記第一の前駆体層２ａと第二の前駆体層３ａの焼成による収縮率が互いに異なる。本発明の製造方法に用いられる感光性ペーストとしては、誘電体パターンを製造する場合には、例えば感光性の有機成分及び溶媒等に、酸化鉛や酸化ビスマスを添加したガラスフリットを加えて構成し、導電体パターンを製造する場合には、例えば感光性の有機成分及び溶媒等に、Ａｇ粒子及びガラスフリットを加えて構成する。この場合、第一の前駆体層２ａと第二の前駆体層３ａとで、感光性の有機成分や溶媒の量を調整することで、上記収縮率を調整することができる。

各感光性ペーストの付与方法としては、通常のスクリーン印刷法、バーコート法などによって５〜４０μｍと厚い膜厚に形成することができる。

〔工程２〕
工程１で形成した積層体４に、所定のパターンを有するマスク５を介して一括露光を施す。各前駆体層２ａ、３ａはそれぞれ光重合して硬化層２ｂ、３ｂからなる前駆体パターン６となる〔図１（ｂ）〕。露光は通常プロキシミティ露光装置により、所定の場所にアライメントして平行光７が所望の厚膜部材パターン９に対応するマスク５の開口部８を介して微小ギャップを経て積層体４に照射される。この時、各前駆体層２ａ、２ｂは一括で露光されるため各々の潜像である硬化層２ｂ、３ｂに位置的なズレが発生せず、最終的に均一な断面形状が得られる。

しかしながら、通常下方に向かうほど感光性に寄与する３６５ｎｍ付近の波長の光は材料中での吸収や散乱により減衰することで潜像幅が小さくなるので、図１（ｂ）に示すように、硬化層３ｂから２ｂに向かって潜像幅がほぼ連続的に小さくなる。

〔工程３〕
図１（ｃ）は一括現像後の状態を示す。通常、現像は未露光部に対して可溶する弱アルカリ性の溶液にて現像した後、純水のリンスにより現像を止め、エアーナイフにより水切り乾燥を実施する。本発明においては、第一の前駆体層２ａ、第二の前駆体層３ａの両層の未露光部に同時に可溶する現像液を使用して一括現像する。

〔工程４〕
前駆体パターン６を焼成する。ここで、前駆体パターン６の硬化層２ｂ、３ｂはそれぞれ、軟化・結合・溶融しながら流動して体積収縮を開始する〔図１（ｄ）〕。硬化層２ｂ、３ｂの形状変化は、基板１に平行な方向と膜厚方向となるが、膜厚方向の体積収縮はそのパターンエッジが盛り上がることなく、どの場所も均一に収縮する。焼成炉としては一般的に大気雰囲気中での熱風循環炉や、大気雰囲気中で且つエアーの強制導入下での遠赤外線ヒーター加熱方式の炉が使用することができる。

図１（ｅ）は、図１（ｄ）の状態からさらに昇温が進み、最高到達温度まで昇温した後の状態を示す図で、上層の第二の前駆体層３ａが下層の第一の前駆体層２ａよりも収縮率が大きい場合には、図１（ｅ）に示すように、上層がより収縮した状態で、上下層が結合する。

その後、数分間保持し、ほぼ全域で溶融できた時点で降温を開始させて室温まで戻すことで完全に一体化された所望のパターンの厚膜部材パターン９が得られる。このようにして形成された厚膜部材パターン９の立体形状は、表面の平面性が確保され、特にエッジ部では下地（基板界面）から上層にかけてオーバーハング形状（角状の盛り上がり形状）になることなく、きちんとした順テーパー形状が全面において形成される。

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。

［実施例１］
画像形成装置用の電子放出部材がマトリクス状に配線される電子源基板の製造方法であって、電子放出素子用の薄膜電極パターンとその上に位置する配線との間に配置する絶縁体パターンを本発明の製造方法により製造した。

基板としてはソーダ石灰ガラスを使用し、この基板上に先ず下電極（薄膜電極パターン）として厚さ５０ｎｍのＰｔ材料を通常の一般的なフォトリソグラフィー・エッチングで所望の薄膜パターンに形成した。

次に、下電極（薄膜電極パターン）上に、第一の感光性ペーストをスクリーン印刷法により成膜した。スクリーン印刷の版は所望の最終膜厚から使い分けるが、この場合はステンレス製の線径５５μｍの線材で＃１４５（２５．４ｍｍあたりの本数）のものを使用した。また、感光性ペーストとしては、酸化鉛を主成分としたガラスフリットに、感光性を有する有機成分と溶媒成分とを合わせて質量比が２〜３割程度含有するものを使用した。その後、溶媒を揮発させて乾燥する目的で温風とＩＲヒーターにより約１００℃、１５分程度の乾燥を実施した。乾燥後の第一の前駆体層の膜厚は約２６μｍ程度であった。

次に、上記第一の感光性ペーストより収縮率が大きくなるように、酸化鉛を含むガラスフリットに、感光性を有する有機成分と溶媒成分とを合わせて質量比が３〜４割程度含有するものを第二の感光性ペーストとして使用し、上記第一の感光性ペーストと同様の方法で成膜し、乾燥させた。乾燥後の第二の前駆体層の膜厚は約２５μｍ程度であり、第一の前駆体層と合わせて約５１μｍの膜厚となった。

次に、所望の絶縁体パターンに対応する開口部を有するマスクを所望の場所に露光されるようにアライメントして、マスクと上記第二の前駆体層とのギャップを約１００μｍに調整して、１００ｍＪ／ｃｍ²の露光量で露光した。具体的には、下電極（薄膜電極パターン）の上部にコンタクトホール（スルーホール）が形成されるように、下電極（薄膜電極パターン）の上部が未露光となるようにマスクをアライメントし、露光した。

露光後、第一及び第二の前駆体層の両未露光部に対して可溶する弱アルカリ性の溶液にて現像した後、純水のリンスにより現像を止め、エアーナイフにより水切り乾燥を実施して、上下の硬化層が一体化した前駆体パターンを得た。

その後、大気雰囲気下でさらにエアーを強制導入しながら段階的に加熱・冷却するＩＲヒーター加熱方式の炉により前記の上下一体化した前駆体パターンに一括して焼成を開始した。その昇温過程において、先ず４００℃程度までに二つの感光性ペースト中に残留している溶媒成分と有機成分が燃焼することで消失した。その後、さらに昇温されて上下の硬化層のガラスフリットの平均軟化点（この場合は４８０℃）より数十度低い温度付近からガラスフリットが軟化して上下の硬化層が互いに結合し、体積収縮が始まり、溶融しながら流動した。

さらに昇温が進み軟化点（この場合は最高到達温度もこの温度とした）まで昇温して１０分ほど保持し、ほぼ全域で溶融できた時点で降温を開始させて室温まで戻すことで所望の絶縁体パターンが得られた。

得られた絶縁体パターンは、膜厚が約２６μｍで、厚さ方向に約５０％収縮したが、その立体形状は表面の平面性が確保され、特にエッジ部では下地（基板界面）から上層にかけてオーバーハング形状になることなく、良好な順テーパー形状で形成されていた。

その後、この絶縁体パターン上に、上電極（配線）として、Ａｇペーストをスクリーン印刷と焼成によりスルーホールで下電極（薄膜パターン電極）と接続するように厚さ約８μｍでパターン形成した。

以上により製造された電子源基板は、絶縁体パターンのスルーホールでの下電極と上電極の間の接続不良発生率が０．１ｐｐｍ以下であり、接続不良のない良好なマトリクス配線が得られた。

［実施例２］
画像形成装置用電子源基板の列方向配線と行方向配線の層間絶縁層パターンを本発明の製造方法により製造した。図２に画像形成装置の概略図を示す。１１は電子源基板であるリアプレート、１２、１３は電子放出素子の一対の素子電極（上述の薄膜電極パターン）、１４は支持枠、１５は行方向配線、１６は列方向配線、１７は電子放出素子の導電性膜、１８は一対の素子電極１２、１３と導電性膜１７からなる電子放出素子、２０は蛍光体、２１はアノード電極、２２は蛍光体２０とアノード電極２１を有するフェースプレートである。

電子源は、行方向配線１５、列方向配線１６、電子放出素子１８とで構成される。尚、Ｄｘ、Ｄｙはそれぞれ、行方向配線、列方向配線の取り出し端子であり、Ｈｖはアノード電極２１の取り出し端子である。また、図３は、電子源の製造過程を説明する図であり、リアプレート１１の部分拡大図である。

リアプレート（以下単に基板という場合もある）には低歪点ガラスＰＤ２００（旭硝子）を使用し、この基板上に先ず一対の素子電極１２、１３を形成する〔図３（ａ）〕。次に列方向配線１６として、感光性が付与された銀ペースト（ガラスフリット含有）を、スクリーン印刷での全面塗布、加熱乾燥、露光、現像、焼成により厚さ約５μｍ、幅３５μｍにストライプ状にパターン形成した〔図３（ｂ）〕。

上記基板上に、第一の感光性ペーストと第二の感光性ペーストの積層体からなる誘電体層を形成する。第一、第二の感光性ペーストとしては、それぞれ酸化鉛を主成分としたガラスフリットと感光性を有する有機成分と溶媒成分とを合わせたペーストを用いた。尚、第一の感光性ペーストにおける、感光性を有する有機成分と溶媒成分とを合わせた質量比は、２〜３割程度となるようにした。また、第二の感光性ペーストにおける、感光性を有する有機成分と溶媒成分とを合わせた質量比は、収縮率が第一の感光性ペーストよりも大きくなるように、３〜４割程度となるようにした。

第一の感光性ペーストは、ステンレス製の線径４０μｍの線材で＃２００（２５．４ｍｍあたりの本数）の版を用い、第二の感光性ペーストはステンレス製の線径５５μｍの線材で＃１４５（２５．４ｍｍあたりの本数）の版を用い、いずれもスクリーン印刷により、成膜した。そして溶媒を揮発させて乾燥する目的で約１００℃、１５分程度の乾燥を実施し、誘電体層（前駆体層）の積層体４を形成した〔図３（ｃ）〕。乾燥後の膜厚は、第一の前駆体層が約１９μｍ程度、第二の前駆体層が約２５μｍ程度であり、積層体は合わせて約４４μｍの膜厚となった。

次に、実施例１同様に露光、現像を各々一括で実施した後、上下一体化した前駆体パターンに一括して焼成（昇温後に最高到達温度５２０℃で１０分保持）を施し、素子電極１２と後に形成する行方向配線１５とを接続するためのコンタクトホール（スルーホール）１８を部分的に有する層間絶縁層パターンを得た〔図３（ｄ）〕。その結果、トータルの膜厚が約２２μｍと厚さ方向にやはり約５０％収縮したが、その立体形状は実施例１と同様に表面の平面性が確保され、またエッジ部でも下地（基板界面）から上層にかけてオーバーハング形状になることなく、良好な順テーパー形状が形成された。

その後、得られた層間絶縁層パターンの上に行方向配線１５として、Ａｇペーストをスクリーン印刷と焼成によりストライプ状にパターン形成した〔図３（ｅ）〕。そののち、導電性薄膜１７を塗布し、電子放出素子を形成した〔図３（ｆ）〕。

特に本実施例においては、第二の誘電体層の収縮率が第一の誘電体層の収縮率より大きいため、誘電体パターンの形状がより良好となり、素子電極１２と行方向配線１５との接続がより確実に行われていた。

以上により製造された層間絶縁層パターンを画像形成装置用電子源基板に使用し、画像形成装置を作成した。対向基板（フェースプレート）と電子源基板のギャップが約１．５ｍｍ、アノード電極への印加電圧を１２ｋＶとして、画像形成装置を動作させたところ、、電子源とアノード電極間での異常放電の発生は、確認できず、また良好な画像表示が得られた。

［実施例３］
基板上に本発明の製造方法により厚膜導電体パターンを形成した。

第一の感光性ペーストとしては、導電体としてのＡｇ粒子とガラスフリットとの混合物に、さらに感光性を有する有機成分と溶媒成分を混合したものを使用した。尚、第一の感光性ペースト中の、感光性を有する有機成分と溶媒成分の質量比は２〜４割程度とした。第二の感光性ペーストは、第一の感光性ペーストと同じ成分を有し、第一の感光性ペーストよりも収縮率が大きくなるように調整したものを使用した。具体的には、第二の感光性ペースト中の、感光性を有する有機成分と溶媒成分の質量比は、３〜４割程度とした。

第一及び第二の感光性ペーストの成膜には、ステンレス製の線径２３μｍの線材で＃４００（２５．４ｍｍあたりの本数）の版を用いたスクリーン印刷法を用い、成膜後に、溶媒を揮発させて乾燥する目的で約１２０℃、１５分程度の乾燥を実施した。乾燥後の膜厚はそれぞれ約８μｍ程度で、積層体の膜厚は約１６μｍであった。

次に、実施例１と同様に露光、現像を各々一括で実施した後、上下一体化した前駆体パターンに一括して焼成（昇温後に最高到達温度４８０℃で１０分保持）を施し、厚膜導電体パターンを得た。焼成後のトータルの膜厚は約９．６μｍと厚さ方向に約４０％収縮したが、その立体形状は先の実施例１と同様に、エッジ部でも下地（基板界面）から上層にかけてオーバーハング形状になることなく、良好な順テーパー形状で形成された。

尚、この厚膜導電体を、上述実施例２の画像形成装置の列方向配線に応用したところ、実施例２同様に良好な画像形成装置を得た。

本発明の製造方法の第一の実施形態の工程を示す断面模式図である。 本発明による画像形成装置の概略斜視図である。 本発明の画像形成装置の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 基板
２ａ 第一の前駆体層
２ｂ 第一の硬化層
３ａ 第二の前駆体層
３ｂ 第二の硬化層
４ 積層体
５ マスク
６ 前駆体パターン
７ 平行光
８ 開口部
９ 厚膜部材パターン
１１ リアプレート
１２、１３ 一対の素子電極
１４ 支持枠
１５ 行方向配線
１６ 列方向配線
１７ 導電性膜
１８ 電子放出素子
１９ コンタクトホール
２０ 蛍光体
２１ アノード電極
２２ フェースプレート

Claims (3)

1. 基板上に配置された厚膜部材パターンの製造方法において、
   基板上に第一の感光性ペーストを付与し、乾燥して、第一の前駆体層を形成する工程と、前記第一の前駆体層上に、第二の感光性ペーストを付与し、乾燥して、第二の前駆体層を形成する工程と、
   上記第一の前駆体層と第二の前駆体層の積層体を、所定パターンのマスクを介して一括して露光し、現像して前駆体パターンを形成する工程と、
   前記前駆体パターンを一括焼成して厚膜部材パターンを形成する工程と、
   を有し、
   前記焼成工程による、前記第一の前駆体層の収縮率と、前記第二の前駆体層の収縮率とが互いに異なることを特徴とする厚膜部材パターンの製造方法。
2. 前記第一の前駆体層よりも前記第二の前駆体層の方が前記焼成による収縮率が大きい請求項１に記載の厚膜部材パターンの製造方法。
3. 複数の電子放出部材と、前記複数の電子放出部材をマトリクス配線した、複数の行方向配線及び複数の列方向配線と、前記行方向配線と列方向配線との間に配置された厚膜誘電体層とを備える画像形成装置の製造方法であって、
   前記行方向配線、列方向配線、厚膜誘電体層の少なくともいずれか１つが、請求項１に記載の方法にて製造されることを特徴とする画像形成装置の製造方法。

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