JP2006278686A - パターン形成方法、並びに、これを用いた電気配線回路の形成方法および印刷トランジスタの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度、特にパターン間の短絡の発生を抑制するパターン形成方法、並びに、これを用いた電気配線回路の形成方法および印刷トランジスタの形成方法を提供する。
【解決手段】スクリーンマスクもしくはステンシルマスク１０の開口部１０ａに第一のインキ１４を通過させて、前記第一のインキ１４からなるパターンを形成する孔版印刷法において、前記スクリーンマスクもしくはステンシルマスク１０の非開口部１０ｂに第二のインキ１２を塗布した後、前記スクリーンマスクもしくはステンシルマスク１０の開口部１０ａに第一のインキ１４を通過させて、前記第一のインキ１４および前記第二のインキ１２を基材上に塗布し、前記第一のインキ１４および前記第二のインキ１２からなるパターンを形成することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、パターン形成方法、並びに、これを用いた電気配線回路の形成方法および印刷トランジスタの形成方法に関するものである。

近年、印刷エレクトロニクスと呼ばれる技術分野の研究が注目されている。この印刷エレクトロニクスとは、主としてトランジスタやダイオードなどの能動素子を、印刷法により作製する技術であり、その応用例としては電子ペーパーやＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＩＤｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）タグなどが挙げられる（例えば、非特許献１参照）。

印刷法の中でも、孔版印刷法は、すでに電子産業分野において導電体、抵抗体、絶縁体、はんだなどの形成手段として広く用いられている。
この孔版印刷法は、ステンレスなどの金属やポリエステルなどの樹脂の糸を編んで作製したメッシュを樹脂でマスクして、所定のパターンをなす開口部を形成したスクリーンマスク、もしくは、金属板のエッチングなどにより所定のパターンをなす開口部を形成したステンシルマスクを用いる印刷方法であり、通常はスキージと呼ばれるゴム板でパターン形成材料のインキを、スクリーンマスクもしくはステンシルマスクの開口部から、被写体上に押し出して印刷する方法である。

ここで、図１１は、印刷エレクトロニクスの目的の一つである電界効果トランジスタを示す概略断面図である。
図１１中、符号１００は電界効果トランジスタ、１０１はゲート電極、１０２はゲート絶縁膜、１０３は半導体層、１０４はソース電極、１０５はドレイン電極をそれぞれ示している。

この電界効果トランジスタ１００では、ソース電極１０４とドレイン電極１０５との間の半導体層１０３が形成される部分、いわゆるチャネルの長さを数十μｍあるいはそれ以下で精度良く形成する必要がある。
なお、印刷エレクトロニクスによる電界効果トランジスタ１００は、ゲート電極１０１、ゲート絶縁膜１０２、半導体層１０３、ソース電極１０４、ドレイン電極１０５のうち少なくとも１つが印刷法により形成されていればよい。したがって、半導体層１０３の材質は、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリフルオレンおよびその誘導体、ポリトリアリルアミンおよびその誘導体、ペンタセンなどのアセン化合物などの有機化合物に限定されるものではなく、インジウム、亜鉛、ゲルマニウム、銅などから構成される金属酸化物や化合物半導体のナノロッドなども用いることができる。
日経エレクトロニクス ２００４年２月１６日号 ９３頁〜１１３頁

しかしながら、印刷法では、基材上におけるインキの塗れ広がりが発生し易いため、その結果として、パターン間隔が目的とした値よりも狭くなることがある。特に、数十μｍあるいはそれ以下の間隔でパターンを形成すると、パターン間の短絡が発生し易くなるという問題点があった。

パターン間の短絡を防止する対策の１つとしては、インキの粘度や印刷条件などを調節して、短絡が生じない条件でパターンを印刷することが挙げられるが、さらに安定にパターンを形成できる手段が求められている。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高解像度、特にパターン間の短絡の発生を抑制するパターン形成方法、並びに、これを用いた電気配線回路の形成方法および印刷トランジスタの形成方法を提供することを目的とする。

本発明のパターン形成方法は、スクリーンマスクもしくはステンシルマスクなどの印刷用マスク部の開口部に第一のインキを通過させて、前記第一のインキからなるパターンを形成する孔版印刷法において、前記スクリーンマスクもしくはステンシルマスクなどの印刷用マスク部の非開口部に第二のインキを塗布した後、前記開口部に第一のインキを通過させて、前記第一のインキおよび前記第二のインキを基材上に塗布し、前記第一のインキおよび前記第二のインキからなるパターンを形成することを特徴とする。

本発明の電気配線回路の形成方法は、本発明のパターン形成方法を少なくとも一部に用い、第一のインキを導電性のもとして、第二のインキにより前記導電性の第一のインキの端部を位置規制して第一のインキによる配線パターンを形成することを特徴とする。
本発明の印刷トランジスタの形成方法は、本発明のパターン形成方法を少なくとも一部に用い、ソース電極とドレイン電極をシリコンウエハ上に印刷してトランジスタを形成することを特徴とする。

本発明のパターン形成方法によれば、スクリーンマスクもしくはステンシルマスクなどの印刷用マスク部の開口部に第一のインキを通過させて、前記第一のインキからなるパターンを形成する孔版印刷法において、前記スクリーンマスクもしくはステンシルマスクなどの印刷用マスク部の非開口部に第二のインキを塗布した後、前記開口部に第一のインキを通過させて、前記第一のインキおよび前記第二のインキを基材上に塗布し、前記第一のインキおよび前記第二のインキからなるパターンを形成するので、第二のインキが障壁となり、第一のインキのレベリングが抑制され、パターンが等間隔に所定の寸法精度で形成され、短絡が発生することを抑制できる。

本発明のパターン形成方法、並びに、これを用いた電気配線回路の形成方法および印刷トランジスタの形成方法の最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

本実施形態のパターン形成方法は、スクリーンマスクもしくはステンシルマスクの開口部に第一のインキを通過させて、前記第一のインキからなるパターンを形成する孔版印刷法において、あらかじめ前記スクリーンマスクもしくはステンシルマスクの非開口部に第二のインキを塗布し、前記第一のインキおよび前記第二のインキを基材上に塗布し、前記第一のインキおよび前記第二のインキからなるパターンを形成するものである。

以下に、本実施形態のパターン形成方法をさらに詳細に説明する。
図１〜図４は、本実施形態のパターン形成方法を示す概略断面図である。
本実施形態のパターン形成方法では、スクリーン印刷機を基本とした印刷装置を用いることができる。
本実施形態のパターン形成方法では、まず、図１に示すように、スクリーンマスク１０のマスク部１０Ａの非開口部１０ｂの基材と接する側の面（乳剤面）に、インキングロール１１により、第二のインキ１２を塗布する。

スクリーンマスク１０のマスク部１０Ａには、所定のパターンをなす多数の開口部１０ａおよび非開口部１０ｂが等間隔に設けられている。
インキングロール１１としては、ゴムロール、公知の平版印刷機で用いられている複数のゴムロールの組み合わせ（インキ練りロール、インキングロールの組み合わせ）からなる機構、フレキソ印刷機で用いられているアニロックスロールとゴムロールの組み合わせからなる機構などが好適に用いられる。

次いで、図２に示すように、スクリーンマスク１０の開口部１０ａに、スキージ１３により、第一のインキ１４を充填し、開口部１０ａを通過させるとともに、スクリーンマスク１０を基材２０に接触させて、第一のインキ１４および第二のインキ１２を基材２０上に塗布する。

次いで、スクリーンマスク１０を基材２０から離すと、図３に示すように、基材２０上に第一のインキ１４および第二のインキ１２からなるパターン２１が得られる。このパターン２１は、図４に示すように、第二のインキ１２が障壁となり、第一のインキ１４のレベリングが抑制され、第一のインキ１４からなる導体パターンが等間隔に所定の寸法精度で形成される。

第一のインキ１４としては、目的とする機能に合わせた種々の材料をペースト化したものが用いられる。すなわち、電気配線やトランジスタの電極のような導体層を形成する場合、第一のインキ１４としては、公知の銀ペースト、カーボンペースト、銅ペーストなどの導電性ペーストが用いられる。また、第一のインキ１４をエッチングレジストとして用いる場合、第一のインキ１４としては、エッチング液に溶解しないものが用いられる。

第二のインキ１２としては、第一のインキ１４の機能を損なわないものが用いられる。例えば、第一のインキ１４が上記の導電性ペーストである場合、第二のインキ１２としては、絶縁性の高いものが用いられる。また、また、第一のインキ１４をエッチングレジストとして用いる場合、第二のインキ１２としては、エッチング液に溶解するものか、もしくは、第一のインキ１４を侵さない溶媒に溶解するものが用いられる。

さらに、第一のインキ１４と第二のインキ１２は、印刷時に混ざり合わない必要がある。このため、第一のインキ１４として親水性のインキを用いる場合、第二のインキ１２として疎水性のインキを用いるか、第二のインキ１２に含まれる溶媒として第一のインキ１４に含まれる溶媒と相溶性の小さいものを用いるか、もしくは、第二のインキ１２として１００Ｐａ・ｓ以上の高粘度のインキを用いるなど、第一のインキ１４と第二のインキ１２との組み合わせのうち好適なものを適宜選択すればよい。

また、第一のインキ１４と第二のインキ１２は相溶性がなくても、両者の粘度が２００Ｐａ・ｓ未満であると、両者がその境界で流動し、結果としてランダムに混合することがあるので、少なくともどちらか一方のインキの粘度が２００Ｐａ・ｓ以上であることが望ましい。

なお、本実施形態では、スクリーンマスク１０を用いたパターン形成方法を例示したが、本発明のパターン形成方法はこれに限定されない。本発明のパターン形成方法にあっては、スクリーンマスクの代わりにステンシルマスクを用いてもよい。

本実施形態のパターン形成方法によれば、スクリーンマスク１０の非開口部１０ｂに第二のインキ１２を塗布した後、スクリーンマスク１０の開口部１０ａに第一のインキ１４を通過させて、第一のインキ１４および第二のインキ１２を基材２０上に塗布し、第一のインキ１４および第二のインキ１２からなるパターン２１を形成するので、第二のインキ１２が障壁となり、第一のインキ１４のレベリングが抑制され、第一のインキ１４からなる導体パターンが等間隔に所定の寸法精度で形成される。また、第一のインキ１４と第二のインキ１２として、互いに相溶性のないインキ、もしくは、粘度が２００Ｐａ・ｓ以上のインキを用いれば、より高精度に所定の寸法精度でパターンを形成することができる。

本発明の電気配線回路の形成方法は、本発明のパターン形成方法を少なくとも一部に用い、第一のインキを導電性のもとして、第二のインキにより前記導電性の第一のインキの端部を位置規制して第一のインキによる配線パターンを形成して電気配線回路を形成するものである。
本発明の電気配線回路の形成方法によれば、高精度に所定の寸法精度で電気配線回路のパターンを形成することができるので、短絡のない電気配線回路を形成することができる。

本発明の印刷トランジスタの形成方法は、本発明のパターン形成方法を少なくとも一部に用い、ソース電極とドレイン電極をシリコンウエハ上に印刷してトランジスタを形成して印刷トランジスタを形成するものである。
本発明の印刷トランジスタの形成方法によれば、高精度に所定の寸法精度で電気配線回路や半導体層のパターンを形成することができるので、高精度の印刷トランジスタを形成することができる。

以下、実施例および比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示すように、スクリーンマスク１０の非開口部１０ｂの基材と接する面に、インキングロール１１により、第二のインキ１２を厚みが２μｍとなるように塗布した。
スクリーンマスク１０としては、幅が２０μｍの開口部１０ａが、それぞれ２０μｍの間隔で複数設けられているものを用いた。
第二のインキ１２としては、石油系炭化水素を溶媒とする粘度２００Ｐａ・ｓの平版印刷用インキを用いた。
次いで、図２に示すように、スクリーンマスク１０の開口部１０ａに、ウレタンゴム製のスキージ１３により、第一のインキ１４を通過させるとともに、スクリーンマスク１０をガラス製の基材２０に接触させて、第一のインキ１４および第二のインキ１２を基材２０上に塗布した。このとき、基材２０上に塗布した第一のインキ１４の厚みが１５μｍとなるようにした。
第一のインキ１４としては、グリコールエーテルを溶媒とする粘度２００Ｐａ・ｓの銀ペーストを用いた。
その結果、図３に示すように、第二のインキ１２が障壁となり、第一のインキ１４のレベリングが抑制され、幅２０μｍの導体パターンが２０μｍ間隔で形成された電気配線回路のパターン２１を得た。

（実施例２）
図５に示すように、スクリーンマスク３０の非開口部３０ｂの基材と接する面に、インキングロール３１により、第二のインキ３２を塗布した。
インキングロール３１としては、スクリーンマスク３０の非開口部３０ｂの基材と接する面に接して第二のインキ３２を付着させるインキングロール３１ａと、このインキングロール３１ａに第二のインキ３２を供給する複数のインキ練りロール３１ｂからなるものを用いた。
第二のインキ３２としては、石油系炭化水素を溶媒とする粘度２００Ｐａ・ｓの平版印刷用インキを用いた。
次いで、図６に示すように、スクリーンマスク３０の開口部３０ａに、ウレタンゴム製のスキージ３３により、第一のインキ３４を通過させるとともに、スクリーンマスク３０をステージ３５に固定された基材４０に接触させて、第一のインキ３４および第二のインキ３２を基材４０上に塗布した。
第一のインキ１４としては、グリコールエーテルを溶媒とする粘度２００Ｐａ・ｓの銀ペーストを用いた。
その結果、図７に示すように、第二のインキ３２が障壁となり、第一のインキ３４のレベリングが抑制され、導体パターンが等間隔で形成された電気配線回路のパターン４１を得た。

（実施例３）
あらかじめ、図８に示すように、その表面に熱酸化膜からなるゲート絶縁膜５０が形成された高ドープシリコンウエハ５１の表面に、ポリチオフェン誘導体のアニソール溶液を滴下して、大気中１００℃にて乾燥させ、半導体層５２を形成した。なお、高ドープシリコンウエハ５１は基材およびゲート電極として機能する。
その後、図５に示すように、スクリーンマスク３０の非開口部３０ｂの基材と接する面に、インキングロール３１により、第二のインキ３２を厚みが２μｍとなるように塗布した。
スクリーンマスク３０としては、幅が２０μｍの開口部３０ａが、２０μｍの間隔で２つ設けられているものを用いた。
第二のインキ３２としては、石油系炭化水素を溶媒とする粘度２００Ｐａ・ｓの平版印刷用インキを用いた。
次いで、図６に示すように、スクリーンマスク３０の開口部３０ａに、ウレタンゴム製のスキージ３３により、第一のインキ３４を通過させるとともに、スクリーンマスク３０をステージ３５に固定された基材４０に接触させて、第一のインキ３４および第二のインキ３２を高ドープシリコンウエハ５１上に塗布した。このとき、高ドープシリコンウエハ５１上に塗布した第一のインキ３４の厚みが１５μｍとなるようにした。
第一のインキ３４としては、グリコールエーテルを溶媒とする粘度２００Ｐａ・ｓの銀ペーストを用いた。
次いで、高ドープシリコンウエハ５１上に塗布した第一のインキ３４および第二のインキ３２を乾燥して、ソース・ドレイン電極６０を形成し、図９に示すように、印刷トランジスタ７０を得た。
この印刷トランジスタ７０のドレイン電圧Ｖと、ドレイン電流Ｉの関係（Ｖ−Ｉ特性）を測定した結果を図１０に示す。図１０において、曲線（ａ）〜曲線（ｉ）は、ゲート電圧をそれぞれ０Ｖ、１０Ｖ、２０Ｖ、３０Ｖ、４０Ｖ、５０Ｖ、６０Ｖ、７０Ｖ、８０Ｖ、９０Ｖと１０Ｖ毎に変化させた場合に対応している。図１０の結果から、ゲート電圧が０Ｖの時にはほとんどドレイン電流は流れず、ゲート電圧が上昇するに伴ってドレイン電流が流れるようになることが確認された。

（比較例１）
スクリーンマスクの開口部に、ウレタンゴム製のスキージにより、第一のインキを通過させるとともに、スクリーンマスクをガラス製の基材に接触させて、第一のインキを基材上に塗布した。このとき、基材上に塗布した第一のインキの厚みが１５μｍとなるようにした。
スクリーンマスクとしては、幅が２０μｍの開口部１０ａが、それぞれ２０μｍの間隔で複数設けられているものを用いた。
第一のインキとしては、グリコールエーテルを溶媒とする粘度２００Ｐａ・ｓの銀ペーストを用いた。
その結果、第一のインキのレベリングにより、幅２０μｍの導体パターンが２０μｍ間隔で形成されるべきところ、全て短絡して所定のパターンを得ることができなかった。

本発明のパターン形成方法は、印刷トランジスタに限らず、電気配線全般、さらには高精細印刷全般にも適用できる。

本実施形態のパターン形成方法を示すもので、インキングロールにより第二のインキを塗布している状態を示す概略断面図である。 本実施形態のパターン形成方法を示すもので、スキージにより第一のインキを塗布している状態を示す概略断面図である。 本実施形態のパターン形成方法により得られた電気回路パターンの一例を示す概略断面図である。 図３の一部を拡大した概略断面図である。 実施例のパターン形成方法を示すもので、複合型のロールにより第二のインキを塗布している状態を示す概略断面図である。 実施例のパターン形成方法を示すもので、第一のインキと第二のインキを塗布した状態を示す概略断面図である。 実施例のパターン形成方法を示すもので、第一のインキと第二のインキを基材上に印刷した状態を示す概略断面図である。 実施例のパターン形成方法を示すもので、基材として用いる高ドープシリコンウエハの概略断面図である。 実施例のパターン形成方法を示すもので、高ドープシリコンウエハ上に電極を形成して得た印刷トランジスタの概略断面図である。 実施例により得られた印刷トランジスタの特性を示すグラフである。 印刷エレクトロニクスの目的の一つである電界効果トランジスタを示す概略断面図である。

符号の説明

１０，３０ スクリーンマスク
１０Ａ マスク部
１０ａ，３０ａ 開口部
１０ｂ，３０ｂ 非開口部
１１，３１ インキングロール
１２，３２ 第二のインキ
１３，３３ スキージ
１４，３４ 第一のインキ
２０，４０ 基材
２１，４１ パターン
３５ ステージ
５０ ゲート絶縁膜
５１ 高ドープシリコンウエハ
５２ 半導体層
６０ ソース・ドレイン電極
７０ 印刷トランジスタ

Claims (3)

1. スクリーンマスクもしくはステンシルマスクなどの印刷用マスク部の開口部に第一のインキを通過させて、前記第一のインキからなるパターンを形成する孔版印刷法において、
   前記スクリーンマスクもしくはステンシルマスクなどの印刷用マスク部の非開口部に第二のインキを塗布した後、前記開口部に第一のインキを通過させて、前記第一のインキおよび前記第二のインキを基材上に塗布し、前記第一のインキおよび前記第二のインキからなるパターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１記載のパターン形成方法を少なくとも一部に用い、第一のインキを導電性のもとして、第二のインキにより前記導電性の第一のインキの端部を位置規制して第一のインキによる配線パターンを形成することを特徴とする電気配線回路の形成方法。
3. 請求項１記載のパターン形成方法を少なくとも一部に用い、ソース電極とドレイン電極をシリコンウエハ上に印刷してトランジスタを形成することを特徴とする印刷トランジスタの形成方法。
   
   

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