JP2007005445A - 半導体装置の電極回路の形成方法、および、それに用いる除去版 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の課題は、反転オフセット印刷法による半導体装置の電極回路の形成方法を提供すること及びそれに用いる除去版を提供するものである。
【解決手段】
ブランケットに電極インクを塗布する工程と、少なくとも３回は除去版にてブランケット上の電極インクを除去する工程を有し、ブランケット上の電極インクを基材上に転写することを特徴とする半導体装置の電極回路の形成方法において、除去の工程において複数の除去版を用い、除去版の凸状部の最も細い部分の線幅をＸ、当該凸状部の高さをＺとした時に、Ｚ≦２Ｘの関係を有し、除去版の凹状部の最も太い線幅をＹ、当該凹状部の深さをＷとした時に、０．０１Ｙ≦Ｗの関係を有することにより、除去版の形状を正確に反映した高解像度領域と低解像度領域の電極パターンを形成することが可能となった。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体装置の電極回路を印刷法で形成する方法とそれに用いる除去版に関する。
なお、ここで言う半導体装置とは、半導体特性を利用して機能する装置全般を指し、電気
光学装置、発光装置、半導体回路、および、電子機器の全てを含む。

近年、半導体装置には、高スループット化、大面積化、低コスト化などの要求から、フォトリソ法に代えて、印刷法による半導体装置の形成方法が考案されている。

印刷法にはインクジェット法やレーザー転写法などの無版印刷と、凸版印刷や凹版印刷や反転オフセット印刷およびスクリーン印刷などの有版印刷がある。

無版印刷においては、インクジェット法による回路形成の例が報告されている（非特許文献１）。
しかし、インクジェット法は着弾精度が悪く、低粘度のインクによる着弾後の流動性の大きさより、フォトリソ法と比較して十分な解像度は得られない。

また、レーザー転写法は、一般に解像度が低く、パターンのエッジ部分の直線性が悪く(ギザギザ)、解像度を上げようとすると、レーザーのスポット径を絞らないといけないため、転写のスループットが極端に落ちる。

次に、有版印刷について説明する。
一般的に半導体装置の同一層内には高解像度部分と低解像度部分のパターンが混在している。
半導体装置の形成を試みた場合、次のような問題が生じる。

版深が浅い場合（図１）。
凸版印刷では低解像度部分の凹部にインクが付着したり、さらにそのインクが基板上の非パターン部に転写される問題がある。
また、凹版印刷においては低解像度部分のような高開口部分ではインクの充填不足が起こる。

版深が深い場合（図２）。
版深が深い場合、高解像度部分では版の凸部分の機械強度が不足し、位置ずれや歪み、凸部の破損などの問題が生じる。

また、有版印刷は印刷原版と印刷される基材もしくは、印刷原版とブランケットと印刷される基材間のインクの付着力の違いを利用して、印刷される基材上へインクを転写するものである。
インク剥離の際に、引張方向の変位をインクに加えると、複雑なパターンでは高解像度部と低解像度部とでインクに加わる引張応力が異なり、印刷版からの剥離性やブランケットから基材への転写性が不均一になる。
高解像度な部分ほど不均一な応力の影響を受け易く、高解像度化の際の問題となっている。
Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ． ２９０， ２１２３ （２０００）

本発明の課題は、反転オフセット印刷法による半導体装置の電極回路の形成方法を提供すること、および、それに用いる除去版を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、印刷による半導体装置の電極回路の形成方法において、ブランケットに電極インクを塗布する工程と、少なくとも３回は除去版にてブランケット上の電極インクを除去する工程を有し、ブランケット上の電極インクを基材上に転写することを特徴とする半導体装置の電極回路の形成方法である。

請求項２に記載の発明は、前記除去の工程において、複数の除去版を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の電極回路の形成方法である。

請求項３に記載の発明は、前記除去版の凸状部の最も細い部分の線幅をＸ、当該凸状部の高さをＺとした時に、
Ｚ≦２Ｘ
の関係を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版である。

請求項４に記載の発明は、前記除去版の凹状部の最も太い線幅をＹ、当該凹状部の深さをＷとした時に、
０．０１Ｙ≦Ｗ
の関係を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版である。

請求項５に記載の発明は、前記除去版のうち、少なくとも１つの除去版の、少なくとも有効領域内のパターンは規則的パターンであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版である。

請求項６に記載の発明は、前記規則的パターンが、ライン状、ドット状、格子状、または、ハニカム状のいずれかの規則的パターン、もしくはその組み合わせであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版である。

本発明では、ブランケット上の電極インクを、適切な解像度と版深の組み合わせを備えた複数の除去版で除去することによって、除去版の形状を正確に反映した高解像度領域と低解像度領域の電極パターンを形成することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、前記除去版の凸状部の最も細い部分の線幅をＸ、当該凸状部の高さをＺとした時に、
Ｚ≦２Ｘ
の関係を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版であり、凸部の最も細い部分の線幅Ｘと凸状部の高さＺの関係をＺ≦２Ｘとすることによって、凸状部分の印刷工程における十分な強度を確保することができるという顕著な効果を奏する。

本発明の請求項４に記載の発明は、前記除去版の凹状部の最も太い線幅をＹ、当該凹状部の深さをＷとした時に、
０．０１Ｙ≦Ｗ
の関係を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版であり、凹状部の最も細い線幅Ｙと凹状部の深さＷの関係を０．０１Ｙ≦Ｗとすることによって、凹状部分に不必要なインクが付着することを防ぐことができるという顕著な効果を奏する。

本発明の請求項５に記載の発明は、前記除去版のうち、少なくとも１つの除去版の、少なくとも有効領域内のパターンはライン状または、ドット状、格子状、ハニカム状の規則的パターン、もしくはその組み合わせであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版であり、除去版の有効領域内のパターンを規則的なパターンにすることによって、除去版によってブランケット上のインクを除去する際の、応力が有効領域内で均一になり、高解像度のパターンを好適に形成することができるという顕著な効果を奏する。
なお、ここで言う有効領域とは基板端部やアライメント部分を除く半導体装置の実効動作部分のことである。

反転オフセット印刷による電極回路の形成方法の例を図３、図４、図５を基にして説明する。

［高解像度部分の形成］
最初に、本発明の実施の形態として、半導体装置に用いる電極回路の反転オフセット印刷による高解像度部分の形成に適応した例を図３を基にして説明する。

まず、ブランケット１１１上に電極インク２１１を塗布法にて積層し、予備乾燥を行い転写物２１２が全面に形成されたブランケット１１２を得る（図３（ａ））。

塗布方法としては、バーコート法、ロールコート法、マイクログラビア法、カーテンコート法、スプレー法、ディップ法などの方法、好ましくはダイコート法を用いることができる。

また、ここで用いることのできる電極インクとしては、金属粒子入りペーストや、金属粒子分散溶液などを用いることができるが、高い印刷解像度を得るためには金属粒子の平均粒子径は５０ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。
この金属粒子は金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガン、または、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、鉄、アルミニウム、マンガンの金属から選択される２種類以上の金属からなる合金を用いることができる。

また、電極インクとしてはポリアニリン、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン、ポリピロールなどの導電性高分子溶液などを用いることもできる。

ブランケットの材料としては、転写物が形成可能かつ除去版による除去、および、基材への転写が可能なものを用いることができるが、ある程度の弾性を有する材料が好ましく、例えば、シリコーン系エラストマー、フッ素系エラストマー、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴムなどが好ましい。
また、このブランケット表面にはフッ素処理、シリコーン処理などを施しても良い。

次に、転写物２１２が形成されたブランケット１１２を除去版３１１の表面に密着させた後、剥離させる。
この工程で、ブランケット上には高解像度部分を含む転写物２１３のパターンが形成されている（図３（ｂ））。

次に、転写物２１３が形成されたブランケット１１３を除去版３１２の表面に密着させた後、剥離させる。
この工程で、ブランケット上には高解像度部分の転写物２１４が残され、低解像度部分を形成できるスペースが形成される（図３（ｃ））。

ここで用いられる除去版としては、転写物を除去できるものであれば特に限定するものではないが、ガラス板や石英板、鉄板や銅板などの金属板、シリコンウエハー、樹脂材料を用いることができる。
除去版の加工方法としては、フォトリソエッチングや、収束イオンビーム、サンドブラストなどの方法を用いることができる。

除去版は、除去版の凸状部の最も細い部分の線幅をＸ、当該凸状部の高さをＺとした時に、
Ｚ≦２Ｘ
の関係を有することが好ましい。
凸部の最も細い部分の線幅Ｘと凸状部の高さＺの関係をＺ≦２Ｘとすることによって、凸状部分の印刷工程における十分な強度を確保することができる。

また、除去版は、除去版の凹状部の最も太い線幅をＹ、凹状部の深さをＷとした時に、
０．０１Ｙ≦Ｗ
の関係を有することが好ましい。
凹状部の最も太い線幅Ｙと凹状部の深さＷの関係を０．０１Ｙ≦Ｗとすることによって、凹状部分にインクが付着し、印刷パターンに欠けが起こることを防ぐことができる。

高解像度部分を形成する転写物の除去を行う除去版の、少なくとも有効領域内のパターンはライン状または、ドット状、格子状、ハニカム状の規則的パターン、もしくはその組み合わせであることが好ましい。
規則的なパターンにすることによって、剥離の際に転写物にかかる引張応力が有効領域内で均一になり、高解像度のパターンを良好に形成することができる。

次に、転写物２１４が形成されたブランケット１１４を基材４１１に密着させた後、剥離させる。
これにより、基材４１１に接触した転写物２１５はブランケット１１１から剥離されるとともに、基材４１１上へ転写される（図３（ｄ））。

基材としては、転写物が転写するものであれば用いることができる。
例えば、ソーダライムガラスや、石英、シリコンウエハーなどの絶縁性無機基板や鉄板や銅板などの金属板、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、などのプラスチック基材を用いることができる。

［低解像度部分の形成］
本発明の実施の形態として、半導体装置に用いる電極回路の印刷法による低解像度部分の形成に適応した例を図４を基にして説明する。
なお、低解像度部分の形成では高解像度部分の形成で示した材料と同じ材料を用いることができる。

まず、ブランケット１２１上に電極インク２２１を塗布法にて積層し、予備乾燥を行い転写物２２２が全面に形成されたブランケット１２２を得る（図４（ａ））。

次に、転写物が形成されたブランケット１２２をインク除去版３２１の表面に密着させた後、剥離させる。
この工程で、ブランケット１２３上には低解像度部分の転写物２２３が形成されている（図４（ｂ））。

次に、転写物が形成されたブランケット１２３を基材４１１に密着させた後、剥離させる。これにより、基材４１１に接触した転写物はブランケット１２１から剥離されるとともに、基材４１１上へ転写される（図４（ｃ））。

次に、基材４１１上へ転写された被転写物を熱処理することにより、導電性を発現させ、低解像部と高解像部が混在した所望の電極回路のパターンを得る（図５）。

発明の実施の形態における図３と図４に示した方法で反転オフセット印刷を行った。

まず、ブランケット（ジーイー東芝シリコーン株式会社製ＴＳＥ３４５５Ｔ）に電極インク（真空冶金株式会社製Ａｇナノメタルインク：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＝８：１）をダイコート法で全面に塗布した後、６０℃で５分の予備乾燥を行い、転写物がブランケットの全面に形成されたブランケットを得た。

次に、このブランケットを第１の除去版に密着させた後に剥離し、第１の除去版に接触した部分の転写物を除いた。

第１の除去版はシリコンウエハーをフォトリソエッチングで版深が５００ｎｍ、ライン／スペース＝５００ｎｍ／５００ｎｍのラインパターンに加工した物を用いた。

次に、このブランケットを第２の除去版に密着させた後に剥離し、第２の除去版に接触した部分の転写物を除いた。

第２の除去版はシリコンウエハーをフォトリソエッチングで版深が１０μｍに加工した物を用いた。

次に、このブランケットを基材に密着させた後に剥離することで、基材に高解像度部分の転写物を転写した。

次に、ブランケット（ジーイー東芝シリコーン株式会社製ＴＳＥ３４５５Ｔ）に電極インク（真空冶金株式会社製Ａｇナノメタルインク：Ａｌｄｒｉｃｈ製ポリエチレングリコール＝８：１）をダイコート法で全面に塗布した後、６０℃で５分の予備乾燥を行い、転写物がブランケットの全面に形成されたブランケットを得た。

次に、このブランケットを第３の除去版に密着させた後に剥離し、第３の除去版に接触した部分の転写物を除いた。

第３の除去版はシリコンウエハーをフォトリソエッチングで版深が１０μｍ、ライン／スペース＝２５０μｍ／２５０μｍに加工した物を用いた。

次に、このブランケットを基材に密着させた後に剥離することで、基材に低解像度部分の転写物を転写した。

最後に、これを２００℃で３０分間熱処理を行って、高解像度部分と低解像度部分が混在した電極回路パターンを形成した。

高解像度パターンをＡＦＭで観察したところ、除去版の形状を正確に反映したラインスペース状のパターンが確認された（最小ライン／最小スペース＝５００ｎｍ／５００ｎｍ）。
また、電極の膜厚は１００ｎｍであった。

低解像度パターンを光学顕微鏡で観察したところ、除去版の形状を正確に反映したラインスペース状のパターンが確認された（最大ライン／最大スペース＝２５０μｍ／２５０μｍ）。

これより高解像度部分と低解像度部分が良好に形成されていることが確認された。

本発明の半導体装置の電極回路の形成方法、および、それに用いる除去版は、任意の回路設計が可能であるので、電気光学装置、発光装置、半導体装置などの回路やＲＦＩＤのアンテナ、ＰＤＰの電磁波シールド層の形成など広い用途で利用できる。

有版印刷の問題点を示す印刷原版の断面図である。 有版印刷の問題点を示す印刷原版の断面図である。 本発明の実施の形態にかかる導電性パターンの形成例を説明するための断面図である。 本発明の実施の形態にかかる導電性パターンの形成例を説明するための断面図である。 本発明により形成された電極回路の断面図である。

符号の説明

０１１ 版深の浅い印刷原版
０１２ 版深の深い印刷原版
１１１、１２１ ブランケット
１１２ 転写物２１２が形成されたブランケット
１１３ 転写物２１３が形成されたブランケット
１１４ 転写物２１４が形成されたブランケット
１２２ 転写物２２２が形成されたブランケット
１２３ 転写物２２３が形成されたブランケット
２１１、２２１ 電極インク
２１２、２２２ ブランケット全面に形成された転写物
２１３ ブランケットに規則的パターン形成された高解像度部分の転写物
２１４ ブランケットに形成された高解像度部分の転写物
２１５ 基材上に転写された高解像度部分の転写物
２２３ ブランケットにパターン形成された低解像度部分の転写物
２２４ 基材上に転写された低解像度部分の転写物
３１１ 高解像度除去版
３１２ 低解像度部分スペース形成用除去版
３２１ 低解像度除去版
４１１ 基材

Claims (6)

1. 印刷による半導体装置の電極回路の形成方法において、ブランケットに電極インクを塗布する工程と、少なくとも３回は除去版にてブランケット上の電極インクを除去する工程を有し、ブランケット上の電極インクを基材上に転写することを特徴とする半導体装置の電極回路の形成方法。
2. 前記除去の工程において、複数の除去版を用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の電極回路の形成方法。
3. 前記除去版の凸状部の最も細い部分の線幅をＸ、当該凸状部の高さをＺとした時に、
   Ｚ≦２Ｘ
   の関係を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版。
4. 前記除去版の凹状部の最も太い線幅をＹ、当該凹状部の深さをＷとした時に、
   ０．０１Ｙ≦Ｗ
   の関係を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版。
5. 前記除去版のうち、少なくとも１つの除去版の、少なくとも有効領域内のパターンは規則的パターンであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版。
6. 前記規則的パターンが、ライン状、ドット状、格子状、または、ハニカム状のいずれかの規則的パターン、もしくはその組み合わせであることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の電極回路の形成方法に用いる除去版。