JP2007298944A - 高解像度パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機能性インクの消費を抑えつつ、高アスペクト比を有する高解像度パターンを効率よく形成する方法を提供する。
【解決手段】基板10上に犠牲フィルム30を付着させる工程（ａ）と、犠牲フィルム30に露光及び現像を行って所望のパターン状凹部40を有するパターン鋳型30’を形成する工程（ｂ）と、パターン状凹部40に機能性材料を含有するインクＭを充填する工程（ｃ）と、インクＭを乾燥させる工程（ｄ）とを含む高解像度パターンの形成方法であって、犠牲フィルム30の厚さを100×β／α以上［ただしαはインクＭ中の機能性材料の体積分率（体積％）であり、βは高解像度パターンの厚さ（μｍ）である。］とする高解像度パターンの形成方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、高解像度パターンの形成方法に関し、特に基板上に付着させた犠牲フィルムからなるパターン鋳型に機能性インクを充填することにより高アスペクト比を有する高解像度パターンを形成する方法に関する。

電子素子用のパターンを形成するため、一般に光反応による溶解度の差異を利用したフォトリソグラフィが用いられる。具体的には、一定の光に反応するフィルム又は液体からなるフォトレジストに、パターン模様を有するマスクを介して光を選択的に通過させることにより、感光部又は非感光部に選択的に光化学反応を起こさせ、現像、充填、剥離等の工程を経て最終的に所望のパターンを作り出す。

しかしながら、フォトリソグラフィには材料の浪費や工程の複雑さ等の問題があった。さらに大面積のマスクを用いるため、新しい設計に短時間で適応するのが難しい。またパターンを形成する機能性材料を積層するのにスパッタリングやCVD等を用いるが、フォトリソグラフィでは短時間でマイクロメートル以上の厚さの機能性材料を積層するのが困難であった。

かかる欠点を克服するため、マスクを用いずに直接基板上にパターニングを行うことが可能なインクジェットパターン形成法が提案されている。インクジェットパターン形成法は、図1(a) に示すように、インクジェットプリントヘッドＨによりパターンを形成する機能性インクＭで基板10上に描画し、乾燥により機能性インクＭから液体成分を除去する。

しかしながら、従来のインクジェットを用いたパターン形成法には以下のような問題がある。パターニングすべき機能性材料（比重約10）がインク全体の50体積％を占め、残りが乾燥により除去される液体成分（平均比重約１）と仮定すると、インク全体に対する機能性材料の体積分率は約９％である。さらにインクジェットによりパターニングされた線幅は固定されており、厚さの減少率は均一であると仮定すると、乾燥後のパターン厚は乾燥前より９％程度と極めて薄くなる。図1(a)はこのような現象を概略的に示す。また高解像度パターンを形成するには、すなわちパターン幅を小さくするには、インク滴を小さくするのが一般的であるが、小さいインク滴を使用すると、図1(b) に示すように、単位面積当たりの塗布量が少なくなり、パターンはさらに薄くなる。このように、パターン幅を小さくしつつ所望のパターン厚を得るという２つの目的を同時に達成するのは困難であった。またインク滴を小さくすると、インク滴の弾着誤差がパターンのスケールと比較して相対的に増大し、致命的なパターン誤差になるおそれもある。

しかも、高解像度のために前記インク滴の大きさを減らす場合、前記インク滴の弾着誤差がパターンのスケールと比較して相対的に増大し、致命的なパターン誤差、すなわち間違ったパターンが形成されるという問題点があった。

従って本発明の目的は、幅に対して十分な厚さを有する高解像度パターンを形成する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、パターン鋳型を用いて高解像度パターンを形成する際、機能性インクの乾燥によるパターンの厚さの減少を勘案して、パターン鋳型を形成する犠牲フィルムを十分な厚さに選定することにより、輪郭のシャープな高解像度パターンとする方法を提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、基板上に犠牲フィルムを付着させる工程と、露光及び現像を行って所望のパターン状凹部を有するパターン鋳型を形成する工程と、パターン状凹部に機能性材料を含有するインクを充填する工程と、インクを乾燥させる工程により、所望のパターン厚及び高アスペクト比を有する高解像度パターンが形成されることを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の高解像度パターンの形成方法は、基板上に犠牲フィルムを付着させる工程（S1）と、前記犠牲フィルムに露光及び現像を行って所望のパターン状凹部を有するパターン鋳型を形成する工程（S2）と、前記パターン状凹部に機能性材料を含有するインクを充填する工程（S3）と、前記インクを乾燥させる工程（S4）とを含む高解像度パターンの形成方法であって、前記犠牲フィルムの厚さを100×β／α以上［ただしαは前記インク中の前記機能性材料の体積分率（体積％）であり、βは前記高解像度パターンの厚さ（μｍ）である。］とすることを特徴とする。

前記乾燥工程（S4）後、前記パターン鋳型を除去するのが好ましい。

前記パターンを保護する保護層、前記集束可能なエネルギービームを遮蔽して前記基板を保護する遮光層、前記犠牲フィルムの前記基板への付着力を高めるための粘着力又は接着力を有する付着層、及び前記基板を保管する際に前記付着層を保護するための除去可能フィルムのうち少なくとも一つを設けるのが好ましい。

前記遮光層及び前記保護層を積層するか、一つの層に遮光及び保護の両役割も持たせるのが好ましい。

前記犠牲フィルムは、前記エネルギービームにより容易に除去される物質からなる１層又は複数層からなり、前記基板を保管の際に保護するための最上部の除去可能フィルム、各工程中に発生する汚染を防止するための保護層、前記エネルギービームにより除去が容易な低分子物質、高分子物質又はこれらの組み合わせからなる犠牲フィルム、前記エネルギービームが前記犠牲フィルムの下部へ伝達されるのを遮蔽する遮光層、前記基板と前記犠牲フィルムとの付着を容易にするために前記犠牲フィルムの下面に設けられた、粘着力又は接着力を有する付着層、及び前記付着層へ汚染物質が付着するのを防止するための最下部除去可能フィルムのうち少なくとも１つを設けるのが好ましい。

最上部の前記除去可能フィルムの下面に、前記犠牲フィルムと前記インクとの濡れ性を調節するために、界面活性剤、ポリマー層又は前記界面活性剤を含むポリマー層がコートされているのが好ましい。

最上部の前記除去可能フィルムを除去した後、前記犠牲フィルムの前記インクとの濡れ性を調節するために界面活性剤をコートするのが好ましい。

最上部の前記除去可能フィルムを除去した後、前記犠牲フィルムの前記インクとの濡れ性を調節するために、常圧プラズマ法又はコロナ法のドライ法で表面処理を行うのが好ましい。

前記犠牲フィルムは低分子量ポリマーからなり、前記パターン状凹部のコーナー部がシャープであるのが好ましい。

前記犠牲フィルムは高分子量ポリマーからなり、前記パターン状凹部の開口端に盛り上がったリム部が形成されるのが好ましい。

前記犠牲フィルムの物理／化学的性質を調節する場合、前記犠牲フィルムは低分子量ポリマー及び高分子量ポリマーの組み合わせからなるのが好ましい。

前記犠牲フィルムに前記エネルギービームに対する吸光性を高める吸光剤を添加するのが好ましい。

前記犠牲フィルムに柔軟剤を添加するのが好ましい。

前記犠牲フィルムの露光の際、前記エネルギービームとしてレーザ、電子ビーム又は集束イオンビームを用いるのが好ましい。

前記エネルギービームの出力、径、スキャニング速度及びパターニングに関するデジタルデータを用いて、前記エネルギービームを制御して前記犠牲フィルム上に直接照射するのが好ましい。

前記エネルギービームの照射形状を制御するため、マスク又は回折光学素子からなるビームシェーパを用いるのが好ましい。

前記エネルギービームの照射形状を制御するため、マスク又は回折光学素子を用いるのが好ましい。

前記エネルギービームの照射を前記基板の下面から行うのが好ましい。

前記パターン状凹部、又は前記エネルギービームの光学系を汚染するのを防止するため、最上部の前記除去可能フィルムを除去せずに前記エネルギービームの照射を行うのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、デジタルデータを用いて前記パターン状凹部に直接充填するドロップオンデマンドインクジェット法を用いるのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、デジタルデータを用いて前記パターン状凹部に直接充填する連続インクジェット法を用いるのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、デジタルデータを用いて前記パターン状凹部に直接充填する静電気的プリント法を用いるのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、ノズルを介して霧化又は蒸気化した流体ストリームを前記パターン状凹部に直接充填するのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、レーザ転写法により前記パターン状凹部に直接充填するのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、スクリーンプリント法、ロータリースクリーンプリント法、オフセットプリント法、グラビアプリント法、パッドプリント法、フレキソプリント法、レタープレスプリント法、及びソフトモールドを用いたプリント法のうち少なくとも一つを用いるのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、スピンコート法、スリットコート法、及びディープコート法のうち少なくとも一つを用いるのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）では、熱、プラズマ、レーザービーム、イオンビーム及びスパッタリングのうち少なくとも一つをさらに用いるのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）中に、前記犠牲フィルムを含む基板を溶液中に浸漬させて化学反応を誘導するのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）中に、前記犠牲フィルムを含む基板に対して気相蒸着を誘導することを特徴とする高解像度パターン形成方法。

前記機能性インクの充填工程（S3）中に、前記犠牲フィルムを含む基板を加熱するのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）後、光硬化等の光化学反応を誘導するのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）後、前記機能性材料に化学的処理を施すのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）後、前記機能性材料を液相から固体相に相変化させるのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）後、前記機能性材料の特性を向上させるために、前記基板を100℃以上に加熱するのが好ましい。

高解像度パターンにレーザ又はプラズマを照射するのが好ましい。

前記機能性インクの充填工程（S3）後前記パターン鋳型を除去する前に、ブレード、スクレーパ、ワイパー等を用いて、前記パターン鋳型の上面に堆積した前記機能性材料を除去するのが好ましい。

前記犠牲フィルムを溶解させる溶媒又は溶液を用いて前記パターン鋳型及びその上の機能性材料を除去するのが好ましい。

前記パターン鋳型及びその上の機能性材料を除去する際、前記パターン鋳型の剥離を促進するために加熱を行うのが好ましい。

前記機能性材料の除去に必要なエネルギー密度より前記犠牲フィルムの除去に必要なエネルギー密度が低い場合、前記エネルギービームをパターニングに用いた解像度以上に拡大照射してエネルギー密度を減少させて、前記パターン鋳型のみを除去するのが好ましい。

前記パターン鋳型の除去には、常圧プラズマ、反応性イオンエッチング、紫外線−オゾン法等のドライエッチング法を用いるのが好ましい。

前記パターン鋳型を除去しないのが好ましい。

本発明の方法は、厚い犠牲フィルムからなるパターン鋳型を用いるので、機能性材料の浪費を抑えつつ、従来の方法では得難い高アスペクト比を有する高解像度のパターンを効率良く形成することができる。またパターン鋳型のパターン状凹部が、乾燥後の機能性インク（機能性材料）の厚さより深いため、得られる高解像度パターンのエッジはシャープとなる。

本発明の高解像度パターンの形成方法を、図２〜図５を参照して以下詳細に説明する。本発明の高解像度パターン形成方法は、基板10上に犠牲フィルム30を付着させる付着工程（S1）と、犠牲フィルム30を所望の形状にパターニングするために、集束可能なエネルギービームを照射してパターン状凹部40を有するパターン鋳型30’を形成する工程（S2）と、パターン状凹部40に機能性インクＭを充填する充填工程（S3）と、機能性インクＭを乾燥させる工程（S4）とを含む。

特に１μｍ以上のパターン厚が求められる場合、機能性インクＭの乾燥後に残存する機能性材料の体積分率（体積％）をαとし、高解像度パターンの厚さ（μｍ）をβとすると、100×β／αμｍ以上の厚さの半固体状又は固体状の犠牲フィルム30を付着させる。犠牲フィルム30を基板10上に付着する方法はラミネータが好ましいが、フィルムを基板10に付着させることが可能な通常の方法も使用できる。

犠牲フィルム30を集束可能なエネルギービームによりパターニングした後、現像により除去することでパターン鋳型30’を形成する。パターン鋳型30’のパターン状凹部40に充填された機能性インクＭに含まれる機能性材料は乾燥後にパターン20として機能する。

機能性材料としては、例えばポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）-ポリ（4-スチレンスルホネート）等の伝導性有機物、銅又はアルミニウムのナノ粒子等の伝導性無機物、有機金属化合物等の伝導性物質前駆体、電界発光素子に用いられる有／無機蛍光体又は燐光体、電気的絶縁体又は誘電体、及び有／無機半導体物質及びその前駆体よりなる群から選択されたいずれか一つ以上の機能性物質が使用できる。機能性材料はこれらに限定されず、用途によって種々の材料を選択可能である。

前記犠牲フィルム30はエネルギービームにより容易に除去される物質からなるものであれば特に限定されないが、ポジティブ型又はネガティブ型の感光性樹脂からなるのが好ましい。ポジティブ感光性樹脂からなる場合、犠牲フィルム30のパターニングの際に使用したのと同じか異なる集束可能なエネルギービーム、又は犠牲フィルム30の感光に適した波長帯の集束可能なエネルギービームを用いて露光した後、現像により除去するのが好ましい。

基板10の材料は上面にパターン20を形成可能な通常用いられるものであれば特に限定されない。

パターン20の上面に、必要に応じて、工程中又は前後に発生する汚染物質からパターン20を保護するための保護層、パターン20の下部をエネルギービームの露光から保護するための遮光層、犠牲フィルム30の基板10への付着力を高めるための付着層、付着層を基板10の保管の際に保護するための除去可能フィルムを設けることができる。

これらの層は単層でも良く、２つ以上の層から選択的に構成しても良い。遮光層と保護層の積層順序は必要に応じて変更可能である。付着層は基板10の最上部に構成するのが好ましく、基板10を保管する際には除去可能フィルムで保護される。除去可能フィルムは、最上部の除去可能フィルムと最下部除去可能フィルムとからなり、最上部の除去可能フィルムは犠牲フィルム30の最上層に位置し、基板10を保管する際に基板10を保護し、最下部除去可能フィルムは犠牲フィルム30の最下層に位置し、付着層へ汚染物質が付着するのを防止する。

除去可能フィルムは、容易に除去できるように、例えばパターン20の加工に用いるエネルギービームと同じ又は異なる波長のエネルギービームにより容易に除去可能な物質、その波長を良く吸収する吸光剤を含む物質、又は工程後の洗浄に用いられる溶媒への高い溶解度を有する物質から構成される。なお１つの層で複数の層の役割を担うこともできる。

犠牲フィルム30の形成物質は、常温で固体又は半固体状態であり、エネルギービームの照射により気化又は分解される物質であれば特に限定されないが、ポリプロピレンカーボネート等が好ましい。犠牲フィルム30の材料は、用途、溶媒、機能性インクＭとの物理／化学的特性、及び使用するエネルギービームを考慮して決定する。

犠牲フィルム30は、単一又は複数の材料からなる単層又は複数層からなる。複数層からなる場合、基板10と犠牲フィルム30とが容易に付着するように、犠牲フィルム30の下面に、付着力を上昇させるための少なくとも一つの粘着層又は接着層が設けられているのが好ましい。また集束可能なエネルギービームが犠牲フィルム30の下部に伝達されるのを遮蔽するための遮光層、集束可能なエネルギービームにより除去が容易な低分子物質、高分子物質又はこれらの混合物からなる犠牲フィルム、工程中又は工程前に発生する汚染を防止するための、例えばアクリル樹脂からなる保護層、及び除去可能フィルムをさらに設けても良い。

犠牲フィルムに低分子ポリマーを用いると、パターン状凹部40のコーナー部分がシャープになる傾向がある。犠牲フィルム30の材料として低分子ポリマーを場合、機能性インクＭの犠牲フィルム30及び基板10に対する濡れ性の差異に応じて機能性インクＭがパターン状凹部40に自己整列されるか（図4(a) 参照）、又は犠牲フィルム30上とパターン状凹部40内とに互いに剥離して又は弱く連結して充填される（図4(b) 参照）。

犠牲フィルムに高分子ポリマーを用いると、図5(a) 及び図5(b) に示すように、パターン状凹部40の開口端がリム状に盛り上がる。これをリム部41と呼ぶ。機能性インクＭの充填の仕方は低分子ポリマーの場合と同じであるが、リム部41が形成されているため、パターン状凹部40内に充填された機能性インクＭと、パターン鋳型30’の上面に堆積した機能性インクＭとが分断され、パターン鋳型30’上の不要な機能性インクＭの除去が容易になる。

除去可能フィルムを除去し、集束エネルギービームを用いてパターン鋳型30’を形成した後、機能性インクＭを充填するときの濡れ性を調節するため、表面改質用界面活性剤を最上部の除去可能フィルムの下部にコートするか、犠牲フィルム30又は保護層にあらかじめ含ませるのが好ましい。また界面活性剤を除去可能フィルムの除去後に犠牲フィルム30（パターン鋳型30’）にコートしても良い。表面改質用界面活性剤がコートされてインクとの濡れ性（例えば親水性）が小さい場合、機能性インクＭがパターン状凹部40に自己整列される傾向が強くなる。犠牲フィルム30の上面と機能性インクＭとの濡れ性が大きい場合、機能性インクＭがパターン鋳型30’の上面に薄く広がり、乾燥後、パターン鋳型30’上の機能性インクＭとパターン状凹部40内の機能性インクＭとが互いに剥離して又は弱く連結して充填される。機能性インクＭとの濡れ性（例えば親水性）を有する材料を最上部の除去可能フィルムの下に設けても良い。除去可能フィルムの除去後、常圧プラズマ、コロナ等のドライ処理によって表面性質を所望通りに変更しても良い。

犠牲フィルム30に、基板10との粘着又は接着等の付着性を調節するか、犠牲フィルム30と基板10との間の密着性を増進させるか、機能性インクＭとの適切な濡れ性を維持するか、犠牲フィルム30の材質に適切な柔軟性を調節するか、集束エネルギービームの吸収を向上させるために、適切な添加剤を添加しても良い。

集束可能なエネルギービームがレーザである場合、犠牲フィルム30の材料をレーザにより誘導された熱を用いて分解／蒸発させるときは可視光線又は赤外線波長レーザが好ましく、犠牲フィルム30の材料を化学反応で除去するときは紫外線波長レーザが好ましい。

犠牲フィルム30の材料がレーザの波長で最大吸光スペクトルを示す場合は吸光を助けるための添加剤を使用する必要はないが、使用するレーザの波長帯で最大吸光スペクトルを示す添加剤を添加することにより、犠牲フィルム30の除去を容易に行うこともできる。

添加剤としての吸光剤を用いる場合、犠牲フィルム30の材料を溶解する溶液に対して高溶解度を有するが、機能性インクＭを溶解する溶液には殆ど溶解されないものが好ましい。熱分解により犠牲フィルム30を除去する場合、比熱及び潜熱が小さいものが好ましい。溶液を用いて選択的に犠牲フィルム30のみを除去する場合、機能性インクＭが使用する溶液に溶解しないのが好ましい。

集束可能なエネルギービームとしてレーザを用いる場合、吸収を向上させるために使用される物質として、ジアゾアルキル、ジアゾニウム塩、アジド化合物、アンモニウム塩、オキシド、カーボネート、ペルオキシド及びこれらの混合物を挙げることができるが、赤外線波長のエネルギービームを用いる場合、置換されたポリフタロシアニン化合物、金属含有フタロシアニン化合物、シアニン染料、スクアリリウム染料、カルコゲノピリオアクリリデン染料、クロコニウム染料、金属チオレート染料、ビス（カルコゲノピリオ）ポリメチン染料、オキシインドリジ染料、ビス（アミノアリール）ポリメチン染料、メロシアニン染料、キノイド染料及びこれらの混合物からなる群から選ばれたいずれか一つを使用することができる。また遷移金属元素及びIIIa、IVa、Va、VIa、VIII、IIIb、Vb族に属する元素、又はこれらの混合無機物も使用することができ、炭素のようなIVｂ族に属する元素も使用することができる。吸光剤は、犠牲フィルム30の材料又は使用するエネルギービームと連関性を有するが、これらに限定されるものではない。柔軟剤としては、ジフェニルフタレート、２−エチルヘキシルフタレート等のフタル酸ジフェニル誘導体、ブチルリシノリエート、プロピレングリコールリシノリエート等のリシノール酸誘導体、ジブチルセバケート、ジメチルセバケート等のセバシン酸誘導体、ｎ−ブチルステアレート、プロピレングリコールモノステアレート等のステアリン酸誘導体、ジエチルサクシネート等のコハク酸誘導体、Ｎ−エチル−ｏ，ｐ−トルエン−スルホンアミド等のスルホン酸誘導体、トリクレシルホスフェート、トリブチルホスフェート等のホスホン酸誘導体、クロロパラフィン等のパラフィン誘導体、イソプロピルパルミテート、メチルパルミテート等のパルミチン酸誘導体、ブチルオレエート、グリセロールトリオレエート等のオレイン酸誘導体、イソプロピルミリステート等のミリスチン酸誘導体、トリカプリルトリメリテートやトリイソデシルトリメリテート等のメリト酸、2-n-ブチルマレエート、２−エチルヘキシルマレエート等のマレイン酸誘導体、メチルリノリエート等のリノレン酸誘導体、メチルラウレート等のラウリン酸誘導体、ジペチルイソフタレート、ジメチルイソフタレート等のイソフタル酸誘導体、2,2,4-トリメチル−1,3−ペンタネジオール、ジイソブチレート等のイソ酪酸誘導体、グリセロールトリアセテート等のグリセロール誘導体、ジブチルフタレート等のフマル酸誘導体、ｎ−オクチルエポキシステアレート等のエポキシ誘導体、トリ−ｎ−ブチルシトレート、アセチルトリエチルシトレート等のクエン酸誘導体、ジエチレングリコールジベンゾアート、ジプロピレングリコールジベンゾアート等のベンゾ酸誘導体、ジイソデシルアゼレート、ジメチルアゼレート等のアゼライン酸誘導体、ジカプリルアジペート、ジイソデシルアジペート等のアジピン酸誘導体等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。

本発明に係るパターン形成方法は、基板10上に犠牲フィルム30を付着させる付着工程（S1）の前後に、集束エネルギービームを用いて除去された犠牲フィルム30の材料が基板10又はパターン20上の他の部位を汚染させないために、保護層を基板10と犠牲フィルム30との間、すなわち基板10の上面又は犠牲フィルム30の下面に設けることができる。保護層は、洗浄工程で極性溶媒が使用される場合には水溶性ポリマー、無極性溶媒が使用される場合には非水溶性ポリマー等が用いられるが、これらに限定されるものではない。保護層及びその除去に用いられる溶液は、機能性インクＭに損傷を与えないものが好ましい。

本発明のパターン形成方法について以下詳細に説明する。犠牲フィルム30の付着工程（S1）を図2(a)〜2(d) に示す。犠牲フィルム30は基板10にラミネーション等によって付着させるが（図2(a) 参照）、当業界で一般に使用される付着法であれば特に限定されない。作業を容易にするために、必要に応じて加熱しても良い。

付着工程（S1）の後、犠牲フィルム30を所望の形状にパターニングするために、集束可能なエネルギービームを照射し、パターン鋳型30’を形成する［工程（S2）］（図2(b) 参照）。すなわち、基板10に付着した犠牲フィルム30を所望の形状にパターニングして犠牲フィルム30を部分的に除去し、パターン状凹部40を形成する。レーザ等の集束可能なエネルギービームを用い、エネルギービームの出力、径、スキャニング速度及びパターニングに関するデジタルデータは、コンピュータに入力する。

パターン状凹部40に機能性インクＭを充填した後、パターン鋳型30’を除去すると、所望の高解像度パターン20が得られる（図2の(c)及び(d) 参照）。

パターン鋳型形成工程（S2）で集束可能なエネルギービームの照射の際に、基板10の上面からではなく、下面から照射しても良い。

エネルギービームを基板10の上面又は下面から照射することにより、犠牲フィルム30を選択的に除去して、パターン鋳型30’を形成する。除去された犠牲フィルム30は、パターン状凹部40又は集束エネルギービームの光学系を汚染するおそれがある。これを防止するために、最上部の除去可能フィルムを除去せずに照射するのが好ましい。

犠牲フィルム30を選択的に除去してパターン鋳型30’を形成するパターニングに際して、エネルギービームの形状をパターニングに有効に調節するために、回折光学素子やマスクなどのビームシェーパSを部分的に使用することができる。

ビームシェーパSは、従来のフォトリソグラフィにおいて大面積パターニングのためのマスクのみではなく、レーザ等の集束可能なエネルギービームの形状制御のためのビーム経路上に位置した部分的マスクを含む。パターニングされる領域を全てカバーする回折光学素子、又はレーザ等の集束可能なエネルギービームの形状制御のためのビーム経路上に位置した部分的回折光学素子も含む（図３参照）。基板10上には、ビームシェーパS以外のマスク又は回折光学素子の使用なしにエネルギービームを照射する方法、又はビームシェーパSとは別途に基板上にマスク又は回折光学素子を用いてエネルギービームをスキャニングする方法等を用いて、複雑なパターンを形成することができる。ビームシェーパSの他に基板上で使用するマスクは、従来のフォトリソグラフィでのように、大面積パターニングを可能にする大面積マスクのみではなく、基板の一部分にのみ用いられるものも含む。

ビームシェーパSは、エネルギービームの形状制御のため、マスクよりは回折光学素子が好ましいが、これに限定されるものではない。

パターン状凹部40に機能性インクＭを充填した後、パターン鋳型30’を除去することにより、高解像度パターン20を形成する［工程（S3）］。

機能性インクＭの充填方法は通常のものであれば特に限定されず、例えば下記の方法が使用できる。すなわち、機能性インクＭを吐出するインクジェット法、ステンシルマスク（スクリーン）及びスキージを用いて基板上にパターンを形成するスクリーン印刷法、正電荷を有する機能性インクを用いる静電気プリント法、機能性材料をブランケットといわれるゴムシートに１回転写し、さらにそのブラケット上の機能性材料を基板に転写する方式のオフセットプリント法、グラビア製板により板を作成した後、オフセット印刷のようにブランケットに機能性材料を一応転写して間接的に基板にプリントするグラビアプリント法、凸板印刷の一種であって、柔軟な樹脂又はゴム凸板を使用するフレキソプリント法、ソフトモールドを用いたプリント法、コートする被コーティング物を回転させながらその中央面に高分子を落下させると、被コーティング物の回転する遠心力により高分子を表面全体にコートするスピンコート法、又はスリットコーターを用いて機能性材料を充填するスリットコーティング法等が使用可能である。

必要な領域にのみインクを吐出するドロップオンデマンド法も使用可能である。ドロップオンデマンド法には、インク吐出の駆動源がヒーター加熱であるサーマル方式と、ピエゾ素子による圧力でインクを押し出す圧電方式とがある。

常にインクを吐出しながら、必要な時間にインクの吐出方向を偏向させて充填する連続インクジェット法も使用可能である。

ノズルを介して霧化又は蒸気化した流体ストリームをデジタルデータを用いてパターン状凹部40内に直接充填することもできる。

MAPLE DWやLaser Induced Thermal Imaging (LITI)法等のレーザ転写法によりデジタルデータを用いてパターン状凹部40内に機能性インクＭを直接充填することもできる。この際、前記レーザ転写法とは、転写しようとするフィルムを転写紙に製造した後、転写しようとする部分をレーザに露出させてイメージングを行った後、これを基板に移しておき、基板から前記フィルムを取り外すと、帯状にパターニングされる技法をいう。

一方、上述したように犠牲フィルム３０をレーザなどの集束可能なエネルギービームを用いてパターン鋳型30’を形成した後、インクジェットによりパターン鋳型30’のパターン状凹部40に機能性インクＭを充填させて高解像度パターン20を形成する際、充填される機能性インクＭと熱、プラズマ、レーザービーム及びイオンビームのいずれか一つとを組み合わせても良い。

充填工程（S3）では、ディープコーティング法、すなわち、無電解メッキのためのシード物質をパターン状凹部40に充填させた後、化学反応液に浸漬させて無電解メッキにより高解像度パターン20を形成する方法も用いることができる。また基板10を気相で蒸着する化学気相蒸着方法（CVD法）を用いることもできる。

充填工程（S3）中、パターン鋳型30’を有する基板10を加熱することにより充填効率を向上させても良い。

機能性インクＭの充填方法としてインクジェット法が好ましいが、本発明の思想を逸脱しない限り、その他の充填方法も用いることができる。

機能性インクＭの乾燥後に、ブレード、スクレーパ、ワイパー等を用いてパターン鋳型30’ 上に堆積した機能性インクＭを除去しても良い。また乾燥後、機能性インクＭ中の機能性材料（例えば銀ナノインク）の抵抗が高くなる場合がある。この場合、100℃以上で熱処理を施して、機能性材料の粒子を堅く結合させて電気的特性を向上させるのが好ましい。

充填工程（S3）後、機能性材料に対して光硬化等の光化学反応を誘導しても良い。すなわち、一般的なＵＶ硬化器により硬化させ、又は電子ビームにより硬化を誘導して、機能性材料の物理／化学的特性を変化させても良い。

充填工程（S3）後、化学的処理による機能性インクＭの化学反応を誘導しても良い。具体的には、非電解メッキのためのコロイド状のパラジウムを含んだ溶液をパターン状凹部40に塗布し、パターン鋳型30’を除去した状態又は除去していない状態で、金属イオン，ホルムアルデヒド，ヒドラジン等の還元剤を含む溶液を塗布すると、還元反応により金属パターンを形成することができる。

還元反応以外に、酸化／還元力の差異による置換メッキを用いることもできる。また金属前駆物質をパターン状凹部40に塗布した後、触媒を含む還元液に浸漬させるか又は還元液を選択的に塗布することにより、所望の金属で還元反応を起こすこともできる。

本発明の方法は、上記の例に限定されず、本発明の思想を逸脱しない限り、十分な厚さを有する犠牲フィルム30にレーザ等の集束可能なエネルギービームを照射してパターン鋳型30’を形成し、パターン鋳型30’のパターン状凹部40で機能性材料がパターニングされるものを含む。

充填工程（S3）後、機能性材料を液相から固相に相変化させても良い。具体的には、液相の金属混合物又は化合物を材料とする機能性材料を含む機能性インクを充填させた後、機能性材料を固相に相変化させても良い。機能性インクＭを充填させた後、レーザ又はプラズマを照射して機能性材料の特性を向上させても良い。

パターン状凹部40に充填された機能性インクＭを乾燥させて液体成分を除去した後［工程（S4）］、パターン鋳型30’を除去することにより、パターン鋳型30’の上面に堆積した不要な機能性インクＭも除去され、機能性材料からなる高解像度パターン20のみが残る。

犠牲フィルム30からなるパターン鋳型30’の除去には、選択的に犠牲フィルムのみを溶解する溶媒又は溶液を使用する方法、熱を加えて犠牲フィルムの剥離を促進する方法、常圧プラズマ、反応性イオンエッチング、UV/O₃等のドライエッチング法を用いることができる。

また、パターン鋳型30’及びその上に堆積した機能性インクＭの除去は、パターン鋳型30’の形成に用いたエネルギービームをパターン鋳型30’の形成の際の解像度以上に拡大照射することにより行うことができる。すなわち、犠牲フィルム30の材料の除去には50 mJ/cm²以上のエネルギーのレーザが必要であり、機能性材料の除去には200 mJ/cm²以上のエネルギーのレーザが必要であると仮定すると、５μｍの直径でエネルギーが200 mJ/cm²のレーザービームを集束させ、犠牲フィルム30の一部を除去して約５μｍのパターン鋳型30’を作成する。パターン鋳型30’のパターン状凹部40に機能性インクＭを充填して乾燥させた後、残りのパターン鋳型30’（犠牲フィルム30）を除去するために、レーザービームの直径を５μｍ以上に拡大すると、エネルギー密度が200 mJ/cm²未満に低下するため、機能性材料は除去されないが、パターン鋳型30’を除去することができる。犠牲フィルムの除去することで、その上に積層されている機能性材料も同時に除去できる。すなわち、パターン鋳型30’を形成するためのエネルギービームの解像度以上に拡大照射することにより、パターン鋳型30’の除去に必要なエネルギー密度よりは高いが、機能性材料の除去に必要なエネルギー密度よりは低くなるようにすることにより、パターン鋳型30’のみを除去することができる。

犠牲フィルム30（パターン鋳型30’）は必ずしも除去する必要がない。例えば、パッシベーション又は絶縁等が必要な場合、犠牲フィルム30又はそれを構成する複数の層の少なくとも１層をこれらの用途に適した物質で形成すると、残留したパターン鋳型30’はパッシベーション層又は絶縁層として作用する。パターン鋳型30’の除去後に、熱／化学的処理により高解像度パターン20の特性を向上させても良い。

本発明の方法によれば、厚い犠牲フィルムからなるパターン鋳型を用いるので、機能性インクの消費を抑えつつ、高アスペクト比を有する高解像度パターンを簡単に形成することができる。

従来のインクジェットパターン形成法を示す概略断面図である。 従来のインクジェットパターン形成法を示す概略断面図である。 本発明の一実施例によるパターニング方法の工程を示す概略断面図である。 本発明の別の実施例による高解像度パターンの形成方法の工程を示す概略斜視図である。 低分子ポリマーからなる犠牲フィルムを使用した場合における高解像度パターンの形成工程の一例を示す断面図である。 低分子ポリマーからなる犠牲フィルムを使用した場合における高解像度パターンの形成工程の別の例を示す断面図である。 高分子ポリマーからなる犠牲フィルムを使用した場合における高解像度パターンの形成工程の一例を示す断面図である。 高分子ポリマーからなる犠牲フィルムを使用した場合における高解像度パターンの形成工程の別の例を示す断面図である。

符号の説明

10・・・基板
20・・・パターン
30・・・犠牲フィルム
30’・・・パターン鋳型
40・・・パターン状凹部
Ｈ・・・インクジェットプリントヘッド
Ｍ・・・機能性材料
S・・・ビームシェーパ

Claims (41)

1. 基板上に犠牲フィルムを付着させる工程（S1）と、前記犠牲フィルムに露光及び現像を行って所望のパターン状凹部を有するパターン鋳型を形成する工程（S2）と、前記パターン状凹部に機能性材料を含有するインクを充填する工程（S3）と、前記インクを乾燥させる工程（S4）とを含む高解像度パターンの形成方法であって、前記犠牲フィルムの厚さを100×β／α以上［ただしαは前記インク中の前記機能性材料の体積分率（体積％）であり、βは前記高解像度パターンの厚さ（μｍ）である。］とすることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
2. 請求項１に記載の高解像度パターンの形成方法において、前記乾燥工程（S4）後、前記パターン鋳型を除去することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
3. 請求項１又は２に記載の高解像度パターンの形成方法において、前記パターンを保護する保護層、前記集束可能なエネルギービームを遮蔽して前記基板を保護する遮光層、前記犠牲フィルムの前記基板への付着力を高めるための粘着力又は接着力を有する付着層、及び前記基板を保管する際に前記付着層を保護するための除去可能フィルムのうち少なくとも一つを設けることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
4. 請求項３に記載の高解像度パターンの形成方法において、前記遮光層及び前記保護層を積層するか、一つの層に遮光及び保護の両役割も持たせることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムは、前記エネルギービームにより容易に除去される物質からなる１層又は複数層からなり、前記基板を保管の際に保護するための最上部の除去可能フィルム、各工程中に発生する汚染を防止するための保護層、前記エネルギービームにより除去が容易な低分子物質、高分子物質又はこれらの組み合わせからなる犠牲フィルム、前記エネルギービームが前記犠牲フィルムの下部へ伝達されるのを遮蔽する遮光層、前記基板と前記犠牲フィルムとの付着を容易にするために前記犠牲フィルムの下面に設けられた、粘着力又は接着力を有する付着層、及び前記付着層へ汚染物質が付着するのを防止するための最下部除去可能フィルムのうち少なくとも１つを設けることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
6. 請求項５に記載の高解像度パターンの形成方法において、最上部の前記除去可能フィルムの下面に、前記犠牲フィルムと前記インクとの濡れ性を調節するために、界面活性剤、ポリマー層又は前記界面活性剤を含むポリマー層がコートされていることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
7. 請求項５に記載の高解像度パターンの形成方法において、最上部の前記除去可能フィルムを除去した後、前記犠牲フィルムの前記インクとの濡れ性を調節するために界面活性剤をコートすることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
8. 請求項５に記載の高解像度パターンの形成方法において、最上部の前記除去可能フィルムを除去した後、前記犠牲フィルムの前記インクとの濡れ性を調節するために、常圧プラズマ法又はコロナ法のドライ法で表面処理を行うことを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムは低分子量ポリマーからなり、前記パターン状凹部のコーナー部がシャープであることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
10. 請求項１〜８のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムは高分子量ポリマーからなり、前記パターン状凹部の開口端に盛り上がったリム部が形成されることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
11. 請求項１〜８のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムの物理／化学的性質を調節する場合、前記犠牲フィルムは低分子量ポリマー及び高分子量ポリマーの組み合わせからなることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
12. 請求項１〜11のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムに前記エネルギービームに対する吸光性を高める吸光剤を添加することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
13. 請求項１〜12のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムに柔軟剤を添加することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
14. 請求項１〜13のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムの露光の際、前記エネルギービームとしてレーザ、電子ビーム又は集束イオンビームを用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
15. 請求項１〜14のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記エネルギービームの出力、径、スキャニング速度及びパターニングに関するデジタルデータを用いて、前記エネルギービームを制御して前記犠牲フィルム上に直接照射することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
16. 請求項１〜15のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記エネルギービームの照射形状を制御するため、マスク又は回折光学素子からなるビームシェーパを用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
17. 請求項１〜15のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記エネルギービームの照射形状を制御するため、マスク又は回折光学素子を用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
18. 請求項１〜17のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記エネルギービームの照射を前記基板の下面から行うことを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
19. 請求項１〜18のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記パターン状凹部、又は前記エネルギービームの光学系を汚染するのを防止するため、最上部の前記除去可能フィルムを除去せずに前記エネルギービームの照射を行うことを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
20. 請求項１〜19のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、デジタルデータを用いて前記パターン状凹部に直接充填するドロップオンデマンドインクジェット法を用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
21. 請求項１〜19のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、デジタルデータを用いて前記パターン状凹部に直接充填する連続インクジェット法を用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
22. 請求項１〜19のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、デジタルデータを用いて前記パターン状凹部に直接充填する静電気的プリント法を用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
23. 請求項１〜19のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、ノズルを介して霧化又は蒸気化した流体ストリームを前記パターン状凹部に直接充填することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
24. 請求項１〜19のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、レーザ転写法により前記パターン状凹部に直接充填することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
25. 請求項１〜19のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、スクリーンプリント法、ロータリースクリーンプリント法、オフセットプリント法、グラビアプリント法、パッドプリント法、フレキソプリント法、レタープレスプリント法、及びソフトモールドを用いたプリント法のうち少なくとも一つを用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
26. 請求項１〜19のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、スピンコート法、スリットコート法、及びディープコート法のうち少なくとも一つを用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
27. 請求項１〜26のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）では、熱、プラズマ、レーザービーム、イオンビーム及びスパッタリングのうち少なくとも一つをさらに用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
28. 請求項１〜27のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）中に、前記犠牲フィルムを含む基板を溶液中に浸漬させて化学反応を誘導することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
29. 請求項１〜27のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）中に、前記犠牲フィルムを含む基板に対して気相蒸着を誘導することを特徴とする高解像度パターン形成方法。
30. 請求項１〜29のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）中に、前記犠牲フィルムを含む基板を加熱することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
31. 請求項１〜30のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）後、光硬化等の光化学反応を誘導することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
32. 請求項１〜31のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）後、前記機能性材料に化学的処理を施すことを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
33. 請求項１〜32のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）後、前記機能性材料を液相から固体相に相変化させることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
34. 請求項１〜33のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）後、前記機能性材料の特性を向上させるために、前記基板を100℃以上に加熱することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
35. 請求項１〜34のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、高解像度パターンにレーザ又はプラズマを照射することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
36. 請求項１〜35のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性インクの充填工程（S3）後前記パターン鋳型を除去する前に、ブレード、スクレーパ、ワイパー等を用いて、前記パターン鋳型の上面に堆積した前記機能性材料を除去することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
37. 請求項１〜36のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記犠牲フィルムを溶解させる溶媒又は溶液を用いて前記パターン鋳型及びその上の機能性材料を除去することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
38. 請求項１〜37のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記パターン鋳型及びその上の機能性材料を除去する際、前記パターン鋳型の剥離を促進するために加熱を行うことを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
39. 請求項１〜38のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記機能性材料の除去に必要なエネルギー密度より前記犠牲フィルムの除去に必要なエネルギー密度が低い場合、前記エネルギービームをパターニングに用いた解像度以上に拡大照射してエネルギー密度を減少させて、前記パターン鋳型のみを除去することを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
40. 請求項１〜38のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記パターン鋳型の除去には、常圧プラズマ、反応性イオンエッチング、紫外線−オゾン法等のドライエッチング法を用いることを特徴とする高解像度パターンの形成方法。
41. 請求項１〜40のいずれかに記載の高解像度パターンの形成方法において、前記パターン鋳型を除去しないことを特徴とする高解像度パターンの形成方法。

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