JP2020501375A - 導電性特徴をエッチングする方法、ならびに関連するデバイスおよびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
様々な電子デバイスおよび電子部品の製造は、基板上でのパターン層の製作を必要とする。例えば、マイクロチップ、プリント回路基板、太陽電池、電子ディスプレイ(液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、および量子ドットエレクトロルミネセンスディスプレイなど)、および様々なその他の電気または光学デバイスおよび部品は、基板により支えられた異なる材料の、多数の重なり合ったパターン層から構成されてもよい。基板上での、1つのそのようなパターン層の製造は、基板上に材料の非パターン層を付着させ、そのような層上にエッチングレジストマスクを調製し、エッチングプロセスを行って、エッチングレジストマスクにより覆われていない層の部分を除去することによって、したがって基板上にパターン層を形成することによって、実施されてもよい。
本開示の1つの例示的な態様では、1つまたは複数の電気導電性特徴と共にパターン化されたデバイスを作製する方法は、基板の電気絶縁表面上に導電性材料層を堆積すること、導電性材料層上に防食材料層を堆積すること、および防食材料層上にエッチングレジスト材料層を堆積することを含む。防食材料層上でのエッチングレジスト材料層の堆積では、エッチングレジスト材料層および防食材料層が、導電性材料層の覆われた部分と、導電性材料層の露出部分とをもたらすパターンで2成分エッチングマスクを形成し、覆われた部分は、デバイスの1つまたは複数の導電性特徴に対応する場所に位置決めされている。湿式エッチングプロセスは、電気絶縁基板の露出部分を除去するように行われ、2成分エッチングマスクが除去されて、導電性材料層の覆われた部分の残りの導電性材料を露出させ、それによって、デバイスの1つまたは複数の電気導電性特徴が形成される。
例示の単純化および明瞭化のため、図に示される要素は必ずしもその縮尺を合わせて描かれていない。例えば、要素のいくつかの寸法は、明瞭化のためにその他の要素に対して誇張されていてもよい。さらに、適切と考えられる場合、参照符号は、対応するまたは類似する要素を示すために図同士で繰り返されてもよい。
下記の比較例は、防食材料を利用しない従来のプロセスと比較して、本開示の実施形態を使用して得られたアンダーカットの低減を実証するために行った。
エッチングレジストパターンを、Epsonスタイラス4900インクジェットプリンターを使用して、1/2Oz(17μm)の銅厚で、コーティングされていない銅FR4板の上面に印刷した。実施例1により作製された銅線試料の断面の顕微鏡写真を示す、図20を参照する。水性エッチングレジスト組成物は、湿潤剤として10%のプロピレングリコールを、イオン交換として1%(w/w)の2−アミノ−2−メチルプロパノールを、界面活性剤としてBYKにより供給された0.3%(w/w)のBYK348を、および着色剤として2%(w/w)のBayscript BAシアンを使用して調製した。エッチングレジスト溶液はさらに、アニオン性エッチングレジスト反応性成分として、24%のJoncryl 8085スチレンアクリル樹脂溶液を含んでいた。エッチングレジストの乾燥、エッチング、および除去は、上述のように実施した。図20からわかるように、銅側壁の勾配は比較的高い。形成された導電性特徴の関連ある寸法を測定し、エッチファクターは1.5と計算された。
エッチングレジストパターンを、ポリイミン系コーティングでコーティングされた銅FR4板の上面に印刷した。ポリイミン水溶液は、BASFにより供給された10%(w/w)のLUPASOL G100(分子量5000を有するポリエチレンイミン)の水溶液、10%(w/w)のプロピレングリコール、10%のn−プロパノール、およびEvonik Industriesにより供給されたTEGO 500を含有する0.3%(w/w)の、混合物として調製した。ポリイミン溶液を、Epsonスタイラス4900インクジェットプリンターを使用して付着させた。ポリイミン系コーティングを室温で乾燥したままにした結果、結晶形成なしに板の全表面を覆う、乾燥厚0.075μmを有する完全に透明で均一なコーティングが得られた。エッチングレジスト組成物を、上記にて詳述したプロセスおよび材料を使用して、コーティングされた銅板上に印刷した。形成された導電性特徴の関連ある寸法を測定し、エッチファクターが2.5と計算された。
エッチングレジストパターンを、ポリイミン系コーティングでコーティングされた銅FR4板の上面に印刷した。本開示の実施形態による、実施例3により作製された銅線試料の断面の顕微鏡写真を示す、図21を参照する。ポリイミン系コーティングを、Epsonスタイラス4900インクジェットプリンターを使用してFR4板の上面にコーティングした。ポリイミン溶液は、BASFにより供給された10%(w/w)のLUPASOL HF(分子量25,000を有するポリエチレンイミン)水溶液、10%(w/w)のプロピレングリコール、10%のn−プロパノール、およびEvonik Industriesにより供給されたTEGO 500を含有する0.3%(w/w)の混合物として、調製した。コーティングされたプレートを室温で乾燥したままにした結果、結晶形成なしで全表面を覆う厚さ0.075μmの乾燥層を有する、完全に透明で均一なコーティングが得られた。
(実施例4〜12)
エッチングレジスト組成物を、コーティングされていない銅FR4板の上面に印刷した(比較データ)。エッチングレジスト組成物(第2の組成物)は、10%のプロピレングリコール、1%(w/w)の2−アミノ−2−メチルプロパノール、BYKにより供給された0.3%(w/w)のBYK 348、および2%(w/w)のBayscript BAシアンで調製した。これらの材料を、アニオン反応性成分として24%のJoncryl 8085スチレンアクリル樹脂溶液を含有する水に溶解した。Epsonスタイラス4900インクジェットプリンターを使用して、エッチングレジスト組成物を、1/2Ozの厚さを有するFR4銅張板上に印刷することにより、エッチングレジストマスクを生成した。乾燥エッチングレジストの厚さは5ミクロンであった。
エッチングレジスト組成物を、実施例4で詳述したように調製した。プライマーまたは固着組成物は、BASFにより供給された10%(w/w)のLUPASOL PR8515の水溶液(カチオン反応性成分としてのポリエチレンイミン)、10%(w/w)のプロピレングリコール、10%のn−プロパノール、およびEvonik Industriesにより供給された0.3%(w/w)含有TEGO 500(フォーム阻害基板湿潤添加剤)の混合物として調製した。
エッチングレジスト組成物を、実施例4で詳述したように調製した。固着組成物は、0.3%(w/w)のTEGO500を、13%(w/w)の濃HClを含有する0.3%(w/w)のTEGO 500で置き換えたこと以外、実施例5で詳述したように調製した。
2成分反応、エッチングレジスト組成物を、塩酸(HCl)を含有する反応性カチオン組成物でコーティングされた銅表面に印刷した。エッチングレジスト組成物は、実施例4で詳述したように調製した。固着組成物は、10%(w/w)のStyleze W−の水溶液の混合物として調製した。
2成分反応、塩酸(HCl)を含有する反応性カチオン組成物でコーティングされた銅表面に印刷されたエッチングレジスト組成物。エッチングレジスト組成物を、実施例4で詳述したように調製した。
2成分反応:塩酸(HCl)を含有する反応性カチオン組成物でコーティングされた銅表面に印刷された、エッチングレジスト組成物。エッチングレジスト組成物を、実施例5で詳述したように調製した。固着組成物は、10%(w/w)のLupasol PN50の水溶液(49%のポリマー水溶液としてBASFにより供給された)、13%(w/w)の濃HClを含有する0.1%のBYK348の、混合物として調製した。
2成分反応、クエン酸を含有する反応性組成物でコーティングされた銅表面に印刷されたエッチングレジスト組成物。エッチングレジスト組成物を、実施例4で詳述したように調製した。固着組成物は、10%(w/w)のクエン酸の水溶液、25%(w/w)のプロピレングリコールであって、Evonik Industriesにより供給された0.3%(w/w)のTEGO 500(フォーム阻害基板湿潤添加剤)を含有するものの、混合物として調製した。
2成分反応、エッチングレジスト組成物を含有するコーティング組成物を、実施例4で詳述したように調製した。固着組成物は、2.5%(w/w)のZn(NO3)2水溶液、3.75%(w/w)の酢酸カルシウム、0.2%(w/w)のCapstone 51、5%(w/w)のn−プロパノール、および5%(w/w)のLupasol FG(BASFから供給される)の、混合物として調製した。
エッチングレジスト組成物は、8%(w/w)のPVA水溶液、24%のJoncryl 8085スチレンアクリル樹脂溶液(42%のポリマー水溶液として供給された)、および1.5%の2−アミノ2−メチルプロパノールの混合物として調製した。
カチオン性組成物(固着反応性成分)
例えば、本願発明は以下の項目に関する技術を記載する。
(項目1)
1つまたは複数の電気導電性特徴でパターン化されたデバイスを作製する方法であって、
導電性材料層を、基板の電気絶縁表面上に堆積すること、
防食材料層を、前記導電性材料層上に堆積すること、
エッチングレジスト材料層を、前記防食材料層上に堆積することであり、前記エッチングレジスト材料層および前記防食材料層が、前記導電性材料層の覆われた部分と前記導電性材料層の露出部分とをもたらすパターンで2成分エッチングマスクを形成し、前記覆われた部分が、前記デバイスの1つまたは複数の導電性特徴に対応した場所に位置決めされるものである、堆積すること、
前記電気絶縁基板から前記導電性材料層の前記露出部分が除去されるように、湿式エッチングプロセスを行うこと、および
前記導電性材料層の前記覆われた部分の残りの導電性材料が露出するように、前記2成分エッチングマスクを除去することであり、それによって、前記デバイスの前記1つまたは複数の電気導電性特徴を形成すること
を含む方法。
(項目2)
前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、ポリマーを前記導電性材料層上に堆積することを含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、有機材料を前記導電性材料層上に堆積することを含む、項目1から項目2のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目4)
前記有機材料が、1つまたは複数の−イミン基を含む、項目1から項目3のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目5)
前記有機材料が、1つまたは複数の−アミン基を含む、項目1から項目4のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目6)
前記有機材料が、1つまたは複数の−アゾール基を含む、項目1から項目5のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目7)
前記有機材料が、1つまたは複数の−ヒラジン基を含む、項目1から項目6のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目8)
前記有機材料が、アミノ酸を含む、項目1から項目7のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目9)
前記有機材料が、シッフ塩基を含む、項目1から項目8のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目10)
前記湿式エッチングプロセスを行う間に、防食材料の部分を前記2成分エッチングマスクから解離させること、および防食材料の前記解離した部分を、前記2成分エッチングマスク下で前記導電性材料層の外面に吸着させることをさらに含む、項目1から項目9のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目11)
前記湿式エッチングプロセスを行う間に、前記2成分エッチングマスクの近接する前記導電性材料層の部分が、前記基板の前記電気絶縁表面の近接する前記導電性材料層の部分の除去中に、除去されないように保護することをさらに含む、項目1から10のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目12)
前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、前記防食材料層を、ブランケットコーティングで前記導電性材料層上に堆積することを含む、項目1から項目11のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目13)
前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、前記防食材料層を、前記1つまたは複数の導電性特徴に対応したパターンで堆積することを含む、項目1から項目12のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目14)
前記エッチングレジスト材料層を堆積することが、前記エッチングレジスト材料層を、ブランケットコーティングで前記防食材料層上に堆積することを含む、項目1から項目13のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目15)
前記エッチングレジスト材料層の部分を光で照射することをさらに含み、前記照射された部分は、前記1つまたは複数の導電性特徴に対応するパターンに対応する、項目1から項目14のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目16)
前記エッチングレジスト材料の部分を光で照射することが、レーザー直接描画またはフォトマスク露光の少なくとも1つを使用することを含む、項目1から項目15のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目17)
前記エッチングレジスト材料層を堆積することが、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、スピンコーティング、または積層の少なくとも1つを使用して前記エッチングレジスト材料層を堆積することを含む、項目1から項目16のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目18)
前記防食材料層を堆積することが、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、スピンコーティング、または積層の少なくとも1つを使用して前記防食材料層を堆積することを含む、項目1から項目17のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目19)
前記エッチングレジスト材料層の厚さが、10μm未満またはそれに等しい、項目1から項目18のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目20)
前記エッチングレジスト材料層の厚さが、5μm未満またはそれに等しい、項目1から項目19のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目21)
前記防食材料層の厚さが、5μmから40μmに及ぶ、項目1から項目20のいずれか1つの項目に記載の方法。
(項目22)
電気導電性特徴でパターン化されたデバイスを作製するための装置であって、
防食材料層を、基板の電気絶縁表面上の導電性材料層上に堆積するように構成された第1の堆積モジュールと、
エッチングレジスト材料層を、前記防食材料層上に堆積するように構成された第2の堆積モジュールと、
前記基板の前記導電性材料層をエッチングするように構成された湿式エッチングモジュールと
を含む装置。
(項目23)
前記防食材料層を硬化するように構成された第1の加工モジュールをさらに含む、項目22に記載の装置。
(項目24)
2成分エッチングマスクを形成するために前記エッチングレジスト材料層を硬化するように構成された第2の加工モジュールをさらに含む、項目22から項目23のいずれか1つの項目に記載の装置。
(項目25)
前記第1の堆積モジュールが、第1のインクジェット印刷モジュールを含む、項目22から項目24のいずれか1つの項目に記載の装置。
(項目26)
前記第2の堆積モジュールが、第2のインクジェット印刷モジュールを含む、項目22から項目25に記載の装置。
(項目27)
加工条件制御をもたらすように構成された筐体をさらに含み、前記筐体が、前記第1の堆積モジュールおよび前記第2の堆積モジュールを収容する、項目22から項目26のいずれか1つの項目に記載の装置。
(項目28)
前記湿式エッチングモジュールが、基板を液体エッチャント中に浸すように構成される、項目22から項目27のいずれか1つの項目に記載の装置。
(項目29)
前記湿式エッチングモジュールが、エッチャントのストリームを前記基板上に向けるように構成される、項目22から項目28のいずれか1つの項目に記載の装置。
(項目30)
前記2成分エッチングマスクを前記導電性材料層から除去するように構成された剥離モジュールをさらに含む、項目22から項目29のいずれか1つの項目に記載の装置。
(項目31)
電気導電性特徴でパターン化されたデバイスであって、
電気絶縁表面を有する基板と、
前記電気絶縁表面に配置された導電性特徴と
を含み、前記導電性特徴が、
前記電気絶縁表面に対して垂直方向で測定された高さと、
前記電気絶縁表面で測定された第1の幅と、
前記導電性特徴の前記高さに沿って、前記電気絶縁表面とは反対側の前記導電性特徴の端部で測定された第2の幅と
を含み、
前記第1の幅と前記第2の幅との間の差の半分を前記高さで割った値が少なくとも2であるデバイス。
(項目32)
前記第1の幅と前記第2の幅との間の前記差の半分を前記高さで割った前記値が少なくとも5である、項目31に記載のデバイス。
(項目33)
前記導電性特徴が導電性ラインを含む、項目31から項目32のいずれか1つの項目に記載のデバイス。
(項目34)
前記導電性特徴の前記高さが15μmであり、前記第1の幅と前記第2の幅との間の前記差が6μm未満である、項目31から項目33のいずれか1つの項目に記載のデバイス。
(項目35)
前記導電性特徴が金属を含む、項目31から項目34のいずれか1つの項目に記載のデバイス。
(項目36)
前記導電性特徴が銅を含む、項目31から項目35のいずれか1つの項目に記載のデバイス。
Claims (36)
- 1つまたは複数の電気導電性特徴でパターン化されたデバイスを作製する方法であって、
導電性材料層を、基板の電気絶縁表面上に堆積すること、
防食材料層を、前記導電性材料層上に堆積すること、
エッチングレジスト材料層を、前記防食材料層上に堆積することであり、前記エッチングレジスト材料層および前記防食材料層が、前記導電性材料層の覆われた部分と前記導電性材料層の露出部分とをもたらすパターンで2成分エッチングマスクを形成し、前記覆われた部分が、前記デバイスの1つまたは複数の導電性特徴に対応した場所に位置決めされるものである、堆積すること、
前記電気絶縁基板から前記導電性材料層の前記露出部分が除去されるように、湿式エッチングプロセスを行うこと、および
前記導電性材料層の前記覆われた部分の残りの導電性材料が露出するように、前記2成分エッチングマスクを除去することであり、それによって、前記デバイスの前記1つまたは複数の電気導電性特徴を形成すること
を含む方法。 - 前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、ポリマーを前記導電性材料層上に堆積することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、有機材料を前記導電性材料層上に堆積することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記有機材料が、1つまたは複数の−イミン基を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記有機材料が、1つまたは複数の−アミン基を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記有機材料が、1つまたは複数の−アゾール基を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記有機材料が、1つまたは複数の−ヒラジン基を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記有機材料が、アミノ酸を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記有機材料が、シッフ塩基を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記湿式エッチングプロセスを行う間に、防食材料の部分を前記2成分エッチングマスクから解離させること、および防食材料の前記解離した部分を、前記2成分エッチングマスク下で前記導電性材料層の外面に吸着させることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記湿式エッチングプロセスを行う間に、前記2成分エッチングマスクの近接する前記導電性材料層の部分が、前記基板の前記電気絶縁表面の近接する前記導電性材料層の部分の除去中に、除去されないように保護することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、前記防食材料層を、ブランケットコーティングで前記導電性材料層上に堆積することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記防食材料層を前記導電性材料層上に堆積することが、前記防食材料層を、前記1つまたは複数の導電性特徴に対応したパターンで堆積することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エッチングレジスト材料層を堆積することが、前記エッチングレジスト材料層を、ブランケットコーティングで前記防食材料層上に堆積することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エッチングレジスト材料層の部分を光で照射することをさらに含み、前記照射された部分は、前記1つまたは複数の導電性特徴に対応するパターンに対応する、請求項14に記載の方法。
- 前記エッチングレジスト材料の部分を光で照射することが、レーザー直接描画またはフォトマスク露光の少なくとも1つを使用することを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記エッチングレジスト材料層を堆積することが、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、スピンコーティング、または積層の少なくとも1つを使用して前記エッチングレジスト材料層を堆積することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記防食材料層を堆積することが、インクジェット印刷、スロットダイコーティング、スピンコーティング、または積層の少なくとも1つを使用して前記防食材料層を堆積することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記エッチングレジスト材料層の厚さが、10μm未満またはそれに等しい、請求項1に記載の方法。
- 前記エッチングレジスト材料層の厚さが、5μm未満またはそれに等しい、請求項1に記載の方法。
- 前記防食材料層の厚さが、5μmから40μmに及ぶ、請求項1に記載の方法。
- 電気導電性特徴でパターン化されたデバイスを作製するための装置であって、
防食材料層を、基板の電気絶縁表面上の導電性材料層上に堆積するように構成された第1の堆積モジュールと、
エッチングレジスト材料層を、前記防食材料層上に堆積するように構成された第2の堆積モジュールと、
前記基板の前記導電性材料層をエッチングするように構成された湿式エッチングモジュールと
を含む装置。 - 前記防食材料層を硬化するように構成された第1の加工モジュールをさらに含む、請求項22に記載の装置。
- 2成分エッチングマスクを形成するために前記エッチングレジスト材料層を硬化するように構成された第2の加工モジュールをさらに含む、請求項22に記載の装置。
- 前記第1の堆積モジュールが、第1のインクジェット印刷モジュールを含む、請求項22に記載の装置。
- 前記第2の堆積モジュールが、第2のインクジェット印刷モジュールを含む、請求項22に記載の装置。
- 加工条件制御をもたらすように構成された筐体をさらに含み、前記筐体が、前記第1の堆積モジュールおよび前記第2の堆積モジュールを収容する、請求項22に記載の装置。
- 前記湿式エッチングモジュールが、基板を液体エッチャント中に浸すように構成される、請求項22に記載の装置。
- 前記湿式エッチングモジュールが、エッチャントのストリームを前記基板上に向けるように構成される、請求項22に記載の装置。
- 前記2成分エッチングマスクを前記導電性材料層から除去するように構成された剥離モジュールをさらに含む、請求項22に記載の装置。
- 電気導電性特徴でパターン化されたデバイスであって、
電気絶縁表面を有する基板と、
前記電気絶縁表面に配置された導電性特徴と
を含み、前記導電性特徴が、
前記電気絶縁表面に対して垂直方向で測定された高さと、
前記電気絶縁表面で測定された第1の幅と、
前記導電性特徴の前記高さに沿って、前記電気絶縁表面とは反対側の前記導電性特徴の端部で測定された第2の幅と
を含み、
前記第1の幅と前記第2の幅との間の差の半分を前記高さで割った値が少なくとも2であるデバイス。 - 前記第1の幅と前記第2の幅との間の前記差の半分を前記高さで割った前記値が少なくとも5である、請求項31に記載のデバイス。
- 前記導電性特徴が導電性ラインを含む、請求項31に記載のデバイス。
- 前記導電性特徴の前記高さが15μmであり、前記第1の幅と前記第2の幅との間の前記差が6μm未満である、請求項31に記載のデバイス。
- 前記導電性特徴が金属を含む、請求項31に記載のデバイス。
- 前記導電性特徴が銅を含む、請求項31に記載のデバイス。
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