JP3780700B2 - パターン形成方法、パターン形成装置、パターン形成用版、パターン形成用版の製造方法、カラーフィルタの製造方法、導電膜の製造方法及び液晶パネルの製造方法 - Google Patents

パターン形成方法、パターン形成装置、パターン形成用版、パターン形成用版の製造方法、カラーフィルタの製造方法、導電膜の製造方法及び液晶パネルの製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等のパターン形成技術に係り、特に版とインクジェット方式とをともに用いる新しいパターン形成方法の提案に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン基板またはガラス基板上に集積回路等を製造する一般的方法としてフォトリソグラフィー法がある。このフォトリソグラフィー法を使用してパターンを形成するには、まずシリコンウェハ上にレジストと呼ばれる感光材を薄く塗布し、ガラス乾板に写真製版で作成した集積回路パターンを光で焼き付けて転写する。転写されたレジストパターンをマスクしレジストの下の材料をエッチングするなどして配線パターンや素子を形成していくものである。このフォトリソグラフィー法ではレジスト塗布、露光、現像等の工程が必要とされることから、大型の装置、配電設備、排気設備などの設備の整った半導体工場等でなければ、微細パターンの作成ができない。このため微細パターンを形成するためのより小規模の他の方法が研究されてきた。
【０００３】
例えばモールドを利用してパターンを形成するＭＩＭＩＣ（micromolding in capillaries）という方法が、Journal of American Chemical Society 1996, No. 118, pp 5722-5731に開示されている。この方法では、高分子で製作されたμｍオーダーの溝構造が設けられた版を基板上に載置し、流動体を溝の側面から毛管現象によって浸透させる。版の材料としてはポリジメチルシロキサンを用い、流動体としてはポリマーや溶解液、コロイド溶液等を用いる。流動体と基板との反応が完了した後に版を除去すれば、基板上にパターンが形成されているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＭＩＭＩＣ法では流動体を毛管現象により浸透させるものであるため、版の側面から流動体が供給できる距離には限度があった。そのため幅の大きな版による大きなパターンを形成することができないという問題があった。そこで本願発明者は上記問題に鑑み、版に貫通穴を設けることにより版の大きさに限定されずに流動体を供給する方法を考案した。
【０００５】
すなわち本発明の第１の課題は、貫通穴が設けられた版を用いてパターンを形成する工程を示すことにより、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能なパターン形成方法を提供することである。
本発明の第２の課題は、貫通穴が設けられた版を用いてパターンを形成可能な装置を示すことにより、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能なパターン形成装置を提供することである。
本発明の第３の課題は、貫通穴が設けられた版の構造を示すことにより、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能なパターン形成用版を提供することである。
本発明の第４の課題は、貫通穴を版に設けた版の製造方法を示すことにより、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能なパターン形成用版の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るパターン形成方法は、パターン形成用版をパターン形成面に密着させる第１のステップと、前記パターン形成用版に設けられた複数の貫通穴に流動体を供給する第２のステップと、前記複数の貫通穴を介して前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記パターン形成用版を前記パターン形成面から剥離する第３のステップと、を含み前記第２のステップにおける前記複数の貫通穴に対する前記流動体の供給は、インクジェット方式記録ヘッドによりなされることを特徴とする。
また、上記に記載の発明であって、前記版は多孔質材料で構成されるものが好ましい。
また、上記に記載の発明であって、前記貫通穴の各々は前記版に設けられた複数の凹部のうちの１つに設けられ、前記貫通穴から前記凹部に前記流動体を供給したとき、前記凹部内の空気が逃げる手段を有することが好ましい。
また、上記のパターン形成方法を用いて、カラーフィルタ、導電膜及び液晶パネルを製造することができる。
また、本発明に係るパターン形成装置は、パターン形成用版をパターン形成面に密着させる版移送機構と、流動体を貯蔵する流動体貯蔵機構と、前記流動体貯蔵機構から前記パターン形成用版に設けられた複数の貫通穴に、前記流動体を吐出可能に構成されたインクジェット式記録ヘッドと前記インクジェット式記録ヘッドを移送するヘッド移送機構と、を備えることを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明であって、前記版移送機構は前記パターン形成用版を前記パターン形成面に密着させ、前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記パターン形成用版を前記パターン形成面から剥離させ、前記ヘッド移送機構は、前記複数の貫通穴に前記インクジェット式記録ヘッドを移送して前記複数の貫通穴を介して前記流動体を供給することを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明であって、前記版移送機構によって移送される前記パターン形成用版は、多孔質材料で構成されるものが好ましい。
また、本発明は、流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版であって、前記パターン形成用版は多孔質材料で形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版であって、前記パターン形成用版は前記流動体に対し親和性を示す領域と、前記流動体に対し非親和性を示す領域とを有することを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明であって、前記パターン形成用版は、貫通穴を有し、前記貫通穴の内壁は前記流動体に対し非親和性を示すように形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明であって、パターン転写領域は凹状に形成されても、凸状に形成されていてもよい。
また、本発明は、基台にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層のうちパターンに合わせて露光する工程と、露光された前記レジスト層を現像する工程と、現像された前記レジスト層が設けられた基台をエッチングする工程と、エッチングされた基台に多孔質材料を塗布する工程と、塗布された前記多孔質材料を硬化させる工程と、硬化した前記多孔質材料を前記基台から剥離する工程と、剥離された前記多孔質材料のパターン形成領域に複数の貫通穴を形成して版を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版の製造方法であって、パターンを形成する材料としての流動体に対し親和性を示す領域と非親和性を示す領域とを形成する表面処理する工程を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明であって、前記表面処理をする工程では、前記パターン形成用版の表面に対して部分的にプラズマ処理をすることを特徴とする。
また、本発明に係るパターン形成方法は、流動体に対し親和性を示す領域と、前記流動体に対し非親和性を示す領域とを有する版をパターン形成面に密着させる第１のステップと、前記版に設けられた複数の貫通穴に前記流動体を供給する第２のステップと、前記複数の貫通穴を介して前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記版を前記パターン形成面から剥離する第３のステップと、を含むことを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明であって、前記第２のステップにおける前記複数の貫通穴に対する前記流動体の供給は、インクジェット方式記録ヘッドによりなされることを特徴とする。
また、本発明は、上記に記載の発明であって、前記パターン形成用版は多孔質材料で構成されていることを特徴とする。
また、上記のパターン形成方法は、カラーフィルタ、導電膜及び液晶パネルの製造方法に応用することができる。
上記第１の課題を解決する発明は、版をパターン形成面に密着させて流動体によるパターンをパターン形成面上に形成するパターン形成方法であって、版をパターン形成面に密着させるステップと、流動体を供給するために版のパターン転写領域に複数設けられた貫通穴に流動体を供給するステップと、貫通穴を介してパターン形成面に流動体が付着した後に当該版をパターン形成面から剥離するステップと、を備えている。版とは凹版であっても凸版であっても平板であってもよい。また版の表面が平面で構成されていても曲面状に加工されていてもよい。パターン形成面は平面上であっても曲面上であってもよい。すなわちパターン形成面は基板等の硬い材質の表面であってもフィルム等の可撓性のある材質の表面であってもよい。流動体とは貫通穴から供給可能な粘度を備えたものであればよく、インクのみならずあらゆる有機材料や無機材料が使用可能である。また微粒子を含んだコロイド状液であってもよい。例えばカーボン粉末を溶剤に分散させブラックマトリクス形成用としたもの、透明電極用材料を溶剤に溶かし透明電極形成用としたもの、金属微粒子を溶剤に分散させ電極パターン形成用としたもの等任意に使用できる。パターン転写領域は均一なパターン形状をしたものであっても特定のパターンに合わせて成形したものであってもよい。版形成時の露光領域を変更することで任意のパターン形状に適用させればよい。貫通穴は版のパターン転写領域に流動体を供給可能であればその位置や個数に限定されない。短時間で十分な流動体の供給が可能なノズル径とノズルの個数を備えていればよい。流動体を貫通穴に供給する方法としてはインクジェット方式等、流動体に圧力を加える方法が迅速でかつ管理可能なので好ましいが、他の方法であってもよい。例えば貫通穴を毛管現象により流動体を供給可能に構成するのであれば、毛管現象による自然な流動体の供給が可能である。また毛管現象とインクジェット方式等の強制供給手段とを併用してもよい。版の材料はパターンの形状を維持可能な物理的強度を備え流動体に対する化学的安定性を備えるものであれば何でもよい。特に流動体供給後に空気を自然に抜くために多孔質材料で構成することが好ましい。
【０００７】
上記本発明の具体例は以下のようなものである。例えば、上記版には貫通穴がパターン形成領域に沿って配置されているものであって、流動体を供給するステップは、版に設けられている総ての貫通穴に対し加圧により流動体を供給するものである。
【０００８】
また上記版には貫通穴が略均一に配置されているものであって、流動体を供給するステップは、版に設けられている貫通穴のうちパターン転写領域に位置している貫通穴にインクジェット方式により選択的に流動体を供給するものである。
【０００９】
さらに上記版は多孔質材料で構成されるものであって、版をパターン形成面から剥離するステップでは、貫通穴を介して供給された流動体の余剰分が多孔質材料に吸収された後に版をパターン形成面から剥離する。
【００１０】
上記第２の課題を解決する発明は、版をパターン形成面に密着させて流動体によるパターンをパターン形成面上に形成するためのパターン形成装置であって、版をパターン形成面に密着させる版移送機構と、流動体を貯蔵する流動体貯蔵機構と、流動体貯蔵機構から版のパターン転写領域に複数設けられた貫通穴に流動体を供給する流動体供給機構と、版移送機構による版の移送および流動体供給機構による流動体の供給を制御する制御装置と、を備える。そして制御装置は、版移送機構により版をパターン形成面に密着させ、流動体供給機構により貫通穴を介して流動体を供給し、パターン形成面に流動体が付着した後に当該版をパターン形成面から剥離させる。流動体貯蔵機構とは何からの方法で流動体を溜めておくことができればよく、例えば流動体を溜めるタンク、そのタンクから流動体を流すパイプ等により構成される。版移送機構とは版とパターン形成面との相対位置を変更可能な機構であり、版を移送するものでもパターン形成面のある基板等を移送するものでも双方ともに移送するものでもよい。流動体供給機構とはインクジェット方式等により強制的に流動体を供給するものの他、毛管現象を利用して流動体のリザーバから自然に流動体が供給可能に構成したものも含む。インクジェット方式の場合、版の任意の位置にインクジェット式記録ヘッドから流動体を吐出可能に構成したものも含む。この場合インクジェット式記録ヘッドと版との相対位置を変更可能に構成されたヘッド移送機構も含まれる。
【００１１】
例えば、上記版は貫通穴がパターン形成領域に沿って配置されているものであって、流動体供給機構は、版に設けられている総ての貫通穴に流動体を供給する圧力室と当該圧力室の少なくとも一の壁面を変形させて当該圧力室に体積変化を及ぼすことが可能な圧電体素子とを備える。
【００１２】
また例えば上記版には貫通穴が略均一に配置されているものであって、流動体供給機構は、流動体を吐出可能に構成されたインクジェット式記録ヘッドと当該ヘッドを版に設けられている任意の貫通穴に移送するヘッド移送機構とを備える。制御装置は、貫通穴のうちパターン転写領域に位置している貫通穴にヘッドを移送させ流動体を供給させる。
【００１３】
さらに例えば上記版は多孔質材料で構成されるものであって、制御装置は、貫通穴を介して供給された流動体の余剰分が多孔質材料に吸収された後に版をパターン形成面から剥離させる。
【００１４】
上記第３の課題を解決する発明は、流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版であって、版のパターン転写領域が凹版状に形成されており、当該パターン転写領域に貫通穴が複数設けられている。
【００１５】
また本発明は、流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版であって、版のパターン転写領域が凸版状に形成されており、当該パターン転写領域に貫通穴が複数設けられている。
【００１６】
さらに本発明は、流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版であって、版のパターン転写領域が流動体に対し親和性を示すように形成され、パターンの非転写領域が流動体に対し非親和性を示すように形成されており、パターン転写領域に貫通穴が複数設けられている。
【００１７】
ここで親和性であるか非親和性であるかは、パターン形成対象である流動体がどのような性質を備えているかで決まる。例えば親水性のある流動体であれば、親水性のある組成が親和性を示し、疎水性のある組成が非親和性を示す。逆に親油性のある流動体であれば、親水性のある組成が非親和性を示し、疎水性のある組成が親和性を示す。流動体を何にするかは、インクジェット方式の工業的応用対象によって種々に変更して適用することになる。
【００１８】
また例えば、上記版はパターン転写領域が形成対象となるパターン形状に形成されている。また上記版はパターン転写領域が略均一に配列された定型パターンとして形成されていてもよい。また上記版は多孔質材料で形成されていてもよい。さらに上記版に形成された貫通穴の内壁は流動体に対し非親和性を示すように形成されていてもよい。
【００１９】
上記第４の課題を解決する発明は、流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版の製造方法であって、基台にレジスト層を形成する工程と、レジスト層のうちパターンに合わせて露光する工程と、露光されたレジスト層を現像する工程と、現像されたレジスト層が設けられた基台をエッチングする工程と、エッチングされた基台に多孔質材料を塗布する工程と、塗布された多孔質材料を硬化させる工程と、硬化した多孔質材料を基台から剥離する工程と、剥離された多孔質材料のパターン形成領域に複数の貫通穴を形成して版を形成する工程と、を備えている。露光はマスクをレジスト層に形成して光を照射するものであっても位置選択性のあるレーザ光ピックアップを用いて所定のパターンに合わせて露光するものであってもよい。レジスト層はポジ型であってもネガ型であってもよい。版を凹版にするか凸版にするかによりレジスト層の型と露光領域とを定める。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、凹版状の版を用いて液晶パネルのカラーフィルタ等に用いられるブラックマトリクス（遮光性パターン）を形成する方法に関する。
図１に本実施形態１に使用する版のパターン転写面の平面図を示す。図２は図１のＡ−Ａ切断面を模式的に表現した断面図である。図１および図２に示すように本実施形態の版１は原版１００のパターン転写面にパターン転写領域１０を凹状に形成して構成されている。パターン転写領域１０にはさら原版１００の背面に貫通する貫通穴１２が複数設けられている。貫通穴１２の内壁は流動体に対し非親和性を示すように加工することが好ましい。非親和性に加工すれば、流動体を供給していないときに貫通穴１２内部から流動体が排除され、液滴の切れがよいからである。凹状に成形されずに残っている領域がパターン非転写領域１１を構成する。パターン転写領域１０の形状は液晶パネルのカラーフィルタに形成するブラックマトリクスのパターン形状に合わせて成形されている。版１を構成する材料は多孔質材料を用いる。多孔質材料を用いれば版１をパターン形成面に密着させた状態で貫通穴から流動体を供給しても凹部の空気が多孔質材料中を逃げるため、パターン転写領域１０の隅々まで流動体を充填させることができるからである。多孔質材料としては、例えばポリジメチルシロキサン等を用いる。版１のパターン転写領域１０の厚みはパターン非転写領域１１との段差によって成形される凹部の容量がパターン形成に必要な流動体量に足りるように調整される。微小径の貫通穴１２を供給可能な流動体は溶剤成分が多く蒸発による体積減少が激しい。この体積減少を見越した量の流動体を充填可能とする必要がある。版１のパターン非転写領域１１の厚みは版が十分な物理的強度を備える程度の厚みであって貫通穴１２が長くなることによる流路抵抗の増加を防止できる程度の厚みに調整される。
【００２１】
図３に本実施形態のパターン形成装置の構成図を示す。図３に示すように本実施形態のパターン形成装置２００は上記版１、圧力室基板２、圧電体素子３、版移送機構４、制御装置５および流動体貯蔵機構６を備えている。
【００２２】
圧力室基板２は版１と接合されて版１のパターン非転写面に流動体を供給可能に構成されている。具体的な構成としては、図４の断面図に示すように圧力室基板２は版１のパターン非転写面を側壁２２で囲み、その一面に振動板２３を形成して構成されている。版１、側壁２２および振動板２３により圧力室２１が形成され、振動板２３に設けられたインクタンク口２４を介して流動体６２を貯蔵可能に構成されている。圧力室基板２は例えばシリコン、ガラス又は石英をエッチングして製造することが微細加工に適する。振動板２３は、例えば熱酸化膜等により構成される。振動板２３上のキャビティ２１に対応する位置には圧電体素子３が形成されている。振動板２３にはインクタンク口２４が設けられ、タンク２６から任意の流動体１０を供給可能に構成されている。なお本実施形態の流動体としてはカーボン粉末を溶剤に溶かしてコロイド状溶液としたものを使用する。
【００２３】
圧電体素子３は図４に示すように下電極３０と上電極３２との間に圧電体薄膜３１を挟持して構成されている。下電極３０および上電極３２は安定性のある導電性材料、例えば白金で形成されている。圧電体薄膜３１は電気機械変換作用を示す材料、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の強誘電体材料からなる結晶構造で構成されている。圧電体素子３１は制御回路５から供給される制御信号Ｓｐに対応して体積変化を生ずることが可能に構成されている。
【００２４】
なお上記圧力室基板は圧電体素子に体積変化を生じさせて流動体を吐出させる構成であったが、発熱体により流動体に熱を加えその膨張によって液滴を吐出させるような構成であってもよい。
【００２５】
なお図示を簡単にするために、各図では圧力室２１および圧電体素子３をそれぞれ一個図示したが、圧力室を所定領域ごとに複数設けそれに対応させて圧電体素子３も複数設けてもよい。
【００２６】
版移送機構４はモータ４０その他図示しない機械構造により構成されている。モータ４０は制御装置５からの駆動信号Ｓｍに応じて駆動可能に構成され、モータ４０の力が版１および圧力室基板２を図の上下方向に移送可能に構成されている。なお版移送機構４は基板１１０に対する版１および圧力室基板２の位置を相対的に変化可能な構成を備えていれば十分である。このため上記構成の他に基板１１０が版１等に対して動くものであっても、版１等と基板１１０とがともに動くものであってもよい。
【００２７】
制御装置５はコンピュータ装置またはシーケンサとしての機能を備え、当該パターン形成装置に本発明のパターン形成方法を実行させることが可能に構成されている。当該装置は版移送機構２のモータ４０には駆動信号Ｓｍを出力して版１とパターン形成面１１１との距離を任意のタイミングで変更可能である。また当該装置は圧電体素子３に吐出信号Ｓｐを供給して任意のタイミングで圧力室基板２から流動体６２を版１に供給可能に構成されている。
【００２８】
流動体貯蔵機構６はタンク６０およびパイプ６１により構成されている。タンク６０は本発明の流動体を貯蔵するものであり、パイプ６１はタンク６０に貯蔵された流動体を圧力室基板２のインクタンク口２４に供給するように構成されている。
【００２９】
（パターン形成方法）
次に上記パターン形成装置２００を使用したパターン形成の方法について説明する。まず圧電体素子３に吐出信号Ｓｐが加えられない状態では図４に示すように、流動体６２は圧力室基板２の圧力室２１内に充填されている。流動体の表面張力が大きい場合、この状態では貫通穴１２に流れることはない。パターンを形成する対象となる基板１１０は版移送機構４により版１の移送が可能な位置に載置される。
【００３０】
次いで制御装置５は版１および圧力室基板２を基板１１０に向けて移送し、版１のパターン転写面と基板１１０のパターン形成面１１１とを図５に示すように密着させる。
【００３１】
そして制御装置５は吐出信号Ｓｐを圧電体素子３に供給する。圧電体素子３は電圧の印加により体積変化を生じ、振動板２３を変形させる。この結果、図５に示すように破線で示す元の位置Ｐ１から撓んだ位置Ｐ２に振動板２３が変形する。振動板２３が変形すると圧力室２１の流動体の圧力が上昇して、貫通穴１２からパターン転写領域１０の凹部へ流動体が入り込む。流動体が凹部入り込むと、その流入量相当分の空気を逃す必要がある。凹部は基板１１０と版１とで四方を塞がれているものの、版１が多孔質材料でできているためこの流動体の流入量相当量の空気は版１の壁から外部へ抜ける。このため凹部に空気が残留せずパターン転写領域１０の隅々まで流動体が充填される。
【００３２】
制御装置５は基板１１０上に流動体が接触したら、圧電体素子３にさらに吐出信号Ｓｐを加えながら駆動信号Ｓｍを版移送機構４に供給する。版１は圧力室基板２とともに引き上げられ、適量の流動体が版１のパターン転写領域１０の形状に合わせて転写される。基板１１０に対し熱処理や化学的処理等を施し、流動体の溶剤成分を蒸発させれば、流動体中のカーボン粒子が基板１１０上に定着する。これら処理によって、図６に示すようにパターン転写領域１０の形状がそのまま基板１１０のパターン形成面１１１に転写されたブラックマトリクス１１２が形成される。
【００３３】
なお毛管現象により圧力室２１の流動体６２が自然にパターン転写領域１０の凹部に導かれるように構成した場合には、制御装置５は版１を上下させる制御のみでよい。この構成では凹部が常に流動体６２で満たされた状態となっているので、版１を基板１１０に密着させてから再び版１を剥離すれば、パターン形成面１１１上に流動体のパターンが残されるからである。
【００３４】
（版製造方法）
次に図７を参照して版１の製造方法を説明する。図７の（ａ）〜（ｆ）は製造工程断面図である。
レジスト層形成工程（図７（ｂ））： レジスト層塗布工程は原版１００のパターン形成面にレジスト層を形成する工程である。まず上記した多孔質材料を成形して原版形状に仕上げる（図７（ａ））。次いで原版１００の一面にレジスト層１０１を形成する。レジスト材料としてはポジ型でもネガ型でもよい。ネガ型レジストは露光された部分が現像液に非溶解となって残される。ポジ型レジストは露光されなかった部分が現像液に非溶解となって残される。スピンナー法、スプレー法等の方法を用いて均一な厚さに塗布しレジスト層１０１を形成する。
【００３５】
露光工程（図７（ｃ））： 露光工程はレジスト層１０１をレジストの型に合わせて露光する工程である。すなわちレジスト層１０１の材料としてポジ型レジストを用いた場合にはパターン非転写領域１１に光１０２を照射する。ネガ型レジストを用いた場合にはパターン転写領域１１に光１０２を照射する。レジスト材料にはノボラック型、化学増幅型などを用いる。光１０２にはＵＶランプ、エキシマレーザ等の公知の光源を用いる。
【００３６】
現像工程（図７（ｄ））： 現像工程は露光されたレジスト層を現像してパターン非転写領域のレジスト層のみを残す工程である。現像処理に用いる現像液には、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドや水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどアルカリ水溶液またはキシレンなどの有機溶剤等の公知のものを用いる。現像したらドライエッチング、イオントリミング法、酸化ケイ素に対するエッチングレートの高いエッチング液を用いたウェットエッチング等を使用して、パターン転写領域１０のレジスト層を除去する。
【００３７】
エッチング工程（図７（ｅ））： エッチング工程は基板材料１００の現像されたレジスト層１０１側をエッチングして、パターン転写領域１０に凹部を形成する。エッチング方法としては、例えば、湿式の異方性エッチング、平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチングを用いる。このエッチングは選択比が高く、多孔質材料のみを選択的にエッチングする。エッチングの深度は上記したようにパターンとして必要な流動体の量に応じて適宜調整する。エッチング後には残存しているレジスト層１０１を溶剤等で除去する。
【００３８】
貫通穴形成工程（図７（ｆ））： 貫通穴形成工程はエッチングされた原版１００に複数の貫通穴１２を開ける工程である。貫通穴１２を形成するには、レーザー加工、パンチング等の方法を用いる。貫通穴１２の個数は流動体を十分に凹部に供給できる程度の数とする。なお版の多孔質材料自体が流動体に非親和性を示さない場合には貫通穴１２の内壁を流動体に対し非親和性に加工することが好ましい。流動体に対し非親和性を示すように表面加工する方法についてはその他の変形例において後述する。
【００３９】
本実施形態１によれば、版は凹版状に成形され凹部には貫通穴が設けられているので、大きなパターンの一体形成ができ、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能である。特にパターン転写領域に貫通穴から直接流動体を供給可能なので、従来の方法に比べ広い範囲にパターンを形成可能である。したがって液晶パネルのブラックマトリクスや透明電極、通常電極等のパターン形成方法として適する。
【００４０】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、凸版状の版に関する。図８に本実施形態２の版におけるパターン転写面の平面図を示す。図９は図８のＡ−Ａ切断面を模式的に表現した断面図である。図８および図９に示すように本実施形態の版１ｂは原版１００のパターン転写面にパターン転写領域１０ｂを凸状に形成して構成されている。パターン転写領域１０ｂにはさら原版１００の背面に貫通する貫通穴１２ｂが複数設けられている。貫通穴１２ｂは上記実施形態１と同様に流動体に対し非親和性になるよう加工することが好ましい。凸状に成形されずに残っている領域がパターン非転写領域１１ｂを構成する。版１ｂを構成する材料や厚みに関しては上記実施形態１と同様なので説明を省略する。本実施形態の版１ｂは上記実施形態１と同様なパターン形成装置２００に装着されて使用される。
【００４１】
（パターン形成方法）
本実施形態のパターン形成方法自体も上記実施形態１とほぼ同様である。まずパターン転写領域１０ｂとパターン形成面１１１との間に図１０に示すようなわずかな間隙を設けるまで版１ｂを基板１１０方向に移送し接近させる。この間隙において毛管現象が生じ、貫通穴１２ｂから供給された流動体６２をパターン転写領域１０ｂ全体に充填させることができる。版１を移送したら、制御装置５は流動体６２を供給する。流動体６２は貫通穴１２ｂから基板１１０上に供給され液滴６３を形成する。流動体の液滴６３が十分に基板１１０に馴染んだり化学反応が生じた後に版１ｂを基板１１０から剥離する。このような手順により基板１１０上にパターンが形成される。流動体がカーボン粉末を溶剤に溶かしたものであって、パターン転写領域１０ｂが図８のような格子形状を備えていれば、上記処理によって基板１１０上に液晶パネルに使用するカラーフィルタ用のブラックマトリクスが形成される。
【００４２】
なお本実施形態の版１ｂの製造方法は上記実施形態１の版の製造方法に準拠して実施すればよい。ただしレジスト材料のポジとネガあるいは露光領域と非露光領域とを逆に設定する必要がある。
上記したように本実施形態２によれば、凸版のパターン形成用版によっても上記実施形態１と同様の効果を奏することができる。
【００４３】
（実施形態３）
本発明の実施形態３はインクジェット式記録ヘッドを用いた任意のパターン形成が可能なパターン形成装置に関する。
【００４４】
図１０に本実施形態のパターン形成装置の構成図を示す。図１０に示すように本実施形態のパターン形成装置２００ｂは上記版１、インクジェット式記録ヘッド２ｂ、版移送機構４ｂ、制御装置５ｂ、流動体貯蔵機構６ｂおよびヘッド移送機構７を備えている。
【００４５】
版１については上記実施形態１または２で使用したものをそのまま使用可能である。特に本実施形態ではインクジェット式記録ヘッドの移送により任意のパターンを形成可能に構成したので、版は格子状や一定間隔のドットを有する均一なパターンを有するものでよい。すなわちパターン転写領域１０とパターン非転写領域１１とが一定の規則にしたがって連結され、貫通穴１２から流動体を供給するか否かを選択することにより任意のパターン転写領域１０に流動体を供給可能なように構成する。
【００４６】
インクジェット式記録ヘッド２ｂは、図１１に示すように圧力室基板２０の一方の面に圧電体素子３を設けた振動板２３が設けられ、他方の面にノズル２８が設けられたノズル板２９が貼り合わせられて構成されている。圧力室基板２０はシリコン、ガラス又は石英等をエッチングすることにより、圧力室２１、リザーバ２５、供給口２６等が形成されている。圧力室２１を仕切る部分が側壁２２を構成する。振動板２３および圧電体素子３に関しては上記実施形態１と同様の構成を備える。ただし圧電体素子３は個々の圧力室２１に対応してそれぞれ備えられる。ノズル板２９に設けられるノズル２８は個々の圧力室２１に対応してそれぞれ設けられている。以上の構成により、当該インクジェット式記録ヘッド２ｂは、流動体貯蔵機構６から供給された流動体６２がインクタンク口２４を介してリザーバ２５に導入され、供給口２６ｑを経て各圧力室２１に充填可能に構成されている。圧電体素子３に電圧が印加されると対応する圧力室２１に体積変化が生じ、その圧力室に対応して設けられたノズル２８から流動体の液滴６３を吐出可能に構成されている。
【００４７】
なお上記圧力室基板は圧電体素子に体積変化を生じさせて流動体を吐出させる構成であったが、発熱体により流動体に熱を加えその膨張によって液滴を吐出させるような構成であってもよい。
【００４８】
版移送機構４ｂは上記実施形態１の版移送機構４と同様の構成を備えるが、本実施形態では版１のみを移送可能に構成される。インクジェット式記録ヘッド２ｂはヘッド移送機構７により版１とは独立して移送されるからである。
【００４９】
流動体貯蔵機構６ｂはタンク６０およびパイプ６１により構成されている。タンク６０は本発明の流動体を貯蔵するものであり、パイプ６１はタンク６０に貯蔵された流動体をインクジェット式記録ヘッド２ｂのインクタンク口２４に供給するように構成されている。
【００５０】
ヘッド移送機構７はモータ７０および７１その他図示しない機械構造により構成されている。モータ７０は制御装置５ｂからのＸ軸方向駆動信号Ｓｘに応じてインクジェット式記録ヘッド２ｂをＸ軸方向に移送可能に構成される。モータ７１は制御装置５ｂからのＹ軸方向駆動信号Ｓｙに応じてインクジェット式記録ヘッド２ｂをＹ軸方向に移送可能に構成される。なお版移送機構７は版１に対するインクジェット式記録ヘッド２ｂの位置を相対的に変化可能な構成を備えていれば十分である。このため上記構成の他に版１および基板１１０がインクジェット式記録ヘッド２ｂに対して動くものであっても、インクジェット式記録ヘッド２ｂと版１および基板１１０とがともに動くものであってもよい。
【００５１】
制御装置５ｂはコンピュータ装置またはシーケンサとしての機能を備え、当該パターン形成装置に本発明のパターン形成方法を実行させることが可能に構成されている。当該装置は版移送機構４ｂには駆動信号Ｓｍを出力して版１とパターン形成面１１１との距離を任意のタイミングで変更可能である。また当該装置は圧電体素子３に吐出信号Ｓｐを供給して任意のタイミングでインクジェット式記録ヘッド２ｂから流動体の液滴６３を版１に供給可能に構成されている。さらにヘッド移送機構７にはＸ軸方向駆動信号ＳｘとＹ軸方向Ｓｙとを供給することによりインクジェット式記録ヘッド２ｂを版１に対して任意の相対位置へ移送可能に構成されている。
【００５２】
（パターン形成方法）
次に上記パターン形成装置２００ｂを使用したパターン形成の方法について説明する。まず制御装置５ｂは版１を基板１１０に向けて移送し、版１のパターン転写面と基板１１０のパターン形成面１１１とを密着させる（実施形態２の凸版を使用する場合にはわずかな間隙を空ける）。次いで制御装置５はＸ軸方向駆動信号ＳｘおよびＹ軸方向駆動信号Ｓｙをヘッド移送機構７に供給する。この駆動信号によりインクジェット式記録ヘッド２ｂは例えば図１３の矢印で示すように予め設定されたパターン形成経路で移送されていく。インクジェット式記録ヘッド２ｂの移送とともに制御装置５ｂはパターン転写領域１０の貫通穴１２が設けられている位置で吐出信号Ｓｐをインクジェット式記録ヘッド２ｂに供給する。インクジェット式記録ヘッド２ｂからは流動体の液滴６３が版１のパターン形成経路上にある貫通穴１２に吐出される。流動体の液滴６３が着弾した貫通穴１２には毛管現象が作用するため、流動体６２が貫通穴１２を通って版１のパターン転写面に達する。パターン転写面は凹版に形成されていても凸版に形成されていてもパターン形成面１１１に密着しているので（実施形態２の凸版を使用する場合にはわずかな間隙が空いているので）、インクジェット式記録ヘッド２ｂの移送経路に従ったパターンで流動体６２が基板１１０上に付着する。この基板１１０に熱処理等の後処理を施せば、図１４に示すように基板１１０のパターン形成面１１１には流動体のパターン１１２が形成できる。
【００５３】
上記したように本実施形態３によれば版とインクジェット式記録ヘッドとを相対的に移送可能に構成したので、版を特定のパターンに合わせて形成しなくても任意のパターンを形成可能である。特にインクジェット式記録ヘッドは多量生産され小型で安価であるためこの技術を応用することにより、家庭用プリンタサイズで手頃な価格で任意のパターンを形成可能な製造装置を提供することができる。
【００５４】
（その他の変形例）
本発明は上記実施形態によらず種々に変形して適用することが可能である。例えば上記実施形態で示した版に設けるパターン転写領域の形状は単なる例示であり、これに拘らず種々に変更が可能である。図１等のように同一のパターンが規則正しく均一に配置されるものの他、基板に設けるパターンに合わせて版のパターン転写領域を成形してもよい。このような構成であれば、上記実施形態３のようにインクジェット式記録ヘッドによる描画をしなくても複雑なパターンを一体成形可能である。
【００５５】
また版はパターン形状以外にも上記実施形態によらず変形可能である。例えば上記実施形態ではパターン形成用版は凹版にしたり凸版にしたりしたが、平板に加工してもよい。平板でパターン形成用版を構成する場合、パターン転写領域を流動体に対し親和性のある親和性領域に、パターン非転写領域を流動体に対し親和性のない非親和性領域にする表面処理を行う。版の表面を親和性にしたり非親和性にしたりすることは幾つかの方法で実現が可能である。
【００５６】
例えば硫黄化合物の自己集合化単分子膜を形成する方法がある。この方法では、版の表面に金等の金属層を設け、それを黄化合物を含む溶解液に浸漬して自己集合化単分子膜を形成する。硫黄化合物の組成により流動体に対し親和性にしたり非親和性にしたりが可能である。例えば版自体を流動体に非親和性を示す多孔質材料で構成した場合、金層を設けてパターン非転写領域１１に相当する領域の金をレーザ光等で蒸発させ除去する。その後硫黄化合物への浸漬により流動体に対し親和性を示す硫黄化合物を自己集積化させればよい。硫黄化合物の自己集積化膜が形成された領域がパターン転写領域になり自己集合化膜がない領域がパターン非転写領域となる。
【００５７】
またパラフィン等の有機物質を選択的に版に付着させることで同様の平版を製造できる。この方法では流動体に対し親和性を示す多孔質材料で基版を製造する。次いで基版にパラフィンを塗布しパラフィンを転写領域に合わせてマスクする。そしてレーザ光のエネルギーでパラフィンを蒸発させる。パラフィンが除去された領域がパターン転写領域、パラフィンが残された領域がパターン非転写領域となる。
【００５８】
また選択的プラズマ処理によっても同様の平版を製造できる。プラズマを照射した領域は版表面に多量の未反応基と架橋層が発生する。これを待機または酸素雰囲気にさらすと未反応基が酸化され、カルボニル基、水酸基が形成される。これらの基は極性を備えているため親水性がある。一方ガラスやプラスチックの多くは非親水性を備える。したがって部分的なプラズマ処理によって親水性の領域および非親水性の領域を生成可能である。流動体は水に対し親和性（親水性）を示すか否かに分類されるので、上記方法によっても本発明の平版が製造可能である。さらに電荷を版表面に与える方法によっても流動体に対し親和性を示す領域と非親和性を示す領域とが混在した平版を製造可能である。
【００５９】
さらに親和性（非親和性）を示す版に非親和性（親和性）を示す膜を形成していくことでも実現できる。これは各種印刷法によって実現できる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、貫通穴が設けられた版を用いてパターンを形成する工程を備えたパターン形成方法を提供したので、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能である。特にパターン転写領域に貫通穴から直接流動体を供給可能なので、版の大きさに限定されずに流動体を供給できる。さらに版はマスターとして何回でも使用可能であるため償却費が少なく、パターンの製造コストを下げることができる。
本発明によれば、貫通穴が設けられた版を用いてパターンを形成可能な構成を備えたパターン形成装置を提供したので、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能である。特にパターン転写領域に貫通穴から直接流動体を供給可能なので、版の大きさに限定されずに流動体を供給できる。
本発明によれば、貫通穴が設けられたパターン形成用版を提供したので、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能である。特にパターン転写領域に貫通穴から直接流動体を供給可能なので、版の大きさに限定されずに流動体を供給できる。
本発明によれば、貫通穴を版に設けた版の製造方法を提供したので、大きな設備を用いることなく安価にパターン形成が可能である。特にパターン転写領域に貫通穴から直接流動体を供給可能なので、版の大きさに限定されずに流動体を供給できる。
以上の本発明によれば、例えば流動体としてカーボン粉末が分散されたコロイド状溶液を用いれば、溶液の溶媒成分を蒸発させることで基板上にカラーフィルタ用ブラックマトリクスを形成することができる。流動体として透明電極材料を溶解した溶液を用いれば、パターン形成後に熱処理することで透明電極膜を形成することが可能である。流動体として金属微粒子を分散させたコロイド状溶液を用いれば、パターン形成後に熱処理することで導電性のあるパターン金属膜を形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の版の平面図である。
【図２】実施形態１の版の断面図である。
【図３】実施形態１のパターン形成装置の構成図である。
【図４】実施形態１の版と圧力室基板の断面図である。
【図５】実施形態１のパターン形成方法を説明する断面図である。
【図６】実施形態１の版によって転写されたパターン形状である。
【図７】実施形態１の版の製造方法を説明する製造工程断面図である。
【図８】実施形態２の版の平面図である。
【図９】実施形態２の版の断面図である。
【図１０】実施形態２のパターン形成方法を説明する断面図である。
【図１１】実施形態３のパターン形成装置の構成図である。
【図１２】インクジェット式記録ヘッドの主要部一部断面図である。
【図１３】インクジェット式記録ヘッドの移送経路の説明図である。
【図１４】実施形態３のパターン形成方法により形成された基板パターン平面図である。
【符号の説明】
１、１ｂ…パターン形成用版
２…圧力室基板
２ｂ…インクジェット式記録ヘッド
３…圧電体素子
４、４ｂ…版移送機構
５、５ｂ…制御装置
６、６ｂ…流動体貯蔵機構
７…ヘッド移送機構
１０．１０ｂ…パターン転写領域
１１、１１ｂ…パターン非転写領域
１２，１２ｂ…貫通穴
１００…基版
２００、２００ｂ…パターン形成装置

Claims (26)

  1. パターン形成用版をパターン形成面に密着させる第１のステップと、
    前記パターン形成用版に設けられた複数の貫通穴に流動体を供給する第２のステップと、
    前記複数の貫通穴を介して前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記パターン形成用版を前記パターン形成面から剥離する第３のステップと、を含み
    前記第２のステップにおける前記複数の貫通穴に対する前記流動体の供給は、インクジェット方式記録ヘッドによりなされることを特徴とするパターン形成方法。
  2. 前記パターン形成用版は多孔質材料で構成されるものである請求項１に記載のパターン形成方法。
  3. 前記貫通穴の各々は前記パターン形成用版に設けられた複数の凹部のうちの１つに設けられ、前記貫通穴から前記凹部に前記流動体を供給したとき、前記凹部内の空気が逃げる手段を有する請求項１に記載のパターン形成方法。
  4. パターン形成用版をパターン形成面に密着させる版移送機構と、
    流動体を貯蔵する流動体貯蔵機構と、
    前記流動体貯蔵機構から前記パターン形成用版に設けられた複数の貫通穴に、前記流動体を吐出可能に構成されたインクジェット式記録ヘッドと前記インクジェット式記録ヘッドを移送するヘッド移送機構と、を備えることを特徴とするパターン形成装置。
  5. 請求項４に記載のパターン形成装置であって、
    前記版移送機構は前記パターン形成用版を前記パターン形成面に密着させ、前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記パターン形成用版を前記パターン形成面から剥離させ、
    前記ヘッド移送機構は、前記複数の貫通穴に前記インクジェット式記録ヘッドを移送して前記複数の貫通穴を介して前記流動体を供給することを特徴とするパターン形成装置。
  6. 前記版移送機構によって移送される前記パターン形成用版は、多孔質材料で構成されるものである請求項５または請求項６に記載のパターン形成装置。
  7. 流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版であって、
    前記パターン形成用版は多孔質材料で形成されていることを特徴とするパターン形成用版。
  8. 流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版であって、
    前記パターン形成用版は前記流動体に対し親和性を示す領域と、前記流動体に対し非親和性を示す領域とを有することを特徴とするパターン形成用版。
  9. 前記パターン形成用版は、貫通穴を有し、前記貫通穴の内壁は前記流動体に対し非親和性を示すように形成されている請求項７または請求項８に記載のパターン形成用版。
  10. 前記パターン形成用版が有するパターン転写領域は凹状に形成されている請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載のパターン形成用版。
  11. 前記パターン形成用版が有するパターン転写領域は凸状に形成されている請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載のパターン形成用版。
  12. 基台にレジスト層を形成する工程と、
    前記レジスト層のうちパターンに合わせて露光する工程と、
    露光された前記レジスト層を現像する工程と、
    現像された前記レジスト層が設けられた基台をエッチングする工程と、
    エッチングされた基台に多孔質材料を塗布する工程と、
    塗布された前記多孔質材料を硬化させる工程と、
    硬化した前記多孔質材料を前記基台から剥離する工程と、
    剥離された前記多孔質材料のパターン形成領域に複数の貫通穴を形成して版を形成する工程と、を備えたことを特徴とするパターン形成用版の製造方法。
  13. 流動体をパターン形成面に付着させてパターンを形成するためのパターン形成用版の製造方法であって、
    パターンを形成する材料としての流動体に対し親和性を示す領域と非親和性を示す領域とを形成する表面処理する工程を有することを特徴とするパターン形成用版の製造方法。
  14. 請求項１３に記載のパターン形成用版の製造方法であって、
    前記表面処理をする工程では、前記パターン形成用版の表面に対して部分的にプラズマ処理をすることを特徴とするパターン形成用版の製造方法。
  15. 流動体に対し親和性を示す領域と、前記流動体に対し非親和性を示す領域とを有する版をパターン形成面に密着させる第１のステップと、
    前記版に設けられた複数の貫通穴に前記流動体を供給する第２のステップと、
    前記複数の貫通穴を介して前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記版を前記パターン形成面から剥離する第３のステップと、
    を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  16. 前記第２のステップにおける前記複数の貫通穴に対する前記流動体の供給は、インクジェット方式記録ヘッドによりなされることを特徴とする請求項１５に記載のパターン形成方法。
  17. 前記パターン形成用版は多孔質材料で構成されている請求項１５に記載のパターン形成方法。
  18. 流動体に対し親和性を示す領域と、前記流動体に対し非親和性を示す領域とを有する版をパターン形成面に密着させる第１のステップと、
    前記版に設けられた複数の貫通穴に前記流動体を供給する第２のステップと、
    前記複数の貫通穴を介して前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記版を前記パターン形成面から剥離する第３のステップと、
    を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
  19. 前記第２のステップにおける前記複数の貫通穴に対する前記流動体の供給は、インクジェット方式記録ヘッドによりなされることを特徴とする請求項１８に記載のカラーフィルタの製造方法。
  20. 前記パターン形成用版は多孔質材料で構成されている請求項１８に記載のカラーフィルタの製造方法。
  21. 流動体に対し親和性を示す領域と、前記流動体に対し非親和性を示す領域とを有する版をパターン形成面に密着させる第１のステップと、
    前記版に設けられた複数の貫通穴に前記流動体を供給する第２のステップと、
    前記複数の貫通穴を介して前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記版を前記パターン形成面から剥離する第３のステップと、
    を含むことを特徴とする導電膜の製造方法。
  22. 前記第２のステップにおける前記複数の貫通穴に対する前記流動体の供給は、インクジェット方式記録ヘッドによりなされることを特徴とする請求項２１に記載の導電膜の製造方法。
  23. 前記パターン形成用版は多孔質材料で構成されている請求項２１に記載の導電膜の製造方法。
  24. 流動体に対し親和性を示す領域と、前記流動体に対し非親和性を示す領域とを有する版をパターン形成面に密着させる第１のステップと、
    前記版に設けられた複数の貫通穴に前記流動体を供給する第２のステップと、
    前記複数の貫通穴を介して前記パターン形成面に前記流動体が付着した後に前記版を前記パターン形成面から剥離する第３のステップと、
    を含むことを特徴とする液晶パネルの製造方法。
  25. 前記第２のステップにおける前記複数の貫通穴に対する前記流動体の供給は、インクジェット方式記録ヘッドによりなされることを特徴とする請求項２４に記載の液晶パネルの製造方法。
  26. 前記パターン形成用版は多孔質材料で構成されている請求項２４に記載の液晶パネルの製造方法。
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