JP4698704B2 - 基板の表面処理方法及び微細配線の形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板の表面処理方法及び微細配線の形成方法に関する。
従来、微細配線を形成する方法としては、エッチングレジスト法（Etching Resist Method）とレーザー法とが挙げられる。エッチングレジスト法は、予め導電膜を塗布した基板上にレジストという感光材を塗布し、回路パターンを照射して現像し、レジストパターンに応じて導電膜をエッチングすることにより、配線を形成する方法である。このエッチングレジスト法は、真空装置などの大規模な設備および複雑な工程を要し、また材料使用の効率もわずか数十％程度なため、大部分が廃棄されるので、製造費用が増加し、配線形成およびレジスト層の除去が必要であり、および配線を微細に形成し難い。
また、レーザー法は、基材全体に撥水性加工膜を形成した後、レーザー光を用いてこの撥水性加工膜の一部を除去し、この加工膜が除去された領域に導電性インクを噴射することにより、導電性配線を形成する方法である。この方法では、レーザー光発生装置を別途に試用するのと、配線を直接構成するものではない、撥水性加工膜の導入や除去という工程を行うため、製造費用が増加し、複雑で、非効率的であった。
したがって、最近、インクジェット方式を用いて基盤上に微細配線を形成する方法が提示されているが、この方法は選択的に微細配線を形成することができるなど、長所が多い。最近、導電性微粒子を分散させた液体を、インクジェット法を用いて基板に直接パターン塗布し、その後、熱処理やレーザー照射などを行って導電膜パターンを得る方法が提案されている。この方法では、露光（Photolithography）が不要になるので、工程が非常に簡単になるとともに、原材料の使用量を減らすことができるという長所がある。
しかし、導電性インクの印刷技術において、まだ、インク液滴の拡がり性と、吐出液滴と基板との間の界面接着力の低下などについて問題点がある。このインク液滴の拡がり性は、ヘッドノズルから吐出されるインクの直径と表面張力、及び基板の表面エネルギーによる。導電性を有する配線を形成するためには、金属ナノ粒子は所定インク液滴中に含まれるため、インクジェットヘッドのノズルのサイズおよび吐出液滴の拡がり性を減らすのに限界があった。このような拡がり性を抑制するために使用される化合物は、表面エネルギーが低く、そのため他の化合物と混合し難い。すなわち、拡がり性を抑制するための表面処理が接着力を低下させる一方で、接着力の向上のための表面処理は液滴の拡がり性を大きくする。
したがって、小型、軽量、及び薄膜化される電子部品に要求されている基板との界面接着力を、インクジェット方式により、さらに向上させ、より一層微細な配線を形成するための多様な試みが行われている。
こうしたインクジェット法の問題点を解決するために、本発明は、基板の表面エネルギーを一時的に低めることにより、インク液滴の拡がり性及び界面接着力の低下防止できる基板の表面処理方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、前記基板の表面処理方法を用いて微細配線の形成方法を提供することにある。
前記の課題を解決するために、本発明の一実施形態では、微細配線形成のための基板を準備する工程と、前記基板表面をフッ素を含んだ低沸点液体で処理する工程と、を含む基板の表面処理方法が提供される。
本発明の一実施例によれば、前記低沸点液体の沸点は０℃〜７０℃であることがよく、ここで、フッ素を含んだ低沸点液体の例としては、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、及びハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）の少なくとも何れか一つから選択される。
本発明の一実施例によれば、前記基板表面を低沸点液体で処理する工程の前に、親水性表面処理をする工程をさらに含むことができ、ここで、前記親水性表面処理は、酸素またはハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ処理であるが、これに限定されない。
本発明の他の実施例によれば、前記方法により基板の表面処理をする工程と、前記低沸点液体が蒸発する前に前記表面処理された基板上に金属配線を吐出する工程とを含む、微細配線の形成方法が提供される。
本発明の基板表面処理方法によれば、低沸点液体を用いて表面処理することにより、基板の表面エネルギーを低めて液滴の拡がり性を抑制することができる。また、この低沸点液体は、沸点が低いことから短時間内に蒸発するので、基板表面に影響を与えず、界面接着力は劣化しない。本発明によれば、液滴の拡散及び界面接着力の低下両方の防止により、微細配線を形成することが可能になる。
以下、本発明による基板の表面処理方法及び微細配線の形成方法について、より詳細に説明する。
従来技術により微細配線を形成するには、導電性インクの印刷技術においてインク液滴の拡がり性や、吐出液滴と基板との間の界面接着力に問題点があった。
インク液滴の拡がり性は、ヘッドノズルから吐出されるインク液滴の直径と表面張力、及び基板の表面エネルギーによるが、導電性を有する配線を形成するためには、金属ナノ粒子を所定量以上含むため、インクジェットヘッドのノズルのサイズと吐出液滴の拡がり性とを減らすのに限界があった。しかし、このような拡がり性を抑制するために使用される化合物は、表面エネルギーが低く、他の化合物との結合を低下させる。
これに鑑み、本発明は、基板の表面エネルギーを低めて、吐出液滴の拡がり性を抑制するだけでなく界面接着力の低下を防ぐためのものである。
本発明の一実施例では、フッ素を含んだ低沸点液体を用いて基板表面を撥液処理する場合、この液体は蒸発が容易く、化学的に安定しているため、基板表面と反応し難くなって、表面エネルギーを低めることができ、また蒸発後は、表面処理以前の基板状態に戻るので、金属インクと基板との接着力に影響を与えないようにすることができる。
本発明において、基板の表面エネルギーを低めるために使用されるフッ素を含んだ低沸点液体の沸点は、０℃〜７０℃であることが好ましい。前記低沸点液体の沸点が０℃未満であると、インクジェットによる液滴印刷の際に、基板の温度を低沸点液体の沸点以下に維持するために費用が高くなる可能性があり、７０℃を超えると、低沸点液体を蒸発させるために、基板をさらに加熱しなくてはならないからである。より好ましいのは室温以下であるものがよい。
本発明の一実施例によれば、前記フッ素を含んだ低沸点液体としては、例えば、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボンなどを含むが、これらに限定されることはない。この低沸点液体は、単独で、または二つ以上を混合して使用することが可能である。
より具体的には、分子構造に応じて、前記クロロフルオロカーボンは、ＣＦＣ１１、ＣＦＣ１２、及びＣＦＣ１３などを含み、前記ハイドロクロロフルオロカーボンは、ＨＣＦＣ-２２、ＨＣＦＣ-１２３、ＨＣＦＣ-１２４、ＨＣＦＣ-１４１ｂ、ＨＣＦＣ-１４２ｂ、ＨＣＦＣ-２２５ｃａ、及びＨＣＦＣ-２２５ｃａなどを含み、前記ハイドロフルオロカーボンは、ＨＦＣ-３２、ＨＦＣ-１２５、ＨＦＣ-１３４ａ、及びＨＦＣ-１５２ａなどを含むことができるが、これらに限定されることはない。
前記フッ素を含んだ低沸点液体は、ディッピング（dipping）、スプレイング（spraying）及びプリンティング（printing）など多様な方法により基板表面上に処理することができる。
このように低沸点液体を用いて表面処理を行えば、表面処理直後には撥水特性を示すが、沸点が低いため、短時間内に低沸点液体が蒸発されて、基板表面に影響を与えることはない。したがって、基板の表面エネルギーを低めることにより、インク液滴の拡がり性を抑制することができるのと同時に、基板表面と反応することなく蒸発するので、基板とインク液滴との界面接着力の低下に影響しない。
また、前述した基板の表面処理の前に、親水性表面処理を行うことにより、吐出されたインク液滴の界面接着力を向上させることができる。
親水性表面処理のためには、１７０〜４００ｎｍの紫外線光を照射する方法を用いることができる。これにより、一旦形成された撥水性層を、部分的に、または全体的に均一に破壊して撥水性を緩和することができる。この場合、撥水性の緩和の程度は、紫外線光の照射時間、紫外線光の強度もしくは波長、または熱処理（加熱）の組み合わせなどにより調整することもできる。このとき、マスクを配置して紫外線光を照射し、撥水性を低下させることができる。マスクには、パターニング時間を促進するための材料、例えば、金属としてチタン（Ｔｉ）を含めることができる。このようなマスクを使用して撥水性を低下させて親水性表面処理をすることができる。
親水性表面処理の他の方法としては、酸素とハロゲンガス雰囲気下でプラズマ処理する方法がある。これにより、一旦形成された撥水性の膜を、部分的に、また全体的に均一に劣化させて撥水性を緩和することができる。
親水性表面処理の他の方法としては、基板をオゾン雰囲気下に暴露させて処理をする方法がある。これにより、一旦形成された撥水性膜を、部分的に、また全体的に均一に劣化させて撥水性を緩和することができる。このような撥水性の緩和により界面接着力の増加が可能になる。
本発明の表面処理によって親水性表面処理が行われる場合、界面接着力の改善とインクの拡散防止の両方を容易に達成することができる。すなわち、親水性表面処理により、インク液滴の基板表面に対する勾配が大きくなり、また表面の界面接着力を向上させ、この表面をフッ素を含んだ低沸点液体で処理する場合、フッ素を含んだ低沸点液体の一時的な効果によりインクの拡がり性が回避され、フッ素を含んだ低沸点液体が蒸発された後には、基板表面に対するインク液滴の勾配が大きくなり、表面の界面接着力が向上されだけでなく、拡がり性の抑制を獲得することができるようになる。
本発明の他の実施形態では、前記方法により基板の表面処理をする工程と、前記低沸点液体が蒸発する前に前記表面処理された基板上に金属配線を吐出する工程と、を含む、微細配線の形成方法を提供することである。
本発明では、前記低沸点液体が蒸発する前に、表面処理した基板上に微細配線を形成することが可能である。このとき、インクジェットプリンタを用いて金属配線形成直前に本発明による表面処理をし、金属インクを吐出すると、本発明の効果を最適化できる。
従来のインクジェット工法を使用した場合、ヘッドノズルから吐出されたインク液滴は、特別な表面処理をしなかった場合、基板表面で３倍以上拡がるので、微細配線を形成するのに限界があった。現在の産業用インクジェットヘッドでは、約１０〜３０ｐｌのインク液滴を吐出するが、液滴の直径は約２７〜３９μｍであるので１００μｍ以下の微細配線の形成が困難である。したがって、微細配線を形成するためには、基板に表面処理を行ってインクジェット方式により吐出されるインク液滴の拡散を抑制しなければならない。しかし、拡がり性と、インク液滴と基板間の界面接着力とは、相反する特性があるため、拡がり性を抑制する表面処理を行う場合、大部分の印刷配線と基板間の界面接着力が低下する。したがって、本発明では、インクの拡がり性を抑制し、印刷後に表面処理に使用した液体が蒸発した後も、界面接着力を維持する、一時的な表面処理方法を提供する。
以下、本発明の実施例を通してより具体的に説明するが、下記実施例は、本発明の例示に過ぎなく、添付された特許請求範囲により限定される保護範囲を制限しようとするものではない。
厚さ５１μｍのポリイミド基板にＣＦＣ系溶媒（Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ-７１００、３Ｍ）を室温でディッピングした。このポリイミド基板の上に、ＣＦＣ系溶媒が乾燥される前に、インクジェット方式により２０ｎｍ内外の銀ナノ粒子を含むテトラデカン溶媒の非水系インクを、３５マイクロリットルピペットを用いて基板に落とした。実験上の簡便さから、インクジェットノズルを用いたインクの吐出の代わりに３５マイクロリットルピペットを用いてインクをポリイミド基板に落とした。図１は、吐出されたインク液滴の写真であって、インク液滴のサイズは、直径が３．５ｍｍであった。
比較例１
いかなる表面処理もしていない、厚さ５１μｍのポリイミド基板上に、実施例１で使用された銀ナノインクを室温で３５マイクロリットルピペットを用いて実施例１と同じ方法で落とした。図２は、吐出されたインク液滴の写真であって、インク液滴のサイズは、直径が８ｍｍであった。
いかなる表面処理もしていない、厚さ５１μｍのポリイミド基板上に、実施例１で使用された銀ナノインクを室温で３５マイクロリットルピペットを用いて実施例１と同じ方法で落とした。図２は、吐出されたインク液滴の写真であって、インク液滴のサイズは、直径が８ｍｍであった。
図１と図２とを比較すると、本発明による表面処理をしたポリイミド基板上に滴下したインク液滴の大きさが、約２．３倍小さいことが分かる。インク液滴のサイズが小さいということは基板と液滴との間の接触角が増加してインク液滴の拡がりが抑制されることを意味する。
前記ＣＦＣ系溶媒はディッピングの後、１分以内に乾燥され、乾燥後にインク液滴の形態及びサイズがそれぞれ維持される。したがって、前記低沸点液体は、基板とインク間の界面接着力に影響を与えることなく、配線を微細に形成できるようにする。
Claims (4)
- 微細配線が形成される基板を準備する工程と、
前記基板の表面を、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、及びハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）からなる群より選択される少なくとも一つで処理する工程
とを含む、基板の表面処理方法。 - 前記基板の表面を、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、及びハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）からなる群より選択される少なくとも一つで処理する工程の前に、親水性表面処理をする工程をさらに含む、請求項１に記載の基板の表面処理方法。
- 前記親水性表面処理が、酸素またはハロゲンガス雰囲気下でのプラズマ処理である、請求項２に記載の基板の表面処理方法。
- 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の方法により基板の表面処理をする工程と、
前記クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）、及びハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）からなる群より選択される少なくとも一つが蒸発する前に、前記表面処理された基板上にインクを吐出させて金属配線を形成する工程
とを含む、微細配線の形成方法。
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