JPH0593915A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示素子等の各種電子部品に用いる導電
膜，抵抗膜，絶縁膜等の膜を基板上にパターン形成する
方法において、高額な設備やエッチング工程を必要とし
ない優れた膜特性、および優れたパターニング性を有す
る膜のパターン形成方法を提供する。 【構成】 グラファイトまたはカーボンまたはこれらの
混合物を充填剤２として含有するインキ組成物を用いて
マスク層３を形成した基板１上に、金属化合物の溶液４
を噴霧、または金属化合物のガスまたは熱分解ガス５を
噴射させて、金属化合物を熱分解，焼成し、金属酸化物
膜，金属膜，金属硫化物膜，金属窒化物膜のいずれかの
膜６を形成した後、マスク層３上の膜６をマスク層３と
ともに基板１から剥離脱落させる工程よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子，太陽電
池，高密度集積回路をはじめとする各種電子部品に用い
る導電膜，抵抗膜，絶縁膜等の金属酸化物膜，金属膜，
金属硫化物膜、または金属窒化物膜を基板上にパターン
形成するパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に金属酸化物膜，金属膜，
金属硫化物膜、または金属窒化物膜のパターンを形成す
る方法としては、（１）真空蒸着法，スパッタリング
法，ＣＶＤ法，スプレー法等で基板上に均一に成膜後パ
ターン状にエッチングする方法、（２）マスク層とする
レジストでネガパターンを形成した基板上に真空蒸着法
またはスパッタリング法により均一に成膜した後、溶剤
でレジスト洗浄と同時にレジスト上の成膜部分も脱落さ
せることによりパターン形成する、いわゆるリフトオフ
法、（３）上記（２）の方法の変形として、金属酸化物
（特開昭４９−１１３５７３号公報）や窒化ほう素（特
公昭６０−３７２４号公報）を充填剤として含むレジス
トからなるマスク層でネガパターンを形成した基板を用
いて、マスク層中のバインダー樹脂のみが分解する温度
で加熱しながら真空蒸着やスパッタリングする、または
ディップコーティングしてマスク層中のバインダー樹脂
のみが分解する温度で焼成した後、機械的な力でマスク
層部分を脱落させてしまうことによりパターンを形成す
る方法、（４）金属化合物溶液を基板上に直接パターン
印刷後、熱分解，焼成する方法等がよく知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の（１）の方法では、エッチング工程で通常王水，硝
酸などの強酸を使用する湿式エッチングが主として行わ
れているが、この方法は薬剤や廃液の取扱い，管理，廃
液処理に大きな注意とコストを要するという課題があ
る。また、酸化スズ膜のように酸に安定な金属酸化物な
どは、直接エッチングできないため、一度還元処理した
後エッチングするというさらに複雑な工程が必要となる
という課題がある。

【０００４】これに対し、ドライエッチングという方法
もあるが、この場合は真空容器内での操作が必要である
ため、生産性が劣る、大面積の処理が困難、装置コスト
が高価であるという課題があり、半導体での超微細加工
など特殊な用途にのみ用いられている。そして、成膜工
程においても、真空蒸着法やスパッタリング法等の場
合、高真空を必要とするため、生産性が劣る、大面積の
成膜が困難、装置コストが高価であるという課題があ
り、ＭＯ−ＣＶＤ法などは不安定で取り扱いにくい上に
毒性の強い材料，ガスを使用しなければならないという
課題がある。

【０００５】（２）の方法はエッチング工程はないが、
成膜工程において、高真空を必要とする真空蒸着法，ス
パッタリング法に限定されるため、生産性が劣る、大面
積の成膜が困難、装置コストが高価であるという上記
（１）と同様の課題があるほか、成膜時に有機物である
レジストの分解温度以上に基板を加熱することができな
いという成膜条件の制限がある。

【０００６】（４）の方法は、成膜とパターニングが同
時にできる点で有効な方法であるが、金属化合物によっ
てはパターン印刷に適した金属化合物インキの製造が困
難であることと、焼成時に熱分解成分が膜中よりガスと
なって飛散していくので、できあがった金属酸化物膜，
金属膜，金属硫化物膜、または金属窒化物膜は緻密さに
欠け、電気的，機械的，化学的特性が劣るという課題が
ある。

【０００７】（３）の方法は、工法的には本発明の方法
と同じであるが、充填剤として金属酸化物を用いるもの
はレジストインキが不安定であったり、焼成後充填剤が
ガラスやアルミナといった基板と融着してしまうという
課題があった。また、この充填剤ではマスク層上に形成
された金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜、または金
属窒化物膜の一部が基板上に脱落して融着することがあ
ったり、充填剤とマスク層上で焼成してできた金属酸化
物，金属，金属硫化物、または金属窒化物とが混在した
層が形成された時も、充填剤が金属酸化物，金属，金属
硫化物、または金属窒化物を十分くるむことができない
ために、金属酸化物，金属，金属硫化物、または金属窒
化物が直接基板に接触して融着することがあり、外観的
に好ましくなかったり、後の工程で歩留まりが悪くなっ
たり、さらには隣接パターンとの絶縁抵抗が劣化するな
どの課題があった。

【０００８】充填剤として窒化ほう素を用いるものも、
インキの安定性は改善されるが、充填剤や金属酸化物，
金属，金属硫化物、または金属窒化物の基板への融着は
少なからず発生するという課題があった。

【０００９】本発明は上記課題を解決するものであり、
簡便な工程により、緻密で優れた特性を有し、かつパタ
ーニング性の優れた金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物
膜、または金属窒化物膜を形成できるパターン形成方法
を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、グラファイト，カーボンまたはこれらの混
合物を充填剤として含有するインキ組成物を基板上に塗
布後、乾燥または硬化してパターン状のマスク層を形成
する工程と、マスク層を形成した基板を金属化合物の熱
分解温度以上の温度で加熱しながら、その上に金属化合
物の溶液を噴霧、または金属化合物のガスまたは熱分解
ガスを噴射させて、基板上で金属化合物を熱分解，焼成
する工程と、焼成後マスク層部分を基板から剥離脱落さ
せ、基板上にパターニングされた金属化合物膜を形成す
る工程よりなるものである。高額な設備やエッチング工
程を必要としない簡便かつ生産性の良い方法で、優れた
膜特性、および優れたパターニング性を有する金属酸化
物膜，金属膜，金属硫化物膜、または金属窒化物膜のパ
ターンを形成するものである。

【００１１】

【作用】したがって本発明によれば、グラファイト，カ
ーボンまたはこれらの混合物を充填剤として含有するイ
ンキ組成物を基板上に塗布後、乾燥または硬化して形成
したマスク層付き基板を金属化合物の熱分解温度以上の
温度で加熱しながら、金属化合物の溶液を噴霧、または
金属化合物のガスまたは熱分解ガスを噴射させて金属化
合物を熱分解，焼成することにより、マスク層中の樹脂
バインダーは熱分解により消失し、マスク層部分は残っ
たグラファイトまたはカーボンまたはこれらの混合物上
に金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜，金属窒化物膜
のいずれかの膜が被覆した状態、またはグラファイト，
カーボンまたはこれらの混合物中に金属酸化物，金属，
金属硫化物，金属窒化物のいずれかがくるまって混在し
た状態になる。グラファイト，カーボンまたはこれらの
混合物は２次元層状構造なので、グラファイト，カーボ
ンまたはこれらの混合物上の金属酸化物膜，金属膜，金
属硫化物膜，金属窒化物膜のいずれかの膜は決して基板
上に脱落することはなく、またグラファイト，カーボン
またはこれらの混合物は金属酸化物，金属，金属硫化
物，金属窒化物のいずれかを十分くるんだ状態になり、
いずれの場合も金属酸化物，金属，金属硫化物，金属窒
化物等を直接基板上に接触させない能力に優れており、
グラファイト，カーボンまたはこれらの混合物は基板と
の密着性が非常に弱いので、洗浄などにより容易に剥
離，脱落させて金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜、
または金属窒化物膜のパターンが形成でき、しかも膜パ
ターン間は異物付着など全くなく、きわめて清浄なもの
である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面ととも
に説明する。

【００１３】まず、本発明のパターン形成方法の工程を
図１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。

【００１４】（１）基板１上に、グラファイト，カーボ
ンまたはこれらの混合物を充填剤２として含有するイン
キ組成物をパターン印刷後乾燥または硬化により、また
は塗布後乾燥または硬化してからフォトリソグラフィに
より、パターン状のマスク層３を形成する（図１
（ａ））。

【００１５】（２）マスク層３を形成した基板１を金属
化合物の熱分解温度以上の温度で加熱しながら、その上
に金属化合物の溶液４を噴霧、または金属化合物のガス
または熱分解ガス５を噴射させて（図１（ｂ））、金属
化合物を熱分解，焼成することにより、マスク層３のな
い部分の基板１上に金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物
膜，金属窒化物膜のいずれかの膜６が形成され、一方マ
スク層３の部分は焼成で残った充填剤２上に金属酸化物
膜，金属膜，金属硫化物膜，金属窒化物膜のいずれかの
膜６が被覆した状態（図１（ｃ））か、または充填剤２
に金属酸化物，金属，金属硫化物，金属窒化物のいずれ
かがくるまれながら混在した層７（図１（ｃ′））とな
る。なお、図１（ｂ）に示す金属化合物の溶液４を噴
霧、または金属化合物のガスまたは熱分解ガス５を噴射
させる時、マスク層３の部分は、既に樹脂バインダーの
熱分解が終わり充填剤２のみが残っている状態であって
も、まだ樹脂バインダーが熱分解する前でも、または熱
分解中であってもいずれでもよい。

【００１６】（３）焼成後、水中で超音波洗浄やブラシ
洗浄などにより、マスク層３の部分の充填剤２上に形成
された金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜，金属窒化
物膜のいずれかの膜と充填剤２、または充填剤２に金属
酸化物，金属，金属硫化物，金属窒化物のいずれかがく
るまれながら混在した層７を剥離，脱落させて金属酸化
物膜，金属膜，金属硫化物膜，金属窒化物膜のいずれか
の膜６のパターンを完成させる（図１（ｄ））。

【００１７】次に具体的なパターン形成の実施例につい
て説明する。（表１）に示す組成のマスク層３形成用イ
ンキ組成物を三本ロールで混練して調製する。

【００１８】

【表１】

【００１９】（表１）中ａのインキ組成物をシリカコー
トソーダガラスよりなる基板１上にスクリーン印刷によ
り印刷し、線間線幅が最小１００μｍのパターンを有す
るマスク層３を形成した。つぎに（表１）中ｂのインキ
組成物をシリカコートソーダガラスよりなる基板１上に
オフセット印刷により印刷し、線間線幅が最小１０μｍ
のパターンを有するマスク層３を形成した。これらのマ
スク層３付き基板１を４５０℃に加熱しながら、その上
に、２−エチルヘキサン酸インジウムと２−エチルヘキ
サン酸スズを含有する溶液（インジウム／スズ（wt比）
＝９５／５）を噴霧して焼成することにより、マスク層
３のない基板１の部分およびマスク層３の部分にあるグ
ラファイトとカーボンの充填剤２上にスズドープ酸化イ
ンジウムの膜６が被覆された状態で形成する。つぎに水
中で超音波洗浄を１分間行うことにより、これらグラフ
ァイトとカーボンの充填剤２とその上に形成されている
スズドープ酸化インジウムの膜６とを完全に取り除く。
このようにすることによってａのインキ組成物を用いた
ものは最小線間線幅１００μｍのスズドープ酸化インジ
ウムの膜６のパターンを形成でき、（表１）ｂのインキ
組成物を用いたものは最小線間線幅１０μｍのスズドー
プ酸化インジウムの膜６のパターンを精度良く形成でき
た。

【００２０】この膜６の抵抗値は（表２）に示すように
１．１×１０^-4Ω・cmという低抵抗であり、高温多湿
（６０℃９５％ＲＨ）条件下１０００時間放置しても抵
抗変化は１５％以内であり、機械的強度にも優れてい
る。

【００２１】さらに、これらのスズドープ酸化インジウ
ムの膜６のパターンを用いて最小線間線幅１００μｍの
ものを用いてセグメント液晶表示素子を、最小線間線幅
１０μｍのものを用いてドット表示液晶素子をそれぞれ
作製したが、作製における歩留まりとパターン間絶縁抵
抗最低値についても（表２）に示す通りである。

【００２２】

【表２】

【００２３】一方、従来のパターン形成方法であるアル
ミナや窒化ほう素を充填剤としたインキ組成物からマス
ク層を形成し、スズドープ酸化インジウムの膜６は本実
施例と同様に２−エチルヘキサン酸インジウムと２−エ
チルヘキサン酸スズを含有する溶液（インジウム／スズ
（wt比）＝９５／５）を噴霧して作製した比較例につい
ても（表１）および（表２）に併記して示した。これら
比較例の抵抗特性はスズドープ酸化インジウムの膜６の
成膜法自体が同じなので本実施例の場合と同等である
が、パターン間に若干の異物融着がみられた。また、液
晶表示素子の作製における歩留まりとパターン間絶縁抵
抗の最低値も本実施例によるものより劣っている。従来
のアルミナや窒化ほう素を用いた場合、パターン間の融
着物が原因でパターン間距離が小さくなっている部分が
できたり、液晶の配向が悪くなったり、上下ガラス基板
の貼り合わせの際に不良が多く発生するものと思われ
る。

【００２４】さて、本発明で使用できる金属化合物とし
ては、上記に示した２−エチルヘキサン酸インジウム、
２−エチルヘキサン酸スズといったインジウム、スズの
２−エチルヘキサン酸塩だけでなく、他の有機酸塩、例
えば、酢酸塩，アクリル酸塩，プロピオン酸塩，安息香
酸塩，ｐ−トルイル酸塩，シュウ酸塩等の有機酸塩も同
等に扱えることを確認した。その他これらの金属の硝酸
塩，塩化物，フッ化物，アルコキシド，アセチルアセト
ネート，有機金属化合物などを用いても同等の効果が得
られた。さらに、本実施例で使用したインジウム，スズ
化合物のみならず、加熱によって分解し、目的の金属酸
化物膜，金属膜，金属硫化物膜，金属窒化物膜のうちの
いずれかの膜６を与えるものであればなんでもよく、金
属酸化物膜であるシリカ膜やチタニア膜にはケイ素やチ
タンの有機酸塩やアルコキシド、同じく酸化ルテニウム
膜にはルテニウムの有機酸塩を用いることができ、金属
膜である金膜には金レジネートを用いて同様のパターン
形成ができることを確認した。硫化亜鉛膜，硫化カドミ
ウム膜のような金属硫化物膜の場合には、亜鉛やカドミ
ウムのメルカプチドやチオカルバメートを用い、窒素や
アルゴン、または硫化水素などの雰囲気下でパターン形
成を行うことができるし、金属窒化物膜である窒化チタ
ン膜では窒化ボロンを充填剤２に加えたマスク層３を用
い、２−エチルヘキサン酸チタンの熱分解ガス５を窒素
雰囲気下でサファイアの基板１を１３７０℃に加熱しな
がら熱分解，焼成することによりパターン形成すること
ができる。

【００２５】なお、マスク層３の形成用インキ組成物中
に用いるバインダーは、焼成時に完全に消失してしまう
ものであれば任意に選ぶことができ、例えば比較的低温
で焼成する場合はセルロース系、５００℃以上の高温で
焼成する場合はポリイミド系など、適宜選択することが
できる。

【００２６】以上のように本実施例のパターン形成方法
によれば、真空系を用いるパターン形成方法における高
額な設備やエッチング工程を必要とせず、簡便かつ生産
性に優れた方法によって優れた膜特性およびパターニン
グ性を有する金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜また
は金属窒化物膜のパターンを形成することができる。

【００２７】

【発明の効果】上記実施例より明らかなように本発明は
常圧状態においてグラファイト，カーボンまたはこれら
の混合物を含有するインキ組成物によってマスク層を形
成し、金属化合物の溶液またはガスを熱分解させて基板
上にパターンを形成するものであって、このことによ
り、次に効果を得ることができる。

【００２８】（１）エッチングという危険な薬剤を使用
し、大きな注意とコストを必要とする工程が不要とな
り、熱処理と洗浄のみの簡便な工程なので、低コストで
生産できる。

【００２９】（２）成膜は、常圧で、溶液の噴霧または
ガスの噴射で行うので、真空系の場合に用いる高額な装
置を必要とせず、低コストで大面積も容易にパターン形
成できるほか、優れた膜特性およびパターニング性を有
する金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜、または金属
窒化物膜のパターンを形成できる。

【００３０】（３）グラファイトやカーボンは、金属化
合物が焼成してできた金属酸化物，金属，金属硫化物，
金属窒化物などが基板に接触するのを防ぐ能力に優れて
いるため、マスク層の除去を容易に、かつきわめて清浄
に行うことができる。したがって優れたパターニング性
を有する金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜、または
金属窒化物膜のパターンが得られ、後工程における歩留
まり向上、パターン間絶縁抵抗確保に大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｃ′），（ｄ）本
発明の一実施例におけるパターン形成方法の順序を示す
工程図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 充填剤 ３ マスク層 ４ 金属化合物の溶液 ５ 金属化合物のガスまたは熱分解ガス ６ 金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜，金属窒化物
膜のいずれかの膜

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるパターン形成方法の
順序を示す工程図

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/316 Ｓ 8518−4Ｍ 21/3205

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】グラファイト，カーボンまたはこれらの混
   合物を充填剤として含有するインキ組成物を基板上に塗
   布後、乾燥または硬化してパターン状のマスク層を形成
   する工程と、マスク層を形成した基板を金属化合物の熱
   分解温度以上の温度で加熱しながら、その上に前記金属
   化合物の溶液を噴霧、または前記金属化合物のガスまた
   は熱分解ガスを噴射させて、前記基板上で前記金属化合
   物を熱分解，焼成する工程と、焼成後前記マスク層の部
   分を前記基板から剥離脱落させ、前記基板上にパターニ
   ングされた金属酸化物膜，金属膜，金属硫化物膜，金属
   窒化物膜のうちのいずれかの膜を形成する工程とを有す
   るパターン形成方法。