JPWO2011118238A1 - プラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法および電極部材 - Google Patents

プラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法および電極部材 Download PDF

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Abstract

所定の表面凹凸を有する基材が、安定的かつ精度良く得られるプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法、およびそのような形成方法によって得られる電極部材を提供する。プラズマエッチング処理を行う際に、微細な表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜をレジストとして用い、基材上に、所定の表面凹凸パターンを形成する表面凹凸形成方法等であって、基材に対して、金属塩含有液状物を塗布して、金属塩膜を形成する第1工程と、金属塩膜に、微細な表面凹凸を形成するとともに、部分酸化して、レジストとする第2工程と、レジストとともに、基材をプラズマエッチング処理して、基材上に、所定の表面凹凸を形成する第3工程と、を含む。

Description

本発明は、プラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法および電極部材に関し、特に、電子デバイス用電極等の形成方法として最適な、プラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法、およびそれから得られる電極部材に関する。
従来、ガラス基板の上に、金属酸化物からなる薄膜(以下、金属酸化物膜と称する場合がある。)を、蒸着等の手法により形成した透明電極が知られている。
しかしながら、軽量化や薄型化の観点から、ガラス基板にかわって、プラスチックフィルムが代用されている。
そして、このようなプラスチックフィルム上に、金属膜や金属酸化物膜を形成する方法としては、以下の形成方法が知られている。
(1)金属または金属酸化物材料の真空蒸着あるいはスパッタリングなどの蒸着法。
(2)金属または金属酸化物粒子を有機バインダー中に分散させた溶液を塗布する塗布方法。
しかしながら、(1)蒸着法においては、高真空を要するため製造コストが高くなり、量産性や経済性に難点があるという問題が見られた。
また、(2)塗布方法では、得られる金属膜等における導電性が、蒸着法で得られる金属膜等と比較して、劣っているという問題が見られた。
そこで、金属酸化物膜の形成方法として、金属アルコキシドおよびその加水分解物を用いるゾル−ゲル法により、基材上に、金属酸化物ゲルを形成した後、プラズマ処理を施す方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
より具体的には、基材上に、金属アルコキシドまたは金属塩を主原料として得られる金属酸化物ゾルを、予め金属酸化物ゲルに変化させた後、当該金属酸化物ゲルに対して、所定のプラズマ処理を施すことによって、金属酸化物膜を形成する方法である。
ところで、有機薄膜太陽電池等の技術分野においては、光変換効率等を向上させるべく、凹凸を有するテクスチャ層を備えた太陽電池用透明電極基板が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
より具体的には、樹脂フィルムと、凹凸を有するテクスチャ層と、金属酸化物よりなる層と、を有する太陽電池用透明電極基板であって、凹凸を有するテクスチャ層が光硬化性組成物を硬化してなる太陽電池用透明電極基板である。
さらに、陽極酸化皮膜として、金属膜または金属酸化物膜に直接的にナノ構造パターンを形成する方法も提案されており、電気化学的手法で自己規則的に細孔を有する多孔性材料を得る作製方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
より具体的には、図12(a)〜(f)に示すように、多孔性材料を得る作製方法である。
すなわち、図12(a)に示すように、母型201となるアルミニウムを陽極酸化することにより表面に、陽極酸化皮膜(陽極酸化皮膜バリア層202、陽極酸化皮膜ポーラス層203)を生成させる。
次いで、図12(b)に示すように、それを陽極酸化皮膜を有する母型201とし、母型201の細孔内に多孔質皮膜のネガ型となる金属205´を充填する。
次いで、図12(c)に示すように、母型201を選択的に溶解し、さらに、図12(d)に示すように、陽極酸化皮膜202、203を除去することによって、多孔質皮膜のネガ型205を得る。
そして、図12(e)に示すように、このネガ型205に他の物質206´を充填した後、図12(f)に示すように、ネガ型205を選択的に溶解することによって、陽極酸化皮膜と同一形状の多孔性材料206を得る作製方法である。
特開2000−327310号公報(特許請求の範囲) 特開2008−177549号公報(特許請求の範囲) 特開平2−254192号公報(特許請求の範囲)
しかしながら、特許文献1に開示された形成方法では、凹凸構造上に金属膜や金属酸化物膜を形成するにあたり、プラズマ処理を施して、金属酸化膜とする前に、金属酸化物ゾルを、金属酸化物ゲルに予め変化させなければならず、製造工程数が多いばかりか、安定的かつ精度良く、凹凸構造上に金属酸化物膜を形成することが困難であるという問題が見られた。
また、特許文献2に開示された形成方法では、凹凸構造を有するテクスチャ層にさらに金属や金属酸化物膜からなる導電層を形成しなければならず、その上、金属膜や金属酸化物膜が、テクスチャ層から剥離しやすいという問題が見られた。
さらに、特許文献3に開示された多孔性材料の作製方法では、製造工程数が多いばかりか、精度良くかつ安定的に、金属酸化物膜からなる多孔性材料を作製することが困難であるという問題が見られた。
一方、従来は、基材上に形成された金属酸化物を介して、下地としての基材をプラズマエッチング処理することはできないと考えられていた。
そこで、本発明の発明者は、以上のような事情に鑑み鋭意努力したところ、電極部材等に適当な基材に対してプラズマエッチング処理をする際に、微細な表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜をレジスト(エッチング速度調整部材)として用いることによって、基材上に、比較的大きな表面凹凸を、安定的かつ精度良く形成できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の目的は、所定の表面凹凸を有する基材が、安定的かつ精度良く得られるプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法、およびそのような形成方法によって得られる電極部材を提供することである。
本発明によれば、プラズマエッチング処理をする際に、表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜をレジスト(エッチング速度調整部材)として用い、基材上に、表面凹凸パターンを形成する表面凹凸形成方法であって、下記第1工程〜第3工程を含むことを特徴とするプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法が提供され、上述した問題を解決することができる。
(1)基材に対して、金属塩含有液状物を塗布して、金属塩膜を形成する第1工程
(2)金属塩膜に、表面凹凸を形成するとともに、部分酸化して、レジストとする第2工程
(3)レジストとともに、基材をプラズマエッチング処理して、基材上に、表面凹凸を形成する第3工程
このように、微細な表面凹凸(例えば、Raが5nm以下)を有し、かつ、部分酸化した金属塩膜を、レジスト(エッチング速度調整部材)として、基材上に形成した状態で、当該レジストおよび基材を、同時にプラズマエッチング処理することによって、基材上に、ナノメーターオーダーの比較的大きな表面凹凸(例えば、Raが10nm以上)を、安定的かつ精度良く形成することができる。
すなわち、微細な表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜を備えた基材のエッチング処理において、部分酸化した金属塩膜の厚さが比較的薄い箇所のプラズマエッチング速度は相対的に速くなり、部分酸化した金属塩膜の厚さが比較的厚い箇所のプラズマエッチング速度は相対的に遅くなるものと推定される(以下、エッチング速度調整効果と称する場合がある。)。
そして、このようなエッチング速度調整効果が、金属塩膜の部分酸化の程度によって、大きく変化していることが推定される。
なお、金属塩含有液状物を塗布乾燥させる際に、加熱乾燥条件を調整して、金属塩膜を形成しながら、表面凹凸の形成および部分酸化を同時実施すること、すなわち、第1工程および第2工程を、同時実施することも可能である。
その他、本発明において、金属塩膜は、基材上に所定の金属塩含有液状物を塗布して形成されるが、かかる金属塩含有液状物は、金属塩および金属錯体、あるいはいずれか一方と、所定量の溶剤と、を含んで構成されていると定義される(以下、同様である。)。
また、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法を実施するに際して、第2工程において、金属塩膜における表面凹凸を、金属塩膜のプラズマ処理、金属塩膜の熱乾燥処理、または、金属塩膜の機械的圧力処理の少なくとも一つの処理によって設けることが好ましい。
このように表面凹凸を形成することによって、さらに安定的かつ精度良く、表面凹凸を有するレジストとすることができる。
また、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法を実施するに際して、第2工程において、金属塩膜の部分酸化を、プラズマ生成ガスとしての酸素を用いたプラズマ処理、または120〜300℃の熱酸化処理によって行うことが好ましい。
このように金属塩膜の部分酸化を行うことによって、さらに安定的かつ精度良く、基材上に、所定のプラズマエッチング耐性を有するレジストとすることができる。
また、このように金属塩膜の部分酸化を行うことによって、金属塩膜に導電性が発現し、導電性レジストとすることもできる。
また、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法を実施するに際して、第3工程において、プラズマ生成ガスとして、希ガス、窒素、および四フッ化メタンの少なくとも一つを用いたプラズマエッチング処理を行うことが好ましい。
このようにプラズマエッチング処理を行うことによって、安定的かつ精度良く、レジストと、基材とを、同時にプラズマエッチング処理することができる。
また、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法を実施するに際して、基材の表面に、プラズマエッチング処理可能な有機材料からなる樹脂層が形成してあることが好ましい。
このようにプラズマエッチング処理を行うことによって、樹脂層に表面凹凸を形成することができることから、ガラスやFRP等の機械的強度に優れた基材であっても使用することができる。
また、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法を実施するに際して、
基材が、プラズマエッチング処理可能な導電性材料からなることが好ましい。
このようにプラズマエッチング処理を行うことによって、表面凹凸を有するとともに、所定の導電性を有する基材を、さらに、安定的かつ精度良く得ることができる。
また、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法を実施するに際して、第3工程の後に、第4工程を設けて、基材上に残留しているレジストを除去することが好ましい。
このようにレジストを除去することによって、かかるレジストの影響を排除することができ、結果として、幅広い用途に使用可能な基材を、さらに安定的かつ精度良く使用することができる。
また、本発明の別の態様は、下記第1工程〜第3工程を含むプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法によって得られる基材を備えた電極部材であって、表面抵抗率を1×100〜1×1010Ω/□の範囲内の値とすることを特徴とする電極部材である。
(1)基材に対して、金属塩含有液状物を塗布して、金属塩膜を形成する第1工程
(2)金属塩膜に、表面凹凸を形成するとともに、部分酸化して、レジストとする第2工程
(3)レジストとともに、基材をプラズマエッチング処理して、基材上に、表面凹凸を形成する第3工程
このような工程を経てなる電極部材であれば、基材表面に対してメッキ等の導電化処理を省略したとしても、簡易構造かつ経済的な電極部材を提供することができる。
また、基材表面に対して、所定の大きさの表面凹凸を有していることから、電子デバイス電極等の用途において、例えば、低接続抵抗および光散乱性の電極部材として、好適に用いることができる。
図1(a)〜(e)は、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法を説明するために供する図である。 図2は、金属塩膜における中心線平均粗さ(Ra)に対する第2工程でのプラズマ圧力の影響を説明するために供する図である。 図3(a)〜(d)は、インプリント法を説明するために供する図である。 図4は、金属塩膜における部分酸化の程度を表わす変化率(%)と、プラズマエッチング処理後の基材における中心線平均粗さ(Ra)と、の関係を説明するために供する図である。 図5(a)〜(c)は、基材の中心線平均粗さ(Ra)に対する第3工程でのプラズマエッチング処理時間の影響を説明するために供する図である。 図6(a)〜(c)は、基材の十点平均粗さ(Rz)に対する第3工程でのプラズマエッチング処理時間の影響を説明するために供する図である。 図7(a)〜(d)は、本発明の表面凹凸形成方法により得られた基材(電極部材)を説明するために供する図である。 図8(a)〜(b)は、実施例1のプラズマエッチング処理前における基材の表面状態および断面状態を示す顕微鏡写真(原子間力顕微鏡写真)である。 図9(a)〜(b)は、実施例7のプラズマエッチング処理後における基材の表面状態および断面状態を示す顕微鏡写真(原子間力顕微鏡写真)である。 図10(a)〜(b)は、実施例8のプラズマエッチング処理後における基材の表面状態および断面状態を示す写真(原子間力顕微鏡写真)である。 図11(a)〜(b)は、実施例9のプラズマエッチング処理後における基材の表面状態および断面状態を示す写真(原子間力顕微鏡写真)である。 図12(a)〜(f)は、従来の多孔性材料の製造方法を説明するために供する図である。
[第1の実施形態]
第1の実施形態は、プラズマエッチング処理をする際に、表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜をレジストとして用い、基材上に、表面凹凸パターンを形成する表面凹凸形成方法であって、下記第1工程〜第3工程を含むことを特徴とするプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法である。
(1)基材に対して、金属塩含有液状物を塗布して、金属塩膜を形成する第1工程
(2)金属塩膜に、表面凹凸を形成するとともに、部分酸化して、レジストとする第2工程
(3)レジストとともに、基材をプラズマエッチング処理して、基材上に、表面凹凸を形成する第3工程
以下、本発明のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法に関する実施形態を、図1(a)〜(d)等を適宜参照して、具体的に説明する。
1.第1工程
(1)基材
基材の構成材料としては、プラズマエッチング処理可能な材料であれば特に制限されるものではなく、例えば、有機樹脂材料、セラミック材料、金属材料などを使用することができる。
ここで、プラズマエッチング処理が容易であることから、有機樹脂材料からなる有機樹脂フィルムを用いることが好ましい。
このような有機樹脂フィルムとしては、具体的に、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリビニルアルコール、アクリル、脂環式構造含有重合体、芳香族系重合体等の有機樹脂材料から構成された樹脂フィルムが挙げられる。
これらの中でも、汎用性が高いことから、ポリエステルおよびポリアミドからなる樹脂フィルムであることが特に好ましい。
そして、より具体的なポリエステルとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアリレート等が挙げられる。
また、より具体的なポリアミドとしては、全芳香族ポリアミド、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン共重合体等が挙げられる。
なお、基材は、図1(a)に示すように、プラズマエッチング処理自体が通常困難である基部、例えば、ガラス基板等の基部10の上に、プラズマエッチング処理が可能なように、上述した有機樹脂フィルムやプラズマエッチング処理可能な材料を含む樹脂層11を備えてなる基材であっても良い。また、上述した有機樹脂フィルムの上に、上述した有機樹脂フィルムやプラズマエッチング処理可能な材料を含む樹脂層を備えてなる基材であっても良い。
このような樹脂層11を形成するための材料としては、プラズマエッチング処理可能な材料であれば限定されず、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリビニルアルコール、アクリル、脂環式構造含有重合体、芳香族系重合体等の有機樹脂材料が挙げられる。
そして、ガラス基板等の基部10の上に、このような有機樹脂フィルムや樹脂層を備える場合、公知の積層方法や塗布方法等を用いて形成することができるが、その場合、かかる有機樹脂フィルムや樹脂層の厚さを0.1〜1500μmの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる樹脂層等の厚さが1500μmを超えると、プラズマエッチング時間が過度に長くなったり、取り扱い性が過度に低下したり、使用用途が過度に制限されたり、さらには、経済的に不利益となったりする場合があるためである。
一方、樹脂層等の厚さが、0.1μm未満となると、機械的強度が低下したり、均一な厚さに安定的に形成することが困難となる場合があるためである。
したがって、ガラス基板等の基部10の上に形成する樹脂層等の厚さを0.5〜1000μmの範囲内の値とすることがより好ましく、1〜500μmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
一方、基材あるいはその一部として、導電性高分子材料から構成された有機樹脂層を備えることも好ましい。
この理由は、導電性高分子材料から構成することによって、所定の導電処理を施すことなく、導電性を必要とする所定用途において、安定的かつ精度良く使用することができるためである。
そして、導電性高分子材料としては、π電子共役により導電性を有する導電性高分子であることが好ましい。より具体的には、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリキノキサリン類等が挙げられる。中でも、導電性の点から、ポリアニリン類、ポリチオフェン類、ポリピロール類が好ましい。
さらに、ポリチオフェン類としては、例えば、ポリ3−メチルチオフェン、ポリ3−エチルチオフェン、ポリ3−メトキシチオフェン、ポリ3−エトキシチオフェン、ポリ3,4−エチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリ(3,4−エチレンオキサイドチオフェン)と、ドーパントとして、ポリスチレンスルホン酸イオンの混合物(以下、「PEDOT:PSS」という)等が挙げられる。
また、このような基材の厚さについても、特に制約はないが、通常、0.5〜2,000μmの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる基材の厚さが0.5μm未満となると、機械的強度や取り扱い性が過度に低下したり、均一な厚さの金属酸化膜を安定的に形成することが困難となったりする場合があるためである。
一方、かかる基材の厚さが2,000μmを超えると、プラズマエッチング時間が過度に長くなったり、取り扱い性が過度に低下したり、使用用途が過度に制限されたり、さらには、経済的に不利益となったりする場合があるためである。
したがって、基材の厚さを1〜1000μmの範囲内の値とすることがより好ましく、5〜500μmの範囲内の値とすることがさらに好ましく、10〜200μmの範囲内の値とすることが、最も好ましい。
また、金属塩膜は、基材に対して直接形成してもよく、あるいは、基材に対して、所定の表面処理を施した後、その処理面の上に、金属塩膜を間接的に形成してもよい。
このような表面処理としては、例えば、プライマー処理、コロナ処理、火炎処理などが挙げられるが、特に、プライマー処理であることが好ましい。
この理由は、このようなプライマー層を形成した基材を用いることにより、基材に対する金属塩膜からなるレジストの密着性をさらに向上させることができるためである。
また、このようなプライマー層を構成する材料としては、セルロースエステル(例えば、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースニトレート、およびそれらの組み合わせ)、ポリアクリル、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルエステル、ポリビニルアセタール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルブチラール、およびそれらの組み合わせが挙げられる。
なお、プライマー層の厚さについても、特に限定されないが、通常、0.05μm〜10μmの範囲内の値とすることが好ましい。
(2)金属塩含有液状物
また、図1(b)に示すように、レジストとしての金属塩膜12は、基材上に所定の金属塩含有液状物を塗布して形成されるが、本発明において、かかる金属塩含有液状物は、金属塩および金属錯体、あるいはいずれか一方と、所定量の溶剤と、を含んで構成されている。
そして、表面抵抗率を所定範囲内の値に制御できることから、金属塩含有液状物に対して、所定量のドーパント前駆体を配合することも好ましい。
以下、金属塩、金属錯体、ドーパント前駆体等について、具体的に説明する。
(2)−1 金属塩
また、金属塩の種類としては、特に制限されるものではないが、例えば、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩等の無機塩、有機リン酸塩、カルボン酸塩、有機酸塩等の有機塩が挙げられる。
ここで、かかるハロゲン化物としては、塩化物や臭化物が挙げられるが、塩化物が好ましい。
また、カルボン酸塩としては、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、酢酸塩、サリチル酸塩、ぎ酸塩、シュウ酸塩、プロピオン酸塩、乳酸塩、トリフルオロ酢酸塩、フマル酸塩、イタコン酸塩、マレイン酸塩等が挙げられる。
そして、金属塩を構成する金属種としては、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)、ガリウム(Ga)、チタン(Ti)、水銀(Hg)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、ゲルマニウム(Ge)、鉛(Pb)、カドミウム(Cd)、ビスマス(Bi)、タリウム(Tl)等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
したがって、酢酸銅、酢酸カドミウム、酢酸亜鉛、酢酸水銀、酢酸鉛、酢酸ガリウム、酢酸インジウム、酢酸タリウム、酢酸チタン、酢酸マンガン、酢酸ニッケル、酢酸モリブデン、酢酸パラジウム、酢酸銀等が挙げられる。
特に、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)、の少なくとも一種を含む金属塩は、透明性のある金属塩膜からなるレジストが得られることから、好ましい金属である。
そして、特に、金属種として、ZnまたはInを含む金属塩を用いると、本願発明のレジストを一部残留させる場合であっても、表面抵抗率がさらに低い金属塩膜を得ることができることから、好ましい金属である。
(2)−2 金属錯体
また、金属錯体としては、分子の中心に金属、金属イオンが存在し、それを取り囲むように非共有電子対を持つ配位子と呼ばれるものからなる化合物であれば好適に用いることができる。
より具体的には、ピリジン、トリフェニルフォスフィン、硝酸イオン、ハロゲン化物イオン、アンモニア等の単座配位子、エチレンジアミン、ビビリジン、アセチルアセトナート、フェナントロリン等の二座配位子、ターピリジン、エチレンジアミン四酢酸などの三座配位子を含む化合物が挙げられる。
そして、金属錯体を構成する金属種としては、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、チタン(Ti)等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
また、好ましい金属錯体としては、これらの金属を有する金属錯体が挙げられ、亜鉛アセチルアセトナート、インジウム(III)アセチルアセトナート、チタンアセチルアセトナート、カドミウムアセチルアセトナート、水銀アセチルアセトナート、鉛アセチルアセトナート、ガリウムアセチルアセトナート、タリウムアセチルアセトナート、マンガンアセチルアセトナート、ニッケルアセチルアセトナート、モリブデンアセチルアセトナート、パラジウムアセチルアセトナート、銀アセチルアセトナート等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
(2)−3 ドーパント前駆体
また、金属塩含有液状物に対して、所定量のドーパント前駆体を配合することが好ましい。
この理由は、かかるドーパント前駆体を配合することによって、本願発明のレジストを一部残留させる場合であっても、その表面抵抗率を所定範囲内の値に容易に制御できるためである。
ここで、ドーパントとしては、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、スカンジウム(Sc)などの金属を含む化合物が挙げられ、好ましくは、ガリウム(III)アセチルアセトナート、アルミニウムアセチルアセトナート、スズ(II)アセチルアセトナート等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
また、ドーパント前駆体の配合量は、金属塩または金属錯体に含まれる金属と、ドーパント前駆体に含まれる金属の合計量において、ドーパント前駆体の金属が1〜10モル%の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、ドーパント前駆体の配合量が、1モル%未満となると、添加効果が発現しなかったり、得られる基材の表面抵抗率の値がばらつく場合があるためである。
一方、ドーパント前駆体の配合量が、10モル%を超えても、ドーパント前駆体の添加効果の向上はみられず、逆に低下する場合があるためである。
したがって、ドーパント前駆体の配合量を、2〜8モル%の範囲とすることがより好ましく、3〜7モル%とすることがさらに好ましい。
(2)−4 溶剤
また、金属塩含有液状物を構成する溶剤としては、例えば、アセトニトリルやプロピオニトリルなどのニトリル系化合物、メタノールやエタノールなどのアルコール類、アセトン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、水などが挙げられる。
(2)−5 濃度
また、金属塩含有液状物において、金属塩または金属錯体の濃度を0.01〜15mol/lの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、金属塩または金属錯体の濃度が、0.01mol/l未満となると、得られる金属塩膜にピンホールが生じやすくなり、結果として、レジスト機能が低下する場合があるためである。
一方、金属塩または金属錯体の濃度が、15mol/lを超えると、金属塩または金属錯体が液状物中で析出することがあり、レジストとしての金属塩膜が均質にならないおそれがあるためである。
したがって、金属塩または金属錯体の濃度を、0.02〜10mol/lの範囲内の値とすることがより好ましく、0.03〜5mol/lの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
(2)−6 粘度
また、金属塩含有液状物における粘度(測定温度:25℃)を0.1〜5,000mPa・secの範囲内の値とすることが好ましく、1〜1,000mPa・secの範囲内の値とすることがより好ましい。
この理由は、かかる金属塩含有液状物の粘度がこの範囲内にあると、均一な厚さの金属塩膜を形成しやすくなるためである。
(3)塗布方法
また、基材上に金属塩含有液状物を塗布するに際して、公知の塗布方法を採用することがでる。
より具体的には、ディッピング、スピンコート、ナイフコート、バーコート、ブレードコート、スクイズコート、リバースロールコート、グラビアロールコート、カーテンコート、スプレイコート、ダイコート、インクジェット等が挙げられる。
特に、金属塩含有液状物をより均一な厚さに塗布するには、スピンコートやグラビアロールコート等を用いることが好ましい。
さらに、金属塩含有液状物が通常、水性材料であることから、塗布しながら、所定パターンを精度良くかつ迅速に形成する際には、インクジェットを用いることがより好ましい。
そして、後述する乾燥後の金属塩膜の厚さ、すなわち、レジストの厚さを10〜200nmの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、レジストの厚さがかかる範囲内にあると、所定のレジスト効果が得られやすいためである。
より具体的には、レジストの厚さが10nm未満となると、第3工程においてプラズマエッチング時におけるレジストの消失時間が短くなって、結果として、所望の凹凸を有する基材を得ることが困難となる場合があるためである。
一方、レジストの厚さが200nmを超えると、レジスト自体のプラズマエッチング時間が過度に長くなって、結果として、基材に熱損傷を与えたり、所望の凹凸を有する基材を経済的に得ることが困難となったりする場合があるためである。
したがって、レジストの厚さを20〜150nmの範囲内の値とすることがより好ましく、30〜100nmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
2.第2工程−1(表面凹凸形成工程)
また、図1(c)に例示するように、第2工程は、金属塩膜12に対して、微細な表面凹凸12aを設けるとともに、部分酸化して、表面凹凸12aを有するレジスト(エッチング処理速度調整材)12´とする工程である。
すなわち、所定の微細な表面凹凸を安定的かつ精度良く設けるべく、プラズマ処理、金属塩含有液状物の乾燥処理、または、機械的圧力処理の少なくとも一つの処理を行うことが好ましい。
以下、第2工程の表面凹凸形成工程で用いるプラズマ処理、金属塩含有液状物の乾燥処理、および、機械的圧力処理につき、具体的に説明する。
(1)プラズマ処理
所定の微細な表面凹凸を有する金属塩膜を形成するために、プラズマ処理を実施するに際して、当該プラズマ処理のプラズマ生成ガスとして、希ガスおよび窒素、あるいはいずれか一方を用いることが好ましい。
この理由は、このようなプラズマ生成ガスを用いることによって、金属塩膜に対して、所定形状かつ所定高さの表面凹凸を形成することができ、ひいては、所定形状かつ所定高さの表面凹凸を有する金属塩膜をさらに精度良く得ることができるためである。
すなわち、金属塩膜は、酸化前であって、比較的プラズマエッチングしやすいものの、特定のプラズマ生成ガス、例えば、クリプトンガスや窒素ガスを用いることによって、金属塩膜に対して、全体としては平面的であって、かつ陥没箇所が多数存在するブラシ型の表面凹凸を形成することができるためである。
また、プラズマ処理条件としてのプラズマ生成ガスの種類を変えて、例えば、アルゴンガスやヘリウムガスを用いることによって、山型の表面凹凸を形成することができる。
また、プラズマ処理温度を20〜100℃の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるプラズマ処理温度が、20℃未満となると、プラズマ処理に過度に時間がかかり、金属塩膜に対して、表面凹凸を効率的に形成することが困難となる場合があるためである。
一方、かかるプラズマ処理温度が、100℃を超えると、金属塩膜における表面凹凸を安定的に形成することが困難となったり、経済性が低下したり、さらには、基材が熱変形したりする場合があるためである。
したがって、第2工程におけるプラズマ処理温度を、25〜90℃の範囲内の値とすることがより好ましく、30〜80℃の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、プラズマ処理温度は、プラズマチャンバー内の温度と、定義することができる。
また、プラズマ圧力を1〜500Paの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるプラズマ圧力が1Pa未満となると、金属塩膜における表面凹凸の形成に、過度に時間がかかる場合があるためである。
一方、かかるプラズマ圧力が、500Paを超えると、金属塩膜に対して、所定形状の表面凹凸を安定的に形成することが困難となったり、経済性が低下したりする場合があるためである。
したがって、第2工程におけるプラズマ圧力を10〜300Paの範囲内の値とすることがより好ましく、30〜100Paの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、プラズマ圧力は、プラズマチャンバー内の圧力と、定義することができる。
ここで、図2を参照しながら、第2工程におけるプラズマ圧力の、レジストとしての金属塩膜における中心線表面粗さ(Ra)に対する影響をそれぞれ説明する。
図2において、横軸に、プラズマ圧力(Pa)を採って示しており、縦軸に、金属塩膜における中心線表面粗さ(Ra)の値(nm)を採って示してある。
そして、特性曲線が示すように、プラズマ圧力が30Pa程度の場合、金属塩膜における中心線表面粗さ(Ra)は50nm以下の比較的低い値であるものの、プラズマ圧力が45Pa程度になると、金属塩膜における中心線表面粗さ(Ra)は90nm程度と、比較的高い値が得られている。
それが、プラズマ圧力が70Pa程度になると、金属塩膜における中心線表面粗さ(Ra)が80nm程度と若干減少し、さらにプラズマ圧力が90Pa程度になると、金属塩膜における中心線表面粗さ(Ra)が60nm程度まで減少している。
すなわち、プラズマ圧力を調整することによって、金属塩膜における中心線表面粗さ(Ra)を精度良く、所望範囲内の値に調整できることが理解される。
また、プラズマ生成ガスの流量は、金属塩膜の種類、プラズマ生成ガスの種類、形成される凹凸などによって適宜設定されるが、5ml/分〜500ml/分程度である。
また、プラズマ処理時間を、10〜600秒の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるプラズマ時間が、10秒未満となると、所定形状の表面凹凸を安定的に形成することが困難となる場合があるためである。
一方、かかるプラズマ時間が、600秒を超えた値となると、得られた所定形状の表面凹凸がプラズマによってダメージを受けてしまい所望の表面凹凸を得るのが困難になる場合があるためである。
したがって、第2工程におけるプラズマ時間を、20〜500秒の範囲内の値とすることがより好ましく、30〜300秒の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
(2)金属塩含有液状物の乾燥処理
また、金属塩含有液状物が、乾燥処理の途中で、所定の均一状態から、不均一状態、すなわち、金属塩の濃度むらが生じ、その結果、所定の表面凹凸(テクスチャー)を有する金属塩膜を形成することもできる。そのために、金属塩含有液状物の乾燥処理に関して、その処理温度を80〜200℃の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる処理温度が80℃未満になると、金属塩や金属錯体の種類にもよるが、不均一状態を形成することなく、乾燥されてしまい、所定の表面凹凸を形成することが困難となる場合があるためである。
一方、かかる処理温度が200℃を超えると、下方の基材が熱変形したり、発泡しやすくなったり、さらには、形成された表面凹凸が熱変形したりする場合があるためである。
したがって、金属塩含有液状物の乾燥処理温度を90〜150℃の範囲内の値とすることがより好ましく、100〜120℃の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、金属塩含有液状物の乾燥処理に関して、処理温度にもよるが、通常、処理時間を0.1〜120分の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる処理時間が0.1分未満になると、金属塩や金属錯体の種類にもよるが、所定の表面凹凸を形成することが困難となる場合があるためである。
一方、かかる処理時間が120分を超えると、表面凹凸が変形する場合があるためである。
したがって、金属塩含有液状物の乾燥処理時間を1〜60分の範囲内の値とすることがより好ましく、5〜30分の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
(3)機械的圧力処理
また、所定の表面凹凸を有する金属塩膜を形成するために、いわゆるインプリント法(ナノインプリント法を含む)等の機械的圧力処理を行うことが好ましい。
すなわち、インプリント法は、エンボス技術を発展させ、表面凹凸パターンを有するモールド(スタンパやテンプレートと称される場合もある。)を、金属塩膜にプレスして力学的に変形させて、ナノメーターオーダーの微細パターンを精密に転写する技術である。
より具体的には、図3(a)に示すように、基板100に、金属塩含有液状物を塗布し、金属塩膜102を形成する。
次いで、図3(b)に示すように、所定の表面凹凸パターン104aを有するモールド104を、金属塩膜102と対向させた状態で、所定圧力で加圧する。
次いで、図3(c)に示すように、金属塩膜102に加熱空気(あるいは冷却空気)106を吹き付けて、固化処理(加熱処理、あるいは冷却処理)を実施し、モールド104からの形状転写を行う。
最後に、図3(d)に示すように、モールド104を、離型して、ナノメーターオーダーの微細パターン102aがインプリントされた金属塩膜102を得ることができる。
したがって、所定モールド104を一度作製しておけば、ナノメーターオーダーの微細パターン102aが簡単に繰り返して成型できるため、インプリントは、経済的であるとともに、有害な廃棄・排出物が少ない環境安全を考慮した加工技術であると言える。
(4)表面凹凸
また、第2工程において、金属塩膜の表面における所定の微細な表面凹凸を形成するに際して、中心線平均粗さ(Ra)を1nm以上の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる中心線平均粗さ(Ra)が1nm未満の値になると、結果として、基材上に、適度な大きさの表面凹凸を安定的かつ精度良く形成することが困難となる場合があるためである。
但し、かかる中心線平均粗さ(Ra)が、過度に大きくなると、得られる基材を電極部材等に用いた場合に、電極部材としての性能が低下する場合がある。
したがって、金属塩膜表面における中心線平均粗さ(Ra)を、1.5〜50nmの範囲内の値とすることがより好ましく、2〜5nmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、基材表面等の中心線平均粗さ(Ra)の値は、原子間力顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、型番SPA300HV)を用いて測定して得ることができる。そして、本発明において用いられる中心線平均粗さ(Ra)は、下式(1)で定義される。
Figure 2011118238
Ra :中心線平均粗さ(nm)
F(X、Y) :全測定データにより示される面((X,Y)座標におけるZの値)
:指定面から理想的にフラットであると仮定したときの面積(nm2
:指定面内のZデータの平均値(nm)
一方、金属塩膜表面に表面凹凸を形成するに際して、上述した中心線平均粗さ(Ra)と相関関係がある十点平均粗さ(Rz)を参考とすることも好ましい。
すなわち、JIS B0601−1994に準じて測定される金属塩膜表面における十点平均粗さ(Rz)を5nm以上の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる十点平均粗さ(Rz)が5nm未満の値になると、結果として、基材上に、適度な大きさの表面凹凸を安定的かつ精度良く形成することが困難となる場合があるためである。
但し、かかる十点平均粗さ(Rz)が、過度に大きくなると、得られる基材を電極部材等に用いた場合に、電極部材としての性能が低下する場合がある。
したがって、金属塩膜表面における十点平均粗さ(Rz)を10〜100nmの範囲内の値とすることがより好ましく、12〜50nmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
3.第2工程−2(部分酸化処理)
また、第2工程は、金属塩膜を、部分酸化させる工程を含んでおり、かかる部分酸化処理を行うに際して、プラズマ生成ガスとして、酸素を用いたプラズマ処理、または所定温度(120〜300℃)の熱酸化処理を行うことが好ましい。
この理由は、このように金属塩膜を部分酸化処理することによって、ある程度のプラズマエッチング耐性が生じ、レジスト(エッチング速度調整部材)として用いることができるためである。
すなわち、上述したように、部分酸化された金属塩膜を有する基材のプラズマエッチング処理において、当該金属塩膜の厚さが比較的薄い箇所のプラズマエッチング速度が相対的に速くなり、当該金属塩膜の厚さが比較的厚い箇所のプラズマエッチング速度は相対的に遅くなると推定され、かつ、そのプラズマエッチング速度調整効果が、金属塩膜の部分酸化程度によって、大きく変わることが推定される。
したがって、このようなプラズマエッチング速度調整効果を利用して、所定の表面凹凸を有する基材を安定的かつ精度良く得ることができる。
また、金属塩膜を、このように部分酸化させることによって、所定の導電性を発揮することができ、基材上に、導電性レジストを形成することができ、電極部材の一部として使用することができる。
なお、ここでいう部分酸化とは、金属塩膜が完全な酸化をしていない状態を意味するが、金属塩膜が部分酸化されたか否かの目安としては、例えば、X線光電子分光分析(XPS)で検出される元素量の変化(変化率)が挙げられ、それにより部分酸化の程度を判別したり、調整したりすることができる。
すなわち、金属塩膜中の金属塩等に由来した金属および酸素元素以外の特有の元素量が、第2工程(部分酸化工程)の前後で、どれだけ変化したかをXPSで調べることにより、金属塩膜がどの程度部分酸化されたかを判断することができる。
例えば、金属塩として、酢酸亜鉛を使用した場合、炭素を特有の元素ととらえて、その変化率の値が大きい場合には、部分酸化が進んだことを示しており、逆に、変化率の値が小さい場合には、部分酸化があまり進んでいないことを示している。
より具体的には、実施例1等の場合、XPSで測定される部分酸化前の金属塩膜における炭素の元素量(A)と、部分酸化後の金属塩膜における炭素の元素量(B)とを測定し、炭素の変化率(=(A−B)/A×100)を算出して、その変化率の値から、金属塩膜の部分酸化状態を判別し、調整することができる。
したがって、好適な部分酸化状態とするためには、かかる変化率の値を10〜80%の範囲内の値とすることが好ましく、15〜70%の範囲内の値とすることがより好ましく、20〜60%の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
ここで、図4に言及して、部分酸化された金属塩膜および基材に対するプラズマエッチング処理後の中心線平均粗さ(Ra)に対する、金属塩膜の部分酸化の程度を表す変化率(%)との関係を説明する。
図4において、横軸に、金属塩膜の部分酸化の程度を表す変化率(%)の値が採ってあり、縦軸に、プラズマエッチング処理後の中心線平均粗さ(Ra)の値が採ってある。そして、実施例1〜9に対応した測定データがプロットしてあるが、特性曲線Aが、プラズマエッチング処理時間が1分の場合に対応しており、特性曲線Bが、プラズマエッチング処理時間が3分の場合に対応しており、特性曲線Cが、プラズマエッチング処理時間が5分の場合に対応している。
まず、特性曲線Aから、部分酸化された金属塩膜および基材に対するプラズマエッチング処理時間が比較的短い(1分)場合には、変化率が大きいほど、すなわち、金属塩膜の部分酸化の程度が大きいほど、ほぼ比例して、プラズマエッチング処理後の中心線平均粗さ(Ra)の値が大きくなる傾向があることが理解される。
また、特性曲線Bから、部分酸化された金属塩膜および基材に対するプラズマエッチング処理時間が中間的(3分)の場合、変化率が20〜35%程度までは、変化率が大きいほど、プラズマエッチング処理後の中心線平均粗さ(Ra)の値が大きくなる傾向があるものの、変化率が35%超〜45%の範囲においては、変化率の値によらず、プラズマエッチング処理後の中心線平均粗さ(Ra)の値が20nm程度と、ほぼ一定になる傾向があることが理解される。
さらに、特性曲線Cから、部分酸化された金属塩膜および基材に対するプラズマエッチング処理時間が比較的長い(5分)の場合、特性曲線Bと同様であるが、変化率が20〜35%程度までは、変化率が大きいほど、プラズマエッチング処理後の中心線平均粗さ(Ra)の値が大きくなる傾向があるものの、変化率が35%超〜45%の範囲においては、変化率の値によらず、プラズマエッチング処理後の中心線平均粗さ(Ra)の値が28nm程度と、ほぼ一定になる傾向があることが理解される。
なお、図4では、部分酸化された金属塩膜の変化率(%)と、中心線平均粗さ(Ra)との関係に言及したが、部分酸化された金属塩膜の変化率(%)と、十点平均粗さ(Rz)についても、同様の傾向があることが確認されている。
よって、これらの知見より、金属塩膜の変化率等によって、金属塩膜の酸化程度を制御し、かつ、プラズマエッチング処理時間を制御することにより、基材上の表面凹凸の大きさ(RaまたはRz)を安定的かつ精度良く制御することができる。
その他、金属塩膜中の金属塩等に由来した酸素が含まれている場合には、概略的な目安となるものの、XPSによって測定される部分酸化後の金属塩膜における炭素の元素量が、部分酸化前と比較して、増加している場合、例えば、20%以上増加している場合には、金属塩膜が所定の部分酸化された状態であると判断することもできる。
(1)酸素を用いたプラズマ処理
酸素を用いたプラズマ酸化処理に際して、所定のプラズマ装置を用いるとともに、そのプラズマ源としては、酸素、アルゴン、ヘリウム、フルオロカーボンなどを単独または混合して用いることが好ましい。
また、酸素源としては、空気、酸素、水等、酸素を含む化合物であれば、適宜使用することができる。
なお、プラズマ装置の一例であるが、少なくともイオン源と、高周波電源と、上部電極と、下部電極と、アースと、を備えていることが好ましい。
また、プラズマ酸化処理をする際のプラズマ圧力を1.0×10-3〜1.0×102Paの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるプラズマ圧力が、1.0×10-3Pa未満の値になると、プラズマ濃度が低すぎるため金属酸化物の転化に時間がかかるためである。
一方、かかるプラズマ圧力が、1.0×102Paを超えても、発生したプラズマ同士の衝突が起きやすくなるため製膜速度向上はほとんど見られないためである。
したがって、プラズマ処理の際のプラズマ圧力を1.0×10-2〜5.0×101Paの範囲内の値とすることがより好ましい。
なお、プラズマ酸化処理をする時間としては、所望の部分酸化状態が得られれば、特に制限されるものではないが、10〜600秒の範囲内の値とすることが好ましく、30〜300秒の範囲内の値とすることがより好ましく、60〜100秒の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、多段階プラズマ酸化処理を行っても良い。その場合、それぞれの段階でプラズマ酸化処理条件を変えることもできるし、同一条件で、プラズマ酸化処理を複数回行うこともできる。
このような工程を経て、所定の表面凹凸を有するレジストとしての金属塩膜が形成される。
そして、上述したように、プラズマ酸化処理による部分酸化後の金属塩膜の表面における中心線平均粗さ(Ra)について、1nm以上の値とすることが好ましく、十点平均粗さ(Rz)についても10nm以上の値とすることが好ましい。
(2)熱酸化処理
また、熱酸化処理を行う場合、熱酸化処理温度を120〜300℃の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる熱酸化処理温度が120℃未満になると、金属塩や金属錯体の種類にもよるが、当該金属塩や金属錯体を酸化させ、導電性を有する金属酸化物とすることが困難となる場合があるためである。
一方、かかる熱酸化処理温度が300℃を超えると、表面凹凸が熱変形したり、基材自身が熱変形したりする場合があるためである。
したがって、熱酸化処理温度を130〜220℃の範囲内の値とすることがより好ましく、150〜180℃の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、熱酸化処理時間を0.1〜120分の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる熱酸化処理時間が0.1分未満になると、金属塩や金属錯体の種類にもよるが、当該金属塩や金属錯体を酸化させ、所定の導電性を有する金属酸化物とすることが困難となる場合があるためである。
一方、かかる熱酸化処理時間が120分を超えると、表面凹凸が変形する場合があるためである。
したがって、熱酸化処理時間を1〜60分の範囲内の値とすることがより好ましく、5〜30分の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
また、酸素源としては、空気、酸素ガス等を用いることができる。そして、熱酸化処理装置の態様についても、特に制限されるものでなく、例えば、電熱装置や赤外加熱装置を有する焼成オーブンを用いることができる。
そして、上述したように、熱酸化処理による部分酸化後の金属塩膜の表面における中心線平均粗さ(Ra)についても、1nm以上の値とすることが好ましく、十点平均粗さ(Rz)についても、10nm以上の値とすることが好ましい。
なお、第2工程において、金属塩膜を部分酸化させる場合、上述した金属塩含有液状物の乾燥処理によっても、部分酸化した金属塩膜を得ることができる。
4.第3工程
図1(d)に示すように、第3工程は、所定の金属塩膜からなるレジストとともに、基材10´(樹脂層11)を同時にプラズマエッチングして、微細な表面凹凸14aを形成する工程である。
その際、十分にプラズマエッチング処理して、レジストを完全に除去しても良く、あるいは、図1(d)に示すように、一部のレジスト13aを、微細な表面凹凸14aの上方に残留させても良い。
そして、精密かつ迅速なプラズマエッチング処理が可能なことから、所定のプラズマ生成ガスを用いたプラズマエッチング処理を行うことが好ましい。
以下、第3工程におけるプラズマエッチング処理条件の詳細について説明する。
(1)プラズマ生成ガス
プラズマエッチング処理をする際のプラズマ生成ガスとして、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、ネオン、ラドン等の希ガス、あるいは、窒素や四フッ化メタンの少なくとも一つを用いることが好ましい。
この理由は、このようなプラズマ生成ガスを用いることによって、安定的かつ精度良く、レジストとともに基材をプラズマエッチング処理することができるためである。
(2)プラズマ圧力
また、プラズマエッチング処理をする際のプラズマ圧力を、通常、1〜1000Paの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるプラズマ圧力が、1Pa未満の値になると、プラズマ濃度が低すぎるためレジストを含む基材のプラズマエッチングに過度の時間がかかる場合があるためである。
一方、かかるプラズマ圧力が、1000Paを超えても、発生したプラズマ同士の衝突が起きやすくなるため、プラズマエッチング処理速度は飽和して、ほとんど向上しないためである。
したがって、プラズマ処理の際のプラズマ圧力を10〜500Paの範囲内の値とすることがより好ましく、30〜100Paの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
(3)プラズマエッチング処理時間
また、プラズマエッチング処理をする際のプラズマエッチング処理時間は、形成する表面凹凸の大きさ(Ra、Rz)や、基材の用途等を考慮して定めることができるが、通常、0.1〜120分の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかるプラズマエッチング処理時間が、0.1分未満の値になると、形成する表面凹凸の大きさが過度に小さくなる場合があるためである。
一方、かかるプラズマエッチング処理時間が120分を超えると、発生したプラズマ同士の衝突が起きやすくなるため、プラズマエッチング処理速度は飽和して、ほとんど向上せず、形成する表面凹凸の大きさ(Ra、Rz)も飽和する場合があるためである。
したがって、プラズマエッチング処理時間を1〜60分の範囲内の値とすることがより好ましく、3〜30分の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、図5(a)〜(c)に、部分酸化した金属塩膜および基材に対するプラズマエッチング処理時間と、基材における表面凹凸の大きさ(Ra)との関係を示す。
また、図6(a)〜(c)に、部分酸化した金属塩膜および基材に対するプラズマエッチング処理時間と、基材における表面凹凸の大きさ(Rz)との関係を示す。
そして、各図面中、特性曲線Aが、プラズマエッチング処理後の表面凹凸の大きさ(RaまたはRz)を示しており、特性曲線Bが、金属塩膜の部分酸化後であって、かつ、プラズマエッチング処理前の表面凹凸の大きさ(RaまたはRz)を示している。
これらの図中に示す特性曲線Aから、それぞれ表面凹凸の大きさ(RaまたはRz)に対して、プラズマエッチング処理時間が大きく影響しており、ほぼ比例していることが理解される。
逆に言えば、プラズマエッチング処理時間を所定範囲に正確に制御することにより、表面凹凸の大きさ(RaまたはRz)を安定的かつ精度良く制御することができる。
一方、これらの図中に示す特性曲線Bから、プラズマエッチング処理前の表面凹凸は、それぞれ2nm程度の微細であるものの、そのような微細な表面凹凸が、プラズマエッチング処理によって、特性曲線Aに示すように、基材上において、相当大きな表面凹凸となっていることが理解される。
すなわち、所定の微細な表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜をレジスト(エッチング速度調整材)に用いることによって、エッチング速度調整効果が発揮されて、このように所定の表面凹凸を有する基材が、安定的かつ精度良く得られているものと推定される。
5.第4工程
また、図1(e)に示すように、第3工程の後に、第4工程を設けて、所定の金属塩膜からなるレジスト12´のうち、表面凹凸14aを有する基材14の上に残留しているレジスト13aを除去することが好ましい。
すなわち、残留しているレジスト13aを除去すべく、水洗浄(温水洗浄や熱水洗浄を含む。)、アルコール洗浄、ブラシ処理、ヤスリ処理、サンディング処理、はけ等の除去処理を行うことが好ましい。
特に、環境安全性に優れ、かつ、経済的な廃棄処理ができることから、水洗浄によって、基材14の上に残留しているレジスト13aを除去することが好ましい。
なお、例えば、基材14に対するX線光電子分光分析(XPS)の元素分析によって、基材14の上で検出された金属量が、1mol%以下の値であれば、残留しているレジスト13aを実質的に除去したと判断することができる。
そして、残留しているレジスト13aの除去に関して、より好ましくは、検出金属量を0.5mol%以下の値とすることであり、さらに好ましくは、検出金属量を0.1mol%以下の値とすることである。
6.第5工程
図示しないものの、第3工程あるいは上述した第4工程の後に、第5工程を設けて、得られた基材またはレジストが残留する基材上に、金属あるいは金属酸化物の層などを積層することも好ましい。
積層する金属としては、白金、金、銀、銅などが挙げられる。また、積層する金属酸化物としては、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛などが挙げられる。
また、金属あるいは金属酸化物の層の形成は、公知の方法、例えば、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどで行うことができる。
7.その他の工程
金属塩としてハロゲン化物を含有する液状物を用いた場合、第2工程のプラズマ処理によって、ハロゲン化水素が発生することがある。
その場合、プラズマ処理を施した後に、中和工程および洗浄工程、あるいはいずれか一方の工程を設けることが好ましい。
ここで、中和工程は、例えば、KOHやNaOH等のアルカリ水溶液に、レジストとして金属塩膜が形成された基材を浸漬させて行うが、その場合、中和時間を1秒〜10分間として、中和温度を10〜40℃の条件で行えばよい。
また、洗浄工程を実施するにあたり、例えば、洗浄剤として水を用い、洗浄時間を1分〜10分とし、洗浄温度を10〜100℃の条件で、レジストとして金属塩膜が形成された基材を洗浄すればよい。
[第2の実施形態]
第2の実施形態は、図7(a)〜(d)に示すように、第1の実施形態であるプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法によって得られてなる表面凹凸を有する基材(樹脂層を含む場合がある。)14を備えた電極部材30、30a、30b、30cであって、表面抵抗率を1×100〜1×1010Ω/□の範囲内の値とすることを特徴とする電極部材30、30a、30b、30cである。
なお、表面凹凸を有する基材14が、導電性材料から構成されている場合には、基材表面に対してメッキ等の導電化処理を省略することができ、結果として、簡易構造かつ経済的な電極部材を提供することができる。
1.表面凹凸
図7(a)〜(d)に示すように、電極部材30、30a、30b、30cにおいて、表面凹凸を有する基材14の表面に、所定の表面凹凸14aを有することを特徴とする。
かかる表面凹凸の是非は、例えば、表面粗さの一種である中心線平均粗さ(Ra)や十点平均粗さ(Rz)の値から判断することができる。
すなわち、基材の表面における中心線平均粗さ(Ra)を5nm以上の値とすることが好ましく、10〜500nmの範囲内の値とすることがより好ましく、20〜300nmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
さらに、基材の表面における十点平均粗さ(Rz)については、10nm以上の値とすることが好ましく、20〜500nmの範囲内の値とすることがより好ましく、50〜300nmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、図7(b)〜(d)に示すように、例えば、ガラス基板等の基部10と、表面凹凸を有する基材14との密着性を向上させる観点から、プライマー層18を設けることも好ましい。
かかるプライマー層を構成する材料物質としては、特に制限されるものではないが、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、エチレン−ビニルアルコール系重合体、アクリロニトリル−ブタジエン系樹脂(例えば、ABS系樹脂)および塩化ビニル−酢酸ビニル系樹脂系重合体から選択される少なくとも1種の樹脂が挙げられる。
また、かかるプライマー層の厚さについても、特に制限されないが、通常、0.1〜1000μmの範囲内の値とすることが好ましい。
2.導電層
また、図7(c)に示すように、電極部材30bにおける表面凹凸14aを有する基材14の上に、所定の導電層20を設けることが好ましい。
すなわち、基材が導電性材料等から構成されている場合には、導電層は必ずしも必要ないものの、基材が非導電性材料から構成されている場合には、電極部材としての機能を効率的に発揮するために、基材表面に金属あるいは金属酸化物を含む導電層を設けることが好ましい。
また、導電層を構成する金属としては、白金、金、銀、銅、ニッケル、モリブデン、アルミニウム、タングステン、クロム、あるいはこれらの合金等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
また、導電層を構成する金属酸化物としては、スズドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム(IZO)、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
そして、かかる導電層の厚さを、通常、50〜1000nmの範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる導電層の厚さが50nm未満の値になると、機械的強度が低下し、耐久性や密着性が著しく低下したり、あるいは、電極部材の表面抵抗率が過度に大きくなったりする場合があるためである。
一方、かかる導電層の厚さが1000nmを超えた値になると、形成するのに過度に時間を要したり、基材に対する密着性が低下したりする場合があるためである。
したがって、基材上に設ける導電層の厚さを50〜800nmの範囲内の値とすることが好ましく、100〜600nmの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
3.表面抵抗率
また、図7(a)〜(d)に示す電極部材30、30a、30b、30cにおいて、表面凹凸14aを有する基材14(基材が導電性材料から構成されている場合には基材自体、基材が導電層を含む場合には、導電層)の表面抵抗率を1×100〜1×1010Ω/□の範囲内の値とする。
この理由は、かかる基材の表面抵抗率が、1×1010Ω/□を超えた値になると、導電性が著しく低下し、使用可能な用途が過度に制限される場合があるためである。
一方、かかる基材の表面抵抗率が1×100Ω/□未満の導電層を安定的に形成することは困難な場合があるためである。
したがって、基材の表面抵抗率3×100〜1×109Ω/□の範囲内の値とすることが好ましく、5×100〜1×108Ω/□の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、電極部材における基材の表面抵抗率の測定方法は、後述する実施例において、詳述する。
4.保護層
また、図7(d)に示すように、電極部材の表面凹凸14aを有する基材14の上に、保護層22を形成することも好ましい。
例えば、このように保護層を備えた電極部材であれば、導電層に傷がつくことを防止することができる。
なお、保護層を構成する材料としては、例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂、あるいは熱可塑性樹脂が挙げられる。
5.パターニング
また、図示しないものの、表面凹凸を有する基材に、所定のパターニングを施すことも好ましい。
この理由は、パターニングした基材であれば、液晶表示装置やプラズマ表示装置、あるいは有機エレクトロルミネッセンス装置や無機エレクトロルミネッセンス装置の電極として、好適に使用することができるためである。
6.用途
また、電極部材を構成するにあたり、電子デバイス用電極であることが好ましい。
この理由は、本発明の電極部材は、表面抵抗率が低く、かつ、所定の表面凹凸を有することから、電子デバイス用電極として構成した場合に、電子デバイスを効率的に駆動することができるためである。
特に電子デバイスとして太陽電池用電極として用いた場合は、隣接する半導体層との接触面積が増えるので、変換効率を高めることができる。
なお、電子デバイスとしては、液晶表示デバイス、有機エレクトロルミネッセンス装置、有機薄膜太陽電池、色素増感型太陽電池、有機トランジスタ、プラズマディスプレイ等が挙げられる。
[実施例1]
1.金属塩膜の形成
(1)第1工程
まず、基材における基部として、厚さ700μmのガラス基板(コーニング社製、イーグル2000)の表面に、ポリビニルアルコール(日本合成化学(株)製、ゴーセノールEG−05T)の水溶液(濃度5g/水19g)を、スピンコート法(回転数1500rpm)によって塗布し、100℃、5分間の条件で乾燥して、膜厚が1000nmのポリビニルアルコール層を形成し、基材とした。
一方、攪拌装置付きの容器内に、金属塩としての酢酸亜鉛(Aldrich社製、純度99.99%)1.0gと、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、金属塩含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした。
そして、得られた金属塩含有液状物を、ポリビニルアルコール層の上に、スピンコート法(回転数1500rpm)によって塗布し、金属塩膜を形成した。
(2)第2工程
次いで、オーブンを用いて、金属塩膜を100℃、5分間の条件で乾燥し、表面凹凸に関して、Raが2.112nm、およびRzが10.22nmであって、膜厚が100nmである部分酸化させた酢酸亜鉛膜(変化率=21.8%)からなるレジストを得た。
変化率は、上述したように、部分酸化前の金属塩膜における炭素の元素量(A)と、部分酸化後の金属塩膜における炭素の元素量(B)をXPSで測定し、炭素の変化率(=(A−B)/A×100)を求めた。
(3)第3工程
次いで、プラズマ装置(ヤマトマテリアル株式会社社製、PDC−210)を用いて、以下の条件で、部分酸化させた酢酸亜鉛膜からなるレジストとともに、ポリビニルアルコール層のプラズマエッチング処理を行った。
RF電力(周波数13.56MHz)300W
プラズマ生成ガス Ar
ガス流量 50ml/分
プラズマ圧力 45Pa
処理時間 1分
プラズマ処理温度 45℃
2.基材表面の評価
基材においてプラズマエッチング処理が施された側の面(基材表面)について、以下の測定を行った。得られた結果を表1に示す。
また、図8(a)〜(b)に、実施例1のプラズマエッチング処理前における表面状態および断面状態を示す顕微鏡写真(撮影面積:約3mm×3mm)を示す。
(1)中心線平均粗さ(Ra)
基材表面の中心線平均粗さ(Ra)を、原子間力顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製、型番SPA300HV)を用いて、測定した。
すなわち、原子間力顕微鏡のDFMモード(ダイナミックフォースモード)で、表面(測定範囲:5μm×5μm)を走査周波数0.3Hzで観察した結果を基に、上述した式(1)から中心線平均粗さ(Ra)を算出した。
(2)十点平均粗さ(Rz)
また、基材表面の十点平均粗さ(Rz)を、JIS B0601−1994に準拠し、上記原子間力顕微鏡を用いて、測定した。
(3)酸素含有量
X線光電子分光分析(XPS分析、アルバック・ファイ社製、型番Quantera SXMを使用)により、以下の条件で基材表面の元素分析を行い、金属元素量、酸素量、および炭素量(mol%)を測定した。
励起X線 :Ar
X線径 :100μm
X線出力 :15kV、25W
光電子脱出角度:45°
[実施例2]
実施例2では、第3工程におけるプラズマ処理時間を3分にするとともに、プラズマ処理温度を55℃にした以外は、実施例1と同様にして、部分酸化させた酢酸亜鉛(変化率=23.4%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表1に示す。
[実施例3]
実施例3では、第3工程におけるプラズマ処理時間を5分にするとともに、プラズマ処理温度を75℃にした以外は、実施例1と同様にして、部分酸化させた酢酸亜鉛(変化率=21.4%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表1に示す。
Figure 2011118238
表1に示す実施例1〜3の評価結果から理解されるように、それぞれ第2工程において、乾燥処理により、所定の表面凹凸を形成した後、第3工程において、所定のプラズマエッチング処理を行うことによって、さらに大きな表面凹凸を基材上に形成することができるようになった。
また、第3工程におけるプラズマエッチング処理時間等の差によって、基材上の表面凹凸を、所定範囲(Raでは2.3〜10.2nm、Rzでは10.1〜56.7nm)で、精度良く形成することができるようになった。
[実施例4]
1.金属塩膜の形成
(1)第1工程
まず、厚さ700μmのガラス基板(コーニング社製、イーグル2000)の表面に、ポリビニルアルコール(日本合成化学(株)製、ゴーセノールEG−05T)の水溶液(濃度5g/水19g)を、スピンコート法(回転数1500rpm)によって塗布し、100℃、5分間の条件で乾燥して、膜厚が1000nmのポリビニルアルコール層を形成した。
一方、攪拌装置付きの容器内に、金属塩としての酢酸亜鉛(Aldrich社製、純度99.99%)1.0g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、金属塩含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした。
そして、得られた金属塩含有液状物を、ポリビニルアルコール層の上に、スピンコート法(回転数1500rpm)によって塗布した。
(2)第2工程−1
次いで、オーブンを用いて、100℃、5分間の条件で乾燥し、表面凹凸に関して、Raが2.112nm、Rzが10.22nmであって、膜厚が100nmである部分酸化した酢酸亜鉛膜(変化率=21.8%)を得た。
(3)第2工程−2
次いで、酸素雰囲気中、150℃、60分間の条件で熱酸化処理して、表面凹凸に関して、Raが2.115nm、Rzが10.21nmである、さらに部分酸化した酢酸亜鉛膜(変化率=46.8%)からなるレジストを得た。
(4)第3工程
次いで、プラズマ装置(ヤマトマテリアル株式会社社製、PDC−210)を用いて、以下の条件で、部分酸化した酢酸亜鉛膜からなるレジストとともに、ポリビニルアルコール層のプラズマエッチング処理を行った。
RF電力(周波数13.56MHz):300W
プラズマ生成ガス :Ar
ガス流量 :50ml/分
プラズマ圧力 :45Pa
処理時間 :1分
プラズマ処理温度 :45℃
2.基材表面の評価
得られたポリビニルアルコール層の表面について、実施例1と同様に、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
[実施例5]
実施例5では、第3工程におけるプラズマ処理時間を3分にするとともに、プラズマ処理温度を55℃にした以外は、実施例4と同様にして、部分酸化した酢酸亜鉛膜(変化率=45.5%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
[実施例6]
実施例6では、第3工程におけるプラズマ処理時間を5分にするとともに、処理温度を75℃にした以外は、実施例4と同様にして、部分酸化した酢酸亜鉛膜(変化率=42.5%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
Figure 2011118238
表2に示す実施例4〜6の評価結果から理解されるように、それぞれ第2工程において、乾燥処理および熱酸化処理を行い、所定の表面凹凸を形成した後、第3工程において、所定のプラズマエッチング処理を行うことによって、実施例1等よりも、さらに大きな表面凹凸を基材上に形成できるようになった。
また、実施例4〜6においても、第3工程におけるプラズマエッチング処理時間等の差によって、基材上の表面凹凸を、所定範囲(Raでは6.5〜28.3nm、Rzでは27.9〜154.1nm)で、精度良く形成することができるようになった。
[実施例7]
実施例7では、第2工程−2において、熱酸化処理のかわりに、下記プラズマ処理を行って、部分酸化した酸化亜鉛とした以外は、実施例4と同様にして、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=35.0%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表3に示す。
また、参考のため、図9(a)〜(b)に、実施例7のプラズマエッチング処理後における基材の表面状態および断面状態を示す顕微鏡写真(撮影面積約3mm×3mm)を示す。
RF電力(周波数13.56MHz) :300W
プラズマ生成ガス :O2
ガス流量 :50ml/分
プラズマ圧力 :45Pa
処理時間 :1分
プラズマ処理温度 :45℃
[実施例8]
実施例8では、第3工程におけるプラズマ処理のプラズマ処理時間を3分にするとともに、処理温度を55℃にした以外は、実施例7と同様にして、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=35.7%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表3に示す。
また、参考のため、図10(a)〜(b)に、実施例8のプラズマエッチング処理後における基材の表面状態および断面状態を示す顕微鏡写真(撮影面積約3mm×3mm)を示す。
[実施例9]
実施例9では、第3工程におけるプラズマ処理のプラズマ処理時間を5分にするとともに、処理温度を75℃にした以外は、実施例7と同様にして、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=34.1%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表3に示す。
また、参考のため、図11(a)〜(b)に、実施例9のプラズマエッチング処理後における基材の表面状態および断面状態を示す顕微鏡写真(撮影面積約3mm×3mm)を示す。
Figure 2011118238
表3に示す実施例7〜9の評価結果から理解されるように、それぞれ第2工程において、乾燥処理およびプラズマ酸化処理を行い、所定の表面凹凸を形成した後、第3工程において、所定のプラズマエッチング処理を行うことによって、実施例1等よりも、さらに大きな表面凹凸を基材上に形成できるようになった。
また、実施例7〜9においても、第3工程におけるプラズマエッチング処理時間等の差によって、基材上の表面凹凸を、所定範囲(Raでは5.2〜27.3nm、Rzでは27.9〜161.2nm)で、精度良く形成することができるようになった。
[実施例10]
実施例10では、金属塩として、酢酸銀(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該酢酸銀0.9g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、酢酸銀含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸銀膜(変化率=29.8%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例11]
実施例11では、金属塩として、酢酸銅(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該酢酸銅0.98g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、酢酸銅含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸銅膜(変化率=41.6%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例12]
実施例12では、金属塩として、カドミウムアセチルアセトナート(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該カドミウムアセチルアセトナート1.68g(5.4mmol)と、エタノール10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、カドミウムアセチルアセトナート含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化したカドミウムアセチルアセトナート膜(CdAcAc、変化率=25.8%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例13]
実施例13では、金属塩として、酢酸鉛(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該酢酸鉛2.39g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、酢酸鉛含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸鉛膜(変化率=32.0%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例14]
実施例14では、金属塩として、ガリウムアセチルアセトナート(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該ガリウムアセチルアセトナート1.98g(5.4mmol)と、エタノール10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、ガリウムアセチルアセトナート含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化したガリウムアセチルアセトナート膜(GaAcAc、変化率=26.0%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例15]
実施例15では、金属塩(金属錯体)として、インジウムアセチルアセトナート(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該インジウムアセチルアセトナート2.23g(5.4mmol)と、エタノール10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、インジウムアセチルアセトナート含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化したインジウムアセチルアセトナート膜(InAcAc、変化率=30.2%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例16]
実施例16では、金属塩として、酢酸タリウム(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該酢酸タリウム1.42g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、酢酸タリウム含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸タリウム膜(変化率=33.2%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例17]
実施例17では、金属塩として、酢酸水銀(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該酢酸水銀1.72g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、酢酸水銀含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸水銀膜(変化率=27.3%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例18]
実施例18では、金属塩として、酢酸マンガン(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該酢酸マンガン0.93g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、酢酸マンガン含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸マンガン膜(変化率=36.4%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例19]
実施例19では、金属塩(金属錯体)として、ニッケルアセチルアセトナート(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該ニッケルアセチルアセトナート1.39g(5.4mmol)と、エタノール10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、ニッケルアセチルアセトナート含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化したニッケルアセチルアセトナート膜(NiAcAc、変化率=22.2%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例20]
実施例20では、金属塩として、酢酸モリブデン(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該酢酸モリブデン2.31g(5.4mmol)と、純水10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、酢酸モリブデン含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸モリブデン膜(変化率=38.6%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
[実施例21]
実施例21では、金属塩(金属錯体)として、パラジウムアセチルアセトナート(Aldrich社製、純度99.99%)を用い、攪拌装置付きの容器内に、当該パラジウムアセチルアセトナート1.65g(5.4mmol)と、エタノール10mlとを収容した後、均一になるまで攪拌し、パラジウムアセチルアセトナート含有液状物(濃度:0.54mol/l)とした以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化したパラジウムアセチルアセトナート膜(PdAcAc、変化率=27.4%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表4に示す。
Figure 2011118238
表4に示す実施例10〜21の評価結果から理解されるように、金属塩の種類を変更等することによっても、基材上の表面凹凸を、所定範囲で、精度良く形成できることが判明した。
[実施例22]
実施例22では、基材における基部として、所定厚さのガラス基板の代わりに、厚さ188μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)フィルム(東洋紡(株)製、A−4300)を用いた以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=36.8%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリビニルアルコール層等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表5に示す。
すなわち、基材における基部が、PETフィルムであっても、基材における樹脂層としてのポリビニルアルコール層に対して、所定の表面凹凸形状を安定的かつ精度良く形成できることが判明した。
[実施例23]
実施例23では、基材における基部として、所定厚さのガラス基板の代わりに、ITOガラス(日本板硝子(株)製、表面抵抗率7Ω/□)を用いるとともに、所定厚さのポリビニルアルコール膜の代わりに、導電性高分子であるPEDOT:PSS(Bayer社製、Baytron P)を用い、スピンコート法で基部上に塗布し、150℃、60分の条件で乾燥して、厚さ1000nmのPEDOT:PSS膜を形成した以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酢酸亜鉛膜(変化率=35.5%)からなるレジスト形成を行うとともに、PEDOT:PSS膜等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表5に示す。
また、得られたプラズマエッチング処理後のPEDOT:PSS膜の表面抵抗率を、表面抵抗計(三菱化学社製、ロレスターGP)を用いて測定したところ、8.213Ω/□であった。
すなわち、基材における基部が、ITOガラスであっても、基材における樹脂層としてのPEDOT:PSS膜に対して、所定の表面凹凸形状を安定的かつ精度良く形成できることが判明した。
[実施例24]
実施例24では、基材における基部として、所定厚さのガラス基板の代わりに、ITOガラス(日本板硝子(株)製、表面抵抗率7Ω/□)を用いるとともに、所定厚さのポリビニルアルコール膜の代わりに、導電性高分子であるポリアニリン(日産化学(株)製、NX−D103X)を用い、スピンコート法で基材上に塗布し、150℃、60分の条件で乾燥して、厚さ1000nmのポリアニリン膜を形成した以外は、実施例9と同様の条件にて、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=32.5%)からなるレジスト形成を行うとともに、ポリアニリン膜等のプラズマエッチング処理を行った後、表面凹凸および表面の元素分析等の評価を行った。得られた結果を表5に示す。
また、得られたプラズマエッチング処理後のポリアニリン膜の表面抵抗率を、実施例23と同様に、表面抵抗計を用いて測定したところ、7.413Ω/□であった。
すなわち、基材における基部が、ITOガラスであっても、基材における樹脂層としてのポリアニリン膜に対して、所定の表面凹凸形状を安定的かつ精度良く形成できることが判明した。
Figure 2011118238
[実施例25]
実施例25では、プラズマ生成ガスとして、ヘリウムを用いた以外は、実施例9と同様の条件にて、表面凹凸を有するポリビニルアルコール膜を備えた基材を形成するとともに、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=36.6%)からなるレジスト形成を行って、評価した。得られた結果を表6に示す。
[実施例26]
実施例26では、プラズマ生成ガスとして、クリプトンを用いた以外は、実施例9と同様の条件にて、表面凹凸を有するポリビニルアルコール膜を備えた基材を形成するとともに、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=35.5%)からなるレジスト形成を行って、評価した。得られた結果を表6に示す。
[実施例27]
実施例27では、プラズマ生成ガスとして、窒素を用いた以外は、実施例9と同様の条件にて、表面凹凸を有するポリビニルアルコール膜を備えた基材を形成するとともに、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=33.2%)からなるレジスト形成を行って、評価した。得られた結果を表6に示す。
[実施例28]
実施例28では、プラズマ生成ガスとして、四フッ化メタンを用いた以外は、実施例9と同様の条件にて、表面凹凸を有するポリビニルアルコール膜を備えた基材を形成するとともに、部分酸化した酸化亜鉛膜(変化率=33.6%)からなるレジスト形成を行って、評価した。得られた結果を表6に示す。
Figure 2011118238
表6に示す実施例25〜28の評価結果から理解されるように、第3工程におけるプラズマガスの種類を変更等することによっても、基材上の表面凹凸を、所定範囲で、精度良く形成できることが判明した。
[比較例1]
比較例1では、部分酸化した酢酸亜鉛からなるレジストのかわりに、マグネトロンスパッタリング法によって、酸化亜鉛膜を形成したほかは、実施例1と同様に、プラズマエッチング処理行い、表面粗さ等を評価した。
すなわち、まず、厚さ700μmのガラス基板(コーニング社製、イーグル2000)の表面に、ポリビニルアルコール(日本合成化学(株)製、ゴーセノールEG−05T)の水溶液(濃度5g/水19g)を、スピンコート法(回転数1500rpm)によって塗布し、100℃、5分間の条件で乾燥して、膜厚が1000nmのポリビニルアルコール層を形成した。
次いで、ポリビニルアルコール層の上に、下記条件に準じて、マグネトロンスパッタリング装置(アルバック社製、i−sputter)を用いて、厚さ100nmの酸化亜鉛膜を形成した。
ターゲット:酸化亜鉛(住友金属鉱山(株)製)
DC :500W
製膜時間 :52秒
使用ガス :Ar
ガス流量 :100cc/min
次いで、実施例1と同様に、プラズマ装置を用いて、酸化亜鉛膜とともに、ポリビニルアルコール層のプラズマエッチング処理を行った後、表面粗さを測定した。得られた結果を表7に示す。
[比較例2]
比較例2では、マグネトロンスパッタリング法による酸化亜鉛膜の形成を省略したほかは、比較例1と同様に、ポリビニルアルコール層のプラズマエッチング処理を行って、表面粗さを測定した。得られた結果を表7に示す。
Figure 2011118238
表7に示す比較例1〜2の評価結果から理解されるように、部分酸化した酢酸亜鉛からなるレジストのかわりに、マグネトロンスパッタリング法によって、酸化亜鉛膜を形成した比較例1では、実施例に比べて、基材上に、表面粗さの小さい凹凸パターンしか得ることができず、表面凹凸が精度良く得られないことが判明した。
また、同様に、マグネトロンスパッタリング法による酸化亜鉛膜の形成を省略した比較例2では、基材上に、表面凹凸が精度良く得られないことが判明した。
以上、説明したように、本発明の表面凹凸形成方法によれば、プラズマエッチング処理を行う際に、所定の表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜をレジスト(エッチング速度調整材)に用いることによって、エッチング速度調整効果を発揮して、所定の表面凹凸を有する基材が、安定的かつ精度良く得られるようになった。
また、本発明の表面凹凸形成方法によれば、電子デバイス用電極等に最適な、大面積であって、かつ、ナノメーターオーダーの表面凹凸を有する電極部材等であっても、安定的かつ精度良く得られるようになった。
したがって、本発明によれば、太陽電池、液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機エレクトロルミネッセンス装置、無機エレクトロルミネッセンス装置等に好適な電極部材等を効率的かつ安価に供給することができる。
10:基部
10´:樹脂層を有する基材
11:樹脂層
12:金属塩膜
12´:レジスト(エッチング速度調整材)
12a:レジストの表面凹凸
13a:残留しているレジスト
14:表面凹凸を有する基材
14a:基材の表面凹凸
18:プライマー層
20:導電層
22:保護層
30、30a、30b、30c:電極部材
100:基板
102:金属塩膜
102a:金属塩膜における表面凹凸パターン
104:モールド
104a:モールドにおける表面凹凸パターン
106:加熱空気(あるいは冷却空気)

Claims (8)

  1. プラズマエッチング処理をする際に、表面凹凸を有するとともに、部分酸化した金属塩膜をレジストとして用い、基材上に、表面凹凸パターンを形成する表面凹凸形成方法であって、下記第1工程〜第3工程を含むことを特徴とするプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法。
    (1)前記基材に対して、金属塩含有液状物を塗布して、前記金属塩膜を形成する第1工程
    (2)前記金属塩膜に、表面凹凸を形成するとともに、部分酸化して、前記レジストとする第2工程
    (3)前記レジストとともに、前記基材をプラズマエッチング処理して、前記基材上に、表面凹凸を形成する第3工程
  2. 前記第2工程において、前記金属塩膜における表面凹凸を、金属塩膜のプラズマ処理、金属塩膜の熱乾燥処理、または、金属塩膜の機械的圧力処理の少なくとも一つの処理によって設けることを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法。
  3. 前記第2工程において、前記金属塩膜の部分酸化を、プラズマ生成ガスとしての酸素を用いたプラズマ処理、または120〜300℃の熱酸化処理によって行うことを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法。
  4. 前記第3工程において、プラズマ生成ガスとして、希ガス、窒素、および四フッ化メタンの少なくとも一つを用いたプラズマエッチング処理を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法。
  5. 前記基材の表面に、プラズマエッチング処理可能な有機材料からなる樹脂層が形成してあることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法。
  6. 前記基材が、プラズマエッチング処理可能な導電性材料からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法。
  7. 前記第3工程の後に、第4工程を設けて、前記基材上に残留しているレジストを除去することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法。
  8. 下記第1工程〜第3工程を含むプラズマエッチング処理を用いた表面凹凸形成方法によって得られる基材を備えた電極部材であって、表面抵抗率を1×100〜1×1010Ω/□の範囲内の値とすることを特徴とする電極部材。
    (1)前記基材に対して、金属塩含有液状物を塗布して、金属塩膜を形成する第1工程
    (2)前記金属塩膜に、表面凹凸を形成するとともに、部分酸化して、レジストとする第2工程
    (3)前記レジストとともに、前記基材をプラズマエッチング処理して、前記基材上に、表面凹凸を形成する第3工程
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