(57)【要約】  レーザデカール転写は、ターゲット基板の前面をコーティングする高粘度レオロジー流体からなる薄い層の領域を照射する非常に小さいエネルギーのレーザパルスを、ターゲット基板の背面に向けることで、薄膜形状を生成する目的で使用される。照射された領域は、レーザビームに関して中央に位置する開口部によって成形及び定義される。デカール転写プロセスは、ターゲット基板から受け基板への、レーザが照射された領域の形状及び大きさと同一の均一で連続的な層のリリース及び転送を可能にする。リリースされた層は、最初の形状及び大きさとほとんど変化しない状態で、ギャップを横切るように転送される。受け基板上に転送されて得られるパターンは、受け基板の表面エネルギー、ぬれ性又は驚動性に依存せずに、厚み及び形態において高い均一性を有し、鮮明なエッジ形状を有し、高い粘着性を有する。【選択図】図４Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ堆積方法であって、
受け基板を提供する工程と、
前面と背面とを有するレーザ透過保持体を含み、前記前面が、選ばれた厚さ及び粘度を有するレオロジー化合物の層でコーティングされている、前記受け基板から離されたターゲット基板を提供する工程と、
前記ターゲット基板の前記背面を通って、コーティングされた前記層の所望の領域を照射するように方向付けられたレーザビームを提供する工程を備え、
入射される前記レーザビームが有するエネルギー密度は、コーティングされた前記層の１つの領域が均一的にリリースされ、前記ターゲット基板から前記受け基板に、蒸発せずに転送されるように選定され、
転送される前記レオロジー化合物は、前記受け基板の表面上の定義された位置に、入射される前記レーザに照射される領域の大きさ及び形状に略一対一に対応する堆積物を形成し、デカール転写をもたらす、レーザ堆積方法。
【請求項２】
前記レオロジー化合物の粘度は、１０，０００センチポイズ（ｃＰ）以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コーティングされた前記層の厚さは２マイクロメートル以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、約室温及び約大気圧で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザは、パルス性レーザ及び連続波レーザからなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記レーザビームは、入射される前記レーザビームを形成するよう、顕微鏡対物レンズ又は他の焦点光学部品を通して焦点が合わされる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
入射される前記レーザビームは、開口部によって形作られる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ターゲット基板は前記レーザビームに対して移動され、少なくとも１つの固定形状開口部を前記レーザビームに関して中央に位置するように維持する工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ターゲット基板は前記レーザビームに対して移動され、少なくとも１つの可変形状開口部を前記レーザビームに関して中央に位置するように維持する工程をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ターゲット基板は前記レーザビームに対して移動され、前記レーザビームの中央周囲において、前記可変形状開口部の大きさを変更する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記レーザビームを提供する前記工程は、連続的に定義された複数のターゲット位置及び連続的に定義された複数の受け位置において繰り返され、前記堆積物は２次元パターン又は３次元パターンを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザ透過保持体は、ガラス及びポリマー樹脂からなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記受け基板は、非プレーナ形表面を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記レオロジー化合物は、ペースト、ゲル、インク、濃縮液、懸濁液、ニュートン流体、非ニュートン流体、粘弾性流体及び弾粘性流体からなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ターゲット基板は前記受け基板に対して移動され、前記ターゲット基板と前記受け基板との間の距離を予め定められた範囲内に維持する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザビームは、同時に存在する複数の波長を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザビームのパルス長を変更する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザビームを用いて、前記受け基板上に堆積された前記レオロジー化合物を硬化する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記受け基板上に堆積された前記レオロジー化合物を加熱する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
第２のレーザビームを用いて、前記基板上に堆積された前記レオロジー化合物を硬化する工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記受け基板は微小回路を含み、フラットパネルディスプレイ、ソーラパネル及び半導体ウェハ基板からなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
堆積された前記レオロジー化合物は、一対のノード間の電気的接続を提供する、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ターゲット基板は、前記レーザビームの光学パス内に位置するように適合され、前記レオロジー化合物によってコーティングされた第１の窪んだウェルを含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００７年９月１４日に出願した、"電子材料のレーザデカール転写"を発明の名称とする米国仮出願番号６０／９７２７０４の優先権を３５ＵＳＣ１１９（ｅ）のもと主張し、その内容を全体として援用するものである。
【０００２】
本願は、同一出願人による、２００７年５月１４日に出願した"堆積修復装置及び方法"を発明の名称とする米国出願番号１１／７４８２８１に関連し、その内容を全体として援用するものである。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、概して、ディスプレイ及び微小電子回路の修正、カスタマイズ及び／又は修復のための、電子材料の薄膜形状又はパターンを提供する非接触ダイレクト印刷に関する。本発明は、特に、フラットパネルディスプレイの修復に要求されるような微小回路の非接触修復に関する。
【０００４】
多くのアプリケーションにおいて、要求される材料の真空堆積又はリソグラフィーバッチプロセスを用いたパターンニングを例とする半導体プロセス技術を用いて製造される電子回路の追加的修正においては特にであるが、一旦完成された存在する回路上の欠陥を直す目的で、修復パターンを生成することができるプロセスが必要となる。存在する回路に準拠した追加的修正のためには、堆積される物質は、既に存在するパターンと同様の厚み、幅及び機能を有する必要がある。より具体的には、修復は、通常、"薄膜"特性を満たす必要がある。つまり、１マイクロメートル以下、多くの場合には０．５マイクロメートル以下の厚さ、及び５マイクロメートル以下の線幅が要求される。この範囲の寸法内の追加的薄膜材料を用いて、製造された回路を直すのに現在利用可能な最適なプロセスは、真空の存在を必要とする。これらの真空プロセスの例は、レーザ化学蒸着堆積（ＬＣＶＤ）、集束イオンビーム（ＦＩＢ）堆積及び真空レーザ誘発転送転写を含む。これらの技術を用いた場合、その複雑性、材料の限られた選択、及び半導体ウェハ及びリソグラフィークロムマスク上のパターン回路の修復のための堆積速度の遅さにより、限られた成果しか伴わない。フラットパネルディスプレイ等の大面積回路に対しては、ＬＣＶＤだけが修復アプリケーションに適している。
【０００５】
大気圧及び室温での追加的材料方法又はプロセスは、通常は、例えば、金属導電体、ポリマ又はセラミック誘電体である電子材料のダイレクト印刷に限られる。ＵＳ特許６，８０５，９１８（'９１８特許）及び７，０１４，８８５（'８８５特許）に記載されたように、そのようなプロセスは、機能的レオロジーシステムの使用を必要とする。より具体的には、レオロジーシステムは、固体と液体との間の範囲にある特性を有する材料クラスとして定められ、弾性又は粘性等の少なくとも１つの機能的レオロジー特性によって特徴付けられる。また、レオロジー物質は、これらには限定されないが、ゲル、ペースト、インク、濃縮液、懸濁液、ニュートン流体、非ニュートン流体、粘弾性固体及び弾粘性流体を含む。レオロジー物質は、これらには限定されないが、生体物質及び絶縁物を含む金属又は非金属を含んでもよい。レオロジー物質は、均一混合物であってもよく、典型的には、（例えば）機能材料、溶媒、賦形剤、化学的及びレオロジー前駆体、結合剤、界面活性剤、分散剤、粉末剤及び／又は生体物質を含む。機能材料は、所望の堆積に関わる機能的特性（電気性及び磁気性等）を含む材料である。レオロジー物質は、５から５００ナノメートルの範囲の粒子サイズを有し、１つ以上の溶媒及び／又は結合剤中に浮遊し、約１ｃＰから１，０００，０００ｃＰの範囲の粘度を有する金属材料又は非金属材料であってもよい。
【０００６】
選択された分配技術に応じて、レオロジーシステムの粘度は慎重に選択されるべきである。粘度は、１から１００ｃＰまでの粘度を有する水のようなインクから、中から大程度の粘度（１００から約１００，０００ｃＰまで）を有するより濃いインク、そして、１００，０００ｃＰ以上の粘度を有する濃いペーストまでに及び得る。インクジェットインクは、噴射温度において、約５から２０ｃＰの粘度を有する。スクリーン印刷インクは、約２０００ｃＰの粘度を有してもよく、一方で、スクリーン印刷ペーストは、約５０,０００ｃＰ以上の粘度を有してもよい。
【０００７】
低粘度インクを利用した分配方法及び技術は、圧電性、熱性、静電性、吸音性、又は他の駆動性を用いたインクジェットプリントヘッド・ドロップレットオンデマンド分配技術を含む。これらの方法は、十分に立証されており、１０００ｃＰ以下、大抵の場合は５０ｃＰ以下の粘度を有するインクが用いられる。生産レベルのインクジェットアプリケーションは、通常、１０ピコリットル体積以上の液滴を分配する。１０ピコリットルは、約２６マイクロメートル径の球体に等しい。５マイクロメートルの径を有し、０．３マイクロメートルの厚さを有する薄膜形状は、約６フェムトリットルの体積であり、それに等価な液滴（球体）は、約２マイクロメートルの径を有する。この液滴サイズを生成する装置は、研究室の外ではまだ利用可能でなく、この小さい体積は、電子材料又はアプリケーションに必ずしも準じない特定の流体を用いてのみ生成することができる。発展は続いているが、非常に細い線幅を提供するインクジェット技術はまだ生産段階にはきていない。
【０００８】
１０マイクロメートル以下の線幅を実現するためのインクジェット・ドロップレットオンデマンド方法の現在の欠点として次の点が含まれる。（ｉ）準拠した装置は、約１０００ｃＰ以下、多くの場合には５０ｃＰ以下の粘度を有する物質に限定される。（ｉｉ）（ｉ）は、少ない金属含有量であることをさらに意味する。（ｉｉｉ）このためさらに、導電要求、衝突処理能力を達成する目的で複数のパスを必要とする。（ｉｖ）装置の能力は、約５マイクロメートル径以上の液滴の分配手段の生成に限定される。これにより、約７マイクロメートルまでの最小線幅に限定される。（ｖ）液滴分配手段、インク粘度、インク／基板接触角、基板表面エネルギー、基板表面形態、印刷温度及び乾燥温度を含む複数の要素によって、線幅サイズ及びエッジ完全性が決定される。
【０００９】
機能的レオロジーシステムを用いたレーザ転送又はレーザダイレクト印刷方法は、例えば、ＵＳ特許'９１８及び'８８５及びＵＳ特許出願１１／７４８，２８１（'２８１出願）に記載されている。図１に、レオロジー物質のレーザ転送に要求される従来の装置１００を示す。転写される塗膜１０８は、受け基板１０４と対向する透明基板、すなわちリボン１０６に取り付けられる。リボンは、塗膜に対しての保持構造として機能し、レーザ使用波長を光学的に透過させなければならない。パルス性のレーザビーム１１６が、対物レンズすなわち最終レンズ１０２等の焦点光学部品を通って、塗膜の反対にあるリボン表面に方向づけられ、塗膜は、受け基板１０４に転送される。レーザ１１６に対して受け基板１０４を移動することによって、且つ、塗膜領域を絶えず転送できるようにレーザに対してリボンを移動することによって、転写パターン１１０が、受け基板上に形成される。受け基板上の転写パターンは、硬化される必要がある場合がある（図示せず）。通常、リボンの範囲は、リボンに衝突するレーザビームより大きい。図１Ａに示されたとおり、透明リボン上の塗膜は、受け基板から固定した距離において保持され、パルス性のレーザが、リリースされた塗膜層をギャップを横切るように推進させる。
【００１０】
レーザダイレクト印刷の主要パラメータは、（ａ）転送される物質の性質、（ｂ）レーザエネルギー密度、及び（ｃ）物質の性質及び得られるエネルギーの両方によって決まる転写メカニズムを含む。例えば、ＵＳ特許６，１７７，１５１（'１５１特許）及び６，７６６，７６４（'７６４特許）に記載されたようなＭＡＰＬＥ−ＤＷプロセスは、転送物質とマトリクス材とを組み合わせる。この組み合わせは、具体的には、パルス性レーザエネルギーにさらされたときに転送物質単独よりもより蒸発し易い特性を有する。転送物質は、これらには限定されないが、生体物質及び絶縁物を含む金属又は非金属を含んでもよい。塗膜物質（転送物質にマトリクスを加えたもの）は、堆積プロセスの間は固体状態であると想定される。'１５１特許及び'７６４特許で言及されたＭＡＰＬＥ−ＤＷプロセスを用いた場合の金属に対しての転送エネルギー密度は、通常、３００から５００ｍＪ／ｃｍ２である。ＭＡＰＬＥ−ＤＷ転写メカニズムは、マトリクス材の揮発化すなわち蒸発化を提供し、これにより、次いで、保持リボンから受け基板まで、転送物質を放出することができる。ＭＡＰＬＥ−ＤＷプロセスの場合、転送後に、堆積された物質は付加的な処理を必要としないことが想定できる。
【００１１】
'９１８特許の例では、レオロジー物質転写プロセスを用いた場合の金属に対する転送エネルギー密度は、４００から５００ｍＪ／ｃｍ２であると言及されている。'９１８特許及び'８８５特許に記載されたレオロジー物質転写メカニズムは、図２Ａ及び図２Ｂで簡略的に示したとおり、以下の工程から構成される。（ａ）レーザエネルギー１１６が、保持リボン表面近くのレオロジー流体２０２の非常に小さい容量を局所的に加熱する。その次に、（ｂ）蒸発化された物質が高圧バーストを生成し、高圧バーストは、蒸発化されていない流体１１０を受け基板１０４に転送するように流体１１０を推進させる。転送される物質は、実質的に変化しないレオロジー流体である。堆積物質のほとんどは、化学的前駆体を分解する目的、溶媒賦形剤を追い散らす目的、又は機能材料及び恒久的結合剤を凝固する、圧縮する又は焼結する目的で、熱、光熱又は光分解プロセス等の後処理工程を必要とする。
【００１２】
さらに、ＵＳ特許６,８１５,０１５（'０１５特許）に記載された噴射効果は、レオロジー流体を用いて、狭いプロセス窓条件下で生じる。具体的には、転写物質が略同一のサイズ又は入射レーザビーム形より小さいサイズを保つよう、転写プロセスを制御する目的で、転送エネルギー密度が調整される。'０１５特許で説明された噴射プロセスに対しての転送エネルギー密度は、１００ｍＪ／ｃｍ２以下である。噴射ウインドウでの動作は、入射レーザビームサイズに匹敵する形状サイズが生成され得る点で利点を有する。しかしながら、'０１５特許に記載された噴射挙動条件は、比較的厚い膜（１から２０マイクロメートルの厚さ、より具体的には、言及された例のように５から１０マイクロメートル）を必要とする。この比較的大容量のレオロジー流体は、'０１５特許の図６Ｄに示されたとおり、及び、本出願の図２Ｃ及び図２Ｄの２０４として簡略的に示されたとおり、ネックすなわち噴流の形成を必要とする。その結果、同様に厚い転写形状となり、これは、薄膜修復に要求される１マイクロメートル以下の厚さよりはるかに大きい。これに加えて、ネックすなわち噴流２０４を形成する目的で、レオロジー流体は１００,０００ｃＰより十分小さい、より好ましくは、１０,０００ｃＰ以下の粘度を有する流体特性を示す必要がある。ひいては、噴射形態下で生成される転送物質の液滴のような特性により、得られる転写は、噴射液滴が受け基板の表面に衝突したときに、意図する転写形状１１０の外側に大量の残骸すなわち飛沫１１２をもたらす。それから、レーザ転送アプローチの噴射形態における動作のさらなる制限は、微小回路の薄膜修復に要求される、安定した再現性のあるはっきりとしたエッジを有する明確に定義された狭い形状又はパターンを生成することができないことである。
【００１３】
レオロジー物質を用いての、薄膜特性を有する、すなわち、５マイクロメートル線幅で１マイクロメートル以下の厚さを有し、明確に定義されたはっきりとしたエッジ及び均一な厚さを有する印刷形状に要求される主要パラメータは、例えば、以下のことを含む。（ｉ）リボン基板上の物質の大きさ、均一性及び厚さ（物質転送方法）、又は供給される液滴の大きさ（エアロゾルジェット又はインクジェット）。（ｉｉ）供給又は基板温度、粘度、基板材料、表面形態又は粗さ、及び表面エネルギー条件に依存され得る、受け基板表面における物質の流れ。（ｉｉｉ）受け基板に対する供給メカニズムの相対位置。噴射形態において動作するインクジェットシステム又はレーザ転送転写システムの場合には、例えば、受け基板と供給メカニズムの距離が大きすぎると、（液滴の拡散により）線幅が大きくなりすぎ、一方で、距離が近すぎてもまた、（液滴の跳ねがもたらす）ラインエッジの十分でない明確性により、線幅が大きくなりすぎてしまう。レオロジー物質を用いての、ラインエッジの良好な明確性を有する、５マイクロメートル幅の細線のダイレクト印刷において考慮すべきさらなるパラメータは、以下のことを含む。（ｉｖ）インク又はレオロジー物質の物質粒子サイズ。金属においては、典型的な金属粒子サイズは、１０ナノメートル以下であるべきである。（ｖ）供給メカニズムの開口サイズ。（ｖｉ）ビームサイズ。（ｖｉｉ）エネルギー密度及び均一性。（ｖｉｉｉ）レーザ又はエネルギー源の波長。
【００１４】
従来のダイレクト印刷技術は、ディスプレイ及び微小電子回路の修正、カスタマイズ及び／又は修復、特に、フラットパネルディスプレイの修復に要求されるような微小回路の非接触追加的物質修復に要求されるような、薄膜特性を有する細い形状を生成する要求を達成できない。'０１５特許に記載された噴射形態は、薄膜要求を満たさず、公称５マイクロメートル以下の幅及び１マイクロメートル以下の厚さの薄膜線形状の形成のための使用には適さない。
【発明の概要】
【００１５】
本発明によれば、アブレーション、マトリクス蒸発又は噴射形態のいずれかで動作する他の従来のレーザ転送技術とは対照的に、薄膜のような形状を生成する目的で、ここではレーザデカール転写と称されるレーザ転送プロセスが用いられる。レーザデカール転写を実行する装置は、受け基板、ターゲット基板を受けるように適合され、レーザ源を含む。ターゲット基板は、一部分において、前面と背面とを有するレーザ透過保持体を含む。ターゲット基板の前面は、受け基板から所定のギャップ距離離れている。ターゲット基板の前面は、高粘度のレオロジー流体を有する薄い層でコーティングされる。非常に低いエネルギーを有するレーザパルスは、ターゲット基板の背面を通って、レーザビームに関して中央に設けられる可変開口部によって決定される領域上に薄膜を照射するように方向付けられる。レーザデカール転写プロセスは、レーザ照射領域と略同一の均一で連続的な層をターゲット基板からリリース及び転送することができる。リリースされた層は、最初の大きさ及び形状に対して実質全く変化しない状態で、ギャップを横切って転送される。これにより、数マイクロメートル以下の幅及び数十マイクロメートルの厚さを有する薄膜形状を、受け基板表面上に生成することができる。低いエネルギー密度のレーザ源相互作用を用いた高い均一性と高粘度レオロジー流体を用いた非常に薄い膜とを組み合わせることにより、層のリリース及び転送によって生じるせん断力を弱めると同時に、レーザパルスにさらされる領域の円滑なリリースが可能となる。つまり、層の動作は、層流形態での流体の動作として振舞う。レーザデカール転写プロセスは、レーザによって照射されるターゲット基板上の領域の大きさ及び形状に略一対一に対応するパターンの転写をもたらすので、レーザデカール転写プロセスは、他の公知のレーザ転送プロセスとは異なる。受け基板の表面エネルギー、ぬれ性又は驚動性とは無関係に、受け基板の表面上に転写されて得られるパターンは、厚さ及び形態において非常に均一であり、鮮明なエッジ形状を有し、高い粘着力を提供する。レーザデカール転写においては、他の非接触転写又は噴射技術では生じる液滴すなわち残骸が堆積領域の外側に形成されない。このため、リソグラフィー又は接触転写技術によって達成できるものと同様の形状及び解像度を有するパターンの生成が可能となる。
【００１６】
１つの実施例においては、レオロジー化合物の粘度は、１０，０００センチポイズ（ｃＰ）以上である。別の実施例においては、膜の厚さは２マイクロメートル以下である。
【００１７】
１つの実施例においては、本発明のレーザデカール転写方法は、室温及び大気圧において光学的に行なわれる。レーザは、パルス性レーザであってもよく、連続波レーザであってもよい。レーザエネルギーは、レンズを通して焦点が合わされてもよい。１つの実施例では、連続的に定義された受け位置に堆積を行なう目的で、レーザビームは、連続的に定義されたターゲット位置を繰り返し照射する。堆積は、二次元パターンを形成してもよく、または三次元パターンを形成してもよい。
【００１８】
１つの実施例では、ターゲット基板は、レーザビームの波長を透過するレーザ透過性の柔軟性のあるリボンを含む。１つの実施例では、レーザビームは、同時に存在する複数の波長を有する。１つの実施例では、レーザビームのパルス長は変更される。
【００１９】
１つの実施例では、ターゲット基板は受け基板に対して移動されるが、ターゲット基板と受け基板との間の距離は、予め定められた範囲内に維持される。１つの実施例では、ターゲット基板はレーザビームに対して移動されるが、形状可変開口部がレーザビームに関して中央に保持される。
【００２０】
１つの実施例では、受け基板上に堆積されるレオロジー化合物は、レーザビームを用いて硬化される。別の実施例では、受け基板上に堆積されたレオロジー化合物を硬化する目的で、異なる加熱素子が用いられてもよい。そのような加熱素子は、デカール転送の間に用いられるレーザビームとは異なるレーザビームであってもよい。
【００２１】
受け基板は、フラットパネルディスプレイであってもよく、ソーラパネル又は半導体ウェハ基板等であってもよい。また、基板はプレーナ形であってもよく、非プレーナ形であってもよい。１つの実施例では、堆積されたレオロジー化合物は、一対のノード間の電気接続を提供する。１つの実施例では、リボンは、レオロジー化合物でコーティングされた窪んだウェルを含む。窪んだウェルは、レーザビームの光学パス内に位置するように適応する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】レーザ転送装置を示す図である。
【００２３】
【図２Ａ】従来技術で知られている、ＭＡＰＬＥ−ＤＷプロセスに準じた、物質のレーザ転送を示す図である。
【００２４】
【図２Ｂ】図２Ａの物質の受け基板に転送された後の状態を示す図である。
【００２５】
【図２Ｃ】従来技術で知られている、噴射プロセスに準じた、物質の転送を示す図である。
【００２６】
【図２Ｄ】図２Ｃの物質の受け基板に転送された後の状態を示す図である。
【００２７】
【図３Ａ】本発明の１つの実施例に準じた、入射レーザビームに応じてターゲット基板からリリースされ、デカール転送を利用して受け基板に向かって推進されるレオロジー化合物を示す図である。
【００２８】
【図３Ｂ】本発明の１つの実施例に準じた、図３Ａのリリースされたリオロジー化合物の、受け基板に転送された後の状態を示す図である。
【００２９】
【図４Ａ】ターゲット基板から受け基板に物質をレーザデカール転写するのに適した装置の断面図を示す図である。
【００３０】
【図４Ｂ】本発明の１つの実施例に準じた、レーザデカール転写を利用して転写されるレオロジー化合物を保持するのに適した窪みウェルを有するリボンを示す図である。
【００３１】
【図５Ａ】本発明のデカール転送に準じた、ビーム成形の例示構成を示す図である。
【図５Ｂ】本発明のデカール転送に準じた、ビーム成形の例示構成を示す図である。
【図５Ｃ】本発明のデカール転送に準じた、ビーム成形の例示構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の１つの実施形態によれば、入射レーザビームを用いて、定義された形状を有するレオロジー化合物は、ターゲット基板から受け基板に移動される。レーザを照射された非蒸発性レオロジー化合物のデカール転写を生じさせるように選択されたエネルギー密度を有するレーザビームによって、化合物は照射される。それに応じて、レーザを照射された非蒸発性レオロジー化合物は、ターゲット基板からリリースされ、ターゲット基板から遠ざかるように推進され、受け基板上の定義された位置において堆積される。
【００３３】
本発明によれば、テンプレート転送とも呼ばれるデカール転写は、所望の小さい線幅及び１マイクロメートル以下の厚さを達成する。より具体的には、デカール転写は、形状及び領域において、その上に転送される物質が取り付けられるレーザ転送パルス衝撃ターゲット基板、すなわちリボンと一対一に実質対応したレオロジー物質の転送である。デカール転写がもたらす転送形状は、対象とする全領域をまたがって、均一で十分に定義されたエッジ及び厚さを示す。従って、レーザパルスにさらされるリボン界面の領域は、高粘度のレオロジー物質の同一の領域をリリースする。高粘度のレオロジー物質は、リボンと受け基板との間のギャップを横断する間その形状を保ち、同一寸法の堆積パターンを形成する。デカールレーザ転送プロセスは、周囲条件、すなわち、略室温及び略大気環境において行なわれる。
【００３４】
図３Ａ及び図３Ｂに、物質２０６のデカール転写を示す。物質２０６は、受け基板１０４に向かって推進され、着地するとき損なわれないままである。本発明によれば、特定の繰り返し可能合成物及び構造のレオロジー物質のコーティングは、レーザビーム及び受け基板に対する繰り返し可能位置において基板へ移動される。レーザデカール転写形態において動作する装置は、ＵＳ出願番号１１／７４８２８１に記載されている。
【００３５】
デカール転写とレオロジー物質の特性、特に、１０，０００ｃＰ以上の粘度、より具体的には、１００，０００ｃＰ以上の粘度を有する高粘度物質の要求との間には強い依存関係がある。特に、レーザデカール転写用に高粘度のペーストを用いることで、リボンのコーティングに含まれる均一性、非断片性且つ非変形性せん断層のリリースが可能になる。より高い粘度のペーストに存在する大きな粘着力により、このことは可能になる。図３Ａ及び３Ｂに示されたとおり、転送される高粘度層２０６は、損傷を受けないまま、リボン１０６と受け基板１０４とを隔てるギャップ１１２を横切るように推進される。さらに、転送される高粘度層２０６は、実質損傷を受けないままであるので、比較的大きなギャップ１１２、より具体的には、約１０マイクロメートル以上のギャップ距離を横切るよう推進され得る。これに対して、より小さい粘度のインクが数マイクロメートル以下のギャップを横断する場合には、インクの表面張力、及びギャップ内に存在する周囲大気の抵抗により、インクはより小さい要素に分裂する。また、より小さい粘度の流体がより小さい要素に分断することにより、低減した粘度がもたらすより高い表面エネルギーにより、断片はより小さい球体を形成し、その結果、小滴の移動をもたらす。これにより、小滴が受け基板の表面に衝突する結果、連続的な均一な層を形成することができない。小滴（球体）は、むしろ本来のレーザ転送スポットよりも大きな領域に広がる傾向があるので、その結果、残骸が生じることを避けられない。
【００３６】
一般的に、ペースト等の高粘度のレオロジー物質は、インク等の低粘度のレオロジー物質と比べて、多くの利点をもたらす。第１に、高粘度のペーストは著しく高い固形分を有すため、導電性が重要である印刷金属特性において、高粘度ペーストは単一のパスに適用され得る。これに対して、低粘度のインクの場合には、目標とする導電性を達成するためには、複数のパスが必要となるであろう。さらに、高粘度物質は、受け基板の表面エネルギー特性がもたらす影響が少なく、特に、接触角影響による、受け基板の表面に達した後の広がりが起こりにくい。高粘度のペーストは、受け基板の表面驚動性による影響を受けにくく、受け基板の表面への良好な付着性を有しやすいので、このことは非常に重視すべき事項である。また、高粘度のペーストは、受け基板に到達したときその形状を保つので、粗さ、勾配及び段等の表面不完全性を乗り越えて、十分に定義された均一のエッジを有する連続的なパターンを形成し得る。図２Ｂ及び２Ｄに、従来技術のＭＡＰＬＥ−ＤＷ及び噴射プロセスを用いて転送された低粘度物質の得られる形状を示す。図３Ａ及び３Ｂに、本発明の高粘度物質のデカール転写の結果を示す。本発明のデカール転写の利点は、図２Ｂ及び図２Ｄと図３Ａ及び図３Ｂとを比べれば明らかである。
【００３７】
コーティング厚さは、デカール転写プロセスにおけるクリティカルな変数であり、噴射形態等の他のレーザ転送技術とデカール転送との差違を際立たせる要素である。実験によれば、最良のデカール転写は、コーティング厚さが１マイクロメートル以下であるとき、より具体的には、０．５マイクロメートル以下のときに達成できる。これに対し、ＵＳ特許６、８１５、０１５に記載された噴射形態においては、コーティング厚さは、約１０マイクロメートルが要求される。コーティングが厚くなるほど、コーティングをその周囲から除去するためのより高いレーザエネルギーが必要となる。このより高いエネルギーを有するレーザパルスは、より熱くなり、又は、コーティング内の加熱溶媒から生成されるより多くの蒸気をもたらし得る。これにより、リボンからコーティング材料を除去するばかりではなく、転送されるコーティング材料が分断されることにより、転送されるコーティング材料の完全性を損なうようなより高い圧力パルスが生じる。これに対して、デカール転写プロセスは、コーティング材料を完全に損なわずに転送するので、非常に薄いコーティングはまた、非常に均一でもあり、特に小さい穴又はギャップを有さないはずである。
【００３８】
コーティング粘度に加えて、コーティング厚さは、デカール転写において重要な要素である。噴射転送は、ネックすなわち噴流の形成を可能にすべく、はるかに小さい粘度及びより厚さの大きい（より体積の大きい）ものを要求するのに対して、デカール転写は、高粘度及び厚さが小さい場合が最適である。
【００３９】
繰り返し可能であり再現可能なデカール転写のために、レオロジー物質の合成バランスの不変性が必要である。ＬＩＦＴ及びＭＡＰＬＥ−ＤＷプロセスにおいて転送される物質は大抵固体であるのに対して、レオロジー物質は、粘度等のレオロジー特性に寄与する、機能材料、溶媒、キャリア材料、結合剤、分散剤等を含む均一混合物である。いくつかの選択されたレオロジー物質は、低いが零ではない蒸気圧を有する溶媒又は流体を含んでも良く、これにより、そのような溶媒又は流体の蒸発によって、時間ともにレオロジー物質の変化がもたらされる。デカール転写方法に必要とされるリボン上の非常に薄いコーティングは、インク内の揮発性成分の蒸発を促進する非常に高い表面領域−体積比率により非常に不安定であり得る。従って、安定したデカール転写のためには、特に５マイクロメートル以下の線幅において、転写されるレオロジー物質は、時間が経過しても安定した特性を有さなければならない。合成物の保護は、（ａ）転写されるレオロジー物質を、変化を抑制する（例えば、温度、湿度及び圧力条件を制御する）環境内に設けること、（ｂ）ＵＳ出願番号１１／７４８２８１に記載されたとおり、レオロジー物質が転送においてさらされる時間がいつも略同じになるよう、プロセスの順番を制御し、ステップを処理することを含む幾つかの手段によって達成されてもよい。
【００４０】
ＵＳ出願番号１１／７４８２８１に記載されたとおり、受け基板に対するリボンの高さ位置を一定に維持するのに適した１つの実施例は、図４Ａ及び４Ｂに示されたとおり、後にレオロジー物質によって満たされる、リボン内に形成された凹部又はウェルを含む。図４Ｂは、その中に形成された窪んだウェル１２４を有するリボン１０６の斜視図である。窪んだウェル１２４は、ウェル内に設けられるレオロジー物質の繰り返し可能な均一な厚さを達成するための手段を提供する。窪みのない表面１２２は、転写されないコーティング材料を用いて、受け基板を汚染することなく、受け基板１０４と接触してもよい。あるいは、窪んだウェルを有するリボンは、受け基板の上において、一定の間隔をおいて保持されてもよい。
【００４１】
レーザデカール転写に対しては、数十マイクロメートルから約２マイクロメートルのウェル深さ１２０が、公称５マイクロメートル線幅、及び１マイクロメートル以下の線厚さにおいて、適切な線完全性を提供するために用いられる。これらのウェルに均一なコーティングをするために、公知のドクターブレード技術を用いてもよい。リボン内の窪んだウェルを用いることで、固い又は柔軟な基板材料を用いることが可能になる。ペーストが一旦リボンウェルにドクターブレードされれば、ペーストの流動性は、ペーストが乾く前に数々の転送の調整及び実行をすることに十分な長い時間維持される。
【００４２】
デカール転送のためのレーザは、ダイオード励起レーザ、フラッシュランプ励起レーザ、連続波レーザ、又は物質の転送に適した他のあらゆるレーザであってもよい。物質転送の機能が、物質除去と組み合わされた場合において、選ばれたレーザは、より広い機能要求を有してもよい。商用のパルスレーザは通常、遠紫外線（ＵＶ）から赤外線（ＩＲ）までの、より具体的には、２６６ナノメートルから１０６４ナノメートルまでのフルスペクトラル領域、１０の−１２乗から１０の−６乗秒の範囲のパルス幅、及び０から１００キロヘルツ以上までの範囲のパルス繰り返し周波数を有する。適したレーザの例としては、１０６４ナノメートル（ＩＲ）、５３２ナノメートル（緑）、３３５ナノメートル（ＵＶ）、２６６ナノメートル（遠紫外線）等の広波長領域を有し、１００ナノ秒以下、典型的には、５から３０ナノ秒の間のパルスを提供する、周波数４倍又は３倍ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧ（又はＮｄ：ＹＶＯ４）レーザが挙げられる。レーザのビーム分布は、デカール転送される領域にわたって均一である、"トップハット"分布であるべきである。転送はまた、ガウス分布のようなより均一でないビーム分布によってなされてもよい。デカール転送領域におけるレオロジー物質のレーザ転送のレーザフルエンスは、通常は、１５から５０ｍＪ／ｃｍ２の範囲である。Ｑスイッチレーザ等のレーザが、１００ナノ秒以下の転送するため及びカッティング修復のためのパルスを提供するため、及び、さらに、転写線を硬化するため、数百マイクロ秒の長さ（例えば、１００から３００マイクロ秒まで）の、又は、連続波（ＣＷ）モードのパルスを提供するために構成されてもよい。
【００４３】
デカール転写を可能にするためには、特定の条件を満たす必要がある。転送される物質は、高い粘度（１０、０００ｃＰ以上、典型的には、１００、０００ｃＰ以上）を有さなければならない。コーティングの厚さは、典型的には、１マイクロメートル以下であるべきである。レーザビームエネルギー（フルエンス）は、比較的低く（約５０ｍＪ／ｃｍ２以下）なければならない。高い均一性及び低いエネルギー密度のレーザ源相互作用と、高粘度のリオロジー流動体を用いた非常に薄い塗膜とを組み合わせることによって、層のリリース及び転送によって生じるせん断力を弱めると同時に、レーザパルスにさらされる領域の円滑なリリースが可能となる。つまり、層の動作は、層流形態での流体の動作として振舞う。デカール転送は、層流転送形態で動作し、これは、アブレーション、マトリクス蒸発又は噴射形態のいずれかで動作する他のレーザ転送技術と対照的である。これらの条件において、レーザデカール転写方法は、コーティング材料が設けられるリボンを照射するレーザスポットの大きさ及び形状に一対一で対応する高い粘度のコーティング材料の転写又は堆積をもたらす。つまり、レーザパルスにさらされるリボン界面の領域は、高粘度のレオロジー物質の略同一の領域をリリースする。リリースされた領域は、リボンと受け基板との間のギャップを横切る間その形状を維持し、略同じ寸法の堆積パターンを形成する。さらに、転写される高い粘度の層は、略完全なままなので、比較的大きなギャップ、より具体的には、約１０マイクロメートル以上のギャップ距離を横切って推進し得る。
【００４４】
他のレーザ転送転写方法とは異なり、デカール転写条件を用いることで得られる形状サイズ及び形は、一旦リボン上のコーティング層が最適化されると、レーザビーム形状及びビームの均一特性によって直接的に影響される。このデカール転写の挙動の密接な関係は、重要な点であり、その他のレーザ転送転写技術に対して相当な利点を提供する。レーザビームを光学的に形づくり、例えば、正方形又は長方形を形成することによって、レーザデカール転写プロセスは、対応する正方形又は長方形を形づくる物質のダイレクト印刷をもたらす。ＵＳ出願番号１１／７４８２８１に記載されたとおり、レーザ印刷装置は、ビームパスにおいて、形づくられた開口部又は形状可変の開口部を含んでもよい。形状可変装置は、最小のスポットサイズと同一の大きさの寸法を有する、正方形（図５Ａ）又は長方形（図５Ｂ又は図５Ｃ）等、長方形の形状を変えることができる。図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに示された例においては、開口部の２つの辺（ａ及びｂ）は固定して保持され、一方で、残りの２つの端（ｃ及びｄ）はｘ及び／又はｙ方向に移動される。異なる大きさのビーム形状ａ'ｂ'ｃ'ｄ'が形成され得り、これらの形状は、デカール転写プロセスによって同一の形状及び大きさで再現可能である。異なる大きさの開口部の生成において他の方法を用いることも可能である。例えば、１つの実施例では、可変開口部は、４つの移動可能の端（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を含んでもよい。
【００４５】
例えば、１０個のレーザパルスを用いて、各辺が５マイクロメートルである１０個の隣接する正方形から成る線を印刷するかわりに、５マイクロメートル×５０マイクロメートルの長方形及び単一のレーザパルスで形づくられたビームを用いて、同一の５マイクロメートル×５０マイクロメートルの線を印刷してもよい。他の例では、要求される形状が、例えば、長辺が５０マイクロメートルで、線幅が５マイクロメートルの"Ｌ"字形の線である場合には、デカール転写プロセスは、次に示すようにわずか２つの工程で"Ｌ"を印刷してもよい。最初に、（例えば、図５Ｂに示されたとおり）開口部を変化させて５マイクロメートル×５０マイクロメートルのサイズのビームを生成し、その後に、（例えば、図５Ｃに示されたとおり）開口部を変化させて５０マイクロメートル×５マイクロメートルのサイズのビームを形成する。さらに他の例としては、例えば、５０マイクロメートル×５０マイクロメートルの大きい領域を、相当する開口サイズ、そして、これにより相当するビームサイズが提供できるなら、１つのパルスで印刷してもよい。従って、レーザデカール転写方法の第１の利点は、転写される形状が、ビーム成形開口アレンジメントを介して、使用者によって定義される形状を有し得ることである。
【００４６】
形状可変開口部を有するレーザデカール転写方法の第２の利点は、処理能力である。なぜなら、これらの可変形状の組み合わせによって、最小の工程で可能な限り大きい形状を有する所望のパターンの構築が可能となり、このため、その他の従来のダイレクトライティング方法による時間よりもはるかに短い時間内でのライティングの完了が可能となる。レーザデカール転写方法の第３の利点は、形状サイズを、レーザ光学によって支配できることである。このことは、インクジェット・ドロップレットオンデマンド、又はさらに、低粘度物質を用いたレーザ転送転写方法とは異なり、相応に非常に狭い（５マイクロメートル以下）照射ビーム分布において、物質を転写するために十分なビームエネルギーがあるとしたら、相応する非常に細い線を印刷し得ることを意味する。
【００４７】
本発明における、デカール転写の第４の利点は、周囲の関係の無い残骸の量を最小限から零まで抑制した所望のパターンを生成することができることである。アブレーション、マトリクス蒸発又は噴射形態のいずれかで動作し、基板表面において高い粘度で移動する転写される物質又はインクの衝撃により、跳ねを生じさせ、他の残骸が生じる他のレーザ転送技術及びインクジェットプロセスとは対照的に、デカール転送は、層流転送形態で動作する。残骸は、望まない二次汚染、又は回路又は修復又は修正されるパターンの近郊において望まない電気的ショートの生成を生み出し得る。
【００４８】
デカール転写の第５の利点は、受け基板上のギャップ又は空間を横切る自立構造の形成を可能にする。これにより、交差部分を含むダイレクト印刷及び他の３次元構造における潜在アプリケーションとなる、自立層又はブリッジの堆積が可能となる。
【００４９】
デカールプロセスの第６の利点は、非常に薄い厚さを有する形状を転写できる能力である。ＵＳ特許６，８１５,０１５に記載された噴射プロセス、及びＵＳ特許６，８０５，９１８及び６，１７７，１５１に記載された初期のＭＡＰＬＥ−ＤＷ成果によって得られる転写は、通常、約１０マイクロメートルの厚さである。本発明のデカールプロセスは、約０．１マイクロメートルの厚さを有する層を転写することができる。
【００５０】
レーザデカール転写方法においては、転写されるレオロジー物質を硬化する必要があり得る。例えば、金属薄膜線の形成において、溶媒及び結合剤を含むキャリアが混入された金属ナノ粒子を有するレオロジーペーストが用いられてもよい。この場合、非金属の溶媒及び結合剤を払いのけるために、転送後に加熱が必要となる。金属物の硬化は、レーザ（連続波又はパルス状）又はレーザダイオード、及びダイレクトライティング転写の間に堆積された転写物質を硬化する目的で、熱源を提供するために必要となるあらゆる関連した光学品から構成されてもよい。そのかわりに、転送レーザアセンブリが、要求される硬化パラメータ（パルス長、エネルギー）を提供する目的で構成されてもよく、また、専用の硬化レーザが、転送専用のレーザに加えて設けられてもよい。
【００５１】
レーザが硬化のために利用される場合、レーザ波長を、レオロジー物質を硬化（つまり加熱）するのに要求される値に適切に一致させるべきである。伝統的に、赤外線波長と加熱との関連性により、レーザ硬化プロセスには、赤外線（ＩＲ）レーザが用いられる。本発明の１つの実施例では、金属（特に金及び銀）ナノ粒子ペースト及びインクを硬化するために、これらの電子プラズモン共振は、２．４８ｅＶ近郊の光子エネルギーに対応する周波数において生じ、５３２ナノメートル波長の光子は、そのエネルギーを非常に効率的に加熱及び硬化される銀ナノ粒子に結合させることができることから、緑領域（つまり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの５３２ナノメートル）波長が用いられる。修復アプリケーションにおいては、多くの場合、損傷を防ぐ目的で、転写パターン及び周辺領域下の基板の熱影響を最小銀にする必要があるので、薄膜転写パターンを硬化する目的で、赤外線波長のかわりに、緑領域波長を用いることにより、さらなる利点がもたらされる。例えば、フラットパネルディスプレイ回路の修復においては、ガラス及びＩＴＯ層は緑領域波長を透過させるが、赤外線波長はより多くを吸収する。
【００５２】
１つの例では、ナノメートルサイズの銀粒子を有し、約１２０，０００ｃＰ以上の粘度を有するインクペーストが、標準のドクターブレード技術を用いて、ガラスリボン基板に設けられた。インクペーストコーティングの厚さは、約０．３マイクロメートルであった。ペーストコーティングが無地のガラス受け基板に対向するように、ガラスリボン基板は次に反転された。ペーストコーティングと受け基板との間には、約８マイクロメートルのギャップが設けられた。５×１５マイクロメートルの長方形ビームをガラスリボン基板上に入射させる目的で、パルス状周波数３倍Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザビーム（３５５ナノメートル波長）が、長方形開口部を通るように方向づけられ、２０倍顕微鏡対物レンズを通して投像された。受け基板は、Ｘ−Ｙステージ上に搭載された真空チャックによって保持された。約０．３マイクロメートルの厚さの５×１５マイクロメートルの長方形のパターンの転写は、Ｘ−Ｙステージのステッピングをレーザパルスと連動させることによって、受け基板上に生成された。線は、１８０マイクロメートルの間隔を有する、受け基板上の複数の金パッドの間に印刷された。転写パターン間での適切な重なりを提供する目的で、ステージ速度は、約５０マクロメートル／秒であり、レーザショット間の間隔は、典型的には１２マイクロメートルであった。ビーム焦点フルエンスは、約３３ｍＪ／ｃｍ２であった。印刷線は、５３２ナノメートル波長において動作し、同一の顕微鏡対物レンズを通るように方向付けられた連続波緑領域レーザを用いて硬化された。緑色レーザは、約２７ｋＷ／ｃｍ２の焦点強度に設定され、印刷線上を走査された。得られた線は、良好な付着性（テープ試験において４Ｘ）を有し、約１０マイクロオームセンチメートルの電気抵抗を有した。
【００５３】
他の例では、例１において先に記したとおり、未硬化試料が用意された。しかしながら、この例においては、ガラス試料上に印刷される線は、温度３５０℃においてオーブン硬化された。得られた線は、良好な付着性を示した（テープ試験において４Ｘ）。
【００５４】
さらなる他の例では、例１のように、銀インクペーストが、ガラスリボン基板に取り付けられた。受け基板は、約５０マイクロメートル×５０マイクロメートルの３マイクロメートル深さの段形状を含むフラットパネルディスプレイ回路の一部であった。（速度５０マイクロメートル／秒で）５×１５マイクロメートルのサイズの複数の長方形が段形状を横切りながら、これら転送された複数の長方形による線が印刷された。得られた印刷線は、段形状と合致したものであって、最初に上面から傾斜した側壁まで横切り、次に、段形状の底面を横切り、その後に、反対の側壁に沿って戻り、上面へと続く。印刷線は、５３２ナノメートル波長、約１０ｋＷ／ｃｍ２の焦点強度、及び５０マイクロメートル／秒の速度で、レーザ硬化された。電子顕微走査は、線が連続的であり非常に高密度であることを示した。同様の型の表面を横切る線のレーザ硬化では、約４８マイクロオームセンチメートルの電気抵抗となった。オーブン硬化がまた使用され、印刷線によって、同様に良好な段被覆がもたらされた。
【００５５】
本発明の上記実施例は、実例にすぎずこれらには限定されない。さまざまな変形例及び同等例がなし得る。本発明は、一例として、フラットパネルアレイ修復を参照して説明したが、本発明が、カラーフィルタ修復又はパネル修復のような、ＦＰＤ製造範囲で他の修復プロセスに適用され得ることは理解できるであろう。さらに、本発明は、微小電子回路の製造及び修復、フラットパネル及びソーラパネル上への回路印刷、又はソーラパネルの修復、又は、コンデンサ、バッテリー及び半導体回路等の製造のように、堆積を必要とするダイレクトライティングアプリケーションに使用されてもよい。これに加えて、本開示を考慮しての省略又は変更が考えられ、それらを添付の請求項の範囲に含むことを目的とする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2010539704.tif 000009
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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