(57)【要約】硬化性パターン化可能インク、このインクを、電子デバイス中で機能を実行する構造の一部として使用する方法、及び基材上に電子デバイス内部で使用するための前記構造を形成するソフトリソグラフィー方法を開示する。硬化性パターン化可能インクは一般に、（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位によって定義される第１部分、（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位によって定義される第２部分、及び有機溶媒を含む。或いは、インクは、構造単位（Ｒ）３ＳｉＯ１／２又はＳｉＯ４／２をさらに含む。Ｒ基はアリール基、メチル基、又は架橋性基であるように独立して選択され、存在するアリール基の数は、少なくとも１個のアリール基から最大２０モル％までの範囲の量である。パターン化可能インクは、ソフトリソグラフィープロセスを利用して、再現性に優れた適用パターンで基材に塗布できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に電子デバイス用の構造を形成するソフトリソグラフィー方法であって、
パターン化可能インクを前記基材の表面上に所定のパターンで印刷してパターン化インク層を形成する工程であって、前記パターン化可能インクが、有機溶媒に分散したアリール官能化樹脂成分と、任意選択により硬化促進剤、触媒、低分子量架橋剤、接着促進剤、及び阻害剤から選択される１つ以上の追加の成分とを含み、前記アリール官能化樹脂成分が、硬化性アリール官能化シルセスキオキサン樹脂と、線状アリール官能化ポリシロキサンとの所定の組合せを含む、工程と、
前記パターン化インク層を硬化する工程であって、硬化させたパターン化インク層が式（Ｆ−１）：
（ＴＲ）ａ（ＤＲＲ）ｂ（ＭＲＲＲ）ｃ（Ｑ）ｄ                    （Ｆ−１）
［式中、（ＴＲ）ａは（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位を表し、（ＤＲＲ）ｂは（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位を表し、（ＭＲＲＲ）ｃは（Ｒ）３ＳｉＯ１／２の構造単位を表し、（Ｑ）ｄはＳｉＯ４／２の構造単位を表し、各Ｒ基はアリール基であるように独立して選択され、下付き文字（ａ〜ｄ）は、関係式（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）＝１｛ここで、下付き文字（ａ）及び（ｂ）はゼロより大きい｝にしたがう各構造単位のモル分率を表す］にしたがうＴＲ、ＤＲＲ、ＭＲＲＲ、及びＱ構造単位によって定義されるアリール樹脂層を含む、工程と、
メタライゼーション層を、前記硬化させたパターン化インク層の表面の少なくとも一部に適用する工程と、
前記基材上に、前記電子デバイスにおいて機能を実行できる構造を形成する工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記アリール基が、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、又はそれらの組合せから選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記パターン化可能インクを基材の表面上に印刷する工程が、
前記パターン化可能インクを、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層の表面上に転写する工程と、
前記ＰＤＭＳ層上に前記パターン化インク層を形成する工程と、
前記パターン化インク層と前記ＰＤＭＳ層との間の境界面を乾燥又はゲル化する工程と、
前記パターン化インク層を前記基材の表面と接触させる工程と、
前記パターン化インク層を、前記ＰＤＭＳ層から前記基材の表面に転写する工程と、をさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記パターン化可能インク中の前記アリール官能化樹脂成分が、少なくとも１個のアリール基を、前記樹脂成分の最大２０モル％の量で含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
電子デバイスであって、
表面を持つ基材と、
所定のパターンで前記基材の表面に近接して配置された硬化させたインク層と、
少なくとも１つのメタライゼーション層と、
任意選択により封止層、パッシベーション層、はんだバンプ及びワイヤのうちの１つ以上と、を含み、
前記硬化させたインク層が、式（Ｆ−１）：
（ＴＲ）ａ（ＤＲＲ）ｂ（ＭＲＲＲ）ｃ（Ｑ）ｄ                    （Ｆ−１）
［式中、（ＴＲ）ａは（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位を表し、（ＤＲＲ）ｂは（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位を表し、（ＭＲＲＲ）ｃは（Ｒ）３ＳｉＯ１／２の構造単位を表し、（Ｑ）ｄはＳｉＯ４／２の構造単位を表し、各Ｒ基はアリール基であるように独立して選択され、下付き文字（ａ〜ｄ）は、関係式（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）＝１｛ここで、下付き文字（ａ）及び（ｂ）はゼロより大きい｝にしたがう各構造単位のモル分率を表す］にしたがうＴＲ、ＤＲＲ、ＭＲＲＲ、及びＱ構造単位によって定義されるアリール樹脂層を含む、電子デバイス。
【請求項６】
前記電子デバイスが、極超大規模相互接続構造（ＵＬＳＩ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）、半導体デバイス、プリント回路基板（ＰＣＢ）、又は太陽電池である、請求項５に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記硬化させたインク層中の前記アリール基が、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、又はそれらの組合せから選択される、請求項５又は６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記硬化させたインク層中の前記アリール基が、前記樹脂成分の最大２０モル％の量で存在する、請求項５〜７のいずれか一項に記載の電子デバイス。
【請求項９】
電子デバイス中の構造の形成に使用する硬化性パターン化可能インクであって、前記硬化性パターン化可能インクが、
（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位によって定義される第１部分と、
（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位によって定義される第２部分と、
有機溶媒と、
任意選択により硬化促進剤、触媒、低分子量架橋剤、接着促進剤、導電性充填剤、非導電性充填剤、及び阻害剤から選択される１つ以上の追加の成分と、を含み、
ここでＲ基はアリール基、メチル基、又は架橋性基であるように独立して選択され、前記アリール基が、少なくとも１個のアリール基から最大で前記アリール樹脂の２０モル％までの範囲の量で存在する、硬化性パターン化可能インク。
【請求項１０】
前記インクが、Ｒ３ＳｉＯ１／２の構造単位によって定義される第３部分と、任意選択によりＳｉＯ４／２の構造単位によって定義される第４部分と、をさらに含む、請求項９に記載の硬化性パターン化可能インク。
【請求項１１】
前記アリール基が、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、又はそれらの組合せである、請求項９又は１０に記載の硬化性パターン化可能インク。
【請求項１２】
前記架橋性基が、ヒドロシリル化、水素化カップリング、又は加水分解／縮合反応を経ることが可能な、ビニル、Ｓｉ−Ｈ、シラノール、又はアルコキシ部分である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の硬化性パターン化可能インク。
【請求項１３】
前記有機溶媒が１３０℃より高い沸点を有する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の硬化性パターン化可能インク。
【請求項１４】
前記有機溶媒が、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレンカーボネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテル若しくはカルビトール、乳酸エチル、ｒ−ブチロラクトン、ｎ−メチル２−ピロリジノン（ＮＭＰ）、ｎ−ブチルカルビトール、又はそれらの混合物である、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の硬化性パターン化可能インク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、超大規模相互接続（ＵＬＳＩ）構造などの電子デバイスで用いる硬化性パターン化可能材料に関する。より具体的には、本開示は、パターン化可能な誘電性及び導電性インク、電子デバイスの構造中でのこれらのインクの使用、並びにソフトリソグラフィープロセスを介する前記構造の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィーは、電子回路を構築する上で機能性薄膜のエッチング及び蒸着を型取りするのに役立つサブミクロンサイズのパターン形状を与えることができるプロセスである。この技術を使用して構造形成するのに関連する一般プロセスは、図１に示す複数の工程を要する。これらの工程は、スピンコーティング、ベーク、紫外線照射、ポストベーク、現像、ハードベーク、及びメタライゼーションを含む。プロセス工程並びに各工程で要する材料及び機器の種類が多いため、本方法を利用してパターン形状を与える機能は非常に高価であり、したがって多くの用途にとって費用効率がよくない。
【０００３】
ソフトリソグラフィープロセスは、代替的な印刷及びパターニングの技術を提供する。ソフトリソグラフィーは一般に、非感光性化学物質及び非フォトマスクを使用し、印刷、プレス加工、成形又はエンボス加工などの種々の異なるパターニング技術によるパターニングプロセスを含む。プロセス中、パターンが転写される手段としてソフトリソグラフィーに最もよく使われる材料は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のブロックである。ソフトリソグラフィーで使用されるパターニング技術のいくつかの種類として、マイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）、毛細管マイクロモールド（ＭＩＭＩＣ）、レプリカ成形（ＲＥＭ）、マイクロトランスファーモールド（μＴＭ）、溶媒補助マイクロモールド（ＳＡＭＭ）、及びデカール転写マイクロリソグラフィー（ＤＴＭ）が挙げられる。薄膜蒸着に使用される種々のソフトリソグラフィープロセスについてのより完全な解説は、米国特許公報第２００７／０１６６４７９Ａ１号に記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
残念ながら、従来のソフトリソグラフィープロセスは、パターン形状の再現性に関する問題に悩まされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の必要を満たし、列挙した欠点及び関連技術の他の制限を克服する上で、本発明は一般に、硬化性パターン化可能インク、並びに電子デバイス中の機能を実行する構造の一部としてこのインクを使用する方法を提供する。さらに、本発明はまた、基材上に電子デバイス内部で使用する前記構造を形成するソフトリソグラフィー方法をも提供する。
【０００６】
本開示の一態様によれば、基材上に電子デバイス中で使用する構造を形成するソフトリソグラフィー方法が提供される。この方法は一般に、基材の表面上に所定のパターンでパターン化可能インクを印刷してパターン化インク層を形成する工程と、パターン化インク層を硬化する工程と、パターン化インク層の表面の少なくとも一部をメタライズする工程と、基材上に、電子デバイスにおいて機能を実行できる構造を形成する工程とを含む。パターン化可能インクは、有機溶媒に分散したアリール官能化樹脂成分を含むが、アリール官能化樹脂成分は、硬化性アリール官能化シルセスキオキサン樹脂と線状アリール官能化ポリシロキサンとの所定の組合せを含むようにする。或いは、アリール基はフェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、又はそれらの組合せである。パターン化可能インクはまた、硬化促進剤又は触媒、低分子量の架橋剤、接着促進剤、及び阻害剤のうち少なくとも１つをもさらに含むことができる。
【０００７】
パターン化可能インクを印刷する工程は、ロールプリンティング、マイクロコンタクトプリンティング、又はナノインプリンティング技術の使用を含むことができる。これらの技術の実行は、パターン化可能インクをポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層の表面上に転写すること、ＰＤＭＳ層上にパターン化インク層を形成すること、パターン化インク層とＰＤＭＳ層との間の境界面を乾燥又はゲル化すること、パターン化インク層を基材の表面に接触させること、及びパターン化インク層を、ＰＤＭＳ層から基材表面に転写することを基本的に含む。
【０００８】
境界面の乾燥又はゲル化は、パターン化可能インクの有機溶媒をＰＤＭＳ層に吸収させることによって促進され、一方でパターン化インク層のＰＤＭＳ層から基材表面への転写は、パターン化インク層及びＰＤＭＳ層間の不相溶性によって促進される。一般に、この不相溶性は、パターン化インク層及びＰＤＭＳ層により発揮される表面エネルギーの差を表す。より具体的には、パターン化インク層により発揮される表面エネルギーは、ＰＤＭＳ層により発揮される表面エネルギーよりも高い。パターン化インク層及びＰＤＭＳ層間の表面エネルギーのこの差は、少なくとも１個のアリール基から最大で樹脂成分に対して約２０モル％のアリール基を含むパターン化可能インク中のアリール官能化樹脂成分によって生じる。パターン化インク層の硬化は一般に、ヒドロシリル化、水素化カップリング、又は加水分解及び縮合経路によって実現される。
【０００９】
本開示の別の態様によれば、基材、所定のパターンで基材の表面に近接して配置された硬化させたインク層、及び少なくとも１つのメタライゼーション層を含む電子デバイスが提供される。硬化させたインク層は、式：
（ＴＲ）ａ（ＤＲＲ）ｂ（ＭＲＲＲ）ｃ（Ｑ）ｄ
［式中、（ＴＲ）ａは（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位を表し、（ＤＲＲ）ｂは（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位を表し、（ＭＲＲＲ）ｃは（Ｒ）３ＳｉＯ１／２の構造単位を表し、（Ｑ）ｄはＳｉＯ４／２の構造単位を表し、各Ｒ基はアリール基であるように独立して選択され、下付き文字の（ａ〜ｄ）は、（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）＝１の関係式｛ここで、下付き文字（ａ）及び（ｂ）はゼロより大きい｝にしたがう各構造単位のモル分率を表す］にしたがうＴＲ、ＤＲＲ、ＭＲＲＲ及びＱ構造単位によって定義されるアリール樹脂層を含む。アリール基は、１個のアリール基から最大で樹脂分子に対して約２０モル％の範囲の量でアリール樹脂層中に存在する。或いは、アリール基はフェニル基である。
【００１０】
電子デバイスは、極超大規模相互接続構造（ＵＬＳＩ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）、半導体デバイス、プリント回路基板（ＰＣＢ）、又は太陽電池でもよい。電子デバイスはまた、封止層、パッシベーション層、はんだバンプ、又はワイヤのうち少なくとも１つをさらに含んで、硬化させたインク層が、メタライゼーション層又ははんだバンプを構造に取り入れることによって誘発する応力を減らすようにしてもよい。
【００１１】
本開示のさらに別の態様によれば、電子デバイス中の構造の形成に使用する硬化性パターン化可能インクが提供される。硬化性パターン化可能インクは一般に、（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位によって定義される第１部分、（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位によって定義される第２部分、及び有機溶媒を含む。或いは、パターン化可能インクは、（Ｒ）３ＳｉＯ１／２の構造単位によって定義される第３部分、及び／又はＳｉＯ４／２の構造単位によって定義される第４部分をさらに含む。Ｒ基はアリール基、メチル基、又は架橋性基であるように独立して選択され、アリール基の数は、１個のアリール基からパターン化可能インクに対して約２０モル％のアリール基の量で存在する。アリール基は、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、又はそれらの組合せとして選択される。架橋性基は、ヒドロシリル化、水素化カップリング、又は加水分解／縮合反応を経ることが可能な、ビニル、Ｓｉ−Ｈ、シラノール、又はアルコキシ部分として選択される。或いは、硬化性パターン化可能インクは、硬化促進剤若しくは触媒、低分子量架橋剤、接着促進剤、導電性充填剤、非導電性充填剤、又は阻害剤のうち少なくとも１つをさらに含む。
【００１２】
硬化性パターン化可能インク中の有機溶媒は、１３０℃より高い沸点を有する。有機溶媒は、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレンカーボネート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、カルビトールアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテル若しくはカルビトール、乳酸エチル、ｒ−ブチロラクトン、ｎ−メチル２−ピロリジノン（ＮＭＰ）、ｎ−ブチルカルビトール又はそれらの混合物に選択されてもよい。
【００１３】
本発明を適用する別の分野は、本明細書において提供される詳細な説明から明かになるであろう。詳細な説明及び特定例は、単なる例示を目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本明細書に記載の図面は、説明目的のみであり、本開示の範囲をいかようにも限定することを意図するものではない。
【図１】従来のフォトリソグラフィープロセスの代表概略図である。
【図２】本開示の教示にしたがってパターン化可能インクを用いて構築される極超大規模相互接続（ＵＬＳＩ）の断面図である。
【図３】本方法の印刷工程を強調したソフトリソグラフィープロセスにおけるパターン化可能インクの使用を説明する方法の代表概略図である。
【図４】本開示の教示にしたがってパターン化可能インクを塗布するために使用されるロールプリンティングプロセスの代表概略図である。
【図５】Ａは、顕微鏡及び３−Ｄ顕微鏡技術を利用して観察された、印刷を１０回経た後の、本開示の教示にしたがって基材に施された印刷パターンの顕微鏡写真である。Ｂは、顕微鏡及び３−Ｄ顕微鏡技術を利用して観察された、１００回を上回って印刷を経た後の、本開示の教示にしたがって基材に施された印刷パターンの顕微鏡写真である。
【図６】３−Ｄナノインプリンティングを強調したソフトリソグラフィープロセスにおけるパターン化可能インクの使用を記載する代表概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の記載は、本質的に単なる例示であり、決して本開示、その用途、又は使用を限定することを意図したものではない。説明及び図面を通して、対応する参照番号は、同様の又は対応する部分及び特徴を示すことを理解されたい。
【００１６】
本開示は一般に、極超大規模相互接続（ＵＬＳＩ）構造によって例示される電子デバイスの組立に使用される硬化性パターン化可能インクを提供する。或いは、本開示は、構造に組み込まれるメタライゼーション又ははんだバンプによって誘発される応力を減らすのに好適なパターン化可能インクを提供する。これらのパターン化可能インクは、本質的に誘電性又は導電性となるように予め選択され、一般に、溶媒に分散した硬化性アリール官能化樹脂成分を含む。或いは、パターン化可能インクは、硬化促進剤（たとえば触媒）、低分子量架橋剤、又は他の添加剤、たとえば接着促進剤、導電性充填剤及び阻害剤のうち少なくとも１つをさらに含む。本明細書で使用する場合、アリール官能化樹脂成分中に存在するアリール基には、これらに限定されないが、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、及びそれらの組合せを挙げることができる。或いは、樹脂成分中に存在するアリール基はフェニル基である。
【００１７】
図２を参照すると、ＵＬＳＩ構造の構築における本開示の硬化性パターン化可能インクの使用の一例が示される。当業者は、パターン化可能インクが、本開示の範囲を超えることなく、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ−ＬＣＤ）、半導体デバイス、プリント回路基板（ＰＣＢ）、及び太陽電池を含むがこれらに限定されない多くの電子デバイスに使用できることを理解するであろう。しかしながら、本開示全体を通して、ＵＬＳＩ構造の構築におけるパターン化可能インクの使用を記載して、より完全にインクを説明し、その使用例を提供する。このような例示的実施例の使用は、これらのインクの他の応用例における使用を限定するものではない。
【００１８】
図２に示す代表的な実施例では、ＵＬＳＩ構造（１）は、シリコンウエハ又はチップ（５）を含み、その上に連続した一次パッシベーション層（１０）、銅配線（１５）、二次パッシベーション層（２０）、及びＴｉ／Ｃｕ／Ｎｉメタライゼーション層（２５）が形成される。はんだボール（３０）はメタライゼーション層（２５）に接して配置され、外部ワイヤに連結される。この特定の実施例では、本開示のパターン化可能インク（３５）は誘電体として作用し、銅配線（１５）及びメタライゼーション層（２５）間に設けられ、はんだボール（３０）を支える。
【００１９】
アリール官能化樹脂成分は一般に、アリール官能化シルセスキオキサン（ＳＳＱ）樹脂と線状アリール官能化ポリシロキサンとの所定の組合せを含む。アリール官能化ＳＳＱ樹脂及びアリール官能化ポリシロキサンは通常、ヒドロシリル化、水素化カップリング、又は加水分解／縮合を含むがこれらに限定されない架橋反応を経る。したがって、これらのアリールＳＳＱ樹脂及びアリールポリシロキサンは、触媒ヒドロシリル化、水素化カップリング、又は加水分解及び縮合経路を介して架橋を経るために、ビニル官能基、Ｓｉ−Ｈ、シラノール、及び／又はアルコキシ官能基のうちの１つ以上を組み込んでもよい。アリール官能化樹脂成分はまた、アリール富化Ｓｉ−Ｈ架橋剤を含むがこれに限定されない低分子量架橋性分子を含んでもよく、このような架橋反応を促進させてもよい。パターン化可能インクは、ソフトリソグラフィープロセスに使用されるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層又はブロック中へのインクの移動を防止するために所定の数のアリール基を含む。
【００２０】
パターン化可能インク中のアリール官能化樹脂成分は、（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位により定義される第１部分及び（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位により定義される第２部分を含む。或いは、アリール官能化樹脂成分は、（Ｒ）３ＳｉＯ１／２の構造単位により定義される第３部分をさらに含む。アリール官能化樹脂は、任意選択によりＳｉＯ４／２の構造単位により定義される第４部分をさらに含むことができる。アリール官能化樹脂成分は、下限が１０００、或いは２０００、又は３０００グラム／モルで、上限が１０，０００、或いは１５，０００、又は２０，０００グラム／モルの範囲内の分子量を有してよい。
【００２１】
Ｒ基はアリール基、メチル基、又は架橋性基であるように独立して選択され、印刷プロセスで使用されるインク及びＰＤＭＳ基材間に不相溶性があることを確保するためにアリール基の数は予め決定される。アリール官能化樹脂成分中に存在するアリール基の所定の数は、少なくとも１個のアリール基から硬化させたパターン化可能インクの最大約２０モル％、或いは最大約１５モル％、或いは最大約１０モル％までの範囲でよい。
【００２２】
インクがヒドロシリル化、水素化カップリング、又は加水分解／縮合反応を介して架橋されるように、アリール官能化樹脂成分中の架橋が、ビニル、Ｓｉ−Ｈ、シラノール又はアルコキシ部分などの架橋性部分である樹脂成分中のＲ基のうちの少なくとも１個によって誘発され得る。フェニル富化Ｓｉ−Ｈ架橋剤（たとえば、ジメチル水素末端フェニルシルセスキオキサン）などの低分子量アリール富化架橋剤分子を硬化性パターン化可能インクに添加することによって、アリール官能化樹脂成分中で架橋を誘発させることもできる。このような架橋反応は、ソフトリソグラフィープロセスに付随する熱硬化又はベーク工程中に起こる。
【００２３】
本開示の別の態様によれば、硬化性パターン化可能インクは、図３に示すソフトリソグラフィープロセス（９９）を利用して、あるパターンで基材に塗布される。ソフトリソグラフィープロセス（９９）の中で、ＰＤＭＳブランケット又はロールが転写媒体の機能を果たすロールプリンティング、マイクロコンタクトプリンティング、又はナノインプリンティング技術などの印刷プロセス（１００）を利用してインクをあるパターンで塗布する。その後で、ハードベーク（１１０）によってパターン化インクを熱硬化した後、メタライゼーション（１１５）を行い、完成した構造又はデバイスを形成する。ハードベーク（１１０）は、約７０℃を超える温度、或いは約９５℃を超える温度、或いは約１１０℃を超える温度に曝露してインクの表面を硬化することによってパターン化インクのエッチング耐性を強化すると考えられている。メタライゼーション（１１５）を、とりわけ、スパッタリング、化学蒸着（ＣＶＤ）、熱蒸発、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、又は任意の他の化学的、電気化学的、若しくはイオンアシスト技術を利用して硬化したインク表面上に施してもよい。このようなソフトリソグラフィープロセス（１００）の工程数は、類似の構造を製造するフォトリソグラフィー（図１を参照）に要する工程数よりも実質的に少ない。そのため、本開示のパターン化可能インクと共に用いられるソフトリソグラフィープロセスは、従来のフォトリソグラフィーよりも費用効率が高いプロセスである。
【００２４】
図３をさらに参照すると、ソフトリソグラフィープロセス（９９）の印刷工程（１００）でインクをあるパターンで基材に塗布するプロセスは一般に、湿式インクをＰＤＭＳ転写層又は媒体に転写させる工程（１０２）、インクパターン化層をＰＤＭＳ転写層の表面上に形成する工程（１０４）、インク層とＰＤＭＳ転写層との間の境界面を乾燥又はゲル化する工程（１０６）、並びにパターン化インク層を基材に転写する工程（１０８）を含む。境界面の乾燥又はゲル化（１０６）は、塗布したインク層中の溶媒をＰＤＭＳ転写層に吸収させることによって実現できる。溶媒の吸収は、ＰＤＭＳ層を膨張させ得る。パターン化可能インク中のアリール官能化樹脂成分とＰＤＭＳ転写層との間の不相溶性は、インクの基材への転写（１０８）を助ける。
【００２５】
その低い表面エネルギーとパターン化可能インクをリリースする能力のため、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を転写層又は媒体に使用する。所定の量のアリール官能基を含むパターン化可能インク層に使用される樹脂は、ＰＤＭＳ転写層と不相溶性である。不相溶性による、所望に応じて層を互いに分離できるように、層が互いに接着しないような各層の化学的及び物理的性質を参照されたい。たとえば、インク層はＰＤＭＳより高い表面エネルギーを発揮する。この表面エネルギーの差によって、印刷プロセス中、インクがＰＤＭＳ層の表面からリリースできるようになっている。
【００２６】
図３をさらに参照すると、硬化性パターン化可能インクは、インク中に有機溶媒又は担体が存在するために液体形態で基材の表面に塗布又は転写される（１０２）。有機溶媒は、沸点（Ｂｐ）が約１３０℃より高く、印刷プロセスで使用するＰＤＭＳ層と相溶性である任意の溶媒でよい。換言すれば、溶媒はＰＤＭＳ層に吸収され得る。パターン化可能インク中での使用に好適ないくつかの有機溶媒の例として、これらに限定されないが、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル（Ｂｐ＝１７６℃）、プロピレンカーボネート（Ｂｐ＝２４２℃）、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（Ｂｐ＝１４６℃）、カルビトールアセテート（Ｂｐ＝２１９℃）、ジエチレングリコールエチルエーテル若しくはカルビトール（Ｂｐ＝１９６℃）、乳酸エチル（Ｂｐ＝１５４℃）、ｒ−ブチロラクトン（Ｂｐ＝２０４℃）、ｎ−メチル２−ピロリジノン又はＮＭＰ（Ｂｐ＝２０２℃）、ｎ−ブチルカルビトール（Ｂｐ＝２３１℃）、及びそれらの混合物が挙げられる。
【００２７】
硬化性インクをＰＤＭＳ層の表面に転写する（１０２）と、インク層が形成される（１０４）。インク層由来の溶媒のＰＤＭＳ層への吸収は、インク層とＰＤＭＳ層との間の境界面でのインク層の「乾燥」又は「ゲル化」（１０６）を助ける。一般に転写媒体として使用されるＰＤＭＳ層が呈する性質は、表１（Ａ−Ｂ）に、より詳細に記載する。より具体的には、ＰＤＭＳ層は、約２０〜３０ショアＡに匹敵する硬さ値、約２．４×１０５〜５．５×１０６Ｐａ（３５〜８００ｐｓｉ）の引張応力、及び２００％を超える伸長因子を示す。ＰＤＭＳ層は、テルピネオール、メチルエチルカルビトール、及びカルビトールアセテートなどの有機溶媒の吸収を高度に許容する。インク層由来の溶媒がＰＤＭＳ層によって吸収されると、乾燥又はゲル化インク層は次に、たとえばガラス又はウエハなどの基材に転写（１０８）できるようになる。基材の表面に転写される（１０８）と、乾燥又はゲル化インク層はハードベーク（１１０）によって硬化され得る。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
本開示のさらに別の態様によれば、パターン化可能インクをハードベークする（１１０）と、式（Ｆ−１）にしたがうＴＲ、ＤＲＲ、ＭＲＲＲ、及びＱ構造単位を含むアリール樹脂層が形成される：
（ＴＲ）ａ（ＤＲＲ）ｂ（ＭＲＲＲ）ｃ（Ｑ）ｄ                      （Ｆ−１）
［式中、（ＴＲ）ａは（Ｒ）ＳｉＯ３／２の構造単位を表し、（ＤＲＲ）ｂは（Ｒ）２ＳｉＯ２／２の構造単位を表し、（ＭＲＲＲ）ｃは（Ｒ）３ＳｉＯ１／２の構造単位を表し、（Ｑ）ｄはＳｉＯ４／２の構造単位を表す。各Ｒ基はアリール基であるように独立して選択されるか、或いは各Ｒ基はフェニル基であり、下付き文字（ａ〜ｄ）は、関係式（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）＝１｛ここで下付き文字（ａ）及び（ｂ）はゼロより大きい｝にしたがう各構造単位のモル分率を表す］。
【００３０】
以下の特定の実施例は、本開示を例示するために与えられているのであり、本開示の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。本開示を考慮すれば、開示される具体的な実施形態において、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく若しくはそれらを超えることなく多くの変更がなされ、それでも同様の又は類似する結果を得ることができることを当業者は理解されよう。
【実施例】
【００３１】
実施例１−硬化性パターン化可能インクの調製
本開示の教示にしたがって調製されるパターン化可能インクのとりわけ特異的な一実施例は、カルビトールアセテート溶媒中で保管されるフェニル（Ｐｈ）シルセスキオキサン（ＳＳＱ）樹脂、フェニル（Ｐｈ）線状ポリシロキサン、ヒュームドシリカ、及びフェニル（Ｐｈ）富化Ｓｉ−Ｈ架橋剤の混合物によって定義される構造単位を含むアリール官能化樹脂成分を含む。ＳＳＱ樹脂は（Ｐｈ）ＳｉＯ３／２の構造単位を与え、線状ポリシロキサンは（Ｐｈ）２ＳｉＯ２／２の構造単位を与え、フェニル富化架橋剤は（Ｐｈ）３ＳｉＯ１／２の構造単位を与え、ヒュームドシリカはＳｉＯ４／２の構造単位を与える。アリール官能化樹脂成分を、プロピレングリコールフェニルエーテル溶媒中で白金触媒、接着促進剤、及び阻害剤と組み合わせて混合する。組み合わせてパターン化可能インク配合物を形成する様々な量の異なる樹脂、添加剤及び溶媒に関するより詳細な情報を表２に記載する。パターン化可能インクは、印刷プロセスを介して基材に塗布されるまで保管しておく。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
実施例２−ロールプリンティングによるパターン化可能インクの印刷
本実施例では、グラビアオフセット印刷として知られるロールプリンティング形態の印刷プロセス（１００）で、実施例１のパターン化可能インクを基材に塗布する。ここで図４を参照すると、この印刷工程（１００）において、ロール又はインクジェットなどのインク射出ユニットを使用してパターン化可能インクがグラビアロールの表面に塗布される。この手法では、インクの所望のパターンがグラビアロールの表面に彫刻される。パターン化可能インクを、彫刻パターンを構成するグラビアロールの表面にあるトラフに充填する。ドクターブレードを使用して、彫刻パターンを充填するのに必要としない余分なインクをすべて除去する。グラビアロールの回転により、彫刻パターンを充填したインクを、外側表面がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を含むブランケットロールに接触させる。こうして湿式インクは、彫刻パターンの形態で、グラビアロールからＰＤＭＳブランケットロールに転写される（１０２）。転写されると、湿式インクはＰＤＭＳブランケットロールの表面上にパターン化インク層を形成する（１０４）。パターン化可能インク由来の溶媒のＰＤＭＳブランケットロールへの吸収は、インク層とＰＤＭＳブランケットロールとの間の境界面を乾燥又はゲル化させる（１０６）。ＰＤＭＳブランケットロールの回転は、インク層を基材に接触させ、それと同時にインク層はＰＤＭＳブランケットロールから基材に転写される（１０８）。
【００３４】
ここで図５（Ａ及びＢ）を参照すると、普通の顕微鏡及び３−Ｄ顕微鏡の両方を使用した、あるパターンで基材に塗布されたパターン化可能インクの画像が示されている。１０回の印刷サイクルが利用される図５Ａと１００回を超える印刷サイクルが利用される図５Ｂに示される３−Ｄ顕微鏡画像を比較することによって実証されるように、印刷プロセスを複数回行うことによって印刷パターンの厚みが増す。本実施例は、ソフトリソグラフィープロセスでパターン化可能インクを使用して所望のパターンの再現性を実証する。
【００３５】
実施例３−３−Ｄナノインプリンティング工程を利用したパターン化可能インクの印刷によるソフトリソグラフィープロセス
本実施例では、３−Ｄナノインプリンティングとして知られる印刷プロセス（１００）を利用するソフトリソグラフィー（９９）によって電子デバイスを構築する中で、実施例１のパターン化可能インクを塗布する。ここで図６を参照すると、印刷工程（１００）で、パターン化可能インクはＰＤＭＳブランケット又はシートの表面に塗布される。ＰＤＭＳシートは、実施例２に記載のグラビアロール上に施された彫刻と類似のシート上に所望のパターンが設けられるようにモールディング又は構築することができる。或いは、ＰＤＭＳシートは、平らでも滑らかであってもよく、インクを所望のパターンでＰＤＭＳシートに直接塗布してもよい。パターン化可能インクは、ロールプリンティング及びインクジェットプリンティングを含むがこれらに限定されないあらゆるタイプの射出ユニットを使用してＰＤＭＳシート（１０２）の表面に塗布してよい。転写されると、湿式インクはＰＤＭＳブランケット又はシートの表面上にパターン化インク層を形成する（１０４）。パターン化可能インク由来の溶媒のＰＤＭＳシートへの吸収は、インク層とＰＤＭＳシートとの間の境界面を乾燥又はゲル化させる（１０６）。ＰＤＭＳシート及びパターン化インク層を基材の表面に押し付けると、インク層が基材に接触し、それと同時にインク層がＰＤＭＳシートから基材へ転写される（１０８）。
【００３６】
パターン化インクが基材表面上にインプリントされると、ハードベーク（１１０）及びメタライゼーション（１１５）を含むがこれらに限定されない後続するフォトリソグラフィープロセス（９９）の工程を行うことができる。或いは、研磨、パッシベーション、及びはんだボールの適用など、追加の工程を実施してもよい。
【００３７】
当業者は、上述の測定値が、様々な異なる試験方法によって得ることができる標準的測定値であることを認識するであろう。これら実施例に記載されている試験方法は、必要な測定値のそれぞれを得るために利用可能な方法を１つだけ示している。
【００３８】
前述した本発明の様々な実施形態の記載は、説明及び記述を目的として提示されている。この記載は網羅的なものではなく、又は開示した実施形態そのものに本発明を限定することを意図するものではない。上記の教示を踏まえて、多くの改変又は変更が可能である。論じられた実施形態は、本発明の原理及びその実際的な適用の最良の説明を提供するよう選択及び記載され、それにより当業者は、想定される特定の使用に適した様々な修正とともに、本発明を様々な実施形態で使用することが可能となる。そのような修正及び変更の全ては、それらが公正に、法律的に、かつ公平に権利を与えられた広さに従って解釈された場合、添付の特許請求の範囲により決定される本発明の範囲内に含まれる。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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