(57)【要約】【課題】  オンデマンドで、種々のパターンが形成できる方法として、基材上に液体を印刷した後に、エネルギーを印加することで液体中から溶質を析出し基材に密着させることで汎用性の広いパターン形成方法を得ること。【解決手段】  基材表面に分散液を塗布して乾燥した後にパターン状にエネルギー印加手段によりエネルギーを印加して前記分散質を前記基材表面に付着させることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に分散液を塗布して乾燥した後にパターン状にエネルギー印加手段によりエネルギーを印加して前記分散質を前記基板表面に付着させることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記分散液中に５０ｎｍ以下の微粒子が含まれており、前記エネルギー印加手段による前記エネルギー印加により前記微粒子を溶融して付着することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記微粒子が金属元素を含んで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記エネルギー印加手段は、レーザ発光体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記基板の表層部に光吸収層を設ける工程を先に行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記エネルギー印加手段において、前記分散液中に前記光吸収層を形成するための光吸収体が含まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記エネルギー印加手段は、前記基材の分散液を塗布する面の反対の面である裏面部よりエネルギーを印加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記パターンを基材表面に付着させた後に前記分散液の分散媒を用いて付着されていない部分を除去してパターンを形成することを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記パターンを第２の基板に転写することを特徴とする請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
請求項１において、疎水性の基材を用いることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、供給される分散液を平坦化する工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記平坦化する工程は、スキージングする工程であることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１３】
請求項９または１０において、ローラーに請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパターン形成方法により前記基板の基板上に設けたパターン面と反対の面を接触させて前記第２の基板にパターンを転写することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１４】
パターン形成を複数回繰り返すことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１５】
請求項１４のパターン形成方法において、２種類以上の分散液を用いて実施されることを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を実装する際などに使用可能なパターン形成方法の技術に関し、また、本発明は印刷技術を適用したパターン形成方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に配線やカラーフィルタのようなパターンを有する材料を形成する技術として、フォトリソグラフィを用いたパターンを形成する技術が知られている。
特に、半導体の回路形成には不可欠な技術であり、微細なパターン形成では主流の技術である。
【０００３】
またプリント基板のように半導体ほど微細ではないが、大面積の配線が形成される場合においてもフォトリソグラフィを用いて配線をパターン形成する技術が用いられており、例えばＦＲ−４のような樹脂基板上に銅はくが接着している基板に対して、フォトリソグラフィを用いてエッチングすることによりパターンを形成することができる。
これらの技術の課題としてはパターンを形成する上で不要となる材料が発生することやパターン形成用のマスクが必要となり、特にオンデマンドでのパターン形成には向かない。
【０００４】
この課題を解決する手法のひとつとして、パターンを直接形成する方法が挙げられる。
このような技術として、例えば、特許文献１の特開平０８−２６２４６５号公報が挙げられる。この文献には、印刷によりマスクを形成し、マスクを除去するのに水を用い、高精度で、異物付着が少なく、寸法精度が良く、歩留まりが高く、かつ大型化が容易な透明導電性パターンの製造方法の発明が記載されている。
この文献の発明は、不要部に凸版印刷を用いて供給する手法を用いて対処しているが、この手法では、微細形状には適用不可であり、また、この発明を適用するためには、凸版を形成する必要があるという問題がある。
【０００５】
また特許文献２の特開平０８−２３４４５０号公報には、サブミクロンの微粒子の単粒子膜や多粒子膜上において、これらの単粒子膜や多粒子膜にエネルギー線を直接作用させることにより、所定パターンに従い局所的に粒子の溶解度、融解度を変化させ、パターン化した単粒子膜や多粒子膜を得るサブミクロンリソグラフィーに関する発明が記載されている。
この特許文献２の発明は、材料自体がエネルギー線の印加により変化することを利用してパターン形成を行っているが、材料自体が乾燥体であるため、適用範囲が小さく単分子膜のような極薄膜にしか適用できない。
【特許文献１】特開平０８−２６２４６５号公報
【特許文献２】特開平０８−２３４４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、オンデマンドで、種々のパターンが形成できる方法として、基材上に液体を印刷した後に、エネルギーを印加することで液体中から溶質を析出し基材に密着させることで汎用性の広いパターン形成方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載のパターン形成方法の発明は、基材表面に分散液を塗布して乾燥した後にパターン状にエネルギー印加手段によりエネルギーを印加して前記分散質を前記基板表面に付着させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記分散液中に５０ｎｍ以下の微粒子が含まれており、前記エネルギー印加手段による前記エネルギー印加により前記微粒子を溶融して付着することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記微粒子が金属元素を含んで構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記エネルギー印加手段は、請求項１〜３のいずれか１項において、レーザ発光体であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記基板の表層部に光吸収層を設ける工程を先に行なうことを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記エネルギー印加手段において、前記分散液中に前記光吸収層を形成するための光吸収体が含まれていることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項において、前記エネルギー印加手段は、前記基材の分散液を塗布する面の反対の面である裏面部よりエネルギーを印加することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項７において、前記パターンを基材表面に付着させた後に前記分散液の分散媒を用いて付着されていない部分を除去してパターンを形成することを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８において、前記パターンを第２の基板に転写することを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項９において、前記基板は、疎水性の基板を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項において、供給される分散液を平坦化する工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１において、前記平坦化する工程は、スキージングする工程であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３に記載の発明は、請求項９または１０において、ローラーに請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパターン形成方法により前記基板の基板上に設けたパターン面と反対の面を接触させて前記第２の基板にパターンを転写することを特徴とする。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は、請求項２において、パターン形成を複数回繰り返すことを特徴とするパターン形成方法。
【００２１】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４のパターン形成方法において、２種類以上の分散液を用いて実施されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に記載の発明によって、液体を利用することでエネルギーの伝達性に優れているため、比較的厚みを稼げるパターンを形成することができる。特に、マスクレスであるためオンデマンドにてパターン形成ができる。
【００２３】
請求項２に記載の発明によって、ナノ粒子に代表される微粒子は、体積に対して表面積が大きいため、反応性に富んでおりバルクの融点で粒子の融着が発生することを利用して、基材に溶質を付着させることができる。特に、低温での融着がおこるため、基板への良好な密着が得られる。
【００２４】
請求項３に記載の発明によって、請求項２に示したナノ金属粒子を用いることで、配線基板を形成することができる。特に、ナノ金属粒子の融着を用いることで低抵抗の配線基板ができる。
【００２５】
請求項４に記載の発明によって、部分加熱手段として、レーザを用いることで微細パターンを形成することができる。特に、部分加熱が可能であるため、パターン状にエネルギーを供給することができる。
【００２６】
請求項５に記載の発明によって、基材表面に効率良くパターンを形成することができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明によって、材料中で発熱することが出来るため、印加方法を問わずにパターンを形成することができる。特に、前記請求項５と共に、光エネルギーを熱エネルギーに変換するため、この熱エネルギーによりパターンを簡単に形成することが出来る。
【００２８】
請求項７に記載の発明によって、溶液が不透明体である場合には、エネルギーの伝達は困難であるため、基材裏面側よりエネルギーを供給することができる。
【００２９】
請求項８に記載の発明によって、オンデマンドにて版を形成することができる。
【００３０】
請求項９に記載の発明によって、オンデマンドにて版を形成することができる。特に、前記請求項８と同様に、任意の基板にパターン形成することができる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明によって、転写を容易にすることができる。またパターンとして付着させたい部分以外に付着するのを防止することもある。特に、固着しにくい基材を用いることでパターンを転写が容易に行える。
【００３２】
請求項１１に記載の発明によって、均一な厚さを有するパターンを形成することができる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明によって、簡便に厚さを均一化することができる。
【００３４】
請求項１３に記載の発明によって、装置化を容易にすることができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明によって、厚さを稼いだパターンを形成することができる。
【００３６】
請求項１５に記載の発明によって、同一の材質からなる層または異なる層からなる積層構造体を自在に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明のパターン形成方法は、ナノメートル程度の大きさの微粒子が縣濁等している液状の原料を用いて基板上にエネルギー変換層（熱エネルギー変換層）にエネルギー印加手段により印加されたエネルギーを熱エネルギーに変換して、基板上にパターンを形成する方法およびこの方法により形成されたパターンが形成された基板を転写用の基板として用いて第２の基板上にパターンを形成する方法の発明である。
【００３８】
本発明は、基板として、前記ナノメートル程度の大きさの粒子を含む分散液を特定の厚さに基板に塗布した後に乾燥し、この塗布した基板面の反対の面から、エネルギー印加手段によりエネルギーを印加して、前記粒子を基板に付着させることを特徴としている。使用される基板は、エネルギー印加手段により印加されるエネルギーの入力が可能なエネルギー吸収率の小さい（エネルギーの種類が光であれば、その光に対して透明な材料）材料を用いることが好ましい。たとえば、基板としては、ガラス基板、石英基板などの無機材料、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂などの有機材料などを用いることができ、その他、ＣＤ、ＤＶＤなどの基板に使用される透明の有機材料または無機材料を用いることができる。
【００３９】
また、本発明では、分散液として、前記微粒子が異なる２種以上の分散液を用いることもでき、これらの分散液の少なくとも１方に、エネルギー印加手段により印加されるエネルギーを熱エネルギーに変換するためのエネルギー吸収体（たとえば光吸収体）を含有させることができる。
【００４０】
またナノメートル（ナノメートルオーダー）程度の大きさの微粒子の例としては、金属微粒子、金属酸化物微粒子などの無機微粒子または有機微粒子などが挙げられ、これらの微粒子は、１種単独で、または２種以上混合して用いることもできる。
前記微粒子として、シリカ微粒子、ＭＭＡ、スチレン微粒子などの液晶素子のスペーサに使用される樹脂（単分散有機微粒子も含む）も含まれる。
【００４１】
本発明では、前記分散液を基板に塗布する方法として、スキーズして塗布する方法に限定されず、たとえばスピンコート法、ディッピング、吹きつけなどの塗布方法を用いて行なうことができる。また、本発明では、その後に乾燥させて分散媒（あるいは溶媒）を除去しているが、乾燥方法は、その他の乾燥方法であってもよく、また場合によっては、真空（減圧）乾燥法を行なうこともでき、あるいは塗布後にエネルギー印加手段を用いて分散媒（または溶媒）を除去しながらパターン化を同時に行なうこともできる。なお加熱して乾燥させる場合、その温度は、基板材料の耐熱温度に起因するが、原則として、適宜、設定可能である。
以下、本発明を、実施例により、具体的に説明する。
【実施例１】
【００４２】
請求項１〜７、１１〜１５によって作成される版（特に転写版）及び基板の実施例を、図１を用いて説明する。
図１に示すように、石英ガラス基板１０上に親水性カーボンブラックＨＡ３（東海カーボン株式会社製）を純水に分散した分散液に前記した基板１０の片面前面をテーピングした後に、この基板をディッピングし、２００℃１０分間焼成して、光吸収層１１を基板上に形成した。その後基板上に銀コロイド水溶液（ファインスフィアＳＶＷ１０２：日本ペイント株式会社製）を、金属スキージを用いてガラス基板とのギャップを１０μｍとなるようにスキージングし、数十分放置して乾燥させた。銀コロイドが自然乾燥して表面に粉末状に存在する基板に対し、半導体レーザＬ８９３３（浜松ホトニムス株式会社製）１３を用いてレーザ光をレンズ集光し、ガラス基板裏面より光吸収層に焦点するようにしてビームを印加（レーザ照射）しながら、この半導体レーザを搭載したステージを移動させて基板１０上にパターン状に印加（レーザ光照射による加熱）した。その後、水で洗浄するとレーザ照射されていない部分が除去され、照射部分には、２０μｍ幅のパターン１’を基板１０面上に形成することができた。その後オーブンを用い、２００℃３０分硬化（固着）して、厚さ０．５μｍの配線１を得ることが出来た。
【００４３】
本実施例では基板表層に光吸収層を設けたが、銀コロイド溶液中に親水性カーボンブラックを分散させた分散液を用いた場合でも同様の効果が得られる。この分散液を用いた場合には、基板処理工程が不要となり、工程が簡略化される。また本プロセス（エネルギー印加工程）を複数回行うことにより厚膜化が可能である。また溶媒（分散媒）は、水および／または親水性溶媒に限定されることはない。たとえば、この他の溶媒として、有機溶媒（疎水性溶媒）であるテトラデカンを用いたハリマ化成株式会社製ナノインクＮＰＳ−Ｊにおいても同様に形成することが出来た。この場合硬化条件は２５０℃で１時間行った。
【００４４】
また本発明および実施例１では、金属粒子に限定されるものではなく、酸化物ナノ粒子や有機ナノ粒子も同様のプロセスにより作成可能であるとともに複数回行うことにより積層することも可能である。また、銀コロイド分散液を用いてパターン状に配線する実施例を示したが、本発明では、金属微粒子として、分散液に分散されているか溶解等している液状の原料を用いて金属微粒子を基材に付着させることが好ましい。また金属としては、特に限定されないが、たとえば、金、白金、チタン、アルミニウム、錫、インジウム、銅等および／またはこれらの酸化物を挙げることができ、これらのコロイド分散液、溶液等を用いてパターン状に形成することができる。
【実施例２】
【００４５】
請求項８〜１０に関する実施例を示す。実施例１に用いたガラス基板の代わりにＰＥＴフィルム（ルミラー（登録商標）、東レ株式会社製）を用いて以下のようにしてパターンを形成した。ＰＥＴフィルムはガラス基板に比べて光吸収層との密着性に劣るため、プラズマでこのＰＥＴフィルムの表面を処理（表面改質）し、このＰＥＴフィルムの表面改質を行った後に実施例１と同様にして片面全面に粘着テープで覆い、ディッピングした後、乾燥させて光吸収層をＰＥＴフィルムの片面上に作製した。その後光吸収層が設けられた面上に銀コロイド水溶液（ファインスフィアＳＶＷ１０２：日本ペイント株式会社製）を金属スキージにて１０μｍとなるようにギャップを形成してスキージングを行った。スキーズした銀コロイド溶液を塗布した基板（版）を、実施例１同様にして乾燥した後に、半導体レーザＬ８９３３（浜松ホトニムス株式会社製）をレンズ集光して、ＰＥＴフィルム裏面（実施例１と同様に光吸収層が設けられた面と反対の面）より照射し、エネルギーを光吸収層に印加しながらこの半導体レーザを搭載したステージを移動させてパターン状に加熱（レーザ照射）した。その後、銀コロイド水溶液を除去すると、２０μｍ幅のパターンを形成することができた。次にローラと、このパターンが形成されたＰＥＴフィルム基板のパターンが形成されていない面とを接触させ、このローラと接触させたパターンを形成した版であるＰＥＴフィルム基板のパターン形成面を１２０℃に熱したセラミック基板に押圧して、ＰＥＴフィルム基板のパターンを転写した。その後転写されてパターンが形成されたセラミック基板をオーブンにより２００℃、３０分加熱し、セラミック基板上に配線を形成することができた。この版に対して、再度このＰＥＴフィルムに銀コロイド溶液を供給し前記同様にしてセラミック基板に転写する工程を繰り返すことが出来たため、複数回使用可能な転写版として、ＰＥＴフィルムが適用できることがわかった。
【００４６】
ここではパターンが線状の物を形成した例を説明したが、本発明は、形成されるパターンが線状のものと異なるものでも対応可能であり、パターンを形成するための前記分散液あるいは溶液（液状の原料）から、作成可能であり、このような液状の原料（インクを含む）を用いてパターンを形成（形成されたパターンを基板１０上に固着または付着）し、または形成したパターンの全てを転写することもできる方法を説明している。
本実施例では、基材（第１の基板１０の材料）として、ＰＥＴフィルムを用いているが、このＰＥＴフィルムの代わりにＰＴＦＥフィルム（たとえば住友スリーエム株式会社製のもの）上に親水性を有するパターンを形成することもでき、このようなＰＴＦＥフィルムの基材は、疎水性であるため、銀コロイド水分散液のように親水性を有するインキを用いた場合には、親疎水性を有する版を形成することもできる。
【００４７】
本発明のパターン形成方法では、光吸収層に使用される材料として、実施例で示したようなカーボンブラックなどの色素を用いている例を示した。本発明では、このような色素として、公知の顔料および／または染料から選択される１種以上を選択して用いることができる。このような顔料または染料などの色素は、印加されるエネルギーを熱エネルギーに変換するために、エネルギー印加手段から印加されるエネルギーを吸収する効率の良い材料が選択される。たとえばエネルギー印加手段としてレーザ照射体を採用した場合には、エネルギー吸収率は、レーザ照射体のレーザ光波長に対して、高い吸収性能を有することが好ましいが、様々なレーザ照射体を用いることのできるように、色素は、少なくとも赤外域から紫外域までの広い範囲で吸収率の高い色素を用いることが好ましい。
【００４８】
上記した実施例では、パターンを形成する際に、パターン形成部分以外あるいはパターン形成部にマスクをして紫外光などのエネルギー線を照射することによりパターンを形成する方法を採用していないため、マスク形成を省略可能としている。
【００４９】
また実施例２で使用されている第２の基板は、少なくともパターンが転写される面（または転写されるパターンの部分）が第１の基板のパターンが形成された部分に比較して、より親水性の度合いを高める（または低める）ように設定することができる。このようにすれば、パターンが第１の基板から第２基板へのパターン転写を容易に行うことができるようにすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、マスクレスでパターンを形成することができるため、オンデマンドでパターン形成ができる。このため、パターンを形成した基板（版）を用いて様々な用途に応用できるパターンを形成可能な方法を提供することができる。このようなパターン形成方法によって、電子材料用として利用可能な基板上にパターンを形成することが可能であり、また、パターンを形成した基板（版）を、印刷版として用いることにより、医療用のキット（検査キットも含む：たとえばクロマトなどの検査キット）形成を含む様々な印刷技術を適用した分野に応用することができるため、産業上での利用可能性は、極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１に示すパターン形成方法を説明するための図であり、（ａ）は、基板１０上に光吸収層を設ける工程を示し、（ｂ）は、分散液を塗布した後に自然乾燥させ、エネルギー印加手段によりエネルギーを印加する工程を示し、（ｃ）は、エネルギー印加工程後に分散媒を用いて不要部分を除去する工程を示し、（ｄ）は、パターンを硬化してパターンを形成する工程を示す。
【図２】実施例２に示すパターン形成方法を説明するための図であり、（ａ）は、基板（版）１０上に実施例１と同様にしてパターンを形成する工程を示し、（ｂ）は、他の基板１００に前記版１０上に設けたパターン１’を、他の基板１００に転写する工程を示し、（ｃ）は、第２の基板１００上に、パターンを形成する工程を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１    配線（パターン：硬化後のパターン）
１’    パターン（硬化前のものを含む）
１０    基板
１１    エネルギー変換層（光吸収層）
１３    エネルギー印加手段（レーザ照射体）
１００    第２の基板
【図１】
2005332866.tif 000003
【図２】
2005332866.tif 000004