(57)【要約】【課題】  特には機能性材料のパターン形成を目的として、低コストで、かつ簡便にパターン形成材料の転移が定量的に行え、さらには高解像度のパターンを形成することができる２層構造を有する凹版およびパターニング方法を提供することにある。【課題手段】  本発明では、基板部である薄膜とパターン部とからなる凹版であって、基板部は弾性体からなり、パターン部は剛体からなる、２層構造を有することを特徴とする凹版を提供し、また、前記凹版の弾性体側から加圧することでパターン形成材料を押し上げて被転写物へ転写するパターニング方法を提供するものである。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部である薄膜とパターン部とからなる凹版であって、基板部は弾性体からなり、パターン部は剛体からなる、２層構造を有することを特徴とする凹版。
【請求項２】
弾性体からなる基板部と剛体からなるパターン部より構成される凹版の凹部にパターン形成材料を充填する工程、該凹版の弾性体側より圧力を加えることによりパターン形成材料を転写する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。
【請求項３】
前記凹部にパターン形成材料を充填する工程の後に、パターン形成材料を硬化する工程を有することを特徴とする請求項２に記載のパターニング方法。
【請求項４】
前記の硬化させたパターン形成材料の硬化状態が半硬化であることを特徴とする請求項２および請求項３に記載のパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２層構造を有する凹版およびそれを用いたパターニング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パターン形成方法としてはフォトリソグラフィー法、印刷法などの方法が知られている。フォトリソグラフィーの手法では、パターン形成したい材料そのものを感光性とする方法や、あらかじめ別の感光性材料でパターンを形成した後にエッチングをし、しかる後感光性材料を除去する方法が知られている。また、印刷法には凸版、凹版、平版、孔版などの印刷版を用いる場合やインクジェット、電子写真のような無版印刷がある。
【０００３】
フォトリソグラフィーの手法はエレクトロニクス分野におけるパターン形成技術として多用されているが、この場合形成されたパターンひとつひとつが一定の品質を保つこと、すなわち各々のパターン間の高い均一性が求められる。
【０００４】
また、フォトリソグラフィー法の場合はパターン形成したい材料に化学的、物理的処理を施さなければならない場合が多いため、材料がそれらの処理に耐えられることが必要条件となる。しかし、ＤＮＡやたんぱく質、それらの断片、チオール等の自己組織化機能を有する化合物など、化学的、物理的処理に耐性を示さない材料は数多くあり、その場合にはフォトリソグラフィー法は適用できない。
【０００５】
化学的、物理的処理工程に対する耐性を有する材料として、貴金属ナノ粒子や有機半導体材料などが挙げられるが、高コストとなり、フォトリソグラフィー法を用いるには困難な場合もある。
【０００６】
一方、印刷法では直接材料をパターニングできるため、フォトリソグラフィー法のような材料に対する高い耐性はあまり必要とされない。しかしながら、パターン形成において各パターン間での高い均一性が要求されるため、正確なパターンを印刷法で形成する場合には、一定量のパターン形成材料を正確に被転写物に転写する必要がある。
【０００７】
しかし、一般的な印刷法の場合、パターン形成材料の転移の繰り返しによりパターンが完成する。たとえば、平版オフセット印刷の場合、インキロールから版へのパターン形成材料転移、版からブランケットロールへのパターン形成材料転移、そしてブランケットロールから被転写物へのパターン形成材料転移というプロセスを経ている。
【０００８】
このようにパターン形成材料が複数のプロセスを経る場合、全ての工程でパターン形成材料が完全に転移していくことは非常に稀であり、パターン形成材料は種々の媒体への付着と断裂を繰り返して印刷される。したがって、このパターン形成材料の断裂に起因するパターン形成材料の転移量のばらつきが、印刷されたパターンひとつひとつのばらつきの原因となる。
【０００９】
ところで液体の精密なパターニングとしてインクジェットを用いる方法が知られており、非特許文献１に記載されているように、有機トランジスタの分野において電極形成の手法として用いられた例がある。インクジェットを用いる方法の場合、定量的に液体をコントロールできることや基材と非接触でパターニングできるといった利点がある。
【００１０】
また、非特許文献２に記載されているように、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれる分野では、インクジェットを用いて微小機械部品を作成することが提案されている。
【非特許文献１】Ｓｉｒｒｉｎｇｈａｕｓ  ｅｔ．ａｌ．  Ｓｃｉｅｎｃｅ  第２８０巻  ２１２３ページ  （２０００）
【非特許文献２】Ｓ．Ｂ．Ｆｕｌｌｅｒ  ｅｔ．ａｌ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  第１１巻  ５４ページ  （２００２）  しかし、インクジェットを用いる方法では球状の液滴を用いてパターン形成を行うため、パターニングされる形状はその液滴の径の大きさに規定される。この液滴の径は最小でも１０ミクロン程度であるために、解像度には限界があり、高精細のパターン形成のためには非特許文献１の記載にもあるように、あらかじめ撥インキ性の隔壁を設ける等の操作が必要となる。また、例えば直線を形成する場合であっても、球状の液滴を用いてパターン形成を行なうため、シャープなエッジを持つパターンを形成することは難しい課題となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上のような問題を解決するものであり、定量的にパターン形成材料を転移することができ、また、高精細で、かつシャープなエッジを有するパターン形成を簡便な方法で行なうことを可能とする凹版の提供を課題とする。また、前記凹版を用いたパターニング方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、基板部である薄膜とパターン部とからなる凹版であって、基板部は弾性体からなり、パターン部は剛体からなる、２層構造を有することを特徴とする凹版である。
【００１３】
請求項２の発明は、弾性体からなる基板部と剛体からなるパターン部より構成される凹版の凹部にパターン形成材料を充填する工程、該凹版の弾性体側より圧力を加えることによりパターン形成材料を転写する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、前記凹部にパターン形成材料を充填する工程の後に、パターン形成材料を硬化する工程を有することを特徴とする請求項２に記載のパターニング方法である。
【００１５】
請求項４の発明は、前記の硬化させたパターン形成材料の硬化状態が半硬化であることを特徴とする請求項２および請求項３に記載のパターニング方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、２層構造を有する凹版の弾性体側より圧力を加えることにより、凹部に充填したパターン形成材料が版上方にせり出し、しかる後被転写物に押し付けられることでパターン形成材料を定量的に転写できる。そのため、一般的な印刷法と比較してより正確に、また、フォトリソグラフィー法と比較してより低コストでパターニングを可能にすることができる。また、フォトリソグラフィー法の処理工程に対して耐性がない材料においてもパターン形成が可能となる。また、インクジェットを用いた方法では困難であった、高精細で、かつシャープなエッジを有するパターン形成を簡便な方法で行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１に、弾性体２０からなる薄膜と剛体１０からなるパターン部との２層からなる、本発明の凹版を示す。弾性体２０の材料は転写の際の加圧で変形するものであればよく、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンンゴム、ニトリルゴム、ネオプレンゴム、ハイパロンゴム、ウレタンゴムなどの種々のエラストマを、使用するパターン形成材料に合わせて適宜使用することができるが、一般的にはパターン形成材料の付着しにくいシリコーンゴムやフロロシリコーンゴムが最適である。また、弾性体２０の硬さは、標準的な測定方法であるデュロメータＡで測定した値が４０〜７０であることが好ましく、より望ましくは４０〜５０であるとよい。また、剛体１０の材料は転写の際の加圧で変形しないものであればよく、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、リン青銅、銅、ニッケル、真鍮などを使用することができる。また、剛体１０からなるパターン部に予め撥水処理を施してもよく、例えばパターン部表面にフッ素系シリコーンを蒸着する方法などが挙げられる。
【００１９】
前記凹版の製版工程は、剛体１０からなるパターン部をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより作製する。パターン部において、パターンの厚さｄとパターンの幅ｌとの関係は、ｄ＜ｌであることが好ましい。また、パターン部とは別に、弾性体２０からなる薄膜を作製し、これに前記パターン部を貼り付けることにより、２層構造を有する凹版を作製する。
【００２０】
また、製版工程は上記の方法に限られるものではなく、弾性体２０からなる薄膜を先に剛体１０に接着し、しかる後フォトリソグラフィーおよびエッチングを行なってパターン部を形成しても、同様の凹版を得ることができる。
【００２１】
前記凹版へのパターン形成材料の充填工程は、図２および図３に示すように、前記凹版の上にパターン形成材料３０を適量滴下し、ドクターブレード４０で余分なパターン形成材料をかき取りながら、凹版の凹部にのみパターン形成材料を充填する。ここでパターン形成材料とは、導電性微粒子とバインダーとからなる材料である。用いるパターン形成材料の種類は特に問わないが、一例として銀のナノ粒子をポリエステルポリマーに分散させたものや、ＥＬ用発光材料を芳香族系の有機溶媒に分散させたものなどが挙げられる。
また、パターン形成材料の供給方法として他に、図４に示すようにインクジェットを用いることも可能である。
【００２２】
次に転写工程であるが、図５に示すように、パターン形成材料を充填した前記凹版を転写装置７０にのせ、固定する。転写装置７０には加圧機構が備えられており、固定した前記凹版に圧力をかけることにより、凹版の弾性体２０が変形する。加圧機構は、水圧や油圧、圧縮空気による加圧など種々の加圧機構を用いることが可能である。凹版の弾性体側から加圧することにより、図６に示すように弾性体２０が変形し、凹版の剛体１０よりなるパターン部に、変形した弾性体２０が入り込んでいく。その結果、凹版の凹部に充填されていたパターン形成材料３０が剛体１０上部にせり出す。被転写物６０を凹版上部からインクに接触させることにより、凹部に充填されていたパターン形成材料を定量的に被転写物６０に転写することができる。
【００２３】
また、前記パターン形成材料充填工程と前記転写工程との間に、パターン形成材料を硬化させる工程を設けても良い。凹版の凹部に充填されたパターン形成材料を、加熱、光照射、紫外線ないし赤外線照射、電子線、γ線などの放射線照射することによって硬化させ、その後、前記転写工程と同様にして被転写物に硬化させたパターン形成材料を転写する。この硬化過程において、パターン形成材料を完全に硬化させてもよいが、パターン形成材料の硬化状態を見かけ上、あるいは手で触ったときにも非流動性である半硬化の状態にすると、被転写物とパターン形成材料との密着性の面からより好ましい。
【００２４】
上記のように本発明の凹版を用いることにより、パターンの線幅が１００ミクロン以下、さらには２０ミクロン以下の高精細なパターン形成においても、シャープなエッジを有するパターンを形成することが可能となる。また、高解像度のパターン形成技術が必要とされているエレクトロニクス分野や生物化学分野において、従来方法と比較して、非常に低コスト、かつ簡便な方法で広範囲にわたる高解像度のパターン形成が可能となる。さらには、パターンの膜厚が剛体の厚さと等しくなるので、剛体部の厚さを変化させることによる簡便な方法で任意の膜厚パターンを作製することが可能である。
【実施例１】
【００２５】
（製版工程）剛体材料として厚さ５０ミクロンのＳＵＳ３０４を用い、剛体１０からなるパターン部をフォトリソグラフィーおよびエッチングにより作製した。
【００２６】
また、硬化剤を混ぜたシリコーンゴムをポリエステルフィルムに滴下し、保護フィルムを被せ、ラミネーターでプレスすることにより厚さ３０ミクロンの薄膜を形成し、これを８０℃で４時間乾燥させ、弾性体２０よりなる薄膜を作製した。
【００２７】
先に作製した剛体１０からなるパターン部の片面にシリコーンゴムと接着させるためのプライマーを塗布し、室温で４０分乾燥した後、弾性体２０からなる薄膜に貼り付けることで、図１に示す２層構造を有する凹版を作製した。
【００２８】
（充填および転写工程）前記凹版にパターン形成材料を充填し、転写装置７０にのせた。パターン形成材料としては、銀のナノ粒子をポリエステルポリマーに分散させたものを用いた。凹版の弾性体側から圧縮空気により圧力を加え、凹部に充填されていたパターン形成材料を被転写物に転写した。
【００２９】
その後乾燥工程を経た後、顕微鏡による観察から、パターンが正確に被転写物の転写されていることが確認された。
【実施例２】
【００３０】
（製版工程）弾性体材料としてフロロシリコーンゴムを用い、ポリエステルフィルム上に適量滴下し、保護フィルムを被せ、ラミネーターでプレスすることにより厚さ３０ミクロンの薄膜を形成し、これを８０℃で４時間乾燥させ、弾性体２０よりなる薄膜を作製した。この薄膜と実施例１で作製した剛体１０からなるパターン部とを貼り付けることにより、２層構造を有する凹版を作製した。実施例１と同様にパターン形成材料充填、転写を行ない、乾燥工程を経た後に顕微鏡観察を行なったところ、実施例１と同様の正確なパターンが被転写物に転写されていることが確認された。
【実施例３】
【００３１】
（製版工程）弾性体材料としてエチレンプロピレンゴムを用い、圧延、加硫により、厚さ３０ミクロンの薄膜を形成した。この薄膜と実施例１で作製した剛体１０からなるパターン部とを貼り付けることにより、２層構造を有する凹版を作製した。実施例１と同様にパターン形成材料充填、転写を行ない、乾燥工程を経た後に顕微鏡観察を行なったところ、実施例１と同様の正確なパターンが被転写物に転写されていることが確認された。
【実施例４】
【００３２】
（加熱によるパターン形成材料の硬化）実施例１で作製した剛体１０からなるパターン部に、予めフッ素系シリコーンを蒸着して撥水処理を施した。このパターン部と実施例１で作製した弾性体２０よりなる薄膜とを貼り付けることにより、２層構造を有する凹版を作製した。実施例１と同様にパターン形成材料充填を行なった後、凹版全体を加熱して充填したパターン形成材料を半硬化させた。その後、実施例１と同様に、圧力を加えることよりパターン形成材料を被転写物に転写した。その結果、顕微鏡観察を行なったところ、エッジがシャープであり、かつ正確なパターンが転写されていることが確認された。
【実施例５】
【００３３】
（紫外線照射によるパターン形成材料の硬化）実施例４と同様に、実施例１で作製した剛体１０からなるパターン部に、予めフッ素系シリコーンを蒸着して撥水処理を施した。このパターン部と実施例１で作製した弾性体２０よりなる薄膜とを貼り付けることにより、２層構造を有する凹版を作製した。パターン形成材料に紫外線硬化型のバインダーを使用し、パターン形成材料充填後、紫外線照射することにより、充填したパターン形成材料を半硬化させた。その後、実施例１と同様に、圧力を加えることよりパターン形成材料を被転写物に転写した。その結果、顕微鏡観察を行なったところ、エッジがシャープであり、かつ正確なパターンが転写されていることが確認された。
＜比較例＞
（製版工程）薄膜作製において、弾性体材料の代わりに剛体であるＳＵＳ３０４を用いて厚さ３０ミクロンの薄膜を形成した。この薄膜と実施例１で作製した剛体１０からなるパターン部とを貼り付けることにより、２層構造を有する凹版を作製した。実施例１と同様にパターン形成材料充填、転写を行なった結果、凹版の薄膜側から圧力を加えてもパターン形成材料が上部にせり出さず、定量的なパターン形成材料の転写はできなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の２層構造を有する凹版の一実施例を表す説明図である。
【図２】本発明のパターン形成材料充填工程の一実施例を表す説明図である。
【図３】本発明のパターン形成材料充填工程の一実施例を表す説明図である。
【図４】本発明のパターン形成材料充填工程の他の実施例を表す説明図である。
【図５】本発明の転写工程の一実施例を表す説明図である。
【図６】本発明の加圧後の転写工程の一実施例を表す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  剛体
２０  弾性体
３０  パターン形成材料
４０  ドクターブレード
５０  インクジェットヘッド
６０  被転写物
７０  転写装置
【図１】
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【図２】
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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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