(57)【要約】【課題】凹版印刷用のシリンダの表面に微細パターンを適切に形成できるとともに、このシリンダを用いてプリンタブルエレクトロニクスやナノインプリントで必要とする微細パターンを転写することが可能で生産性高く凹版印刷できる凹版印刷用シリンダの製造方法及び凹版印刷用シリンダを提供する。【解決手段】凹版印刷用シリンダ１は、円柱状のシリンダ本体２と、シリンダ本体２の表面に貼り付けられた、表面に微細パターン５が形成されたシリコンシート３とを備える。シリンコンコート３の作製は、シリコンコート３の基材としてシリコンウエハ４を準備する工程と、シリコンウエハ４の表面に、リソグラフィによるパターニングと異方性ドライエッチングとによって微細パターン５を形成する工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状のシリンダ本体を準備する工程と、該シリンダ本体の表面に、表面に微細パターンが形成されたシリコンシートを貼り付ける工程とを備え、前記シリンコンコートの作製は、前記シリコンコートの基材としてシリコンウエハを準備する工程と、該シリコンウエハの表面に、リソグラフィによるパターニングと異方性ドライエッチングとによって微細パターンを形成する工程とを含むことを特徴とする凹版印刷用シリンダの製造方法。
【請求項２】
前記微細パターンを形成する工程によってアスペクト比の高い微細パターンを形成することを特徴とする請求項１記載の凹版印刷用シリンダの製造方法。
【請求項３】
前記微細パターンを形成する工程によって微細パターンの開口部に前記シリコンウエハの表面に対して所定の角度で傾斜する傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の凹版印刷用シリンダの製造方法。
【請求項４】
前記微細パターンを形成する工程の後、前記シリコンウエハの裏面を研磨して前記シリコンシートを薄くして前記シリコンシートに一定の曲率を持たせ、前記シリンダ本体の形状に合わせる工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の凹版印刷用シリンダの製造方法。
【請求項５】
前記微細パターンを形成する工程の後、前記シリコンウエハの裏面を研磨して前記シリコンシートを薄くする工程と、薄くなった前記シリコンシートを任意形状に切断する工程と、切断された前記シリコンシートを複数並べて前記シリンダ本体の表面に貼り付けることによって微細パターンの転写範囲を拡大する工程とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の凹版印刷用シリンダの製造方法。
【請求項６】
円柱状のシリンダ本体と、該シリンダ本体の表面に貼り付けられた、表面に微細パターンが形成されたシリコンシートとを備えていることを特徴とする凹版印刷用シリンダ。
【請求項７】
前記シリコンシートが溶融金属を用いて前記シリンダ本体の表面に貼り付けられることを特徴とする請求項６記載の凹版印刷用シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙及びフィルムに凹版印刷を行う際に用いられる凹版印刷用シリンダの製造方法及び凹版印刷用シリンダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
凹版印刷の中でもロール・ツウ・ロール方式による凹版印刷は、紙やプラスチックフィルム等のフィルムへの印刷を高速かつ大量に行うことが可能な方式であり、商業印刷に多く用いられている。このロール・ツウ・ロール方式による凹版印刷は、その良好な生産性から、現在ではエレクトロニクス分野におけるデバイス生産への適用も検討されており、いわゆるプリンティングエレクトロニクスやナノインプリント方式における微細パターン転写技術の開発が進んでいる。
【０００３】
ロール・ツウ・ロール方式による凹版印刷においては、その印刷版に円筒形のシリンダが用いられ、このシリンダの表面には様々な転写用のパターンが形成されている。この転写用のパターンを深くすることにより転写されるインキ量を多くすることができるため、多色刷り印刷においては発色良く豊かな色表現が特徴となる。
このようなロール・ツウ・ロール方式による凹版印刷はプリンティングエレクトロニクスやナノインプリント方式の利用も検討されているが、転写パターンの微細化が課題となっている。
【０００４】
凹版印刷用のシリンダの表面にパターンを形成する方法としては、現在では化学的な腐食を行う方法、ダイヤモンドによる彫刻によって形成する方法、レーザ直描によって形成する方法が採用されているのが一般的である。
また、特許文献１に記載されたようなナノインプリント方式による凹版印刷においては、基板となるシリコウエハや石英ガラスにリソグラフィによるパターニングを施した後、ドライエッチングを行うことで微細パターンの形成を行い、この微細パターンを形成した基板を母型として雌型の樹脂成形や電鋳を行い、離型することで微細パターン転写用の凹版を作製している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２０３５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これら従来の、凹版印刷用のシリンダの表面にパターンを形成する方法にあっては、以下の問題点があった。
即ち、化学的な腐食を行う方法によりシリンダの表面にパターンを形成する場合、ウェットエッチングによる等方的なエッチングが進むため、形成されるパターンが微細であり密になると隣接するパターン同士が干渉してしまうという問題がある。このため、この化学的な腐食を行う方法では、形成できるパターンの寸法や深さに制限が存在し、パターンの微細化に限界があった。
【０００７】
また、ダイヤモンドによる彫刻によってシリンダの表面にパターンを形成する場合には、刻印するダイヤモンドの先端径が結晶方位で規定され、この場合にも形成されるパターンが微細で密になるほどパターン同士が干渉してしまうという問題がある。このため、ダイヤモンドによる彫刻によってシリンダの表面にパターンを形成する方法においても、形成できるパターンの寸法や深さに制限が存在し、パターンの微細化に限界があった。
【０００８】
更に、レーザ直描によってシリンダの表面にパターンを形成する場合には、紫外レーザのスポット径がせいぜいサブミクロン程度であり、この集光エネルギーを利用して微細パターンのリソグラフィを行うため、形成されるパターン寸法が密になると隣接するパターン同士が干渉してしまうという問題がある。このため、レーザ直描によってシリンダの表面にパターンを形成する場合においても、形成できるパターンの寸法や深さに制限が存在し、パターンの微細化に限界があった。
【０００９】
また、特許文献１に記載されたようなナノインプリント方式による凹版印刷においては、基板となるシリコウエハや石英ガラスにリソグラフィによるパターニングを施した後、ドライエッチングを行うことで微細パターンの形成を行い、この微細パターンを形成した基板を母型として雌型の樹脂成形や電鋳を行い、離型することで微細パターン転写用の凹版を作製している。したがって、このような凹版を用いるには、ステップアンドリピートによる平板印刷による微細パターン転写の方式となってしまい、生産性が大変低いという問題があった。また、このような微細パターン転写用の凹版を作製する際にも、母型から雌型の微細パターンになるほど離型がすることが難しく、製品を製造できるレベルに至っていないというのが現状である。
【００１０】
従って、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、凹版印刷用のシリンダの表面に微細パターンを適切に形成できるとともに、このシリンダを用いてプリンタブルエレクトロニクスやナノインプリントで必要とする微細パターンを転写することが可能で生産性高く凹版印刷できる凹版印刷用シリンダの製造方法及び凹版印刷用シリンダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る凹版印刷用シリンダの製造方法は、円柱状のシリンダ本体を準備する工程と、該シリンダ本体の表面に、表面に微細パターンが形成されたシリコンシートを貼り付ける工程とを備え、前記シリンコンコートの作製は、前記シリコンコートの基材としてシリコンウエハを準備する工程と、該シリコンウエハの表面に、リソグラフィによるパターニングと異方性ドライエッチングとによって微細パターンを形成する工程とを含むことを特徴としている。ここで、「微細パターン」とは、パターンの一本一本の幅が数１００ｎｍ程度、隣接するパターンの間隔が数１００ｎｍ程度で最密で一本一本のパターンの幅と隣接するパターンの間隔とが１：１くらいまでのものを想定したものである。
【００１２】
この請求項１に係る凹版印刷用シリンダの製造方法によれば、円柱状シリンダ本体の表面に微細パターンが適切に形成された凹版印刷用シリンダを製造することができる。
また、本発明のうち請求項２に係る凹版印刷用シリンダの製造方法は、請求項１記載の凹版印刷用シリンダの製造方法において、前記異方性ドライエッチングによる微細パターンを形成する工程によってアスペクト比の高い微細パターンを形成することを特徴としている。ここで、「アスペクト比の高い微細パターン」とは、アスペクト比で１以上の微細パターンを意味し、アスペクト比で数１０の微細パターンも可能であることを意味する。このアスペクト比の高い微細パターンを形成するに際しては、所定の条件、即ちボッシュプロセスと呼ばれるエッチングと側壁保護を繰り返しながら行う方法を採用することが好ましい。
【００１３】
この請求項２に係る凹版印刷用シリンダの製造方法によれば、微細パターンのアスペクト比が高く、転写されるインキ量を多くすることができる凹版印刷用シリンダを製造することができる。
また、本発明のうち請求項３に凹版印刷用シリンダの製造方法は、請求項１又は２記載の凹版印刷用シリンダの製造方法において、前記微細パターンを形成する工程によって微細パターンの開口部に前記シリコンウエハの表面に対して所定の角度で傾斜する傾斜面を形成したことを特徴としている。ここで、「所定の角度」とは、シリコンウエハの表面と傾斜面とのなす角度が０°よりも大きく９０°よりも小さいことを意味する。なお、このリコンウエハの表面と傾斜面とのなす角度は、所定の条件、即ち基板温度と、エッチングガス種と、エッチング電力との関係をチューニングすることで制御することができる。
【００１４】
また、本発明のうち請求項４に係る凹版印刷用シリンダの製造方法は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の凹版印刷用シリンダの製造方法において、前記微細パターンを形成する工程の後、前記シリコンウエハの裏面を研磨して前記シリコンシートを薄くして前記シリコンシートに一定の曲率を持たせ、前記シリンダ本体の形状に合わせる工程を含むことを特徴としている。
この請求項４に係る凹版印刷用シリンダの製造方法によれば、シリコンウエハの裏面を研磨してシリコンシートを薄くしてシリコンシートに一定の曲率を持たせ、シリンダ本体の形状に合わせることで、シリコンコートを、円柱状のシリンダ本体に円滑に貼り付けることができる。
【００１５】
また、本発明のうち請求項５に係る凹版印刷用シリンダの製造方法は、請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の凹版印刷用シリンダの製造方法において、前記微細パターンを形成する工程の後、前記シリコンウエハの裏面を研磨して前記シリコンシートを薄くする工程と、薄くなった前記シリコンシートを任意形状に切断する工程と、切断された前記シリコンシートを複数並べて前記シリンダ本体の表面に貼り付けることによって微細パターンの転写範囲を拡大する工程とを含むことを特徴としている。
この請求項５に係る凹版印刷用シリンダの製造方法によれば、簡単な方法により微細パターンの転写範囲を拡大することができる。
【００１６】
また、本発明のうち請求項６に係る凹版印刷用シリンダは、円柱状のシリンダ本体と、該シリンダ本体の表面に貼り付けられた、表面に微細パターンが形成されたシリコンシートとを備えていることを特徴としている。
この請求項６に係る凹版印刷用シリンダによれば、このシリンダを用いてプリンタブルエレクトロニクスやナノインプリントで必要とする微細パターンを転写することが可能で生産性高く凹版印刷できる。
【００１７】
また、本発明のうち請求項７に係る凹版印刷用シリンダは、請求項６記載の凹版印刷用シリンダにおいて、前記シリコンシートが溶融金属を用いて前記シリンダ本体の表面に貼り付けられることを特徴としている。
この請求項７に係る凹版印刷用シリンダによれば、シリンダ本体がステンレスやアルミなどの金属部材で形成され表面が平滑面であれば、シリコンコートをシリンダ本体の表面に確実、簡単かつ強固に貼り付けることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る凹版印刷用シリンダの製造方法によれば、円柱状のシリンダ本体の表面に微細パターンが適切に形成された凹版印刷用シリンダを製造することができる。形成される微細パターンが密になっても隣接するパターン同士が干渉してしまうことはない。
また、本発明に係る凹版印刷用シリンダによれば、このシリンダを用いてプリンタブルエレクトロニクスやナノインプリントで必要とする微細パターンを転写することが可能で生産性高く凹版印刷できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る凹版印刷用シリンダの概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示す凹版印刷用シリンダに用いられるシリコンシートの断面図である。
【図３】シリコンコートの変形例の断面図である。
【図４】シリコンシートの作製工程を説明するための図である。
【図５】シリコンシートの作製工程の流れ図である。
【図６】シリコンシートをシリンダの表面に貼り付けた状態の模式的断面図である。
【図７】図６に示すシリンダへの多面付け用にシリコンコートを切断した状態の斜視図である。
【図８】図７に示す切断したシリコンシートを複数並べてシリンダ本体の表面に貼り付けた状態の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態に係る凹版印刷用シリンダの製造方法及び凹版印刷用シリンダについて図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る凹版印刷用シリンダの概略構成を示す斜視図である。図２は、図１に示す凹版印刷用シリンダに用いられるシリコンシートの断面図である。
なお、本発明の実施の形態は、以下に記載する実施の形態に限定されうるものではなく、当業者の知識に基づいて設計の変更などの変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の実施の形態の範囲に含まれうるものである。
【００２１】
図１に示す凹版印刷用シリンダ１は、ロール・ツウ・ロール方式による凹版印刷に用いられるものであって、円筒状のシリンダ本体２と、シリンダ本体２の表面に貼り付けられたシリコンシート３とを備えている。シリコンコート３は、図２に示すように、基材としてのシリコンウエハ４の表面に微細パターン５を形成してなる。
ここで、「微細パターン」とは、パターンの一本一本の幅が数１００ｎｍ程度、隣接するパターンの間隔が数１００ｎｍ程度で最密で一本一本のパターンの幅と隣接するパターンの間隔とが１：１くらいまでのものを想定したものである。
【００２２】
凹版印刷用シリンダ１の製造は、円筒状のシリンダ本体２を準備する工程と、シリンダ本体２の表面に、表面に微細パターン５が形成されたシリコンシート３を貼り付ける工程とを経て製造される。
シリコンコート３の作製工程について、図４及び図５を参照して説明する。図４は、シリコンシートの作製工程を説明するための図である。図５は、シリコンシートの作製工程の流れ図である。
先ず、シリコンシート３の作製に際しては、シリコンウエハ４を準備する（ステップＳ１）。
次に、図４（Ａ）に示すように、シリコンウエハ４上に微細パターン５を転写するための電子線用レジストあるいはフォトレジストなどのレジスト６を塗布する（ステップＳ２）。
【００２３】
そして、レジスト６を固化した後、図４（Ｂ）に示すように、レジスト６に光７を照射して露光を行う。このとき、微細パターン５の形状を描いたマスクを用い、光７を照射する部分を制御することで必要な形状をレジスト６上に描く。そして、露光したシリコンウエハ４を現像液に浸し、余分なレジスト６を除去する（ステップＳ３）。これにより、微細パターンの形状がシリコンウエハ４上に現れる。そして、レジスト６で描かれたパターンを利用して微細パターン５ａを形成する（図４（Ｃ）参照）。これがリソグラフィによるパターニングである。
【００２４】
次いで、シリコンウエハ４の表面に微細パターン５を形成するにあたって、図４（Ｃ）に示すように、ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)「反応性エッチング」等の異方性ドライエッチング８を所定時間行って微細パターン５が所望の深さになるように制御する（ステップＳ４）。ここで、異方性ドライエッチング８によってアスペクト比の高い微細パターン５を形成することが好ましい。ここで、「アスペクト比の高い微細パターン」とは、アスペクト比で１以上の微細パターンを意味し、アスペクト比で数１０も可能である。このアスペクト比の高い微細パターンを形成するに際しては、所定の条件、即ちボッシュプロセスと呼ばれるエッチングと側壁保護を繰り返しながら行う方法を採用することが好ましい。
このように、微細パターン５のアスペクト比を高くすれば、転写されるインキ量を多くすることができる凹版印刷用シリンダ１を製造することができる。
【００２５】
また、異方性ドライエッチング８によって形成される微細パターン５の開口部は、図２に示すように、その側壁面がシリコンウエハ４の表面に対して垂直になっている。但し、図３に示すように、異方性ドライエッチング８によって形成される微細パターン５の開口部にシリコンウエハ４の表面に対して所定の角度ｅで傾斜する傾斜面５ｂを形成してもよい。ここで、「所定の角度」とは、シリコンウエハ４の表面と傾斜面５ｂとのなす角度ｅが０°よりも大きく９０°よりも小さいことを意味する。なお、このリコンウエハ４の表面と傾斜面５ｂとのなす角度ｅは、所定の条件、即ち基板温度と、エッチングガス種と、エッチング電力との関係をチューニングすることで制御することができる。傾斜面５ｂは、微細パターン５の開口部に形成されていればよく、微細パターン５の底部にまで傾斜面５ｂが延びていなくてもよい。
【００２６】
その後、図４（Ｄ）に示すように、シリコンウエハ４上に残ったレジスト６を剥離９する（ステップＳ５）
次に、図４（Ｅ）に示すように、シリコンウエハ４の裏面研磨時のチャッキングによる傷を避けるため、シリコンウエハ４の表面側へ保護膜１０を塗布する（ステップＳ６）。
次に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置などを用いて図４（Ｆ）に示すようにシリコンウエハ４の裏面１１側の化学的研磨を行う（ステップＳ７）。この研磨により、シリコンウエハ４、即ちシリコンシート３の厚さが薄くなり、シリコンシート３が一定の曲率で曲げられるため、円柱状のシリンダ本体２の外形に合わせることが可能となる。これにより、シリコンコート３を、円柱状のシリンダ本体２に円滑に貼り付けることができる。
【００２７】
最後に、シリコンウエハ４の洗浄を行う（ステップＳ８）。これにより、図４（Ｇ）に示すように、表面に微細パターン５が形成されたシリコンシート３が完成する（ステップＳ９）。
完成されたシリコンシート３を、シリンダ本体２の表面に貼り付けることにより凹版印刷用シリンダ１が完成する。
【００２８】
ここで、図６に示すように、シリンダ本体２がステンレスやアルミなどの金属材でその表面が平滑面であれば溶融金属１２を用いることによりシリコンシート３をシリンダ本体２に貼り付ける（接着する）ことができる。本実施形態では、溶融金属１２としてインジウムを溶融したものを用い、シリコンシート３を載せて位置決めし、常温まで冷却することによりシリコンシート３をシリンダ本体２の表面に接着することができる。これにより、シリコンコート３をシリンダ本体２の表面に確実、簡単かつ強固に貼り付けることができる。
【００２９】
図７は、図８に示すシリンダへの多面付け用にシリコンコートを切断した状態の斜視図である。図８は、図７に示す切断したシリコンシートを複数並べてシリンダ本体の表面に貼り付けた状態の模式的斜視図である。
シリコンシート３の多面付けにおいては、シリコンウエハ４の表面に微細パターン５を形成した後、シリコンウエハ４の裏面を研磨してシリコンシート３を薄くし、薄くなったシリコンシート３を任意形状に切断する。本実施形態にあっては、図７に示すように、シリコンシート３を長方形状に切断する。この切断の際には、シリコンシート３の外形寸法（幅Ａ、長さＢ）を正確に切断する必要があり端部の直線性が求められる。このため、シリコンシート３の切断は、シリコンウエハ用のダイシングソー、もしくはレーザが用いられる。
【００３０】
そして、図８に示すように、切断されたシリコンシート３を複数並べて隣接するシリコンシート３の端面同士を突き当てて、シリンダ本体２の表面に貼り付ける。ここで、シリンダ本体２がステンレスやアルミなどの金属材でその表面が平滑面であれば溶融金属１２を用いることによりシリコンシート３をシリンダ本体２に貼り付ける（接着する）ことができる。これにより、シリコンシート３のシリンダ本体２への多面付けが達成され、簡単な方法により微細パターン５の転写範囲を拡大することができる。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係る凹版印刷用シリンダ１の製造方法は、円柱状のシリンダ本体２を準備する工程と、シリンダ本体２の表面に、表面に微細パターン５が形成されたシリコンシート３を貼り付ける工程とを備えている。そして、シリンコンコート３の作製は、シリコンコート３の基材としてシリコンウエハ４を準備する工程と、シリコンウエハ４の表面に、リソグラフィによるパターニングと異方性ドライエッチングとによって微細パターン５を形成する工程とを含んでいる。これにより、円柱状のシリンダ本体２の表面に微細パターン５が適切に形成された凹版印刷用シリンダ１を製造することができる。形成される微細パターン５が密になっても隣接するパターン同士が干渉してしまうことはない。
【００３２】
また、本実施形態に係る凹版印刷用シリンダ１は、円柱状のシリンダ本体２と、シリンダ本体２の表面に貼り付けられた、表面に微細パターン５が形成されたシリコンシート３とを備えている。これにより、このシリンダ１を用いてプリンタブルエレクトロニクスやナノインプリントで必要とする微細パターンを転写することが可能で生産性高く凹版印刷できる。
【００３３】
つまり、本実施形態に係る凹版印刷用シリンダ１は、現行の印刷機のシリンダとの置き換えが可能であり、従来不可能であったプリンタブルエレクトロニクスやナノインプリントで必要とされる回路や３次元構造をロール・ツー・ロール方式による凹版印刷で生産性良く作製することができる。
また、機能性フィルムの生産においても同様に、フィルム基材に微細パターンを転写できるようになるため新しい機能の付加が可能となり、部分的バリアフィルムや選択性透過フィルム等を生産することが可能となる。
更に、基材を紙として微細パターン印刷を行う場合には、従来の印刷では表現できなかったような印刷表現の可能性を広げることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  凹版印刷用シリンダ
２  シリンダ本体
３  シリコンシート
４  シリコンウエハ
５  微細パターン
５ａ  微細パターン
５ｂ  傾斜面
６  レジスト
７  光
８  異方性ドライエッチング
９  剥離
１０  保護膜
１１  シリコンウエハの裏面
１２  溶融金属
【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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【図７】
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【図８】
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