(57)【要約】【課題】微細な高密度パターンを高精度に形成できるパターン形成方法を提供する。【解決手段】ナノ粒子を含有する第一の液体を液体塗布装置により対象物上に塗布して機能性膜パターンを形成するパターン形成方法において、前記機能性膜パターンとなる塗膜のライン群200を描画するに先立って、少なくとも最初に描画するライン201よりも外側となる位置に、ライン群200からの液体成分の蒸発を抑制する蒸発制御パターン21を第二の液体により描画する。蒸発制御パターン21を設けることにより、機能性膜パターン領域の蒸発ガス濃度を均一化し、乾燥条件を一定とすることが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を含有する第一の液体を液体塗布装置により対象物上に塗布して機能性膜パターンを形成するパターン形成方法において、
前記機能性膜パターンとなる塗膜あるいは塗膜群を描画するに先立って、前記塗膜あるいは塗膜群からの液体成分の蒸発を抑制する蒸発制御パターンを第二の液体により描画することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
液体塗布装置がインクジェットであることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
液体塗布装置がディスペンサーであることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】
第一の液体と第二の液体とは同一であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項５】
第一の液体と第二の液体とは異なっていることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項６】
第二の液体は、第一の液体の少なくとも一部の成分を含んでなることを特徴とする請求項５記載のパターン形成方法。
【請求項７】
第二の液体は、第一の液体の溶媒であることを特徴とする請求項６記載のパターン形成方法。
【請求項８】
ナノ粒子は金属ナノ粒子であり、機能性膜パターンは電気的導通を得るための金属膜パターンであることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項９】
蒸発制御パターンは、少なくとも最初に描画する機能性膜パターンの塗膜に沿うように描画することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン形成方法に関し、特に微細パターンの成形精度を向上させるパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属ナノ粒子を溶媒に分散させた液体をインクジェットによって樹脂やガラスの基板上に塗布し、熱処理することにより、金属膜のパターンを得る手法が提案されている。しかし樹脂やガラスといった吸湿性のない基板上では、塗布した液体が乾燥して膜化するまでに広がりやすく、パターンの線幅や形状の制御が難しい。例えば線状パターンを形成する場合、インクジェットにより線状に吐出した液体が基板上で移動しその線上の一箇所に集中して、バルジといわれる液溜まりを発生させることがあり、高精度なパターニングが困難である。これに対処する方法として、金属ナノ粒子の分散液をインクジェットにより基板上に吐出する際の液滴と基板との接触角を制御し、かつ、隣り合う液滴の重ね合わせ量を精密に制御することが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−８０６９４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし特許文献１の方法でも、例えば図７に示すような配置で数十〜数百μｍのライン幅とライン間隔とを持った高密度な微細パターニングを形成する場合に、片側にのみ隣接パターンを有する端部ライン１０１、１３５と両側に隣接パターンを有するライン１０２〜ライン１３４とで乾燥条件が不均一となり、乾燥処理または加熱処理の工程後のライン幅やライン高さにバラツキが生じるため、高精細パターニングを行うには不十分である。
【０００４】
したがって依然として、微細な高密度パターンを高精度に形成できるパターン形成方法の開発が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のパターンの形成方法は、ナノ粒子を含有する第一の液体を液体塗布装置により対象物上に塗布して機能性膜パターンを形成するパターン形成方法において、前記機能性膜パターンとなる塗膜あるいは塗膜群を描画するに先立って、少なくとも最初に描画する塗膜よりも外側となる位置に、前記塗膜あるいは塗膜群からの液体成分の蒸発を抑制する蒸発制御パターンを第二の液体により描画することを特徴とする。
【０００６】
ここで、機能性膜パターンとは、描画したものを実際に使用する状況において、例えば電気的導通を得る為の電極や各種センサー電極等の機能を有するパターンのことを言い、蒸発制御パターンは、実際の使用状況下において前記の機能を果たさないパターンのことを言う。
【０００７】
ナノ粒子が金属ナノ粒子であるときは、機能性膜パターンとして、電気的導通を得るための金属膜パターンを形成することができる。蒸発制御パターンは、少なくとも最初に描画する機能性膜パターンの塗膜に沿うように描画する。塗膜あるいは塗膜群の片側、両側、四方などに配置することができる。
【０００８】
液体塗布装置はインクジェットであってもよいし、ディスペンサーであってもよい。
第一の液体と第二の液体とは同一であってよい。また第一の液体と第二の液体とは異なっていてよい。この場合は別途の液体塗布装置で塗布する。第二の液体が、第一の液体の少なくとも一部の成分を含んでなることが都合よい。第二の液体が、第一の液体の溶媒であることが都合よい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のパターン形成方法によれば、高密度高精細なパターンを形成する場合も、ライン幅やライン高さのばらつきの発生を抑えることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明のパターン形成方法を実施するためのインクジェットシステムの第一例を示す。このインクジェットシステムは、液体塗布装置としてのインクジェットヘッド１と、パターン形成する対象物３を位置決めするためのＸＹステージ４と、インクジェットヘッド１のノズル（図示せず）の駆動電圧やインク吐出タイミング、及び、ＸＹステージ４の送り量や送り速度などを制御するためのコントローラー５と、インクジェットヘッド１によって塗布されるインクを貯蔵するインクタンク７とを有している。６はコントローラー５からの駆動用電気信号をインクジェットヘッド１及びＸＹステージ４に伝達するための電気配線、８はインクタンク７のインクをインクジェットヘッド１へ供給するためのインクパイプである。
【００１１】
インクはナノ粒子を含む液体である。インクジェットヘッド１は、対象物３に対向する面にノズルを千鳥配列などで高密度に配置して１スキャンにて描画を行うラインヘッドを備えるものや、主走査と副走査とを繰り返しながら描画を行うもの（一般的なＰＣ用プリンター等に用いられている）などであってよく、描画方式には何ら制限はない。対象物３は樹脂やガラスなどからなるものである。これら、インク、インクジェットヘッド１、対象物３は、夫々の相性を考慮して選択すればよく、様々な組み合わせが可能である。コントローラー５は例えば専用のドライブ回路を備えたもので、ＰＣ（図示せず）に接続して用いられる。ヘッドクリーニング機構、基板を加熱する機構等を備えていてもよい。
【００１２】
上記のインクジェットシステムにおいて、所望の描画パターンや描画ピッチや描画速度などのパラメータをＰＣに入力すると、それに対応する駆動信号がコントローラー５、電気配線６を通じてインクジェットヘッド１及びＸＹステージ４に送られる。それによりインクジェットヘッド１の各ノズルの駆動電圧やインク吐出タイミングが制御されるとともに、ＸＹステージ４の送り量や送り速度が制御され、ＸＹステージ４は対象物３をその対象箇所がインクジェット１のノズルに対向するように位置決めし、インクジェットヘッド１はインクタンク７から送られるインクを所定のタイミングでノズルから液滴として吐出して、対象物３の対象箇所に描画を行う。
【００１３】
以下、具体的に説明する。
上記インクジェットシステムにより図２に示すパターンを形成した。対象物３としてのガラス板上に蒸発制御パターン２１、２２を、機能性膜パターンとなるライン２０１から２３５までのライン群２００の外側に描画している。機能性膜パターンとは、描画したものを実際に使用する状況において、例えば電気的導通を得る為の電極や各種センサー電極等の機能を有するパターンのことを言い、蒸発制御パターンとは、実際の使用状況下において前記の機能を果たさないパターンのことを言う。ここでは、蒸発制御パターン２１、２２、ライン２０１から２３５の全てに同一のインクを用いた。
【００１４】
インクジェットヘッド１は、様々なインクを塗布することが可能で、高粘度のインクでも支障なく塗布できるシェアモードタイプのものを使用し、一つのノズルにより描画を行う手法を用いた。インクは、その塗膜を加熱処理することで金属膜を形成できる、金属ナノ粒子をテトラデカンベースの溶媒に分散させたインクを用いた。対象物３としてはガラス板を用いた。ガラスは、樹脂材料よりも傷がつきにくく、表面状態が安定しており、描画安定性が高い。
【００１５】
パターン形成に際しては、主走査方向（図中では左右方向）におけるインク液滴の吐出間隔（つまり隣接ドット間距離）を６０μｍとし、駆動周波数６６６．７Ｈｚにて描画を行った。副走査方向（図中では上下方向）におけるインク液滴の吐出間隔（隣接ライン間のピッチ）を１５０μｍとした。対象物３であるガラス板に対するインクの接触角は約１０°とし、ノズルより吐出するインク液滴の１滴あたりの液量は６ｐｌとした。また、このインク１滴のガラス板上での着弾直径は約１００μｍである。
【００１６】
描画手順は、蒸発制御パターン２１を形成した後に、ライン２０１からライン２３５まで順に３５本のライン群２００を並列に形成し、最後に蒸発制御パターン２２を形成した。蒸発制御パターン２１、２２及びライン群２００は、全て同一条件で、インクジェットヘッド１のノズルも全て同一のものを用いて、描画した。蒸発制御パターン２１とライン２００群の中で最初に描画する初端部ライン２０１との間、及び最後に描画する終端部ライン２３５と蒸発制御パターン２２との間の各ラインピッチも、ライン群２００でのラインピッチと同じ１５０μｍである。
【００１７】
ライン描画後常温状態にて１時間乾燥させたときのラインの幅を測定した。初端部ライン２０１、終端部ライン２３５、ライン群２００の中心部に位置している中心部ライン２１８の各々について、任意の５箇所での測定値を平均した値を以下の表１に示す。
【００１８】
【表１】
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表１によれば、初端部ライン２０１、中心部ライン２１８、終端部ライン２３５のライン幅はほぼ同等であり、全てのラインが安定して形成されている。描画順序を変更して、蒸発制御パターン２１、２２を先ず描画し、その後にライン群２００を描画した場合も、ほぼ同様の結果が得られた。
【００１９】
このことは、蒸発制御パターン２１、２２を機能性膜パターンとなるライン群２００の両側に配置することにより、高密度描画の成形精度を向上させることが可能になることを示している。蒸発制御パターン２１、２２およびライン群２００を例えば２２０℃（３０分）程度で焼成することにより、ライン群２００に基づく高精度な金属薄膜パターン、例えば電気配線、電極パターンを形成することが可能である。蒸発制御パターン２１、２２は焼成後は特段の機能は持たないし障害にもならない。
【００２０】
比較の為に、先の図７に示したパターン、つまり機能性膜パターンとなるライン群１００のみを上記と同様にして形成し、各ラインのライン幅を計測した。初端部ライン１０１、終端部ライン１３５、中心部ライン１１８の平均ライン幅（上記と同様）を以下の表２に示す。
【００２１】
【表２】
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表２の結果によれば、初端部ライン１０１および終端部ライン１３５はそれぞれ、中心部ライン１１８に比べて、３．６μｍ、２.２μｍライン幅が細くなっている。初端部ライン１０１及び終端部ライン１３５は夫々片側にしか隣接ラインが存在していないため、両側に隣接ラインが存在している中心部ライン１１８付近に比べて、ラインから蒸発した溶媒成分のガス濃度が低くなり、乾燥時間が短くなる。この乾燥時間の相違が、ラインを構成している液体の広がりにバラツキを発生させ、ライン幅のバラツキを引き起こすと考えられる。
【００２２】
溶媒成分のガス濃度が同様な状態となると考えられる初端部ライン１０１と終端部ライン１３５とでもライン幅に違いが現れているが、これは上述のように一つのノズルでラインを順に形成しているためと考えられる。初端部ライン１０１は、両側に隣接ラインが存在しない状態で、したがって隣接ラインからの溶媒の蒸発ガスの影響を全く受けずに、乾燥しやすい条件下に描画される。これに対して終端部ライン１３５は、片側にラインが存在する状態で、したがってライン１３４やライン１３３からの溶媒の蒸発ガスの影響を受けて、初端部ライン１０１に比べると乾燥しにくい条件下に描画されるため、それにより乾燥時間が長くなる分、ラインが若干濡れ広がると考えられる。
（実施の形態２）
図３は本発明のパターン形成方法を実施するためのインクジェットシステムの第二例を示す。このインクジェットシステムは、インクジェットヘッド１２とインクタンク１４とインクパイプ１５とを、インクジェットヘッド１等のほかに設けることで、２種類のインクを塗布できるように構成されている。コントローラー５は、インクジェットヘッド１、１２を同時に制御できるように、つまりインクジェットヘッド１、１２の夫々に対して個々の吐出タイミングや駆動電圧の信号を送ることができる。そのほかは図１のインクジェットシステムと同様である。
【００２３】
インクジェットヘッド１、１２、その各々から吐出するインク、および、対象物３は、実際の描画における相性などを考慮して選択すればよく、様々な組み合わせが可能である。ここでは、インクジェットヘッド１２から吐出するインクに、インクジェットヘッド１から吐出するインクの溶媒成分たる液体を用いる。ほかは実施の形態１と同様である。
【００２４】
上記インクジェットシステムにより図４に示すパターンを形成した。対象物３としてのガラス板上に蒸発制御パターン３１、３２を、機能性膜パターンとなるライン３０１から３３５までのライン群３００の外側に描画している。蒸発制御パターン３１、３２とライン３０１から３３５とでインクの成分が異なること以外は第１のパターンと同様である。描画の手順も同様である。初端部ライン３０１、中心部ライン３１８、終端部ライン３３５のライン幅の平均値を以下の表３に示す。
【００２５】
【表３】
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表３の結果によれば、初端部ライン３０１、中心部ライン３１８、終端部ライン３３５のライン幅はほぼ同等であり、全てのラインが安定して形成されている。このことは、蒸発制御パターン３１、３２を機能性膜パターンとなるライン群３００の両側に配置することにより、高密度描画の成形精度を向上させることが可能になることを示している。２２０℃で１５分間焼成した後には、ライン群３００に対応する高精度な金属薄膜パターンのみが残り、蒸発制御パターン３１、３２は蒸発して消失する結果となった。
【００２６】
この実施の形態２のパターン形成方法によれば、高密度描画の成形精度を向上させることが可能であるだけでなく、実施の形態１と比較して、蒸発制御パターンを形成するためのインク費用を抑え、低コスト化することが可能である。
【００２７】
実施の形態１、実施の形態２においては、蒸発制御パターン２１、２２、３１、３２として、機能性膜パターンとなるライン群２００、３００と同様のラインを１本ずつ設けたが、これに限られるものではない。図５に示すようなドット群４０や、図６に示すようなある程度の幅を持ったベタパターン５０を蒸発制御パターンとしてもよい。図示しないが、機能性膜パターンとなるライン群の外周全てを囲むように四方に蒸発制御パターンを設けてもよい。
【００２８】
液体塗布装置としてインクジェットヘッドを用いるのでなくディスペンサーを用いてもよいことは理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のパターン形成方法は、微細な高密度パターンを高精度に形成できるので、電気配線、電極パターンなどの形成に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のパターン形成方法を実施するためのインクジェットシステムの構成図
【図２】図１のインクジェットシステムにより形成したパターンの図
【図３】本発明のパターン形成方法を実施するための他のインクジェットシステムの構成図
【図４】図３のインクジェットシステムにより形成したパターンの図
【図５】本発明の本発明のパターン形成方法により形成される他のパターンの図
【図６】本発明の本発明のパターン形成方法により形成されるさらに他のパターンの図
【図７】従来の機能性膜パターンの模式図
【符号の説明】
【００３１】
１、１２      インクジェットヘッド
３      対象物
２１、２２、３１、３２、４０、５０    蒸発制御パターン
１００、２００、３００    ライン群
１０１、２０１、３０１    初端部ライン
１１８、２１８、３１８    中心部ライン
１３５、２３５、３３５    終端部ライン
【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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