JP2009117784A - ポリマー膜のパターニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリマー膜の優れた特性を損なうことなく基板上にポリマー膜をパターン形成する。
【解決手段】ポリマー膜のパターニング方法において、基板上にパターニングされたレジスト層を形成後に、前記基板上にポリマーインクを塗布し、その後、前記レジスト層を剥離することで前記塗布されたポリマーインクを併せて除去することを特徴とするポリマー膜のパターニング方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリマー膜のパターニング方法に関する。

ポリマー膜は、ポリマーインクをコーティングや印刷することによって基板にポリマー膜を付着する技術が開発されているので広く産業に使用されている。中でも導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）はＰＥＤＯＴインクとして基板に塗布、乾燥することで簡単に透明導電膜とすることができるので太陽電池や有機ＥＬ素子などの電極として期待されている。特開２００６−２３７２８３号（特許文献１）にはＰＥＤＯＴ膜を有機太陽電池の電極を形成する技術が示されている。また、特開２００７−２２０４２３号（特許文献２）には従来技術としてＰＥＤＯＴ膜をスピンコート法やダイコート法といったコーティング法を用いて形成する方法が紹介されており、また、凸版印刷によってパターン形成する方法が示されている。特開２００７−２４６９０５号にもＰＥＤＯＴ膜の形成方法が示されている。
特開２００６−２３７２８３号公報（第２頁の請求項および、図１） 特開２００７−２２０４２３号 特開２００７−２４６９０５号

発明が解決しようとする課題

これまでのポリマー膜の形成方法では細かなパターンを形成することができなかった。前記特許文献１および３の方法では基板全面に塗布することしかできずパターニングはできない。また、特許文献２の方法では、突起をもった器具を使ってパターニングする方法であるので細かなパターンを形成することは難しく、また、大面積にパターンを形成することにも向いていない。

ポリマー材料はインク化するために各種の添加物を含有させることになる。添加物を増やしてインク自体の粘弾性特性を調整することでポリマーをスクリーン印刷でパターニング塗布することができるが、その場合には前記添加物の影響でポリマー本来の特性が得られない。特に透明導電膜としてＰＥＤＯＴ膜を形成する場合には、これまでスクリーン印刷用のインクやペーストとしての特性と透明導電膜としての特性の両方を満足するものを開発することはできなかった。このため、添加物の含有量を控えて各種コート法で全面に塗布する方法かもしくはポリマー材料本来の優れた特性を犠牲にしてスクリーン印刷でパターン塗布するかどちらかしか選ぶことができなかった。

課題を解決するための手段

本発明のポリマー膜のパターニング方法は、第１の特徴として、基板上にパターニングされたレジスト層を形成後に、前記基板上にポリマーインクを塗布し、その後、前記レジスト層を剥離することで前記塗布されたポリマーインクを併せて除去することを特徴として備え、
第２に、前記第１の特徴に加え、基板を溶剤や薬液でぬらすことなく前記レジスト層の剥離を行うことを、
第３に、前記第１または第２の特徴に加えて、レジストインクをスクリーン印刷で前記基板上に選択的に堆積させることで前記パターニングされたレジスト層を形成することを、
第４に、前記第１または第２の特徴に加えて、前記パターニングされたレジスト層はドライフィルムを前記基板上に貼り付けた後に露光マスクを載せて露光してその後に現像することで形成することを、
第５に、前記第１から第４のいずれかの特徴に加え、前記ポリマーインクが乾燥していない状態で、前記レジスト層の剥離を行った後に、前記基板上のポリマーインクを乾燥させることを、
第６に、前記第５の特徴に加え、前記ポリマーインク中に含有していた溶剤が２０％以上蒸発した状態で、前記レジスト層の剥離を行った後に、前記基板を乾燥させることを、
第７に、前記第１から第６のいずれかの特徴に加え、前記ポリマー膜をインクジェット法で選択的に塗布することを、
第８に、前記第１から第７のいずれかの特徴に加え、前記ポリマー膜およびポリマーインクがそれぞれ導電性ポリマーＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）フィルムおよびインクであることを特徴とする。

発明の効果

本発明のポリマー膜のパターニング方法を用いると基板上のパターニングされたポリマー膜を容易に形成できる。ポリマー膜を基板の広い領域で線状や島状等の形状にパターン形成するために、均一の厚みを形成しやすい流動性の高いポリマーインクを使用する。ポリマーインク自体は通常自身がネガもしくはポジの感光性を有しないので、ポリマーインクを基板に塗布する以前に、基板上でポリマー膜を形成させない領域にレジスト層を形成しておく。いわゆるネガパターンである。透明な導電性ポリマーで配線パターンを形成する場合には配線間の隙間のパターンを着色されたレジストで形成することで、配線がショートすることがないかを容易に確認できる。本発明の第２の特徴である、基板を溶剤にぬらすことなく前記レジストを剥離する場合には、ポリマーを溶剤にぬらさずにパターン形成をすることができる。ポリマーが溶剤に濡れてしまうプロセスの場合には、その溶剤に溶けたり変質しないポリマーを選ばなくてはならず、その分、出来上がったポリマー膜の性能が低下してしまうが、この発明ではその制約条件から開放することで特性の優れたポリマー膜のパターンを形成できる。溶剤で濡らさないことで基板を有機フィルム等、様々なものにすることができる。本発明第３の特徴として、スクリーン印刷でレジストパターンを形成する場合には、必要な箇所にだけレジストを堆積することでレジスト材を無駄に使用することが避けられる上、ＰＤＰ（プラズマディスプレィパネル）等の産業分野で大型化、微細パターン化が進んだスクリーン印刷技術の恩恵を得て、大面積に微細パターンを低コストかつ容易に形成できる。第４の特徴として、前記パターニングされたレジスト層はドライフィルムを前記基板上に貼り付けた後に露光マスクを載せて露光してその後に現像することで形成する特徴を備えている場合には、予め連続したフィルムを用いることで比較的強度の高いフィルムを用いることができ、機械的に剥離する際にフィルムが途中で千切れることが少なくなる。また、露光によってパターニングすることでレジストフィルムに微細なパターンを施すことができる。第５の特徴としてポリマーインクが乾燥していない場合には、ポリマーインクがレジスト剥離を阻害せずに容易に剥離できる。このため、微細なレジストパターンでも容易に剥離でき、より微細なレジストパターンを採用できる。本発明の第６の特徴である溶剤が２０％以上蒸発しかつ乾燥しきっていない状態では、上記第５の特徴に対する効果に加えて、ポリマーインクの流動性が適度に抑制されているのでレジストパターンに対して比較的忠実にポリマーインクをパターニングできる。上記第７の特徴としてインクジェット法でポリマー膜を選択的に塗布する特徴を備える場合には、最終的にパターニングされるポリマー膜に必要な最小限の量のポリマー材料で所望のポリマーパターニング膜を形成できる。上記第８の特徴を備えている場合には、透明導電膜を基板上にパターン形成することができる。本発明の方法では、パターン形成のためにＰＥＤＯＴに添加物等を加える必要がないのでＰＥＤＯＴの優れた導電性と透明性を発揮させることができる。

発明を実施するための最良の形態は、レジスト材をスクリーン印刷で基板上に選択的に堆積させた後に、そのレジスト層をＵＶ硬化させ、その上にポリマーインクをワイヤーバーコート法で全面塗布し室温で放置して一次乾燥させ、その後に、前記レジスト層を機械的に剥離し、その後に基板を加熱して前記ポリマーを二次乾燥することでパターニングされたポリマー膜を形成する方法である。

この最良の形態について形成条件を含めた詳細な説明を図１を用いて行う。基板１は柔軟なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム（東レ「ルミラー１８８−Ｔ６０」）である。まず、ＵＶ硬化型のレジスト材をスクリーン印刷でパターン塗布してパターン化されたレジスト膜２を形成する。その工程を図１の（あ）に示した。使用するスクリーン版１００はステンレス３２５メッシュ１０１で１００μｍライン／２００μｍスペースのラインアンドスペースのパターンのスクリーン版である。ここで、１００μｍライン／２００μｍスペースのパターンとは、スクリーン版に１００μｍ幅のライン状に開口が設けられ、隣接する１００μｍ幅の領域は乳剤１０２でマスクされている状態のことである。レジスト材はＵＶ硬化型レジストインクであり、前記スクリーン版で塗布するのに適正なペーストとしての粘弾性等の性質および印刷硬化後に柔軟なＰＥＴフィルム上でも膜の連続性を維持できる柔軟性を兼ね備えるように調整したものを用いる。なお、図１（あ）において、実際にはスクリーン版上にもレジスト材が残存しているがこの図ではスクリーン版上の残存レジスト材を省略して描いている。基板のＰＥＴフィルム上に選択塗布したレジスト材はＵＶ露光で硬化させる。この状態を図１（い）に描いた。印刷、硬化後の前記レジスト膜３の幅は約１２０μｍで厚みは約４μｍである。スクリーン版の１００μｍ幅の開口を通ってＰＥＴ基板に塗布されたＵＶレジストはＰＥＴ基板上で少し広がり、その後の硬化でやや縮小した結果、スクリーン印刷の１００μｍよりも２０％幅広の１２０μｍ幅となった。次に、ＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク４をワイヤーバーコート法で約３０μｍの厚みで全体にコーティングする。そのまま約２３℃の室温で２時間放置することで含有していた溶剤の２０％以上を蒸発させる一次乾燥を行う。この工程を経た状態を図１（う）に描いた。この一次乾燥でＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインクは、流動しにくい状態になるが膜としての強度はさほど強くなく、下地のレジスト膜を機械的に剥離する際に、レジスト膜上のＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク５と基板上のＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク６とは簡単に千切れて分離する。今回の例では１２０μｍ幅のレジスト材の上に載ったＰＥＤＯＴ膜がレジスト材とともに除去される。図１（え）にはレジスト膜を剥離した直後の状態を描いた。レジスト膜剥離後、基板を１２０℃で１時間保持して二次乾燥を行った。その結果、幅１７０μｍ、厚み０．５μｍのＰＥＤＯＴ導電性ストライプパターンが形成された。図１（お）に二次乾燥後の状態を描いた。二次乾燥によって、二次乾燥後ＰＥＤＯＴ導電性膜７の機械強度が高まり、導電性も向上する。つまり、予めネガパターンのレジスト材を下地として設けることで、今まで導電性ポリマーの印刷特性を向上させるために入れていた添加物等の含有を最小限にして導電性ポリマー硬化後の特性を重点的に調整することができる。

本発明の第１の実施例について図２を用いて説明する。図２の製造工程はここで特別に説明する以外は図１と同様である。図２は、ポリマーインクが流動性を持っている状態でリフトオフを行う例である。図２において、基板１は厚さ１．８ｍｍのガラス板である。１５０μｍライン／２５０μｍスペースのラインアンドスペースのパターンのポリエステル２５０メッシュのスクリーン版１００を用いてレジスト材を選択的に印刷・硬化させる。図２（あ）に印刷直後の塗布直後のレジスト膜２の状態を描く。このレジスト材はＵＶ型のレジスト材であり、図１の場合と同様に硬化させる。印刷、硬化後のレジスト膜３の幅は約１８０μｍで厚みは約４μｍである。基板の２２０μｍ幅の部分はレジスト膜で覆われていない。その後、ＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク４をスクリーン印刷で３０μｍの厚みに全面塗布し、３０℃、５分間の一次乾燥後に、前記レジスト材を機械的に剥離する。図２（う）には一次乾燥後の状態を描いた。ＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインクの溶剤が１０％程度抜けた状態である。図２（え）にはレジスト膜の剥離直後の状態を描く。剥離は前記線状のパターンの長軸端部からめくるように行う。この剥離において、線状のレジストパターン上に塗布されていたレジスト膜上のＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク４がその流動性により一部が基板上のＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク６の上にこぼれ落ち、もともとレジストで覆われていた部分に滲み出す。こぼれ落ちるＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク８の様子を図２（え）に描いている。その結果、レジストの機械剥離直後にはＰＥＤＯＴ膜の線幅は２４０μｍに広がり、隙間は１６０μｍに狭まる。この基板を１２０℃で１時間保持する二次乾燥を施すとＰＥＤＯＴ膜は固化し同時に少し縮むことになる。その結果、ＰＥＤＯＴ膜９の線幅は２３０μｍ、隙間は１７０μｍになる。この状態を図２（お）に描いた。この例では導電性ポリマーのＰＥＤＯＴ膜について示したが、絶縁性のポリマーでも同様に実施できる。また、基板はシリコン基板の場合もある。

本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例と類似した例であるが、レジスト膜をスクリーン印刷でパターン塗布する替わりに感光性ドライフィルムを使用する例である。紫外線をカットしたイエロールームでガラス基板上に厚さ７μｍのネガ型感光性のドライフィルムを貼り付けて、その上に露光マスクを載せて紫外線露光を行う。前記露光マスクにはパターンが描かれており、そのパターンの直下のドライフィルムは紫外線が当らない。この紫外線露光後に現像を行うと紫外線が照射された部分はドライフィルムが残り、前記露光マスクでパターンが描かれて紫外線を遮光した部分の直下のドライフィルムは除去される。この後、図２の（う）以降に描かれているのと同様に、ポリマー膜を堆積してリフトオフ法でパターン形成していく。この第２の実施例では元々フィルム状であるドライフィルムを使用することで剥離工程での膜の強度が期待されるとともに、紫外線露光でドライフィルムをパターニングするので微細なパターンを形成することができる。例えば、線幅２０μｍで線間隔が３０μｍのラインアンドスペースにドライフィルムをパターニングして、このパターニングされたドライフィルムを使った、レジスト剥離工法によりポリマー膜をパターニングすることができる。また、ドライフィルムに直径４０μｍの穴を設けることで、その上にインクジェット法でナノ金属粒子インクを塗布したあとレジストを除去して、電極を円盤状に形成することもできる。銀ナノインクや金ナノインクを用いて、有機トランジスタのゲート電極部の形成に用いることができる。

は発明を実施するための最良の形態の形成方法を示すプロセスフロー図である。 は第１の実施例の形成方法を示すプロセスフロー図である。

符号の説明

１は基板、２はレジスト材、３は硬化後のレジスト膜、４はＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク、５はレジスト膜上のＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク、６は基板上のＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク、７は二次乾燥後のＰＥＤＯＴ導電性膜、８はこぼれ落ちるＰＥＤＯＴ導電性ポリマーインク、９はＰＥＤＯＴ膜、１００はスクリーン版、１０１はスクリーンメッシュ、１０２は乳剤である。

Claims (8)

1. ポリマー膜のパターニング方法において、基板上にパターニングされたレジスト層を形成後に、前記基板上にポリマーインクを塗布し、その後、前記レジスト層を剥離することで前記塗布されたポリマーインクを併せて除去することを特徴とするポリマー膜のパターニング方法。
2. 請求項１のポリマー膜のパターニング方法において、基板を溶剤や薬液でぬらすことなく前記レジスト層の剥離を行うことを特徴とするポリマー膜のパターニング方法。
3. 請求項１または２のポリマー膜のパターニング方法において、レジストインクをスクリーン印刷で前記基板上に選択的に堆積させることで前記パターニングされたレジスト層を形成することを特徴としたポリマー膜のパターニング方法。
4. 請求項１または２のポリマー膜のパターニング方法において、前記パターニングされたレジスト層はドライフィルムを前記基板上に貼り付けた後に露光マスクを載せて露光してその後に現像することで形成することを特徴としたポリマー膜のパターニング方法。
5. 請求項１から４のいずれかのポリマー膜のパターニング方法において、前記ポリマーインクが乾燥していない状態で、前記レジスト層の剥離を行った後に、前記基板上のポリマーインクを乾燥させることを特徴とするポリマー膜のパターニング方法。
6. 請求項５のポリマー膜のパターニング方法において、前記ポリマーインク中に含有していた溶剤が２０％以上蒸発した状態で、前記レジスト層の剥離を行った後に、前記基板上のポリマーインクを乾燥させることを特徴とするポリマー膜のパターニング方法。
7. 請求項１から６のいずれかのポリマー膜のパターニング方法において、前記ポリマー膜をインクジェット法で選択的に塗布することを特徴とするポリマー膜のパターニング方法。
8. 請求項１から７のいずれかのポリマー膜のパターニング方法において、前記ポリマー膜およびポリマーインクがそれぞれ導電性ポリマーＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）フィルムおよびインクであることを特徴とするポリマー膜のパターニング方法。

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