JP2007027252A - パターン形成装置及び方法、配線パターン形成方法、並びにローラ型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 凹凸パターン形成に要する時間のさらなる短縮化を図る。
【解決手段】 基板Ｐに凹凸パターンを形成するパターン形成方法であって、上記基板Ｐに形成される上記凹凸パターンが反転された反転凹凸パターンが表面に形成されたローラ型１０を上記基板Ｐに対して押圧した状態で回転駆動することによって上記凹凸パターンを形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、パターン形成装置及び方法、配線パターン形成方法、並びにローラ型及びその製造方法に関するものである。

近年、液体吐出ヘッドから液体材料を液滴状に吐出する液滴吐出法、いわゆるインクジェット法を用いて基板上に所定パターンからなる配線等を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。このインクジェット法では、パターン用の液体材料（配線材料）を基板に直接パターン配置し、その後熱処理やレーザ照射を行って所望のパターンを形成している。
ところが、液体吐出ヘッドから基板上に液体材料を吐出配置した場合には、液体材料が濡れ拡がってしまうため、微細な配線パターンを形成することが困難となる。そこで、液滴吐出法を用いる場合には、予め基板上にバンクを形成しておくことで凹凸パターンを形成しておき、この凹凸パターンの凹部、すなわちバンク間に液体材料を吐出配置する。これによって、液体材料の濡れ拡がりを防止することが可能となり、微細な配線パターンを形成することが可能となる。

ところで、上述のようなバンクを基板上に形成する場合には、バンクは、アライナーやステッパ−等を用いて基板上に配置したレジストを露光し、その後、現像することによって凹凸パターンを形成するフォトリソグラフィー方法によって形成される。
また、このフォトリソグラフィー方法を用いてバンクを形成する方法の他には、基板に対して直接レーザ光を照射することによって凹凸パターンを形成するレーザ加工法や平板状の型を基板に押し付けることによって型に形成された凹凸パターンを基板に加圧転写する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開平１１−２７４６７１号公報 特開２０００−２１６３３０号公報 特開２００４−３４１９４号公報

しかしながら、フォトリソグラフィー法は、パターン解像度が極めて高い反面、焦点深度が極めて浅いため、焦点深度以上の凹凸がある基板では凹凸パターンのパターニングは難しい。また、フォトリソグラフィー法は、プロセスが煩雑であり、また、材料の無駄も多いため、凹凸パターンの製造コストが高くなるという問題が生じる。
また、レーザ加工法は、加工時間が長いため、大きな基板に凹凸パターンを形成するような場合には、凹凸パターンを形成するために非常に長時間かかることとなる。このため、レーザ加工法は、量産性が低い。
また、平板状の型を基板に押し付けることによって型に形成された凹凸パターンを基板に加圧転写する方法も、レーザ加工法と比較すれば短時間で凹凸パターンが形成可能であるものの、加圧転写から基板を剥離するまでの時間の短縮が難しく、十分な量産性を得ることが難しい。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、凹凸パターン形成に要する時間のさらなる短縮化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のパターン形成装置は、基板に凹凸パターンを形成するパターン形成装置であって、上記基板に形成される上記凹凸パターンが反転された反転凹凸パターンが表面に形成されたローラ型と、上記ローラ型が上記基板に対して押圧された状態で上記ローラ型を回転駆動するローラ型回転装置とを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明のパターン形成装置によれば、反転凹凸パターンが表面に形成されたローラ型が基板に対して押圧された状態で回転駆動される。これによって、基板に凹凸パターンが形成される。
このような本発明のパターン形成装置によれば、ローラ型が回転駆動されることによって、反転凹凸パターンが基板に転写されると同時に、ローラ型から基板が剥離される。したがって、凹凸パターン形成に要する時間のさらなる短縮化を図ることが可能となる。

また、本発明のパターン形成装置においては、上記ローラ型として、上記基板の一方の面に押圧される第１ローラ型と、上記基板の他方の面に押圧される第２ローラ型とを有するという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、基板の一方の面側と他方の面側との両側に凹凸パターンを形成することができる。
なお、第１ローラ型の反転凹凸パターンと第２ローラ型の反転凹凸パターンとは同一のパターンである必要はない。

また、本発明のパターン形成装置においては、上記基板が熱可塑性の材料によって形成されている場合に、上記ローラを加熱する加熱装置を備えるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、加熱されたローラ型によって、熱可塑性の材料によって形成された基板が押圧されるため、一時的に基板を軟化させ、容易に凹凸パターンを形成することが可能となる。

次に、本発明のパターン形成方法は、基板に凹凸パターンを形成するパターン形成方法であって、上記基板に形成される上記凹凸パターンが反転された反転凹凸パターンが表面に形成されたローラ型を上記基板に対して押圧した状態で回転駆動することによって上記凹凸パターンを形成することを特徴とする。

このような特徴を有する本発明のパターン形成方法によれば、反転凹凸パターンが表面に形成されたローラ型が基板に対して押圧された状態で回転駆動される。これによって、基板に凹凸パターンが形成される。
このような本発明のパターン形成方法によれば、ローラ型が回転駆動されることによって、反転凹凸パターンが基板に転写されると同時に、ローラ型から基板が剥離される。したがって、凹凸パターン形成に要する時間のさらなる短縮化を図ることが可能となる。

次に、本発明の配線パターン形成方法は、配線パターンの形成方法であって、本発明のパターン形成方法によって基板に凹凸パターンを形成する工程と、上記凹凸パターンの凹部に液滴吐出法によって配線材料を配置する工程と、上記配線材料を乾燥・焼成する工程とを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の配線パターン形成方法によれば、本発明のパターン形成方法によって、基板に凹凸パターンが形成される。したがって、凹凸パターン形成に要する時間が短縮化され、配線パターンを短時間で形成することが可能となる。

次に、本発明のローラ型は、レーザ加工法によって凹凸パターンが形成されたマスター基板の上記凹凸パターンが反転されて転写されていることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明のローラ型を基板に押圧しながら回転駆動させることによって、短時間で基板に凹凸パターンを形成することが可能となる。

次に、本発明のローラ型の製造方法は、レーザ加工法によってマスター基板の一方の面側に凹凸パターンを形成する工程と、上記マスター基板を上記一方の面側を内側にして円筒状に丸める工程と、円筒状に丸められたマスター基板の上記一方の面側に電気鋳造法を用いてローラ型を形成する工程とを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明のローラ型の製造方法によれば、レーザ加工法によってマスター基板の一方の面側に凹凸パターンが形成され、このマスター基板が一方の面側を内側にして円筒状に丸められ、円筒状に丸められたマスター基板の一方の面側に電気鋳造法を用いることによってローラ型が製造される。

以下、図面を参照して、本発明に係るパターン形成装置及び方法、配線パターン形成方法、並びにローラ型及びその製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（パターン形成装置及び方法）
図１は、本実施形態のパターン形成装置Ｓ１の概略構成を示した機能ブロック図である。本実施形態のパターン形成装置Ｓ１は、基板Ｐに凹凸パターンを形成するものであり、図１に示すように、ローラ型１０（第１ローラ型１１，第２ローラ型１２）、ローラ型回転装置２とを備えて構成されている。

ローラ型１０（１１，１２）の表面には、基板Ｐに形成する凹凸パターンの凹凸が反転された反転凹凸パターンが形成されている。なお、より詳細には、反転凹凸パターンは、基板Ｐに凹凸パターンが形成された際に凹部となる箇所が凸部として形成され、逆に基板Ｐに凹凸パターンが形成された際に凸部となる箇所に凹部として形成された凹凸パターンである。
なお、ローラ型１０（１１，１２）は、凹凸パターンを形成する基板Ｐの各々異なる面に押圧された状態で回転駆動されるものであり、基板Ｐの厚み分のギャップを開けて対向配置されている。
また、ローラ型１０（１１，１２）の１周あたりに形成される反転凹凸パターンのパターン数は、１つであっても良いし、複数であっても良い。

ローラ型回転装置２は、第１ローラ型１１と第２ローラ型１２とを同期させて回転駆動するものであり、基板Ｐが所定の方向に搬送されるように第１ローラ型１１と第２ローラ型１２とを逆回転駆動する。

次に、このように構成された本実施形態のパターン形成装置Ｓ１の動作（パターン形成方法）について説明する。

まず、例えば樹脂等から形成される基板Ｐが、第１ローラ型１１と第２ローラ型１２との間のギャップに挿入されると、ローラ型回転装置２によって第１ローラ型１１と第２ローラ型１２とが回転駆動される。
このように第１ローラ型１１と第２ローラ型１２がローラ型回転装置２によって回転駆動されることで、図２の斜視図に示すように、基板Ｐが所定の方向に搬送されつつ、基板Ｐの両面に凹凸パターンが形成されていく。具体的には、第１ローラ型１１が基板Ｐの上面Ｐ１（一方側の面）に押圧された状態において回転駆動されることによって、第１ローラ型１１の表面に形成された反転凹凸パターンが基板Ｐの上面Ｐ１に転写され、その結果、基板Ｐの上面Ｐ１に凹凸パターンが形成される。また、第２ローラ型１２が基板Ｐの下面Ｐ２（他方側の面）に押圧された状態において回転駆動されることによって、第２ローラ型１２の表面に形成された反転凹凸パターンが基板Ｐの下面Ｐ２に転写され、その結果、基板Ｐの下面Ｐ２に凹凸パターンが形成される。
ここで、ローラ型１０（１１，１２）の表面の１周あたりに形成される反転凹凸パターンのパターン数が１つである場合には、ローラ型１０（１１，１２）が１回転されることによって、１つの基板Ｐに凹凸パターンが形成される。一方、ローラ型１０（１１，１２）の表面の１周あたりに形成される反転凹凸パターンのパターン数が複数である場合には、ローラ型１０（１１，１２）が１回転されることによって、複数の基板Ｐに凹凸パターンが形成される。
なお、例えば、ローラ型１０（１１，１２）の表面の１周あるいは形成される反転凹凸パターンが１つの単純パターン等の繰り返しパターンである場合には、単一の基板Ｐに対してローラ型１０（１１，１２）を複数回転させることによって凹凸パターンを形成することもできる。このような場合には、ローラ型１０（１１，１２）が複数回転されることによって、基板Ｐに繰り返しパターンが複数形成される。

そして、本実施形態のパターン形成装置によれば、第１ローラ型１１と第２ローラ型１２とが逆回転駆動されることによって基板Ｐが所定方向に搬送されていくため、ローラ型１０（１１，１２）を回転することによって、基板Ｐへの凹凸パターンの転写と、型（ローラ型１０）の基板Ｐからの剥離とを同時に行うことができる。
したがって、複数の基板Ｐに連続して凹凸パターンを形成することができる。よって、本実施形態のパターン形成装置及び方法によれば、凹凸パターン形成に要する時間のさらなる短縮化を図ることが可能となる。

なお、本実施形態のパターン形成装置においては、基板Ｐの両面に一度に凹凸パターンを形成するために、第１ローラ型１１の表面と第２ローラ型１２の表面とに反転凹凸パターンが形成してある構成とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、基板Ｐの一方の面だけに凹凸パターンを形成する場合には、他方の面に押圧されるローラ型の表面に反転凹凸パターンを形成する必要はない。また、このような場合には、他方の面側は必ずしもローラ型でなくとも良く、例えば、載置台等であっても良い。

また、例えば、基板Ｐが熱可塑性の材料によって形成されている場合には、本実施形態のパターン形成装置Ｓ１に、さらにローラ型１０（１１，１２）を加熱するための加熱装置を備えるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、加熱されたローラ型１０（１１，１２）によって、熱可塑性の材料によって形成された基板Ｐが押圧されるため、一時的に基板Ｐを軟化させ、容易に凹凸パターンを形成することが可能となる。

（ローラ型及びその製造方法）
次に、本実施形態のローラ型１０（１１，１２）及びその製造方法について説明する。

なお、ローラ型１０は、上述のように、基板Ｐに対して押圧された状態で回転駆動されることによって基板Ｐに凹凸パターンを形成するものである。そして、本実施形態のローラ型１０の表面は、レーザ加工法によって凹凸パターンが形成されたマスター基板の凹凸パターンが転写されて形成されている。すなわち、マスター基板に形成された凹凸パターンを反転した凹凸パターンがローラ型１０の表面に形成されており、マスター基板に形成された凹凸パターンと基板Ｐに形成される凹凸パターンとは同一の凹凸パターンとなる。

このような本実施形態のローラ型１０を製造する場合には、まず、図３に示すように、可撓性を有するマスター基板２０（例えば樹脂フィルム）の一方側の面２１にレーザ加工法によって凹凸パターンを形成する。具体的には、レーザ光Ｌとしてエキシマレーザ光、ＹＡＧレーザ光あるいはＣＯ_２レーザ光等を用いることができる。なお、マスター基板２０が樹脂フィルムからなる場合には、エキシマレーザ工やＹＡＧの紫外レーザ光を好適に用いることができる。

次に、図４に示すように、マスター基板２０を一方の面２１を内側にして円筒状に丸める。そして、この状態において、マスター基板２０の一方の面２１側に電気鋳造法を用いてローラ型１０を形成する。
これによってマスター基板２０の一方の面側に形成された凹凸パターンがローラ型１０の表面に反転して転写される。よって、ローラ型１０の表面に反転パターンが形成されることとなる。

そして、最後に、図５に示すように、マスター基板２０をローラ型１０から剥がすことによって、ローラ型１０が製造される。
なお、ローラ型１０の内部は空洞状となるため、この空洞部に金属棒等を挿入してローラ型１０の強度を向上させても良い。

このように、本実施形態のローラ型の製造方法によれば、基板Ｐに押圧して回転駆動されることによって基板Ｐに短時間で凹凸パターンを形成可能なローラ型を製造することができる。

（配線パターンの製造方法）
次に、上述したパターン形成方法を用いて配線パターンを形成する配線パターン形成方法について説明する。

本実施形態の配線パターン形成方法は、上述の配線パターン形成方法によって基板Ｐに凹凸パターンを形成する凹凸パターン形成工程と、凹凸パターンの凹部に液滴吐出法によって配線材料を配置する材料配置工程と、この配線材料を熱処理する熱処理工程とを備えて構成されている。

凹凸パターン形成工程では、上述のように、反転凹凸パターンが形成されたローラ型１０を用いて基板Ｐに凹凸パターンを形成する。この結果、図６の基板断面図に示すように、基板Ｐに凹凸パターンが形成される。なお、本実施形態の配線パターン方法では、基板Ｐの上面Ｐ１のみに凹凸パターンを形成している。

次の材料配置工程では、配線材料を分散媒に分散させた液体材料あるいは配線材料を溶媒に溶かした液体材料を液滴吐出法によって基板Ｐの凹凸パターンの凹部Ｘに配置することで、凹凸パターンの凹部Ｘに沿って液体材料Ｙが基板Ｐ上に配置される（図７参照）。

なお、液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。
帯電制御方式は、液体材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で液体材料の飛翔方向を制御して吐出ノズルから吐出させるものである。
また、加圧振動方式は、材料に３０ｋｇ／ｃｍ^２程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に液体材料を吐出させるものである。この加圧振動方式では、制御電圧をかけない場合には液体材料が直進して吐出ノズルから吐出され、制御電圧をかけると液体材料間に静電的な反発が起こり、液体材料が飛散して吐出ノズルから吐出されない。
また、電気機械変換方式は、ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって液体材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から液体材料を押し出して吐出ノズルから吐出させるものである。
また、電気熱変換方式は、液体材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、液体材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の液体材料を吐出させるものである。
静電吸引方式は、液体材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、吐出ノズルに液体材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから液体材料を引き出すものである。
また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。

また、配線材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、ＩＴＯ、及びニッケルのうちの少なくともいずれか１つを含有する金属材料の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の材料などを用いることができる。

次の熱処理工程では、液体材料Ｙに対して熱処理を行うことによって、分散媒あるいは溶媒を除去する工程である。具体的には、基板Ｐを焼成することによって液体材料に対して熱処理が行われる（図８参照）。なお、焼成処理は通常大気中で行なわれるが、必要に応じて、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。

この結果、凹凸パターンの凹部Ｘに配線パターンＺが形成される（図９参照）。そして、本実施形態の配線パターン形成方法によれば、基板Ｐの上面Ｐ１に形成された凹凸パターンが本実施形態の凹凸パターン形成方法によって形成されているため、凹凸パターン形成工程に要する時間を短縮することができ、結果として配線パターンＺの形成に要する時間が短縮される。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係るパターン形成装置及び方法、配線パターン形成方法、並びにローラ型及びその製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

本発明の一実施形態であるパターン形成装置の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態であるパターン形成装置の動作を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態であるローラ型の製造法を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態であるローラ型の製造法を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態であるローラ型の製造法を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態である配線パターンの形成方法を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態である配線パターンの形成方法を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態である配線パターンの形成方法を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態である配線パターンの形成方法を説明するための説明図である。

符号の説明

Ｓ１……パターン形成装置、１０……ローラ型、１１……第１ローラ型、１２……第２ローラ型、２……ローラ型回転装置、２０……マスター基板、Ｐ……基板、Ｐ１……上面（一方の面）、Ｐ２……下面（他方の面）

Claims (7)

1. 基板に凹凸パターンを形成するパターン形成装置であって、
   前記基板に形成される前記凹凸パターンが反転された反転凹凸パターンが表面に形成されたローラ型と、
   前記ローラ型が前記基板に対して押圧された状態で前記ローラ型を回転駆動するローラ型回転装置と
   を備えることを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記ローラ型として、前記基板の一方の面に押圧される第１ローラ型と、前記基板の他方の面に押圧される第２ローラ型とを有することを特徴とする請求項１記載のパターン形成装置。
3. 前記基板が熱可塑性の材料によって形成されている場合に、前記ローラを加熱する加熱装置を備えることを特徴とする請求項１または２記載のパターン形成装置。
4. 基板に凹凸パターンを形成するパターン形成方法であって、
   前記基板に形成される前記凹凸パターンが反転された反転凹凸パターンが表面に形成されたローラ型を前記基板に対して押圧した状態で回転駆動することによって前記凹凸パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
5. 配線パターンの形成方法であって、
   請求項４記載のパターン形成方法によって基板に凹凸パターンを形成する工程と、
   前記凹凸パターンの凹部に液滴吐出法によって配線材料を配置する工程と、
   前記配線材料を熱処理する工程と
   を備えることを特徴とする配線パターン形成方法。
6. レーザ加工法によって凹凸パターンが形成されたマスター基板の前記凹凸パターンが反転されて転写されていることを特徴とするローラ型。
7. レーザ加工法によってマスター基板の一方の面側に凹凸パターンを形成する工程と、
   前記マスター基板を前記一方の面側を内側にして円筒状に丸める工程と、
   円筒状に丸められたマスター基板の前記一方の面側に電気鋳造法を用いてローラ型を形成する工程と
   を備えることを特徴とするローラ型の製造方法。
   
   
   
   

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