JP2008294391A - Patterning method using surface energy control - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面エネルギー制御を用いたパターニング方法に係る。さらに詳しくは、基板の表面エネルギーを調整してパターンの線幅を調整する、表面エネルギー制御を用いたパターニング方法に関する。 The present invention relates to a patterning method using surface energy control. More specifically, the present invention relates to a patterning method using surface energy control that adjusts the surface energy of a substrate to adjust the line width of the pattern.
プリント基板（ＰＣＢ）工程における従来のパターン形成方式は、全面にわたって銅が設けられた基板から必要なパターン部分のみを残し、不要な部分の銅はエッチング(etching)工程を経て除去する方式である。 A conventional pattern formation method in a printed circuit board (PCB) process is a system in which only a necessary pattern portion is left from a substrate provided with copper over the entire surface, and unnecessary portions of copper are removed through an etching process.
これに対し、インクジェット噴射方式は、パターンを形成したい部分に沿って導電性物質（現在銀（Ａg）粒子が汎用されている）含有液体を噴射した後、この導電性含有液体
から導電性物質のみを残し、他の物質は除去、すなわち飛散させる方式（熱を加えて除去する方式）を採用する。
On the other hand, in the ink jet ejection method, after ejecting a liquid containing a conductive substance (currently silver (Ag) particles are widely used) along a portion where a pattern is to be formed, only the conductive substance is discharged from the conductive containing liquid. The other material is removed, that is, a method of scattering (a method of removing by applying heat) is adopted.
産業技術の発展による多様な機能の具現化と小型化が必要とされる傾向にあいまって軽く、薄く、強く、そして小さな大きさのＰＣＢ基板が求められている。このような要望を実現するために、基本的に微細パターンが必要となり、微細パターンの信頼性を確保する必要がある。したがって、現在ＰＣＢ工程で共通に求められているのは、「軽薄短小」である。 There is a need for a PCB board that is light, thin, strong, and small in size, coupled with the trend of realizing various functions and miniaturization due to the development of industrial technology. In order to realize such a demand, a fine pattern is basically required, and it is necessary to ensure the reliability of the fine pattern. Therefore, what is commonly required in the PCB process is “light thin and short”.
微細パターンの信頼性を確保するための技術としては、回路基板の微細パターンをインクジェットパターニングによって形成させる技術が最近主として使われている。インクジェット方式は、微細パターンを基板上に直接形成し得ることから、従来のリソグラフィを用いた印刷技術の如く、真空成膜、フォトリソグラフィ、エッチング、レジスト剥離工程などのコストがかかる工程を省略することができ、安価で回路基板を製作することができる。 As a technique for ensuring the reliability of a fine pattern, a technique for forming a fine pattern on a circuit board by ink-jet patterning has been mainly used recently. Since the inkjet method can form a fine pattern directly on a substrate, costly processes such as vacuum film formation, photolithography, etching, and resist stripping processes are omitted as in the conventional printing technique using lithography. The circuit board can be manufactured at a low cost.
インクジェットパターニング方式は、基板を処理しない状態でインクを５０μｍノズルから噴射すると、インクのノズルからの吐出時に液滴(drop)の直径が約１．５倍増加し、
液滴の無処理基板への落下時に数倍に広がることになり、微細パターン（配線）の幅が
噴射ノズルの数倍となるという不具合がある。
In the inkjet patterning method, when ink is ejected from a 50 μm nozzle without processing the substrate, the diameter of the drop increases by about 1.5 times when ejected from the nozzle of the ink.
There is a problem in that the droplet spreads several times when it drops onto the untreated substrate, and the width of the fine pattern (wiring) becomes several times that of the injection nozzle.
また、インクジェットパターニング技術は、インクジェットノズルの噴射条件のみを用いて線幅を調整するものであるから、インクの粘性、吐出量、インクジェットノズルの直径により微細線幅の実現が左右される。既存の基板の特性を調整して線幅を制御するための方法としては、噴射時に基板を加熱する方法が汎用されている。しかしながら、噴射時に基板を加熱する方法は、インクの吐出時にノズルの目詰まりを起こすことはもとより、パターン形状のコーヒーステイン現象(coffee stain effect)を引き起こす。 In addition, since the inkjet patterning technique adjusts the line width using only the ejection conditions of the inkjet nozzle, the realization of the fine line width depends on the viscosity of the ink, the discharge amount, and the diameter of the inkjet nozzle. As a method for controlling the line width by adjusting the characteristics of an existing substrate, a method of heating the substrate during jetting is widely used. However, the method of heating the substrate during ejection causes not only clogging of the nozzles during ink ejection but also a pattern-shaped coffee stain effect.
また、基板に単に疎水性処理のみを施しインクの接触角を高めて微細パターンを形成する技術が提案されているが、インクの特性により噴射直後に基板に印刷された液滴の塊ができてしまい、パターンの形状が不均一になるという不具合がある。 In addition, a technique has been proposed in which only a hydrophobic treatment is applied to the substrate to form a fine pattern by increasing the contact angle of the ink. However, due to the characteristics of the ink, a mass of droplets printed on the substrate is formed immediately after ejection. Therefore, there is a problem that the shape of the pattern becomes non-uniform.
また、多角度基板処理方式は、主に接触角を小さくする効果があるが、接触角を小さくした状態で液滴と液滴とをオーバーラップ(overlap)させてラインを形成する段階では、
一つの液滴と次の液滴との衝突現象回避の難しさによるライン形成の困難さと、ライン形
状のバラツキが見られるという不具合がある。さらに、接触角を増やして線幅を減らすための既存の疎水性処理基板は、液滴と液滴がオーバーラップするとき、液滴と液滴とが基板に固定している(anchor)ことができず、液滴間の引力によってさらに大きな液滴になるだけであり、ラインが形成できないという不具合がある。
In addition, the multi-angle substrate processing method is mainly effective in reducing the contact angle, but at the stage of forming a line by overlapping droplets and droplets in a state where the contact angle is small,
There is a problem that line formation is difficult due to the difficulty of avoiding a collision phenomenon between one droplet and the next droplet, and variation in line shape is observed. Furthermore, the existing hydrophobic processing substrate for increasing the contact angle and reducing the line width may cause the droplet and the droplet to be anchored to the substrate when the droplet and the droplet overlap. The problem is that the line cannot be formed because it cannot be formed by the attractive force between the droplets.
本発明は、かかる従来の問題点を解決するためのもので、基板の表面エネルギーを調整して基板に着弾する液滴の線幅と細長比を調整することにより微細パターンを形成する、表面エネルギー制御を用いたパターニング方法を提供することを目的とする。 The present invention is for solving such a conventional problem. Surface energy for forming a fine pattern by adjusting the surface energy of a substrate and adjusting the line width and the slenderness ratio of a droplet landing on the substrate. An object is to provide a patterning method using control.
上記目的を達成するために、本発明に係る表面エネルギー制御を用いたパターニング方法は、インクジェット噴射方式を用いて微細パターンを形成するための、表面エネルギー制御を用いたパターニング方法において、基板表面に疎水性薄膜をコートする段階と、コートされた前記基板の表面エネルギーを調整する段階と、所望の線幅及びインクの粘着力に応じて表面エネルギーが調整された前記基板を所定の温度で加熱しながら所望のサイズの噴射ノズルを用いてパターンを形成する段階とを含んでなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a patterning method using surface energy control according to the present invention is a patterning method using surface energy control for forming a fine pattern using an inkjet jet method. Coating the conductive thin film, adjusting the surface energy of the coated substrate, and heating the substrate with the surface energy adjusted according to the desired line width and ink adhesion at a predetermined temperature. Forming a pattern using a spray nozzle of a desired size.
本発明は、好ましくは、前記疎水性薄膜をコートする段階の後に、コートされた前記基板をベーキングする段階をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明は、好ましくは、前記パターンを形成する段階の後に、前記基板をベーキングしてパターンを形成するための液滴を、導電性物質のみを残して飛散させる段階をさらに含むことを特徴とする。
The present invention preferably further includes the step of baking the coated substrate after the step of coating the hydrophobic thin film.
In addition, the present invention preferably further includes, after the step of forming the pattern, a step of baking droplets for forming the pattern by baking the substrate, leaving only the conductive material. And
さらにまた、本発明は、好ましくは、前記疎水性薄膜をコートする段階は、テフロン（登録商標）系の疎水性薄膜でコートすることを特徴とする。
さらにまた、本発明は、好ましくは、前記疎水性薄膜をコートする段階は、スピンコート及びプラズマコートのうちいずれか一方でコートすることを特徴とする。
Furthermore, the present invention is preferably characterized in that the step of coating the hydrophobic thin film is performed by coating with a Teflon (registered trademark) -based hydrophobic thin film.
Furthermore, the present invention is preferably characterized in that the step of coating the hydrophobic thin film is performed by any one of spin coating and plasma coating.
さらにまた、本発明は、好ましくは、前記表面エネルギーを調整する段階は、ＵＶ−オゾン及び酸素プラズマのうちいずれか一方を用いて疎水性薄膜がコートされた前記基板を酸化させることを特徴とする。 Still further, in the present invention, it is preferable that the step of adjusting the surface energy oxidizes the substrate coated with the hydrophobic thin film using one of UV-ozone and oxygen plasma. .
本発明は、所望の線幅により基板の表面エネルギーを調整してパターンを形成することにより、液滴の集塊ができず、線幅を調整しながら最適のパターニングを形成することができるという利点がある。 According to the present invention, by forming the pattern by adjusting the surface energy of the substrate according to the desired line width, it is not possible to agglomerate droplets, and it is possible to form an optimal patterning while adjusting the line width. There is.
以下、添付図面を参照して本発明の表面エネルギー制御を用いたパターニング方法による実施例を詳細に説明する。ここでは、実施例を、典型的な実施の順序を示した図５に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of a patterning method using surface energy control according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the embodiment will be described with reference to FIG. 5 showing a typical order of implementation.
本発明による表面エネルギー制御を用いたパターニング方法は、用意した基板１０の表面に疎水性薄膜２０のような低い表面エネルギーを有するフィルムをコートし、前記疎水性薄膜２０がコートされた前記基板１０について所望の線幅による表面エネルギーを調整した後、所望のサイズの噴射ノズルを用いてパターンを形成することを特徴とする。ここで、前記疎水性薄膜２０がコートされた前記基板１０について所望の線幅により表面エネルギーを調整するために、ＵＶ−オゾン処理を行うことができる。 In the patterning method using surface energy control according to the present invention, the surface of the prepared substrate 10 is coated with a film having a low surface energy such as the hydrophobic thin film 20, and the substrate 10 coated with the hydrophobic thin film 20 is applied. After adjusting the surface energy by a desired line width, a pattern is formed using a jet nozzle of a desired size. Here, a UV-ozone treatment can be performed to adjust the surface energy of the substrate 10 coated with the hydrophobic thin film 20 according to a desired line width.
先ず、基板１０に低い表面エネルギーを有する疎水性薄膜２０をコートする（Ｓ１０）。図２は、本発明による疎水性薄膜がコートされた基板に着弾したインクの液滴を示す断面図である。前記疎水性薄膜２０を基板にコートする理由は、低い表面エネルギーを得て前記基板１０に着弾する液滴１の接触角(contact angle)を高めるためであり、また不均一な表面の基板を均一な表面にするためである。 First, the substrate 10 is coated with a hydrophobic thin film 20 having a low surface energy (S10). FIG. 2 is a cross-sectional view showing ink droplets landed on a substrate coated with a hydrophobic thin film according to the present invention. The reason why the substrate is coated with the hydrophobic thin film 20 is to obtain a low surface energy and increase the contact angle of the droplet 1 that lands on the substrate 10, and the substrate with a non-uniform surface is made uniform. This is to make the surface smooth.
本発明による一実施例において、前記疎水性薄膜２０を前記基板１０にコートする際に、スピンコートまたはプラズマコート方法を用い、テフロン（登録商標）(Teflon)（系の薄膜をコートした。 In one embodiment according to the present invention, when the hydrophobic thin film 20 was coated on the substrate 10, a thin film of Teflon (Teflon) (system) was coated using a spin coating or plasma coating method.
前記疎水性薄膜２０をコートすることにより、大きな接触角を有する低いエネルギー表面に噴射された液滴１は表面処理前に比べて大きな接触角を有するので、微細な線幅(パ
ターン)を実現することができる。
By coating the hydrophobic thin film 20, the droplet 1 sprayed on a low energy surface having a large contact angle has a larger contact angle than before the surface treatment, and thus a fine line width (pattern) is realized. be able to.
前記疎水性薄膜２０がコートされた前記基板１０を、オーブンを用いてベーキング(baking)する（Ｓ２０）。一実施例においては、１２０℃で１０分間ベーキングさせた。
次に、ベーキングされた前記基板１０は、表面エネルギーを高めるためにＵＶ−オゾン３０処理装置に適正時間入れて置き、前記基板１０にＵＶ−オゾン処理を行う（Ｓ３０）。
The substrate 10 coated with the hydrophobic thin film 20 is baked using an oven (S20). In one example, baking was performed at 120 ° C. for 10 minutes.
Next, the baked substrate 10 is placed in a UV-ozone 30 processing apparatus for an appropriate time to increase surface energy, and the substrate 10 is subjected to UV-ozone processing (S30).
前記ＵＶ−オゾン３０処理を行い低い表面エネルギーを有する疎水性薄膜２０がコートされた前記基板１０の表面エネルギーをさらに高めることにより、パターンの線幅を増やすことができる。また、前記ＵＶ−オゾン処理に代えて、酸素プラズマを用いて前記疎水性薄膜２０がコートされた基板１０の表面エネルギーを高めることもできる。また、ＵＶ−オゾン処理や酸素プラズマを用いた表面処理を行い、パターンを形成するインクと前記疎水性薄膜２０との間の粘着力を向上させることができる。 The line width of the pattern can be increased by further increasing the surface energy of the substrate 10 coated with the hydrophobic thin film 20 having a low surface energy after the UV-ozone 30 treatment. Further, instead of the UV-ozone treatment, the surface energy of the substrate 10 coated with the hydrophobic thin film 20 can be increased using oxygen plasma. Further, the surface treatment using UV-ozone treatment or oxygen plasma can be performed to improve the adhesive force between the ink forming the pattern and the hydrophobic thin film 20.
図３は、本発明による疎水性薄膜がコートされた基板の表面エネルギーを調整して親水性に変換させた基板に着弾したインクの液滴を示す断面図である。
ＵＶ−オゾン処理が完了した後、所望のサイズの噴射ノズル４０を用いて前記基板１０を加熱しながらパターンを形成する（Ｓ４０）。ここで、前記基板１０に加えられる適正温度を維持した状態でパターンを形成する。このとき、液滴の適正粘度の範囲は５乃至１５ｃＰである。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing ink droplets landed on a substrate that has been converted to hydrophilicity by adjusting the surface energy of the substrate coated with a hydrophobic thin film according to the present invention.
After the UV-ozone treatment is completed, a pattern is formed while heating the substrate 10 using the spray nozzle 40 having a desired size (S40). Here, the pattern is formed while maintaining an appropriate temperature applied to the substrate 10. At this time, the range of the proper viscosity of the droplet is 5 to 15 cP.
図４は、パターンを形成するための装置の概路図である。
同図に示すように、ステージ上に設置されたメタルボード５４に疎水性薄膜２０をコートした後、ＵＶ−オゾン処理された前記基板１０を載置し、温度制御器５３を用いてメタルボードを加熱することにより前記基板１０に熱を伝達して加熱させる。
FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus for forming a pattern.
As shown in the figure, after the hydrophobic thin film 20 is coated on the metal board 54 placed on the stage, the substrate 10 that has been subjected to the UV-ozone treatment is placed, and the metal board is attached using the temperature controller 53. By heating, heat is transmitted to the substrate 10 to heat it.
適正温度が維持されると、コントローラシステム５０と電圧制御器５１により噴射ノズル４０を作動させ、圧力制御器５２によりインク溶液が貯蔵されている貯蔵器から前記噴射ノズル４０で液滴を注入し、前記噴射ノズル４０を介して液滴１を前記基板１０に吐出する。また、ＣＣＤカメラ５５を用いて前記基板１０に着弾した液滴１を確認した。 When the proper temperature is maintained, the spray nozzle 40 is operated by the controller system 50 and the voltage controller 51, and the droplet is injected by the spray nozzle 40 from the reservoir in which the ink solution is stored by the pressure controller 52, The droplet 1 is discharged onto the substrate 10 through the spray nozzle 40. Further, the droplet 1 landed on the substrate 10 was confirmed using a CCD camera 55.
適正温度で前記基板１０を加熱することにより、液滴が落ちる時点で液滴が基板上で塊になる現象を防止し、直ちに乾燥粘着させることによって、液滴が重なってパターンを形成するときに液滴の飛散を防止する。 When the substrate 10 is heated at an appropriate temperature, the droplets are prevented from agglomerating on the substrate when the droplets are dropped, and immediately dried and adhered to form a pattern in which the droplets overlap. Prevent droplets from splashing.
パターン形成が完了した後、液滴の導電性物質のみを残し、他の物質を飛散させるため
にさらにベーキング処理（Ｓ５０）を行うことにより微細パターンを形成させる。
以下、本発明によりパターンを形成するための、各種環境条件下で行われた実施例を詳細に説明する。
After the pattern formation is completed, a fine pattern is formed by performing a baking process (S50) in order to leave only the conductive material of the droplets and disperse other substances.
Hereinafter, examples carried out under various environmental conditions for forming a pattern according to the present invention will be described in detail.
下記表１は、微細パターン形成のためのインクジェットシステムにおいてステージの移動速度と噴射周波数とを考慮して計算した液滴(droplet)当たりの間隔、すなわち中心‐
中心間のピッチ（center-to-center pitch）を示す。
Table 1 below shows the distance per droplet calculated in consideration of the moving speed of the stage and the ejection frequency in the inkjet system for forming a fine pattern, that is, the center-
Indicates the center-to-center pitch.
下記表２は、前記疎水性薄膜２０のコート前後の接触角と表面エネルギーの変化を示す。 Table 2 below shows changes in contact angle and surface energy before and after coating of the hydrophobic thin film 20.
疎水性薄膜２０を基板１０にコートして各液滴１の接触角を大きくすることにより、液滴と液滴とをオーバーラップしてラインを形成するときに線幅を減らすことができる。また、適正ＵＶ−オゾン処理時間による表面エネルギーを高めることにより、線幅を増加させることはもとより、パターニングされたインクの接着力を向上させることができる。しかしながら、ＵＶ−オゾン処理時間が過度に長い場合は、接着力は向上させることができるが、親水性基が大きくなるため、インクが広がりすぎて所望の線幅よりも広い線幅を示し、さらに基板の損傷を起こすおそれがある。 By coating the hydrophobic thin film 20 on the substrate 10 and increasing the contact angle of each droplet 1, the line width can be reduced when forming a line by overlapping the droplet. Further, by increasing the surface energy by the appropriate UV-ozone treatment time, not only the line width can be increased, but also the adhesive force of the patterned ink can be improved. However, when the UV-ozone treatment time is excessively long, the adhesive force can be improved, but since the hydrophilic group becomes large, the ink spreads too much and exhibits a wider line width than the desired line width. There is a risk of damage to the board.
図６(Ａ)〜(Ｃ)は、表面処理及び基板加熱によるパターンの線幅及び厚さの変化を示すものであり、７０℃で基板を加熱する際に表面状態による線幅の変化を示す。
図６(Ａ)はテフロン（登録商標）のコート前、図６(Ｂ)は基板加熱、図６(Ｃ)はテフロン（登録商標）のコート及びＵＶ−オゾン処理の場合をそれぞれ示す。
6A to 6C show changes in the line width and thickness of the pattern due to surface treatment and substrate heating, and show changes in the line width depending on the surface state when the substrate is heated at 70 ° C. FIG. .
6A shows the case before the coating of Teflon (registered trademark), FIG. 6B shows the case of substrate heating, and FIG. 6C shows the case of the coating of Teflon (registered trademark) and UV-ozone treatment.
基板１０にテフロン（登録商標）系の疎水性の薄膜をスピンコートしたとき、５０μｍノズルを用いて噴射すると、液滴パターンの直径は最小約４８〜６０μｍを示し、パターンを形成するために液滴と液滴とを重ねることになるが、このとき、線幅は通常の液滴直径の２倍以上増加する。また、この際、表面処理と基板加熱を併行することにより、最小約７８μｍの線幅を形成することが可能である。厚さは１回噴射時に線幅により１．２〜
１．５μｍとなる。
When a Teflon (registered trademark) hydrophobic thin film is spin-coated on the substrate 10, when ejected using a 50 μm nozzle, the droplet pattern has a minimum diameter of about 48 to 60 μm. In this case, the line width increases more than twice the normal droplet diameter. At this time, it is possible to form a minimum line width of about 78 μm by performing surface treatment and substrate heating at the same time. Thickness is 1.2 ~ depending on line width at the time of one injection
1.5 μm.
図７(Ａ)〜(Ｄ)は、ＵＶ−オゾン処理時間によるパターンの大きさ変化を示す。疎水性薄膜２０のコート後、ＵＶ−オゾン処理時間による印刷液滴パターンの変化を示し、図７(Ａ)はＵＶ−オゾン処理の前、図７(Ｂ)は１８０秒処理、図７(Ｃ)は４２０秒処理、図７(Ｄ)は５４０秒処理した場合をそれぞれ示す。ここでは、基板を加熱せずに常温で実験を行った。 FIGS. 7A to 7D show changes in pattern size depending on the UV-ozone treatment time. FIG. 7 (A) shows the change of the printed droplet pattern according to the UV-ozone treatment time after the coating of the hydrophobic thin film 20, FIG. 7 (A) shows the state before the UV-ozone treatment, FIG. ) Shows 420 second processing, and FIG. 7D shows 540 second processing. Here, the experiment was performed at room temperature without heating the substrate.
温度は常温を維持し、基板を疎水性処理した状態で、ＵＶ−オゾン処理時間を変えながら液滴パターンの直径の変化を観察した。常温で基板をテフロン（登録商標）コートした後にインクジェットを行うと、液滴のパターンのバラツキが発生し塊になる現象が発生した。これは、テフロン（登録商標）コート後に基板の表面エネルギーが減少し、基板に対する接触角が大きくなり、液滴の基板への粘着力が減少したからである。 The temperature was maintained at room temperature, and the change in the diameter of the droplet pattern was observed while changing the UV-ozone treatment time in a state where the substrate was subjected to hydrophobic treatment. When ink jetting was performed after the substrate was coated with Teflon (registered trademark) at room temperature, a variation in the pattern of droplets occurred and a lump phenomenon occurred. This is because the surface energy of the substrate decreases after the Teflon (registered trademark) coating, the contact angle with the substrate increases, and the adhesive force of the droplets to the substrate decreases.
ＵＶ−オゾン処理を行うと、基板の親水性基と表面エネルギーが増加することにより、インクジェット時の表面に対する液滴の接触角及び粘着力が増加し、パターンが均一に形成された。 When the UV-ozone treatment was performed, the hydrophilic group and surface energy of the substrate increased, so that the contact angle and the adhesive force of the droplet to the surface at the time of inkjet increased, and the pattern was formed uniformly.
ＵＶ−オゾン処理時間が増加するほどパターンが大きくなった。図７(Ｂ)〜(Ｄ)に示すように、測定パターンの大きさ（直径）は５３μｍ (Ｂ) → ６３μｍ (Ｃ) →８０μｍ (Ｄ)の順に増した。 The pattern became larger as the UV-ozone treatment time increased. As shown in FIGS. 7B to 7D, the size (diameter) of the measurement pattern increased in the order of 53 μm (B) → 63 μm (C) → 80 μm (D).
図８及び図９は、それぞれ、液滴のピッチ及びＵＶ−オゾン処理時間によるパターンの集塊現象の変化を示す図である。
ＵＶ−オゾン処理時間による、インクジェット後の基板上のパターンの集塊現象に対する効果を調べるために、ＵＶ−オゾン処理時間と液滴のピッチ(中心−中心間)とを変えながら現象を観察した。
8 and 9 are diagrams showing changes in the pattern agglomeration phenomenon depending on the pitch of the droplets and the UV-ozone treatment time, respectively.
In order to examine the effect of the UV-ozone treatment time on the agglomeration phenomenon of the pattern on the substrate after ink jetting, the phenomenon was observed while changing the UV-ozone treatment time and the pitch (center-to-center) of the droplets.
図８(Ａ)〜(Ｃ)は、テフロン（登録商標）疎水性薄膜コート後に１８０秒間ＵＶ−オゾン処理した後、インクジェットパターニングした結果を示す。液滴のピッチが減ると共に基板にパターニングされた液滴が塊になる現象が観察された。液滴のピッチが８０.００
μｍ（Ａ）、５７．１０μｍ（Ｂ）、４０．００μｍ（Ｃ）に減少するに伴い、基板上にパターニングされた液滴が塊になる現象が顕著になることが確認された。
FIGS. 8A to 8C show the results of inkjet patterning after UV-ozone treatment for 180 seconds after Teflon (registered trademark) hydrophobic thin film coating. It was observed that the droplet pitch decreased and the droplets patterned on the substrate became lumps. Droplet pitch is 80.00
It has been confirmed that the phenomenon that droplets patterned on the substrate become lumps becomes conspicuous with decreasing to μm (A), 57.10 μm (B), and 40.00 μm (C).
図９(Ａ)〜(Ｃ)は、液滴のピッチが４０μｍであるとき、それぞれＵＶ−オゾン処理時間１８０秒 (Ａ)、４２０秒 (Ｂ)、４８０秒 (Ｃ)によるパターンの形状を示す。結果か
ら、表面エネルギーが急激に増加する時点 (表２参照)、すなわち４２０秒以後にもパタ
ーンの集塊現象が相変らず観察された。
FIGS. 9A to 9C show pattern shapes with UV-ozone treatment times of 180 seconds (A), 420 seconds (B), and 480 seconds (C), respectively, when the droplet pitch is 40 μm. . From the results, the pattern agglomeration phenomenon was observed as usual even when the surface energy increased rapidly (see Table 2), that is, after 420 seconds.
表面エネルギーの増加は、噴射された液滴が基板に到達してパターンとして位置付けられるアンカー(anchor)の役割を果たし、安定したパターンの形成を誘導する。また、表面エネルギーの増加は、液滴の基板への接触角を増やしてパターンサイズの増大を誘導する。 The increase in surface energy acts as an anchor where the ejected droplet reaches the substrate and is positioned as a pattern, and induces the formation of a stable pattern. Also, the increase in surface energy increases the contact angle of the droplet to the substrate and induces an increase in pattern size.
図１０(Ａ)〜(Ｃ)は、基板加熱温度によるパターンの集塊現象の変化を示す図である。
図１０(Ａ)は４０℃、図１０(Ｂ)は７０℃、図１０(Ｃ)は１００℃（ＵＶ−オゾン処理時間 : ０秒、液滴ピッチ：６６．６７μｍ）の場合をそれぞれ示す。
FIGS. 10A to 10C are diagrams showing changes in the pattern agglomeration phenomenon depending on the substrate heating temperature.
10A shows a case of 40 ° C., FIG. 10B shows a case of 70 ° C., and FIG. 10C shows a case of 100 ° C. (UV-ozone treatment time: 0 seconds, droplet pitch: 66.67 μm).
テフロン（登録商標）コート後、ＵＶ−オゾン処理なしにインクジェットを施した。基板温度は４０℃、７０℃、１００℃と変え、液滴のピッチを６６．６７μｍとした。同図から明らかなように、基板温度が増加するほど液滴の集塊現象は顕著に減り、１００℃の
場合にはそれぞれの鮮明な液滴パターン（Ｃ）が観察された。
After Teflon (registered trademark) coating, inkjet was performed without UV-ozone treatment. The substrate temperature was changed to 40 ° C., 70 ° C., and 100 ° C., and the droplet pitch was 66.67 μm. As is clear from the figure, the agglomeration phenomenon of the droplets remarkably decreased as the substrate temperature increased, and each of the clear droplet patterns (C) was observed at 100 ° C.
これは、次の液滴が到逹する時点では前の液滴の溶媒のほとんどが蒸発し、液滴が基板上に充分に付着した状態であるので、２つの液滴の衝突によるバンピング(bumping)現象
や集塊現象を防止することができると判断される。しかしながら、１００℃における噴射時には、ノズルの目詰まりが頻繁に発生した。
This is because when the next droplet arrives, most of the solvent of the previous droplet is evaporated and the droplet is sufficiently adhered on the substrate, so that bumping due to the collision of two droplets (bumping) ) Phenomenon and agglomeration phenomenon can be prevented. However, nozzle clogging frequently occurred during injection at 100 ° C.
図１１(Ａ)〜(Ｆ)は、ＵＶ−オゾン処理と基板加熱によるパターンの変化を示す図である。
図１１(Ａ)〜(Ｆ)は、ＵＶ− オゾン処理時間が４２０秒、基板温度が４０℃であると
き、インクジェット噴射周波数／液滴のピッチ(中心−中心間)によるパターン形状の変化を示す。図１１(Ａ)は２５０Ｈｚ／８０．００μｍ、図１１(Ｂ)は３００Ｈｚ／６６．６７μｍ、図１１(Ｃ)は３５０Ｈｚ／５７．１０μｍ、図１１(Ｄ)は４００Ｈｚ／５０．００μｍ、図１１(Ｅ)は４５０Ｈｚ／４４．４４μｍ、図１１(Ｆ)は ５００Ｈｚ／４０．００μｍの場合をそれぞれ示す。
FIGS. 11A to 11F are diagrams showing pattern changes caused by UV-ozone treatment and substrate heating.
FIGS. 11A to 11F show changes in the pattern shape depending on the inkjet ejection frequency / droplet pitch (center-center) when the UV-ozone treatment time is 420 seconds and the substrate temperature is 40 ° C. . 11A is 250 Hz / 80.00 μm, FIG. 11B is 300 Hz / 66.67 μm, FIG. 11C is 350 Hz / 57.10 μm, FIG. 11D is 400 Hz / 50.00 μm, FIG. (E) shows the case of 450 Hz / 44.44 μm, and FIG. 11 (F) shows the case of 500 Hz / 40.00 μm.
図１２(Ａ)〜(Ｆ)は、ＵＶ−オゾン処理時間が１８０秒、基板温度が７０℃であるとき、インクジェット噴射周波数／液滴のピッチによるパターン形状の変化を示す。図１２(Ａ)は２５０Ｈｚ／８０．００μｍ、図１２(Ｂ)は３００Ｈｚ／６６．６７μｍ、図１２(Ｃ)は３５０Ｈｚ／５７．１０μｍ、図１２(Ｄ)は４００Ｈｚ／５０．００μｍ、図１２(Ｅ)は４５０Ｈｚ／４４．４４μｍ、図１２(Ｆ)は５００Ｈｚ／４０．００μｍの場合を
それぞれ示す。
12A to 12F show changes in the pattern shape depending on the inkjet ejection frequency / droplet pitch when the UV-ozone treatment time is 180 seconds and the substrate temperature is 70 ° C. 12A is 250 Hz / 80.00 μm, FIG. 12B is 300 Hz / 66.67 μm, FIG. 12C is 350 Hz / 57.10 μm, FIG. 12D is 400 Hz / 50.00 μm, FIG. (E) shows the case of 450 Hz / 44.44 μm, and FIG. 12 (F) shows the case of 500 Hz / 40.00 μm.
図１３(Ａ)〜(Ｆ)は、ＵＶ−オゾン処理時間が４２０秒、基板温度が７０℃であるとき、インクジェット噴射周波数／液滴のピッチによるパターン形状の変化を示す。図１３(Ａ)は２５０Ｈｚ／８０．００μｍ、図１３(Ｂ)は３００Ｈｚ／６６．６７μｍ、図１３(Ｃ)は３５０Ｈｚ／５７．１０μｍ、図１３(Ｄ)は４００Ｈｚ／５０．００μｍ、図１３(Ｅ)は４５０Ｈｚ／４４．４４μｍ、図１３(Ｆ)は５００Ｈｚ／４０．００μｍの場合を
それぞれ示す。
FIGS. 13A to 13F show changes in the pattern shape depending on the inkjet ejection frequency / droplet pitch when the UV-ozone treatment time is 420 seconds and the substrate temperature is 70.degree. 13A is 250 Hz / 80.00 μm, FIG. 13B is 300 Hz / 66.67 μm, FIG. 13C is 350 Hz / 57.10 μm, FIG. 13D is 400 Hz / 50.00 μm, FIG. (E) shows the case of 450 Hz / 44.44 μm, and FIG. 13 (F) shows the case of 500 Hz / 40.00 μm.
図１０(Ａ)に示すように、基板加熱温度が４０℃であるとき、液滴の集塊現象が鮮明に見られることがわかる。ＵＶ−オゾン処理時間が０秒、１８０秒では集塊現象が観察されたが、４２０秒間ＵＶ−オゾン処理した後インク噴射を行うと、同じ液滴のピッチである図１１Ｂから明らかなように、集塊現象が著しく減少したことがわかる。液滴のピッチを５７．１μｍ以下にすると、９０〜１２０μｍのパターンが得られた。 As shown in FIG. 10A, it can be seen that when the substrate heating temperature is 40 ° C., the agglomeration phenomenon of droplets is clearly seen. The agglomeration phenomenon was observed when the UV-ozone treatment time was 0 seconds and 180 seconds, but when performing ink ejection after the UV-ozone treatment for 420 seconds, as is apparent from FIG. It can be seen that the agglomeration phenomenon has been significantly reduced. When the pitch of the droplets was 57.1 μm or less, a pattern of 90 to 120 μm was obtained.
図８(Ａ)〜(Ｃ)と図９(Ａ)〜(Ｃ)の結果から明らかなように、４０℃の基板温度と４２０秒間のＵＶ−オゾン処理の際には、集塊現象が観察された。
本発明では、ＵＶ−オゾン処理してテフロン（登録商標）がコートされた基板の表面エネルギーを増加させると、４０℃の低い温度においても液滴の集塊なしに安定で均一な線状のパターンが得られる。したがって、ＵＶ−オゾン処理による表面エネルギー制御と基板の加熱とを併行する複合表面処理は、インクジェットパターニングに非常に効果的であることが確認された。
As is clear from the results of FIGS. 8A to 8C and FIGS. 9A to 9C, the agglomeration phenomenon was observed when the substrate temperature was 40 ° C. and the UV-ozone treatment was performed for 420 seconds. It was done.
In the present invention, when the surface energy of a substrate coated with Teflon (registered trademark) is increased by UV-ozone treatment, a stable and uniform linear pattern without agglomeration of droplets even at a low temperature of 40 ° C. Is obtained. Therefore, it was confirmed that the composite surface treatment in which the surface energy control by the UV-ozone treatment and the heating of the substrate are performed at the same time is very effective for the ink jet patterning.
図１２(Ｃ)に示すように、ＵＶ−オゾン処理時間が１８０秒、基板加熱温度が７０℃、液滴のピッチが５７．１０μｍであるとき、最小線幅９２．１５μｍが得られた。
図１３(Ａ)に示すように、ＵＶ−オゾン処理時間が４２０秒、基板加熱温度が７０℃、液滴のピッチが６６．６７μｍであるとき、最小線幅７８μｍが得られた。
As shown in FIG. 12C, when the UV-ozone treatment time was 180 seconds, the substrate heating temperature was 70 ° C., and the droplet pitch was 57.10 μm, a minimum line width of 92.15 μm was obtained.
As shown in FIG. 13A, when the UV-ozone treatment time was 420 seconds, the substrate heating temperature was 70 ° C., and the droplet pitch was 66.67 μm, a minimum line width of 78 μm was obtained.
集塊現象が原因で断絶せず連続したパターンが形成される条件下で、ＵＶ−オゾン処理
時間と基板加熱温度は相互反比例の関係にあり、ＵＶ−オゾン処理時間と基板加熱温度が増加するほどパターンが形成される液滴のピッチが増加した。
The UV-ozone treatment time and the substrate heating temperature are in an inversely proportional relationship under the condition that a continuous pattern is formed without interruption due to the agglomeration phenomenon, and as the UV-ozone treatment time and the substrate heating temperature increase. The pitch of the droplets on which the pattern was formed increased.
このような構成及び作用を有する本発明は、基板上に微細パターンを形成するとき、疎水性薄膜をコートして、それに対して表面エネルギー調整を経た後にパターンを形成することにより、液滴の集塊現象を解消し、微細パターンを実現することができるという利点がある。 In the present invention having such a configuration and function, when a fine pattern is formed on a substrate, a hydrophobic thin film is coated, and after the surface energy is adjusted, the pattern is formed, thereby collecting droplets. There is an advantage that a lump phenomenon can be eliminated and a fine pattern can be realized.
以上、本発明を本発明の原理を例示するための好適な実施例と結びつけて説明して示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、様々な修正及び変形が可能である。よって、このような修正及び変形も特許請求の範囲に属するものとして理解すべきである。 Although the present invention has been described and illustrated in connection with preferred embodiments for illustrating the principle of the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiments and does not depart from the gist of the present invention. Various modifications and variations are possible within the range. Accordingly, such modifications and variations are to be understood as belonging to the appended claims.
１ 液滴
１０ 基板
２０ 疎水性薄膜
３０ ＵＶ−オゾン
４０ 噴射ノズル
５０ コントローラシステム
５１ 電圧制御器
５２ 圧力制御器
５３ 温度制御器
５４ メタルボード
５５ ＣＣＤカメラ
1 droplet 10 substrate 20 hydrophobic thin film 30 UV-ozone 40 injection nozzle 50 controller system 51 voltage controller 52 pressure controller 53 temperature controller 54 metal board 55 CCD camera
Claims (6)
基板表面に疎水性薄膜をコートする段階と、
コートされた前記基板の表面エネルギーを調整する段階と、
所望の線幅及びインクの粘着力に応じて表面エネルギーが調整された前記基板を所定の温度で加熱しながら所望のサイズの噴射ノズルを用いてパターンを形成する段階と
を含んでなることを特徴とする表面エネルギー制御を用いたパターニング方法。 In a patterning method using surface energy control for forming a fine pattern using an inkjet jet method,
Coating a hydrophobic thin film on the substrate surface;
Adjusting the surface energy of the coated substrate;
Forming a pattern using a spray nozzle of a desired size while heating the substrate, the surface energy of which has been adjusted according to the desired line width and ink adhesion, at a predetermined temperature. A patterning method using surface energy control.
コートされた前記基板をベーキングさせる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパターニング方法。 After coating the hydrophobic thin film,
The patterning method of claim 1, further comprising baking the coated substrate.
前記基板をベーキングさせてパターンを形成するための液滴を、導電性物質のみを残して飛散させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載のパターニング方法。 After the step of forming the pattern,
The patterning method according to claim 1, further comprising a step of scattering droplets for forming a pattern by baking the substrate, leaving only a conductive material.
テフロン(登録商標）系の疎水性薄膜でコート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。 The step of coating the hydrophobic thin film comprises:
2. The patterning method according to claim 1, wherein coating is performed with a Teflon (registered trademark) -based hydrophobic thin film.
スピンコート及びプラズマコートのうちいずれか一方の方法でコート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。 The step of coating the hydrophobic thin film comprises:
The patterning method according to claim 1, wherein coating is performed by any one method of spin coating and plasma coating.
ＵＶ−オゾン及び酸素プラズマのうちいずれか一方を用いて疎水性薄膜がコートされた前記基板を酸化させ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。 Adjusting the surface energy comprises:
The patterning method according to claim 1, wherein the substrate coated with the hydrophobic thin film is oxidized using one of UV-ozone and oxygen plasma.
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