JP5487671B2

JP5487671B2 - パターン形成方法

Info

Publication number: JP5487671B2
Application number: JP2009075893A
Authority: JP
Inventors: 智宏竹安
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010230791A

Description

本発明はパターン形成方法に係り、特に樹脂基材に対して凸状となることなくパターンを形成する方法に関する。

例えば、感光性のパターン形成用材料膜を基材上に形成し、その後フォトリソグラフィー法によって電極パターン、遮光パターン、着色パターン等の所望のパターンを基材上に形成することが行われている。しかし、このように形成したパターンは、基材上に凸部として存在するため、例えば、パターンを保護するために基材上にカバーフィルムを貼り合せる場合、基材とカバーフィルムとの間に気泡等が入り込みやすいという問題があった。また、パターンを被覆するように機能層を積層する場合、凸部として存在するパターンによって機能層に変形が生じて機能低下を生じるという問題もあった。
このような問題を解決するために、予め基材にエッチング処理を施して凹部パターンを形成し、この凹部パターンにパターン形成用材料を充填してパターンを形成する方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００５−９３９４５号公報

上述の特許文献１のパターン形成方法では、基材のパターン形成面を平坦なものとすることはできるが、フォトリソグラフィー法を利用したパターン形成に比べて、基材に凹部パターンを形成するためのエッチング処理工程が必要であった。
また、パターンを形成する対象となる基材が、支持体上に設けられた樹脂基材である場合、樹脂基材を形成する工程として、パターン形成工程とは別に、支持体に設けられた樹脂基材の硬化処理工程が必要であり、工程が煩雑でパターン形成コストの低減に限界があった。
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、支持体に設けられた樹脂基材に対して凸状となることなくパターンを簡便に形成するためのパターン形成方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、支持体上に設けられた樹脂基材にパターンを形成する方法において、支持体上にネガ型の感光性樹脂層を形成し、その後、該感光性樹脂層上にパターンを形成するパターン形成工程と、前記感光性樹脂層のガラス転移温度以上の温度で熱処理を施して、前記パターンを前記感光性樹脂層に埋め込むとともに、前記感光性樹脂層を硬化させて樹脂基材とする埋め込み・硬化工程と、を有し、前記熱処理は、一定の昇温速度で前記感光性樹脂層のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱する方法、一定の昇温速度で前記感光性樹脂層のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱し、該温度で所定時間加熱した後、更に所定温度まで加熱する方法、および、一定の昇温速度で前記感光性樹脂層のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱し、該温度で所定時間加熱する方法のいずれかであるような構成とした。

本発明の他の態様として、前記支持体上にネガ型の感光性ドライフィルムをラミネートすることにより、ネガ型の前記感光性樹脂層を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記支持体上にネガ型の感光性組成物を塗布しプリベークすることにより、ネガ型の前記感光性樹脂層を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記パターン形成工程は、前記感光性樹脂層上にネガ型のパターン形成用感光性組成物を塗布して感光性塗膜を形成し、該感光性塗膜を所望のフォトマスクを介して露光し、その後、現像することにより行うような構成とした。
本発明の他の態様として、前記パターン形成工程は、転写基材上に剥離可能に形成した所望のパターンを前記感光性樹脂層上に転写することにより行うような構成とした。

本発明では、感光性樹脂層のガラス転移温度以上の温度で熱処理が施されることにより、感光性樹脂層上に形成したパターンが感光性樹脂層に埋め込まれると同時に、感光性樹脂層が硬化して樹脂基材となるので、支持体上に樹脂基材を形成するための硬化処理が感光性樹脂層へのパターンの埋め込みのための熱処理によって同時に行われることとなり、パターン形成工程とは別に樹脂基材を形成するための硬化処理が必要な従来のパターン形成方法に比べて工程が簡便であり、また、樹脂基材のパターン形成面は平坦なものとなり、このパターン形成面に他の部材や層をラミネート、積層しても、気泡の混入が抑制され、部材や層の変形が防止される。

本発明のパターン形成方法の一実施形態を示す工程図である。感光性樹脂層上に形成されたパターンを説明するための図である。本発明における熱処理を説明するための図である。熱処理後の樹脂基材上のパターンを説明するための図である。本発明のパターン形成方法の他の実施形態を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のパターン形成方法の一実施形態を示す工程図である。
図１に示される本発明のパターン形成方法では、まず、支持体１上にネガ型の感光性樹脂層１２を形成する（図１（Ａ））。
支持体１は特に制限はなく、パターンを形成した後の用途に応じて、ガラス、金属材料、合金材料、セラミック材料、樹脂材料、シリコンウエハ等であってよく、また、形状も板状に限定されるものではない。
ネガ型の感光性樹脂層１２は、パターンを形成した後の用途に応じて、従来公知のネガ型の感光性樹脂材料から適宜選択して形成することができる。このような感光性樹脂層１２は、ネガ型の感光性ドライフィルムを支持体１にラミネートすることにより形成することができ、また、ネガ型の感光性組成物を支持体１上に塗布し乾燥することによっても形成することができる。また、感光性樹脂層１２の厚みは、使用するネガ型の感光性樹脂材料や、パターンを形成した後の用途に応じて適宜設定することができ、例えば、５〜１００μｍの範囲とすることができる。

次に、この感光性樹脂層１２上にネガ型のパターン形成用感光性組成物を塗布し乾燥して感光性塗膜１３を形成し、この感光性塗膜１３を所望のフォトマスク１０を介して露光する（図１（Ｂ））。この露光は、例えば、プロキシミティー露光とすることができる。その後、感光性塗膜１３を現像することによりパターン３を感光性樹脂層１２上に形成する（図１（Ｃ））。（以上、パターン形成工程）
この状態のパターン３は、図２に示されるように、感光性樹脂層１２上に凸部として存在する。
パターン形成用感光性組成物は、パターン３の用途に応じて適宜選択して使用することができ、例えば、遮光材料を含有した感光性組成物、導電材料を含有した感光性組成物、顔料を含有した感光性組成物、染料を含有した感光性組成物等を挙げることができる。また、感光性塗膜１３の厚みは、パターン３に要求される厚みに応じて適宜設定することができる。

次いで、感光性樹脂層１２のガラス転移温度以上の温度で熱処理を施して、パターン３を感光性樹脂層１２に埋め込むとともに、感光性樹脂層１２を硬化させて樹脂基材２とする（図１（Ｄ））。（以上、埋め込み・硬化工程）
熱処理の条件には特に制限はなく、感光性樹脂層１２へのパターン３の埋め込みがなされ、その後、パターン３と感光性樹脂層１２の硬化が進行するような条件とすることができる。例えば、図３に直線（１）で示されるように、一定の昇温速度で感光性樹脂層１２のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱する方法、図３に鎖線（２）で示されるように、一定の昇温速度で感光性樹脂層１２のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱し、この温度で所定時間加熱した後、更に所定温度まで加熱する方法、図３に一点鎖線（３）で示されるように、一定の昇温速度で感光性樹脂層１２のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱し、この温度で所定時間加熱する方法等が挙げられる。また、熱処理における上限温度は、例えば、感光性樹脂層１２のガラス転移温度よりも５０〜２００℃程度高い温度とすることが好ましい。

尚、熱処理により感光性樹脂層１２が硬化して樹脂基材２となったことの確認は、硬度の変化、表面粗度の変化、透過率（吸光度）の変化、ＩＲスペクトルの変化、熱重量分析等により行うことができる。
このように熱処理が施された後の樹脂基材２のパターン形成面は平坦なものとなる。ここで、平坦とは、図４（Ａ）に示されるように、パターン３が樹脂基材２に完全に埋め込まれた状態から、図４（Ｂ）に示されるように、樹脂基材２のパターン形成面からパターン３の一部が突出し、その突出高さＨが１μｍ以下である状態までを含むものである。尚、パターン３の突出高さＨは、接触式膜厚計を用いて測定したパターン３の平均高さを意味する。

このような本発明では、感光性樹脂層１２のガラス転移温度以上の温度で熱処理が施されることにより、感光性樹脂層１２上に形成したパターン３が感光性樹脂層１２に埋め込まれると同時に、感光性樹脂層１２が硬化して樹脂基材２となる。このため、支持体１上に樹脂基材２を形成するための硬化処理が感光性樹脂層１２へのパターンの埋め込みのための熱処理によって同時に行われることとなり、パターン形成工程とは別に樹脂基材を形成するための硬化処理が必要な従来のパターン形成方法に比べて工程が簡便である。また、樹脂基材２のパターン形成面は平坦なものとなり、このパターン形成面に他の部材や層をラミネート、積層しても、気泡の混入が抑制され、部材や層の変形が防止される。

上述の実施形態は例示であり、本発明のパターン形成方法は、これらに限定されるものではない。例えば、図５に示されるように、パターン形成工程のおいて、転写基材２２上に剥離可能に形成した所望のパターン２３を備える転写フィルム２１を、感光性樹脂層１２と対向するように圧着し（図５（Ａ））、その後、転写基材２２を剥離してパターン２３を感光性樹脂層１２上に転写してもよい。この場合のパターン２３は、上述のパターン形成用感光性組成物を用いて転写基材２２上に形成することができる。

次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
（パターン形成工程）
支持体として１０ｃｍ×１０ｃｍのガラス基板を準備し、この支持体の一方の面にネガ型の感光性ドライフィルム（日立化成工業（株）製フォテックＨ−Ｙ９２０）を、汎用ラミネート機を用いて１００℃にて０．５〜０．６Ｍｐの圧力でラミネートして、厚み６０μｍのネガ型の感光性樹脂層を形成した。尚、この感光性樹脂層のガラス転移温度は１５０℃であった。

次に、ネガ型のパターン形成用感光性組成物として、遮光パターン形成用感光性組成物（東京応化工業（株）製ＣＦＰＲＢＫ）を感光性樹脂層上にスピンコート法により塗布し、減圧乾燥後、２３０℃で３０分間加熱して、厚み２．０μｍの感光性塗膜を形成した。
その後、この感光性塗膜を開口幅９３μｍ、格子のピッチ９９μｍの格子形状の透光部を有するフォトマスクを介して１００ｍＪ／ｃｍ²の露光量の条件にてプロキシミティー露光を行い、アルカリ現像することにより、パターンを感光性樹脂層上に形成した。このパターンの平均高さを接触式膜厚計を用いて測定した結果、１．５μｍであり、明確に凸状であることが確認された。

（埋め込み・硬化工程）
次いで、パターンが形成された感光性樹脂層を備えた支持体を電気オーブン中で昇温速度１５６℃／分で２３０℃まで加熱し、この温度に３０分間保持して熱処理を施した。
この熱処理後の感光性樹脂層のビッカース硬度をフィッシャー硬度計により測定した結果、３６ＨＶであり、感光性樹脂層は硬化して樹脂基材となっていることが確認された。また、パターンの平均高さを上記と同様に測定した結果、０．８μｍであり、樹脂基材のパターン形成面が平坦なものであることが確認された。

［実施例２］
（パターン形成工程）
支持体として厚み７００μｍのガラス基板を準備し、この支持体の一方の面にネガ型の感光性組成物（ＪＳＲ（株）製オプトマ−ＮＮ８５０）をスピンコート法で塗布し、８０℃、３分間乾燥して厚み１．５μｍのネガ型の感光性樹脂層を形成した。尚、この感光性樹脂層のガラス転移温度は１５０℃であった。
次に、この感光性樹脂層上に、実施例１と同様にしてパターンを形成した。
（埋め込み・硬化工程）
その後、支持体を電気オーブン中で昇温速度１５６℃／分で２３０℃まで加熱し、この温度に３０分間保持して熱処理を施した。この熱処理後の感光性樹脂層のビッカース硬度を上記と同様に測定した結果、３６ＨＶであり、感光性樹脂層は硬化して樹脂基材となっていることが確認された。また、パターンの平均高さを上記と同様に測定した結果、０．８μｍであり、樹脂基材のパターン形成面が平坦なものであることが確認された。

［比較例１］
支持体として厚み７００μｍのガラス基板を準備し、この支持体の一方の面にネガ型の感光性ドライフィルム（日立化成工業（株）製フォテックＨ−Ｙ９２０）を、汎用ラミネート機を用いて１００℃にて０．５〜０．６Ｍｐの圧力でラミネートした。その後、支持体を電気オーブン中で昇温速度１５６℃／分で２３０℃まで加熱し、この温度に３０分間保持して感光性ドライフィルムを硬化させて樹脂基材とした。この樹脂基材のビッカース硬度を上記と同様に測定した結果、３６ＨＶであった。

次に、この樹脂基材上に、実施例１と同様の遮光パターン形成用感光性組成物をスピンコート法により塗布し、減圧乾燥後、２３０℃で３０分間加熱して、感光性塗膜（厚み２．０μｍ）を形成した。
その後、この感光性塗膜を実施例１と同様のフォトマスクを介して１００ｍＪ／ｃｍ²の露光量の条件にてプロキシミティー露光を行い、アルカリ現像することにより、樹脂基材上にパターンを形成し、その後、２３０℃で３０分間加熱した。このパターンの平均高さを実施例１と同様にして測定した結果、１．５μｍであり、明確に凸状であることが確認された。

［比較例２］
支持体として厚み７００μｍのガラス基板を準備し、この支持体の一方の面にネガ型の感光性組成物（ＪＳＲ（株）製オプトマ−ＮＮ８５０）をスピンコート法で塗布し、８０℃、３分間乾燥して厚み１．５μｍのネガ型の感光性樹脂層を形成した。尚、この感光性樹脂層のガラス転移温度は１５０℃であった。
その後、支持体を電気オーブン中で昇温速度１５６℃／分で２３０℃まで加熱し、この温度に３０分間保持して感光性樹脂層を硬化させて樹脂基材とした。この樹脂基材のビッカース硬度を上記と同様に測定した結果、３６ＨＶであった。

次に、この樹脂基材上に、実施例１と同様の遮光パターン形成用感光性組成物をスピンコート法により塗布し、減圧乾燥後、２３０℃で３０分間加熱して、厚み２．０μｍの感光性塗膜を形成した。
その後、この感光性塗膜を実施例１と同様のフォトマスクを介して１００ｍＪ／ｃｍ²の露光量の条件にてプロキシミティー露光を行い、アルカリ現像することにより、樹脂基材上にパターンを形成し、その後、２３０℃で３０分間加熱した。このパターンの平均高さを実施例１と同様にして測定した結果、１．５μｍであり、明確に凸状であることが確認された。

［パターン形成面の評価］
実施例１、２および比較例１、２で形成したパターンを被覆するように、粘着剤層を備えたカバーフィルム（明光商会（株）製ＭＳパウチフィルム）を、汎用ラミネート機を用いて１００℃にて０．５〜０．６Ｍｐの圧力でパターン形成面にラミネートした。その後、パターン形成面とカバーフィルムとの間に気泡が存在するか否かを顕微鏡を用いて観察した。その結果、実施例１、実施例２で形成したパターンを備えた場合には、気泡は存在しないが、比較例１、２で形成したパターンを備えた場合には、２個／ｃｍ²程度の頻度で気泡の存在が確認された。

樹脂基材のパターン形成面が平坦であることが要求される種々の分野に利用することができる。

１…支持体
２…樹脂基材
３…パターン
１０…フォトマスク
１２…感光性樹脂層
１３…感光性塗膜
２２…転写基材
２３…パターン

Claims

支持体上に設けられた樹脂基材にパターンを形成する方法において、
支持体上にネガ型の感光性樹脂層を形成し、その後、該感光性樹脂層上にパターンを形成するパターン形成工程と、
前記感光性樹脂層のガラス転移温度以上の温度で熱処理を施して、前記パターンを前記感光性樹脂層に埋め込むとともに、前記感光性樹脂層を硬化させて樹脂基材とする埋め込み・硬化工程と、を有し、前記熱処理は、一定の昇温速度で前記感光性樹脂層のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱する方法、一定の昇温速度で前記感光性樹脂層のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱し、該温度で所定時間加熱した後、更に所定温度まで加熱する方法、および、一定の昇温速度で前記感光性樹脂層のガラス転移温度を超える所定温度まで加熱し、該温度で所定時間加熱する方法のいずれかであることを特徴としたパターン形成方法。
前記支持体上にネガ型の感光性ドライフィルムをラミネートすることにより、ネガ型の前記感光性樹脂層を形成することを特徴とした請求項１に記載のパターン形成方法。
前記支持体上にネガ型の感光性組成物を塗布しプリベークすることにより、ネガ型の前記感光性樹脂層を形成することを特徴とした請求項１に記載のパターン形成方法。
前記パターン形成工程は、前記感光性樹脂層上にネガ型のパターン形成用感光性組成物を塗布して感光性塗膜を形成し、該感光性塗膜を所望のフォトマスクを介して露光し、その後、現像することにより行うことを特徴とした請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパターン形成方法。
前記パターン形成工程は、転写基材上に剥離可能に形成した所望のパターンを前記感光性樹脂層上に転写することにより行うことを特徴とした請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパターン形成方法。