西村 康雄 (〒45 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目7番地 鶴見曹達株式会社内 Kanagawa, 23000, JP)
鶴見曹達株式会社 (〒45 神奈川県横浜市鶴見区末広町1丁目7番地 Kanagawa, 23000, JP)
TOAGOSEI CO., LTD. (1-14-1, Nishi-Shimbashi Minato-k, Tokyo 19, 10584, JP)
東亞合成株式会社 (〒19 東京都港区西新橋1丁目14番1号 Tokyo, 10584, JP)
| 0.5重量%を超え70重量%以下の(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、0.5重量%以上30重量%以下のCe(SO 4
) 2
、又は、0.5重量%を超え30重量%以下の(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
を含むエッチング液を用い、導電性高分子をエッチングするエッチング工程、 酸化還元電位測定、酸化還元滴定、及び、電気伝導度測定よりなる群から選ばれた少なくとも1つの分析手段により、エッチング液を分析する分析工程、並びに、 前記分析工程によって得られた結果に応じてエッチング工程を管理する管理工程、を含むことを特徴とする エッチング方法。 |
| 前記分析工程において、酸化還元電位測定又は酸化還元滴定により少なくとも分析する請求項1に記載のエッチング方法。 |
| 前記分析工程において、酸化還元電位測定により少なくとも分析する請求項1又は2に記載のエッチング方法。 |
| 前記管理工程において、(1)(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 、Ce(SO 4 ) 2 、及び、(NH 4 ) 4 Ce(SO 4 ) 4 よりなる群から選ばれた1種以上を補充する手段、(2)新しいエッチング液を補充する手段、(3)新しいエッチング液と交換する手段、及び、(4)エッチング時間を調節する手段よりなる群から選ばれた少なくとも1つの管理手段によりエッチング工程を管理する請求項1~3のいずれか1つに記載のエッチング方法。 |
| 導電性高分子が、ポリアセチレン類、ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレンビニレン類、ポリフェニレン類、ポリチエニレンビニレン類、ポリフルオレン類、ポリアセン類、ポリアニリン類、ポリピロール類又はポリチオフェン類である請求項1~4のいずれか1つに記載のエッチング方法。 |
| 導電性高分子が、ポリアニリン類、ポリピロール類又はポリチオフェン類である請求項1~5のいずれか1つに記載のエッチング方法。 |
| 導電性高分子がポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)である請求項1~6のいずれか1つに記載のエッチング方法。 |
| 前記エッチング液が、(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 を含む請求項1~7のいずれか1つに記載のエッチング方法。 |
| 請求項1~8のいずれか1つに記載のエッチング方法によりエッチングされた導電性高分子を有する基板。 |
本発明は、エッチング方法、及び、導電 高分子を有する基板に関する。
現在、透明導電膜としては、インジウム(In)
を含むITO(酸化インジウムスズ)が主に使われ
いるが、Inは可採埋蔵量が3千トンという希
元素で早ければ2011年~2013年頃には可採埋蔵
を使い切ってしまう、といった予測もあり
Inを使わないITOの代替材料が研究されてい
。導電性高分子の導電率は目覚しく向上し
おり、ITOの代替材料として導電性高分子は
望である。
この導電性高分子は、導電性、光の透過性
発光性、製膜後もフレキシブルであるとい
特徴をもっており、透明導電膜、電解コン
ンサー、帯電防止剤、電池、及び有機EL素
等への応用が研究され、一部では実用化さ
ている。
電解コンデンサーの電解液よりも導電性が
く安定性も高い導電性高分子を使うことで
周波数特性が改善でき耐熱性にも優れた電
コンデンサーを作ることができる。
導電性高分子をポリマーフィルムの表面に
く製膜することで透明性を保ったまま静電
を防止することができるため、このような
のは使い勝手の良い帯電防止フィルムや帯
防止容器として使用されている。
導電性高分子を2次電池の正極として用い、
リチウムポリアニリン電池やリチウムイオン
ポリマー電池等に使われている。
発光層に導電性高分子を用いた高分子有機E
Lディスプレイがあり、基板にガラスではな
プラスチックを用いることで、フレキシブ
なディスプレイが作製できる。また、正孔
送層にも導電性高分子を用いることができ
。高分子有機ELディスプレイを含む有機ELデ
スプレイは、自発光のディスプレイなので
野角が広く、薄型化しやすく、色の再現性
優れる。また、正孔と電子の再結合による
光なので応答速度が速い。有機ELディスプ
イはこのような優れた特徴を持っているた
に、将来有望なディスプレイである。
また、導電性高分子を使用してダイオード
トランジスタなどの電子素子を作製するこ
ができ、性能の向上が研究されている。導
性高分子を白金の代わりに色素増感型太陽
池の二酸化チタンの対極として使用するこ
により、現在主流となっているシリコンを
用した太陽電池よりも安価な太陽電池の開
を目指し研究されている。
このように導電性高分子は将来のエレクト
ニクス産業にとって有益な材料で、導電性
分子のパターニング方法は導電性高分子を
用するにあたって重要な技術である。
導電性高分子をパターニングする方法は幾
かの種類がある。まず、インクジェット等
印刷法を使ったパターニングがある(例えば
、特許文献1参照)。印刷法はパターニングと
時に製膜も行うため生産工程は簡便だが、
電性高分子をインク化する必要がある。し
し、導電性高分子は凝集しやすくインク化
難しい。また、印刷後の広がり防止や、イ
ク乾燥後に液滴周辺部が中心部より厚くな
問題も存在する。
これに対し、パターニングに広く用いられ
いるフォトエッチング方法は均一な膜を製
後にパターニングを行うので簡単な製膜方
を採用できる利点がある。
また、金属に対するエッチングにおけるエ
チング液の管理方法として、例えば、特許
献2には、酸化剤としてCe 4+
を含有するエッチング液を用いて金属薄膜基
板のエッチングを行うに当たり、該エッチン
グ液中のCe 4+
濃度を検知し、(Ce 4+
濃度)/(Ce 4+
初期濃度)を所定濃度範囲に維持するようにCe
4+
を追加供給することを特徴とするエッチング
液管理方法が開示されている。
また、特許文献3には、繰り返して用いられ
る金属様材料用エッチング液の成分濃度を略
一定に維持するための管理方法であって;少
くとも、前記エッチング液を前記エッチン
液とは逆性を呈する溶液によって滴定を行
、それと並行して前記エッチング液の電気
導度を導電率計によって計測する工程;前記
測工程によって得られる計測値から、前記
ッチング液の成分濃度を算出し、そして前
エッチング液中の不足成分量を算出する、
算工程;ならびに、前記演算工程によって得
られる前記不足成分量を、成分原液および/
たは補充液によって前記エッチング液に補
する、補給工程;を包含する、エッチング液
理方法が開示されている。
本発明の目的は、特定のセリウム(IV)化合 物を使用する導電性高分子のエッチングの管 理を簡便かつ容易に行うことができ、安定し たエッチングを行うことができるエッチング 方法、及び、前記エッチング方法によりエッ チングされた導電性高分子を有する基板を提 供することである。
本発明者らは、上記従来技術における問題
を克服するために鋭意検討した結果、特定
セリウム(IV)化合物含む導電性高分子用エッ
チング液で導電性高分子をエッチングするに
際し、エッチング量とセリウム(IV)濃度の関
をヨードカリ(KI)を用いた酸化還元滴定によ
詳細に調べた結果、直線関係があることを
めて見出した。すなわち、特定のセリウム(
IV)化合物を含む導電性高分子用エッチング液
中に含まれるCe 4+
が、導電性高分子を酸化することによりエッ
チングが進行していることを明らかとし、エ
ッチング工程において、セリウム(IV)の酸化
を表す指標、すなわち、酸化還元滴定及び/
は酸化還元電位(ORP)によりエッチング液が
理できることを見出した。セリウム化合物
より金属等をエッチングする場合、Ce 4+
が金属を酸化しエッチングが進行することは
知られているが、導電性高分子をエッチング
するメカニズムについては知られていなかっ
た。
また、エッチング量と電気伝導度及び吸光
との関係を調べたところ、エッチング量に
例して電気伝導度が低下すること、及び、
光度が変化することを見出した。
その結果、以下の<1>及び<9>により
記課題を達成できることを見出し、本発明
完成するに至った。好ましい実施態様であ
<2>~<8>と共に以下に記載する。
<1>0.5重量%を超え70重量%以下の(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、0.5重量%以上30重量%以下のCe(SO 4
) 2
、又は、0.5重量%を超え30重量%以下の(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
を含むエッチング液を用い、導電性高分子を
エッチングするエッチング工程、酸化還元電
位測定、酸化還元滴定、及び、電気伝導度測
定よりなる群から選ばれた少なくとも1つの
析手段により、エッチング液を分析する分
工程、並びに、前記分析工程によって得ら
た結果に応じてエッチング工程を管理する
理工程、を含むことを特徴とするエッチン
方法、
<2> 前記分析工程において、酸化還元電
測定又は酸化還元滴定により少なくとも分
する上記<1>に記載のエッチング方法、
<3>前記分析工程において、酸化還元電位
測定により少なくとも分析する上記<1>又
は<2>に記載のエッチング方法、
<4> 前記管理工程において、(1)(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、Ce(SO 4
) 2
、及び、(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
より選ばれる1種以上を補充する手段、(2)新
いエッチング液を補充する手段、(3)新しい
ッチング液と交換する手段、及び、(4)エッ
ング時間を調節する手段よりなる群から選
れた少なくとも1つの管理手段によりエッチ
グ工程を管理する上記<1>~<3>のいず
れか1つに記載のエッチング方法、
<5> 導電性高分子が、ポリアセチレン類
ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレ
ビニレン類、ポリフェニレン類、ポリチエ
レンビニレン類、ポリフルオレン類、ポリ
セン類、ポリアニリン類、ポリピロール類
はポリチオフェン類である上記<1>~<4&
gt;のいずれか1つに記載のエッチング方法、
<6> 導電性高分子が、ポリアニリン類、
リピロール類又はポリチオフェン類である
記<1>~<5>のいずれか1つに記載のエ
チング方法、
<7> 導電性高分子がポリ(3,4-エチレンジ
キシチオフェン)である上記<1>~<6>の
いずれか1つに記載のエッチング方法、
<8> 前記エッチング液が、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
を含む上記<1>~<7>のいずれか1つに記
のエッチング方法、
<9> 上記<1>~<8>のいずれか1つに
載のエッチング方法によりエッチングされ
導電性高分子を有する基板。
本発明によれば、特定のセリウム(IV)化合 物を使用する導電性高分子のエッチングの管 理を簡便かつ容易に行うことができ、安定し たエッチングを行うことができるエッチング 方法、及び、前記エッチング方法によりエッ チングされた導電性高分子を有する基板を提 供することができた。
A:基板のみの概念図
B:基板に導電性高分子膜を取付けた概念図
C:導電性高分子膜の上にレジストを塗布し
たものの概念図
D:回路パターンに従ってレジストを露光し
た概念図
E:露光したレジストを除去した後の概念図
F:導電性高分子膜をエッチングした後の概
念図
G:レジストを除去して導電性高分子を用い
た回路図が完成した概念図
N1:導電性高分子を34mg添加し撹拌を開始し
。
N2:導電性高分子を108.8mg追加した。
N3:導電性高分子を164.2mg追加した。
N4:ここまででエッチング液に導電性高分
を計307mg添加している。
N5:導電性高分子を265.2mg追加した。
N6:ここまででエッチング液に導電性高分
を計572.2mg添加している。
N7:導電性高分子を20mg追加した。
1:基板
2:導電性高分子膜
3:レジスト
4:露光した部分のレジスト
以下に、本発明を詳細に説明する。なお 「%」は特に明記しない限り「重量%」を示 。
(エッチング方法)
本発明のエッチング方法は、0.5重量%を超え
70重量%以下の(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、0.5重量%以上30重量%以下のCe(SO 4
) 2
、又は、0.5重量%を超え30重量%以下の(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
を含むエッチング液を用い、導電性高分子を
エッチングするエッチング工程、酸化還元電
位測定、酸化還元滴定、及び、電気伝導度測
定よりなる群から選ばれた少なくとも1つの
析手段により、エッチング液を分析する分
工程、並びに、前記分析工程によって得ら
た結果に応じてエッチング工程を管理する
理工程、を含むことを特徴とする。
本発明のエッチング方法は、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、Ce(SO 4
) 2
、又は、(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
を含む導電性高分子用エッチング液を使用し
て、導電性高分子をエッチングする方法であ
り、前記エッチング工程の管理を簡便かつ容
易に行うことができ、安定したエッチングを
行うことができるエッチング方法である。
<エッチング工程>
本発明のエッチング方法は、0.5重量%を超え
70重量%以下の(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、0.5重量%以上30重量%以下のCe(SO 4
) 2
、又は、0.5重量%を超え30重量%以下の(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
を含むエッチング液(以下、「特定エッチン
液」ともいう。)を用い、導電性高分子をエ
チングするエッチング工程を含む。
導電性高分子はπ電子が移動して導電性を
す。このような導電性高分子は多数報告さ
ている。
本発明に用いることができる導電性高分子
しては、ポリアニリン、ポリチオフェン、
リピロール、ポリフェニレン、ポリフルオ
ン、ポリビチオフェン、ポリイソチオフェ
、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)、
リイソチアナフテン、ポリイソナフトチオ
ェン、ポリアセチレン、ポリジアセチレン
ポリパラフェニレンビニレン、ポリアセン
ポリチアジル、ポリエチレンビニレン、ポ
パラフェニレン、ポリドデシルチオフェン
ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレン
ニレン、ポリフェニレンスルフィド等やこ
らの誘導体が例示できる。これらのうち、
リチオフェン類、ポリピロール類、又は、
リアニリン類が好ましく、ポリチオフェン
又はポリアニリン類がより好ましく、ポリ
オフェン類がさらに好ましく、電気伝導度
空気中での安定性及び耐熱性に優れたポリ(
3,4-エチレンジオキシチオフェン)が最も好ま
い。
また、導電性高分子を用いる際により高い 気伝導度を発現する目的で、ドーパントと ばれるドーピング剤を併用することができ 。前記導電性高分子に用いることができる ーパントとしては、公知のドーパントを用 ることができ、導電性高分子の種類に応じ ハロゲン類(臭素、ヨウ素、塩素等)、ルイ 酸(BF 3 、PF 5 等)、プロトン酸(HNO 3 、H 2 SO 4 等)、遷移金属ハライド(FeCl 3 、MoCl 5 等)、アルカリ金属(Li、Na等)、有機物質(アミ 酸、核酸、界面活性剤、色素、アルキルア モニウムイオン、クロラニル、テトラシア エチレン(TCNE)、7,7,8,8-テトラシアノキノジ タン(TCNQ)等)等が例示できる。導電性高分子 体にドーピング効果を持つ自己ドープ型導 性高分子であってもよい。また、ポリチオ ェン類を用いる場合、ドーパントとしては リスチレンスルホン酸を用いることが好ま い。
本発明に用いることができる導電性高分子
導電率は、導電性を示す値の範囲であれば
に制限はないが、10 -6
~10 4
S/cmであることが好ましく、10 -5.5
~10 3
S/cmであることがより好ましく、10 -5
~5×10 2
S/cmであることがさらに好ましい。導電性高
子の導電率が上記範囲であると、接続部分
パターニング等において好ましい。
また、本発明に用いることができる導電性
分子は、その使用時において、可視光域に
ける透過率が高いものが好ましい。なお、
過率は、波長550nmにおいて60~98%であること
好ましく、70~95%であることがより好ましく
80~93%であることがさらに好ましい。導電性
分子自体の透過率が上記範囲であると、デ
スプレイ等の用途に好適に用いることがで
る。
ここで、本発明において、可視光域とは400~
700nmである。なお、透過率の測定は、分光光
計により測定することができる。
各種の導電性高分子が市販されている。P anipol社により製造され「Panipol」の商品名で 販されているポリアニリンは、機能性スル ン酸でドープした有機溶媒可溶型ポリアニ ンである。Ormecon社により製造され「Ormecon」 の商品名で市販されたポリアニリンは、有機 酸をドーパントに用いた溶媒分散型ポリアニ リンである。Bayer社により製造され「Baytron」 の商品名で市販されているポリ(3,4-エチレン オキシチオフェン)はポリスチレンスルホン 酸をドーパントとしている。その他に、アキ レス(株)から商品名「STポリ」で市販される リピロール、東洋紡績(株)から商品名「PETMAX 」で市販されるスルホン化ポリアニリン、マ ルアイ(株)から商品名「SCS-NEO」で市販される ポリアニリンも本発明に使用できる。
特許流通促進事業として特許流通支援チ ートの平成13年度 化学6「有機導電性ポリ ー」に記載されている導電性高分子も本発 に使用できる。
特定のセリウム(IV)化合物としては、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、Ce(SO 4
) 2
、Ce(NO 3
) 4
、(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
が例示でき、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、Ce(SO 4
) 2
、(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
が好ましく、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
がより好ましい。また、これらのセリウム(IV
)塩は水和物であってもよい。本発明におい
は、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
が短時間で導電性高分子をエッチング処理で
きるのでさらに好ましい。
また、前記エッチング工程のエッチング液
、白濁などのような問題が生じない範囲で
れば、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、Ce(SO 4
) 2
、及び(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
よりなる群から選ばれた2種以上の特定のセ
ウム(IV)化合物を併用してもよいが、1種の特
定のセリウム(IV)化合物のみを用いることが
ましい。なお、2種以上特定のセリウム(IV)化
合物を併用する場合の濃度は、各特定のセリ
ウム(IV)化合物ごとに求めるものとする。
特定のセリウム(IV)化合物を含むエッチング
液の溶媒としては、前記セリウム塩を溶解で
き、エッチング処理に影響のない媒体であれ
ば、特に制限はないが、水であることが好ま
しい。また、溶媒として、水と無機酸との混
合物を用いることも好ましい。
エッチング液に(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 を用いる場合、(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 の添加量は、エッチング能力から、0.5%を超 る添加量であり、1.0%以上が好ましく、2.0%以 上がより好ましく、5.0%以上がさらに好まし 、また、濃度と共に処理速度が上がるが、 解度の点から、70%以下であり、40%以下が好 しく、30%以下がより好ましく、15%以下がさ に好ましい。(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 を用いたエッチング液において、上記範囲の 濃度であるとエッチング能力が優れる。
(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 を含むエッチング液において、当該エッチン グ液の分解を防止するため、安定剤を用いる ことができるが、当該エッチング液について は安定剤を配合した方が好ましい。当該安定 剤としてはHNO 3 又はHClO 4 が好ましい。当該安定剤としてHNO 3 を用いた場合、その濃度は、0.1%より多いこ が好ましく、また、70%以下が好ましく、1.0~6 0%であることがより好ましく、5~50%であるこ がさらに好ましく、10~20%であることが最も ましい。また、当該安定剤としてHClO 4 を用いた場合、その濃度は、0.1%より多いこ が好ましく、また、60%以下が好ましく、1.0~5 0%であることがより好ましく、5~40%であるこ がさらに好ましい。なお、硫酸は、(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 エッチング液を白濁させるので安定剤として 好ましくない。(NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6 を用いたエッチング液において、安定剤が上 記範囲の濃度であるとエッチング液の安定性 が向上する。
エッチング液にCe(SO 4 ) 2 を用いる場合は、Ce(SO 4 ) 2 の含有量は、エッチング能力から、0.5%以上 あり、1.0%以上が好ましく、また、濃度と共 処理速度が上がるが、溶解度の点から、30% 下であり、20%以下が好ましく、2.0~25%がより 好ましく、5~15%がさらに好ましい。Ce(SO 4 ) 2 を用いたエッチング液において、上記範囲の 濃度であるとエッチング能力が優れる。
Ce(SO 4 ) 2 を用いたエッチング液において、Ce(SO 4 ) 2 のエッチング能力の低下を防止するため、安 定剤を用いることができるが、当該エッチン グ液については安定剤を配合した方が好まし い。当該安定剤としてはHNO 3 又はH 2 SO 4 が好ましく、HNO 3 がより好ましい。当該安定剤としてHNO 3 を用いた場合、その濃度は、0.1%より多いこ が好ましく、また、70%以下が好ましく、1.0~6 0%であることがより好ましく、5.0~50%であるこ とがさらに好ましい。また、当該安定剤とし てH 2 SO 4 を用いた場合、その濃度は、0.1%より多いこ が好ましく、1.0%以上がより好ましく、2.0%以 上がさらに好ましく、5.0%以上が特に好まし 、また、40%以下が好ましく、30%以下がより ましく、20%以下がさらに好ましい。Ce(SO 4 ) 2 を用いたエッチング液において、安定剤が上 記範囲の濃度であるとエッチング液のエッチ ング能の低下を防止することができるので好 ましい。
エッチング液に(NH 4 ) 4 Ce(SO 4 ) 4 を用いる場合、(NH 4 ) 4 Ce(SO 4 ) 4 の添加量は、エッチング能力から、0.5%を超 る添加量であり、1.0%以上が好ましく、2.0%以 上がより好ましく、5.0%以上がさらに好まし 、また、濃度と共に処理速度が上がるが、 解度の点から、30%以下であり、25%以下が好 しく、15%以下がさらに好ましい。(NH 4 ) 4 Ce(SO 4 ) 4 を用いたエッチング液において、上記範囲の 濃度であるとエッチング能力が優れる。
(NH 4 ) 4 Ce(SO 4 ) 4 を含むエッチング液において、当該エッチン グ液の分解を防止するため、安定剤を用いる ことができるが、当該エッチング液について は安定剤を配合した方が好ましい。当該安定 剤としてはH 2 SO 4 又はHClO 4 を用いた場合、その濃度は、1.0%より多いこ が好ましく、また、40%以下が好ましく、2.0~3 0%であることがより好ましく、3~20%であるこ がさらに好ましい。なお、硝酸は、(NH 4 ) 4 Ce(SO 4 ) 4 エッチング液を白濁させるので安定剤として 好ましくない。(NH 4 ) 4 Ce(SO 4 ) 4 を用いたエッチング液において、安定剤が上 記範囲の濃度であるとエッチング液の安定性 が向上する。
特定のセリウム(IV)化合物を含むエッチング
液は、Ce(NO 3
) 4
を用いてもよい。Ce(NO 3
) 4
の使用量としては、0.5%以上30%以下であり、5.
0~20%であることが好ましい。
Ce(NO 3
) 4
を用いる場合、使用直前に合成し、エッチン
グ液に用いることが好ましい。Ce(NO 3
) 4
の合成方法としては、公知の方法により合成
することができるが、例えば、イオン交換水
中に水酸化セリウム及び硝酸を加えて加熱し
合成する方法が挙げられる。また、Ce(NO 3
) 4
を用いる場合、当該安定剤としてHNO 3
を用いることが好ましい。
なお、特定のセリウム(IV)化合物を含むエッ
チング液に安定剤を用いた場合、安定剤の種
類や、溶液の温度、溶液のpH、溶液の極性、
通イオン効果等の影響により、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、Ce(SO 4
) 2
、(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
、又はCe(NO 3
) 4
を含有するエッチング液における溶解度が変
化することは言うまでもない。例えば、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
を用いた場合、前記の種々の条件により、溶
解度が70%以下となることもある。その場合、
前記エッチング液における(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
の使用量は、0.1重量%を超え飽和濃度となる
以下であり、Ce(SO 4
) 2
又はCe(NO 3
) 4
についても同様である。
また、当該溶解度の一例として、HNO 3
水溶液を用いた場合の各温度における(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
の飽和濃度を測定した。結果を下記表1及び2
示す。
前記エッチング工程におけるエッチング時
液温は、10~70℃であることが好ましく、20~60
℃であることがより好ましく、30~50℃である
とがさらに好ましい。上記範囲の液温であ
とエッチング能力が優れる。
前記エッチング工程におけるエッチング時
は、特に制限はないが、0.2~30分間が好まし
、0.3~25分間がより好ましく、0.4~15分間がさ
に好ましい。上記範囲のエッチング時間で
るとエッチング処理において基板等に与え
ダメージが少ない。
また、前記エッチング工程におけるエッチ
グ時間は、後述する分析工程によって得ら
た結果に応じて、長さを調節することが好
しい。
前記エッチング工程におけるエッチングの
法には、特に制限はなく、例えば、浸漬法
スプレー法どちらでも使用可能である。
前記エッチング液を使用して、導電性高分
をエッチングによりパターニングするには
エッチング液で導電性高分子が溶解しない
分を保護する、フォトレジストが必要にな
。当該フォトレジストは紫外線を照射した
分が現像液に溶解するポジ型と紫外線を照
した部分が現像液に不溶化するネガ型があ
。
ポジ型は液体のレジストが多くディスプレ
ではLCD等の線幅が数μmオーダーのエッチン
に用いられる。
ネガ型はドライフィルムレジストが多く、
ィスプレイではPDP(プラズマディスプレイパ
ネル(Plasma Display Panel))等の線幅が数十μmオ
ダーのエッチングに用いられる。
ポジ型とネガ型どちらのレジストも本発明
おいて使用可能なので、目的とするパター
の精細度によってポジ型又はネガ型を選べ
よい。
フォトレジストとしては、アルカリを用い
除去することの可能なレジストであること
好ましく、液体のレジストであることがよ
好ましい。
基板としては、特に制限はなく、使用用 に応じて選択することができ、具体的には ガラス、石英、ポリエステル(例えばポリエ チレンテレフタレート、ポリエチレンナフタ レート等)、ポリオレフィン(例えばポリエチ ン、ポリプロピレン、ポリスチレン等)、ポ リイミド、ポリアクリレート、ポリメタクリ レート等が挙げられる。また、基板が、透明 な基板(透明基板)である場合に、非常に有効 ある。
前記エッチング工程の一例について、図1を
参照して説明する。
図1A~図1Gは、前記エッチング液を用いて導
性高分子をエッチングして、導電性高分子
回路パターンを得る一例の概略工程図であ
。
前記エッチング液の使用例として、基板1(
1A)上に導電性高分子膜2(図1B)をコーティング
し、この基板1(図1B)上にレジスト3(図1C)を塗
し(図1C)、回路図に従って露光する(図1D)。そ
して露光した部分のレジスト4を現像液で除
し導電性高分子膜を露出させる(図1E)。現像
た基板に前記エッチング液を用いてエッチ
グし(図1F)、導電性高分子膜をパターニング
する。その後、洗浄し、残存するレジスト部
を除去して導電性高分子膜がパターニングさ
れた基板を得ることができる(図1G)。
なお、図1ではレジスト3として、ポジ型レ
ストを使用したが、本発明はこれに限定さ
るものではなく、ネガ型のレジストを使用
ることもできる。
(分析工程)
本発明のエッチング方法は、例えば、酸化
元電位測定、酸化還元滴定、及び、電気伝
度測定等のような分析手段により、エッチ
グ液を分析する分析工程を含む。
前記分析手段としては、酸化還元電位測定
酸化還元滴定、電気伝導度測定、吸光度測
、比色測定、エッチング量測定、及び、エ
チング速度測定等が例示できる。これらの
でも、前記分析手段は、酸化還元電位測定
酸化還元滴定、電気伝導度測定、及び、吸
度測定よりなる群から選ばれた少なくとも1
つであることが好ましく、酸化還元電位測定
、酸化還元滴定、及び、電気伝導度測定より
なる群から選ばれた少なくとも1つであるこ
がより好ましく、酸化還元電位測定又は酸
還元滴定により少なくとも分析することが
らに好ましく、酸化還元電位測定により少
くとも分析することが特に好ましい。
特定のセリウム(IV)化合物を含むエッチング
液は、その使用によって液中の酸化剤として
のCe 4+
濃度が低下するが、本発明のエッチング方法
では、このCe 4+
濃度を分析し、その分析結果に応じて、エッ
チング液の管理を行うことが好ましい。
エッチング液中のCe 4+
の減少量を求める手段としては、エッチング
液の酸化還元滴定、及び/又は、酸化還元電
測定が好ましく例示できる。
また、エッチング液の疲労度、すなわち、
在のエッチング液における導電性高分子の
ッチング可能量は、エッチング液の電気伝
度によっても判断することが可能である。
気伝導度は、液中に存在するイオンの量の
標である。本発明においては、硝酸イオン
の変化が電気伝導度を変化させる主要因と
えられるが詳細は明らかではない。
さらに、エッチング液の疲労度は、エッチ
グ液の色の変化により判断することも好ま
い手段である。すなわち、エッチング液の
光度測定や、色見本等を用意し、それと比
する方法(比色測定)も好ましい方法である
その他にも、エッチングされる導電性高分
のエッチング量を計る手段、エッチング液
導電性高分子のエッチング速度を測定する
段などを用いて求めてもよい。
特定のセリウム(IV)化合物を含むエッチング
液中の酸化剤であるCe 4+
濃度を測定すれば、Ce 4+
の減少量を直接的に求めることができるが、
Ce 3+
濃度を測定することによってもCe 3+
の増加量はそのままCe 4+
の減少量になるため、Ce 4+
の減少量を求めることができる。
エッチング液中のCe 4+ 減少量は、例えば、エッチング液の酸化還元 電位を測定することによって求めることがで きる。すなわち、エッチング液の酸化還元電 位の測定したところ、Ce 4+ とCe 3+ の割合から酸化還元電位をフィッティングす ることが可能でることが確認され、よって全 Ce濃度が判れば、酸化還元電位を測定するこ によりCe 4+ の減少量を求めることができるのである。
Ce 4+
+e -
→Ce 3+
の反応に可逆の酸化還元電位は以下のように
表される。
E=E 0
+(RT/nF)ln[(Ce 4+
)/(Ce 3+
)]
E=E 0
+0.059×log[(Ce 4+
)/(Ce 3+
)]
全Ce濃度は初期に投入するCe量と供給したCe
から推算できる。E 0
は文献値又は[Ce 4+
]=[Ce 3+
]での酸化還元電位を実測することにより求
られる。よってエッチング液の酸化還元電
Eを実測すれば、Ce 3+
の生成量が求まり、Ce 4+
の減少量が求められるのである。
さらにエッチング速度はエッチング液中のC
e 4+
濃度に対応し、その濃度が低下するとエッチ
ング速度が遅くなる。そこでエッチング液中
のCe 4+
濃度を一定の範囲にすることにより速度を一
定に維持できるから、エッチング速度を測定
し、その速度を一定にするようにCe 4+
を供給することによってもエッチング液の管
理が可能である。エッチングの速度の測定は
、エッチング処理する基板等に光を当て透過
光の量を測定することにより、エッチングに
要する時間を求めることができ、その値から
エッチングの速度を求めることが可能である
。
上記のエッチング液中のCe 4+
の減少量を求める手段は、1つの手段を単独
行っても、2つ以上の手段を組み合わせて行
ことも可能である。
酸化還元電位(OPR)測定は、簡便かつ連続的
モニターすることが可能であり、また、精
に優れた手段である。酸化還元滴定は、精
に優れた手段である。電気伝導度(EC)測定は
簡便かつ連続的にモニターすることが可能
あり、分析数値の再現性の高い手段である
また、酸化還元滴定は、導電性高分子やそ
分解物などの有機物の影響を受けないため
ヨウ化カリウムを用いた酸化還元滴定であ
ことが好ましい。
具体的には、エッチング液にヨウ化カリウ
を作用させ、遊離したヨウ素をチオ硫酸ナ
リウムによる還元滴定手法により、溶解し
四価のセリウムを定量することができる。
また、前記分析工程において、酸化還元電
(OPR)測定と、電気伝導度(EC)測定とを併用し
分析することが好ましい。ORP測定が四価の
リウム(Ce 4+
)と三価のセリウム(Ce 3+
)との存在比に大きく影響を受けるのに対し
EC測定では硝酸やそれ以外の分子種によって
も大きな影響を受ける。よって、ORP測定とEC
定とを併用することにより、ECの変動がい
もと違う動きをした場合や、ORPの変化とECの
変化とが大きく異なる変化を起こした場合、
何らかの異常(例えば、硝酸濃度が極端に低
したなどが挙げられる。)が考えられ、より
定したエッチング液の管理が可能となる。
また、前記分析工程においては、特に分析 象に制限はなく、エッチング液の種々の要 に関する分析や、導電性高分子や基板等の エッチング物に関する分析を行ってもよい とは言うまでもない。例えば、Ce 4+ 濃度の分析だけでなく、種々の点からエッチ ングに関する分析を行うことにより、より安 定したエッチング液の管理、また、より安定 したエッチング方法全体の管理が可能となる 。
(管理工程)
本発明のエッチング方法は、前記分析工程
よって得られた結果に応じてエッチング工
を管理する管理工程を含む。
前記管理工程においては、前記分析工程に
って得られたCe 4+
濃度などの結果に応じて、様々な手段により
、エッチング工程の管理を行えばよい。前記
手段としては、特に制限はないが、下記に示
す(1)~(4)の手段のうち、少なくとも1つの手段
用いて管理することが好ましい。
(1)特定のセリウム(IV)化合物を1種以上補充
る手段
(2)新しいエッチング液を補充する手段
(3)エッチング液の一部又は全てを交換する
段
(4)エッチング時間やエッチング温度を調節
る手段
(1)特定のセリウム(IV)化合物を1種以上補充
る手段としては、特定のセリウム(IV)化合物
エッチング液中へ固体として直接加える手
、及び/又は、Ce 3+
をCe 4+
に酸化する手段が例示できる。
特定のセリウム(IV)化合物をエッチング液中
へ固体として直接加える場合には、エッチン
グ液を撹拌できることが好ましい。
特定のセリウム(IV)化合物としては、前述し
た(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
、Ce(SO 4
) 2
、Ce(NO 3
) 4
又は(NH 4
) 4
Ce(SO 4
) 4
が例示できる。この中でも、(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
(硝酸セリウムアンモニウム)を補充すること
好ましい。
Ce 3+
をCe 4+
に酸化する手段としては、電気的に酸化する
手段や、酸化剤により酸化する手段が例示で
きる。電気的に酸化する手段における電極や
、酸化剤により酸化する手段における酸化剤
は、公知のものを用いることができる。
(2)新しいエッチング液を補充する手段とし
は、特定のセリウム(IV)化合物を含む溶液(
充液)をエッチング液に加える手段が好まし
例示できる。
特定のセリウム(IV)化合物を含む溶液をエッ
チング液に加える手段における溶液は、特定
のセリウム(IV)化合物のみを含む溶液であっ
も、特定のセリウム(IV)化合物だけでなく、
等の他の成分を含む溶液であってもよい。
た、特定のセリウム(IV)化合物のみを含む溶
液を添加する場合であっても、酸等の他の成
分を含む溶液を別途添加してもよいことは言
うまでもない。
エッチング液の安定性の面からは、特定の
リウム(IV)化合物の加える方法や添加の有無
にかかわらず、安定剤の濃度を管理するのが
好ましい。管理する方法としては公知の方法
が利用できる。
特定のセリウム(IV)化合物を含む溶液をエッ
チング液に加える手段における特定のセリウ
ム(IV)化合物を含む溶液の濃度は、特に制限
ないが、エッチング装置における容積の点
ら、導電性高分子をエッチングする前のエ
チング液の濃度(初期濃度)と同じであるか、
又は、エッチング液の初期濃度よりも濃いこ
とが好ましく、エッチング液の初期濃度より
も濃いことがより好ましい。
新しいエッチング液を補充する手段として
、硝酸セリウムアンモニウム溶液を補充液
して補充する手段であることが特に好まし
。
また、エッチング液には、前記特定のセリ
ム(IV)化合物以外にも、エッチング液が含有
していてもよい他の成分を添加してもよい。
例えば、エッチング液中の酸の濃度を一定
保つために酸、例えば、硝酸や硫酸、又は
その溶液を添加することも好ましい。
また、エッチング液へ供給する際、各成分
混合した一液として供給することは必ずし
必要でなく、複数の溶液に分けて供給して
よい。また、エッチング液への供給方法に
に制限はなく、例えば、一時に添加しても
連続的に添加しても、間歇的に添加しても
い。
(3)エッチング液の一部又は全てを交換する
合、前記分析工程によって得られた結果に
じ、エッチング液の一部をどの程度の量交
するか、又は、エッチング液の全てを交換
るか判断すればよい。また、エッチング液
交換時期も、前記分析工程によって得られ
結果に応じ、判断すればよい。
エッチング液の全てを交換する場合、エッ
ングを行うエッチング槽の洗浄を行うこと
好ましい。洗浄方法としては、特に制限は
いが、水洗及び/又はエッチング液での共洗
いが好ましく例示できる。また、必要に応じ
て、有機溶媒による洗浄や、エッチング槽に
塩が生成している場合は塩の除去などを行っ
てもよい。
このような交換操作や洗浄操作は、装置に
動化装置を組み込み自動で行ってもよく、
た、使用者自身が手動にて行ってもよい。
(4)エッチング時間やエッチング温度を調節 る手段としては、前記分析工程によって得 れた結果に応じて、例えば、エッチング液 のCe 4+ 濃度が低い場合においては、通常よりエッチ ングを行う時間を長くする、及び/又は、エ チング温度を高くするといった対応や、Ce 4+ 濃度が高い場合においては、通常よりエッチ ングを行う時間を短くする、及び/又は、エ チング温度を低くするといった対応が例示 きる。また、エッチング時間やエッチング 度の調節は、エッチング液中のCe 4+ 濃度についてだけでなく、エッチング液の現 在の温度、Ce 3+ 濃度(全セリウム濃度)、エッチングした導電 高分子の量のようなエッチング液の含有物 量や物性を考慮して、行うこともできる。
前記管理工程において、エッチング液中のC e 4+ 濃度は最適値にコントロールすることが好ま しいが、実際の管理操作では最適値を含むあ る濃度範囲内で行われる。通常、Ce 4+ 濃度の上限はエッチングが速すぎてエッチン グのコントロールができなくなる値であり、 下限値はエッチングが進まなくなる値で決め られるが、実際には、これに経済性を加味し て濃度範囲が決められることになる。
また、前記管理工程においては、エッチ グ液の特定のセリウム(IV)化合物の含有量が 前記エッチング工程にて記載した濃度範囲未 満、より好ましくは1.0%未満、さらに好まし は2.0%未満、特に好ましくは5.0%未満になった 場合、前記(1)又は(2)の手段を行うことが好ま しい。
また、エッチング処理された基板に付着 て系外に持ち出されて排出されるエッチン 液相当量を、新たなエッチング液又はエッ ング液の構成成分をエッチング液中に供給 、エッチング液の液量を一定に保つことに り、さらに安定したエッチング処理が可能 なり好ましい。
また、前記管理工程における管理は、エッ ング液中のCe 4+ 濃度の管理だけではなく、エッチング液のCe 4+ 濃度以外の要素に関する管理や、導電性高分 子や基板等の被エッチング物に関する管理を 行ってもよいことは、言うまでもない。上記 に例示したCe 4+ 濃度の管理だけでなく、エッチング液の他の 成分(酸濃度、全セリウム量、導電性高分子 分解物量など)についてもエッチングに関す 管理を行うことにより、より安定したエッ ング液の管理、また、より安定したエッチ グ方法全体の管理が可能となる。
本発明のエッチング方法を実施するための
置としては、本発明のエッチング方法を行
ことが可能であれば特に制限はないが、エ
チング槽又はエッチング散布器を備えたエ
チング装置へエッチング液のCe 4+
濃度を所定範囲に維持するためにエッチング
液を供給する装置を有しており、この供給装
置にはエッチング液中のCe 4+
濃度の検知用装置が付設され、該供給装置は
、検知結果に基づいて操作されることよりな
るエッチング液管理装置であることが好まし
い。
前記分析工程において各測定装置により得
れた結果をコンピューター等により管理し
前記管理工程を行ってもよく、また、前記
果を使用者に通知し、使用者自身が前記管
工程を行ってもよい。
この管理装置に付設されるCe 4+
濃度の検知用装置としては、検知手段に応じ
て決められ、具体的には、酸化還元電位を測
定する装置、酸化還元滴定を行う装置、電気
伝導度を測定する装置などが挙げられる。こ
のような酸化還元電位測定、酸化還元滴定、
電気伝導度測定を行う方法やその装置は、例
えば、「改訂五版 分析化学便覧」社団法人
本分析化学会編、2001年、丸善(株)発行など
照することができる。
また、基板のエッチング速度を測定する装
も使用することができる。基板のエッチン
量検知用装置としては、エッチング処理し
基板数を検知する装置が挙げられる。
本発明の導電性高分子を有する基板は、本
明のエッチング方法によりエッチングされ
導電性高分子を有する基板であり、本発明
エッチング方法によりエッチングされた導
性高分子を有する透明基板である場合に有
である。
本発明のエッチング方法は、電解コンデン
ー、電池、タッチパネル、液晶パネル、電
ペーパー、有機ELを用いた照明、及び、有
EL素子等に用いる導電性高分子のエッチング
に適用することができる。
したがって、高分子有機ELディスプレイに
表されるディスプレイの表示画素部分の導
性高分子及び周辺回路と導電性高分子との
続部分のパターニング、タッチパネルの検
部分の導電性高分子及び周辺回路と導電性
分子との接続部分のパターニング、コンデ
サー製造時に不要部分に付着した導電性高
子の除去などといったエッチングの必要な
途において導電性高分子の利用を促進する
とが期待できる。
また、本発明の導電性高分子を有する基板
、電解コンデンサー、電池、タッチパネル
液晶パネル、電子ペーパー、有機ELを用い
照明、及び、有機EL素子等に好適に用いるこ
とができる。
以下、実施例を用いて本発明を説明する 、これらの実施例で本発明が限定されるも ではない。
(実施例1)
水に、所定量の硝酸セリウムアンモニウム(
(NH 4
) 2
Ce(NO 3
) 6
(以下、「CAN」ともいう。)と濃硝酸とを表3に
示した割合で添加し、エッチング液1を作製
た。
別に2.5×5cm角のポリエチレンテレフタラー
(PET)シートの表面にポリチオフェン系導電性
高分子(エイチ・シー・スタルク株式会社製Ba
ytron PH 500)を、導電性高分子の重量が100mgに
るように製膜したものを作製し、エッチン
試験に供した。
このエッチング液100gに製膜した導電性高分
子試験片を浸漬し、室温にて27時間撹拌させ
解させた。
ついで、CAN濃度を、ヨウ化カリウムを用い
滴定法(酸化還元滴定法)により求めた。結
を表4及び図2に示した。
その結果、導電性高分子のエッチング量が
加するにつれてCAN濃度が減少することが確
された。このことから、エッチング液のCAN
度を酸化還元滴定により求めることにより
エッチング液の液管理が可能であることが
かった。
この図2中の近似式よりCAN濃度が0となる導
性高分子量を求めると、エッチング液1 100g
たり444mgであった。
(実施例2)
実施例1と同様にして表3に示したエッチン
液2を作製した。また、同様に2.5×5cm角のPET
ートの表面にポリチオフェン系導電性高分
(エイチ・シー・スタルク株式会社製Baytron P
H 500)を、導電性高分子の重量が50mgになるよ
に製膜したものを作製し、エッチング試験
供した。実施例1と同じ方法で導電性高分子
を溶解させた。
ついで、CAN濃度を、ヨウ化カリウムを用い
滴定法(酸化還元滴定法)により求めた。結
を表5及び図3に示した。
その結果、CAN濃度及び硝酸濃度を変えても
導電性高分子添加量が増すにつれてCAN濃度
減少することが確認された。
(実施例3)
エッチング液1及び2それぞれ100gに導電性高
子試験片を浸漬し、室温にて27時間撹拌さ
溶解させた。ついで、酸化還元電位(ORP)を測
定した。結果を表6に示した。
その結果、導電性高分子添加量が増すにつ
てORPが減少することが確認された。このこ
から、ORPにより、エッチング液の液管理が
能であることがわかった。
(実施例4)
エッチング液1 130gに、導電性高分子(エイ
・シー・スタルク株式会社製Baytron PH 500)34m
gを添加し、経時的にORPを測定した。ついで
様に108.8mg、164.2mg、265.2mgと添加し同様にORP
測定した。ここまでのトータルの添加量が57
2.2mgである。実施例1より求めた式より算出さ
れるCAN濃度が0となる値は577mgであるため、ほ
ぼすべてのCANがエッチングで費やされたこと
になる。
一晩放置後、さらに前記導電性高分子を20mg
添加したところ、ORPの大幅な低下が見られた
。すなわち、CAN濃度がほぼ0になることによ
ORPが急激に低下することがわかった。
このことから、エッチング液のエッチング
力の限界をORP測定により把握できることが
かった。また、液の色が濃橙色か黄色へと
くなったことより、吸光度測定や色見本等
用いることにより、エッチング液管理、及
、エッチング能力の限界を把握できること
わかった。ORPの測定データを図4及び図5に
す。
(実施例5)
エッチング液1及び2それぞれ100gに導電性高
子試験片を浸漬し室温にて27時間撹拌させ
全に溶解させた。
ついで、電気伝導度(EC)を測定した。結果を
表7に示した。
その結果、導電性高分子添加量が増すにつ
てECが減少することが確認された。このこ
から、ECにより、エッチング液の液管理が可
能であることがわかった。
(実施例6)
PETシートの表面に導電性高分子(エイチ・シ
ー・スタルク株式会社製Baytron PH 500)を用い
約50nmの薄膜を作製したものをテスト基板と
した。
ドライフィルムレジスト製品名ORDYL LF525(東
京応化工業(株)製)を、ラミネーターを用いて
テスト基板に貼り付けた。ドライフィルムレ
ジストを貼り付けた前述のテスト基板に、型
枠式真空露光機を用いてマスターパターンを
密着させながら紫外線を照射して露光した。
1%Na 2
CO 3
水溶液を現像液として、30℃に調節しながら
光済みのテスト基板にスプレー圧力1MPaで噴
霧し、現像した。
現像済みのテスト基板を水洗後、エッチン
液1 100g(液温30℃)で浸漬してエッチングを1
間行った。
テスト基板のエッチングを繰り返し、エッ
ング液のCAN濃度が5%未満となった時点で、
テスト基板のエッチング時間を5分に変更し
さらにテスト基板のエッチングを行った。
エッチング液のCAN濃度が0.5%未満となる直前
で、エッチングを停止し、CAN濃度が20%のエッ
チング液(エッチング液1の2倍のCAN濃度)を50g
加し、再度、テスト基板を液温30℃にて1分
エッチングを行ったところ、十分にエッチ
グされたテスト基板が得られた。
また、エッチング液のCAN濃度が0.5%未満とな
る直前、又は、0.5%未満となった際に、エッ
ング液を新しいエッチング液1に交換して、
らなるエッチングを行うこともできる。
なお、エッチング済みのテスト基板は、3%Na
OH水溶液を液温30℃に調節しながら2分間浸漬
ドライフィルムレジストを剥離した。
ドライフィルムレジストを剥離したテスト
板を水洗し、エアーを吹き付けて乾燥した
ころ、パターニングされた導電性高分子を
する基板が得られた。
Next Patent: OPTICAL SWITCH
