JP2004351305A - 薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】親液部から溢れることなく均一な膜厚で厚膜化も可能な配線を形成する。
【解決手段】撥液性膜で形成された撥液領域H2、H2間の被塗布領域H1に機能液の液滴を吐出して基板の表面に薄膜パターンを形成する。被塗布領域H1内に間隔をあけて液滴32aを複数吐出する第1吐出工程と、第1吐出工程とは吐出位置をずらせて被塗布領域H1内に液滴32bを吐出する第2吐出工程とを有する。
【選択図】 図4
【解決手段】撥液性膜で形成された撥液領域H2、H2間の被塗布領域H1に機能液の液滴を吐出して基板の表面に薄膜パターンを形成する。被塗布領域H1内に間隔をあけて液滴32aを複数吐出する第1吐出工程と、第1吐出工程とは吐出位置をずらせて被塗布領域H1内に液滴32bを吐出する第2吐出工程とを有する。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路などの微細な配線パターンの製造方法としては、フォトリソグラフィー法が多用されている。一方、特許文献1、特許文献2などには、液滴吐出方式を用いた方法が開示されている。これら公報に開示されている技術は、パターン形成用材料を含んだ機能液を液滴吐出ヘッドから基板上に吐出することにより、パターン形成面に材料を配置(塗布)して配線パターンを形成するものであり、少量多種生産に対応可能であるなど大変有効であるとされている。
【0003】
ところで、近年ではデバイスを構成する回路の高密度化がますます進み、例えば配線パターンについてもさらなる微細化、細線化が要求されている。
しかしながら、このような微細な配線パターンを前記の液滴吐出方式による方法によって形成しようとした場合、特にその配線幅の精度を十分にだすのが難しい。そのため、基板上に仕切部材であるバンクを設けるとともに、バンクの上部を撥液性にし、それ以外の部分が親液性となるように表面処理を施す方法も提案されているが、バンクはフォトリソグラフィ法を用いて形成されるため、コスト高につながってしまう。
【0004】
そこで、予め撥液部と親液部とがパターニングされた基板の親液部に、液滴吐出方式により選択的に液体材料(機能液)を吐出することも提案されている。この場合、例えば導電性微粒子を分散させた液体材料は、親液部に溜まりやすくなるため、バンクを形成することなく、位置精度を保って配線パターンを形成することが可能である。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−274671号公報
【特許文献2】
特開2000−216330号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。基板上の親液部に配線方向に沿って液滴を複数吐出しても、着弾した液状体同士がつながらず配線として機能しない場合がある。そこで、上記液滴の吐出を複数回実施することも考えられるが、同じ箇所に液滴が着弾した場合、液状体が撥液部に溢れ出てしまう可能性がある。
また、液滴を吐出して液状体同士がつながった場合でも、部分的に膜厚が薄くなると抵抗が高くなり、厚膜化の効果が薄れ配線として適切でなくなるという問題が生じる。
【0007】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、親液部から溢れることなく均一な膜厚で厚膜化も可能な配線を形成できる薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の薄膜パターン形成方法は、撥液性膜で形成された撥液領域間の被塗布領域に機能液の液滴を吐出して基板の表面に薄膜パターンを形成する方法であって、前記被塗布領域内に間隔をあけて前記液滴を複数吐出する第1吐出工程と、前記第1吐出工程とは吐出位置をずらせて前記被塗布領域内に前記液滴を吐出する第2吐出工程とを有することを特徴とするものである。
【0009】
従って、本発明の薄膜パターン形成方法では、第1吐出工程で吐出した隣り合う液滴同士が被塗布領域内でつながらない場合でも、第2吐出工程で第1吐出工程とは吐出位置をずらせて液滴を吐出することで被塗布領域内で液滴をつなげて配線として機能させることが可能となる。また、本発明では、第2吐出工程で吐出位置をずらせることで、被塗布領域内に着弾した液状体(機能液)が飛散して撥液領域へ溢れ出ることを防止できるとともに、第1吐出工程で形成された配線の薄い部分、または配線が形成されていない部分に機能液を塗布することになるので、配線としての膜厚を均一化でき、抵抗が部分的に高くなってしまうことを防止できる。
【0010】
このように、第2吐出工程では、第1吐出工程で吐出した機能液を補完して配線として形成するため、第1吐出工程で吐出された隣り合う液滴同士の略中間部に吐出することが好ましい。
また、第1吐出工程では、隣り合う液滴同士がつながらない間隔で前記液滴を吐出することが好ましい。
この場合、第2吐出工程で吐出した液滴が着弾により被塗布領域から撥液領域へ溢れ出てしまう可能性を減らすことができる。
【0011】
また、撥液領域に対しては、前記被塗布領域よりも高い撥液性を付与することが好ましい。この場合、吐出された液滴の一部が撥液領域にのっても、撥液領域が撥液性となっていることにより撥液領域からはじかれ、被塗布領域に入り込ませやすくなる。
【0012】
本発明において、前記撥液性膜としては、表面に形成された撥液性の単分子膜とする構成を好適に採用できる。撥液性の単分子膜としては有機分子からなる自己組織化膜が好ましい。この場合容易に単分子膜を形成できる。
【0013】
なお、被塗布領域には親液性を付与することが好ましく、この場合、紫外光の照射や酸素を反応ガスとするプラズマ処理、基板をオゾン雰囲気にさらす処理を好適に採用できる。この場合、一旦形成された撥液性の膜を、マスクパターンに応じて部分的に、しかも全体的に均一に破壊することができるので、撥液性を緩和し、所望の親液性を均一に得ることができる。
【0014】
また、機能液に導電性微粒子が含まれる場合には、薄膜パターンを配線パターンとすることができ、各種デバイスに応用することができる。また導電性微粒子の他に、有機EL等の発光素子形成材料やR・G・Bのインク材料を用いることで有機EL装置や、カラーフィルタを有する液晶表示装置等の製造にも適用することができる。さらに、機能液としては、加熱等の熱処理または光照射等の光処理により導電性を発現するものを選択することも可能である。
【0015】
一方、本発明のデバイス製造方法は、基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスの製造方法であって、上記の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンを形成することを特徴とするものである。
また、本発明のデバイスは、基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスであって、上記の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンが形成されていることを特徴とするものである。
これにより本発明では、機能液が溢れて短絡を生じさせたり、抵抗が部分的に高くなることがない、所望の機能を有する配線を形成することが可能になる。
特に、薄膜パターンが前記基板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)等のスイッチング素子の一部を構成する場合には、短絡等が生じず所望の機能を発現する高品質のスイッチング素子を得ることができる。
【0016】
そして、本発明の電気光学装置は、上記のデバイスを備えることを特徴としている。
また、本発明の電子機器は、上記の電気光学装置を備えることを特徴としている。
これにより、本発明では、短絡等の品質低下が生じない所望機能を発現できる電気光学装置及び電子機器を得ることが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器の実施の形態を、図1ないし図14を参照して説明する。
(第1実施形態)
本実施の形態では、液滴吐出法によって液体吐出ヘッドのノズルから導電性微粒子を含む配線パターン(薄膜パターン)用インク(機能液)を液滴状に吐出し、基板上に導電性膜で形成された配線パターンを形成する場合の例を用いて説明する。
【0018】
まず機能液である配線パターン用インクについて説明する。
液滴吐出法によって液体吐出ヘッドのノズルから液滴状に吐出される配線パターン用インクは、一般に、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなる。本実施の形態では、導電性微粒子として、例えば、金、銀、銅、パラジウム、及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。
これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。
導電性微粒子の粒径は1nm以上0.1μm以下であることが好ましい。0.1μmより大きいと、後述する液体吐出ヘッドのノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、1nmより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。
【0019】
分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、n−ヘプタン、n−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、p−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法(インクジェット法)への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
【0020】
上記導電性微粒子の分散液の表面張力は0.02N/m以上0.07N/m以下の範囲内であることが好ましい。インクジェット法にて液体を吐出する際、表面張力が0.02N/m未満であると、インク組成物のノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなり、0.07N/mを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量や、吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記分散液には、基板との接触角を大きく低下させない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、液体の基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。
【0021】
上記分散液の粘度は1mPa・s以上50mPa・s以下であることが好ましい。インクジェット法を用いて液体材料を液滴として吐出する際、粘度が1mPa・sより小さい場合にはノズル周辺部がインクの流出により汚染されやすく、また粘度が50mPa・sより大きい場合は、ノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難となる。
【0022】
配線パターンが形成される基板としては、ガラス、石英ガラス、Siウエハ、プラスチックフィルム、金属板など各種のものを用いることができる。また、これら各種の素材基板の表面に半導体膜、金属膜、誘電体膜、有機膜などが下地層として形成されたものも含む。
【0023】
ここで、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、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して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/cm2程度の超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進してノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して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、この空間から材料を押し出してノズルから吐出させるものである。
【0024】
また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、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材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、ノズルに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。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。なお、液滴吐出法により吐出される液状材料(流動体)の一滴の量は、例えば1〜300ナノグラムである。
【0025】
次に、本発明に係るデバイスを製造する際に用いられるデバイス製造装置について説明する。
このデバイス製造装置としては、液滴吐出ヘッドから基板に対して液滴を吐出することによりデバイスを製造する液滴吐出装置(インクジェット装置)が用いられる。
【0026】
図1は、液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と、X軸方向駆動軸4と、Y軸方向ガイド軸5と、制御装置CONTと、ステージ7と、クリーニング機構8と、基台9と、ヒータ15とを備えている。
ステージ7は、この液滴吐出装置IJによりインク(機能液)を設けられる基板Pを支持するものであって、基板Pを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。
【0027】
液滴吐出ヘッド1は、複数の吐出ノズルを備えたマルチノズルタイプの液滴吐出ヘッドであり、長手方向とY軸方向とを一致させている。複数の吐出ノズルは、液滴吐出ヘッド1の下面にY軸方向に並んで一定間隔で設けられている。液滴吐出ヘッド1の吐出ノズルからは、ステージ7に支持されている基板Pに対して、上述した導電性微粒子を含むインクが吐出される。
【0028】
X軸方向駆動軸4には、X軸方向駆動モータ2が接続されている。X軸方向駆動モータ2はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからX軸方向の駆動信号が供給されると、X軸方向駆動軸4を回転させる。X軸方向駆動軸4が回転すると、液滴吐出ヘッド1はX軸方向に移動する。
Y軸方向ガイド軸5は、基台9に対して動かないように固定されている。ステージ7は、Y軸方向駆動モータ3を備えている。Y軸方向駆動モータ3はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからY軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ7をY軸方向に移動する。
【0029】
制御装置CONTは、液滴吐出ヘッド1に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。また、X軸方向駆動モータ2に液滴吐出ヘッド1のX軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Y軸方向駆動モータ3にステージ7のY軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を供給する。
クリーニング機構8は、液滴吐出ヘッド1をクリーニングするものである。クリーニング機構8には、図示しないY軸方向の駆動モータが備えられている。このY軸方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構は、Y軸方向ガイド軸5に沿って移動する。クリーニング機構8の移動も制御装置CONTにより制御される。
ヒータ15は、ここではランプアニールにより基板Pを熱処理する手段であり、基板P上に塗布された液体材料に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。このヒータ15の電源の投入及び遮断も制御装置CONTにより制御される。
【0030】
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と基板Pを支持するステージ7とを相対的に走査しつつ基板Pに対して液滴を吐出する。ここで、以下の説明において、X軸方向を走査方向、X軸方向と直交するY軸方向を非走査方向とする。したがって、液滴吐出ヘッド1の吐出ノズルは、非走査方向であるY軸方向に一定間隔で並んで設けられている。なお、図1では、液滴吐出ヘッド1は、基板Pの進行方向に対し直角に配置されているが、液滴吐出ヘッド1の角度を調整し、基板Pの進行方向に対して交差させるようにしてもよい。このようにすれば、液滴吐出ヘッド1の角度を調整することで、ノズル間のピッチを調節することが出来る。また、基板Pとノズル面との距離を任意に調節することが出来るようにしてもよい。
【0031】
図2は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。
図2において、液体材料(配線パターン用インク、機能液)を収容する液体室21に隣接してピエゾ素子22が設置されている。液体室21には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系23を介して液体材料が供給される。ピエゾ素子22は駆動回路24に接続されており、この駆動回路24を介してピエゾ素子22に電圧を印加し、ピエゾ素子22を変形させることにより、液体室21が変形し、ノズル25から液体材料が吐出される。この場合、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子22の歪み量が制御される。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子22の歪み速度が制御される。ピエゾ方式による液滴吐出は材料に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。
【0032】
次に、本発明の配線パターン形成方法(薄膜パターン形成方法)の実施形態の一例として、基板上に導電膜配線を形成する方法について図3乃至図6を参照して説明する。本実施形態に係る配線パターン形成方法は、上述した配線パターン用のインクを基板P上に配置し、その基板P上に配線用の導電膜パターン(導電性膜)を形成するものであり、表面処理工程、材料配置工程及び熱処理/光処理工程から概略構成される。
以下、各工程毎に詳細に説明する。
【0033】
なお、本例では、導電膜配線用のインクとして、上述した本発明の配線パターン用インクを用いる。また、インクの配置には、液滴吐出装置IJを用い、液体吐出ヘッド1のノズル25を介してインクを液滴として吐出する液滴吐出法、いわゆるインクジェット法を用いる。ここで、液滴吐出装置の吐出方式としては、ピエゾ方式の他に、熱の印加により急激に蒸気が発生することにより液体材料を吐出させる方式等であってもよい。
【0034】
(表面処理工程)
表面処理工程は、基板表面を撥液化する撥液化処理工程と、撥液化された基板表面を親液化する親液化処理工程とに大別される。
撥液化処理工程では、導電膜配線を形成する基板の表面を、液体材料に対して撥液性に加工する。具体的には、導電性微粒子を含有した液体材料に対する所定の接触角が40°以上、好ましくは50°以上となるように基板に対して表面処理を施す。
表面の撥液性(濡れ性)を制御する方法としては、例えば、基板の表面に自己組織化膜を形成する方法等を採用できる。
【0035】
自己組織膜形成法では、導電膜配線を形成すべき基板の表面に、有機分子膜などからなる自己組織化膜を形成する。
基板表面を処理するための有機分子膜は、基板に結合可能な官能基と、その反対側に親液基あるいは撥液基といった基板の表面性を改質する(表面エネルギーを制御する)官能基と、これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した炭素鎖とを備えており、基板に結合して自己組織化して分子膜、例えば単分子膜を形成する。
【0036】
ここで、自己組織化膜とは、基板の下地層等の構成原子と反応可能な結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を、配向させて形成された膜である。この自己組織化膜は、単分子を配向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くすることができ、しかも、分子レベルで均一な膜となる。すなわち、膜の表面に同じ分子が位置するため、膜の表面に均一でしかも優れた撥液性や親液性を付与することができる。
【0037】
上記の高い配向性を有する化合物として、例えばフルオロアルキルシランを用いることにより、膜の表面にフルオロアルキル基が位置するように各化合物が配向されて自己組織化膜が形成され、膜の表面に均一な撥液性が付与される。
自己組織化膜を形成する化合物としては、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン(以下「FAS」という)を例示できる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、FASを用いることにより、基板との密着性と良好な撥液性とを得ることができる。
【0038】
FASは、一般的に構造式RnSiX(4−n)で表される。ここでnは1以上3以下の整数を表し、Xはメトキシ基、エトキシ基、ハロゲン原子などの加水分解基である。またRはフルオロアルキル基であり、(CF3)(CF2)x(CH2)yの(ここでxは0以上10以下の整数を、yは0以上4以下の整数を表す)構造を持ち、複数個のR又はXがSiに結合している場合には、R又はXはそれぞれすべて同じでもよく、異なっていてもよい。Xで表される加水分解基は加水分解によりシラノールを形成して、基板(ガラス、シリコン)の下地のヒドロキシル基と反応してシロキサン結合で基板と結合する。一方、Rは表面に(CF2)等のフルオロ基を有するため、基板の下地表面を濡れない(表面エネルギーが低い)表面に改質する。
【0039】
有機分子膜などからなる自己組織化膜は、上記の原料化合物と基板とを同一の密閉容器中に入れておき、室温で2〜3日程度の間放置することにより基板上に形成される。また、密閉容器全体を100℃に保持することにより、3時間程度で基板上に形成される。これらは気相からの形成法であるが、液相からも自己組織化膜を形成できる。例えば、原料化合物を含む溶液中に基板を浸積し、洗浄、乾燥することで基板上に自己組織化膜が形成される。
なお、自己組織化膜を形成する前に、基板表面に紫外光を照射したり、溶媒により洗浄したりして、基板表面の前処理を施すことが望ましい。
【0040】
なお、基板Pの表面を撥液性に加工する処理は、所望の撥液性を有するフィルム、例えば4フッ化エチレン加工されたポリイミドフィルム等を基板表面に貼着することによっても行ってもよい。また、撥液性の高いポリイミドフィルムをそのまま基板として用いてもよい。
このように、自己組織膜形成法を実施することにより、図3(a)に示されるように、基板Pの表面に撥液性膜Fが形成される。
【0041】
次に、配線パターン形成材料を塗布して配線パターンを形成すべき被塗布領域の撥液性を緩和して親液性を付与することで(親液化処理)、基板表面の濡れ性を制御する。
以下、親液化処理について説明する。
親液化処理としては、波長170〜400nmの紫外光を照射する方法が挙げられる。このとき、配線パターンに応じたマスクを用いて紫外光を照射することで、一旦形成した撥液性膜Fの中、配線部分のみ部分的に変質させて撥液性を緩和して親液化することができる。つまり、上記撥液化処理及び親液化処理を施すことにより、図3(b)に示されるように、基板Pには、配線パターンが形成されるべき位置に親液性を付与された被塗布領域H1と、被塗布領域H1を間に挟んだ両側に、撥液性膜Fで構成される撥液領域H2とが形成される。
なお、撥液性の緩和の程度は紫外光の照射時間で調整できるが、紫外光の強度、波長、熱処理(加熱)との組み合わせ等によって調整することもできる。本実施の形態では、導電性微粒子を含有した液体材料に対する被塗布領域H1の接触角が15°以下となる条件で紫外光を照射する。
【0042】
親液化処理の他の方法としては、酸素を反応ガスとするプラズマ処理が挙げられる。具体的には、基板Pに対しプラズマ放電電極からプラズマ状態の酸素を照射することで行う。O2プラズマ処理の条件としては、例えばプラズマパワーが50〜1000W、酸素ガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基板Pの板搬送速度が0.5〜10mm/sec、基板温度が70〜90℃とされる。
この場合、導電性微粒子を含有した液体材料に対する被塗布領域H1の接触角が15°以下となるように、例えば基板Pの搬送速度を遅くしてプラズマ処理時間を長くする等、プラズマ処理条件を調整する。
さらに、別の親液化処理としては、基板をオゾン雰囲気に曝す処理も採用できる。
【0043】
(材料配置工程)
次に、上記の液滴吐出装置IJによる液滴吐出法を用いて、配線パターン形成材料を基板P上の被塗布領域H1に塗布する。なお、ここでは、機能液(配線パターン用インク)として、導電性微粒子を溶媒(分散媒)に分散させた分散液を吐出する。ここで用いられる導電性微粒子は、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルの何れかを含有する金属微粒子の他、導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。
【0044】
すなわち、材料配置工程では、上述した液滴吐出装置IJの液滴吐出ヘッド1と基板Pとを相対移動させながら、図3(c)に示すように、液体吐出ヘッド1から配線パターン形成材料を含む液体材料を液滴32として吐出し、その液滴32を基板P上の被塗布領域H1に配置する。具体的には、被塗布領域H1の長さ方向(配線パターンの形成方向)に沿って、液滴吐出ヘッド1と基板Pとを相対移動させつつ、所定のピッチで液滴32を複数吐出することで、線状の配線パターンを形成する。
【0045】
このとき、撥液領域H2は撥液性が付与されているため、吐出された液滴の一部が撥液領域H2にのっても撥液領域H2からはじかれ、図3(d)に示されるように、撥液領域H2間の被塗布領域H1に溜まるようになる。さらに、被塗布領域H1は親液性を付与されているため、吐出された液状体が被塗布領域H1にてより拡がり易くなり、これによって液状体が、分断されることなく所定位置内でより均一に被塗布領域H1を埋め込むようにすることができる。
【0046】
本実施の形態では、1回目の相対移動(スキャン)動作で、図4(a)に示すように、隣り合う液滴(液状体;符号32aで示す)同士がつながらないピッチ(間隔)Lで被塗布領域H1内に液滴を吐出する(第1吐出工程)。
ここで、例えば被塗布領域H1の幅が液滴32の直径に対して小さい場合(例えば液滴直径が20μm程度、被塗布領域H1の幅が10μm程度の場合)は、吐出された液状体(符号32aで示す)の一部が溢れて撥液領域H2上に残ることがあり、図4(a)はその状態を示している。
【0047】
次に、2回目のスキャン動作で、図4(b)に示すように、1回目のスキャン動作とは吐出位置を半ピッチ(L/2)ずらせて、塗布された液状体32a、32aの略中間部に液滴(液状体;符号32bで示す)を吐出する(第2吐出工程)。このとき、2回目のスキャン動作で塗布された液状体32bが塗れ拡がることで、先に吐出された液状体32aとつながり、液状体32a、32bの接触部が引き合うことにより、撥液領域H2に残った液状体が被塗布領域H1内に引き込まれる。その結果、図4(c)に示すように、撥液領域H2に残留することなく、液状体32a、32b、32aを被塗布領域H1内でつながらせることができる。
【0048】
この場合も、被塗布領域H1内に吐出され、あるいは撥液領域H2からはじかれた液状体32a、32bは、被塗布領域H1が親液化処理されていることからより広がり易くなっており、これによって液状体32a、32bはより均一に被塗布領域H1内を埋め込むようになる。したがって、被塗布領域H1の幅が液滴32の直径より狭い(小さい)にもかかわらず、被塗布領域H1内に向けて吐出された液滴32(液状体32a、32b)は、撥液領域H2上に残留することなく、被塗布領域H1内に良好に入り込んでこれを均一に埋め込むようになる。
【0049】
(熱処理/光処理工程)
次に、熱処理/光処理工程では、基板上に配置された液滴に含まれる分散媒あるいはコーティング剤を除去する。すなわち、基板上に配置された導電膜形成用の液体材料は、微粒子間の電気的接触をよくするために、分散媒を完全に除去する必要がある。また、導電性微粒子の表面に分散性を向上させるために有機物などのコーティング剤がコーティングされている場合には、このコーティング剤も除去する必要がある。
【0050】
熱処理及び/又は光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ってもよい。熱処理及び/又は光処理の処理温度は、分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング剤の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。
【0051】
例えば、有機物からなるコーティング剤を除去するためには、約300℃で焼成することが必要である。また、プラスチックなどの基板を使用する場合には、室温以上100℃以下で行なうことが好ましい。
熱処理及び/又は光処理は、例えばホットプレート、電気炉などの加熱手段を用いた一般的な加熱処理の他に、ランプアニールを用いて行ってもよい。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、YAGレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、XeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArClなどのエキシマレーザーなどを使用することができる。これらの光源は一般には、出力10W以上5000W以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態例では100W以上1000W以下の範囲で十分である。
上記熱処理及び/又は光処理により、微粒子間の電気的接触が確保され、導電膜に変換される。
以上説明した一連の工程により、基板上に線状の導電膜パターン(導電膜配線)が形成される。
【0052】
(実施例)
基板Pとしてガラス基板を、有機分子膜などからなる自己組織化膜の原料化合物と同一の密閉容器中に入れておき、密閉容器全体を100℃、3時間程度で保持することにより、基板上に単分子膜を形成した。
このとき、導電性微粒子材料に対するに対する接触角は、撥液化処理前の撥液領域H2が10°以下であったのに対し、撥液化処理後の撥液領域H2が54.0°になり、被塗布領域H1と撥液領域H2との接触角の差は40°以上となった。
【0053】
そして、このガラス基板に対して、液滴直径D≒20μm(重量約7.0ng/dot)、インク速度(吐出速度)5〜7m/sec、ピッチLが60μmで吐出したところ、1回目のスキャン動作では、図4(a)に示したように、液状体32a、32aがつながらなかった。そして、2回目のスキャン動作では、1回目のスキャン動作に対して吐出位置を半ピッチ(30μm)ずらし、且つピッチLが60μmで液滴吐出を行ったところ、図4(b)に示すように、塗布した液状体32bは先に塗布した液状体32aとつながり、図4(c)に示すように、撥液領域H2に溢れることなく、且つ分断されることなく被塗布領域H1内で線上の配線パターンを得ることができた。
【0054】
このように、本実施の形態では、1回目のスキャン動作と2回目のスキャン動作とで吐出位置をずらせて液滴を吐出することで、着弾した液状体32a、32bをつなげることができるので、配線パターンとしての機能を維持・発現させることが可能になる。また、本実施の形態では吐出位置をずらせることで、同じ位置に着弾させた場合のように液滴が飛散して被塗布領域H1から溢れ出てしまうことも防止可能である。
特に、本実施の形態では吐出位置を半ピッチずらせて、被塗布領域H1内の液状体32a、32aの略中間部に液状体32bを配置しているので、液状体32bの着弾位置における液状体32aの量が少ない、または液状体32aが存在しない状態となるため、着弾時における液滴の飛散をより抑制することが可能になる。
【0055】
しかも、本実施の形態では、撥液領域H2に被塗布領域H1よりも高い撥液性を付与しているので、吐出された液滴の一部が撥液領域H2上に乗った場合でも、撥液性により液滴をはじいて被塗布領域H1に引き込ませることで液状体をより均一に塗布することができ、一様な膜厚を有する配線パターンを得ることが可能になる。加えて、本実施の形態では被塗布領域H1の幅が液滴32の直径よりも小さい場合でも、被塗布領域H1内に液状体を埋めることができるので、より細線の配線パターンが形成された小型のデバイスを得ることが可能であるとともに、短絡等の不良が生じない高品質のデバイスを得ることが可能である。
【0056】
なお、1回目のスキャン動作で液状体32a、32aが、被塗布領域H1内でつながらないピッチで必ずしも吐出する必要はない。例えば1回目のスキャン動作で吐出ピッチLを50μmとしたときには、図5(a)に示すように、液状体32a、32aを溝31内でつながらせることができた。ところが、この場合、図5(b)に位置と膜厚との関係図として示すように、配線としてはつながっているものの、液滴が着弾したところは厚く、つながっているところは薄くなって、膜厚が不均一になってしまう。そこで、このような場合でも、図6(a)に示すように、2回目のスキャン動作で液状体32a、32aの略中間部に液状体32bを塗布することで、図6(b)に示すように、膜厚が均一な配線パターンを得ることができた。
【0057】
(第2実施形態)
第2実施形態として、本発明の電気光学装置の一例である液晶表示装置について説明する。図7は、本発明に係る液晶表示装置について、各構成要素とともに示す対向基板側から見た平面図であり、図8は図1のH−H’線に沿う断面図である。図9は、液晶表示装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図で、図10は、液晶表示装置の部分拡大断面図である。なお、以下の説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【0058】
図7及び図8において、本実施の形態の液晶表示装置(電気光学装置)100は、対をなすTFTアレイ基板10と対向基板20とが光硬化性の封止材であるシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶50が封入、保持されている。シール材52は、基板面内の領域において閉ざされた枠状に形成されてなり、液晶注入口を備えず、封止材にて封止された痕跡がない構成となっている。
【0059】
シール材52の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り53が形成されている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路201及び実装端子202がTFTアレイ基板10の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路204が形成されている。TFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路204の間を接続するための複数の配線205が設けられている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通材206が配設されている。
【0060】
なお、データ線駆動回路201及び走査線駆動回路204をTFTアレイ基板10の上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFTアレイ基板10の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。なお、液晶表示装置100においては、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード等の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラックモードの別に応じて、位相差板、偏光板等が所定の向きに配置されるが、ここでは図示を省略する。
また、液晶表示装置100をカラー表示用として構成する場合には、対向基板20において、TFTアレイ基板10の後述する各画素電極に対向する領域に、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタをその保護膜とともに形成する。
【0061】
このような構造を有する液晶表示装置100の画像表示領域においては、図9に示すように、複数の画素100aがマトリクス状に構成されているとともに、これらの画素100aの各々には、画素スイッチング用のTFT(スイッチング素子)30が形成されており、画素信号S1、S2、…、Snを供給するデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画素信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、TFT30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmをこの順に線順次で印加するように構成されている。
【0062】
画素電極19は、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画素信号S1、S2、…、Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極19を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、…、Snは、図8に示す対向基板20の対向電極121との間で一定期間保持される。なお、保持された画素信号S1、S2、…、Snがリークするのを防ぐために、画素電極19と対向電極121との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量60が付加されている。例えば、画素電極19の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量60により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い液晶表示装置100を実現することができる。
【0063】
図10は、ボトムゲート型TFT30を有する液晶表示装置100の部分拡大断面図であって、TFTアレイ基板10を構成するガラス基板P上には、上記第1実施形態の配線パターン形成方法によりゲート配線61が形成されている。
ゲート配線61上には、SiNxからなるゲート絶縁膜62を介してアモルファスシリコン(a−Si)層からなる半導体層63が積層されている。このゲート配線部分に対向する半導体層63の部分がチャネル領域とされている。半導体層63上には、オーミック接合を得るための例えばn+型a−Si層からなる接合層64a及び64bが積層されており、チャネル領域の中央部における半導体層63上には、チャネルを保護するためのSiNxからなる絶縁性のエッチストップ膜65が形成されている。なお、これらゲート絶縁膜62、半導体層63、及びエッチストップ膜65は、蒸着(CVD)後にレジスト塗布、感光・現像、フォトエッチングを施されることで、図示されるようにパターニングされる。
【0064】
さらに、接合層64a、64b及びITOからなる画素電極19も同様に成膜するとともに、フォトエッチングを施されることで、図示するようにパターニングされる。そして、画素電極19、ゲート絶縁膜62及びエッチストップ膜65上にそれぞれバンク66…を突設し、これらバンク66…間に上述した液滴吐出装置IJを用いて、銀化合物の液滴を吐出することでソース線、ドレイン線を形成することができる。
【0065】
なお、図11に示すように、ゲート絶縁膜62に凹部を設けて、この凹部内にゲート絶縁膜62の表面と略面一に半導体層63を形成し、その上に接合層64a、64b、画素電極19、エッチストップ膜65を形成することもできる。この場合、バンク66間の溝底部を図10に比較して略フラットにすることで、これら各層及びソース線、ドレイン線の屈曲部が減り、平坦性が向上した高特性のTFTとすることができる。
このように、本実施形態では、高品質で薄型、高集積化が可能な液晶表示装置100を得ることができる。
上記構成のTFTでは、上述した液滴吐出装置IJを用いて、例えば銀化合物の液滴を吐出することでゲート線、ソース線、ドレイン線等を形成することができるため、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の液晶表示装置を得ることができる。
【0066】
(第3実施形態)
上記実施の形態では、TFT30を液晶表示装置100の駆動のためのスイッチング素子として用いる構成としたが、液晶表示装置以外にも例えば有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示デバイスに応用が可能である。有機EL表示デバイスは、蛍光性の無機および有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光させる素子である。そして、上記のTFT30を有する基板上に、有機EL表示素子に用いられる蛍光性材料のうち、赤、緑および青色の各発光色を呈する材料すなわち発光層形成材料及び正孔注入/電子輸送層を形成する材料をインクとし、各々をパターニングすることで、自発光フルカラーELデバイスを製造することができる。
本発明におけるデバイス(電気光学装置)の範囲にはこのような有機ELデバイスをも含むものであり、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の有機ELデバイスを得ることができる。
【0067】
(第4実施形態)
次に、第4実施形態として、本発明の電気光学装置の一例であるプラズマ型表示装置について説明する。
図12は、本実施形態のプラズマ型表示装置500の分解斜視図を示している。
プラズマ型表示装置500は、互いに対向して配置された基板501、502、及びこれらの間に形成される放電表示部510を含んで構成される。
放電表示部510は、複数の放電室516が集合されたものである。複数の放電室516のうち、赤色放電室516(R)、緑色放電室516(G)、青色放電室516(B)の3つの放電室516が対になって1画素を構成するように配置されている。
【0068】
基板501の上面には所定の間隔でストライプ状にアドレス電極511が形成され、アドレス電極511と基板501の上面とを覆うように誘電体層519が形成されている。誘電体層519上には、アドレス電極511、511間に位置しかつ各アドレス電極511に沿うように隔壁515が形成されている。隔壁515は、アドレス電極511の幅方向左右両側に隣接する隔壁と、アドレス電極511と直交する方向に延設された隔壁とを含む。また、隔壁515によって仕切られた長方形状の領域に対応して放電室516が形成されている。
【0069】
また、隔壁515によって区画される長方形状の領域の内側には蛍光体517が配置されている。蛍光体517は、赤、緑、青の何れかの蛍光を発光するもので、赤色放電室516(R)の底部には赤色蛍光体517(R)が、緑色放電室516(G)の底部には緑色蛍光体517(G)が、青色放電室516(B)の底部には青色蛍光体517(B)が各々配置されている。
【0070】
一方、基板502には、先のアドレス電極511と直交する方向に複数の表示電極512がストライプ状に所定の間隔で形成されている。さらに、これらを覆うように誘電体層513、及びMgOなどからなる保護膜514が形成されている。
基板501と基板502とは、前記アドレス電極511…と表示電極512…を互いに直交させるように対向させて相互に貼り合わされている。
上記アドレス電極511と表示電極512は図示略の交流電源に接続されている。各電極に通電することにより、放電表示部510において蛍光体517が励起発光し、カラー表示が可能となる。
【0071】
本実施形態では、上記アドレス電極511、及び表示電極512がそれぞれ、上述した配線パターン形成方法に基づいて形成されているため、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質のプラズマ型表示装置を得ることができる。
【0072】
(第5実施形態)
続いて、第5実施形態として、非接触型カード媒体の実施形態について説明する。図13に示すように、本実施形態に係る非接触型カード媒体(電子機器)400は、カード基体402とカードカバー418から成る筐体内に、半導体集積回路チップ408とアンテナ回路412を内蔵し、図示されない外部の送受信機と電磁波または静電容量結合の少なくとも一方により電力供給あるいはデータ授受の少なくとも一方を行うようになっている。
【0073】
本実施形態では、上記アンテナ回路412が、上記実施形態に係る配線パターン形成方法によって形成されている。
本実施形態の非接触型カード媒体によれば、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の非接触型カード媒体を得ることができる。
なお、本発明に係るデバイス(電気光学装置)としては、上記の他に、基板上に形成された小面積の薄膜に膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用する表面伝導型電子放出素子等にも適用可能である。
【0074】
(第6実施形態)
第6実施形態として、本発明の電子機器の具体例について説明する。
図14(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図14(a)において、600は携帯電話本体を示し、601は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図14(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図14(b)において、700は情報処理装置、701はキーボードなどの入力部、703は情報処理本体、702は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図14(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図14(c)において、800は時計本体を示し、801は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図14(a)〜(c)に示す電子機器は、上記実施形態の液晶表示装置を備えたものであるので、小型化、薄型化及び高品質化が可能となる。
なお、本実施形態の電子機器は液晶装置を備えるものとしたが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。
【0075】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例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。
【0076】
例えば、上記実施の形態では2回のスキャン動作で配線パターンを形成する構成としたが、3回以上のスキャン動作で配線パターンを形成してもよい。
また、上記実施の形態では、被塗布領域H1の幅が液滴の直径よりも小さい例を用いて説明したが、これに限られることなく、例えば被塗布領域H1の幅と液滴径とが略同一の場合や、領域幅が液滴径よりも大きい場合であっても適用可能である。
また、上記実施の形態では、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなる機能液を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばパターン形成後に加熱(熱処理)または光照射(光処理)により導電性を発現させる材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】液滴吐出装置の概略斜視図である。
【図2】ピエゾ方式による液状体の吐出原理を説明するための図である。
【図3】配線パターン形成する手順を示す図である。
【図4】吐出された液状体の状態を説明するための図である。
【図5】吐出された液状体の状態を説明するための図である。
【図6】吐出された液状体の状態を説明するための図である。
【図7】液晶表示装置を対向基板の側から見た平面図である。
【図8】図7のH−H’線に沿う断面図である。
【図9】液晶表示装置の等価回路図である。
【図10】同、液晶表示装置の部分拡大断面図である。
【図11】別形態の液晶表示装置の部分拡大断面図である。
【図12】プラズマ型表示装置の分解斜視図である。
【図13】非接触型カード媒体の分解斜視図である。
【図14】本発明の電子機器の具体例を示す図である。
【符号の説明】
P 基板、F 撥液性膜、H1 被塗布領域、H2 撥液領域、32 液滴、32a〜32c 液状体(機能液)、33 配線パターン(薄膜パターン)、100 液晶表示装置(電気光学装置)、400 非接触型カード媒体(電子機器)、500 プラズマ型表示装置(電気光学装置)、600 携帯電話本体(電子機器)、700 情報処理装置(電子機器)、800 時計本体(電子機器)
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路などの微細な配線パターンの製造方法としては、フォトリソグラフィー法が多用されている。一方、特許文献1、特許文献2などには、液滴吐出方式を用いた方法が開示されている。これら公報に開示されている技術は、パターン形成用材料を含んだ機能液を液滴吐出ヘッドから基板上に吐出することにより、パターン形成面に材料を配置(塗布)して配線パターンを形成するものであり、少量多種生産に対応可能であるなど大変有効であるとされている。
【0003】
ところで、近年ではデバイスを構成する回路の高密度化がますます進み、例えば配線パターンについてもさらなる微細化、細線化が要求されている。
しかしながら、このような微細な配線パターンを前記の液滴吐出方式による方法によって形成しようとした場合、特にその配線幅の精度を十分にだすのが難しい。そのため、基板上に仕切部材であるバンクを設けるとともに、バンクの上部を撥液性にし、それ以外の部分が親液性となるように表面処理を施す方法も提案されているが、バンクはフォトリソグラフィ法を用いて形成されるため、コスト高につながってしまう。
【0004】
そこで、予め撥液部と親液部とがパターニングされた基板の親液部に、液滴吐出方式により選択的に液体材料(機能液)を吐出することも提案されている。この場合、例えば導電性微粒子を分散させた液体材料は、親液部に溜まりやすくなるため、バンクを形成することなく、位置精度を保って配線パターンを形成することが可能である。
【0005】
【特許文献1】
特開平11−274671号公報
【特許文献2】
特開2000−216330号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。基板上の親液部に配線方向に沿って液滴を複数吐出しても、着弾した液状体同士がつながらず配線として機能しない場合がある。そこで、上記液滴の吐出を複数回実施することも考えられるが、同じ箇所に液滴が着弾した場合、液状体が撥液部に溢れ出てしまう可能性がある。
また、液滴を吐出して液状体同士がつながった場合でも、部分的に膜厚が薄くなると抵抗が高くなり、厚膜化の効果が薄れ配線として適切でなくなるという問題が生じる。
【0007】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、親液部から溢れることなく均一な膜厚で厚膜化も可能な配線を形成できる薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の薄膜パターン形成方法は、撥液性膜で形成された撥液領域間の被塗布領域に機能液の液滴を吐出して基板の表面に薄膜パターンを形成する方法であって、前記被塗布領域内に間隔をあけて前記液滴を複数吐出する第1吐出工程と、前記第1吐出工程とは吐出位置をずらせて前記被塗布領域内に前記液滴を吐出する第2吐出工程とを有することを特徴とするものである。
【0009】
従って、本発明の薄膜パターン形成方法では、第1吐出工程で吐出した隣り合う液滴同士が被塗布領域内でつながらない場合でも、第2吐出工程で第1吐出工程とは吐出位置をずらせて液滴を吐出することで被塗布領域内で液滴をつなげて配線として機能させることが可能となる。また、本発明では、第2吐出工程で吐出位置をずらせることで、被塗布領域内に着弾した液状体(機能液)が飛散して撥液領域へ溢れ出ることを防止できるとともに、第1吐出工程で形成された配線の薄い部分、または配線が形成されていない部分に機能液を塗布することになるので、配線としての膜厚を均一化でき、抵抗が部分的に高くなってしまうことを防止できる。
【0010】
このように、第2吐出工程では、第1吐出工程で吐出した機能液を補完して配線として形成するため、第1吐出工程で吐出された隣り合う液滴同士の略中間部に吐出することが好ましい。
また、第1吐出工程では、隣り合う液滴同士がつながらない間隔で前記液滴を吐出することが好ましい。
この場合、第2吐出工程で吐出した液滴が着弾により被塗布領域から撥液領域へ溢れ出てしまう可能性を減らすことができる。
【0011】
また、撥液領域に対しては、前記被塗布領域よりも高い撥液性を付与することが好ましい。この場合、吐出された液滴の一部が撥液領域にのっても、撥液領域が撥液性となっていることにより撥液領域からはじかれ、被塗布領域に入り込ませやすくなる。
【0012】
本発明において、前記撥液性膜としては、表面に形成された撥液性の単分子膜とする構成を好適に採用できる。撥液性の単分子膜としては有機分子からなる自己組織化膜が好ましい。この場合容易に単分子膜を形成できる。
【0013】
なお、被塗布領域には親液性を付与することが好ましく、この場合、紫外光の照射や酸素を反応ガスとするプラズマ処理、基板をオゾン雰囲気にさらす処理を好適に採用できる。この場合、一旦形成された撥液性の膜を、マスクパターンに応じて部分的に、しかも全体的に均一に破壊することができるので、撥液性を緩和し、所望の親液性を均一に得ることができる。
【0014】
また、機能液に導電性微粒子が含まれる場合には、薄膜パターンを配線パターンとすることができ、各種デバイスに応用することができる。また導電性微粒子の他に、有機EL等の発光素子形成材料やR・G・Bのインク材料を用いることで有機EL装置や、カラーフィルタを有する液晶表示装置等の製造にも適用することができる。さらに、機能液としては、加熱等の熱処理または光照射等の光処理により導電性を発現するものを選択することも可能である。
【0015】
一方、本発明のデバイス製造方法は、基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスの製造方法であって、上記の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンを形成することを特徴とするものである。
また、本発明のデバイスは、基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスであって、上記の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンが形成されていることを特徴とするものである。
これにより本発明では、機能液が溢れて短絡を生じさせたり、抵抗が部分的に高くなることがない、所望の機能を有する配線を形成することが可能になる。
特に、薄膜パターンが前記基板上に設けられたTFT(薄膜トランジスタ)等のスイッチング素子の一部を構成する場合には、短絡等が生じず所望の機能を発現する高品質のスイッチング素子を得ることができる。
【0016】
そして、本発明の電気光学装置は、上記のデバイスを備えることを特徴としている。
また、本発明の電子機器は、上記の電気光学装置を備えることを特徴としている。
これにより、本発明では、短絡等の品質低下が生じない所望機能を発現できる電気光学装置及び電子機器を得ることが可能になる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の薄膜パターン形成方法、デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器の実施の形態を、図1ないし図14を参照して説明する。
(第1実施形態)
本実施の形態では、液滴吐出法によって液体吐出ヘッドのノズルから導電性微粒子を含む配線パターン(薄膜パターン)用インク(機能液)を液滴状に吐出し、基板上に導電性膜で形成された配線パターンを形成する場合の例を用いて説明する。
【0018】
まず機能液である配線パターン用インクについて説明する。
液滴吐出法によって液体吐出ヘッドのノズルから液滴状に吐出される配線パターン用インクは、一般に、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなる。本実施の形態では、導電性微粒子として、例えば、金、銀、銅、パラジウム、及びニッケルのうちのいずれかを含有する金属微粒子の他、これらの酸化物、並びに導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。
これらの導電性微粒子は、分散性を向上させるために表面に有機物などをコーティングして使うこともできる。
導電性微粒子の粒径は1nm以上0.1μm以下であることが好ましい。0.1μmより大きいと、後述する液体吐出ヘッドのノズルに目詰まりが生じるおそれがある。また、1nmより小さいと、導電性微粒子に対するコーティング剤の体積比が大きくなり、得られる膜中の有機物の割合が過多となる。
【0019】
分散媒としては、上記の導電性微粒子を分散できるもので、凝集を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、水の他に、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、n−ヘプタン、n−オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物、またエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、p−ジオキサンなどのエーテル系化合物、さらにプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノンなどの極性化合物を例示できる。これらのうち、微粒子の分散性と分散液の安定性、また液滴吐出法(インクジェット法)への適用の容易さの点で、水、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物が好ましく、より好ましい分散媒としては、水、炭化水素系化合物を挙げることができる。
【0020】
上記導電性微粒子の分散液の表面張力は0.02N/m以上0.07N/m以下の範囲内であることが好ましい。インクジェット法にて液体を吐出する際、表面張力が0.02N/m未満であると、インク組成物のノズル面に対する濡れ性が増大するため飛行曲りが生じやすくなり、0.07N/mを超えるとノズル先端でのメニスカスの形状が安定しないため吐出量や、吐出タイミングの制御が困難になる。表面張力を調整するため、上記分散液には、基板との接触角を大きく低下させない範囲で、フッ素系、シリコーン系、ノニオン系などの表面張力調節剤を微量添加するとよい。ノニオン系表面張力調節剤は、液体の基板への濡れ性を向上させ、膜のレベリング性を改良し、膜の微細な凹凸の発生などの防止に役立つものである。上記表面張力調節剤は、必要に応じて、アルコール、エーテル、エステル、ケトン等の有機化合物を含んでもよい。
【0021】
上記分散液の粘度は1mPa・s以上50mPa・s以下であることが好ましい。インクジェット法を用いて液体材料を液滴として吐出する際、粘度が1mPa・sより小さい場合にはノズル周辺部がインクの流出により汚染されやすく、また粘度が50mPa・sより大きい場合は、ノズル孔での目詰まり頻度が高くなり円滑な液滴の吐出が困難となる。
【0022】
配線パターンが形成される基板としては、ガラス、石英ガラス、Siウエハ、プラスチックフィルム、金属板など各種のものを用いることができる。また、これら各種の素材基板の表面に半導体膜、金属膜、誘電体膜、有機膜などが下地層として形成されたものも含む。
【0023】
ここで、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、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御して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/cm2程度の超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進してノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散して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、この空間から材料を押し出してノズルから吐出させるものである。
【0024】
また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、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材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、ノズルに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。液滴吐出法は、材料の使用に無駄が少なく、しかも所望の位置に所望の量の材料を的確に配置できるという利点を有する。なお、液滴吐出法により吐出される液状材料(流動体)の一滴の量は、例えば1〜300ナノグラムである。
【0025】
次に、本発明に係るデバイスを製造する際に用いられるデバイス製造装置について説明する。
このデバイス製造装置としては、液滴吐出ヘッドから基板に対して液滴を吐出することによりデバイスを製造する液滴吐出装置(インクジェット装置)が用いられる。
【0026】
図1は、液滴吐出装置IJの概略構成を示す斜視図である。
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と、X軸方向駆動軸4と、Y軸方向ガイド軸5と、制御装置CONTと、ステージ7と、クリーニング機構8と、基台9と、ヒータ15とを備えている。
ステージ7は、この液滴吐出装置IJによりインク(機能液)を設けられる基板Pを支持するものであって、基板Pを基準位置に固定する不図示の固定機構を備えている。
【0027】
液滴吐出ヘッド1は、複数の吐出ノズルを備えたマルチノズルタイプの液滴吐出ヘッドであり、長手方向とY軸方向とを一致させている。複数の吐出ノズルは、液滴吐出ヘッド1の下面にY軸方向に並んで一定間隔で設けられている。液滴吐出ヘッド1の吐出ノズルからは、ステージ7に支持されている基板Pに対して、上述した導電性微粒子を含むインクが吐出される。
【0028】
X軸方向駆動軸4には、X軸方向駆動モータ2が接続されている。X軸方向駆動モータ2はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからX軸方向の駆動信号が供給されると、X軸方向駆動軸4を回転させる。X軸方向駆動軸4が回転すると、液滴吐出ヘッド1はX軸方向に移動する。
Y軸方向ガイド軸5は、基台9に対して動かないように固定されている。ステージ7は、Y軸方向駆動モータ3を備えている。Y軸方向駆動モータ3はステッピングモータ等であり、制御装置CONTからY軸方向の駆動信号が供給されると、ステージ7をY軸方向に移動する。
【0029】
制御装置CONTは、液滴吐出ヘッド1に液滴の吐出制御用の電圧を供給する。また、X軸方向駆動モータ2に液滴吐出ヘッド1のX軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を、Y軸方向駆動モータ3にステージ7のY軸方向の移動を制御する駆動パルス信号を供給する。
クリーニング機構8は、液滴吐出ヘッド1をクリーニングするものである。クリーニング機構8には、図示しないY軸方向の駆動モータが備えられている。このY軸方向の駆動モータの駆動により、クリーニング機構は、Y軸方向ガイド軸5に沿って移動する。クリーニング機構8の移動も制御装置CONTにより制御される。
ヒータ15は、ここではランプアニールにより基板Pを熱処理する手段であり、基板P上に塗布された液体材料に含まれる溶媒の蒸発及び乾燥を行う。このヒータ15の電源の投入及び遮断も制御装置CONTにより制御される。
【0030】
液滴吐出装置IJは、液滴吐出ヘッド1と基板Pを支持するステージ7とを相対的に走査しつつ基板Pに対して液滴を吐出する。ここで、以下の説明において、X軸方向を走査方向、X軸方向と直交するY軸方向を非走査方向とする。したがって、液滴吐出ヘッド1の吐出ノズルは、非走査方向であるY軸方向に一定間隔で並んで設けられている。なお、図1では、液滴吐出ヘッド1は、基板Pの進行方向に対し直角に配置されているが、液滴吐出ヘッド1の角度を調整し、基板Pの進行方向に対して交差させるようにしてもよい。このようにすれば、液滴吐出ヘッド1の角度を調整することで、ノズル間のピッチを調節することが出来る。また、基板Pとノズル面との距離を任意に調節することが出来るようにしてもよい。
【0031】
図2は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。
図2において、液体材料(配線パターン用インク、機能液)を収容する液体室21に隣接してピエゾ素子22が設置されている。液体室21には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系23を介して液体材料が供給される。ピエゾ素子22は駆動回路24に接続されており、この駆動回路24を介してピエゾ素子22に電圧を印加し、ピエゾ素子22を変形させることにより、液体室21が変形し、ノズル25から液体材料が吐出される。この場合、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子22の歪み量が制御される。また、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子22の歪み速度が制御される。ピエゾ方式による液滴吐出は材料に熱を加えないため、材料の組成に影響を与えにくいという利点を有する。
【0032】
次に、本発明の配線パターン形成方法(薄膜パターン形成方法)の実施形態の一例として、基板上に導電膜配線を形成する方法について図3乃至図6を参照して説明する。本実施形態に係る配線パターン形成方法は、上述した配線パターン用のインクを基板P上に配置し、その基板P上に配線用の導電膜パターン(導電性膜)を形成するものであり、表面処理工程、材料配置工程及び熱処理/光処理工程から概略構成される。
以下、各工程毎に詳細に説明する。
【0033】
なお、本例では、導電膜配線用のインクとして、上述した本発明の配線パターン用インクを用いる。また、インクの配置には、液滴吐出装置IJを用い、液体吐出ヘッド1のノズル25を介してインクを液滴として吐出する液滴吐出法、いわゆるインクジェット法を用いる。ここで、液滴吐出装置の吐出方式としては、ピエゾ方式の他に、熱の印加により急激に蒸気が発生することにより液体材料を吐出させる方式等であってもよい。
【0034】
(表面処理工程)
表面処理工程は、基板表面を撥液化する撥液化処理工程と、撥液化された基板表面を親液化する親液化処理工程とに大別される。
撥液化処理工程では、導電膜配線を形成する基板の表面を、液体材料に対して撥液性に加工する。具体的には、導電性微粒子を含有した液体材料に対する所定の接触角が40°以上、好ましくは50°以上となるように基板に対して表面処理を施す。
表面の撥液性(濡れ性)を制御する方法としては、例えば、基板の表面に自己組織化膜を形成する方法等を採用できる。
【0035】
自己組織膜形成法では、導電膜配線を形成すべき基板の表面に、有機分子膜などからなる自己組織化膜を形成する。
基板表面を処理するための有機分子膜は、基板に結合可能な官能基と、その反対側に親液基あるいは撥液基といった基板の表面性を改質する(表面エネルギーを制御する)官能基と、これらの官能基を結ぶ炭素の直鎖あるいは一部分岐した炭素鎖とを備えており、基板に結合して自己組織化して分子膜、例えば単分子膜を形成する。
【0036】
ここで、自己組織化膜とは、基板の下地層等の構成原子と反応可能な結合性官能基とそれ以外の直鎖分子とからなり、直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を、配向させて形成された膜である。この自己組織化膜は、単分子を配向させて形成されているので、極めて膜厚を薄くすることができ、しかも、分子レベルで均一な膜となる。すなわち、膜の表面に同じ分子が位置するため、膜の表面に均一でしかも優れた撥液性や親液性を付与することができる。
【0037】
上記の高い配向性を有する化合物として、例えばフルオロアルキルシランを用いることにより、膜の表面にフルオロアルキル基が位置するように各化合物が配向されて自己組織化膜が形成され、膜の表面に均一な撥液性が付与される。
自己組織化膜を形成する化合物としては、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロデシルトリクロロシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリエトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリメトキシシラン、トリデカフルオロ−1,1,2,2テトラヒドロオクチルトリクロロシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン等のフルオロアルキルシラン(以下「FAS」という)を例示できる。これらの化合物は、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、FASを用いることにより、基板との密着性と良好な撥液性とを得ることができる。
【0038】
FASは、一般的に構造式RnSiX(4−n)で表される。ここでnは1以上3以下の整数を表し、Xはメトキシ基、エトキシ基、ハロゲン原子などの加水分解基である。またRはフルオロアルキル基であり、(CF3)(CF2)x(CH2)yの(ここでxは0以上10以下の整数を、yは0以上4以下の整数を表す)構造を持ち、複数個のR又はXがSiに結合している場合には、R又はXはそれぞれすべて同じでもよく、異なっていてもよい。Xで表される加水分解基は加水分解によりシラノールを形成して、基板(ガラス、シリコン)の下地のヒドロキシル基と反応してシロキサン結合で基板と結合する。一方、Rは表面に(CF2)等のフルオロ基を有するため、基板の下地表面を濡れない(表面エネルギーが低い)表面に改質する。
【0039】
有機分子膜などからなる自己組織化膜は、上記の原料化合物と基板とを同一の密閉容器中に入れておき、室温で2〜3日程度の間放置することにより基板上に形成される。また、密閉容器全体を100℃に保持することにより、3時間程度で基板上に形成される。これらは気相からの形成法であるが、液相からも自己組織化膜を形成できる。例えば、原料化合物を含む溶液中に基板を浸積し、洗浄、乾燥することで基板上に自己組織化膜が形成される。
なお、自己組織化膜を形成する前に、基板表面に紫外光を照射したり、溶媒により洗浄したりして、基板表面の前処理を施すことが望ましい。
【0040】
なお、基板Pの表面を撥液性に加工する処理は、所望の撥液性を有するフィルム、例えば4フッ化エチレン加工されたポリイミドフィルム等を基板表面に貼着することによっても行ってもよい。また、撥液性の高いポリイミドフィルムをそのまま基板として用いてもよい。
このように、自己組織膜形成法を実施することにより、図3(a)に示されるように、基板Pの表面に撥液性膜Fが形成される。
【0041】
次に、配線パターン形成材料を塗布して配線パターンを形成すべき被塗布領域の撥液性を緩和して親液性を付与することで(親液化処理)、基板表面の濡れ性を制御する。
以下、親液化処理について説明する。
親液化処理としては、波長170〜400nmの紫外光を照射する方法が挙げられる。このとき、配線パターンに応じたマスクを用いて紫外光を照射することで、一旦形成した撥液性膜Fの中、配線部分のみ部分的に変質させて撥液性を緩和して親液化することができる。つまり、上記撥液化処理及び親液化処理を施すことにより、図3(b)に示されるように、基板Pには、配線パターンが形成されるべき位置に親液性を付与された被塗布領域H1と、被塗布領域H1を間に挟んだ両側に、撥液性膜Fで構成される撥液領域H2とが形成される。
なお、撥液性の緩和の程度は紫外光の照射時間で調整できるが、紫外光の強度、波長、熱処理(加熱)との組み合わせ等によって調整することもできる。本実施の形態では、導電性微粒子を含有した液体材料に対する被塗布領域H1の接触角が15°以下となる条件で紫外光を照射する。
【0042】
親液化処理の他の方法としては、酸素を反応ガスとするプラズマ処理が挙げられる。具体的には、基板Pに対しプラズマ放電電極からプラズマ状態の酸素を照射することで行う。O2プラズマ処理の条件としては、例えばプラズマパワーが50〜1000W、酸素ガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基板Pの板搬送速度が0.5〜10mm/sec、基板温度が70〜90℃とされる。
この場合、導電性微粒子を含有した液体材料に対する被塗布領域H1の接触角が15°以下となるように、例えば基板Pの搬送速度を遅くしてプラズマ処理時間を長くする等、プラズマ処理条件を調整する。
さらに、別の親液化処理としては、基板をオゾン雰囲気に曝す処理も採用できる。
【0043】
(材料配置工程)
次に、上記の液滴吐出装置IJによる液滴吐出法を用いて、配線パターン形成材料を基板P上の被塗布領域H1に塗布する。なお、ここでは、機能液(配線パターン用インク)として、導電性微粒子を溶媒(分散媒)に分散させた分散液を吐出する。ここで用いられる導電性微粒子は、金、銀、銅、パラジウム、ニッケルの何れかを含有する金属微粒子の他、導電性ポリマーや超電導体の微粒子などが用いられる。
【0044】
すなわち、材料配置工程では、上述した液滴吐出装置IJの液滴吐出ヘッド1と基板Pとを相対移動させながら、図3(c)に示すように、液体吐出ヘッド1から配線パターン形成材料を含む液体材料を液滴32として吐出し、その液滴32を基板P上の被塗布領域H1に配置する。具体的には、被塗布領域H1の長さ方向(配線パターンの形成方向)に沿って、液滴吐出ヘッド1と基板Pとを相対移動させつつ、所定のピッチで液滴32を複数吐出することで、線状の配線パターンを形成する。
【0045】
このとき、撥液領域H2は撥液性が付与されているため、吐出された液滴の一部が撥液領域H2にのっても撥液領域H2からはじかれ、図3(d)に示されるように、撥液領域H2間の被塗布領域H1に溜まるようになる。さらに、被塗布領域H1は親液性を付与されているため、吐出された液状体が被塗布領域H1にてより拡がり易くなり、これによって液状体が、分断されることなく所定位置内でより均一に被塗布領域H1を埋め込むようにすることができる。
【0046】
本実施の形態では、1回目の相対移動(スキャン)動作で、図4(a)に示すように、隣り合う液滴(液状体;符号32aで示す)同士がつながらないピッチ(間隔)Lで被塗布領域H1内に液滴を吐出する(第1吐出工程)。
ここで、例えば被塗布領域H1の幅が液滴32の直径に対して小さい場合(例えば液滴直径が20μm程度、被塗布領域H1の幅が10μm程度の場合)は、吐出された液状体(符号32aで示す)の一部が溢れて撥液領域H2上に残ることがあり、図4(a)はその状態を示している。
【0047】
次に、2回目のスキャン動作で、図4(b)に示すように、1回目のスキャン動作とは吐出位置を半ピッチ(L/2)ずらせて、塗布された液状体32a、32aの略中間部に液滴(液状体;符号32bで示す)を吐出する(第2吐出工程)。このとき、2回目のスキャン動作で塗布された液状体32bが塗れ拡がることで、先に吐出された液状体32aとつながり、液状体32a、32bの接触部が引き合うことにより、撥液領域H2に残った液状体が被塗布領域H1内に引き込まれる。その結果、図4(c)に示すように、撥液領域H2に残留することなく、液状体32a、32b、32aを被塗布領域H1内でつながらせることができる。
【0048】
この場合も、被塗布領域H1内に吐出され、あるいは撥液領域H2からはじかれた液状体32a、32bは、被塗布領域H1が親液化処理されていることからより広がり易くなっており、これによって液状体32a、32bはより均一に被塗布領域H1内を埋め込むようになる。したがって、被塗布領域H1の幅が液滴32の直径より狭い(小さい)にもかかわらず、被塗布領域H1内に向けて吐出された液滴32(液状体32a、32b)は、撥液領域H2上に残留することなく、被塗布領域H1内に良好に入り込んでこれを均一に埋め込むようになる。
【0049】
(熱処理/光処理工程)
次に、熱処理/光処理工程では、基板上に配置された液滴に含まれる分散媒あるいはコーティング剤を除去する。すなわち、基板上に配置された導電膜形成用の液体材料は、微粒子間の電気的接触をよくするために、分散媒を完全に除去する必要がある。また、導電性微粒子の表面に分散性を向上させるために有機物などのコーティング剤がコーティングされている場合には、このコーティング剤も除去する必要がある。
【0050】
熱処理及び/又は光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ってもよい。熱処理及び/又は光処理の処理温度は、分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、微粒子の分散性や酸化性等の熱的挙動、コーティング剤の有無や量、基材の耐熱温度などを考慮して適宜決定される。
【0051】
例えば、有機物からなるコーティング剤を除去するためには、約300℃で焼成することが必要である。また、プラスチックなどの基板を使用する場合には、室温以上100℃以下で行なうことが好ましい。
熱処理及び/又は光処理は、例えばホットプレート、電気炉などの加熱手段を用いた一般的な加熱処理の他に、ランプアニールを用いて行ってもよい。ランプアニールに使用する光の光源としては、特に限定されないが、赤外線ランプ、キセノンランプ、YAGレーザー、アルゴンレーザー、炭酸ガスレーザー、XeF、XeCl、XeBr、KrF、KrCl、ArF、ArClなどのエキシマレーザーなどを使用することができる。これらの光源は一般には、出力10W以上5000W以下の範囲のものが用いられるが、本実施形態例では100W以上1000W以下の範囲で十分である。
上記熱処理及び/又は光処理により、微粒子間の電気的接触が確保され、導電膜に変換される。
以上説明した一連の工程により、基板上に線状の導電膜パターン(導電膜配線)が形成される。
【0052】
(実施例)
基板Pとしてガラス基板を、有機分子膜などからなる自己組織化膜の原料化合物と同一の密閉容器中に入れておき、密閉容器全体を100℃、3時間程度で保持することにより、基板上に単分子膜を形成した。
このとき、導電性微粒子材料に対するに対する接触角は、撥液化処理前の撥液領域H2が10°以下であったのに対し、撥液化処理後の撥液領域H2が54.0°になり、被塗布領域H1と撥液領域H2との接触角の差は40°以上となった。
【0053】
そして、このガラス基板に対して、液滴直径D≒20μm(重量約7.0ng/dot)、インク速度(吐出速度)5〜7m/sec、ピッチLが60μmで吐出したところ、1回目のスキャン動作では、図4(a)に示したように、液状体32a、32aがつながらなかった。そして、2回目のスキャン動作では、1回目のスキャン動作に対して吐出位置を半ピッチ(30μm)ずらし、且つピッチLが60μmで液滴吐出を行ったところ、図4(b)に示すように、塗布した液状体32bは先に塗布した液状体32aとつながり、図4(c)に示すように、撥液領域H2に溢れることなく、且つ分断されることなく被塗布領域H1内で線上の配線パターンを得ることができた。
【0054】
このように、本実施の形態では、1回目のスキャン動作と2回目のスキャン動作とで吐出位置をずらせて液滴を吐出することで、着弾した液状体32a、32bをつなげることができるので、配線パターンとしての機能を維持・発現させることが可能になる。また、本実施の形態では吐出位置をずらせることで、同じ位置に着弾させた場合のように液滴が飛散して被塗布領域H1から溢れ出てしまうことも防止可能である。
特に、本実施の形態では吐出位置を半ピッチずらせて、被塗布領域H1内の液状体32a、32aの略中間部に液状体32bを配置しているので、液状体32bの着弾位置における液状体32aの量が少ない、または液状体32aが存在しない状態となるため、着弾時における液滴の飛散をより抑制することが可能になる。
【0055】
しかも、本実施の形態では、撥液領域H2に被塗布領域H1よりも高い撥液性を付与しているので、吐出された液滴の一部が撥液領域H2上に乗った場合でも、撥液性により液滴をはじいて被塗布領域H1に引き込ませることで液状体をより均一に塗布することができ、一様な膜厚を有する配線パターンを得ることが可能になる。加えて、本実施の形態では被塗布領域H1の幅が液滴32の直径よりも小さい場合でも、被塗布領域H1内に液状体を埋めることができるので、より細線の配線パターンが形成された小型のデバイスを得ることが可能であるとともに、短絡等の不良が生じない高品質のデバイスを得ることが可能である。
【0056】
なお、1回目のスキャン動作で液状体32a、32aが、被塗布領域H1内でつながらないピッチで必ずしも吐出する必要はない。例えば1回目のスキャン動作で吐出ピッチLを50μmとしたときには、図5(a)に示すように、液状体32a、32aを溝31内でつながらせることができた。ところが、この場合、図5(b)に位置と膜厚との関係図として示すように、配線としてはつながっているものの、液滴が着弾したところは厚く、つながっているところは薄くなって、膜厚が不均一になってしまう。そこで、このような場合でも、図6(a)に示すように、2回目のスキャン動作で液状体32a、32aの略中間部に液状体32bを塗布することで、図6(b)に示すように、膜厚が均一な配線パターンを得ることができた。
【0057】
(第2実施形態)
第2実施形態として、本発明の電気光学装置の一例である液晶表示装置について説明する。図7は、本発明に係る液晶表示装置について、各構成要素とともに示す対向基板側から見た平面図であり、図8は図1のH−H’線に沿う断面図である。図9は、液晶表示装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図で、図10は、液晶表示装置の部分拡大断面図である。なお、以下の説明に用いた各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【0058】
図7及び図8において、本実施の形態の液晶表示装置(電気光学装置)100は、対をなすTFTアレイ基板10と対向基板20とが光硬化性の封止材であるシール材52によって貼り合わされ、このシール材52によって区画された領域内に液晶50が封入、保持されている。シール材52は、基板面内の領域において閉ざされた枠状に形成されてなり、液晶注入口を備えず、封止材にて封止された痕跡がない構成となっている。
【0059】
シール材52の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り53が形成されている。シール材52の外側の領域には、データ線駆動回路201及び実装端子202がTFTアレイ基板10の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する2辺に沿って走査線駆動回路204が形成されている。TFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路204の間を接続するための複数の配線205が設けられている。また、対向基板20のコーナー部の少なくとも1箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的導通をとるための基板間導通材206が配設されている。
【0060】
なお、データ線駆動回路201及び走査線駆動回路204をTFTアレイ基板10の上に形成する代わりに、例えば、駆動用LSIが実装されたTAB(Tape Automated Bonding)基板とTFTアレイ基板10の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。なお、液晶表示装置100においては、使用する液晶50の種類、すなわち、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード等の動作モードや、ノーマリホワイトモード/ノーマリブラックモードの別に応じて、位相差板、偏光板等が所定の向きに配置されるが、ここでは図示を省略する。
また、液晶表示装置100をカラー表示用として構成する場合には、対向基板20において、TFTアレイ基板10の後述する各画素電極に対向する領域に、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)のカラーフィルタをその保護膜とともに形成する。
【0061】
このような構造を有する液晶表示装置100の画像表示領域においては、図9に示すように、複数の画素100aがマトリクス状に構成されているとともに、これらの画素100aの各々には、画素スイッチング用のTFT(スイッチング素子)30が形成されており、画素信号S1、S2、…、Snを供給するデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。データ線6aに書き込む画素信号S1、S2、…、Snは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、TFT30のゲートには走査線3aが電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線3aにパルス的に走査信号G1、G2、…、Gmをこの順に線順次で印加するように構成されている。
【0062】
画素電極19は、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線6aから供給される画素信号S1、S2、…、Snを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極19を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号S1、S2、…、Snは、図8に示す対向基板20の対向電極121との間で一定期間保持される。なお、保持された画素信号S1、S2、…、Snがリークするのを防ぐために、画素電極19と対向電極121との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量60が付加されている。例えば、画素電極19の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも3桁も長い時間だけ蓄積容量60により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い液晶表示装置100を実現することができる。
【0063】
図10は、ボトムゲート型TFT30を有する液晶表示装置100の部分拡大断面図であって、TFTアレイ基板10を構成するガラス基板P上には、上記第1実施形態の配線パターン形成方法によりゲート配線61が形成されている。
ゲート配線61上には、SiNxからなるゲート絶縁膜62を介してアモルファスシリコン(a−Si)層からなる半導体層63が積層されている。このゲート配線部分に対向する半導体層63の部分がチャネル領域とされている。半導体層63上には、オーミック接合を得るための例えばn+型a−Si層からなる接合層64a及び64bが積層されており、チャネル領域の中央部における半導体層63上には、チャネルを保護するためのSiNxからなる絶縁性のエッチストップ膜65が形成されている。なお、これらゲート絶縁膜62、半導体層63、及びエッチストップ膜65は、蒸着(CVD)後にレジスト塗布、感光・現像、フォトエッチングを施されることで、図示されるようにパターニングされる。
【0064】
さらに、接合層64a、64b及びITOからなる画素電極19も同様に成膜するとともに、フォトエッチングを施されることで、図示するようにパターニングされる。そして、画素電極19、ゲート絶縁膜62及びエッチストップ膜65上にそれぞれバンク66…を突設し、これらバンク66…間に上述した液滴吐出装置IJを用いて、銀化合物の液滴を吐出することでソース線、ドレイン線を形成することができる。
【0065】
なお、図11に示すように、ゲート絶縁膜62に凹部を設けて、この凹部内にゲート絶縁膜62の表面と略面一に半導体層63を形成し、その上に接合層64a、64b、画素電極19、エッチストップ膜65を形成することもできる。この場合、バンク66間の溝底部を図10に比較して略フラットにすることで、これら各層及びソース線、ドレイン線の屈曲部が減り、平坦性が向上した高特性のTFTとすることができる。
このように、本実施形態では、高品質で薄型、高集積化が可能な液晶表示装置100を得ることができる。
上記構成のTFTでは、上述した液滴吐出装置IJを用いて、例えば銀化合物の液滴を吐出することでゲート線、ソース線、ドレイン線等を形成することができるため、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の液晶表示装置を得ることができる。
【0066】
(第3実施形態)
上記実施の形態では、TFT30を液晶表示装置100の駆動のためのスイッチング素子として用いる構成としたが、液晶表示装置以外にも例えば有機EL(エレクトロルミネッセンス)表示デバイスに応用が可能である。有機EL表示デバイスは、蛍光性の無機および有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光させる素子である。そして、上記のTFT30を有する基板上に、有機EL表示素子に用いられる蛍光性材料のうち、赤、緑および青色の各発光色を呈する材料すなわち発光層形成材料及び正孔注入/電子輸送層を形成する材料をインクとし、各々をパターニングすることで、自発光フルカラーELデバイスを製造することができる。
本発明におけるデバイス(電気光学装置)の範囲にはこのような有機ELデバイスをも含むものであり、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の有機ELデバイスを得ることができる。
【0067】
(第4実施形態)
次に、第4実施形態として、本発明の電気光学装置の一例であるプラズマ型表示装置について説明する。
図12は、本実施形態のプラズマ型表示装置500の分解斜視図を示している。
プラズマ型表示装置500は、互いに対向して配置された基板501、502、及びこれらの間に形成される放電表示部510を含んで構成される。
放電表示部510は、複数の放電室516が集合されたものである。複数の放電室516のうち、赤色放電室516(R)、緑色放電室516(G)、青色放電室516(B)の3つの放電室516が対になって1画素を構成するように配置されている。
【0068】
基板501の上面には所定の間隔でストライプ状にアドレス電極511が形成され、アドレス電極511と基板501の上面とを覆うように誘電体層519が形成されている。誘電体層519上には、アドレス電極511、511間に位置しかつ各アドレス電極511に沿うように隔壁515が形成されている。隔壁515は、アドレス電極511の幅方向左右両側に隣接する隔壁と、アドレス電極511と直交する方向に延設された隔壁とを含む。また、隔壁515によって仕切られた長方形状の領域に対応して放電室516が形成されている。
【0069】
また、隔壁515によって区画される長方形状の領域の内側には蛍光体517が配置されている。蛍光体517は、赤、緑、青の何れかの蛍光を発光するもので、赤色放電室516(R)の底部には赤色蛍光体517(R)が、緑色放電室516(G)の底部には緑色蛍光体517(G)が、青色放電室516(B)の底部には青色蛍光体517(B)が各々配置されている。
【0070】
一方、基板502には、先のアドレス電極511と直交する方向に複数の表示電極512がストライプ状に所定の間隔で形成されている。さらに、これらを覆うように誘電体層513、及びMgOなどからなる保護膜514が形成されている。
基板501と基板502とは、前記アドレス電極511…と表示電極512…を互いに直交させるように対向させて相互に貼り合わされている。
上記アドレス電極511と表示電極512は図示略の交流電源に接続されている。各電極に通電することにより、放電表示部510において蛍光体517が励起発光し、カラー表示が可能となる。
【0071】
本実施形態では、上記アドレス電極511、及び表示電極512がそれぞれ、上述した配線パターン形成方法に基づいて形成されているため、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質のプラズマ型表示装置を得ることができる。
【0072】
(第5実施形態)
続いて、第5実施形態として、非接触型カード媒体の実施形態について説明する。図13に示すように、本実施形態に係る非接触型カード媒体(電子機器)400は、カード基体402とカードカバー418から成る筐体内に、半導体集積回路チップ408とアンテナ回路412を内蔵し、図示されない外部の送受信機と電磁波または静電容量結合の少なくとも一方により電力供給あるいはデータ授受の少なくとも一方を行うようになっている。
【0073】
本実施形態では、上記アンテナ回路412が、上記実施形態に係る配線パターン形成方法によって形成されている。
本実施形態の非接触型カード媒体によれば、所望の特性が実現され、短絡等の不良が生じない高品質の非接触型カード媒体を得ることができる。
なお、本発明に係るデバイス(電気光学装置)としては、上記の他に、基板上に形成された小面積の薄膜に膜面に平行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用する表面伝導型電子放出素子等にも適用可能である。
【0074】
(第6実施形態)
第6実施形態として、本発明の電子機器の具体例について説明する。
図14(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図14(a)において、600は携帯電話本体を示し、601は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図14(b)は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図14(b)において、700は情報処理装置、701はキーボードなどの入力部、703は情報処理本体、702は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図14(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図14(c)において、800は時計本体を示し、801は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。
図14(a)〜(c)に示す電子機器は、上記実施形態の液晶表示装置を備えたものであるので、小型化、薄型化及び高品質化が可能となる。
なお、本実施形態の電子機器は液晶装置を備えるものとしたが、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ型表示装置等、他の電気光学装置を備えた電子機器とすることもできる。
【0075】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例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。
【0076】
例えば、上記実施の形態では2回のスキャン動作で配線パターンを形成する構成としたが、3回以上のスキャン動作で配線パターンを形成してもよい。
また、上記実施の形態では、被塗布領域H1の幅が液滴の直径よりも小さい例を用いて説明したが、これに限られることなく、例えば被塗布領域H1の幅と液滴径とが略同一の場合や、領域幅が液滴径よりも大きい場合であっても適用可能である。
また、上記実施の形態では、導電性微粒子を分散媒に分散させた分散液からなる機能液を用いる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばパターン形成後に加熱(熱処理)または光照射(光処理)により導電性を発現させる材料を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】液滴吐出装置の概略斜視図である。
【図2】ピエゾ方式による液状体の吐出原理を説明するための図である。
【図3】配線パターン形成する手順を示す図である。
【図4】吐出された液状体の状態を説明するための図である。
【図5】吐出された液状体の状態を説明するための図である。
【図6】吐出された液状体の状態を説明するための図である。
【図7】液晶表示装置を対向基板の側から見た平面図である。
【図8】図7のH−H’線に沿う断面図である。
【図9】液晶表示装置の等価回路図である。
【図10】同、液晶表示装置の部分拡大断面図である。
【図11】別形態の液晶表示装置の部分拡大断面図である。
【図12】プラズマ型表示装置の分解斜視図である。
【図13】非接触型カード媒体の分解斜視図である。
【図14】本発明の電子機器の具体例を示す図である。
【符号の説明】
P 基板、F 撥液性膜、H1 被塗布領域、H2 撥液領域、32 液滴、32a〜32c 液状体(機能液)、33 配線パターン(薄膜パターン)、100 液晶表示装置(電気光学装置)、400 非接触型カード媒体(電子機器)、500 プラズマ型表示装置(電気光学装置)、600 携帯電話本体(電子機器)、700 情報処理装置(電子機器)、800 時計本体(電子機器)
Claims (13)
- 撥液性膜で形成された撥液領域間の被塗布領域に機能液の液滴を吐出して基板の表面に薄膜パターンを形成する方法であって、
前記被塗布領域内に間隔をあけて前記液滴を複数吐出する第1吐出工程と、
前記第1吐出工程とは吐出位置をずらせて前記被塗布領域内に前記液滴を吐出する第2吐出工程とを有することを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1記載の薄膜パターン形成方法において、
前記第2吐出工程では、前記第1吐出工程で吐出された隣り合う液滴同士の略中間部に吐出することを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1または2記載の薄膜パターン形成方法において、
前記第1吐出工程では、隣り合う液滴同士がつながらない間隔で前記液滴を吐出することを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法において、
前記撥液領域に、前記被塗布領域よりも高い撥液性を付与することを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法において、
前記撥液性膜は、前記表面に形成された単分子膜であることを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項5記載の薄膜パターン形成方法において、
前記単分子膜が有機分子からなる自己組織化膜であることを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1から6のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法において、
前記機能液には、導電性微粒子が含まれることを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 請求項1から6のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法において、
前記機能液には、熱処理、又は光処理により導電性を発現する材料が含まれることを特徴とする薄膜パターン形成方法。 - 基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスの製造方法であって、
請求項1から8のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法により、前記基板に前記薄膜パターンを形成することを特徴とするデバイス製造方法。 - 請求項9記載のデバイス製造方法において、
前記薄膜パターンは、前記基板上に設けられたスイッチング素子の一部を構成することを特徴とするデバイス製造方法。 - 基板に薄膜パターンが形成されてなるデバイスであって、請求項1から8のいずれかに記載の薄膜パターン形成方法により、前記薄膜パターンが形成されていることを特徴とするデバイス。
- 請求項11記載のデバイスを備えることを特徴とする電気光学装置。
- 請求項12記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
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