JP2008210967A - パターン形成方法、半導体装置の製造方法、電気回路の製造方法、表示装置の製造方法、発光素子の製造方法、およびカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程で、優れたパターン精度を有するパターンを形成できるパターン形成方法を提供する。
【解決手段】パターン形成方法は、基体１０上に絶縁層１１を介してパターンを形成するパターン形成方法であって、基体１０の表面に絶縁層１１を配置する工程と、絶縁層１１の表面に、パターンを形成するための液体のパターン形成材料１５に対して撥液性を有する撥液層１２を形成する工程とを含む。絶縁層１１の表面の撥液層１２が形成されている領域において、パターンに対応する凹部１４を形成する工程を含む。凹部１４にパターン形成材料１５を配置する工程と、パターン形成材料１５を焼成する工程とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、パターン形成方法、このパターン形成方法を使用する工程を含む半導体装置の製造方法、電気回路の製造方法、表示装置の製造方法、発光素子の製造方法、およびカラーフィルタの製造方法に関する。

半導体装置、電気回路、液晶表示装置、または発光素子などの装置においては、多層配線構造を有する。または、これらの装置は、薄膜が積層されている薄膜積層構造を有する。多層配線構造を形成するためには、下層の配線の表面に絶縁層を形成して、絶縁層の表面に上層の配線を形成する必要がある。

従来の技術においては、多層配線を含む薄膜積層構造を製造するために、真空装置を用いた成膜工程、フォトリソグラフィ法によるパターニング工程、真空装置を用いたエッチング工程を繰返すことによって形成されている。近年においては、生産性や歩留りの向上、または製造費用の削減を図る観点から、真空装置を用いない製造方法が検討されている。または、フォトリソグラフィ工程を削減した製造方法が検討されている。

特開２００３−１２４２１３号公報には、真空装置を用いる工程およびフォトリソグラフィ工程の回数を削減した薄膜多層構造の製造方法が開示されている。この公報においては、予め親水性パターンを形成した被処理基板の表面に、溶液材料を塗布および焼成することによりパターンを形成する製造方法が開示されている。

図１３から図２１を参照して、特開２００３−１２４２１３号公報に開示されているパターン形成方法について説明する。図１３から図２０は、それぞれの工程における概略断面図である。図２１は、パターン形成方法のフロー図である。

図１３および図２１を参照して、被処理部材１００の表面に下層の絶縁層１０１を形成する。次に、図１４および図２１を参照して、絶縁層１０１の表面に、所定の形状にパターニングを行なったレジスト膜１０２を形成する。レジスト膜１０２の形成においては、フォトリソグラフィ工程によってパターニングを行なう。レジスト膜１０２としては、撥液性材料から形成されている。

次に、図１５および図２１を参照して、絶縁成膜溶液を絶縁層１０１の表面に塗布することにより、上層の絶縁層１０３を形成する。このときに、レジスト膜１０２は、撥液性材料から形成されているため、絶縁成膜溶液は、レジスト膜１０２の表面には蓄積せずに、レジスト膜１０２以外の部分に配置され、絶縁層１０３が形成される。このように、下層の絶縁層１０１および上層の絶縁層１０３を形成する。

次に、図１６および図２１を参照して、アニール処理を行なって絶縁層１０３を焼成した後に、レジスト膜１０２を除去することにより、配線パターンが形成される部分に凹部１０４が形成される。

次に、図１７および図２１を参照して、絶縁層１０１，１０３の表面に、ＰＦＣ（Per Fluoro Compounds）ガスを照射することにより撥液化処理を行なう。撥液化処理により、撥液層１１０が形成される。この撥液化処理により、絶縁層１０１，１０３の表面に、フッ素樹脂重合膜が形成される。パターン形成材料の溶液に対して撥液性を有する撥液層１１０としてのフッ素樹脂重合膜が形成される。撥液層１１０は、凹部１０４の底面部１０４ａおよび側面部１０４ｂに形成される。

次に、図１８および図２１を参照して、配線パターンが形成される凹部１０４に対して紫外線照射により親液化処理を行なう。この処理を行なうことにより、撥液層１１０の一部が除去されて、凹部１０４の内面がパターン形成材料の溶液に対して親液化される。

次に、図１９および図２１を参照して、絶縁層１０３の表面に、パターン形成材料の溶液を塗布する。このときに、凹部１０４を除く絶縁層１０３の表面には、撥液性のフッ素樹脂重合膜を含む撥液層１１０が形成されているために、パターン形成材料は配置されない。パターン形成材料１０５は、凹部１０４の内部に充填される。

次に、図２０および図２１を参照して、パターン形成材料１０５を乾燥および焼成することにより、パターン１１１が形成される。パターン１１１は、被処理部材１００の表面に、絶縁層１０１を介して形成される。

図２１を参照して、この公報に開示されている方法においては、８工程でパターンを形成することができる。また、フォトマスクを用いる工程を２工程含む。
特開２００３−１２４２１３号公報

上記の方法において、図１８および図２１を参照して、上記の凹部１０４の内面を親液化する工程においては、凹部１０４の内部のみを選択的に親液化する必要がある。しかしながら、この親液化処理の工程においては、凹部の内部を十分に親液化することができずに形成されるパターン精度が低下してしまうという問題がある。

たとえば、紫外線照射によって、撥液層１１０の除去を行なう親液化処理の場合には、凹部１０４の底面部１０４ａに対しては十分に撥液層１１０の除去を行なうことができる。しかし、側面部１０４ｂに対しては、光の直進性の影響を受けてしまって、撥液層１１０の除去を十分に行なうことができないという問題がある。

この結果、図１９および図２０に示すように、凹部１０４の側面部１０４ｂには、撥液層１１０が残存してしまい、パターン形成材料１０５と側面部１０４ｂとの間に、空隙が発現してしまっていた。最終的に形成されるパターン１１１の精度が低下してしまうという問題がある。

また、上記の公報においては、凹部に活性化したオゾンガスまたは酸素ガスを照射することにより、撥液層としてのフッ素樹脂重合膜を分解および除去して、親液性を付与する親液化処理方法が開示されている。または、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶剤で処理することより、一部の撥液層の除去およびＯＨ基の付与を行なう親液化処理方法が開示されている。

これらの親液化処理方法の場合には、絶縁層の表面にレジストが配置されず、マスクのみを使用した処理となる。このため、処理ガスまたは処理溶剤の回り込みにより、凹部以外の絶縁層の表面に処理ガスまたは処理溶剤が接触してしまう。このため、凹部以外の絶縁層の表面に配置されている撥液層が除去されてしまう場合がある。この結果、凹部の外側にパターン形成材料が溢れ出てしまい、パターン精度が低下してしまうという問題がある。

本発明は、簡易な工程で、優れたパターン精度を有するパターンを形成できるパターン形成方法、このパターン形成方法を使用する工程を含む半導体装置の製造方法、電気回路の製造方法、表示装置の製造方法、発光素子の製造方法、およびカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のパターン形成方法は、基体上に絶縁層を介してパターンを形成するパターン形成方法であって、上記基体の表面に絶縁層を配置する工程を含む。上記絶縁層の表面に、上記パターンを形成するための液体のパターン形成材料に対して撥液性を有する撥液層を形成する撥液層形成工程を含む。上記絶縁層の表面の上記撥液層が形成されている領域において、上記パターンに対応する凹部を形成する工程を含む。上記凹部に上記パターン形成材料を配置する工程を含む。上記パターン形成材料を焼成する工程を含む。

上記発明において好ましくは、上記絶縁層を形成する工程は、上記絶縁層として感光性を有する絶縁性材料を用いる。

上記発明において好ましくは、上記撥液層形成工程は、活性化されたＰＦＣガスを上記絶縁層に照射する工程を含む。

本発明の半導体装置の製造方法は、上述のパターン形成方法を使用する工程を含む。

本発明の電気回路の製造方法は、上述のパターン形成方法を使用する工程を含む。

本発明の表示装置の製造方法は、上述のパターン形成方法を使用する工程を含む。

本発明の発光素子の製造方法は、上述のパターン形成方法を使用する工程を含む。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、上述のパターン形成方法を使用する工程を含む。

本発明によれば、簡易な工程で、優れたパターン精度を有するパターンを形成することができるパターン形成方法、このパターン形成方法を使用する工程を含む半導体装置の製造方法、電気回路の製造方法、表示装置の製造方法、発光素子の製造方法、およびカラーフィルタの製造方法を提供することができる。

（実施の形態１）
図１から図７を参照して、実施の形態１におけるパターン形成方法、半導体装置の製造方法、電気回路の製造方法、表示装置の製造方法、発光素子の製造方法およびカラーフィルタの製造方法について説明する。

図１から図６は、本実施の形態におけるパターン形成方法のそれぞれの工程の概略断面図である。図７は、本実施の形態におけるパターン形成方法を説明するフロー図である。本実施の形態においては、絶縁層の表面にパターンとしての配線パターンを形成する。

図１および図７を参照して、本実施の形態においては、基体１０の表面に、絶縁層１１を形成する。本実施の形態における基体１０は、板状に形成されている。基体１０としては、たとえば、シリコンウェハまたはガラス基板を含む。

基体は、板状に限られず、任意の形状を採用することができる。また、また、基体としては、絶縁層を含んでいても構わない。また、基体としては、表面にＡｌ、ＡｇまたはＣｕなどからなる配線パターンが形成されていても構わない。または、基体としては、表面にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）などの素子が形成されていても構わない。

本実施の形態においては、絶縁層１１として二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）膜が形成されている。二酸化ケイ素膜は、たとえば、ＣＶＤ（化学気相成長法）法により形成することができる。または、無機ＳＯＧ（Spin on Glass）溶液を基体の表面に塗布して加熱することにより形成することができる。

次に、パターン形成材料に対して撥液性を有する撥液層を絶縁層の表面に形成する撥液層形成工程を行なう。

図２および図７を参照して、本実施の形態においては、絶縁層１１の表面に、活性化されたＰＦＣガスを照射することにより、撥液層１２を形成する。本実施の形態における撥液層１２は、フッ素樹脂重合膜を含む。ＰＦＣガスは、代替フロンガスの一種であり、たとえば、ＣＦ₄やＣ₄Ｆ₁₀などを含む。ＰＦＣガスをプラズマ化や紫外線照射により活性化した状態で、絶縁層１１の表面に接触させることにより、撥液層１２を形成することができる。

本実施の形態においては、ＰＦＣガスの照射により撥液層を形成しているが、この形態に限られず、たとえば、撥液性を有する膜を絶縁層の表面に積層しても構わない。撥液層を積層する方法としては、たとえば、フッ素基を有する透明コーティング剤を塗布および焼成することにより形成することができる。

撥液層としては、パターン形成材料に対して撥液性を有する膜を採用することができる。撥液層としては、後の工程においてパターン形成材料を配置したときに、パターン形成材料に対して撥液性を有し、撥液層の表面にパターン形成材料が蓄積して残留しなければよい。撥液層としては、たとえば、フッ素基（Ｆ基）、メチル基またはフルオロ基などを含む材料を採用することができる。

本実施の形態においては、絶縁層の表面全体に撥液層を形成したが、この形態に限られず、絶縁層の表面のうちパターンを形成する領域およびパターンを形成する領域の周りの領域に撥液層を形成しても構わない。

次に、図３および図７を参照して、撥液層１２の表面のうち、少なくとも配線を形成する領域にレジスト膜１３を塗布する。次に、露光および現像を行なうフォトレジスト法により、配線パターンとなる部分のレジスト膜１３を除去して、レジストパターン２１を形成する。レジストパターン２１は、後に形成する配線パターンに対応するように形成する。次に、たとえば、２００℃の環境下で１０分以下のベーキングを行なう。次に、レジスト膜１３をマスクとして絶縁層１１のエッチングを行なう。絶縁層１１のエッチングを行った後にレジスト膜１３を除去する。

図４および図７を参照して、絶縁層１１のエッチングを行なうことにより、絶縁層１１に凹部１４を形成することができる。凹部１４は、底面部１４ａおよび側面部１４ｂを有する。底面部１４ａおよび側面部１４ｂは、撥液化処理が行なわれていない絶縁層１１の表面が露出する。底面部１４ａおよび側面部１４ｂは、絶縁層１１本来の特性を有する。底面部１４ａおよび側面部１４ｂは、親液性を有する親液面になる。

次に、図５および図７を参照して、パターン形成材料１５を絶縁層１１および撥液層１２の表面に配置する。本実施の形態におけるパターン形成材料１５は、液体である。撥液層１２の表面には、パターン形成材料１５は蓄積せずに残留しない。パターン形成材料１５は、凹部１４の内部のみに充填される。

凹部１４の側面部１４ｂには撥液層が形成されていないため、凹部１４の側面部１４ｂとパターン形成材料１５との間には隙間は生じない。凹部１４の内部全体にパターン形成材料１５が充填される。

次に、図６および図７を参照して、パターン形成材料１５を乾燥および焼成することにより、有機溶媒成分を蒸発させる。凹部１４の内部にパターン２２が形成される。このように、絶縁層１１の表面にパターン２２を形成することができる。

多層配線構造などを有する積層構造体を形成する場合には、絶縁層１１の表面に他の絶縁層を配置して上記の工程を繰返す。本実施の形態においては、絶縁層１１の表面に形成されている撥液層１２を残しているが、この形態に限られず、パターン２２の形成後に撥液層１２を除去しても構わない。

図７を参照して、本実施の形態におけるパターン形成方法においては、６工程でパターンを形成することができる。また、フォトマスクを使用する工程は、１工程である。これは、図２１に示す従来の技術における８工程およびフォトマスクを２工程で使用する方法に比べて、作業工程数が少なくなっている。特に、本実施の形態におけるパターン形成方法は、フォトリソグラフィ工程の回数を削減することができ、工程を簡略化することができる。

本実施の形態におけるパターン形成方法は、所望のパターンを高いパターン精度で形成することができる。たとえば、前述の従来の技術のように紫外線照射により撥液層を除去する場合には、凹部の側面部とパターン形成材料との間に隙間が生じていた（図１８〜図２０参照）。これに対して、本実施の形態におけるパターン形成方法では、凹部の側面部に撥液層が配置されることを回避できる。絶縁層の凹部にパターン形成材料を充填するときに、凹部の側面部とパターン形成材料との間に隙間が空くことなく、所望のパターンを高いパターン精度で形成することができる。この結果、パターン精度の悪化に伴う不良の発生を抑制できて、歩留りが向上する。

また、本実施の形態におけるパターン形成方法においては、絶縁層の表面に撥液層を形成した後に、紫外線照射、活性オゾン照射、酸素ガス照射またはアルカリ溶剤処理による親液化処理などを行なう必要がなく、撥液特性を有する部分および親液特性を有する部分が互いの工程により悪影響を受けることを回避できる。たとえば、アルカリ溶剤が凹部の外側の撥液層を除去してしまって、パターン精度が低下することを抑制できる。

本実施の形態においては、絶縁層の表面にＰＦＣガスを照射することにより撥液層を形成している。この方法により、絶縁層の表面に、たとえば、数ｎｍ以上数十ｎｍ以下の薄い撥液層を形成することができる。また、撥液層を絶縁層の表面に積層する方法に比べて、確実に撥液層を形成することができる。

本実施の形態においては、配線パターンを形成する方法を例に取上げて説明したが、この構成に限られず、任意のパターン形成方法に本発明を適用することができる。

本実施の形態における半導体装置の製造方法は、本実施の形態におけるパターン形成方法を使用する工程を含む。また、本実施の形態における電気回路の製造方法は、本実施の形態におけるパターン形成方法を使用する工程を含む。

電気回路の製造方法においては、パターン形成材料として導電性を有する材料を用いることにより電気回路のパターンを形成できる。半導体装置の製造方法においては、たとえば、一の層に一の電気回路が形成され、一の層の表面に絶縁層が形成され、この絶縁層の表面に他の電気回路が形成される場合がある。このような多層配線構造を含む半導体装置に、本実施の形態におけるパターン形成方法を適用することができる。または、駆動素子などの素子の形成に本実施の形態のパターン形成方法を適用することができる。

本実施の形態における表示装置の製造方法は、本実施の形態におけるパターン形成方法を使用する工程を含む。ここで、表示装置とは、表示信号を入力することにより映像や画像が表示される任意の装置を示す。表示装置は、液晶表示装置または有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置を含む。

液晶表示装置においては、たとえば、ＴＦＴが形成されている駆動素子基板と、カラーフィルタが配置されているカラーフィルタ基板との間に液晶が封入されている構造を有する。また、有機ＥＬ表示装置においては、たとえば、ＴＦＴが形成されている基板の表面に絶縁層が形成され、この絶縁層の表面に有機ＥＬ素子が配置されている構造を有する。このような、液晶表示装置の駆動素子基板の製造や、有機ＥＬ素子が配置される基板の製造に、本実施の形態におけるパターン形成方法を使用することができる。

本実施の形態における発光素子の製造方法は、本実施の形態におけるパターン形成方法を使用する工程を含む。発光素子としては、たとえば、上記の有機ＥＬ素子を含む。有機ＥＬ素子の製造方法においては、たとえば、絶縁層の表面に形成した凹部の内部に、陽極および有機ＥＬ層などを配置する。

本実施の形態におけるカラーフィルタの製造方法は、本実施の形態におけるパターン形成方法を使用する工程を含む。たとえば、カラー液晶表示装置に配置されるカラーフィルタの製造に、本実施の形態におけるパターン形成方法を適用することができる。

カラーフィルタの製造方法においては、たとえば、図５を参照して、基体１０として透明な基板を用いる。基体１０の表面のうち、後に凹部１４が形成される領域を避けた領域に遮光膜を形成する。基体１０の表面に絶縁層１１として、ＳＯＧやＳｉＮなどの透明材料により形成される膜を形成する。絶縁層１１の表面に凹部１４を形成した後に、パターン形成材料１５としての赤色、緑色または青色の各インクを凹部１４の内部に充填する。各インクは、インクジェット法や印刷法などにより凹部１４の内部に充填する。それぞれの凹部１４に、各インクを充填した後に焼成を行なうことによりカラーフィルタを形成することができる。

上述のいずれの製造方法においても、製造工程を簡略化することができるとともにパターン精度が向上する。この結果、装置の歩留まりが向上する。

（実施の形態２）
図８から図１２を参照して、実施の形態２におけるパターン形成方法、半導体装置の製造方法、電気回路の製造方法、表示装置の製造方法、発光素子の製造方法およびカラーフィルタの製造方法について説明する。

図８から図１１は、本実施の形態におけるパターン形成方法のそれぞれの工程の概略断面図である。図１２は、本実施の形態におけるパターン形成方法の工程を説明するフロー図である。

図８および図１２を参照して、基体１０の表面に絶縁層１１を形成する。本実施の形態においては、感光性を有する絶縁性材料を用いて絶縁層１１を形成している。本実施の形態における絶縁層１１としては、塗布型の材料を用いている。次に、絶縁層１１の表面に撥液層１２を形成する。

次に、図９および図１２を参照して、絶縁層１１に凹部１４を形成する。本実施の形態においては、絶縁層１１として、感光性を有する絶縁性材料を用いているため、絶縁層１１の表面に、レジストを形成する必要がない。マスクを用いながら絶縁層１１に対して露光および現像を行なうことによって、凹部１４を形成することができる。

次に、図１０および図１２を参照して、凹部１４の内部にパターン形成材料１５を充填する。次に、図１１および図１２を参照して、パターン形成材料の乾燥および焼成を行なうことにより、パターン２２を形成することができる。

図１２を参照して、本実施の形態におけるパターン形成方法は、絶縁層として感光性を有する絶縁性材料を用いるために、工程を簡略化することができる。レジスト膜のエッチングなどの工程を排除することができ、製造工程数を減らすことができる。本実施の形態におけるパターン形成方法は、凹部を形成するためのエッチングを行なう工程が不要であり、さらに、絶縁層の表面にレジスト膜を配置する必要がない。本実施の形態においては、絶縁層を直接的に露光および現像することにより、容易に凹部を形成することができる。

本実施の形態におけるパターン形成方法は、実施の形態１と同様に、半導体装置の製造方法、電気回路の製造方法、表示装置の製造方法、発光素子の製造方法、およびカラーフィルタの製造方法に適用することができる。

その他の方法、構成、作用および効果については実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には、同一の符号を付している。また、上述の説明において、上または下などの記載は、鉛直方向の絶対的な上下方向を示すものではなく、それぞれの位置関係を相対的に示すものである。また、それぞれの実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態１におけるパターン形成方法の第１工程説明図である。 実施の形態１におけるパターン形成方法の第２工程説明図である。 実施の形態１におけるパターン形成方法の第３工程説明図である。 実施の形態１におけるパターン形成方法の第４工程説明図である。 実施の形態１におけるパターン形成方法の第５工程説明図である。 実施の形態１におけるパターン形成方法の第６工程説明図である。 実施の形態１におけるパターン形成方法を説明するフロー図である。 実施の形態２におけるパターン形成方法の第１工程説明図である。 実施の形態２におけるパターン形成方法の第２工程説明図である。 実施の形態２におけるパターン形成方法の第３工程説明図である。 実施の形態２におけるパターン形成方法の第４工程説明図である。 実施の形態２におけるパターン形成方法を説明するフロー図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第１工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第２工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第３工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第４工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第５工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第６工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第７工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法の第８工程説明図である。 従来の技術におけるパターン形成方法を説明するフロー図である。

符号の説明

１０ 基体、１１ 絶縁層、１２，１１０ 撥液層、１３，１０２ レジスト膜、１４，１０４ 凹部、１４ａ，１０４ａ 底面部、１４ｂ，１０４ｂ 側面部、１５，１０５ パターン形成材料、１０１ 絶縁層（下層）、１０３ 絶縁層（上層）、２１ レジストパターン、２２，１１１ パターン、１００ 被処理部材。

Claims (8)

1. 基体上に絶縁層を介してパターンを形成するパターン形成方法であって、
   前記基体の表面に絶縁層を配置する工程と、
   前記絶縁層の表面に、前記パターンを形成するための液体のパターン形成材料に対して撥液性を有する撥液層を形成する撥液層形成工程と、
   前記絶縁層の表面の前記撥液層が形成されている領域において、前記パターンに対応する凹部を形成する工程と、
   前記凹部に前記パターン形成材料を配置する工程と、
   前記パターン形成材料を焼成する工程と
   を含む、パターン形成方法。
2. 前記絶縁層を形成する工程は、前記絶縁層として感光性を有する絶縁性材料を用いる、請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記撥液層形成工程は、活性化されたＰＦＣガスを前記絶縁層に照射する工程を含む、請求項１に記載のパターン形成方法。
4. 請求項１に記載のパターン形成方法を使用する工程を含む、半導体装置の製造方法。
5. 請求項１に記載のパターン形成方法を使用する工程を含む、電気回路の製造方法。
6. 請求項１に記載のパターン形成方法を使用する工程を含む、表示装置の製造方法。
7. 請求項１に記載のパターン形成方法を使用する工程を含む、発光素子の製造方法。
8. 請求項１に記載のパターン形成方法を使用する工程を含む、カラーフィルタの製造方法。

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