JP2013065446A - 薄膜パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精細な薄膜パターンの形成を容易に行い得るようにする。
【解決手段】基板１上に一定形状の薄膜パターンを形成する薄膜パターン形成方法であって、前記基板１上に可視光を透過する樹脂製のフィルム４を設置する第１ステップと、前記基板１上の予め定められた部分に対応する前記フィルム４の部分を一定速度で加工して一定深さの穴部５を形成した後、該穴部５の底部を前記速度よりも遅い速度で加工して前記穴部５を貫通させ、一定形状の開口６を有するマスク７を形成する第２ステップと、前記基板１上の前記予め定められた部分に前記マスク７の前記開口６を介して成膜する第３ステップと、前記マスク７を剥離する第４ステップと、を含むものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に一定形状の薄膜パターンを形成する薄膜パターン形成方法に関し、特に高精細な薄膜パターンの形成を容易に行い得るようにする薄膜パターン形成方法に係るものである。

従来のこの種の薄膜パターン形成方法は、所定のパターンに対応した形状の開口を有するマスクを基板に対して位置合わせした後、該基板上に密着させ、その後マスクを介して基板に対するパターンニング成膜するものであった（例えば、特許文献１参照）。

また、他の薄膜パターン形成方法は、所定の成膜パターンに対応した複数の開口が設けられた強磁性体から成るメタルマスクを基板の一面を覆うように基板に密着させると共に、基板の他面側に配置された磁石の磁力を利用してメタルマスクを固定し、真空蒸着装置の真空槽内で上記メタルマスクの開口を通して基板の一面に蒸着材料を付着させ、薄膜パターンを形成するものであった（例えば、特許文献２参照）。

さらに他の薄膜パターン形成方法は、例えば有機ＥＬ素子の製造方法において、透明基板上に形成された陽極上に正孔注入層又は正孔輸送層を形成し、その上に発光層をインクジェット方式によりパターン形成するものであった（例えば、特許文献３参照）。

そして、別の薄膜パターン形成方法は、基材フィルム上に光−熱変換層を形成し、その上に有機ＥＬ層からなる転写層を形成したドナーフィルムを基材フィルムが外側になるようにして基板上に貼り付け、基材フィルム側からレーザ光Ｌを照射して局所的に発生する熱エネルギーを利用して上記転写層を選択的に基板上に転写するようになっていた（例えば、特許文献４参照）。

特開２００３−７３８０４号公報 特開２００９−１６４０２０号公報 特開２０００−２０８２５４号公報 特開２００２−２１６９５７号公報

しかし、このような従来の薄膜パターン形成方法において、上記特許文献１に記載の方法では、使用するマスクが、一般に、薄い金属板に所定形状の開口を例えばエッチング等により形成して作られるので、開口を高精度に形成することが困難であり、又金属板の熱膨張による位置ずれや反り等の影響で例えば３００ｄｐｉ以上の高精細な薄膜パターンの形成が困難であった。

また、上記特許文献２に記載の方法では、上記特許文献１よりも基板とマスクとの密着性は改善されるものの、例えば有機ＥＬ表示装置を製造する場合、色毎にマスクを取り替える必要があること、及びＴＦＴ基板へのマスクの密着前にＴＦＴ基板とマスクとの精密な位置合わせが必要であること等により、有機ＥＬ表示装置の発光層形成工程のタクトを短縮することが困難であった。

さらに、上記特許文献３に記載の方法では、高精細な薄膜パターンの形成が可能であるものの、高分子材料による層間の材料同士が溶解し易く、例えば有機ＥＬに不可欠なヘテロ構造を持たせることが困難であった。また、溶媒内の不純物の除去が困難であるため、充分な性能を得ることが難しかった。

そして、上記特許文献４に記載の方法では、例えば有機ＥＬ表示装置の製造においては、複数の画素に対して照射するレーザ光の強度分布が不均一であるため、被照射面での温度分布が不均一となり、その結果、転写層である有機ＥＬ層の幅、形状、膜質等にばらつきが生じるという問題がある。また、ドナーフィルムの密着性が悪いときには、未転写領域が発生する場合がある。さらに、ドナーフィルムの剥離を防ぐための保護層や接着層など、機能の異なる複数の層が必要であり、且つ相互に不具合が発生しないようにする必要があり、製造コストを抑えることが難しいという問題がある。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、高精細な薄膜パターンの形成を容易に行い得るようにする薄膜パターン形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による薄膜パターン形成方法は、基板上に一定形状の薄膜パターンを形成する薄膜パターン形成方法であって、前記基板上に可視光を透過する樹脂製のフィルムを設置する第１ステップと、前記基板上の予め定められた部分に対応する前記フィルムの部分を一定速度で加工して一定深さの穴部を形成した後、該穴部の底部を前記速度よりも遅い速度で加工して前記穴部を貫通させ、一定形状の開口を有するマスクを形成する第２ステップと、前記基板上の前記予め定められた部分に前記マスクの前記開口を介して成膜する第３ステップと、前記マスクを剥離する第４ステップと、を含むものである。

このような構成により、基板上に可視光を透過する樹脂製のフィルムを設置し、基板上の予め定められた部分に対応するフィルムの部分を一定速度で加工して一定深さの穴部を形成した後、該穴部の底部を上記速度よりも遅い速度で加工して穴部を貫通させ、一定形状の開口を有するマスクを形成し、基板上の上記予め定められた部分にマスクの開口を介して成膜し、その後、マスクを剥離して基板上に一定形状の薄膜パターンを形成する。

好ましくは、前記第２ステップは、一定のエネルギー密度のレーザ光を照射して前記フィルムに前記穴部を形成した後、該穴部の底部にエネルギー密度を下げたレーザ光を照射して前記穴部を貫通させるのが望ましい。

より好ましくは、前記第２ステップにおいて、前記エネルギー密度を下げたレーザ光の照射は、前記フィルムの炭素と反応し該炭素を気化させる反応性ガス雰囲気下で行われるのがよい。

または、前記第２ステップは、一定のエネルギー密度のレーザ光を照射して前記フィルムに前記穴部を形成した後、前記フィルムの炭素と反応し該炭素を気化させる反応性ガスにより、又は反応性ガスをプラズマ化して生成されたラジカルイオンにより前記穴部の底部をエッチングして該穴部を貫通させてもよい。

好ましくは、前記レーザ光は、波長が４００ｎｍ以下であるのが望ましい。

本発明によれば、基板上の予め定められた部分に対応して、基板上に設置したフィルムに開口を形成しマスクを形成するようにしているので、基板とマスクの位置合わせが不要となり、且つマスクが基板面に対して密着固定されるため、従来技術と違って、マスクの撓みや位置ずれが生じたり、マスク下面と基板上面との間の隙間に成膜用の材料が回り込んで付着し、薄膜パターンを拡大させたりするおそれがない。したがって、高精細な薄膜パターンの形成を容易に行うことができる。さらに、フィルムが透明であるため、フィルムを通してアノード電極等の下地層の位置が検出可能であり、開口を位置精度よく形成することができる。

また、マスクの開口の形成において、一定深さまでは一定速度（高速）でフィルムを一気に加工した後、該加工部分を上記速度よりも遅い速度でゆっくり加工して開口を形成するようにしているので、加工時間を犠牲にせずに、下地層に与えるダメージを抑制してフィルムのみを効率よく加工することができる。

本発明による薄膜パターン形成方法の第１の実施形態を示す断面説明図である。 上記第１の実施形態において、マスク形成工程の他の実施例を示す断面図である。 本発明による薄膜パターン形成方法の第２の実施形態を示す断面説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による薄膜パターン形成方法の第１の実施形態を示す断面説明図である。この薄膜パターン形成方法は、基板上に一定形状の薄膜パターンを形成する方法であり、以下、基板が有機ＥＬ表示装置のＴＦＴ基板であり、薄膜パターンとしてのＲ有機ＥＬ層を形成する場合について説明する。

このＲ有機ＥＬ層形成工程は、有機材料を真空中で加熱してＴＦＴ基板１にその有機材料を蒸着する方法や、インクジェット法などの公知の技術によりＴＦＴ基板１の赤色（Ｒ）に対応したアノード電極２Ｒ上に正孔注入層、正孔輸送層、Ｒ発光層、電子輸送層等、一般的な積層構造をとるように順次成膜してＲ有機ＥＬ層３を形成する工程であり、ＴＦＴ基板１上に可視光を透過する樹脂製のフィルム４を設置する第１ステップと、ＴＦＴ基板１上のＲ対応のアノード電極２Ｒの部分に一定のエネルギー密度のレーザ光Ｌ１を照射して当該部分のフィルム４を一定の速度で一定深さまで掘り下げて穴部５を形成した後、該穴部５の底部にエネルギー密度を下げたレーザ光Ｌ２を照射し、穴部５の底部を上記速度よりも遅い速度でゆっくり加工して穴部５を貫通させ、Ｒ有機ＥＬ層３と同形状の開口６を有するマスク７を形成する第２ステップと、Ｒ対応のアノード電極２Ｒ上に上記マスク７の開口６を介してＲ有機ＥＬ層３を成膜形成する第３ステップと、マスク７を剥離する第４ステップと、を実行するものである。

詳細には、先ず、第１ステップにおいては、ＴＦＴ基板１の各色対応のアノード電極２Ｒ〜２Ｂを形成した面の上方に、例えば厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド等の紫外線レーザアブレーションが可能なシート状のフィルム４を張設した後、図１（ａ）に示すように該フィルム４をＴＦＴ基板１面に設置する。この場合、フィルム４の上面を例えばウレタンゴムのような弾性部材で均一に押圧してフィルム４をＴＦＴ基板１面に密着させるとよい。又は、フィルム４のＴＦＴ基板１との密着面に粘着層を設け、この粘着層を介してフィルム４をＴＦＴ基板１面に密着させてもよい。或いは、自己粘着機能を付与したフィルムを利用することもできる。さらには、静電チャック等を使用してフィルム４をＴＦＴ基板１面に静電吸着させてもよい。さらには、内部に磁石を備えたステージ上にＴＦＴ基板１を載置した後、軟磁性体を含んで構成され、有機ＥＬ層のパターンよりも形状の大きい開口部を形成した金属板を、Ｒ対応のアノード電極２Ｒが上記開口部内に位置するように位置合わせしてＴＦＴ基板１上に載置し、磁石の静磁界により上記金属板をＴＦＴ基板１上に吸着してフィルム４をＴＦＴ基板１面に密着させてもよい。

次に、第２ステップにおいては、波長が４００ｎｍ以下の、例えばＫｒＦ２４８ｎｍのエキシマレーザを使用して、図１（ｂ）に示すように、先ず、ＴＦＴ基板１上のＲ対応のアノード電極２Ｒの部分にエネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ^２〜２０Ｊ／ｃｍ^２のレーザ光Ｌ１を照射し、下地層のアノード電極２Ｒが露出する直前の例えば２μｍ程度の厚みの層を残して穴部５を高速で形成した後、レーザ光Ｌ１の照射を一旦停止する。次に、同図（ｃ）に示すように、穴部５の底部に０．１Ｊ／ｃｍ^２以下、望ましくは０．０６Ｊ／ｃｍ^２以下までエネルギー密度を下げたレーザ光Ｌ２を照射し、穴部５の底部をゆっくり加工して穴部５を貫通させ、開口６を有するマスク７を形成する。このような紫外線のレーザ光Ｌ１，Ｌ２の光エネルギーにより、フィルム４の炭素結合が一瞬のうちに破壊されて除去されるため、残渣の無いクリーンな穴あけ加工を行うことができる。また、一定深さまでは、エネルギー密度の高いレーザ光Ｌ１を照射して高速でフィルム４を加工し、その後、エネルギー密度を下げたレーザ光Ｌ２によりゆっくりと加工するようにしているので、加工時間を犠牲にせずに、下地層であるアノード電極２Ｒに与えるダメージを抑制してフィルム４のみを効率よく加工することができる。

上記第２ステップは、次のようにして行なうことができる。即ち、ＴＦＴ基板１を一定方向にステップ移動しながら、ＴＦＴ基板１の移動方向と交差する方向に一列に複数のマイクロレンズを並べて設けたマイクロレンズアレイを介してＲ対応のアノード電極２Ｒの部分にレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射し、フィルム４に開口６を形成するとよい。または、ＴＦＴ基板１を基板面に平行な面内を２次元方向にステップ移動しながら、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射してフィルム４に開口６を形成してもよいし、ＴＦＴ基板１の複数のアノード電極２Ｒに対応して複数のマイクロレンズを設けたマイクロレンズアレイを介してレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射してフィルム４に開口６を一括形成してもよい。さらには、シリンドリカルレンズにより細長状のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を生成してフィルム４にストライプ状の開口６を形成し、ストライプ状のＲ有機ＥＬ層３Ｒ（薄膜パターン）を形成してもよい。

図２は、上記第１の実施形態において、第２ステップのマスク形成工程の他の実施例を示す断面図である。
この実施例においては、先ず、図２（ａ）に示すように、ＴＦＴ基板１上のＲ対応のアノード電極２Ｒの部分にエネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ^２〜２０Ｊ／ｃｍ^２のレーザ光Ｌ１を照射し、当該部分のフィルム４を一定深さまで掘り下げて穴部５を形成した後、同図（ｂ）に示すように、フィルム４の炭素と反応して該炭素を気化させる反応性ガス８の雰囲気下で、穴部５の底部に０．１Ｊ／ｃｍ^２以下、望ましくは０．０６Ｊ／ｃｍ^２以下までエネルギー密度を下げたレーザ光Ｌ２を照射し、穴部５の底部をゆっくりと加工して穴部５を貫通させ、同図（ｃ）に示すように開口６を形成する。この場合、反応性ガス８としては、例えばオゾン（Ｏ_３）ガスや、四フッ化メタン（ＣＦ_４）とオゾンとの混合ガス等が使用できる。これにより、レーザ加工による飛散物がフィルム４の表面や開口６内に付着した場合にも、反応性ガス８によるエッチングにより上記飛散物を除去して開口６内のアノード電極２Ｒの表面を洗浄することができ、有機ＥＬ層３のアノード電極２Ｒ面への付着力を増強して有機ＥＬ層形成時の歩留まりを向上することができる。

第３ステップにおいては、図１（ｄ）に示すように、例えば真空蒸着装置を使用してＴＦＴ基板１のＲ対応のアノード電極２Ｒ上にマスク７の開口６を介して前述と同様に正孔注入層、正孔輸送層、Ｒ発光層、電子輸送層等の積層構造となるように順次成膜してＲ有機ＥＬ層３を成膜形成する。このとき、Ｇ対応及びＢ対応のアノード電極２Ｇ，２Ｂに通電して各アノード電極２Ｇ，２Ｂに一定電圧を印加した状態で真空蒸着を行えば、フィルム状のマスク７がＧ対応及びＢ対応のアノード電極２Ｇ，２Ｂに静電吸着されて固定されるため、マスク７が動いてマスク７の開口６とＴＦＴ基板１のＲ対応のアノード電極２Ｒとの位置ずれが生ずるおそれが無い。また、マスク７がＴＦＴ基板１面に密着してマスク７の下面とＴＦＴ基板１の上面との間に隙間が生じるおそれが無いため、該隙間に蒸着分子が回り込んで付着し薄膜パターンの形成精度を悪くするという問題も回避することができる。

第４ステップにおいては、図１（ｅ）に示すように、マスク７の縁部を上方に持ち上げてマスク７をＴＦＴ基板１面から機械的に剥離する。これにより、Ｒ対応のアノード電極２Ｒ上にＲ有機ＥＬ層３が残りＲ有機ＥＬ層形成工程が終了する。この場合、マスク７の厚みが約１０μｍ〜３０μｍであるのに対してＲ有機ＥＬ層３の厚みは１００ｎｍ程度であるので、マスク７の開口６の側壁に付着するＲ有機ＥＬ層３の厚みは極薄いためマスク７を剥離する際に、マスク７とＲ対応のアノード電極２Ｒ上のＲ有機ＥＬ層３とが容易に分離する。したがって、マスク７を剥離する際にＲ対応のアノード電極２Ｒ上のＲ有機ＥＬ層３が剥離するおそれがない。なお、Ｇ対応及びＢ対応のアノード電極２Ｇ，２Ｂに電圧を印加させてマスク７をＴＦＴ基板１面に静電吸着させた場合には、マスク７を剥離する際に、各アノード電極２Ｇ，２Ｂの印加電圧をオフするか、又は逆極性の電圧を印加してやるとよい。これにより、マスク７の剥離を容易に行うことができる。また、粘着剤を使用してフィルム４をＴＦＴ基板１面に貼り付けた場合には、上記粘着剤の粘着力よりも大きな力をマスク７に加えて機械的に剥離するとよい。さらに、上記粘着剤が紫外線照射により硬化するものであるときには、紫外線を照射して粘着剤を硬化させ、マスク７とＴＦＴ基板１面との界面の粘着力を低下させてからマスク７を剥離するとよい。

以降、上述と同様にして、Ｇ対応及びＢ対応のアノード電極２Ｇ，２Ｂ上に対応色の有機ＥＬ層３を夫々形成する。その後、ＴＦＴ基板１上にＩＴＯ(Indium Tin Oxide)の透明導電膜を形成し、さらにその上に透明な保護基板を接着して有機ＥＬ表示装置が形成される。

なお、上記第１の実施形態においては、フィルム４がシート状の形態を成すものである場合について説明したが、本発明はこれに限られず、紫外線レーザアブレーションが可能な材料であれば、液状のものであってもよい。この場合は、フィルム４は、ＴＦＴ基板１面にスピンコート又はディップコートされる。

また、上記第１の実施形態においては、第３ステップの有機ＥＬ層３の形成時に、有機ＥＬ層３上にさらに透明電極層を形成してもよい。この場合、フィルム４が液状のものであるときには、透明電極層がバリア層として機能し、液状のフィルム４によって有機ＥＬ層３が溶解されるのを防止することができる。

図３は、本発明による薄膜パターン形成方法の第２の実施形態の要部を示す説明図である。ここでは、第１の実施形態と異なる部分について説明する。
この第２の実施形態は、第１の実施形態と異なって、マスク７を形成する第２ステップにおいて、先ず、同図（ａ）に示すようにＴＦＴ基板１上の例えばＲ対応のアノード電極２Ｒの部分に、例えば１Ｊ／ｃｍ^２〜２０Ｊ／ｃｍ^２のエネルギー密度のレーザ光Ｌ１を照射して当該部分のフィルム４を一定速度で一定深さまで掘り下げて穴部５を形成した後、レーザ光Ｌ１の照射を停止し、次いで、同図（ｂ）に示すようにフィルム４の炭素と反応して該炭素を気化させる、例えばオゾン（Ｏ_３）ガスや、四フッ化炭素（ＣＦ_４）とオゾンとの混合ガス等の反応性ガス８によりフィルム４をエッチングし、同図（ｃ）に示すようにフィルム４の穴部５を貫通させて一定形状の開口６を形成するものである。

上記第２の実施形態によれば、反応性ガス８のフィルム４とアノード電極２Ｒ〜２Ｂとの間のエッチング選択比を利用してアノード電極２Ｒ〜２Ｂにダメージを与えることなくフィルム４のみを効率よくエッチングし、開口６を形成することができる。さらに、反応性ガス８によるエッチングにより、開口６内のアノード電極２Ｒ〜２Ｂの表面を洗浄することができ、アノード電極２Ｒ〜２Ｂに対する有機ＥＬ層の付着力を増強して有機ＥＬ層形成時の歩留まりを向上することができる。さらにまた、最初は、高いエネルギー密度のレーザ光Ｌ１により高速で穴部５を加工した後、エッチングにより穴部５の底部をゆっくり加工して穴部５を貫通させているので、加工時間を犠牲にせずに、下地層であるアノード電極２Ｒ〜２Ｂに与えるダメージを抑制してフィルム４のみを効率よく加工することができる。

なお、フィルム４は、上記反応性ガス８に替えて酸素（Ｏ_２）ガスや、四フッ化炭素（ＣＦ_４）と酸素との混合ガス等をプラズマ化し、生成されたラジカルイオンによりエッチングしてもよい。

そして、本発明は、有機ＥＬ層の形成に限られず、高精細な薄膜パターンを形成しようとするものであれば、液晶表示装置のカラーフィルターの形成、又は半導体基板の配線パターンの形成等、如何なるものにも適用することができる。

１…ＴＦＴ基板（基板）
２Ｒ…Ｒ対応のアノード電極（基板上の予め定められた部分）
２Ｇ…Ｇ対応のアノード電極（基板上の予め定められた部分）
２Ｂ…Ｂ対応のアノード電極（基板上の予め定められた部分）
３…有機ＥＬ層（薄膜パターン）
４…フィルム
５…穴部
６…開口
７…マスク
８…反応性ガス
Ｌ１…エネルギー密度の高いレーザ光
Ｌ２…エネルギー密度の低いレーザ光

Claims (5)

1. 基板上に一定形状の薄膜パターンを形成する薄膜パターン形成方法であって、
   前記基板上に可視光を透過する樹脂製のフィルムを設置する第１ステップと、
   前記基板上の予め定められた部分に対応する前記フィルムの部分を一定速度で加工して一定深さの穴部を形成した後、該穴部の底部を前記速度よりも遅い速度で加工して前記穴部を貫通させ、一定形状の開口を有するマスクを形成する第２ステップと、
   前記基板上の前記予め定められた部分に前記マスクの前記開口を介して成膜する第３ステップと、
   前記マスクを剥離する第４ステップと、
   を含むことを特徴とする薄膜パターン形成方法。
2. 前記第２ステップは、一定のエネルギー密度のレーザ光を照射して前記フィルムに前記穴部を形成した後、該穴部の底部にエネルギー密度を下げたレーザ光を照射して前記穴部を貫通させることを特徴とする請求項１記載の薄膜パターン形成方法。
3. 前記第２ステップにおいて、前記エネルギー密度を下げたレーザ光の照射は、前記フィルムの炭素と反応し該炭素を気化させる反応性ガス雰囲気下で行われることを特徴とする請求項２記載の薄膜パターン形成方法。
4. 前記第２ステップは、一定のエネルギー密度のレーザ光を照射して前記フィルムに前記穴部を形成した後、前記フィルムの炭素と反応し該炭素を気化させる反応性ガスにより、又は反応性ガスをプラズマ化して生成されたラジカルイオンにより前記穴部の底部をエッチングして該穴部を貫通させることを特徴とする請求項１記載の薄膜パターン形成方法。
5. 前記レーザ光は、波長が４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の薄膜パターン形成方法。