JP4075929B2 - パターン形成方法 - Google Patents
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本発明のパターン形成方法は、機能液を基板上に配置して所定のパターンを形成する方法であって、前記基板上にバンクを形成する工程と、前記バンクによって区画された領域に前記機能液を配置する工程とを有し、前記バンクによって区画された領域は、部分的に幅が広く形成されていることを特徴とする。
本発明のパターン形成方法では、バンクによって区画された領域に機能液が配置され、この機能液が例えば乾燥することにより、基板上に所定のパターンが形成される。この場合、バンクによってパターンの形状が規定されることから、例えば隣接するバンク間の幅を狭くするなど、バンクを適切に形成することにより、パターンの微細化や細線化を図ることができる。
また、本発明のパターン形成方法では、バンクによって区画された領域は、部分的に幅が広く形成されていることから、この幅が広く形成された部分に機能液の一部が退避することにより、機能液の配置時におけるバンクからの機能液の溢れが防止される。そのため、パターンが所望の形状に正確に形成される。
したがって、本発明のパターン形成方法では、細い線状のパターンを、精度よく安定して形成することができる。
バンクによって区画された領域において、一部分の幅が他の部分の幅の110〜500%であることにより、機能液の配置時におけるバンクからの機能液の溢れが確実に防止される。
この形成方法によれば、基板上のスペースの有効利用を図りやすい。
この形成方法によれば、膜パターンの交差部において容量が蓄積されず、デバイス特性の向上を図りやすい。
この形成方法によれば、液滴吐出法を用いることにより、スピンコート法などの他の塗布技術に比べて、液体材料の消費に無駄が少なく、基板上に配置する機能液の量や位置の制御を行いやすい。
なお、隣接するバンク間の幅は液滴の直径より狭くしてもよい。この場合、液滴状の機能液は、毛管現象などによりバンク間に入り込む。これにより、吐出する液滴の直径より狭い線幅のパターンが形成される。
このような特徴を有する本発明の第2のパターン形成方法では、バンクによって区画された幅広領域及び幅狭領域のうち、幅広領域に機能液が吐出配置され、この機能液が濡れ拡がることによって幅狭領域に流れ込む。このため、幅広領域のみに機能液を吐出することによって幅広領域及び幅狭領域に機能液を配置することができる。
また、本発明の第2のパターン形成方法では、幅広領域が機能液の飛翔径よりも大きな幅を有しているため、機能液の一部がバンクの上面に触れることがない。このため、バンクの上面に機能液の残渣が残ることを防止することができる。
したがって、本発明の第2のパターン形成方法では、所望の特性を発揮するパターンを安定して形成することができる。
この形成方法によれば、交差領域に吐出配置された機能液が濡れ拡がる際に容易に幅狭領域に流れ込むため、より円滑に幅狭領域に機能液を配置することが可能となる。
この形成方法によれば、交差領域を囲むように先に吐出配置された機能液によって、交差領域に吐出配置された機能液の濡れ拡がりが堰きとめられ、幅狭領域に向かう機能液の流量を増加させることができる。このため、より円滑に幅狭領域に機能液を配置するkとが可能となる。
本発明のデバイス製造方法では、デバイスに形成されるパターンの微細化や細線化が安定して図られる。そのため、高精度なデバイスを安定して製造することができる。
特に、前記パターンが前記基板上に設けられたTFT(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、高集積化されたスイッチング素子を安定的に得ることができる。
電気光学装置としては、例えば、液晶表示装置、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などを例示できる。
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する。
これらの発明によれば、高精度なデバイスを有することから、品質や性能の向上が図られる。
<パターン形成方法(第1実施形態)>
図1は、本発明のパターン形成方法を概念的に示す図である。
本発明のパターン形成方法は、基板P上にバンクBを形成するバンク形成工程、及びバンクBによって区画された線状の領域Aに機能液Lを配置する材料配置工程を有している。
図1に示した線状領域Aでは、幅広部Asは、他の部分に比べて線状領域Aの中心軸の両側に幅が広がっているのに対して、図2(a)に示した線状領域A2では、幅広部As1,As2は、線状領域A2の中心軸の片側に広がっている。
また、線状領域A2の軸方向に沿って、線状領域A2の中心軸の一方の側に広がった幅広部As1と、他方の側に広がった幅広部As2とが、交互に形成されている。
図3において、幅広部Asは、パターン同士(F及びF2)が交差する部分に設けられている。すなわち、線状領域Aは、他のパターンF2が形成される領域と交差する部分において部分的に幅が広く形成されている。これにより、基板上のスペースの有効利用が図れる。なお、図3において、パターンFは例えばTFT構造におけるゲート線として利用され、パターンF2は例えばTFT構造におけるソース線(データ線)として利用される。
図4において、幅広部Asは、膜パターン同士(F及びF2)が交差する部分以外に設けられている。すなわち、線状領域Aは、他の膜パターンF2が形成される領域と交差する部分において部分的に幅が狭く形成されている。これにより、膜パターンの交差部において容量が蓄積されず、デバイス特性の向上が図れる。なお、図4において、膜パターンFは例えばTFT構造におけるゲート線として利用され、膜パターンF2は例えばTFT構造におけるソース線(データ線)として利用される。
また、機能液Lを、バンクBによって区画された領域に配置する方法としては、液滴吐出法、いわゆるインクジェット法を用いるのが好ましい。液滴吐出法を用いることにより、スピンコート法などの他の塗布技術に比べて、液体材料の消費に無駄が少なく、基板上に配置する機能液の量や位置の制御を行いやすいという利点がある。
導電性微粒子としては、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。導電性微粒子の表面にコーティングするコーティング材としては、例えばキシレン、トルエン等の有機溶剤やクエン酸等が挙げられる。
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イ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。
ステージ7は、この液滴吐出装置IJによりインク(液体材料)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。
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。
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8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。
図6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。
本実施形態に係るパターン形成方法は、上述した配線パターン用のインク(配線パターン形成材料)を基板上に配置し、その基板上に配線用の導電パターンを形成するものであり、バンク形成工程、残渣処理工程、撥液化処理工程、材料配置工程及び中間乾燥工程、焼成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。
バンクは、仕切部材として機能する部材であり、バンクの形成はリソグラフィ法や印刷法等、任意の方法で行うことができる。例えば、リソグラフィ法を使用する場合は、スピンコート、スプレーコート、ロールコート、ダイコート、ディップコート等所定の方法で、図7(a)に示すように、基板P上にバンクの高さに合わせてバンクの形成材料31を塗布し、その上にレジスト層を塗布する。そして、バンク形状(配線パターン)に合わせてマスクを施しレジストを露光・現像することによりバンク形状に合わせたレジストを残す。最後にエッチングしてマスク以外の部分のバンク材料を除去する。また、下層が無機物又は有機物で機能液に対し親液性を示す材料で、上層が有機物で撥液性を示す材料で構成された2層以上でバンク(凸部)を形成してもよい。
また、本例では、先の図1に示したように、バンクによって線状の領域が形成され、この線状領域の軸方向に関する所定の位置に、他の領域の幅に比べて広い幅からなる幅広部が形成される。
なお、基板Pに対しては、有機材料塗布前に表面改質処理として、HMDS処理((CH3)3SiNHSi(CH3)3を蒸気状にして塗布する方法)が施されているが、図7ではその図示を省略している。
次に、バンク間におけるバンク形成時のレジスト(有機物)残渣を除去するために、基板Pに対して残渣処理を施す。
残渣処理としては、紫外線を照射することにより残渣処理を行う紫外線(UV)照射処理や大気雰囲気中で酸素を処理ガスとするO2 プラズマ処理等を選択できるが、ここではO2 プラズマ処理を実施する。
なお、基板Pがガラス基板の場合、その表面は配線パターン形成材料に対して親液性を有しているが、本実施の形態のように残渣処理のためにO2 プラズマ処理や紫外線照射処理を施すことで、基板表面の親液性を高めることができる。
続いて、バンクBに対し撥液化処理を行い、その表面に撥液性を付与する。
撥液化処理としては、例えば大気雰囲気中でテトラフルオロメタンを処理ガスとするプラズマ処理法(CF4 プラズマ処理法)を採用することができる。CF4 プラズマ処理の条件は、例えばプラズマパワーが50〜1000W、4フッ化メタンガス流量が50〜100ml/min、プラズマ放電電極に対する基体搬送速度が0.5〜1020mm/sec、基体温度が70〜90℃とされる。
なお、処理ガスとしては、テトラフルオロメタン(四フッ化炭素)に限らず、他のフルオロカーボン系のガスを用いることもできる。
なお、バンクB、Bに対する撥液化処理により、先に親液化処理した基板P表面に対し多少は影響があるものの、特に基板Pがガラス等からなる場合には、撥液化処理によるフッ素基の導入が起こりにくいため、基板Pはその親液性、すなわち濡れ性が実質上損なわれることはない。
また、バンクB、Bについては、もともと撥液性を有する材料(例えばフッ素基を有する樹脂材料)によって形成することにより、その撥液処理を省略するようにしてもよい。
次に、先の図5に示した液滴吐出装置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上のバンクB、Bによって区画された領域、すなわちバンクB、B間に配置する。なお、本例では、配線パターン用インク(機能液L)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。
また、基板Pの表面は親液性を付与されているため、バンクB、B間に流れ込んだ機能液Lがその区画された領域内で均一に広がる。これにより、吐出する液滴の直径Dより狭い線幅Wの塗膜が形成される。
基板Pに機能液を配置した後、分散媒の除去及び膜厚確保のため、必要に応じて乾燥処理をする。乾燥処理は、例えば基板Pを加熱する通常のホットプレート、電気炉などによる処理の他、ランプアニールによって行うこともできる。
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光源として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、本実施形態では100W以上1000W以下の範囲で十分である。
吐出工程後の乾燥膜は、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材がコーティングされている場合には、このコーティング材も除去する必要がある。そのため、吐出工程後の基板には熱処理及び/又は光処理が施される。
例えば、有機物からなるコーティング材を除去するためには、約300℃で焼成することが必要である。この場合、例えば、バンクB及び機能液の乾燥膜の上に低融点ガラスなどを予め塗布してもよい。
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。
以上の工程により吐出工程後の乾燥膜は微粒子間の電気的接触が確保され、図7(e)に示すように、導電性膜(パターンF)に変換される。
次に、本発明の配線パターンの形成方法の第2実施形態について図8を参照しながら説明する。図8は本実施形態に係る配線パターンの形成方法を説明するための模式図である。ここで、以下の説明において、上述した実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
また、機能液Lを配置した後に機能液Lに対して第2溝部34Bに向けてガスを吹付けても良い。このように機能液Lに対して第2溝部34Bに向けてガスを吹付けることによって機能液L第2溝部34Bに流れ込み易くなるため、この場合においてもより円滑に第2溝部34Bに機能液Lを配置することが可能となる。
本発明の配線パターンの形成方法は、図17に示すようなスイッチング素子としての薄膜トランジスタ(TFT)及びそれに接続する配線を形成するときに適用可能である。図17において、TFTを有するTFT基板P上には、ゲート配線40と、このゲート配線40に電気的に接続するゲート電極41と、ソース配線42と、このソース配線42に電気的に接続するソース電極43と、ドレイン電極44と、ドレイン電極44に電気的に接続する画素電極45とを備えている。ゲート配線40はX軸方向に延びるように形成され、ゲート電極41はY軸方向に延びるように形成されている。また、ゲート電極41の幅H2はゲート配線40の幅H1よりも狭くなっている。これらゲート配線40及びゲート電極41を、本発明に係る配線パターンの形成方法で形成することができる。
次に、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19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20は図18のH−H’線に沿う断面図である。図21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22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。
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、C−TN法、VA方式、IPS方式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。
図23において、有機EL装置401は、基板411、回路素子部421、画素電極431、バンク部441、発光素子451、陰極461(対向電極)、および封止基板471から構成された有機EL素子402に、フレキシブル基板(図示略)の配線および駆動IC(図示略)を接続したものである。回路素子部421は、アクティブ素子であるTFT60が基板411上に形成され、複数の画素電極431が回路素子部421上に整列して構成されたものである。そして、TFT60を構成するゲート配線61が、上述した実施形態の配線パターンの形成方法により形成されている。
図24に示す液晶表示装置(電気光学装置)901は、大別するとカラーの液晶パネル(電気光学パネル)902と、液晶パネル902に接続される回路基板903とを備えている。また、必要に応じて、バックライト等の照明装置、その他の付帯機器が液晶パネル902に付設されている。
本実施形態の液晶表示装置によれば、電気特性の不均一が解消された高品質の液晶表示装置を得ることができる。
次に、本発明の電子機器の具体例について説明する。
図25(a)は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図25(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25(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25(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25(c)は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図25(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25(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、高い品質や性能が得られる。
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。
図26は、本実施形態例に係る非接触型カード媒体を示しており、非接触型カード媒体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。
Claims (3)
- 基板上に液滴吐出法を用いて、パターンの形成材料及び溶媒を含む機能液を吐出して所定のパターンを形成する方法であって、
前記基板上に、前記機能液の飛翔径より大きな幅を有する第1領域と当該第1領域よりも狭い幅を有する第2領域とが配置されるようにバンクを形成する工程と、
前記第2領域に、前記機能液に含まれる溶媒のみを吐出する工程と、
前記第2領域に、前記機能液に含まれる溶媒のみを吐出する工程の後に、前記第1領域に前記機能液を吐出して前記第2領域に前記機能液を流れ込ませる工程と、
前記第2領域に流れ込んだ前記機能液から前記溶媒を除去することにより前記パターンを形成する工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。 - 前記パターンは、導電性パターンであることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
- 前記パターンの形成材料は、導電性微粒子であることを特徴とする請求項1または2記載のパターン形成方法。
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