JP4675350B2

JP4675350B2 - 液滴吐出装置

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Publication number: JP4675350B2
Application number: JP2007099447A
Authority: JP
Inventors: 慎志前川; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: JP2007190554A

Description

本発明は、膜パターンの作製方法及び液滴吐出装置に関する。

近年、スクリーン印刷やインクジェットによる液滴吐出法を用いたパターンの作製方法の開発が活発である。

液滴吐出法には、直接描画のパターニングであるためにマスクが不要、大型基板に適用しやすい、材料利用効率が高い、等の多くの利点があるため微細パターニングをＦＰＤ（フラット・パネル・ディスプレイ）に利用する動きが盛んになってきている。

用途として、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）の発光層や、ＬＣＤ（液晶表示装置）のカラーフィルタだけでなく、ＰＤＰ（プラズマ表示装置）の電極や有機トランジスタの形成も報告されている。

液滴吐出法には多くの利点もあるが、実際に微細なパターニングを行うには組成物を含む液滴や基板には様々な制約がある。

現在形成できる液滴は小さくて２ｐＬ程度であり、このような微小液滴を基板上に精密に配置して画素、電極、配線などを形成することになる。しかし、実際の液滴着弾精度は数μｍから３０μｍ程度であり、また着弾後も着弾表面の状態や液滴の接触角の影響を受け液滴が着弾位置よりずれることがある。そのため、パターニングとして小型ＦＰＤの画素部分を形成するには不足であることが多い。

そのため有機ＥＬの発光層やカラーフィルターの場合には、着弾位置がずれないようにフォトリソグラフィ法で形成したバンク内に液滴を吐出している。

液滴吐出法ではヘッドと組成物を含む液滴が最も重要であることは言うまでもないが、実はそれ以外の要素も大きい。紙などの吸収性メディアがインクを受け止める通常のインクジェットと違い、ＦＰＤ応用では非吸収性基板に吐出しなければならない場合が多く、吐出方法に制約が生じてしまう。例えば親液性基板に吐出すると大きく広がってしまうため、微細パタ−ニングを行う基板はある程度撥液性でなければならない。しかし、撥液性の基板上に置かれた液滴は容易に移動するため、基板の表面状態と吐出条件の組み合わせを最適化した上で描画を行う必要がある。

そこで、本発明は液滴が基板に着弾した際の位置精度を改善したパターン作製方法を提供することを課題とする。また、位置精度を改善した液滴吐出装置を提供することを課題とする。

本発明は液滴が基板に着弾した際の位置精度を改善したパターンの作製方法及びプラズマ発生手段を具備した構成の液滴吐出装置を提供する。

すなわち、絶縁性を有する基板、例えばガラス基板上に撥液性の薄膜、例えば半導体膜に選択的にプラズマを発生する手段によって親液性にし、前記親液性表面に、液滴吐出手段により液滴組成物を吐出して、パターンを作製する工程を含むことを特徴とする。選択的に形成した親液性領域を撥液性で挟むことで、着弾後の液滴は着弾位置から移動せず形成することができる。プラズマ発生の電源は高周波またはパルス化させた電界を印加するようにされている高電圧パルス電源を用いて行い、高周波は１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数、パルス電源は周波数が５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、パルス持続時間が１〜１００μｓｅｃとすることが好ましい。圧力は大気圧又は大気圧近傍の範囲であり、圧力範囲は、１．３×１０^１〜１．３１×１０^５Ｐａとすれば良い。反応ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス又は酸素、窒素のいずれかまたは複数を適宜選択して用いれば良い。尚、親液性とは接触角θが０°≦θ＜１０°、撥液性とは１０°≦θ＜１８０°と定義される。

絶縁性を有する基板、例えばガラス基板上に親液性の薄膜、例えば酸化硅素膜に選択的にプラズマを発生する手段によって選択的に溝を形成し、前記親液性表面に、液滴吐出手段により液滴組成物を吐出して、パターンを作製する工程を含むことを特徴とする。親液性表面に選択的に溝を形成することで、着弾後の液滴は着弾時の位置から移動せず形成することができる。プラズマ発生の電源は高周波電源または高電圧パルス電源を用いて行い、高周波は１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数、パルス電源は周波数が５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、パルス持続時間が１〜１００μｓｅｃとすることが好ましい。圧力は大気圧又は大気圧近傍の範囲であり、圧力範囲は、１．３×１０^１〜１．３１×１０^５Ｐａとすれば良い。反応ガスは水素などの還元性のガスを用いるか、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６等のガスを用いて選択的に溝を形成できるようにエッチングすればよい。尚、親液性とは接触角θが０°≦θ＜１０°、撥液性とは１０°≦θ＜１８０°と定義される。

また、本発明はプラズマ処理手段を具備した構成の液滴吐出手段を提供し、本構成により液滴が着弾したときの位置精度を改善した液滴吐出装置を提供できる。

尚、本発明における液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。

上記構成を有する本発明は、液滴組成物を基板に着弾した際の位置精度を改善したパターンを作製することができる。また、直接描画による工程短縮と歩留まりの向上と材料利用効率が高まることで地球環境に適応し、コストを大幅に削減できる表示装置の作製を提供することができる。

以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。尚、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す記号は異なる図面間で共通して用いることとする。

本発明に係る液滴吐出手段のうち、撥液性表面を選択的に親液性表面にする一態様を図１を用いて説明する。絶縁性を有する基板例えばガラス基板上に撥液性表面を有する薄膜１００、例えば半導体珪素膜を形成する（図１（Ａ））。前記薄膜１００表面上に液滴吐出予定領域１０１を選択的にプラズマ照射手段１０２によってプラズマを照射し、領域１０１を親液性にする（図１（Ｂ））。このようにして形成した親液性表面に、液滴吐出手段１０３により液滴組成物１０６を吐出して、パターンを作製する（図１（Ｃ）（Ｄ））。プラズマ照射手段１０２と液滴吐出手段１０３は一体化または近い位置に配置されている。プラズマ照射後速やかに一体化されたプラズマ照射手段１０２と液滴吐出手段１０３とを、移動手段１０５によって処理位置に移動させる。液滴吐出手段１０３を移動させ着弾した吐出組成物１０７は、着弾位置がプラズマ照射されたことで親液性であり、着弾外領域１００が撥液性であるため、着弾後液滴が移動する問題は生じないため精度良く吐出組成物を形成できる。プラズマ照射手段１０２によりプラズマ照射後、液滴吐出手段１０３を移動させないでプラズマ照射位置に液滴吐出することも可能であるが、この場合は、液滴吐出手段１０３のピエゾ素子や吐出口に傾斜をつけたり、電気信号を変えたりする必要がある。

プラズマ発生の電源は高周波電源または高電圧パルス電源を用いて行い、高周波は１０〜１００ＭＨｚの周波数、パルス電源は周波数が５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、パルス持続時間が１〜１００μｓｅｃとすることが好ましい。圧力は大気圧又は大気圧近傍の範囲であり、圧力範囲は、１．３×１０^１〜１．３１×１０^５Ｐａとすれば良い。大気圧より減圧雰囲気である方が、吐出から着弾までに気体分子や浮遊物などに衝突確率が減少するため、着弾精度は良くなる傾向にある。親液性にするためのプラズマ発生に用いる反応ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス又は酸素、窒素のいずれかまたは複数を適宜選択して用いれば良い。

液滴吐出材料としては、溶媒に溶かすことで、液滴として吐出が可能である材料であればよく、例えば、配線となる導電性材料、レジスト材料、配向膜となる樹脂材料、発光素子に用いる発光材料、ウエットエッチングに用いるエッチング溶液などを用いることができる。

一体化されたプラズマ照射手段１０２と液滴吐出手段１０３は複数個まとめて１つの処理機構としてもよい。また、プラズマ照射手段１０２と液滴吐出手段１０３はそれぞれ独立して各々の目的において使うことができる。各々独立して使用する場合も複数個まとめて１つの処理機構とすることができる。プラズマ処理手段１０２は本手段では被処理表面の表面改質を目的としたが、必要に応じて成膜やエッチングなどのプラズマ処理手段として用いることも可能である。

次に、親液性表面に精度良く着弾し、着弾後の吐出組成物の位置を制御する一態様を図２を用いて説明する。前記薄膜２００表面上に液滴吐出予定領域２０１を選択的にプラズマ照射２０２手段によってプラズマ照射を行う。

プラズマ照射された領域２０１には、還元性ガスである水素やエッチングガスＣＦ_４、ＣＨＦ_３、ＳＦ_６などによって、吐出される液滴組成物２０６が収まる溝が形成される。溝の大きさは吐出する液滴の量によって調節し、液滴が収まる程度に合わせて適宜形成する。プラズマ照射領域２０１は前記溝のようにエッチングしなくても表面凹凸を変化させ、吐出組成物の密着性を向上させる程度にしてもよい。前記プラズマ照射によって形成される溝に、液滴吐出手段２０３により液滴組成物２０６を吐出して、パターンを作製する。プラズマ照射手段２０２と液滴吐出手段２０３は一体化または近い位置に配置されている。一体化されたプラズマ照射手段２０２と液滴吐出手段２０３は移動手段２０５によって処理位置に移動される。プラズマ照射と液滴吐出箇所は同じではないため、プラズマ照射後速やかに液滴吐出手段２０３を移動させ吐出組成物を吐出する。着弾した吐出組成物２０７は着弾位置に溝が形成されている事から、着弾外領域２００に着弾後液滴が移動する問題は生じない。プラズマ照射手段２０２をプラズマ照射後、液滴吐出手段２０３を移動させないでプラズマ照射位置に液滴吐出することも可能であるが、この場合は、液滴吐出手段２０３のピエゾ素子や吐出口に傾斜をつけたり、電気信号を変えたりする必要がある。

プラズマ発生の電源は高周波電源または高電圧パルス電源を用いて行い、高周波は１０〜１００ＭＨｚの周波数、パルス電源は周波数が５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、パルス持続時間が１〜１００μｓｅｃとすることが好ましい。圧力は大気圧又は大気圧近傍の範囲であり、圧力範囲は、１．３×１０^１〜１．３１×１０^５Ｐａとすれば良い。大気圧より減圧雰囲気である方が、吐出から着弾までに気体分子や浮遊物などに衝突確率が減少するため、着弾精度は良くなる傾向にある。

図３はプラズマ照射領域Ｌと着弾時の液滴径の関係を表している。Ｒ１＜Ｌ、Ｒ２＝Ｌ、Ｒ３＞Ｌにおいて、吐出組成物が着弾時の径Ｒが常に安定した位置に保たれるためにはプラズマ照射領域Ｌが親液性または溝形成に関わらず、Ｒ／２＜Ｌ≦Ｒの関係を満たすことが重要である。

図４は、プラズマ化した気体或いは反応性のラジカル又はイオン種を用いて表面改質やエッチングを行う場合に適したノズル体と液滴吐出するためのノズル体が一体化した構成を示している。プラズマ処理するノズル体について説明する。ノズル体には表面処理を行うための気体を気体供給手段４０２とその排気手段４０５、気体供給手段４０２から供給される気体は、内周気体供給筒４００内にてプラズマ化或いは反応性のラジカル又はイオン種を生成して気体噴出口４０３から被処理体に吹き付ける。その後、当該気体は外周気体排気筒４０４から排気手段４０５により排出する。

また、気体供給手段４０２と気体排出手段４０５との間に気体精製手段４０６を設け、気体を循環させる構成を組み入れても良い。このような構成を組み入れることにより、気体の消費量を低減することができる。また、排気手段４０５から排出される気体を回収して精製し、再度気体供給手段４０２で利用する形態としても良い。

大気圧又は大気圧近傍の圧力で安定な放電を維持するためには、ノズル体と被処理物の間隔は５０ｍｍ以下が良く、好ましくは１０ｍｍ以下とすれば良い。

このノズル体の形状は、内周気体供給筒４００の内側に備えられた電極４０１と電極４０１に設置された固体誘電体４１２を中心とした同軸円筒型とするのが最も望ましいが、同様に局所的にプラズマ化した処理気体を供給できる構成であればこれに限定されない。電極間は固定誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定されるが、１〜７ｍｍであることが好ましい。プラズマ照射する照射口は電極間より狭くなっている。

電極４０１としてはステンレス、真鍮、その他の合金や、アルミニウム、ニッケル、その他の単体金属を用い、棒状、球状、平板状、筒状等の形状で形成すれば良い。電極４０１に設置されている固体誘電体４１２は電極４０１を完全に覆うようにする必要がある。固体誘電体に覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生じる。固体誘電体としては、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、ポリエチレンテレフタラート、ポリテトラフルオロエチレン等のプラスチック、ガラス、チタン酸バリウム等の複合酸化物等が挙げられる。固体誘電体の形状は、シート状でもフィルム状でもよいが、厚みが０．０５〜４ｍｍであることが好ましい。放電プラズマを発生するのに高電圧を要し、固体誘電体が薄すぎると、電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生する。電極４０１に電力を供給する電源４０７は、直流電源、又は高周波電源を適用可能である。直流電源を用いる場合には、放電を安定化するために間欠的に電力を供給するものが好ましく、その周波数が５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、パルス持続時間が１〜１００μｓｅｃとすることが好ましい。

処理気体の選択は、撥液性表面を選択的に親液性表面に処理を行う目的ではＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス又は酸素、窒素のいずれかを用いる。一方、親液性表面をエッチングして溝を形成する目的においては、水素などの還元性気体や四フッ化炭素（ＣＦ_４）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、その他のフッ化物気体と、酸素（Ｏ_２）などを適宜組み合わせて使用すれば良い。また、放電を安定的に持続させるために、これらのフッ化物気体を、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスで希釈して用いても良い。

大気圧又は大気圧近傍の圧力は、１．３０×１０^１〜１．３１×１０^５Ｐａとすれば良い。この内、反応空間を大気圧よりも減圧に保つためにはノズル体及び被処理基板を閉空間を形成する反応室内に保持して、排気手段により減圧状態を維持する構成とすれば良い。

次に液滴吐出するためのノズル体について説明する。電気信号４１１をピエゾ素子４０８に送り、液滴のカートリッジ４１０より吐出組成物を電気信号４１１のタイミングで送り込み、吐出口４０９よりプラズマ処理を行った領域に吐出する。この時大気圧より低い圧力の方が、吐出から着弾までに気体分子や浮遊物などに衝突する確率が減少するため、着弾精度は良くなる傾向にある。また、プラズマ処理によって親液性に変化した領域や溝部に吐出することで着弾後の液滴移動が無いパターンが形成される。液滴吐出手段は処理基板に対して非接触であるため、スクリーン印刷法などと比較して省スペース化、材料利用効率、多品種対応、着弾精度、微細寸法パターンに対して優れている。

図４ではプラズマ処理を行うノズル体と液滴吐出するノズル体が一体化しているが、適当な距離で離れていても良い。またプラズマ処理手段は表面改質の目的のみに限定されず、成膜やエッチングを目的として液滴吐出手段と別に用いてもよい。

図５はプラズマ処理ノズルが危険性のない気体のみを扱うときのノズル機構で、図４より簡略化された作りになっている。ノズル体には表面処理を行うための気体を気体供給手段５０２とその排気手段５０９、気体供給手段５０２から供給される気体は、内周気体供給筒５００内にてプラズマ化或いは反応性のラジカル又はイオン種を生成して気体噴出口５０３から被処理体に吹き付ける。その後、当該気体は装置外側に装置を囲むフード５１２が設置されており、一括化した排気手段５０９により排出する。

このノズル体の形状は、内周気体供給筒５００の内側に備えられた電極５０１と電極５０１に設置された固体誘電体５１０を中心とした同軸円筒型とするのが最も望ましいが、同様に局所的にプラズマ化した処理気体を供給できる構成であればこれに限定されない。電極間は固定誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定されるが、１〜７ｍｍであることが好ましい。プラズマ照射する照射口は電極間より狭くなっている。

電極５０１としてはステンレス、真鍮、その他の合金や、アルミニウム、ニッケル、その他の単体金属を用い、棒状、球状、平板状、筒状等の形状で形成すれば良い。電極５０１に設置されている固体誘電体５１０は電極５０１を完全に覆うようにする必要がある。固体誘電体に覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこからアーク放電が生じる。固体誘電体としては、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、ポリエチレンテレフタラート、ポリテトラフルオロエチレン等のプラスチック、ガラス、チタン酸バリウム等の複合酸化物等が挙げられる。固体誘電体の形状は、シート状でもフィルム状でもよいが、厚みが０．０５〜４ｍｍであることが好ましい。放電プラズマを発生するのに高電圧を要し、薄すぎると、電圧印加時に絶縁破壊が起こりアーク放電が発生する。電極５０１に電力を供給する電源５０４は、直流電源、又は高周波電源を適用可能である。直流電源を用いる場合には、放電を安定化するために間欠的に電力を供給するものが好ましく、その周波数が５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、パルス持続時間が１〜１００μｓｅｃとすることが好ましい。

処理気体の選択は、撥液性表面を選択的に親液性表面に処理を行う目的にのみ行うことができる。処理気体はＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス又は酸素、窒素のいずれかを用いる。

次に液滴吐出するためのノズル体について説明する。電気信号５０８をピエゾ素子５０５に送り、液滴のカートリッジ５０７より吐出組成物を電気信号のタイミングで送り込み吐出口５０６よりプラズマ処理を行った領域に吐出する。この時大気圧より低い圧力の方が、吐出から着弾までに気体分子や浮遊物などに衝突する確率が減少するため、着弾精度は良くなる傾向にある。また、プラズマ処理によって親液性に変化した領域や溝部に吐出することで着弾後の液滴移動が無いパターンが形成される。

図５ではプラズマ処理を行うノズル体と液滴吐出するノズル体が一体化しているが、適当な距離で離れていても良い。

図６にプラズマ処理手段と液滴吐出手段を一体化させた簡略構成を示す。図６はプラズマ処理と液滴吐出処理する面を表している。図６（Ａ）には、一体化した筒状ノズル６０３はプラズマ処理口６００と液滴吐出口６０１ができるだけ近くに並んだ構成を示す。それぞれの処理口から放出されるプラズマ量や液滴量については被処理パターンの大きさに合わせて適宜大きさを決定することができるが、プラズマ処理ならばガス流量や圧力によっても変化し、液滴吐出についてもピエゾ素子へのパルス電圧の大きさや切り替え方によって変化する。また、処理口の形状も図６（Ａ）のような円形に限定せず、楕円形、長方形、正方形、三角形など用途に応じて変化することができる。

図６（Ｂ）については図６（Ａ）の処理口の先端を加工したもので、より微小、微量な領域を処理するために形を変えている。筒状ノズル６０６はプラズマ処理口６０４と先端が細くなっているノズル６０７が接続されている。液滴吐出口６０５も先端が細くなっているノズル６０８が接続されていて、プラズマ処理ノズル６０７と液滴吐出ノズル６０８はできるだけ近くに並んでいる。これにより微小領域を処理するだけでなくプラズマ処理後移動しないで、プラズマ処理位置に液滴吐出できる。

図７にプラズマ処理手段と液滴吐出手段が一体化したノズルが多数集合したパターン描画手段の一態様について説明する。基板７００上にプラズマ処理手段と液滴吐出手段７０１が備えられている。図７ではプラズマ処理手段と液滴吐出手段７０１が基板に対して移動するのではなく、基板７００が基板７００下の回転軸が複数個適宜回転することで処理される。このプラズマ処理手段と液滴吐出手段７０１は、プラズマ照射口７１１と液吐出口７１２を備えたヘッドを複数個用い、それを一軸方向（基板７００の幅方向）に配列されたものである。撮像手段７０２は基板７００上のマーカー位置の検出や、パターンを観察するためにもうけている。プラズマ照射口７１１のヘッドはプラズマ照射の量とタイミングを制するものであれば良い。液滴吐出手段のヘッド７１２は、吐出又は滴下する組成物の量とタイミングを制御できるものであれば良く、インクジェット方式のように圧電素子を用いて組成物を吐出させる構成や、吐出口にニードルバルブを設けて滴下量を制御する構成とすれば良い。

プラズマ処理手段と液滴吐出手段７０１を構成するディスペンサ７０３は、必ずしも同時に同じタイミングで吐出動作をする必要はなく、基板７００の移動に合わせて個々のヘッド７１１，７１２がプラズマ照射及び組成物を吐出するタイミングを制御することにより、目的とするパターンを形成することができる。

液滴吐出手段の個々のヘッド７１２は制御手段に接続され、それがコンピュータ７０７で制御することにより、予めプログラミングされたパターンを描画することができる。描画するタイミングは、例えば、基板７００上に形成されたマーカー７０８を基準に行えば良い。これを撮像手段７０２で検出し、画像処理手段７０６にてデジタル信号に変換したものをコンピュータ７０７で認識して制御信号を発生させて制御手段７０４に送る。勿論、基板７００上に形成されるべきパターンの情報は記憶媒体７０５に格納されたものであり、この情報を基にして制御手段７０４に制御信号を送り、液滴吐出手段の個々のヘッド７１２を個別に制御することができる。

プラズマ照射手段の個々のヘッド７１１についても液滴吐出手段と同様、制御手段に接続され、コンピュータ７０７で制御することにより予めプログラミングされたパターンに照射できる。プラズマ照射ヘッド７１１は気体供給手段７０９と電極の電源７１０に接続されている。尚、気体の排気は各ディスペンサ７０３には設置されておらず、装置を覆うフードで、一括化して排出することになっているが図７には特に記載していない。

本発明の実施例を図８〜図１１により説明する。

図８（Ａ）はゲート電極及び配線を形成するために導電性の被膜を形成する工程である。

基板はガラスや石英等の透光性を有するものを用いるが、各工程における処理温度に耐えうるものであれば、透光性を有するものに限らず他の基板を用いてもよい。基板１５００のサイズは、６００ｍｍ×７２０ｍｍ、６８０ｍｍ×８８０ｍｍ、１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ、１１５０ｍｍ×１３００ｍｍ、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、１８００ｍｍ×２０００ｍｍ、２０００ｍｍ×２１００ｍｍ、２２００ｍｍ×２６００ｍｍ、または２６００ｍｍ×３１００ｍｍのような大面積基板を用い、製造コストを削減することが好ましい。基板１０上にアルミニウム、チタン、タンタル、又はモリブデンなどの導電膜１１を、噴出口が一軸方向に複数個配列したノズル体を備えた被膜形成手段により形成する。吐出される導電材料は粒径１μｍ程度の金属微粒子を含む導電導性の組成物、或いは、粒径１μｍ程度の金属微粒子と、ナノミクロサイズの超微粒子を導電性の高分子組成物に分散させたものを用いても良い。導電膜１１は溶剤系のペーストの状態で塗出されるので、ガラス基板と密着性が悪い。従って、吐出前に吐出領域をプラズマ処理によってガラス基板表面を水素などの還元性気体や四フッ化炭素（ＣＦ_４）、三フッ化窒素（ＮＦ_３）、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、その他のフッ化物気体と、酸素（Ｏ_２）などを適宜組み合わせて実施の形態で示したように吐出液が納まるよう微小の溝を形成する。溝を形成しなくても、表面の凹凸が大きくなるような処理をして基板との密着性を向上させてもよい。また、放電を安定的に持続させるために、これらのフッ化物気体を、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスで希釈して用いても良い。プラズマ発生の電源は高周波電源または高電圧パルス電源を用いて行い、高周波は１０〜１００ＭＨｚの周波数、パルス電源は周波数が５０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、パルス持続時間が１〜１００μｓｅｃとすることが好ましい。圧力は大気圧又は大気圧近傍の範囲であり、圧力範囲は、１．３×１０^１〜１．３１×１０^５Ｐａとすれば良い。液滴を吐出する際、大気圧より減圧雰囲気である方が、吐出から着弾までに気体分子や浮遊物などに衝突確率が減少するため、着弾精度は良くなる傾向にある。親液性にするためのプラズマ発生に用いる反応ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ等の不活性ガス又は酸素、窒素のいずれかまたは複数適宜選択して用いれば良い。導電膜１１は基板１０の全面に形成する必要は無く、ゲート電極及び配線が形成される領域付近に選択的に成膜すれば良い。導電性金属液を基板上に吐出後、１００℃、３分間乾燥し、２００〜５００℃、１５〜３０分焼成する。乾燥前にローラーなどで導電膜を擦り、平坦化してもよい。

その後、図８（Ｂ）で示すように、プラズマ照射口と組成物の吐出口が一軸方向に複数個配列した液滴吐出手段１３により、密着性が向上するよう酸素、窒素、ヘリウムなどのプラズマを照射後、レジスト組成物を選択的に吐出して、ゲート電極を形成するためのマスクパターン１４を導電膜１１上に形成する。この場合、当該液滴吐出手段は、吐出口が一軸方向にのみ配列されているので、必要な箇所のみヘッドを動作させれば良く（１３ａ）、基板の全面を処理するためには、基板１０とプラズマ照射手段と液滴吐出手段１３のいずれか一方を、或いは両方を移動させれば良い。このような処理は、以下の工程においても同様である。

図８（Ｃ）はマスクパターン１４を用いてエッチングを行いゲート電極及び配線１６を形成する工程である。エッチングは、プラズマの噴出口が一軸方向に複数個配列した被膜除去手段を用いて行う。導電膜１１のエッチングにはフッ化物気体又は塩化物気体を用いるが、ノズル体１５において、この反応性気体は基板１０の全面に噴射する必要はなく、ノズル体１５のうち、導電膜１１が形成されている領域に対向するノズル体１５ａを動作させ、その領域のみを処理するように行えば良い。

図８（Ｄ）はマスクパターン１４を除去する工程であり、プラズマの噴出口が一軸方向に複数個配列した被膜除去手段を用いる。ノズル体１７において、アッシングを行うために酸素プラズマ処理を行うが、これも基板の全面に対して行う必要は無く、マスクパターンが形成されている領域付近のみのノズル体１７ａを動作させて処理を選択的に行えば良い。

図９（Ａ）ではゲート絶縁膜１９、非単結晶シリコン膜２０、保護膜２１の形成を行う。これらの積層体の形成は、それぞれの被膜の形成を担当するノズル体１８を複数個用意して連続的に成膜しても良いし、ノズル体１８を１回走査する毎に反応ガス種を切り替えて順次積層形成しても良い。被膜を形成すべき領域は、基板１０の全面ではないので、例えば、ＴＦＴが形成されるべき領域にのみに、ノズル体１８の全面からプラズマ化した反応ガスを供給して被膜の形成を行っても良い。酸化シリコン膜を形成する場合には、シランと酸素などの酸化物気体を用いるか、ＴＥＯＳを用いるという選択肢もある。ゲート絶縁膜１９は基板の全面に形成しても良いし、勿論、ＴＦＴが形成される領域付近に選択的に形成してもよい。

図９（Ｂ）は、マスクパターン２３を形成する工程であり、組成物の吐出口が一軸方向に複数個配列したプラズマ処理手段と液滴吐出手段２２により、密着性が向上するよう酸素、窒素、ヘリウムなどのプラズマを照射後、レジスト組成物を選択的に吐出して、チャネル部の保護膜を形成するためのマスクパターン２３を形成する。

図９（Ｃ）はマスクパターン２３を用いて保護膜２１のエッチングを行い、チャネル部の保護膜２５を形成する工程である。窒化シリコン膜で形成されるチャネル保護膜はＳＦ_６等のフッ化物気体を用いて行えば良い。

その後、マスクパターン２３を被膜除去手段により図９（Ｄ）の場合と同様に除去する。

図９（Ｄ）は、ＴＦＴのソース及びドレインを形成するための一導電型の非単結晶シリコン膜２７を形成する工程である。典型的にはｎ型の非単結晶シリコン膜を形成するが、ノズル体２６から供給する反応性気体は、シランなどの珪化物気体とフォスフィンに代表されるような周期率第１５族元素を含む気体を混合させて行えば良い。

図１０（Ａ）はソース及びドレインの配線を形成するためにプラズマ処理により密着性を向上させてから、溶媒系の導電性ペーストを塗布して形成する工程である。プラズマ処理手段と液滴吐出手段２８は密着性が向上するよう酸素、窒素、ヘリウムなどのプラズマを照射後、圧電素子を用いて液滴を吐出させる構成を用いても良いし、ディスペンサ方式としても良い。いずれにしても粒径１μｍ程度の金属微粒子を含む導電性の組成物を選択的に滴下して、ソース２９、ドレイン３０の配線パタ−ンを直接形成する。或いは、粒径１μｍ程度の金属微粒子と、ナノミクロサイズの超微粒子を導電性の高分子組成物に分散させたものを用いても良い。これを用いることにより、一導電型の非単結晶シリコン膜２７との接触抵抗を小さくできるという有意な効果がある。その後、組成物の溶媒を揮発させて配線パターンを硬化するには、加熱手段として、加熱した不活性気体を同様にノズル体から吹き付けても良いし、ハロゲンランプヒータやオーブンやファーネス炉を用いて加熱をしても良い。焼成温度は１００℃、３分間乾燥し、２００〜５００℃、１５〜３０分焼成する。乾燥前にローラーなどで導電膜を擦り、導電膜表面の凹凸がなくなるよう平坦化してもよい。

図１０（Ｂ）は形成したソース配線２９及びドレイン配線３０をマスクとして、その下層側に位置する一導電型の非単結晶シリコン膜２７及び非単結晶半導体膜２０のエッチングを行う。エッチングはノズル体３１からプラズマ化したフッ化物気体を照射して行う。エッチングはノズル体３１からプラズマ化したフッ化物気体を照射して行う。この場合にも、吹き付ける反応性気体の量を、配線形成領域近傍と、その他の領域とでその噴出量を異ならせ、非単結晶シリコン膜が露出している領域で多量に噴出することで、エッチングのバランスがとれ、反応性気体の消費量を抑えることができる。

図１０（Ｃ）は、全面に保護膜を形成する工程であり、ノズル体３２からプラズマ化した反応性気体を噴出させて、代表的には窒化シリコン膜３３の被膜形成を行う。導電膜は粒径１μｍ程度の超微粒子であるため接触している薄膜中へ熱拡散することも懸念される。しかし、窒化シリコン膜は酸化膜と比較して拡散防止、保護能力に優れており有効である。また、窒化シリコン膜をより硬いバリア膜にするため窒化シリコン膜にＡｒなどをドーピングしてもよい。

図１０（Ｄ）はコンタクトホールの形成であり、ノズル体３４を用い、コンタクトホールを形成する場所に選択的にプラズマ化した反応性の気体を噴出することにより、マスクレスでコンタクトホール３５の形成を行うことができる。また、プラズマガスの代わりにＨＦ系のウエットエッチング液を用いて局所的にウエットエッチングしてもよい。この時はエッチングが進みすぎないようにエッチング液滴下後、純水を滴下してエッチング液を取り除くようにする。

その後、図１１で示すように、透明電極３７を形成する。プラズマ処理手段と液滴吐出手段３６は密着性が向上するよう酸素、窒素、ヘリウムなどのプラズマを液滴吐出領域に照射後、透明電極になる液滴を吐出する。この場合についても、圧電素子を用いて液滴を吐出させる構成を用いても良いし、ディスペンサ方式としても良い。吐出される透明電極材料は粒径１μｍ程度の金属微粒子を含む導伝導性の組成物、或いは、粒径１μｍ程度の金属微粒子と、ナノミクロサイズの超微粒子を導電性の高分子組成物に分散させたものを用いても良い。酸化インジウムスズ、酸化スズ、酸化亜鉛などの導電性粒子の粉体を含む組成物を液滴吐出手段により形成し、特に、一導電型の非単結晶シリコン膜２７とのコンタクト部の抵抗を低くすることができる。この工程において画素電極が形成される。透明電極材料を吐出後、組成物の溶媒を揮発させて配線パターンを硬化するには、加熱手段として、加熱した不活性気体を同様にノズル体から吹き付けても良いし、ハロゲンランプヒータやオーブンやファーネス炉を用いて加熱をしても良い。焼成温度は１００℃、３分間乾燥し、２００〜５００℃、１５〜３０分焼成する。乾燥前にローラーなどで導電膜を擦り、透明電極表面の凹凸がなくなるよう平坦化してもよい。

以降の工程は、液晶表示装置を製造する場合に必要になる工程であるが以下の工程も非接触の液滴吐出手段を用いる。図１２で示すように、プラズマ処理手段１２０と液滴吐出手段１２１と加熱手段１２２により、配向膜を形成し、ラビング手段１２４によりラビング処理をする。さらにシ−ル材を液滴吐出手段１２５により描画して、散布手段１２６によりスペ−サを散布した後、液晶滴下手段１２７により液晶を基板上に滴下する。

対向側に基板は、他の巻き出しローラー１２８から供給し、張り合わせる。シール材を硬化手段１２９により硬化することにより、二枚の基板を固着する。さらに、分断手段１３０により、適宜パネルサイズに切り出し、液晶パネル１３１を製造することができる。

以上のようにして、本発明の半導体装置の作製方法を用いた表示装置を作製する。

本発明を実施して形成された表示装置を用いて、図１３に例示するテレビ受像器、コンピュータ、映像再生装置その他の電子装置を完成させることができる。

図１３（Ａ）は本発明を適用してテレビ受像器を完成させる一例であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５などにより構成されている。本発明を用いることにより、特に３０型以上の画面サイズのテレビ受像器を低コストで製造することができる。さらに、本発明の装置を用いることにより、テレビ受像器を完成させることができる。

図１３（Ｂ）は本発明を適用してノート型のパーソナルコンピュータを完成させた一例であり、本体２２０１，筐体２２０２、表示部２２０３，キーボード２２０４，外接ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６などにより構成されている。本発明を用いることにより、１５〜１７型クラスの表示部２２０３を有するパーソナルコンピュータを低コストで製造することができる。

図１３（Ｃ）は本発明を適用して映像装置を完成させた一例であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３，表示部Ｂ２４０４、記録媒体読込部２４０５、操作キー２４０６，スピーカー部２４０７などにより構成されている。本発明を用いることにより、１５〜１７型クラスの表示部２２０３を有しながらも軽量化が図られた映像再生装置を低コストで製造することができる。

本実施例は、液滴吐出法を用いて、コンタクトホール（開孔）に液滴組成物を充填させる方法について、図１４〜図１６を用いて説明する。

図１４（Ａ）において、基板３０００上に半導体３００１、該半導体３００１上に絶縁体３００２を有し、絶縁体３００２はコンタクトホール３００３を有する。コンタクトホールの形成方法としては、公知の方法を用いればよいが、液滴吐出法を用いてもよい。その場合には、ノズルからウエットエッチング溶液を吐出することで、コンタクトホール３００３を形成する。そうすると、液滴吐出法により、コンタクトホールの形成と配線の形成とを連続的に行うことができる。

そして、コンタクトホール３００３の上方にノズル３００４を移動させ、該コンタクトホール３００３に液滴組成物を連続的に吐出して、該コンタクトホール３００３を液滴組成物で充填する（図１４（Ｂ））。その後、ノズル３００４の位置をリセットして、選択的に液滴組成物を吐出することで、コンタクトホール３００３に液滴組成物が充填された導電体３００５を形成することができる（図１４（Ｃ））。この方法では、ノズル３００４は同じ箇所を複数回走査する。

次に、上記とは異なる方法について、図１５を用いて説明する。本方法では、ノズル３００４を移動させて、配線を形成する領域にのみに選択的に液滴組成物を吐出して、導電体３００６を形成する（図１５（Ｂ））。次に、コンタクトホール３００３の上方に移動し、該コンタクトホール３００３に連続的に液滴組成物を吐出する。その結果、コンタクトホール３００３に液滴組成物が充填された導電体３００７を形成することができる（図１５（Ｃ））。この方法では、ノズル３００４は同じ箇所を複数回走査する。

次に、上記とは異なる方法について、図１６を用いて説明する。本方法では、まず、ノズル３００４を移動して、選択的に液滴組成物を吐出する（図１６（Ａ））。そして、ノズル３００４がコンタクトホール３００３の上方に到達したら、液滴組成物を連続的に吐出し、該コンタクトホールを液滴組成物により充填する（図１６（Ｂ））。その結果、コンタクトホール３００３に液滴組成物が充填された導電体３００８を形成することができる（図１６（Ｃ））。この方法では、ノズル３００４は同じ箇所を複数回走査することはない。

上記のいずれかの方法を用いることにより、コンタクトホールにも液滴組成物を充填させた導電体を形成することができる。

なお、液滴吐出法を用いると、パソコンなどに入力された回路配線を即座に作製することができる。このときのシステムについて、図１７を用いて簡単に説明する。

基幹となる構成要素としては、ＣＰＵ３１００、揮発性メモリ３１０１、不揮発性メモリ３１０２及びキーボードや操作ボタンなどの入力手段３１０３、液滴吐出手段３１０４を有する液滴吐出装置が挙げられる。その動作について簡単に説明すると、入力手段３１０３により、回路配線のデータが入力されたら、このデータはＣＰＵ３１００を介して揮発性メモリ３１０１又は不揮発性メモリ３１０２に記憶される。そして、このデータを基に、液滴吐出手段３１０４が選択的に液滴組成物を吐出することで、配線を形成することができる。

上記構成により、露光を目的としたマスクが不要となり、露光、現像などの工程を大幅に削減することができる。その結果、スループットが高くなり、大幅に生産性を向上させることができる。また本構成は、配線の断線箇所や、配線と電極間の電気的接続の不良箇所などをリペアする目的で使用してもよい。この場合、例えばパソコンなどにリペア箇所を入力し、該箇所にノズルから液滴組成物を吐出させることが好適である。また、メータ角の大型基板に対しても簡単に配線を形成することができ、さらに所望の箇所に必要な量の材料のみを塗布すればよいため、無駄な材料が僅かとなることから材料の利用効率の向上、作製費用の削減を実現する。

図１は、撥液性表面を選択的に親液性表面形成する手段の構成を示す図である。図２は、親液性表面を選択的に溝形成する手段の構成を示す図である。図３は、プラズマ処理領域と着弾時の液滴径についての概念図である。図４は、本発明に係わるパターン描画手段の一例を示す図である。図５は、本発明に係わるパターン描画手段の一例を示す図である。図６は、プラズマ処理口と液滴吐出口を示す図である。図７は、本発明に係る描画手段の一例を示す図である。図８は、本発明における表示装置の製造工程を説明する断面図である。図９は、本発明における表示装置の製造工程を説明する断面図である。図１０は、本発明における表示装置の製造工程を説明する断面図である。図１１は、本発明における表示装置の製造工程を説明する断面図である。図１２は、本発明に係る表示装置の製造工程を示す図である。図１３は、本発明における表示装置の一態様を示す図である。図１４は、本発明に係る開孔に液滴組成物を充填させる手段の一例を示す図である。図１５は、本発明に係る開孔に液滴組成物を充填させる手段の一例を示す図である。図１６は、本発明に係る開孔に液滴組成物を充填させる手段の一例を示す図である。図１７は、本発明における制御装置の一例を示す図である。

Claims

第１の電極及び第２の電極間にプロセスガスを導入した状態で、前記第１の電極又は前記第２の電極に高周波又はパルス化させた電圧を印加して発生したプラズマを用いて、薄膜表面に選択的に溝又は孔を形成するプラズマ発生手段と、
前記薄膜の溝に液滴組成物を吐出してパタ−ンを作製する液滴吐出手段と、を有し、
前記プラズマ発生手段と前記液滴吐出手段が一体化した構成を有し、
前記薄膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、金属酸化膜のいずれかであることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１において、
前記液滴組成物の前記薄膜表面に対する接触角θは０°≦θ＜１０°であることを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１または２において、
前記液滴組成物は、導電性材料、レジスト材料、高分子材料又は発光性材料であることを特徴とする液滴吐出装置。