JP4917735B2 - パターニング方法、電子デバイスの製造方法、電気光学デバイスの製造方法、導電性内部接続の製造方法、カラーフィルタの製造方法、印刷回路基板の製造方法及びｄｎａ配列マイクロチップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、パターニング方法に関し、特に、電子デバイス、光学デバイス、光電子工学デバイス、それらのデバイスに含まれる内部接続やフィルタの製造に用いるパターニング方法に関する。本発明は、又、そのパターニング方法によって作られたデバイスにも関係する。

これまで、マイクロエレクトロニクスデバイスやマイクロ光電子デバイスは、リソグラフィ工程を使用して製作されていた。フォトリソグラフィは、このような工程の１つの例である。

半導体共役性ポリマー（或いは、有機）薄膜トランジスタ（TFT）がプラスチック基板に形成される低コスト論理回路用に使用される目的で最近提案されてきた。これらのデバイスは、また、光電子デバイスにも使用することができ、高解像度アクティブ・マトリックス・ディスプレイの画素スイッチとして使われることができる。共役性ポリマー材料を適切に選択することによって、薄膜回路の導電体、半導体、抵抗体の領域のすべてが形成できる。

共役性ポリマーの溶液を形成して、ホスト基板上の選択された場所にポリマー溶液を滴下させるためにインクジェット式印刷技術を使用することが、提案されてきた。しかしながら、インクジェット式印刷技術で達成される解像度には限界がある。なぜなら、インクを紙に滴下させるような従来のインクジェット式印刷とは異なり、非吸着基板上に滴下した液滴は、乾燥に至る前により広がる傾向があり、広がる度合いは液滴と固体基板との界面エネルギーおよび表面エネルギーに依存する。

さらに、印刷による電子デバイスや光電子デバイスに要求される解像度は、紙にインクを印刷するに要求されるものよりも遥かに高い。したがって、インクジェット式印刷技術を使用して高解像度パターンを印刷するためには、濡れ性のプレ・パターンが、実際にパターンをインクジェット式で滴下するための前駆体として、ホスト基板上に形成される。

第１図は、基板４上に作られた直立した撥液性の帯板２という形態のプレ・パターンの例を示す。当該パターンを形成する材料は、第１図に示されるような、一連の液滴６として帯板２の近傍の基板上に滴下される。帯板が基板表面から上方へ伸びているので、それは、基板表面を横切って流れる当該材料の液滴の流れを確実に抑制する物理障壁として作用する。それ故に当該材料は図１に示される例の細長い帯のように基板上で必要なパターンとなることが予想される。しかしながら、小板２の材料は、また、液滴６の材料をはじくように選択される。このように、溶液の材料の液滴が帯板の近傍に滴下される場合、液滴は基板上で広がるが、帯板２によってはじかれる。故に基板上の溶液は、第１図に示すように、撥液性の帯板上へ広がることが制限され、該帯板の側面に沿って配列する。

しかしながらこのようなプレ・パターンは、フォトリソグラフィまたはソフトリソグラフィによって作製される。フォトリソグラフィにおいては、スピンコートされたフォトレジスト層が基板上に形成され、当該層は、当該基板に対しフォトマスクないしレチクルで成るマスターでパターンをアライナーないしスッテパーによって青色光ないし紫外線で露光される。そして、露光されたフォトレジストは、基板上のフォトレジストのパターンが得られるよう現像される。滴下一般的には、この工程に続いて、プレパターンとなる材料をエッチングしたり滴下したりする。フォトリソグラフィによって達成される解像度は、主に露光する光の波長およびアライナー又はステッパの光学系によって大きく決定される。これらの工程は非常に高い解像度を達成できると広く認められるが、しかし、フォトマスクは相対的に高価であり、全工程では多くの工程ステップを必要とする。

TFTアクティブ・マトリックス方式を用いる表示装置のような多くの工業的応用において、大型の表示エリアの要請が高まってきており、これにより大型の基板が必要となってきている。しかし、この種の大きい基板が曲がることを呈する傾向があることが分かってきた。そして、それにより、フォトマスクと基板との間で十分に正確な解像度および位置合わせ精度を達成することが困難となる。さらに、少なくとも基板が比較的大きい場合、フォトリソグラフィ工程を数回行わなければならず、これにより、パターニングを必要とする基板面積全体にわたって十分な精度で繰り返しの位置合わせをおこなうことが困難となる。しかし、これらの問題点を軽減するために、デバイスを製造する者は、パターニングの形成の用途のみならず、実際のTFTを作る製造工程のために、一般に十分に高い解像度および正確な位置合わせ精度を有する単一のアライナーを使用する。このようなアライメントシステムは購入費や維持費が高く、さらに、アライナーを使用した工程を実行するにも高くつく。それ故、ディスプレイの製造コストを上げる要因となる。全体的に、リソグラフィ技術は、全体的な製造効率、精度、コストを考慮すると、十分とはいえない。

ホスト基板の表面上にパターン化した、はじく単分子層としてプレ・パターンを提供することも、提案されていた。このパターン化した単分子層は、まずは、比較的柔らかいゴム状スタンプ上に形成され、それからソフトリソブラフィ法を使用して、ホスト基板へ転写される。

しかし、転写の際」、スタンプがひずむことはめずらしくなく、このひずみは、ゴム状スタンプが大きくなるにつれ、悪化し、より問題となる。。それゆえに、この技術は、より大型化した基板には不向きである。さらに、転写されたパターンは、単分子層で非常に薄いために、その転写層をチェックするのは大変困難であり、転写層の誤差や欠陥を現実の作業工程で検知することは不可能である。このような撥液性単分子層の例が第２図に図式的に示されている。

したがって、上記の方法のどちらも、適切なコストで満足のいく望ましいパターニング技術を提供していない。

本発明の一態様におけるパターニング方法は、基板にインデント部を形成することにより、前記基板の非インデント部に配置される第１の面と、前記インデント部の底面である第２の面と、前記インデント部の壁面であり、前記第１の面と第１の角をなして隣接し、前記第２の面と第２の角をなして隣接する第３の面と、を形成する第１の工程と、 前記第１の工程の後に、前記第１の面に第１の液体材料を配置する第２の工程と、を含み、 前記第１の工程は、前記インデント部に複数のインデントを形成する工程を含み、 前記第１の面と前記第３の面との境界線は前記第１の液体材料の拡散を制御する第１の障壁として作用し、前記複数のインデントの断面は、城郭状の形状を有し、前記複数のインデントの表面と側面との境界線が前記第１の液体材料の拡散を制御する第２の障壁として作用することを特徴とする。
上記の本発明に係るパターニング方法は、基板にインデント部を形成することにより、前記基板の非インデント部に配置される第１の面と、前記インデント部の底面である第２の面と、前記インデント部の壁面であり、前記第１の面と第１の角をなして隣接し、前記第２の面と第２の角をなして隣接する第３の面と、を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記第１の面に第１の液体材料を配置する第２の工程と、を含み、 前記第１の工程は、前記インデント部に複数のインデントを形成する工程を含み、前記第１の面と前記第３の面との境界線は前記第１の液体材料の拡散を制御する第１の障壁として作用し、前記複数のインデントは、前記第１の液体材料の拡散を制御する第２の障壁として作用することを特徴とする。
また、上記の本発明に係るパターニング方法の態様のひとつは、第１の面と、第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間に位置する第３の面と、を有し、前記第１の面と前記第３の面とが劣角をなして隣接し、前記第２の面と前記第３の面とが優角をなして隣接するものである基板の、前記第１の面に第１の液体材料を配置する第１の工程を含む、ことを特徴とする。上記パターニング方法において、前記劣角とは前記基板の断面において前記第１の面と前記第３の面とがなす角のうち小さい方であり、前記優角とは前記基板の断面において前記第２の面と前記第３の面とがなす角のうち大きい方である、ことが好ましい。また、前記第１の面と前記第３の面との境界線における前記第１の液体材料の前記基板に対する実効的接触角が前記第２の面と前記第３の面との境界線における前記第１の液体材料の前記基板に対する実効的接触角よりも大きいものである、ことが好ましい。また、前記第１の面と前記第３の面との境界線が前記第１の液体材料の拡散を制御する障壁として作用するものである、ことが好ましい。また、前記第２の面が前記基板に形成されたインデント部の底面であり、前記第３の面が前記基板に形成されたインデント部の壁部である、ことが好ましい。また、前記第１の液体材料を配置する工程のまえに、前記基板に前記１の面と、前記第２の面と、前記第３の面と、を形成する第２の工程、を含む、ことが好ましい。また、前記第２の工程が、第前記基板に金型を押印する工程と、前記金型を押印したあと、前記基板を加熱する工程と、を含む、ことが好ましい。また、前記第２の工程が、前記基板の材料を成型に射出して形成する工程、を含む、ことが好ましい。また、前記第１の工程が、インクジェット法によって前記第１の液体材料を配置する工程、を含む、ことが好ましい。また、前記第２の面が複数のインデントを有するものである、ことが好ましい。また、前記複数のインデントの断面が城郭状の形状を有している、ことが好ましい。また、 前記複数のインデントの断面が鋸歯状の形状を有している、ことが好ましい。また、前記第１の液体材料が半導体材料を含む、ことが好ましい。また、前記第１の液体材料が導電材料を含む、ことが好ましい。また、前記導電性材料が導電重合体材料である、ことが好ましい。また、前記導電性材料が溶媒中の金属分子のコロイド懸濁からなる、ことが好ましい。また、前記基板が第４の面と第５の面とを含み、前記第４の面が前記第２の面と前記第５の面との間に位置し、前記第５の面と前記第４の面とが劣角をなして隣接し、前記第２の面と前記第４の面とが優角をなして隣接するものであり、前記第１の工程が、前記第５の面に第２の液体材料を配置する工程、を含む、ことが好ましい。
また、本発明に係るトランジスタの製造方法の一態様は、上記のパターニング方法を用いて前記第１の面に前記第１の液体材料を配置し、前記第５の面に前記第２の液体材料を配置する工程と、前記第１の面と前記第５の面とのギャップがトランジスタのチャネルになるよう、前記第１の液体材料を用いて前記第１の面に前記トランジスタの第１の電極を形成し、前記第２の液体材料を用いて前記第５の面に前記トランジスタの第２の電極を形成する工程と、を含む、ことを特徴とするものである。
また、本発明に係る電子デバイスの製造方法の一態様は、上記のパターニング方法を用いて電子デバイスを製造することを特徴とするものである。
また、本発明に係る電気光学デバイスの製造方法の一態様は、上記のパターニング方法を用いて電気光学デバイスを製造することを特徴とするものである。
また、本発明に係る導電性内部接続の製造方法の一態様は、上記のパターニング方法を用いて導電性内部接続を製造することを特徴とするものである。
また、本発明に係るカラーフィルタの製造方法の一態様は、上記のパターニング方法を用いてカラーフィルタを製造することを特徴とするものである。
また、本発明に係る印刷回路基板の製造方法の一態様は、上記のパターニング方法を用いて印刷回路基板を製造することを特徴とするものである。
また、本発明に係るＤＮＡ配列マイクロチップの製造方法の一態様は、上記のパターニング方法を用いてＤＮＡ配列マイクロチップを製造することを特徴とするものである。
本発明の目的は、プレ・パターンが効率的で経済的な方法で形成されることを可能にした改良されたパターニング方法を提供することである。

本発明によれば、基板の表面にインデント（刻み目）領域を形成し、該表面上の選択された場所に液体材料を滴下して該材料の該表面上での広がりを該インデント（刻み目）領域によって制御することを特徴とするパターニング方法を提供する。

液体材料は、インクジェット式印刷技術を使用して滴下することが好ましい。

該インデント領域は該基板に対し実質的に直角かあるいは傾斜してなる壁部によって形成されてもよい。

さらには、該インデント領域は、該材料の該表面上での該広がりをさらに制御するような第２の障壁を有する断側面によって形成されてもよい。

該第２障壁は、該インデント領域が城郭状あるいは鋸歯状の断面側面を有するものであってもよい。

ある実施例では、該パターニング方法は、細長い形の第１および第２のインデント領域を押圧形成し、該第１および該第２のインデント領域から間隔を隔ててそれらの間に配置されてなるさらなる細長いインデント領域を押圧形成し、該さらなる細長いインデント領域は実質的に平らな底面を有するものであってもよい。

さらには、該材料は半導体材料から選択されてもよく、該選択された場所は該細長い形のインデント領域間の表面で形成されることにより、該さらなる細長いインデント領域の幅で決定されるチャンネル長と該さらなる細長いインデント領域の長さで決定されるチャンネル幅とを有する薄膜トランジスタのソースドレイン領域が形成されてもよい。

該半導体材料は、重合体材料から選択されるのが好ましい。

薄膜トランジスタのソースドレインを形成するパターニング方法の好ましい形態において、さらには、該第一および第2のインデント領域が該第２障壁の断側面プロファイルからなるよう選択されてもよい。

本発明の他の実施例において、該パターニング方法は、２つの隣接並置されてなる細長いインデント領域を形成し、該材料は導電材料から選択され、該選択領域は細長いインデント領域間の表面を構成することにより、電気的導電電極を提供してもよい。

さらには、該基板表面の該滴下される材料に対する濡れ性を調整してもよい。

本発明の好ましい形態において、インデントまたは複数のインデントは、のぞましくはスタンピング技術ないし、成型技術を用いて、表面を押圧することによって、形成してもよい。

第３aー３c図は、本発明のパターニング方法を例示する。インデント部8は、適切な技術によって、基板4の上の表面10に押圧形成される。第３a図においては、インデント部8は基板の横の縁12まで延長された細長い形で示されているが、インデント部8と表面１０の間の境界線１４で、表面１０が不連続性を形成するかぎり、該インデント部は、いかなる望ましい形で、基板上のいかなる場所において形成されてもよい。

基板10に所定のパターンで形成されることになる材料16は、インクジェット式プリントヘッド（図示せず）から該材料を含む溶液が液滴18として連続的に吐出されることによって、滴下される。該材料16が表面１０の任意の選択位置に滴下されることで、第３b図に示すように、該材料は、インデント8内の境界線ないし端部まで流れる。。境界線14はまっすぐな端部となっているので、滴下された液滴は境界線に沿ってかつインデント8に注ぐような直線状のパターンを形成することになる。さらにもし、材料16がインデント8の反対側の表面10上に類似した方法で滴下される場合、インデント部8の直線境界線20にそって材料が濡れ広がるされるように制御され、それによって正確にインデント部8の幅で規定される一定間隔を持った２つの空間領域22、24が形成される。

本発明の原理について第４a 図４b図を用いて説明する。

溶液中の材料の液滴がガスの環境内での固体の表面上へ滴下するときに、3つの明確な界面エネルギーが存在する。即ち、気体と液滴との間の界面エネルギー、気体と固体との間の界面のエネルギー、そして、液体と固体との界面のエネルギーである。表面上に滴下した液滴の大きさと形はこれら界面のエネルギーのバランスによって決定される。

第４a図にて示すように、表面上の液滴は表面に対し、接触角度θを呈することが知られている。

接触角度は、主に、液滴と表面間の界面のエネルギーに依存する。それは、液体と固体との間の相互作用が、液体と気体および固体と気体の両者の相互作用よりも大きいからである。接触角度が比較的少ない場合、液滴と表面間が濡れ性を示し、液滴と表面間の接触線は大きくなりやすくかつ滴下した液滴は第４a図で示す比較的平坦な半球形の形を仮定している表面全体に広がる傾向がある。逆に、接触角度が比較的大きい場合、液滴と表面間が非濡れ性ないし撥液性を示し、界面エネルギーが比較的大きいため、接触線は後ろに退きより小さくなる傾向がある。このように、滴下した液滴は、表面全体にわたりあまり拡散することなくより球形の形を維持する。

第４b図に示すように、基板4に２つの近接したインデント部8が設置されている場合、もし、接触角度θを有する溶液材料の液滴がインデント部8間の表面26の一部上へ滴下する場合、接触角度θは液滴に対する表面の接触線のすぐ外にある表面に対応して維持される。第４b図に示される実施例において、液滴の接触線のすぐ外にある表面は、インデント部8の１方にある垂直な配向面28へ落ち込んでいる。それゆえに、インデント部8間の領域26は、領域26と同じ領域が第４a図で示すような平らな表面である場合にくらべ、より多くの液体の体積を支えることができる。これは、滴下する液体がインデント8の端部によって領域26内に制限されることを意味する。

液滴がインクジェット式ヘッドによって領域26の上へ滴下する場合、滴下した液体はインデント部8の各々の端部まで広がり、そして、接触角度が第４b図の接触角度θを超えない限り、当該端部で液滴の広がりが止まる。したがって、インデントのこのような落込端は、液体の広がりを制御するための有効な障壁として作用する。これは直観に反している。それは、落込端は、液体の広がりを禁ずるよりはむしろ、液体の広がりを促進すると思われるからである。第１図に示されるような直立した障壁構造は、一見して物理的な障壁外観を有するので、液体の制御においてよりよいと思われる。重力が液体の広がりに支配的な役割をもつ場合、これは真実である。しかしながら、インクジェットによる滴下のような小さい環境においては、液滴の大きさは数十ミクロンのオーダであり、重力が液体の運動を支配しないで、界面エネルギー（または表面張力）がそれを支配する。したがって、重力の効果が無視できる場合、インデント部の落込端は、非常に効果的に障壁として働く。

第１図の構成のように濡れ性（または界面エネルギーのコントラスト）にコントラストがあるときに、滴下した液体が後ろに退くことは予想できる。このように、液滴が第１図に示される障壁領域2の上へ滴下するときでも、液滴は障壁領域に隣接した井戸領域へ移動することができる。そして、その領域は濡れ性をもつ表面を有する。しかしながら、同様なあるいは同一の濡れ性をもつ材料がインデント領域に用いられる場合、液滴はインデント部間の領域に滴下される必要がある。液滴がインデント部の端部、または実際のインデント部の領域上に滴下する場合、インデント部によって提供される障壁効果は消失し、インデント部間の領域に滴下された液滴の液体の一部も広がりし始める。これは、液体と表面の間の均一な界面エネルギーに起因するものである。

液滴がパターニング用材料を一定の濃度で含有して、固定された体積を基板上のより狭い領域に閉じ込めると、液滴が基板上で乾燥してできるパターンの厚さは、平坦な基板上で単純に同じ濃度、体積の液滴を滴下して乾燥してできたパターンの厚さより大きくなる。したがって、この特徴により、基板上でパンターニングされ滴下された材料は、狭いが厚いラインを形成する。このように、滴下材料として導電性の（例えば3-4-エチレンジオキシチオフェン（PEDOT））重合体が選ばれる場合、比較的高い導電性で低い抵抗を有する幅が狭い電極線を製作することが可能である。そして、そのような線は、特にマトリックスアドレス方式のディスプレイに適している。

第５図は、基板表面に押圧されたインデント部用に適用できる断側面プロファイルの実施例を示す。第５図に示されたプロファイルは、本発明の方法で適用されるプロファイルを単に例示しただけにすぎず、その他のプロファイルも当業者であれば当然に思いつくものである。

第５図中の例から分かるように、実施例(a)に示すような基板平面に対して実質的に直角な壁面を有する矩形インデント領域など様々なプロファイルの形態を適用できる。あるいは、インデント部は、実施例（b）および(c)で示すように、表面10と関連した角度で傾斜する壁部を備えてもよい。この場合、実施例（b）で示すように、壁部は、表面10をアンダーカットするような方向に傾斜し、表面10でのインデントの寸法より大きい底面30を形成してもよい。あるいは、実施例(c)で示すように、表面でのインデントの寸法より小さい底面30になるように、壁部は表面10に対して鋭角で傾斜してもよい。

第５図の実施例（b）の「実効的」接触角度が実施例(c)の「実効的」接触角度より大きいことは、第４図に関連して、上記説明から理解できることである。。そのため、同一の溶液中の材料、基板の表面材料を用いた際、実施例（ｂ）では実施例（ｃ）より、多くの液滴をインデント部近傍に選択的に、つまり基板表面とインデント部の壁部との境界を破ることなく、滴下することが可能である。

第５図の実施例（d）（e）では、インデント部のプロファイルの別の事例が示されている。事例(a)(b)(c)でも認識されるように、もし、境界線１４が滴下された液滴によって破られた場合、滴下材料はインデント部に流れ、インデント部の底面３０が実質的に基板の表面１０に平行であることから、液滴とインデントの底面との間の接触角は、基板の表面と液滴とのなす接触角と同一となる。

実際問題として、滴下する液滴の直径と比較してインデント部は比較的狭い幅である。例えば、第５図(a)のプロファイルでは、滴下材料がTFTのソース電極Sおよびドレイン電極Dを形成するためにインデント部８のいずれの側面に滴下する導電性ポリマーであった場合、そのソース電極およびドレイン電極間の隙間で決まるインデント８の幅Lは、TFTのチャネル長を規定する。したがって、インデントの幅Lにより、本質的に、チャネル領域の長さが定義される。多くの実用的な応用では、チャネル領域は、20ミクロン未満の、好ましくは約5ミクロンの領域の長さでなければならない。これはディスプレイ用アクティブ・マトリックス駆動方式のようなある応用においては、TFTのドレイン電流がチャネル長に反比例するという理由からである。そして、TFTのドレイン電流はディスプレイの速度および開口比を決定する重要なパラメータである。したがって、液滴の典型的な直径が約30ミクロンなのに対して、インデント8の幅Lは典型的に約5ミクロンということもある。

上記したように、インデント部8は典型的には約100ナノメートルの深さを有する。故に、もし基板表面上の滴下領域で表面エネルギーおよび界面エネルギーが変化すれば、境界線14が滴下した液滴で破られることとなり、 滴下した液滴はインデント部全体に渡って広がって、インデント部の反対側にある基板表面でパターン化された材料に接触する可能性が高い。このことは、ソース電極Sおよびドレイン電極Dの間での短絡または潜在的な故障を引き起こすこととなる。そして、欠陥のあるTFT、または使用中に確実に壊れてしまうTFTを与えることとなる。

故に、第５図と実施例（d）と（e）に示されるプロファイルは、滴下した液滴の境界線１４を越えた広がりに対し第２障壁を提供するよう設計されている。実施例（d）のインデントは城郭風の断側面を有する、そして、実施例（e）のそれは、鋸歯状の断側面を有する。各々のこれらの実施例において、プロファイルは、主に、第５図の実施例（d）で境界線14、14aおよび14bとして示される複数の境界線を提供する。もし、境界線14を滴下した液滴が超えた場合、当該材料は、基板表面の部分３２を横切って境界線14と同じ機能を有する境界線14aへ流れ込む。同様にして、境界線14aを超えた場合、境界第14bは、インデントの反対側に滴下する材料の更なる広がりを制御するために、境界線14および14aと同様に作用する。

それ故に、境界線14は、液滴の拡散を制御する主要な障壁として作用し、境界線14aおよび14bは、液滴の拡散を制御する第２の障壁として作用する。さらに、インクジェット技術に精通している人にとりよく知らされているように、残留物がインクジェットヘッドの放出開口部のまわりで滴下することは珍しくなく、この残留物によってインクジェットヘッドから射出される液滴の飛行経路が、小し歪むことがある。従って、射出された液滴の飛行方向は、必ずしも、射出された液滴の滴下する表面に対して、直角でよいというわけでない。その結果、液滴は基板上の意図された滴下場所から僅かに移った位置へ滴下することがある。これにより、液滴は、境界線14にまたがっている基板上へ、実際に滴下することになる。このようなことが生じるので、インデントの反対側に液滴の拡散を制御する境界線14aおよび14bは、特に有益であるといえる。

第５図の事例(f)は基板表面に押圧する複数のインデントを示しており、当該材料は、インデント間に配置された基板上のこれらの部分にインクジェットでパターン化される。このように、液滴の拡散は、第４b図に関連して記述されたようにインデントの幅と関連して、両方向で制御される。故に、各々の液滴の有限の容量が基板表面の狭い領域内で維持される。その結果、基板の表面を横切る単一方向での液滴の拡散を制御するための単一のインデントを用いて得られたパターン化された材料の厚みと比較して、より厚いパターン化された滴下材料が得られる。このことは、第５図において実施例(a)および(f)のパターン化された材料のプロファイルを比較することによって解る。

第５図の実施例（g）において、実質的に平らな底面を有する制御用インデントが提供され、これは第２障壁機能を提供している断面プロファイルを有するインデントによって、いずれの側においても制御される。この特定の実施例においては、鋸歯状のプロファイルが示さているが、城郭状の側面も使われてもよい。実施例（g）に示されるプロファイルは、特にTFT製作ために有益である。インデント34および36の鋸歯状プロファイルは側面は、第２障壁機能を提供し、これは滴下した液滴が基板の部分38および40に確実に保持されるのに有益である。しかし、上記したとおり、TFTはできるだけ短いチャネル長を維持することが重要である、これは、なめらかな底表面をもつ中央に配置されたインデント42を提供することによって可能となる。

このようなインデントは、適当な工程によって表面10から基板へに拡大することで提供できる。第６a図および第６b図は、刻印金型44がインデント8を押圧するに使われる工程を示す。金型44は、概して金属から作られており、基板4の表面に押圧されるインデント8の必要なパターンに相当する投影パターン46を備えている。金型44は、基板に近接して取り付けられ、インデント8のパターンを基板に押印するため基板表面に接触して押圧される。該基板は、必要に応じ、該工程を補助するために加熱される。

インデントを押圧するための別の方法が、第７a図および第７c図に示される。該実施例において、硬化材料48の一定量が、平らな支持板50に配置される。プレート52には、第６a図および第６b図に示された金型スタンプ44と同様の方法でインデント8の必要なパターンに相当する投影パターン54が備えられている。そしてそのプレートは支持板５０に向かって可動となっている。これにより、第７b図に示すように、硬化材料が、支持板全体に渡って拡散し、プレート上の投影パターン間の隙間にも広がる。故に、支持板50およびプレート52は、材料48に対し、成型のための2つの対抗した側面として作用する。

材料48はその後支持板を通過する紫外線（UV）ないし、加熱によって硬化する。材料48が紫外線の使用によって硬化する場合、支持板50は紫外線が材料48に到達可能なものが選ばれる。その後、第７c図に示すように、プレート52は、硬化した材料48に形成されたインデントの必要なパターンを有する２層基板を残して支持板から遠ざけられる。

インデントは好ましくは約100ナノメートルの深さを有し、上述したインデント工程のいずれにおいても、金型スタンプ44またはプレート52は、基板表面にある必要なインデントのパターンを作成するのに繰り返して使うことができる。これは、インデントのパターンの形成が必要とする毎に、比較的面倒な工程ステップが繰り返されなければならないリソグラフィ技術を使用する際に特に有利である。

インデントの約100ナノメートル（50ナノメートルから300ナノメートル）の深さは、障壁としての有効性および単純な形成工程という２つの観点から本発明に適している。理論的には、本発明の障壁効果はインデントの深さとは無関係であるが、あまり浅いインデントが必ずしも信頼できるというわけではない。これは、端部の曲率半径および欠点によるためである。インデントの端部で充分な障壁効果を得るために、端部は鋭敏な輪郭でなければならない;換言すれば、端部は深さと比較して小さい曲率半径であるべきである。曲率半径が10ナノメートル未満を達成した場合、50ナノメートル未満の深さを有するインデントは効果的に障壁として働くことができる。欠陥は端部を鈍くし、端部上に液体が流れる破損に至る。故に、特にインデントの端部から欠陥が除去されることが、重要である。

インデントを有するプラスチック基板は、プラスチック成型によっても形成することができる。溶解したプラスチック材料は表層上にパターンを刻印した成型に射出され、そして、冷却後に、インデントを有するプラスチック基板が容易に形成される。インデントは、また、従来のフォトリソグラフィ技術によって製造されることもできる。現像されたフォトレジストの構造は、液体が残留するフォトレジスト・パターンの上へ滴下するときに、障壁として機能することができる。さらに、エッチング工程が、インデントを形成するためにフォトリソグラフィに続けて行われる。エッチング工程は特により信頼できる障壁効果をもつ鋭いインデント端部を形成するために適切である。

フォトリソグラフィ技術がインデントを形成するために適用される場合、インデントの底領域は、液体が滴下する他の領域と異なる材料から成る。たとえば、基板に滴下したフォトレジストまたは薄膜が残留することにより、他の領域が提供され、基板の元の表面はインデントの底面を提供する。インデント底面の材料が滴下する液体に対してより少ない濡れ性を有する場合、この構造は障壁効果に関してより強い。それは、インデント端部の障壁効果によって、インデント底面と材料が滴下されたとされる他の領域との間の濡れ性のコントラストがより補強されるからである。

以上、本発明のパターニング方法によって電気光学デバイスのマトリックスアドレス駆動方式にとくに有効である導電重合体の長く狭い線が形成できることを説明した。第８図は、この方式の実施例を示す。

このアドレス駆動方式は、マトリックス状に配列した複数の画素電極62から成る。

導電性材料のデータ線64は、画素電極間の比較的狭い隙間66に配置される。第８図には、1本のデータ・ラインだけが示されているが、アドレス駆動方式では、マトリックスの各行と列に数百の画素電極を有するマトリックスから構成されており、このようなデータ線が数百本含まれる。

各々のデータ・ラインは拡大された幅の部分68を含み、この実施例において、これらはそれぞれ各々の画素電極62の1つの角に隣接して位置される。第８図に角部70として示される画素電極の角部とともに拡大された幅の部分68は、TFTのソースドレイン電極として機能する。このTFTは、各画素電極に重ね合せて配置されたディスプレイの画素を駆動するのに用いられる。このTFTは、第８図の1点鎖線72によって図式的に示される。

画素電極62の角部および部分68は鋭い角として示されているが、これらは丸くなった角として作られてもよい。丸くなった角の場合、鋭い角を有する場合にくらべ滴下した液体で、充分容易に電極領域が満たされる。

第８図に示されるソースおよびドレインはその間にあるまっすぐなギャップ（チャネル）と隣接している。しかし限られた面積内で大きなチャネル幅を得るために、各々が櫛歯状の互いにかみ合うようなソースドレイン電極を提供することが可能である。この場合、液体は互いにかみ合うような櫛歯形の突起領域に滴下する。このように、櫛歯に隣接した領域に滴下した液体は、櫛歯領域まで拡散し、突起領域全体を覆うことにより、櫛歯形電極を提供する。

アドレス駆動方式を採用しているディスプレイの開口比は、イメージをユーザに表示のために用いることがあるディスプレイ面積に対する全体のディスプレイ領域の割合によって決定される。該開口比は、高いコントラストと高輝度の表示を提供するためにはできるだけ大きいことが必要である。それゆえに、画素電極62間の隙間66は、これらの領域が画像表示のために用いられないように、できるだけ狭くしなければならない。

しかし、当該隙間66はデータ・ライン64の場所を提供するために必要である。それ故、データ・ラインは、非常に狭く構成されるべきでまっすぐな導電帯はディスプレイ・マトリックスの全体の長さを延長することを必要とする。

ディスプレイの消費電力条件を最小にするために、データ・ラインを通過するデータ・パルスは比較的低い電位になりこれらのパルスは、ディスプレイの画素に有効に伝達されねばならない。データ・パルスがデータ・ラインに付与されると、印加パルスの電位は線の固有の電気抵抗のために、データ・ラインに沿って低下する。これが適切に制御されない場合、ディスプレイ画像の輝度は非均一となる。したがって、データ・ラインは高い導電性を有する必要があるが、同時に開口比が低下しないように最小の幅を有することも必要となる。これらは、対照的な必要条件である。

故に、第８図の実施例において、画素電極62間の隙間66には、２つの押圧インデント74および76とその間に基板表面の狭い部分78が形成されている。インデント74および76間の隙間は、データ・ライン64の必要な幅として定義される。コロイド金属懸濁液、PEDOTまたは溶液中のポリニレン（PANI）のような導電性材料がインクジェットヘッドによって狭い部分78へ選択的に滴下されると、第５図の実施例(f)に関して記載されているのと同様の方法で、第８図に示される横方向XおよびYへの滴下溶液の拡散を制御する。それゆえに、導電性材料は、比較的薄く滴下することができ、適度に定義された線は高さにおいて比較的厚く形成される。このように、データ・ラインは比較的高い導電率を備えることができるので、ディスプレイの一様性および輝度が強化される。

溶媒中に分散する分金属分子を含むコロイド金属懸濁液は、特に高い導電率を提供する。しかしながら、溶媒が有機溶媒である場合、一般に平表面上で狭い（又は高解像度の）パターンを形成するのは困難である。それは、相対的に高い表面張力を有する水をベースとした溶液ないし懸濁液に比べ、低い表面張力を有するため容易に拡散するからである。従来の濡れ性プレ・パタニング技術でも、表面と溶媒との間の界面エネルギのため、高解像度印刷を達成するための十分な濡れ性コントラストを得るのは難しい。しかしながら、本発明のインデント構造では、特にこのような溶媒ベースの溶液や懸濁液でも障壁として有利であることがわかった。インデント側壁と隣接した表面との間の角度は、障壁としての効果に影響を及ぼす支配的な要因であり、液体の表面張力は最小の影響を与える。

したがって、本発明の構造は、低い表面張力を有する液体による滴下したパターニングに特に有利であり、適している。

電子デバイスないし光電子デバイスのインクジェット式パターニングに関連する懸念は、インクジェットヘッドとホスト基板間のアライメントである。滴下する液滴の飛行経路はそれに必要な滴下期間全体にわたって変化し、それ故に製造工程での滴下アライメントの周期的点検が必要となる。これは基板に戦略的に滴下される滴下アライメントマークを用いることによって達成できることが提案されてきた。３本以上のリムを有するマルタ十字架のような十字状のアライメントマークが特にこの目的のために有益であることわかった。特に、これらのアライメントマークは、本発明に関するインデントとして提供される。この種のマークの実施例は、第８図の4本のリムを有する十字架80として示されている。

表面と溶媒間の界面エネルギーを考慮して、場合によっては表面上に薄いコーティングをすることは有益である。たとえば、液体材料として上述したPEDOTを使用する場合、基板表面をアルミニウムで薄くコーティングすることによってさらなる改善がある。

コーティングが実施される場合、それがPEDOTの滴下の前であるならばインデントが形成される前か後のどちらでも、構わない。

第９図は、アクティブ・マトリックス型ディスプレイデバイス（又は装置）を示す回路構成図であり、電気光学要素の実施例として有機エレクトロルミネセンス素子が配置され、本発明のパターニング方法にもとづき形成されるアドレス駆動方式を有する。この図に示されるディスプレイデバイス200においては、複数の走査線"gate"、走査線"gate"が延長される方向と交差している方向に延長している複数のデータ線 "sig"、複数のデータ線 "sig"に実質的に平行な複数の共有電源線"com"、およびデータ線 "sig"と走査線"gate"とが交差した所に配置された複数の画素201などが配置されている。

各々の画素201は、走査信号が走査ゲートを介してゲート電極に供給される第1のTFT 202と、第1のTFT 202を経由してデータ線"sig"から供給される画像信号を保持してなる保持容量"cap"と、保持容量"cap"に保持された画像信号がゲート電極(第２ゲート電極)に供給される第２TFT230と、エレクトロルミネセント素子（抵抗素子として示されている）のような電気光学素子204が第２TFT230を介して共有電源線"com"に電気的に接続されると電力供給線"com"からの駆動電流が流れる当該電気光学素子204 とから構成されている。走査線"gate"は、第１駆動回路205に接続され、データ線"sig"は第２駆動回路206に接続されている。第1回路205および第2回路205のうちの少なくとも1つは、好ましくは第1TFT 202および第2TFT 203が形成されている基板より上に、形成される。本発明の方法によって製造されるTFT の配列は、好ましくは第1の駆動回路205、第2の駆動回路206、第1TFT 202および第2TFT 203の配列のうちの少なくとも1つに適用される。

故に、本発明は、多くの種類の移動ディスプレイ、例えば携帯電話、ラップトップ・パソコン、DVDプレーヤ、カメラ、野外での機器、例えばデスクトップ・コンピュータ、CCTVまたは写真アルバムのような携帯ディスプレイ;例えば自動車または航空機用の計器板のような計器板;または制御室設備用のディスプレイのような産業用ディスプレイに配備されるデスプレイや他のデバイスを製造される場合に適用されてよい。言い換えれば、本発明の方法によって製造されるTFT 配列が応用される上述した電気光学装置あるいはディスプレイは、例示したような多くの機器に適用される。

以下、本発明により製作される電気光学ディスプレイ装置を使用したさまざまな電子装置について説明する。

「1: 移動型 コンピュータ」
上記実施例のうちの１つを用いて製造したデスプレイをパソコンに適用する例を以下に示す。

第１０図は、このパソコンの構成を例示している等角投影図である。当該図において、パソコン1100はキーボード1102およびディスプレイ装置100を含む本体1104を備えている。ディスプレイ装置100は、上記の通り、本発明のパターニング方法に基づき製作されるディスプレイ・パネルを使用して構成される。

「2:携帯型電話器」
さらに、ディスプレイデバイスが携帯型電話器に適用される例について説明する。

第１１図は、ポータブル電話の構成を例示している等角投影図である。当該図において、ポータブル電話1200は、複数の動作キー1202、イヤホーン1204、送話口1206およびディスプレイ・パネル100を備えている。このディスプレイ・パネル100は、上記の通りに、本発明の方法に従って製作されるディスプレイ装置を使用して構成される。

「3:デジタルスチルカメラ」
さらにOEL デスプレイをファインダーとして使用したデジタルスチルカメラについて説明する。第１２図は、デジタル・スチルカメラの構成および簡単な外部装置への接続を例示している等角投影図である。

従来型のカメラは軽く傷つきやすいコーティングを有する感度の高いフィルムを
使用しており、軽い傷つきやすいコーティングでの化学変化が生じることで目的物の光学像を記録する。一方、デジタル・スチルカメラ1300は、たとえば、電荷結合デバイス（CCD）を使用し光電転換によって目的物の光学像から画像信号を生成する。デジタル・スチルカメラ1300は、CCDからの画像信号に基づいて表示をおこなうためにケース1302の後ろ側で、OEL要素100を備えている。このように、ディスプレイ・パネル100は、目的物を表示するためのファインダとして機能する。光学レンズおよびCCDを含む光学受像ユニット1304は、ケース1302のフロント側面（図面の後ろ側）に備えられている。

カメラマンがOEL要素パネル100で表示される目的物の画像を決め、シャッタ1306を押すと、CCDからの画像信号が送られて、回路基板1308のメモリに格納される。

デジタル・スチルカメラ1300で、画像信号出力ターミナル1312およびデータ通信のための入出力ターミナル1314がケース1302の側面に備えられている。図面に示すように、それぞれ、テレビ・モニタ1430およびパソコン1440は必要に応じて画像信号ターミナル1312および入出力ターミナル1314に接続している。回路基板1308のメモリに保存された画像信号は、与えられた操作によって、テレビ・モニタ1430およびパソコン1440へ出力される。

第１０図に示されるパソコン、第１１図に示される携帯電話および第１２図に示されるデジタル・スチルカメラ以外の電子機器の例としては、OEL要素テレビセット、ビュー-ファインダ-タイプおよびモニタータイプのビデオテープレコーダ、車両ナビゲーションおよび計測システム、ポケベル、電子ノート、ポータブル計算機、ワープロ、ワークステーション、TV電話、ＰＯＳシステム（POS）ターミナルおよびタッチパネルを備えたデバイスがある。もちろん、本発明の方法を使用して製作されるOELデバイスは、これらの電子装置のディスプレイ部分だけでなくディスプレイ部分を取り入れるその他のいかなる形の装置にも適用できる。

さらに、本発明により製作されたディスプレイデバイスは、また、非常に薄くて、可撓性があり軽量なスクリーン-タイプの大画面テレビに適している。故に大画面テレビは、壁に貼り付けるかつるすことが可能である。可撓性テレビは必要に応じ、使われないときは便利に巻くことができる。

また、印刷回路基板は、本発明の技術を備えていることができる。従来の印刷回路基板は、フォトリソグラフおよびエッチング技術を用いて形成される。ICチップまたはパッシブデバイスのようなマイクロエレクトロニクスデバイス以外のよりコストを指向する装置である場合であっても、製造費用を増やすことになる。高解像度のパターニングは、また、高密度の実装を成し遂げることを必要とする。基板上の高解像度相互接続は、インデントとは分離した基板の突起領域へコロイド金属懸濁液を滴下させることによって容易に達成される。銅、金、銀またはアルミニウムのような高導電性金属の懸濁は、この目的に適している。インデントされたプレパターンは、非常に安いコストで押印ないし複製技術によって作られる。導電経路は突起領域上に形成されるので、相互接続との電気部品との電気的な接触が容易に得られる。印刷法ないし成型工程を繰り返すことにより、多層の回路基板が提供される。

本発明は、カラーディスプレイ用カラーフィルタについても適用されてもよい。インデントギャプから分離した突起配列は、押印乃至複製技術によってガラスまたはプラスチックからなる透明な基板上に作られる。染料または顔料を含んでいる液体の液滴が突起領域の全部または一部に滴下され、乾燥後、液滴中の染料または顔料がフィルタ層として機能する。

また、ポリマー発光ダイオードデスプレイは、上記した色フィルタに類似した技術によって作られる。染料または顔料を含んでいる液体の代わりに、発光重合体または分子材料の溶液が、突起電極上へ滴下する。

また、本発明はDNA配列チップに適用してもよい。異なるDNAを含んでいる溶液はインデントギャップから分離した突起領域配列に滴下し、押印、成型ないし複製技術によって作られる。

また、本発明によって集積化学チップのためのマイクロチャネルが作られてもよい。化学反応のための液体は、インデントギャップから分離した突起チャネル領域の上へ流され反応炉に至る。これらは、また、本発明の技術が適用される。

前述の記述は実施例として示された。当該分野の技術者であれば本発明の趣旨を逸脱しない範囲でこれらの修正は可能である。たとえば、当業者であれば作られる基板および材料の幅広い多様性な組合せを選択することができる。加えて、様々な形、寸法およびパターンを使うことができることはいうまでもない。

第１図は、図式的に周知のリソグラフ技術によって作られる揮発性の小板を示す。 第２図は、図式的に柔らかい押印技術によって作られる揮発性の単分子層帯を示す。 第３a図乃至第３c図は、本発明のパターニング方法を例示する。 第４a図乃至第４c図は、図式的に、沈着する液滴の接触角度がどのようにホスト表面のプロファイルによって変化するかについて示す。 第５図は、第３a図乃至第３c図で示すインデントのためのさまざまな断面側面プロファイルの実施例を示す。 第６aおよび６b図は、基板の表面が本発明の実施例に従ってどのように押印されかについて示す。 第７a図乃至第７c図は、基板の表面が本発明の別の実施例に従ってどのように押印されかについて示す。 第８図は、図式的に電気光学デバイスのアドレス駆動方式の平面、および断面図を示す。 第９図は、電気光学デバイスのブロック図を示す。 第１０図は、本発明に基づき製作されるディスプレイデバイスが装着されたモバイル・パソコンの概略図である。 第１１図は、本発明に基づき製作されるディスプレイデバイスを取り入れている携帯電話の概略図である。 第１２図は、本発明に基づき製作されるディスプレイ装置を取り入れているデジタル・カメラの概略図である。

符号の説明

2．小板
4．基板
6．液滴
8．インデント
10．表面
14．境界線
22、24．空間領域
16．材料
20．直線境界線
28．配向面

Claims (16)

1. 基板にインデント部を形成することにより、前記基板の非インデント部に配置される第１の面と、前記インデント部の底面である第２の面と、前記インデント部の壁面であり、前記第１の面と第１の角をなして隣接し、前記第２の面と第２の角をなして隣接する第３の面と、を形成する第１の工程と、
   前記第１の工程の後に、前記第１の面に第１の液体材料を配置する第２の工程と、
   を含み、
   前記第１の工程は、前記インデント部に複数のインデントを形成する工程を含み、
   前記第１の面と前記第３の面との境界線は前記第１の液体材料の拡散を制御する第１の障壁として作用し、
   前記複数のインデントの断面は、城郭状の形状を有し、前記複数のインデントの表面と側面との境界線が前記第１の液体材料の拡散を制御する第２の障壁として作用することを特徴とするパターニング方法。
2. 請求項１に記載のパターニング方法において、
   前記第１の工程が、
   前記基板に金型を押印する工程と、
   前記金型を押印する工程の後、前記基版を加熱する工程と、
   を含むことを特徴とするパターニング方法。
3. 請求項１に記載のパターニング方法において、
   前記第１の工程が、
   前記基板の材料を成型に射出して形成する工程を含むことを特徴とするパターニング方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のパターニング方法において、
   前記第２の工程が、
   インクジェット法によって前記第１の液体材料を配置する工程を含むことを特徴とするパターニング方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のパターニング方法において、
   前記第１の液体材料が半導体材料を含むことを特徴とするパターニング方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のパターニング方法において、
   前記第１の液体材料が導電材料を含むことを特徴とするパターニング方法。
7. 請求項６に記載のパターニング方法において、
   前記導電性材料が導電重合体材料であることを特徴とするパターニング方法。
8. 請求項６に記載のパターニング方法において、
   前記導電性材料が溶媒中の金属分子のコロイド懸濁からなることを特徴とするパターニング方法。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載のパターニング方法において、
   前記第１の工程は、前記基板の前記非インデント部に配置される第５の面と、前記インデント部の壁面であり、前記第５の面と前記第２の面の間に位置し、前記第５の面と第３の角をなして隣接し、前記第２の面と第４の角をなす第４の面と、を形成する工程を含み、
   前記第２の工程は、前記第５の面に第２の液体材料を配置する工程を含み、
   前記インデント部は前記第５の面と前記第１の面との間に配置されることを特徴とするパターニング方法。
10. 請求項９に記載のパターニング方法を用いて前記第１の面に前記第１の液体材料を配置し、前記第５の面に前記第２の液体材料を配置する工程と、
    前記第１の面と前記第５の面との間にトランジスタのチャネルが配置されるよう、前記第１の液体材料を用いて前記第１の面に前記トランジスタの第１の電極を形成し、前記第２の液体材料を用いて前記第５の面に前記トランジスタの第２の電極を形成する工程と、
    を含むことを特徴とするトランジスタの製造方法。
11. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のパターニング方法を用いて電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
12. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のパターニング方法を用いて電気光学デバイスを製造することを特徴とする電気光学デバイスの製造方法。
13. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のパターニング方法を用いて導電性内部接続を製造することを特徴とする導電性内部接続の製造方法。
14. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のパターニング方法を用いてカラーフィルタを製造することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
15. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のパターニング方法を用いて印刷回路基板を製造することを特徴とする印刷回路基板の製造方法。
16. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載のパターニング方法を用いてＤＮＡ配列マイクロチップを製造することを特徴とするＤＮＡ配列マイクロチップの製造方法。

Images