JP4952915B2 - インク層の転写方法および電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子装置の製造方法に関する。

従来から、電子デバイスの作製方法として、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷、凹版印刷、ナノインプリント法等の印刷法が用いられている。特に、凹版印刷は、他の印刷法と比較してパターンの形状制御および膜厚制御に優れているため、電子部品における回路用エッチング・レジストのパターン形成、精密電子部品における導電性回路の形成等に応用されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、近年更なる精度の向上が要求されており、凹版印刷によって形成されたパターンは、詳細に観察すると、必ずしも一定の高さに形成されているわけではなく、不均一な形状に印刷されることが少なくなかった。また、凹版印刷は、基板上に段差がある場合には、均一なコンタクトが得られにくいため適用できない。
特開平５−２８３８４６号公報

本発明の目的は、簡単なプロセスで、かつデバイスへのダメージも少なく、微細化されたパターンの形状および膜厚を高精度に制御できる電子装置の製造方法を提供することにある。

本発明に係る電子装置の製造方法は、凹凸の形状が設けられた版と仮基板を、インクを介して貼り合わせる工程と、前記版を剥離し、前記インクに凹凸の形状を設けてインク層を形成する工程と、前記インクの凸部と基板を貼り合わせる工程と、前記仮基板を剥離し、前記インク層を前記基板に転写する工程と、を含む。

本発明に係る電子装置の製造方法において、前記版は、前記仮基板よりも表面自由エネルギーの低い材質からなることができる。

本発明に係る電子装置の製造方法において、前記版の材質は、ポリジメチルシロキサンまたはアクリル系樹脂であることができる。

本発明に係る電子装置の製造方法において、前記版の表面に、表面自由エネルギーを低下させる層を設けることができる。

本発明に係る電子装置の製造方法において、前記層は、フッ化アルキルシランからなることができる。

本発明に係る電子装置の製造方法において、さらに、前記版を剥離する前に、前記インクを仮硬化する工程を含むことができる。

本発明に係る電子装置の製造方法において、前記仮基板は、少なくとも表面が樹脂からなることができる。

本発明に係る電子装置の製造方法において、前記仮基板は、前記基板よりも表面自由エネルギーの低い材質からなることができる。

本発明に係る電子装置の製造方法は、凹凸の形状が設けられた版と仮基板を、インクを介して貼り合わせる工程と、前記版を剥離し、前記インクに凹凸の形状を設けてインク層を形成する工程と、前記インク層の凸部と半導体層が設けられた基板を貼り合わせる工程と、前記仮基板を剥離し、前記インク層を前記基板に転写する工程と、前記インク層を焼成し、ソースドレイン電極を形成する工程と、前記半導体層の上方に、ゲート絶縁膜、およびゲート電極を順次形成する工程と、を含む。

以下、本発明に好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．電子装置の製造方法
１．１ 第１の実施形態
図１〜図６は、本発明の第１の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図である。

以下に、第１の実施形態に係る電子装置の製造方法の一例について説明する。

（１）図１に示すように、原板となるマスター版１０を作製する。マスター版１０に用いる基板としては、加工しやすい材料が望ましく、例えば、シリコン、ガラス等を用いることができる。マスター版１０の加工方法として、例えば、フォトリソグラフィーを適用することができる。

（２）図２に示すように、マスター版１０の形状をパターン形成に使用する版２０に転写する。

版２０は、仮基板４０よりも表面自由エネルギーの低い材質を用いることにより、工程（４）において、版２０をインク３０から剥離しやすくすることができる。

版２０の材質としては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、アクリル等の熱可塑性樹脂；エポキシ、シリコン、ポリイミド等の熱硬化性樹脂；ウレタン系、エポキシ系等の光硬化性樹脂；ガラス等を挙げることができる。マスター版１０の形状を転写しやすい材料が望ましく、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル樹脂、ガラスをより好ましく用いることができる。ポリジメチルシロキサンは、表面自由エネルギーが低いため、特に好ましく用いることができる。ガラスは、相対的に表面自由エネルギーが高い材料であるが、その表面に自己組織化単分子膜（以下、「ＳＡＭｓ」という。）を形成し、表面自由エネルギーを低くして用いることができる。ＳＡＭｓとして、例えば、フッ化アルキルシラン（ＦＡＳ）を用いることができる。

版２０への転写方法は、例えば、ナノインプリント法を適用することができる。ナノインプリント法とは、ナノスケールの凹凸パターンが形成されたマスター版を、樹脂または樹脂薄膜が塗布された基板に押し当てて、該樹脂に凹凸パターンを転写する技術である。
ナノインプリント法を適用すると、版２０の高精度加工および高スループットを実現することができる。

具体的には、版２０の材質が熱可塑性樹脂の場合、版２０をホットプレート等を用いて、ガラス転移温度以上まで加熱する。次いで、マスター版１０を版２０にプレスし、冷却することにより版２０を硬化させる。最後にマスター版１０を剥離すると、マスター版１０の形状を版２０へ転写することができる。

版２０の材質が熱硬化性樹脂の場合、版２０をホットプレート等を用いて加熱する。次いで、マスター版１０を版２０にプレスし、さらに加熱することにより架橋反応を促進させ、版２０を硬化させる。版２０を硬化させた後、マスター版１０を剥離すると、マスター版１０の形状を版２０へ転写することができる。

版２０の材質が光硬化性樹脂の場合、マスター版１０を版２０にプレスし、光を照射することによって、樹脂を硬化させる。最後にマスター版１０を剥離すると、マスター版１０の形状を版２０へ転写することができる。

（３）図３に示すように、版２０と仮基板４０を、インク３０を介して貼り合わせる。

インク３０は、目的とする電子部材に合わせて適宜選択することができる。例えば、配線を形成する場合には、金属インクまたは導電性高分子インク等を用いることができる。絶縁材料を形成する場合には、液体シリコンインク等を用いることができる。

仮基板４０は、少なくともインク３０と接触する面を、樹脂４０ａで形成するのが好ましい。樹脂４０ａとして、例えば、ＰＤＭＳ、アクリルゴム、ウレタンゴム等の柔軟性に富む樹脂を好ましく用いることができる。ＰＤＭＳ、アクリルゴム、ウレタンゴム等のような柔軟性に富む材質は、インク３０を追従させやすく、均一なコンタクトが得られやすい。また、仮基板４０として、版２０よりも表面自由エネルギーの高い材質を用いるか、若しくは、表面自由エネルギーを高める層を設けるか、若しくは、表面自由エネルギーを高める処理を行うことにより、工程（４）において、版２０をインク３０から剥離しやすくすることができる。高い精度が要求される場合には、樹脂４０ａを支持するための補強板４０ｂを用いることができる。補強板４０ｂとしては、樹脂４０ａを支持できる程度の硬さを有するものであればよい。

（４）図４に示すように、版２０を剥離する。仮基板４０よりも版２０の方が表面自由エネルギーが低いため、インク３０は仮基板４０側に残り、版２０の形状を転写することができる。ここで、インク３０の粘度が低いため、版２０の形状が保持されにくい場合には、版２０を剥離する前に仮硬化させることが望ましい。仮硬化させる方法としては、例えば、大気雰囲気下でホットプレート等を用いて熱処理を行う方法、または光を照射することによりインク３０を高分子量化する方法等を挙げることができる。

また、版２０は、繰り返し使用することができるため、材料の無駄も少ない。

（５）図５に示すように、仮基板４０と基板５０を、インク３０を介して貼り合わせる。インク３０の凸部を基板５０と接合させて貼り合わせるため、基板５０に段差があるなど平坦な面を有していない場合や曲率を有する場合においても、均一なコンタクトが得られやすい。

基板５０は、仮基板４０よりも表面自由エネルギーの高い材質を用いることで、工程（６）において、仮基板４０をインク３０から剥離しやすくすることができる。基板５０として、仮基板４０よりも表面自由エネルギーの低い材質を用いた場合には、基板５０の表面に仮基板４０よりも表面自由エネルギーの高い材料膜を形成するとよい。

（６）図６に示すように、仮基板４０を剥離する。仮基板４０を剥離する方法として、機械的方法、剥離力を弱めるためにレーザーアブレーション法等を併用する方法を適用することができる。基板５０よりも仮基板４０の方が表面自由エネルギーが低いため、インク３０を基板５０側に残すことができる。

第１の実施形態に係る方法は、従来のフォトリソグラフィーを主体とした微細加工技術に比べて、版２０の形状により形成されるパターンの形状および膜厚を制御することができるので、いろいろなパターンに対応可能な製造プロセスを提供することができる。しかも、プロセスを簡略化することができ、かつデバイスへのダメージも少ない。したがって、この方法は、表示デバイス、半導体デバイス、および光学デバイス等の高精細なパターニングを要するデバイスだけでなく、有機デバイス、強誘電体デバイス、およびフレキシブルデバイスのようなダメージに弱いデバイスに対しても適用することができる。

１．２ 第２の実施形態
図７〜図１４は、本発明の第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図である。

第２の実施形態は、段差を有する基板上にパターンを形成するための方法であり、例えば、薄膜トランジスタの作製等に適用することができる。

以下に、第２の実施形態に係る電子装置の製造方法の一例について説明する。

（１）図７に示すように、原板となるマスター版１２を作製する。マスター版１２の材質、加工方法等は、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。

（２）図８に示すように、マスター版１２の形状をパターン形成に使用する版２２に転写する。版２２への転写方法、材質等は、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。

（３）図９に示すように、版２２と仮基板４２を、インク３２を介して貼り合わせる。

インク３２は、例えば、ソースドレイン電極（以下、「ＳＤ電極」ともいう。）を形成するための金属インクまたは導電性高分子インクを用いることができる。

（４）図１０に示すように、版２２を剥離する。その他は、第１の実施形態と同様なので説明を省略する。

（５）図１１に示すように、仮基板４２と基板５２を、インク３２を介して貼り合わせる。仮基板４２の上に形成されたインク３２および基板５２の上に形成された半導体層６０は、いずれも凸状に形成されているため、均一なコンタクトが得られやすい。

（６）図１２に示すように、仮基板４２を剥離し、インク３２を焼成してＳＤ電極を形成する。

（７）図１３に示すように、半導体層６０の上にゲート絶縁膜７０を形成する。ゲート絶縁膜７０についても、本発明に係る方法を用いて形成することができる。絶縁膜の材料としては、ポリアクリロニトリル、ポリビニルフェノール、パリレン、エポキシ樹脂、エポキシ・シリコーンハイブリッド樹脂等を用いることができる。

（８）図１４に示すように、ゲート絶縁膜７０の上にゲート電極８０を形成する。ゲート電極８０についても、本発明に係る方法を用いて形成することができる。電極の材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、ポリアニリン等を用いることができる。

第２の実施形態に係る方法では、形成されたパターンの形状および膜厚は、マスター版１２の形状および膜厚をそのまま反映させることができるため、形状および膜厚を制御しやすく、いろいろなパターンに対応可能なプロセスを提供することができる。仮基板４２の上に形成されたインク３２および基板５２の上に形成された半導体層６０は、いずれも凸状に形成されているため、均一なコンタクトが得られやすい。したがって、この方法は、段差を有する表示デバイス、半導体デバイス、および光学デバイス等に対して適用することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

第１の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る電子装置の製造方法を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０・１２…マスター板、２０・２２…版、３０・３２…インク、４０・４２…仮基板、４０ａ…樹脂、４０ｂ…補強板、５０・５２…基板、６０…半導体層、７０…ゲート絶縁膜、８０…ゲート電極

Claims (9)

1. 凹凸の形状が設けられた版と仮基板を、インクを介して貼り合わせる工程と、
   前記版を剥離し、前記インクに凹凸の形状を設けてインク層を形成する工程と、
   前記インク層の凸部と基板を貼り合わせる工程と、
   前記仮基板を剥離し、前記インク層を前記基板に転写する工程と、
   を含み、
   前記版は、前記仮基板よりも表面自由エネルギーの低い材質からなる、インク層の転写方法。
2. 請求項２において、
   前記版の材質は、ポリジメチルシロキサンまたはアクリル系樹脂である、インク層の転写方法。
3. 凹凸の形状が設けられた版と仮基板を、インクを介して貼り合わせる工程と、
   前記版を剥離し、前記インクに凹凸の形状を設けてインク層を形成する工程と、
   前記インク層の凸部と基板を貼り合わせる工程と、
   前記仮基板を剥離し、前記インク層を前記基板に転写する工程と、
   を含み、
   前記版の表面に、前記仮基板よりも表面自由エネルギーの低い膜を設けた、インク層の転写方法。
4. 請求項３において、
   前記層は、フッ化アルキルシランからなる、インク層の転写方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   さらに、前記版を剥離する前に、前記インクを仮硬化する工程を含む、インク層の転写方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   前記仮基板は、少なくとも表面が樹脂からなる、インク層の転写方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかにおいて、
   前記仮基板は、前記基板よりも表面自由エネルギーの低い材質からなる、インク層の転写方法。
8. 凹凸の形状が設けられた版と仮基板を、インクを介して貼り合わせる工程と、
   前記版を剥離し、前記インクに凹凸の形状を設けてインク層を形成する工程と、
   前記インク層の凸部と半導体層が設けられた基板を貼り合わせる工程と、
   前記仮基板を剥離し、前記インク層を前記基板に転写する工程と、
   前記インク層を焼成し、ソースドレイン電極を形成する工程と、
   前記半導体層の上方に、ゲート絶縁膜、およびゲート電極を順次形成する工程と、
   を含み、
   前記版は、前記仮基板よりも表面自由エネルギーの低い材質からなる、電子装置の製造方法。
9. 凹凸の形状が設けられた版と仮基板を、インクを介して貼り合わせる工程と、
   前記版を剥離し、前記インクに凹凸の形状を設けてインク層を形成する工程と、
   前記インク層の凸部と半導体層が設けられた基板を貼り合わせる工程と、
   前記仮基板を剥離し、前記インク層を前記基板に転写する工程と、
   前記インク層を焼成し、ソースドレイン電極を形成する工程と、
   前記半導体層の上方に、ゲート絶縁膜、およびゲート電極を順次形成する工程と、
   を含み、
   前記版は、前記仮基板よりも表面自由エネルギーの低い膜を表面に有する、電子装置の製造方法。

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