JP5271063B2 - マイクロヒーター、その製造方法、及びマイクロヒーターを利用したパターン形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロヒーター、マイクロヒーターの製造方法、及びマイクロヒーターを利用したパターン形成方法に関する。
有機電界発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ；ＥＬ）物質は、アクティブマトリクス型有機発光ダイオード（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＡＭＯＬＥＤ）に広く使われている。しかしながら、有機ＥＬ物質は、相対的に化学的安定性が低く、このため、通常のフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程を用いて有機ＥＬ物質からパターンを形成することは一般的な半導体装置においてパターンを形成することに対して相対的に難しい。
従来、有機ＥＬ物質のパターンを形成するためにシャドーマスクを利用した蒸発法を用いてきた。これは、シャドーマスクが形成された基板上に有機ＥＬ物質を蒸発及び蒸着させてパターンを形成する方法である。また、レーザーを利用した転写法（例えば、ＬＩＴＩ（Ｌａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）またはＬＩＰＳ（Lａｓｅｒ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ−ｗｉｓｅ Ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ））もパターンを形成するために用いられている。ＬＩＴＩ及びＬＩＰＳでは、物質を加熱して目的とするパターンに蒸着するためにレーザースキャニングを採用する。
なお、従来技術としては下記のような特許文献に記載された技術もある。
特開２００４−０８７１４３号公報
特開２００５−１５００６１号公報
特開２００４−２６９９６８号公報
韓国特許出願公開１０−２００４-１０３７２６号公報
本発明は、上記した従来技術を改善するためになされたものであって、その目的は、ターゲット基板上に相対的に細密なパターンを形成することができるマイクロヒーター、マイクロヒーターの製造方法、及びパターン形成方法を提供することである。
本発明による一実施の形態は、金属パターン、支持部及びスペーサを含むマイクロヒーターを提供する。上記金属パターンは、基板上に形成されてよく、上記支持部は、上記金属パターンの下部において上記金属パターンを上記基板から離間させるとともに上記金属パターンを上記基板に固定することができる。上記スペーサは、上記金属パターンと隣接して形成されてもよく、上記基板から上記スペーサの上面までの第１距離は、上記基板から上記金属パターンの上面までの第２距離に比べて大きい距離を有してもよい。複数のマイクロヒーターが並設されて本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを形成することができる。
本発明の一実施の形態は、上記マイクロヒーターの製造方法を提供する。上記マイクロヒーターの製造方法は、上記基板上に加熱層を形成しパターニングする段階を含む。上記基板上に上記パターニングされた加熱層より厚い絶縁層を形成することができる。上記絶縁層及び上記基板の一部をエッチングして、上記パターニングされた加熱層に隣接したスペーサ、及び上記パターニングされた加熱層とエッチングされた基板との間に位置するスペーサを形成することができる。
また、本発明の一実施の形態は、上記マイクロヒーターを利用したパターン形成方法を提供する。上記パターン形成方法は、基板上に金属パターン及び上記金属パターンに隣接するスペーサを蒸着する段階を含んでもよい。転写物質が金属パターン上に形成されてもよい。ターゲット基板を上記スペーサ上に載置することによって上記金属パターン上に載置するようにしてもよい。上記金属パターンに電力を印加することで上記転写物質を選択的に蒸発させ、蒸発させた転写物質を上記金属パターンから上記ターゲット基板に転写させてパターンを形成することができる。
本発明のマイクロヒーター、マイクロヒーターの製造方法、及びパターン形成方法によれば、ターゲット基板上に細密な有機ＥＬ物質のパターンを形成できるという効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、本発明の技術的範囲が下記の実施の形態によって制限されるものではない。
図１は、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターを示す斜視図である。また、図２は、図１に示されたＩ−Ｉ’に沿う断面図であり、図３は、図１に示されたＪ−Ｊ’に沿う断面図である。図４は、図１のマイクロヒーターを示す平面図である。
図１ないし図４を参照すれば、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーター１は、基板１０上に備えられている。マイクロヒーター１は、金属パターン２０と、支持部３０、及びスペーサ４０を含んでいる。基板１０は、シリコンウェハーまたはガラス材質からなる。例えば、基板１０がガラス材質からなる場合、輻射熱（可視光線やＩＲ）を透過することができる。これにより、シリコンウェハーに対して相対的に高温のヒーティングが可能である。
金属パターン２０は、基板１０上において支持部３０によって基板１０と離間したまま固定される。金属パターン２０は、モリブデン、タングステン、炭化シリコンのうちの少なくとも一種を含むか、または他の適当な物質からなってよい。金属パターン２０に電力が印加されることで発光及び発熱する物質が用いられていればよい。
金属パターン２０は、第１領域Ａ１、第２領域Ａ２及び第３領域Ａ３をそれぞれ含んでいる。金属パターン２０の第１領域Ａ１は、基板１０上において第１方向Ｄ１に沿って延びる。一方、第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１の両側から第２方向Ｄ２に延びる。第２方向Ｄ２は第１方向Ｄ１に対し垂直である。第３領域Ａ３は、第２領域Ａ２の終端から延在した領域である。金属パターン２０は、第３領域Ａ３を介して支持部３０によって基板１０に固定されている。
第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１を基準に第１領域Ａ１の両側に対称に設けられている。なお、これは例示的なものに過ぎず、他の構成も可能である。例えば、第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１の両側に互い違いに設けられてもよい。
各支持部３０は、第３領域Ａ３において基板１０と金属パターン２０との間に設けられ、金属パターン２０の下部において金属パターン２０を基板１０に固定することができる。支持部３０は、湿式エッチングによって形成すればよい。支持部３０は、基板１０に接触する領域の大きさが金属パターン２０の第３領域Ａ３に接触する領域の大きさより大きくなるように形成する。
金属パターン２０の第３領域Ａ３及び第３領域Ａ３に接触する支持部３０の断面は円形であればよい。なお、エッチングによっては、第３領域Ａ３や支持部３０の断面は、他の形状（例えば、楕円形、多角形）であってもよい。
支持部３０は、上記金属パターン２０から発生する熱の損失を減少させ、または損失を防止するために熱伝導率が相対的に小さい物質からなってよい。例えば、支持部３０は、ガラス及び酸化物（例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ））のうちの少なくとも一種を含んでいてもよい。
スペーサ４０は、基板１０上の金属パターン２０と隣接して形成される。スペーサ４０は、支持部３０と同様にガラス及び酸化物（例えば、ＳｉＯｘ）のうちの少なくとも一種を含んでいてもよく、基板１０上に位置する他の基板（例えば、ターゲット基板）と金属パターン２０を所望の間隔だけ離間させる役割を果たす。
図２及び図３を参照すれば、基板１０からスペーサ４０の上面までの第１距離Ｌ１は、基板１０から金属パターン２０の上面までの第２距離Ｌ２より大きい。結果的に、スペーサ４０上に第２基板が位置しても第２基板は依然として金属パターン２０と離間させることができる。
上記のように構成された本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターは、転写物質（例えば、有機電界発光物質）のパターンを形成するために使用することができる。例えば、金属パターン２０上に転写物質を設けることができる。金属パターン２０に電圧を印加すると金属パターン２０が加熱される。転写物質の融点以上の温度で金属パターン２０を加熱すると、転写物質が蒸発して金属パターン２０上のターゲット基板に転写される。これにより、金属パターン２０上のターゲット基板上にパターンを形成することができる。
金属パターン２０の加熱温度及び加熱時間によって金属パターン２０上に形成された転写物質を選択的に蒸発させることも可能である。例えば、金属パターン２０の第１領域Ａ１上に設けられた転写物質のみが選択的に蒸発されるように金属パターン２０を加熱することもできる。転写物質の選択的蒸発についての詳細は後述する。
図５は、本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターを示す斜視図である。図５を参照すれば、マイクロヒーターは、基板１０上に備えられる。マイクロヒーターは、金属パターン２１と、支持部３０、及びスペーサ４０を含んでいる。金属パターン２１は、一方向Ｄ１に延びるライン形状である。また、金属パターン２１は、複数の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２をそれぞれ含んでいてもよい。金属パターン２１の第１領域Ａ１は、ライン形状の一部であり、第２領域Ａ２は、第１領域Ａ２の間で拡大した領域である。第２領域Ａ２の下部には支持部３０が連結され、支持部３０は金属パターン２１を基板１０に固定することができる。
図５における、金属パターン２１の形状が相違している点を除き、金属パターン２１、支持部３０及びスペーサ４０の構成及び機能は、図１ないし図４を参照して前述した実施の形態に対応する構成要素と同じであってよい。したがって、それらに関する詳細な説明を省略する。
図５における、金属パターン２１の形状が相違している点を除き、金属パターン２１、支持部３０及びスペーサ４０の構成及び機能は、図１ないし図４を参照して前述した実施の形態に対応する構成要素と同じであってもよい。したがって、それらに関する詳細な説明は省略する。
図１ないし図５に示された各種の形状を組み合わせて金属パターンを構成することも可能である。例えば、図５に示されたマイクロヒーター１において、金属パターン２１の第１領域Ａ１の一つ以上の側面から延びる追加領域（図示せず）を選択的に含むことも可能である。また、金属パターンの一部分を図５に示される金属パターン２０の形状で構成し、他の部分を図１に示される金属パターン２１の形状で構成することもできる。
スペーサは、矩形の断面を有するブロック形状で形成されてもよい。複数のスペーサは、基板１０上において互いに離間して形成されてもよい。なお、図１ないし図５に示されたスペーサ４０は、例示的なものに過ぎず、例えば、スペーサは、エッチングによって相違した形状の断面（例えば、円形または楕円形など）を有してもよい。また、スペーサは、基板１０上において金属パターンに沿って一方向に延びる単一のライン形状で構成されてもよい。図６は、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す斜視図である。
図６を参照すれば、上記実施の形態によるマイクロヒーターアレイは、基板１０上に複数のマイクロヒーター１が並設されていてもよい。上記マイクロヒーターアレイにおいて、マイクロヒーター１を並列に接続して同一の電圧を印加することができる。
一方、本発明によるマイクロヒーター１またはマイクロヒーターアレイは、炭素ナノチューブトランジスター、相対的に低温の多結晶シリコンや薄膜トランジスター、バックライトユニット用ＴＥフィールド放出ソースなどのように相対的に高温の製造工程または相対的に高温の作動工程が要求される各種の電子装置に応用することができる。
電子装置において、本発明のマイクロヒーター１の構造によれば、スペーサにより基板１０と基板１０上に位置した他の基板との間の離間距離を所望のとおりに調節することができ、細密なパターニングが可能であるという利点がある。
図６は、図１に示すマイクロヒーターが並設されたマイクロヒーターアレイを示しているが、これは、例示的なものである。例えば、図５に示すマイクロヒーターまたは本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターを使用してマイクロヒーターアレイを構成することも可能である。
図７ａないし図７ｅは、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターの製造方法の各段階を示す断面図である。図７ａを参照すれば、まず、基板１０上に犠牲層１００を形成する。犠牲層１００は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）または他の適切な酸化物を含んでいる。その後、犠牲層１００及び基板１０の一部をエッチングして支持部を形成する。なお、犠牲層１００を形成せずに基板１０のみをエッチングして支持部を形成することもできる。
図７ｂを参照すれば、次に、犠牲層１００上に加熱層２００を形成する。加熱層２００は、タングステン、モリブデン、酸化シリコンまたは他の適切な物質からなる。
図７ｃを参照すれば、次に、加熱層２００をパターニングして金属パターン２０を形成する。加熱層２００は、前述した本発明の実施の形態による金属パターン形状にパターニングすればよく、例えば、図１ないし図５に示された金属パターン２０及び／または金属パターン２１の形状にパターニングすればよい。
図７ｄを参照すれば、次に、金属パターン２０及び犠牲層１００上に絶縁層３００を形成することができる。絶縁層３００は、その後、エッチングによってスペーサとして形成される。絶縁層３００は、シリコン酸化物または他の適切な酸化物を含んでいてもよい。絶縁層３００の厚さＴ２は、金属パターン２０の厚さＴ１より大きい。結果的に、スペーサの上面が金属パターン２０の上面より高く位置するようになればよい。
図７ｅを参照すれば、絶縁層３００上に金属層４００を形成することができる。金属層４００は、絶縁層３００と、後にエッチングのために絶縁層３００上に形成されるフォトレジスト（Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ；ＰＲ）（図示せず）との接触性を増加させ得る。金属層４００は金属物質からなる。または、金属層４００を形成せずに後続のエッチング工程で絶縁層３００上に直接ＰＲを形成することも可能である。
図７ｆを参照すれば、次に、金属層４００、絶縁層３００、犠牲層１００、及び基板１０の一部をエッチングして支持部３０及びスペーサ４０を形成する。なお、図面には示されていないが、エッチング工程は、金属層４００上にＰＲを形成し露光を実施し、露出した層をエッチングする工程段階を含んでいる。
図８ａないし図８ｃは、本発明の一実施の形態によるパターン形成方法の各段階を示す断面図である。上記実施の形態によるパターン形成方法は、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターを利用して実施することができる。
図８ａを参照すれば、金属パターン２０及びスペーサ４０が形成された基板１０を用意し、基板１０上に転写物質５００、５０１を形成することができる。転写物質５００、５０１は有機ＥＬ物質または金属物質であればよい。例えば、上記転写物質５００、５０１は、Ａｌｑ３（Ｔｒｉｓ（８−ｑｕｉｎｉｌｉｎｏｌａｔｏ）−ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）のような有機アルミニウム混合物を含んでいてもよい。または、上記転写物質５００、５０１は、金属パターン２０の加熱温度より低い融点を有する低融点金属物質であってもよく、例えば、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）であってもよい。
図８ｂを参照すれば、ターゲット基板５０をスペーサ４０上に載置することで、ターゲット基板５０を金属パターン２０上に載置することができる。ターゲット基板５０は、シリコンウェハーまたはガラス材質からなっている。ターゲット基板５０は、スペーサ４０と接合されている。例えば、ターゲット基板５０は、機械的な圧力によってスペーサ４０に接合され、または圧力差によってスペーサ４０に接合されている（例えば、基板１０とターゲット基板５０との間の空間の圧力を下げて真空効果を得ることができる）。その他、公知の接合方法によりターゲット基板５０をスペーサ４０に接合してもよい。または、ターゲット基板５０は、スペーサ４０と所定の間隔だけ離間してもよい。
図８ｃを参照すれば、次いで、金属パターン２０に電圧を印加し、印加された電圧によって金属パターン２０を加熱する。スペーサ４０によって金属パターン２０をターゲット基板５０と離間させる。金属パターン２０を転写物質５００、５０１の融点以上の温度に加熱すると、金属パターン２０上の転写物質５０１が蒸発してターゲット基板５０に転写される。これにより、ターゲット基板５０に、金属パターン２０の形状に対応するパターンを形成することができる。一実施の形態によるパターン形成方法を繰り返し行ってターゲット基板５０上に複数のパターンを形成することもできる。
前述したように、スペーサ４０によって金属パターン２０をターゲット基板５０と離間させてもよい。また、金属パターン２０とターゲット基板５０との離間距離は、スペーサ４０によって変わり得る。これにより、スペーサ４０の大きさを調節することで転写物質５０１が蒸発し移動する距離を調節することができる。この結果、ターゲット基板５０上に形成されたパターンの線幅が広くなる現象を抑えまたはそれを防止し、相対的に細密なパターンの形成が可能である。
金属パターン２０に印加される電圧を調節することで金属パターン２０上の転写物質５０１を領域に応じて選択的に蒸発させることもできる。金属パターン２０に方形波状の電圧が印加される場合、印加される電圧の大きさ、電圧印加時間、またはその他の関連変数を調節することで金属パターン２０上の転写物質５０１を選択的に蒸発させることができる。
例えば、金属パターン２０に印加される電圧の大きさや時間を調節することで金属パターン２０の第１領域Ａ１の転写物質だけが蒸発するように調節することができ、第２及び第３領域Ａ２、Ａ３の転写物質は蒸発しないように調節することができる。第１領域Ａ１の幅Ｗが１５μｍである場合、第１領域Ａ１上の転写物質は金属パターン２０を約３５０℃で約３０秒間加熱することで選択的に蒸発させることができるが、かかる例示に制限されるものではない。
電圧の印加される時間が十分であると、金属パターン２０上に形成された意図する転写物質５０１をすべて蒸発させることができる。しかし、電圧印加時間が長すぎる場合には、マイクロヒーター全体の加熱によって金属パターン２０上の転写物質５０１だけでなく基板１０の他の領域に形成された意図しない転写物質５００までも蒸発されてしまうことがある。一方、金属パターン２０に電圧が印加される時間が不足した場合には、金属パターン２０上から意図した転写物質５０１が蒸発し切れなくなってしまうこともある。
図９は、上記実施の形態によるパターン形成方法によって形成されたパターンの写真を示した図である。金属パターンに印加される電圧を調節することで、金属パターン上の転写物質を選択的に蒸発させてターゲット基板上にライン形状の発光物質層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ、Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｌａｙｅｒ；ＥＭＬ）のパターンを形成することができる。一実施の形態によるパターン形成方法を繰り返し実施してターゲット基板に複数のＥＭＬパターンを形成することもできる。
前述したように金属パターンに印加される電力は方形波状のものであればよい。なお、これは例示的なものであって、金属パターンに印加される電圧は、他の適切な波形（例えば、三角波）を有してもよい。
本発明の実施の形態によるパターン形成方法をＡＭＯＬＥＤに適用する場合における、上記パターン形成方法は、薄膜トランジスター（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）基板のバックプレーン（ｂａｃｋｐｌａｎｅ）に異なる色（例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色））のＥＬ物質のパターンを形成するための用途として用いることもできる。また、マイクロヒーター自体は、パターン形成過程で損失されたり変形したりしないため、一つのマイクロヒーターを使用して複数のターゲット基板上にパターンを形成することも可能である。
上述した本発明は、図面に示された実施の形態を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であればそれら実施の形態の各種の変形及び修正が可能であることが理解できるであろう。なお、かかる変形は本発明の技術的保護範囲内にあると見なされるべきである。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は添付の特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
本発明は、細密な有機ＥＬ物質のパターンの形成に好適である。
１：ヒーター、
２０：金属パターン、
２１：金属パターン、
３０：支持部、
４０：スペーサ、
５０：ターゲット基板、
１００：犠牲層、
２００：加熱層、
３００：絶縁層、
４００：金属層、
５００、５０１：転写物質。
２０：金属パターン、
２１：金属パターン、
３０：支持部、
４０：スペーサ、
５０：ターゲット基板、
１００：犠牲層、
２００：加熱層、
３００：絶縁層、
４００：金属層、
５００、５０１：転写物質。
Claims (19)
- 基板上に形成された金属パターンと、
前記金属パターンの下部において前記金属パターンを前記基板と離間させるとともに前記金属パターンを前記基板に固定する支持部と、
前記金属パターンに隣接して形成されたスペーサと、を含んでなり、
前記基板から前記スペーサの上面までの第１距離は、前記基板から前記金属パターンの上面までの第２距離より大きいことを特徴とするマイクロヒーター。 - 前記金属パターンが加熱される時に蒸発する転写物質を前記金属パターン上に設けることを特徴とする請求項１に記載のマイクロヒーター。
- 前記転写物質は、有機電界発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ；ＥＬ）物質または金属物質を含むことを特徴とする請求項２に記載のマイクロヒーター。
- 前記スペーサ上に金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロヒーター。
- 前記金属パターンは、タングステン、モリブデン、及び炭化シリコンのうちの少なくとも一種を含んでなることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロヒーター。
- 前記支持部または前記スペーサは、ガラス及びシリコン酸化物のうちの少なくとも一種を含んでなることを特徴とする請求項１に記載のマイクロヒーター。
- 前記金属パターンの上に位置し前記スペーサ上に位置するターゲット基板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のマイクロヒーター。
- 前記ターゲット基板は、前記スペーサから離間したことを特徴とする請求項7に記載のマイクロヒーター。
- 請求項１に記載のマイクロヒーターが２つ以上並設されてなることを特徴とするマイクロヒーターアレイ。
- 基板上に加熱層を形成しパターニングする段階と、
前記基板上にパターニングされた前記加熱層より厚い絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層及び前記基板の一部をエッチングして、パターニングされた前記加熱層と隣接したスペーサ、及びパターニングされた前記加熱層とエッチングされた前記基板との間に位置する支持部を形成する段階と、を含むことを特徴とするマイクロヒーターの製造方法。 - 前記加熱層を形成する段階の前に、前記基板上に犠牲層を形成する段階をさらに含み、
前記スペーサ及び支持部を形成する段階は、前記犠牲層をエッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロヒーターの製造方法。 - 前記犠牲層は、シリコン酸化物を含んでなることを特徴とする請求項１１に記載のマイクロヒーターの製造方法。
- 前記絶縁層上に金属層を形成する段階をさらに含み、
前記スペーサを形成する段階は、前記金属層をエッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１０に記載のマイクロヒーターの製造方法。 - 前記加熱層は、タングステン、モリブデン及び炭化シリコンのうちの少なくとも一種を含んでなることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロヒーターの製造方法。
- 前記絶縁層は、シリコン酸化物を含んでなることを特徴とする請求項１０に記載のマイクロヒーターの製造方法。
- 請求項１に記載のマイクロヒーターを利用したパターン形成方法において、
前記金属パターン上に転写物質を形成する段階と、
前記金属パターンの上及び前記スペーサ上にターゲット基板を載置する段階と、
前記金属パターンに電力を印加することにより、前記転写物質を選択的に蒸発させ前記金属パターンから前記ターゲット基板に転写してパターンを形成する段階と、を含むことを特徴とするパターン形成方法。 - 前記ターゲット基板は、前記スペーサに接合されるか、または前記スペーサから離間することを特徴とする請求項１６に記載のパターン形成方法。
- 前記転写物質は、有機電界発光物質または金属物質を含むことを特徴とする請求項１６に記載のパターン形成方法。
- 請求項１６に記載のパターン形成方法を繰り返し行って前記ターゲット基板に複数のパターンを形成する段階を含むことを特徴とするパターン形成方法。
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