KR100697683B1 - 패턴 형성 방법 및 기능성 막 - Google Patents

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 기능성 막의 패턴을 형성할 때, 선폭이나 형상 등에 대하여 정밀도 좋게 형성 가능한 패턴 형성 방법, 및 기능성 막을 제공하는 것을 과제로 한다.
기능성 막의 형성에 앞서, 설계 패턴을 부(副)영역으로 분할하고, 해당 부영역의 경계선을 그리도록 제1 액상체를 배치하고, 중간 건조 공정을 거쳐 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)을 형성한다. 계속해서, 부영역을 그리도록 제2 액상체를 배치하고, 제2 액상체의 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)을 형성하고, 본 건조 공정을 거쳐 일체화된 기능성 막이 완성된다.
기능성 막, 선형상 막, 패턴 형성, 액상체

Description

패턴 형성 방법 및 기능성 막{PATTERN FORMATION METHOD AND FUNCTIONAL FILM}
도 1은 본 실시 형태에서의 액체 방울 토출 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 ＴＦＴ용 게이트 배선의 일례를 나타내는 평면도.
도 3은 게이트 배선의 패턴 형성의 공정을 설명하는 플로차트도.
도 4(ａ)는 게이트 배선의 설계 패턴을 나타내는 도면이고, (ｂ)는 더미 패턴의 설계 패턴을 나타내는 도면.
도 5는 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 기판 위에 형성된 제1 액상체의 패턴(선형상 막)의 일부를 나타내는 평면도.
도 7은 기판 위에 형성된 제2 액상체의 패턴의 일부를 나타내는 평면도.
도 8은 더미 기판 위에 형성된 더미 패턴의 일부를 나타내는 평면도.
도 9(ａ), (ｂ)는 본 실시 형태와의 비교예로서, 액상체 패턴의 종래예를 나타내는 단면도.
도 10은 변형예 1에서의 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면.
도 11은 변형예 2에서의 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면.
도 12는 변형예 3에서의 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면.
도 13은 변형예 4에서의 상기 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
30 … 기능성 막의 설계 패턴으로서의 게이트 배선의 설계 패턴,
30Ａ … 폭광부(幅廣部),
30Ｂ … 게이트 전극부,
30Ｃ … 폭협부(幅狹部),
31 … 더미 패턴의 설계 패턴,
31Ａ ~ 31Ｃ … 띠형상부,
32Ａ … 더미 패턴,
33ｂ, 33ｃ, 33ｄ … 제1 액상체의 패턴,
34 … 기능성 막으로서의 게이트 배선,
34Ａ … 폭광부,
34Ｂ … 게이트 전극부,
34Ｃ … 폭협부,
35ａ ~ 35ｄ … 제2 액상체의 패턴(주요부),
36 … 벌지,
38ｂ ~ 38ｄ … 선형상 막(선형상부),
40ａ ~ 40ｄ … 부영역(副領域),
41ａ ~ 41ｄ … 부영역,
42ａ ~ 42ｅ … 부영역,
43ａ ~ 43ｄ … 부영역,
50ａ ~ 50ｅ … 경계선,
60 … 기능성 막의 설계 패턴으로서의 전기 배선의 설계 패턴,
61ａ ~ 61ｅ … 부영역,
100 … 액체 방울 토출 장치,
102 … 헤드 기구부,
103 … 기판 기구부,
104 … 액상체(液狀體) 공급부,
105 … 제어부,
106 … 지지 다리,
107 … 정반(定盤),
110 … 헤드부,
111 … 캐리지,
112 … 캐리지 나사 결합부,
113 … Ｙ축 가이드,
114 … Ｙ축 모터,
120 … 기판,
121 … 탑재 배치대,
122 … 탑재 배치대 나사 결합부,
123 … Ｘ축 가이드,
124 … Ｘ축 모터,
130 … 탱크,
131ａ … 튜브,
131ｂ … 튜브,
132 … 펌프,
133 … 액상체.
본 발명은 액체 방울 토출법을 사용한 기능성 막의 패턴 형성 방법, 및 액체 방울 토출법을 사용하여 형성되는 기능성 막에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로 등이 미세한 배선 패턴의 형성 방법으로서 액체 방울 토출법을 사용한 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 이 문헌에 개시되어 있는 기술은, 기능성 재료(예를 들면, 도전성 재료)를 포함한 액상체를 액체 방울 토출 헤드로부터 기판 위에 토출시켜, 기판 위에 재료를 배치하여 배선 패 턴을 형성하는 것으로서, 소량 다종 생산에 대응 가능하다는 등 매우 유효한 것으로 되어 있다.
[특허문헌 1] 일본공개특허 2003-317945호 공보
그런데, 상술한 방법에 의해 형성되는 배선(기능성 막)의 패턴은 매우 미세한 것이기 때문에, 기판 위에 배치된 액상체는 표면/계면의 동역학적 영향(예를 들면, 표면 장력이나 젖는 성질)을 적지 않게 받게 된다. 이 때문에, 액상체가 단독의 액체 방울로서 기판 위에 배치되어 있는 경우는 차치하고, 복수의 액체 방울이 기판 위에서 서로 겹쳐 액상체가 특정 패턴으로서의 집합체를 형성했을 경우에는, 액상체의 패턴은 이 동역학적 영향에 의하여 변형하거나 분열을 일으키거나 하는 경우가 있다. 즉, 기판 위에 설계 패턴대로 액상체의 패턴을 형성하는 것이 곤란한 경우가 있다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 기능성 막의 패턴을 형성할 때, 선폭이나 형상 등에 대하여 정밀도 좋게 형성 가능한 패턴 형성 방법, 및 기능성 막을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 액체 방울 토출법을 사용하여 기판 위에 소정 패턴의 기능성 막을 형성하는 패턴 형성 방법으로서, 상기 기능성 막의 설계 패턴을 분할하는 복수의 부영역을 설정하는 부영역 설정 공정과, 상기 부영역 사이의 경계선을 그리도록 제1 액상체를 배치하는 제1 묘화 공정과, 상기 제1 묘화 공정 뒤에, 상기 기능성 막 으로서의 주(主)기능을 갖는 기능성 재료를 포함한 제2 액상체를, 상기 복수의 부영역을 그리도록 배치하는 제2 묘화 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 기능성 막이란, 특정 기능을 발휘하는 막 형상의 것을 가리키며, 예를 들면 발광막, 착색막, 도전성 막 등이 포함된다. 이들 기능성 막으로서의 주기능이란, 각각 발광성, 흡광성, 도전성의 것으로, 해당 주기능을 갖는 기능성 재료로서는, 예를 들면 발광성 재료로서의 유기 ＥＬ(일렉트로루미네선스) 재료, 흡광성 재료로서의 안료, 도전성 재료로서의 금속 등이 있다.
설계 패턴이란, 형성하고자 하는 기능성 막의 모티프로서의 패턴을 가리키고, 액상체나 막재료로 실제로 형성되어 있는 패턴과 구별하기 위하여, 이와 같이 표현하고 있다.
상술한 바와 같이, 액상체가 특정 패턴으로서의 집합체를 형성했을 경우에는, 액상체의 패턴은 표면 장력이나 젖는 성질 등의 영향에 의하여 변형하거나 분열을 일으키거나 하는 경우가 있다. 그리고 이러한 액상체의 거동은 기판 위에 배치된 액상체의 패턴의 크기, 형상 등에 크게 의존한다.
본 발명의 패턴 형성 방법에 의하면, 제1 묘화 공정에서 형성된 선형상의 패턴이 제2 묘화 공정에서 부영역 사이의 제2 액상체의 유동을 저지하는 역할을 수행한다. 이 때문에, 기판 위에 배치된 제2 액상체의 거동을 부영역의 형상이나 크기에 의하여 제어하는 것이 가능해진다. 이렇게 하여, 선폭이나 형상 등에 대하여 정밀도 좋게 패턴을 형성할 수 있다.
또, 상기 패턴 형성 방법은, 상기 제1 묘화 공정과 상기 제2 묘화 공정 사이 에, 상기 기판 위에 배치된 제1 액상체를 건조시켜 선형상 막을 형성하는 중간 건조 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
중간 건조 공정을 포함하지 않는 상술한 패턴 형성 방법에서는, 제1 액상체와 제2 액상체는 용이하게 서로 혼합하는 것은 곤란하므로, 액상체의 선택이 상당히 한정되게 된다(예를 들면, 제1 액상체와 제2 액상체가 혼합함으로써 화학 반응에 의해 고체화되는 것이나, 제1 액상체로서 광경화성 수지를 포함하는 것). 이 패턴 형성 방법에 의하면, 건조에 의해 제1 액상체로 형성되는 선형상 패턴이 고체화되므로, 제1 액상체와 제2 액상체의 선택의 자유도가 높아진다.
또, 상기 패턴 형성 방법에서, 상기 제1 액상체는 상기 기능성 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1 액상체의 성분은, 선형상 막으로서의 기능을 주안(主眼)으로 하고 있기 때문에, 기능성 막으로서의 기능을 주안으로 하고 있는 제2 액상체의 성분과 반드시 같다고는 할 수 없다. 그렇지만, 제1 액상체에도 기능성 재료(제2 기능성 재료와 같은 재료라고는 할 수 없다)가 포함되어 있으면, 그만큼 기능성 막으로서의 기능은 향상한다. 이 패턴 형성 방법은, 도전성 막을 형성하는 경우에 특히 매우 적합하다. 또한, 제1 액상체와 제2 액상체는 완전히 같은 성분이라도 좋고, 조성 비율이 차이가 나도 좋으며, 각각 다른 첨가제가 포함되어 있어도 좋다.
또, 상기 패턴 형성 방법에서, 상기 제1 액상체는 수지 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
기능성 막을 형성하기 위한 액상체에는, 막의 정착성을 향상시키는 등의 목 적을 위하여 수지 성분을 포함시킬 수 있다. 선형상 막은, 부영역 사이의 제2 액상체의 유동을 저지하는 역할을 수행하는 것을 주안으로 하여 형성되기 때문에, 그 특성으로서는 제2 액상체에 대하여 재용해되기 어렵고, 또 제2 액상체에 대하여 젖기 어려운 것이 바람직하다. 이 패턴 형성 방법에 의하면, 제1 액상체로서 수지 성분을 많이 포함한(조성 비율이 높은) 것을 사용함으로써, 선형상 막으로서 형성되었을 때의 재용해성이나 젖는 성질에 대하여 바람직한 조건을 얻을 수 있도록 할 수 있다.
또, 상기 패턴 형성 방법은, 상기 부영역 설정 공정에서 거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상의 영역으로서 상기 부영역을 설정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상이란, 예를 들면 직사각형 형상과 같은 일정한 폭 치수를 가지고 객관적으로 규정할 수 있는 형상을 가리키고 있고, 정사각형과 같이 폭과 길이를 구별할 수 없는 듯한 형상도 포함된다. 또, 원형이나 타원형 등에 대하여도 그 직경이나 단축의 길이를 폭이라고 생각하여 이 형상에 포함하는 것으로 한다. 또, 사다리꼴과 같이 폭이 변화하는 형상이라도 그 변화가 작은 것이면, 거의 일정한 폭을 갖는 형상에 포함된다.
액상체가 있는 설계 패턴으로 기판 위에 배치되었을 경우에, 해당 액상체의 거동은 설계 패턴의 폭의 영향을 강하게 받는다. 예를 들면, 폭이 넓은 영역과 폭이 좁은 영역이 결합한 것 같은 설계 패턴으로 액상체가 배치되었을 경우에는, 폭에 의존하는 액상체면의 곡률의 차이에 기인하여, 폭이 좁은 영역으로부터 폭이 넓은 영역을 향하여 액상체가 유동하여, 상기 두 개의 영역 사이에 막 두께 차이가 생기게 된다. 즉, 폭이 현저하게 다른 영역을 포함하여 액상체의 패턴이 형성되었을 경우에는, 상기 액상체의 거동을 잘 제어할 수 없다.
본 발명의 패턴 형성 방법에 의하면, 부영역을 거의 일정한 폭을 갖는 형상으로 함으로써 상술한 과제를 회피할 수 있다.
또, 상기 기능성 막의 설계 패턴이 가늘고 길게 신장한 영역을 포함하고 있고, 상기 신장한 영역의 신장 방향을 따라 해당 영역을 특정 길이 이하로 구획하도록 부영역이 설정되는 패턴 형성 방법에서, 상기 특정 길이는 상기 신장한 영역과 같은 폭의 띠형상 패턴을 그리도록 상기 제2 액상체를 한번에 배치했을 경우에 형성되는 액상체의 패턴에, 거의 등간격으로 나타나는 볼록부의 해당 간격과 동일한 것을 특징으로 한다.
여기서, 가늘고 길게 신장한 영역이란, 반드시 직선적인 형상일 필요는 없고, 굴곡한 띠형상의 형상이라도 좋다.
가늘고 길게 신장한 설계 패턴으로 액상체를 배치했을 경우에, 액상체의 패턴에는 토출 후의 액상체의 거동의 결과, 액체 고임으로 볼록부(벌지)가 형성되는 경우가 있다. 본원 발명자의 지견에 의하면, 이 볼록부는 좁은 폭의 영역에 액상체가 집중적으로 배치된 결과, 높아진 내압을 내리려고 하여 나타나는 것이라고 생각된다.
이 패턴 형성 방법에 의하면, 기능성 막의 설계 패턴이 가늘고 길게 신장한 영역을 포함한 경우에, 볼록부의 발생 간격 이하로 구획하여 부영역을 설정함으로써, 상술한 바와 같이 볼록부를 발생시키지 않고 , 정밀도가 좋은 액상체의 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
또, 상기 기능성 막의 설계 패턴이 가늘고 길게 신장한 영역을 포함하고 있고, 상기 신장한 영역의 신장 방향을 따라 해당 영역을 특정 길이 이하로 구획하도록 부영역이 설정되는 패턴 형성 방법에서, 상기 부영역 설정 공정에 앞서, 더미 기판 위에 상기 신장한 영역과 같은 폭의 띠형상 패턴을 그리도록 상기 제2 액상체를 배치하여 더미 패턴을 형성하는 더미 패턴 형성 공정을 갖고 있으며, 상기 더미 패턴에 거의 등간격으로 나타나는 볼록부의 해당 간격에 의하여, 상기 특정 길이를 규정하는 것을 특징으로 한다.
상술한 볼록부의 간격은, 액상체와 기판 표면의 젖는 성질, 액상체의 표면 장력, 설계 패턴의 폭, 배치하는 액상체의 양 등에 의존하며, 형성하고 싶은 기능성 막에 의하여 변화한다. 이 패턴 형성 방법에 의하면, 형성하고 싶은 기능성 막과 같은 조건(기판의 재질, 표면 처리 방법, 액상체의 조성 등)으로 처리한 더미 기판 위에 미리 더미 패턴을 형성하여 볼록부의 발생 간격을 알 수 있으므로, 최적의 부영역 설정이 가능하게 된다.
또, 상기 패턴 형성 방법에서, 상기 기판의 패턴을 형성하는 면에는 상기 기능성 막의 설계 패턴에 대응하는 영역을 둘러싸도록, 발액 처리가 실시되어 있거나 뱅크가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 패턴 형성 방법에 의하면, 발액 처리 내지 뱅크 형성에 의하여 기판 위에 배치된 제2 액상체를 보다 확실하게 부영역 내에 머물게 할 수 있다.
본 발명은 소정 패턴으로 형성된 기능성 막으로서, 상기 기능성 막의 패턴 은, 해당 패턴을 복수의 부영역으로 분할하는 경계선으로서의 패턴으로 형성된 선형상부와, 상기 선형상부로 구획되어 상기 부영역에 상당하는 패턴으로 형성된 주요부로 구성되어 있고, 적어도 상기 주요부에는 상기 기능성 막으로서의 주기능을 갖는 기능성 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기능성 막은, 부영역의 경계선으로서의 패턴으로 형성된 선형상부에 의해, 선형상부로 구획된 부영역 단위로 패턴을 형성할 수 있으므로, 패턴의 막 두께나 형상에 관한 정밀도가 뛰어나다.
상기 기능성 막에서, 상기 선형상부에는 상기 기능성 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 기능성 막은, 선형상부에도 기능성 재료(주요부에 포함되는 기능성 재료와 같은 재료라고는 할 수 없다)가 포함되어 있으므로, 기능성 막으로서의 기능이 뛰어나다.
상기 기능성 막에서, 상기 부영역은 거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상의 영역으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 기능성 막의 부영역은 거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상으로 되어 있으므로, 패턴의 막 두께나 형상에 관한 정밀도가 뛰어나다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
또한, 이하에 서술하는 실시 형태는, 본 발명의 바람직한 구체적인 예이기 때문에, 기술적으로 바람직한 여러 가지의 한정이 부가되어 있지만, 본 발명의 범 위는 이하의 설명에서 특별히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한, 이들 형태에 한정되는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에서 참조하는 도면에 도시되는 패턴의 치수비는 실제의 것과 반드시 일치하고 있지는 않다.
(액체 방울 토출 장치의 구성)
우선 먼저, 패턴의 묘화에 사용하는 액체 방울 토출 장치의 구성에 대하여, 도 1를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에서의 액체 방울 토출 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
액체 방울 토출 장치(100)는 도 1에 나타내듯이, 액체 방울을 토출하는 헤드부(110)를 갖는 헤드 기구부(102)와, 헤드부(110)로부터 토출된 액체 방울의 토출 대상인 기판(120)을 탑재 배치하는 기판 기구부(103)와, 헤드부(110)에 액상체(133)를 공급하는 액상체 공급부(104)와, 이들 각 기구부 및 공급부를 총괄적으로 제어하는 제어부(105)를 포함한다.
헤드부(110)는 복수의 노즐을 갖고 있어, 각 노즐마다 액체 방울을 기판(120)을 향하여 토출하는 것이 가능하다. 또, 액체 방울의 토출은 제어부(105)에 의하여 노즐마다 제어 가능하다. 기판(120)으로서는 유리 기판, 금속 기판, 합성 수지 기판 등, 평판 모양의 것이면 대체로 이용할 수 있다.
액체 방울 토출 장치(100)는 마루 위에 설치된 복수의 지지 다리(106)와, 지지 다리(106)의 상측에 설치된 정반(107)을 구비하고 있다. 정반(107)의 상측에는 기판 기구부(103)가 정반(107)의 길이 방향(Ｘ축 방향)에 걸쳐서 배치되어 있고, 기판 기구부(103)의 윗쪽에는, 정반(107)에 고정된 2개의 기둥으로 양팔보로 지지 되어 있는 헤드 기구부(102)가, 기판 기구부(103)와 직교하는 방향(Ｙ축 방향)에 걸쳐서 배치되어 있다. 또, 정반(107)의 한쪽 단부 위에는 헤드 기구부(102)의 헤드부(110)로부터 연통하여 액상체(133)를 공급하는 액상체 공급부(104)가 배치되어 있다. 또한, 정반(107)의 하측에는 제어부(105)가 수용되어 있다.
헤드 기구부(102)는 액상체(133)를 토출하는 헤드부(110)와, 헤드부(110)를 탑재한 캐리지(111)와, 캐리지(111)의 Ｙ축 방향으로의 이동을 가이드하는 Ｙ축 가가이드(113)와, Ｙ축 가이드(113)를 따라 설치된 Ｙ축 볼나사(115)와, Ｙ축 볼나사(115)를 정역회전시키는 Ｙ축 모터(114)와, 캐리지(111)의 하부에 있고, Ｙ축 볼나사(115)와 나사 결합하여 캐리지(111)를 이동시키는 암 나사부가 형성된 캐리지 나사 결합부(112)를 구비하고 있다.
기판 기구부(103)의 이동 기구는 헤드 기구부(102)와 거의 같은 구성으로 Ｘ축 방향에 배치되어 있고, 기판(120)을 탑재 배치하고 있는 탑재 배치대(121)와, 탑재 배치대(121)의 이동을 가이드하는 Ｘ축 가이드(123)와, Ｘ축 가이드(123)를 따라 설치된 Ｘ축 볼나사(125)와, Ｘ축 볼나사(125)를 정역회전시키는 Ｘ축 모터(124)와, 탑재 배치대(121)의 하부에 있고, Ｘ축 볼나사(125)와 나사 결합해 탑재 배치대(121)를 이동시키는 탑재 배치대 나사 결합부(122)로 구성되어 있다.
또한, 헤드 기구부(102) 및 기판 기구부(103)에는 도시하고 있지 않지만, 헤드부(110)와 탑재 배치대(121)의 이동한 위치를 검출하는 위치 검출 수단이, 각각 구비되어 있다. 또, 캐리지(111)와 탑재 배치대(121)에는 ＸＹ축에 직교하는 Ｚ축을 회전축 방향으로 한, 회전 방향을 조정하는 기구가 일체화되어 구성되어, 헤드 부(110)의 회전 방향 조정, 및 탑재 배치대(121)의 회전 방향 조정이 가능하다.
이러한 구성에 의해, 헤드부(110)와 기판(120)은 각각 Ｙ축 방향 및 Ｘ축 방향으로 왕복 가능하게 상대 이동할 수 있다. 헤드부(110)의 이동에 대해 설명하면, Ｙ축 모터(114)의 정역회전에 의하여 Ｙ축 볼나사(115)가 정역회전하고, Ｙ축 볼나사(115)에 나사 결합하고 있는 캐리지 나사 결합부(112)가 Ｙ축 가이드(113)에 따라 이동함으로써 캐리지 나사 결합부(112)와 일체의 캐리지(111)가 임의의 위치로 이동한다. 즉, Ｙ축 모터(114)의 구동에 의해 캐리지(111)에 탑재한 헤드부(110)가 Ｙ축 방향으로 자유롭게 이동한다. 마찬가지로 탑재 배치대(121)에 배치된 기판(120)도 Ｘ축 방향으로 자유롭게 이동한다.
이와 같이, Ｘ축 모터(124), Ｙ축 모터(114)의 구동 제어에 의해, 헤드부(110)의 기판(120)에 대한 상대 이동이 가능하고, 액체 방울을 기판(120) 위의 임의의 위치에 토출할 수 있게 되어 있다. 그리고, 이 위치 제어와, 헤드부(110)의 토출 제어를 동기시켜 행함으로써, 기판(120) 위에 소정 패턴을 묘화할 수 있다.
헤드부(110)에 액상체(133)를 공급하는 액상체 공급부(104)는 헤드부(110)에 연통하는 유로를 형성하는 튜브(131ａ)와, 튜브(131ａ)에 액체를 보내는 펌프(132)와, 펌프(132)에 액상체(133)을 공급하는 튜브(131ｂ)(유로)와, 튜브(131ｂ)에 연통하여 액상체(133)를 저장하는 탱크(130)로 이루어져 있고, 정반(107) 위의 일단에 배치되어 있다.
또한, 도 1에서는 탱크(130)나 튜브(131ａ, 131ｂ)는 액상체(133)에 대응한 1조의 것만 도시되어 있지만, 이는 도면의 번잡함을 피하기 위한 편의상 취급에 지 나지 않고, 실제로는 여러 종류의 액상체를 동시에 공급하고, 또한 토출시키도록 구성되어 있다. 다음에 설명하는 기능성 막의 패턴 형성에 대하여는, 제1 묘화 공정에서 토출시키는 제1 액상체와 제2 묘화 공정에서 토출시키는 제2 액상체가 준비되어 각각의 액상체가 헤드부(110)에 공급된다.
(게이트 배선의 형성에 대하여)
이하에서는, 기능성 막의 패턴 형성에 대하여, ＴＦＴ용 게이트 배선을 예로 설명을 행한다.
단, 이하의 설명에서의 게이트 배선은 어디까지나 기능성 막의 일례에 지나지 않고, 본 발명이 적용되는 기능성 막은 전자 디바이스에서의 모든 패턴의 도전성 막(배선)이나, 유기 ＥＬ(일렉트로루미네선스) 디스플레이 패널에서의 발광셀 막, 액정 디스플레이 패널에서의 칼라 필터막 등, 다방면에 걸친다.
(게이트 배선의 구성)
도 2는 ＴＦＴ용 게이트 배선의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2에서, 게이트 배선(34)은 본 발명의 기능성 막에 대응한다. 스트라이프 형상으로 형성된 복수의 게이트 배선(34)의 각각은 폭광부(34Ａ), 게이트 전극부(34Ｂ), 폭협부(34Ｃ)를 갖고 있다. 또한, 도 2에서, 폭광부(34Ａ), 게이트 전극부(34Ｂ), 폭협부(34Ｃ)의 길이나 폭의 비율은 실제의 것과 반드시 일치하고 있지는 않다.
폭광부(34Ａ)는 게이트 배선(34)에서 Ｘ축 방향으로 연장하는 주간(主幹) 부분이다. 그리고, 폭광부(34Ａ)의 폭, 즉 폭광부(34Ａ)의 길이 방향에 직교하는 방 향의 길이는 게이트 전극부(34Ｂ), 폭협부(34Ｃ)의 폭 치수보다도 길다. 구체적으로는 폭광부(34Ａ)의 폭은 거의 20μｍ이다.
게이트 전극부(34Ｂ)는 폭광부(34Ａ)로부터 Ｙ축 방향으로 돌출한 부분으로서, ＴＦＴ 소자에서의 게이트 전극을 이루는 부분이다. 게이트 전극부(34Ｂ)의 폭은 거의 10μｍ이며, 폭광부(34Ａ)의 폭 치수보다도 짧게 되어 있다.
폭협부(34Ｃ)는, 게이트 배선(34)에서 폭광부(34Ａ)보다도 폭이 좁게 되어 있는 부분이다. 이 부분은 후의 디바이스 제조 공정에 의하여 형성되는 소스 배선이나 드레인 배선(모두 도시 생략)과 입체(立體) 교차하는 부분에 해당하기 때문에, 배선의 중복에 의하여 생기는 전기 용량을 저감시키기 위하여 이와 같이 폭이 좁게 형성되어 있다. 구체적으로는 폭협부(34Ｃ)의 폭은 거의 7μｍ이다.
(액상체의 개략 구성)
게이트 배선(34)을 형성하기 위한 액상체로서, 본 실시 형태에서는 제1 액상체와 제2 액상체의 두 개를 사용하지만, 양자의 구성은 대체로 비슷하기 때문에, 여기에서는 통틀어서 액상체라고 부르고 설명을 행한다.
게이트 배선(34)을 형성하기 위한 액상체로서는, 기능성 재료로서의 도전성 미립자를 분산매에 분산시킨 것이 사용된다. 액상체에 분산되는 도전성 미립자로서는 금, 은, 구리, 파라듐, 니켈 중 어느 하나를 함유하는 금속 미립자 외에, 도전성 폴리머나 초전도체의 미립자 등이 사용된다.
이들 도전성 미립자에 대하여는, 분산성을 향상시키기 위해 그 표면에 유기물 등을 코팅하여 사용할 수도 있다. 도전성 미립자의 표면에 코팅하는 코팅재로서 는 구연산 등을 들 수 있다.
도전성 미립자의 입경은 5ｎｍ이상 0.1μｍ 이하인 것이 바람직하다. 0.1μｍ보다 크면 후술하는 액체 방울 토출 장치의 헤드의 노즐의 막힘이 일어나기 쉽고, 액체 방울 토출법에 따른 토출이 곤란하게 되기 때문이다. 또, 5ｎｍ보다 작으면 도전성 미립자에 대한 코팅재의 체적비가 커져, 얻어지는 막 중의 유기물의 비율이 과다하게 되기 때문이다.
도전성 미립자를 함유하는 액체의 분산매로서는, 실온에서의 증기압이 0.001ｍｍＨｇ 이상 200ｍｍＨｇ 이하(약 0.133Ｐａ 이상 26600Ｐａ 이하)인 것이 바람직하다. 증기압이 200ｍｍＨｇ보다 높으면 토출 후에 분산매가 급격하게 증발해 버려, 양호한 막을 형성하는 것이 곤란해지기 때문이다.
또, 분산매의 증기압은 0.001ｍｍＨｇ 이상 50ｍｍＨｇ 이하(약 0.133Ｐａ 이상 6650Ｐａ 이하)인 것이 더 바람직하다. 증기압이 50ｍｍＨｇ보다 높으면 액체 방울 토출법으로 액체 방울을 토출할 때에 건조에 의한 노즐 막힘이 일어나기 쉽고, 안정된 토출이 곤란하게 되기 때문이다.
한편, 실온에서의 증기압이 0.001ｍｍＨｇ보다 낮은 분산매의 경우에는, 건조가 늦어져 막 중에 분산매가 잔류하기 쉬워져, 후속 공정의 열 및/또는 광처리 후에 양질의 도전성 막을 얻기 어려워진다.
사용하는 분산매로서는, 상기의 도전성 미립자를 분산할 수 있는 것으로, 응집을 일으키지 않는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 물 외에, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 알코올류, ｎ-헵탄, ｎ-옥탄, 데칸, 톨루엔, 크실렌, 시멘, 듀렌, 인덴, 디펜텐, 테트라히드로 나프탈렌, 데카히드로 나프탈렌, 시클로헥실 벤젠 등의 탄화수소계 화합물, 또 에틸렌글리콜 디메틸에테르, 에틸렌글리콜 디에틸에테르, 에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르, 디에틸렌글리콜 디에틸에테르, 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르, 1, 2-디메톡시 에탄, 비스(2-메톡시 에틸) 에테르, ｐ-디옥산 등의 에테르계 화합물, 또한 프로필렌 카보네이트, γ-부티로락톤, Ｎ-메틸-2-피롤리돈, 디메틸 포름아미드, 디메틸설폭사이드, 시클로헥사논 등의 극성 화합물을 들수 있다. 이들 중, 미립자의 분산성과 그 안정성, 또 액체 방울 토출법에의 적용의 용이함의 점에서, 물, 알코올류, 탄화수소계 화합물, 에테르계 화합물이 바람직하고, 더욱 바람직한 분산매로서는 물, 탄화수소계 화합물을 들 수 있다. 이들 분산매는, 단독으로도 혹은 2종 이상의 혼합물로 하여도 사용할 수 있다.
도전성 미립자의 분산질 농도로서는, 1질량% 이상 80질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 원하는 도전성 막의 막 두께에 따라 조정할 수 있다. 80질량%를 넘으면 응집을 일으키기 쉬워져, 균일한 막을 얻기 어려워진다.
액상체의 표면 장력으로서는, 0.02Ｎ/ｍ 이상 0.07Ｎ/ｍ 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 액체 방울 토출법에서 액상체를 토출할 때, 표면 장력이 0.02Ｎ/ｍ 미만이면, 잉크 조성물의 노즐면에 대한 젖는 성질이 증대하기 때문에, 비행 굴곡이 생기기 쉬워지고, 0.07Ｎ/ｍ를 넘으면, 노즐 선단(先端)에서의 메니스커스의 형상이 안정되지 않기 때문에, 토출량, 토출 타이밍의 제어가 곤란하게 되기 때문이다.
표면 장력을 조정하기 위해, 상기 분산액에는 기판과의 접촉각을 부당하게 저하시키지 않는 범위에서, 불소계, 실리콘계, 비이온계 등의 표면 장력 조절제를 미량 첨가할 수 있다. 비이온계 표면 장력 조절제는, 액체의 기판에의 젖는 성질을 양호화하고 막의 레벨링성을 개량하여, 도막의 도톨도톨함 발생, 오렌지 필(orange peel)의 발생 등의 방지에 도움이 되는 것이다.
상기 분산액은, 필요에 따라 알코올, 에테르, 에스테르, 케톤 등의 유기 화합물을 포함하고 있어도 상관없다.
또, 액상체에는 막으로서 형성되었을 때의 정착성을 좋게 하기 위하여, 수지 성분으로서의 바인더 수지를 첨가할 수 있다. 바인더 수지로서는, 예를 들면 아크릴산과 스틸렌의 공중합체 등이 사용된다. 형성된 막의 정착성이라는 관점에서 보면 바인더 수지는 많은 것이 바람직하지만, 도전성 막으로서의 주기능, 즉 도전성이라고 하는 관점에서 보면 바인더 수지는 소량인 것이 바람직하다.
분산액의 점도는 1ｍＰａ·ｓ 이상 50ｍＰａ·ｓ 이하인 것이 바람직하다. 액체 방울 토출법으로 토출할 때, 점도가 1ｍＰａ·ｓ보다 작은 경우에는 노즐 주변부가 잉크의 유출에 의해 오염되기 쉽고, 또 점도가 50ｍＰａ·ｓ보다 큰 경우는, 노즐 구멍에서의 막힘 빈도가 높아져 원활한 액체 방울의 토출이 곤란해지기 때문이다.
(게이트 배선 형성 공정의 전체 설명)　
여기에서는, 도 3의 플로차트도에 따라서, 도 4 ~ 도 7을 참조하여 게이트 배선의 형성 공정 전체에 대해 설명한다. 도 3은 게이트 배선의 패턴 형성 공정을 설명하는 플로차트도이다. 도 4(ａ)는 게이트 배선의 설계 패턴을 나타내는 도면이다. 도 4(ｂ)는 더미 패턴의 설계 패턴을 나타내는 도면이다. 또한, 설계 패턴이란 형성하고자 하는 기능성 막의 모티프로서의 패턴을 가리키고 있으며, 액상체나 막재료로 실제로 형성되는 패턴과 구별하기 위하여 이와 같이 표현하고 있다.
상술한 게이트 배선(34)(도 2 참조)의 패턴 형성에 앞서, 우선 기판이 준비된다(도 3의 Ｓ1ａ). 기판의 재료로서는 유리, 실리콘, 수지 등 제조하는 디바이스의 종류나 이 디바이스의 부위에 따라 적당히 선택되어 사용되지만, 본 실시 형태에서는, 유리 기판을 사용한다. 또, 이때, 제품에 사용되는 것과 같은 조건(재질, 표면 평활도 등)의 기판이 더미 기판으로서 준비된다(도 3의 Ｓ1ｂ).
다음에, 기판 표면(배선 패턴을 형성하는 측의 면)에 대해 발액 처리를 행한다(도 3의 Ｓ2ａ). 발액 처리로서는, 예를 들면 자기 조직화막을 기판 표면에 형성하는 방법이 있다.「자기 조직화막」(ＳＡＭ：Ｓｅｌｆ-Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ-Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ)이란, 그 막의 형성면의 구성 원자와 결합 가능한 관능기가 직쇄 분자에 결합되어 있는 화합물을 기체 또는 액체 상태로 구성면과 공존시킴으로써, 상기 관능기가 막 형성면에 흡착하여 막 형성면의 구성 원자와 결합하고, 직쇄 분자가 막 형성면 위에 형성된 치밀한 단분자막이다. 본 실시 형태에서는 기판과 헵타데카플루오르테트라히드로데실트리에톡시실란을 동일한 밀폐 용기에 넣어 96시간 실온에서 방치함으로써 자기 조직화막을 형성한다. 또한, 이때, 먼저 준비한 더미 기판에도 같은 조건의 발액 처리가 이루어진다(도 3의 Ｓ2ｂ).
발액 처리(도 3의 Ｓ2ａ) 뒤, 기판 표면의 게이트 배선을 형성하는 영역에 친액 처리를 행한다(도 3의 Ｓ3). 구체적으로는, 게이트 배선의 설계 패턴(도 4(ａ) 참조)으로 틀을 뽑아낸 마스크를 통하여, 플라즈마 상태의 산소를 조사(플라즈마 처리법)하고, 조사된 영역의 자기 조직화 분자나 그 밖의 부착 불순물을 제거하는 것으로 행한다.
이 공정에 의해, 기판 표면에 게이트 배선의 설계 패턴으로 친액성의 영역이 형성된다. 그리고, 이 친액성 영역의 외측은 발액성의 영역으로 되어 있으므로, 후술하는 패턴 형성 공정에서, 액상체의 패턴을 설계 패턴에 맞추어 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
이때, 먼저 준비된 더미 기판에도 같은 친액 처리가 이루어지지만(도 3의 Ｓ3ｂ), 형성되는 친액성 영역은 정규 기판의 경우와 달리 도 4(ｂ)에 나타내는 가늘고 긴 띠형상의 형태를 하고 있다.
상술한 발액 처리 공정과 친액 처리 공정은, 합쳐서 기판 전처리 공정으로 불리고 있다. 이 기판 전처리 공정은, 액상체의 패턴을 설계 패턴(30)에 맞추어 정밀도 좋게 형성하기 위하여 행해지고 있다. 단, 기판 전처리 공정은, 후술하는 패턴 형성 공정을 행하는데 있어서의 필수의 공정이 아니고, 본원 발명의 효과를 얻는데 있어서도 필수는 아니다.
기판의 전처리 공정으로서 상술한 방법 외에, 뱅크 형성이라 불리는 방법도 있으므로 설명해 둔다.
뱅크 형성은, 레지스트 기술을 사용하여, 기판 위에 설계 패턴의 윤곽에 따라 뱅크 형상의 수지 구조체(뱅크)를 형성하는 것이다. 수지로서는, 아크릴 수지나 폴리이미드 수지 등이 사용된다.
이 뱅크 형성에 앞서, 기판 표면을 친액 처리해도 좋고, 뱅크 형성 후에 뱅크 부분에 대하여 발액 처리를 행해도 좋다. 이때의 발액 처리 방법으로서는, 예를 들면 대기 분위기 중에서 테트라플루오르 메탄을 처리 가스로 하는 플라즈마 처리법(ＣＦ4 플라즈마 처리법)이 사용된다. 또, 뱅크 수지로서 발액성을 갖는 재료(예를 들면, 불소기를 갖는 수지 재료)를 사용함으로써, 발액 처리를 생략하도록 해도 좋다.
친액 처리 공정(Ｓ3ａ, Ｓ3ｂ) 뒤, 더미 기판에 대하여 도 4(ｂ)에 나타내는 설계 패턴(31)을 그리도록 제2 액상체의 토출이 행해져 더미 패턴이 형성된다(도 3의 Ｓ4). 이때, 더미 기판 위에 배치하는 제2 액상체의 양은, 제품으로서의 게이트 배선(34)(도 2 참조)의 막 두께를 얻기 위하여 필요한 양과 동일하게 되어 있다.
도 4(ｂ)에서, 더미 패턴의 설계 패턴(31)은 가늘고 긴 띠형상의 형태를 한 띠형상부(31Ａ, 31Ｂ, 31Ｃ)로 구성되어 있고, 띠형상부(31Ａ)의 폭은 게이트 배선의 설계 패턴(30)의 폭광부(30Ａ)(도 2의 폭광부(34Ａ)에 대응)의 폭과 동일하게 되어 있다. 또, 띠형상부(31Ｂ)의 폭은 게이트 배선의 설계 패턴(30)의 게이트 전극부(30Ｂ)(도 2의 게이트 전극부(34Ｂ)에 대응)의 폭과, 띠형상부(31Ｃ)의 폭은 게이트 배선의 설계 패턴(30)의 폭협부(30Ｃ)(도 2의 폭협부(34Ｃ)에 대응)의 폭과 각각 동일하게 되어 있다.
더미 패턴 형성 공정은, 이 후에 계속되는 부영역 설정 공정(도 3의 Ｓ5)과 깊이 관계되는 공정이지만, 상세한 설명은 뒤로 미루는 것으로 한다.
더미 패턴 형성 공정 뒤, 도 4(ａ)에 나타내는 게이트 배선의 설계 패턴(30)을 부영역으로 분할한다(도 3의 부영역 설정 공정 Ｓ5). 이 부영역 설정 공정은, 기판에 대하여 어떠한 처리를 행하는 것이 아니고, 말하자면 정보 처리의 일종이다.
도 5는 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할의 일례를 나타내는 도면이다. 이 도면에서, 인접하는 부영역 사이의 경계는 상상선으로 나타내는 경계선(50ａ ~ 50ｅ)으로 나타내고 있다.
도 5에 나타내듯이, 설계 패턴(30)은 직사각형 형상의 부영역(40ａ ~ 40ｄ)으로 분할되어 있다. 폭광부(30Ａ)는 폭：20μｍ×길이：50μｍ의 부영역(40ａ, 40ｂ)으로 구성되어 있다. 게이트 전극부(30Ｂ)의 영역은 폭：10μｍ×길이：ＬＢ1의 부영역(40ｃ)으로 되어 있다. 폭협부(30Ｃ)의 영역은 폭：7μｍ×길이：ＬＣ1의 부영역(40ｄ)으로 되어 있다.
이와 같이, 복잡한 형상으로 이루어지는 설계 패턴(30)은 일정한 폭과 일정한 길이로 규정되는 직사각형 형상의 부영역(40ａ ~ 40ｄ)으로 분할된다. 부영역 설정에 대하여는, 몇가지 유의 사항이 있고, 상술한 더미 패턴 형성 공정(도 3의 Ｓ4)과도 깊이 관계하고 있는 것이지만, 그들에 대하여는 잠시 후에 자세하게 설명한다.
부영역을 설정하면, 부영역 설정 후의 설계 패턴(30)(도 5참조)을 기초로, 액상체의 토출을 행한다(도 3의 제1 묘화 공정 Ｓ6). 구체적으로는, 도 5에 나타내 는 설계 패턴(30)을 액체 방울 토출 장치(100)에 기억시켜, 기판 전처리(도 3의 Ｓ2ａ, Ｓ3ａ)가 이루어진 기판을 액체 방울 토출 장치(100)의 탑재 배치대(121)(도 1 참조)에 탑재 배치하고, 액체 방울 토출법에 따른 묘화를 행한다.
이후의 설명에서는, 이 제1 묘화 공정에서 토출시키는 액상체를 「제1 액상체」, 후술하는 제2 묘화 공정(도 3의 Ｓ8)에서 토출시키는 액상체를 「제2 액상체」로서, 구별하여 사용하는 것으로 한다. 양자의 조성은 완전히 같은 것이라도 상관없지만, 본 실시 형태에서는 특별히, 제1 액상체로서 바인더 수지를 첨가한 것을 사용하고 있다.
도 6은 기판 위에 형성된 제1 액상체의 패턴(선형상 막)의 일부를 나타내는 평면도이다. 도면 중, 가상선으로 나타내는 영역은 도 5에 나타내는 설계 패턴(부영역)을 나타내고 있다.
도 6에 나타내듯이, 제1 묘화 공정에서는 설계 패턴(30)의 경계선(50ｂ, 50ｃ, 50ｄ)(도 5 참조)을 그리도록 액상체의 토출이 행해지고, 해칭으로 나타내는 선형상의 패턴(33ｂ, 33ｃ, 33ｄ)이 형성된다. 패턴(33ｂ, 33ｃ, 33ｄ)은 액체 방울 1 ~ 2 도트분 정도의 매우 좁은 폭으로 형성할 수 있다.
다음에, 제1 액상체의 패턴(33ｂ, 33ｃ, 33ｄ)을 건조시켜, 제1 액상체에 포함되는 기능성 재료 등을 기판 위에 정착시킨다(도 3의 중간 건조 공정 Ｓ7). 이 건조 공정은, 기판을 건조 장치에 이송하여 행해도 좋고, 액체 방울 토출 장치(100)(도 1 참조)와 건조 장치를 조합한 제조 장치에 의하여 탑재 배치대(121)(도 1 참조) 위에 기판을 둔 채로 행해도 좋다.
이 건조 공정에 의하여, 제1 액상체의 분산매나 각종 용제는 증발하고, 기판 위에는 도전성 재료를 포함한 도전성 막으로서의 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)이 형성된다. 이렇게 하여, 부영역(40ａ)과 부영역(40ｄ)은 선형상 막(38ｂ)에 의하여, 부영역(40ａ)과 부영역(40ｃ)은 선형상 막(38ｃ)에 의하여, 부영역(40ａ)과 부영역(40ｂ)은 선형상 막(38ｄ)에 의하여, 각각 구획되게 된다.
중간 건조 공정에 의하여 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)이 형성된 기판에 대하여, 다음에 제2 액상체의 토출을 행한다(도 3의 제2 묘화 공정 Ｓ8). 구체적으로는, 도 6의 부영역(40ａ, 40ｂ, 40ｃ, 40ｄ)을 그리도록 제2 액상체를 토출시켜, 제2 액상체의 패턴을 형성한다.
도 7은 기판 위에 형성된 제2 액상체의 패턴의 일부를 나타내는 평면도이다.
도 7에서, 해칭으로 나타내는 제2 액상체의 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)은, 각각 도 6의 부영역(40ａ, 40ｂ, 40ｃ, 40ｄ)에 대응하는 패턴으로서 형성되어 있다. 기판 표면에는, 이미 도 4(ａ)에 나타내는 게이트 배선의 설계 패턴(30)에 맞춘 친액/발액 처리가 이루어져 있으므로, 샤프한 윤곽을 가진 패턴을 형성하는 것이 가능하다.
또, 이때, 제2 액상체의 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)은 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)에 의하여 구획되고, 인접하는 패턴 사이에서 액상체의 이동이 일어나지 않도록 되어 있다. 즉, 제2 액상체의 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)은, 각각 이 독립한 동역학 체계에 의하여 지배되고 있고, 이는 부영역(40ａ, 40ｂ, 40ｃ, 40ｄ)의 분할에 의거하여(부영역 단위로) 패턴의 제어가 행해지고 있다고 바꾸어 말 할 수도 있다.
제2 액상체의 패턴을 부영역 단위로 유효하게 제어하기 위하여는, 각 부영역에 대응하는 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)이 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)으로 확실히 구획되는 것이 바람직하다. 그 때문에, 본 실시 형태에서는 제1 액상체에 바인더 수지를 첨가하여, 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)이 제2 액상체에 의하여 재용해되기 어렵도록, 또, 제2 액상체에 대하여 적당한 발액성을 발휘하도록 고안되어 있다. 특히는, 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)이 형성된 상태에서, 그 표면이 기판 표면의 친액 영역보다도 발액성이 높아지도록, 제1 액상체의 조성이 결정되는 것이 바람직하다.
한편, 바인더 수지를 포함하기 위하여, 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)의 전기 저항은 약간 높아지지만, 제1 액상체에는 도전성 재료도 충분히 포함시키고 있어, 도전성 막으로서의 기능에는 거의 영향은 없다. 또, 전기 저항을 가능한 한 크게 하지 않도록, 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)의 폭은 제2 액상체의 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)을 구획하기 위해 필요한 최저한의 폭으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 기능성 막의 종류나 요구하는 스펙에 의해서는(예를 들면, 착색막을 형성하는 경우에는), 기능성 재료를 전혀 포함하지 않고 제1 액상체를 구성하는 것도 가능하다.
또, 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)은, 예를 들면 제1 묘화 공정과 중간 건조 공정을 반복하는 등으로, 두껍게 형성하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면, 제2 액상체의 이동을 저지하는 둑으로서의 역할을 보다 강력한 것으로 할 수 있다.
제2 액상체의 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)의 형성 뒤, 건조 장치에 이송하는 등으로, 기판마다 건조시켜(도 3의 본 건조 공정 Ｓ9), 제2 액상체에 포함되는 기능성 재료 등을 기판 위에 정착시킨다. 이때, 제2 액상체의 패턴(35ａ, 35ｂ, 35ｃ, 35ｄ)의 부분은 게이트 배선(34)의 주요부로서, 먼저 형성된 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)과 일체화하여 게이트 배선(34)(도 2 참조)을 형성한다. 일체화된 게이트 배선(34)에서는 선형상 막(38ｂ, 38ｃ, 38ｄ)이었던 부분은 선형상부로 불린다.
게이트 배선(34)(도 2 참조)이 형성된 기판은, 필요에 따라 소성된 후 디바이스 제조 공정으로 보내지고, 예를 들면, 디스플레이 장치의 배선 등으로서 이용된다.
(패턴 준비 공정에 관한 상세)
상술한 공정에서, 더미 패턴 형성 공정(도 3의 Ｓ4), 부영역 설정 공정(도 3의 Ｓ5)은, 합쳐서 패턴 준비 공정이라 불린다. 이하에서는, 이들 공정에 관하여 도 8, 도 9를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 8은 더미 기판 위에 형성된 더미 패턴의 일부를 나타내는 평면도로서, 도 4(ｂ)의 띠형상부(31Ａ)에 대응하는 패턴을 나타내고 있다.
도 8에서, 제2 액상체(이하, 간단히 액상체라고 부른다)로 이루어지는 더미 패턴(32Ａ)은 가상선으로 나타내는 설계 패턴으로서의 띠형상부(31Ａ)와 일치하지 않고, 등간격으로 발생한 액체 고임인 벌지(36)(볼록부)를 갖고 있다. 이와 같이, 설계 패턴(띠형상부(31Ａ))대로 액상체(액체 방울)를 정확하게 떨어뜨렸다고 해도, 기판 위의 액상체는 젖는 성질이나 표면 장력 등의 동역학적 영향에 지배되어 행동 하여, 형상을 변화시키거나 분열을 일으키거나 하는 경우가 있다. 그리고, 그러한 케이스 중 하나가, 가늘고 길게 신장한 설계 패턴으로 액상체를 묘화했을 때의 벌지(36)의 발생이다. 본원 발명자의 지견에 의하면, 이 벌지(36)는 좁은 폭의 영역에 액상체가 집중적으로 배치된 결과, 높아진 내압을 내리려고 하여 나타나는 것이라고 생각되고 있다.
또한, 상세한 설명은 생략 하지만, 도 4(ｂ)에 나타내는 띠형상부(31Ｂ, 31 Ｃ)에 대응하는 더미 패턴에 대하여도, 도 8의 더미 패턴(32Ａ)과 마찬가지로, 거의 등간격으로 벌지가 발생하고 있다. 벌지의 발생 간격은 패턴의 폭이 좁을 수록 짧아지는 경향을 나타낸다.
도 8의 더미 패턴(32Ａ)과 같이, 액상체의 패턴을 형성했을 때에 벌지가 발생해 버리면, 설계 패턴 대로의 배선막을 형성할 수 없게 되어 버리기 때문에, 벌지가 발생하는지 아닌지의 조건을 미리 알아 두는 것은 중요하다. 그런데, 벌지의 발생 조건은 친액 영역의 친액성, 발액 영역의 발액성, 액상체의 표면 장력, 띠형상부의 폭, 배치되는 액상체의 양 등에 의존하여 변화하기 때문에, 다양한 액상체(기능성 재료), 다양한 패턴에 적용할 수 있는 조건을 계산 등으로 구하는 것은 곤란하다.
이 더미 패턴 형성 공정은, 이러한 사정에 감안하여 설치되어 있다. 즉, 게이트 배선의 설계 패턴(30)(도 4(ａ) 참조)에 포함되는 가늘고 길게 신장한 영역, 즉, 폭광부(30Ａ), 게이트 전극부(30Ｂ), 폭협부(30Ｃ)와 같은 폭의 띠형상 패턴으로 더미 패턴을 형성함으로써, 벌지의 발생 조건으로서 패턴의 폭 치수와의 관계를 알 수 있는 것이다.
예를 들면, 도 8에 나타내는 더미 패턴(32Ａ)의 예에서는 벌지(36)의 발생 간격은 약 90μｍ이다. 이 때문에, 도 4(ａ)의 설계 패턴(30)으로 액상체의 패턴을 한 번에 형성하면, 100μｍ의 길이로 신장하는 폭광부(30Ａ)에 상당하는 영역에서, 벌지를 일으킬 가능성이 높다고 생각할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 도 5에 나타내듯이 폭광부(30Ａ)를 폭：20μｍ×길이：50μｍ의 직사각형 형상의 부영역(40ａ, 40ｂ)으로 분할하고 있다. 이와 같이, 더미 패턴(32Ａ)에서의 벌지(36)의 발생 간격(약 90μｍ) 이하의 길이로 폭광부(30Ａ)를 부영역으로 분할함으로써, 액상체의 패턴을 형성했을 경우에, 벌지가 발생하는 것을 미리 막을 수 있는 것이다.
마찬가지의 것은, 게이트 전극부(30Ｂ)나 폭협부(30Ｃ)에 상당하는 영역에 대하여도 말할 수 있지만, 본 실시 형태의 경우, 부영역(40ｃ, 40ｄ)의 길이는 띠형상부(31Ｂ, 31 Ｃ)(도 4(ｂ) 참조)에 대응하는 더미 패턴에 나타나는 벌지의 발생 간격보다도 짧게 되어 있으므로, 굳이 분할할 필요는 없다.
상술한 바와 같은 벌지의 발생은, 액상체의 패턴이 젖는 성질이나 표면 장력 등의 동역학적 영향에 의하여 형상을 변화시키는 케이스의 하나이지만, 이러한 케이스 외에도 특징적인 예가 있으므로, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 본 실시 형태와의 비교예로서, 액상체 패턴의 종래예를 나타내는 단면도이다.
도 9로 나타내는 액상체의 패턴(90)은 도 4(ａ)의 상상선 영역(Ｅ)에 상당하는 부분의 단면도이다. 도 9(ａ)에서는, 폭협부(90Ｃ)(도 4(ａ)의 폭협부(30Ｃ)에 대응)의 두께는, 폭광부(90Ａ)(도 4(ａ)의 폭광부(30Ａ)에 대응)의 두께에 비해 얇 게 되어 있다. 또, 도 9(ｂ)에서는 폭협부(90Ｃ)의 부분에 액상체의 패턴이 형성 되어 있지 않고, 패턴(90)이 도중에 분단된 것 같은 형태로 되어 있다.
이와 같이, 폭이 다른 두 개의 영역이 접하고 있는 부분에서는, 해당 두 개의 영역(도 9의 예에서는, 폭광부(90Ａ)과 폭협부(90Ｃ)) 사이에 액상체의 이동이 일어나, 막 두께의 불균등이나 결함을 발생시키는 경우가 있다. 본원 발명자의 지견에 의하면, 이러한 액상체의 이동 현상은, 폭광부(90Ａ)와 폭협부(90Ｃ)에서의 액상체 표면의 곡률의 차이로부터 유래하는 것이라고 생각된다. 즉, 거의 균일한 두께로 패턴(90)이 구성되었을 경우에는, 폭이 좁은 폭협부(90Ｃ)의 액상체의 표면은, 폭이 넓은 폭광부(90Ａ)의 액상체의 표면보다도 곡률이 커진다. 그리고, 이 곡률의 차이와 함께, 표면 장력과의 균형을 유지하는 관계로부터 액상체의 내압에도 차이가 발생하기 때문에, 해당 내압 차이에 의하여 액상체의 유동이 발생하여, 정상 상태에서 도 9에 나타내는 패턴으로 되는 것이다.
본 실시 형태에서는, 도 5에 나타내듯이 폭광부(30Ａ)의 폭(20μｍ)으로 규정되는 부영역(40ａ, 40ｂ), 게이트 전극부(30Ｂ)의 폭(10μｍ)으로 규정되는 부영역(40ｃ), 폭협부(30Ｃ)의 폭(7μｍ)으로 규정되는 부영역(40ｄ)과 같이, 일정한 폭으로 규정되는 부영역으로, 게이트 배선의 설계 패턴(30)을 분할하고 있다. 직사각형 형상과 같은 일정한 폭으로 규정 가능한 형상의 부영역 내에서는, 액상체는 상술한 바와 같은 유동을 일으키지 않고, 안정된 형상을 유지하는 것이 가능하고, 이렇게 하여 균일한 막을 형성할 수 있다.
또한, 「일정한 폭으로 규정 가능한 형상」에 대하여는, 본 실시 형태와 같 은 직사각형 형상으로 한정되는 것은 아니다. 그 경계에 대하여는, 후술하는 변형예 1 ~ 4로 설명한다.
상술한 설명에서 알 수 있듯이, 액상체의 패턴을 형성하는 경우에서는, 그 설계 패턴의 형상이나 치수는 토출 후의 액상체의 거동에 크게 영향을 준다. 본 발명의 패턴 형성 방법에 의하면, 설계 패턴의 형상이나 치수에 상관없이, 부영역 단위로 액상체의 거동을 제어할 수 있기 때문에, 선폭이나 형상 등에 대하여 정밀도 좋게 패턴을 형성할 수 있다.
(변형예 1)
도 10은, 변형예 1에서의 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면이다. 이하, 앞의 실시 형태와 중복하는 부분에 대하여는 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 변형예 1의 설명을 행한다.
도 10에 나타내듯이, 이 변형예 1에서는 게이트 전극부(30Ｂ)의 폭(10μｍ)으로 규정되는 부영역(41ｃ)이, 게이트 전극부(30Ｂ)로부터 폭광부(30Ａ)의 일부에 연장하도록 설정되어 있다. 또, 폭광부(30Ａ)는 20μｍ×20μｍ의 정사각형 형상의 부영역(41ａ)과, 폭：20μｍ×길이：70μｍ의 직사각형 형상의 부영역(41ｂ)을 포함하고 있다.
이 변형예 1처럼, 폭광부(30Ａ)와 게이트 전극부(30Ｂ)가 접하는 부분에서, 부영역은 그 접속 부분을 경계로 하여 분할되어야 한다는 것은 아니다. 중요한 것은, 「거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상」의 부영역으로 분할하는 것이며, 그 변형은 다양하다.
또, 폭광부(30Ａ)의 분할은 등분(等分)이 아니면 안된다는 것도 아니다. 중요한 것은, 「벌지를 발생시키지 않는 길이(더미 패턴에서의 벌지의 발생 간격 이하의 길이)」의 부영역으로 분할하는 것이며, 그 변형은 다양하다.
또, 정사각형 형상의 부영역(41ａ)에 대하여는, 어느 쪽이 폭이고 어느 쪽이 길이인지 구별이 되지 않지만, 정사각형 형상으로 액상체의 패턴이 형성되었다고 해도, 해당 패턴이 안정된 형상을 유지할 수 있는 것은 분명하고, 정사각형 형상을 「거의 일정한 폭을 갖는 형상」은 아니라고 할 합리적인 이유는 없다. 즉, 본 발명에서 「거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상」은, 이러한 형상으로 패턴이 형성되었을 경우에 해당 패턴이 안정된 형상을 유지할 수 있을지 여부에 대한 관점도 포함하여 특정되어야 하고, 정사각형 형상은 당연히 여기에 포함된다.
(변형예 2)
도 11는 변형예 2에서의 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면이다. 이하, 변형예 1 및 앞의 실시 형태와 중복하는 부분에 대하여는 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 변형예 2의 설명을 행한다.
도 11에 나타내듯이, 이 변형예 2에서는 게이트 전극부(30Ｂ)의 폭(10μｍ)으로 규정되는 부영역(42ｃ, 42ｅ)이 변형예 1에서의 부영역(41ｃ)을 Ｙ축 방향으로 분할한 것처럼 설정되어 있다. 이와 같이, 부영역의 설정은 그 분할을 세분화하여 행하는 것을 부정하는 것은 아니다.
(변형예 3)
도 12는 변형예 3에서의 게이트 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면이다. 이하, 앞의 실시 형태와 중복하는 부분에 대하여는 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 변형예 3의 설명을 행한다.
도 12에 나타내듯이, 이 변형예 3에서는 폭광부(30Ａ)는 직사각형 형상이 아닌 부영역(43ａ, 43ｂ)을 포함하고 있다. 이와 같이, 약간의 단차나 곡선적인 윤곽을 갖고 있어, 엄밀하게 직사각형 형상이라고는 부를 수 없는 형상에 대하여도, 객관적으로 거의 일정한 폭(이 경우는 20μｍ)으로 규정할 수 있는 것에 대하여는, 본 발명에서의 「거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상」에 포함된다.
(변형예 4)
도 13은 변형예 4에서의 전극 배선의 설계 패턴의 부영역 분할을 나타내는 도면이다. 이하, 앞의 실시 형태와 중복하는 부분에 대하여는 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 변형예 4의 설명을 행한다.
도 13에서, 전극 배선의 설계 패턴(60)은 원형의 부영역(61ａ)과, 대략 직사각형 형상의 부영역(61ｂ)과, 굴곡한 띠형상의 부영역(61ｃ)과, 사다리꼴 형상의 부영역(61ｄ, 61ｅ)을 포함하고 있다.
원형의 부영역(61ａ)은 그 직경을 폭으로 간주했을 때에, 그 중심을 회전축으로 하는 회전 방향에 대하여 일정한 폭으로 규정하는 것이 가능하다라고 간주할 수 있다. 또, 정사각형 형상의 경우와 같이, 원형 형상으로 액상체의 패턴이 형성되었다고 해도, 해당 패턴이 안정된 형상을 유지할 수 있는 것은 분명하다. 즉, 「일정한 폭으로 규정 가능한 형상」이란, 병진 또는 회전의 한 방향에 대하여 일정한 폭(지름)으로 규정하는 것이 가능한 형상의 것이며, 원형 형상은 본 발명에서의 「거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상」에 포함된다. 또, 부영역(61ｃ)과 같은 굴곡한 띠형상이나, 부영역(61ｄ, 61ｅ)과 같은 윗변과 아랫변의 차이가 작은 사다리꼴 형상도 본 발명에서의 「거의 일정한 폭으로 규정 가능한 형상」에 포함된다.
본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되지 않는다. 예를 들면, 설계 패턴이 복수의 폭 치수를 갖는 영역으로 구성되어 있었다고 해도, 형상이나 막 두께 분포가 안정화되는 범위라면, 그 영역을 굳이 분할해야 하는 것은 아니다. 또, 각 실시 형태의 각 구성은, 이들을 적당히 조합하거나 생략하거나 도시하지 않은 다른 구성과 조합하거나 할 수 있다.
본 발명에 의하면 기능성 막의 패턴을 형성할 때, 선폭이나 형상 등에 대하여 정밀도 좋게 형성 가능한 패턴 형성 방법, 및 기능성 막을 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 액체 방울 토출법을 사용하여 기판 위에 소정 패턴의 기능성 막을 형성하는 패턴 형성 방법으로서,
    상기 기능성 막의 설계 패턴을 분할하는 복수의 부영역(sub-region)을 설정하는 부영역 설정 공정과,
    상기 부영역 사이의 경계선을 그리도록 제1 액상체를 배치하는 제1 묘화 공정과,
    상기 제1 묘화 공정 후에, 상기 기능성 막으로서의 주(主)기능을 갖는 기능성 재료를 포함하는 제2 액상체를 상기 복수의 부영역을 그리도록 배치하는 제2 묘화 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 묘화 공정과 상기 제2 묘화 공정 사이에, 상기 기판 위에 배치된 제1 액상체를 건조시켜, 선형상 막을 형성하는 중간 건조 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 액상체는 상기 기능성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 액상체는 수지 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부영역 설정 공정에서, 일정한 폭으로 규정 가능한 형상의 영역으로서 상기 부영역을 설정하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능성 막의 설계 패턴이 가늘고 길게 신장한 영역을 포함하고 있고, 상기 부영역 설정 공정에서 상기 신장한 영역의 신장 방향을 따라 상기 영역을 특정 길이 이하로 구획하도록 상기 부영역을 설정하고,
    상기 특정 길이는 상기 신장한 영역과 같은 폭의 띠형상의 패턴을 그리도록 상기 제2 액상체를 한번에 배치한 경우에 형성되는 액상체의 패턴에 등간격으로 나타나는 팽창부의 해당 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 부영역 설정 공정에 앞서, 더미 기판 위에 상기 신장한 영역과 같은 폭의 띠형상의 패턴을 그리도록 상기 제2 액상체를 배치하여 더미 패턴을 형성하는 더미 패턴 형성 공정을 갖고 있고,
    상기 더미 패턴에 등간격으로 나타나는 팽창부의 해당 간격에 의해 상기 특정 길이를 규정하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 패턴을 형성하는 면에는 상기 기능성 막의 설계 패턴에 대응하는 영역을 둘러싸도록, 발액 처리가 실시되어 있거나 또는 뱅크가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  9. 소정 패턴으로 형성된 기능성 막으로서,
    상기 기능성 막의 패턴은 상기 패턴을 복수의 부영역으로 분할하는 경계선으로서의 패턴으로 형성된 선형상부(line-shaped portion)와,
    상기 선형상부로 구획되고 상기 부영역에 상당하는 패턴으로 형성된 주요부로 구성되어 있고,
    상기 주요부에는 상기 기능성 막으로서의 주기능을 갖는 기능성 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 기능성 막.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 선형상부에는 상기 기능성 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 기능성 막.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 부영역은 일정한 폭으로 규정 가능한 형상의 영역으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 기능성 막.
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