WO2014112554A1 - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成方法及び薄膜形成装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2014112554A1
WO2014112554A1 PCT/JP2014/050673 JP2014050673W WO2014112554A1 WO 2014112554 A1 WO2014112554 A1 WO 2014112554A1 JP 2014050673 W JP2014050673 W JP 2014050673W WO 2014112554 A1 WO2014112554 A1 WO 2014112554A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ink
thin film
substrate
light
high illuminance
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/050673
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
仲島　厚志
Original Assignee
コニカミノルタ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by コニカミノルタ株式会社 filed Critical コニカミノルタ株式会社
Priority to JP2014557493A priority Critical patent/JP6222113B2/ja
Publication of WO2014112554A1 publication Critical patent/WO2014112554A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H10K71/13—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing
    • H10K71/135—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating using printing techniques, e.g. ink-jet printing or screen printing using ink-jet printing
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions

Definitions

  • the present invention relates to a thin film forming method and a thin film forming apparatus, and more particularly to a thin film forming method and a thin film forming apparatus for forming a thin film by drying ink applied to a substrate.
  • LCD color filters and liquid crystal material printing include LCD color filters and liquid crystal material printing, OLED light emitting and injection layers, electronic paper TFT backplanes, PCB and FPC electrode formation, solar cell wiring, transparent conductive films and touch panels. Many attempts have been made to print devices.
  • the solid content concentration is set low so that the thickness of the dry coating film is about 10 to several hundred nm. Therefore, the ink generally has a very low viscosity close to that of the solvent. In addition, since such a thin film is required to have few impurities, it is generally difficult to adjust the viscosity.
  • a light emitting layer, an injection layer, and a transport layer of OLED illumination and a display, an insulating film of an organic semiconductor, an electrode, and an organic semiconductor layer can be used.
  • the functional thin film ink has a low viscosity, so that the liquid flow on the substrate is caused to be flat like the coffee ring phenomenon or the like until it is dried on the substrate. A thin film may not be obtained.
  • the substrate surface has not only a few in-plane variations such as wettability, so uniform application of a large area becomes a problem.
  • the size (diameter) of the coating film is small, for example, 10 to 100 ⁇ m, liquid flow occurs during a very short time from when the ink is applied to the substrate until it dries. Flatness is impaired.
  • a method of drying by suppressing the flow of ink in a short time until drying a method of heating the ink together with the substrate, a method of radiant heating with infrared rays, and a method of adjusting the physical properties of the ink can be considered, but each has a problem. .
  • the drying speed is slow, and ink liquid flow occurs before the heating effect is obtained.
  • the base material has a heat capacity, so it is difficult to obtain a temperature that dramatically increases the drying speed of the ink, and it is difficult to obtain the effect of suppressing liquid flow.
  • the addition of a thickener for example, the addition of a surfactant, the addition of an additive for imparting thixotropic properties, and the like can be considered, but these cause a decrease in the function of the coating film.
  • Patent Document 1 a method of forming an organic semiconductor by a coating method by heating a precursor of the organic semiconductor is disclosed.
  • Patent Document 2 a method is disclosed in which a spot where ink is landed is heated in advance with a laser beam to suppress wetting and spreading of the landed ink.
  • Patent Document 1 is a heating method after forming a thin film, and does not control coating film formation in a short time until the ink is dried.
  • Patent Document 2 is a method in which the base material is heated to a high temperature in advance, and in order to obtain an effect, the deformation of the base material cannot be ignored, particularly in the formation of a thin film coating film of 10 to several 100 nm. There was a problem that the flow was rather increased. The reason why the ink flow is increased is not clear, but it is considered that the ink flow at the initial stage of drying tends to increase because the temperature of the ink increases and the viscosity decreases immediately after landing.
  • an object of the present invention is to realize homogenization of the obtained thin film and improvement of flatness with good reproducibility without using a method such as adding an additive to the ink.
  • An object of the present invention is to provide a thin film forming method and a thin film forming apparatus capable of performing heat drying and preventing deformation and modification of a substrate.
  • the apparatus applies a mechanism for applying ink on the substrate, and the ink is irradiated with high illuminance light before the ink is dried.
  • a thin film forming apparatus having a mechanism for drying by heating.
  • Explanatory drawing which shows an example of the thin film formation method concerning this invention
  • Explanatory drawing which shows the 1st aspect which forms the organic-semiconductor thin film of an organic thin-film transistor with the thin-film formation method concerning this invention
  • Explanatory drawing which shows the 2nd aspect which forms the organic-semiconductor thin film of an organic thin-film transistor with the thin-film formation method concerning this invention
  • Explanatory drawing which shows the 3rd aspect which forms the organic-semiconductor thin film of an organic thin-film transistor with the thin-film formation method concerning this invention
  • Explanatory drawing which shows the 4th aspect which forms the organic-semiconductor thin film of an organic thin-film transistor with the thin-film formation method concerning this invention.
  • the principal part schematic side view which shows an example of the thin film forming apparatus which concerns on this invention It is a principal part schematic plan view of the thin film forming apparatus shown in FIG.
  • the figure which shows the result of an Example and a comparative example The figure which shows the result of an Example and a comparative example
  • the figure which shows the result of an Example and a comparative example The figure which shows the result of an Example and a comparative example
  • the figure which shows the result of an Example and a comparative example The figure which shows the result of an Example and a comparative example
  • FIG. 1 is an explanatory view showing an example of a thin film forming method according to the present invention.
  • a base material 1 is prepared as shown in FIG.
  • ink 2 containing a thin film forming component and a solvent is applied to the surface 10 (also referred to as a substrate surface) of the substrate 1.
  • the diameter of the ink 2 (wet film) applied to the substrate surface 10 is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less from the viewpoint of more prominently achieving the effects of the present invention.
  • drying specifically refers to removal of the solvent contained in the ink 2
  • before ink 2 is dried specifically refers to the solvent contained in the ink 2 being the ink concerned. 2 is a period in which the ink 2 contains the solvent and, more narrowly, a period in which the ink 2 is kept in a low-viscosity state.
  • the ink 2 applied to the substrate surface 10 is preferably a low-viscosity ink from the viewpoint of more prominently achieving the effects of the present invention.
  • the viscosity is 1 mP ⁇ s or more.
  • the range is preferably 30 mPa ⁇ s or less, and more preferably 1 mP ⁇ s or more and 10 mP ⁇ s or less. It is preferable to perform irradiation with high illuminance light within a period in which the ink 2 maintains such a viscosity.
  • the viscosity is a value measured using a rotational viscometer, a vibration viscometer, etc., under a viscosity measurement condition suitable for the above-described viscosity range and a shear rate of about 10 to 1000-1 s.
  • the ink 2 is heated and dried by irradiation with high illuminance light, and as shown in FIG. 1D, a solid dry thin film 3 made of a thin film forming component (hereinafter sometimes simply referred to as a thin film). become.
  • a thin film forming component hereinafter sometimes simply referred to as a thin film
  • the thickness of the thin film 3 is not particularly limited, but is preferably in the range of 10 nm or more and 1 ⁇ m or less from the viewpoint of achieving the effects of the present invention more remarkably.
  • the resulting thin film 3 is homogenized.
  • the effect of improving the flatness with good reproducibility can be obtained.
  • the ink can be heated and dried in a short time, and the effect of preventing the deformation and modification of the base material 10 can be obtained.
  • the method for applying the ink 2 to the substrate surface 10 is not particularly limited, but a printing method or the like is preferable.
  • a printing method a generally known method can be used, and an inkjet method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a flexographic printing method, etc. can be preferably exemplified, and an inkjet method in particular. Is preferred.
  • the ink jet method for example, a known method such as an on-demand type such as a piezo method or a bubble jet (registered trademark) method or a continuous jet type ink jet method such as an electrostatic suction method can be used.
  • an on-demand type such as a piezo method or a bubble jet (registered trademark) method
  • a continuous jet type ink jet method such as an electrostatic suction method
  • the application of the ink 2 is not limited to the case of applying the pre-prepared ink 2, and a plurality of ink components are individually applied to the substrate surface 10, and
  • the ink 2 may be applied as a result of mixing the ink 2 and mixing the ink 2.
  • a method of preparing a desired ink 2 by mixing two or more kinds of inks individually applied by an ink jet method or the like on the substrate surface 10 can be mentioned.
  • the ink 2 precursor may be converted into an ink component by reaction, whereby the ink 2 may be applied.
  • the high illuminance light is preferably light having an illuminance of at least 100 mW / cm 2 on the substrate surface 10, and such light is not particularly limited. However, a laser beam, flash light, etc. can be illustrated preferably.
  • the illuminance on the substrate surface 10 refers to the entire emission wavelength, and is the maximum value of the light emission power conversion value or a value measured by an exposure illuminance measuring machine as appropriate.
  • the laser light preferably used in the present invention is not particularly limited, but a solid laser such as a ruby laser, a YAG laser, or a glass laser; a He—Ne laser, an Ar ion laser, a Kr ion laser, a CO 2 laser, Gas laser such as CO laser, He-Cd laser, N 2 laser, excimer laser; semiconductor laser such as InGaP laser, AlGaAs laser, GaAsP laser, InGaAs laser, InAsP laser, CdSnP 2 laser, GaSb laser; chemical laser, dye laser It is possible to preferably illustrate the above, and it is possible to appropriately perform a scanning exposure according to the purpose by narrowing it into a beam shape.
  • electromagnetic waves with a narrow energy application area particularly ultraviolet light, visible light, and infrared light with a wavelength of 1 nm to 1 mm are preferable.
  • a laser light source ruby laser is used.
  • Solid lasers such as YAG laser and glass laser; He—Ne laser, Ar ion laser, Kr ion laser, CO 2 laser, CO laser, He—Cd laser, N 2 laser, excimer laser and other gas lasers; InGaP laser, Examples thereof include semiconductor lasers such as AlGaAs laser, GaAsP laser, InGaAs laser, InAsP laser, CdSnP 2 laser, and GaSb laser; chemical laser, dye laser, and the like.
  • the flash light preferably used in the present invention is not particularly limited, but a flash light by a xenon lamp, a halogen lamp, a mercury lamp, or the like can be preferably exemplified, and these exposures may be performed on the entire surface, Or you may carry out through a photomask.
  • the high illuminance light is flash light
  • the irradiation conditions are preferably set as appropriate in accordance with the solvent type of the ink 2, the amount of the ink 2 applied to the substrate surface 10, and the like.
  • the irradiation time in the range of 1 microsecond to 2 milliseconds, and to provide an intermittent time (no irradiation time or low output irradiation time) of 0.5 to 100 milliseconds between each irradiation time.
  • the number of irradiations is preferably in the range of 10 to 30000 times.
  • the ink applied on the base material repeats from room temperature ⁇ high temperature rise ⁇ temperature fall ⁇ temperature rise ⁇ temperature fall ⁇ .
  • a heating history different from simple heating can effectively suppress ink flow and form a flat thin film.
  • the irradiation range is set so that the high illuminance light irradiated to the substrate surface 10 is directly irradiated to the ink 2 on the substrate surface 10. That is, in the present invention, the ink 2 on the substrate surface 10 can be indirectly heated and dried by the substrate 1 heated by the irradiation of the high illuminance light to the substrate surface 10, but more preferably, Direct drying is performed by directly irradiating the ink 2 on the substrate surface 10.
  • the solvent that the ink 2 can contain is not particularly limited, but for example, an organic solvent such as hydrocarbon, alcohol, ether, ester, ketone, glycol ether, or water can be used. It can illustrate preferably, These 1 type (s) or 2 or more types can be mixed and used.
  • the ink composition (solvent composition) is appropriately adjusted so that the ink 2 satisfies the above-described conditions for the low-viscosity ink.
  • the thin film forming component contained in the ink 2 is not particularly limited, but conductive materials such as conductive fine particles and conductive polymers, insulating materials, semiconductor materials, optical filter materials, dielectric materials. And the like, and organic semiconductor materials are particularly preferable.
  • the thin film forming component is preferably contained in the ink 2 in a state of being dispersed or dissolved in the solvent described above.
  • the ink 2 contains an organic semiconductor material, for example, a material that serves as an acceptor that accepts electrons or a material that serves as a donor that serves as an electron donor is contained, and the thin film obtained is subjected to a so-called doping treatment. You may make it give.
  • the dispersibility or solubility of the thin film forming component in the solvent Additives can be added for the purpose of adjusting the viscosity or for the purpose of optimizing the ink jet method.
  • the substrate 1 to which the ink 2 is applied is not particularly limited, but is a substrate that hardly absorbs the components constituting the ink 2 from the viewpoint of more prominently achieving the effects of the present invention. It is preferable.
  • Specific examples of the substrate include glass, plastic (polyethylene, polypropylene, acrylic, polyester, polyamide, etc.), metal (copper, nickel, aluminum, iron, etc., or alloy), ceramic, and the like.
  • a substrate whose surface 10 is made of a coating layer that does not absorb liquid can be preferably used.
  • the substrate 1 preferably has a layer that absorbs high illuminance light in the vicinity of the application position of the ink 2 on the substrate surface 10. Thereby, the drying speed of the ink 2 can be further increased, and the effects of the present invention can be exhibited more remarkably.
  • the layer that absorbs high illuminance light is preferably an organic layer or inorganic layer that can absorb high illuminance light and convert it into heat, and the absorbance is preferably 0.01 or more and 3 or less in part or all of the light source spectrum.
  • a metal layer deposited or printed, an insulating layer such as polyimide, a colored polymer layer, and the like can be preferably exemplified.
  • the ink 2 may be applied so as to be in direct contact with the layer that absorbs high-intensity light, but within a distance that can receive heat energy from the layer that absorbs high-intensity light even if it is non-contact. If it is given, indirect heat drying is promoted, which is preferable.
  • the distance from the ink 2 application position to the layer that absorbs high illuminance light is preferably 2 ⁇ m or less.
  • the layer that absorbs high illuminance light may be provided as a part or all of the base material surface 10, or is not directly exposed to the base material surface 10 and provided as an inner layer of the base material 1. May be.
  • an electrode material can be preferably exemplified as an example of a layer that absorbs high illuminance light, and this will be described in detail in the aspect of forming the following organic semiconductor thin film.
  • the thin film forming method according to the present invention will be described in more detail based on an aspect of forming an organic semiconductor thin film (organic semiconductor layer).
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a first mode of forming an organic semiconductor thin film of an organic thin film transistor by the thin film forming method according to the present invention.
  • a gate electrode 112 is formed on a support 111, an insulating layer 113 is formed, and a source electrode 114 and a drain electrode 115 are respectively formed thereon.
  • the ink 2 containing the organic semiconductor material is formed in a region (base material surface 10) extending from the surface of the source electrode 114 of the base material 1 to the surface of the drain electrode 115 through the surface of the insulating layer 113. Is granted.
  • the substrate surface 10 is irradiated with high illuminance light to heat and dry the ink 2 applied to the substrate 1, as shown in FIG. 2 (d).
  • the organic semiconductor layer 116 (thin film 3) containing the organic semiconductor material is formed, and the organic thin film transistor 101 according to the first aspect is obtained.
  • the obtained organic thin film transistor includes the organic semiconductor layer 116 (thin film 3) produced by the thin film formation method according to the present invention, homogenization of the organic semiconductor layer 116 and improvement of flatness are realized with good reproducibility.
  • the transistor performance is improved stably.
  • the ink can be heated and dried in a short time, and the effect of preventing deformation and modification of other components can be obtained, which also improves the transistor performance stably. Contribute to.
  • 3 to 5 are explanatory views showing the second to fourth embodiments of the organic thin film transistor formed by the thin film forming method according to the present invention, respectively.
  • the effects of the first aspect described above are also exhibited in the second to fourth aspects.
  • a gate electrode 112 is formed on a support 111, and an insulating layer 113 is formed on the gate electrode 112 and the support 111.
  • a base material 1 is prepared.
  • the ink 2 containing the organic semiconductor material is applied to the surface of the insulating layer 113 of the base material 1 (base material surface 10).
  • the substrate surface 10 is irradiated with high illuminance light to heat and dry the ink 2 applied to the substrate 1, and as shown in FIG. 3 (d). Then, the organic semiconductor layer 116 (thin film 3) is formed.
  • the organic thin film transistor 102 according to the second embodiment is obtained by forming the source electrode 114 and the drain electrode 115 in contact with the organic semiconductor layer 116.
  • the substrate 1 formed by forming the source electrode 114 and the drain electrode 115 on the support 111 is facilitated.
  • the base material surface 10 is irradiated with high illuminance light to heat and dry the ink 2 applied to the base material 1, as shown in FIG. 4D. Then, the organic semiconductor layer 116 (thin film 3) is formed.
  • an insulating layer 113 is formed on the organic semiconductor layer 116 (thin film 3), and a gate electrode 112 is further formed thereon, whereby the organic thin film transistor according to the third aspect is formed. 103 is obtained.
  • a base material 1 made of a support 111 is prepared.
  • ink 2 containing an organic semiconductor material is applied to the surface of the substrate 1 (substrate surface 10).
  • the base material surface 10 is irradiated with high illuminance light to heat and dry the ink 2 applied to the base material 1, as shown in FIG. 5D. Then, the organic semiconductor layer 116 (thin film 3) is formed.
  • the source electrode 114 and the drain electrode 115 are formed so as to be in contact with the organic semiconductor layer 116 (thin film 3), and the gate electrode 112 is sequentially formed thereon via the insulating layer 113, whereby the fourth aspect is achieved.
  • An organic thin film transistor 104 is obtained.
  • the substrate 1 preferably has a layer that absorbs high illuminance light.
  • the substrate 1 includes the gate electrode 112, the source electrode 114, and the drain electrode 115 made of an electrode material in the vicinity of the ink 2, these electrodes function as a layer that absorbs high illuminance light.
  • the gate electrode 112 that has absorbed the high illuminance light contributes to the heating and drying of the ink 2 through the insulating layer 113, while the source electrode 114 and the drain electrode 115 have absorbed the high illuminance light.
  • by directly adjoining the ink 2 it contributes to heat drying of the ink 2.
  • the gate electrode 112 can function as a layer that absorbs high illuminance light. That is, the gate electrode 112 that has absorbed the high illuminance light contributes to the heat drying of the ink 2 through the insulating layer 113.
  • the source electrode 114 and the drain electrode 115 can function as a layer that absorbs high illuminance light. That is, the source electrode 114 and the drain electrode 115 that have absorbed high illuminance light are directly adjacent to the ink 2, thereby contributing to heating and drying of the ink 2.
  • the present invention is not limited to this, and other components of the organic thin film transistor, for example, the gate electrode 112, the insulating layer It is also preferable that the 113, the source electrode 114, the drain electrode 115, and the like are formed by the thin film forming method according to the present invention.
  • an ink containing a conductive material such as conductive fine particles or a conductive polymer can be used as the ink 2
  • the insulating layer 113 is used.
  • an ink containing an insulating material can be used.
  • the configuration of the organic thin film transistor manufactured by the thin film forming method according to the present invention is not limited to the configuration of the organic thin film transistors 101, 102, 103, and 104 shown in the first to fourth embodiments, and other configurations are possible. It can be preferably used for the preparation of the organic thin film transistor provided, and the effects of the present invention can be obtained.
  • the present invention it is also preferable to blow air around the ink 2 during irradiation with high illuminance light.
  • the solvent vapor generated along with the drying of the ink 2 due to the irradiation of the high illuminance light can be removed from the vicinity of the ink 2 to further accelerate the drying, and the effects of the present invention can be exhibited more remarkably.
  • the drying speed of the ink 2 by irradiation with high illuminance light is fast, and the solvent vapor is rapidly generated along with this, so the effect of removing this by blowing is great.
  • the timing of starting the blowing is between after the ink 2 is applied to the substrate 1 and before or during the irradiation of the high illuminance light.
  • the blowing may be performed before the ink 2 is applied to the substrate 1. The blowing is continued at least during the irradiation of the high illuminance light, and preferably continues until the irradiation of the high illuminance light is completed.
  • the thin film forming apparatus used in the thin film forming method according to the present invention described above includes a mechanism for applying ink onto the substrate, and heating the ink by irradiating the substrate surface with high illuminance light before the ink dries.
  • Those having a drying mechanism (sometimes referred to as high illumination light irradiation means) can be preferably used.
  • FIG. 6 is a schematic side view of an essential part showing an example of a thin film forming apparatus according to the present invention
  • FIG. 7 is a plan view thereof.
  • the thin film forming apparatus shown in FIG. 6 and FIG. 7 is one in which a high illuminance light irradiation means is incorporated in the configuration of a normal ink jet recording apparatus (mechanism for applying ink on a substrate).
  • the thin film forming apparatus 4 includes a carriage 41 that can be moved relative to the substrate 1 by a driving unit (not shown).
  • the carriage 41 includes an inkjet head 42 and a high-illuminance light irradiation unit 43. And equipped.
  • the carriage 41 is described as moving in the left direction (arrow direction) in the figure with respect to the base material 1 along a guide rail (not shown).
  • the high-illuminance light irradiation means 43 is equipped with two xenon flash lamps 43a and 43b, and one xenon flash lamp 43a is closer to the inkjet head 42 side (upstream side in the movement direction) than the other xenon flash lamp 43b. It is arranged in.
  • Reference numerals 431a and 431b denote optical filters provided in the xenon flash lamps 43a and 43b.
  • an air supply means 44 and an exhaust means 45 are provided before and after the high illuminance light irradiation means 43 on the downstream side of the carriage 41 in the traveling direction from the inkjet head 42.
  • the air supply from the air supply means 44 is exhausted by the exhaust means 45, so that a blast of laminar flow can be formed between the high illuminance light irradiation means 43 and the substrate surface.
  • Each of the air supply means 44 and the exhaust means 45 can be constituted by a fan or the like.
  • Reference numeral 46 denotes a rectifying unit for promoting the laminar flow of the air blow, and is provided over a region from the air supply means 44 to the exhaust means 45.
  • the inkjet head 42 of the carriage 41 that moves relative to the base material 1 in the left direction (the arrow direction in the drawing) Ink 2 is applied to the substrate surface 10 of the material 1.
  • the ink 2 applied to the substrate surface 10 is heated and dried by receiving irradiation of high illuminance light from the xenon flash lamps 43a and 43b.
  • the solvent vapor generated with the drying is suitably removed by the air generated by the air supply means 44, the exhaust means 45, and the rectifying unit 46, and the drying is further promoted.
  • Example 1 The base material surfaces 114 and 115 (FIG. 2) of the base material 1 shown in FIG. 2 are printed with an ink containing 4.0% by weight of a thienothiophene low molecular semiconductor as an organic semiconductor material and 96.0% by weight of tetralin as a solvent. (Source electrode and drain electrode) was applied so that the applied amount was 320 pL. The ink viscosity was 1.8 mPa ⁇ s as measured by a vibration viscometer.
  • the xenon flash lamp uses a Hamamatsu Photonics 60W xenon flash lamp L7684, voltage 1000 V (input voltage 60 W), emission frequency 100 Hz, exposure surface output 1 W / 50 mm ⁇ , pulse width 2.1 ⁇ s, (illuminance on the substrate surface; 400 mW / equivalent to cm 2 ).
  • Example 1 (Comparative Example 1) In Example 1, a thin film was obtained in the same manner as in Example 1 except that high-illuminance light was not irradiated.
  • Sa represents the three-dimensional arithmetic surface roughness
  • Sz represents the three-dimensional maximum value (the difference in height between the highest peak and the lowest valley).
  • Example 1 in which the ink was heated and dried by irradiation with high illuminance light, suppression of dot diameter reduction, elimination of cracks at the crystal edge, and unevenness in film thickness were reduced. The effect to do can be confirmed.
  • Example 2 In Example 1, ink was applied to the base material surface 10 (region straddling the two silver electrodes (source electrode and drain electrode)) of the base material 1 in the same manner as shown in FIG.
  • ink containing 2.0% by weight of a thienothiophene based low molecular semiconductor as a solvent, cyclohexylbenzene (abbreviation: CHB) as a solvent, 50.0% by weight and 48.0% by weight of tetralin
  • CHB cyclohexylbenzene
  • the illuminance on the material surface was changed as shown in FIG. 9, and after 25 seconds from ink landing, offline light heating was performed to obtain a thin film in the same manner as in Example 1.
  • the ink viscosity was 2.1 mPa ⁇ s.
  • the exposure conditions were the same as those in Example 1 (pulse width, frequency, time), and conditions for changing the xenon lamp voltage were also added.
  • FIG. 9 An optical micrograph of the obtained thin film is shown in FIG. In FIG. 9, a test example that is not irradiated with high illuminance light is a comparative example.
  • the exposure illuminance (all wavelengths [mW / cm 2 ]) shown in FIG. 9 is a value converted from UVPF-A1 (365 nm) peak illuminance measurement value manufactured by Eye Graphics Co., Ltd. (Examples 3 and 4).
  • the exposure illuminance in FIGS. 10 and 11 showing the results is also the same).
  • Example 3 In Example 2, the ink was mixed with 1.0 wt% of a blended organic semiconductor composed of a low molecular organic semiconductor and a high molecular organic semiconductor as an organic semiconductor material, 49.0 wt% of cyclohexylbenzene (abbreviation: CHB) as a solvent, and tetralin.
  • CHB cyclohexylbenzene
  • a thin film was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of ink applied and the illuminance on the substrate surface were changed as shown in FIG.
  • the ink viscosity was 3.5 mPa ⁇ s.
  • FIG. 10 An optical micrograph of the obtained thin film is shown in FIG.
  • the test example which is not irradiating with high illumination light is a comparative example.
  • Example 4 Poly [(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) -co-bithiophene] (abbreviation: F8T2) 1.0% by weight as an organic semiconductor material, 49.0% by weight of cyclohexylbenzene (abbreviation: CHB) as a solvent, and In place of the ink containing 50.0% by weight of tetralin, the amount of ink applied and the illuminance on the substrate surface were changed as shown in FIG. The ink viscosity was 4.4 mPa ⁇ s.
  • FIG. 11 shows an optical micrograph of the obtained thin film.
  • the test example which is not irradiating with high illumination light is a comparative example.
  • FIG. 9 shows that the thienothiophene semiconductor / CHB / tetralin ink prevents the liquid from being drawn into the electrodes and increases the dot diameter between the channels (can maintain the original size) as the illuminance of light heating increases.
  • the same effect can be confirmed also in the case of blended semiconductor / tetralin ink (FIG. 10) and in the case of F8T2 / CHB ink (FIG. 11).
  • the application of droplets of 100 to 320 pL is exemplified, but the present invention is not limited to this.
  • the droplet size is smaller, the condition that the illuminance of the light source and the integrated light amount are smaller
  • the effect of flattening the thin film can be obtained.
  • Base material 10 Base material surface (base material surface) 2: ink 3: thin film 101, 102, 103, 104: organic thin film transistor 111: support 112: gate electrode 113: insulating layer 114: source electrode 115: drain electrode 116: organic semiconductor thin film 4: thin film forming apparatus 41: carriage 42 : Inkjet head 43: High illumination light irradiation means 43a, 43b: Xenon flash lamps 431a, 431b: Optical filter 44: Air supply means 45: Exhaust means 46: Rectification unit

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Abstract

インクに添加材を加える等の方法を用いなくとも、得られる薄膜の均質化や、平坦性の向上を、再現性良く実現でき、更に、短時間でインクの加熱乾燥を行うことができ、基材の変形や変性を防止できる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することを目的とし、薄膜形成方法は、基材１上にインク２を付与して薄膜塗膜３を形成する方法において、基材１上にインク２を付与した後、インク３が乾燥する前に基材１面に高照度光を照射してインク２を加熱乾燥し、また、薄膜形成装置は、基材上にインクを付与して薄膜塗膜を形成する装置において、該装置が、基材上にインクを付与する機構、インクが乾燥する前に基材面に高照度光を照射してインクを加熱乾燥する機構を有する。

Description

薄膜形成方法及び薄膜形成装置
　本発明は、薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関し、より詳しくは、基材に付与されたインクを乾燥させることによって薄膜を形成する薄膜形成方法及び薄膜形成装置に関する。
　近年、電子デバイスの製造方法として、従来のフォトリソプロセスや真空プロセスを用いずに、印刷方式により製造する、所謂プリンテッドエレクトロニクスの研究開発が積極的に行われている。
　具体的には、ＬＣＤのカラーフィルターや液晶材料の印刷、ＯＬＥＤの発光層や注入層、電子ペーパーのＴＦＴバックプレーン、ＰＣＢやＦＰＣの電極形成、太陽電池の配線、透明導電膜やタッチパネル等、多岐にわたるデバイスの印刷化の試みがなされている。
　透明電極、ＯＬＥＤの発光層や有機層、有機トランジスタの有機半導体層等の有機薄膜の形成は、これまでの真空方式による製造から、大気圧化での印刷、特にインクジェット方式による積層が検討されている。塗布、印刷による塗膜の形成により、真空プロセスに必要な設備が不要であり、高価な材料も節約できることから、大幅なコストダウンが可能である。
　このような機能性薄膜の塗布液は、乾燥塗膜の厚さが１０～数１００ｎｍ程度となるよう、固形分濃度が低く設定される。そのため、インクは、溶剤に近い非常に低粘度であることが一般的である。また、このような薄膜は、不純物が少ないことが要求されることから、粘度を調整することが一般的には難しい。
　低粘度の塗布液をインクとして用い、均質な薄膜塗膜を形成する方法としては、ダイコーター塗布、キャピラリー塗布等の塗布法の他、パターン形状を印刷する手法として、フレキソ印刷、グラビヤ印刷、インクジェット印刷が知られている。
　中でも、パターニングができること、必要な箇所へ必要な分だけ材料を付与できること、低粘度のインクが印刷できることから、インクジェット印刷方式が機能性薄膜の塗布に適しており、様々な研究開発がおこなわれている。例えば、ＯＬＥＤ照明やディスプレーの発光層、注入層及び輸送層や、有機半導体の絶縁膜、電極及び有機半導体層などが挙げられる。
　しかしながら、インクジェット方式による印刷において、機能性薄膜インクは低粘度であるが故、基材上で乾燥するまでの間、コーヒーリング現象等のように、基材上での液流動が生じ、平坦な薄膜を得られないことがある。
　例えば有機ＴＦＴの有機半導体印刷では、電極と絶縁膜という２種類の基材表面上に跨って有機半導体を印刷する場合があるが、電極と絶縁膜ではインクの濡れ性が異なるため、どちらかにインクが流動してしまうといった課題もある。
　また、大面積に印刷する場合、基材表面は濡れ性等の面内バラツキが少なからずあるため、大面積の均一塗布性が課題になる。
　あるいは、塗膜のサイズ（直径）が、例えば１０～１００μｍといった小サイズになると、インクが基材に付与されてから乾燥するまでの非常に短い時間の間に、液流動を起こし、塗膜の平坦性が損なわれる。
　乾燥までの短い時間にインクの流動を抑えて乾燥する手法としては、基材ごとインクを加熱する方法、赤外線で輻射加熱する方法、インクの物性を調整する方法が考えられるが、それぞれ課題がある。
　基材ごとインクを加熱する方法では、フィルム等の基材を用いた場合に、基材の変形や、印刷装置の機械精度の低下を生じるだけではなく、乾燥までの間インクが継続的に加熱される事により、インク流動がむしろ増長される。
　赤外線で輻射加熱する方法では、乾燥速度が遅く、加熱効果が得られる前にインクの液流動が起こる。
　赤外線加熱も含め、基材ごとインクを加熱する方法では、基材が熱容量を持つためインクの乾燥速度を飛躍的に上げる温度を得る事が出来ず、液流動を抑える効果が得られにくい。
　インクの物性を調整する方法では、例えば増稠物の添加、界面活性剤の添加、チキソトロピック性付与のための添加材の添加などが考えられるが、これらは、塗膜機能の低下を引き起こす。
　機能性薄膜の加熱方法に関しては、有機半導体の前駆体を加熱することにより有機半導体を塗布方式で形成する方法が開示されている（特許文献１）。
　一方、予めインクが着弾する箇所をレーザー光で加熱しておき、着弾したインクの濡れ広がりを抑える方法が開示されている（特許文献２）。
特開２００４－２４７７１６号公報 ＷＯ２００９／０７２６０３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のプロセスは、薄膜形成後の加熱方法であり、インクが乾燥するまでの短時間で塗膜形成を制御するものではない。
　一方、特許文献２のプロセスは、基材を予め高温にしておくものであり、効果を得るためには基材の変形など無視できないこと、特に１０～数１００ｎｍといった薄膜塗膜の形成では、インク流動がむしろ増長されるという問題があった。インク流動が増長される理由は明らかではないが、着弾直後からインクが昇温・低粘度するので、乾燥初期におけるインク流動が大きくなりやすくなるものと考えられる。
　そこで、本発明の課題は、例えばインクに添加材を加える等の方法を用いなくとも、得られる薄膜の均質化や、平坦性の向上を、再現性良く実現でき、更に、短時間でインクの加熱乾燥を行うことができ、基材の変形や変性を防止できる薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することにある。
　また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
　上記課題は、以下の各発明によって解決される。
　１．
　基材上にインクを付与して薄膜塗膜を形成する方法において、基材上にインクを付与した後、インクが乾燥する前に基材面に高照度光を照射してインクを加熱乾燥する薄膜形成方法。
　２．
　前記高照度光がレーザー光又はフラッシュ光であり、基材面における照度が少なくとも１００ｍＷ／ｃｍ２を有する前記１記載の薄膜形成方法。
　３．
　前記高照度光がフラッシュ光であり、かつ連続的に基材面へフラッシュ光を複数回照射する前記１又は２記載の薄膜形成方法。
　４．
　基材面にインクを付与する方法が、インクジェット方式である前記１～３の何れかに記載の薄膜形成方法。
　５．
　前記インクが、有機半導体材料を含有する前記１～４の何れかに記載の薄膜形成方法。
　６．
　前記インクを付与する前記基材表面近傍に、前記高照度光を吸収する層がある前記１～５の何れかに記載の薄膜形成方法。
　７．
　前記高照度光を吸収する層が、電極材料である前記６記載の薄膜形成方法。
　８．
　前記インクの粘度が、１ｍＰａ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下の範囲である前記１～７の何れかに記載の薄膜形成方法。
　９．
　基材上にインクを付与して薄膜塗膜を形成する装置において、該装置が、基材上にインクを付与する機構、インクが乾燥する前に基材面に高照度光を照射してインクを加熱乾燥する機構を有する薄膜形成装置。
本発明に係る薄膜形成方法の一例を示す説明図 本発明に係る薄膜形成方法により有機薄膜トランジスタの有機半導体薄膜を形成する第１態様を示す説明図 本発明に係る薄膜形成方法により有機薄膜トランジスタの有機半導体薄膜を形成する第２態様を示す説明図 本発明に係る薄膜形成方法により有機薄膜トランジスタの有機半導体薄膜を形成する第３態様を示す説明図 本発明に係る薄膜形成方法により有機薄膜トランジスタの有機半導体薄膜を形成する第４態様を示す説明図 本発明に係る薄膜形成装置の一例を示す要部概略側面図 図６に示す薄膜形成装置の要部概略平面図である。 実施例及び比較例の結果を示す図 実施例及び比較例の結果を示す図 実施例及び比較例の結果を示す図 実施例及び比較例の結果を示す図
　以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
　図１は、本発明に係る薄膜形成方法の一例を示す説明図である。
　本発明に係る薄膜形成方法では、まず、図１（ａ）に示すように、基材１を用意する。
　次いで、図１（ｂ）に示すように、基材１の表面（基材面ともいう）１０に、薄膜形成成分と溶媒とを含むインク２を付与する。
　基材面１０に付与されたインク２（ウェット膜）の直径は、格別限定されないが、本発明の効果をより顕著に奏する観点では、５μｍ以上２００μｍ以下の範囲であることが好ましい。
　次いで、図１（ｃ）に示すように、基材面１０に付与されたインク２が乾燥する前に、基材面１０に、高照度光を照射して、該インク２を加熱乾燥する。ここで、「乾燥」とは、具体的には、インク２に含まれる溶媒の除去を指し、「インク２が乾燥する前」とは、具体的には、インク２に含まれる溶媒が当該インク２中に残留している期間を指し、より狭義には、当該インク２が該溶媒を含むことにより低粘度の状態を保持している期間を指す。
　本発明において、基材面１０に付与されるインク２は、本発明の効果をより顕著に奏する観点から、低粘度のインクであることが好ましく、具体的には、粘度が、１ｍＰ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下の範囲であることが好ましく、１ｍＰ・ｓ以上１０ｍＰ・ｓ以下の範囲であることがより好ましい。このような粘度をインク２が保持している期間内に、高照度光の照射を行うことが好ましい。なお、粘度は、回転式粘度計、振動式粘度計などを用いて、上述粘度範囲の測定に適した粘度測定条件にてシェアレート１０～１０００－１ｓ程度の条件により測定された値である。
　インク２は、高照度光の照射によって加熱乾燥されることにより、図１（ｄ）に示すように、薄膜形成成分からなる固体状の乾燥薄膜３（以下、単に薄膜と称する場合がある。）になる。
　薄膜３の厚みは、格別限定されるものではないが、本発明の効果をより顕著に奏する観点では、１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲であることが好ましい。
　本発明によれば、上記のように、高照度光の照射によってインク２の加熱乾燥を行うことにより、例えばインク２に添加材を加える等の方法を用いなくとも、得られる薄膜３の均質化や、平坦性の向上を、再現性良く実現する効果が得られる。また、高照度光を用いているため、短時間でインクの加熱乾燥を行うことができ、基材１０の変形や変性を防止する効果も得られる。
　本発明において、基材面１０にインク２を付与する方法は、格別限定されるものではないが、印刷方式等が好適である。印刷方式としては、一般的に知られている方法を用いることができ、インクジェット方式、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等を好ましく例示でき、特にインクジェット方式が好適である。
　インクジェット方式としては、例えば、ピエゾ方式、バブルジェット（登録商標）方式等のオンデマンド型や静電吸引方式などの連続噴射型のインクジェット法等公知の方法を用いることができる。
　また、本発明においては、インク２の付与に際して、予め調合されたインク２を付与する場合に限定されず、基材面１０に複数のインク成分を個別に付与して、当該基材面１０上でこれらが混ざり合うことによりインク２が調合された結果として、インク２の付与が行われてもよい。例えば、インクジェット方式等によって個別に付与された２種以上のインクが、基材面１０上で混ざり合うことにより、所望のインク２を調合する方法が挙げられる。
　あるいは、基材面１０にインク成分の前駆体を付与した後、該インク成分の前駆体が、反応によりインク成分となることにより、インク２の付与が行われてもよい。
　本発明に係る薄膜形成方法において、高照度光とは、好ましくは、基材面１０における照度が少なくとも１００ｍＷ／ｃｍ２を有する光であり、このような光としては、格別限定されるものではないが、例えば、レーザー光やフラッシュ光等を好ましく例示できる。なお、本発明において、基材面１０における照度とは、発光波長全域を指し、適宜、発光量電力換算値の最大値、もしくは露光照度測定機により測定された値である。
　本発明に好ましく用いられるレーザー光としては、格別限定されるものではないが、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラスレーザー等の固体レーザー；Ｈｅ－Ｎｅレーザー、Ａｒイオンレーザー、Ｋｒイオンレーザー、ＣＯ２レーザー、ＣＯレーザー、Ｈｅ－Ｃｄレーザー、Ｎ２レーザー、エキシマーレーザー等の気体レーザー；ＩｎＧａＰレーザー、ＡｌＧａＡｓレーザー、ＧａＡｓＰレーザー、ＩｎＧａＡｓレーザー、ＩｎＡｓＰレーザー、ＣｄＳｎＰ２レーザー、ＧａＳｂレーザー等の半導体レーザー；化学レーザー、色素レーザー等を好ましく例示でき、適宜ビーム状に絞り、目的に応じた走査露光を行うことが可能である。なお、レーザー光による露光で、高解像度を得るためには、エネルギー印加面積が絞り込める電磁波、特に波長が１ｎｍ～１ｍｍの紫外線、可視光線、赤外線が好ましく、このようなレーザー光源としては、ルビーレーザー、ＹＡＧレーザー、ガラスレーザー等の固体レーザー；Ｈｅ－Ｎｅレーザー、Ａｒイオンレーザー、Ｋｒイオンレーザー、ＣＯ２レーザー、ＣＯレーザー、Ｈｅ－Ｃｄレーザー、Ｎ２レーザー、エキシマーレーザー等の気体レーザー；ＩｎＧａＰレーザー、ＡｌＧａＡｓレーザー、ＧａＡｓＰレーザー、ＩｎＧａＡｓレーザー、ＩｎＡｓＰレーザー、ＣｄＳｎＰ２レーザー、ＧａＳｂレーザー等の半導体レーザー；化学レーザー、色素レーザー等を挙げることができる。
　本発明に好ましく用いられるフラッシュ光としては、格別限定されるものではないが、キセノンランプ、ハロゲンランプ、水銀ランプなどによるフラッシュ光等を好ましく例示でき、これらの露光は、全面露光してもよく、またはフォトマスクを介して行ってもよい。
　高照度光が、フラッシュ光である場合は、連続的に基材面１０へフラッシュ光を複数回照射することも好ましい。照射条件は、インク２の溶媒種や、基材面１０へのインク２の付与量等に合わせて適宜設定されることが望ましく、一例として、複数回の連続照射を行う場合は、１回の照射時間を１マイクロ～２ミリ秒の範囲とし、各照射時間の間に０．５ミリ～１００ミリ秒の間欠時間（無照射時間、あるいは低出力照射時間）を設けることが好ましい。また、照射回数は、１０～３００００回の範囲であることが好ましい。
　この様に高照度の露光を間欠的に行う事により、基材上に付与されたインクは、室温→高い温度へ昇温→降温→昇温→降温→・・・を繰り返す。単純な加熱とは異なる加熱履歴は、効果的にインク流動を抑え、平坦な薄膜を形成する事ができる。
　本発明において、基材面１０に照射される高照度光は、該基材面１０上のインク２に直接照射されるように照射範囲が設定されることが好ましい。つまり、本発明では、基材面１０への高照度光の照射により加熱された基材１により、基材面１０上のインク２を間接的に加熱乾燥することができるが、より好ましくは、基材面１０上のインク２に直接照射を行って、直接乾燥を進行させることである。
　本発明において、インク２が含有できる溶媒は、格別限定されるものではないが、例えば、炭化水素系、アルコール系、エーテル系、エステル系、ケトン系、グリコールエーテル系等の有機溶媒、あるいは水を好ましく例示でき、これらの１種又は２種以上を混合して用いることができる。
　本発明において、インク２が、上述した低粘度のインクの条件を満たすように、インク組成（溶媒組成）を適宜調整することは、好ましいことである。
　一方、インク２に含有される薄膜形成成分としては、格別限定されるものではないが、導電性微粒子、導電性ポリマー等の導電性材料、絶縁性材料、半導体材料、光学フィルター材料、誘電体材料等を好ましく例示でき、特に有機半導体材料が好適である。薄膜形成成分は、上述した溶媒に分散ないし溶解させた状態でインク２中に含まれることが好ましい。
　インク２が有機半導体材料を含有する場合は、例えば、電子を受容するアクセプターとなる材料や、電子の供与体であるドナーとなるような材料を共に含有させ、得られる薄膜に、所謂ドーピング処理が施されるようにしてもよい。
　なお、有機半導体材料を用いて有機半導体層を形成する具体的な態様については、後に詳述する。
　本発明で用いられるインクには、上述した通り、薄膜３の均質化や、平坦性の向上のために添加材を加える必要はないが、例えば、薄膜形成成分の溶媒への分散性ないし溶解性を調整する目的、あるいは、インクジェット方式の適用に好適化する目的等のために、添加材を添加することができる。　
　本発明において、インク２が付与される基材１は、格別限定されるものではないが、本発明の効果をより顕著に奏する観点では、インク２を構成する成分を吸収しにくい基材であることが好ましい。基材の具体例としては、例えば、ガラス、プラスチック（ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、ポリエステル、ポリアミド等）、金属（銅、ニッケル、アルミ、鉄等や、あるいは合金）、セラミックなどを挙げることができる。
　また、本発明の基材１は、基材面１０が、液体を吸収しないコート層からなるものも好ましく用いることができる。
　また、本発明において、基材１は、基材面１０におけるインク２の付与位置の近傍に、高照度光を吸収する層を有することが好ましい。これにより、インク２の乾燥速度を更に速めて、本発明の効果をより顕著に奏することができる。
　高照度光を吸収する層は、好ましくは、高照度光を吸収し熱に変換できる有機層もしくは無機層で、光源スペクトルの一部もしくは全部にて、吸光度が、好ましくは０．０１以上３以下を有する層であり、例えば、蒸着もしくは印刷された金属層、ポリイミドなどの絶縁層、着色されたポリマー層等を好ましく例示できる。
　インク２は、高照度光を吸収する層に直接接触するように付与されてもよいが、非接触であっても、高照度光を吸収する層からの熱エネルギーを受け取ることのできる距離内に付与されていれば、間接的な加熱乾燥が促進されるため、好ましい。この場合、インク２の付与位置から、高照度光を吸収する層までの距離は、２μｍ以下であることが好ましい。
　基材１において、高照度光を吸収する層は、基材面１０の一部ないし全部として設けられてもよいし、あるいは、直接基材面１０に露出せず、基材１の内層として設けられてもよい。
　本発明では、高照度光を吸収する層の一例として、電極材料を好ましく例示でき、これについては、以下の有機半導体薄膜を形成する態様において詳しく説明する。
　以下に、有機半導体薄膜（有機半導体層）を形成する態様に基づいて、本発明に係る薄膜形成方法を更に詳しく説明する。
　図２は、本発明に係る薄膜形成方法により有機薄膜トランジスタの有機半導体薄膜を形成する第１態様を示す説明図である。
　まず、図２（ａ）に示す通り、支持体１１１上に、ゲート電極１１２を形成した後、絶縁層１１３を形成し、その上にソース電極１１４及びドレイン電極１１５を各々形成してなる基材１を用意する。
　次いで、図２（ｂ）に示すように、基材１のソース電極１１４表面から絶縁層１１３表面を介してドレイン電極１１５表面に跨る領域（基材面１０）に、有機半導体材料を含むインク２を付与する。
　次いで、図２（ｃ）に示すように、基材面１０に高照度光を照射することにより、基材１に付与されたインク２を加熱乾燥させて、図２（ｄ）に示すように、有機半導体材料を含む有機半導体層１１６（薄膜３）を形成し、第１態様に係る有機薄膜トランジスタ１０１が得られる。
　得られた有機薄膜トランジスタは、本発明に係る薄膜形成方法により作製された有機半導体層１１６（薄膜３）を備えるため、有機半導体層１１６の均質化や、平坦性の向上を、再現性良く実現し、トランジスタ性能を安定に向上する効果を奏する。また、高照度光を用いているため、短時間でインクの加熱乾燥を行うことができ、他の構成要素の変形や変性を防止する効果も得られ、このことも、トランジスタ性能の安定な向上に寄与する。
　図３～５は、それぞれ、本発明に係る薄膜形成方法により形成される有機薄膜トランジスタの第２～４態様を示す説明図である。かかる第２～４態様においても、上述した第１態様の効果が奏される。
　図３の第２態様では、まず、図３（ａ）に示すように、支持体１１１上にゲート電極１１２を形成し、該ゲート電極１１２及び該支持体１１１上に絶縁層１１３を形成してなる基材１を用意する。
　次いで、図３（ｂ）に示すように、基材１の絶縁層１１３表面（基材面１０）に、有機半導体材料を含むインク２を付与する。
　次いで、図３（ｃ）に示すように、基材面１０に高照度光を照射することにより、基材１に付与されたインク２を加熱乾燥させて、図３（ｄ）に示すように、有機半導体層１１６（薄膜３）を形成する。
　次いで、図３（ｅ）に示すように、有機半導体層１１６と接するように、ソース電極１１４及びドレイン電極１１５を形成することによって、第２態様に係る有機薄膜トランジスタ１０２が得られる。
　図４の第３態様では、まず、図４（ａ）に示すように、支持体１１１上にソース電極１１４、ドレイン電極１１５を各々形成してなる基材１を容易する。
　次いで、図４（ｂ）に示すように、基材１のソース電極１１４表面から支持体１１１表面を介してドレイン電極１１５表面に跨る領域（基材面１０）に、有機半導体材料を含むインク２を付与する。
　次いで、図４（ｃ）に示すように、基材面１０に高照度光を照射することにより、基材１に付与されたインク２を加熱乾燥させて、図４（ｄ）に示すように、有機半導体層１１６（薄膜３）を形成する。
　次いで、図４（ｅ）に示すように、有機半導体層１１６（薄膜３）の上に絶縁層１１３を形成し、更にその上にゲート電極１１２を形成することによって、第３態様に係る有機薄膜トランジスタ１０３が得られる。
　図５の第４態様では、まず、図５（ａ）に示すように、支持体１１１からなる基材１を用意する。
　次いで、図５（ｂ）に示すように、基材１の表面（基材面１０）に、有機半導体材料を含むインク２を付与する。
　次いで、図５（ｃ）に示すように、基材面１０に高照度光を照射することにより、基材１に付与されたインク２を加熱乾燥させて、図５（ｄ）に示すように、有機半導体層１１６（薄膜３）を形成する。
　次いで、有機半導体層１１６（薄膜３）と接するようにソース電極１１４、ドレイン電極１１５を形成し、その上に絶縁層１１３を介して、ゲート電極１１２を順次形成することによって、第４態様に係る有機薄膜トランジスタ１０４が得られる。
　本発明において、基材１が、高照度光を吸収する層を有することが好ましいことは上述したが、図２の第一態様に示した有機薄膜トランジスタの作製プロセスでは、高照度光の照射に際して、基材１が、インク２の近傍に、電極材料からなるゲート電極１１２、ソース電極１１４及びドレイン電極１１５を備えているため、これら電極が、高照度光を吸収する層として機能し、本発明の効果を更に顕著なものとする。つまり、図２の例では、高照度光を吸収したゲート電極１１２は、絶縁層１１３を介して、インク２の加熱乾燥に寄与し、一方、高照度光を吸収したソース電極１１４及びドレイン電極１１５もまた、インク２に直接隣接することにより、該インク２の加熱乾燥に寄与する。
　また、図３の第２態様に示した有機薄膜トランジスタを作製する際にも、ゲート電極１１２を、高照度光を吸収する層として機能させることができる。つまり、高照度光を吸収したゲート電極１１２は、絶縁層１１３を介して、インク２の加熱乾燥に寄与する。
　更にまた、図４の第３態様に示した有機薄膜トランジスタを作製する際にも、ソース電極１１４及びドレイン電極１１５を、高照度光を吸収する層として機能させることができる。つまり、高照度光を吸収したソース電極１１４及びドレイン電極１１５は、インク２に直接隣接することにより、該インク２の加熱乾燥に寄与する。
　以上の説明では、本発明に係る薄膜形成方法により有機薄膜トランジスタの有機半導体薄膜を形成する場合について説明したが、これに限定されず、有機薄膜トランジスタの他の構成要素、例えば、ゲート電極１１２、絶縁層１１３、ソース電極１１４、ドレイン電極１１５等を、本発明に係る薄膜形成方法により形成することも好ましいことである。
　具体的には、ゲート電極１１２、ソース電極１１４、ドレイン電極１１５の形成に際しては、インク２として、導電性微粒子、導電性ポリマー等の導電性材料を含有するインクを用いることができ、絶縁層１１３の形成に際しては、絶縁性材料を含有するインクを用いることができる。
　また、本発明に係る薄膜形成方法によって作製される有機薄膜トランジスタの構成は、上述した第１～第４態様に示した有機薄膜トランジスタ１０１、１０２、１０３、１０４の構成に限定されず、他の構成を備える有機薄膜トランジスタの作製にも好ましく用いることができ、本発明の効果を得ることができる。
　本発明においては、高照度光の照射に際して、インク２の周囲に送風を行うことも好ましいことである。これにより、高照度光の照射によるインク２の乾燥に伴って生じる溶媒蒸気を、当該インク２の近傍から除去して、乾燥を更に促進し、本発明の効果をより顕著に奏することができる。特に、本発明では、高照度光の照射によるインク２の乾燥速度が速く、これに伴って溶媒蒸気が急速に発生するため、送風によりこれを除去する効果は大きい。
　送風を開始するタイミングは、基材１にインク２を付与した後から、高照度光を照射する前または最中までの間であることが好ましい。なお、インク２の付与方法が、送風による影響を受けにくい場合は、基材１にインク２を付与する前から送風を行ってもよい。送風は、少なくとも高照度光の照射の最中まで継続され、好ましくは、高照度光の照射が終了するまで継続することである。
　以上に説明した本発明に係る薄膜形成方法に用いられる薄膜形成装置としては、基材上にインクを付与する機構、インクが乾燥する前に基材面に高照度光を照射してインクを加熱乾燥する機構（高照度光照射手段と称する場合がある）を有するものを好ましく用いることができる。
　図６は、本発明に係る薄膜形成装置の一例を示す要部概略側面図であり、図７はその平面図である。
　図６及び図７に示す薄膜形成装置は、通常のインクジェット記録装置（基材上にインクを付与する機構）の構成に、高照度光照射手段を組み込んだものである。
　図６及び図７において、薄膜形成装置４は、不図示の駆動手段により基材１に対して相対移動可能なキャリッジ４１を備え、該キャリッジ４１に、インクジェットヘッド４２と、高照度光照射手段４３とを搭載している。ここでは、キャリッジ４１は、不図示のガイドレールに沿って、基材１に対して図中左方向（矢印方向）に移動するものとして説明する。
　高照度光照射手段４３は、ここでは２つのキセノンフラッシュランプ４３ａ、４３ｂを搭載しており、一方のキセノンフラッシュランプ４３ａは、他方のキセノンフラッシュランプ４３ｂよりもインクジェットヘッド４２側（移動方向上流側）に配されている。４３１ａ、４３１ｂは、キセノンフラッシュランプ４３ａ、４３ｂが備える光学フィルターである。
　また、キャリッジ４１のインクジェットヘッド４２よりも進行方向下流側には、高照度光照射手段４３の前後に、それぞれ送気手段４４及び排気手段４５が設けられている。送気手段４４からの送気が、排気手段４５により排気されることにより、高照度光照射手段４３と基材面との間に、層流からなる送風を形成できるようにしている。送気手段４４及び排気手段４５は、それぞれファン等により構成することができる。また、４６は、送風の層流化を促すための整流ユニットであり、送気手段４４から排気手段４５までの領域に亘って設けられている。
　以上に説明した構成を備える薄膜形成装置４を用いて、薄膜形成を行う場合は、基材１に対して、左方向（図中矢印方向）に相対移動するキャリッジ４１のインクジェットヘッド４２から、基材１の基材面１０にインク２を付与する。
　その後、キャリッジ４１が更に左方向に相対移動することにより、基材面１０に付与されたインク２は、キセノンフラッシュランプ４３ａ、４３ｂからの高照度光の照射を受けて加熱乾燥され、薄膜３になる。乾燥に伴って発生した溶媒蒸気は、送気手段４４、排気手段４５及び整流ユニット４６によって形成される送風により好適に除去され、更に乾燥が促進される。
　以上の説明では、基材上にインクを付与する機構として、インクジェット記録装置の構成を用いる場合を示したが、これに限定されず、任意の機構を用いることができる。
　以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はかかる実施例に限定されない。
（実施例１）
　有機半導体材料としてチエノチオフェン系の低分子半導体４．０重量％、溶媒としてテトラリン９６．０重量％を含むインクを、インクジェットヘッドにより、図２に示した基材１の基材面１１４、１１５（ソース電極及びドレイン電極）に、付与量が３２０ｐＬとなるように付与した。インク粘度は振動式粘度計測定で、１．８ｍＰａ・ｓであった。
　インクの付与から３０秒後より、３０秒間、キセノンフラッシュによる高照度光の照射を行って該インクを加熱乾燥し、薄膜を得た。キセノンフラッシュランプは、浜松ホトニクス製６０ＷキセノンフラッシュランプＬ７６８４を用い、電圧１０００Ｖ（入力電圧６０Ｗ）、発光周波数１００Ｈｚ、露光面出力１Ｗ／５０ｍｍφ、パルス幅２．１μｓ、（基材面における照度；４００ｍＷ／ｃｍ２に相当）とした。
　得られた薄膜の光学顕微鏡写真を図８（ａ）に示した。
（比較例１）
　実施例１において、高照度光の照射を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にして薄膜を得た。
　得られた薄膜の光学顕微鏡写真を図８（ｂ）に示した。
　図８（ａ）及び（ｂ）において、Ｓａは、３次元算術表面粗さを表し、Ｓｚは、３次元の最大値（最も高い山頂と最も低い谷底の高低差）を表す。
＜評価＞
　図８（ａ）及び（ｂ）の結果より、高照度光の照射によりインクの加熱乾燥を行った実施例１では、ドット径縮小の抑制、結晶端部のクラック解消、膜厚の凹凸が減少する効果が確認できる。
（実施例２）
　実施例１において、図２に示したものと同様の方法で、基材１の基材面１０（２つの銀電極（ソース電極及びドレイン電極）間に跨る領域）に、インクを、有機半導体材料としてチエノチオフェン系の低分子半導体２．０重量％、溶媒としてシクロヘキシルベンゼン（略称：ＣＨＢ）、５０．０重量％及びテトラリン４８．０重量％を含むインクに代え、更に、インクの付与量及び基材面における照度を図９に示すように変更し、インク着弾から２５秒後にオフライン光加熱して、実施例１と同様にして、薄膜を得た。インク粘度は、２．１ｍＰａ・ｓであった。
　露光条件は実施例１と同じ条件（パルス幅、周波数、時間）の他に、キセノンランプの電圧を変えた条件も追加した。
　得られた薄膜の光学顕微鏡写真を図９に示した。なお、図９において、高照度光の照射を行っていない試験例は比較例である。
　また、図９に示す露光照度（全波長［ｍＷ／ｃｍ２］）は、アイグラフィックス株式会社製のＵＶＰＦ－Ａ１（３６５ｎｍ）　ｐｅａｋ照度測定値から換算した値である（実施例３、４の結果を示す図１０及び図１１の露光照度も同様である。）。
（実施例３）
　実施例２において、インクを、有機半導体材料として低分子有機半導体と高分子有機半導体からなるブレンド系の有機半導体１．０重量％、溶媒としてシクロヘキシルベンゼン（略称：ＣＨＢ）４９．０重量％及びテトラリン５０．０重量％を含むインクに代え、更に、インクの付与量及び基材面における照度を図１０に示すように変更して、実施例１と同様にして、薄膜を得た。インク粘度は、３．５ｍＰａ・ｓであった。
　得られた薄膜の光学顕微鏡写真を図１０に示した。なお、図１０において、高照度光の照射を行っていない試験例は比較例である。
（実施例４）
　有機半導体材料としてＰｏｌｙ［（９，９－ｄｉｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｙｌ－２，７－ｄｉｙｌ）－ｃｏ－ｂｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ］（略称：Ｆ８Ｔ２）１．０重量％、溶媒としてシクロヘキシルベンゼン（略称：ＣＨＢ）４９．０重量％及びテトラリン５０．０重量％を含むインクに代え、更に、インクの付与量及び基材面における照度を図１１に示すように変更して、実施例２と同様にして、薄膜を得た。インク粘度は、４．４ｍＰａ・ｓであった。
　得られた薄膜の光学顕微鏡写真を図１１に示した。なお、図１１において、高照度光の照射を行っていない試験例は比較例である。
＜評価＞
　図９～図１１の結果より、高照度光の照射を行うことによって、ソース電極及びドレイン電極間におけるインク流動性が防止されていることがわかる。
　特に、基材面における照度が、少なくとも１００ｍＷ／ｃｍ２を有する場合は、インク流動性がより顕著に防止されることがわかる。
　図９より、チエノチオフェン系半導体／ＣＨＢ・テトラリンインクは、光加熱の照度アップに従い電極への液引き込みが防止されチャネル間のドット径が大きくなる（本来の大きさを保持できる）ことがわかる。同様の効果は、ブレンド系半導体／テトラリンインクの場合（図１０）や、Ｆ８Ｔ２／ＣＨＢインクの場合（図１１）においても確認できる。
　上記実施例においては、１００～３２０ｐＬの液滴塗布について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば液滴サイズが更に小さい場合は、光源の照度や積算光量がより小さい条件でも同様に薄膜を平坦化する効果が得られる。
　１：基材
　　１０：基材面（基材表面）
　２：インク
　３：薄膜
　１０１、１０２、１０３、１０４：有機薄膜トランジスタ
　　１１１：支持体
　　１１２：ゲート電極
　　１１３：絶縁層
　　１１４：ソース電極
　　１１５：ドレイン電極
　　１１６：有機半導体薄膜
　４：薄膜形成装置
　　４１：キャリッジ
　　４２：インクジェットヘッド
　　４３：高照度光照射手段
　　　４３ａ、４３ｂ：キセノンフラッシュランプ
　　　　４３１ａ、４３１ｂ：光学フィルター
　　４４：送気手段
　　４５：排気手段
　　４６：整流ユニット

Claims (9)

  1. 　基材上にインクを付与して薄膜塗膜を形成する方法において、基材上にインクを付与した後、インクが乾燥する前に基材面に高照度光を照射してインクを加熱乾燥する薄膜形成方法。
  2. 　前記高照度光がレーザー光又はフラッシュ光であり、基材面における照度が少なくとも１００ｍＷ／ｃｍ２を有する請求項１記載の薄膜形成方法。
  3. 　前記高照度光がフラッシュ光であり、かつ連続的に基材面へフラッシュ光を複数回照射する請求項１又は２記載の薄膜形成方法。
  4. 　基材面にインクを付与する方法が、インクジェット方式である請求項１～３の何れかに記載の薄膜形成方法。
  5. 　前記インクが、有機半導体材料を含有する請求項１～４の何れかに記載の薄膜形成方法。
  6. 　前記インクを付与する前記基材表面近傍に、前記高照度光を吸収する層がある請求項１～５の何れかに記載の薄膜形成方法。
  7. 　前記高照度光を吸収する層が、電極材料である請求項６記載の薄膜形成方法。
  8. 　前記インクの粘度が、１ｍＰａ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下の範囲である請求項１～７の何れかに記載の薄膜形成方法。
  9. 　基材上にインクを付与して薄膜塗膜を形成する装置において、該装置が、基材上にインクを付与する機構、インクが乾燥する前に基材面に高照度光を照射してインクを加熱乾燥する機構を有する薄膜形成装置。
PCT/JP2014/050673 2013-01-16 2014-01-16 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 WO2014112554A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014557493A JP6222113B2 (ja) 2013-01-16 2014-01-16 薄膜形成方法及び薄膜形成装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-005736 2013-01-16
JP2013005736 2013-01-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014112554A1 true WO2014112554A1 (ja) 2014-07-24

Family

ID=51209643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/050673 WO2014112554A1 (ja) 2013-01-16 2014-01-16 薄膜形成方法及び薄膜形成装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6222113B2 (ja)
WO (1) WO2014112554A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015119001A1 (ja) * 2014-02-06 2015-08-13 富士フイルム株式会社 シリコンオキシナイトライド膜およびその製造方法、トランジスタ
JP2016087877A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 国立大学法人大阪大学 シートの製造方法
JP2017034008A (ja) * 2015-07-29 2017-02-09 株式会社ディスコ レーザー加工方法
JP2017069001A (ja) * 2015-09-29 2017-04-06 コニカミノルタ株式会社 導電性パターンの形成方法及び導電性パターン

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005095849A (ja) * 2003-02-26 2005-04-14 Seiko Epson Corp 機能性材料定着方法、機能性材料定着装置、デバイス製造方法、電気光学装置及び電子機器
JP2005211770A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Sharp Corp 基板製造装置
JP2005286317A (ja) * 2004-03-03 2005-10-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置、及びその作製方法、液晶テレビジョン、並びにｅｌテレビジョン
JP2006302679A (ja) * 2005-04-21 2006-11-02 Seiko Epson Corp 導電膜の形成方法、及び電子機器の製造方法
WO2009139060A1 (ja) * 2008-05-15 2009-11-19 株式会社島津製作所 光マトリックスデバイスの製造方法および光マトリックスデバイスの製造装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005095849A (ja) * 2003-02-26 2005-04-14 Seiko Epson Corp 機能性材料定着方法、機能性材料定着装置、デバイス製造方法、電気光学装置及び電子機器
JP2005211770A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Sharp Corp 基板製造装置
JP2005286317A (ja) * 2004-03-03 2005-10-13 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置、及びその作製方法、液晶テレビジョン、並びにｅｌテレビジョン
JP2006302679A (ja) * 2005-04-21 2006-11-02 Seiko Epson Corp 導電膜の形成方法、及び電子機器の製造方法
WO2009139060A1 (ja) * 2008-05-15 2009-11-19 株式会社島津製作所 光マトリックスデバイスの製造方法および光マトリックスデバイスの製造装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015119001A1 (ja) * 2014-02-06 2015-08-13 富士フイルム株式会社 シリコンオキシナイトライド膜およびその製造方法、トランジスタ
JP2016087877A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 国立大学法人大阪大学 シートの製造方法
JP2017034008A (ja) * 2015-07-29 2017-02-09 株式会社ディスコ レーザー加工方法
JP2017069001A (ja) * 2015-09-29 2017-04-06 コニカミノルタ株式会社 導電性パターンの形成方法及び導電性パターン

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014112554A1 (ja) 2017-01-19
JP6222113B2 (ja) 2017-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100662066B1 (ko) 패턴의 형성 방법 및 패턴 형성 장치, 디바이스의 제조방법, 도전막 배선, 전기 광학 장치, 및 전자 기기
TWI272643B (en) Film pattern formation method, and method for manufacturing the same, and method for manufacturing active matrix substrate
JP6197418B2 (ja) 積層配線の形成方法、積層配線、及び電子素子
JP6222113B2 (ja) 薄膜形成方法及び薄膜形成装置
US9064778B2 (en) Method of manufacturing thin film transistor
JP6115008B2 (ja) 配線部材、および、電子素子の製造方法と、それを用いた配線部材、積層配線、電子素子、電子素子アレイ及び表示装置。
JP2007035911A (ja) ボンディングパッドの製造方法、ボンディングパッド、及び電子デバイスの製造方法、電子デバイス
TWI232708B (en) Pattern forming method, pattern forming apparatus, device manufacturing method, conductive film wiring, electro-optical device, and electronic apparatus
US9738807B2 (en) Method of forming pattern and pattern
TWI281514B (en) Surface treatment method, surface treatment device, surface treated plate, photoelectric device, electronic machine
KR100592372B1 (ko) 패턴 형성 방법 및 패턴 형성 장치, 디바이스의 제조방법, 도전막 배선, 전기 광학 장치, 및 전자 기기
JP2003318516A (ja) 製膜方法及びデバイス及び電子機器並びにデバイスの製造方法
WO2015155662A1 (en) Pulsed-mode direct-write laser metallization
JP2004311957A (ja) デバイスとその製造方法及び電気光学装置並びに電子機器
US10622244B2 (en) Pulsed-mode direct-write laser metallization
KR20090123411A (ko) 레이저 프린팅에 의한 박막 패터닝 방법
JP2005268693A (ja) パターン形成方法、回路基板および電子機器
JP2004305990A (ja) パターン形成方法、パターン形成装置、導電膜配線、デバイスの製造方法、電気光学装置、並びに電子機器
KR100669934B1 (ko) 배선 패턴 형성 방법, 디바이스의 제조 방법, 디바이스,전기 광학 장치 및 전자 기기
JP2005081299A (ja) 成膜方法、配線パターンの形成方法、半導体装置の製造方法、電気光学装置、及び電子機器
Feng et al. Laser patterning of printed silver for selective lighting of electroluminescence film
JP2004127676A (ja) 配線パターン用インク、配線パターンの形成方法、導電膜配線、電気光学装置、並びに電子機器
JP3821079B2 (ja) 膜パターンの形成方法、膜パターン形成装置、導電膜配線、電気光学装置、電子機器並びに非接触型カード媒体
Mandamparambil et al. A comparative study of via drilling and scribing on PEN and PET substrates for flexible electronic applications using excimer and Nd: YAG laser sources
JP2008028292A (ja) 配線形成用基板、配線の形成方法、及びプラズマディスプレイの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14740748

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014557493

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14740748

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1