(57)【要約】【課題】マイクロパターンの形成方法を提供する。【解決手段】本発明によるマイクロパターンの形成方法は、基板を提供する工程と、フォトレジスト材料の第一微小流体層を、基板上に形成する工程と、第一フォトマスクを提供する工程と、第一フォトマスクにより、第一微小流体層を露出して照射し、マイクロパターンを形成する工程と、からなる。第一微小流体層の尺寸は、マイクロパターンより大きい。【選択図】図２ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロパターンの形成方法であって、
基板を設ける工程と、
フォトレジスト材料の第一微小流体層を、前記基板上に形成する工程と、
第一フォトマスクを設ける工程と、
前記第一フォトマスクにより、前記第一微小流体層を露出して照射し、マイクロパターンを形成する工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第一微小流体層の尺寸は、前記マイクロパターンより大きいことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、
前記第一微小流体層に、ギャップを形成する工程と、
前記ギャップに、フォトレジスト材料の第二微小流体層を形成する工程と、第二フォトマスクを設ける工程と、
前記第二フォトマスクにより、前記第二微小流体層を露出して照射する工程と、
からなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第一微小流体層の尺寸は、前記マイクロパターンより大きいことを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第一微小流体は、複数の部分的に重複する微小流体液滴を、前記基板に連続的に蒸着することにより、ラインパターンが構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第一微小流体層の尺寸は、前記マイクロパターンより大きいことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記第一微小流体層は、複数の部分的に重複する微小流体液滴を、前記基板に連続的に蒸着することにより、フレームパターンが構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第一微小流体層の尺寸は、前記マイクロパターンより大きいことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
マイクロパターンの形成方法であって、
基板を設ける工程と、
異なる色を有する数種のフォトレジスト材料に対応する複数の微小流体層を、前記基板上の異なる位置に形成する工程と、
フォトマスクを設ける工程と、
前記フォトマスクにより、前記微小流体層を露出して照射し、マイクロパターンを形成する工程と、
からなることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記微小流体層は、前記基板上に交錯して蒸着されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記微小流体層の尺寸は、前記マイクロパターンより大きいことを特徴とする請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロパターン（Micro-pattern）を形成する方法に関する。さらに詳しくは、フォトリソグラフィ（photo-lithography）と微小流体蒸着（Microfluidic deposition）を組み合わせた方法で、マイクロパターンを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１で、フォトリソグラフィ技術を基礎としたマイクロパターンの形成方法が開示され、マイクロレンズアレイは、マスクにより、フォトレジスト（photo resist）を露出することにより形成される。フォトリソグラフィ技術は高精度であるが、フォトレジストの高さは、露出エネルギーのために制限される。
【０００３】
特許文献２で、押し出し、モールディング技術（extruding & molding technology）を用いたマイクロレンズシートの製造方法が開示されている。本方法は、高生産速度を実現するが、大きさ（尺寸）と精度において限りがある。加えて、所定のマスク、モールドが必要なので、パターンの配置と分布が制限され、コストが増加する。
【０００４】
キャノン（CANON Inc.）は、インクジェット法を開示し、それは、インクジェットヘッド（Inkjet Heads）により、赤、緑、青色のインクを、１．透明基板（特許文献３）、２．インクレシーバ（ink receiver）を有する透明基板（特許文献３）、あるいは、３．インクレシーバと親水性領域（hydrophobic region）を有する透明基板（特許文献４）上に噴射するものである。液滴は、透明基板上で移動しやすく、混色が生じやすい。インクレシーバを有する透明基板で、液滴の拡散は、不均一な色領域を形成し、光フィルタリングが芳しくない。液滴が非常に大きい時、インクレシーバ中で拡散するので、混色が生じる。親水性領域を有する透明基板において、拡散により生じる不均一な色領域が存在する。
【０００５】
台湾の工業技術研究院（industrial technology research institute、ＩＴＲＩ）は、微小流体法を開発し、特許文献５で開示されている。本方法において、複数のマイクロストリップと深いチャンネルが、透明基板上に形成されて、高い壁境界（wall boundary）となる。色流動体が、微小流体ジェット装置により、チャンネルに充填されて、カラー層を形成する。
【０００６】
注入技術において、微小液滴は、ドロップオンデマンド（drop-on-demand、ＤＯＤ）、および、固化蒸着（coating-like deposition）の基礎功能を有するので、フリップチップボンディング回路板などの回路、薄膜トランジスタなどのトランジスタ、ＬＣＤカラーフィルターなどのディスプレイに適用される。応用時、マイクロパターンは、微小流体の流体性質（fluidic nature）により、不均一な膜厚が存在し、インクジェット工程における障害となっている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５４５３８７６号明細書
【特許文献２】米国特許第５６４４４３１号明細書
【特許文献３】米国特許第５５９３７５７号明細書
【特許文献４】米国特許第５７１６７４０号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／１１８９２１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、膜厚の不均一性の問題を克服し、均一な膜厚の各種精確なパターンを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるマイクロパターンの形成方法は、基板を設ける工程と、フォトレジスト材料の第一微小流体層を、基板上に形成する工程と、第一フォトマスクを設ける工程と、第一フォトマスクにより、第一微小流体層を露出して照射し、マイクロパターンを形成する工程と、からなる。第一微小流体層の尺寸は、マイクロパターンより大きい。
【００１０】
好ましい具体例では、さらに、第一微小流体層に、ギャップを形成する工程と、ギャップに、フォトレジスト材料の第二微小流体層を形成する工程と、第二フォトマスクを設ける工程と、第二フォトマスクにより、第二微小流体層を露出して照射する工程と、からなる。
【００１１】
第一微小流体層は、複数の部分的に重複する微小流体液滴を、基板に連続的に蒸着することにより、ラインパターン、あるいは、フレームパターンが構成される。
【００１２】
もう一つの好ましい具体例において、マイクロパターンを形成する方法は、基板を設ける工程と、異なる色を有する数種のフォトレジスト材料に対応する複数の微小流体層を、基板上の異なる位置に形成する工程と、フォトマスクを設ける工程と、フォトマスクにより、微小流体層を露出して照射し、マイクロパターンを形成する工程と、からなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、膜厚の不均一性の問題を克服し、均一な膜厚の各種精確なパターンを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
液滴の液体流れ（droplet liquid flow）が、固体表面にスプレイされる時、液体、固体、気体状態間の界面線（interfacial line）は、液滴が平衡である時の接触角（contact angle）を有する。相関関係は、以下のようである。
【００１５】
γLVＣＯＳ(θ)＝γSV−γLS、および、
ΔＰ＝ρｇｔ＝γLS(１／ｒ1＋１／ｒ2)
【００１６】
θは接触角、γLV、γSV、および、γLSは、それぞれ、液体−気体界面、固体−気体界面、液体−固体界面の表面エネルギー（surface energy）である。ΔＰは液体内外間の圧力差、ρは液体密度、ｇは重力加速度、ｔは液体の最大高さ、ｒ1、および、ｒ2は、それぞれ、二方向で、固体表面に接触する液体表面の曲率半径（curvature radius）である。γLV、γSV、および、γLSが与えられる時、接触角θが求められる。液体が、同様の曲率半径を有し、ｒ1＝ｒ2＝ｒで、かつ、液体体積（Ｖ）、密度、重力加速度が与えられると、ｔとｒは、関係式
Ｖ＝π／６×［ｔ3＋３ｒ2］
により決定される。よって、上述の相関関係が採用されて、固体表面での液滴の位置とパターンが決定される。
【００１７】
液滴が固体表面にスプレイされる時、液滴は均衡で、液体から固体に変化して、マイクロパターンを形成する。相変化の時間は、数秒から数分である。液滴の半径が実質上、不変であっても（Δｒ／ｒ≒０）、固化した液滴は、熱毛細管流動効果（thermal-capillary flow effect）、および、拡散バランス(diffusion balance)により生じる平坦な中間部分、および、凸部領域を有する。平坦な中間部分と凸部領域の比率は、固化した液滴の濃度に基づく。フォトリソグラフィが用いられて、固化した液滴の形状を修正し、正確なパターンと均一な厚さを得る。
【００１８】
さらに、本発明は、組み合わされた蒸着を用いて、異なる液滴を、基板上に噴出する。近接する液滴は、異なる時期に、基板上に噴出されて、液滴により形成されたマイクロパターンは、静的平衡、あるいは、相変化の間であっても、互いに干渉しない。
【００１９】
本発明の方法を適切に記述するため、液滴の構造を初めに説明する。図１ａは、単一の微小流体の液滴により形成される液滴膜１０を示す図である。図１ｂは、液滴膜１０の側視図である。液滴膜１０は乾燥皮膜（dry film）で、平坦な中間部分４、および、凸部領域６、からなる。液滴膜１０の直径はＤ0、固化した液滴膜１０の幅はＷ0、平坦な中間部分４の幅はＷb、平坦な中間部分４の高さはｈb、および、凸部領域６の高さはｈ0である。直径Ｄ0はＷ0と等しく、ＷbはＷ0より小さい。液滴膜の構造は、以下の公式により特徴付けられる。
Ｄ0＝Ｗ0
Ｗb＜Ｗ0      …（１）
【００２０】
単一の液滴から、基板上に画一的な薄膜を形成する方法は、図２ａ、および、図２ｂで示される。微小液滴が基板２上に蒸着されて、熱毛細管流動と拡散バランスにより、平坦な中間部分４、および、凸部領域６、からなる液滴膜１０を形成する。つまり、ｈ0はｈbより大きい。以下の方程式は、高さの相関関係を表す。
ｈb＜ｈ0      …（２）
直径Ｄ0と幅Ｗ0は、通常、数十μｍ〜数百μｍで、高さｈ0とｈbは、１μｍ〜数μｍである。平坦な中間部分４の凸部領域６に対する比率は、液滴膜１０の濃度に基づく。
【００２１】
図３ａ〜図３ｄを参照すると、微小液滴の正確なパターンを達成するため、リソグラフィパターン（ＬＰ）、および、微小流体蒸着（ＭＤ）が本発明に適用される。微小流体蒸着は、インクジェットベース技術に基づいて、液滴アクチュエータを用いて、微小液滴を基板上に蒸着する。マイクロパターンの形成方法は、以下の工程からなる。
【００２２】
工程１：クリーンな基板１２が提供され、微小流体１４が基板１２上に蒸着される（図３ａで示される）。
工程２：蒸着された微小流体１４が、乾燥膜（第一微小流体層１６）中で固化される（図３ｂで示される）。第一微小流体層１６は、厚さが数百ナノメーターから数マイクロミリの親水性のフォトレジストである。
工程３：図３ｃで示されるように、パターンマスクにより、第一微小流体層１６が感光（例えば、Ｉラインの３６５ｎｍ／５ｍＷの水銀照射）される。
工程４：図４ｄで示されるように、マイクロパターン２０が得られる。
第一微小流体層１６は、必要に応じて、長方形、正方形、円形、楕円形、あるいは、他の形状に設計される。
【００２３】
図４ａ〜図４ｄで、液滴リソグラフィと微小流体蒸着を混合したハイブリッド法が説明され、カラーフィルターの製造に適用される。ハイブリッド法は、以下の工程からなる。
【００２４】
工程１：第一微小流体層３４（境界マトリックス（boundary matrix）と称される）が基板３２上に形成される。図４ａで示されるように、所定の尺寸のギャップ３０が、第一微小流体層３４に形成される。一般に、第一微小流体層３４は、厚さが数百ナノメーター〜数マイクロメーターのフォトレジストである。
工程２：図４ｂで示されるように、パターンマスクにより、第一微小流体層３４が感光（例えば、Ｉラインの３６５ｎｍ／５ｍＷの水銀照射）され、マイクロパターン３６を得る。
工程３：図４ｃで示されるように、もう一つの微小液滴３８が、ギャップ３０上に蒸着される。
工程４：微小液滴３８が固化される時、マイクロパターン４０が得られる。
第一微小流体層３４は、必要に応じて、長方形、正方形、円形、楕円形、あるいは、他の形状に設計される。
【００２５】
上述の方法は、マイクロパターン４０の尺寸を制限する。言い換えると、上述の方法は、ある体積の微小流体に対し、マイクロパターン４０の直径と高さを決定する。しかし、マイクロパターンの尺寸が、増加することを目的としている時、上述の方法は、明らかにタスクを達成する能力がない。
【００２６】
微小流体は、固形分と溶剤からなる。固形分はｓ％、溶剤は１００％−ｓ％である。この状態下で、微小流体の直径が不変でも、液滴の最終体積（固化体積）は、Ｖ×s％に減少する。例えば、体積Ｖの微小液滴が１０％の固体分（１０％のフォトレジスト、つまり、s＝１０％）、９０％の溶剤（ＰＧＭＥＡ、つまり、１００％−１０％＝９０％）である場合、固化した体積は、Ｖ×１０％に減少する。
【００２７】
図５は、二つの液滴により形成されるパターンを示す。直径がＤ0である一組の液滴５０は部分的に重複し、幅の広いマイクロパターンを形成し、重複幅はＷiである。よって、微小流体を重複させることにより、幅の広いマイクロパターンが得られる。図６ａ、および、図６ｂは、積層（stacking）微小流体蒸着（ＳＭＤ）法を示す。クリーンな基板４２が提供される。複数の微小液滴が、微小流体蒸着法により、基板４２上に蒸着されて、幅がＷ0の第一微小流体層４６を形成する。一般に、第一微小流体層４６は、厚さが数百ナノメーター〜数マイクロメーターの親水性のフォトレジストである。第一微小流体層４６は、パターンマスクにより感光（例えば、Ｉラインの３６５ｎｍ／５ｍＷの水銀照射）され、幅がＷbのマイクロパターン４８を得る。式（１）で示されるように、幅Ｗ0は、Ｗbより大きい。
【００２８】
図７ａ、および、図７ｂは、上述のＳＭＤ法により製造されるもう一つの長方形のマイクロパターンを示す。細長い第一微小流体層（境界マトリックスフィルム）５４が形成される。第一微小流体層５４は、パターンマスクにより感光され、マイクロパターン５６を得る。マイクロパターン５６は、必要に応じて、長方形、正方形、円形、楕円形、あるいは、他の形状に設計される。
【００２９】
ＳＭＤ法における微小液滴の蒸着は、単一方向、および、単一の液滴に制限されない。多方向の積層、あるいは、多液滴積層も適用できる。
【００３０】
上述のＬＰ法、あるいは、ＬＰプラスＳＭＤ法が適用されて、一次元、あるいは、二次元のマイクロパターン（境界マトリックス、ＢＭ）を形成し、カラーフィルターを製造する。製造されたカラーフィルター、ＢＭレス法も適用できる。ＢＭレス法は以下で記述される。
【００３１】
図８ａ〜図８ｃは、交錯蒸着を用いたＢＭレスカラーフィルターを製造する方法を示す。公式（１）、および、（２）を満たす蒸着が適用される。本方法において、三色の液滴は、三回で、三つの位置に蒸着される。第一蒸着で、例えば、青である第一カラーの第一微小液滴６４が、基板６２上で、幅Ｗbの二倍の距離により隔てられた二つの位置に蒸着されて、第一微小流体６６を形成する。第一微小流体６６は、パターンマスクにより感光（例えば、Ｉラインの３６５ｎｍ／５ｍＷの水銀照射）され、第一カラーのマイクロパターン７０を得る。幅Ｗbの二倍の距離は、他の二つの異なる色の微小流体の次の蒸着のために用意される。
【００３２】
第二蒸着で、第二微小液滴７４は、例えば、赤である第二カラーの第二微小液滴が、基板６２上で、幅Ｗbの二倍の距離により隔てられた二つの位置に蒸着されて、第二微小流体７６を形成する。第二微小流体７６は、パターンマスク７８により感光され、第二カラーのマイクロパターン８０を得る。最後に、第三蒸着で、例えば、緑である第三カラーの第三微小液滴８４が、基板６２上に蒸着されて、第三微小流体８６を形成する。第三微小流体８６は、パターンマスク８８により感光され、第三カラーのマイクロパターン９０を得る。これにより、三色のカラーフィルターが完成する。二つの蒸着で一定時間が経過し、微小液滴の固化が完全になる。
【００３３】
三つの蒸着が本具体例で示されているが、これに限定するものではない。二回、四回、五回、あるいは、それ以上も適用できる。さらに多くの蒸着で、二つの蒸着間における干渉が生じないようにするが、全てを完成させるのに、さらに多くの回数が必要である。
【００３４】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１ａ】液滴膜の上視図である。
【図１ｂ】液滴膜の側視図である。
【図２ａ】本発明による、単一液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図２ｂ】本発明による、単一液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図３ａ】本発明による、単一液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図３ｂ】本発明による、単一液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図３ｃ】本発明による、単一液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図３ｄ】本発明による、単一液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図４ａ】本発明による、液滴リソグラフィと微小流体蒸着によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図４ｂ】本発明による、液滴リソグラフィと微小流体蒸着によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図４ｃ】本発明による、液滴リソグラフィと微小流体蒸着によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図４ｄ】本発明による、液滴リソグラフィと微小流体蒸着によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図５】本発明による、二つの液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図６ａ】本発明による、複数の液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図６ｂ】本発明による、複数の液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図７ａ】本発明による、複数の液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図７ｂ】本発明による、複数の液滴によるマイクロパターンの形成方法を示す図である。
【図８ａ】カラー液滴を蒸着した色つきのマイクロパターンを形成する方法を示す図である。
【図８ｂ】カラー液滴を蒸着した色つきのマイクロパターンを形成する方法を示す図である。
【図８ｃ】カラー液滴を蒸着した色つきのマイクロパターンを形成する方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
４  平坦領域
６  凸部領域
１０  液滴膜
１２  基板
１４  微小流体
１６  第一微小流体層
１８  パターンマスク
２０  マイクロパターン
３０  ギャップ
３２  基板
３４  第一微小流体層
３６  マイクロパターン
３８  微小液滴
４０  マイクロパターン
４２  基板
４６  第一微小流体層
４８  マイクロパターン
５０  液滴
５４  第一微小流体層
５６  マイクロパターン
６２  基板
６４  第一微小液滴
６６  第一微小流体
６８  パターンマスク
７０  マイクロパターン
７４  第二微小液滴
７６  第二微小流体
７８  パターンマスク
８０  マイクロパターン
８４  第三微小液滴
８６  第三微小流体
８８  パターンマスク
９０  マイクロパターン
Ｄ0  液滴膜の直径
Ｗb  平坦な中間部分の幅
Ｗ0  液滴膜固化後の幅
ｈb  平坦な中間部分の高さ
ｈ0  凸部領域の高さ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
2006178422.tif 000007
【図３ｂ】
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【図３ｃ】
2006178422.tif 000009
【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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