(57)【要約】【課題】半導体素子を構成する有機半導体を結晶性の良好な結晶として基板に形成する。【解決手段】本発明に係る有機半導体の製造方法は、基板に、有機半導体の材料を含む液体によるパターンを形成する工程（ステップＳ３０２）と、塗工された液体に光ビームを照射して有機半導体を結晶化させる工程（ステップＳ３０３）とを備える。連続した一のパターンについて、当該パターンのうち周縁部を含む一部領域である一次照射領域を照射対象領域として、光ビームを照射する第１工程を実行した後に、当該パターンのうち光ビームの照射を受けた照射済み領域と未照射領域との境界を含むまたは該境界に隣接する二次照射領域を照射対象領域として光ビームを照射する第２工程を、少なくとも１回実行することにより、当該パターンの全体を結晶化させる。【選択図】図３
2019062067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、有機半導体の材料を含む液体によるパターンを形成する工程と、
塗工された前記液体に光ビームを照射して前記有機半導体を結晶化させる工程と
を備え、
前記光ビームの照射は、前記光ビームの断続的な出射と出射される前記光ビームの前記基板への入射位置の制御とを実行することで、前記基板のうち前記パターンに応じた照射データにより特定される照射対象領域に選択的に前記光ビームを照射可能な照射装置により実行され、
前記照射装置は、連続した一の前記パターンについて、
当該パターンのうち周縁部を含む一部領域である一次照射領域を前記照射対象領域として、前記光ビームを照射する第１工程を実行した後に、
当該パターンのうち前記光ビームの照射を受けた照射済み領域と未照射領域との境界を含むまたは該境界に隣接する二次照射領域を前記照射対象領域として前記光ビームを照射する第２工程を、少なくとも１回実行する
ことにより、当該パターンの全体を結晶化させる有機半導体の製造方法。
【請求項２】
前記二次照射領域は、前記照射済み領域と前記未照射領域との境界の全てを含む、または該境界の全てに隣接するように設定される請求項１に記載の有機半導体の製造方法。
【請求項３】
前記一次照射領域は、前記パターンの周縁部の一部と該周縁部に隣接する前記基板の露出表面の一部とを含む請求項１または２に記載の有機半導体の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程における照射と前記第２工程における照射とが時間的に断続する請求項１ないし３のいずれかに記載の有機半導体の製造方法。
【請求項５】
前記二次照射領域の設定を互いに異ならせて複数回の前記第２工程を実行する請求項１ないし４のいずれかに記載の有機半導体の製造方法。
【請求項６】
前記二次照射領域は、前記第２工程の実行ごとに前記一次照射領域から遠ざかるように設定される請求項５に記載の有機半導体の製造方法。
【請求項７】
前記二次照射領域は、前記照射済み領域を実質的に含まずに設定される請求項１ないし６のいずれかに記載の有機半導体の製造方法。
【請求項８】
前記第１工程では、前記一次照射領域への照射が時間を空けて複数回実行される請求項１ないし７のいずれかに記載の有機半導体の製造方法。
【請求項９】
１回の前記第２工程では、同一の前記二次照射領域への照射が時間を空けて複数回実行される請求項１ないし８のいずれかに記載の有機半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記一次照射領域のサイズは、前記光ビームの前記基板表面におけるビームサイズと同じである請求項１ないし９のいずれかに記載の有機半導体の製造方法。
【請求項１１】
互いに離隔した複数の前記パターンが形成された前記基板に前記光ビームを照射する請求項１ないし１０のいずれかに記載の有機半導体の製造方法。
【請求項１２】
有機半導体の材料を含む液体によるパターンが形成された基板を保持する基板保持部と、
光ビームの断続的な出射および出射される前記光ビームの前記基板への入射位置の調整を実行する光照射部と、
前記パターンに応じた照射データに基づき前記光照射部を制御して、前記基板のうち前記照射データにより特定される照射対象領域に選択的に前記光ビームを照射させる制御部と
を備え、
連続した一の前記パターンについて、
当該パターンのうち周縁部を含む一部領域である一次照射領域を前記照射対象領域として、前記光ビームを照射した後に、
当該パターンのうち前記光ビームの照射を受けた照射済み領域と未照射領域との境界を含むまたは該境界に隣接する二次照射領域を前記照射対象領域とする前記光ビームの照射を少なくとも１回実行する
ことにより、当該パターンの全体を結晶化させる光照射装置。
【請求項１３】
前記基板保持部は、前記基板を前記有機半導体材料の結晶転移温度よりも低い温度に加熱する請求項１２に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機半導体の製造技術に関するものであり、特に半導体素子として用いられる有機半導体の結晶性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば表示装置やタッチパネル装置、フレキシブルセンサ等を製造する目的で、ガラス基板やフレキシブルなシートやフィルムなどを含む樹脂基板等の基板の表面に薄膜トランジスタなどの薄膜半導体素子を形成するための技術が研究されている。特に近年では、その性能や生産技術の向上が著しく、また材料によっては印刷技術を利用したデバイス作成が可能であるとの観点から、このような薄膜半導体素子の材料として有機半導体が注目されている。さらに、性能向上のための微細化（例えば有機半導体パターンの線幅が２０μｍ以下）が進んでいる。
【０００３】
無機半導体材料と同様に、有機半導体材料においてもその結晶性が素子性能に影響を及ぼすことが知られている。例えばキャリアの移動度については、単結晶の有機半導体材料において高い値を示し、結晶性の悪化に伴ってキャリア移動度も低下する。このため、性能の良好な半導体素子を製造するためには、有機半導体材料の結晶性を良好なものとする必要がある。理想的には、１つの半導体素子が単結晶の有機半導体で構成されていることが好ましい。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載の技術は、大面積の有機半導体単結晶を製造するための技術である。この技術は、基板に幅の狭い種結晶部と幅が連続的に広がる結晶成長部とを有する凹パターンを形成し、種結晶部から結晶成長部に向けて、有機半導体材料を含む液体の供給と乾燥とを順次進行させることで、大面積の単結晶を得ようとするものである。
【０００５】
また、特許文献２の技術は、基板上に形成された有機半導体材料を含む液膜にレーザ光を照射して結晶化させるものであり、薄膜の結晶性を改善するために、液膜に対しレーザ光が一の走査方向に沿って走査される。なお、特許文献２の技術においては、レーザ光照射は液膜に適度な熱量を与えて乾燥させ結晶化させることを目的として行われており、有機半導体の単結晶化は必須の目的とされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２１６５６８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７９３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術は、比較的面積の大きい有機半導体薄膜を製造するものである。一方、例えばディスプレイ装置等の製造においては、１枚の基板に微細な半導体素子が大量に作り込まれる。このような半導体素子のそれぞれにおいて良好な結晶性を得るという目的には、上記従来技術は適していない。特許文献２には、必要な領域のみに選択的に液膜を形成することや光を照射すること等について言及があるが、具体的な製造方法については記載されていない。このように、基板に多数の半導体素子が作り込まれる場合において、個々の有機半導体を優れた結晶性で製造することのできる技術はこれまで確立されるに至っていない。また、フレキシブルなフィルムに形成された有機半導体素子は搬送や製造途中のプロセスなどでフィルムの伸縮などが発生し、有機半導体のパターンが設計データと比べて位置ずれを生じ、正確なレーザ照射が難しくなっている。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体素子を構成する有機半導体を結晶性の良好な結晶として基板に形成することのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る有機半導体の製造方法の一の態様は、上記目的を達成するため、基板に、有機半導体の材料を含む液体によるパターンを形成する工程と、塗工された前記液体に光ビームを照射して前記有機半導体を結晶化させる工程とを備える。ここで、前記光ビームの照射は、前記光ビームの断続的な出射と出射される前記光ビームの前記基板への入射位置の制御とを実行することで、前記基板のうち前記パターンに応じた照射データにより特定される照射対象領域に選択的に前記光ビームを照射可能な照射装置により実行される。
【００１０】
そして、前記照射装置は、連続した一の前記パターンについて、当該パターンのうち周縁部を含む一部領域である一次照射領域を前記照射対象領域として、前記光ビームを照射する第１工程を実行した後に、当該パターンのうち前記光ビームの照射を受けた照射済み領域と未照射領域との境界を含むまたは該境界に隣接する二次照射領域を前記照射対象領域として前記光ビームを照射する第２工程を、少なくとも１回実行することにより、当該パターンの全体を結晶化させる。
【００１１】
このように構成された発明では、有機半導体材料を含む液体で形成されたパターンのうち周縁部を含む一部領域である一次照射領域に最初に光ビームが照射される。これによりパターンの一部に有機半導体の微小な結晶が生じる（第１工程）。次いで、既に光ビームの照射を受けた照射済み領域と、光ビームの照射を受けていない未照射領域との境界を含む、または該境界に隣接する二次照射領域に対し、光ビームが照射される（第２工程）。
【００１２】
このとき、既に光ビームが照射され結晶化した有機半導体の結晶を核として結晶化が進行することにより、大きな結晶粒を得ることができる。こうしてパターン全体に順次光ビームを照射して結晶化を進行させることで、パターン全体にわたって大きな結晶を基板上で成長させることができる。すなわち、本発明によれば、基板上で結晶性の良好な結晶として有機半導体を製造することができる。
【００１３】
また、この発明に係る光照射装置の一の態様は、上記目的を達成するため、有機半導体の材料を含む液体によるパターンが形成された基板を保持する基板保持部と、光ビームの断続的な出射および出射される前記光ビームの前記基板への入射位置の調整を実行する光照射部と、前記パターンに応じた照射データに基づき前記光照射部を制御して、前記基板のうち前記照射データにより特定される照射対象領域に選択的に前記光ビームを照射させる制御部とを備えている。そして、連続した一の前記パターンについて、当該パターンのうち周縁部を含む一部領域である一次照射領域を前記照射対象領域として前記光ビームを照射した後に、当該パターンのうち前記光ビームの照射を受けた照射済み領域と未照射領域との境界を含むまたは該境界に隣接する二次照射領域を前記照射対象領域とする前記光ビームの照射を少なくとも１回実行することにより、当該パターンの全体を結晶化させる。
【００１４】
このように構成された発明は、上記した有機半導体の製造方法を実施するのに好適な構成を備えている。すなわち、有機半導体の結晶化プロセスを本発明に係る光照射装置を用いて行うことにより、基板上で結晶性の良好な結晶として有機半導体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記のように、本発明によれば、有機半導体材料を含む液体で形成されたパターンのうち周縁部を含む一部領域に最初に光を照射して結晶化を開始させ、照射済み領域と未照射領域との境界を含む、またはこれに隣接する領域に順次光を照射して結晶化を進行させるので、基板上に結晶性の良好な有機半導体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る有機半導体の製造方法を適用可能な半導体素子の構成例を示す図である。
【図２】この半導体素子の製造プロセスを例示するフローチャートである。
【図３】有機半導体層の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】基板に複数の半導体素子が設けられる例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る光照射装置の一実施形態の主要構成を示す図である。
【図６】この光照射装置における光照射制御の態様を示す図である。
【図７】基板上における有機半導体のパターンと画素との関係を例示する図である。
【図８】光照射処理を示すフローチャートである。
【図９】基板に照射される光の照射パターンとその変遷を示す第１の図である。
【図１０】基板に照射される光の照射パターンとその変遷を示す第２の図である。
【図１１】基板に照射される光の照射パターンとその変遷を示す第３の図である。
【図１２】基板に照射される光の照射パターンとその変遷を示す第４の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明に係る有機半導体の製造方法を適用可能な半導体素子の構成例を示す図である。また、図２はこの半導体素子の製造プロセスを例示するフローチャートである。後に詳しく説明するように、本発明の有機半導体の製造方法は、例えば図１に例示する有機薄膜トランジスタを製造する製造プロセスの一部として実施可能である。
【００１８】
有機薄膜トランジスタＴＲは、例えば以下のようにして製造することが可能である。予め洗浄された（ステップＳ１０１）基板ＳＢの表面に対し、図１（ａ）に示すように、ソース電極Ｅｓおよびドレイン電極Ｅｄが基板ＳＢ上で互いに離隔して形成される（ステップＳ１０２）。基板ＳＢとしては、例えば、シリコンのような無機半導体基板、ガラス基板のほか、フレキシブルなシートやフィルムなどを含む樹脂基板や紙などの遷移を含むシート状の基板なども使用可能である。また、金属板等の導電性を有する平板の表面に絶縁層が形成された基板であってもよい。
【００１９】
ソース電極Ｅｓおよびドレイン電極Ｅｄの形成方法は任意である。例えば、電極材料である金属を真空蒸着、スパッタリング成膜、めっき等で基板ＳＢに積層する方法を用いることができる。また、予め基板ＳＢの表面全体に形成された金属膜をエッチングにより部分的に除去する方法によってもよい。また例えば、電極材料を含む液体の層を塗布または印刷により基板ＳＢに形成し、これを乾燥硬化させる方法であってもよい。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、これらの電極Ｅｓ，Ｅｄの表面を覆うように有機半導体の層ＯＳが成膜される（ステップＳ１０３）。有機半導体層ＯＳの成膜方法としても種々の方法を適用可能であるが、本発明では、有機半導体材料を含む液体を、有機半導体層が形成されるべき基板ＳＢの領域に部分的に塗工し、これを光照射により結晶化させる方法が用いられる。その具体的な処理内容については後述する。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示すように、有機半導体層ＯＳの表面を覆うゲート絶縁膜ＩＳが形成される（ステップＳ１０４）。ゲート絶縁膜ＩＳについては、例えば絶縁体材料を含む液体を有機半導体層ＯＳの表面に塗布しこれを乾燥硬化させることにより形成することができる。また例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学的気相成長法）により、金属酸化物等の絶縁性を有する皮膜を形成する方法によってもよい。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜ＩＳの表面にゲート電極Ｅｇが形成される（ステップＳ１０５）。ゲート電極Ｅｇについてはソース電極Ｅｓ等と同様の方法で形成することができるが、ステップＳ１０２とステップＳ１０５との間で製造方法は異なっていてもよい。
【００２３】
このようにして、ソース電極Ｅｓとドレイン電極Ｅｄとの間に有機半導体によるチャネルＣｈが形成され、ゲート絶縁膜ＩＳを介してチャネルＣｈに対向するゲート電極Ｅｇが設けられた有機薄膜トランジスタＴＲが形成される。こうして形成された有機薄膜トランジスタＴＲに、さらなる配線の接続や封止処理など適宜の後処理が実行されることにより（ステップＳ１０６）、半導体素子としての有機薄膜トランジスタＴＲが完成する。
【００２４】
使用される有機半導体材料は特に限定されず、実用化されている種々の材料を適用可能である。特に、光照射による加熱または光化学反応により結晶化し硬化する性質を有するものが好適である。
【００２５】
なお、ここでは基板ＳＢ上に形成される半導体素子は単一の有機薄膜トランジスタＴＲであるが、実際には１つの基板ＳＢ上に多数の半導体素子が形成される。例えば有機ＥＬ表示装置や液晶表示装置等では、スイッチング素子として１枚の基板に数百万個の薄膜トランジスタが形成される。この場合、例えばゲート絶縁膜ＩＳについては複数の素子間で連続したものであってもよい。
【００２６】
図３は有機半導体層の製造方法を示すフローチャートである。より具体的には、図３（ａ）は、図２のステップＳ１０３の処理内容をより詳しく記述したフローチャートであり、図３（ｂ）はその処理過程における素子の状態を模式的に示す図である。ソース電極Ｅｓおよびドレイン電極Ｅｄが形成された基板ＳＢに有機半導体層ＯＳを形成するのに際して、電極表面に自己組織化単分子膜（Self-Assembled Monolayer；ＳＡＭ）を形成するためのウェット処理が実行される（ステップＳ２０１）。これは、電極表面を改質し有機半導体層ＯＳとの界面における電気抵抗を低減するための処理である。このようなＳＡＭ処理については種々の公知技術があり、それらから適宜選択して利用可能であるのでここでは説明を省略する。
【００２７】
次に、電極Ｅｓ，Ｅｄを覆うように、有機半導体材料を含む液体を基板ＳＢの表面に部分的に付着させることにより、有機半導体材料のパターンが形成される（ステップＳ２０２）。このパターンは形成すべき半導体素子の形状に応じたものである。パターンの形成方法としては種々のものが採用可能である。例えば、図３（ｂ）上段および中段に示すように、有機半導体材料のパターンＰＴを担持するブランケットＢＬを基板ＳＢに押し当てることにより、パターンＰＴをブランケットＢＬから基板ＳＢに転写することができる。
【００２８】
ブランケットＢＬにパターンＰＴを担持させる方法としては、凸版、凹版または平版を用いた印刷技術を利用することが可能である。また、凸版または平版から直接基板ＳＢへパターンＰＴが転写されてもよい。この他、シルクスクリーン印刷、インクジェット印刷等の種々の方法を用いて基板ＳＢにパターンＰＴを形成することが可能である。
【００２９】
基板ＳＢにパターンＰＴが形成された時点では、パターンＰＴは液状である。これに材料に応じた適宜の波長の光を照射することで、液中の有機半導体材料が結晶化し溶媒が揮発して、有機半導体層ＯＳが形成される（ステップＳ２０３）。このとき、有機半導体層ＯＳの結晶性を良好なものとし、理想的には有機半導体層ＯＳ全体を単結晶とするために、図３（ｂ）下段に示すように、光ビームＬがパターンＰＴの一端部から他端部へ向けて走査される。これにより、パターンＰＴの一端部から他端部側へ向けて結晶成長が進行する。すなわち、光ビームＬの走査により、パターンＰＴのうち結晶化した結晶化領域Ｒｃが液状を維持している液状領域Ｒｌに向けて成長し、最終的にパターンＰＴの全体が結晶化する。
【００３０】
基板ＳＢにおいて形成される半導体素子が単一であれば、図３（ｂ）下段に示したように、パターンＰＴに対し光ビームＬを結晶成長速度に応じた速度で走査することで単結晶化を図ることが可能である。しかしながら、前記したように、実際のデバイスにおいては１枚の基板に多数の半導体素子が設けられる。そのため、このような長時間を要する処理は現実的とは言えない。
【００３１】
図４は基板に複数の半導体素子が設けられる例を示す模式図である。より具体的には、図４（ａ）は基板上に複数のトランジスタが配置された例を示す図であり、図４（ｂ）は個々のトランジスタの形状を示す斜視図である。なお、図４においては、有機半導体層ＯＳの製造工程を説明するために、有機薄膜トランジスタＴＲの完成品ではなく、電極Ｅｓ，Ｅｄに有機半導体層ＯＳが積層された時点でのトランジスタＴＲの外形を示している。したがって、図４（ａ）および図４（ｂ）におけるＡ−Ａ線を切断線とする断面図は、図１（ｂ）に対応するものとなる。
【００３２】
例えば有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイなどの表示装置においては、図４（ａ）に示すように、１枚の基板ＳＢに多数のトランジスタＴＲがマトリクス配置される。ここでは同一形状で同一方向を向くトランジスタＴＲが等ピッチで配列されているが、実際のデバイスではこれに限定されず、大きさ、形状、配列方向等が異なる素子が混在する場合があり得る。以下に示す光照射装置を用いた有機半導体の製造方法は、種々の素子形状に応じた改変が容易であり、このように同一でない素子が混在するケースにも対応可能なものである。
【００３３】
図５は本発明に係る光照射装置の一実施形態の主要構成を示す図である。この光照射装置１は、上記のように有機半導体材料を含む液体によりパターンＰＴが形成された基板ＳＢに対し光ビームの照射を行うことで、有機半導体を結晶化させる装置である。光照射装置１は、光源部１１と、光変調部１３と、投影光学系１５と、ステージ１７と、これらの動作を制御する制御部２０とを備えている。図５においては、水平面をＸＹ平面とし、鉛直上向き方向をＺ方向とする。また、Ｚ軸周りの回転方向をθ方向とする。
【００３４】
光源部１１は、例えば半導体レーザ、ガスレーザ等のレーザ光源を有しており、光変調部１３に対してレーザ光Ｌ１を出射する。有機半導体材料が熱により結晶化するものである場合、レーザ光Ｌ１の波長は赤外帯域のものが使用される。また、有機半導体材料が紫外線により結晶化するものである場合、レーザ光Ｌ１の波長は紫外帯域のものが使用される。なお、光源はレーザ光源に限定されず、例えばランプ光源であってもよい。光源部１１は制御部２０の光源制御部２１により制御されており、光源制御部２１からの制御指令に応じて断続的にレーザ光Ｌ１を出射する。
【００３５】
光変調器１３は、光源部１１から入射したレーザ光Ｌ１を変調して変調光Ｌ３を出力する。より具体的には、レーザ光Ｌ１を適宜の光変調デバイスにより変調することで、光変調器１３からの光出力のオンオフを行うとともにその出射方向を変化させる。光変調デバイスとしては、公知の各種技術、すなわち例えばガルバノミラーを用いたもの、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Digital Micromirror Device）のようなＭＥＭＳ（Micro
Mechanical Electro Systems）デバイス、グレーティング・ライト・バルブ（Grating
Light Valve；ＧＬＶ（登録商標））デバイスなどの光の出射方向を制御するもののほか、例えば非線形光学結晶を用いて１ビームから複数のビームを発生させるもの等を適用可能である。これらが適宜組み合わされてもよい。光変調器１３からの光出力のオンオフおよびその出射方向は、制御部２０の変調制御部２３によって制御されている。光変調器１３から出力される変調光Ｌ３は投影光学系１５に入射する。
【００３６】
投影光学系１５はレンズ等の幾つかの光学素子を含んでおり、光変調器１３から入射される変調光Ｌ３を収束させて、下方のステージ１７に載置された基板ＳＢに向けて光ビームＬ５として落射する。投影光学系１５は図示しない焦点調整機構を有しており、制御部２０に設けられた焦点調整部２５が焦点調整機構を駆動することにより、光ビームＬ５は基板ＳＢの表面（上面）に収束する。
【００３７】
ステージ１７は、その上面が基板ＳＢの平面サイズよりも大きい平面となっており、該平面に載置された基板ＳＢを保持する。ステージ１７にはヒータ１７１が内蔵され、ヒータ１７１は制御部２０のヒータ制御部２７１により制御される。ヒータ制御部２７１からの制御により、ステージ１７の上面が所定の温度に昇温されている。これにより、ステージ１７に載置された基板ＳＢが加熱される。
【００３８】
ステージ１７はステージ移動機構１７２によって支持されている。ステージ移動機構１７２は、制御部２０のステージ制御部２７２により制御されており、ステージ制御部２７２からの制御指令に応じて、ステージ１７をＸＹθ方向に移動させる。
【００３９】
光変調部１３によるＸＹ方向への光ビームの位置調整と、ステージ移動機構１７２によるステージ１７のＸＹθ方向への移動との組み合わせにより、ステージ１７上の基板ＳＢ上の任意の位置に光ビームＬ５を入射させることができる。
【００４０】
なお、制御部２０において、光源制御部２１、変調制御部２３、焦点調整部２５、ヒータ制御部２７１およびステージ制御部２７２等の各機能ブロックは、それぞれ専用のハードウェアによって実現されてもよいが、演算プロセッサを備える汎用の中央処理装置（Central Processing Unit；ＣＰＵ）が予め用意されたプログラムを実行することでソフトウェア的に実現されてもよい。
【００４１】
制御部２０にはさらに、光源制御部２１、変調制御部２３およびステージ制御部２７２により参照される照射データを記憶するメモリ２８が設けられている。後述するように、光照射装置１は、基板ＳＢに形成されたパターンＰＴおよびその周囲に選択的に光ビームを照射する。光ビームを基板ＳＢのどの位置にどのタイミングで入射させるかを表す情報を記述したのが照射データであり、装置各部が照射データに基づき光ビーム出射のオンオフおよびその入射位置を調整することで、パターンＰＴおよびその周囲への選択的な光照射が実現される。
【００４２】
これを可能とするために、照射データは基板ＳＢに形成される有機半導体のパターンＰＴの位置および形状を表す情報に基づいて定められる。これらの情報については、半導体素子の設計時点で特定されているので、その設計データから把握することが可能である。以下、この光照射装置１におけるパターンＰＴへの光照射の態様について説明するが、言い換えれば、このような態様で光照射が実現されるように、照射データを作成しておけばよい。なお、照射データと基板ＳＢの有機半導体のパターンＰＴの位置とを関連付けてパターンＰＴに適切に光照射を行うために、基板ＳＢにアライメントマークを形成しておき、カメラ等でアライメントマークを読み取って光照射の基準位置と基板の基準位置との相対位置を調整するようにしてもよい。
【００４３】
図６はこの光照射装置における光照射制御の態様を示す図である。図６に示すように、ステージ１７に載置された基板ＳＢの各位置に対して、Ｘ方向およびＹ方向に二次元マトリクス配置された多数の微小な画素が割り当てられる。光照射装置１は、この画素単位で光ビームＬ５のオンオフおよびその入射位置調整を行うことが可能である。例えば、光変調器１３および投影光学系１５により決定される光入射位置を基板ＳＢ上でＸ方向およびＹ方向に画素単位で順次移動させながら、当該画素が光を照射されるべき位置である場合のみ光源部１１から光ビームＬ１を出射させる。
【００４４】
この場合、光照射装置１は、基板ＳＢに対し光照射すべき領域の形状に応じて断続的に光ビームＬ５を出射しながら、該光ビームＬ５で基板ＳＢをＸ方向およびＹ方向に走査することになる。必要に応じこの動作を繰り返すことで、基板ＳＢを光ビームＬ５で複数回走査することができる。すなわち、基板ＳＢ上の各画素は、光照射を受ける機会が複数回設けられることになる。
【００４５】
基板ＳＢに割り当てられた全ての画素に対してどのタイミングで光ビームＬ５を入射させるかが、照射データによって表される。このような光照射制御としては、例えばフォトリソグラフィ技術に用いられる露光装置で実用化されている技術を利用することが可能である。
【００４６】
図７は基板上における有機半導体のパターンと画素との関係を例示する図である。基板ＳＢ上に形成しようとする有機半導体層ＯＳのパターンＰＴの位置と、基板ＳＢ上に割り付けられる画素の位置との関係が図７のように表されるケースを例として、本実施形態における光照射の処理内容およびその具体例について説明する。
【００４７】
図８は光照射処理を示すフローチャートである。この処理は、制御部２０が予めメモリ２８に記録されたプログラムを実行して装置各部に所定の動作を行わせることにより実行される。なお、有機半導体材料を含む液体のパターンＰＴが形成された基板ＳＢが予めステージ１７に載置されており、また投影光学系１５の焦点は基板ＳＢの表面に合わせられているものとする。また、基板ＳＢ上の有機半導体のパターンＰＴと、照射データにより指定される光ビームの基板ＳＢへの照射位置との相対位置は、アライメントマーク等を用いて調整されているものとする。
【００４８】
この光照射処理では、基板ＳＢ全体を光ビームが１回走査することにより、基板ＳＢに配置される複数のパターンＰＴそれぞれに対して１回分の光照射の機会が生じる。そして、基板ＳＢに対する光ビームの走査が複数回実行されることで、各パターンＰＴに対しそれぞれ複数回の光照射の機会が生じる。それらの機会のうち実際に投影光学系１５から光ビームＬ５が出射されたときに、パターンＰＴに対する光照射がなされる。
【００４９】
１回の走査において光を照射する画素と照射しない画素との配置を表す照射パターンは、走査回数に応じて順次変更される。後出の図９ないし図１２では、基板ＳＢに多数形成されるパターンＰＴのうち１つに対する照射パターンとその変遷とが示されるが、実際には基板ＳＢ全体に対応する照射パターンが用意される。各回の走査における照射パターンを表すデータが前記した照射データである。
【００５０】
光照射処理では、図８に示すように、処理における内部パラメータＮが初期値１に設定される（ステップＳ３０１）。このパラメータＮは、続いて実行される光ビームの走査が何回目の走査であるかを表すものである。続いて、第Ｎ回の光走査における照射パターンを表す照射データがメモリ２８から読み出される（ステップＳ３０２）。パラメータＮが１に設定されて実行される走査は第１回の光走査である。
【００５１】
そして、読み出された照射データに基づき、光源部１１、光変調部１３およびステージ移動機構１７２が作動することで、光ビームＬ５による第１回の走査が行われる（ステップＳ３０３）。これにより、基板ＳＢのうち照射パターンにより特定される領域に選択的に光ビームの照射が行われる。
【００５２】
次に、内部パラメータＮと、当該基板ＳＢに対応して予め定められた値Ｎｍａｘとが比較される（ステップＳ３０４）。この値Ｎｍａｘは、当該基板ＳＢに形成されたパターンＰＴの全てについて必要な光照射を行うために必要な最大の走査回数に対応する。パラメータＮがこの最大走査回数Ｎｍａｘに達していれば（ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、基板ＳＢに形成された全てのパターンＰＴについて光照射が終了していることを意味している。したがってこのとき処理は終了される。
【００５３】
一方、パラメータＮが最大走査回数Ｎｍａｘに達していなければ（ステップＳ３０４においてＮＯ）、全体への光照射が終了していないパターンＰＴが残されていることを意味する。そこで、パラメータＮの値を１つインクリメントして（ステップＳ３０５）、ステップＳ１０２に戻る。このようにして、必要に応じ第２回、第３回、…、の走査が、各回に対応して用意された照射パターンでそれぞれ実行される。各回の走査の開始時期は、一定の周期に則ったものであることが好ましい。必要回数の走査が終了すると、光照射処理は終了される。
【００５４】
図９ないし図１２は、この処理において基板に照射される光の照射パターンおよびその変遷の例を示す図である。以下の説明においては、基板ＳＢおよび基板上に形成された構造物の表面領域のうち光ビームの照射を既に受けた領域を「照射済み領域」と称し、図では比較的粗い斜線で示す。また、まだ照射を受けていない領域を「未照射領域」と称し、図では白地で表す。また、各回の走査において一括して光ビームの照射を受ける領域を「照射対象領域」と称し、図では比較的細かい斜線で示す。
【００５５】
図９は、基板ＳＢ上に割り付けられる画素の位置との関係が図７のように表されるケースにおける照射パターンを示す図である。第１回の走査における照射パターンが図（ａ）に示される。斜線を付して示すように、第１回の走査では、有機半導体のパターンＰＴの周縁部を含む一の画素について光照射が行われる。すなわち、この画素が占める領域Ｒ１１が、第１回の走査における照射対象領域とされる。この領域Ｒ１１を、以下では「一次照射領域」と称することとする。この例では、矩形パターンＰＴの周縁部の左上隅部を含む画素の位置が一次照射領域Ｒ１１とされる。
【００５６】
一次照射領域Ｒ１１は、パターンＰＴのうちその周縁部を含む微小な一部領域である。この領域に最初に光ビームが照射されることで、パターンＰＴを形成する液体がこの領域において局所的に加熱され、有機半導体の結晶化が始まる。広い領域の複数箇所で結晶化が始まるのを回避するため、一次照射領域Ｒ１１はできるだけ小さいことが好ましい。実現可能な最小サイズである１画素分の領域を一次照射領域Ｒ１１とすることでこの要求が満たされる。
【００５７】
ヒータ１７２を内蔵するステージ１７により基板ＳＢが予熱されていれば、結晶化がより促進される。なお、予熱によって結晶化が開始されるのを防止するために、この予熱温度は有機半導体材料の結晶転移温度よりも低いことが望ましい。
【００５８】
照射領域が小さいため、このときの結晶は微小なものである。言い換えれば、このように微小な領域から結晶化を開始させるために、一次照射領域Ｒ１１は、当該領域の全てがパターンＰＴの内部に含まれない、つまりパターンＰＴの周縁部を含む画素の位置に設定される。そして、この時点ではパターンＰＴの他の大部分はまだ結晶化していない。このように、第１回の走査では、パターンＰＴのうち微小な一部領域のみで結晶化が開始される。第２回以降の走査では、こうして形成された小さな結晶を核として結晶を順次成長させてゆくことで単結晶化が図られる。
【００５９】
光ビームの走査が所定の方向（例えばＸ方向）へのビーム移動によって行われる場合、一次照射領域Ｒ１１については、パターンＰＴの周縁部を含む画素のうち、走査方向において最上流側にあるものが占める位置に設定されることが望ましい。このようにすれば、次に説明する以降の走査において走査方向に沿って連続する画素の位置に設定された照射対象領域に対し、連続的に光ビームを照射することが可能である。また、光ビームの走査方向に沿って結晶成長を進行させることができる。
【００６０】
第２回の走査における照射パターンが図（ｂ）に示される。ここにおいて、第１回の走査で光照射を受けた領域Ｒ１１は粗い斜線で示されている。一方、第２回の走査で光照射を受けるのは細かい斜線で示された領域Ｒ１２である。この領域Ｒ１２は、
（１）まだ光照射を受けていない、
（２）少なくとも一部がパターンＰＴ内に含まれる、
（３）これまでの光照射によって光照射を受けた領域に隣接する、
の条件に該当する全ての画素が占める領域である。この例では、第１回の走査で光照射を受けた領域Ｒ１１の右側に隣接する画素と、その下の画素と、領域Ｒ１１の真下に隣接する画素とが該当する。なお、ここでは既に光照射を受けた領域と頂点のみを共有する領域も「隣接」の概念に含めるものとする。
【００６１】
これらの画素が占める領域Ｒ１２を照射対象領域として第２回の光照射が行われる。照射対象領域Ｒ１２は、パターンＰＴのうち第１回の走査で光照射を受けた照射済み領域Ｒ１１とそれ以外の未照射領域との境界の全てに隣接する領域である。これにより当該領域において有機半導体の結晶化が進行するが、隣接する領域Ｒ１１に既に結晶が形成されている。そのため、これを核とした結晶成長が進行し大きな結晶粒が成長することが期待される。この例では、パターンＰＴの左上隅から右方向および下方向に向かって結晶成長が進行する。
【００６２】
なお、第２回以降の走査における照射対象領域を、本明細書では「二次照射領域」と称している。これは、第１回の走査で光が照射される一次照射領域は、結晶の核を形成するための特別な領域であるのに対し、第２回以降の走査における照射対象領域はいずれも、既に形成されている結晶をさらに成長させる作用を有するという点で共通しているからである。
【００６３】
第３回の走査における照射パターンが図（ｃ）に示される。ここにおいて、第２回までの走査で光照射を受けた領域Ｒ１１，Ｒ１２は粗い斜線で示されている。一方、第３回の走査で光照射を受けるのは細かい斜線で示された領域Ｒ１３である。この領域Ｒ１３は、上記（１）〜（３）の条件に該当する全ての画素が占める領域である。この例では、領域Ｒ１２の右隣にある２つの画素と、その下にある１つの画素と、領域Ｒ１２の真下にある２つの画素とが該当する。これらの画素が占める領域Ｒ１３を照射対象領域として第３回の光照射が行われる。これにより当該領域において有機半導体の結晶化が進行するが、隣接する領域Ｒ２の結晶を核として成長することで、結晶粒がさらに大きく成長することが期待される。
【００６４】
ここまでの光照射により、パターンＰＴの左端部については上端から下端まで結晶化が完了している。そこで、以後の走査においては、図（ｄ）〜（ｆ）に示すように、パターンＰＴの上端から下端までを含む連続した画素（この例では３画素）が占める領域を照射対象領域（図では細かい斜線で示される）Ｒ１４，Ｒ１５，…として、照射対象領域を右へ１画素ずつ移動させながら順次光照射を行う。そして、最終的には図（ｇ）に示すように、パターンＰＴ全体について光照射が完了する。なお、図では途中の過程を一部省略しているため照射対象領域の移動が離散的となっているが、実際には１画素分ずつの移動とされる。照射対象領域は、最初の照射対象領域である一次照射領域から次第に遠ざかるように順次設定されることになる。
【００６５】
このように照射対象領域を順次移動させながら光ビームによる走査を繰り返すことにより、パターンＰＴにおいては図の左端から右端に向かって結晶化が進行する。このため、例えばパターンＰＴ全体に一斉に光が照射される場合と比べて、格段に結晶性の優れた有機半導体層ＯＳを形成することが可能となる。１回の走査によりパターンＰＴに与えられるエネルギー量と、各回の走査の時間間隔とが適切であれば、パターンＰＴ全体を単結晶化させることも可能である。
【００６６】
なお、１つの画素に対し１回の光照射で結晶化のための十分なエネルギーを与えることができない場合には、同一の照射対象領域に対し時間間隔を空けて複数回光照射を行うようにしてもよい。図８に示すフローチャートに即して言えば、ステップＳ３０３における走査を、途中で新たな照射データの読み出し（ステップＳ３０２）を行うことなく予め定められた回数だけ繰り返し実行すればよい。１回の光照射で十分なエネルギーを与えることが装置構成上可能な場合であっても、例えば比較的小パワーで複数回に分けて光照射を行うことで、結晶化の進行速度を調整することも可能である。
【００６７】
混乱を避けるため、この明細書では、このようにステップＳ３０３の走査が繰り返して複数回実行される場合、これらの複数の走査をまとめて「１回の走査」と称することとする。すなわち、例えば前回の走査から照射パターンを変更して第Ｎ回の走査が行われ、さらに同じ照射データに基づく同一照射パターンでの走査が行われる場合、これらの走査を合わせて「第Ｎ回の走査」と称する。
【００６８】
また、図９に示す照射パターンでは、基板上の画素のうちパターンＰＴの少なくとも一部を含む画素のみが照射対象とされる。これにより、パターンＰＴ内の有機半導体には確実な光照射を行いつつ、基板への不要な光照射が最小限に抑えられるので、基板の温度上昇やダメージを回避することができる。このため、例えば耐熱性の低い樹脂基板であっても問題なく使用することができる。一方、パターンＰＴの少なくとも一部を含む画素を照射対象とすることで、パターンＰＴの外側にも光照射が行われる。そのため、入射光ビームＬ５とパターンＰＴとの位置関係が設計時から少しずれたとしても、パターンＰＴへの光照射を的確に実行することが可能である。
【００６９】
なお、このような位置ずれへの対応をより確実なものとするために、例えば次のようにすることも可能である。
【００７０】
図１０はパターンの位置ずれに対応した照射パターンの例を示す図である。基板ＳＢへの光ビームの入射位置と基板ＳＢ上のパターンＰＴの位置とが相対的に例えば１画素以内のずれを生じる可能性がある場合を考える。このとき、図（ａ）に示すように、最初に光照射の対象となる照射対象領域Ｒ２１は、図９の例で一次照射領域Ｒ１１とされたパターンＰＴの周縁部を含む画素よりもさらにパターンＰＴから１画素分遠い画素の位置に設定される。この領域Ｒ２１から光照射が開始される。
【００７１】
この領域Ｒ２１はパターンＰＴの一部を含まないため、直ちに「一次照射対象領域」には該当しない。以降の走査において少なくとも一部がパターンＰＴの一部を含むこととなったときの照射対象領域が、厳密な意味での「一次照射領域」となる。位置ずれによって領域Ｒ２１がパターンＰＴの一部を含むようになった場合には、領域Ｒ２１が一次照射対象領域に該当することになる。
【００７２】
以降、図９の例と同様のルールで照射対象領域Ｒ２２，Ｒ２３，…が設定され、順次光ビームによる走査が実行される。図１０（ｂ）〜（ｇ）はその過程における照射済み領域と照射対象領域との変遷を示している。ここで、例えば（ｅ）、（ｆ）に示されるように、照射領域の幅はパターンＰＴの幅よりも上下方向それぞれ１画素分以上のマージンを含むように設定される。これにより、光ビームの入射位置とパターンＰＴの位置とのずれ量が１画素分以内であれば、位置ずれに起因してパターンＰＴに未照射領域が残るという問題は確実に回避される。また、歪みや伸縮を起こしやすいフレキシブルなフィルム樹脂基板に形成されたパターンに対しても適切に光照射を行うことが可能となる。
【００７３】
これを可能とするための図９の例からの変更点は照射データの内容のみである。すなわち、照射データ作成時に生じ得る位置ずれ量を加味しておくことで、基本的には図９の例と同様の制御によって上記機能を実現可能である。なお、この例ではパターンＰＴの上下左右方向それぞれに１画素分のマージンが設けられているが、位置ずれの発生態様に方向ごとの差異がある場合には、その点を加味した非対称なマージンを有する照射パターンが設定されてもよい。基板ＳＢが光照射によるダメージを受けるおそれがある場合には、このマージンは当然に小さいほどよい。
【００７４】
上記例では、パターンＰＴが矩形であり、しかも基板ＳＢにおける画素の配列方向とパターンＰＴの延設方向とが同じである。つまり、パターンＰＴの輪郭をなす各辺が画素の配列方向と平行である。しかしながら、実際のデバイスにおいてはこのことは必ずしも成立しない。すなわち、パターンＰＴの輪郭をなす辺が画素の配列方向と平行でない場合もあり得る。以下、パターンＰＴが画素の配列方向に対し非平行である場合の例について説明する。
【００７５】
図１１は画素の配列方向とパターンの辺方向とが一致しない場合の照射パターンの例を示す図である。ここでは図７に示すパターンＰＴが、点線の方向により示される画素の配列方向とは異なる方向に配置された例を示す。しかしながら、パターン輪郭の少なくとも１辺が画素の配列方向と非平行である場合全般について、同様の考え方を適用することができる。なお、画素の配列方向に対するパターン（より具体的にはその輪郭）の傾き量については、パターンの設計データから事前に把握しておくことが可能である。
【００７６】
図（ａ）として示すように、この場合においても、パターンＰＴの周縁部を含む画素の位置に一次照射領域Ｒ３１が設定され、この領域に最初に光照射が行われる。そして、図（ｂ）に示すように、次の走査では、一次照射領域Ｒ３１に隣接しパターンＰＴの少なくとも一部を含む画素の位置に二次照射領域Ｒ３２が設定され、この領域に光照射が行われる。これにより、一次照射領域Ｒ３１に形成された結晶を核として結晶成長が進行する。以降、同様に照射対象領域Ｒ３３，Ｒ３４，…を順次移動させながら走査を実行することで、図（ｃ）〜（ｆ）に示すように一方向に結晶化が進行する。ここで、図（ｅ）に示すように、パターンＰＴの外形形状に応じて照射対象領域の幅は適宜増減される。これにより、結晶成長の方向を制御しながらパターンＰＴの全体を結晶化させることができる。
【００７７】
上記の各例では、最初に光照射が行われた領域で核となる結晶を生じさせ、これを一方向に成長させることで結晶性の向上が図られている。ここで、例えば光照射装置１により基板ＳＢ上に設定される画素のサイズに対してパターンＰＴのサイズが十分大きい場合を考えると、パターンＰＴ全体に光照射を行い結晶化させるのに多数回の走査を繰り返す必要があり、処理に要する時間が長くなる。処理時間の短縮を図るため、以下のような処理態様も考えられる。
【００７８】
図１２は結晶化に要する時間を短縮することのできる照射パターンの例を示す図である。結晶化させるべきパターンＰＴは図７に示すものと同じとする。図（ａ）に示すように、最初に光ビームが照射される一次照射領域Ｒ４１は、パターンＰＴの隅ではなく、パターンＰＴの長手方向の概ね中央部にある画素が占める領域に設定される。この場合も、当該画素としてはパターンＰＴの周縁部の一部を含むものが選択される。この例ではパターンＰＴの下辺を含む画素の位置に一次照射領域Ｒ４１が設定されるが、他の位置であってもよい。
【００７９】
そして、こうして設定された一次照射領域Ｒ４１に対して上記条件（１）〜（３）を満たす全ての画素が占める領域に、第２回の走査における二次照射領域Ｒ４２が設定される。図（ｂ）に示すように、この例では二次照射領域Ｒ４２は一次照射領域Ｒ４１の左右および上方を取り囲むように設定される。以下、図（ｃ）、（ｄ）に示すように、二次照射領域Ｒ４３，Ｒ４４，…が順次設定され光照射が行われることで、結晶成長はパターンＰＴの中央部から左右両方に向けて進行することになる。これにより、パターンＰＴ全体を光照射するのに要する時間を概ね半分に短縮することが可能となる。
【００８０】
また、単に処理時間の短縮を図ることができるというだけでなく、パターンの形状によっては、図１１に示す方法がより良好な結晶性を示す場合もあり得る。例えば、比較的幅広の２つの部位が１つの幅の狭い部位で相互に接続された形状のパターンであれば、幅の狭い部位で核を発生させ幅広の部位へ向けて成長させることで全体を単結晶化させることができる場合がある。この実施形態では、照射済み領域の広がる方向を照射パターンの設定によって任意に制御することができるので、このような結晶成長も実現可能である。
【００８１】
この場合においても、最初に光照射が行われる一次照射領域はパターンＰＴの一部に１つだけ設定される。パターンＰＴの２箇所以上で核となる結晶が生成された場合、それぞれから成長した結晶が接する部位においてほぼ確実に結晶粒界が生じることになる。これを回避するため、核となる結晶は、１つのパターンＰＴにおいて１箇所のみに生成されるようにすることが望ましい。
【００８２】
また、パターンＰＴの内部に含まれる、つまり周縁部を含まない画素の位置に一次照射領域が設定されることも好ましくない。その理由は以下の通りである。一次照射領域において最初に形成される結晶は必ずしも単結晶ではない。このような結晶を核として一定の方向に結晶化を進行させることで、最初に形成された微小な結晶のうち特定の結晶方位を有する結晶を選択的に成長させ単結晶化を図ることが可能となるのである。パターンＰＴの内部に核を形成した場合、これを中心として各方向へ結晶が成長する過程で結晶粒界が生じ、全体としては多結晶となる確率が高い。結晶成長の方向を限定するために、一次照射領域はパターンＰＴの周縁部を含む位置に設けられることが望ましい。
【００８３】
なお、図１１および図１２に示した各例においても、図１０に示した画素とパターンとの間で生じ得る位置ずれに対応するための措置を講じることが可能である。
【００８４】
以上、特定の形状を有するパターンＰＴを例に挙げ、光ビームの照射による有機半導体の結晶化プロセスについて説明したが、これ以外の任意のパターン形状に対しても、その形状に応じて部分ごとに上記した技術思想のいずれかを適用して照射パターンを作成し光照射を行うことが可能である。
【００８５】
１つの基板ＳＢに互いに離隔した複数のパターンが形成される場合でも、光ビームにより基板ＳＢ全体を走査する過程においてそれぞれが上記のようにして光照射されることで、各パターン内で個別に結晶化が進行し、それぞれにおいて良好な結晶性を得ることが可能である。複数のパターンの形状および大きさが異なる場合でも、それぞれに応じた照射パターンが設定されることにより、いずれについても良好な結晶性を得ることができる。
【００８６】
以上説明したように、上記実施形態の光照射装置１においては、ステージ１７が本発明の「基板保持部」として機能し、光源部１１、光変調部１３および投影光学系１５が一体として本発明の「光照射部」として機能している。また、上記した光照射処理においては、一次照射領域の設定およびそれに基づく第１回の光照射が本発明の「第１工程」に相当する一方、二次照射領域の設定およびそれに基づく第２回以降の光照射が本発明の「第２工程」に相当している。
【００８７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の光照射装置１は、光源部１１から出射される単一の光ビームを光変調部１３により変調することで基板ＳＢを光ビームにより走査するものである。これに代えて、基板ＳＢの各位置に同時に光ビームを入射させることが可能な装置が用いられてもよい。この場合、各位置に入射される光ビームのオンオフを個別に制御することで上記した照射パターンを実現することができる。
【００８８】
また例えば、上記実施形態では基板ＳＢへの光ビームの入射位置が画素単位で制御されるが、例えば光ビームの走査方向において画素サイズより小さい単位で照射範囲を調整することが可能な照射装置が用いられてもよい。また光ビームのオンオフのみでなく出力光強度を変化させて中間調を実現する照射装置が用いられてもよいが、少なくとも一次照射領域については、異なる位置で複数の結晶核を生じさせないために、光が照射される領域とその周囲の領域とで与えられるエネルギー量に明確な差異が設けられることが望ましい。
【００８９】
これに関し、上記実施形態では画素単位で光ビームの入射位置を設定しているため、二次照射領域は既に光照射が行われた照射済み領域に隣接する領域に設定され、同じ位置に重複して光照射が行われることがない。しかしながら、照射光ビームにおいては一般的にビームスポットの周縁部において中心部よりエネルギー密度が低いことから、ビームスポット周縁部における照射不足を回避するために、照射範囲を部分的に重複させるようにしてもよい。これを可能とするためには、各回における二次照射領域が、照射済み領域と未照射領域との境界の全てを含むように設定されればよい。
【００９０】
また例えば、上記した光照射処理では、既に光照射が行われた照射済み領域は以降の照射対象領域から除外されており、照射済み領域に対しては後の走査において光照射が行われない。これは、既に結晶化した領域に過大なエネルギーを付与することで結晶や基板にダメージが生じるのを防止するためである。このような問題が生じなければ、照射済み領域に対してさらなる光照射が行われてもよい。例えば、二次照射領域の設定において照射済み領域を含むようにすることで、照射範囲を走査ごとに拡大するような態様も可能である。
【００９１】
また例えば、上記実施形態では光変調部１３による光変調とステージ移動機構１７１による基板ＳＢの移動とにより光照射位置が決定されるが、いずれか一方のみで光照射位置が決定される態様であってもよい。
【００９２】
また例えば、上記実施形態の製造方法は、ソース電極およびドレイン電極が予め形成された基板に有機半導体層ＯＳを形成し、最終的にゲート電極を形成することで、いわゆるトップゲート型の薄膜トランジスタを製造する方法である。しかしながら、本発明に係る有機半導体の製造方法は、何らかの基板に有機半導体層を形成するプロセスに特徴を有するものであり、その前後に設けられるプロセスの内容および順序ならびに形成される素子の種類や形状は上記に限定されず任意である。
【００９３】
以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る有機半導体の製造方法においては、例えば、二次照射領域は、照射済み領域と未照射領域との境界の全てを含む、または該境界の全てに隣接するように設定可能である。このような構成によれば、パターン内に十分な光照射を受けず良好な結晶化が行われない領域を生じさせることが防止される。
【００９４】
また例えば、一次照射領域は、パターンの周縁部の一部と該周縁部に隣接する基板の露出表面の一部とを含むように設定することが可能である。このような設定によれば、基板におけるパターン位置と光ビームの照射位置との関係が設計値から少しずれた場合でも確実に、パターンの周縁部から結晶化を開始させることができる。
【００９５】
また例えば、第１工程における照射と第２工程における照射とが時間的に断続するような構成とすることが可能である。このような構成によれば、結晶成長の進行を照射の時間間隔によって制御することが可能となる。
【００９６】
また例えば、二次照射領域の設定を互いに異ならせて複数回の第２工程を実行するように構成することも可能である。このような構成によれば、光ビームのスポットサイズに対してパターンのサイズが十分大きいでも、二次照射領域を順次移動させて光照射を行うことで最終的にパターン全体に光照射することが可能である。
【００９７】
この場合、二次照射領域は、例えば第２工程の実行ごとに一次照射領域から遠ざかるように設定されることが可能である。このような構成によれば、一次照射領域への光照射で最初に形成された結晶から特定の方向へ向けて結晶成長を進行させることができるので、結晶性を良好なものとすることができる。
【００９８】
また例えば、二次照射領域は、照射済み領域を実質的に含まずに設定されることが可能である。このような構成によれば、特定の領域に複数回光照射が行われることで過大なエネルギーが付与されることに起因して、当該領域の結晶および基板にダメージを与えることが防止される。
【００９９】
また例えば、第１工程では、一次照射領域への照射が時間を空けて複数回実行されてもよい。また１回の第２工程で、同一の二次照射領域への照射が時間を空けて複数回実行されてもよい。このような構成によれば、１回の光照射で結晶化に十分なエネルギーを与えることができない場合でも良好に結晶化を進行させることができる。また、複数回に分けてエネルギーを与えることで、結晶化の進行速度を調整することが可能となる。
【０１００】
また例えば、一次照射領域のサイズは、光ビームの基板表面におけるビームサイズと同じとすることが可能である。ビームサイズは照射対象領域として実現可能な最小サイズであり、このように一次照射領域のサイズをできるだけ小さくすることで、広い領域で複数の結晶核が発生するのを抑制することができる。
【０１０１】
また例えば、互いに離隔した複数のパターンが形成された基板に光ビームを照射する構成とすることもできる。本発明では、基板への光照射のパターンが照射データにより特定され、この照射パターンは基板上で連続したものに限定されず、離散的なものも設定可能である。このため、基板に複数のパターンが形成される場合でもそれらに個別に光照射を行い良好な結晶化を進行させることができる。
【０１０２】
また例えば、基板が予め加熱されていてもよく、こうすることで、光照射によって直ちに結晶化を開始させることができる。このときの基板温度は有機半導体材料の結晶転移温度よりも低い温度であることが好ましい。このような構成によれば、有機半導体材料が光照射を受ける前に結晶化してしまうことが回避され、光照射による結晶成長の制御をより効果的に行うことができる。
【０１０３】
また例えば、本発明に係る光照射装置において、光照射部が、二次元光学素子、または複数配列された一次元光学素子により、基板への光の入射位置を二次元的に制御する構成であってもよい。このような構成によれば、光照射されるパターンの形状や構造に応じて最適な光照射を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
この発明は、基板に有機半導体を製造する技術全般に適用することが可能であり、特に１つの基板に複数の半導体素子を形成する場合に好適なものである。
【符号の説明】
【０１０５】
１  光照射装置
１１  光源部（光照射部）
１３  光変調部（光照射部）
１５  投影光学系（光照射部）
１７  ステージ（基板保持部）
２０  制御部
ＰＴ  パターン
Ｒ１１  一次照射領域
Ｒ１２，Ｒ１３  二次照射領域
ＳＢ  基板
【図１】
2019062067.tif 000003
【図２】
2019062067.tif 000004
【図３】
2019062067.tif 000005
【図４】
2019062067.tif 000006
【図５】
2019062067.tif 000007
【図６】
2019062067.tif 000008
【図７】
2019062067.tif 000009
【図８】
2019062067.tif 000010
【図９】
2019062067.tif 000011
【図１０】
2019062067.tif 000012
【図１１】
2019062067.tif 000013
【図１２】
2019062067.tif 000014