(57)【要約】【課題】本発明は、コーヒーステイン現象による不具合を解消しえる機能膜を用いる装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の機能膜の形成方法は、基板上に液体材料を塗布して機能膜を形成する機能膜の形成方法において、上記基板上に液体材料を付与する工程と、上記液体材料の溶媒を蒸発させて該液体材料中の溶質によって上記機能膜を形成する工程と、を含み、上記溶媒を蒸発させる条件又は前記液体材料と前記基板との接触角を調整することによって前記機能膜の平坦化を図る。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に液体材料を塗布して機能膜を形成する機能膜の形成方法であって、
前記基板上に液体材料を付与する工程と、
前記液体材料の溶媒を蒸発させて該液体材料中の溶質によって前記機能膜を形成する工程と、を含み、
前記溶媒を蒸発させる条件又は前記液体材料と前記基板との接触角を調整することによって前記機能膜の平坦化を図る、
機能膜の形成方法。
【請求項２】
前記基板の端部領域に親液処理を施すことによって前記接触角を設定する、請求項１に記載の機能膜の形成方法。
【請求項３】
前記基板の端部にテーパ加工を施すことによって前記接触角を設定する、請求項１に記載の機能膜の形成方法。
【請求項４】
前記接触角が１０度を超えない、請求項１又は２に記載の機能膜の形成方法。
【請求項５】
前記溶媒を蒸発させる条件が、当該溶媒の蒸発量Ｊに対して、液体材料の輸送量ＪｖをＪｖ＞Ｊとなるように設定するものである、請求項１に記載の機能膜の形成方法。。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の方法によって製造された機能膜を含む半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の方法によって製造された機能膜を含む電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体材料を用いて基板上に一定の機能を果たす機能膜を形成する機能膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、集積回路や電子機器などを形成する薄膜を液体材料によって形成する技術の開発が進められている。液体材料を基板に塗布する方法としては印刷法、スピンコート法、液滴吐出法等がある。これらの方法は、ＣＶＤ法などの成膜装置に比べて製造装置が簡便である利点を有する。例えば、特許文献１には、液体材料を用いて半導体装置を製造する例が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３１８１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、液体材料を用いた成膜工程では、塗布した液体材料膜を乾燥すると、当該成膜の外周が盛り上がるコーヒーステイン現象と呼ばれる状態が発生する場合がある。これは液体材料膜が乾燥する過程で溶媒の蒸発が均一でないため、外周部分で部分的に溶質の濃度が上がり、粘度が上昇し、ゲル化するためと考えられる。ゲル化とは、ある一定以上溶質が溶けなくなり、溶質移動が起こらなくなる現象である。平坦であるべき成膜のこのような盛り上がりは半導体装置等にとって種々の不具合の原因となる。
【０００４】
よって、本発明は、コーヒーステイン現象による不具合を解消しえる機能膜を用いる装置の製造方法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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の機能膜の形成方法は、基板上に液体材料を塗布して機能膜を形成する機能膜の形成方法において、上記基板上に液体材料を付与する工程と、上記液体材料の溶媒を蒸発させて該液体材料中の溶質によって上記機能膜を形成する工程と、を含み、上記溶媒を蒸発させる条件又は前記液体材料と前記基板との接触角を調整することによって前記機能膜の平坦化を図る。
【０００６】
かかる構成とすることによってコーヒーステイン現象を回避して平坦性の良い機能膜を形成することができる。
【０００７】
好ましくは、上記基板の端部領域に親液処理を施すことによって前記接触角を設定
す。
【０００８】
好ましくは、上記基板の端部にテーパ加工を施すことによって前記接触角を設定する。
【０００９】
好ましくは、上記接触角が１０度を超えない。
【００１０】
好ましくは、上記溶媒を蒸発させる条件が、当該溶媒の蒸発量Ｊに対して、液体材料（溶質＋溶媒）の輸送量ＪｖをＪｖ＞Ｊとなるように設定するものである。
【００１１】
また、本発明の半導体装置は、上述した方法によって製造された機能膜を含む。
【００１２】
また、本発明の電子機器は、上述した方法によって製造された機能膜を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。各図において対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
【００１４】
まず、図１を参照してコーヒーステイン現象について説明する。同図（Ａ）の断面図に示すように、基板１１上に塗布（あるいは吐出）された液体材料２１は、その表面張力によって、例えば、円形の接触（着弾）形状を有している。
【００１５】
液体材料２１は溶媒と溶質を含み、同図（Ｂ）に示すように、その表面から溶媒が蒸発する。溶媒の蒸発量が中央部よりも外周部の方が高いめ、液体材料２１中の溶質が外周部の方に移動し、外周部の溶質の析出量が相対的に多くなる。同図（Ｃ）は、液体座量２１の溶媒を蒸発（乾燥）させて形成された機能膜２２を示している。同図に示すように、機能膜２２の中央部は平坦であるが、外周に盛り上がり部２３が生じている。機能膜（溶質）の種類に応じて更に必要な熱処理を行って成膜を完成させる。後述するように、機能膜の例としては、樹脂膜、シリコン膜、絶縁膜、液晶表示装置の配向膜など種々ものが存在する。
【００１６】
このように、平坦な膜を形成すべき液体材料を用いる成膜工程においてコーヒーステイン現象が生じると機能膜に障害が生じるのでこれを回避することが必要となる。
【００１７】
図１（Ｂ）に示される、基板上に塗布あるいは吐出された液体材料（液滴）２１の溶媒の蒸発量Ｊは、液体材料２１の基板接触距離（半径）をＲ、径方向における位置をｒ、液体材料２１と基板１１との接触角をθ（図３参照）とすると、次の式によって表すことが出来る。
【００１８】
Ｊ∝（Ｒ−ｒ）-λ  ，  λ＝（π−２θ）／（２π−２θ）  …  （１）式
【００１９】
図２は、液体材料の最大半径Ｒを１０μｍ、接触角θを６０度、とした場合の蒸発量Ｊの例を示すグラフである。同図において、横軸は液体材料の径方向の位置、縦軸が蒸発量Ｊ（ｒ）を示している。同図に示されるように、液体材料２１の端面部（接触角部）の蒸発量は中心部よりも大きいことが判る。
【００２０】
また、（１）式より、接触角θがより小さい方が端面部の蒸発量が大きく、接触角θが大きくなる程、中心部と端面部との蒸発量の差は少なくなっていく。接触角θが９０度以上になると蒸発はしなくなる。
【００２１】
図６に接触角（表面張力）が異なる液体材料の例を示す。同図（Ａ）は、接触角θが１０度の場合、同図（Ｂ）は接触角が１１０度の場合を示している。
【００２２】
このように、液体材料の端面部の蒸発が速いため、中心部の溶液も外方に流れようとする。液体材料、成膜プロセスにおけるパラメータを、溶媒の蒸発量Ｊに対して、液体材料（溶質＋溶媒）の輸送量ＪｖをＪｖ＞Ｊとなるように設定する。この条件にすることで溶質はゲル化する前に外周方向に運ばれる。
【００２３】
図３は、シミュレーションモデルを説明する図である。材料・プロセスパラメータとしては、表面張力、粘度、ゲルパラメータ（蒸発が進んで粘度が上昇するパラメータ）、蒸発レート、初期濃度、初期膜厚、初期接触角、ゲル化濃度などがある。
【００２４】
図４は、成膜のシミュレーション例を示すグラフである。同図において、横軸は距離Ｒで正規化した径方向における位置（ｒ／Ｒ）、縦軸はセンター値ｈｃで正規化した膜厚（ｈ（ｒ）／ｈｃ）を表している。ｒ＝０の位置は中心位置である。１、−１は外周部（端部）である。
【００２５】
例えば、具体的な液体材料として、液晶表示器の配向材料として使用されるポリミドを溶質とし、ガンマブチルラクトンを溶媒とする。希釈は、１ｗｔ％としている。
【００２６】
同図中にｔｙｐ（典型例）として示される曲線は、表面張力を４ｍＮ／ｍ、粘度１０ｍｐａ、蒸発レートＪ＝０．００１、初期濃度０．０６ｗｔ％、初期膜厚１０μｍ、初期接触角１０度、ゲル化濃度０．５とした場合の、成膜特性である。
【００２７】
同図中に、接触角４°として示される曲線は、ｔｙｐのパラメータのうち接触角θを４度とした場合の特性曲線を示している。接触角５°として示される曲線は、ｔｙｐのパラメータのうち接触角θを５度とした場合の特性曲線を示している。２Ｊとして示される曲線は、ｔｙｐのパラメータのうち蒸発量を２倍（０．００２）とした場合の特性曲線を示している。３Ｊとして示される曲線は、ｔｙｐのパラメータのうち蒸発量を２倍（０．００３）とした場合の特性曲線を示している。
【００２８】
図５は、図４における正規化位置０．４〜１の部分を拡大したグラフである。
【００２９】
典型例ｔｙｐとして示された条件では、成膜の外周部、約０．５〜１の範囲においてセンター値から約０．２程度の盛り上がりが発生し、コーヒーステイン現象が発生したことが判る。
【００３０】
これに対して、蒸発量Ｊの調整や接触角θの調整（接触角θを小さくする）を行うことによってコーヒーステイン現象の発生範囲や盛り上がり量を抑制することが出来ることが判る。同図の例では、コーヒーステイン現象の発生範囲を約０．７〜１に狭めている。後述するように、例えば、機能膜が配向膜等である場合のこの範囲を、いわゆる額縁領域として使用しないようにすることで、悪影響（像の乱れ、解像度の低下等）を回避することが可能となる。
【００３１】
図７乃至図９は、接触角θを制御する例を示している。上述のように接触角θを小さくすることによって、液体材料２１の外周部における盛り上がりを防止することが可能である。
【００３２】
図７は、基板１１の外周部１４の表面処理によって接触角θを小さくする例を示している。同図（Ｂ）に示すように、外周部１４に親液処理を施すことによって接触角θを同処理を施さない同図（Ａ）の場合に比べて小さくすることが出来る。親液処理としては、基板上にシリコン酸化膜などの適当な親液材料を薄く成膜することによって行われる。
【００３３】
図８は、基板１１の端部にテーパ１６を形成して液体材料２１の接触角θを小さくする例を示している。種々実験を行った結果、基板の端面をカットし、テーパ（面取り）１６を形成すると、液体材料２１の表面張力の影響が変わることが判った。具体的には、θ＞φの関係がある。これを利用して液体材料２１の接触角θが小さくなるようにテーパ角度φを設定する。
【００３４】
図１０は、基板を処理する雰囲気の条件（成膜の環境条件）を変え、蒸発量Ｊを適切に設定することによりコーヒーステイン現象の発生を抑制する例を説明する説明図である。
【００３５】
同図は、塗布膜形成装置の例を示している。同図において、ローダ１０１は、カセットに収納されている複数枚のガラス基板を一枚づつ取り出し、液体材料の塗布を行う塗布部１０２にガラス基板（既述基板１１に相当する）を搬送する。
【００３６】
塗布部１０２では、例えば、図１１に示すように、ステージ１３０上に基板１３２が真空吸着され、ディスペンサ１３４のノズル１３６から、例えば、ポリミドを溶質とし、ガンマブチルラクトンを溶媒とする配向膜形成用の液体材料１３８が基板１３２上に滴下される。滴下された液体材料１３８は基板中央部に図１１のように広がる。液体材料１３８は容器に入れられおり、液体保管部１０５に保管される。液体材料１３８液体保管部１０５から供給管１４０を介してディスペンサ１３４に供給され、基板上に塗布される。さらに、ステージ１３０の回転により、液体材料１３８がガラス基板１３２の全面に引き延ばされて塗布される。このとき、大部分の溶媒は蒸発する。ステージ１３０の回転数や回転時間は、図１０に示す制御部１０６で制御され、例えば、数秒間で１０００ｒｐｍまで回転数が上昇し、１０００ｒｐｍで２０秒程度保持され、さらに数秒後に停止する。
【００３７】
また、塗布部１０２の他の構成として、印刷法、液滴吐出法（インクジェット法）を行うものであっても良い。
【００３８】
この液体材料の塗布の過程における塗布部１０２の雰囲気の気圧、温度、排気条件などを調節することによって、既述した液体材料の蒸発量Ｊを設定（溶媒の蒸発量Ｊに対して、液体材料（溶質＋溶媒）の輸送量ＪｖをＪｖ＞Ｊとなるように設定）することが出来る。
【００３９】
次に、ガラス基板は熱処理部（あるいは乾燥部）１０３に搬送され、熱処理（あるいは乾燥）される。当該処理温度は、温度制御部１０７で制御される。熱処理部１０３は、塗布型機能膜形成装置の処理能力を高くするため、塗布部１０２のタクトタイムと熱処理時間が整合するように、熱処理部１０３の長さや該炉内の基板収容枚数が設定される。塗布部１０２と熱処理部１０３には排気設備１０８が設けられており、排気条件が種々設定される。熱処理され絶縁膜が形成されたガラス基板はアンローダ１０４でカセットに収納される。
【００４０】
図１２は、上述した液体材料の成膜方法を使用して製造された配向膜を有する液晶パネルの例を示している。
【００４１】
同図に示すように、液晶表示基板１３０４を構成する２枚の透明基板１３０４ａ，１３０４ｂの一方に、金属の導電膜が形成されたポリイミドテープ１３２２にＩＣチップ１３２４を実装したＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）１３２０を接続して、電子機器用の一部品である液晶表示装置として使用される。同図中の、液晶表示基板１３０４に示された斜線領域は後述のフレーム１３０２によって覆われるために表示領域として使用されない額縁領域１３０４ｃを示している。配向膜のこの領域にコーヒーステイン現象で盛り上がりが生じても、画像表示範囲外であるので影響しない。
【００４２】
図１３は、液状表示器を表示部に使用する電子機器であるページャの例を示している。
【００４３】
同図に示すページャ１３００は、金属製フレーム１３０２内に、液晶表示基板１３０４、バックライト１３０６ａを備えたライトガイド１３０６、回路基板１３０８、第１，第２のシールド板１３１０，１３１２、２つの弾性導電体１３１４，１３１６、及びフィルムキャリアテープ１３１８を有する。２つの弾性導電体１３１４，１３１６及びフィルムキャリアテープ１３１８は、液晶表示基板１３０４と回路基板１３０８とを接続するものである。
【００４４】
液晶表示基板１３０４は、２枚の透明基板１３０４ａ，１３０４ｂの間に液晶を封入したもので、これにより少なくともドットマトリクス型の液晶表示パネルが構成される。一方の透明基板に、図示しない駆動回路、あるいはこれに加えて表示情報処理回路を形成することができる。液晶表示基板１３０４に搭載されない回路は、液晶表示基板の外付け回路とされ、図１３の場合には回路基板１３０８に搭載できる。
【００４５】
以上説明したように、本発明の実施例においては、液体材料の成膜においてコーヒースイン現象の発生を抑制し、あるいはコーヒースイン現象の生ずる範囲を狭め、更に、コーヒースイン現象の生じた範囲を使用に影響の範囲に存在させるようにしたので、液体材料による各種機能膜の成膜が改善される。
【００４６】
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、コーヒーステイン現象を説明する説明図である。
【図２】図２はシミュレーションの条件を説明する説明図である。
【図３】図３は、液体材料膜の径方向における蒸発量の例を示すグラフである。
【図４】図４は、液体材料膜の径方向における膜厚の例を示すグラフである。
【図５】図５は、図４に示すグラフの部分拡大図である。
【図６】図６は、接触角の相違による膜形状の変化を説明する説明図である。
【図７】図７は、基板の外周領域に親液処理を施した例を説明する説明図である。
【図８】図８は、基板のエッジにテーパを設けた例を説明する説明図である
【図９】図９は、基板のエッジに設けたテーパの角度と接触角の例を説明する説明図である。
【図１０】図１０は、液体材料の成膜装置の例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、液体材料の塗布装置の例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、液晶パネルモジュールの例を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、電子機器の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１  基板、２１  液体材料、１４  親液処理領域、１６  テーパ部、１０２  塗布部、１３０４ｃ  額縁領域、１３０２  フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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