(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に、インクジェット法によりリフトオフ材を形成する工程と、
前記基材及び前記リフトオフ材上に、原子層堆積法により機能膜を形成する工程と、
リフトオフ法により前記リフトオフ材を除去することによって、前記基材上に、前記機能膜からパターンを形成する工程と、
を含み、
前記リフトオフ材が、樹脂と溶媒とを含むインクを前記基材上に塗布した後、前記溶媒を除去することによって形成され、
前記溶媒が、前記樹脂に対する第１溶解性を有する第１溶媒と、前記第１溶解性よりも低い第２溶解性を有する第２溶媒と、前記第１溶媒及び前記第２溶媒の両方に相溶する第３溶媒とを含む、パターン構造体の製造方法。
【請求項２】
前記基材が凸部を有し、
前記リフトオフ材が、前記凸部上に形成されている、請求項１に記載のパターン構造体の製造方法。
【請求項３】
前記凸部が、前記基材の表面に沿って第１の方向に延びており、
前記リフトオフ材が、前記基材の前記表面に沿って前記第１の方向と交差する第２の方向に延びるように形成される、請求項２に記載のパターン構造体の製造方法。
【請求項４】
前記基材が、ポリマーフィルムである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパターン構造体の製造方法。
【請求項５】
前記リフトオフ材が、溶媒に可溶である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパターン構造体の製造方法。
【請求項６】
前記リフトオフ材が、溶媒、超音波、ウォータージェット、ドライアイスブラスト、及び前記リフトオフ材と前記基材との熱膨張係数の差のうち少なくとも１つを用いて除去される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のパターン構造体の製造方法。
【請求項７】
前記パターンを形成した後、前記リフトオフ材を形成する工程に戻る、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパターン構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レジストパターン上に原子層堆積法（ＡＬＤ法）を用いて薄膜を形成し、リフトオフ法を用いてレジストパターンを除去することによってパターンを形成する方法が知られている（例えば特許文献１〜４参照）。この方法では、基板上にレジストを塗布した後、レジストを露光及び現像することによってレジストパターンを形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４０６５６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５７９７７号公報
【特許文献３】特開２００７−３３５７２７号公報
【特許文献４】特開２００８−５４７１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１〜４のように通常のフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成すると、基板が高温プロセスに晒されることになる。このため、例えばポリマーフィルム等の熱に弱い基材を用いることは難しい。また、通常のリソグラフィー法では高価なステッパー等の装置が必要になり、工程も長くなるので、パターンを形成する際のコストが高くなってしまう。
【０００５】
さらに、原子層堆積法は、半導体デバイスのゲート絶縁膜を作製する方法として優れた手法であるため、近年その利用が増えている。しかしながら、リフトオフ法を適用することが難しいため、原子層堆積法により薄膜を形成した後、エッチングによりパターンを形成することが通常である。これは、原子層堆積法により堆積した材料がレジストパターン側壁にも付着し、基板上の堆積膜とレジストパターン上の堆積物が結合してしまい、レジストパターンの剥離が難しくなるためである。また、レジストパターンの表面が堆積膜で覆われてしまい、レジストパターンを剥離する溶媒がレジストパターン中にあまり浸透しないことも原因として挙げられる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、基材上にパターンを低温かつ低コストで形成することができると共に、リフトオフを容易にできるパターン構造体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】
【０００７】
上述の課題を解決するため、本発明の一側面に係るパターン構造体の製造方法は、基材上に、インクジェット法によりリフトオフ材を形成する工程と、前記基材及び前記リフトオフ材上に、原子層堆積法により機能膜を形成する工程と、リフトオフ法により前記リフトオフ材を除去することによって、前記基材上に、前記機能膜からパターンを形成する工程とを含む。
【０００８】
この方法では、インクジェット法、原子層堆積法及びリフトオフ法という低温かつ低コストのプロセスが可能でありリフトオフが容易な方法を使用して、基材上にパターンを低温かつ低コストで形成することができる。例えば、インクジェット法では、通常のフォトリソグラフィー法に比べて低温かつ低コストでリフトオフ材を形成可能であり、リフトオフが容易である。原子層堆積法では、通常の成膜方法に比べて低温で機能膜を形成可能である。リフトオフ法では、通常のフォトリソグラフィー法に比べて低温かつ低コストでパターンを形成可能である。
【０００９】
一般に、インクジェット法は、通常のフォトリソグラフィー法に比べて寸法精度の低いパターン形成に用いられることが多い。インクジェット法では、基材上に形成される材料の厚みが厚く、材料表面にミクロンオーダーの凹凸が形成され易い。このため、高い寸法精度の要求される原子層堆積法とインクジェット法を組み合わせることは難しい。また、インクジェット法では、基材上に形成された材料を何らかの用途に用いるのが通常であり、わざわざリフトオフ法を用いて材料を除去することはしない。
【００１０】
インクジェット法により形成されたリフトオフ材を用いると、リフトオフが容易になる。その理由として、他の形成法に比較して、例えば溶媒の量が多いインクや不均一な溶媒のインクを用いることができるので、成膜後の表面形状を制御可能であることが挙げられる。制御次第でリフトオフ材の表面に凹凸を形成することができる。リフトオフ材の表面に凹凸が形成されると、原子層堆積法により成膜性の良い堆積膜がリフトオフ材の表面を覆った場合でも、リフトオフが容易になる。
【００１１】
前記基材が凸部を有し、前記リフトオフ材が、前記凸部上に形成されてもよい。通常のフォトリソグラフィー法により凸部上にリフトオフ材を形成しようとすると、基材上に形成されるレジスト膜の表面を平坦にする必要がある。これに対して、インクジェット法によりリフトオフ材を形成する場合、所望の場所に選択的にリフトオフ材を形成することができるので、通常のフォトリソグラフィー法のような平坦化プロセスが不要であり、低コストである。
【００１２】
前記凸部が、前記基材の表面に沿って第１の方向に延びており、前記リフトオフ材が、前記基材の前記表面に沿って前記第１の方向と交差する第２の方向に延びるように形成されてもよい。通常のフォトリソグラフィー法によりリフトオフ材を形成しようとすると、凸部の裾において、基材とリフトオフ材との間に第１の方向に沿って空隙が形成されてしまう。これに対して、インクジェット法によりリフトオフ材を形成する場合、そのような空隙の形成が抑制される。
【００１３】
前記リフトオフ材が、樹脂と溶媒とを含むインクを前記基材上に塗布した後、前記溶媒を除去することによって形成されてもよい。
【００１４】
前記基材が、ポリマーフィルムであってもよい。低温プロセスでは、ポリマーフィルムを用いることができる。その結果、各種デバイス、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）を低コストで製造することができる。
【００１５】
前記リフトオフ材が、溶媒に可溶であってもよい。この場合、溶媒によってリフトオフ材を簡単に除去することができる。溶媒は、水、有機溶剤であってもよい。リフトオフ材は、硬化プロセスが不要な材料からなってもよい。リフトオフ材は、樹脂と溶媒とを含んでもよい。
【００１６】
インクジェット法では、不均一な溶媒や分散溶媒を用いることができる。リフトオフ材の種類に応じて、インクの組成を調整することにより、リフトオフ材の表面形状を制御することができる。
【００１７】
例えば、インクに含まれる溶媒が、樹脂に対する第１溶解性を有する第１溶媒（例えば水）と、第１溶解性よりも低い第２溶解性を有する第２溶媒（例えばトルエン等の有機溶剤）と、第１溶媒及び第２溶媒の両方に相溶する第３溶媒（例えばアセトン）とを含んでもよい。例えば、第１溶媒が樹脂を溶解し、第２溶媒が樹脂を溶解しなくてもよい。第３溶媒の沸点が第１溶媒及び第２溶媒の沸点よりも低いと、第３溶媒が先に揮発する。その結果、第１溶媒と第２溶媒とが互いに分離するので、形成されるリフトオフ材の表面粗さを大きくすることができる。第１溶媒と第２溶媒と第３溶媒との混合比率は、樹脂の種類に応じて決定可能である。
【００１８】
使用される樹脂としては、例えば、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル−ビニルピロリドン共重合体、及びポリアクリルアミド等が挙げられる。これらの中でも、ポリビニルアセタール、酢酸ビニル−ビニルピロリドン共重合体が特に好ましい。使用される溶媒としては、水、水溶性有機溶剤、及び水溶性有機溶剤に相溶する有機溶剤等が挙げられる。例えば、水、アルコール、グリコール、多価アルコール、ケトン類、ピロリドン類、グリコールエーテル類、グリコールジエーテル類、及びこれらの混合溶媒等が挙げられる。
【００１９】
リフトオフ材は、非硬化型の樹脂からなってもよい。この場合、硬化することなく溶媒を揮発させるだけで、低温でリフトオフ材を形成することができる。樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は例えば１００℃以下である。この場合、樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度にリフトオフ材を加熱することによって、リフトオフ材の表面の応力が緩和され、表面形状が変化する。その結果、リフトオフが更に容易になる。
【００２０】
前記リフトオフ材が、溶媒、超音波、ウォータージェット、ドライアイスブラスト、及び前記リフトオフ材と前記基材との熱膨張係数の差のうち少なくとも１つを用いて除去されてもよい。リフトオフ材と基材との熱膨張係数の差を用いる場合、熱又は光（例えば紫外線）によりリフトオフ材を可溶化させることにより、リフトオフ材を除去することができる。
【００２１】
前記パターンを形成した後、前記リフトオフ材を形成する工程に戻ってもよい。これにより、パターン形成を繰り返すことによって、複数のパターンを基材上に積層させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基材上にパターンを低温かつ低コストで形成することができると共に、リフトオフを容易にできるパターン構造体の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係るパターン構造体の製造方法の各工程を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２５】
図１は、実施形態に係るパターン構造体の製造方法の各工程を模式的に示す図である。本実施形態に係るパターン構造体の製造方法は、例えば以下のように実施される。
【００２６】
（リフトオフ材形成工程）
まず、図１（ａ）に示されるように、基材１０上に、インクジェット法によりリフトオフ材１２を形成する。基材１０は凸部１０ａを有してもよい。リフトオフ材１２は、凸部１０ａ上に形成されてもよい。凸部１０ａは、基材１０の表面１０ｂに沿って第１の方向Ｙに延びている。リフトオフ材１２は、基材１０の表面１０ｂに沿って第１の方向Ｙと交差する第２の方向Ｘに延びるように形成されてもよい。第１の方向Ｙは、第２の方向Ｘと直交してもよい。第２の方向Ｘに垂直な面におけるリフトオフ材１２の断面は例えば半円状であるが、、断面形状はこれに限定されない。第１の方向Ｙに垂直な面における凸部１０ａの断面は例えば矩形であるが、断面形状はこれに限定されない。凸部１０ａは、基材１０と一体でもよいし、別体でもよい。凸部１０ａの幅をＬ、高さをｈとしたときに、ｈ／Ｌは１００以下であってもよく、１０以下であってもよい。隣接する凸部１０ａ間の距離をＷとしたときに、Ｗ／ｈは１００以下であってもよく、１０以下であってもよい。
【００２７】
基材１０は、例えばガラス基板、シリコン基板、ポリマーフィルム、フレキシブル基材又はこれらの組み合わせ等であってもよい。低温プロセスでは、基材１０としてポリマーフィルムを用いることができる。その結果、例えばフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）を低コストで製造することができる。基材１０は、例えばポリイミドフィルム等の熱硬化性フィルム、例えばポリプロピレンフィルム等の熱可塑性樹脂フィルム、透明ポリエステル基材であってもよい。
【００２８】
リフトオフ材１２は、溶媒に可溶であってもよい。この場合、溶媒によってリフトオフ材１２を簡単に除去することができる。溶媒としては、例えば水、有機溶剤等が挙げられる。リフトオフ材１２は、例えばセルロース系（カルボキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース）、合成ポリマー系（ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン）等の樹脂からなってもよい。リフトオフ材１２は、硬化プロセスが不要な材料からなってもよい。基材１０の表面１０ｂからのリフトオフ材１２の高さは、例えば１０ｎｍ〜１０μｍである。リフトオフ材１２は、例えば樹脂と溶媒とを含むインクを基材１０上に塗布した後、溶媒を乾燥除去することによって形成される。その結果、リフトオフ材１２の表面には凹凸が形成される。凹凸の高さは、溶媒の種類や樹脂と溶媒との混合比率によって制御可能である。
【００２９】
（成膜工程）
次に、図１（ｂ）に示されるように、基材１０及びリフトオフ材１２上に、原子層堆積法により機能膜１４を形成する。例えば、まず、機能膜１４の第１原料を基材１０及びリフトオフ材１２上に供給した後、パージガスを供給する。その後、例えば酸化剤等の第２原料を基材１０及びリフトオフ材１２上に供給した後、パージガスを供給する。このようなサイクルを繰り返すことにより、機能膜１４が形成される。
【００３０】
原子層堆積法を用いると、広い面積において機能膜１４の膜厚均一性を高めることができると共に、３次元的なコンフォーマリティを有する化学量論組成の機能膜１４を形成することができる。また、機能膜１４の膜厚を高精度に制御することができる。さらに、ダスト粒子が存在する場合であっても、ダスト粒子の陰になる場所において機能膜１４が形成されるので、ダスト粒子の影響を比較的受けにくい。
【００３１】
機能膜１４は、例えば導体膜、半導体膜、絶縁膜、無機膜、有機膜、ナノ積層膜、複合酸化物膜、金属酸化膜又はこれらの組み合わせ等であってもよい。機能膜１４が金属を含む場合、そのような金属としては、例えばアルミニウム、銅、ハフニウム、ルテニウム、タンタル、チタン、タングステン、亜鉛、ジルコニウム等が挙げられる。機能膜１４の第１原料としては、例えばＴＭＡ（ＡＬ（ＣＨ３）３）、ＴＤＭＡＨ（Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）、Ｒｕ（Ｃ５Ｈ４−Ｃ２Ｈ５）２、（ＣＨ３）３ＣＮ＝Ｔａ（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３、ＴＤＭＡＴ（Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）、（（ＣＨ３）３ＣＮ）２Ｗ（Ｎ（ＣＨ３）２）２、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２、ＴＤＭＡＺ（Ｚｒ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）等をそれぞれ用いることができる。機能膜１４は、ＩＴＯ膜であってもよい。機能膜１４は、例えばＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等からなるパッシベーション膜であってもよい。機能膜１４は、例えばＺｎＯ半導体、ＩＧＺＯ半導体等からなる導体膜であってもよい。
【００３２】
（パターン形成工程）
次に、図１（ｃ）に示されるように、リフトオフ法によりリフトオフ材１２を除去することによって、基材１０上に、機能膜１４からパターン１４ａを形成する。これにより、パターン構造体１００が製造される。リフトオフ材１２は、溶媒、超音波、ウォータージェット、ドライアイスブラスト、及びリフトオフ材１２と基材１０との熱膨張係数の差のうち少なくとも１つを用いて除去されてもよい。リフトオフ材１２と基材１０との熱膨張係数の差を用いる場合、熱又は光（例えば紫外線）によりリフトオフ材１２を可溶化させることにより、リフトオフ材１２を除去することができる。パターン１４ａを形成した後、上記リフトオフ材形成工程に戻ってもよい。これにより、パターン形成を繰り返すことによって、複数のパターン１４ａを基材１０上に積層させることができる。複数のパターン１４ａは互いに異なってもよい。パターン１４ａは、配線パターンであってもよい。
【００３３】
パターン構造体１００は、例えば、集積回路、ディスプレイ、太陽電池、撮像装置、センサ、半導体デバイス、電子デバイス、光学デバイス、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、シフトレジスタ、プリント配線基板、フレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）又はこれらの組み合わせ等であってもよい。ＦＰＣの場合、基材１０として透明ポリエステル基材を用い、パターン１４ａとしてビット線回路の配線を用い、例えばインクジェット法、スクリーン印刷法等により形成されたワード線回路の配線を用いることができる。ＴＦＴの場合、パターン構造体１００はシフトレジスタを更に備えてもよく、基材１０の幅は３００ｍｍ以上、長さは２０００ｍｍ以上と大面積であってもよい。有機ＥＬ素子の場合、パターン１４ａとして有機ＥＬ層を用いることができる。
【００３４】
本実施形態に係るパターン構造体の製造方法では、インクジェット法、原子層堆積法及びリフトオフ法という低温かつ低コストのプロセスが可能でありリフトオフが容易な方法を使用して、基材１０上にパターン１４ａを低温かつ低コストで形成することができる。例えば、インクジェット法では、通常のフォトリソグラフィー法に比べて低温かつ低コストでリフトオフ材１２を形成可能であり、リフトオフが容易である。原子層堆積法では、通常の成膜方法に比べて低温（例えば室温〜４００℃）で機能膜１４を形成可能である。リフトオフ法では、通常のフォトリソグラフィー法に比べて低温かつ低コストでパターン１４ａを形成可能である。したがって、熱により損傷を受け易い基材１０（例えばポリマーフィルム）を用いることができる。また、通常の原子層堆積法では適用が難しいリフトオフ法によって、パターン構造体１００を製造することができる。
【００３５】
本実施形態に係るパターン構造体の製造方法では、露光などのプロセスが不要なので、通常のフォトリソグラフィー法に比べてプロセスが単純であり、大面積のパターン形成が可能であり、製造コストも低い。例えばインクジェット法では大面積のパターン形成が可能である。例えばリフトオフ法では製造コストの低減が可能である。さらに、原子層堆積法では、低い圧力でプロセスを行うことができるので、インクジェット法及びリフトオフ法との連続プロセスが可能になる。また、基材１０を巻いてロールを形成する、いわゆるロールトゥーロール（Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ）プロセスが可能になる。
【００３６】
通常のフォトリソグラフィー法により凸部１０ａ上にリフトオフ材１２を形成しようとすると、基材１０上に形成されるレジスト膜の表面を平坦にする必要がある。これに対して、インクジェット法によりリフトオフ材１２を形成する場合、所望の場所に選択的にリフトオフ材１２を形成することができるので、通常のフォトリソグラフィー法のような平坦化プロセスが不要である。
【００３７】
通常のフォトリソグラフィー法によりリフトオフ材１２を形成しようとすると、凸部１０ａの裾において、基材１０とリフトオフ材１２との間に第１の方向Ｙに沿って空隙が形成されてしまう。これに対して、インクジェット法によりリフトオフ材１２を形成する場合、そのような空隙の形成が抑制される。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、基材１０は、凸部１０ａを有しておらず、平坦な表面１０ｂを有してもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０…基材、１０ａ…凸部、１０ｂ…基材の表面、１２…リフトオフ材、１４…機能膜、１４ａ…パターン、１００…パターン構造体、Ｘ…第２の方向、Ｙ…第１の方向。
【要約】
【課題】基材上にパターンを低温かつ低コストで形成することができると共に、リフトオフを容易にできるパターン構造体の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係るパターン構造体の製造方法では、基材１０上に、インクジェット法によりリフトオフ材１２を形成する。次に、基材１０及びリフトオフ材１２上に、原子層堆積法により機能膜１４を形成する。次に、リフトオフ法によりリフトオフ材１２を除去することによって、基材１０上に、機能膜１４からパターン１４ａを形成する。
【選択図】図１【図１】
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