(57)【要約】【課題】  製造効率を向上させることができるパターンの形成方法および電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】  被処理面上に、液体との接触角を変更できる接触角可変膜１１を形成する第１工程と、接触角可変膜１１の接触角を加熱により変更し、接触角の大きい撥液領域１１ｂを形成することにより、撥液領域１１ｂおよび親液領域１１ａからなる所定パターンを形成する第２工程と、親液領域１１ａに第１機能液１２Ｌを塗布して固化する第３工程と、撥液領域１１ｂに接触角制御材１３Ｌを接触させて加熱することにより、撥液領域１１ｂの接触角を減少させて撥液性を緩和する第４工程と、撥液性が緩和された領域に第２機能液を塗布して固化する第５工程と、を有することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理面上に、液体との接触角を変更できる接触角可変膜を形成する第１工程と、
前記接触角可変膜の接触角を加熱により変更し、接触角の大きい撥液領域を形成することにより、撥液領域および親液領域からなる所定パターンを形成する第２工程と、
前記親液領域に第１機能液を塗布して固化する第３工程と、
前記撥液領域に接触角制御材を接触させて加熱することにより、前記撥液領域の接触角を減少させて撥液性を緩和する第４工程と、
撥液性が緩和された領域に第２機能液を塗布して固化する第５工程と、
を有することを特徴とするパターンの形成方法。
【請求項２】
前記第３工程における前記第１機能液の固化が加熱により行われ、
前記第４工程における加熱が、前記第３工程における加熱を兼ねることを特徴とする請求項１記載のパターンの形成方法。
【請求項３】
前記第２工程における加熱と前記第４工程における加熱とが、レーザ照射によって行われる加熱であることを特徴とする請求項１または２に記載のパターンの形成方法。
【請求項４】
前記固化した第１機能液の層の面に撥液処理を施すことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のパターンの形成方法。
【請求項５】
前記第１機能液および前記第２機能液のうち、少なくとも一方が導電材料を含んでいることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のパターンの形成方法。
【請求項６】
前記第２工程において、前記親液領域が前記接触角可変膜を除去することで形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のパターンの形成方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のパターン形成方法を用いていることを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの形成方法および電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の多層配線形成方法、特に下層配線と、層間絶縁膜と、上層配線とをこの順に積層させた多層配線における、下層配線と上層配線とを導通させる方法は、次のような方法が知られている。
その方法とは、まず下層配線上に形成された層間絶縁膜にスルーホ−ルを形成する。そして、スパッタ法によりＡｌ系金属を層間絶縁膜上に堆積させ、パターニングすることで、スルーホールを介して下層配線と導通された上層配線が形成される。
【０００３】
しかしながら、上記の方法では形成する配線パターンが微細化すると、スルーホールの径も減少し、スルーホールの深さと径との比であるアスペクト比が大きくなる。すると、スルーホールの底面周辺部にＡｌ系金属がスパッタ堆積されにくい領域が発生し、下層配線と上層配線との導通が確保できなくなる恐れがあった。そのため、多層配線の信頼性向上を図るためさまざまな技術が提案されてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−１０２３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１においては、下層の配線層に上層の配線層と電気的に接続するコンタクト用のピラー配線を形成し、ピラー配線を含む下層の配線層上に層間絶縁膜を成膜し、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により層間絶縁膜上面を平坦化しながらピラー上面を露出させていた。
しかしながら、この方法では、ＣＭＰのような複雑な工程が必須であり、一度成膜した層間絶縁層を削らなければならず、製造効率がよくないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、製造効率を向上させることができるパターンの形成方法および電子デバイス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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のパターンの形成方法は、被処理面上に、液体との接触角を変更できる接触角可変膜を形成する第１工程と、接触角可変膜の接触角を加熱により変更し、接触角の大きい撥液領域を形成することにより、撥液領域および親液領域からなる所定パターンを形成する第２工程と、親液領域に第１機能液を塗布して固化する第３工程と、撥液領域に接触角制御材を接触させて加熱することにより、撥液領域の接触角を減少させて撥液性を緩和する第４工程と、撥液性が緩和された領域に第２機能液を塗布して固化する第５工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明のパターンの形成方法は、被処理面上に形成された接触角可変膜を用いることにより、被処理面上に第１機能液および第２機能液を異なるパターンに塗布（リキッドセルフパターニング）することができ、固化させて平坦な面を持つ層を形成することができる。
つまり、本発明のパターンの形成方法では、まず、接触角可変膜の撥液領域および親液領域の内の親液領域に第１機能液を塗布、固化させて第１機能液が固化した層を形成する。そして、撥液領域の撥液性を緩和させ、その領域に第２機能液を塗布、固化させて第２機能液が固化した層を形成している。その結果、接触角可変膜を用いることにより、所定パターンの第１機能液が固化した層と、それ以外の領域を占める第２機能液が固化した層と、を形成することができる。また、第１機能液が固化した層および第２機能液が固化した層の上面は、ＣＭＰのような研削工程を用いることなく平坦に形成することができ、製造効率を向上させることができる。
【０００８】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第３工程における第１機能液の固化が加熱により行われ、第４工程における加熱が第３工程における加熱を兼ねてもよい。
この構成によれば、第４工程における加熱が第３工程における加熱を兼ねるため、製造工程を削減することができ、製造効率を向上させることができる。
【０００９】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第２工程における加熱と第４工程における加熱とが、レーザ照射によって行われる加熱であってもよい。
この構成によれば、レーザ照射によって第２工程および第４工程における加熱が行われるため、接触角可変膜と接触することなく加熱することができる。そのため、被処理面や接触角可変膜に接触することにより発生するダメージを防止することができる。
【００１０】
上記の構成を実現するために、より具体的には、固化した第１機能液の層の面に撥液処理を施してもよい。
この構成によれば、固化した第１機能液の層の面に撥液処理を施しているため、第５工程における第２機能液の塗布時に、第２機能液が上記第１機能液の層上に塗布されることがない。
【００１１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１機能液および第２機能液のうち、少なくとも一方が導電材料を含んでいてもよい。
この構成によれば、第１機能液および第２機能液の少なくとも一方が導電材料を含むことにより、例えば、被処理面に配線が施され、第１機能液および第２機能液を固化させた層の上に配線が施されているとすると、これら両配線の電気的接続を図ることができる。
【００１２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第２工程において、親液領域が接触角可変膜を除去することで形成されてもよい。
この構成によれば、親液領域の接触角可変膜を除去していることにより、親液領域に第１機能液を塗布（リキッドセルフパターニング）させることができる。
また、例えば被処理面上に配線が形成され、第１機能液が導電性を有する材料を含む場合、上記配線と第１機能液を固化させた層との導通性を向上させることができる。
【００１３】
本発明の電子デバイスの製造方法は、上記本発明のパターン形成方法を用いていることを特徴とする。
すなわち、本発明の電子デバイスの製造方法は、上記本発明のパターン形成方法を用いているので、基板上の配線などのパターン形成に係る製造効率が向上し、ひいては電子デバイスの製造効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るパターンの形成方法、および電子デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。
なお、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材の縮尺は実際のものとは異なるように表している。
【００１５】
以下、本発明に係るパターンの形成方法について説明する。
図１から図３は、本実施の形態に係るパターンの形成方法の主要工程における基板の模式断面図である。
図１（ａ）に示すように、基板１０は本実施形態のパターンが形成される対象物であり、例えば、複数の導電膜と絶縁膜が予め積層された多層配線基板や、配線層や層間絶縁膜が予め形成された回路基板等である。基板１０の材質は、その使用目的に応じて選択され、例えば、光透過性が求められる場合にはガラス等の透明性材料が選択され、可撓性が求められる場合には樹脂材料等が選択され、半導体素子を形成する場合にはシリコンウェハが選択される。
【００１６】
次に、本実施形態のパターンの形成方法は、接触角可変膜形成工程（第１工程）と、撥液化処理工程（第２工程）と、導電層形成工程（第３工程）と、撥液性緩和処理工程（第４工程）と、層間絶縁層形成工程（第５工程）と、から概略なっている。次に各工程を説明すると共に、各工程で用いられる方法及び装置について説明する。
【００１７】
（接触角可変膜形成工程）
接触角可変膜形成工程は、図１（ｂ）に示すように、疎水基を持つ有機化合物を含んだ接触角可変液１１Ｌを基板１０上に塗布して接触角可変膜１１が形成されている。
接触角可変液１１Ｌを塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレー成膜法、スリットコート法、印刷法、液体吐出法等を用いることができる。また、接触角可変液１１Ｌに含まれる疎水基と持つ有機化合物としては、（１）高分子重合体の側鎖に結合基によって結合された疎水基を有するもの、（２）高分子重合体の側鎖に末端から順に疎水基、自己凝集性または平面構造を有する分子鎖、結合基が結合されたもの、（３）有機または無機材料の表面に疎水基を有する化合物を、物理的または科学的に結合したもの、（４）疎水基を有する化合物、などを例示することができる。疎水基としては、−ＣＨ３、−ＣＦ３、−ＣＦ２Ｈ、−ＣＦＨ２、−Ｃ（ＣＦ３）３、−Ｃ（ＣＨ３）３などが分子の末端に配置されているものを例示することができる。
接触角可変膜１１は、後述する層間絶縁層１４の膜厚よりも薄く形成される必要があり、その機能を有する範囲内で薄く形成することが好ましい。
なお、接触角可変膜１１は上述したように塗装膜として形成されてもよいが、別工程においてフィルム状の接触角可変膜１１を形成してから基板１０上に配置してもよい。
【００１８】
（撥液化処理工程）
撥液化処理工程は、図１（ｃ）に示すように、空気中で接触角可変膜１１の撥液領域１１ｂにレーザを照射して加熱し、接触角可変膜１１の接触角を大きくすることにより行われる。このとき、レーザ照射されない領域は撥液化領域よりも接触角の小さい親液領域１１ａとされる。
撥液領域１１ｂへのレーザ照射は、レーザ照射装置と基板１０との間に撥液領域１１ｂのパターンを形成したマスクを配置して行ってもよいし、照射領域を狭く絞ったレーザ光を照射しながら、レーザ照射装置と基板１０とを相対移動させて撥液領域１１ｂをレーザ照射してもよい。
接触角可変膜１１は空気中で加熱されると、その内部の疎水基を持つ有機化合物の分子運動が活発となり、疎水基が疎水性雰囲気側（空気側）に向いて配向する。そのため、空気中で加熱された接触角可変膜１１では疎水基が空気側に配向し、その結果、表面エネルギーが低く液体との接触角が大きい撥液領域１１ａとなる。
なお、撥液化領域を加熱する方法は上述したレーザ照射による方法でもよいが、ヒータやサーマルヘッドなどを基板１０に接触させて加熱してもよいし、レーザでなく赤外線や光、電子線などを照射して加熱してもよく、さまざまな加熱方法を用いることができる。
なお、この工程において親液領域１１ａは、上述のように何も処理されなくてもよいが、親液領域１１ａの接触角可変膜１１を除去してもよい。親液領域１１ａの接触角可変膜１１を除去することにより、基板１０と後述する導電層１２との導電性を向上させることができる。
【００１９】
（導電層形成工程）
導電層形成工程では、図２（ａ）に示すように、前工程で形成された親液領域１１ａ上に液体導電材（第１機能液）１２Ｌを塗布し、図２（ｂ）に示すように、加熱して乾燥、焼結（固化）させて導電層（プラグ）１２を形成している。液体導電材１２Ｌとしては、例えば金属微粒子を分散媒に分散させたものを用いることができ、Ｃｕ微粒子やＡｕ微粒子、Ａｇ微粒子などをトルエンなどの分散媒に分散させたものを例示することができる。また、液体導電材１２Ｌを塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレー成膜法、スリットコート法、印刷法、液体吐出法等を用いることができる。
液体導電材１２Ｌは、図２（ａ）に示すように、接触角可変膜１１上に塗布されると、撥液領域１１ｂと親液領域１１ａとの接触角の違いにより、撥液領域１１ｂ上には留まらず、親液領域１１ａ上に留まり、リキッドセルフパターニングされる。親液領域１１ａ上に塗布された液体導電材１２Ｌは、その後図２（ｂ）に示すように、レーザ照射により加熱、乾燥されることにより、分散媒が蒸発し金属微粒子が親液領域１１ａ上に堆積し、焼結させて導電層１２が形成される。
【００２０】
なお、液体導電材１２Ｌを乾燥、固化させる加熱方法としては、さまざまな方法を用いることができ、例えば、レーザや赤外線などを照射して加熱する方法でもよいし、ヒータやサーマルヘッドを基板１０に接触させて加熱する方法でもよい。また、この加熱工程を後述する撥液性緩和工程における加熱と兼ねて同時に行ってもよい。この場合、２つの加熱工程を１つの加熱工程にまとめることができるため、工程の削減を図ることができる。
【００２１】
（撥液性緩和処理工程）
撥液性緩和処理工程では、図２（ｃ）に示すように、接触角制御材１３Ｌを撥液領域１１ｂに接触させ、撥液領域１１ｂをレーザ照射により加熱し、撥液領域１１ｂの接触角を低下させている。
接触角制御材１３Ｌとしては、液体、蒸気、レーザ照射による加熱で液体化する固体を用いることができる。具体的には、液体としては、水、電解質を含む水溶液、エタノール、ｎ−ブタノールなどのアルコール、グリセリン、エチレングリコールなどの多価アルコール、メチルエチルケトンなどのケトン類のような有極性液体や、ｎ−ノナン、ｎ−オクタンなどの直鎖状炭化水素、シクロヘキサンなどの環式状炭化水素、ｍ−キシレン、ベンゼンなどの芳香族炭化水素などの無極性液体などが例示できる。蒸気としては、水蒸気など、上述した液体の蒸気を例示することができる。固体としては、高級脂肪族、低分子量ポリエチレン、高分子ゲル（ポリアクリルアミドゲル、ポリビニルアルコールゲル）、シリカゲル、結晶水を含んだ化合物などを例示することができる。
【００２２】
接触角可変膜１１は接触角制御材１３Ｌと接触した状態で加熱されると、その内部の疎水基を持つ有機化合物の分子運動が活発となる。分子運動が活発となった有機化合物は、接触角制御材１３Ｌの作用を受けて、接触角可変膜１１の表面における有機物の少なくとも一部の配向（配列）が別の配向状態または配向が乱れた状態となる。接触角可変膜１１の加熱が終了してその温度が低下した後も有機物の配向の変化は維持される。
上述した有機物の配列の変化は、接触角可変膜１１の表面における表面エネルギーの上昇につながり、接触角が減少する。つまり撥液状態が緩和される。
【００２３】
なお、加熱温度としては、５０℃から２５０℃の範囲が望ましく、加熱時間としては０．１ｍ秒から１秒程度の範囲が望ましい。加熱のタイミングとしては、上述のように撥液領域１１ｂに接触角制御材１３Ｌを接触させた状態で、レーザ照射により加熱してもよいし、撥液領域１１ｂをレーザ照射により加熱した状態で、接触角制御材１３Ｌを撥液領域１１ｂに接触させてもよい。
なお、撥液領域１１ｂの加熱は、上述したレーザ照射による加熱でもよいが、ヒータや、サーマルヘッドなどを基板１０に接触させて加熱する方法でもよいし、レーザの代わりに赤外線などの光や電子線を照射して加熱してもよく、さまざまな加熱方法を用いることができる。また、この加熱工程と上述した導電層形成工程の加熱工程とを兼ねて同時に行ってもよい。
なお、本工程において、形成された導電層１２の上面に撥液処理を施してもよい。撥液処理としては、上述してきた接触角可変膜１１を形成する方法でもよいし、他の撥液処理法を用いてもよい。この撥液処理を施すことにより、後述する層間絶縁層形成時に導電層１２上に層間絶縁層が形成されることを防止することができる。
【００２４】
（層間絶縁層形成工程）
層間絶縁層形成工程は、図３（ａ）に示すように、撥液性緩和処理工程で撥液性が緩和された撥液領域１１ｂに、液体絶縁材（第２機能液）１４Ｌを塗布し、図３（ｂ）に示すように、レーザ照射により液体絶縁材１４Ｌを加熱して乾燥、固化させて層間絶縁層１４を形成している。
液体絶縁材１４Ｌは、図３（ａ）に示すように、接触角可変膜１１上に塗布されると、撥液領域１１ｂの撥液性は緩和されているので、液体絶縁材１４Ｌは撥液領域１１ｂ上に塗布される。また、上述したように、導電層形成工程において導電層１２の上面に撥液化処理が施されていると、液体絶縁材１４Ｌは導電層１２上に塗布されることがない。
液体絶縁材１４Ｌとしては、例えば、ポリシラザン等を含むシリカ系絶縁膜形成用塗布液を用いることができる。また、液体絶縁材１４Ｌを塗布する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、スプレー成膜法、スリットコート法、印刷法、液体吐出法等を用いることができる。
【００２５】
上記の工程によれば、１層の接触角可変膜１１を用いて、接触角可変膜１１上に導電層１２および層間絶縁層１４の異なるパターンを有する層を形成することができる。また、導電層１２および層間絶縁層１４の上面は、ＣＭＰのような研削工程を用いることなく平坦に形成することができ、製造効率を向上させることができる。さらに、導電層１２の高さと横幅の比であるアスペクト比が大きくなっても、導電層１２と基板１０との導通を保つことができる。
【００２６】
レーザ照射によって撥液化処理工程および撥液性緩和処理工程における加熱が行われるため、接触角可変膜１１を接触することなく加熱することができる。そのため、基板１０や接触角可変膜１１と接触することにより発生するダメージを防止することができる。
【００２７】
次に、上記実施の形態に係るパターンの形成方法を用いて製造された電子デバイスの例について説明する。
図４は、本実施の形態に係るパターンの形成方法で製造された液晶表示装置の断面図である。
液晶表示装置（電子デバイス）１００は、図４に示すように、ＴＦＴアレイ基板（基板）４０と対向基板２０とがシール材によって貼り合わされ、このシール材によって区画された領域内に液晶５０が封入、保持されている。
【００２８】
ＴＦＴアレイ基板４０は、石英などの光透過性の絶縁基板からなるガラス基板４０Ａと、その液晶層５０側表面上に形成され、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜などの透明導電性膜からなる画素電極９ａと、表示領域に設けられた画素スイッチング用ＴＦＴ（スイッチング素子）３０および非表示領域に設けられた駆動回路用ＴＦＴ（スイッチング素子）（図示せず）と、ポリイミド膜等の有機膜から形成され、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜１６とを主体として構成されている。
対向基板２０は、透明なガラスや石英などの光透過性基板からなる基板本体２０Ａと、その液晶層５０側表面上に形成された対向電極２１と、配向膜２２と、金属などからなり、各画素部の開口領域以外の領域に設けられた遮光膜２３とを主体として構成されている。
【００２９】
また、図４に示すように、ＴＦＴアレイ基板４０の基板本体４０Ａの液晶層５０側表面上において、各画素スイッチング用ＴＦＴ３０に対応する位置には、遮光層４１ａが設けられている。また、遮光層４１ａと画素スイッチング用ＴＦＴ３０との間には、第１層間絶縁膜４２が設けられている。第１層間絶縁膜４２は、画素スイッチング用ＴＦＴ３０を構成する半導体層１ａを遮光層４１ａから電気的に絶縁するために設けられるものである。
【００３０】
画素スイッチング用ＴＦＴ３０は、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ ）構造を有しており、走査線３ａからの電界によりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの高濃度ソース領域（ソース領域）１ｄ並びに高濃度ドレイン領域１ｅ（ドレイン領域）を備えている。
また、この液晶パネルにおいては、ゲート絶縁膜２を走査線３ａに対向する位置から延設して誘電体膜として用い、半導体膜１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆとし、さらに、これらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されている。
【００３１】
上述した構成の液晶表示装置１００のＴＦＴアレイ基板４０は上記本発明のパターンの形成方法を用いることができる。例えば、遮光層４１ａと容量線３ｂとの電気的接続を図る構成を形成するのに上記本発明のパターンの形成方法を用いることができる。
つまり、遮光層４１ａが形成されたガラス基板４０Ａ上に接触角可変膜を形成し、接触角可変膜の容量線３ｂと接触する領域以外を空気中で加熱して撥液領域とし、容量線３ｂと接触する領域を親液領域とする。親液領域に容量線３ｂの材料を含む液体導電材を塗布し、焼結して容量線３ｂのプラグに相当する部分を形成する。その後、撥液領域の撥液状態を緩和させ、撥液領域に第１層間絶縁膜４２の材料を含む液体絶縁材を塗布して固化させ、第１層間絶縁膜４２を形成する。
【００３２】
上記本発明のパターンの形成方法を用いることで、遮光層４１ａと容量線３ｂとの電気的接続を確実に行うことができる。また、ＣＭＰなどの研削工程を用いることなく、第１層間絶縁膜４２の上面を平坦に形成することができる。そのため、画素スイッチング用ＴＦＴ３０の形成や、容量線３ｂの残り部分の形成などを余計な工程を入れることなく行うことができ、液晶表示装置１００の製造効率を向上させることができる。
【００３３】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を液晶表示装置に適応して説明したが、この発明は液晶表示装置に限られることなく、エレクトロルミネッセンス表示装置など、その他各種の積層配線を用いた装置に適応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るパターンの形成方法の工程図である。
【図２】本発明に係るパターンの形成方法の工程図である。
【図３】本発明に係るパターンの形成方法の工程図である。
【図４】本発明のパターンの形成方法で製造された電子デバイスの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１・・・接触角可変膜、  １１ａ・・・親液領域、  １１ｂ・・・撥液領域、  １２Ｌ・・・液体導電材（第１機能液）、  １３Ｌ・・・接触角制御材、  １４Ｌ・・・液体絶縁材（第２機能液）
【図１】
2005142274.tif 000003
【図２】
2005142274.tif 000004
【図３】
2005142274.tif 000005
【図４】
2005142274.tif 000006