(57)【要約】【課題】インクジェットパターニング時の各層のパターンの縮尺のずれを防止でき、良好な電子素子動作を実現できるインクジェット方式によるパターン形成方法を提供する。【解決手段】インクジェット吐出手段１０とマーク確認手段１１がキャリッジ１２に搭載されており、一体的に移動可能となっている。形成するパターンの縮尺の基準となるマークを少なくとも２つ基板１３上に形成する。インクジェットによってパターニングを行う際、マーク確認手段１１によってマークの位置を計測する。予め計測してあった設計上のマーク間隔との差からステージ１４上の基板１３の伸縮を計算し、パターン修正手段１５によってパターニングするパターンの縮尺を修正する。修正されたパターンデータに基づき、吐出位置制御手段１６がキャリッジ１２、インクジェット吐出手段１０、ステージ１４の駆動を制御することで、ステージ１４上で伸縮した基板１３上にパターニングする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してインクジェットによってパターニングを行うパターン形成方法において、
予め基板上に設けられた少なくとも２つの位置確認用のマークの間隔を計測し、該計測値と設計上のマークの間隔との差から、形成するパターンの縮尺を修正してパターニングを行うことを特徴とするインクジェット方式によるパターン形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェット方式によるパターン形成方法において、
前記マークを前記基板の異なる方向においてそれぞれ複数設け、各方向におけるマークの間隔を計測して該間隔をそれぞれ前記マークの間隔とし、各方向においてパターンの縮尺を修正することを特徴とするインクジェット方式によるパターン形成方法。
【請求項３】
インクジェット吐出手段と、前記インクジェット吐出手段と基板との位置を制御する吐出位置制御手段とを有するパターン形成装置において、
前記基板上に設けられた位置確認用のマークの位置を確認するマーク確認手段と、パターニングするパターンを修正するパターン修正手段とを有し、前記マーク確認手段で読み込んだ前記基板上のマークの位置と設計上のマークの位置との差から、前記パターン修正手段でパターンの縮尺を修正し、該修正データに基づいて前記インクジェット吐出手段および前記吐出位置制御手段を制御することを特徴とするインクジェット方式によるパターン形成装置。
【請求項４】
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層を請求項３に記載のインクジェット方式によるパターン形成装置で形成したことを特徴とする電子素子アレイ。
【請求項５】
請求項４に記載の電子素子アレイにおいて、
前記基板が樹脂であることを特徴とする電子素子アレイ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の電子素子アレイを用いたことを特徴とする表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等に好適なインクジェット方式によるパターン形成方法、インクジェット方式によるパターン形成装置、電子素子アレイ及び表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットを用いて導電性材料や半導体材料などの機能性材料をパターニングすることで、フォトリソグラフィープロセスよりも簡素に、高い材料使用効率で導電パターンや半導体パターンを形成する方法が提案されている。
インクジェット法によるパターニングの長所として、従来のフォトリソグラフィ法のように基板全面に材料を成膜した後、不要な部分を除去するのではなく、必要な部分にのみ材料を塗布するため、廃棄する材料が少なくなり材料の使用効率が高くなるという点が挙げられる。
一方、欠点としては、フォトリソグラフィ法のような精細なパターンを形成することが困な点が挙げられる。
【０００３】
この問題に対処すべく、本出願人は、特願２００４−０００００にて、濡れ性制御を用いてナノメタルインクを精細にパターニングする方法を提案している。
この方法は、エネルギーの付与によって臨界表面張力が変化する材料からなる層の一部分に紫外線等のエネルギービームを照射し、濡れ性の異なる部位を設けることにより、その上に導電性材料を含有する液体を付与することで導電膜層を選択的に形成することが可能であり、液体の付与方法としてインクジェットを挙げている。
インクジェット法を用いて、導電膜層や半導体層などを多層に積層して素子を形成することも可能である。例えば、特許文献１には、インクジェットによって導電層および誘電体層を積層してコンデンサを形成する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３５５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板に対してインクジェット法を用いて複数の層を積層して形成するとき、各層の形成条件によって、形成されたパターンの伸縮が懸念される。特に、基板として樹脂基板を用いる場合には、プロセスを流す間に、温度、湿度などの影響により大きな伸縮が発生する。
この伸縮によって各層のパターンの縮尺がずれてしまい、積層の位置精度が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は、インクジェットパターニング時の各層のパターンの縮尺のずれを防止でき、良好な電子素子動作を実現できるインクジェット方式によるパターン形成方法、インクジェット方式によるパターン形成装置、電子素子アレイ及び表示素子
の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、基板に対してインクジェットによってパターニングを行うパターン形成方法において、予め基板上に設けられた少なくとも２つの位置確認用のマークの間隔を計測し、該計測値と設計上のマークの間隔との差から、形成するパターンの縮尺を修正してパターニングを行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のインクジェット方式によるパターン形成方法において、前記マークを前記基板の異なる方向においてそれぞれ複数設け、各方向におけるマークの間隔を計測して該間隔をそれぞれ前記マークの間隔とし、各方向においてパターンの縮尺を修正することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、インクジェット吐出手段と、前記インクジェット吐出手段と基板との位置を制御する吐出位置制御手段とを有するパターン形成装置において、前記基板上に設けられた位置確認用のマークの位置を確認するマーク確認手段と、パターニングするパターンを修正するパターン修正手段とを有し、前記マーク確認手段で読み込んだ前記基板上のマークの位置と設計上のマークの位置との差から、前記パターン修正手段でパターンの縮尺を修正し、該修正データに基づいて前記インクジェット吐出手段および前記吐出位置制御手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、電子素子アレイにおいて、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、有機半導体層を請求項３に記載のインクジェット方式によるパターン形成装置で形成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の電子素子アレイにおいて、前記基板が樹脂であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明では、請求項４又は５に記載の電子素子アレイを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、パターンの伸縮を防止できるので、設計通りのパターンを形成することができる。また、複数のパターンを積層する場合に、各層のパターンの位置ズレを防止でき、良好な電子素子動作を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて、本実施形態におけるインクジェット方式によるパターン形成装置の構成及び機能の概要を説明する。
インクジェット吐出手段（インクジェットヘッド）１０とマーク確認手段（ＣＣＤなどの撮像装置を用いたカメラなど）１１がキャリッジ１２に搭載されており、一体的に移動可能となっている。
キャリッジ１２は図示していないモータなどの駆動装置によって駆動される。基板１３はステージ１４の上に真空吸着などの機構によって固定される。ステージ１４は図示されていないモータなどの駆動装置によってキャリッジ１２の駆動方向とは垂直な方向に駆動される。基板１３は必要に応じてステージ１４に設けられた図示していないヒータによって加熱される。
【００１５】
形成するパターンの縮尺の基準となるマークを少なくとも２つ基板１３上に形成する。マークは予め基板１３上に形成し、特定の環境（温度、湿度など）でのマーク間隔（設計上のマーク間隔）を計測しておく。
マークの形成はスクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット、蒸着、レーザーマーキングなど、公知の方法を用いることができる。マークが形成された基板１３をステージ１４に固定し、インクジェットによってパターニングを行う際、キャリッジ１２に設けられたマーク確認手段１１によってマークの位置を計測する。
【００１６】
予め計測してあった設計上のマーク位置（間隔）との差からステージ１４上の基板１３の伸縮を計算し、パターン修正手段１５によってパターニングするパターンの縮尺を修正する。修正されたパターンデータに基づき、吐出位置制御手段１６がキャリッジ１２、インクジェット吐出手段１０、ステージ１４の駆動を制御することで、ステージ１４上で伸縮した基板１３上にパターニングする。
このように伸縮した基板１３に対して、環境変動に伴う伸縮に合わせたパターンを形成することにより、基板１３をステージ１４から外して基板１３の伸縮が解消したときに正しい縮尺となるようにパターンを形成することができる。
マークは基板１３上の任意の位置に設けることができるが、基板１３の異なる方向、例えば縦方向および横方向にそれぞれ複数のマークを設けることが好ましい。複数のマークを設けて、各マーク間での計測情報に基づいて縮尺を修正することで、基板１３の伸縮が等方的でない場合であっても、正しいパターンを形成することができる。
【００１７】
例えば、図２に示すように、予め基板１３の四隅にマークＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を形成する。
マーク確認手段１１からマークＭ１とマークＭ２の位置情報がパターン修正手段１５へ出力される。パターン修正手段１５は、パターン形成時の環境変動下でのマークＭ１とマークＭ２間の間隔Ｌ１’を計算するとともに、予め計測してあったマークＭ１とマークＭ２間の設計上の間隔Ｌ１との差からステージ１４上の基板１３の縦方向の伸縮を計算し、パターニングするパターンの縮尺を修正するデータを求めて吐出位置制御手段１６へ送る。これにより、基板１３の縦方向の縮尺修正が可能となる。
【００１８】
同様に、マーク確認手段１１からマークＭ１とマークＭ４の位置情報がパターン修正手段１５へ出力される。パターン修正手段１５は、パターン形成時の環境変動下でのマークＭ１とマークＭ４間の間隔Ｌ２’を計算するとともに、予め計測してあったマークＭ１とマークＭ４間の設計上の間隔Ｌ２との差からステージ１４上の基板１３の横方向の伸縮を計算し、パターニングするパターンの縮尺を修正するデータを求めて吐出位置制御手段１６へ送る。これにより、基板１３の横方向の縮尺修正が可能となる。
ここでは、マークＭ１を基準にしてＭ２とＭ４の使用例を示したが、４つのマークのうちどれを基準にしてもよく、また、全てのマークを用いてもよい。
【００１９】
（実施例１）
レーザーマーキングによってマークを四隅に形成したポリカーボネートを基板１３として用いた。図１に示したパターン形成装置で基板１３にパターン（以下ゲートパターンと呼ぶ）１７をナノ銀インクでパターニングした。これを図３に示す。
パターニング時、インクの広がりを抑えるため基板１３を加熱しながらパターニングを行い、その後２００℃で３０分焼成した。このとき、マーク確認手段１１によって基板１３の熱膨張を計測し、縮尺を修正したパターンをパターニングした。
パターニングした基板１３をパターン形成装置から取り外して室温に戻ったところでパターン寸法を計測したところ、設計通りの寸法であることが確認できた。
【００２０】
（比較例１）
実施例１でパターンの修正を行わずにパターニングしたところ、基板を室温に戻してパターン寸法を計測したところ、基板が縮んだため、基板上のパターン寸法が設計からずれていた。
【００２１】
（実施例２）
実施例１でパターン１７を形成した基板１３上に、焼成後に化１の化学式に示すポリイミドとなる前駆体１８をスピンコートし、２００℃で加熱処理した。式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は各々独立に置換若しくは無置換のアルキル基を表し、ｘ、ｙ、ｚは各々独立に０又は１が選択される。
【００２２】
【化１】
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【００２３】
その後、基板１３上のマークを基準に位置合わせをして、フォトマスクを介して紫外線を照射して図４に示す形状に濡れ性領域を形成した。次いで、図１で示したパターン形成装置を用いて、ポリイミド表面の濡れ性領域にＡｇインクパターン（以下、「ソース・ドレインパターン」と呼ぶ）を形成した。ソース・ドレインパターンは、ソース電極１９ａとドレイン電極１９ｂからなる。
濡れ性変化層としてのポリイミド層１８は、熱、紫外線、電子線、プラズマ等のエネルギーを与えることによって、臨界表面張力が変化する材料からなる層で、エネルギー付与前後での臨界表面張力の変化量が大きいものが好ましい。このような材料の場合、濡れ性変化層の一部分にエネルギーを付与し、高表面エネルギー部と低表面エネルギー部とからなる臨界表面張力の異なるパターンを形成することにより、導電性材料を含有する液体が、高表面には付着しやすく（親液性）、低表面エネルギー部には付着しにくく（疎液性）なるため、パターン形状に従って導電性材料を含有する液体が親液性である高表面エネルギー部に選択的に付着し、それが固化することにより導電層が形成される。
基板１３上の濡れ性領域は目視では確認できないため、基板１３上のマークを基準に吐出位置を決めた。パターニング時の基板温度は室温とした。パターニング後、Ａｇを２００℃で３０分焼成した。その結果、ゲートパターン１７およびソース・ドレインパターン１９の位置ズレは±５μｍ以内であった。
【００２４】
（実施例３）
実施例２でパターン形成した基板１３に、化２の化学式に示すようなスキームより合成した有機半導体なる重合体１をｐ−シメンに溶解し、図１で示したパターン形成装置によって図５に示す半導体層パターン２０をパターニングした。
【００２５】
【化２】
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【００２６】
パターニング時の基板温度は室温とした。その結果、ゲートパターン１７、ソース・ドレインパターン１９と半導体層パターン２０の位置ズレは±５μｍ以内だった。
上記プロセスにより、電子素子アレイとしてのトランジスタが形成され、特性を評価したところ、移動度が８．５×１０−４ｃｍ２／Ｖｓを示し、良好なトランジスタ動作を示した。
【００２７】
（実施例４）
実施例３でパターン形成した基板１３を元に、図６に示す表示素子を以下の方法で作製した。すなわち、酸化チタン粒子２１とオイルブルーで着色したアイソパー２２を内包するマイクロカプセル２３を表示素子としてＰＶＡ水溶液に混合して、ＩＴＯ（スズ含有酸化インジウム）からなる透明電極２４を形成したポリカーボネート基板上に塗布して、マイクロカプセル２３とＰＶＡバインダーからなる層を形成した。
この基板２５と、先に形成したＴＦＴアレイ基板１３とを接着した。ゲート電極１７に繋がるバスラインに走査信号用のドライバーＩＣを、ソース電極１９ａに繋がる配線層にデータ信号用のドライバーＩＣを各々接続した。０．５秒毎に画面切替えを行ったところ、良好な静止画表示を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態におけるインクジェット方式によるパターン形成装置の概要を示す概要側面図である。
【図２】基板に形成されたマークの位置を示す平面図である。
【図３】基板にゲート電極をパターニングした状態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】図３で示した基板にソース電極とドレイン電極をパターニングした状態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】図４で示した基板に半導体層パターンを形成した状態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】表示素子の概要断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  インクジェット吐出手段
１１  マーク確認手段
１３  基板
１５  パターン修正手段
１６  吐出位置制御手段
１７  ゲート電極
１９ａ  ソース電極
１９ｂ  ドレイン電極
２０  有機半導体層としての半導体層パターン
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４  マーク
【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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