JP2008284459A - Pattern film-forming mask for solution coating, its manufacturing method, pattern film-manufacturing method, and manufacturing method of organic thin film transistor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern film-forming mask for solution coating which forms a very precise pattern film. <P>SOLUTION: The pattern film-forming mask for solution coating is provided with a thin board having an aperture part pattern which comprises one or more aperture parts and a plurality of convex structures which are provided on the thin board and are so arranged that they may surround one or more areas including at least one of the aperture parts of the aperture pattern part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、溶液塗布用により微細なパターン膜を簡易且つ精度良く形成するために使用される溶液塗布用パターン製膜用マスクとその製造方法、そのマスクを用いたパターン膜の製造方法及び有機薄膜トランジスタの製造方法に関する。   [Technical Field] The present invention relates to a solution coating pattern film-forming mask used for forming a fine pattern film easily and accurately for solution coating, a manufacturing method thereof, a pattern film manufacturing method using the mask, and an organic thin film transistor. It relates to the manufacturing method.

半導体素子、液晶表示素子、有機ＥＬ素子などの電子部品分野において、塗布製膜プロセスの研究開発が盛んに行われている。該プロセスは、従来のフォトリソグラフィ技術と比較して、工程数削減、材料の使用効率化のメリットがあり、製造コスト削減が期待できる。   In the field of electronic components such as semiconductor elements, liquid crystal display elements, and organic EL elements, research and development of coating film forming processes has been actively conducted. This process has the advantages of reducing the number of steps and increasing the use efficiency of materials as compared with the conventional photolithography technology, and can be expected to reduce the manufacturing cost.

塗布製膜プロセス技術の従来技術としては、例えば、配線パターンやカラーフィルター形成技術としてのインクジェット法や、配線や電極パターン、画像表示装置パネルのスペーサー、隔壁などの形成技術としてのスクリーン印刷法等が挙げられる。   Examples of the conventional technique of the coating film forming process technique include an inkjet method as a wiring pattern and color filter forming technique, and a screen printing method as a forming technique for wiring and electrode patterns, spacers of image display device panels, partition walls, and the like. Can be mentioned.

インクジェット技術とは、流動状のインク（液滴）を吐出し、基板上の所定の位置に着弾させることでパターンを形成する技術であり、ノズル形状等の改良により近年では数ピコリットルの極微量の液滴操作が可能である。また、着弾精度向上としては、例えば、特許文献１のように周辺を樹脂などで囲み隔壁形成するなど塗布面と非塗布面との間に物理的な段差を与える手法や、あるいは特許文献２のように塗布位置を凹状に加工することで、所望の位置にのみ液滴を配置する手法、さらに、特許文献３のように塗布する箇所を親水性に、塗布しない箇所は撥水性にというように親撥水処理を施しておくことで、表面の濡れ性の違いによる塗り分け方法等が提案されている。   Inkjet technology is a technology that forms a pattern by ejecting fluid ink (droplet) and landing it at a predetermined position on the substrate. Is possible. In order to improve the landing accuracy, for example, a method of providing a physical step between the coating surface and the non-coating surface, such as by enclosing the periphery with resin or the like as in Patent Document 1, or the method disclosed in Patent Document 2 In this way, by processing the application position into a concave shape, a method of arranging droplets only at a desired position, as in Patent Document 3, a place to be applied is made hydrophilic, and a place not to be applied is made water repellent. By applying the hydrophilic / water-repellent treatment, a method of coating differently depending on the wettability of the surface has been proposed.

一方、スクリーン印刷法とは、被印刷基板上に、クリームはんだ、金属ペースト、ペースト状の樹脂等を印刷する方法であり、所定の印刷パターンの開口部が形成された印刷用マスクを被印刷基板に配置し、該印刷用マスクの開口部内にゴム製のスキージ等を用いてペーストを充填した後、該印刷用マスクを被印刷基板から剥離することによって、該印刷用マスクの開口部を通して該開口部内に充填したペーストを被印刷基板上に印刷することができる技術である。主に、インク材料、樹脂材料の塗布に適用され、大面積の基板に対しても高スループットで印刷が可能である。   On the other hand, the screen printing method is a method of printing cream solder, metal paste, paste-like resin, etc. on a substrate to be printed, and a printing mask having an opening of a predetermined printing pattern is printed on the substrate to be printed. After the paste is filled in the opening of the printing mask using a rubber squeegee or the like, the opening is opened through the opening of the printing mask by peeling the printing mask from the substrate to be printed. This is a technique capable of printing a paste filled in a portion on a substrate to be printed. It is mainly applied to the application of ink materials and resin materials, and can be printed on a large area substrate with high throughput.

前記スクリーン印刷技術に対して、印刷版の開発がなされており、具体的には、例えば特許文献４のように、マトリクス状に凸部を形成したメタルマスクを用いてクリーム半田を効率的に開口部に定着させる方法や、特許文献５のように、開口部の大きさの異なる２層構造のスクリーン印刷版を用いて乾燥後のエッジ形状を調整する手法等が提案されている。
特開２０００−３５３５９４号公報 特開２００５−１８７３１６号公報 特開２００３−１２４２１５号公報 特開平６−１５９７９号公報 特開平６−１４３８５５号公報 A printing plate has been developed for the screen printing technology. Specifically, for example, as in Patent Document 4, cream solder is efficiently opened using a metal mask having convex portions formed in a matrix. For example, a method of fixing the edge shape after drying using a screen printing plate having a two-layer structure with different opening sizes as in Patent Document 5 has been proposed.
JP 2000-353594 A JP 2005-187316 A JP 2003-124215 A JP-A-6-15979 JP-A-6-143855

前記インクジェット法は、低粘度溶液に適用が可能であるが、着弾精度向上のために前記基板表面処理等が必要であり、工程が煩雑になる課題を有する。また、滴下直後の液滴形状がレンズ状になることで、膜中央と端で乾燥速度が異なるために、乾燥後に膜形状の均一性が保持できないことも課題である。   The ink-jet method can be applied to a low-viscosity solution, but the substrate surface treatment or the like is necessary for improving the landing accuracy, and the process is complicated. Another problem is that the uniformity of the film shape cannot be maintained after drying because the drying speed immediately after the dropping becomes a lens shape and the drying speed differs between the center and the edge of the film.

一方、前記スクリーン印刷法は、高スループットの反面、材料使用効率が課題である。また、原理上、適用材料もインクや樹脂などペースト状の高粘性流体に限定され、低粘性の溶液に適用できない課題を有する。また、印刷版の開発も、高粘性材料向けに限定されており、低粘性溶液に適用しうるマスク開発はほとんどなされていない。   On the other hand, the screen printing method has a high throughput, but the material use efficiency is a problem. In principle, the material to be applied is limited to paste-like high-viscosity fluids such as ink and resin, and has a problem that it cannot be applied to a low-viscosity solution. Also, the development of printing plates is limited to high-viscosity materials, and masks that can be applied to low-viscosity solutions have hardly been developed.

ところで、低粘性の溶液へ適用可能であり、かつ、基板前処理工程が不要なパターン製膜方法として、溶液塗布用のパターン製膜用マスクを用いたパターン製膜方法が考えられる（公知であることを自認しない。）。   By the way, as a pattern film forming method that can be applied to a low-viscosity solution and does not require a substrate pretreatment process, a pattern film forming method using a pattern film forming mask for solution coating can be considered (known in the art). I do not admit that.)

ここで、溶液塗布用パターン製膜用マスクを用いたパターン製膜方法について、図１１、図１２（ａ）〜（ｅ）、図１３及び図１４を用いて説明する。図１１は、溶液塗布用パターン製膜用マスク１を示す斜視図である。図１２（ａ）〜（ｅ）は、パターン製膜方法を示す断面図であり、図１２（ａ）は溶液滴下前の状態、図１２（ｂ）は溶液滴下直後の状態、図１２（ｃ）及び（ｄ）は乾燥途中の状態、図１２（ｅ）は乾燥後の状態を示す。図１３及び図１４は、それぞれ、図１２（ｃ）及び（ｄ）の状態を上から見た状態を示す平面図である。   Here, a pattern film forming method using the solution application pattern film forming mask will be described with reference to FIGS. 11, 12A to 12E, 13 and 14. FIG. FIG. 11 is a perspective view showing a solution coating pattern film-forming mask 1. 12 (a) to 12 (e) are cross-sectional views showing a pattern film forming method. FIG. 12 (a) is a state before dropping a solution, FIG. 12 (b) is a state immediately after dropping a solution, and FIG. ) And (d) show a state during drying, and FIG. 12 (e) shows a state after drying. FIGS. 13 and 14 are plan views showing the states of FIGS. 12C and 12D as viewed from above.

まず、図１２（ａ）に示すように、図１１に示すような複数の開口部３からなる開口部パターンを有する薄板５からなるマスク１を被塗布基板７上に配置する。   First, as shown in FIG. 12A, a mask 1 made of a thin plate 5 having an opening pattern made up of a plurality of openings 3 as shown in FIG.

次に、図１２（ｂ）に示すように、膜材料を溶媒に溶解させた溶液をマスク１の上から滴下する。滴下された溶液は、表面張力のためレンズ状に膨らんだ液滴９となる。   Next, as shown in FIG. 12B, a solution in which the film material is dissolved in a solvent is dropped from above the mask 1. The dropped solution becomes a droplet 9 swelled in a lens shape due to surface tension.

次に、溶液を徐々に乾燥させると、ある時点から図１２（ｃ）及び（ｄ）、図１３及び図１４に示すように、任意の端から乾燥が進行していき、液滴９が収縮する方向に（つまり、矢印Ｄで示す方向に）液滴形状が変化していく。マスク１上の溶液は次第に開口部３の辺りに引き寄せられて、液滴分布が出来始める。図１２（ｄ）及び図１４に示すようにマスク１上の液滴は、開口部３に集まって留まるが、各開口部３の液滴量は不均一に分布し、その形状もレンズ状が維持される。   Next, when the solution is gradually dried, as shown in FIGS. 12 (c) and 12 (d), FIG. 13 and FIG. 14, drying proceeds from an arbitrary end and the droplet 9 contracts. The shape of the droplet changes in the direction of movement (that is, in the direction indicated by arrow D). The solution on the mask 1 is gradually drawn around the opening 3 and droplet distribution begins to be made. As shown in FIGS. 12D and 14, the droplets on the mask 1 stay in the openings 3, but the amount of droplets in each opening 3 is unevenly distributed, and the shape of the droplets is also lenticular. Maintained.

この状態で溶液をさらに乾燥させると、図１２（ｅ）に示すように各開口部３に対応した位置にパターン膜１１が形成される。図１２（ｄ）の状態で各開口部３の液滴量が不均一に分布しているので、各開口部３に形成されるパターン膜１１は、膜密度や厚みなど膜の状態が異なり、また各パターン膜１１内でも斑が生じやすい。従って、ここで示した方法では、精度の高いパターン膜の形成が困難である。   When the solution is further dried in this state, a pattern film 11 is formed at a position corresponding to each opening 3 as shown in FIG. In the state of FIG. 12D, the amount of droplets in each opening 3 is unevenly distributed, so the pattern film 11 formed in each opening 3 has a different film state such as film density and thickness. Further, spots are easily generated in each pattern film 11. Therefore, with the method shown here, it is difficult to form a highly accurate pattern film.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、精度の高いパターン膜の形成が可能な溶液塗布用パターン製膜用マスクを提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a pattern-forming mask for forming a solution coating capable of forming a highly accurate pattern film.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明の溶液塗布用パターン製膜用マスクは、少なくとも１つの開口部からなる開口部パターンを有する薄板と、前記薄板上に設けられ且つ前記開口部パターン中の少なくとも１つの前記開口部を含む少なくとも１つの領域を取り囲むように配置された複数の凸形状構造体とを備える。   The mask for forming a pattern for solution coating of the present invention includes at least one thin plate having an opening pattern composed of at least one opening, and at least one opening in the opening pattern provided on the thin plate. And a plurality of convex structures disposed so as to surround one region.

本発明のマスクでは、少なくとも１つの開口部を含む領域を取り囲むように複数の凸形状構造体が配置されている。このマスク上に製膜用の溶液を塗布すると、塗布された溶液と凸形状構造体との間に付着力が働く。この付着力によって溶液が凸形状構造体によって取り囲まれた領域に保持される。そのままの状態で溶液を乾燥させると、マスクの開口部に対応した位置にパターン膜が精度よく形成される。   In the mask of the present invention, a plurality of convex structures are arranged so as to surround a region including at least one opening. When a film-forming solution is applied on the mask, an adhesive force acts between the applied solution and the convex structure. This adhesive force holds the solution in the region surrounded by the convex structure. If the solution is dried as it is, a pattern film is accurately formed at a position corresponding to the opening of the mask.

また、本発明のマスクを用いたパターン製膜方法は、低粘性の溶液へ適用可能であり、材料使用効率が高く、かつ、基板前処理工程が不要であるという利点を有しており、半導体分野をはじめとして広く電子デバイス分野に応用することができる。
以下、本発明の種々の実施形態等を例示する。 Further, the pattern film-forming method using the mask of the present invention is applicable to a low-viscosity solution, has an advantage that the material use efficiency is high, and a substrate pretreatment process is not required. It can be widely applied to the field of electronic devices including the field.
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified.

前記開口部パターンは、複数の開口部からなり、前記凸形状構造体は、前記開口部パターン中の少なくとも１つの前記開口部を含む複数の領域をそれぞれ取り囲んでもよい。この場合、マスク上に比較的低粘性の溶液を塗布した場合でも、各領域に保持される液滴の形状を比較的均一にすることができ、溶液を乾燥させて形成されるパターン膜の形状や厚さを比較的均一にすることができる。また、本実施形態では、溶液は、溶液と凸形状構造体との間の付着力によって凸形状構造体によって取り囲まれた領域に保持されている。従って、隣接する領域間で溶液が自由に移動することができ、各領域に保持されている溶液の量が比較的均一になるというメリットもある。   The opening pattern may include a plurality of openings, and the convex structure may surround a plurality of regions including at least one opening in the opening pattern. In this case, even when a relatively low viscosity solution is applied on the mask, the shape of the droplets retained in each region can be made relatively uniform, and the shape of the pattern film formed by drying the solution And the thickness can be made relatively uniform. Moreover, in this embodiment, the solution is hold | maintained in the area | region enclosed by the convex structure by the adhesive force between a solution and a convex structure. Therefore, the solution can freely move between adjacent regions, and there is an advantage that the amount of the solution held in each region becomes relatively uniform.

前記凸形状構造体の形状は、回転体であってもよい。この場合、凸形状構造体が液滴に対して及ぼす効果が凸形状構造体の周囲に均等に及ぶ。   The convex structure may be a rotating body. In this case, the effect that the convex structure has on the droplets extends evenly around the convex structure.

少なくとも１つの前記開口部を含む前記領域は、長方形であり、前記凸形状構造体は、前記長方形の全ての頂点に配置されてもよい。前記開口部の形状が長方形である場合は、液滴が長方形に保持されることが好ましいが、長方形の領域の全ての頂点に凸形状構造体を配置することによって液滴をほぼ長方形状に保持することができる。   The region including at least one of the openings may be a rectangle, and the convex structure may be disposed at all vertices of the rectangle. When the shape of the opening is a rectangle, it is preferable that the droplet is held in a rectangular shape, but the droplet is held in a substantially rectangular shape by arranging a convex structure at every vertex of the rectangular region. can do.

本発明は、少なくとも１つの開口部からなる開口部パターンを薄板に形成し、前記薄板上に凸形状構造体形成材料層を形成し、前記開口部パターン中の少なくとも１つの前記開口部を含む少なくとも１つの領域を取り囲む複数の凸形状構造体が形成されるように前記凸形状構造体形成材料層をパターニングする工程を備える溶液塗布用パターン製膜用マスクの製造方法も提供する。この場合、本発明のマスクを比較的容易に形成することができる。   In the present invention, an opening pattern comprising at least one opening is formed on a thin plate, a convex structure forming material layer is formed on the thin plate, and at least one opening in the opening pattern is included. There is also provided a method for manufacturing a pattern-forming mask for solution coating, comprising a step of patterning the convex structure-forming material layer so as to form a plurality of convex structures surrounding a single region. In this case, the mask of the present invention can be formed relatively easily.

本発明は、上記記載のマスクを被塗布基板上に配置し、膜材料の溶液を前記マスクの上から滴下し、前記溶液を乾燥させて前記開口部に対応した位置にパターン膜を形成する工程を備えるパターン膜の製造方法も提供する。この場合、パターン膜を比較的容易に精度良く製造することができる。   The present invention is a process in which the mask described above is placed on a substrate to be coated, a solution of a film material is dropped from above the mask, and the solution is dried to form a pattern film at a position corresponding to the opening. There is also provided a method of manufacturing a pattern film comprising: In this case, the pattern film can be relatively easily manufactured with high accuracy.

本発明は、ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極と有機材料からなる半導体層から構成される有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記半導体層は、上記記載のパターン膜の製造方法によって形成される有機薄膜トランジスタの製造方法も提供する。この場合、半導体層を比較的容易に精度良く形成することができる。 The present invention relates to a method for producing an organic thin film transistor including a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode and a semiconductor layer made of an organic material.
The semiconductor layer also provides a method for producing an organic thin film transistor formed by the method for producing a patterned film described above. In this case, the semiconductor layer can be formed relatively easily with high accuracy.

ここで示した種々の実施形態等は、互いに組み合わせることができる。   The various embodiments and the like shown here can be combined with each other.

以下，本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す内容は，例示であって，本発明の範囲は，図面や以下の記述中で示すものに限定されない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The contents shown in the drawings and the following description are examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

１．溶液塗布用パターン製膜用マスクを用いたパターン製膜方法
本発明の一実施形態の溶液塗布用パターン製膜用マスクを用いた本発明の一実施形態のパターン製膜方法（言い換えると、パターン膜の製造方法又は形成方法）について説明する。 1. Pattern deposition method using pattern coating mask for solution coating Pattern deposition method of one embodiment of the present invention using pattern coating mask for solution coating of one embodiment of the present invention (in other words, pattern film Manufacturing method or forming method).

まず、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて本実施形態の溶液塗布用パターン製膜用マスク（以下、「マスク」とも呼ぶ。）１の構造の概要について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態のマスク１の構造を示し、図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は平面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）中のＩ−Ｉ断面図である。   First, the outline of the structure of the solution coating pattern film-forming mask (hereinafter also referred to as “mask”) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C show the structure of the mask 1 of this embodiment, FIG. 1A is a perspective view, FIG. 1B is a plan view, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.

本実施形態のマスク１は、縦方向及び横方向にそれぞれ３つずつ並んだ９個の開口部３からなる開口部パターンを有する薄板５と、薄板５上に設けられた１６個の凸形状構造体１３とを備える。凸形状構造体１３は、図１（ｂ）中の点線で示すように、前記開口部パターン中の１つの開口部３を含む９つの領域をそれぞれ取り囲んでいる。開口部３を含む各領域は、４つの凸形状構造体１３によって取り囲まれている。なお、開口部３及び凸形状構造体１３の数、形状及び配置は、ここで示したものに限定されない。   The mask 1 of the present embodiment includes a thin plate 5 having an opening pattern composed of nine openings 3 arranged three by three in the vertical direction and in the horizontal direction, and 16 convex structures provided on the thin plate 5. A body 13. The convex structure 13 surrounds each of nine regions including one opening 3 in the opening pattern, as indicated by a dotted line in FIG. Each region including the opening 3 is surrounded by four convex structures 13. Note that the number, shape, and arrangement of the openings 3 and the convex structures 13 are not limited to those shown here.

次に、マスク１を用いた本実施形態のパターン製膜方法について、図２（ａ）〜（ｅ）、図３及び図４を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態のパターン製膜方法を示す断面図であり、図２（ａ）は溶液滴下前の状態、図２（ｂ）は溶液滴下直後の状態、図２（ｃ）及び（ｄ）は乾燥途中の状態、図２（ｅ）は乾燥後の状態を示す。図３及び図４は、それぞれ、図２（ｃ）及び（ｄ）の状態を上から見た状態を示す平面図である。   Next, the pattern film-forming method of this embodiment using the mask 1 is demonstrated using FIG. 2 (a)-(e), FIG.3, and FIG.4. 2 (a) to 2 (e) are cross-sectional views showing the pattern film forming method of the present embodiment, FIG. 2 (a) is a state before dropping the solution, FIG. 2 (b) is a state immediately after dropping the solution, 2 (c) and 2 (d) show a state during drying, and FIG. 2 (e) shows a state after drying. FIGS. 3 and 4 are plan views showing the states of FIGS. 2C and 2D viewed from above, respectively.

まず、図２（ａ）に示すように、マスク１を被塗布基板７上に配置する。マスク１は、例えば、磁石等の力によって基板７上に固定する。   First, as shown in FIG. 2A, the mask 1 is placed on the substrate 7 to be coated. The mask 1 is fixed on the substrate 7 by a force such as a magnet.

次に、図２（ｂ）に示すように、膜材料を溶媒に溶解させた溶液をマスク１の上から滴下する。滴下された溶液は、表面張力のためレンズ状に膨らんだ液滴９となる。溶液は、基板７とマスク１との間にも流れ込む場合がある。なお、基板７とマスク１との間に流れ込んだ溶液は、乾燥が進んで液適量が減少すると、凸形状構造体１３や開口部３の縁に働く表面張力の影響等により、表面に引き寄せられるため、最終的にはマスク１の裏面にはほとんど溶液は残らない。また、基板７とマスク１との間に溶液が実質的に流れ込まないようにマスク１を基板７に固定してもよい。滴下する溶液の種類は、特に限定されない。但し、本実施形態のパターン製膜方法は、特に低粘性材料からなる溶液を用いたときに大きな効果を奏する。また、溶質や溶媒の種類、溶液濃度、製膜温度、製膜手法も特に限定されない。   Next, as shown in FIG. 2B, a solution in which the film material is dissolved in a solvent is dropped from above the mask 1. The dropped solution becomes a droplet 9 swelled in a lens shape due to surface tension. The solution may also flow between the substrate 7 and the mask 1. The solution flowing between the substrate 7 and the mask 1 is attracted to the surface due to the influence of the surface tension acting on the edges of the convex structure 13 and the opening 3 when drying progresses and the appropriate amount of liquid decreases. Therefore, finally, almost no solution remains on the back surface of the mask 1. Further, the mask 1 may be fixed to the substrate 7 so that the solution does not substantially flow between the substrate 7 and the mask 1. The kind of solution to be dropped is not particularly limited. However, the pattern film forming method of the present embodiment has a great effect particularly when a solution made of a low viscosity material is used. Further, the kind of solute and solvent, solution concentration, film forming temperature, and film forming method are not particularly limited.

次に、液滴９を徐々に乾燥させると、ある時点から図２（ｃ）及び（ｄ）、図３及び図４に示すように、任意の端から乾燥が進行していき、液滴９が収縮する方向に（つまり、矢印Ｄで示す方向に）液滴形状が変化していく。マスク１上の溶液は次第に開口部３の辺りに引き寄せられて、液滴分布が出来始める。   Next, when the droplet 9 is gradually dried, the drying proceeds from an arbitrary end as shown in FIGS. 2C and 2D, FIG. 3 and FIG. The droplet shape changes in the direction in which the droplet contracts (that is, in the direction indicated by the arrow D). The solution on the mask 1 is gradually drawn around the opening 3 and droplet distribution begins to be made.

凸形状構造体１３を有さないマスク１を使用した場合、図１２（ｄ）に示すようにマスク１の各開口部３の液滴量は不均一に分布する。しかし、凸形状構造体１３を有する本実施形態のマスク１を使用した場合、図２（ｄ）に示すように凸形状構造体１３によって取り囲まれた領域（開口部３を含む領域）のそれぞれに液滴が保持され、各開口部３の液適量は、ほぼ均一になる。   When the mask 1 that does not have the convex structure 13 is used, as shown in FIG. 12D, the amount of droplets in each opening 3 of the mask 1 is unevenly distributed. However, when the mask 1 of the present embodiment having the convex structure 13 is used, each of the regions (regions including the openings 3) surrounded by the convex structure 13 as shown in FIG. The droplets are held, and the appropriate amount of liquid in each opening 3 becomes substantially uniform.

なお、図２（ｄ）は、凸形状構造体１３表面での溶液の接触角が比較的小さい場合を示しているので、液滴形状は周辺部が高く、開口部３の中央部分では比較的平坦になっているが、凸形状構造体１３表面での溶液の接触角が比較的大きい場合には、図５に示すように、周辺部が低く、開口部３の中央部分では比較的平坦な形状になる。何れの場合でも凸形状構造体１３によって取り囲まれた領域に液滴が保持されるという効果は得られる。凸形状構造体１３によって取り囲まれた領域に液滴が保持される作用については、後述する。   FIG. 2D shows a case where the contact angle of the solution on the surface of the convex structure 13 is relatively small, so that the droplet shape is high in the peripheral part and relatively in the central part of the opening 3. If the contact angle of the solution on the surface of the convex structure 13 is relatively large, the peripheral portion is low and the central portion of the opening 3 is relatively flat as shown in FIG. Become a shape. In any case, the effect that the droplet is held in the region surrounded by the convex structure 13 can be obtained. The operation of holding the droplets in the region surrounded by the convex structure 13 will be described later.

この状態で溶液をさらに乾燥させると、図２（ｅ）のようにパターン膜１１が形成される。図２（ｄ）の状態で各開口部３の液滴量がほぼ均一に分布しているので、各開口部３に形成されるパターン膜１１の膜密度や厚みなど膜の状態がほぼ均一になり、パターン膜１１を精度よく形成することができる。   When the solution is further dried in this state, a pattern film 11 is formed as shown in FIG. In the state of FIG. 2D, the amount of droplets in each opening 3 is distributed almost uniformly, so that the film state such as the film density and thickness of the pattern film 11 formed in each opening 3 is substantially uniform. Thus, the pattern film 11 can be formed with high accuracy.

２．凸形状構造体によって溶液が保持される作用
次に、図６（ａ）〜（ｃ）を用いて、凸形状構造体１３によって溶液が保持される作用について説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１２（ｄ）、図２（ｄ）及び図５中の点線で囲った範囲Ｘの拡大図である。 2. Next, the operation of holding the solution by the convex structure 13 will be described with reference to FIGS. 6A to 6C. FIGS. 6A to 6C are enlarged views of a range X surrounded by a dotted line in FIGS. 12D, 2D, and 5 respectively.

図６（ａ）に示すような凸形状構造体１３を有しないマスク１を用いた場合、開口部３近傍では、液滴には、矢印Ａで示される液体分子同士の凝集力（Ａと呼ぶ。）に起因する表面張力と、矢印Ｂで示される液体と基板あるいはマスク間の付着力の２つの力がかかる。特に低粘性の溶液の場合、Ａの力に対してＢの力が大きいために、液滴が広い範囲に広がってしまい、開口部３近傍に保持されない場合がある。また、Ａの力は液滴全体にほぼ均等にかかるため、通常、マスク上部の液滴５の形状はレンズ状となる。一方で、乾燥速度は単位面積当たりの液滴量が小さい場所ほど早く、前記レンズ状の液滴では、中心部に対し、端部の乾燥が速くなるため乾燥後は、中心部が盛り上がった形状になる。   When the mask 1 that does not have the convex structure 13 as shown in FIG. 6A is used, in the vicinity of the opening 3, the droplet has a cohesive force between liquid molecules indicated by an arrow A (referred to as A). .)) And the adhesion force between the liquid and the substrate or mask indicated by the arrow B are applied. In particular, in the case of a low-viscosity solution, since the force B is larger than the force A, the droplets spread over a wide range and may not be held near the opening 3. Further, since the force A is applied almost uniformly to the entire droplet, the shape of the droplet 5 on the mask is usually a lens. On the other hand, the drying speed is faster as the droplet volume per unit area is smaller, and in the case of the lens-shaped droplet, the drying of the end portion is faster with respect to the central portion, so that the central portion is raised after drying. become.

一方、図６（ｂ）及び（ｃ）に示すような凸形状構造体１３を有するマスク１を用いた場合、液滴には、矢印Ａ及びＢで示される力に加えて、矢印Ｃで示される溶液と凸形状構造体１３の間の付着力が働く。この力によって、溶液が広い範囲に広がることが抑制され、溶液は、凸形状構造体１３によって囲まれた領域に保持される。   On the other hand, when the mask 1 having the convex structure 13 as shown in FIGS. 6B and 6C is used, in addition to the forces indicated by the arrows A and B, the droplets are indicated by the arrow C. The adhesion force between the solution and the convex structure 13 works. This force prevents the solution from spreading over a wide range, and the solution is held in a region surrounded by the convex structure 13.

なお、図６（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、凸形状構造体１３表面での溶液の接触角が比較的小さい場合（親液性である場合）及び大きい場合（疎液性である場合）を示している。一般に、壁面と液体との吸着エネルギーの大きさ（吸着仕事Ｗ_SL）は液体の表面張力（γ_L）と接触角（θ）により
Ｗ_SL＝γ_L（１＋ｃｏｓθ） 〈Ｄｕｐｒｅ−Ｙｏｕｎｇの式〉
と表される。従って、θ＜１８０度ならば吸着相互作用が働く。例えば、テフロン（登録商標）樹脂と水との接触角は１１０度前後であり、比較的疎液性の関係であるが、凸形状構造体をテフロン（登録商標）にした時でもある程度液滴を引き付ける効果が確認された。逆にあまり親液性過ぎても良くないので、引き付けすぎず、溶液を乾燥の途中段階までとどめるには接触角の範囲として２０〜１００度が好ましい。 FIGS. 6B and 6C show the case where the contact angle of the solution on the surface of the convex structure 13 is relatively small (when lyophilic) and large (when lyophobic), respectively. ). In general, the magnitude of the adsorption energy between the wall surface and the liquid (adsorption work W _SL ) depends on the surface tension (γ _L ) and contact angle (θ) of the liquid: W _SL = γ _L (1 + cos θ) <Dupre-Young equation>
It is expressed. Therefore, if θ <180 degrees, the adsorption interaction works. For example, the contact angle between Teflon (registered trademark) resin and water is around 110 degrees, which is a relatively lyophobic relationship. However, even when the convex structure is made of Teflon (registered trademark), a certain amount of droplets are formed. The effect of attracting was confirmed. On the other hand, since it may not be too lyophilic, 20 to 100 degrees is preferable as the range of the contact angle in order to keep the solution in the middle of drying without attracting too much.

３．溶液塗布用パターン製膜用マスク１の構造及び製造方法
次に、図１（ａ）〜（ｃ）、図７及び図８を用いて本実施形態のマスク１の構造及び製造方法について説明する。 3. Structure and Manufacturing Method of Solution Application Pattern Film Formation Mask 1 Next, the structure and manufacturing method of the mask 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、液滴が揮発していく過程で、所望の製膜位置すなわち開口部３近傍に液滴を留めるには、それぞれの開口部３上の液体を外側に均等に引っ張って保持するのに十分な凸形状構造体１３をマスク薄板５上に点在させることが好ましい。長方形の開口部３が縦と横に規則的に配置されている場合、開口部３を取り囲む長方形の領域の全ての頂点に凸形状構造体１３を配置することが好ましい。この場合、開口部３の形状に適した長方形状に液滴形状を効果的に維持できるからである。なお、正方形は、長方形の一形態である。
開口部３を取り囲む領域は、開口部３の形状に相似の形状であることが好ましい。また、凸形状構造体１３は、図７に示すように、開口部３を取り囲む長方形の領域の全ての頂点と、長方形の全ての線分の中央に配置してもよい。 First, in the process of droplet volatilization, in order to keep the droplet at a desired film forming position, that is, in the vicinity of the opening 3, the liquid on each opening 3 is sufficiently pulled and held outward. It is preferable that the convex structures 13 are scattered on the mask thin plate 5. When the rectangular openings 3 are regularly arranged in the vertical and horizontal directions, it is preferable to arrange the convex structures 13 at all the vertices of the rectangular region surrounding the openings 3. This is because the droplet shape can be effectively maintained in a rectangular shape suitable for the shape of the opening 3. A square is a form of a rectangle.
The region surrounding the opening 3 is preferably a shape similar to the shape of the opening 3. Further, as shown in FIG. 7, the convex structure 13 may be arranged at all vertices of a rectangular region surrounding the opening 3 and at the center of all the line segments of the rectangle.

図１（ａ）〜（ｃ）では、凸形状構造体１３は、１つの開口部３を含む領域の周囲に配置されているが、図８に示すように凸形状構造体１３は、複数の開口部３を含む領域を取り囲むように配置されてもよい。   1A to 1C, the convex structure 13 is arranged around a region including one opening 3, but the convex structure 13 includes a plurality of convex structures 13 as shown in FIG. You may arrange | position so that the area | region containing the opening part 3 may be surrounded.

開口部３を含む領域を取り囲む凸形状構造体１３の数や隣接する２つの凸形状構造体１３間の距離（以下、「凸形状構造体１３間の距離」とも言う。）は、特に限定されない。しかし、凸形状構造体１３間の距離が短すぎると、凸形状構造体１３に多量の液滴が束縛されることになり、開口部３での液適量が不十分になる場合がある。従って、凸形状構造体１３間の距離は、１００μｍ以上であることが好ましい。また、凸形状構造体１３間の距離が長すぎると、凸形状構造体１３によって溶液が適切に保持されない場合があるので、凸形状構造体１３間の距離は、５ｍｍ以下が好ましい。凸形状構造体１３間の距離は、実質的に一定であることが好ましい。   The number of convex structures 13 surrounding the region including the opening 3 and the distance between two adjacent convex structures 13 (hereinafter also referred to as “distance between the convex structures 13”) are not particularly limited. . However, if the distance between the convex structures 13 is too short, a large amount of liquid droplets are bound to the convex structures 13, and the appropriate amount of liquid at the opening 3 may be insufficient. Therefore, the distance between the convex structures 13 is preferably 100 μm or more. Moreover, since the solution may not be appropriately held by the convex structure 13 if the distance between the convex structures 13 is too long, the distance between the convex structures 13 is preferably 5 mm or less. It is preferable that the distance between the convex structures 13 is substantially constant.

また、凸形状構造体１３は、加工精度と最低限の強度を備えた上でできる限り細い方が望ましい。この場合、液滴が必要以上に凸形状構造体１３に束縛されないからである。凸形状構造体１３を格子のライン上に配置する場合は、凸形状構造体１３の最大幅は、ライン幅の半分以下にするのが好ましい。   In addition, it is desirable that the convex structure 13 is as thin as possible with processing accuracy and minimum strength. In this case, it is because a droplet is not restrained by the convex structure 13 more than necessary. When the convex structure 13 is arranged on a line of the lattice, it is preferable that the maximum width of the convex structure 13 is not more than half of the line width.

凸形状構造体１３の高さは加工技術に依るが、凸形状構造体１３を支える強度が保てる範囲でできる限り高い方が好ましい。具体的には乾燥後のパターン膜１１の膜厚に対し、５倍以上の高さとすることが好ましい。前述の形状による制限の範囲内でその他の形状条件は任意であるが、周辺に対して等しく液滴に影響を及ぼすためには等方性形状すなわち回転体が望ましく、円柱状、円錐状、円錐台状が好ましい。また、凸形状構造体１３の形状は、円錐状又は円錐台状が特に好ましい。この場合、凸形状構造体１３のアスペクト比が大きい場合でも凸形状構造体１３が比較的安定であるからである。   The height of the convex structure 13 depends on the processing technique, but is preferably as high as possible within the range in which the strength supporting the convex structure 13 can be maintained. Specifically, the height of the pattern film 11 after drying is preferably 5 times or more. Other shape conditions are optional within the limits given by the above shapes, but isotropic shapes or rotating bodies are desirable to affect the droplets equally with respect to the perimeter, cylindrical, conical, conical A trapezoid is preferred. The shape of the convex structure 13 is particularly preferably a conical shape or a truncated cone shape. This is because the convex structure 13 is relatively stable even when the aspect ratio of the convex structure 13 is large.

また、開口部３のサイズが大きすぎると本実施形態のマスク１の有効性が減少する。開口部３のサイズが大きすぎると、液滴が開口部３の中央部から周辺部に流動してしまう場合があるからである。効果的に開口部３の中央部に液滴を留めるための条件は溶液粘度等にも依存するが、開口部３が長方形である場合、開口部３の大きさは、長辺方向の長さが５ｍｍ以下であることが好ましい。   If the size of the opening 3 is too large, the effectiveness of the mask 1 of the present embodiment is reduced. This is because if the size of the opening 3 is too large, the droplets may flow from the central part of the opening 3 to the peripheral part. The condition for effectively retaining the droplet at the center of the opening 3 depends on the solution viscosity and the like, but when the opening 3 is rectangular, the size of the opening 3 is the length in the long side direction. Is preferably 5 mm or less.

次に、開口部パターンを有する薄板５は、例えば、銅、鉄、ニッケル、クロム、コバルトなどの金属またはこれらの金属からなる合金などの金属性材料か、あるいはポリカーボネイト、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥＴなどの樹脂材料、ガラス、窒化物、炭化物などのセラミック材料を用いることができるが、薄板５の強度、伸縮、歪みの少なさ、加工手段などを考慮すると金属性材料が適している。薄板５の板厚は微細な開口部パターンを形成することを考慮すると薄い方が好ましいが、開口部パターンを形成したときに歪まない程度の強度を確保する必要があり、５０〜１００μｍの薄板５が強度と加工性の点で好適である。   Next, the thin plate 5 having the opening pattern is made of a metal material such as a metal such as copper, iron, nickel, chromium, cobalt, or an alloy made of these metals, or a polycarbonate, polyamide, polyimide, PET, or the like. A ceramic material such as a resin material, glass, nitride, or carbide can be used, but a metallic material is suitable in consideration of the strength of the thin plate 5, expansion and contraction, little distortion, processing means, and the like. The thickness of the thin plate 5 is preferably thin considering the formation of a fine opening pattern. However, it is necessary to secure a strength that does not distort when the opening pattern is formed, and the thin plate 5 having a thickness of 50 to 100 μm is required. Is preferable in terms of strength and workability.

薄板５上にある凸形状構造体１３の材料には、薄板５と同様の金属性材料、樹脂材料、セラミック材料などを用いることができる。   As the material of the convex structure 13 on the thin plate 5, the same metallic material, resin material, ceramic material, etc. as the thin plate 5 can be used.

薄板５と凸形状構造体１３との接合方法は、特に限定はされないが、金属同士の場合は熱圧着や拡散接合などの方法があり、金属と樹脂やセラミックのような異種材料の場合には加熱溶着、射出接合、レーザー接合、モールド加工などの方法により接合される。高アスペクトの凸形状構造は取り扱いにくいことを考えると、前記接合方法の中では、樹脂のモールド加工が実施しやすい。また、開口部パターンを形成した薄板５上に凸形状構造体１３になる凸形状構造体形成材料層を積層又は接合等により形成し、凸形状構造体形成材料層をパターニングすることにより薄板５上に凸形状構造体１３を有するマスク１を形成することも可能である。凸形状構造体形成材料層のパターニングは、例えば、凸形状構造体１３となる部分だけをマスキングして、残りの部分をレーザー加工、ブラスト加工、ドライエッチング加工などによって除去することによって行うことができる。また、開口部３の形成は、薄板５へのレーザー加工やエッチング加工、電鋳加工によって作製することができる。   The joining method of the thin plate 5 and the convex structure 13 is not particularly limited, but there are methods such as thermocompression bonding and diffusion joining in the case of metals, and in the case of different materials such as metal and resin or ceramic. Bonding is performed by methods such as heat welding, injection bonding, laser bonding, and mold processing. In view of the difficulty in handling high aspect convex structures, resin molding is easy to implement in the joining method. Further, a convex structure forming material layer that becomes the convex structure 13 is formed on the thin plate 5 on which the opening pattern is formed by lamination or bonding, and the convex structure forming material layer is patterned to form the convex structure 13 on the thin plate 5. It is also possible to form the mask 1 having the convex structure 13. The patterning of the convex structure forming material layer can be performed, for example, by masking only the portion to be the convex structure 13 and removing the remaining portion by laser processing, blast processing, dry etching processing, or the like. . The opening 3 can be formed by laser processing, etching processing, or electroforming processing on the thin plate 5.

４．デバイス分野への応用 4). Application to device field

以下、本実施形態のパターン製膜方法を用いて本発明の一実施形態の有機薄膜トランジスタ（以下、「ＴＦＴ」と呼ぶ。）を製造する方法の一例について説明する。ただし、本実施形態のパターン製膜方法は、有機ＴＦＴの製造以外にも、有機ＥＬ素子、有機ＬＥＤ、有機太陽電池、有機センサー、カラーフィルターなどの製造にも適用可能であり、溶液プロセスのパターニングを用いて作製される機能素子に幅広く応用することができる。   Hereinafter, an example of a method for producing an organic thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) according to an embodiment of the present invention using the pattern film forming method according to the present embodiment will be described. However, the pattern film forming method of this embodiment can be applied to the manufacture of organic EL elements, organic LEDs, organic solar cells, organic sensors, color filters, etc. in addition to the manufacture of organic TFTs, and patterning in solution processes. It can be widely applied to functional devices manufactured using

ここでは、図９（ａ）〜（ｃ）に示すようなボトムコンタクト型の有機ＴＦＴの製造方法を例にとって説明する。図９（ａ）は、有機ＴＦＴを形成した後の状態の基板２と、基板２から取り外されたマスク１とを示す斜視図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）中の点線で囲った領域Ｘの拡大図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）中の直線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。   Here, a manufacturing method of a bottom contact type organic TFT as shown in FIGS. 9A to 9C will be described as an example. FIG. 9A is a perspective view showing the substrate 2 after the organic TFT is formed and the mask 1 removed from the substrate 2. FIG. 9B is an enlarged view of a region X surrounded by a dotted line in FIG. FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 9B.

本実施形態のパターン製膜方法は、図９（ａ）〜（ｃ）中の有機半導体層２３の形成に適用されるので、それ以外の構成要素の作製方法等については、一般的な手法に基づいて簡単に説明するにとどめる。   Since the pattern film forming method of the present embodiment is applied to the formation of the organic semiconductor layer 23 in FIGS. 9A to 9C, a general method is used for a method for manufacturing other components. Only a brief explanation based on this.

まず、基板１５にはシリコンやガラス、有機材料ではポリイミドやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）のフィルムなどが用いられる。   First, silicon or glass is used for the substrate 15, and a film of polyimide or PEN (polyethylene naphthalate) is used as an organic material.

この基板１５上にゲート電極（図示せず）をフォトリソグラフィ工程やメタルマスクを用いて、スパッタや蒸着、あるいは塗布によりパターン作製する。電極材料には、金、白金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン、タンタル、タングステンの金属やＩＴＯのような導電性金属酸化物など当該分野で公知である材料から適宜選択して使用できる。その後、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリイミド膜などがゲート絶縁膜１７として、スパッタや蒸着、あるいは塗布により積層される。また、低抵抗のハイドープシリコン基板をゲート電極として用いることができ、ハイドープシリコン基板をそのまま熱酸化することによりゲート絶縁膜１７を形成したものもよく用いられる。   A gate electrode (not shown) is formed on the substrate 15 by sputtering, vapor deposition, or coating using a photolithography process or a metal mask. The electrode material can be appropriately selected from materials known in the art such as gold, platinum, silver, copper, aluminum, nickel, titanium, tantalum, tungsten metal and conductive metal oxide such as ITO. Thereafter, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a polyimide film, or the like is laminated as the gate insulating film 17 by sputtering, vapor deposition, or coating. Moreover, a low-resistance highly doped silicon substrate can be used as the gate electrode, and a highly insulating silicon substrate formed by thermally oxidizing the highly doped silicon substrate as it is is often used.

次に、平坦に製膜したゲート絶縁膜１７の上に一対のソース・ドレイン電極１９，２１を形成する。ソース・ドレイン電極１９，２１は、ゲート電極と同様の手法、材料を用いて形成することができる。電極膜厚や電極幅などは素子条件に応じて適宜選択される。   Next, a pair of source / drain electrodes 19 and 21 are formed on the gate insulating film 17 formed flat. The source / drain electrodes 19 and 21 can be formed using the same technique and material as the gate electrode. The electrode film thickness, electrode width, and the like are appropriately selected according to element conditions.

このようにして作製された構造素子上に、有機半導体材料を溶媒に溶解させた溶液を塗布し、乾燥させることによって有機半導体層２３を形成する。有機半導体材料を含む溶液をソース・ドレイン電極１９，２１の間のチャネル部分にのみ選択的に塗布するために、チャネル長より広めの開口部３を有する本実施形態のマスク１を基板上の素子に合わせて配置し、その状態でマスク１上に溶液を滴下し、その後、溶液を乾燥させることによって開口部３に対応した部分にパターン膜として有機半導体層２３が形成される。
低分子の有機半導体材料にはナフタセン、ペンタセンのようなアセン系化合物やペリレン、ルブレン、フラーレンなどがあり、溶解性が悪いものはアルキル側鎖を付与することによって溶解性を高めた誘導体を利用することができる。高分子の有機半導体材料には、ポリ−３−ヘキシルチオフェンのようなチオフェン系ポリマー、ポリフェニレンビニレン等が利用できる。有機半導体材料を溶解させる溶媒には、トルエン、キシレン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等を利用することができる。 An organic semiconductor layer 23 is formed by applying a solution obtained by dissolving an organic semiconductor material in a solvent on the structural element thus manufactured and drying it. In order to selectively apply a solution containing an organic semiconductor material only to the channel portion between the source / drain electrodes 19 and 21, the mask 1 of this embodiment having an opening 3 wider than the channel length is used as an element on the substrate. The organic semiconductor layer 23 is formed as a pattern film in a portion corresponding to the opening 3 by dropping the solution onto the mask 1 in that state and then drying the solution.
Low-molecular organic semiconductor materials include acene compounds such as naphthacene and pentacene, and perylene, rubrene, and fullerene. For those with poor solubility, use derivatives with enhanced solubility by adding alkyl side chains. be able to. As the high molecular organic semiconductor material, a thiophene polymer such as poly-3-hexylthiophene, polyphenylene vinylene, or the like can be used. As the solvent for dissolving the organic semiconductor material, toluene, xylene, dioxane, tetrahydrofuran, chloroform, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, or the like can be used.

本実施形態のマスク１を用いたパターン製膜方法は、基板に前処理を行うことなく基板上に所定のパターン膜を形成できる特徴があるが、半導体層の特性向上等、他の目的のためにあらかじめ表面処理を行った基板上に所定のパターン膜を形成する場合にも適用できる。   The pattern film forming method using the mask 1 of the present embodiment has a feature that a predetermined pattern film can be formed on the substrate without performing pretreatment on the substrate, but for other purposes such as improvement of characteristics of the semiconductor layer. The present invention can also be applied to the case where a predetermined pattern film is formed on a substrate that has been previously surface-treated.

以上、本実施形態のマスク１を用いた有機ＴＦＴの製造方法によって、パターニングのための前処理工程や高度なインクジェット技術を必要とせずに個々の素子上の製膜パターンを均一にすることが可能で、素子を集積化したときに素子間で特性のばらつきが少ないＴＦＴを提供できる。   As described above, the organic TFT manufacturing method using the mask 1 of the present embodiment makes it possible to make the film formation pattern on each element uniform without the need for pre-processing steps for patterning or advanced ink jet technology. Thus, it is possible to provide a TFT with little variation in characteristics between elements when the elements are integrated.

以下の実施例では、本発明の実施例のパターン製膜用マスク１を作製し、作製したマスク１を用いてパターン製膜を行った。また、作製したマスク１を用いて有機ＴＦＴの作製を行った。   In the following examples, the pattern film-forming mask 1 of the example of the present invention was produced, and pattern production was performed using the produced mask 1. An organic TFT was produced using the produced mask 1.

１．実施例１ 金属からなるパターン製膜用マスクの作製
図１（ａ）〜（ｃ）に示すような形状の、金属からなるパターン製膜用マスク１を以下の方法で作製した。 1. Example 1 Production of Pattern Film Formation Mask Made of Metal A pattern film formation mask 1 made of metal having a shape as shown in FIGS. 1A to 1C was produced by the following method.

まず、板厚０．０５ｍｍでサイズ２０ｍｍ×２０ｍｍのＳＵＳ材薄板に対して、縦２ｍｍ×横０．５ｍｍの長方形の開口部３を縦横３つずつ、１ｍｍ幅の格子を介して配列した開口部パターンをエッチング加工により形成し、開口部パターンを有する薄板５を作製した。   First, on a SUS thin plate having a thickness of 0.05 mm and a size of 20 mm × 20 mm, rectangular openings 3 each having a length of 2 mm and a width of 0.5 mm are arranged via a grid having a width of 1 mm, 3 by 3 mm. A pattern was formed by etching to produce a thin plate 5 having an opening pattern.

次に、薄板５上の格子の交差部分中央に薄板５と同様の材料であるＳＵＳ材でできた直径０．５ｍｍ、高さ１ｍｍの円柱状の凸形状構造体１３をレーザー溶接により接合することにより、薄板５上に凸形状構造体１３を有するマスク１を作製した。   Next, a cylindrical convex structure 13 having a diameter of 0.5 mm and a height of 1 mm made of SUS material which is the same material as the thin plate 5 is joined to the center of the intersecting portion of the lattice on the thin plate 5 by laser welding. Thus, the mask 1 having the convex structure 13 on the thin plate 5 was produced.

２．実施例２ 金属と樹脂からなるパターン製膜用マスクの作製
図１（ａ）〜（ｃ）に示すような形状の、金属と樹脂からなるパターン製膜用マスク１を以下の方法で作製した。 2. Example 2 Production of Pattern Film Formation Mask Composed of Metal and Resin A pattern film formation mask 1 made of metal and resin having a shape as shown in FIGS. 1A to 1C was produced by the following method.

まず、実施例１と同様の方法で開口部パターンを有する薄板５を作製した。   First, a thin plate 5 having an opening pattern was produced in the same manner as in Example 1.

次に、直径０．５ｍｍの細孔が縦３ｍｍ間隔、横１．５ｍｍ間隔で配列された板厚１ｍｍのニッケル材で別のパターンマスクを用意した。細孔の内側はフッ素樹脂によるコーティング加工を施した。   Next, another pattern mask was prepared using a nickel material having a thickness of 1 mm in which pores having a diameter of 0.5 mm were arranged at intervals of 3 mm in length and 1.5 mm in width. The inside of the pore was coated with a fluororesin.

このパターンマスクの細孔位置が、先に作製した薄板５の格子の交差部分中央に一致するように配置した。次に、細孔内にエポキシ樹脂を流し込み、熱硬化させて、その後にパターンマスクを取り外すことにより、直径０．５ｍｍ、高さ１ｍｍ程度の円柱状の樹脂からなる凸形状構造体１３を薄板５上に有するマスク１を作製した。   The pattern mask was arranged so that the pore position coincided with the center of the intersecting portion of the lattice of the thin plate 5 produced earlier. Next, by pouring an epoxy resin into the pores, thermosetting, and then removing the pattern mask, the convex structure 13 made of a cylindrical resin having a diameter of about 0.5 mm and a height of about 1 mm is formed on the thin plate 5. A mask 1 having the above was manufactured.

３．実施例３ 金属とガラスからなるパターン製膜用マスクの作製
図１（ａ）〜（ｃ）に示す形状の、金属とガラスからなるパターン製膜用マスク１を以下の方法で作製した。 3. Example 3 Production of Mask for Pattern Formation Made of Metal and Glass Pattern production mask 1 made of metal and glass having the shape shown in FIGS. 1A to 1C was produced by the following method.

まず、実施例１と同様の方法で開口部パターンを有する薄板５を作製した。
次に、低融点ガラスを含む凸形状構造体形成材料層を薄板５上に形成した。
次に、凸形状構造体形成材料層にドライフィルムレジストを貼り付け、凸形状構造体１３となる部分だけがマスキングされるようにドライフィルムレジストを露光及び現像によりパターニングしてマスキングパターンを形成し、その後、ブラスト加工により、凸形状構造体形成材料層のうちマスキングされていない部分を除去して、格子の交差部分に高さ１ｍｍ、底面直径０．５ｍｍの円錐台状の凸形状構造体１３を薄板５上に有するマスク１を作製した。 First, a thin plate 5 having an opening pattern was produced in the same manner as in Example 1.
Next, a convex structure forming material layer containing a low melting point glass was formed on the thin plate 5.
Next, a dry film resist is applied to the convex structure forming material layer, and the dry film resist is patterned by exposure and development so that only the portion that becomes the convex structure 13 is masked to form a masking pattern, Thereafter, the unmasked portion of the convex structure forming material layer is removed by blasting, and a truncated cone-shaped convex structure 13 having a height of 1 mm and a bottom surface diameter of 0.5 mm is formed at the intersection of the lattice. The mask 1 having on the thin plate 5 was produced.

４．実施例４ パターン製膜用マスクを用いたペンタセンのパターン製膜
実施例１で作製したマスク１を用いて、以下の方法により、ペンタセンのパターン製膜を行った。 4). Example 4 Pattern formation of pentacene using a mask for pattern formation Using the mask 1 prepared in Example 1, pattern formation of pentacene was performed by the following method.

まず、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ホットプレート２５上に配置された鉄板２７上に２０ｍｍ角の被塗布基板７を配置し、基板７上に実施例１で作製したマスク１を配置し、マスク１の４隅に磁石を配置することによってマスク１を基板７上に固定した。図１０（ａ）は平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。図１０（ａ）ではホットプレート２５と鉄板２７は図示を省略している。   First, as shown in FIGS. 10A and 10B, a 20 mm square substrate 7 to be coated is disposed on an iron plate 27 disposed on a hot plate 25, and the mask produced in Example 1 on the substrate 7. 1 was placed and the mask 1 was fixed on the substrate 7 by placing magnets at the four corners of the mask 1. 10A is a plan view, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 10A. In FIG. 10A, the hot plate 25 and the iron plate 27 are not shown.

次に、基板７を１５０℃に加熱した状態で、１，２，４−トリクロロベンゼン（沸点２１３℃）に０．１〜０．３ｗｔ％濃度でペンタセンを加えて基板温度と同じ１５０℃に加熱することにより作製した溶液を基板７上に２００μｍ滴下した。   Next, in a state where the substrate 7 is heated to 150 ° C., pentacene is added to 1,2,4-trichlorobenzene (boiling point 213 ° C.) at a concentration of 0.1 to 0.3 wt% and heated to 150 ° C. which is the same as the substrate temperature. The solution prepared in this manner was dropped on the substrate 7 by 200 μm.

滴下した溶液を十分に乾燥させた後、基板７をゆっくりと冷却し、マスク１を取り外すことにより、ペンタセンからなるパターン膜を形成した。パターン膜は、マスク１との接触していた部分に凹凸が見られるものの、中央部と周辺部の状態が均一な長方形の形状をした結晶性膜であった。   After the dripped solution was sufficiently dried, the substrate 7 was slowly cooled, and the mask 1 was removed to form a pattern film made of pentacene. The pattern film was a crystalline film having a rectangular shape in which the central portion and the peripheral portion were in a uniform state, although unevenness was observed in the portion that was in contact with the mask 1.

５．比較例１ 表面が平坦なマスクを用いたパターン製膜
次に、実施例１の薄板５のみからなるマスク（つまり、凸形状構造体１３を有さないマスク）１を用いて、実施例４と同様の方法により、パターン膜を形成した。 5. Comparative Example 1 Pattern Formation Using a Mask with a Flat Surface Next, Example 4 was used with a mask (that is, a mask having no convex structure 13) 1 made only of the thin plate 5 of Example 1. A pattern film was formed by the same method.

比較例１で形成されたパターン膜には、実施例４のように均一な膜も含まれていたが、膜厚が薄かったり、中央部と周辺部の状態が異なっていたりと不均一な膜も含まれていた。   The pattern film formed in Comparative Example 1 includes a uniform film as in Example 4. However, the film is not uniform because the film thickness is thin or the central part and the peripheral part are different. Was also included.

６．実施例５ ペンタセン有機ＴＦＴの作製
実施例４のパターン製膜方法を用いてペンタセンＴＦＴを作製した。 6). Example 5 Production of Pentacene Organic TFT A pentacene TFT was produced using the pattern film forming method of Example 4.

まず、２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさに切断した３００ｎｍの熱酸化膜付ハイドープシリコン基板の洗浄及び乾燥を行った。基板の洗浄及び乾燥方法は、アセトン、イソプロピルアルコール、超純水の順に各１０分間超音波洗浄処理を行ったあと、その後、取り出して窒素フローで乾燥させてから１２０℃オーブンで１０分間乾燥処理した。   First, a highly doped silicon substrate with a 300 nm thermal oxide film cut to a size of 20 mm × 20 mm was washed and dried. The substrate was washed and dried by ultrasonic cleaning for 10 minutes each in the order of acetone, isopropyl alcohol, and ultrapure water, then taken out and dried in a nitrogen flow, and then dried in a 120 ° C. oven for 10 minutes. .

次に、フォトリソグラフィ工程を経て、リフトオフ法によりソース・ドレイン電極を作製した。具体的には、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、フォトレジストをスピンコートにより塗布およびベーク処理したのち、縦２ｍｍ×横０．５ｍｍの開口部が２０μｍの間隔を隔てて横に２つ並んだ構成のソース・ドレイン電極用フォトマスクを用いて、露光処理を行った。露光処理後、アルカリ性現像液にて現像処理を行うことで、ソース・ドレイン電極部分のレジストを剥離した。その後、得られた基板を超純水でよく洗浄した後、金蒸着用のチャンバーに導入及び設置し，抵抗加熱によりクロム１０ｎｍと金５０ｎｍを順に蒸着して、ソース及びドレイン電極を形成した。このときの蒸着条件として、チャンバー内の真空度は５×１０^-5Ｐａ、蒸着速度２．０Å／ｓで蒸着を行った。蒸着後、基板を最初と同じようにアセトン、イソプロピルアルコール、超純水の順で洗浄下のち、乾燥させることで、電極素子付き基板を準備した。 Next, through a photolithography process, source / drain electrodes were formed by a lift-off method. Specifically, after hexamethyldisilazane (HMDS) and photoresist are applied and baked by spin coating, two openings of 2 mm in length and 0.5 mm in width are arranged side by side at an interval of 20 μm. The exposure process was performed using the photomask for source / drain electrodes. After the exposure treatment, the resist at the source / drain electrode portion was removed by developing with an alkaline developer. Thereafter, the obtained substrate was thoroughly washed with ultrapure water, and then introduced and placed in a chamber for gold deposition, and 10 nm of chromium and 50 nm of gold were sequentially deposited by resistance heating to form source and drain electrodes. As the vapor deposition conditions at this time, the vacuum in the chamber was 5 × 10 ⁻⁵ Pa, and vapor deposition was performed at a vapor deposition rate of 2.0 kg / s. After vapor deposition, the substrate was washed with acetone, isopropyl alcohol, and ultrapure water in the same manner as in the beginning, and then dried to prepare a substrate with electrode elements.

次に、先ほど作製した電極素子付き基板上に実施例４と同様の方法でペンタセンからなるパターン膜を作製してペンタセン有機ＴＦＴを作製した。   Next, a pentacene organic TFT was produced by producing a pattern film made of pentacene by the same method as in Example 4 on the substrate with electrode elements produced earlier.

作製した該ペンタセン有機ＴＦＴのペンタセンからなるパターン膜は、チャネルと電極部分にのみ、形状の斑が少なく、きれいに形成されていた。その素子特性としてＩｄ−Ｖｇ特性から移動度を算出したところ、０．３３+/-０．０６ｃｍ²／Ｖｓで、一般的なペンタセンの蒸着膜と同様の高い移動度を維持しつつ、９点の素子間のばらつきも抑えることができた。 The produced pattern film made of pentacene of the pentacene organic TFT was cleanly formed with few uneven shapes only in the channel and the electrode portion. When the mobility was calculated from the Id-Vg characteristic as the element characteristic, it was 0.33 +/− 0.06 cm ² / Vs, and while maintaining the same high mobility as a general pentacene deposited film, It was possible to suppress variations among the elements.

６．比較例２ ペンタセン有機ＴＦＴの作製
実施例４のパターン製膜方法の代わりに比較例４のパターン製膜方法を用いてペンタセンからなるパターン膜を作製した以外は、実施例５と同様の方法によりペンタセンＴＦＴを作製した。 6). Comparative Example 2 Preparation of Pentacene Organic TFT Pentacene was prepared in the same manner as in Example 5 except that a pattern film made of pentacene was prepared by using the pattern film forming method of Comparative Example 4 instead of the pattern film forming method of Example 4. A TFT was produced.

比較例２で形成されたパターン膜には、一部が欠けた膜や、膜厚が薄く見た目の膜色が異なる膜が含まれていた。これは、マスクの開口部の全体に十分な塗布がされていないために生じたと考えられる。
得られたＴＦＴ素子の特性を評価して９点の移動度を算出したところ、そのうちの５点では０．２６+/-０．０５ｃｍ²／Ｖｓ、残りの４点では順に０．０７、０．０８、０．１２、０．１５ｃｍ²／Ｖｓという値で、移動度の低下および素子ごとのばらつきが現れた。 The pattern film formed in Comparative Example 2 includes a film that is partially missing or a film that is thin and has a different apparent film color. This is considered to be caused by insufficient application of the entire mask opening.
The mobility of nine points was calculated by evaluating the characteristics of the obtained TFT element. Of these, five points were 0.26 +/- 0.05 cm ² / Vs, and the remaining four points were 0.07, 0 in order. The values of 0.08, 0.12, and 0.15 cm ² / Vs showed a decrease in mobility and variations among elements.

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態の溶液塗布用パターン製膜用マスクの構造を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）中のＩ−Ｉ断面図である。(A)-(c) shows the structure of the pattern formation mask for solution application of one Embodiment of this invention, (a) is a perspective view, (b) is a top view, (c) These are II sectional drawings in (b). （ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態のパターン製膜方法を示す断面図であり、（ａ）は溶液滴下前の状態、（ｂ）は溶液滴下直後の状態、（ｃ）及び（ｄ）は乾燥途中の状態、（ｅ）は乾燥後の状態を示す。(A)-(e) is sectional drawing which shows the pattern film forming method of one Embodiment of this invention, (a) is the state before solution dropping, (b) is the state immediately after solution dropping, (c). And (d) shows the state in the middle of drying, (e) shows the state after drying. 図２（ｃ）の状態を上から見た状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which looked at the state of FIG.2 (c) from the top. 図２（ｄ）の状態を上から見た状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which looked at the state of FIG.2 (d) from the top. 凸形状構造体表面での溶液の接触角が比較的大きい場合の、図２（ｄ）に対応した断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG.2 (d) in case the contact angle of the solution in a convex-shaped structure surface is comparatively large. （ａ）〜（ｃ）は、凸形状構造体によって溶液が保持される作用について説明するための図であり、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１２（ｄ）、図２（ｄ）及び図５中の点線で囲った範囲Ｘの拡大図である。(A)-(c) is a figure for demonstrating the effect | action by which a solution is hold | maintained by a convex-shaped structure, (a)-(c) is respectively FIG.12 (d), FIG.2 (d). And an enlarged view of a range X surrounded by a dotted line in FIG. 本発明の別の実施形態の溶液塗布用パターン製膜用マスクの構造を示す図１（ｂ）に対応した平面図である。It is a top view corresponding to FIG.1 (b) which shows the structure of the mask for film forming patterns for solution application of another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態の溶液塗布用パターン製膜用マスクの構造を示す図１（ｂ）に対応した平面図である。It is a top view corresponding to FIG.1 (b) which shows the structure of the mask for film forming patterns for solution application of another embodiment of this invention. （ａ）は、有機ＴＦＴを形成した後の状態の基板２と、基板から取り外された本発明の一実施形態の溶液塗布用パターン製膜用マスク１とを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）中の点線で囲った領域Ｘの拡大図であり、（ｃ）は、（ｂ）中の直線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。(A) is a perspective view which shows the board | substrate 2 of the state after forming organic TFT, and the mask 1 for pattern formation of the solution application patterns of one embodiment of this invention removed from the board | substrate, (b) (A) is an enlarged view of a region X surrounded by a dotted line in (a), and (c) is a cross-sectional view along a straight line II in (b). （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の溶液塗布用パターン製膜用マスクを基板上に配置する方法を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は、（ａ）中のＩ−Ｉ断面図である。(A) And (b) shows the method of arrange | positioning the pattern formation mask for solution coating of one Embodiment of this invention on a board | substrate, (a) is a top view, (b) is (a It is II sectional drawing in the inside. 平坦な薄板からなる溶液塗布用パターン製膜用マスクの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the mask for film formation for solution application which consists of a flat thin plate. （ａ）〜（ｅ）は、図１１のマスクを用いたパターン製膜方法を示す断面図であり、（ａ）は溶液滴下前の状態、（ｂ）は溶液滴下直後の状態、（ｃ）及び（ｄ）は乾燥途中の状態、（ｅ）は乾燥後の状態を示す。(A)-(e) is sectional drawing which shows the pattern film-forming method using the mask of FIG. 11, (a) is the state before solution dropping, (b) is the state immediately after solution dropping, (c). And (d) shows the state in the middle of drying, (e) shows the state after drying. 図１２（ｃ）の状態を上から見た状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which looked at the state of FIG.12 (c) from the top. 図１２（ｄ）の状態を上から見た状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which looked at the state of FIG.12 (d) from the top.

符号の説明Explanation of symbols

１：溶液塗布用パターン製膜用マスク ２：有機ＴＦＴを形成した後の状態の基板 ３：開口部 ５：開口部パターンを有する薄板 ７：被塗布基板 ９：液滴 １１：パターン膜 １３：凸形状構造体 １５：基板 １７：ゲート絶縁膜 １９，２１：一対のソース・ドレイン電極 ２３：有機半導体層 ２５：ホットプレート ２７：鉄板 ２９：磁石
矢印Ａ：液体分子同士の凝集力 矢印Ｂ：液体と基板又は液体とマスクの間の付着力 矢印Ｃ：液体と凸形状構造体１３の間の付着力 1: Mask for film formation for solution coating 2: Substrate after organic TFT is formed 3: Opening 5: Thin plate with opening pattern 7: Substrate to be coated 9: Droplet 11: Pattern film 13: Convex Shape Structure 15: Substrate 17: Gate Insulating Film 19, 21: Pair of Source / Drain Electrodes 23: Organic Semiconductor Layer 25: Hot Plate 27: Iron Plate 29: Magnet Arrow A: Cohesive Force Between Liquid Molecules Arrow B: Liquid Adhesive force between substrate or liquid and mask Arrow C: Adhesive force between liquid and convex structure 13

Claims (7)

少なくとも１つの開口部からなる開口部パターンを有する薄板と、前記薄板上に設けられ且つ前記開口部パターン中の少なくとも１つの前記開口部を含む少なくとも１つの領域を取り囲むように配置された複数の凸形状構造体とを備える溶液塗布用パターン製膜用マスク。 A thin plate having an opening pattern composed of at least one opening, and a plurality of protrusions disposed on the thin plate so as to surround at least one region including at least one opening in the opening pattern. A pattern-forming mask for solution coating, comprising a shape structure. 前記開口部パターンは、複数の開口部からなり、
前記凸形状構造体は、前記開口部パターン中の少なくとも１つの前記開口部を含む複数の領域をそれぞれ取り囲むように配置される請求項１に記載のマスク。 The opening pattern consists of a plurality of openings,
The mask according to claim 1, wherein the convex structure is arranged so as to surround each of a plurality of regions including at least one of the openings in the opening pattern. 前記凸形状構造体の形状は、回転体である請求項１又は２に記載のマスク。 The mask according to claim 1, wherein a shape of the convex structure is a rotating body. 少なくとも１つの前記開口部を含む前記領域は、長方形であり、
前記凸形状構造体は、前記長方形の全ての頂点に配置される請求項１〜３の何れか１つに記載のマスク。 The region including at least one of the openings is rectangular;
The mask according to claim 1, wherein the convex structure is disposed at all vertices of the rectangle. 少なくとも１つの開口部からなる開口部パターンを薄板に形成し、
前記薄板上に凸形状構造体形成材料層を形成し、
前記開口部パターン中の少なくとも１つの前記開口部を含む少なくとも１つの領域を取り囲む複数の凸形状構造体が形成されるように前記凸形状構造体形成材料層をパターニングする工程を備える溶液塗布用パターン製膜用マスクの製造方法。 Forming an opening pattern consisting of at least one opening on a thin plate;
Forming a convex structure forming material layer on the thin plate;
A pattern for solution application comprising a step of patterning the convex structure forming material layer so as to form a plurality of convex structures surrounding at least one region including at least one of the openings in the opening pattern. Manufacturing method of mask for film formation. 請求項１〜４の何れか１つに記載のマスクを被塗布基板上に配置し、
膜材料の溶液を前記マスクの上から滴下し、
前記溶液を乾燥させて前記開口部に対応した位置にパターン膜を形成する工程を備えるパターン膜の製造方法。 The mask according to any one of claims 1 to 4 is disposed on a substrate to be coated,
A film material solution is dropped from above the mask,
A method of manufacturing a pattern film, comprising: drying the solution to form a pattern film at a position corresponding to the opening. ゲート電極、ゲート絶縁膜、ソース電極、ドレイン電極と有機材料からなる半導体層から構成される有機薄膜トランジスタの製造方法において、
前記半導体層は、請求項６に記載の方法によって形成される有機薄膜トランジスタの製造方法。 In the method for producing an organic thin film transistor including a gate electrode, a gate insulating film, a source electrode, a drain electrode and a semiconductor layer made of an organic material,
The said semiconductor layer is a manufacturing method of the organic thin-film transistor formed by the method of Claim 6.

Images