JP4407673B2 - バンク構造、電子回路、及び電子デバイスの製造方法、並びにパターン形成方法 - Google Patents

バンク構造、電子回路、及び電子デバイスの製造方法、並びにパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明は、バンク構造の製造方法に関し、特に、インクジェットプロセスを用いた電子デバイスの製造に好適なバンク構造の製造方法に関する。
バンクパターンで縁取られた領域上にインクジェット法で配線パターンを形成することが知られている(特許文献1)。また、微細なパターンを形成する技術としてナノインプリント技術が知られている(非特許文献2)。
特開2006−66673号公報(図6) 松井信二、「ナノインプリント技術」、表面化学、第25巻、第10号、2004年、p628−634
従来のバンクパターンは、フォトリソグラフィー技術で形成される。ここで、フォトリソグラフィー技術は高価な露光装置を必要とするため、バンクパターンの製造コストを下げる際のボトルネックになっている。一方で、マイクロエンボス法は、良好なパターン品質と、高解像度と、低製造コストと、を提供する。
本発明は上記課題を鑑みてなされ、その目的の一つは、インクジェット法によるパターン形成に適したバンク構造を低製造コストで製造する方法を提供することである。
本発明のある態様によれば、バンク構造の製造方法が、下地表面上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に濡れ性改質層を形成する工程(b)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(c)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(d)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(e)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(e)の後で、前記第2の層を取り除く工程(f)と、を包含している。ここで、前記工程(d)は、前記第2の層上でバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成することを含んでよいし、前記工程(e)は、前記第2の層をマスクとして用いて、前記第1の層と前記濡れ性改質層とをエッチングすることを含んでよい。
本発明のある態様によれば、バンク構造の製造方法が、基体上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に濡れ性改質層を形成する工程(b)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(c)と、前記第2の層にエンボス処理を施すことにより、前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成する工程(d)と、前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写してバンク構造を形成する工程(e)と、前記濡れ性改質層の表面を露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(e)の後で、前記第2の層を取り除く工程(f)と、を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記濡れ性改質層の撥液性は前記第1の層の撥液性よりも高い。
本発明の他の態様によれば、前記バンク構造の前記凹領域を縁取る側面と、前記上面と、の間で濡れ性の差異が生じるように、前記工程(e)と(f)との間で前記側面の親液性を向上させる工程(g)をさらに包含してもよい。
本発明の他の態様によれば、前記凹領域の深さは2μm以上である。
本発明のある態様によれば、パターン形成方法が、下地表面上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に濡れ性改質層を形成する工程(b)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(c)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(d)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(e)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(e)の後で、前記第2の層を取り除く工程(f)と、前記凹領域に所定材料を含有した機能液を配置して、前記凹領域内に前記所定材料を含んだパターンを形成する工程(g)と、を包含している。
本発明のある態様によれば、パターン形成方法が、基体上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に濡れ性改質層を形成する工程(b)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(c)と、前記第2の層にエンボス処理を施すことにより、前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成する工程(d)と、前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写して凹領域を縁取るバンク構造を形成する工程(e)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(e)の後で、前記第2の層を取り除く工程(f)と、前記凹領域にノズルから液滴として吐出されうる流動性を備える機能液を配置して、前記凹領域内に前記機能液を含んだパターンを形成する工程(g)と、を包含している。
本発明の他の態様では、前記工程(g)は、インクジェットヘッドから前記機能液を吐出して、前記凹領域に前記機能液を配置する工程(g1)を含んでいる。
本発明の他の態様では、前記工程(g)は、インクジェットヘッドの前記ノズルから前記機能液を吐出して、前記凹領域に前記機能液を配置する工程(g1)を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は導電性材料であり、前記工程(g)によって導電性パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料が強誘電体材料であり、前記工程(g)によって強誘電体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料が半導体材料であり、前記工程(g)によって半導体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料が誘電体材料であり、前記工程(g)によって誘電体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は電気発光材料であり、前記工程(g)によって電気発光体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、電子回路の製造方法が上記パターン形成方法を包含している。
本発明の他の態様によれば、電子デバイスの製造方法が、上記パターン形成方法を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記凹領域の深さは2μm以上である。
本発明のある態様によれば、バンク構造が、下地表面上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に濡れ性改質層を形成する工程(b)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(c)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(d)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(e)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンクパターンの上面になるように、前記工程(e)の後で、前記第2の層を取り除く工程(f)と、を包含した製造方法によって製造されている。
本発明の他の態様によれば、電子回路が、バンク構造と、前記凹領域に設けられた導電性パターン、強誘電体パターン、半導体パターン、誘電体パターン、および電気発光体パターンの少なくとも一つと、を備えている。
本発明の他の態様によれば、電子デバイスが、上記バンク構造と、前記凹領域に設けられた導電性パターン、強誘電体パターン、半導体パターン、誘電体パターン、および電気発光体パターンの少なくとも一つと、を備えている。
本発明のある態様によれば、バンク構造の製造方法が、下地表面上に濡れ性改質層で覆われた第1の層を形成する工程(a)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(d)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、を包含している。
本発明のある態様によれば、バンク構造の製造方法が、濡れ性改質層で覆われた第1の層を基体上に形成する工程(a)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にエンボス処理を施すことにより、前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成する工程(c)と、前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写してバンク構造を形成する工程(d)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記工程(c)は、前記第2の層上でバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成することを含み、前記工程(d)は、前記第2の層をマスクとして用いて、前記第1の層と前記濡れ性改質層とをエッチングすることを含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記工程(a)は、前記第1の層の材料と界面活性剤とを含有した溶液を前記下地表面上に配置することと、前記第1の層の前記材料と前記界面活性剤とからそれぞれ前記第1の層と前記濡れ性改質層とが得られるように、前記配置された溶液を焼成することと、を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記工程(a)は、前記第1の層の材料と界面活性剤とを含有した溶液を前記基体上に配置することと、前記第1の層の前記材料と前記界面活性剤とからそれぞれ前記第1の層と前記濡れ性改質層とが得られるように、前記配置された溶液を加熱することと、を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記工程(a)は、前記第1の層の材料と前記濡れ性改質層の材料とを含有した溶液を前記下地表面上に配置して、相分離によって前記第1の層の前記材料と前記濡れ性改質層の前記材料とからそれぞれ前記第1の層と前記濡れ性改質層を得ることを含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記工程(a)は、前記第1の層の材料と前記濡れ性改質層の材料とを含有した溶液を前記基体上に配置して、前記第1の層の前記材料と前記濡れ性改質層の前記材料とからそれぞれ前記第1の層と前記濡れ性改質層を相分離によって得ることを含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記工程(a)は、前記下地表面上に前記第1の層を形成することと、前記濡れ性改質層が得られるように前記第1の層に物理処理または化学処理を施すことと、を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記工程(a)は、前記基体上に前記第1の層を形成することと、前記濡れ性改質層が得られるように前記第1の層に物理処理または化学処理を施すことと、を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記下地表面は、ITO層または基板上に形成された自己組織化分子層によって実現されている。
本発明の他の態様によれば、前記基体表面は、ITO層または基板上に形成された自己組織化分子層によって実現されている。
本発明の他の態様によれば、前記凹領域の深さは2μm以上である。
本発明のある態様によれば、パターン形成方法が、下地表面上に濡れ性改質層で覆われた第1の層を形成する工程(a)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(d)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、前記凹領域に所定材料を含有した機能液を配置して、前記凹領域内に前記所定材料を含んだパターンを形成する工程(f)と、を包含している。
本発明のある態様によれば、パターン形成方法が、濡れ性改質層で覆われた第1の層を基体上に形成する工程(a)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成するように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(d)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、前記凹領域にノズルから液滴として吐出されうる流動性を備える機能液を配置して、前記凹領域内に前記所定材料を含んだパターンを形成する工程(f)と、を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記工程(f)は、インクジェットヘッドから前記機能液を吐出して、前記凹領域に前記機能液を配置する工程(f1)を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記工程(f)は、インクジェットヘッドの前記ノズルから前記機能液を吐出して、前記凹領域に前記機能液を配置する工程(f1)を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は導電性材料であり、前記工程(f)によって導電性パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は強誘電体材料であり、前記工程(f)によって強誘電体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は半導体材料であり、前記工程(f)によって半導体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は誘電体材料であり、前記工程(f)によって誘電体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は電気発光材料であり、前記工程(f)によって電気発光体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、電子回路の製造方法が上記パターン形成方法を包含している。
本発明の他の態様によれば、電子デバイスの製造方法が上記パターン形成方法を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記凹領域の深さは2μm以上である。
本発明のある態様によれば、バンク構造が、下地表面上に濡れ性改質層で覆われた第1の層を形成する工程(a)と、前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(d)と、前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、を包含した製造方法で製造されている。
本発明の他の態様によれば、電子回路が、上記バンク構造と、前記凹領域に設けられた導電性パターン、強誘電体パターン、半導体パターン、誘電体パターン、および電気発光体パターンの少なくとも一つと、を備えている。
本発明の他の態様によれば、電子デバイスが、上記バンク構造と、前記凹領域に設けられた導電性パターン、強誘電体パターン、半導体パターン、誘電体パターン、および電気発光体パターンの少なくとも一つと、を備えている。
本発明のある態様によれば、バンク構造の製造方法が、下地表面上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記第1の層へ転写する工程(d)と、前記第1の層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記工程(c)は、前記第2の層上でバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成することを含み、前記工程(d)は、前記第2の層をマスクとして用いて、前記第1の層をエッチングすることを含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記凹領域の深さは2μm以上である。
本発明のある態様によれば、パターン形成方法が、下地表面上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記第1の層へ転写する工程(d)と、前記第1の層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、前記凹領域に所定材料を含有した機能液を配置して、前記凹領域内に前記所定材料を含んだパターンを形成する工程(f)と、を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記工程(f)は、インクジェットヘッドから前記機能液を吐出して、前記凹領域に前記機能液を配置する工程(f1)を含んでいる。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は導電性材料であり、前記工程(f)によって導電性パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は強誘電体材料であり、前記工程(f)によって強誘電体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は半導体材料であり、前記工程(f)によって半導体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は誘電体材料であり、前記工程(f)によって誘電体パターンが形成される。
本発明の他の態様によれば、前記所定材料は電気発光材料であり、前記工程(f)によって電気発光体パターンが形成される。
本発明のある態様によれば、電子回路の製造方法が、上記パターン形成方法を包含している。
本発明の他の態様によれば、電子デバイスの製造方法が上記パターン形成方法を包含している。
本発明の他の態様によれば、前記凹領域の深さは2μm以上である。
本発明のある態様によれば、バンク構造が、下地表面上に第1の層を形成する工程(a)と、前記第1の層上に第2の層を形成する工程(b)と、前記第2の層にバンクパターンを与えるように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記第1の層へ転写する工程(d)と、前記第1の層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、を包含した製造方法で製造されている。
本発明の他の態様によれば、電子回路が、上記バンク構造と、前記凹領域に設けられた導電性パターン、強誘電体パターン、半導体パターン、誘電体パターン、および電気発光体パターンの少なくとも一つと、を備えている。
本発明の他の態様によれば、電子デバイスが、上記バンク構造と、前記凹領域に設けられた導電性パターン、強誘電体パターン、半導体パターン、誘電体パターン、および電気発光体パターンの少なくとも一つと、を備えている。
本発明のある態様によれば、バンク構造の製造方法が、少なくとも最上層と最下層とを有した多層構造を下地表面上に形成する工程(a)と、前記最上層にバンクパターンを与えるように、前記最上層にエンボス処理を施す工程(b)と、凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記バンクパターンを前記最下層へ転写する工程(c)と、前記工程(c)の後で、前記最上層を取り除く工程(d)と、を包含している。
本実施形態のバンク構造の製造工程は、電子デバイスの製造工程の一部として実現されている。ここで、電子デバイスとは、例えば、強誘電メモリデバイス、発光ダイオード、薄膜トランジスタ、電気化学セル、光電装置、液晶表示装置、プラズマ表示装置、有機EL表示装置、電気泳動表示装置、等を包含する用語である。
以下では、「エンボス処理」は、例えば、マイクロエンボス処理、ナノインプリント処理、等を包含する用語である。あるいは、後述するように、「エンボス処理」は、例えば、ホットエンボス処理、室温エンボス処理、光エンボス処理、等を包含する用語である。さらに、「インクジェット法」は、インクジェット印刷法を包含する用語である。そして、「インクジェットプロセス」とは、インクジェット印刷法、すなわちインクジェット法、に基づいたプロセスを意味している。
本実施形態のバンク構造の製造方法は、例えば2層構造および3層構造に代表される多層構造にエンボス処理を施す工程を包含している。以下では、バンク構造の製造方法の理解を容易にする目的で、まず、バンク構造とその種類とについて概略を説明する。
(A.バンク構造の形状の概略)
図1(a)および(b)に示すそれぞれのバンク構造1は、どちらも所定の厚さを有した少なくとも一つのバンク2を備えている。ここで、バンク2は、上面2aと複数の側面2bとを有している。バンク2は、後に述べるように、1層だけで構成される場合もあるし、複数の層から構成される場合もある。なお、バンク2の側面2bは「バンク構造の側面2b」とも表記される。
バンク構造1が下地物体4上に設けられた場合には、上面2aよりも低いレベルの表面、例えば、下地物体4の表面4a上の一部の範囲が、側面2bの少なくとも一つによって縁取られて凹領域3を構成する。なお、図1(a)の凹領域3は側面2b以外の部分で開いていて、図1(b)の凹領域は、側面2bによって周囲を包囲されている。
一方で、図1(c)に示すように、バンク構造1は、互いから分離した2つ以上のバンク2を備えることもある。このようなバンク構造1が表面4a上に設けられる場合には、隣合う2つのバンク2の間で、それぞれの側面2bによって凹領域3が縁取られる。この場合の凹領域3は「溝」を構成するが、「溝」の底面は表面4aであるとは限らない。なお、「溝」は、グルーヴまたはチャネルを包含する用語である。そして、本実施形態によれば、溝の寸法、例えば幅および深さは、いずれもサブミクロンメータからミリメータのオーダの範囲になる。また、溝の深さは2μm以上にもなり得る。
凹領域3が「溝」を構成する場合には、凹領域3の底面の形状は例えばライン状である。ただし、凹領域3が他の形状を有する場合には、凹領域3の底面の形状は、例えば、ほぼ矩形であり得るし、ほぼ円形であり得るし、平行四辺形であり得るし、ほぼ6角形であり得るし、これら形状の2つ以上の組み合わせでもあり得る。
また、上述のようにバンク構造1は、所定の厚さを有している。このため、下地物体4上にバンク構造1が形成されれば、バンク構造1に対応した「厚さのコントラスト」が下地物体4上に得られる。このことから、バンク構造1は厚さのコントラストを有するとも表現される。また、この点において、バンク構造1は、自己組織化分子層などの表面エネルギーコントラストバンクとは異なる。
以下では、図1(c)のバンク構造1を例に取って説明を進める。ただし、その説明は図1(a)および(b)のバンク構造1にも基本的に当てはまる。
(B.濡れ性に基づくバンク構造の分類)
インクジェット印刷法への応用という観点から、バンク構造1は、2つのタイプに分類され得る。その一方のタイプによれば、バンク構造1の上面2aの濡れ性と、バンク構造1の側面2bの濡れ性と、が互いに異なる。例えば、上面2aが撥水性を有し、側面2bが親水性を有し得る。このようなタイプのバンク構造1は、「濡れ性のコントラストを有するバンク構造」とも呼ばれる。他方のタイプによれば、上面2aと側面2bとの間に濡れ性の差異がない。このようなタイプのバンク構造1は、「均一な濡れ性を有するバンク構造」とも呼ばれる。
(B1.濡れ性のコントラストを有するバンク構造)
「濡れ性のコントラストを有するバンク構造」の重要な性質の一つは、少なくとも一つの側面2bによって縁取られたチャネル内に配置された液状材料が、チャネル内で流れやすいことである。この性質は、上面2aの撥液性の程度と側面2bの撥液性の程度とが互いに異なることに起因する。そして、このような性質があるために、「濡れ性のコントラストを有するバンク構造」は、高解像度のインクジェット印刷法にとって有用である。なお上述のように、チャネルは、凹領域3の一例である。
「濡れ性のコントラストを有するバンク構造」を製造する方法は、基本的に、エンボス処理によって上部層にバンクパターンを形成するプロセスと、そのバンクパターンを上部層から下部層へ転写するプロセスと、を包含している。後のセクションでは、そのようなバンク構造1を実現する3つの異なる場合を説明する。それらのうち2つの場合では、図2(a)に示すような3層構造104に対してエンボス処理が施される。また、残りの1つの場合では、図3(a)に示すような2層構造204にエンボス処理が施される。
(B2.均一な濡れ性を有するバンク構造)
「均一な濡れ性を有するバンク構造」の場合には、配置された液状材料の流れは、よく濡れた溝の底面によってのみ駆動される。そして、この流れは、「濡れ性のコントラストを有するバンク構造」に起因する流れと比較すると、効果的ではない。ただし、「均一な濡れ性を有するバンク構造」の製造工程はシンプルである。
「均一な濡れ性を有するバンク構造」を製造する方法も、基本的に、エンボス処理によって上部層にバンクパターンを形成するプロセスと、そのバンクパターンを上部層から下部層へ転写するプロセスと、を包含している。ここで、エンボス処理においては、例えば図3に示すような2層構造204に対してエンボス処理が施される。
この方法は、広い面積に亘って、薄い(数十ナノメータ)または厚い(数十ミクロンメータ)バンク構造1を製造するために好適に用いられ得る。薄いバンク構造は、数ナノメータから数十ナノメータの厚さしか持たない場合がある。そのようなバンク構造は、インクジェット印刷法で印刷された材料の形状に影響を与えないので、印刷された材料にダメージを与え得るバンク除去プロセスを省略できる。
ここで、3層構造104に対するエンボス処理を含む製造方法は「3層プロセス」の一例である。また、2層構造204に対するエンボス処理を含む製造方法は「2層プロセス」の一例である。
本実施形態の3層プロセスまたは2層プロセスによれば、バンク構造1を構成する材料が、高い融点または高いガラス転移温度を有していても、容易にバンク構造1を製造できる。例えば、高融点を有する材料からなるバンク構造1は、低融点を有する材料の層に与えられたバンクパターンを、高融点を有する材料の層へと転写することで実現され得る。
(C.3層プロセスと2層プロセスの概略)
図2を参照しながら、3層プロセスの原理を説明する。3層プロセスによれば、まず、図2(a)に示すような3層構造104を準備する。3層構造104は、下部層101と、下部層101上に位置する濡れ性改質層102と、濡れ性改質層102上に位置する上部層103と、を備えている。なお、下部層101は、基板100上に設けられている。
そして、上部層103にバンクパターン105が与えられるように、スタンプ(不図示)を用いて、上部層103にエンボス処理を施す(図2(b))。ここで、バンクパターン105は、凹部105aと凸部105bとによって規定されている。なお、凹部105aは、凸部105bによって縁取られた部分でもある。また、上部層103にバンクパターン105を与えるスタンプの表面は、バンクパターン105に対して反転したパターンを有している。
次に、バンクパターン105を濡れ性改質層102を介して上部層103から下部層101に転写する。本実施形態では、上部層103をマスクとして用いながら、上部層103と、濡れ性改質層102と、下部層101と、を貫通するようにプラズマエッチングを施す。ここで、凹部105aでの上部層103の厚さは、凸部105bでの厚さより薄い。このため、凹部105aに対応する部分のエッチングが凸部105bに対応する部分でのエッチングよりも速く進む。そしてこのことで、バンクパターン105が、濡れ性改質層102を介して下部層101へ転写される。なお、図示はされていないが、この転写によって、凹領域3を縁取る側面2bを有したバンク構造1が得られる。
その後、図2(c)に示すように、残っている上部層103を溶媒を用いて取り除く。そうすると、濡れ性改質層102の表面がバンク構造1の上面2aとして露出される。
その後、図示はされていないが、インクジェット印刷法を用いて凹領域3に機能液を配置する。
ここで、濡れ性改質層102は、用途に応じて、撥液性(撥水性または撥油性)であってもよいし、親液性(親水性または親油性)であってもよい。ただし、濡れ性改質層102が撥液性を有するか親液性を有するかの違いに応じて、残っている上部層103を取り除く前に行われる処理が異なり得る。例えば、濡れ性改質層102が撥水性を有する場合には、エッチングされた後の3層構造104に、凹領域3の底面と側面とに親水性を与えるために、O2プラズマ処理が施されてよい。反対に、SiO2層や、Si層などのように、濡れ性改質層102が親水性を有する場合には、凹領域3に撥水生を与えるために、上部層103を取り除く前に、エッチングされた後の3層構造104にCF4プラズマ処理が施されてもよい。後者の場合には、インクジェット印刷法で印刷された水性の材料は、バンク構造1の上面2aに留まり得る。そして、このようなバンク構造1は多くの応用にとって有用である。
次に、図3を参照しながら、2層プロセスの原理を説明する。2層プロセスによれば、まず、図3(a)に示すような2層構造204を準備する。2層構造204は、下部層201と、下部層201上に位置する上部層203と、を備えている。なお、下部層201は、基板200上に設けられている。
そして、上部層203にバンクパターン205が与えられるように、スタンプ(不図示)を用いて、上部層203にエンボス処理を施す(図3(b))。ここで、上部層203に形成されるバンクパターン205は、凹部205aと凸部205bとによって規定されている。なお、凹部205aは、凸部205bによって縁取られた部分でもある。また、上部層203にバンクパターン205を与えるスタンプの表面は、バンクパターン205とは反転したパターンを有している。
次に、バンクパターン205を上部層203から下部層201へ転写する。本実施形態では、上部層203をマスクとして用いながら、上部層203と、下部層201と、を貫通するようにプラズマエッチングを施す。ここで、凹部205aでの上部層203の厚さは凸部205bでの厚さより薄いので、凹部205aに対応する部分のエッチングが凸部205bに対応する部分でのエッチングよりも速く進む。そしてこのことで、バンクパターン205が下部層201へ転写される。図示はされていないが、この転写によって、凹領域3を縁取る側面2bを有したバンク構造1が得られる。
その後、図3(c)に示すように、残っている上部層203を溶媒を用いて取り除く。そうすると、下部層201の表面がバンク構造1の上面2aとして露出される。
さらにその後、図示はされていないが、インクジェット印刷法を用いて凹領域3に機能液を配置する。
図3の2層プロセスは、「濡れ性コントラストを有するバンク構造」も「濡れ性が均一なバンク構造」も製造する。例えば、下部層201を構成する材料それ自体が十分に撥液性を有する場合には、溝の底面と側面との濡れ性を増大させるために、上部層203を取り除く前にバンク構造1を化学的または物理的に処理すれば、「濡れ性コントラストを有するバンク構造」が得られる。なお、「化学的または物理的な処理」とは、例えば、プラズマ処理、紫外光照射処理、自己組織化分子層の形成処理を包含する用語である。
図4および図5を参照しながら、3層プロセスによる「濡れ性コントラストを有するバンク構造」の製造方法の一例をより詳細に説明する。
まず、図4(a)のシリコン基板10上にスピンコート法で、ポリメチルグルタルイミド(polymethylglutarimide:PMGI)を含んだ材料を塗布して、PMGIを含んだ前駆層を形成する。ここでの前駆層の厚さは約1μmである。そして、約210℃の温度で約10分間、前駆層を焼成して、PMGI層からなる下部層11を形成する(図4(b))。ここで、シリコン基板10は「下地物体」の一例である。また、シリコン基板10の表面は下部層11にとっての「下地表面」である。なお、全実施例を通して、下地物体と、下地物体上に形成された少なくとも1層と、を含む構造が「基体」とも表記されている。
その後、下部層11上にスピンコート法で、ポリ(ビニリデンフルオライドトリフルオロエチレン)(poly(vinylidenefluoride−trifluoroethyene):以下PVDF−TrFE)コポリマーを含有した材料を塗布して、PVDF−TrFEコポリマ−を含んだ前駆層を形成する。ここでの前駆層の厚さは約300nmである。その後、約120℃の温度で約10分間、前駆層を焼成して、PVDF−TrFEコポリマ−層からなる濡れ性改質層12を形成する(図4(c))。
そして、濡れ性改質層12上にスピンコート法で、ポリスチレンを含有した材料を塗布して、ポリスチレンを含んだ前駆層を形成する。この前駆層の厚さは約2μmである。その後、約100℃の温度で約10分間、前駆層を焼成して、ポリスチレン層からなる上部層13を形成する。この段階で、下部層11と、濡れ性改質層12と、上部層13と、を含んだ3層構造104が得られる。
次に、図5(a)に示すように、上部層13にバンクパターン15を与えるように、上部層13に対してエンボス処理を施す。本実施例では、約120℃の温度と約30Paの圧力とで、バンクパターン15の反転パターンが設けられたシリコンスタンプ51を上部層13に押し付ける。その後、上部層13の温度が室温まで下がったら、上部層13からシリコンスタンプ51を引き抜く。このことで、上部層13において、バンクパターン15を規定する凹部15aと凸部15bとが与えられる。得られたバンクパターン15は、図13(a)の平面図にも示されている。
次に、図5(b)に示すように、バンクパターン15を濡れ性改質層12を介して上部層13から下部層11に転写する。この際に本実施例では、上部層13をエッチングマスクとして用いながら、O2とCF4とが3:2の割合で混合されたガスを用いて3層構造104にプラズマ処理を施す。そうすると、上部層13の凹部15aに対応する部分で、上部層13と、濡れ性改質層12と、下部層11と、が取り除かれる。一方で、上部層13の凸部15bに対応する部分で、濡れ性改質層12と、下部層11と、は残る。そしてこのことで、凹領域3を縁取る側面2bを有したバンク構造1が得られる。なお、凹領域3は、上部層13の凹部15aに対応している。
次に、図5(c)に示すように、側面2bの親液性を増大させるように、短い時間期間だけ、バンク構造1にO2プラズマ処理を施す。その後で、残っている上部層13をトルエン中で取り除く。そうすると、図5(d)に示すように、濡れ性改質層12の表面がバンク構造1の上面2aとして露出する。この段階でのバンクパターン1は、図13(b)の平面図にも示されている。
露出された濡れ性改質層12は約100°の接触角を呈した。一方で、O2プラズマ処理を受けた下部層11の表面と、シリコン基板10の表面とは、どちらも15°未満の接触角を呈した。露出された濡れ性改質層12は上面2aであり、また、O2プラズマ処理を受けた下部層11の表面は側面2bなので、本実施例によれば、側面2bの濡れ性と上面2aの濡れ性との間に差があるバンク構造1が得られる。
次に、図5(e)に示すように、インクジェット印刷法で、凹領域3に、所定材料を含有した機能液111を配置する。本実施例では、ピエゾ素子を有したインクジェットヘッド81から機能液111の液滴を凹領域3へ吐出することで、凹領域3に機能液111を配置する。
さらに、「機能液」とは、インクジェットヘッド81のノズルから液滴として吐出されうる粘度を有する液状体をいう。ここで、「機能液」が水性であると油性であるとを問わない。ノズル81から吐出可能な流動性(低い粘度)を備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。ここで、「機能液」の粘度は1mPa・s以上50mPa・s以下であるのが好ましい。粘度が1mPa・s以上である場合には、「機能液」の液滴を吐出する際にノズル81の周辺部が「機能液」で汚染されにくい。一方、粘度が50mPa・s以下である場合は、ノズル81における目詰まりの頻度が小さく、このため円滑な液滴の吐出を実現できる。
ここで、機能液が含有する所定材料は、例えば、導電性材料、強誘電体材料、半導体材料、誘電体材料、有機EL材料などの電気発光材料、などである。機能液が導電性材料を含有する場合には、導電性パターンが得られる。機能液が半導体材料を含有する場合には、半導体パターンが得られる。機能液が誘電体材料を含有する場合には、誘電体パターンが得られる。また、機能液が電気発光材料を含有する場合には、電気発光体パターンが得られる。
以上説明したように、本実施例によれば、エンボス処理によって得られたバンクパターン15が転写されることでバンク構造1が縁取られる。そしてこのことから、バンク構造1を製造する際にフォトリソ工程がなくてよい。つまり、フォトリソ工程にともなう露光工程を省略できるので、製造コストを低くできる。
ところで、上部層13が厚ければ厚いほど、シリコンスタンプ51を上部層13から引き抜く際の困難さが増大し得るので、上部層13の厚さはあまり大きくない方が好ましい。一方、下部層11にはシリコンスタンプ51が接しないので、下部層11の厚さは大きくてよい。本実施例によれば、エンボス処理によって得られるバンクパターン15の深さ(凹部15aの深さ)が小さくても、そのバンクパターン15が下部層11に転写されるので、最終的に得られるバンク構造1によって縁取られる凹領域3の深さが、上部層13に設けられた凹部15aの深さよりも大きくなり得る。
さらに、本実施例では、このような製造方法で製造されたバンク構造1によって縁取られる凹領域3に、インクジェット印刷法で機能液が配置されるので、低い製造コストで高解像度のパターンを形成することができる。
(実施例1の変形例)
濡れ性改質層12は、フルオロアルキルシラン(以下FAS)膜であってもよい。例えば、FAS膜を気相から形成する方法は次の通りである。原料化合物(つまりFAS)と、下部層11が設けられた基体と、を同一の密閉容器中に入れておき、室温の場合は2〜3日程度の間放置する。そうすると、下部層11上に自己組織化分子層、つまりFAS膜が形成される。また、密閉容器全体を100℃に保持する場合には、3時間程度で下部層11上にFAS膜が形成される。なお、上述のように「基体」とは、下地物体と、下地物体上に形成された少なくとも1層と、を含んだ構造のことである。
また例えば、FAS膜を液相から形成する方法は次の通りである。まず、下部層11の表面に紫外光を照射したり、溶媒により洗浄したりして、前処理を施す。そして、原料化合物(つまりFAS)を含む溶液中に、下部層11が設けられた基体を浸積し、洗浄、乾燥すると、下部層11上に自己組織化分子層(FAS膜)が得られる。なお、下部層11の表面への紫外光の照射と溶媒による洗浄とは、適宜省略してもよい。
図6および図7を参照しながら、3層プロセスによる「濡れ性コントラストを有するバンク構造」の製造方法の他の一例を説明する。ここでは、濡れ性改質層は界面活性剤によって構成される。
本実施例の製造方法は、下部層を構成することになる材料と界面活性剤とを含有した溶液を下地表面へ配置することを包含している。そして、本実施例によれば、下地表面上に下部層が得られる際に、界面活性剤が下部層の表面へと移動する。そしてこのことで、下部層を覆う薄い濡れ性改質層が形成される。
まず、図6(a)に示すような、約100nmの厚さのITO(インジウム−スズ酸化物:Indium Tin Oxide)層20aで覆われたガラス基板20を溶媒で洗浄する。さらに、ITO層20aの表面にO2プラズマ処理を施す。その後、このガラス基板20を、約0.01mol/lの濃度の3−アミノプロピルトリエトキシシラン(3−aminopropyltriethoxysilane)のテトラデカン溶液に1分間浸して、ITO層20a上に3−アミノプロピルトリエトキシシランの自己組織化分子層20b(図6(b))を形成する。この自己組織化分子層20bは、引き続き塗布されるコポリマーと、コポリマーにとっての下地表面、つまりITO層20aの表面と、の間の接着性を向上させる機能を有する。なお、本実施例の自己組織化分子層20bは単分子層であるが、自己組織化分子層20bは単分子以上の層にもなり得る。
次に、図6(b)に示すように、自己組織化分子層20bの表面上にスピンコート法で、PMGI樹脂と表面活性剤とを含有した溶液を塗布して、塗布された溶液からなる前駆層Pを形成する。ここでの前駆層Pの厚さは約1μmである。そして、前駆層Pを、約120℃の温度で約30分間、焼成する。そうすると、このプロセス中で、PMGI樹脂とともに溶液中に含有されていた表面活性剤が、前駆層Pの表面に向けて拡散する。そしてその結果、PMGI層からなる下部層21と、下部層21を覆うとともに界面活性剤層からなる濡れ性改質層22とが得られる(図6(c))。ここで、濡れ性改質層22の水に対する接触角は、約62°であった。なお、上述の自己組織化分子層20bの表面は、下部層21にとっての「下地表面」である。
次に、濡れ性改質層22上にスピンコート法で、ポリスチレンを含有した材料を塗布して、ポリスチレンを含んだ前駆層を形成する。ここでの前駆層の厚さは約1μmである。その後、約100℃の温度で約10分間、前駆層を焼成して、ポリスチレン層からなる上部層23を形成する(図6(d))。なお、この段階で、下部層21と、濡れ性改質層22と、上部層23と、を含んだ3層構造104が得られる。
次に、図7(a)に示すように、上部層23にバンクパターン25を与えるように、上部層23に対してエンボス処理を施す。この際に本実施例では、約110℃の温度と約30Paの圧力とで、バンクパターン25の反転パターンが設けられたシリコンスタンプ52を上部層23に押し付ける。その後、上部層23の温度が室温まで下がったら、上部層23からシリコンスタンプ52を引き抜く。そうすると、上部層23において、バンクパターン25を規定する凹部25aと凸部25bとが与えられる。
次に、図7(b)に示すように、バンクパターン25を、濡れ性改質層22を介して上部層23から下部層21に転写する。本実施例では、上部層23をエッチングマスクとして用いながら、O2とCF4とが3:2の割合で混合されたガスを用いて3層構造104にプラズマ処理を施す。そうすると、上部層23の凹部25aに対応する部分で、上部層23と、濡れ性改質層22と、下部層21と、自己組織化分子層20bと、が取り除かれる。一方で、上部層23の凸部25bに対応する部分で、濡れ性改質層22と、下部層21と、自己組織化分子層20bと、が残る。
この結果、3層構造104と自己組織化分子層20bとを貫く開口部が開き、この開口部によってITO層20aの表面が部分的に露出する。さらにこのことで、凹領域3を縁取る側面2bを有したバンク構造1が得られる。なお、凹領域3は、上部層23の凹部25aに対応している。
次に、図7(c)に示すように、側面2bの濡れ性を向上させるように、バンク構造1にほぼ純粋なO2プラズマ処理を施す。このプラズマ処理は、バンクパターン25を転写する際に用いられる装置と同じ装置を用いて、バンクパターン25の転写プロセスから連続して行われてもよい。
その後、残っている上部層23をトルエン中で取り除く。そうすると、図7(d)に示すように、濡れ性改質層22の表面がバンク構造1の上面2aとして現れる。なお、この段階でのバンク構造1は、図14の平面図にも示されている。
このようにして得られたバンク構造1の上面2aの濡れ性と、側面2bの濡れ性と、の間には、差がある。濡れ性の程度を示す数値の一つは接触角であるが、本実施例の場合には、上面2aの接触角は約52°であり、側面2bの接触角は約15°である。つまり、上面2aの接触角と側面2bの接触角との間に約37°の差がある。なお、接触角が大きければ撥液性が大きい。
約37°の接触角の差は、顕著な印刷結果を生じ得る。そのような接触角の差は、下部層21の材料、および表面活性剤などを選択することによって、より向上し得る。
本実施例で製造されるバンク構造1は、パターン化された電気化学セルにとって典型的な構造であり、そのような電気化学セルには、インクジェット印刷法で電解物質が配置され得る。
(表1)は、上述のプロセスのそれぞれの段階でのそれぞれの表面の接触角を示している。(a)に示すように、スピンコート法による前駆層の塗布と、前駆層の焼成と、によって、下部層21と濡れ性改質層22とを得た場合には、濡れ性改質層22の表面の接触角は約62°である。一方、(b)に示すように、濡れ性改質層22上に上部層23を形成し、さらに上部層23を取り除いた場合には、濡れ性改質層22の接触角は約52°である。また、(c)に示すように、下部層21の表面にO2プラズマ処理を施した場合には、下部層21の表面の接触角は約15°である。さらに(d)に示すように、下部層21の表面にO2プラズマ処理を施した後で下部層21をトルエン中に浸した場合でも、下部層21の表面の接触角は約15°である。
なお、上述の約37°の接触角の差は、(表1)の(b)の接触角と(d)の接触角との差である。
以上説明したように、本実施例によれば、エンボス処理によって得られたバンクパターン25が転写されることでバンク構造1が縁取られる。そしてこのことから、バンク構造1を製造する際にフォトリソ工程がなくてよい。つまり、フォトリソ工程にともなう露光工程を省略できるので、製造コストを低くすることができる。
ところで、上部層23が厚ければ厚いほど、シリコンスタンプ52を上部層23から引き抜く際の困難さが増大し得る。このため、上部層23の厚さはあまり大きくない方が好ましい。一方、下部層21にはシリコンスタンプ52が接しないので、下部層21の厚さは大きくてよい。本実施例によれば、エンボス処理によって得られるバンクパターン25の深さ(凹部25aの深さ)が小さくても、そのバンクパターン25が下部層21に転写されるので、最終的に得られるバンク構造1によって縁取られる凹領域3の深さが、上部層23に設けられた凹部25aの深さよりも大きくなり得る。
さらに、本実施例では、このような製造方法で製造されたバンク構造1によって縁取られる凹領域3に、インクジェット印刷法で機能液が配置されるので、低い製造コストで高解像度のパターンを形成することができる。
(実施例2の変形例)
本実施例の濡れ性改質層22の形成方法は、上述の方法に限定されない。例えば、下部層21を構成することになる材料と、濡れ性改質層22を構成することになる材料と、の混合物を含有した溶液を下地表面へ配置して、配置された溶液を相分離させることでも、濡れ性改質層22は形成される。例えば、これら混合物を含有した溶液は、ポリアリルアミン(polyarylamine:以下PAA)と、ポリ(9,9’−ジオクチルフルオレン−コベンゾチアジアゾ−ル)(poly(9,9’−dioctylfluoren−co−benzothiadiazole:以下F8BT)と、を、メシチレンを含んだ適切な溶媒に共溶解させることで得られる。そして、下地表面にスピンコート法でこの溶液を塗布して乾燥させると、PAA層からなる下部層21と、F8BT層からなる濡れ性改質層22と、が得られる。
図8および図9を参照しながら、2層プロセスによる「濡れ性コントラストを有するバンク構造」の製造方法を説明する。以下で述べるように、本実施例によれば、上面2aの濡れ性と、側面2bの濡れ性とが、実施例1,2の場合に対して反転している。また、本実施例によれば、垂直な短いギャップが得られる。
まず、図8(a)のガラス基板30上にスピンコート法で、ポリ(4−ビニルフェノール)(poly(4−vinylphenol):以下PVP)を含有した材料を塗布して、PVPを含んだ前駆層を形成する。ここでの前駆層の厚さは約1μmである。その後、約120℃の温度で前駆層を焼成して、PVP層からなる下部層31を形成する(図8(b))。ここで、ガラス基板30の表面は、下部層31にとっての「下地表面」である。
その後、下部層31上にスピンコート法で、ポリスチレンを含有した材料を塗布して、ポリスチレンを含んだ前駆層を形成する。ここでの前駆層の厚さは約1μmである。次に、約100℃の温度で約10分間、前駆層を焼成して、ポリスチレン層からなる上部層33を形成する(図8(c))。そして、この段階で、下部層31と上部層33とを含んだ2層構造204が得られる。
次に、図8(d)に示すように、上部層33にバンクパターン35を与えるように、上部層33に対してエンボス処理を施す。本実施例では、約110℃の温度と約30Paの圧力とで、バンクパターン35の反転パターンが設けられたシリコンスタンプ53を上部層33に押し付ける。その後、上部層33の温度が室温まで下がったら、上部層33からシリコンスタンプ53を引き抜く。そうすると、上部層33において、バンクパターン35を規定する凹部35aと凸部35bとが与えられる。
次に、図9(a)に示すように、バンクパターン35を上部層33から下部層31へ転写する。この際に本実施例では、上部層33をマスクとして用いながら、O2とCF4とが3:2の割合で混合されたガスを用いて2層構造204にプラズマ処理を施す。具体的には、凹部35aに対応する部分で、下部層31の厚さが100nmになるまで下部層31を取り除く。一方で、凸部35bに対応する部分では、下部層31は残る。そうすると、凹領域3を縁取る側面2bを有したバンク構造1が得られる。なお、凹領域3は、上部層33の凹部35aに対応している。
次に、図9(b)に示すように、側面2bの撥液性を増大させるように、バンク構造1にほぼ純粋なCF4プラズマ処理を施す。なお、撥液性を向上させるCF4プラズマ処理は、バンクパターン35を転写する際に用いた装置と同じ装置を用いて、バンクパターン35の転写に引続いて連続的に行われてもよい。
その後、残っている上部層33をトルエン中で取り除く。この結果、図9(c)に示すように、下部層31の表面がバンク構造1の上面2aとして露出される。
このようにして得られた上面2aの接触角は約50°であり、側面2bの接触角は約105°である。この段階では、実施例1,2のそれぞれのバンク構造1とは異なり、バンク構造1の上面2aの親液性は、側面2bの親液性よりも高い。
(表2)は、上述のプロセスのそれぞれの段階での表面の接触角の測定結果を示している。(a)に示すように、スピンコート法による前駆層の形成と前駆層の焼成とによって、PVP層からなる下部層31を得た場合には、下部層31の表面の接触角は、約50°であった。また、(b)に示すように、スピンコート法による前駆層の形成と前駆層の焼成とによって、ポリスチレン層からなる上部層33を下部層31上に形成し、上部層33をトルエン中で取り除いた場合にも、下部層31の表面の接触角は約50°であった。そして、(c)に示すように、下部層31の表面にCF4プラズマ処理を施した場合には、下部層31の接触角は約105°であった。さらに、(d)に示すように、下部層31にCF4プラズマ処理を施した後で下部層31をトルエンに浸した場合でも、下部層31の表面の接触角は、約105°であった。
なお、上面2aの接触角は(b)に対応し、側面2bの接触角は(d)に対応する。
次に、水をベースとするPEDOT−PSSコロイド懸濁液を、インクジェットプロセスで、上面2aに配置し、配置された懸濁液を100℃の温度で10分間、乾燥させる。そうすると、PEDOT−PSSからなる導電性ライン60が上面2a上に得られる(図9(d))。なお、PEDOTはポリエチレンジオキシチオフェンの略であり、PSSはポリスチレンスルフォン酸の略である。また、PEDOT−PSSは、導電性材料の一例である。なお、水をベースとするPEDOT−PSSコロイド懸濁液は、上述の機能液の一例である。
さて、PEDOT−PSSは、エッチング処理に対して高い耐性を備えている。そこで、図10(a)に示すように、導電性ライン60をマスクとして用いて、凹領域3に対応する部分でガラス基板30の表面が露出するように、O2プラズマ処理によって下部層31をエッチングする。その後、図10(b)に示すように、ガラス基板30の表面の親水性が増大するように、露出したガラス基板30の表面にCF4プラズマ処理を施す。ここで、このCF4プラズマ処理によって、バンク構造1の側面2b、すなわちPVPからなる表面には高い撥水性が与えられる。その後、図10(c)に示すように、水をベースにしたPEDOT−PSSコロイド懸濁液を、他のインクジェットプロセスで、ガラス基板30を底として有する凹領域3の内部に配置する。そうすると、凹領域3の内部に導電性ライン61が得られる。
以上のような方法によって、上面2aと、凹領域3の内部とに、それぞれPEDOTを含んだ導電性ライン60,61が得られる。上面2aと、凹領域3のとの間には、下部層31の厚さに相当するギャップが存在する。このため、ガラス基板30の平面に平行な面上での導電性ライン60,61の密度を高くできる。
以上説明したように、本実施例によれば、エンボス処理によって得られたバンクパターン35が転写されることでバンク構造1が縁取られる。そしてこのことから、バンク構造1を製造する際にフォトリソ工程がなくてよい。つまり、フォトリソ工程にともなう露光工程を省略できるので、製造コストを低くできる。
ところで、上部層33が厚ければ厚いほど、シリコンスタンプ53を上部層33から引き抜く際の困難さが増大し得る。このため、上部層33の厚さはあまり大きくない方が好ましい。一方、下部層31にはシリコンスタンプ53が接しないので、下部層31の厚さは大きくてよい。本実施例によれば、エンボス処理によって得られるバンクパターン35の深さ(凹部35aの深さ)が小さくても、そのバンクパターン35が下部層31に転写されるので、最終的に得られる凹領域3の深さが、上部層33に設けられた凹部35aの深さよりも大きくなり得る。
さらに、本実施例では、このような製造方法で製造されたバンク構造1によって縁取られる凹領域3に、インクジェット印刷法で機能液が配置される。このため、低い製造コストで高解像度のパターンを形成することができる。
図11および図12を参照しながら、2層プロセスによる「均一な濡れ性バンク構造」の製造方法の一例を説明する。
まず、図11(a)のガラス基板40上にスピンコート法で、PMGIを含有した材料を塗布して、PMGIを含んだ前駆層を形成する。ここでの前駆層の厚さは約50nmである。その後、約210℃の温度で約10分間、前駆層を焼成して、PMGI層からなる下部層41を形成する(図11(b))。ここで、ガラス基板40の表面は、下部層41にとっての「下地表面」である。
なお、図示はされていないが、本実施例では、もう一つのガラス基板40上にも、PMGIを含んだ前駆層を形成した。ただしこの場合の前駆層の厚さは約25nmである。そして、50nmの前駆層と同様に約210℃の温度で約10分間、25nmの前駆層を焼成して、下部層41よりも薄い下部層を形成した。以下では、厚い下部層41についてのみ説明するが、薄い下部層にも下部層41と同じ処理がされている。
次に、下部層41上にスピンコート法で、ポリ(メチルメタクリレート)(poly(methyl methacrylate):以下PMMA)を含有した材料を塗布して、PMMAを含んだ前駆層を形成する。ここでの前駆層の厚さは約1μmである。そして、約120℃の温度で約10分間、前駆層を焼成して、PMMA層からなる上部層43を形成した(図11(c))。そして、この段階で、2層構造204が得られる。
次に、図11(d)に示すように、上部層43にバンクパターン45を与えるように、上部層43に対してエンボス処理を施す。この際に本実施例では、約160℃の温度かつ約30Paの圧力で、バンクパターン45の反転パターンが設けられたシリコンスタンプ54を上部層43に押し付ける。その後、上部層43の温度が室温まで下がったら、上部層43からシリコンスタンプ54を引き抜く。そうすると、上部層43において、バンクパターン45を規定する凹部45aと凸部45bとが与えられる。
次に、図12(a)に示すように、バンクパターン45を上部層43から下部層41に転写する。この際に本実施例では、上部層43をマスクとして用いながら2層構造204をエッチングする。そうすると、凹部45aに対応する部分で、下部層41が取り除かれる。一方で、凸部45bに対応する部分では、下部層41は残る。この結果、凹領域3を縁取る側面2bを有したバンク構造1が得られる。なお、凹領域3は、上部層43の凹部45aに対応している。
次に、残った上部層43をアセトン中で取り除く。そうすると、図12(b)に示すように、下部層41の表面がバンク構造1の上面2aとして露出する。
その後、図12(c)に示すように、バンク構造1にCF4プラズマ処理を施す。ここで、上面2aと側面2bとは、どちらもPMGI層からなる下部層41の表面なので、CF4プラズマに曝されることで、上面2aと側面2bとは撥水化される。一方、側面2bによって縁取られた凹領域3の底面はガラス基板40の表面なので、CF4プラズマに曝されることで親水化される。このため、上面2aと側面2bとの間に濡れ性の差はないが、一方で、上面2aまたは側面2bと、凹領域3の底面と、の間に濡れ性の差が生じる。
そして、水をベースにした銀のコロイド懸濁液を凹領域3内に配置して、図12(d)に示すように、銀を含んだ導電性ライン63を形成した。導電性ライン63の最終的な厚さは、厚い下部層41から得られたバンク構造1の場合に約60nmであり、薄い下部層から得られたバンク構造の場合に約20nmである。ここで、水をベースにした銀のコロイド懸濁液は、上述の機能液の他の一例である。
図15は、本実施例の2層プロセスを用いて得られた導電性ライン63を示している。図15から明らかなように、導電性ライン63は良好に縁取られている。実施例4の方法は、薄いバンク構造または厚いバンク構造を、広い面積に亘って製造するのに好適であり、そして、そのようなバンク構造1は、1層構造をエンボス処理することでは、容易に得られない。
なお、本実施例の凹領域3は、約40μmの幅を有した溝を構成している。所定の表面上にインクジェット印刷法で、直径20μm程度の液滴の形態で導電性材料が配置されると、本実施形態のバンク構造1がない場合には、配置された液滴は表面上で50μm程度の範囲に広がる。しかしながら、本実施例によれば、導電性ライン63が設けられる範囲がバンク構造1によって縁取られた凹領域3を構成しているので、液滴が濡れ拡がる範囲の幅よりも小さい幅を有した導電性ライン63が得られる。
以上説明したように、本実施例によれば、エンボス処理によって得られたバンクパターン45が転写されることでバンク構造1が縁取られる。そしてこのことから、バンク構造1を製造する際にフォトリソ工程がなくてよい。つまり、フォトリソ工程にともなう露光工程を省略できるので、製造コストを低くすることができる。
また、本実施例では、このような製造方法で製造されたバンク構造1によって縁取られる凹領域3に、インクジェット印刷法で機能液が配置されるので、低い製造コストで高解像度のパターンを形成できる。
さらに、実施例1,2,3とは異なり、本実施例では、下部層41の厚さが上部層43よりも薄い。このように、バンク構造1の厚さの大きな割合を占め得る下部層の厚さは、実施例1,2,3の場合のように上部層よりも厚くてもよいし、本実施例の場合のように薄くてもよい。
以上の実施例1から4のそれぞれについて、以下のような改変を行っても、上述の効果と基本的に同じ効果が得られる。
(変形例1)
実施例1から4によれば、多層構造のそれぞれの層を構成する材料を配置する方法としてスピンコート法が用いられる。ただし、スピンコート法に代えて、例えば、ドクターブレード法、印刷法(例えば、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、パッド印刷法、インクジェット印刷法、など)、蒸着法、スパッタ法、CVD法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法、電解めっき法、などが用いられてもよい。
(変形例2)
実施例1から4によれば、多層構造をエッチングする技術としてプラズマ処理が用いられる。ただし、プラズマ処理に代えて、例えば、レーザアブレーション、コロナ放電処理、紫外光・オゾン処理、溶媒溶解または化学溶解を含む湿式化学エッチング、などが用いられてもよい。
(変形例3)
実施例1から4は、広い面積に亘った電子回路の製造および電子デバイスの製造にとって特に好適である。そして、実施例1から4のバンク構造1に縁取られる凹領域3内にインクジェット法で配置される材料は、例えば、導電性材料、誘電体材料、半導体、ポリマー溶液、コロイド懸濁液、または無機材料のコロイド懸濁液であり得る。
(変形例4)
実施例1から4によれば、バンク構造1の側面2bの濡れ性を改質するためにプラズマ処理が用いられる。ただし、プラズマ処理に代えて、例えば、紫外光を照射する処理が用いられてもよいし、表面にフルオロアルキルシラン(FAS)膜を形成する処理が用いられてもよい。
(変形例5)
実施例1から4によれば、上部層にシリコンスタンプを押し付ける際に、上部層の温度をガラス転移温度以上の温度に加熱させる。ただし、上部層にシリコンスタンプを押し付ける際の加熱を省略してもよい。
例えば、まず、紫外光に対して透過性を有するスタンプを準備する。このスタンプの表面には、実施例1のシリコンスタンプ51のパターンと同じパターンを設けておく。
そして、スピンコート法で下部層上に、光硬化性樹脂を塗布して、光硬化性樹脂を含んだ前駆層を形成する。そして、上述のスタンプを前駆層に押し付ける。さらに、スタンプを前駆層に押し付けたままで、前駆層が硬化するように、前駆層に紫外光を照射する。そうすると、前駆層は、スタンプ上のパターンにしたがって硬化して上部層になる。その後、上部層からスタンプを取り除く。そしてこのことで、上部層にバンクパターンが与えられる。
本変形例では、スタンプが光透過性を有するので、スタンプ側からスタンプを介して前駆層に光を照射する。ただし、下地の下部層と、濡れ性改質層と、基板と、が紫外光に対して透過性を有している場合には、基板側から光を照射してもよい。
このような本変形例によれば、シリコンスタンプを押し付ける際の加熱と、それに伴う冷却とのセットを省略できる。そしてこのため、バンク構造を製造するのに必要な時間を短くできる。
(変形例6)
実施例1から4によれば、上部層にシリコンスタンプを押し付ける際に、上部層の温度をガラス転移温度以上の温度に加熱させる。ただし、上部層にシリコンスタンプを押し付ける際の加熱を省略してもよい。
例えば、実施例4のPMMAの代わりに、Dow Corning社から入手可能なHSQ(Hydrogen Silsequioxane)が用いられればよい。この場合、下部層41上にスピンコート法でHSQを塗布して、HSQを含んだ前駆層を形成する。その後、前駆層を約50℃でプリベークして、上部層として機能するHSQ層を形成する。このような上部層を用いれば、スタンプを上部層に押し当てる際に、上部層を加熱しなくても、例えば室温で、上部層にバンクパターンを与えることができる。
このような本変形例によれば、シリコンスタンプを押し付ける際の加熱と、それに伴う冷却とのセットを省略できる。そしてこのため、バンク構造を製造するのに必要な時間を短くできる。なお、HSQの代わりに、東京応化工業(株)から入手可能なSOG(Spin−on−Glass)が用いられても、同様な結果が得られる。
(a)から(c)は本実施形態のバンク構造を説明する模式図である。 (a)から(c)は本実施形態の3層プロセスの概略図である。 (a)から(c)は本実施形態の2層プロセスの概略図である。 (a)から(d)は実施例1の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(e)は実施例1の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(d)は実施例2の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(d)は実施例2の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(d)は実施例3の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(d)は実施例3の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(c)は実施例3の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(d)は実施例4の製造方法を説明する模式図である。 (a)から(d)は実施例4の製造方法を説明する模式図である。 (a)は、エンボス処理が施された実施例1の3層構造の上面を示す図であり、(b)は、最終的に得られるバンク構造1の上面を示す図である。 実施例2のバンク構造の上面を示す図。 実施例4の導電性ラインの上面を示す図。
符号の説明
1…バンク構造、2…バンク、2a…上面、2b…側面、3…凹領域、4…下地物体、4a…表面、10…シリコン基板、11…下部層、12…濡れ性改質層、13…上部層、105…バンクパターン、105a…凹部、105b…凸部、20…ガラス基板、20a…ITO層、20b…自己組織化分子層、21…下部層、22…濡れ性改質層、23…上部層、25…バンクパターン、25a…凹部、25b…凸部、30…ガラス基板、31…下部層、33…上部層、35…バンクパターン、35a…凹部、35b…凸部、40…ガラス基板、41…下部層、43…上部層、45…バンクパターン、45a…凹部、45b…凸部、51〜54…シリコンスタンプ。

Claims (30)

  1. 基体上に第1の層を形成する工程(a)と、
    前記第1の層上に濡れ性改質層を形成する工程(b)と、
    前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(c)と、
    前記第2の層にエンボス処理を施すことにより、前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成する工程(d)と、
    前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写してバンク構造を形成する工程(e)と、
    前記濡れ性改質層の表面を露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(e)の後で、前記第2の層を取り除く工程(f)と、
    を包含したバンク構造の製造方法。
  2. 請求項1記載のバンク構造の製造方法であって、
    前記濡れ性改質層の撥液性は前記第1の層の撥液性よりも高い、バンク構造の製造方法。
  3. 請求項2記載のバンク構造の製造方法であって、
    凹領域を縁取る前記バンク構造の側面と、前記上面と、の間で濡れ性の差異が生じるように、前記工程(e)と(f)との間で前記側面の親液性を向上させる工程(g)をさらに包含したバンク構造の製造方法。
  4. 請求項1記載のバンク構造の製造方法であって、
    凹領域を縁取る前記バンク構造の凹領域の深さは2μm以上である、バンク構造の製造方法。
  5. 基体上に第1の層を形成する工程(a)と、
    前記第1の層上に濡れ性改質層を形成する工程(b)と、
    前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(c)と、
    前記第2の層にエンボス処理を施すことにより、前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成する工程(d)と、
    前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写して凹領域を縁取るバンク構造を形成する工程(e)と、
    前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(e)の後で、前記第2の層を取り除く工程(f)と、
    前記凹領域にノズルから液滴として吐出されうる流動性を備える機能液を配置して、前記凹領域内に前記機能液を含んだパターンを形成する工程(g)と、
    を包含したパターン形成方法。
  6. 請求項記載のパターン形成方法であって、
    前記工程(g)は、インクジェットヘッドの前記ノズルから前記機能液を吐出して、前記凹領域に前記機能液を配置する工程(g1)を含んでいる、パターン形成方法。
  7. 請求項または記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は導電性材料であり、
    前記工程(g)によって導電性パターンが形成される、パターン形成方法。
  8. 請求項5または記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は強誘電体材料であり、
    前記工程(g)によって強誘電体パターンが形成される、
    パターン形成方法。
  9. 請求項または記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は半導体材料であり、
    前記工程(g)によって半導体パターンが形成される、
    パターン形成方法。
  10. 請求項または記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は誘電体材料であり、
    前記工程(g)によって誘電体パターンが形成される、
    パターン形成方法。
  11. 請求項または記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は電気発光材料であり、
    前記工程(g)によって電気発光体パターンが形成される、
    パターン形成方法。
  12. 請求項または記載のパターン形成方法を包含した電子回路の製造方法。
  13. 請求項または記載のパターン形成方法を包含した電子デバイスの製造方法。
  14. 請求項6から11のいずれか一つに記載のバンク構造のパターン形成方法であって、
    前記凹領域の深さは2μm以上である、
    パターン形成方法。
  15. 濡れ性改質層で覆われた第1の層を基体上に形成する工程(a)と、
    前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(b)と、
    前記第2の層にエンボス処理を施すことにより、前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成する工程(c)と、
    前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写してバンク構造を形成する工程(d)と、
    前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、
    を包含したバンク構造の製造方法。
  16. 請求項15記載のバンク構造の製造方法であって、
    前記工程(a)は、前記第1の層の材料と界面活性剤とを含有した溶液を前記基体上に配置することと、前記第1の層の前記材料と前記界面活性剤とからそれぞれ前記第1の層と前記濡れ性改質層とが得られるように、前記配置された溶液を加熱することと、を含んでいる、バンク構造の製造方法。
  17. 請求項15記載のバンク構造の製造方法であって、
    前記工程(a)は、前記第1の層の材料と前記濡れ性改質層の材料とを含有した溶液を前記基体上に配置して、前記第1の層の前記材料と前記濡れ性改質層の前記材料とからそれぞれ前記第1の層と前記濡れ性改質層を相分離によって得ることを含んでいる、
    バンク構造の製造方法。
  18. 請求項15記載のバンク構造の製造方法であって、
    前記工程(a)は、前記基体上に前記第1の層を形成することと、前記濡れ性改質層が得られるように前記第1の層に物理処理または化学処理を施すことと、を含んでいる、バンク構造の製造方法。
  19. 請求項15記載のバンク構造の製造方法であって、
    前記基体表面は、ITO層または基板上に形成された自己組織化分子層によって実現されている、バンク構造の製造方法。
  20. 請求項15から19のいずれか一つに記載のバンク構造の製造方法であって、
    凹領域を縁取る前記バンク構造の前記凹領域の深さは2μm以上である、バンク構造の製造方法。
  21. 濡れ性改質層で覆われた第1の層を基体上に形成する工程(a)と、
    前記濡れ性改質層上に第2の層を形成する工程(b)と、
    前記第2の層にバンクパターンを規定する凸部と凹部とを形成するように、前記第2の層にエンボス処理を施す工程(c)と、
    凹領域を縁取るバンク構造が得られるように、前記第2の層の凸部をマスクにしたエッチングにより、前記バンクパターンを前記濡れ性改質層を介して前記第1の層へ転写する工程(d)と、
    前記濡れ性改質層の表面が露出して前記バンク構造の上面になるように、前記工程(d)の後で、前記第2の層を取り除く工程(e)と、
    前記凹領域にノズルから液滴として吐出されうる流動性を備える機能液を配置して、前記凹領域内に前記所定材料を含んだパターンを形成する工程(f)と、
    を包含したパターン形成方法。
  22. 請求項21記載のパターン形成方法であって、
    前記工程(f)は、インクジェットヘッドの前記ノズルから前記機能液を吐出して、前記凹領域に前記機能液を配置する工程(f1)を含んでいる、パターン形成方法。
  23. 請求項21または22記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は導電性材料であり、
    前記工程(f)によって導電性パターンが形成される、パターン形成方法。
  24. 請求項21または22記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は強誘電体材料であり、
    前記工程(f)によって強誘電体パターンが形成される、パターン形成方法。
  25. 請求項21または22記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は半導体材料であり、
    前記工程(f)によって半導体パターンが形成される、パターン形成方法。
  26. 請求項21または22記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は誘電体材料であり、
    前記工程(f)によって誘電体パターンが形成される、パターン形成方法。
  27. 請求項21または22記載のパターン形成方法であって、
    前記所定材料は電気発光材料であり、
    前記工程(f)によって電気発光体パターンが形成される、パターン形成方法。
  28. 請求項21または22記載のパターン形成方法を包含した電子回路の製造方法。
  29. 請求項21または22記載のパターン形成方法を包含した電子デバイスの製造方法。
  30. 請求項21から27のいずれか一つに記載のパターン形成方法であって、
    前記凹領域の深さは2μm以上である、パターン形成方法。
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