JP6938884B2 - 機能性膜の形成方法及び塗布装置 - Google Patents
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Description
しかし、乾燥前に先に塗った溶媒と機能性インクが混合するが、パターン領域全体に溶媒を塗布するため、乾燥時の体積収縮量が大きくなり機能性インクの種類、濃度によっては乾燥時にクラックが発生しやすく狙い通りの形状とならないという問題があった。
しかし、特許文献1と同様にパターン領域全体に溶媒を塗布するため、乾燥時のクラックが懸念され、狙い通りの形状にならないという問題があった。
本発明に係る機能性膜の形成方法の一実施形態について図1を用いて説明する。
図1は、塗布パターン上に先行塗布液、機能性液を塗布する方法について説明する図であり、基板を上から見た場合の概略図である。図1(A)は基板10上(下部電極11上)の塗布パターンの形状の一例を表し、機能性膜を配置したい所望の領域と同じ平面形状にしてある。例として塗布パターン20が矩形状である場合を挙げており、直角部は液滴が濡れ広がりにくいため、角は丸めてある。本実施形態では、基板10上に表面エネルギーがパターニングされており、液滴をはじきやすい撥液性の領域(撥液領域21)と、濡れ性が相対的に良い親液性の領域(塗布パターン20)とを有している。
塗布された機能性液は着弾後、図2(C1)に示されるように塗布パターン20上を広がるが、塗布パターン外は撥液性の領域であるため、塗布パターン20からはみ出ない。
次に、表面改質工程により、塗布パターン20が親液性、塗布パターン20以外の領域が撥液性となるように表面エネルギー制御を施す(図3のS103、図4(B))。本実施形態では塗布パターン20以外の領域にSAM(SAM:Self Assembled Monolayer)膜14を形成し、撥液性としている。
次に、塗布工程により、先行塗布液31を塗布パターン20の周縁部の一部に塗布し(図3のS104、図4(C))、機能性液(前駆体ゾル16a)を塗布パターン20に塗布する(図3のS104、図4(D))。塗布工程はインクジェット方式により行うことが好ましい。
次に、加熱工程により、機能性液を加熱し(図3のS105、図4(E))、機能性膜16bが形成される。
その後、上部電極作製工程で上部電極を作製する(図3のS107)。
機能性液としてPZT前駆体ゾルインクを用いる場合の例について説明する。PZT前駆体ゾルインクはPb:Zr:Ti=120:53:47の組成比で調合する。具体的なPZT前駆体ゾルインクの作製については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いることができる。酢酸鉛の結晶水は2−メトキシエタノールに溶解後、脱水する。なお、化学両論組成に対し鉛量を過剰にすることが好ましい。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。
そして、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを2−メトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応を進める。安定剤として酢酸を加え、2−メトキシエタノール及び高沸点溶媒で希釈し、PZT濃度を例えば0.3mol/Lにする。
本発明に係る機能性膜の形成方法における他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。
本実施形態について図5を用いて説明する。図5は図1と同様に基板10を上から見た場合の概略図であり、塗布パターン20上に塗布する方法の別の形態について説明する図である。
本発明に係る機能性膜の形成方法における他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通する事項については説明を省略することがある。
本実施形態について図6を用いて説明する。図6は図1と同様に基板10を上から見た場合の概略図であり、塗布パターン20上に塗布する方法の別の形態について説明する図である。
次に、本発明に係る塗布装置の一実施形態について説明する。
本実施形態の塗布装置は、上記実施形態における機能性膜の形成方法に用いられる塗布装置であり、前記基板を保持する保持手段と、前記先行塗布液を吐出する第1の液滴吐出手段と、前記機能性液を吐出する第2の液滴吐出手段と、前記基板に対して前記第1及び第2の液滴吐出手段が相対的に移動するように、前記基板、前記第1の液滴吐出手段及び第2の液滴吐出手段のいずれか又は全てを移動させる移動手段と、を有する。そして、前記第1の液滴吐出手段は、前記塗布パターンの周縁部の少なくとも一部に前記先行塗布液を塗布し、前記第2の液滴吐出手段は、前記塗布された先行塗布液が液体の状態で前記塗布パターンに前記機能性液を塗布する。
なお、図7には液滴吐出ヘッド68が2つ図示されているが、どのヘッドで先行塗布液、PZT前駆体ゾルゲルインクを塗布するかは適宜変更することができる。
まず、表面に熱酸化膜を有するシリコンウエハ上に二酸化チタンを90nm形成後、下部電極11となる白金をスパッタにより厚さ150nmで形成した。次に、下部電極11上に以下の方法でパターン化された塗布パターン形成層12を形成した。なお、塗布パターン形成層のパターンは作製したいPZT膜のパターンと同一の平面形状としている。
表面改質工程後には図4(B)に示されるように、塗布パターン20以外の領域はSAM膜14が形成され、撥液性を有する領域であった。
図4(A)に示される酸化物である塗布パターン形成層12が部分的に成膜された下部電極11をもつ基板をアルカンチオール溶液(CH3(CH2)11SH)の溶液にディップした。SAM膜形成にはアルカンチオールが白金に自己配列する現象を利用している。アルカンチオールは酸化物にはつかず、白金にのみSAM膜を形成する性質をもつため、SAM膜が白金上のみに形成された状態となる。そのため、形成されたSAM膜は表面側にアルキル基が配置しているので低表面エネルギーになる。これにより、濡れ性パターンを形成することができ、表面が部分的に撥液性を有する基板を得た。このように表面改質した白金に対する水の接触角は110℃であった。
その後、上部電極を形成し素子を得た。
11 下部電極
12 塗布パターン形成層
14 SAM膜
16 機能性膜
16a 前駆体ゾル
16b 機能性膜
20 塗布パターン
21 撥液性領域
21a 撥液性領域
30 先行塗布液の着弾位置
31 先行塗布液
30 機能性液の着弾位置
41 機能性液
60 架台
61 Z軸駆動手段
62 基板
63 ステージ
64 X軸支持部材
65 X軸駆動手段
66 ヘッドベース
68 液滴吐出ヘッド
70 供給用パイプ
71 Y軸駆動手段
Claims (5)
- 撥液性を有する領域に囲まれた塗布パターンを有するように塗布パターン作製処理及び撥液処理が行われた基板に対し、前記塗布パターンの周縁部の少なくとも一部に機能性液と相溶する先行塗布液を塗布する工程と、
前記塗布された先行塗布液が液体の状態で前記塗布パターンに機能性液を塗布する工程と、
前記塗布された機能性液及び先行塗布液を加熱する工程と、を有し、
前記加熱する工程は、前記塗布された先行塗布液を加熱して消失させるとともに、前記塗布された機能性液を加熱して機能性膜を得ることを特徴とする機能性膜の形成方法。 - 前記先行塗布液及び前記機能性液は、インクジェット方式により塗布されることを特徴とする請求項1に記載の機能性膜の形成方法。
- 前記塗布パターンは矩形形状であり、前記先行塗布液を前記矩形形状の四隅に塗布することを特徴とする請求項1又は2に記載の機能性膜の形成方法。
- 前記加熱する工程の後に、前記基板に対して、SAM(Self Assembled Monolayer)膜を形成することにより、前記塗布パターン以外を撥液性にする表面改質工程を有し、
前記表面改質工程、前記先行塗布液を塗布する工程、前記機能性液を塗布する工程及び前記加熱する工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の機能性膜の形成方法。 - 前記機能性膜が強誘電体膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の機能性膜の形成方法。
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