系统薄膜的加工方法和材料技术总汇

屏幕印刷采用17μm布线

（1）屏幕印刷是用于半导体层、绝缘膜、金属层、有色层及粘着层等的印刷技术。屏幕印刷的优点是设备价格低廉，仅为1000万日元左右。而且，对印刷用墨水材料的制约因素较少，材料使用效率高达约80％。主要适合于大面积成膜注1）。

注1）加工尺寸较大，为数十μm，缺点是很难制成厚度小于30μm的薄膜。

近年来，屏幕印刷量产水平的加工尺寸已从100μm微细化到了30μm。线宽为30μm的加工主要面向PDP用防电磁波膜的量产化。日本大型屏幕印刷企业纽朗（NEWLONG）精密工业开发出了微细化至17μm的技术。通过在薄膜底板的表面进行加工实现了微细化。采用屏幕印刷绘制线宽/线间隔（L/S）小于30μm的图形时，存在薄膜底板上的墨水产生大面积浸湿的问题。因此，该公司开发出了将17μm布线印刷于可在表面形成多孔质层的聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）薄膜上的技术。该多孔质层可吸收印刷在薄膜底板上的墨水，防止涂布处的周围产生大面积浸湿。

通道长1μm的有机晶体管

（2）喷墨涂布主要用于有色层、布线层、绝缘层及半导体层等的形成。喷墨的优点是无需底板，可直接涂布于平面的必要部分。

近年来，喷墨涂布的绘制尺寸已从数十μm微细化到了20μm左右。不过利用普通喷墨头进行量产时的绘制直径约为13μm。小于13μm的微细化技术尚处于研究阶段，不过已开发出了通道长为1μm的有机晶体管。

通道长为1μm的有机晶体管是由东京大学工学系研究科量子相电子研究中心副教授染谷隆夫与德国马普固体研究所（Max Planck Institute for Solid State Research）共同开发而成。在有机半导体层上形成了Ag材料的源极和漏极，电极宽度为2μm，厚度为25nm。

利用普通喷墨头进行量产时的图形直径仅为13μm左右，喷出的液滴最小为1pl。染谷的研究小组实现液滴微量化的理由是使用了喷出液滴仅为原喷墨1/1000以下的fL（飞升）级超微细液滴喷射技术注2）。实现1fL液滴喷射后，液滴直径为1.3μm，数值减小了1位数。该喷射技术是产业技术综合研究所（产综研）纳米科技部门开发的“高级喷墨”技术注3）。

注2）在喷墨技术中，“目前还没有控制液滴量超过高级喷墨的方法”（开发使用喷墨技术的电子元件的技术人员）。因此，要形成直径小于1μm的微细图形时，需要考虑采用其它方法。微细化的限制因素取决于喷墨技术原理。由于液滴越小，表面积与体积的比越大，溶媒会瞬间干燥。液滴小于1μm时，溶媒在喷出瞬间干燥。

注3）产综研没有公开喷射fl级微细液滴的技术详情。

另外，近年来，喷墨材料的种类不断增多。ITO（铟锡氧化物）、Cu和Si等原来很难用作墨水的材料均现在均能制成墨水，实现了金属布线和半导体涂布注4）。

注4）喷墨涂布用墨水材料的制约因素很多，需要满足多个条件，如使用的溶剂不溶解喷头、喷出的粘度易于调整、喷射的液滴不因喷头发生变形等。
nm级微细图形成型

（3）成型技术就是在薄膜底板上形成三维构造的技术。膜上图形成型有两种方法。一种是挤压成型，就是将溶融的聚合物制成薄膜时形成图形的方法，另一种是利用涂布在薄膜上的UV硬化树脂形成图案的方法。前者用于形成液晶面板用带透镜的扩散板和导光板，后者用于形成液晶面板用棱镜板和电子纸扇形构造。

目前，使用筒状模具的成型在量产水平方面，线宽和直径的加工尺寸均微细化到了30μm左右。预计今后将通过使用形成nm级图形的模具成型的纳米压印技术，实现达数十nm的微细化。

除成型技术外，成型的微细化还得益于模具制作技术。比如，利用筒状模具在薄膜上连续压印图形时，使用筒状模具形成无缝图形的技术至关重要。该技术尚处于研究阶段，不过日本首都大学东京城市环境专业城市环境科学研究科教授益田秀树联合神奈川科学技术研究所，共同开发出了利用阳极氧化在Al表面制作nm级螺距的点形状的技术。Al氧化后形成A2O3，通过电压和溶液的组成优化，部分Al发生溶解，形成等间隔的nm级孔注5）。

注5）此孔的平均螺距取决于阳极氧化的电压。比如，印加40V电压时，以100nm的螺距排列孔。

2015年电子迁移率将达到10cm²/Vs

（4）上述三种加工方法中，屏幕印刷和喷墨涂布等使用的材料的发展尤为显著（图4）。电子迁移率与非晶硅同为1cm2/Vs的有机半导体材料已达到实用水平注6）。2015年有机半导体的电子迁移率将提高到多晶硅水平，为10cm2/Vs。原因是改进技术，使溶媒更易溶解高电子迁移率的材料。

注6）除提高了涂布型半导体材料的性能外，还确立了更稳定的制造方法。“早在几年前，即使使用相同的有机半导体材料，其特性也会因不同的元件厂商或不同批次的试制发生改变。现在，通过改进有机半导体的涂布技术以及底板、半导体材料和绝缘膜材料的界面的控制技术，在使用同一有机半导体材料时，很少出现特性产生较大差异的情况”（索尼）。

图1：涂布型半导体电子迁移率的推移目前量产时的电子迁移率已达到1cm2/Vs。《日经微器件》基于产业技术综合研究所、OE-A和德国H.C. Starck GmbH的资料制作。

电子迁移率大于1cm²/Vs的有机半导体材料注7）如三菱化学科学技术研究中心开发的TBP的前驱体。将溶液状的前驱体涂布在底板上，利用180℃的热处理转换成具有半导体功能的卟啉膜。电子迁移率最大为1.8cm²/Vs。三菱化学计划从2010年开始利用卷对卷方式生产使用该材料的发光效率为7％的太阳能电池。预计2015年发光效率可提高到15％。

注7）电子迁移率大于1cm²/Vs的有机半导体材料的应用方面，使用与三菱化学的材料不同的材料，美国Konarka Technologies已开始先行进行使用有机半导体（卷对卷制造）的太阳能电池的样品供货。卷对卷的导入前提是高生产效率和高成品率

使用薄膜底板的卷对卷制造工艺的导入前提是同时实现高成品率和高生产效率。如果不能实现这一前提，那么采用卷对卷方式就没有任何意义。

卷对卷方式是使用卷成筒状的长达几百米～几千米的薄膜底板，进行连续处理的制造工艺。而盒对盒方式是使用单个切断的薄膜底板，按照制造工序依次在各个设备上进行处理的制造工艺。

与盒对盒方式相比，卷对卷方式的优点是能以较高的效率和较低的成本制造生产数量较多的元件。原因是将多数制造设备连成一排进行连续处理，可大幅节省搬运时间和减少设备。与盒对盒方式相比，制造相同元件时，设备投资成本较低但吞吐量较高。

不过，如果存在成品率低或处理速度慢的工序的话，连续处理就成为最大的缺点。卷对卷方式的吞吐量取决于处理速度最慢的工艺。采用盒对盒方式时，可通过增加处理速度慢的工艺的设备台数保证工艺整体的处理速度。

作为选择盒对盒方式形成有源矩阵驱动的液晶面板、电子纸和有机EL面板用TFT的实例，列举了以柔性显示器开发为目标的欧洲的项目“Flexidis Project”。该项目的研究内容是使用6张掩模通过10道工序形成TFT。使用长度为300m的薄膜底板采用卷对卷方式制造时，生产周期比盒对盒方式的0.17天多5天。这样，采用连续制造就暴露出两个问题。一是生产中的产品——半成品增至10倍，另一个是次品检测的反馈较慢。因此，Flexidis Project将通过把利用现有方法在玻璃底板上作制的TFT转印到薄膜底板上的方法进行制作。

另外，移动显示材料技术研究协会（TRADIM）表示，卷对卷方式还能构成符合制造工艺生产效率的柔性生产线。存在处理能力慢的工序时，可将该工序分成2个卷进行处理，从而构成生产效率更高的生产线。除了通过1个筒状薄膜进行连续处理外，还设想将盒对盒方式嵌入到处理速度较慢的部分工序中去。（记者：加藤 伸一）