JP2010062527A - 薄膜素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】犠牲層から剥離した面に残った残留物を除去するための工程を省略することのできる薄膜素子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の薄膜素子の製造方法は、犠牲層１２と薄膜１４を順次に形成した第１基板１１を形成し、支持構造物１５を仮付けしてからレーザーを照射して犠牲層１２を除去して第１基板１１から薄膜１４を分離し、次に接合物質層１７が塗布された第２基板１６上に薄膜１４を接合して支持構造物１５を薄膜１４から分離することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜素子の製造方法に関し、特にフレキシブル素子の製造技術に活用することが可能な薄膜転写工程を用いた薄膜素子の製造方法に関するものである。

一般的に、薄膜転写技術は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような電子素子や有機ＥＬ素子のような光学素子等の薄膜素子の製造に広く活用されている。

薄膜転写技術は、予備基板上に必要な薄膜を形成した後に、永久基板上に転写して所望の薄膜素子を製造する技術のことを言う。このような薄膜転写技術は成膜に使用される基板の条件と、薄膜素子に使用される基板の条件とが異なる場合に非常に有効である。

例えば、半導体成膜技術のように比較的高温の工程が求められるが、素子に用いる基板は低い耐熱性しかない場合や、軟化点及び融点が低い場合には薄膜転写技術を非常に有益に活用することができる。特に、フレキシブル薄膜素子の場合には非常に有益に活用することができる。

従来では、フレキシブル素子の場合には柔軟性が求められるため、主に高分子等のような有機物基板を用い、その上面に機能部を構成するための薄膜として有機薄膜を採用していたが、有機薄膜で実現した機能部では高性能を保障することが困難であったため、例えば、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）或いは酸化物薄膜等のような無機物でフレキシブル素子の機能部を構成していた。この場合、高温の半導体成膜技術を有機物であるフレキシブル基板に直接適用することは困難なので、他の予備基板上に半導体のような無機物で薄膜を形成し、その薄膜を薄膜転写技術を用いて転写していた。

しかし、このような従来の薄膜転写技術では、予備基板から分離した面を永久基板上に転写すると、薄膜の上面として提供されてしまう。このような上面には犠牲層の残留物が存在するので、薄膜素子に不利益な影響を及ぼすことを防ぐために犠牲層の残留物を除去する工程をさらに行わなければならない。

一方、薄膜パターンが必要な場合には、一般的に永久基板に薄膜を転写した後にパターニング工程を行っていた。これは予めパターニングすると、予備基板との剥離のためのレーザー照射によって、犠牲層の除去時に支持基板として用いた永久基板が損傷してしまうことがあるためである。

しかし、このようなパターニング工程を永久基板に転写した後に行うと、パターニング工程における永久基板の熱的、化学的損傷を考慮しなければならないという問題点があった。

本発明は、上記の従来の問題点を解決するためのものであり、その目的は、一時的に薄膜を支持するための支持構造物を用いることにより、薄膜の永久基板上に接合される面を変更し、これによって工程を簡素化して素子の信頼性を向上させることのできる薄膜素子の製造方法を提供することにある。

上述の技術的課題を達成するために、本発明は、第１基板上に犠牲層を形成する段階と、前記犠牲層上に被転写物である薄膜を形成する段階と、前記薄膜上に支持構造物を仮付けする段階と、前記第１基板から前記薄膜が分離するように前記犠牲層を除去する段階と、前記支持構造物に仮付けされた前記薄膜を第２基板上に接合する段階と、前記薄膜から前記支持構造物を分離する段階とを含むことを特徴とする薄膜素子の製造方法を提供する。

第１基板は透明基板であることが好ましい。犠牲層を除去する段階は、透明基板を通じて犠牲層にレーザーを照射する段階であることが可能である。このような犠牲層としては使用されるレーザーの波長を吸収可能な透明伝導性酸化物層を用いることが可能であり、これに限定しないが、例えばＩＴＯ、ＺｎＯまたはＳｎＯ_２のような物質からなることが可能である。使用されるレーザーの波長帯を吸収しながら容易に溶融する物質、すなわち融点の低い他の物質（例えば、ポリマー、Ｉｎ、Ｐｂ）を含んだ薄膜を用いることもできる。

好ましくは、薄膜上に支持構造物を仮付けする段階は、薄膜の表面が支持構造物の表面に密着するように、支持構造物を薄膜に加圧する段階とすることができ、常温で容易に実現することができる。支持構造物としてはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）系またはシリコンラバー系ポリマーであることが好ましい。

好ましくは、薄膜を第２基板上に接合する段階は、第２基板上に接合物質層を塗布する段階と、接合物質層を用いて第２基板上に薄膜を接合する段階とから行うことができる。

他の実施形態において、薄膜を形成する段階と支持構造物を仮付けする段階との間に、薄膜をパターニングして薄膜パターンを形成する段階をさらに含むことができる。

薄膜パターンは、特定の機能を実施するための機能部パターンと、機能部パターンに連結されて機能部パターンよりも広い面積を有する支持部パターンとを含むことができる。この場合、支持構造物を分離する段階の後に、機能部パターンを除いた支持部パターンを除去する段階をさらに含んでいる。

第２基板はフレキシブル基板であることが好ましい。一方、薄膜は半導体薄膜または回路パターンのような金属薄膜であることが可能である。

好ましくは、支持構造物を分離する段階の後に、薄膜が接合された第２基板上に保護層を形成する段階をさらに含むことが可能である。

本発明によれば、薄膜または薄膜パターンの永久基板に接合される面を、犠牲層から剥離した面にすることによって、犠牲層の残留物を除去するための工程を省略することができ、残留物による問題を解決することができる。

また、支持構造物を用いた接合面の変更過程において、別途の接合層を用いるのではなく、ファンデルワールス（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｗａｌｌｓ）力のような物質界面の作用によって容易に実現することができるので、全体的な工程を単純化することができる。

さらに、本発明は、薄膜に対するパターニング工程を予備基板上で行うことができるという長所を提供し、フレキシブル素子の製造工程において非常に有効に活用することができる。

本発明の一実施形態に係る薄膜素子の製造方法のうち被転写用積層体の形成工程を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜素子の製造方法のうち転写工程を説明するための工程断面図である。 本発明の他の実施形態に係る薄膜パターンの転写方法を説明するための工程断面図である。 本発明の他の実施形態に係る薄膜素子（フレキシブル素子）の製造方法に採用された薄膜パターンの一例を示す斜視図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の具体的な実施形態を説明する。

図１（ａ）乃至図１（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る薄膜素子の製造方法のうち被転写用積層体の形成工程を説明するための工程断面図である。

図１（ａ）に図示したように、第１基板１１上に犠牲層１２と被転写物である薄膜１４を順次に形成する。

第１基板１１は、薄膜１４を形成するための基板であり、所望の薄膜１４を成長させるための高温の成膜工程であっても十分に耐久性のある物質から形成されている。通常は被転写物である薄膜１４を分離する工程は、レーザーリフトオフ工程を用いるので、このような条件も第１基板１１の物質を選択するときに考慮する必要がある。

即ち、第１基板１１はレーザーが透過することができるように、レーザービームの波長に該当するエネルギーより大きなバンドギャップを有する物質から形成する。このような第１基板１１としては透明基板を用いることが好ましく、これに限定するわけではないが、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、石英（ｑｕａｒｔｚ）、ガラス（ｇｌａｓｓ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ランタンアルミネート（ＬａＡｌＯ_３）、溶融シリカ、ジルコニアの中から選ばれた１つの基板であればよい。

犠牲層１２は、使用されるレーザーによって分解可能な物質で構成された層のことをいい、後続する工程においてレーザー（図１ｃのｈυ）は第１基板１１を透過して犠牲層１２を分解する。

このような犠牲層１２を選択的に除去するために、レーザーのエネルギーを犠牲層１２の位置に集中させるための焦点調整方式を採用することができる。このとき使用されるレーザービームの波長によって、第１基板１１及び犠牲層１２の物質を適切に選択することが好ましい。

このような犠牲層１２としては、使用されるレーザーの波長が吸収可能なエネルギーバンドギャップを有する透明伝導性酸化物層を用いることができ、これに限定するわけではないが、犠牲層は、例えばＩＴＯ、ＺｎＯまたはＳｎＯ_２のような物質から形成することができる。また、使用されるレーザーの波長帯を吸収しながら簡単に溶融することができる物質、すなわち融点の低い他の物質（例えば、ポリマー、Ｉｎ、Ｐｂ）を含んだ薄膜を用いることも可能である。

薄膜１４は、所望の薄膜素子の機能部を実現するための構造をしており、半導体またはポリシリコンのような無機物か、あるいは金属で形成することができる。また、薄膜１４は非晶質薄膜またはポリシリコン等のようなディスプレイ素子用薄膜であってもよい。後述するが、このような機能部のための薄膜１４はパターニングして提供することもできる。薄膜１４の形成工程としては、スパッタリング、蒸発法、ＣＶＤのような公知の成膜技術を活用することができる。

次いで、図１（ｂ）に図示したように、薄膜１４上に支持構造物１５を仮付けする。

薄膜１４の表面に支持構造物１５を密着させるように加圧することで臨時接合する。支持構造物１５は第２基板（永久基板）に薄膜１４を転写するまでの間だけ使用する臨時の支持体である。

本明細書で使用される“仮付け”という用語は、少なくとも転写工程まで薄膜１４を支持／取り扱うことができる程度の接合力を維持しながら、転写される第２基板との間の接合力よりも弱い接合状態を意味するものと理解できる。

このような“仮付け”工程は、接着剤のように付加的な手段または高温の熱処理工程による融接を使用しないような接合を意味する。

一例として、仮付け工程は、薄膜１４と支持構造物１５の滑らかな表面とを互いに密着させてファンデルワールス力で、お互いが一時的に接合された状態になることが好ましい。このような仮付け工程は、常温の低い圧力条件であっても十分に行うことができ、薄膜１４は容易に分離することができるので、第２基板に薄膜１４を転写した後であっても、薄膜１４の支持構造物１５から分離された面は清潔な状態を維持することができる。この点については図２ａ及び図２ｂにおいて再び説明する。

このようなファンデルワールス力による仮付けをより容易に実現するために、支持構造物１５はポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙ ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌｏｘａｎｅ：ＰＤＭＳ）、シリコンラバー系の高分子物質のような物質を用いることが好ましい。ただし、このような物質に限定されるわけではなく、類似な界面活用を通じて上述の仮付けを容易に実現できる物質であれば、その他の物質であっても好ましく採用することができる。

次に、第１基板１１から薄膜１４を分離するために犠牲層１２を除去する。このような除去工程は化学的エッチングのように多様な公知の工程を考慮することも可能であるが、本実施例ではレーザーリフトオフ（ＬＬＯ）工程を用いることが好ましい。

先ず、図１ｃに図示したように、レーザーｈυを照射して犠牲層１２を除去する。犠牲層１２を除去するためのレーザーｈυは、上述したように透明基板である第１基板１１の下面を通じて照射され、レーザーの波長を吸収するバンドギャップを有する犠牲層１２は熱分解されて除去される。

次いで、犠牲層１２が熱分解されて除去されると、図１ｄに図示したように支持構造物１５を用いて薄膜１４を第１基板１１から分離する。しかし、犠牲層１２を完全に除去することは難しいので、その残留物が薄膜１４の分離された表面１４ａに残ることになる。

しかし、本発明では、分離された薄膜１４を直接第２基板に転写するのではなく、一時的な支持体である支持構造物１５に仮付けするので、このような残留物が存在する分離面１４ａは第２基板と接合する面として提供される。

この点については、図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照してより詳細に説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は本発明の一実施例に係る薄膜素子の製造方法のうち転写工程を示す図であり、図１（ｄ）に図示した転写積層体１４、１５を用いて薄膜１４を第２基板１６に転写する工程を示している。

図２ａに図示したように、支持構造物１５に仮付けされた薄膜１４を第２基板１６上に接合する。

本明細書において使用される“第２基板”または“永久基板”という用語は転写先として提供される基板のことをいい、薄膜素子を構成する基板に該当する。

本工程において、薄膜１４と第２基板１６との間の接合強度は、支持構造物１５と薄膜１４との間の仮付けによる接合強度よりも高い接合力を有している。そのため、本実施形態では薄膜１４と第２基板１６との間の接合には、別途の接合物質層１７を用いることができる。

このような工程は、支持構造物１５と薄膜１４と間の接合力より強い接合力を有する前駆体などを含む接合物質を薄く塗布した後に、第２基板１６上に薄膜１４を接合することで実現することができる。

次いで、図２（ｂ）に図示したように、薄膜１４から支持構造物１５を分離する。上述したように、薄膜１４と第２基板１６との間は接合物質層１７によって高い接合力を有するので、相対的に低い接合力を有する支持構造物１５は簡単に分離することができる。

特に、上述したように、ファンデルワールス力でお互いを一時的に接合した状態であれば、支持構造物１５から分離された後でも、薄膜１４の分離された面は非常に清潔な状態を維持することができる。

本発明の薄膜転写技術は、多様な薄膜素子に使用することができる。より具体的に説明すると、半導体成膜技術のように比較的に高温な工程が求められるが、素子に使用される基板が低い耐熱性しかない場合や、軟化点及び融点が低い場合には薄膜転写技術は非常に有益に活用することができる。特に、フレキシブル薄膜素子の場合には非常に有益に活用することができる。

この場合、第２基板１６は高分子物質からなるフレキシブル基板であり、薄膜１４は半導体薄膜または金属薄膜であることが可能である。また、薄膜１４は非晶質シリコンまたはポリシリコン等のようなディスプレイ素子用薄膜であってもよい。

実際の応用例において、主に転写される薄膜は薄膜パターンの形態で提供される。上述したように、従来では薄膜を永久基板（第２基板）に転写した後にパターニング工程を実施することが一般的であった。すなわち、転写前に予め薄膜パターンを形成する場合、従来では転写工程と共にレーザーリフトオフ工程を実施するので、薄膜パターンの間の空間を通じてレーザーが永久基板に照射されて損傷することがあった。

しかし、本発明では、一時的な支持体である支持構造物を使用するので、このような問題点を解決することができる。このような薄膜パターンの転写方法を図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照して説明する。

図３（ａ）を参照すると、支持構造物２５に仮付けされた薄膜パターン２４と、上面に接合物質層２７が塗布された第２基板２６とを図示している。薄膜パターン２４は、図１（ａ）で示したように第１基板１１上に犠牲層１２と共に成長させた状態でパターニングされたものと理解することができる。

このような工程の後に薄膜パターン２４は、支持構造物２５に仮付けされた状態でレーザーリフトオフ工程を通じて犠牲層１２を除去して分離されたものである。この場合、照射されたレーザーがパターンの間を通って支持構造物２５に向かったとしても、支持構造物２５の役割には何の問題もない。

次いで、図３（ｂ）に図示したように、接合物質層２７を用いて薄膜パターン２４を第２基板２６上に接合する。

次に、図３（ｃ）に図示したように、薄膜パターン２４から支持構造物２５を分離する。この場合、薄膜パターン２４と第２基板２６との間は接合物質層２７によって高い接合力を有するので、薄膜パターン２４は相対的に低い接合力しかない支持構造物２５から容易に分離することができる。また、上述したようにファンデルワールス力でお互いが一時的に接合されている状態であれば、支持構造物２５を分離した後でも薄膜パターン２４の分離された面は非常に清潔な状態を維持することができる。

本実施形態では、さらに図３（ｄ）に図示したように、第２基板２６上に形成された薄膜パターン２４を保護するための保護層２８を形成する。このような保護層２８は適切な絶縁樹脂を用いてスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）のような公知の塗布工程によって提供することができる。また、図２（ｂ）に示した薄膜１４上に保護層を形成することも可能である。

上述の実施例において図示した薄膜１４または薄膜パターン２４は、薄膜素子における所望の特定機能を実現するための機能部として理解することができる。このような機能部がパターニングされて幅が狭い場合には十分な接合面積を提供できないので、支持構造物と単純に密着しただけでは仮付けを実現することは困難である。

このような問題を解決するために、図４に図示したように、パターニング工程時に接合面積を確保するための別途の支持部パターンを形成することができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係る薄膜素子（フレキシブル素子）の製造方法に採用することが可能な薄膜パターンの一例を図示している。薄膜パターン３４は支持構造物３５に仮付けされて第１基板と分離された状態を図示したものと理解することができる。

図４に図示した薄膜パターン３４は、特定の機能を行うための機能部パターン３４ａと共に、連結部パターン３４ｃによって機能部パターン３４ａに連結され、機能部パターン３４ａより広い面積を有する支持部パターン３４ｂとを含んでいる。

機能部パターン３４ａは、十分な接合面積を有することができないので、仮付けによって支持構造物３５に維持することは困難である。しかし、機能部パターン３４ａの両辺に位置して相対的に広い面積を有する支持部パターン３４ｂによって、機能部パターン３４ａは支持構造物３５に仮付けすることができる。このような機能部パターン３４ａを除いた支持部パターン３４ｂと連結部パターン３４ｃは第２基板に転写された後に除去することができる。

このように、本発明は上述の実施形態及び添付した図面によって限定されるものではなく、特許請求の範囲によって限定されるものである。従って、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者には自明であり、これも特許請求の範囲に記載された技術的思想に属するものである。

１１ 第１基板
１２ 犠牲層
１４ 薄膜
１５、２５、３５ 支持構造物
１６、２６ 第２基板
１７、２７ 接合物質層
２４ 薄膜パターン
３４ａ 機能部パターン
３４ｂ 支持部パターン
３４ｃ 連結部パターン

Claims (14)

1. 第１基板上に犠牲層を形成する段階と、
   前記犠牲層上に被転写物である薄膜を形成する段階と、
   前記薄膜上に支持構造物を仮付けする段階と、
   前記第１基板から前記薄膜が分離するように前記犠牲層を除去する段階と、
   前記支持構造物に仮付けされた前記薄膜を第２基板上に接合する段階と、
   前記薄膜から前記支持構造物を分離する段階と
   を含むことを特徴とする薄膜素子の製造方法。
2. 前記第１基板は、透明基板であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
3. 前記犠牲層を除去する段階では、前記透明基板を通じて前記犠牲層にレーザーを照射することを特徴とする請求項２に記載の薄膜素子の製造方法。
4. 前記犠牲層は、ＩＴＯ、ＺｎＯまたはＳｎＯ_２のいずれかの物質からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
5. 前記薄膜上に前記支持構造物を仮付けする段階では、前記薄膜の表面が前記支持構造物の表面に密着するように、前記支持構造物を前記薄膜に加圧することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
6. 前記支持構造物は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）系またはシリコンラバー系ポリマーであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
7. 前記薄膜を前記第２基板上に接合する段階は、
   前記第２基板上に接合物質層を塗布する段階と、
   前記接合物質層を用いて前記第２基板上に前記薄膜を接合する段階と
   を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
8. 前記支持構造物を分離する段階の後に、前記薄膜が接合された前記第２基板上に保護層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
9. 前記薄膜を形成する段階と前記支持構造物を仮付けする段階との間に、前記薄膜をパターニングして薄膜パターンを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜素子の製造方法。
10. 前記薄膜パターンは、特定の機能を実施するための機能部パターンと、前記機能部パターンに連結されて前記機能部パターンよりも広い面積を有する支持部パターンとを含み、
    前記支持構造物を分離する段階の後に、前記機能部パターンを除いた前記支持部パターンを除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の薄膜素子の製造方法。
11. 前記第２基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
12. 前記薄膜は、半導体薄膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
13. 前記薄膜は、金属薄膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
14. 前記薄膜は、ディスプレイ素子用薄膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。

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