JP2010062526A - 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２２と薄膜２４を順次に形成した基板２１を準備し、回転する転写ロール２５の下側で基板２１から薄膜２４を分離するようにレーザーを照射しながら犠牲層２２を除去して薄膜２４を転写ロール２５の周面に仮付けし、次に転写ロール２５の上側では、接合物質層２７が塗布されたシート２６の表面に、薄膜２４が接合するようにシート２６を走行させて薄膜２４をシート２６上に転写することを特徴とする。
【選択図】図３

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、一時的に被転写薄膜を支持するための転写ロールを用いることにより、被転写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、尚且つ量産効率を画期的に改善した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、犠牲層と被転写薄膜とが順次に形成された基板を設ける段階と、回転する転写ロールの第１位置において、前記基板から前記被転写薄膜を分離するように前記犠牲層を除去しながら前記被転写薄膜を前記転写ロールの周面に仮付けする段階と、回転する前記転写ロールの第２位置において、前記転写ロールの周面に仮付けされた前記被転写薄膜上にシートの表面を接合するように前記シートを走行させることによって、前記被転写薄膜を前記シート上に転写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。

ここで、上記基板は透明基板であることが好ましい。上記犠牲層の除去は上記透明基板を通じて上記犠牲層にレーザーを照射する工程によって行うことができる。

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のいずれかの物質からなることが可能であり、これとは異なり、使用す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。

好ましくは、上記被転写薄膜と上記転写ロールの周面との間の仮付けは、上記転写ロールを上記被転写薄膜の表面上に圧着して回転することによって行うことができる。上記転写ロールの周面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からなる層から形成することができる。

好ましくは、上記被転写薄膜を上記シート上に転写する段階の前に、上記シートの接合面に接合物質層を塗布する段階をさらに含むことができる。

他の実施形態において、上記基板を設ける段階は、上記被転写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み、上記被転写薄膜は上記薄膜パターンであることが可能である。

他の実施形態において、上記薄膜パターンは、特定機能を行うための機能部パターンと、上記機能部パターンに連結されて上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、上記転写する段階の後に上記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むことができる。

好ましくは、上記転写する段階の後に、上記被転写薄膜が接合された基板上に保護層を形成する段階をさらに含むことができる。

上記シートはフレキシブル基材であることが可能である。一方、上記被転写薄膜は半導体薄膜または金属薄膜であることが可能である。

必要に応じて、上記転写する段階の後に、上記シート上に転写された被転写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。この場合、上記薄膜パターンを形成する段階の後に、上記薄膜パターンが接合されたシート上に保護層を形成する段階をさらに含むことができる。

本発明は、上記シートを複数のガイドロールによって走行するように構成して量産効率をより画期的に向上させることができる。

本発明によれば、転写ロールを介して薄膜を転写する転写技術を用いたことによって、薄膜素子の製造技術の量産効率を画期的に改善することができる。特に、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、転写ロール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、全体で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。

本発明の薄膜素子の製造方法に使用される積層体を概略的に示した側面図である。 本発明の薄膜素子の製造方法に採用された転写工程の原理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を実現するためのロール工程プラントの構成を示す側面図である。 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は、本発明に使用される薄膜が形成された積層体を概略的に示したものである。

図１を参照すると、基板１１の上に犠牲層１２と薄膜１４が順次に形成された積層体を図示している。

基板１１は、薄膜１４を形成するための予備基板であり、所望の薄膜１４を成長させるための高温の成膜工程におい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、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。

本実施形態において、好ましく採用される基板１１は透明基板であり、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は基板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。好ましくは、使用されるレーザービームの波長によって、基板１１及び犠牲層１２の物質を適切に選択することで実現できる。

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、これと異なって、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。

図２ａ及び図２ｂは、本発明の薄膜素子の製造方法に採用された転写工程の原理を説明するための工程断面図である。図２ａ及び図２ｂは同じロールの異なる位置で連続的に発生する動作を示しているが、より説明を容易にするために仮付け工程（レーザーリフトと共に行われる）と接合工程とを分離して説明する。

図２ａに図示した仮付け工程は、レーザーリフトオフによる薄膜１４の分離工程と同時に行うものと理解することができる。即ち、回転する転写ロール１５の第１位置（図面ではロールの下）で基板１１から薄膜１４を分離するように犠牲層１２を除去する。これと同時に薄膜１４は回転する転写ロール１５の周面に密着して仮付けされる。

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はあるが、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。即ち、レーザー（ｈυ）を透明基板１１の下面を通じて照射し、犠牲層１２はそのレーザーの波長を吸収することによって熱分解されて除去される。

このような除去工程において、犠牲層１２の完全な除去を期待することは困難であり、その残留物が薄膜１４の分離された表面に部分的に残ることがある。しかし、本発明では、分離した薄膜１４を直接シートに転写するのではなく臨時支持体である転写ロール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は永久基板に接合される面として提供される。

このような分離と同時進行で回転する転写ロール１５の周面には、薄膜１４の表面が密着して仮付けされる。ここで、転写ロール１５は、シート（永久基板）に薄膜１４を転写する前まで使用される臨時支持体として理解することができる。

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、転写されるシート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と転写ロール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、永久基板として使用されるシートに薄膜１４を転写した後であっても、薄膜１４の転写ロール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、転写ロール１５の周面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。本実施形態のように、転写ロール１５の周面として提供される外郭部１５ａを高分子物質で形成することによって、所望の仮付けを容易に実現できる臨時的な支持構造を提供することができる。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。

次いで、図２ｂに示すように、回転する転写ロール１５の第２位置（図面においては上部）で、転写ロール１５の周面に仮付けされた薄膜１４上にシート１６の表面を接合するようにシート１６を走行させる。これによって薄膜１４をシート１６の表面に転写する。

ここで、シート１６は転写先として提供される永久基板であり、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とシート１６との間の接合強度は、転写ロール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、本実施形態ではシート１６上に別途の接合物質層１７を塗布する。従って、薄膜１４とシート１６との間は接合物質層１７によって高い接合力を有することが可能なので、図示したように相対的に低い接合力で回転する転写ロール１５と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、転写ロール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。

上述した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。

図３を参照すると、本発明に係るロール転位技術によって連続的に薄膜素子を製造するための製造工程を実現したロール転位工程プラントを図示している。

図３に図示したように、回転する転写ロール２５の下に位置するように、犠牲層２２と薄膜２４が順次に形成された基板２１を平板Ｐ上に配置する。

基板２１から薄膜２４を分離するようにレーザー照射を用いて犠牲層２２を除去する。これと同時に薄膜２４は、回転する転写ロール２５の周面に密着しながら仮付けされる。転写ロール２５の周面として提供される外郭部２５ａは所望の仮付けを容易に行えるように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で形成することが好ましい。

転写ロール２５の反対側、すなわち上部には永久基板として用いられるシート２６を複数のガイドロールＧ１−Ｇ４によって走行させる。ここで、シート２６は、転写ロール２５に仮付けされた薄膜２４に接合できるように密着した状態で走行する。シート２６は、転写ロール２５に到達する前の位置（本実施例では、走行開始位置）で噴射ノズルＮによって接着物質層２７が塗布されているので、薄膜２４と強固に接合することができ、これによって薄膜２４と仮付けされた転写ロール２５の周面との間は容易に分離されることになる。

本実施形態では、シート２６に転写された薄膜２４に一括工程でパターニング工程を適用し、所望の薄膜パターン２４’を形成することができる。次いで、シート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。本実施形態では、保護層２８は一括工程を進行するための絶縁樹脂シートを適用した場合を例示しているが、別途の工程で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形成することも可能である。

しかし、図３に図示した実施形態とは異なり、薄膜をパターニングする工程を転写後に行うのではなく、基板に薄膜を形成する段階で薄膜をパターニングして薄膜パターンを形成することも可能である。この場合、転写される薄膜パターンは、円滑に転写ロールに仮付けされてシート上に転写することができるように、連続的なパターンで形成することが好ましい。

一方、機能部は、上述の実施例で図示した薄膜または薄膜パターンが薄膜素子における所望の特定機能を実現するためのパターン部であると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薄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、薄膜パターンとして、特定の機能を行う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備えたパターンを形成することができる。このとき、転写する工程を行った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ための工程をさらに含むことが可能である。

図４に図示したように、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は支持構造物に仮付けされて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、２１ 基板
１２、２２ 犠牲層
１４、２４ 薄膜
１５、２５ 転写ロール
１６、２６ シート
１７、２７ 接着物質層
３４ａ 機能部パターン
３４ｂ 支持部パターン
３４ｃ 連結部パターン
３５ 支持構造物

Claims (17)

1. 犠牲層と被転写薄膜とが順次に形成された基板を設ける段階と、
   回転する転写ロールの第１位置において、前記基板から前記被転写薄膜を分離するように前記犠牲層を除去しながら前記被転写薄膜を前記転写ロールの周面に仮付けする段階と、
   回転する前記転写ロールの第２位置において、前記転写ロールの周面に仮付けされた前記被転写薄膜上にシートの表面を接合するように前記シートを走行させることによって、前記被転写薄膜を前記シート上に転写する段階と
   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. 前記犠牲層の除去は、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工程によって行われ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. 前記被転写薄膜と前記転写ロールの周面との間の仮付けは、前記転写ロールを前記被転写薄膜の表面上に圧着して回転することによって行われ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. 前記転写ロールの周面は、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形成されてい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. 前記被転写薄膜を前記シート上に転写する段階の前に、前記シートの接合面に接合物質層を塗布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６のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
8. 前記転写する段階の後に、前記被転写薄膜が接合された前記シート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. 前記シートは、フレキシブル基材であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
10. 前記被転写薄膜は、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９のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
11. 前記被転写薄膜は、金属薄膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
12. 前記被転写薄膜は、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９のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
13. 前記シートは、複数のガイドロールによって走行されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の薄膜素子の製造方法。
14. 前記転写する段階の後に、前記シート上に転写された前記被転写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。
15. 前記薄膜パターンを形成する段階の後に、前記薄膜パターンが接合された前記シート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１４に記載の薄膜素子の製造方法。
16. 前記基板を設ける段階は、前記被転写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み,
    前記被転写薄膜は前記薄膜パターン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。
17. 前記薄膜パターンは、特定機能を行う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、
    前記転写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１６に記載の薄膜素子の製造方法。

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