JP5555226B2 - 半導体加工中のフレキシブル基板のｗａｒｐおよびｂｏｗを減少させるアセンブリおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的にはフレキシブル基板の処理に関し、詳細には半導体加工中のフレキシブル基板のｗａｒｐおよびｂｏｗを減少させる方法に関する。
（関連出願）
本願は、その全体が本明細書に援用される２００８年４月８日に出願された米国仮出願出願番号第６１／０４３２２３号の優先権を主張する。
（政府資金の記述）
本研究は、米国陸軍研究所（ＡＲＬ）の助成番号第Ｗ９１１ＮＦ−０４−２−００５号により少なくとも一部支援された。米国政府は本発明において一定の権利を有する。

エレクトロニクス産業では、電子回路の基盤としてフレキシブル基板が急速に普及している。フレキシブル基板は、金属（例、ステンレス鋼）、無数のプラスチック等の非常に薄い層を備えた種々の材料を含み得る。一旦フレキシブル基板の表面に所望の電子部品、または１つもしくは複数の回路が形成されると、回路は最終生産物に取り付けられるか、またはさらなる構造物へと組み込まれる。そのような製品または構造物の代表例は、フラットパネルディスプレイのアクティブマトリックス、小売店の種々の商品上のＲＦＩＤタグ、種々のセンサ等である。

生じている１つの主な問題は、処理中のフレキシブル基板の安定化である。例えば、基板上に薄膜トランジスタまたは薄膜トランジスタ回路を構成するプロセスでは、多数の処理工程が行なわれ、その間、基板がいくつかの機械、オーブン、洗浄工程等を通じて移動され得る。そのようなプロセスを介してフレキシブル基板を移動させるためには、フレキシブル基板を一時的にある種類のキャリヤに装着しなければならないか、または、処理工程間でフレキシブル基板が移動できるように剛性キャリヤを取外し可能に取り付けなければならない。

しかしながら、無機ケイ素またはガラス基板に比べるとフレキシブル基板の熱膨張率（ＣＴＥ）は比較的高いため、無機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）処理を含む温度逸脱中に重大なＣＴＥ誘発性の不適合歪みにつながる。この現象は重大なｂｏｗおよびｗａｒｐを導入し、取り扱い上の誤り、フォトリソグラフィー調節誤差、およびライン／層欠陥につながり得る。

したがって、先の制約を調節すべく剛性キャリヤにフレキシブル基板を取り付けるための新規な組成物および方法の開発が当該技術分野で必要とされている。

第１態様では、本発明は、半導体アセンブリの製造方法であって、１８０℃よりも低いガラス転移温度および２２０℃よりも高い分解温度を有する粘弾性ポリマーを含む接着層で、剛性支持体にフレキシブル基板を取り付けることを含む方法を提供する。

第２態様では、本発明は、フレキシブル基板、剛性支持体および接着層を備えたアセンブリであって、フレキシブル基板は、フレキシブル基板と剛性支持体の間の、１８０℃よりも低いガラス転移温度および２２０℃よりも高い分解温度を有する粘弾性ポリマーを含
む接着層で剛性支持体に取り付けられている、アセンブリを提供する。

第３態様では、本発明は、フレキシブルディスプレイの処理方法であって、フレキシブルディスプレイを生産すること、および本発明の第１態様による剛性基板に、フレキシブル基板であるフレキシブルディスプレイを取り付けることを含む方法を提供する。

用語「ｂｏｗ」は、本明細書に使用する場合、正中面の周囲における基板の曲率を意味する。用語「ｗａｒｐ」は、本明細書に使用する場合、基板の中心により定義された直線に対する、基板の表面の直線的変位を意味する。例えば、基板が一様に曲げられる場合、ｗａｒｐはｂｏｗ測定値の約２倍である。

用語「ＣＴＥ適合材料」は、本明細書に使用する場合、基準材料の熱膨張率（ＣＴＥ）と約２０％未満だけ異なるＣＴＥを有する材料を意味する。好ましくは、ＣＴＥは約１０％、５％、３％または１％未満だけ異なる。

用語「フレキシブル基板」は、本明細書に使用する場合、容易にその形状を適応させる可撓性材料を備えた自立した基板を意味する。好ましくは、フレキシブル基板は、予備成形（プレフォーム）された可撓性プラスチック基板または予備成形（プレフォーム）された可撓性金属基板である。好ましい可撓性金属基板はＦｅＮｉ合金（例えばＩＮＶＡＲ（ＴＭ）、ＦｅＮｉまたはＦｅＮｉ３６；ＩＮＶＡＲ（商標）は、炭素とクロムを一部含む鉄（６４％）とニッケル（３６％）（重量）の合金である）、ＦｅＮｉＣｏ合金（例えばＫＯＶＡＲ、ＫＯＶＡＲ（商標）は一般に２９％ニッケル、１７％コバルト、０．２％ケイ素、０．３％マンガンおよび５３．５％鉄（重量）から構成される）、チタン、タンタル、モリブデン、Ａｌｕｃｈｒｏｍｅ（商標）、アルミニウム、およびステンレス鋼を含む。好ましい可撓性プラスチック基板は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリカーボネートおよび環式オレフィン共重合体を含む。そのようなフレキシブル基板は薄いことが好ましく、例えば厚さが約１μｍ〜１ｍｍである。より好ましくは、フレキシブル基板は約５０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは約５０μｍ〜２５０μｍである。

用語「粘弾性接着剤」は、本明細書に使用する場合、変形を受けると粘着性と弾性の両方の特性を示す接着剤を意味する。例えば、粘弾性材料は、せん断流に抵抗し、時間依存性の歪みを示す。粘弾性接着剤の例には、ポリイミド、ポリアクリル、アクリル、ウレタン、エポキシ、フェノール、ビスマレイミド、シリコーン、およびシロキサンが含まれるがこれらに限定されない。

用語「両面接着テープ」は、本明細書に使用する場合、その２つの対向面の各々に接着剤材料を備えた支持裏当てを有する任意のテープを意味する。対向する面上の接着剤は同じであっても異なっていてもよく、例えばエラストマー接着剤、熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、感圧性接着剤、および／または光硬化接着剤（例えば、可視またはＵＶ）が含まれるがこれらに限定されない。両面接着テープの例には、両側が粉末コーティングされたシリコーン接着テープ（Ａｒｇｏｎ ＰＣ５００ファミリー）または高性能シリコーン接着テープ（Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｒｃａｒｅ ７８７６）が含まれるがこれらに限定されない。

特定の温度に材料を曝露することに関する用語「安定」は、本明細書に使用する場合、窒素またはアルゴンの大気下で約１時間の間、そのような特定の温度で維持した時に、基準材料が質量で全重量の約５％未満しか喪失しないことを意味する。

本発明は、半導体アセンブリの製造方法であって、１８０℃よりも低いガラス転移温度および２２０℃よりも高い分解温度を有する粘弾性ポリマーを含む接着層で剛性支持体にフレキシブル基板を取り付けることを含む方法を提供する。一般に、粘弾性ポリマーは、約２５〜１８０℃の範囲のガラス転移温度を有するポリマーを含む。好ましくは、ガラス転移温度は約５０〜１８０℃、または１００〜１８０℃の範囲である。さらに、本開示の粘弾性ポリマーは２２０℃を超える処理条件下で安定している。好ましい粘弾性ポリマーは約２２０〜４００℃の範囲の温度で安定である。ある実施形態では、粘弾性ポリマーは約２２０〜３００℃の範囲の温度で安定である。

さらに、接着層は約１０ｐｐｍ／℃よりも大きな熱膨張率（ＣＴＥ）を有し得る。一般に、接着層のＣＴＥは約１０〜１０００ｐｐｍ／℃の範囲であり得る。１実施形態では、接着層は約２７ｍＰａリットル／秒（約２×１０^-4トルリットル／秒）未満の割合で脱気し得る。接着層の脱気は約１．３Ｐａ×１０^-2〜２７ｍＰａリットル／秒（約１×１０^-10〜２×１０^-4トルリットル／秒）の範囲であってよい。

詳細には、粘弾性ポリマーはエラストマー、熱可塑性、または疑似熱可塑性の飽和または不飽和の炭化水素、シロキサン、またはシリコーンポリマーであり得る。好ましくは粘弾性ポリマーは、アクリル樹脂、エポキシ、フェノール樹脂、ウレタンポリイミドまたはシロキサンを含む。より好ましくは、粘弾性ポリマーはｎ−アクリル酸ブチル、ポリシロキサン、ポリシリコーン、またはポリイミドを含む。１実施形態では、粘弾性ポリマーはｎ−アクリル酸ブチルを含む。１実施形態では、粘弾性ポリマーはポリシロキサンを含む。１実施形態では、粘弾性ポリマーはポリシリコーンを含む。１実施形態では、粘弾性ポリマーはポリイミドを含む。

フレキシブル基板、剛性支持体、および粘弾性ポリマーを含む接着層を備えたアセンブリを製造するために、当業者に周知の方法により接着層を剛性キャリヤまたはフレキシブル基板上に配置することが可能である。接着層は、接着剤材料の溶液を使用して剛性キャリヤまたはフレキシブル基板上に配置してもよいし、溶液から層を製造する当業者に周知の任意の方法により製造してもよい。例えば、剛性キャリヤまたはフレキシブル基板上に接着層を作製するために、溶液をスプレーコーティング、ドロップキャスト、スピンコーティング、ウェブコーティング、ドクターブレード、またはディップコーティングしてよい。代わりに、接着層は、剛性キャリヤまたはフレキシブル基板上に押し出しコーティングまたは予備成形ラミネーションされてもよい。好ましくは、粘弾性ポリマーを含む接着層は、約１μｍ〜４０μｍの間の厚さであり、より好ましくは約２μｍ〜２０μｍの間の厚さである。

ある実施形態では、接着層は、溶液をスピンコーティングすることにより、すなわちつまり、剛性キャリヤの表面上に溶液を分配し、かつ溶液を均等に分布させるべく剛性キャリヤを回転させることにより、剛性キャリヤ上に形成される。当業者には、スピンコーティングによって生産される層の厚さを、溶媒中の接着材料の濃度、溶液の粘性、スピンの割合およびスピン速度の選択により制御できることが理解されるだろう。

溶液層は、残りの溶媒を本質的に除去するために、フレキシブル基板または剛性キャリヤの結合の前に乾燥させることが可能である。この乾燥は、基板、キャリヤおよび／または接着剤材料の劣化を引き起こさない条件で、当業者に周知の方法により行われる。例えば、約８０℃〜１８０℃、好ましくは約１００℃〜１３０℃の範囲の温度で層を加熱することにより乾燥させることが可能である。別の例では、層は約１００℃〜１８０℃の範囲の温度で真空中で層を加熱することにより乾燥させることが可能である。さらに別の例では、約８０℃〜１８０℃の範囲の温度で層を加熱した後、約１００℃〜１８０℃の範囲の温度で真空中で（例えば約１３３Ｐａ（約１トル）未満で）層を加熱することにより、層
を乾燥させることが可能である。いずれの加熱工程でも、実質的にすべての溶媒が取り除かれるまで、層は約１０〜１２０分間加熱することが可能である。当業者には、接着剤材料、フレキシブル基板および／または剛性キャリヤが加熱中に安定なままであるとすると、任意の加熱工程でより高い温度（例えば３００℃以下）を使用できることが理解されるだろう。

代わりに、フレキシブル基板、剛性支持体および接着層を備えたアセンブリを製造するために、接着層をフレキシブル基板の裏面上に配置し、その後、上述したように、任意選択の乾燥および／または真空乾燥工程を行ってもよい。好ましくは、接着層がフレキシブル基板上に形成される場合、層は、上述したように、接着剤の溶液をスピンコーティングし、その後層を乾燥させることにより製造される。

剛性キャリヤは、半導体ウェーハ、アルミナ、ガラス、または本明細書で説明したようなフレキシブル基板にＣＴＥが適合した材料を含んでよい。例えば、半導体ウェーハはＳｉを含み、特にはＳｉ（１００）またはＳｉ（１１１）を含む。好ましい実施形態では、剛性支持体はアルミナを含む。別の実施形態では、剛性支持体はフレキシブル基板にＣＴＥが適合した材料を含む。

通常、フレキシブル基板はプラスチック基板または金属基板である。好ましいプラスチック基板には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリカーボネート、環式オレフィン共重合体、またはそれらの混合物を含む基板が含まれるがこれらに限定されない。好ましい金属基板には、ＩＮＶＡＲ、ＫＯＶＡＲ、チタン、タンタル、モリブデン、Ａｌｕｃｈｒｏｍｅ（商標）、アルミニウムまたはステンレス鋼を含む基板が含まれるがこれらに限定されない。ある実施形態では、フレキシブル基板はステンレス鋼を含む。例えば、ステンレス鋼基板が本明細書で説明する方法により使用される場合、剛性支持体はアルミナを含む。

フレキシブル基板は、当業者に周知の任意の方法に従って、剛性支持体とフレキシブル基板の間にある接着層により、剛性支持体へ結合させることが可能である。１実施形態では、フレキシブル基板の結合は、接着層（フレキシブル基板上または剛性キャリヤ上に存在する、前掲）を軟化状態（つまり粘弾性ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも上の状態）に加熱し、フレキシブル基板を、接着剤でコーティングされたキャリヤと接触させることを含む。本発明で使用される特定の軟化温度は、本明細書での教示に基づいて経験的に決定することが可能であり、接着層に使用される特定材料によって決まる。例えば、Ｔｇは、熱重量分析（ＴＧＡ）、熱機械分析（ＴＭＡ）、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）、または動的機械分析（ＤＭＡ）を含むがこれらに限定されない技術を用いて決定することが可能である。

１実施形態では、フレキシブル基板はステンレス鋼を含み、剛性支持体はアルミナを含み、接着層はｎ−アクリル酸ブチルを含む。別の実施形態では、フレキシブル基板はステンレス鋼を含み、剛性支持体はアルミナを含み、接着層はポリシロキサンを含む。別の実施形態では、フレキシブル基板はステンレス鋼を含み、剛性支持体はアルミナを含み、接着層はポリシリコーンを含む。別の実施形態では、フレキシブル基板はステンレス鋼を含み、剛性支持体はアルミナを含み、接着層はポリイミドを含む。

さらなる実施形態では、接着層は、１つよりも多い構成層を備えてもよい。例えば、接着層は、粘弾性ポリマーを含む第１の層と、粘弾性ポリマー上に形成された第２の層とを含んでよい。例えば、第２の層は金属または絶縁材料の層を含んでよい。好ましい金属には、スパッタリングで成膜可能な金属、例えばアルミニウム、金、銀が含まれるがこれら
に限定されない。好ましい絶縁層は、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）により成膜可能な層、例えばＳｉＮとＳｉＯ₂が含まれる。そのような金属膜は、通常、約５０Å〜
約１０，０００Åの範囲の厚さを有し得る。ある実施形態では、厚さは約１００Å〜約５０００Å、または約５００Å〜約５０００Å、または約１０００Å〜約５０００Åである。

さらなる実施形態では、接着層は３つ以上の構成層を備えてもよい。例えば、上述したように、接着層は、粘弾性ポリマーを含む第１の層と、粘弾性ポリマー上に形成された金属層または絶縁層等の第２の層と、金属層上に形成された第３の層とを含んでよい。ある実施形態では、第３の層は両面テープを含むことが可能である。好ましい金属にはスパッタリングで成膜可能な金属、例えばアルミニウム、金、銀が含まれるがこれらに限定されない。好ましい絶縁層は、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）により成膜可能な層、例えばＳｉＮとＳｉＯ₂が含まれる。そのような金属膜は、通常、約５０Å〜約１０，０
００Åの範囲の厚さを有し得る。ある実施形態では、厚さは約１００Å〜約５０００Å、または約５００Å〜約５０００Å、または約１０００Å〜約５０００Åである。

別の実施形態では、フレキシブル基板の結合は、接着層上に金属層または絶縁層を直接配置し、該金属層または絶縁層上に両面接着テープを直接配置し、および両面接着テープ上に基板を直接配置することを含む。好ましい金属にはスパッタリングで成膜可能な金属、例えばアルミニウム、金、銀が含まれるがこれらに限定されない。好ましい絶縁層は、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）により成膜可能な層、例えばＳｉＮとＳｉＯ₂が
含まれる。好ましい両面接着テープには、両面が粉末コーティングされたシリコーン接着テープ（Ａｒｇｏｎ ＰＣ５００ファミリー）または高性能シリコーン接着テープ（ｄｈｅｓｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｒｃａｒｅ ７８７６）が含まれるがこれらに限定されない。

剛性支持体へのフレキシブル基板の結合後、フレキシブル基板の表面に１つまたは複数の任意の数の電子部品を構築することが可能である。例えば、１または複数の薄膜トランジスタ、有機および／または無機発光ダイオード、電極アレイ、電界効果トランジスタ、パッシブ構造およびそれらの組み合わせをフレキシブル基板上に形成することが可能である。他の例では、本明細書に記載の方法に従って剛性キャリヤに取り付けられたフレキシブル基板上に、ディスプレイアーキテクチャを形成することが可能である。

そのような粘弾性ポリマーが、上にあるフレキシブル基板と下にある剛性支持体との間のＣＴＥ不適合によりフレキシブル基板に導入された応力および／または歪みを調節する役目をすることは予期しない発見であった。注目すべきことに、本明細書で使用された粘弾性ポリマーは、例えば半導体製造プロセスの間に導入された熱的応力および／または歪みの結果としてのフレキシブル基板のｗａｒｐおよび／またはｂｏｗを最小限にする。

例えば、上記のいずれかの方法および実施形態に従って剛性支持体に取り付けられた時のフレキシブル基板のｂｏｗおよび／またはｗａｒｐは、約１００μｍ未満であり、好ましくは、上記のいずれかの方法および実施形態に従って剛性支持体に取り付けられた時のフレキシブル基板のｂｏｗおよび／またはｗａｒｐは、約７５μｍ未満である。さらに好ましくは、上記のいずれかの方法および実施形態に従って剛性支持体に取り付けられた時のフレキシブル基板のｂｏｗおよび／またはｗａｒｐは、約６０μｍ未満である。
実施例
様々な例証的なキャリヤを、例証的な感圧性接着材料（アクリル、ポリアクリレートおよびシリコーンを含む）を使用して、表１に記載されているような厚みを有する２つの例証的なフレキシブル基板（ＰＥＮまたはステンレス鋼（ＳＳ））のうちの１つに結合した。接着材料はスピンオン接着剤および接着テープを含む。

得られたｂｏｗおよびフレックスデータを表１に提供される。このおよび同様のデータは、キャリヤとフレックス材料の間のＣＴＥΔ（差）が小さいほど、ｂｏｗが小さいことを明らかにしている。さらにデータは、粘弾性接着剤がキャリヤ／フレックス材料系内のｂｏｗの量を低減させることを実証している。例えば、ケイ素／ＳＳ系を見ると、ＡｒＣｌａｄ（例えばＡｄｈｅｓｉｖｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、ペンシルバニア州グレンロック所在より入手可能）はＤＣＰＣ５００（例えばＥＳＤ Ｔａｐｅｓ、カリフォルニア州モンロビア所在より入手可能）よりも大きな粘弾性を有し、ｂｏｗがより少ない。

Claims (14)

1. フレキシブル基板アセンブリの製造方法であって、
   １８０℃よりも低いガラス転移温度および２２０℃よりも高い分解温度を有する粘弾性ポリマーを含む接着層を用いて、剛性支持体にフレキシブル基板を取り付ける取付工程であって、前記接着層は、ポリアクリル、アクリル、ウレタン、エポキシ、フェノール、ビスマレイミド、シリコーン、シロキサン、ｎ−アクリル酸ブチル、ポリシロキサン、またはポリシリコーンを含む、前記取付工程と、
   前記フレキシブル基板の表面に、１つまたは複数の薄膜トランジスタ、有機発光ダイオード、無機発光ダイオード、電極アレイ、電界効果トランジスタ、パッシブ構造およびそれらの組み合わせを形成する形成工程と、を含む方法。
2. 前記取付工程は、
   前記剛性支持体の表面に前記接着層を堆積させる工程と、
   前記接着層が前記剛性支持体と前記フレキシブル基板の間に存在するように、前記剛性支持体と前記フレキシブル基板とを結合する工程と、
   を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記接着層は、約１０〜約１０００ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張率を有する請求項１または２に記載の方法。
4. 前記接着層は、約２７ｍＰａリットル／秒未満の割合で脱気される請求項１−３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記剛性支持体は、半導体ウェーハ、アルミナ、ガラス、または熱膨張率がフレキシブル基板に適合した材料を含む請求項１−４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記フレキシブル基板は、プラスチック基板または金属基板である請求項１−５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記フレキシブル基板と前記剛性支持体を接続する前に、
   前記接着層上に絶縁層または金属層を直接形成する工程と、
   前記絶縁層または前記金属層上に両面接着テープを直接配置する工程と
   をさらに含む請求項１−６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記形成工程の後に前記剛性支持体を前記フレキシブル基板から取り外す工程をさらに含む請求項１−７のいずれか一項に記載の方法。
9. フレキシブル基板、剛性支持体、および接着層を備えたアセンブリであって、
   前記フレキシブル基板は、該フレキシブル基板と剛性支持体の間において、接着層を用いて前記剛性支持体に取り付けられており、前記接着層が、１８０℃よりも低いガラス転移温度および２２０℃よりも高い分解温度を有する粘弾性ポリマーの接着層を含み、前記接着層は、ポリアクリル、アクリル、ウレタン、エポキシ、フェノール、ビスマレイミド、シリコーン、シロキサン、ｎ−アクリル酸ブチル、ポリシロキサン、またはポリシリコーンを含む、アセンブリ。
10. 前記接着層は、約１０〜約１０００ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張率を有する請求項９に記載のアセンブリ。
11. 前記接着層は、約２７ｍＰａリットル／秒未満の割合で脱気される請求項９または１０に記載のアセンブリ。
12. 前記剛性支持体は、半導体ウェーハ、アルミナ、ガラス、または熱膨張率がフレキシブル基板に適合した材料を含む請求項９−１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
13. 前記接着層上に直接形成された絶縁層または金属層と、
    前記絶縁層または前記金属層上に直接形成された両面接着テープとをさらに備え、
    前記フレキシブル基板が両面接着テープに接触している請求項９−１２のいずれか一項に記載のアセンブリ。
14. フレキシブルディスプレイの処理方法であって、
    フレキシブルディスプレイを提供する工程と、
    請求項１−９のいずれか一項に記載の剛性基板に、前記フレキシブルディスプレイを取り付ける工程であって、前記フレキシブルディスプレイが前記フレキシブル基板である、前記工程と、
    を含む方法。