JP2005532674A - エレメントを基板から基板へ移設する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも1つのエレメントをドナー基板からターゲット基板（４０）へ移設する方法に関する。本発明によれば、移設するエレメントは、接着力を劣化させることができる接着剤層（３２）を介してハンドル基板（３０）と一体化されており、接着剤層の劣化処理は移設するエレメントを解放する工程中に実行される。
コンポーネントの移設に適用される。

Description

本発明は、物質またはコンポーネントの層などの少なくとも1つのエレメントをドナー基板からターゲット基板へ移設する方法に関するものである。より詳細には、本発明はハンドル基板と称される中間基板を用いる移設方法に関する。

本発明は、ＩＩＩ−Ｖ型半導体やシリコンと適合する複合構造体の製造に適用される。他の適用例は、薄膜基板の製造や、あらゆる種類の支持体、特にプラスチック材料製小型プレートへのコンポーネントの移設に見出される。

基板から基板へ薄膜を移設する技法はそれ自体よく知られている。例として、その参照を本項の巻末に挙げる特許文献１から３、非特許文献１までの文献を参考にすることができる。

薄膜などの脆いエレメントの移設技法は通常、移設処理中において薄膜の支持を保証するハンドル基板（非特許文献１）を利用する。ハンドル基板は最初ドナー基板、より詳細には、ドナー基板の移設対象部位に固着させられる。例えば、それは薄膜であってもよい。次いでこの部位はドナー基板から分離されターゲット基板に固着させられる。最後にそれはハンドル基板から解放される。

ターゲット基板に移される前に、移設する部位はハンドル基板と一体化されて種々の処理にかけられることができる。

上述の移設方法では、移設する部位をハンドル基板に固着させる手段を選択するのが難しい。固着手段は特に、移設する部位の処理により課せられる応力に十分抵抗できるほど強靭でなければならない。それらは移設する部位がハンドル基板から分離される際に打ち負かされるために十分な程弱くある必要もある。接着耐力と可逆性の要請は拮抗するものであり、妥協の難しさが内在する。

劈開できるハンドル基板を用いて、あるいはハンドル基板を摩削により除去することによる解決策が想定された。しかし、これらの解決策は複雑であり、移設するエレメントにかかる応力を増加させる。

仏国特許第２８０９８６７号 仏国特許第２７８１９２５号 仏国特許第２７９６４９１号 Ｔ．ハマグシ（T.Hamagushi）他 国際電子デバイス会議（International Electron Devices Meeting, ＩＥＤＭ）１９８５ （ｐ．６８８−６９１）

本発明の目的は、上述した問題点と制約がない方法を提供することにある。

その特別な目的は、移設するエレメントとハンドル基板の間の堅固な接着と、ハンドル基板からの最終的な取り外しのための可逆的な接着という両方の要求を満たすことができる方法を提案することである。

別の目的は、工業生産に適合した、簡易的で安価な方法を提案することである。

これらの目的を達成するため、本発明は、より詳細には、ドナー基板からの少なくとも１つのエレメントをターゲット基板へ移設する方法という目的を有し、移設するエレメントは、劣化することができる接着剤を介してハンドル基板と一体化され、接着剤層の劣化は、移設するエレメントを解放するために実行される。本発明に係わる方法は以下の連続工程、すなわち、
ａ)ドナー基板から移設するエレメントを接着剤層を介してハンドル支持体に接着する工程と、
ｂ）ドナー基板および／または移設するエレメントの処理工程と、
ｃ）接着剤層を劣化させる工程と、
ｄ）移設するエレメントをターゲット基板に置換する工程と、
ｅ)移設するエレメントとハンドル基板を引き離す工程と、
を備えている。

以下の記述では単一の移設エレメントについて言及する。しかし、単一のまたはいくつかのハンドル基板によって、複数のエレメントを移設できることに留意されたい。

本発明の意味範囲の中で、移設するエレメントに対して破壊的でない手段で、接着剤層を、劣化させていいときに劣化させることができるという点を考慮してもよい。

本発明による方法により移設することができるエレメントには、材料の層、層の部位、コンポーネント、コンポーネントの部位、および、より一般的には、マイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクスまたは集積光学の技法を用いた任意のエレメントが含まれる。

劣化とは、接着剤の、その機械的固着を、将来の引き離しに適合させて調整する、あらゆる物理的または化学的調整を意味する。

上述したように、接着工程は、接着剤層を必要とすることを強調しておかなければならない。したがって、それはあらゆる直接分子接着を除外する。使用する接着剤は、エポキシ系接着剤、紫外線照射硬化型接着剤、ポリマーベース接着剤、またはワックスベース接着剤から選択することができる。

ハンドル支持体に移設するエレメントの接着工程に先立って、このエレメントをドナー基板上で製造してもよい。さらに、ドナー基板に、移設するエレメントの分離を助長する加工を行うか、あるいは別途、制御されたエネルギーの界面を得るために、ドナー基板と移設するエレメントとの間の界面の加工を行うことを先に行ってもよい。基板に、エッチング加工されたバリア層を配設してもよい。

一例として、ドナー基板にイオンを埋め込むことにより、脆くした区画を形成することができる。この区画を、移設するエレメントを分離するための劈開のために後で用いることができる。劈開は、ドナー基板を薄くする働きもある。劈開するために脆くした区画を形成する技法は当業者に知られている。別の方法として、移設するエレメントを得るために除去することができる、埋め込み犠牲層をドナー基板に配設してもよい。

工程ｂ）実行中、および、ハンドル基板の存在によって、例えば、次の操作のうち１つあるいはいくつかを実行することができる：
−ドナー基板の薄層化
−移設する層のドナー基板からの分離
−ドナー基板の切り出し
−移設するエレメントの切り出し
−移設するエレメントの薄層化
−移設するエレメントと、ドナー基板の残りの部位の分離
−移設するエレメントの移設面の処理。

移設するエレメントを含んだ層の、ドナー基板からの分離、あるいは、ドナー基板の残りの部位とともにある移設するエレメントからの分離は、脆くした区画が上記に示した方式で加工されていたならば、そのような区画において劈開または引裂を行ってなされることができる。例えばノコギリで切り出すことにより分離してもよい。より簡単な方法としては、ドナー基板、あるいは移設するエレメントの部位自体を切り出す、あるいは薄層化してもよい。薄層化は例えば、研磨または摩削による薄層化でもよい。摩削は機械的および／または化学的摩削でよい。

移設するエレメントの開放面に対する垂直な切り出しを、移設するエレメントのコンポーネントの境界線を切り離す、あるいは規定するために用いることもできる。切り出しから生じた溝または側面を、接着剤層の劣化処理を促進させるために後で用いることができる。

採用される処理は、移設するエレメントをハンドル基板に接着した後で行うことが好ましい。そうすればハンドル基板はエレメントを堅固にし、さらに、必要であれば粘着を維持することを可能にする。最低限でも、処理により引き起こされる応力に耐えるに十分な機械的耐性を付与する。移設するエレメントのいかなる切り出しも、移設するいくつかの小エレメントの境界線を規定するためにハンドル基板まで延長してもよいことに留意されたい。その場合エレメントはそれぞれ、最初のハンドル基板を切り出して得た、それに適合した寸法のハンドル基板と対応付けられる。

移設するエレメントのターゲット基板上への置換および接着剤層の劣化処理は任意の順番で行ってもよい。とはいえ、接着剤の劣化処理により、予想外の早過ぎる分離が発生し得るので、エレメントをターゲット基板に移動してこの基板と一体化させることを先に行うことが好ましい。

接着剤層の劣化処理は、使用する接着剤の種類に応じて、化学処理および／または照射処理および／またはプラズマ処理および／または熱処理にかけることにより始動することができる。

紫外線により助長された化学処理は、例えば、ＵＶ−O_３式（ＵＶを用いてオゾンを得る）の処理である。照射による接着劣化処理のためには、ハンドル基板はその照射に対して透明な材料で出来ていることが有利である。そうすれば、照射をハンドル基板を通して接着剤層にかけることができる。

同様に、劣化処理を化学的手段で行う場合、化学薬品を添加する経路をハンドル基板に設けると有利である。この経路は支持基板の開放面から、接着剤層に接する面までわたっている。

接着剤層の劣化処理は層を脆くする。それでも、上述したように、接着剤層の劣化処理は、移設するエレメントとハンドル基板の引き離しを招かない、あるいは、少なくとも招く必要はない。

移設するエレメントのターゲット基板上への置換には、エレメントをこの基板と接着接触するように配置することが含まれる。この配置もまた、接着剤の介在層を用いた接着法からなっていてもよい。しかし、直接分子接着によりアセンブリを得てもよい。後者の場合、移設するエレメントの開放面を、滑らかで親水性のある特性を持たせるように、適切な方式で処理および洗浄する。

置換後、移設するエレメントをハンドル基板へ結合させている接着剤層を劣化処理してから、ハンドル基板の取り外しを行う。劣化処理工程の途中で取り外しを行ってもよい。取り外しを、牽引、圧力、剪断、剥離、または曲げ応力、またはこれらの応力の任意の組合せで行ってよく、または、これらに補助されてもよい。流体噴射をかける、および／または移設するエレメントとハンドル基板との間に先細りになった物体を使用あるいは差し込むか、または処理済ならばハンドル基板を通して差し込んでもよい。ハンドル基板をターゲット基板上に置換中にコンポーネントをハンドル基板から分離してもよい。これは例えば、ハンドル基板に孔をあける穿孔装置を用いたときの例である。

本発明の別の変形例は、ハンドル基板を支持体上に置換する前にコンポーネントをハンドル基板から分離することからなる。この場合、マニピュレータ（例えば真空マイクロピペット）を用いてエレメントを担持する。

エレメントの移設は包括的でもよいし選択的でもよい。基板全体を移設することによりなっていてもよい。エレメントのアセンブリに対して、ハンドル基板への接着操作と処理を包括的に行ってもよい。エレメントの置換、次に分離をエレメントの小アセンブリ単位で行ってもよい。次いでエレメントの各サブアセンブリに対してこれら後者の操作を繰り返す。ある特定の用途では、コンポーネントを１つづつ移設してもよい。

他の特徴と利点は、添付図面の図を参照した以下の記述から明らかとなる。この記述は純粋に例示的および限定されない例として示したものである。

以下の記述において、異なる図面での同じ、同様な、あるいは等しい部分は、図面間の関係を助長するために同一の参照番号を付している。さらに、図面を明確にするために、エレメントは統一縮尺で示してはいない。

図１は、コンポーネント１２が形成されたドナー基板１０を示す。後者は、基板の面１４と同一平面上にある。図示の例では、ドナー基板１０は全一材の基板である。しかし、ドナー基板をシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）または他種の複合材料製の基板と置き換えてもよい。

参照番号１６は、ガス種類のイオンの埋め込みにより基板上に形成してもよい脆い区画を示す。埋め込みにより脆い区画を形成することにより構成される技法は当業者にはよく知られているのでここで詳細には記述しない。この脆い区画を、そのエネルギーを制御できる接着界面に対応させてもよい。脆い区画１６は、コンポーネント１２を含んだ基板上層部１８と、コンポーネントのない残りの同一材の部位２０との境界線を規定する。

図２は、基板１０のハンドル基板とのアセンブリを示す。このアセンブリは、接着剤の中間層３２を用いて接着することにより製造される。例えば、接着剤は紫外線照射による活性化により重合させることができるシアノアクリレート種類の接着剤である。そのため、記述の例においてハンドル基板３０は照射に対して透明なガラス製である。シアノアクリレート接着剤は、旋回子を用いて特に均質な層で溶着できる点に利点がある。さらに、該接着剤の光重合特性のため、アセンブリは圧力の印加を一切必要としない。

シアノアクリレート接着剤を、ワックスまたは樹脂（ｄｕｒｉｍｉｄｅ）またはマイクロエレクトロニクスのリソグラフィーに用いられる種類の樹脂またはあらゆる他の劣化処理できる接着剤と置き換えてもよい。

ハンドル基板３０の厚みと性質は、良好な剛性を確保し、コンポーネント１２を保護するように選択される。この厚みは、取り扱いの容易さのためにも十分なものである。

図３は、ドナー基板１０の薄層化処理を示す。薄層化処理は、同一材の部位２０を分離するために、脆くした区画に沿って基板を劈開することを含む。上層部１８も摩削による薄層化を受ける。小矢印で示す摩削は、上層部１８の開放された面、つまり、接着剤層３２と接しているのと反対側の面に行われる。別の薄層化手段は、例えば機械的研磨、または矯正、またはさらに化学薬品による腐食により基板を消耗させる。

この処理の最中、上層部１８とコンポーネント１２は、かなり薄くなっていたとしても破壊されない。実際それらはハンドル基板３０でしっかりと支えられている。薄層化された上層部１８とコンポーネントは、本発明中の意味において、移設するエレメントを構成している。

図４でも、溝１９を作成して上層部１８を切り出すことを含んだ追加処理を示す。溝１９は層１８を断ち切りコンポーネントを区別することを可能にする。

図４は、接着剤層３２の劣化処理をも示す。３００℃程度の温度での熱処理、または、O_３等のガス様の薬剤を併用した、あるいは併用しない紫外線ＵＶ処理は、接着剤層３２の抵抗力の５０％以上の低減を促進する。劣化は、接着剤層を液状溶媒（アセトン、トリクロロエチレン）の化学作用、ガス様の溶媒またはエッチング剤、さらには、例えばCＯ_２等の超臨界流体作用にかけて誘発することもできる。化学作用を小矢印で示す。このように、溝１９は接着層３２への卓越した接近を提供する。破線で示す経路３４を、この基板の開放面から溶媒を塗布するために配設してもよい。移設するエレメントとターゲット基板との間に後で確立される粘着力よりも低い粘着力になるまで、劣化処理を継続することが好ましい。

図５は、移設するエレメントのターゲット基板４０上への置換を示す。ターゲット基板４０は軟質基板でもよく剛性基板でもよい。一例として、ターゲット基板はプラスチック材料製のチップカードからなっていてもよい。

移設するエレメントの置換は接着剤の使用、または、例示のように直接分子接着の使用を包含していてよい。この場合、層１８の開放面を、直接粘着を助長するため、まず化学洗浄、研磨あるいは乾燥活性化にかけることができる。これらの操作は溝１９の形成の前あるいは後に実行することができる。

ターゲット基板への置換の後、ハンドル基板３０の分離が実行される。矢印Ｆは、ハンドル基板３０上へ、ターゲット基板４０に相対して印加される引裂応力を示す。接着剤層３２は既に劣化処理されているので、その粘着力は移設するエレメントとターゲット基板との間に存在している粘着力よりもほぼ低い。このように、引裂は接着剤層３２に沿って起こる。参照符号Ｌは、接着剤層３２の高さに、あるいは処理済のハンドルを貫通する穿孔装置の高さに差し込まれるブレードを示す。必要ならば、これで移設するエレメントとターゲット基板との間の粘着界面に印加される応力を軽減することができる。

図６は、ハンドル基板を引裂して取り除いた後に得られる構造体を示す。補足洗浄処理により、コンポーネント上の接着剤の残留分があれば取り除くことが出来る。図６のデバイスも処理の対象となり得る。電子コンポーネントが関与している場合は、最後にコンポーネントに接触子を配設することができる。

図５と図６ではコンポーネント１２の包括的な移設を例示しているが、より少数個のコンポーネントをターゲット基板４０に粘着させるようにして選択的な移設を想定することも可能である。ドナー基板を包括的に（コンポーネントの高さまで）薄層化したあと、個々の物体を得るようなやり方でエレメントをハンドルとともに切り出す。次いで接着剤を劣化処理する（変形例は、切り出し前に接着剤を劣化処理することにより構成される）。この後、その個々の物体を標準ツールで処理し、個々の最終支持体上に置換することができる。次に、各移設された物体のハンドル側が分離される。このように、コンポーネントの連続的な解放には、置換および引裂のいくつかの操作が想定される。

このように、この方法は、接着剤層を劣化処理（これを第１の接着処理と呼ぶことができる）してから移設するエレメントのターゲット基板上へ置換する（これを第２の接着処理と呼ぶことができる）ことを意味する。この操作方法はいくつかの点において有利である。

第１に、劣化処理工程（熱処理、化学処理、照射処理等）は第２の接着処理より前に行われるので、第２の接着処理がそれにより破損されることがない。であるから、第２の接着処理方法の選択が自在である。特に、第２の接着手段は、第１の接着の劣化処理用に選択された劣化処理手段に対して敏感である可能性がある（局所化手段で劣化処理された第１の接着層の高さで分離すること、例えば、第２の接着処理を破壊しない機構、が選択された場合）。

さらに、第２の接着処理が分子接着であった場合、この接着処理を熱処理によって強化しなければならない。この処理の前に第１の接着区画が劣化処理されていない場合、第１の接着区画自体も前記熱処理で強化されて、もはや劣化処理できないような閾値まで達してしまう可能性がある。であるから、第１の接着処理の劣化を第２の接着処理の前に実行することが重要である。

移設するエレメントを含んだドナー基板の簡易断面略図である。 図１のドナー基板とハンドル基板を含んだ構造体の簡易断面略図である。 図２の構造体の簡易断面略図であり、処理と劣化の工程を示す。 図２の構造体の簡易断面略図であり、処理と劣化の工程を示す。 図４の構造体とターゲット基板を組み立てて得られた新たな構造体の簡易断面略図である。矢印Ｆはその分離を示す。 図５の構造体の、ハンドル基板を取り除いた後の簡易断面略図である。

符号の説明

１０ ドナー基板
１２ エレメント
１４ 面
１６ 脆い区画
１８ 材料層
１９ 溝
２０ 同一材の部位
３０ ハンドル基板
３２ 接着剤層
３４ 接触経路
４０ ターゲット基板

Claims (8)

1. 少なくとも1つのエレメント（１２）をドナー基板（１０）からターゲット基板（４０）へ移設する方法であって、移設するエレメントは、接着力を劣化させることができる接着剤層（３２）を介してハンドル基板（３０）と一体化されており、接着剤層（３２）の劣化処理は移設するエレメント（１２）を解放するために実行され、該方法が以下の連続工程、すなわち
   ａ)ドナー基板（１０）から移設するエレメント（１２）を接着剤層（３２）を介してハンドル基板（３０）上に接着する工程と、
   ｂ）ドナー基板（１０）を薄層化する工程と、
   ｃ）接着剤層（３２）の接着力を劣化させる工程と、
   ｄ）移設するエレメント（１２）をターゲット基板（４０）に置換する工程と、
   ｅ)移設するエレメントとハンドル基板を分離する工程と、
   を備えたことを特徴とする方法。
2. 使用される接着剤が、エポキシ系接着剤、紫外線照射硬化型接着剤、ポリマーベース接着剤またはワックスベース接着剤から選択される特許請求の範囲第1項に記載の方法。
3. 接着剤層の劣化処理が、化学処理、熱処理、照射処理および／またはプラズマ処理にかけることにより実行される特許請求の範囲第1項に記載の方法。
4. 材料層（１８）を移設するために実行され、材料層（１８）を薄層化する工程を備え、該薄層化は該材料層（１８）がハンドル基板（３０）と一体化されているときで接着剤層の劣化処理より前に実行される特許請求の範囲第1項に記載の方法。
5. 該材料層（１８）を、該層がハンドル基板と一体化されているとき切開する特許請求の範囲第４項に記載の方法。
6. ハンドル基板（３０）が、接着剤層と接触させることができるハンドル基板の面への接触経路（３４）とともに用いられる特許請求の範囲第1項に記載の方法。
7. 段階ａ)およびｂ）はコンポーネントのアセンブリに対して包括的に実行され、段階ｃ)およびｄ）はコンポーネントのサブアセンブリに対して繰り返される、コンポーネントの選択的な移設のための特許請求の範囲第1項に記載の方法。
8. 分離工程が、牽引力、圧力、剪断力、剥離力、曲げ応力、またはこれらの力の任意の組合せの印加、および／または流体噴出の施用、および／または先細になった物体の差し込みを含む特許請求の範囲第1項に記載の方法。

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