JP2006310635A - Thin-film forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜形成方法に関するもので、特に回路素子などを備える回路基板への薄膜形成方法に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a thin film, and more particularly to a method for forming a thin film on a circuit board including circuit elements and the like.
近年、電子機器などに含まれる回路装置は、小型化、高密度化、及び多機能化のために、ICチップ、コンデンサ、抵抗などの回路素子だけでなく、酵素膜を用いたバイオセンサ(半導体センサ)などを1つの回路基板上にまとめて組み込むことが強く要求されている。しかしながら、従来のリソグラフィとエッチングを組み合わせた方法では、特に種類の異なる複数の半導体センサ(半導体センサを構成する酵素膜)を回路基板上に設ける場合には、リソグラフィとエッチングを複数回行う必要があるために、半導体センサ(半導体センサを構成する酵素膜)を回路基板上に低コストで作製することが困難であった。 In recent years, circuit devices included in electronic devices and the like have become biosensors (semiconductors) that use enzyme membranes as well as circuit elements such as IC chips, capacitors, and resistors in order to reduce size, increase density, and increase functionality. Sensor) and the like are strongly required to be integrated on one circuit board. However, in the conventional method combining lithography and etching, it is necessary to perform lithography and etching a plurality of times, particularly when a plurality of different types of semiconductor sensors (enzyme films constituting the semiconductor sensor) are provided on a circuit board. For this reason, it has been difficult to produce a semiconductor sensor (an enzyme film constituting the semiconductor sensor) on a circuit board at a low cost.
従来のリソグラフィとエッチングを組み合わせた方法によらず、酵素膜などの薄膜を形成する方法としては、特許文献1に開示されるようなレーザ光による薄膜転写方法がある。 As a method for forming a thin film such as an enzyme film without using a conventional method combining lithography and etching, there is a thin film transfer method using laser light as disclosed in Patent Document 1.
図10は、特許文献1に開示された従来のレーザ転写方法による転写部材の被転写部材への転写の説明図である。図10において、従来のレーザによる転写方法では、レーザ光113を透過する支持層110上に、照射されるレーザ光113によりアブレーションされるアブレーション層111と、転写材料層112が順次積層されており、支持層110側からアブレーション層111にレーザ光113を照射することで、転写材料112aが被転写部材103側に飛散し転写される。この方法によれば、従来のリソグラフィとエッチング処理を組み合わせた方法と比較して、極めて短時間でかつ低コストで酵素膜などの薄膜の形成が可能となる。
従来のレーザ転写方法では、アブレーション層111がアブレーションされ、急激に体積膨張することを利用して、転写材料112aを被転写部材103上に転写している。しかしながら、このとき、転写材料112aだけでなく、アブレーション層111を構成する材料も同時に転写されるため、転写された転写材料112aが、アブレーション層111を構成する材料によって汚染されることになり、転写材料112aの信頼性の低下を防ぐことが困難であった。
In the conventional laser transfer method, the
レーザ転写に用いるレーザ光113としては、アブレーション発生のエネルギ閾値(加工閾値)が小さく、また転写パターンの微細化が可能なため、高調波YAGレーザや、エキシマレーザ等の短波長レーザを用いることが望ましい。しかしながら、アブレーション層111のみでレーザ光113を完全に吸収することは困難であり、照射するレーザ光113の一部は転写材料層112にも吸収される。従って、転写材料層112を構成する材料が紫外領域の光によって分解または変質してしまう生体材料や一部の高分子材料の転写には適していなかった。
As the
この発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、転写材料の汚染や分解・変質を生じないレーザ転写による薄膜形成方法の実現を目的とするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to realize a thin film forming method by laser transfer that does not cause contamination, decomposition, or alteration of a transfer material.
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜形成方法は、第1の基板の一方の面に、第1の有機膜、第2の有機膜、及び転写膜を順次積層した転写基板に、転写基板の転写膜の面を第2の基板に対向させて配置し、第1の基板の他方の面からレーザ光を照射して第1の有機膜を膨張させ、第2の有機膜を介して転写膜を第2の基板上に転写することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thin film forming method according to the present invention includes a transfer substrate in which a first organic film, a second organic film, and a transfer film are sequentially stacked on one surface of a first substrate. The transfer film surface of the transfer substrate is disposed so as to face the second substrate, and the first organic film is expanded by irradiating laser light from the other surface of the first substrate. The transfer film is transferred onto the second substrate.
この態様によると、第1の有機膜と転写膜との間に第2の有機膜が介在するために、レーザ光により加熱される第1の有機膜と転写膜が直接接しておらず、第2の基板上に転写された転写膜が、膨張した第1の有機膜によって汚染されることを防ぐことが可能となる。したがって、従来のレーザ転写による薄膜形成方法では実現困難であった、高い信頼性を有する転写膜の第2の基板への転写を実現できるので、レーザ転写による薄膜形成方法によって形成された信頼性の高い転写膜を備えた回路装置を提供することができる。 According to this aspect, since the second organic film is interposed between the first organic film and the transfer film, the first organic film heated by the laser beam and the transfer film are not in direct contact with each other. It is possible to prevent the transfer film transferred onto the second substrate from being contaminated by the expanded first organic film. Therefore, the transfer of the transfer film having high reliability to the second substrate, which has been difficult to realize by the conventional thin film formation method by laser transfer, can be realized. Therefore, the reliability formed by the thin film formation method by laser transfer can be improved. A circuit device having a high transfer film can be provided.
上記構成において、レーザ光のエネルギ密度は、第1の有機膜の加工閾値よりも大きく、第2の有機膜の加工閾値よりも小さいことが好ましい。このようにすることで、レーザ光による加工(アブレーション)を受けない第2の有機膜が第1の有機膜と転写膜との間に介在するために、より効果的に転写膜が第1の有機膜によって汚染されることを防ぐことができる。さらに、第2の有機膜は、照射されるレーザ光を遮蔽することが好ましい。このようにすることで、第2の有機膜がレーザ光を遮蔽するために、転写膜を構成する材料が第1の有機膜を透過したレーザ光によって分解・変質されることを防ぐことができる。 In the above configuration, the energy density of the laser beam is preferably larger than the processing threshold value of the first organic film and smaller than the processing threshold value of the second organic film. By doing so, since the second organic film that is not subjected to processing (ablation) by the laser light is interposed between the first organic film and the transfer film, the transfer film is more effectively the first film. It is possible to prevent contamination by the organic film. Furthermore, it is preferable that the second organic film shields the irradiated laser beam. By doing so, since the second organic film shields the laser light, the material constituting the transfer film can be prevented from being decomposed and altered by the laser light transmitted through the first organic film. .
上記構成において、転写膜の転写は、第2の基板と転写基板の転写膜の面との間に間隔を設けて行うことが好ましい。このようにすることで、第2の基板の表面状態(第2の基板の表面に存在する段差など)の影響を受けずに、第2の基板上に転写膜を転写することができる。また、第2の基板の表面からの距離を一定に制御することができるため、再現良く安定して転写膜を第2の基板上に転写することができる。 In the above structure, the transfer film is preferably transferred with an interval between the second substrate and the transfer film surface of the transfer substrate. By doing so, the transfer film can be transferred onto the second substrate without being affected by the surface state of the second substrate (such as a step existing on the surface of the second substrate). Further, since the distance from the surface of the second substrate can be controlled to be constant, the transfer film can be transferred onto the second substrate with good reproducibility and stability.
本発明によれば、転写膜の汚染や分解・変質を生じない、レーザ転写による薄膜形成方法を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize a thin film formation method by laser transfer that does not cause contamination, decomposition, or alteration of the transfer film.
図1〜6は、本発明の実施形態の薄膜形成方法による転写膜の回路基板への転写の説明図である。以下、本発明の実施形態として、波長800nmのチタンサファイアレーザを用いて、ISFET(Ion Sensitive Field Effect Transistor:イオン感応型電界効果トランジスタ)を備える回路装置を製造する実施例を説明する。 1 to 6 are explanatory views of transfer of a transfer film to a circuit board by the thin film forming method of the embodiment of the present invention. Hereinafter, as an embodiment of the present invention, an example of manufacturing a circuit device including an ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor) using a titanium sapphire laser having a wavelength of 800 nm will be described.
図1において、転写基板5は、波長800nmの光を透過させるガラス板1の上に、波長800nmに強い吸収帯を持つ銅フタロシアニン色素を含むアブレーション膜2、カーボンブラックを混入させてレーザ光を遮蔽する効果を持たせた有機膜3、及び後述する回路基板へ転写される転写膜4が順次積層されている。アブレーション膜2は、例えばエポキシ樹脂に色素を混入させたものをロールコータで塗布して作製する。このときアブレーション膜2の厚さは1μm以下である。有機膜3は、カーボンブラックを混入させてレーザ光を遮蔽する効果を持たせたPETフィルムである。さらに、転写膜4は、グルコースオキシターゼを含む薄膜(酵素膜)で、スピンコートにより形成される。尚、ガラス基板1は本発明の「第1の基板」、アブレーション膜2は本発明の「第1の有機膜」、及び有機膜3は本発明の「第2の有機膜」の一例である。
In FIG. 1, a
図2に示すように、この積層膜からなる転写基板5の転写膜4と、被転写基板であるp型シリコン基板(回路基板)6を、スペーサ7を介して対向させる。スペーサ7は、シリコン基板6上にポリシリコン膜で作製されており、その高さは1〜2μmである。この結果、シリコン基板6と転写基板5の転写膜4との間には一定の間隔が設けられる。ここで、シリコン基板6の表面には、熱酸化膜(図示せず)が形成されており、さらにイオン注入によりソース・ドレイン領域8が設けられる。さらにシリコン基板6には、とソース・ドレイン間の電流変化を増幅して検出する機能を持った集積回路部(図示せず)が作り込まれており、ソースおよびドレイン領域と電気的に接続されている。尚、p型シリコン基板(回路基板)6は本発明の「第2の基板」の一例である。
As shown in FIG. 2, the transfer film 4 of the
図3に示すように、シリコン基板6をソースおよびドレイン領域のチャネルに相当する部分に移動させ、転写膜4が転写されるようにチタンサファイアレーザ光9をガラス基板1の側から照射する。ここで、照射するチタンサファイアレーザ光9は、図4に示すように、発信器11を出て、単パルスの照射を可能にするメカニカルシャッター12を通過した後、金属製のマスク13によりビームの径を整形される。このマスクを交換することで、レーザの集光径や集光形状を任意に変更することが可能であり、スポット径が50μm角となるように調整を行う。また、照射するレーザのエネルギはあらかじめアブレーション膜2の加工閾値より高く、有機膜3の加工閾値より低くなるように調整され、本発明の第1実施形態では1J/cm2程度に調整される。またレーザ光はスキャニングミラー14により、照射位置を高速に変化させることができる。
As shown in FIG. 3, the
図5に示すように、レーザ光9を照射されたアブレーション膜2は、銅フタロシアニンを色素として含むため、波長800nmのレーザ光9を強く吸収し、アブレーションされる。すなわち、アブレーション膜2は爆発的に溶融、蒸発または昇華され、アブレーション膜2aとなる。このアブレーションと同時に高い圧力が生じるため、有機膜3および転写膜4は、その圧力によりp型シリコン基板6側に膨らむように変形する。尚、照射するレーザ光9のエネルギがあらかじめ有機膜3の加工閾値より低くなるように調整されているので、有機膜3がアブレーションされることはない。
As shown in FIG. 5, since the
この結果、図6に示すように、グルコースオキシターゼを含む薄膜の一部(転写膜4a)は、シリコン基板6に押し付けられ、所定のチャネル部分に再現よく安定して転写される。アブレーションされたアブレーション膜2は、その後冷却され再び固体となって、ガラス基板1と有機膜3の間に留まる。
As a result, as shown in FIG. 6, a part of the thin film containing glucose oxidase (
また、アブレーション膜2と転写膜4との間に、カーボンブラックを混入させてレーザ光を遮蔽する効果を持たせた有機膜3が存在することにより、転写膜4aがレーザ光9によって直接加熱されたり、分解・変質されたりすることを防ぐことができる。
Further, since the
最後に、図7に示すように、転写基板5を回路基板6から離すことによって、転写膜4aを備えた回路基板6が得られる。
Finally, as shown in FIG. 7, by separating the
このように、本発明の実施形態においては、従来のレーザ転写方法で問題であったアブレーション材料による転写材料の汚染や分解・変質などの問題が発生しないために、転写膜(グルコースオキシターゼ)4aの信頼性低下を抑制することができるために、回路基板6上にトランスデューサにグルコースオキシターゼを用いた高精度のISFET(半導体センサ)を実現することができる。
As described above, in the embodiment of the present invention, problems such as contamination of the transfer material due to the ablation material and decomposition / degeneration of the transfer material, which has been a problem in the conventional laser transfer method, do not occur. Therefore, the transfer film (glucose oxidase) 4a Since a decrease in reliability can be suppressed, a highly accurate ISFET (semiconductor sensor) using glucose oxidase as a transducer on the
また、上記実施の形態では、ガラス板1を支持基板として用いた場合を示したが、支持基板は必ずしも板状である必要はなく、照射するレーザ光9を透過させる透明フィルム1a上にアブレーション膜2、有機膜3、転写膜4を順次形成した多層フィルム5aを用いて、これをドラムに巻きつけて供給してもよい。この方法により、スキャニングミラーのスキャンエリア内の転写が終了するたびにドラムを送り、繰り返しレーザ光9の照射を行うことができるので、低コスト化と生産性の向上が可能となる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the glass plate 1 was used as a support substrate was shown, the support substrate does not necessarily need to be plate-shaped, and it is an ablation film | membrane on the transparent film 1a which permeate | transmits the
図8は、本発明の実施形態を用いて形成した半導体センサと回路素子を1つの回路基板に搭載した回路装置を示す図である。尚、この場合は、半導体センサを2つ搭載する例である。この回路装置20は、回路素子(電子部品)16を搭載した回路基板6aを用意し、半導体センサ15a,15bを設ける所定の領域に、図1〜7で示したレーザ転写による薄膜形成方法を繰り返すことによって酵素膜などの薄膜を形成し、対応する半導体センサ15a,15bが形成される。このようにすることで、従来のリソグラフィとエッチングを組み合わせた方法と比較して、回路装置20の作製を極めて短時間でかつ低コストで実現することが可能となる。
FIG. 8 is a diagram showing a circuit device in which a semiconductor sensor and circuit elements formed by using the embodiment of the present invention are mounted on one circuit board. In this case, two semiconductor sensors are mounted. This
さらに、上記実施形態では、転写膜3として酵素膜(グルコースオキシターゼを含む薄膜)を用いる場合について説明したが、転写膜3として銅箔を適用することができる。
Furthermore, although the case where an enzyme film (a thin film containing glucose oxidase) is used as the
以下に、転写膜3として銅箔を用いる例として、プリント配線基板6b上に銅箔からなるスパイラルインダクタを形成する場合について図9を用いて説明する。図9は、本発明の実施形態の薄膜形成方法による銅箔のプリント配線基板への転写の説明図である。先の実施形態と異なる箇所は、転写膜4が銅箔であること、回路基板6がプリント配線基板であること、及びスペーサ7がレジストからなることである。
Hereinafter, as an example of using a copper foil as the
まず銅箔を用いた場合の転写基板5bは、ガラス基板1上に、アブレーション膜2および有機膜3を形成した後、有機膜3上に銅箔4bをスパッタリング、電解めっき、または銅箔フィルムの熱圧着等により形成される。転写膜としての銅箔4bの厚さは5μmである。
First, a
次に、この転写基板5bの銅箔4bとプリント配線基板6bとを、レジストからなるスペーサ7bを介して対向させる。スペーサの高さは数μmである。
Next, the
その後、プリント配線基板6bを、スパイラルインダクタを形成する所望の位置に移動させ、銅箔4bが転写されるようにチタンサファイアレーザ光9をガラス基板1の側から照射する。この結果、銅箔4bは、先の実施形態で説明したのと同じ原理で、プリント配線基板6b上に転写される。
Thereafter, the printed
転写されるスパイラルインダクタを構成する配線パターン4cは、先の図4で示したスキャニングミラー14の走査によって決まるため、従来のフォトリソグラフィ法のように、その都度マスクを作成する必要なく、プリント配線基板6b上に任意の形状を作製可能である。このため、スパイラルインダクタを有するプリント配線基板の製造コストを低減することができる。
Since the
また、従来のレーザ転写方法のように、転写された銅箔4cがアブレーションされた材料による汚染を受けないために、再現よく安定した膜質で形成されるので、インダクタンス値のばらつきを低くすることが可能である。
Further, since the transferred
以上のように、転写膜3として銅箔を適用した場合には、プリント配線基板上に、高精度で極めて特性ばらつきの小さい、銅箔からなるスパイラルインダクタが形成されたプリント配線基板を提供することができる。
As described above, when a copper foil is applied as the
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
1 ガラス基板
2 色素を混入させたエポキシ樹脂(アブレーション膜)
3 カーボンブラックを混入させたPETフィルム(有機膜)
4 グルコースオキシターゼを含む薄膜(転写膜)
4a 転写された転写膜
5 転写基板
6 p型シリコン基板(回路基板)
7 スペーサ(ポリシリコン膜)
8 ソース・ドレイン領域
9 チタンサファイアレーザ光
15,15a,15b 半導体センサ
16 電子部品(回路素子)
20 回路装置
1
3 PET film mixed with carbon black (organic film)
4 Thin film containing glucose oxidase (transfer film)
4a Transferred
7 Spacer (Polysilicon film)
8 Source /
20 Circuit equipment
Claims (4)
前記第1の基板の他方の面からレーザ光を照射して第1の有機膜を膨張させ、前記第2の有機膜を介して前記転写膜を第2の基板上に転写することを特徴とした薄膜形成方法。 A transfer substrate in which a first organic film, a second organic film, and a transfer film are sequentially laminated on one surface of the first substrate, and the transfer film surface of the transfer substrate is opposed to the second substrate. Place and
Irradiating a laser beam from the other surface of the first substrate to expand the first organic film, and transferring the transfer film onto the second substrate through the second organic film; Thin film forming method.
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US20170110623A1 (en) * | 2014-07-15 | 2017-04-20 | Natcore Technology, Inc. | Laser-Transferred IBC Solar Cells |
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2005
- 2005-04-28 JP JP2005132653A patent/JP2006310635A/en active Pending
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US20170110623A1 (en) * | 2014-07-15 | 2017-04-20 | Natcore Technology, Inc. | Laser-Transferred IBC Solar Cells |
US9825199B2 (en) * | 2014-07-15 | 2017-11-21 | Natcore Technology, Inc. | Laser-transferred IBC solar cells |
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