JP2013539216A - 基板シート - Google Patents

Abstract

バリア層（１０３）及び金属要素（１０４）を含む柔軟性バリアシート（２００）を製造するための方法であって、前記方法は：（ａ）ポリマー支持層（１０１）上に金属層（１０２）を設けるステップを含み、前記金属層が前記ポリマー支持層に面する第１の表面（１０５）と前記ポリマー支持層から離れるように面する第２の表面（１０６）を含み；（ｂ）前記金属層の第２の表面上に金属要素を設け；（ｃ）前記金属層の第２の表面及び前記金属要素を被覆するバリア層を設け、前記バリア層が、前記金属層に面する第１の表面と前記金属層から離れるように面する第２の表面を含み；（ｄ）前記ポリマー支持層を前記金属層から離し；及びｅ）前記親族葬を前記金属要素及び前記バリア層から除去する、ことを含む方法。前記柔軟性バリアシートは、ＯＬＥＤなどの高品質バリア基板シートを必要とする薄膜半導体装置のロールツーロール製造で使用され得る。

Description

本発明は、半導体装置の製造のための基板シートの製造方法に関し、又前記方法で使用される又は前記方法から得られる層構造に関する。

薄膜電子装置の製造は、費用効率的大規模製造に向けてこの数年にわたり増大してきてる。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、電子色素装置及び光電池装置などの半導体装置の大規模製造のために、非常に興味のある技術はロールツーロールプロセスであり、ここでは前記装置は、プラスチックなどの柔軟性の可能ならば透明の基板材料上に構築される。

例えばＯＬＥＤなどの大規模製造で使用される基板シートは、犠牲金属基板上に形成され、そこで金属シャント構造とバリア層が適用され、場合のより、ラミネートされるか有機物コーティングされてシートを形成する。次に、前記犠牲基板がエッチングされて、自己支持性のバリア性とシャント構造を持つ柔軟基板シートが残る。半導体装置は次に、除去される前に前記犠牲金属基板に面する前記シートの表面に構築される。

しかし、前記の方法はいくつかの欠点を持つ。第１には、犠牲金属層として通常使用されるアルミニウムシートは、半導体装置がその上に製造されると得られる基板シートが十分なバリア性を持つことができない表面粗さを持っており、従って、高品質のバリア性を必要としない装置の製造のための使用に限定される。さらには、金属基板をエッチングすることが時間を要するものであり、従って、より時間的及び費用的効率の優れた製造プロセスを達成するための障害となっている。

従って、薄膜半導体装置の低コストで大量生産するための改善された方法に対する要求が存在する。

本発明の課題はこの問題を解消することであり、基板シートをロールツーロール製造するためのより効率的方法を提供する。本発明の課題はまた、バリア特性の改善されたロールツーロール製造方法のための基板シートを提供する。

本発明の第１の側面によると、この課題及び他の課題は、柔軟性シートを製造する本発明により達成でき、前記シートはバリア層と金属要素を含み、これは薄膜半導体装置の製造のための基板シートしての使用が意図されており、前記方法は：
（ａ）ポリマー支持層上に金属層を適用し、前記金属層は前記ポリマー支持層に面する第１の表面と、前記ポリマー支持層から離れて面する第２の表面を含み；
（ｂ）前記金属層の第２の表面上に金属要素を設け；
（ｃ）前記金属層の前記第２の表面及び前記金属要素を被覆するバリア層を設け、前記バリア層が前記金属層と面する第１の表面と、前記金属層から離れて面する第２の表面を持ち；
（ｄ）前記ポリマー支持層を前記金属層から離し；及び
（ｅ）前記金属層を、前記親族要素及び前記バリア層から除去する、ことを含む。

本発明者は、比較的薄い金属層でコーティングされた自己支持性ポリマー層を、前記柔軟性シートを形成するための支持体として用いることで、改善されたバリア性品質を持つ柔軟性シートが得られる、ことを見出した。前記ポリマー支持層は非常に滑らかであることから、前記金属層もまた、従来のロール金属箔の表面と比較して非常に滑らかとなり得る。滑らかな金属表面の結果として、前記バリア層の第１の表面も非常に滑らかとなり（従来のロール金属箔上に適用されるバリア層よりも滑らか）、より優れたバリア性を与えることとなる。

さらには、前記ポリマー支持層が第１ステップで除去され、及び前記金属層が従来のロール金属箔に比べて非常に薄いことから、ほんのわずかなエッチングのみ、前記金属層を除去するために必要となる。従って、前記エッチングステップは、従来の方法に比べてより時間が節約でき、またエッチング試薬も節約でき、このことは経済性の観点のみではなく環境の点からも有利となる。

本発明の実施態様では、ポリマー支持層を前記金属層から離すことは、前記金属層を加熱することで達成される。従って、熱が前記ポリマー支持層に伝達され、剥離を起こす可能性がある。通常は前記金属層は、前記ポリマー支持層の蒸発温度よりも高い融点を持ち、前記金属層は、前記ポリマー支持層の蒸発温度以上、ただし前記金属層の融点よりも低い温度に加熱される。好ましくは、前記ポリマー支持層を前記金属層から離すことはレーザーを用いて行われる。前記レーザーは通常は金属層を加熱する。

本発明の実施態様では、前記金属層はエッチングで除去され得る。

本発明の実施態様によれば、前記本発明方法はさらに次の：（ｆ）前記バリア層及び前記金属要素の前記第１の表面上に半導体装置又は半導体材料を設ける、ステップを含む。

このステップは一般に、ロールツーロールプロセスで実行され、これは薄膜装置の大量生産製造のための非常に簡便かつコスト効率がよい方法である。

他の側面では、本発明は層構造を提供するものであり、前記層構造は：
ポリマー支持層と金属要素を含む基板シートとの間にサンドイッチされた金属層を含み、そこで、前記金属層の第１の表面が前記ポリマー支持層に面し、及び前記金属層の第２の表面が前記基板シートの第１の表面に面し、前記基板の金属要素が前記金属層の前記第２の本発明夢ンと接触する、層構造である。通常は、前記基板シートはバリア層を含む。前記金属要素及び前記バリア層を形成するための支持体として従来のロール金属箔の代わりにポリマー層とその上にコーティングされた金属層を用いることで（柔軟性バリアシートの形成を意図する）、
前記バリア層のバリア性品質は改善され、従って高品質バリアシートを要求する薄膜装置、例えばＯＬＥＤのロールツーロール製造を可能にする。

本発明の実施態様では、前記ポリマー支持層はポリイミドを含む。また、通常前記金属層はアルミニウムを含む。前記金属層は、前記ポリマー支持層と比較して薄く、０．０２から１００μｍの範囲に厚さを持つ。対照的に、前記ポリマー支持層は５から５００μｍの厚さを持つ。

通常、前記基板シートの金属要素は、最終薄膜装置（例えばＯＬＥＤ）のシャント構造を与えることを意図されている。

さらなる側面で、本発明は、薄膜装置の製造方法を提供することであり、前記方法は：本発明の第１の側面による前記方法により得られる柔軟性基板シートを用意し、及び前記柔軟性基板シートをロールツーロールプロセスで使用することを含む。従って、本発明のさらなる側面によれば、本発明の第１の側面による方法でえられ得る柔軟性基板シートが、薄膜装置製造のためのプロセスで使用され得る。

留意すべきことは、本発明は特許請求の範囲に記載された構成にあらゆる可能な組合せに関する、ということである。

以下、本発明のこれらの及びその他の側面は、本発明の実施態様を示す添付図面を参照しつつより詳細に説明される。

図１ａ〜ｅは、本発明の実施態様による方法を模式的に示す。 図２ａ、ｂは、前記ポリマー支持層が前記金属相から離されるところを模式的に示す。

本発明者は、ロールツーロールプロセスのためにバリア層の従来製造方法で使用される薄金属シートを、薄金属層でコーティングされたポリマー支持層を含む犠牲層スタックと交換することが、最終的薄膜装置のバリア性品質を改善し、より効率的製造プロセスを含む、いくつかの利点を与える結果となる、ということを見出した。

本発明による方法は、模式的に図１に示される。第１に、ポリマー支持層１０１及び金属層１０２を含む層構造又はスタック１００が用意される（図１ａ；ステップａ）。次に、最終装置でシャント構造を形成することが意図される金属要素１０４が、前記金属層上に形成される（図１ｂ；ステップｂ）。バリア層１０３、通常はポリマーバリア層は、次に知られる技術が適用されて前記金属要素１０４と接触させ被覆し、及び前記金属要素間に前記金属層の表面１０６が設けられる（図１ｃ；ステップｃ）
次に、自己支持性、柔軟性バリアシートを製造するために、レーザー補助脱ラミネーションを用いて、前記ポリマー支持層１０１を金属層１０２から離し（図１ｄ；ステップｄ）、及び続いて前記金属層１０２が、前記バリア層１０３及び金属要素１０４から従来技術のエッチングにより除去される（図１ｅ；ステップｅ）。得られるバリアシート２００は、前記バリア層と前記金属要素を含むが、前記ポリマー支持層１０１及び前記金属層１０２は含まず、これはＯＬＥＤ、などの薄膜半導体装置の製造のロールツーロールプロセスで使用され得るものである。本発明のそれぞれのステップａ〜ｅは、以下より詳細に説明される。

前記ポリマー支持層及び金属層は、よく知られた技術で形成され得る。前記金属層は、例えばスパッタリングで、前記ポリマー支持層上のコーティングとして堆積させ得る。場合により、堆積後、前記金属層は、例えばアルミニウム層の場合ではイオン性液体電気メッキなどの電気メッキによりより厚くし得る。より厚い金属層は、前記金属層の下層（犠牲ポリマー層から離れて面する）を熱から保護するために望ましい。

従来の厚いアルミニウムシートの交換部分として本発明により使用されるポリマー支持層１０１は、金属層からレーザー補助脱ラミネートされ得るあらゆる好適なポリマー、例えばポリイミド、温度安定化ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む例から形成され得る。好ましくは、前記ポリマー支持層は、ポリイミドを含み、及びより好ましくはポリイミド層を含む。ポリイミドは、その高温度安定性により好ましい。

前記金属層１０２は、金属、又は合金であってよく、好ましくは軟金属又は合金で低融点を持ち、例えばアルミニウムである。

前記金属層１０２は、前記ポリマー支持層に比較して薄い。例えば、前記金属層の厚さは、０．０２から１００μｍの範囲、例えば約１μｍであり得る。他方で、前記ポリマー支持層は通常は、厚さが５から５００μｍの範囲、例えば１００μｍである。

図に示されるように、前記金属層１０２は、第１の表面１０５を持ち、これは前記ポリマー支持層１０１に面するか、又は直接接触している。前記金属層はまた、前記ポリマー支持層と直接熱接触し、熱が前記金属層から前記ポリマー層へ前記金属層の表面１０５を介して伝達することができる。

さらに、前記金属層１０２はまた、第２の表面１０６を持ち、これは前記ポリマー支持層から離れるように面し、前記金属要素１０４が適用される側に面する。前記要素１０４は、従来技術（例えば硬化性の導電性インク）を用いて前記金属層状に形成され得る。前記得られるシート２００での前記金属要素１０４の機能は、最終装置に、導電及びシャント構造を設けるためであり、これは前記シート２００上に設けられることになる透明電極にわたり電流及び好ましい電圧分布を与えるためである。前記金属要素１０４は、約０．５μｍから１００μｍの範囲の幅及び高さ寸法を持つ金属の薄シャントライン及び場合によりより大きいバスバーを含む。前記シャントライン及び場合によるバスバーは、前貴金属層上に、例えば格子パターンなどのあらゆるパターンを形成することができる。

前記金属要素を形成した後、前記金属層及び金属要素は、通常ポリマーバリア層である、バリア層１０３で被覆される。前記バリア層１０３は、第１の表面１０７を持ち、これは前記金属要素１０４及び前記金属層１０３の前記第２の表面に面するか、又は直接接触する。従って、前記図１ｃで示される層構造が得られる。前記犠牲層及び前記金属要素から離れるように面する前記バリア層表面は１０８とされている。

前記ポリマー支持層１０１及び前記金属層１０２は犠牲層であり、この意味は、これらは他の層又は構造形成を補助するためだけに設けられ、この目的を満たした後は廃棄される、ということである。前記ポリマー支持層及び金属層の目的は、前記金属要素１０４を含む滑らかな表面を持つバリア層１０３を形成するための支持表面を与えることである。前記ポリマー支持層及び金属層は、ロールツーロールプロセスで使用される柔軟性シートを製造するプロセスの位置部分としてその後除去される。

前記ピリマー支持層１０１は、前記金属層に強く接着し得る。しかし、本発明者は、前記ポリマー支持層は、前記金属層からレーザー補助脱ラミネーションにより、前記層組み立て物の他の層や構造を破壊することなく、レーザービームを前記金属層を加熱し、それにより間接的に前記ポリマー支持層を、前記ポリマー層の蒸発温度を超えた脱ラミネーション温度まで加熱して除去できることを見出した。前記ポリマー支持層の材料の一部が、前記金属層に面する表面１０９で蒸発すると、前記ポリマー層は前記金属層から脱ラミネーションする。レーザービームを前記層組立体に連続的に動かすことで、脱ラミネーションラインが形成される（図２ａの矢印で示される）。複数の本質的に平行な脱ラミネーションラインが作られ、これは前記全部のポリマー層の完全な脱ラミネーションを達成し得る。図２ｂは、前記ポリマー支持層の連続部分の完全な脱ラミネーションを示す。

好ましくは、使用される脱ラミネーション温度は前記金属層を形成する金属又は合金の融点よりも低い。前記脱ラミネーション温度は、１００から１０００℃の範囲であり得るが、しかし前記ポリマー支持層の材料の蒸発温度及び前記金属層に融点、それぞれに依存する。例えば、アルミニウム層からポリイミドを離す場合には、前記アルミニウムは好ましくは、３００から７００℃の範囲、例えば５００℃に加熱される。しかし、前記ポリマー支持層が、１００℃未満の脱ラミネーションの低温度で蒸発するポリマーを含む場合もあり得る。例えば、脱ラミネーションを達成するために、１０５０から１１００ｎｍの範囲の発光波長を持つ赤外線ファイバレーザーが使用され得る。

前記ポリマー支持層の除去に続いて、暴露された金属層が従来に化学的エッチングで除去され得る。前記金属層は、従来使用されている支持金属シートに比較して薄いことから、前記金属層を除去するために必要なエッチング時間は短くなり、エッチング剤も少なくなる。エッチング時間は約１分間であり得る。短いエッチング時間は、製造プロセスの時間を節約するだけではなく、また前記バリア層のエッチング剤への暴露も短くなり、前記バリア層への悪影響を低減するということから、有利である。アルミニウム層のエッチングのために、水酸化カリウム（ＫＯＨ）が使用され得る。しかし、水酸化カリウムはまた、バリア層の窒化物バリアも低速度でエッチングし得るものであり、前記バリアの機能は長時間エッチングで相殺されてしまう。さらに、短時間エッチングを用いることで、前記金属層とエッチング剤との望ましくない反応が低減又は避けることが可能となる。

基板シート２００は続いて、この薄膜装置ロールツーロール製造に使用され得る。半導体装置が、前記バリア層の表面１０７上に、従って前記金属要素１０４と接触して又は前記バリア層の表面１０８上に構築され得る。

当業者は、本発明は前記説明した好ましい実施態様に限定されるものではないことを理解する。逆に、多くの変更。変法例が本発明の範囲内で可能である。例えば、薄金属層、ＩＴＯ、ＡｌＺｎＯ、ＴｉＦなどの透明導電体が、前記金属要素１０４を形成する前に前記金属層１０３の表面１０６上に適用可能であり、例えば、バリア層１０３が前記金属要素及び前記金属要素間に暴露された導電体の一部分を接触し及び被覆するために適用され得る。かかる実施態様では、前記エッチングステップは、前記導電体が、前記金属層１０２が除去される際に実質的にエッチングされないように調節される。他の実施態様では、ミクロ電気機械装置などの構造又は装置が、前記犠牲層の前記レーザー補助及び続くエッチング、の前に前記犠牲層から離れて面するバリア層の表面１０８上に構築され得る。

留意されるべきことは、前記実施態様は、本発明を限定するというよりはむしろ説明するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲から離れることなく多くの他の実施態様を想到することができる、ということである。特許請求の範囲では、括弧内の参照符号は特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。用語「含む」及びその関連用語は、特許請求の範囲にで記載された要素又はステップ以外の要素又はステップを除外するものではない。「１つの」は要素が複数である場合を除外するものではない。いくつかの手段を列挙する装置についての請求項において、これらの手段のいくつかは、１つの及び同じハードウェアにより実施され得る。ある手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されない、ということを意味するものではない。

Claims (15)

1. バリア層及び金属要素を含む柔軟性シートであって、薄膜半導体の製造のための基板シートとしての使用が意図される柔軟性シートを製造するための方法であって、前記方法は：
   （ａ）ポリマー支持層上に金属層を設けるステップを含み、前記金属層が前記ポリマー支持層に面する第１の表面と前記ポリマー支持層から離れるように面する第２の表面を含み；
   （ｂ）前記金属層の第２の表面上に金属要素を設け；
   （ｃ）前記金属層の第２の表面及び前記金属要素を被覆するバリア層を設け、前記バリア層が、前記金属層に面する第１の表面と前記金属層から離れるように面する第２の表面を含み；
   （ｄ）前記ポリマー支持層を前記金属層から離し；及び
   （ｅ）前記金属層を前記金属要素及び前記バリア層から除去する、ことを含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であり、前記ポリマー支持層を前記金属層から離すことが、前記金属層を加熱することで達成される、方法。
3. 請求項１に記載の方法であり、前記金属層が、前記ポリマー支持層の蒸発温度よりも高く、及び前記金属層が、前記ポリマー支持層の蒸発温度以上であり、ただし前記金属層の融点よりも低い、方法。
4. 請求項３に記載の方法であり、前記ポリマー支持層を前記金属層から離すことがレーザーを用いて実施される、方法。
5. 請求項１に記載の方法であり、前記金属層がエッチングにより除去される、方法。
6. 請求項１に記載の方法であり、さらに、ステップ（ｆ）を含み、前記ステップ（ｆ）は、前記バリア層の第１の表面上に及び前記金属要素上に半導体装置又は半導体材料を設ける、方法。
7. 層構造であり、前記層構造は：ポリマー層と金属要素を含む基板シートの間にサンドイッチされた金属層を含み、前記金属層の第１の表面が前記ポリマー層に面し、前記金属層の第２の表面が前記基板シートの第１の表面に面し、前記基板シートの金属要素が、前記金属層の前記第２の表面に接触する、層構造。
8. 請求項７に記載の層構造であり、前記基板シートがバリア層を含む、層構造。
9. 請求項１に記載の方法又は請求項７に記載の層構造であり、前記ポリマー層がポリイミドを含む、方法又は層構造。
10. 請求項１に記載の方法又は請求項７に記載の層構造であり、前記金属層がアルミニウムを含む、方法又は層構造。
11. 請求項１に記載の方法又は請求項７に記載の層構造であり、前記金属要素がシャント構造を与えることを意図する、方法又は層構造。
12. 請求項１に記載の方法又は請求項７に記載の層構造であり、前記金属層が、０．０２から１００μｍの厚さを持つ、方法又は層構造。
13. 薄膜装置を製造するための方法であり、前記方法は：
    （ａ）請求項１に記載の方法で得られる柔軟性基板シートを用意し；及び
    （ｂ）前記柔軟性基板シートをロールツーロール製造プロセスで使用することを含む方法。
14. 請求項１に記載の方法で得られる柔軟性基板シートを、薄膜装置の製造のためのプロセスでの使用。
15. 請求項１３に記載の方法、又は請求項１４に記載の使用であり、前記薄膜装置が有機発光ダイオードである、方法又は使用。

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