JP2019121643A

JP2019121643A - デバイス形成方法

Info

Publication number: JP2019121643A
Application number: JP2017254026A
Authority: JP
Inventors: 篤史大澤; Atsushi Osawa
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-22

Abstract

【課題】デバイスが形成される基材とこれを支持するキャリアとの分離を、デバイスにダメージを与えることなく低コストで実現することのできる技術を提供する。【解決手段】本発明のデバイス形成方法は、赤外線に対し透明なキャリアの表面に犠牲層を積層する工程（ステップＳ１０２）と、犠牲層の表面に基材としての樹脂層を積層する工程（ステップＳ１０３）と、基材の表面にデバイスを形成する工程（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６）と、犠牲層を加熱し分解させて、キャリアと基材とを分離させる工程（ステップＳ１０７〜Ｓ１０８）とを備える。犠牲層は窒化銅を主成分とするものであり、キャリアを介して赤外線を含む光を照射して犠牲層を加熱する。【選択図】図１

Description

この発明は、基材の表面に半導体素子や発光素子等のデバイスを形成する方法に関するものである。

例えばフレキシブルディスプレイ等の製造を目的として、樹脂フィルム等の柔軟な基材の表面に半導体素子や発光素子等のデバイスを形成するという需要がある。柔軟な基材の表面に安定的にデバイスを形成するために、基材を例えばガラス板等のキャリアに固定した状態でデバイスを形成し、その後に基材とキャリアとを分離させる方法が用いられることがある。この場合、基材とキャリアとの分離を容易にするために、両者の間に分解しやすい犠牲層を設けておくことが行われる。

例えば特許文献１に記載の技術では、成長基板の表面に剥離層および下地層が順に積層され、下地層の表面に半導体素子を形成した後に、成長基板を介して剥離層にレーザ光を照射することで、剥離層を分解させて半導体素子を成長基板から分離させる。また、特許文献２に記載の技術では、デバイス形成のためのプラスチック層をガラス基板上に形成する際、ガラス基板との界面に紫外線吸収物質がドープされる。そして、ガラス基板を介して照射される紫外光を吸収したプラスチック層の表面が分解することで、ガラス基板とプラスチック基板とが分離される。

特開２００７−１１６１１０号公報特表２０１０−５３４１６４号公報

上記のような従来技術では、基材とキャリアとの分離に際してデバイス等にダメージを与えないようにするために、特定波長の光（多くの場合紫外光）を選択的に吸収して化学的に分解する材料が犠牲層として用いられる。したがって、犠牲層の分解に、当該波長で大きな出力が得られるレーザ光源と、レーザ光を基材の広い範囲に入射させるための光学系とが必要になる。特に基材が大型である場合、このような装置は非常に高価なものとなる。このため、デバイスの製造コストが高くなってしまうという問題がある。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、デバイスが形成される基材とこれを支持するキャリアとの分離を、デバイスにダメージを与えることなく低コストで実現することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明に係るデバイス形成方法の一の態様は、上記目的を達成するため、赤外線に対し透明なキャリアの表面に犠牲層を積層する工程と、前記犠牲層の表面に基材としての樹脂層を積層する工程と、前記基材の表面にデバイスを形成する工程と、前記犠牲層を加熱し分解させて、前記キャリアと前記基材とを分離させる工程とを備え、前記犠牲層は窒化銅を主成分とするものであり、前記キャリアを介して赤外線を含む光を照射して前記犠牲層を加熱する。

このように構成された発明において、犠牲層として用いられる窒化銅は、３５０℃程度で熱分解する物質である。例えば銅窒化物の代表的な化合物である組成式Ｃｕ_３Ｎで表されるニトリロ三銅（Ｉ）の分解温度は約３００℃である。このため、赤外線照射により与えられる程度の熱エネルギーによる加熱でも銅と窒素ガスとに分解することが可能である。このような物質をキャリアと基材との間の犠牲層に用い、キャリアを介して赤外線を含む光を照射し犠牲層を加熱することで、キャリアと基材との間に窒素ガスが発生する。これにより、キャリアと基材とが物理的に分離される。

この程度の加熱であれば、赤外線を含む光を照射する一般的な加熱手段、例えばフラッシュランプや高速加熱（Rapid Thermal Anneal；ＲＴＡ）装置等を用いることが可能である。このため、短波長大出力レーザや大型の光学系は不要であり、デバイス製造コストを大幅に低減することが可能である。また、赤外線に対し透明なキャリアを介して赤外線を照射すれば、赤外線はほぼ直接的に犠牲層に入射し、犠牲層を選択的に加熱することができる。これにより犠牲層の温度が急速に上昇するため、赤外線照射による加熱はマイクロ秒ないし秒オーダーで済む。このため、基材や基材に形成されているデバイスに及ぼす熱の影響も極めて小さく抑えることができる。

上記のように、本発明では、分解温度の低い窒化銅を犠牲層として用い、キャリア側から赤外線を含む光を照射して犠牲層を分解させるので、デバイスにダメージを与えることなく低コストでキャリアと基材とを分離させることが可能である。

本実施形態における表示装置の製造プロセスを示すフローチャートである。この製造プロセスの各過程を模式的に示す図である。プラズマスパッタリング装置の構成例を示す側面図である。ガス中の窒素比率と薄膜の比抵抗との関係を示すグラフである。ガス中の窒素比率と薄膜の屈折率との関係を示すグラフである。フラッシュランプアニール装置の構成例を示す図である。

以下、本発明に係るデバイス形成方法を適用した実施形態について説明する。ここでは、「基材」としてのポリイミド樹脂層に「デバイス」としての有機ＥＬ表示素子が多数配列された有機ＥＬ表示装置（以下、単に「表示装置」ということがある）を製造するプロセスを例として説明するが、基材の材料やデバイスの構造・種類についてはこれらに限定されるものではない。例えば基材としては、ポリカーボネート樹脂やポリエステル樹脂等を適用することができる。また、デバイスとしては半導体素子、液晶表示素子、センサ素子等を適用することができる。

また、以下に説明するように、薄く撓みやすい基材にデバイスを安定的に形成するために、この製造プロセスにおいては基材をキャリアに固定した状態でデバイス形成が行われる。キャリアとしては例えばガラス板を好適に適用可能であるが、これに限定されるものではない。ただし、本実施形態においてキャリアは赤外線に対する透過性を有するものであることが望ましい。

図１は本実施形態における表示装置の製造プロセスを示すフローチャートである。また、図２はこの製造プロセスの各過程を模式的に示す図である。最初に、キャリアとして例えばガラス板が準備される（ステップＳ１０１）。キャリアの厚さは例えば数百μｍないし数ｍｍ程度である。必要に応じ洗浄や疎水化処理等の表面処理がなされてもよい。次に、図２（ａ）に示すように、キャリア１０の表面に犠牲層１１としての窒化銅の薄膜が形成される（ステップＳ１０２）。この成膜については、例えば反応性プラズマスパッタリング法を好適に適用することができるが、成膜方法は特に限定されない。反応性プラズマスパッタリングによる成膜例については後述する。

窒化銅は組成式ＣｕＮ_ｘで代表的に表されるものであり、典型的な化合物としては組成式Ｃｕ_３Ｎ（すなわちｘ＝１／３）で表されるニトリロ三銅（Ｉ）がある。このニトリロ三銅（Ｉ）の分解温度は約３００℃である。熱非平衡反応である反応性プラズマスパッタリングでは、これ以外の種々の組成を有する銅窒化物の薄膜を形成可能であり、薄膜全体としての窒素の含有率については例えば、０＜ｘ＜３とすることができる。形成された薄膜の分解温度はｘの値により変動するが、上記範囲であれば概ね３００℃ないし４００℃程度である。犠牲層１１の膜厚については後述するが、例えば２００ｎｍとすることができる。

図２（ｂ）に示すように、上記のようにして形成された犠牲層１１の表面に、基材層２１としてのポリイミド樹脂層が形成される（ステップＳ１０３）。基材層２１の形成には、例えばポリイミド樹脂材料および溶剤を含む溶液を犠牲層１１の表面に塗布するウェット処理を適用することができる。塗布方法は特に限定されないが、例えば公知のスリットコート法を用いることができる。必要に応じ、塗布液の硬化を促進するための熱処理が加えられてもよい。ただし、犠牲層１１の分解温度より低い温度で熱処理を行う必要がある。形成される基材層２１の厚さは、例えば５μｍないし２０μｍ程度である。

次に、図２（ｃ）ないし図２（ｅ）に示すように、基材層２１の表面に有機ＥＬ表示素子が形成される。具体的には、図３（ｃ）に示すように、表示素子を駆動するための薄膜トランジスタ２２が形成される（ステップＳ１０４）。薄膜トランジスタ２２としては、例えば低温ポリシリコン薄膜トランジスタ（Low Temperature Poly-Silicon Thin Film Transistor；ＬＴＰＳＴＦＴ）を好適に適用可能である。このようなＬＴＰＳＴＦＴの形成方法は公知であり、本実施形態においても同様の形成方法を適用可能であるので説明を省略する。

こうして形成された薄膜トランジスタ２２に、図２（ｄ）に示すように、有機ＥＬ発光層２３（赤色発光層２３Ｒ、緑色発光層２３Ｇ、青色発光層２３Ｂ）が積層される（ステップＳ１０５）。これらの形成には、例えばファインメタルマスク（Fine Metal Mask；ＦＭＭ）を使用した真空蒸着法を好適に適用することができる。

さらに、図２（ｅ）に示すように、有機ＥＬ発光素子層２３を保護し劣化を防止するための封止層２４が形成される（ステップＳ１０６）。封止層２４としては、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）を適用することができる。その形成方法は特に限定されず、公知の適宜の形成方法を適用可能である。

上記のようにして、基材層２１に薄膜トランジスタ２２、有機ＥＬ発光層２３および封止層２４が順次積層された有機ＥＬ表示装置２０が、犠牲層１１を介してキャリア１０に固定された構造体が形成される。次に、表示装置２０とキャリア１０とが分離される。具体的には、図２（ｆ）に示すように、犠牲層１１に対し、赤外線ＩＲがキャリア１０側から略一様に照射される（ステップＳ１０７）。犠牲層１１が赤外線を吸収して加熱され、分解温度まで昇温すると、銅と窒素ガスとに分離する。これにより、表示装置２０とキャリア１０との間に窒素ガスの層が生じることとなり、図２（ｇ）に示すように、表示装置２０とキャリア１０とが簡単に分離される（ステップＳ１０８）。

分離後の表示装置２０の基材層２１側には遊離した銅が残留付着している場合があり得る。しかしながら、両者は化学的に強く結合しているわけではないので、適宜の洗浄処理を実行することにより（ステップＳ１０９）、基材層２１から銅を除去することが可能である。このようにして、有機ＥＬ表示装置２０を製造することができる。

次に、窒化銅による犠牲層１１の形成工程（ステップＳ１０２）について、より詳細に説明する。前記したように、熱非平衡反応である反応性プラズマスパッタリングにより種々の組成の窒化銅を成膜可能である。組成により物性も異なるため、犠牲層１１として利用可能な薄膜を安定的に形成するための成膜条件が確立される必要がある。以下、成膜条件と得られた薄膜の性質との相関性について説明する。

図３は犠牲層の成膜に用いられるプラズマスパッタリング装置の構成例を示す側面図である。このプラズマスパッタリング装置１００は、反応性スパッタリングにより処理対象であるワークＷの表面に皮膜を形成する装置である。プラズマスパッタリング装置１００は、真空チャンバ１０１と、その内部に配置されたワークＷを搬送する搬送機構３０およびスパッタソース５０と、装置全体の動作を制御する制御部９０とを備えている。真空チャンバ１０１は略直方体形状の外形を有する中空の箱型部材であり、底板の上面が水平姿勢となるように配置されている。真空チャンバ１０１の内部空間は真空ポンプ１０３により適宜の気圧に制御される。

搬送機構３０は、ワークＷをその下面を開放した状態で保持するトレイ３１と、トレイ３１の下面に当接してトレイ３１を支持する複数の搬送ローラ３２と、搬送ローラ３２を回転させることでトレイ３１を紙面左右方向に移動させる搬送駆動部（図示省略）とを備えている。このように構成された搬送機構３０は、真空チャンバ１０１内でワークＷを水平姿勢に保持しつつ搬送して、ワークＷを点線矢印方向に移動させる。搬送機構３０によるワークＷの移動は、図１に示すように往復移動であってもよく、また一方向のみへの移動であってもよい。

このようにして真空チャンバ１０１内を搬送されるワークＷの下方にスパッタソース５０が設けられている。スパッタソース５０は、回転カソード５１と、回転カソード５１の内部に設けられた磁石ユニット５２と、回転カソード５１を保持しつつ回転させる回転駆動部５３と、真空チャンバ１０１内に高周波電界を生じさせるための誘導結合アンテナ５４と、ガスノズル５５と、各部に電力を供給する電源部５６とを備えている。スパッタソース５０は、その上部に配置されるワークＷとの間のプラズマ空間ＰＳにスパッタガスのプラズマを発生させる機能を有する。

回転カソード５１と磁石ユニット５２とは一体としてマグネトロン型回転カソードを構成する。回転カソード５１は、図３紙面に直交する方向を軸方向とする円筒状のベース部材５１１と、ベース部材５１１の外周を被覆するターゲット材５１２とを備えている。ベース部材５１１は導電体であり、軸方向の両端部に対応して回転駆動部５３に設けられた軸受部（図示省略）により、中心軸周りに回転自在に支持されている。回転駆動部５３は制御部９０により制御される。

ターゲット材５１２はワークＷ上に成膜される膜の材料を含むものであり、窒化銅薄膜を形成する例においては金属銅である。このようにターゲット材が導電性を有するものである場合、ベース部材を省略することが可能である。すなわち、予め円筒形状に成形されたターゲット材が用いられることで、ベース部材が省かれてもよい。この場合、回転駆動部５３はターゲット材を直接支持しつつ回転させるように構成される。

回転カソード５１の内部に配置された磁石ユニット５２は、透磁鋼などの磁性材料により形成されたヨークに複数の磁石が取り付けられた構造を有している。磁石ユニット５２は回転カソード５１の中心部に延設された棒状の支持部材に取り付けられているが、回転カソード５１の回転によって回転しない。回転カソード５１に設けられた磁石ユニット５２は上向きに配置される。したがって、磁石ユニット５２によりプラズマ空間ＰＳに集中的に静磁場が形成される。

回転カソード５１を挟んで突出するように、真空チャンバ１０１の底面には１対の誘導結合アンテナ５４，５４が設けられている。誘導結合アンテナ５４はＬＩＡ（Low Inductance Antenna：株式会社イー・エム・ディーの登録商標）とも称されるものであり、略Ｕ字型に形成された導体５４１の表面が例えば石英などの誘電体５４２で被覆された構造を有する。誘導結合アンテナ５４は、Ｕ字を上下逆向きにした状態で、真空チャンバ１０１の底面を貫通して設けられる。また、紙面に垂直な方向に沿って複数の誘導結合アンテナ５４が配置される。導体５４１の表面が誘電体５４２で被覆された構造とすることで、導体５４１がプラズマに曝露されることが防止される。これにより、導体５４１の構成元素がワークＷ上の膜に混入することが回避される。

このように構成された誘導結合アンテナ５４は、巻回数が１未満のループアンテナと見ることができる。そのため、低インダクタンスである。このような小型のアンテナを、巻回軸方向と直交する方向に複数並べて配置することで、インダクタンスの増大を抑えつつ、後述するプラズマ発生のための誘導電界を広い範囲に形成することが可能である。

プラズマスパッタリング装置１００はまた、上記のスパッタソース５０の周囲を取り囲むように真空チャンバ１０１内に配置された、上部が紙面に垂直な方向に沿って細長く開口する筒状または箱状の遮蔽部材であるチムニー１０２を備えている。チムニー１０２は、スパッタソース５０において発生するプラズマやターゲットからスパッタされたスパッタ粒子の飛散範囲を制限するシールドとしての機能を有する。

回転カソード５１の上面と、トレイ３１により保持されるワークＷの下面とは、チムニー１０２上部の開口を介して対向している。後述するように、これらに囲まれた空間ＰＳが、プラズマを発生させてターゲットをスパッタリングしワークＷに成膜を行うプラズマ空間となる。

プラズマ空間ＰＳには、図示しないガス供給部からスパッタガスとしてのアルゴンガスと反応性ガスとしての窒素ガスとを含むガスが導入される。具体的には、ガス供給部から供給されるガスは、真空チャンバ１０１の底面に設けられたノズル５５，５５からチムニー１０２に囲まれるプラズマ空間ＰＳに向けて吐出される。ガス供給部はガス流量を自動的に制御することができるものであることが好ましく、例えばマスフローコントローラを備えたものとすることができる。

回転カソード５１と誘導結合アンテナ５４との間には、電源部５６から適宜の電圧が印加される。具体的には、回転カソード５１のベース部材５１１には、電源部５６に設けられた直流電源５６１が接続されており、直流電源５６１から適宜の直流負電位が与えられる。一方、誘導結合アンテナ５４には、電源部５６に設けられた高周波電源５６２が整合回路５６３を介して接続されており、高周波電源５６から高周波パルスなどの適宜の高周波電圧が印加される。直流電源５６１および高周波電源５６２のそれぞれから出力される電圧値やその波形は制御部９０により制御される。

直流電源５６１から回転カソード５１に適宜の直流電位が与えられることで、回転カソード５１の表面、より具体的にはプラズマ空間ＰＳに臨むターゲット材５１２の表面近傍に電界が形成され、これによりスパッタガスのプラズマ（マグネトロンプラズマ）が生成される。すなわち、直流電源５６１は、磁石ユニット５２が形成する静磁場によってプラズマ空間ＰＳにマグネトロンプラズマが発生するのに必要な電圧を回転カソード５１に印加する。この目的のために、回転カソード５１に印加される電圧に適宜のパルス電圧または交流電圧が重畳されてもよい。

また、高周波電源５６２から誘導結合アンテナ５４に高周波電力（例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力）が供給されることで、誘導結合アンテナ５４と回転カソード５１との間に高周波誘導電界が生じ、プラズマ空間ＰＳに供給されるスパッタガスおよび反応性ガスの誘導結合プラズマ（Inductivity Coupled Plasma；ＩＣＰ）が発生する。このようにして生成されるプラズマも、処理空間ＰＳに形成される静磁場に引き寄せられる。その結果、プラズマ空間ＰＳには高密度のプラズマが生成される。

こうしてプラズマ空間ＰＳに生成されるプラズマによりターゲット材５１２の表面がスパッタされ、ターゲット粒子が反応性ガス種としての窒素とともにワークＷの下面に付着することで成膜が行われる。ターゲット材として銅を含むものを用いることで、ワークＷ下面に窒化銅の薄膜が形成される。上記した表示装置の製造プロセスにおいては、キャリア１０であるガラス板をワークＷとしてプラズマスパッタリング装置１に搬入して、その下面に窒化銅の薄膜を形成することができる。

本願発明者は、上記のような構成のプラズマスパッタリング装置１を用いて、ターゲット材として銅を用い、プラズマ空間ＰＳに供給されるガス中の窒素ガスの比率（体積比）を種々に変化させてガラス板に窒化銅を成膜し、その評価を行った。なお、以下の実験ではチャンバ内気圧を０．５Ｐａ、ガス流量を０．１ｍ／ｍｉｎに固定し、スパッタソース５０に対するワークＷの走査移動を１回とした。

図４はガス中の窒素比率と薄膜の比抵抗との関係を示すグラフである。また、図５はガス中の窒素比率と薄膜の屈折率との関係を示すグラフである。これらの物性値は薄膜中の窒素量に応じて変化するものである。これらの結果に示されるように、ガス中の窒素比率が５％程度でも０％のケースに対する比抵抗および屈折率の有意な変化が見られ、窒化銅の成膜が行われていることがわかる。

また、窒素比率の増加に伴って測定値が変化しており、膜中の窒素量の増加に伴う膜質の変化が見られる。一方、窒素比率４０％での成膜では、同３０％での成膜と物性値に大きな差がなく、膜質の変化は飽和していると言える。以上より、窒化銅の成膜においてはガス中の窒素ガスの比率は５％ないし４０％が望ましく、この範囲で適宜に設定することで膜質を制御することができる。

種々の成膜条件で成膜された薄膜をオーブンにより直接加熱（３５０℃）した結果、および、窒化銅成膜後、基材層となるポリイミド樹脂層を形成してからホットプレートで加熱（３５０℃）した結果を表１に示す。

窒素ガス比率５％ないし４０％のいずれにおいても窒化銅の成膜が可能であったが、直接加熱の結果からわかるように、加熱による分解の進行程度には差がある。このことから、成膜時の窒素ガス比率による組成変化が分解温度に影響を与えていることがわかる。具体的には、窒素比率が大きいほど分解温度が低くなる傾向がある。このように、成膜時の窒素ガス比率によって、薄膜の分解温度を制御することが可能である。

一方、基材形成後の加熱結果に示されるように、成膜時の窒素ガスの比率が高いと、キャリア１０と基材層２１との間に大小の気泡が発生した。これは、加熱により犠牲層１１が分解して生じる窒素ガスによる気泡である。犠牲層１１内での温度差により熱分解の始まるタイミングが位置ごとに異なり、発生した窒素ガスがキャリア１０と基材層２１との間で密着の弱い箇所に集中したものと考えられる。特に分解温度の低い膜を高温で加熱した場合に気泡の発生が激しい。このような気泡は基材層２１に凹凸を生じさせ、甚だしい場合には基材層２１を破壊することがある。

これに対し、以下に説明するような構成を有するフラッシュランプアニール装置を用いて、赤外線を含む光をキャリア１０を介して犠牲層１１に照射するようにしたところ、成膜時の窒素ガス比率に関わらず、ほぼピール強度０［Ｎ／ｍ］でキャリア１０と基材層２１とが全面において自発的に剥離した。光照射による瞬間的な昇温が犠牲層１１の全面をほぼ同時に分解した結果と考えられる。また、分離後の基材層２１には遊離した銅の付着が見られたが、例えばエアブローによって完全に除去することが可能であり、化学的に基材層２１と強く結合したものではない。

犠牲層１１の分解温度を制御する意義について説明する。これまで述べたように、犠牲層１１としての窒化銅薄膜については、その組成によって分解温度が変化する。組成の適宜の制御により、概ね３００℃以上で任意の温度を分解温度とすることが可能である。単にデバイスにダメージを与えず容易に分解させることができるという点では分解温度は低い方がよいことになる。

しかしながら、分解温度が低すぎる場合の問題点としては次のようなものがある。すなわち、犠牲層形成後の各機能層の形成工程において、犠牲層１１の分解温度を超えるような昇温を伴うプロセスを適用することができない。例えば、基材層２１としてのポリイミド樹脂層においては、ウェット塗布後の加熱処理（キュア）により強固な膜を形成することができるが、犠牲層の分解温度が低いとこのような加熱処理を行えない、あるいは加熱温度が制約される場合が生じ得る。一方、犠牲層の分解温度が他の各機能層の耐熱温度（例えばポリイミド樹脂では約５００℃）より高ければ、犠牲層を熱分解させる際にそれらにダメージを与えるおそれがある。

このように、犠牲層の分解温度については、他の層にダメージを与えない程度に低く、かつ、他の層の形成プロセスに支障を生じさせない程度に高くなければならない。このため、使用される材料や形成されるデバイスの種類・構造等に応じて犠牲層の分解温度を調節できることがより好ましい。

上記実施形態では、反応性プラズマスパッタリング法により犠牲層としての窒化銅薄膜を形成しており、プラズマ空間に導入されるガス中の窒素ガスの比率により分解温度を制御することができるので、種々の材料、プロセスに適合した犠牲層を提供することが可能となる。

また、酸化銅や窒化チタン等は窒化銅より分解温度が遥かに高く、窒化銅に少量の酸素やチタンを添加することによって分解温度が高くなることがわかっている。一方、窒化鉄は窒化銅よりさらに分解温度が低い。これらの物質を窒化銅薄膜に添加して犠牲層とすることにより、より広範囲の分解温度の制御が可能となる。

図６はフラッシュランプアニール装置の構成例を示す図である。本実施形態の製造プロセスに利用可能なフラッシュランプアニール装置は既に実用化されており、ここではその概略の構成を説明する。図６（ａ）は、ワークＷを上方から加熱する例を、また図６（ｂ）は、ワークＷを下方から加熱する例を示す。

図６（ａ）に示すフラッシュランプアニール装置２００では、平坦なステージ２０１にワークＷが載置される。この場合のワークＷは、図２（ｅ）に示すキャリア１０と表示装置２０とが犠牲層１１を介して積層された積層体である。ワークＷはキャリア１０を上向きにして支持される。

ステージ２０１の上方にはキセノンフラッシュランプ等のランプ光源２０２が多数配列されており、その上方には反射板２０３が配置されている。各ランプ光源２０２はパルス電源２０４に接続されており、パルス電源２０４から出力されるパルス電力により、各ランプ光源２０２が点灯する。パルス幅は数百μ秒程度であり、各ランプ光源２０２からは、赤外線を含む強い光Ｌがごく短期間のみ出射される。

出射された光Ｌは透明なガラス板であるキャリア１０を透過して犠牲層１１に照射される。図５にも示されるように犠牲層１１である窒化銅薄膜は赤外線を吸収する性質を有しており、赤外線を吸収することで短時間のうちに昇温され、分解温度を超えると熱分解する。犠牲層１１の厚さを適宜に設定することにより、照射される赤外線のほとんどを犠牲層１１に吸収させることが可能である。例えば膜厚２００ｎｍ程度の窒化銅薄膜は、フラッシュランプから照射される赤外線の大部分を吸収する。これにより窒化銅薄膜が熱分解することで犠牲層として機能するが、その下部にある基材層２１やデバイス等にはほとんど熱の影響が及ばない。ただし、窒化銅薄膜の組成および膜厚を調整して一定量の熱エネルギーが基材層２１にも与えられるようにすることで、前述した基材層２１のキュア加熱やデバイスに対するアニールの効果を得られるようにすることも可能である。

図６（ｂ）に示すフラッシュランプアニール装置３００では、キャリア１０を下向きにしたワークＷの周縁部がホルダ３０１により保持される。ホルダ３０１の下方にはランプ光源３０２が多数配列されており、その下方に反射板３０３が配置される。各ランプ光源３０２はパルス電源３０４に接続されており、パルス電源３０４から出力されるパルス電力により、各ランプ光源３０２が点灯する。これにより、上記と同様に、キャリア１０を介して犠牲層１１に赤外線を含む光Ｌが照射される。この構成では、ワークＷは図２に示す各工程と同じ姿勢であるため、ワークＷを反転させる必要がない。

以上のように、この実施形態では、キャリアと基材層との間に犠牲層としての窒化銅薄膜を形成し、キャリアを介して犠牲層を赤外線により加熱し熱分解させる。窒化銅の分解温度は比較的低いため、加熱手段としては例えば既に実用化されているフラッシュランプアニール装置を使用することができる。このため、紫外光レーザを照射して犠牲層を分解させる従来技術に比べて、装置コストおよびデバイス製造コストを大きく低減することができる。また、犠牲層のみを集中的に加熱し、その分解温度も低いので、基材層やデバイスへのダメージを抑えることが可能である。

また、窒化銅ＣｕＮ_ｘはその組成によって分解温度が変化する。例えばｘ＝（１／３）であるときの分解温度は約３００℃であり、この温度で分解する犠牲層を形成することができる。したがって、この温度に耐え得る材料であれば基材層として利用することが可能である。また、ｘの値を適宜に制御することで種々の分解温度を実現することが可能である。本願発明者の知見によれば、０＜ｘ＜３のとき分解温度は３００℃ないし４００℃程度となり、耐熱温度が数百度である材料を基材層とする場合に特に好適な犠牲層として機能する。

特に、ｘ≦１の範囲においては分解温度が約３５０℃となり、耐熱温度が約５００℃であるポリイミド等の樹脂材料を基材層とする場合に特に好適である。反応性プラズマスパッタリングによる成膜では、プラズマ空間に供給されるガス中の窒素ガスの比率が３０％ないし４０％とすることで、このような好ましい犠牲層を形成することが可能である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の説明では、各機能層の形成に適用される成膜プロセスの代表的なものを例示したが、各層の成膜方法は上記に限定されるものではない。

また例えば、上記実施形態では、μ秒オーダーで点灯するフラッシュランプアニール装置を用いて犠牲層を熱分解させるが、これに代えて、例えば秒オーダーでワークを加熱する高速加熱（Rapid Thermal Anneal；ＲＴＡ）装置が用いられてもよい。また例えば、赤外レーザから出射される光をキャリアを介して犠牲層に走査露光することで犠牲層の熱分解を生じさせることも可能である。

また、上記説明では、窒化銅に添加する他の物質として酸素、チタン、鉄等を例示したが、これら以外の物質を添加して分解温度を調節するようにしてもよい。ただし、多くの金属窒化物は窒化銅に比べて分解温度が遥かに高いものが多く、そのような材料の添加量が多くなると分解温度が高くなりすぎるおそれがある。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係るデバイス形成方法において、光の光源としては例えばフラッシュランプを用いることができる。フラッシュランプを用いた加熱装置は既に実用化されており、対象物を短時間で急速に加熱することができるものである。このような装置を本発明に適用し、処理の低コスト化を図ることができる。

また例えば、犠牲層の形成には、銅を含むターゲットと、アルゴンおよび窒素を含むスパッタガスとを用いた反応性プラズマスパッタリングを適用することができる。熱非平衡反応である反応性プラズマスパッタリングを用いて成膜を行うことにより、形成される窒化銅の薄膜の組成を調整し分解温度を制御することが可能となる。この場合において、スパッタガスは酸素を含んでもよい。このようにすれば、犠牲層の膜中に酸素を導入することで分解温度を調整することができる。

また、スパッタガスにおいては窒素含有率が体積比５％ないし４０％であることが好ましく、このような条件では窒化銅の良好な薄膜を形成することができる。特に、窒素含有率が体積比３０％ないし４０％であるとき、分解温度が３５０℃程度となり、例えばポリイミド樹脂のような数百度程度の耐熱温度を有する材料を基材層として用いる場合の犠牲層として好適なものとなる。

また例えば、キャリアがガラス板であってもよい。赤外線に対する高い透過性を有し、キャリアとして十分な剛性が得られ、かつ調達コストが低いという点で、ガラスはキャリアとして好適な材料である。

また例えば、基材はポリイミド樹脂であってもよい。ポリイミド樹脂は耐熱温度が約５００℃であり、これより低い分解温度を有する窒化銅を犠牲層として利用するのに好適な材料である。

また例えば、犠牲層の組成は、ＣｕＮ_ｘ（０＜ｘ＜３）で表されるものであってもよい。この範囲の組成では分解温度が３００℃ないし４００℃となる。また例えば、犠牲層は、組成式Ｃｕ_３Ｎで表される銅窒化物を主成分とするものであってもよい。この銅窒化物は分解温度が約３００℃である。このような分解温度を有する薄膜は、デバイス等に熱ダメージを与えない犠牲層として適切なものである。

また例えば、本発明に係るデバイス形成方法は、キャリアから分離後の基材から、窒化銅の熱分解により生じた銅を除去する工程を備えてもよい。こうすることで、遊離銅がデバイスの汚染源となるのを未然に防止することができる。

この発明は、基材上に半導体素子や表示素子等の各種のデバイスを形成する技術に適用可能であり、特に可撓性があり耐熱温度が低い樹脂材料を基材とする場合に有効なものである。

１０キャリア
１１犠牲層
２０表示装置
２１基材
２２薄膜トランジスタ（デバイス）
２３有機ＥＬ発光層（デバイス）
２４封止層
１００プラズマスパッタリング装置
２００，３００フラッシュランプアニール装置
２０２，３０２ランプ光源（フラッシュランプ）
Ｗワーク

Claims

赤外線に対し透明なキャリアの表面に犠牲層を積層する工程と、
前記犠牲層の表面に基材としての樹脂層を積層する工程と、
前記基材の表面にデバイスを形成する工程と、
前記犠牲層を加熱し分解させて、前記キャリアと前記基材とを分離させる工程と
を備え、
前記犠牲層は窒化銅を主成分とするものであり、前記キャリアを介して赤外線を含む光を照射して前記犠牲層を加熱する、デバイス形成方法。
前記光の光源がフラッシュランプである請求項１に記載のデバイス形成方法。
銅を含むターゲットと、アルゴンおよび窒素を含むスパッタガスとを用いた反応性プラズマスパッタリングにより、前記犠牲層を形成する請求項１または２に記載のデバイス形成方法。
前記スパッタガスが酸素を含む請求項３に記載のデバイス形成方法。
前記スパッタガスにおける窒素含有率が体積比５％ないし４０％である請求項３または４に記載のデバイス形成方法。
前記スパッタガスにおける窒素含有率が体積比３０％ないし４０％である請求項５に記載のデバイス形成方法。
前記キャリアがガラス板である請求項１ないし６のいずれかに記載のデバイス形成方法。
前記基材がポリイミド樹脂である請求項１ないし７のいずれかに記載のデバイス形成方法。
前記犠牲層の組成は、ＣｕＮ_ｘ（０＜ｘ＜３）で表される請求項１ないし８のいずれかに記載のデバイス形成方法。
前記犠牲層は、組成式Ｃｕ_３Ｎで表される銅窒化物を主成分とする請求項１ないし９のいずれかに記載のデバイス形成方法。
前記キャリアから分離後の前記基材から、前記窒化銅の熱分解により生じた銅を除去する工程を備える請求項１ないし１０のいずれかに記載のデバイス形成方法。