JP4461616B2 - 素子の転写方法、素子保持基板の形成方法、及び素子保持基板 - Google Patents

素子の転写方法、素子保持基板の形成方法、及び素子保持基板 Download PDF

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    • Y10T225/00—Severing by tearing or breaking
    • Y10T225/10—Methods

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細加工された素子を選択的に剥離して他の基板上に転写する素子の転写方法、素子保持基板の形成方法及び素子保持基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光素子をマトリクス状に配列して画像表示装置に組み上げる場合には、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）のように基板上に素子を形成するか、或いは発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤディスプレイ）のように単体のＬＥＤパッケージを配列することが行われている。従来のＬＣＤ、ＰＤＰの如き画像表示装置においては、素子や画素のピッチとその製造プロセスに関し、素子分離ができないために製造プロセスの当初から各素子はその画像表示装置の画素ピッチだけ間隔を空けて形成することが通常行われている。
【０００３】
また、発光素子に限らず、半導体薄膜素子や半導体素子を密に一旦基板上に形成し、他の基板に転写する技術があり、例えば特開平１１−２６７３３号公報に記載される薄膜デバイスの転写方法においては、液晶制御素子としての薄膜デバイスの製造時に使用した基板と製品の実装時に使用する基板とを異ならせ、実装時に使用する基板に対して薄膜デバイスを転写することが行われている。また、他の転写技術としては、例えば特開平７−２５４６９０号公報に記載される転写方法があり、基板上の素子部分（半導体板）との境界部分に微小気泡を生ずる膜が形成され、レーザービームの照射によって微小気泡を発生させて素子部分（半導体板）が支持体側に転写される例も知られている。さらに、特開平１１-１４２８７８号に記載される技術では、第１の基板上の液晶表示部を構成する薄膜トランジスタが第２の基板上に全体転写され、次にその第２の基板から選択的に画素ピッチに対応する第３の基板に転写する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前述のような転写技術では、次のような問題が生ずる。先ず、特開平１１−２６７３３号公報に記載される薄膜デバイスの転写方法においては、第二分離層の熱溶融性接着剤層にはレーザー光の照射によってアブレーションが生じ、その際にガスなどが発生することになり、その処理がプロセス上問題となる。また、その熱溶融性接着剤層は素子を二次転写体に転写したときに接着剤層自体が残存することになり、キシレンなどを使用しながらの除去が必要となる。接着剤層であるエポキシ樹脂を硬化させて次転写体に接着させるには、エポキシ樹脂の硬化のための長い硬化時間が必要になる。更に、薄膜トランジスタなどの薄膜デバイスを基板全体から剥離するために、基板全面のアモルファスシリコンを予め形成しておく必要があり、且つ基板全面にレーザー照射をしなければならない。
【０００５】
特開平７−２５４６９０号公報に記載される転写方法においては、レーザー照射が支持体を透過するため、支持体がレーザーを透過するものに限定される。また、当公報には、半導体板と支持体との間で十分な結合エネルギーが提供され、支持体へ付着すると記載されているが、半導体板と支持体との間でレーザーの吸収が行われていることになり、アブレーションによって気泡が生じ半導体素子が破壊されることになりかねず、歩留まりが低下してしまうことになる。
【０００６】
また、特開平１１-１４２８７８号に記載される技術では、転写対象の薄膜トランジスタ素子の部分に選択的に紫外線が選択的に照射され、薄膜トランジスタ素子と転写元基板の間に形成されたＵＶ剥離樹脂の接着力を低下させることが行われている。ところが、紫外線の照射によってＵＶ剥離樹脂の接着力が低下するには時間がかかり、プロセス上のスループットの低下を招き、また、十分は接着力の低下が得られないときでは、転写の歩留まりも低下してしまうことになる。
【０００７】
そこで、本発明は微細加工された素子を転写する際に、工程の増加を招かずに短時間での転写を可能とし、転写の歩留まりも低下しないような素子の転写方法、素子保持基板の製造方法、及び素子保持基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的な課題を解決するため、本発明の素子の転写方法は、第一基板と、この第一基板上に形成した尖頭部を有する素子との界面に、第一基板を透過しながらエネルギービームを選択的に照射して該素子を選択的に剥離する工程と、選択的に剥離された素子を、素子保持基板上の、尖頭部と嵌合する形状の凹部を表面に形成して成る素子保持層に転写する工程と、素子保持層に転写された前記素子を第二基板に転写する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
上述の素子の転写方法においては、素子の剥離用のエネルギービームは素子と第一基板の界面に選択的に照射されるため、不要な部分へエネルギーがなく、素子と基板の界面での剥離が短時間で行われ、素子と基板の界面はわざわざ形成したものではなく、素子を形成する過程で自然に形成される面であるために、剥離を目的とする工程数の増加は最小限に抑えることができる。
【００１０】
本発明において、特に素子としてはエネルギービームの照射によってアブレーションを生じさせる材料で構成された素子を使用することができ、例えば、窒化物半導体材料からなる半導体発光素子などを用いることができる。この窒化物半導体材料からなる半導体発光素子は、サファイヤ基板上に結晶成長させて作成することが可能であり、サファイヤ基板は所要のエネルギービームを透過するために、剥離を生じさせるエネルギービームを当該サファイヤ基板と半導体発光素子の界面に導くことができる。
【００１１】
また、本発明の素子保持基板の形成方法は、尖頭部を有する素子を形成した基板を用意する工程と、素子保持基板上に、基板を素子の尖頭部が素子保持基板に接触しない状態で対峙させて、基板と素子保持基板との間に未硬化のシリコーン樹脂層を注入する工程と、シリコーン樹脂層を硬化する工程と、硬化後のシリコーン樹脂層から尖頭部を有する素子を基板ごと分離して、シリコーン樹脂層の表面に、尖頭部と嵌合する形状の凹部を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
シリコーン樹脂層の表面に素子の尖頭部と嵌合する形状の凹部が形成されるため、保持の際に位置ずれなどの生じないように確実に尖頭部を有する素子を保持することができる。更にシリコーン樹脂層は表面自体に粘着性があり、尖頭部と凹部による嵌合から素子を確実に保持できる。
【００１３】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第１実施形態は平板状の発光ダイオードを選択的に転写する方法の例であり、第２実施形態は尖頭部を有する発光ダイオードを選択的に転写する方法の例であり、また、第３実施形態はシリコーン樹脂層を用いた素子保持基板の製造方法の例である。
【００１４】
[第１実施形態]
本実施形態の素子の転写方法について、図１乃至図５を参照しながら説明する。先ず、図１に示すように、光透過性の第一基板であるサファイヤ基板１０上に、発光ダイオード１２がマトリクス状に配列されるように複数形成される。この発光ダイオード１２は、窒化ガリウムなどの窒化物半導体系の材料によって構成される素子であり、一例として、活性層をクラッド層が挟んで構成されたダブルヘテロ構造を有する。発光ダイオード１２は、サファイヤ基板１０上で選択成長などによって窒化ガリウム結晶層などを積層させることで構成され、この図１の段階では所要の発光領域は形成されているが、最終的な配線は施されていない。マトリクス状に配列される発光ダイオード１２は、個々の素子ごとに分離されてサファイヤ基板１０上に配置されている。個々の素子ごとには、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などによって分離可能である。発光ダイオード１２は略平板状であり、当該発光ダイオード１２の活性層、クラッド層はサファイヤ基板１０の主面と平行な面で延在される。
【００１５】
これらの発光ダイオード１２を一時保持するための素子保持基板１４が用意され、その素子保持基板１４のサファイヤ基板１０に対向する面には素子保持層１３が形成されている。素子保持基板１４は所要の剛性を有した基板であり、半導体基板、石英ガラス基板、ガラス基板、プラスチック基板、金属基板などの種々の基板を用いることができる。この素子保持基板１４は特にレーザー光などの光を透過させる必要がないので、光透過性の材料でなくとも良い。素子保持層１３は一時的に発光ダイオード１２の表面に接着して発光ダイオード１２を保持する接着層である。素子保持層１３は熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などによって構成することができるが、特にシリコーン樹脂を用いることが好適である。シリコーン樹脂はエキシマレーザーやＹＡＧレーザーの光を照射した場合でもアブレーションが発生せず、素子のみを剥離することができるので歩留まりを良くすることができる。
【００１６】
素子保持層１３が表面に形成された素子保持基板１４がサファイヤ基板１０の主面に対峙され、所要の圧力で複数の発光ダイオード１２が素子保持層１３の表面に圧着される。次に、図１に示すように、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザー光１５を選択的に照射して、選択対象となる発光ダイオード１２とサファイヤ基板１０の界面にレーザーアブレーションを生じさせる。レーザーアブレーションとは、照射光を吸収した固定材料が光化学的または熱的に励起され、その表面や内部の原子または分子の結合が切断されて放出することをいい、主に固定材料の全部または一部が溶融、蒸発、気化などの相変化を生じる現象として現れる。このレーザーアブレーションによって、選択対象となる発光ダイオード１２とサファイヤ基板１０の間ではＧａＮ系材料が金属のＧａと窒素に分解してガスが発生する。このため発光ダイオード１２は比較的簡単に剥離できる。照射されるレーザー光１５としては、特に短波長域で高出力であることから、エキシマレーザーを用いることが好ましく、瞬時での処理が可能である。レーザー光１５は選択対象となる発光ダイオード１２に選択的に照射される。選択的な照射を行うために、所要の開口部を有するマスクを使用したり、照射、非照射を制御しながら走査するようにすることも可能である。
【００１７】
図２はレーザーアブレーションにより、発光ダイオード１２が選択的に剥離されたところを示す図であり、素子保持層１３の表面１３ａに選択対象とされた発光ダイオード１２が貼り付いて素子保持基板１４側に保持される。
【００１８】
次に、図３に示すように、発光ダイオード１２が保持された素子保持基板１４を基板ごと洗浄槽１６内の洗浄液１６ｆに浸漬し、発光ダイオード１２のレーザーアブレーションによって剥がれた面に残存する金属等を洗浄によって除去する。この金属等は、主にレーザーアブレーションによって蒸発した窒素により生成された金属Ｇａを主体とするものである。洗浄液１６ｆとしては、アルカリ系、酸系のどちらのエッチング液を用いても良く、この工程においても素子保持層１３として特にシリコーン樹脂を用いた場合では、発光ダイオード１２が素子保持層１３の表面１３ａに貼りつけたまま洗浄を進めることができ、且つシリコーン樹脂は耐アルカリ、耐酸性であるため、侵食されることがなく、そのまま発光ダイオード１２を保持できる。
【００１９】
発光ダイオード１２の洗浄の後、図４に示すように、主面上に接着剤層１９が形成された第二基板１８を用意する。この第二基板１８は例えば石英ガラスなどの光透過性材料で構成され、また、接着剤層１９としてはＵＶ硬化型接着剤や、熱硬化型接着剤、熱可塑型接着剤などを用いることができる。この主面上に接着剤層１９が形成された第二基板１８を発光ダイオード１２が保持された素子保持基板１４上に合わせ、エネルギー光１７の照射を行って、素子保持基板１４上の発光ダイオード１２を第二基板１８に転写する。接着剤層１９がＵＶ硬化型接着剤の場合には、エネルギー光１７として紫外線を照射することで接着剤層１９を硬化することができ、接着剤層１９の未硬化領域１９ｙを発光ダイオード１２に当接させた後に、紫外線を照射することで発光ダイオード１２を着実に固着できる。接着剤層１９が熱硬化型接着剤或いは熱可塑型接着剤の場合には、赤外線レーザー光を照射して硬化もしくは再溶融して接着できることになる。発光ダイオード１２に対応する領域だけを硬化や再溶融して発光ダイオード１２を接着するようにすることもでき、接着剤層１９の全面を一括して硬化させたり再溶融させて発光ダイオード１２を接着するようにしても良い。素子保持層１３として特にシリコーン樹脂を用いた場合では、接着剤層１９と素子保持層１３が接触した場合でも、剥離性が優れており、容易に素子保持基板１４を剥がすことができる。
【００２０】
最後に、図５に示すように、素子保持層１３ごと素子保持基板１４が取り去られ、選択的な発光ダイオード１２の転写が行われた第二基板１８が得られることになる。
【００２１】
上述の素子の転写方法においては、素子の剥離用のエネルギービームは素子と第一基板の界面に選択的に照射されるため、レーザーアブレーションによって素子と基板の界面での剥離が短時間で行われ、素子などへの損傷は生じない。素子と基板の界面はわざわざ形成したものではなく、素子を形成する過程で自然に形成される面であるために、剥離を目的とする剥離用の薄膜の形成は不要であって、工程数の増加は最小限に抑えることができる。また、発光ダイオード１２は平板型であり、例えばシリコーン樹脂などより構成される素子保持層１３に確実に貼りついて、位置ずれもなく転写される。従って、製造の歩留まりの低下を抑えて画像表示装置などを製造できることになる。
【００２２】
[第２実施形態]
本実施形態の素子の転写方法について、先ず、図６に本実施形態で使用される素子の一例としての発光素子の構造を示す。この発光素子は尖頭部を有した素子構造を有する。図６の（ａ）が素子断面図であり、図６の（ｂ）が平面図である。この発光素子はＧａＮ系の発光ダイオードであり、たとえばサファイヤ基板上に結晶成長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダイオードでは、基板を透過するレーザー照射によってレーザーアブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象にともなってサファイヤ基板とＧａＮ系の成長層の間の界面で膜剥がれが生じ、素子分離を容易なものにできる特徴を有している。
【００２３】
まず、その構造については、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層３１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３２が形成されている。なお、下地成長層３１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層３２はその絶縁膜を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成される。このＧａＮ層３２は、成長時に使用されるサファイヤ基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。このＧａＮ層３２の傾斜したＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層３２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層３３が形成されており、その外側にマグネシュームドープのＧａＮ層３４が形成される。このマグネシュームドープのＧａＮ層３４もクラッドとして機能する。
【００２４】
このような発光ダイオードには、ｐ電極３５とｎ電極３６が形成されている。ｐ電極３５はマグネシュームドープのＧａＮ層３４上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極３６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。なお、下地成長層３１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合は、ｎ電極３６の形成は下地成長層３１の表面側には不要となる。
【００２５】
このような構造のＧａＮ系の発光ダイオードは、六角錐形状からなる尖頭部を備えた青色発光も可能な素子であって、特にレーザーアブレーションよって比較的簡単にサファイヤ基板から剥離することができ、レーザービームを選択的に照射することで選択的な剥離が実現される。なお、ＧａＮ系の発光ダイオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成される構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角錐構造のものであっても良い。また、他の窒化物系発光素子や化合物半導体素子などであっても良い。
【００２６】
図７乃至図１１を参照しながら説明する。図７に示すように、光透過性の第一基板であるサファイヤ基板４０上に、六角錐形状の尖頭部４２ａを備えた発光ダイオード４２がマトリクス状に配列されるように複数形成される。この発光ダイオード４２は、窒化ガリウムなどの窒化物半導体系の材料によって構成される素子であり、一例として、活性層をクラッド層が挟んで構成されたダブルヘテロ構造を有する。発光ダイオード４２は、主面をＣ面とするサファイヤ基板４０上で選択成長などによって窒化ガリウム結晶層などを積層させることで構成され、この図７の段階では所要の発光領域は形成されているが、最終的な配線は施されていない。マトリクス状に配列される発光ダイオード４２は、個々の素子ごとに分離されてサファイヤ基板４０上に配置されている。個々の素子ごとには、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などによって分離可能である。発光ダイオード４２の活性層、クラッド層は尖頭部４２ａの斜面と平行な面に延在される。
【００２７】
これらの発光ダイオード４２を一時保持するための素子保持基板４４が用意され、その素子保持基板４４のサファイヤ基板４０に対向する面にはシリコーン樹脂層４３が形成されている。素子保持基板４４は所要の剛性を有した基板であり、半導体基板、石英ガラス基板、ガラス基板、プラスチック基板、金属基板などの種々の基板を用いることができる。この素子保持基板４４は特にレーザー光などの光を透過させる必要がないので、光透過性の材料でなくとも良い。シリコーン樹脂層４３は一時的に発光ダイオード４２の表面に接着して発光ダイオード４２を保持する接着層である。このシリコーン樹脂層４３の表面には複数の凹部４３ｂが発光ダイオード４２の位置に形成されており、その各凹部４３ｂの形状は発光ダイオード４２の尖頭部４２ａを雄型とした場合の雌型の関係にあり、丁度尖頭部４２ａが嵌合する形状となっている。特に素子保持層としてシリコーン樹脂を用いることで、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーの光を照射した場合でもアブレーションが発生せず、素子のみを剥離することができ、歩留まりを良くすることができる。
【００２８】
シリコーン樹脂層４３が表面に形成された素子保持基板４４がサファイヤ基板４０の主面に対峙され、所要の圧力で複数の発光ダイオード４２がシリコーン樹脂層４３の表面に圧着される。次に、図７に示すように、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザー光４５を選択的に照射して、選択対象となる発光ダイオード４２とサファイヤ基板４０の界面にレーザーアブレーションを生じさせる。レーザーアブレーションによって、選択対象となる発光ダイオード４２とサファイヤ基板４０の間ではＧａＮ系材料が金属のＧａと窒素に分解してガスが発生して、発光ダイオード４２は比較的簡単に剥離できる。照射されるレーザー光４５としては、特に短波長域で高出力であることから、エキシマレーザーを用いることが好ましく、瞬時での処理が可能である。レーザー光４５は選択対象となる発光ダイオード４２に選択的に照射される。選択的な照射を行うために、所要の開口部を有するマスクを使用したり、照射、非照射を制御しながら走査するようにすることも可能である。
【００２９】
図８はレーザーアブレーションにより、発光ダイオード４２が選択的に剥離されたところを示す図であり、シリコーン樹脂層４３の表面に形成された凹部４３ｂに選択対象とされた発光ダイオード４２の尖頭部４２ａが嵌合して素子保持基板４４側に着実に保持される。仮に、凹部４３ｂを設けずに、平坦な表面で尖頭部４２ａを有する発光ダイオード４２を保持しようとした場合では、尖頭部４２ａが倒れてしまって正確な位置決めができないなどの問題が生ずるが、本実施形態のように、凹部４３ｂを設けることで発光ダイオード４２が確実に保持されることになる。
【００３０】
次に図９に示すように、発光ダイオード４２が保持された素子保持基板４４を基板ごと洗浄槽４６内の洗浄液４６ｆに浸漬し、発光ダイオード４２のレーザーアブレーションによって剥がれた面に残存する金属等を洗浄によって除去する。この金属等は、主にレーザーアブレーションによって蒸発した窒素により生成された金属Ｇａを主体とするものである。洗浄液４６ｆとしては、アルカリ系、酸系のどちらのエッチング液を用いても良く、この工程においてもシリコーン樹脂層４３として特にシリコーン樹脂を用いた場合では、発光ダイオード４２がシリコーン樹脂層４３の表面４３ａに貼りつけたまま洗浄を進めることができ、且つシリコーン樹脂は耐アルカリ、耐酸性であるため、侵食されることがなく、そのまま発光ダイオード４２を保持できる。
【００３１】
発光ダイオード４２の洗浄の後、図１０に示すように、主面上に接着剤層４９が形成された第二基板４８を用意する。この第二基板４８は例えば石英ガラスなどの光透過性材料で構成され、また、接着剤層４９としてはＵＶ硬化型接着剤や、熱硬化型接着剤、熱可塑型接着剤などを用いることができる。この主面上に接着剤層４９が形成された第二基板４８を発光ダイオード４２が保持された素子保持基板４４上に合わせ、エネルギー光４７の照射を行って、素子保持基板４４上の発光ダイオード４２を第二基板４８に転写する。接着剤層４９がＵＶ硬化型接着剤の場合には、エネルギー光４７として紫外線を照射することで接着剤層４９を硬化することができ、接着剤層４９の未硬化領域４９ｙを発光ダイオード４２に当接させた後に、紫外線を照射することで発光ダイオード４２を着実に固着できる。接着剤層４９が熱硬化型接着剤或いは熱可塑型接着剤の場合には、赤外線レーザー光を照射して硬化もしくは再溶融して接着できることになる。発光ダイオード４２に対応する領域だけを硬化や再溶融して発光ダイオード４２を接着するようにすることもでき、接着剤層４９の全面を一括して硬化させたり再溶融させて発光ダイオード４２を接着するようにしても良い。素子保持層としてシリコーン樹脂層４３を形成していることから、接着剤層４９とシリコーン樹脂層４３が接触した場合でも、剥離性が優れており、容易に素子保持基板４４を剥がすことができる。
【００３２】
最後に、図１１に示すように、凹部４３ｂが形成されたシリコーン樹脂層４３ごと素子保持基板４４が取り去られ、選択的な発光ダイオード４２の転写が行われた第二基板４８が得られることになる。
【００３３】
上述の素子の転写方法においては、素子の剥離用のエネルギービームは素子と第一基板の界面に選択的に照射されるため、レーザーアブレーションによって素子と基板の界面での剥離が短時間で行われ、素子などへの損傷は生じない。素子と基板の界面はわざわざ形成したものではなく、素子を形成する過程で自然に形成される面であるために、剥離を目的とする剥離用の薄膜の形成は不要であって、工程数の増加は最小限に抑えることができる。また、発光ダイオード４２は尖頭部４２ａを有した構造とされているが、素子保持層であるシリコーン樹脂層４３には該尖頭部４２ａと嵌合する凹部４３ｂが形成されていることから、発光ダイオード４２はシリコーン樹脂層４３に確実に貼りついて、位置ずれもなく転写される。従って、製造の歩留まりの低下を抑えて画像表示装置などを製造できることになる。
【００３４】
[第３の実施形態]
本実施形態は凹部を有するシリコーン樹脂層を形成した素子保持基板と、その形成方法についての実施形態である。図１２乃至図１４を参照しながらその形成方法について説明する。
【００３５】
はじめに図１２に示すように、サファイヤ基板５０上に六角錐形状の尖頭部５２ａを備えた発光ダイオード５２がマトリクス状に配列されるように複数形成される。この発光ダイオード５２は、図６に示した発光ダイオードと同じ構成であり、窒化ガリウムなどの窒化物半導体系の材料によって構成される素子である。このマトリクス状に配列される発光ダイオード５２は、個々の素子ごとに分離されてサファイヤ基板５０上に配置されている。これら発光ダイオード５２上には剥離層５３が形成される。ここで剥離層５３としてはテフロンやシリコーンなどの材料層が使用され、あるいは他の離型剤などを使用しても良い。このとき素子の形状を損なうことのないように、剥離層５３の材料の粘度を低くする。このような低粘度への制御はキシレンなどの溶剤を使用することで可能である。
【００３６】
発光ダイオード５２上を覆う剥離層５３を硬化させた後、図１３に示すように、素子保持基板５５をサファイヤ基板５０に対峙させ、これら素子保持基板５５とサファイヤ基板５０の間にボイドが入らないようにシリコーン樹脂を注入する。するとシリコーン樹脂は剥離層５３が形成された発光ダイオード５２の各尖頭部５２ａの間に回りこみ、発光ダイオード５２の各尖頭部５２ａの形状を反映して硬化する。このシリコーン樹脂の硬化によって尖頭部５２ａと嵌合する形状の凹部５４ｂを表面に形成するシリコーン樹脂層５４が素子保持基板５５上に形成される。
【００３７】
続いて、型として使用した各発光ダイオード５２をサファイヤ基板５０ごと抜き取り、図１４に示すように、尖頭部５２ａと嵌合する形状の凹部５４ｂを表面に有するシリコーン樹脂層５４を備えた素子保持基板５５を完成する。サファイヤ基板５０は、各発光ダイオード５２上には剥離層５３が形成されているために、容易に剥離することができる。
【００３８】
このような尖頭部５２ａと嵌合する凹部５４ｂを有するシリコーン樹脂層５４を備えた素子保持基板５５を用いることで、発光ダイオード５２は尖頭部５２ａ側が保持されて転写されるにもかかわらず、尖頭部５２ａと凹部５４ｂが確実に嵌合するため、その位置ズレのない転写が実現される。また、シリコーン樹脂層は、レーザーアブレーションを生じないなどの利点があり、また、洗浄液に対しても耐アルカリ、耐酸性など点で取り扱いが容易である。
【００３９】
[第４実施形態]
本実施形態の素子の転写方法について、図１５乃至図１９を参照しながら説明する。本実施形態は液晶表示素子に用いられる薄膜トランジスタ素子の転写の例である。先ず、図１５に示すように、光透過性の第一基板であるガラスなどの透明基板６１上に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子６２がマトリクス状に配列されるように複数形成される。この時、薄膜トランジスタ素子６２は液晶としての画素のピッチよりも大幅に狭いピッチで形成される。換言すると、転写時にピッチを広げられることから、薄膜トランジスタ素子６２自体は高密度に形成することができる。
【００４０】
この薄膜トランジスタ素子６２の構造については、図１５の右側の拡大図に示すように、再結晶化されたシリコンなどの半導体薄膜６２ａ上にゲート絶縁膜を介してゲート電極層６２ｇが形成されており、半導体薄膜６２ａは例えばシリコン酸化膜などからなる絶縁領域６０の上に形成されている。半導体薄膜６２ａとゲート電極層６２ｇは層間絶縁膜６２ｉに被覆されており、半導体薄膜６２ａに形成されたソースドレイン領域６２ｓｄ、６２ｓｄ上の層間絶縁膜６２ｉが開口され、配線電極６２ｅが形成されている。絶縁領域６０の下部には、レーザー照射によってレーザーアブレーションを生じさせる剥離膜５９が形成される。
【００４１】
この薄膜トランジスタ素子６２は、後述するようにアクティブマトリクス型の液晶表示装置の各画素ごとに配列される素子であり、ガラスやプラスチックなどの透明材料からなる第二基板上に第一基板上から位置を離間するように形成される。この図１の段階では所要のトランジスタ領域は形成されているが、最終的な配線は施されていない。マトリクス状に配列される薄膜トランジスタ素子６２は、個々の素子ごとに分離されて透明基板６１上に配置されている。個々の薄膜トランジスタ素子６２ごとには、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などによって分離可能である。
【００４２】
これら薄膜トランジスタ素子６２のを一時保持するための素子保持基板６４が用意され、その素子保持基板６４の透明基板６１に対向する面には素子保持層６３が形成されている。素子保持基板６４は所要の剛性を有した基板であり、半導体基板、石英ガラス基板、ガラス基板、プラスチック基板、金属基板などの種々の基板を用いることができる。この素子保持基板６４は特にレーザー光などの光を透過させる必要がないので、光透過性の材料でなくとも良い。素子保持層６３は一時的に薄膜トランジスタ素子６２の表面に接着して薄膜トランジスタ素子６２を保持する接着層である。素子保持層６３は熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などによって構成することができるが、特にシリコーン樹脂を用いることが好適である。シリコーン樹脂はエキシマレーザーやＹＡＧレーザーの光を照射した場合でもアブレーションが発生せず、素子のみを剥離することができるので歩留まりを良くすることができる。
【００４３】
素子保持層６３が表面に形成された素子保持基板６４が透明基板６１の主面に対峙され、所要の圧力で複数の薄膜トランジスタ素子６２が素子保持層６３の表面に圧着される。図１５に示すように、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどのレーザー光を選択的に照射して、選択対象となる薄膜トランジスタ素子６２と透明基板６１の界面にレーザーアブレーションを生じさせる。このレーザーアブレーションによって、選択対象となる薄膜トランジスタ素子６２と透明基板６１の間では、薄膜トランジスタ素子６２の底部に形成された剥離膜５９にガスが発生する。このため薄膜トランジスタ素子６２は比較的簡単に剥離できる。照射されるレーザー光としては、特に短波長域で高出力であることから、エキシマレーザーを用いることが好ましく、瞬時での処理が可能である。レーザー光は選択対象となる薄膜トランジスタ素子６２に選択的に照射される。選択的な照射を行うために、所要の開口部を有するマスクを使用したり、照射、非照射を制御しながら走査するようにすることも可能である。剥離膜５９としては、選択的に照射されるレーザーの特性に合わせた膜を選ぶことができ、たとえば非晶質シリコン薄膜や窒化膜などを用いることができる。
【００４４】
図１６はレーザーアブレーションにより、薄膜トランジスタ素子６２が選択的に剥離されたところを示す図であり、素子保持層６３の表面６３ａに選択対象とされた薄膜トランジスタ素子６２が貼り付いて素子保持基板６４側に保持される。このような選択的な剥離によって、第一基板上での素子ピッチを広げることができる。ここで選択対象とされる薄膜トランジスタ素子６２の間隔は液晶表示装置の間隔と同じものとすることができ、高密度に形成した薄膜トランジスタ素子６２を実装用の基板上で離間するようにできることになる。
【００４５】
所要の洗浄等を行った後、図１７に示すように、主面上に接着剤層６９が形成された第二基板６８を用意する。この第二基板６８は例えば石英ガラスなどの光透過性材料で構成され、また、接着剤層６９としてはＵＶ硬化型接着剤や、熱硬化型接着剤、熱可塑型接着剤などを用いることができる。この主面上に接着剤層１９が形成された第二基板６８を薄膜トランジスタ素子６２が保持された素子保持基板６４上に合わせ、エネルギー光の照射を行って、素子保持基板６４上の薄膜トランジスタ素子６２を第二基板６８に転写する。接着剤層６９がＵＶ硬化型接着剤の場合には、エネルギー光として紫外線を照射することで接着剤層６９を硬化することができ、接着剤層６９の未硬化領域６９ｙを薄膜トランジスタ素子６２に当接させた後に、紫外線を照射することで薄膜トランジスタ素子６２を着実に固着できる。接着剤層６９が熱硬化型接着剤或いは熱可塑型接着剤の場合には、赤外線レーザー光を照射して硬化もしくは再溶融して接着できることになる。薄膜トランジスタ素子６２に対応する領域だけを硬化や再溶融して薄膜トランジスタ素子６２を接着するようにすることもでき、接着剤層６９の全面を一括して硬化させたり再溶融させて薄膜トランジスタ素子６２を接着するようにしても良い。素子保持層６３として特にシリコーン樹脂を用いた場合では、接着剤層６９と素子保持層６３が接触した場合でも、剥離性が優れており、容易に素子保持基板６４を剥がすことができる。
【００４６】
次に図１８に示すように、素子保持層６３ごと素子保持基板６４が取り去られ、選択的な薄膜トランジスタ素子６２の転写が行われた第二基板６８が得られることになる。この段階で、液晶表示装置の画素ピッチに合わせた位置に各薄膜トランジスタ素子６２が配列されていることになる。
【００４７】
各薄膜トランジスタ素子６２を画素ピッチに合わせて第二基板６８上に転写した後、図１９に示すように、層間絶縁膜７０が各薄膜トランジスタ素子６２上に形成され、その層間絶縁膜７０に所要の窓部や配線部を形成した後、透明なＩＴＯなどによって構成される画素電極７１が各画素ごとに形成され、その上に配向膜７２が形成される。これと平行して、透明対向基板７６上にＩＴＯ膜などによる共通電極７５が形成され、その上に配向膜７４が形成される。最後に、所要の空隙を持って第二基板６８上と透明対向基板７６上を対向させ、第二基板６８上と透明対向基板７６の間に液晶７３を注入して液晶表示装置を完成する。
【００４８】
上述の素子の転写方法においては、素子の剥離用のエネルギービームは薄膜トランジスタ素子６２と第一基板の界面に選択的に照射されるため、レーザーアブレーションによって素子と基板の界面での剥離が短時間で行われ、素子などへの損傷は生じない。また、各薄膜トランジスタ素子６２は略平板型であり、例えばシリコーン樹脂などより構成される素子保持層６３に確実に貼りついて、位置ずれもなく転写される。従って、製造の歩留まりの低下を抑えて液晶表示装置を製造できる。各薄膜トランジスタ素子６２は第一基板上で高密度に形成されるため、大量生産による低コスト化が可能である。また、各薄膜トランジスタ素子６２は画素ピッチに合わせて選択的に転写され、液晶表示装置の大画面化を容易に進めることができる。
【００４９】
【発明の効果】
上述のように、本発明の素子の転写方法においては、素子の剥離用のエネルギービームは素子と第一基板の界面に選択的に照射されるため、レーザーアブレーションによって素子と基板の界面での剥離が短時間で行われ、素子などへの損傷は生じない。素子と基板の界面はわざわざ形成したものではなく、素子を形成する過程で自然に形成される面であるために、剥離を目的とする剥離用の薄膜の形成は不要であって、工程数の増加は最小限に抑えることができる。
【００５０】
また、素子としての発光ダイオードが尖頭部を有した構造とされる場合では、素子保持層には該尖頭部と嵌合する凹部が形成されていることから、発光ダイオードは素子保持層に確実に貼りついて、位置ずれもなく転写される。従って、製造の歩留まりの低下を抑えて画像表示装置などを製造できることになる。また、素子としての発光ダイオードや液晶表示装置の薄膜トランジスタ素子が平板型である場合でも、同様に素子保持層に確実に貼りついて、位置ずれもなく転写される。
【００５１】
また、本発明の素子保持基板と、その形成方法においては、素子の尖頭部に嵌合する凹部を形成した素子保持層を確実に形成することができ、前述の素子の転写方法に適用して、工程の増加を招かずに短時間での転写を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を示す工程断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの転写工程を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの洗浄工程を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの第二基板への転写工程を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの第二基板への転写後の状態を示す工程断面図である。
【図６】本発明の実施形態の素子の転写方法に用いられる発光素子の例を示す図であって、（ａ）断面図と（ｂ）平面図である。
【図７】本発明の第２実施形態の素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの転写工程を示す工程断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの洗浄工程を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの第二基板への転写工程を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の素子の転写方法における発光ダイオードの第二基板への転写後の状態を示す工程断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の素子保持基板の製造方法における剥離層の形成工程を示す工程断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態の素子保持基板の製造方法におけるシリコーン樹脂層の形成工程を示す工程断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態の素子保持基板の製造方法における素子保持基板の剥離工程を示す工程断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態の素子の転写方法におけるレーザー光の照射工程を示す工程断面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態の素子の転写方法における薄膜トランジスタ素子の剥離工程を示す工程断面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態の素子の転写方法における薄膜トランジスタ素子の接着工程を示す工程断面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態の素子の転写方法における薄膜トランジスタ素子の第二基板への転写工程を示す工程断面図である。
【図１９】本発明の第４実施形態の素子の転写方法における液晶表示装置の組み立て工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１０、４０ サファイヤ基板
１２, ４２ 発光ダイオード
１３ 素子保持層
１４、４４ 素子保持基板
１５、４５ レーザー光
１６ｆ、４６ｆ 洗浄液
１８、４８ 第二基板
１９、４９ 接着剤層
４３ シリコーン樹脂層
４２ａ 尖頭部
４３ｂ 凹部

Claims (11)

  1. 第一基板と、該第一基板上に形成した尖頭部を有する素子との界面に、該第一基板を透過しながらエネルギービームを選択的に照射して該素子を選択的に剥離する工程と、
    前記選択的に剥離された素子を、素子保持基板上の、前記尖頭部と嵌合する形状の凹部を表面に形成して成る素子保持層に転写する工程と、
    前記素子保持層に転写された前記素子を第二基板に転写する工程とを有する
    素子の転写方法。
  2. 前記素子を前記素子保持層上に転写した状態で、前記素子保持層上の前記素子を洗浄する工程を有する請求項１記載の素子の転写方法。
  3. 前記第二基板上には予め接着剤層が形成され、前記素子保持層に転写された前記素子を前記第二基板に転写する際に、エネルギービームが前記接着剤層に照射される請求項１又は２に記載の素子の転写方法。
  4. 前記素子は前記エネルギービームの照射によってアブレーションを生じさせる窒化物半導体材料によって形成されており、前記エネルギービームの選択的な照射によってアブレーションが生じて前記素子と前記第一基板との間の界面で剥離が生ずる請求項１又は２に記載の素子の転写方法。
  5. 前記窒化物半導体材料はＧａＮ系材料である請求項４記載の素子の転写方法。
  6. 前記第一基板はサファイヤ基板である請求項１〜５のいずれかに記載の素子の転写方法。
  7. 前記素子は発光素子である請求項１〜６のいずれかに記載の素子の転写方法。
  8. 前記素子保持層はシリコーン樹脂層からなる請求項１〜７のいずれかに記載の素子の転写方法。
  9. 尖頭部を有する素子を形成した基板を用意する工程と、
    素子保持基板上に、前記基板を前記素子の尖頭部が前記素子保持基板に接触しない状態で対峙させて、前記基板と前記素子保持基板との間に未硬化のシリコーン樹脂層を注入する工程と、
    前記シリコーン樹脂層を硬化する工程と、
    硬化後の前記シリコーン樹脂層から前記尖頭部を有する素子を前記基板ごと分離して、前記シリコーン樹脂層の表面に、前記尖頭部と嵌合する形状の凹部を形成する工程とを有する
    素子保持基板の形成方法。
  10. 前記尖頭部を有する素子を形成した基板を前記素子保持基板に貼り合わせる前に、前記素子上には剥離剤が塗布されてなる請求項９記載の素子保持基板の形成方法。
  11. 基板と、該基板上に形成されたシリコーン樹脂層を有し、前記シリコーン樹脂層の表面には保持される素子の尖頭部と嵌合する形状の凹部が形成されている
    素子保持基板。
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