JP4619461B2 - Thin film device transfer method and device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜デバイスを含む被転写層を、転写体へ転写する転写方法、及びデバイスの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば薄膜トランジスタ(TFT)を用いた液晶ディスプレイ(LCD)を製造するに際しては、透明基板上に薄膜トランジスタをCVD等により形成する工程を経る。
【0003】
この薄膜トランジスタには、非晶質シリコン(a−Si)を用いたものと、ポリシリコン(p−Si)を用いたものとがあり、さらに、ポリシリコンによるものは、高温プロセスを経て成膜されるものと、低温プロセスを経て成膜されるものとに分類される。
【0004】
ところで、このような薄膜トランジスタの透明基板上への形成は、高温下でなされるため、透明基板としては、耐熱性に優れる材質のものを使用する必要がある。そのため、現在では、軟化点および融点が高く、高温プロセスにおいては、1000℃程度の温度にも十分耐え得るものとして、石英ガラスよりなる透明基板が用いられている。また、低温プロセスにおいては、500℃前後の温度が最高プロセス温度になるので、耐熱ガラスが用いられている。
【0005】
しかしながら、このような耐熱性に優れる石英ガラスは、通常のガラスに比べて、希少で非常に高価な材料であり、かつ、透明基板として大型のものを製造することが困難である。また、耐熱ガラスも石英ガラスより大型化が可能であるが、通常のガラスに比べて桁違いに高価である。また、石英ガラスも耐熱ガラスも脆く割れ易く、しかも重量が大きい。これは、LCDを構成する上で重大な欠点となる。そのため、大型で安価な液晶ディスプレイを製造する上での障害となっていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、被剥離物の特性、条件等にかかわらず、容易に剥離することができ、特に、種々の転写体への転写が可能な剥離方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
【0008】
基板上の薄膜デバイスを含む被転写層を転写体に転写する薄膜デバイスの転写方法において、前記基板に分離層を形成する工程と、前記分離層上に前記薄膜デバイスを形成する工程と、前記分離層の層内および/または界面において剥離を生ぜしめ、前記被転写層を前記転写体に転写する工程と、を具備し、前記転写の後、前記基板に付着している前記分離層を除去することを特徴とする。
【0009】
前記分離層に光を照射することにより前記分離層の層内および/または界面において剥離を生ぜしめることを特徴とする。
【0010】
前記基板は透光性であり、前記分離層には、前記基板側から光を照射することを特徴とする。
【0011】
前記被転写層を前記分離層上に直接形成することを特徴とする。
【0012】
中間層を介して、前記被転写層を前記分離層上に形成することを特徴とする。
【0013】
前記転写体は、前記被転写層の形成の際の最高温度をTmax としたとき、ガラス転移点(Tg)または軟化点がTmax 以下の材料で構成されていることを特徴とする。
【0014】
前記転写体は、ガラス転移点(Tg)または軟化点が800℃以下の材料で構成されていることを特徴とする。
【0015】
前記基板は、前記被転写層の形成の際の最高温度をTmax としたとき、歪点がTmax 以上の材料で構成されていることを特徴とする。
【0016】
前記転写体がガラス基板からなり、前記基板が石英からなることを特徴とする。
【0017】
前記薄膜デバイスとしては例えば薄膜トランジスタを使用できる。
【0018】
前記照射光としては例えばレーザ光を使用でき、好ましくは100〜350nm、更には350nm〜1200nmの波長であるとよい。
【0019】
前記分離層としては、好ましくは非晶質シリコンが用いられ、その非晶質シリコンは、H(水素)を2at%以上含有するものであるとよい。
【0020】
前記分離層としては、セラミックス、金属、有機高分子材料、で構成することができ、有機高分子材料である場合は、−CH2 −、−CO−、−CONH−、−NH−、−COO−、−N=N−、−CH=N−のうちの少なくとも1種の結合を有するものであると好ましい。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の剥離方法を添付図面に示す好適実施例に基づいて詳細に説明する。
【0034】
図1〜図8は、それぞれ、本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。以下、これらの図に基づいて、本発明の剥離方法(転写方法)の工程を順次説明する。
【0035】
[1] 図1に示すように、基板1の片面(分離層形成面11)に、分離層(光吸収層)2を形成する。
【0036】
基板1は、基板1側から照射光7を照射する場合、その照射光7が透過し得る透光性を有するものであるのが好ましい。
【0037】
この場合、照射光7の透過率は、10%以上であるのが好ましく、50%以上であるのがより好ましい。この透過率が低過ぎると、照射光7の減衰(ロス)が大きくなり、分離層2を剥離するのにより大きな光量を必要とする。
【0038】
また、基板1は、信頼性の高い材料で構成されているのが好ましく、特に、耐熱性に優れた材料で構成されているのが好ましい。その理由は、例えば後述する被転写層4や中間層3を形成する際に、その種類や形成方法によってはプロセス温度が高くなる(例えば350〜1000℃程度)ことがあるが、その場合でも、基板1が耐熱性に優れていれば、基板1上への被転写層4等の形成に際し、その温度条件等の成膜条件の設定の幅が広がるからである。
【0039】
従って、基板1は、被転写層4の形成の際の最高温度をTmax としたとき、歪点がTmax 以上の材料で構成されているものが好ましい。具体的には、基板1の構成材料は、歪点が350℃以上のものが好ましく、500℃以上のものがより好ましい。このようなものとしては、例えば、石英ガラス、ソーダガラス、コーニング7059、日本電気ガラスOA−2等の耐熱性ガラスが挙げられる。
【0040】
なお、後述する分離層2、中間層3および被転写層4の形成の際のプロセス温度を低くするのであれば、基板1についても、融点の低い安価なガラス材や合成樹脂を用いることができる。
【0041】
また、基板1の厚さは、特に限定されないが、通常は、0.1〜5.0mm程度であるのが好ましく、0.5〜1.5mm程度であるのがより好ましい。基板1の厚さが薄過ぎると強度の低下を招き、厚過ぎると、基板1の透過率が低い場合に、照射光7の減衰を生じ易くなる。なお、基板1の照射光7の透過率が高い場合には、その厚さは、前記上限値を超えるものであってもよい。
【0042】
なお、照射光7を均一に照射できるように、基板1の分離層形成部分の厚さは、均一であるのが好ましい。
【0043】
また、基板1の分離層形成面11や、照射光入射面12は、図示のごとき平面に限らず、曲面であってもよい。
【0044】
本発明では、基板1をエッチング等により除去するのではなく、基板1と被転写層4との間にある分離層2を剥離して基板1を離脱させるため、作業が容易であるとともに、例えば比較的厚さの厚い基板を用いる等、基板1に関する選択の幅も広い。
【0045】
次に、分離層2について説明する。
【0046】
分離層2は、後述する照射光7を吸収し、その層内および/または界面2aまたは2bにおいて剥離(以下、「層内剥離」、「界面剥離」と言う)を生じるような性質を有するものであり、好ましくは、照射光7の照射により、分離層2を構成する物質の原子間または分子間の結合力が消失または減少すること、現実的には、アブレーション等を生ぜしめることにより層内剥離および/または界面剥離に至るものである。
【0047】
さらに、照射光7の照射により、分離層2から気体が放出され、分離効果が発現される場合もある。すなわち、分離層2に含有されていた成分が気体となって放出される場合と、分離層2が光を吸収して一瞬気体になり、その蒸気が放出され、分離に寄与する場合とがある。
【0048】
このような分離層2の組成としては、例えば次のようなものが挙げられる。
【0049】
▲1▼ 非晶質シリコン(a−Si)
この非晶質シリコン中には、H(水素)が含有されていてもよい。この場合、Hの含有量は、2at%以上程度であるのが好ましく、2〜20at%程度であるのがより好ましい。このように、Hが所定量含有されていると、照射光7の照射により、水素が放出され、分離層2に内圧が発生し、それが上下の薄膜を剥離する力となる。
【0050】
非晶質シリコン中のHの含有量は、成膜条件、例えばCVDにおけるガス組成、ガス圧、ガス雰囲気、ガス流量、温度、基板温度、投入パワー等の条件を適宜設定することにより調整することができる。
【0051】
▲2▼ 酸化ケイ素またはケイ酸化合物、酸化チタンまたはチタン酸化合物、酸化ジルコニウムまたはジルコン酸化合物、酸化ランタンまたはランタン酸化合物等の各種酸化物セラミックス、誘電体(強誘電体)あるいは半導体
酸化ケイ素としては、SiO、SiO2 、Si3 O2 が挙げられ、ケイ酸化合物としては、例えばK2 SiO3 、Li2 SiO3 、CaSiO3 、ZrSiO4 、Na2 SiO3 が挙げられる。
【0052】
酸化チタンとしては、TiO、Ti2 O3 、TiO2 が挙げられ、チタン酸化合物としては、例えば、BaTiO4 、BaTiO3 、Ba2 Ti9 O20、BaTi5 O11、CaTiO3 、SrTiO3 、PbTiO3 、MgTiO3 、ZrTiO2 、SnTiO4 、Al2 TiO5 、FeTiO3 が挙げられる。
【0053】
酸化ジルコニウムとしては、ZrO2 が挙げられ、ジルコン酸化合物としては、例えばBaZrO3 、ZrSiO4 、PbZrO3 、MgZrO3 、K2 ZrO3 が挙げられる。
【0054】
▲3▼ PZT、PLZT、PLLZT、PBZT等のセラミックスあるいは誘電体(強誘電体)
▲4▼ 窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン等の窒化物セラミックス
▲5▼ 有機高分子材料
有機高分子材料としては、−CH2 −、−CO−(ケトン)、−CONH−(アミド)、−NH−(イミド)、−COO−(エステル)、−N=N−(アゾ)、−CH=N−(シフ)等の結合(照射光7の照射によりこれらの結合が切断される)を有するもの、特にこれらの結合を多く有するものであればいかなるものでもよい。また、有機高分子材料は、構成式中に芳香族炭化水素(1または2以上のベンゼン環またはその縮合環)を有するものであってもよい。
【0055】
このような有機高分子材料の具体的例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルスルホン(PES)、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【0056】
▲6▼ 金属
金属としては、例えば、Al、Li、Ti、Mn、In、Sn、Y、La、Ce、Nd、Pr、Gd、Sm、またはこれらのうちの少なくとも1種を含む合金が挙げられる。
【0057】
また、分離層2の厚さは、剥離目的や分離層2の組成、層構成、形成方法等の諸条件により異なるが、通常は、1nm〜20μm 程度であるのが好ましく、10nm〜2μm 程度であるのがより好ましく、40nm〜1μm 程度であるのがさらに好ましい。
【0058】
分離層2の膜厚が小さすぎると、成膜の均一性が損なわれ、剥離にムラが生じることがあり、また、膜厚が厚すぎると、分離層2の良好な剥離性を確保するために、照射光7のパワー(光量)を大きくする必要があるとともに、後に分離層2を除去する際にその作業に時間がかかる。なお、分離層2の膜厚は、できるだけ均一であるのが好ましい。
【0059】
分離層2の形成方法は、特に限定されず、膜組成や膜厚等の諸条件に応じて適宜選択される。例えば、CVD(MOCVD、低圧CVD、ECR−CVDを含む)、蒸着、分子線蒸着(MB)、スパッタリング、イオンプレーティング、PVD等の各種気相成膜法、電気メッキ、浸漬メッキ(ディッピング)、無電解メッキ等の各種メッキ法、ラングミュア・ブロジェット(LB)法、スピンコート、スプレーコート、ロールコート等の塗布法、各種印刷法、転写法、インクジェット法、粉末ジェット法等が挙げられ、これらのうちの2以上を組み合わせて形成することもできる。
【0060】
例えば、分離層2の組成が非晶質シリコン(a−Si)の場合には、CVD、特に低圧CVDやプラズマCVDにより成膜するのが好ましい。
【0061】
また、分離層2をゾル−ゲル法によるセラミックスで構成する場合や、有機高分子材料で構成する場合には、塗布法、特にスピンコートにより成膜するのが好ましい。
【0062】
また、分離層2の形成は、2工程以上の工程(例えば、層の形成工程と熱処理工程)で行われてもよい。
【0063】
[2] 図2に示すように、分離層2の上に中間層(下地層)3を形成する。
【0064】
この中間層3は、種々の形成目的で形成され、例えば、製造時または使用時において後述する被転写層4を物理的または化学的に保護する保護層、絶縁層、導電層、照射光7の遮光層、被転写層4へのまたは被転写層4からの成分の移行(マイグレーション)を阻止するバリア層、反射層としての機能の内の少なくとも1つを発揮するものが挙げられる。
【0065】
この中間層3の組成としては、その形成目的に応じて適宜設定され、例えば、非晶質シリコンによる分離層2と薄膜トランジスタによる被転写層4との間に形成される中間層3の場合には、SiO2 等の酸化ケイ素が挙げられ、分離層2とPZTによる被転写層4との間に形成される中間層3の場合には、例えば、Pt、Au、W、Ta、Mo、Al、Cr、Tiまたはこれらを主とする合金のような金属が挙げられる。
【0066】
このような中間層3の厚さは、その形成目的や発揮し得る機能の程度に応じて適宜決定されるが、通常は、10nm〜5μm 程度であるのが好ましく、40nm〜〜1μm 程度であるのがより好ましい。
【0067】
また、中間層3の形成方法も、前記分離層2で挙げた形成方法と同様の方法が挙げられる。また、中間層3の形成は、2工程以上の工程で行われてもよい。
【0068】
なお、このような中間層3は、同一または異なる組成のものを2層以上形成することもできる。また、本発明では、中間層3を形成せず、分離層2上に直接被転写層4を形成してもよい。
【0069】
[3] 図3に示すように、中間層3の上に被転写層(被剥離物)4を形成する。
【0070】
被転写層4は、後述する転写体6へ転写される層であって、前記分離層2で挙げた形成方法と同様の方法により形成することができる。
【0071】
被転写層4の形成目的、種類、形態、構造、組成、物理的または化学的特性等は、特に限定されないが、転写の目的や有用性を考慮して、薄膜、特に機能性薄膜または薄膜デバイスであるのが好ましい。
【0072】
機能性薄膜および薄膜デバイスとしては、例えば、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、その他の薄膜半導体デバイス、電極(例:ITO、メサ膜のような透明電極)、太陽電池やイメージセンサ等に用いられる光電変換素子、スイッチング素子、メモリー、圧電素子等のアクチュエータ、マイクロミラー(ピエゾ薄膜セラミックス)、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体等の記録媒体、磁気記録薄膜ヘッド、コイル、インダクター、薄膜高透磁材料およびそれらを組み合わせたマイクロ磁気デバイス、フィルター、反射膜、ダイクロイックミラー、偏光素子等の光学薄膜、半導体薄膜、超伝導薄膜(例:YBCO薄膜)、磁性薄膜 、金属多層薄膜、金属セラミック多層薄膜、金属半導体多層薄膜、セラミック半導体多層薄膜、有機薄膜と他の物質の多層薄膜等が挙げられる。
【0073】
このなかでも、特に、薄膜デバイス、マイクロ磁気デバイス、マイクロ三次元構造物の構成、アクチュエータ、マイクロミラー等に適用することの有用性が高く、好ましい。
【0074】
このような機能性薄膜または薄膜デバイスは、その形成方法との関係で、通常、比較的高いプロセス温度を経て形成される。従って、この場合、前述したように、基板1としては、そのプロセス温度に耐え得る信頼性の高いものが必要となる。
【0075】
なお、被転写層4は、単層でも、複数の層の積層体でもよい。さらには、前記薄膜トランジスタ等のように、所定のパターンニングが施されたものであってもよい。被転写層4の形成(積層)、パターンニングは、それに応じた所定の方法により行われる。このような被転写層4は、通常、複数の工程を経て形成される。
【0076】
薄膜トランジスタによる被転写層4の形成は、例えば、特公平2−50630号公報や、文献:H.Ohshima et al : International Symposium Digest of Technical Papers SID 1983 ”B/W and Color LC Video Display Addressed by Poly
Si TFTs”に記載された方法に従って行うことができる。
【0077】
また、被転写層4の厚さも特に限定されず、その形成目的、機能、組成、特性等の諸条件に応じて適宜設定される。被転写層4が薄膜トランジスタの場合、その合計厚さは、好ましくは0.5〜200μm 程度、より好ましくは1.0〜10μm 程度とされる。また、その他の薄膜の場合、好適な合計厚さは、さらに広い範囲でよく、例えば50nm〜1000μm 程度とすることができる。
【0078】
なお、被転写層4は、前述したような薄膜に限定されず、例えば、塗布膜やシートのような厚膜であってもよく、さらには、例えば粉体のような膜(層)を構成しない被転写物または被剥離物であってもよい。
【0079】
[4] 図4に示すように、被転写層(被剥離物)4上に接着層5を形成し、該接着層5を介して転写体6を接着(接合)する。
【0080】
接着層5を構成する接着剤の好適な例としては、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気硬化型接着剤等の各種硬化型接着剤が挙げられる。接着剤の組成としては、例えば、エポキシ系、アクリレート系、シリコーン系等、いかなるものでもよい。このような接着層5の形成は、例えば、塗布法によりなされる。
【0081】
前記硬化型接着剤を用いる場合、例えば被転写層4上に硬化型接着剤を塗布し、その上に後述する転写体6を接合した後、硬化型接着剤の特性に応じた硬化方法により前記硬化型接着剤を硬化させて、被転写層4と転写体6とを接着、固定する。
【0082】
光硬化型接着剤を用いる場合は、透光性の転写体6を未硬化の接着層5上に配置した後、転写体6上から硬化用の光を照射して接着剤を硬化させることが好ましい。また、基板1が透光性を有するものであれば、基板1と転写体6の両側から硬化用の光を照射して接着剤を硬化させれば、硬化が確実となり好ましい。
【0083】
なお、図示と異なり、転写体6側に接着層5を形成し、その上に被転写層4を接着してもよい。また、被転写層4と接着層5との間に、前述したような中間層を設けてもよい。また、例えば転写体6自体が接着機能を有する場合等には、接着層5の形成を省略してもよい。
【0084】
転写体6としては、特に限定されないが、基板(板材)、特に透明基板が挙げられる。なお、このような基板は、平板であっても、湾曲板であってもよい。
【0085】
また、転写体6は、前記基板1に比べ、耐熱性、耐食性等の特性が劣るものであってもよい。その理由は、本発明では、基板1側に被転写層4を形成し、その後、該被転写層4を転写体6に転写するため、転写体6に要求される特性、特に耐熱性は、被転写層4の形成の際の温度条件等に依存しないからである。
【0086】
従って、被転写層4の形成の際の最高温度をTmax としたとき、転写体6の構成材料として、ガラス転移点(Tg)または軟化点がTmax 以下のものを用いることができる。例えば、転写体6は、ガラス転移点(Tg)または軟化点が好ましくは800℃以下、より好ましくは500℃以下、さらに好ましくは320℃以下の材料で構成することができる。
【0087】
また、転写体6の機械的特性としては、ある程度の剛性(強度)を有するものが好ましいが、可撓性、弾性を有するものであってもよい。
【0088】
このような転写体6の構成材料としては、各種合成樹脂または各種ガラス材が挙げられ、特に、各種合成樹脂や通常の(低融点の)安価なガラス材が好ましい。
【0089】
合成樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリ−(4−メチルペンテン−1)、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンテレフタレート(PCT)等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアリレート、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて(例えば2層以上の積層体として)用いることができる。
【0090】
ガラス材としては、例えば、ケイ酸ガラス(石英ガラス)、ケイ酸アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリ石灰ガラス、鉛(アルカリ)ガラス、バリウムガラス、ホウケイ酸ガラス等が挙げられる。このうち、ケイ酸ガラス以外のものは、ケイ酸ガラスに比べて融点が低く、また、成形、加工も比較的容易であり、しかも安価であり、好ましい。
【0091】
転写体6として合成樹脂で構成されたものを用いる場合には、大型の転写体6を一体的に成形することができるとともに、湾曲面や凹凸を有するもの等の複雑な形状であっても容易に製造することができ、また、材料コスト、製造コストも安価であるという種々の利点が享受できる。従って、大型で安価なデバイス(例えば、液晶ディスプレイ)を容易に製造することができるようになる。
【0092】
なお、転写体6は、例えば、液晶セルのように、それ自体独立したデバイスを構成するものや、例えばカラーフィルター、電極層、誘電体層、絶縁層、半導体素子のように、デバイスの一部を構成するものであってもよい。
【0093】
さらに、転写体6は、金属、セラミックス、石材、木材、紙等の物質であってもよいし、ある品物を構成する任意の面上(時計の面上、エアコンの表面上、プリント基板の上等)、さらには壁、柱、梁、天井、窓ガラス等の構造物の表面上であってもよい。
【0094】
[5] 図5に示すように、基板1の裏面側(照射光入射面12側)から照射光7を照射する。この照射光7は、基板1を透過した後、界面2a側から分離層2に照射される。これにより、図6または図7に示すように、分離層2に層内剥離および/または界面剥離が生じ、結合力が減少または消滅するので、基板1と転写体6とを離間させると、被転写層4が基板1から離脱して、転写体6へ転写される。
【0095】
なお、図6は、分離層2に層内剥離が生じた場合を示し、図7は、分離層2に界面2aでの界面剥離が生じた場合を示す。分離層2の層内剥離および/または界面剥離が生じる原理は、分離層2の構成材料にアブレーションが生じること、また、分離層2内に内蔵しているガスの放出、さらには照射直後に生じる溶融、蒸散等の相変化によるものであることが推定される。
【0096】
ここで、アブレーションとは、照射光を吸収した固体材料(分離層2の構成材料)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言い、主に、分離層2の構成材料の全部または一部が溶融、蒸散(気化)等の相変化を生じる現象として現れる。また、前記相変化によって微小な発泡状態となり、結合力が低下することもある。
【0097】
分離層2が層内剥離を生じるか、界面剥離を生じるか、またはその両方であるかは、分離層2の組成や、その他種々の要因に左右され、その要因の1つとして、照射光7の種類、波長、強度、到達深さ等の条件が挙げれる。
【0098】
照射光7としては、分離層2に層内剥離および/または界面剥離を起こさせるものであればいかなるものでもよく、例えば、X線、紫外線、可視光、赤外線(熱線)、レーザ光、ミリ波、マイクロ波、電子線、放射線(α線、β線、γ線)等が挙げられるが、そのなかでも、分離層2の剥離(アブレーション)を生じさせ易いという点で、レーザ光が好ましい。
【0099】
このレーザ光を発生させるレーザ装置としては、各種気体レーザ、固体レーザ(半導体レーザ)等が挙げられるが、エキシマレーザ、Nd−YAGレーザ、Arレーザ、CO2 レーザ、COレーザ、He−Neレーザ等が好適に用いられ、その中でもエキシマレーザが特に好ましい。
【0100】
エキシマレーザは、短波長域で高エネルギーを出力するため、極めて短時間で分離層2にアブレーションを生じさせることができ、よって、隣接するまたは近傍の中間層3、被転写層4、基板1等に温度上昇をほとんど生じさせることなく、すなわち劣化、損傷を生じさせることなく分離層2を剥離することができる。
【0101】
また、分離層2にアブレーションを生じさせるに際しての照射光に波長依存性がある場合、照射されるレーザ光の波長は、100〜350nm程度であるのが好ましい。
【0102】
また、分離層2に、例えばガス放出、気化、昇華等の相変化を起こさせて分離特性を与える場合、照射されるレーザ光の波長は、350〜1200nm程度であるのが好ましい。
【0103】
また、照射されるレーザ光のエネルギー密度、特に、エキシマレーザの場合のエネルギー密度は、10〜5000mJ/cm2程度とするのが好ましく、100〜500mJ/cm2程度とするのがより好ましい。また、照射時間は、1〜1000nsec程度とするのが好ましく、10〜100nsec程度とするのがより好ましい。エネルギー密度が低いかまたは照射時間が短いと、十分なアブレーション等が生じず、また、エネルギー密度が高いかまたは照射時間が長いと、分離層2および中間層3を透過した照射光により被転写層4へ悪影響を及ぼすことがある。
【0104】
このようなレーザ光に代表される照射光7は、その強度が均一となるように照射されるのが好ましい。
【0105】
照射光7の照射方向は、分離層2に対し垂直な方向に限らず、分離層2に対し所定角度傾斜した方向であってもよい。
【0106】
また、分離層2の面積が照射光の1回の照射面積より大きい場合には、分離層2の全領域に対し、複数回に分けて照射光を照射することもできる。また、同一箇所に2回以上照射してもよい。
【0107】
また、異なる種類、異なる波長(波長域)の照射光(レーザ光)を同一領域または異なる領域に2回以上照射してもよい。
【0108】
[6] 図8に示すように、中間層3に付着している分離層2を、例えば洗浄、エッチング、アッシング、研磨等の方法またはこれらを組み合わせた方法により除去する。
【0109】
図6に示すような分離層2の層内剥離の場合には、基板1に付着している分離層2も同様に除去する。
【0110】
なお、基板1が石英ガラスのような高価な材料、希少な材料で構成されている場合等には、基板1は、好ましくは再利用(リサイクル)に供される。換言すれば、再利用したい基板1に対し、本発明を適用することができ、有用性が高い。
【0111】
以上のような各工程を経て、被転写層4の転写体6への転写が完了する。その後、被転写層4に隣接する中間層3の除去や、他の任意の層の形成等を行うこともできる。
【0112】
本発明では、被剥離物である被転写層4自体を直接剥離するのではなく、被転写層4に接合された分離層2において剥離するため、被剥離物(被転写層4)の特性、条件等にかかわらず、容易かつ確実に、しかも均一に剥離(転写)することができ、剥離操作に伴う被剥離物(被転写層4)へのダメージもなく、被転写層4の高い信頼性を維持することができる。
【0113】
また、図示の実施例では、被転写層4の転写体6への転写方法について説明したが、本発明の剥離方法は、このような転写を行わないものであってもよい。この場合には、前述した被転写層4に代えて、被剥離物とされる。この被剥離物は、層状のもの、層を構成しないもののいずれでもよい。
【0114】
また、被剥離物の剥離目的は、例えば、前述したような薄膜(特に機能性薄膜)の不要部分の除去(トリミング)、ゴミ、酸化物、重金属、炭素、その他不純物等のような付着物の除去、それを利用した基板等のリサイクル等いかなるものであってもよい。
【0115】
また、転写体6は、前述したものに限らず、例えば、各種金属材料、セラミックス、炭素、紙材、ゴム等、基板1と全く性質が異なる材料(透光性の有無を問わない)で構成されたものでもよい。特に、転写体6が、被転写層4を直接形成することができないかまたは形成するのに適さない材料の場合には、本発明を適用することの価値が高い。
【0116】
また、図示の実施例では、基板1側から照射光7を照射したが、例えば、付着物(被剥離物)を除去する場合や、被転写層4が照射光7の照射により悪影響を受けないものの場合には、照射光7の照射方向は前記に限定されず、基板1と反対側から照射光を照射してもよい。
【0117】
以上、本発明の剥離方法を図示の実施例について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。
【0118】
例えば、分離層2の面方向に対し部分的に、すなわち所定のパターンで照射光を照射して、被転写層4を前記パターンで剥離または転写するような構成であってもよい(第1の方法)。この場合には、前記[5]の工程に際し、基板1の照射光入射面12に対し、前記パターンに対応するマスキングを施して照射光7を照射するか、あるいは、照射光7の照射位置を精密に制御する等の方法により行うことができる。
【0119】
また、分離層2を基板1の分離層形成面11全面に形成するのではなく、分離層2を所定のパターンで形成することもできる(第2の方法)。この場合、マスキング等により分離層2を予め所定のパターンに形成するか、あるいは、分離層2を分離層形成面11の全面に形成した後、エッチング等によりパターンニングまたはトリミングする方法が可能である。
【0120】
以上のような第1の方法および第2の方法によれば、被転写層4の転写を、そのパターンニングやトリミングと共に行うことができる。
【0121】
また、前述した方法と同様の方法により、転写を2回以上繰り返し行ってもよい。この場合、転写回数が偶数回であれば、最後の転写体に形成された被転写層の表・裏の位置関係を、最初に基板1に被転写層を形成した状態と同じにすることができる。
【0122】
また、大型の透明基板(例えば、有効領域が900mm×1600mm)を転写体6とし、小型の基板1(例えば、有効領域が45mm×40mm)に形成した小単位の被転写層4(薄膜トランジスタ)を複数回(例えば、約800回)好ましくは隣接位置に順次転写して、大型の透明基板の有効領域全体に被転写層4を形成し、最終的に前記大型の透明基板と同サイズの液晶ディスプレイを製造することもできる。
【0123】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【0124】
(実施例1)
縦50mm×横50mm×厚さ1.1mmの石英基板(軟化点:1630℃、歪点:1070℃、エキシマレーザの透過率:ほぼ100%)を用意し、この石英基板の片面に、分離層(レーザ光吸収層)として非晶質シリコン(a−Si)膜を低圧CVD法(Si2 H6 ガス、425℃)により形成した。分離層の膜厚は、100nmであった。
【0125】
次に、分離層上に、中間層としてSiO2 膜をECR−CVD法(SiH4 +O2 ガス、100℃)により形成した。中間層の膜厚は、200nmであった。
【0126】
次に、中間層上に、被転写層として膜厚50nmの非晶質シリコン膜を低圧CVD法(Si2 H6 ガス、425℃)により形成し、この非晶質シリコン膜にレーザ光(波長308nm)を照射して、結晶化させ、ポリシリコン膜とした。その後、このポリシリコン膜に対し、所定のパターンニングを施し、薄膜トランジスタのソース・ドレイン・チャネルとなる領域を形成した。この後、1000°C以上の高温によりポリシリコン膜表面を熱酸化してゲート絶縁膜SiO2 を形成した後、ゲート絶縁膜上にゲート電極(ポリシリコンにMo等の高融点金属が積層形成された構造)を形成し、ゲート電極をマスクとしてイオン注入することによって、自己整合的(セルファライン)にソース・ドレイン領域を形成し、薄膜トランジスタを形成した。この後、必要に応じて、ソース・ドレイン領域に接続される電極及び配線、ゲート電極につながる配線が形成される。これらの電極や配線にはAlが使用されるが、これに限定されるものではない。また、後工程のレーザー照射によりAlの溶融が心配される場合は、Alよりも高融点の金属(後工程のレーザー照射により溶融しないもの)を使用してもよい。
【0127】
次に、前記薄膜トランジスタの上に、紫外線硬化型接着剤を塗布し(膜厚:100μm )、さらにその塗膜に、転写体として縦200mm×横300mm×厚さ1.1mmの大型の透明なガラス基板(ソーダガラス、軟化点:740℃、歪点:511℃)を接合した後、ガラス基板側から紫外線を照射して接着剤を硬化させ、これらを接着固定した。
【0128】
次に、Xe−Clエキシマレーザ(波長:308nm)を石英基板側から照射し、分離層に剥離(層内剥離および界面剥離)を生じさせた。照射したXe−Clエキシマレーザのエネルギー密度は、250mJ/cm2、照射時間は、20nsecであった。なお、エキシマレーザの照射は、スポットビーム照射とラインビーム照射とがあり、スポットビーム照射の場合は、所定の単位領域(例えば8mm×8mm)にスポット照射し、このスポット照射を単位領域の1/10程度ずつずらしながら照射していく。また、ラインビーム照射の場合は、所定の単位領域(例えば378mm×0.1mmや378mm×0.3mm(これらはエネルギーの90%以上が得られる領域))を同じく1/10程度ずつずらしながら照射していく。これにより、分離層の各点は少なくとも10回の照射を受ける。このレーザ照射は、石英基板全面に対して、照射領域をずらしながら実施される。
【0129】
この後、石英基板とガラス基板(転写体)とを分離層において引き剥がし、石英基板上に形成された薄膜トランジスタおよび中間層をガラス基板側に転写した。
【0130】
その後、ガラス基板側の中間層の表面に付着した分離層を、エッチングや洗浄またはそれらの組み合わせにより除去した。また、石英基板についても同様の処理を行い、再使用に供した。
【0131】
なお、転写体となるガラス基板が石英基板より大きな基板であれば、本実施例のような石英基板からガラス基板への転写を、平面的に異なる領域に繰り返して実施し、ガラス基板上に、石英基板に形成可能な薄膜トランジスタの数より多くの薄膜トランジスタを形成することができる。さらに、ガラス基板上に繰り返し積層し、同様により多くの薄膜トランジスタを形成することができる。
【0132】
(実施例2)
分離層を、H(水素)を20at%含有する非晶質シリコン膜とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0133】
なお、非晶質シリコン膜中のH量の調整は、低圧CVD法による成膜時の条件を適宜設定することにより行った。
【0134】
(実施例3)
分離層を、スピンコートによりゾル−ゲル法で形成したセラミックス薄膜(組成:PbTiO3 、膜厚:200nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0135】
(実施例4)
分離層を、スパッタリングにより形成したセラミックス薄膜(組成:BaTiO3 、膜厚:400nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0136】
(実施例5)
分離層を、レーザアブレーション法により形成したセラミックス薄膜(組成:Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)、膜厚:50nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0137】
(実施例6)
分離層を、スピンコートにより形成したポリイミド膜(膜厚:200nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0138】
(実施例7)
分離層を、スピンコートにより形成したポリフェニレンサルファイド膜(膜厚:200nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0139】
(実施例8)
分離層を、スパッタリングにより形成したAl層(膜厚:300nm)とした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0140】
(実施例9)
照射光として、Kr−Fエキシマレーザ(波長:248nm)を用いた以外は実施例2と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。なお、照射したレーザのエネルギー密度は、250mJ/cm2、照射時間は、20nsecであった。
【0141】
(実施例10)
照射光として、Nd−YAIGレーザ(波長:1068nm)を用いた以外は実施例2と同様にして薄膜トランジスタの転写を行った。なお、照射したレーザのエネルギー密度は、400mJ/cm2、照射時間は、20nsecであった。
【0142】
(実施例11)
被転写層として、高温プロセス1000℃によるポリシリコン膜(膜厚80nm)の薄膜トランジスタとした以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0143】
(実施例12)
転写体として、ポリカーボネート(ガラス転移点:130℃)製の透明基板を用いた以外は実施例1と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0144】
(実施例13)
転写体として、AS樹脂(ガラス転移点:70〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例2と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0145】
(実施例14)
転写体として、ポリメチルメタクリレート(ガラス転移点:70〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例3と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0146】
(実施例15)
転写体として、ポリエチレンテレフタレート(ガラス転移点:67℃)製の透明基板を用いた以外は実施例5と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0147】
(実施例16)
転写体として、高密度ポリエチレン(ガラス転移点:77〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例6と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0148】
(実施例17)
転写体として、ポリアミド(ガラス転移点:145℃)製の透明基板を用いた以外は実施例9と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0149】
(実施例18)
転写体として、エポキシ樹脂(ガラス転移点:120℃)製の透明基板を用いた以外は実施例10と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0150】
(実施例19)
転写体として、ポリメチルメタクリレート(ガラス転移点:70〜90℃)製の透明基板を用いた以外は実施例11と同様にして、薄膜トランジスタの転写を行った。
【0151】
実施例1〜19について、それぞれ、転写された薄膜トランジスタの状態を肉眼と顕微鏡とで視観察したところ、いずれも、欠陥やムラがなく、均一に転写がなされていた。
【0152】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の剥離方法によれば、被剥離物(被転写層)の特性、条件等にかかわらず、容易かつ確実に剥離することができ、特に、転写体を選ばず、種々の転写体への転写が可能となる。例えば、薄膜を直接形成することができないかまたは形成するのに適さない材料、成形が容易な材料、安価な材料等で構成されたものや、移動しにくい大型の物体等に対しても、転写によりそれを形成することができる。
【0153】
特に、転写体は、各種合成樹脂や融点の低いガラス材のような、基板材料に比べ耐熱性、耐食性等の特性が劣るものを用いることができる。そのため、例えば、透明基板上に薄膜トランジスタ(特にポリシリコンTFT)を形成した液晶ディスプレイを製造するに際しては、基板として、耐熱性に優れる石英ガラス基板を用い、転写体として、各種合成樹脂や融点の低いガラス材のような安価でかつ加工のし易い材料の透明基板を用いることにより、大型で安価な液晶ディスプレイを容易に製造することができるようになる。このような利点は、液晶ディスプレイに限らず、他のデバイスの製造についても同様である。
【0154】
また、以上のような利点を享受しつつも、信頼性の高い基板、特に石英ガラス基板のような耐熱性の高い基板に対し機能性薄膜のような被転写層を形成し、さらにはパターニングすることができるので、転写体の材料特性にかかわらず、転写体上に信頼性の高い機能性薄膜を形成することができる。
【0155】
また、このような信頼性の高い基板は、高価であるが、それを再利用することも可能であり、よって、製造コストも低減される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【図2】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【図3】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【図4】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【図5】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【図6】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【図7】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【図8】本発明の剥離方法の実施例の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 基板
11 分離層形成面
12 照射光入射面
2 分離層
2a、2b 界面
3 中間層
4 被転写層
5 接着層
6 転写体
7 照射光[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transfer method for transferring a transfer layer including a thin film device to a transfer body, and a device manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
For example, when manufacturing a liquid crystal display (LCD) using a thin film transistor (TFT), a thin film transistor is formed on a transparent substrate by CVD or the like.
[0003]
These thin film transistors include those using amorphous silicon (a-Si) and those using polysilicon (p-Si), and those using polysilicon are formed through a high-temperature process. And those formed through a low-temperature process.
[0004]
By the way, since the thin film transistor is formed on the transparent substrate at a high temperature, it is necessary to use a material having excellent heat resistance as the transparent substrate. Therefore, at present, a transparent substrate made of quartz glass is used because it has a high softening point and a high melting point and can sufficiently withstand a temperature of about 1000 ° C. in a high-temperature process. Further, in the low temperature process, since a temperature around 500 ° C. becomes the maximum process temperature, heat resistant glass is used.
[0005]
However, such quartz glass having excellent heat resistance is a rare and very expensive material compared to ordinary glass, and it is difficult to produce a large transparent substrate. In addition, heat-resistant glass can be made larger than quartz glass, but it is much more expensive than ordinary glass. Further, both quartz glass and heat-resistant glass are brittle and easily broken, and are heavy. This is a serious drawback in constructing an LCD. Therefore, it has been an obstacle to manufacturing a large and inexpensive liquid crystal display.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a peeling method that can be easily peeled regardless of the properties, conditions, etc. of the object to be peeled, and in particular, can be transferred to various transfer bodies.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Such an object is achieved by the present invention described below.
[0008]
In a thin film device transfer method for transferring a transfer layer including a thin film device on a substrate to a transfer body, a step of forming a separation layer on the substrate, a step of forming the thin film device on the separation layer, and the separation A step of causing peeling in the layer and / or interface of the layer, and transferring the transferred layer to the transfer body, and removing the separation layer attached to the substrate after the transfer. It is characterized by that.
[0009]
By irradiating the separation layer with light, peeling occurs in the separation layer and / or at the interface.
[0010]
The substrate is light-transmitting, and the separation layer is irradiated with light from the substrate side.
[0011]
The transfer layer is formed directly on the separation layer.
[0012]
The transferred layer is formed on the separation layer via an intermediate layer.
[0013]
The transfer body is composed of a material having a glass transition point (Tg) or a softening point equal to or lower than Tmax, where Tmax is a maximum temperature in forming the transfer layer.
[0014]
The transfer body is composed of a material having a glass transition point (Tg) or a softening point of 800 ° C. or less.
[0015]
The substrate is made of a material having a strain point equal to or higher than Tmax, where Tmax is a maximum temperature when the transfer layer is formed.
[0016]
The transfer body is made of a glass substrate, and the substrate is made of quartz.
[0017]
For example, a thin film transistor can be used as the thin film device.
[0018]
As said irradiation light, a laser beam can be used, for example, Preferably it is 100-350 nm, Furthermore, it is good in it being a wavelength of 350 nm-1200 nm.
[0019]
As the separation layer, amorphous silicon is preferably used, and the amorphous silicon may contain 2 at% or more of H (hydrogen).
[0020]
The separation layer can be composed of ceramics, metal, organic polymer material, and in the case of organic polymer material, -CH2-, -CO-, -CONH-, -NH-, -COO- , —N═N—, —CH═N—, preferably having at least one bond.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the peeling method of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
[0034]
1-8 is sectional drawing which shows the process of the Example of the peeling method of this invention, respectively. Hereinafter, the steps of the peeling method (transfer method) of the present invention will be sequentially described based on these drawings.
[0035]
[1] As shown in FIG. 1, a separation layer (light absorption layer) 2 is formed on one surface (separation layer formation surface 11) of the substrate 1.
[0036]
When the substrate 1 irradiates the irradiation light 7 from the substrate 1 side, the substrate 1 preferably has translucency through which the irradiation light 7 can pass.
[0037]
In this case, the transmittance of the irradiation light 7 is preferably 10% or more, and more preferably 50% or more. If this transmittance is too low, the attenuation (loss) of the irradiation light 7 increases, and a larger amount of light is required to peel off the
[0038]
Moreover, it is preferable that the board | substrate 1 is comprised with the material with high reliability, and it is especially preferable that it is comprised with the material excellent in heat resistance. The reason is that, for example, when forming the transferred
[0039]
Therefore, the substrate 1 is preferably made of a material having a strain point equal to or higher than Tmax, where Tmax is the maximum temperature when the
[0040]
In addition, if the process temperature at the time of formation of the
[0041]
The thickness of the substrate 1 is not particularly limited, but is usually preferably about 0.1 to 5.0 mm, more preferably about 0.5 to 1.5 mm. If the thickness of the substrate 1 is too thin, the strength is reduced, and if it is too thick, the irradiation light 7 is easily attenuated when the transmittance of the substrate 1 is low. In addition, when the transmittance | permeability of the irradiation light 7 of the board | substrate 1 is high, the thickness may exceed the said upper limit.
[0042]
In addition, it is preferable that the thickness of the separation layer forming portion of the substrate 1 is uniform so that the irradiation light 7 can be uniformly irradiated.
[0043]
Further, the separation
[0044]
In the present invention, the substrate 1 is not removed by etching or the like, but the
[0045]
Next, the
[0046]
The
[0047]
Furthermore, the irradiation of the irradiation light 7 may cause a gas to be released from the
[0048]
Examples of the composition of the
[0049]
(1) Amorphous silicon (a-Si)
This amorphous silicon may contain H (hydrogen). In this case, the H content is preferably about 2 at% or more, more preferably about 2 to 20 at%. As described above, when a predetermined amount of H is contained, hydrogen is released by the irradiation of the irradiation light 7, and an internal pressure is generated in the
[0050]
The content of H in the amorphous silicon is adjusted by appropriately setting film forming conditions such as gas composition, gas pressure, gas atmosphere, gas flow rate, temperature, substrate temperature, and input power in CVD. Can do.
[0051]
(2) Various oxide ceramics such as silicon oxide or silicate compound, titanium oxide or titanate compound, zirconium oxide or zirconate compound, lanthanum oxide or lanthanate compound, dielectric (ferroelectric) or semiconductor
Examples of silicon oxide include SiO, SiO2, and Si3 O2. Examples of silicic acid compounds include K2 SiO3, Li2 SiO3, CaSiO3, ZrSiO4, and Na2 SiO3.
[0052]
Examples of the titanium oxide include TiO, Ti2 O3, and TiO2, and examples of the titanate compound include BaTiO4, BaTiO3, Ba2 Ti9 O20, BaTi5 O11, CaTiO3, SrTiO3, PbTiO3, MgTiO3, ZrTiO2, TiTiO, SnTiO2, and TiTiO3. Is mentioned.
[0053]
Examples of the zirconium oxide include ZrO2, and examples of the zirconate compound include BaZrO3, ZrSiO4, PbZrO3, MgZrO3, and K2 ZrO3.
[0054]
(3) Ceramics such as PZT, PLZT, PLLZT, PBZT or dielectrics (ferroelectric materials)
(4) Nitride ceramics such as silicon nitride, aluminum nitride, titanium nitride
(5) Organic polymer materials
Organic polymer materials include -CH2-, -CO- (ketone), -CONH- (amide), -NH- (imide), -COO- (ester), -N = N- (azo), -CH Any of those having a bond such as = N- (Schiff) (these bonds are cut by irradiation with irradiation light 7), particularly those having many of these bonds may be used. The organic polymer material may have an aromatic hydrocarbon (one or more benzene rings or condensed rings thereof) in the structural formula.
[0055]
Specific examples of such organic polymer materials include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyimide, polyamide, polyester, polymethyl methacrylate (PMMA), polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), and epoxy resin. Etc.
[0056]
▲ 6 ▼ Metal
Examples of the metal include Al, Li, Ti, Mn, In, Sn, Y, La, Ce, Nd, Pr, Gd, Sm, or an alloy containing at least one of these.
[0057]
The thickness of the
[0058]
If the thickness of the
[0059]
The formation method of the
[0060]
For example, when the composition of the
[0061]
In the case where the
[0062]
The formation of the
[0063]
[2] As shown in FIG. 2, an intermediate layer (underlayer) 3 is formed on the
[0064]
The
[0065]
The composition of the
[0066]
The thickness of such an
[0067]
Moreover, the formation method of the intermediate |
[0068]
Note that two or more layers having the same or different composition can be formed as the
[0069]
[3] As shown in FIG. 3, a layer to be transferred (a material to be peeled) 4 is formed on the
[0070]
The transferred
[0071]
The formation purpose, type, form, structure, composition, physical or chemical characteristics, etc. of the transferred
[0072]
As functional thin films and thin film devices, for example, thin film transistors, thin film diodes, other thin film semiconductor devices, electrodes (eg, transparent electrodes such as ITO and mesa films), photoelectric conversion elements used for solar cells and image sensors, Switching elements, memories, actuators such as piezoelectric elements, micromirrors (piezo thin film ceramics), magnetic recording media, magneto-optical recording media, optical recording media and other recording media, magnetic recording thin film heads, coils, inductors, thin film high magnetic permeability materials And optical magnetic films such as micro magnetic devices, filters, reflective films, dichroic mirrors, polarizing elements, semiconductor thin films, superconducting thin films (example: YBCO thin films), magnetic thin films, metal multilayer thin films, metal ceramic multilayer thin films, metals Semiconductor multilayer thin film, ceramic semiconductor multilayer thin film, organic Examples include thin films and multilayer thin films of other substances.
[0073]
Among these, it is particularly useful because it is highly useful when applied to a thin film device, a micro magnetic device, a configuration of a micro three-dimensional structure, an actuator, a micro mirror, and the like.
[0074]
Such a functional thin film or thin film device is usually formed through a relatively high process temperature in relation to its formation method. Therefore, in this case, as described above, the substrate 1 needs to have a high reliability that can withstand the process temperature.
[0075]
The transferred
[0076]
The formation of the transferred
It can be carried out according to the method described in “Si TFTs”.
[0077]
Further, the thickness of the transferred
[0078]
The transferred
[0079]
[4] As shown in FIG. 4, an
[0080]
Suitable examples of the adhesive constituting the
[0081]
In the case of using the curable adhesive, for example, after applying a curable adhesive on the
[0082]
In the case of using a photocurable adhesive, the
[0083]
Unlike the illustration, the
[0084]
Although it does not specifically limit as the
[0085]
Further, the
[0086]
Therefore, when the maximum temperature during formation of the transferred
[0087]
Further, the mechanical properties of the
[0088]
Examples of the constituent material of the
[0089]
The synthetic resin may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. For example, polyolefin such as polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), cyclic polyolefin, modified polyolefin , Polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide, polyimide, polyamideimide, polycarbonate, poly- (4-methylpentene-1), ionomer, acrylic resin, polymethyl methacrylate (PMMA), acrylonitrile-butadiene-styrene Polymer (ABS resin), acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), butadiene-styrene copolymer, polyoxymethylene, polyvinyl alcohol (PVA), ethylene-vinyl alcohol copolymer EVOH), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyester such as polycyclohexane terephthalate (PCT), polyether, polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide, polyacetal ( POM), polyphenylene oxide, modified polyphenylene oxide, polysulfone, polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polyarylate, aromatic polyester (liquid crystal polymer), polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, other fluorine resins, Styrene, polyolefin, polyvinyl chloride, polyurethane, polyester, polyamide, polybutadiene, transpoly Various thermoplastic elastomers such as prene, fluororubber, chlorinated polyethylene, epoxy resin, phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester, silicone resin, polyurethane, etc., or copolymers mainly comprising these, A blend body, a polymer alloy, etc. are mentioned, Among these, it can use 1 type or in combination of 2 or more types (for example, as a laminated body of 2 layers or more).
[0090]
Examples of the glass material include silicate glass (quartz glass), alkali silicate glass, soda lime glass, potash lime glass, lead (alkali) glass, barium glass, borosilicate glass, and the like. Of these, glass other than silicate glass is preferable because it has a lower melting point than silicate glass, is relatively easy to mold and process, and is inexpensive.
[0091]
When the
[0092]
The
[0093]
Further, the
[0094]
[5] As shown in FIG. 5, the irradiation light 7 is irradiated from the back surface side (irradiation
[0095]
6 shows a case where intra-layer separation occurs in the
[0096]
Here, ablation means that a solid material that absorbs irradiation light (a constituent material of the separation layer 2) is photochemically or thermally excited, and its surface or internal atoms or molecules are cut and released. In other words, all or part of the constituent material of the
[0097]
Whether the
[0098]
Irradiation light 7 may be any material as long as it causes intralayer separation and / or interfacial separation in
[0099]
Examples of the laser device that generates the laser light include various gas lasers, solid-state lasers (semiconductor lasers), and the like. Excimer lasers, Nd-YAG lasers, Ar lasers, CO2 lasers, CO lasers, He-Ne lasers, and the like. Among them, an excimer laser is particularly preferable.
[0100]
Since the excimer laser outputs high energy in a short wavelength region, the
[0101]
Moreover, when the irradiation light at the time of generating ablation in the
[0102]
In addition, when the
[0103]
Further, the energy density of the irradiated laser beam, particularly in the case of an excimer laser, is preferably about 10 to 5000 mJ / cm <2>, more preferably about 100 to 500 mJ / cm <2>. The irradiation time is preferably about 1 to 1000 nsec, more preferably about 10 to 100 nsec. When the energy density is low or the irradiation time is short, sufficient ablation or the like does not occur, and when the energy density is high or the irradiation time is long, the transferred layer is irradiated by the irradiation light transmitted through the
[0104]
Irradiation light 7 represented by such laser light is preferably irradiated so that its intensity is uniform.
[0105]
The irradiation direction of the irradiation light 7 is not limited to the direction perpendicular to the
[0106]
In addition, when the area of the
[0107]
Further, irradiation light (laser light) of different types and different wavelengths (wavelength regions) may be irradiated twice or more to the same region or different regions.
[0108]
[6] As shown in FIG. 8, the
[0109]
In the case of intra-layer separation of the
[0110]
When the substrate 1 is made of an expensive material such as quartz glass or a rare material, the substrate 1 is preferably used for recycling (recycling). In other words, the present invention can be applied to the substrate 1 to be reused, which is highly useful.
[0111]
The transfer of the
[0112]
In the present invention, since the layer to be transferred 4 itself, which is the object to be peeled, is not peeled directly, but peels off at the
[0113]
In the illustrated embodiment, the transfer method of the
[0114]
Also, the purpose of peeling the object to be peeled is, for example, removal (trimming) of unnecessary portions of the thin film (particularly functional thin film) as described above, and attachments such as dust, oxides, heavy metals, carbon, and other impurities. Anything such as removal and recycling of the substrate using the same may be used.
[0115]
In addition, the
[0116]
Further, in the illustrated embodiment, the irradiation light 7 is irradiated from the substrate 1 side. However, for example, when the deposit (the object to be peeled) is removed, the transferred
[0117]
As mentioned above, although the peeling method of this invention was demonstrated about the Example of illustration, this invention is not limited to this.
[0118]
For example, the structure may be such that the layer to be transferred 4 is peeled or transferred in the pattern by irradiating irradiation light partially with respect to the surface direction of the
[0119]
Further, instead of forming the
[0120]
According to the first method and the second method as described above, the transferred
[0121]
Further, the transfer may be repeated twice or more by the same method as described above. In this case, if the number of times of transfer is an even number, the front / back positional relationship of the transferred layer formed on the last transfer body may be the same as the state in which the transferred layer is first formed on the substrate 1. it can.
[0122]
Further, a small transparent layer 4 (thin film transistor) formed on a small substrate 1 (for example, 45 mm × 40 mm) having a large transparent substrate (for example, an effective area of 900 mm × 1600 mm) as a
[0123]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0124]
Example 1
A quartz substrate (softening point: 1630 ° C., strain point: 1070 ° C., excimer laser transmittance: almost 100%) having a length of 50 mm × width of 50 mm × thickness of 1.1 mm is prepared, and a separation layer is provided on one side of the quartz substrate. As the (laser light absorbing layer), an amorphous silicon (a-Si) film was formed by a low pressure CVD method (Si2 H6 gas, 425 DEG C.). The thickness of the separation layer was 100 nm.
[0125]
Next, an SiO2 film was formed as an intermediate layer on the separation layer by the ECR-CVD method (SiH4 + O2 gas, 100 DEG C.). The film thickness of the intermediate layer was 200 nm.
[0126]
Next, an amorphous silicon film having a thickness of 50 nm is formed on the intermediate layer as a transfer layer by low-pressure CVD (Si2 H6 gas, 425 ° C.), and laser light (wavelength 308 nm) is formed on the amorphous silicon film. And crystallized to obtain a polysilicon film. Thereafter, the polysilicon film was subjected to predetermined patterning to form regions serving as the source / drain / channel of the thin film transistor. Thereafter, the surface of the polysilicon film is thermally oxidized at a high temperature of 1000 ° C. or more to form a gate insulating
[0127]
Next, an ultraviolet curable adhesive is applied on the thin film transistor (film thickness: 100 μm), and a large transparent glass having a length of 200 mm × width of 300 mm × thickness of 1.1 mm is applied to the coating film. After bonding the substrates (soda glass, softening point: 740 ° C., strain point: 511 ° C.), the adhesive was cured by irradiating ultraviolet rays from the glass substrate side, and these were bonded and fixed.
[0128]
Next, Xe-Cl excimer laser (wavelength: 308 nm) was irradiated from the quartz substrate side to cause separation (in-layer separation and interface separation) in the separation layer. The energy density of the irradiated Xe-Cl excimer laser was 250 mJ / cm @ 2, and the irradiation time was 20 nsec. Excimer laser irradiation includes spot beam irradiation and line beam irradiation. In the case of spot beam irradiation, spot irradiation is performed on a predetermined unit region (for example, 8 mm × 8 mm), and this spot irradiation is 1 / of the unit region. Irradiate while shifting by about 10 steps. In the case of line beam irradiation, irradiation is performed while shifting a predetermined unit area (for example, 378 mm × 0.1 mm or 378 mm × 0.3 mm (these are areas where 90% or more of energy is obtained)) by about 1/10. I will do it. Thereby, each point of the separation layer is irradiated at least 10 times. This laser irradiation is performed while shifting the irradiation region with respect to the entire surface of the quartz substrate.
[0129]
Thereafter, the quartz substrate and the glass substrate (transfer body) were peeled off at the separation layer, and the thin film transistor and the intermediate layer formed on the quartz substrate were transferred to the glass substrate side.
[0130]
Thereafter, the separation layer attached to the surface of the intermediate layer on the glass substrate side was removed by etching, washing, or a combination thereof. Further, the same treatment was performed on the quartz substrate and it was reused.
[0131]
If the glass substrate serving as the transfer body is a substrate larger than the quartz substrate, the transfer from the quartz substrate to the glass substrate as in the present embodiment is repeatedly performed in different areas in a plane, and on the glass substrate, More thin film transistors than the number of thin film transistors that can be formed on a quartz substrate can be formed. Furthermore, it can be repeatedly stacked on a glass substrate to form more thin film transistors.
[0132]
(Example 2)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that the separation layer was an amorphous silicon film containing 20 at% of H (hydrogen).
[0133]
Note that the amount of H in the amorphous silicon film was adjusted by appropriately setting conditions during film formation by the low pressure CVD method.
[0134]
(Example 3)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that the separation layer was a ceramic thin film (composition: PbTiO3, film thickness: 200 nm) formed by a sol-gel method by spin coating.
[0135]
Example 4
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that the separation layer was a ceramic thin film (composition: BaTiO3, film thickness: 400 nm) formed by sputtering.
[0136]
(Example 5)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that the separation layer was a ceramic thin film (composition: Pb (Zr, Ti) O3 (PZT), film thickness: 50 nm) formed by laser ablation.
[0137]
(Example 6)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that the separation layer was a polyimide film (thickness: 200 nm) formed by spin coating.
[0138]
(Example 7)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that the separation layer was a polyphenylene sulfide film (film thickness: 200 nm) formed by spin coating.
[0139]
(Example 8)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that the separation layer was an Al layer (film thickness: 300 nm) formed by sputtering.
[0140]
Example 9
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 2 except that a Kr-F excimer laser (wavelength: 248 nm) was used as the irradiation light. The energy density of the irradiated laser was 250 mJ / cm @ 2, and the irradiation time was 20 nsec.
[0141]
(Example 10)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 2 except that an Nd-YAIG laser (wavelength: 1068 nm) was used as the irradiation light. The energy density of the irradiated laser was 400 mJ / cm @ 2, and the irradiation time was 20 nsec.
[0142]
(Example 11)
A thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that a thin film transistor having a polysilicon film (film thickness: 80 nm) formed by a high temperature process of 1000 ° C. was used as the transfer layer.
[0143]
(Example 12)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 1 except that a transparent substrate made of polycarbonate (glass transition point: 130 ° C.) was used as the transfer body.
[0144]
(Example 13)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 2 except that a transparent substrate made of AS resin (glass transition point: 70 to 90 ° C.) was used as the transfer body.
[0145]
(Example 14)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 3 except that a transparent substrate made of polymethyl methacrylate (glass transition point: 70 to 90 ° C.) was used as the transfer body.
[0146]
(Example 15)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 5 except that a transparent substrate made of polyethylene terephthalate (glass transition point: 67 ° C.) was used as the transfer body.
[0147]
(Example 16)
A thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 6 except that a transparent substrate made of high-density polyethylene (glass transition point: 77 to 90 ° C.) was used as the transfer body.
[0148]
(Example 17)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 9 except that a transparent substrate made of polyamide (glass transition point: 145 ° C.) was used as the transfer body.
[0149]
(Example 18)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 10 except that a transparent substrate made of an epoxy resin (glass transition point: 120 ° C.) was used as the transfer body.
[0150]
(Example 19)
The thin film transistor was transferred in the same manner as in Example 11 except that a transparent substrate made of polymethyl methacrylate (glass transition point: 70 to 90 ° C.) was used as the transfer body.
[0151]
In each of Examples 1 to 19, when the state of the transferred thin film transistor was visually observed with the naked eye and a microscope, there was no defect or unevenness, and the transfer was performed uniformly.
[0152]
【The invention's effect】
As described above, according to the peeling method of the present invention, it can be easily and reliably peeled regardless of the properties, conditions, etc. of the object to be peeled (transferred layer). Transfer to various transfer bodies is possible. For example, transfer to thin materials that cannot be directly formed or are not suitable for forming, materials that are easy to mold, materials that are inexpensive, or large objects that are difficult to move Can form it.
[0153]
In particular, the transfer body may be one having inferior characteristics such as heat resistance and corrosion resistance as compared with the substrate material, such as various synthetic resins and glass materials having a low melting point. Therefore, for example, when manufacturing a liquid crystal display in which a thin film transistor (especially polysilicon TFT) is formed on a transparent substrate, a quartz glass substrate having excellent heat resistance is used as the substrate, and various synthetic resins and low melting points are used as the transfer body. By using a transparent substrate made of an inexpensive and easy-to-process material such as a glass material, a large and inexpensive liquid crystal display can be easily manufactured. Such advantages are not limited to the liquid crystal display, and the same applies to the manufacture of other devices.
[0154]
In addition, while receiving the advantages as described above, a transfer layer such as a functional thin film is formed and patterned on a highly reliable substrate, particularly a substrate having high heat resistance such as a quartz glass substrate. Therefore, a highly reliable functional thin film can be formed on the transfer body regardless of the material characteristics of the transfer body.
[0155]
In addition, such a highly reliable substrate is expensive, but it can be reused, thereby reducing the manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing steps of an embodiment of a peeling method of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the steps of an embodiment of the peeling method of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the steps of an embodiment of the peeling method of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the steps of an embodiment of the peeling method of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the steps of an embodiment of the peeling method of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the steps of an embodiment of the peeling method of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the steps of an embodiment of the peeling method of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the steps of an embodiment of the peeling method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Substrate
11 Separation layer forming surface
12 Irradiation light incident surface
2 Separation layer
2a, 2b interface
3 middle class
4 Transfer target layer
5 Adhesive layer
6 Transcript
7 Irradiation light
Claims (7)
前記透光性の基板に所定のパターンで、アモルファスシリコンにより分離層を形成する第1工程と、
前記分離層上に前記薄膜デバイスである薄膜トランジスタを含む前記被転写層を形成する第2工程と、
前記薄膜デバイスを含む被転写層を接着層を介して前記転写体に接合する第3工程と、
前記透光性の基板側から前記分離層に光を照射して、前記分離層の層内および/または界面において剥離を生ぜしめ、前記被転写層を前記転写体に転写する第4工程と、
前記転写の後、前記透光性の基板に付着している前記分離層を、前記透光性の基板を再使用可能にするために除去する第5工程と、
を具備し、
前記転写体は、前記被転写層の形成の際の最高温度をTmaxとしたとき、ガラス転移点(Tg)または軟化点がTmax以下の材料で構成され、
前記基板は、前記被転写層の形成の際の最高温度をTmaxとしたとき、歪点がTmax以上の材料で構成されていることを特徴とする薄膜デバイスの転写方法。In a thin film device transfer method for transferring a transfer layer including a thin film device formed on a translucent substrate to a transfer body,
A first step of forming a separation layer with amorphous silicon in a predetermined pattern on the translucent substrate;
A second step of forming the transferred layer including a thin film transistor which is the thin film device on the separation layer;
A third step of bonding a transfer layer including the thin film device to the transfer body via an adhesive layer;
Irradiating light to the separation layer from the translucent substrate side to cause peeling in the layer and / or interface of the separation layer, and transferring the transferred layer to the transfer body;
A fifth step of removing the separation layer adhering to the light-transmitting substrate after the transfer so that the light-transmitting substrate can be reused;
Equipped with,
The transfer body is composed of a material having a glass transition point (Tg) or a softening point equal to or lower than Tmax, where Tmax is a maximum temperature in forming the transfer layer,
The substrate, when said maximum temperature in formation of the transfer layer was Tmax, the transfer method of the thin film device according to claim Rukoto strain point consists of more materials Tmax.
前記被転写層を前記分離層上に直接形成することを特徴とする薄膜デバイスの転写方法。In the transfer method of the thin film device according to claim 1,
A method for transferring a thin film device, wherein the transfer layer is directly formed on the separation layer.
中間層を介して、前記被転写層を前記分離層上に形成することを特徴とする薄膜デバイスの転写方法。In the transfer method of the thin film device according to claim 1,
A method for transferring a thin film device, wherein the transfer layer is formed on the separation layer via an intermediate layer.
前記転写体がガラス基板からなり、前記基板が石英からなることを特徴とする薄膜デバイスの転写方法。In the transfer method of the thin film device according to any one of claims 1 to 3 ,
A transfer method for a thin film device, wherein the transfer body is made of a glass substrate, and the substrate is made of quartz.
前記分離層の剥離は、分離層を構成する物質の原子間または分子間の結合力が消失または減少することにより生じることを特徴とする薄膜デバイスの転写方法。In the transfer method of the thin film device according to any one of claims 1 to 4 ,
The separation of the separation layer is caused by the disappearance or reduction of the bonding force between atoms or molecules of the substance constituting the separation layer.
前記分離層は、CVD(Chemical Vapor Deposition)によって形成することを特徴とする薄膜デバイスの転写方法。In the transfer method of the thin film device according to any one of claims 1 to 5 ,
The method for transferring a thin film device, wherein the separation layer is formed by CVD (Chemical Vapor Deposition).
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