(57)【要約】【課題】フレキシブルな薄膜デバイスの製造技術を提供すること。【解決手段】基板(10)上に分離層(11)を形成する工程と、前記分離層上に、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層(12)を形成する工程と、前記支持層上に薄膜体(14)を形成する工程と、前記分離層にエネルギーを与えることによって、前記分離層と前記基板及び前記支持層のそれぞれとの密着力を低下させる工程と、前記基板を前記支持層及び前記薄膜体から取り外す工程と、を含む薄膜デバイスの製造方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に分離層を形成する工程と、
前記分離層上に、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層を形成する工程と、
前記支持層上に薄膜体を形成する工程と、
前記分離層にエネルギーを与えることによって、前記基板と前記支持層の密着力を低下させる工程と、
前記基板を前記支持層及び前記薄膜体から取り外す工程と、
を含む、薄膜デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記支持層を形成する工程の後、前記薄膜体を形成する工程の先に、前記支持層を覆う保護層を形成する工程
を更に含む、請求項１に記載の薄膜デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記支持層を形成する工程において、前記支持層は、平面視において前記基板の外縁よりも内側に形成され、
前記保護層を形成する工程において、前記保護層は、前記支持層の前記分離層と接しない側の面及び端部を覆う状態に形成される、
請求項２に記載の薄膜デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記保護層は、窒化酸化珪素膜又は酸化アルミニウム膜の少なくとも一方を含む、
請求項２又は３に記載の薄膜デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記支持層を形成する工程は、キャスト法によって前記支持層を形成する、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の薄膜デバイスの製造方法。
【請求項６】
粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層と、
前記支持層上に設けられた薄膜体と、
を含む、薄膜デバイス。
【請求項７】
粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層と、
前記支持層を覆う保護層と、
前記保護層上に設けられた薄膜体と、
を含む、薄膜デバイス。
【請求項８】
前記保護層は、前記支持層の一面及び端部を覆う状態に設けられる、
請求項７に記載の薄膜デバイス。
【請求項９】
前記保護層は、窒化酸化珪素膜又は酸化アルミニウム膜の少なくとも一方を含む、
請求項７又は８に記載の薄膜デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９の何れか１項に記載の薄膜デバイスを備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜素子（例えば薄膜トランジスタ）やその他の薄膜体を備える薄膜デバイス並びにこれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子などの薄膜体（積層体）の形成方法として転写技術を用いる方法が知られている。例えば、特開平１０−１２５９２９号公報（特許文献１）、特開平１０−１２５９３０号公報（特許文献２）、特開平１０−１２５９３１号公報（特許文献３）には、予め転写元基板上に剥離層を介して薄膜トランジスタなどの被転写体を形成しておき、その後、被転写層を転写先基板に接合し、剥離層に光照射等を行って分離を生じさせることにより、被転写体を転写元基板から転写先基板に転写する技術が開示されている。この技術によれば、例えばプラスチック基板や可撓性を有するシート状基板等、薄膜素子等を直接的に形成することが困難な基板上に容易に薄膜素子等を形成することができる。また、製造条件の異なる複数種類の薄膜素子や薄膜回路などをそれぞれ最適な条件で転写元基板に形成した後に転写先基板へ移動させることも可能となる。
【０００３】
上述したような転写技術を用いて薄膜デバイスを製造する場合に、薄膜素子等の構造的な上下関係（膜の積層順など）を転写元基板上に形成した状態と同じにして転写先基板へ移動するには２回の転写プロセスが必要となる。具体的には、まず転写元基板上に形成された薄膜素子等が一旦、仮基板へ転写される。この時点では、仮基板上における薄膜素子等の構造的な上下関係は、転写元基板上における状態とは逆になる。その後、仮基板上の薄膜素子等が転写先基板上へ転写される。それにより、転写先基板上における薄膜素子等の構造的な上下関係が転写元基板上における場合と同じになる。
【０００４】
しかしながら、上述した２回の転写プロセスを経て薄膜デバイスを製造する場合には、転写プロセスの回数が多くなることから積層体にストレス（応力）などによる損傷や破壊などの転写不良が生じる確率が高まるという不都合がある。これに対し、転写プロセスを１回に留めた場合には、転写先基板上における薄膜素子等の構造的な上下関係が転写元基板上における場合と逆になるため、デバイス構造に特段の工夫が必要となるなどの不都合が考えられる。したがって、これらの従来技術の不都合を回避し得る新規な技術が望まれている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１２５９２９号公報
【特許文献２】特開平１０−１２５９３０号公報
【特許文献３】特開平１０−１２５９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明に係る具体的態様は、上述した従来技術の有する課題を克服し、フレキシブルな薄膜デバイスを提供することを目的の一つとする。
また、本発明に係る具体的態様は、上述した従来技術の有する課題を克服し、フレキシブルな薄膜デバイスの製造技術を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る薄膜デバイスの製造方法は、基板上に分離層を形成する工程と、前記分離層上に、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層を形成する工程と、前記支持層上に薄膜体を形成する工程と、前記分離層にエネルギーを与えることによって、前記基板と前記支持層の密着力を低下させる工程と、前記基板を前記支持層及び前記薄膜体から取り外す工程と、を含む薄膜デバイスの製造方法である。
【０００８】
ここで、本明細書において「薄膜体」とは、導電体、半導体、絶縁体等の薄膜を適宜組み合わせて構成され、所定の機能を奏する構造体をいう。そのような薄膜体としては、例えば、薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、その他の薄膜素子やこれらを組み合わせてなる薄膜回路、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、メモリ素子、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。
【０００９】
本発明に係る薄膜デバイスの製造方法によれば、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層を自立した支持体として用いたフレキシブルな薄膜デバイスが得られる。上記した従来技術のように、基板上に一旦形成した薄膜デバイスを他の基板へ移動させるという転写プロセスを経ることなく、フレキシブルな支持体に支持された薄膜デバイスが得られるため、転写プロセスの回数が多くなることによる不都合や薄膜素子等の構造的な上下関係が逆転することによる不都合を回避することが可能となる。
【００１０】
上述した本発明に係る薄膜デバイスの製造方法においては、前記支持層を形成する工程の後、前記薄膜体を形成する工程の先に、前記支持層を覆う保護層を形成する工程を更に含むことも好ましい。
【００１１】
それにより、支持層に何らかの異物が含まれている場合にも、当該異物が薄膜体へ混入することを抑制する構造が得られる。
【００１２】
また、前記支持層を形成する工程において、前記支持層は、平面視において前記基板の外縁よりも内側に形成され、前記保護層を形成する工程において、前記保護層は、前記支持層の前記分離層と接しない側の面及び端部を覆う状態に形成されることも好ましい。
【００１３】
それにより、支持層の端部も保護層によって覆う構造が得られ、支持層から薄膜体への異物の混入を抑制する効果が高まる。
【００１４】
上述した保護層は、例えば、窒化酸化珪素膜又は酸化アルミニウム膜の少なくとも一方を含んで構成することができる。これらの膜の何れか一方を複数重ねて保護層を形成してもよいし、双方の膜を１層以上含んで保護層を形成してもよい。
【００１５】
それにより、異物のバリア効果が高い保護層が得られる。
【００１６】
上述した支持層を形成する工程においては、例えば、キャスト法によって前記支持層を形成することが可能である。もちろん、他の形成方法を採用してもよい。
【００１７】
キャスト法によれば、比較的簡素なプロセスでフレキシブルな支持層を形成することができる。
【００１８】
本発明に係る一態様の薄膜デバイスは、（ａ）粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層と、（ｂ）前記支持層上に設けられた薄膜体と、を含んで構成された薄膜デバイスである。
【００１９】
上記構成によれば、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層を自立した支持体として用いたフレキシブルな薄膜デバイスが提供される。上記した従来技術のように、薄膜素子等の構造的な上下関係が逆転することによる不都合を回避することが可能となる。
【００２０】
本発明に係る他の態様の薄膜デバイスは、（ａ）粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層と、（ｂ）前記支持層を覆う保護層と、（ｃ）前記保護層上に設けられた薄膜体と、を含んで構成された薄膜デバイスである。
【００２１】
上記構成によれば、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層を自立した支持体として用いたフレキシブルな薄膜デバイスが提供される。上記した従来技術のように、薄膜素子等の構造的な上下関係が逆転することによる不都合を回避することが可能となる。また、支持層に何らかの異物が含まれている場合にも、当該異物が薄膜デバイスへ混入することを抑制することが可能となり、信頼性の高い薄膜デバイスを提供することができる。
【００２２】
好ましくは、前記保護層は、前記支持層の一面及び端部を覆う状態に設けられる。
【００２３】
支持層の端部も保護層によって覆うことにより、支持層から薄膜体への異物の混入を抑制する効果が高まる。
【００２４】
上述した保護層は、例えば、窒化酸化珪素膜又は酸化アルミニウム膜の少なくとも一方を含んで構成することができる。これらの膜の何れか一方を複数重ねて保護層を形成してもよいし、双方の膜を１層以上含んで保護層を形成してもよい。
【００２５】
それにより、保護層による異物のバリア効果を高めることが可能となる。
【００２６】
本発明に係る電子機器は、上述した本発明に係る薄膜デバイスを備えて構成された電子機器である。本明細書における「電子機器」は、薄膜デバイスを用いて構成されるものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば、薄膜デバイスを回路基板として用いて構成された電気光学装置（例えば、電気泳動装置）を表示部として備える機器が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１及び図２は、本実施形態に係る薄膜デバイスの製造方法を示す模式断面図である。なお、図１及び図２においては、図面が煩雑になるのを避けるために一部構成については断面ハッチングを省略して示している。また、図３は、薄膜デバイスの製造方法における一部の工程について説明する模式平面図である。
【００２９】
まず、基板１０の一面上に分離層（剥離層）１１を形成する（図１（Ａ））。本実施形態では、分離層１１は、平面視において基板１０の外縁よりも内側に形成されている（図３参照）。なお、分離層１１は基板１０の全面に形成されてもよい。
【００３０】
ここで、基板１０は、後述する工程において形成される薄膜トランジスタ等の薄膜素子の製造に適した特性（例えば、機械的強度、耐熱性など）を有することが必要であり、例えば石英ガラス、ソーダガラス等からなる基板が用いられる。基板１０の板厚は例えば０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ程度である。
【００３１】
また、分離層１１は、光照射等によってエネルギーが与えられた際に層内や界面において剥離を生じるものであることが必要であり、例えば膜厚が１００ｎｍ程度の非晶質硅素膜（ａ−Ｓｉ）が用いられる。水素をある程度含有した非晶質硅素膜であることも好ましい。またこれら以外にも種々の膜を分離層１１として利用可能である（上述した特許文献１乃至３参照）。
【００３２】
次に、基板１０上の分離層１１上に、後に薄膜デバイスの支持体となるべき支持層１２を形成する（図１（Ｂ））。この支持層１２は、図３に示すように、平面視において基板１０の外縁よりも内側に形成されることが望ましい。その理由については後述する。本実施形態では、上述したように分離層１１も平面視において基板１０の外縁よりも内側に形成されており、この分離層１１に重ねて支持層１２が形成される。なお、支持層１２は基板１０の全面に形成されてもよい。
【００３３】
ここで、本実施形態における支持層１２としては、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む膜が用いられる。このような膜は、例えばキャスト法を用いて形成することができる。キャスト法とは、溶液を基板上に塗布し、溶媒を蒸発させることによって膜を得る方法である。この膜は、自立膜として用いることが可能であり、薄膜デバイスの支持体として適している。また、この膜は、後述する薄膜素子の形成過程におけるプロセス温度（例えば４００℃程度）にも耐え得る耐熱性を有する。また、この膜は、熱膨張係数についても１０-6オーダであり、これは上記した基板１０として好適に用いられるガラス基板の熱膨張係数と同じオーダである。このため、薄膜素子の形成過程における熱ストレスに対する耐性にも優れている。また、この膜は、数μｍ〜数百μｍ程度に形成することが可能であり柔軟性に優れている。更に、この膜は、絶縁性や、気体及び液体のバリア性にも優れている。
【００３４】
次に、支持層１２を覆う保護層１３を基板１０上に形成する（図１（Ｃ））。本実施形態では、保護層１３は、支持層１２の分離層１１と接しない側の面及び端部を覆う状態に形成される。図示の例では、保護膜１３は分離層１１の端部をも覆う状態に形成されている。上述したように、支持層１２を平面視において基板１０の外縁よりも内側に形成していたことにより、支持層１２の端部を覆う状態に保護層１３を形成することが容易となる。
【００３５】
ここで、本実施形態における保護層１３としては、支持層１２にナトリウム等の物質が含まれている場合に当該物質の通過を防止する特性（バリア性）を有するものが望まれる。そのような保護層１３としては、例えば窒化酸化珪素膜（ＳｉＯＮ膜）、酸化アルミニウム膜（ＡｌＯｘ膜）などの無機膜が好適に用いられる。これらの両方を積層して用いてもよいし、いずれか一方の膜を複数重ねて用いてもよい。これらの膜は、例えばスパッタ法や蒸着法などの物理気相堆積法を用いて成膜することが可能である。
【００３６】
次に、支持層１２及び保護層１３上に所定機能を有する薄膜回路（薄膜体）１４を形成する（図１（Ｄ））。薄膜回路１４の一例としては、図示のような薄膜トランジスタ等の薄膜素子や配線等を含んだ回路が挙げられる。このような薄膜回路１４については公知技術を用いて形成可能であるのでここでは詳細な製造工程の説明を省略する。本実施形態における薄膜回路は、電気泳動装置の画素回路及び駆動回路を含む。
【００３７】
次に、薄膜回路１４上に電気泳動シート１６を形成する（図２（Ａ））。電気泳動シート１６は、電気泳動層と保護材を含む。これらの薄膜回路１４と電気泳動シート１６を含んで電気泳動装置が構成される。なお、この電気泳動装置は薄膜デバイスの一例に過ぎない。
【００３８】
次に、分離層１１に対してエネルギーを付与することによって当該分離層１１に剥離を生じさせる（図２（Ｂ））。本実施形態では、エネルギーの付与は、基板１０を介して分離層１１にレーザー光を照射することによって行われる。このためには、基板１０として、本工程で使用されるレーザー光を透過するものを用いる必要がある。レーザー光としては、例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザー装置を用いて発生させた波長λ＝３０８ｎｍのレーザー光が好適に用いられる。このレーザー光照射により、非晶質硅素膜からなる分離層１１にアブレーションが生じ、分離層１１の密着力が低下する。その後、基板１０が支持層１２等から取り外される（図２（Ｃ））。それにより、支持層１２を支持体とし、当該支持体上に保護層１３、薄膜回路１４及び電気泳動シート１６を設けてなる薄膜デバイスが完成する。
【００３９】
次に、上述した電気泳動装置を用いて構成された電子機器の具体例について説明する。
図４は、電気泳動装置を適用した電子機器の具体例を説明する斜視図である。図４（Ａ）は、電子機器の一例である電子ブックを示す斜視図である。この電子ブック１０００は、ブック形状のフレーム１００１と、このフレーム１００１に対して回動自在に設けられた（開閉可能な）カバー１００２と、操作部１００３と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１００４と、を備えている。図４（Ｂ）は、電子機器の一例である腕時計を示す斜視図である。この腕時計１１００は、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１１０１を備えている。図４（Ｃ）は、電子機器の一例である電子ペーパーを示す斜視図である。この電子ペーパー１２００は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体部１２０１と、本実施形態に係る電気泳動装置によって構成された表示部１２０２と、を備えている。なお、電気泳動装置を適用可能な電子機器の範囲はこれに限定されず、電気泳動粒子の移動に伴う視覚上の色調の変化を利用した装置を広く含むものである。例えば、上記のような装置の他、電気泳動フィルムが貼り合わせられた壁面等の不動産に属するもの、車両、飛行体、船舶等の移動体に属するものも該当する。
【００４０】
以上のような本実施形態によれば、粘土が主成分であり層状の結晶構造を有する珪酸塩鉱物を含む支持層を自立した支持体として用いたフレキシブルな薄膜デバイスが提供される。上記した従来技術のように、薄膜素子等の構造的な上下関係が逆転することによる不都合を回避することが可能となる。
【００４１】
また、支持層に何らかの異物が含まれている場合にも、当該異物が薄膜デバイスへ混入することを抑制することが可能となり、信頼性の高い薄膜デバイスを提供することができる。
【００４２】
また、支持層の端部も保護層によって覆うことにより、支持層から薄膜体への異物の混入を抑制する効果が高まる。
【００４３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００４４】
例えば、上述した実施形態においては、薄膜体の一例として薄膜トランジスタを挙げていたが、薄膜体はこれに限定されるものではない。
【００４５】
また、上述した実施形態においては、薄膜デバイスの適用例として電気泳動装置を説明していたが、本発明の適用例には、液晶装置、エレクトロルミネッセンス装置等の電気光学装置やその他種々の装置が考えられる。
【００４６】
また、上述した実施形態における各要素の構成材料、膜厚、成膜法など諸条件は一例であり、上記内容に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】薄膜デバイスの製造方法について示す模式断面図である。
【図２】薄膜デバイスの製造方法について示す模式断面図である。
【図３】薄膜デバイスの製造方法について示す模式平面図である。
【図４】電子機器の一例を示す模式斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…基板、１１…分離層（剥離層）、１２…支持層、１３…保護層、１４…薄膜回路（薄膜体）、１６…電気泳動シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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