(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の機能部品と第２の機能部品を接合することにより、新たな機能を有する機能部品を製造する方法において、
第１の基板上に前記第１の機能部品を形成し、
第２の基板上に前記第２の機能部品を形成し、
前記第１の機能部品の接合面、及び前記第２の機能部品の接合面を清浄化し、
前記第１の機能部品の接合面と前記第２の機能部品の接合面とを直接接触させて接合し、
前記第２の基板を前記第１の基板から引き離すことにより、前記第２の機能部品を前記第２の基板から剥離して前記第１の基板側に転写することを特徴とする機能部品の製造方法。
【請求項２】
前記１の機能部品と前記第２の機能部品との接合は、常温接合法を用いることを特徴とする請求項１記載の機能部品の製造方法。
【請求項３】
前記第２の機能部品の形成は、離型層を介して行うことを特徴とする請求項１記載の機能部品の製造方法。
【請求項４】
前記第１の機能部品および前記第２の機能部品は、ともに電子回路部品であることを特徴とする請求項１記載の機能部品の製造方法。
【請求項５】
前記電子回路部品は、集積回路素子であり、前記新たな機能を有する機能部品は、３次元ＬＳＩであることを特徴とする請求項４記載の機能部品の製造方法。
【請求項６】
一方の前記電子回路部品は、複数の画素と、前記複数の画素を駆動する薄膜トランジスタアレイとを備えた表示部であり、
他方の前記電子回路部品は、前記薄膜トランジスタアレイを駆動する複数の駆動用ＬＳＩであり、
前記新たな機能を有する機能部品は、液晶表示パネルであることを特徴とする請求項４記載の機能部品の製造方法。
【請求項７】
前記第１の機能部品および前記第２の機能部品は、一方が電子回路部品であり、他方は機械的構造体であることを特徴とする請求項１記載の機能部品の製造方法。
【請求項８】
前記電子回路部品は、インクを加熱する機能を有する部品であり、前記機械的構造体は、インク流路であり、前記新たな機能を有する機能部品は、インクジェットヘッドであることを特徴とする請求項７記載の機能部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的，機械的な所定の機能を有する機能部品の製造方法に関し、特に、生産性の高い機能部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電子回路を組み合せて規模のより大きな電子回路を構成する技術の代表的なものに３次元回路素子（３次元ＬＳＩ）の製造技術がある。この特徴は、多層のＩＣ層構造を実現することによって高集積化あるいは多機能複合化が可能になることにあり、さらに機能的要因（配線長の短さ、負荷容量の小ささ）による高速化、大規模な並列処理が可能になることにある。このような３次元ＬＳＩの従来の製造方法としては、例えば、文献「三次元回路素子の波及効果と将来展望に関する調査研究報告（平成３年１０月）（財）新機能素子研究開発協会」に示されるものがある。
【０００３】
図１２は、その文献に示されたＣＵＢＩＣ（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ  Ｂｏｎｄｅｄ  ＩＣ）技術による３次元ＬＳＩの製造方法を示す。このＣＵＢＩＣ技術によれば、基板５０ａ上に回路素子５１ａを形成して１層目のデバイスを準備し、２層目以降のデバイスは、基板５０ｂ，５０ｃ上に回路素子５１ｂ，５１ｃを形成した後、基板５０ｂ，５０ｃを選択研磨により薄膜化した後、下層の回路素子５１ａまたは５１ｂに熱圧着により接合して積層することにより、多層化された回路素子５２を形成するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の３次元ＬＳＩの製造方法によれば、厚さ数μｍの回路素子を作製するのに機械的強度を確保するための厚さ数百μｍの支持基板を使う必要があることから、回路素子の一度の張り合わせ工程中に、回路素子の支持基板への接着、支持基板の研磨による薄膜化、下層への張り合わせ、支持基板の除去といった多くの工数を必要としており、生産性が低いという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、生産性の高い機能部品の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、第１の機能部品と第２の機能部品を接合することにより、新たな機能を有する機能部品を製造する方法において、第１の基板上に前記第１の機能部品を形成し、第２の基板上に前記第２の機能部品を形成し、前記第１の機能部品の接合面、及び前記第２の機能部品の接合面を清浄化し、前記第１の機能部品の接合面と前記第２の機能部品の接合面とを直接接触させて接合し、前記第２の基板を前記第１の基板から引き離すことにより、前記第２の機能部品を前記第２の基板から剥離して前記第１の基板側に転写することを特徴とする機能部品の製造方法を提供する。
上記構成によれば、接合工程、転写工程を経ることにより、第１の基板上に第１の機能部品と第２の機能部品の接合体からなる新たな機能を有する機能部品が形成される。従って、第２の基板を研磨して薄膜化するための研磨工程等が不要になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る機能部品の製造方法を示す。
【０００８】
まず、同図（ａ）に示すように、表面に第１の機能を有する第１の機能部品１を形成した第１の基板１０と、表面に離型層３を介して第２の機能を有する第２の機能部品２を形成した第２の基板２０を対向配置する。
【０００９】
次に、同図（ｂ）に示すように、第１の基板１０と第２の基板２０をそれぞれの機能部品１，２が向き合うように張り合わせる。張り合わせ手段としては、熱融着や陽極接合法等が適用可能であるが、常温接合を用いるのがより好ましい。常温接合とは、真空チャンバー内でそれそれの基板１０，２０表面にアルゴン原子やイオンを照射して表面を清浄化した後、圧接することにより無加熱で接合する方法である。無加熱とすることにより、熱膨張率の違いによる反りや変形を回避でき、また化合物材料の組成の変化を避けることができる。同図（ｂ）は、その接合が完了した状態を示す。この状態で第１の機能部品１および第２の機能部品２は、構造的、電気的、光学的な接合が実現されている。
【００１０】
引き続き、同図（ｃ）に示すように、第２の基板２０を第１の基板１０から引き離すと、第２の機能部品２は離型層３の表面から剥離し、第１の機能部品１の表面に接合された状態で残る。すなわち、第２の機能部品２は、第２の基板２０から第１の基板１０側に転写したことになる。このように転写が実現できたのは、第１の機能部品１と第２の機能部品２の接合強度が、離型層３と第２の機能部品２との密着力よりも大きいからである。この結果、第１の基板１０上には第１の機能部品１と第２の機能部品２の接合体からなる新たな機能を有する機能部品４が形成できる。また、第２の基板２０は、研磨や破損されること無く元の状態に戻るため、再利用が可能であり、その第２の基板２０を用いて第２の機能部品２の上に順次機能部品を接合することが可能である。
【００１１】
上述した本製造方法によれば、本来機能を有する薄膜領域のみを接合転写することで、薄膜化するための研磨工程等を省略でき、生産性が向上する。
また、複合化された電子部品等が薄型にできるという別の効果もある。
さらに、複雑な形状を有する機能部品を、機能を分離した形で別々に最適なプロセスで作製した後、それらを合体することで、プロセス上の制約が小さくなるという効果がある。
また、第２の基板２０は、再利用が可能であるので、製造コストの低減が図れる。
【００１２】
【実施例】
＜実施例１＞
図２は、本発明の実施例１に係る３次元ＬＳＩの製造工程を示す。この実施例１は、電子回路素子Ａの作製プロセスと、電子回路素子Ｂの作製プロセスと、電子回路素子Ｃの作製プロセスと、電子回路素子Ａに電子回路素子Ｂを接合転写する工程と、電子回路素子Ｂに電子回路素子Ｃを接合転写する工程とを有し、電子回路素子Ａ、電子回路素子Ｂおよび電子回路素子Ｃからなる３層構造の３次元ＬＳＩを製造するものである。
【００１３】
以下、図２の製造工程図に従って説明する。
【００１４】
図３は、電子回路素子Ａ１１１の作製プロセスを示す。電子回路素子Ａ１１１は、通常のＬＳＩ製造と全く同様に製造される。すなわち、Ｓｉウェハ等からなる第１の基板１１０上に、酸化膜・窒化膜等の絶縁膜形成、ポリシリコンやＡｌ等の配線形成、リンやボロン等の不純物注入工程等を経て、所望の機能を有する電子回路素子Ａ１１１を形成する。ここで形成する回路素子は、ロジック回路、演算回路、信号処理回路、周辺機器の駆動回路など、さまざまな機能を有するいわゆる集積回路がすべて適用可能である。
【００１５】
図４（ａ）〜（ｃ）は、電子回路素子Ｂの作製プロセスを示す。
【００１６】
まず、同図（ａ）に示すように、シリコンウェハからなる第２の基板１２０上にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により離型層１０３としてＳｉＯＦ膜を厚さ１μｍ着膜するなお、ＳｉＯＦ膜の代わりに熱酸化膜を用いるか、もしくはこの熱酸化膜形成後、表面をフッ素を含むガスの放電に晒して表面をフッ化してもよい。
【００１７】
次に、同図（ｂ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法にてアモルファスシリコン膜やポリシリコン膜を着膜し、必要に応じてレーザーアニール処理や熱アニール処理を施し、結晶性の良いポリシリコン薄膜１０５を形成する。
【００１８】
引き続き、同図（ｃ）に示すように、ポリシリコン薄膜１０５を半導体層として通常のフォトリソグラフィーを用いた半導体プロセスにより、拡散層，ゲート電極，層間絶縁膜等が形成されたポリシリコン薄膜１０７と、ポリシリコン薄膜１０７の表面に形成されたＡｌ電極１０６とからなる電子回路素子Ｂ１１２を形成する。ここで形成する回路素子は、ロジック回路、演算回路、信号処理回路、周辺機器の駆動回路等の様々な機能を有するいわゆる集積回路がすべて適用可能である。以上の工程により複数の電子回路素子が準備できた。
【００１９】
図５は、接合転写工程を示す。電子回路素子Ａ１１１が形成された第１の基板１１０、および電子回路素子Ｂ１１２が形成された第２の基板１２０を図示しない真空チャンバーに導入し、高真空排気した後、第１および第２の基板１１０，１２０の表面をＡｒ原子ビームで照射し、基板１１０，１２０の表面の汚染物質や酸化膜を除去して清浄化する。そして２つの基板１１０，１２０を位置決めした後圧接すると、第１および第２の基板１１０，１２０は常温接合により強固に接合される。張り合わせの際には、アライメントマークを参照すると正確な位置合わせが可能となる。
【００２０】
引き続き、第１および第２の基板１１０，１２０を互いに引き離すと、第２の基板１２０上の電子回路素子Ｂ１１２は、離型層１０３表面から剥離し、第１の基板１１０上側に転写する。この時点で電子回路素子Ａ１１１と電子回路素子Ｂ１１２は一体となり、一体化した電子回路素子が完成する。常温接合による接合強度は、２つの回路素子Ａ１１１，回路素子Ｂ１１２が通常の使用条件の元で動作するのに十分なものである。
【００２１】
更に、前述した電子回路素子Ｂ１１２と同様のプロセスで図示しない第３の基板上に電子回路素子Ｃ１１３を形成し、第３の基板と、電子回路素子Ａ１１１と電子回路素子Ｂ１１２が一体化されて形成された第１の基板１１０とを上述したように常温接合する。電子回路素子Ａ１１１と一体化された電子回路素子Ｂ１１２上に電子回路素子Ｃ１１３が接合された３次元ＬＳＩが完成する。
【００２２】
図６は、その完成した３次元ＬＳＩを示す。この３次元ＬＳＩ１００は、第１の基板１１０上に形成された電子回路素子Ａ１１１と、電子回路素子Ａ１１１上に積層された電子回路素子Ｂ１１２と、電子回路素子Ｂ１１２上に積層された電子回路素子Ｃ１１３とから構成される。
【００２３】
なお、本実施例１では３層構造としたが、必要によって同様な工程を繰り返して更に多層の３次元ＬＳＩを製造することができる。
【００２４】
＜実施例２＞
本発明の実施例２は、パソコンやビデオムービー用液晶モニター等に用いられる液晶表示パネルを製造するものである。
【００２５】
図７（ａ）〜（ｃ）は、液晶表示パネルの製造方法を示す。
【００２６】
まず、同図（ａ）に示すように、透明で安価なガラス基板２０１の上に、複数の表示画素、およびこれらの表示素子を駆動するアレイ状の複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなる第１の機能部品としての表示部分２０２を形成する。ＴＦＴは大画面用には一般にアモルファスシリコンが用いられており、アモルファスシリコンからなるＴＦＴの製造方法は、広く世の中に知られている方法をそのまま適用する。表示部分２０２の周辺のガラス基板２０１上には、ＴＦＴ駆動用配線の実装部分（図示せず）が形成される。
【００２７】
次に、同図（ｂ）に示すように、基板２２０の上に離型層２０３を介して第２の機能部品としての複数の駆動用ＬＳＩ２２１を形成する。実施例１との違いは、各駆動用ＬＳＩ２２１のチップサイズに電子回路が独立していることである。駆動用ＬＳＩ２２１は、全数を一度に形成してもよく、１ライン毎に必要な数のものを形成してもよい。
【００２８】
以下は実施例１と同様の方法により、ガラス基板２０１上のＴＦＴ駆動用配線の実装部分に駆動用ＬＳＩ２２１を常温接合により接合し、基板２２０から駆動用ＬＳＩ２２１をガラス基板２０１上のＴＦＴ駆動用配線上に転写してゆく。このようにして同図（ｃ）に示すように、液晶表示パネルが完成する。
【００２９】
上述した実施例２によれば、作製された液晶表示パネルは、実装後に厚みが従来に比べて５００μｍ程薄くなるので、このパネルを用いた商品（ノートパソコン等）を薄型にできる。なお、液晶表示パネルの替わりに、プラズマディスプレイパネルやイメージセンサ等の機能部品を第１の機能部品として用いることも可能である。
【００３０】
＜実施例３＞
図８は、本発明の実施例３に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す。この実施例３は、インクを加熱するヒーターやその駆動回路等が形成されるヒーター基板側作製プロセスと、インクが飛び出すチャネルと呼ばれる微小ノズルが形成されるチャネル基板側作製プロセスと、ヒーター基板とチャネル基板を張り合わせる張り合わせ工程とからなり、インク液が基板表面から垂直上方に飛び出すタイプのルーフシュート型と呼ばれるインクジェットヘッドを製造するものである。本実施例３の場合は、第１の機能部品は、インクを加熱するヒーター基板であり、第２の機能部品は、インクを導くチャンネル基板である。なお、必要に応じてヒーター基板およびチャンネル基板をダイシングして個別のインクジェットヘッドに分離する工程を含む場合もある。
【００３１】
以下、図８の製造工程図に従って説明する。
【００３２】
図９は、ヒーター基板側作製プロセスを示す。ヒーター基板３１０の上には、制御信号に応じてインクを加熱する機能を有するインク加熱機構３０１が形成される。インク加熱機構３０１は、インク流路３０８ａを形成する構造体３１３と、インクを加熱する発熱素子３１１と、発熱素子３１１を制御する制御回路３１２とからなる。これらは通常のＬＳＩプロセスにて作製可能である。必要に応じて構造体３１３の表面にＡｌ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属をスパッタリング法等によって着膜する。これは、これらの金属が常温接合により接合しやすい材料だからである。
【００３３】
図１０（ａ）〜（ｆ）は、チャネル基板側作製プロセスを示す。
【００３４】
まず、同図（ａ）に示すように、シリコンウェハからなるチャネル基板３２０上にプラズマＣＶＤ法により離型層３０３としてＳｉＯＦ膜を厚さ１μｍ着膜する。
【００３５】
引き続き、同図（ｂ）に示すように、スピンコート法によりノズル天板となるポリイミド樹脂３０５を厚さ数μｍから数十μｍ塗布し、加熱硬化させる。
【００３６】
次に、同図（ｃ）に示すように、スパッタリング法によりＡｌ３０６を０．５μｍ着膜し、さらにフォトレジストを塗布してノズルのパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとしてＡｌ３０６をエッチングする。このＡｌ３０６は次の工程でポリイミド樹脂３０５をエッチングする際のマスクとなる。レジストを直接マスクとすることも可能であるが、ポリイミド樹脂３０５のエッチングの際にレジストもエッチングされやすいので、Ａｌ３０６をマスクとする方が好ましい。
【００３７】
次に、同図（ｄ）に示すように、ドライエッチング法にてポリイミド樹脂３０５をエッチングし、インクの吐出ノズル３０８ｂを有する天板３０５ａを形成する。
【００３８】
その後、同図（ｅ）に示すように、Ａｌ３０６のエッチングマスクを除去する７本実施例ではフォトリソ工程で吐出ノズルの穴あけ加工を行うため、その形状精度が従来法に比べて格段に優れる。またドライエッチング法を用いているため、ノズルの断面形状も制御することが可能である。例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）のように指向性の強いエッチング方式を用いれば、ストレートなノズル形状が得られる。一方、ＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｒｙ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法のように等方的なエッチング方式を用いれば、テーパー形状のノズルが得られる。また中間的なエッチング方法とすることにより、ノズル形状を制御可能となる。
【００３９】
最後に、同図（ｆ）に示すように、ポリイミド樹脂の天板３０５ａの表面にＡｌ，Ａｕ，Ｎｉ等の金属３０７をスパッタリング法等で着膜する。これは、これらの金属３０７が常温接合により接合しやすいからである。なお、必要に応じてこれらの金属３０７とポリイミド樹脂３０５との密着力を向上させるために、金属３０７のスパッタリング前にポリイミド樹脂３０５の表面を酸素プラズマに晒したり、密着性の良好なＣｒ等を下地としてコーティングしてもよい。また、必要に応じてチャネル基板３２０には位置合わせ用のアライメントマークを形成することもある。以上の工程によりチャネル基板３２０が準備できた。
【００４０】
図１１（ａ），（ｂ）は、接合転写工程を示す。まず、ヒーター基板３１０およびチャネル基板３２０を図示しない真空チャンバーに導入し、高真空排気した後、ヒーター基板３１０およびチャネル基板３２０の表面をＡｒ原子ビームで照射し、表面の汚染物質や酸化膜を除去して清浄化する。次に、同図（ａ）に示すように、２つの基板３１０，３２０を位置決めした後、圧接すると、両者は常温接合により強固に接合される。張り合わせの際には、アライメントマークを参照すると正確な位置合わせが可能となる。
【００４１】
引き続き、同図（ｂ）に示すように、両者を引き離すと、チャネル基板３２０上の天板３０５ａは、離型層３０３表面から剥離し、ヒーター基板３１０側に転写する。この時点でヒーター基板３１０上のインク流路構造体とノズル付き天板３０５ａは一体となり、ルーフシュート型インクジェットヘッドが完成する。常温接合による接合強度は、ヒーターで発生する熱や圧力、およびインクに対し十分なものである。
【００４２】
この実施例３によれば、吐出ノズル３０８ｂの厚さ（天板３０５ａの厚さ）を非常に薄く形成でき、さらにその薄さのままヒーター基板３１０に転写、一体化できるため、噴射するインク粒の制御性に優れたインクジェットヘッドを実現できるというメリットがある。
【００４３】
なお、実施例３では、チャネル基板３２０としてシリコンウェハを用いたが、もっと安価なガラス基板を用いてもよい。ガラス基板を用いると、チャネル基板の裏面から可視光によりアライメントマークが観察可能となるため、位置合わせ用の観察手段が安価なものとなる。さらにチャネル基板３２０としては、フレキシブルなフィルム状の基板を用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の機能部品の製造方法によれば、薄膜化するための研磨工程等を省略できるので、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る機能部品の製造方法を示す断面図
【図２】本発明の実施例１に係る３次元ＬＳＩの製造工程図
【図３】本発明の実施例１に係る電子回路素子Ａの作製プロセスを示す断面図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１に係る電子回路素子Ｂの作製プロセスを示す断面図
【図５】本発明の実施例１に係る接合転写工程を示す断面図
【図６】本発明の実施例１の製造方法によって製造された３次元ＬＳＩの断面図
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例２に係る液晶表示パネルの製造方法を示す図
【図８】本発明の実施例３に係るインクジェットヘッドの製造工程図
【図９】本発明の実施例３に係るヒーター基板側作製プロセスを示す断面図
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施例３に係るチャネル基板側作製プロセスを示す断面図
【図１１】（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例３に係る接合転写工程を示す断面図
【図１２】従来の３次元ＬＳＩの製造方法を示す図
【符号の説明】
１  第１の機能部品
２  第２の機能部品
３  離型層
４  機能部品
１０  第１の基板
２０  第２の基板
１００  ３次元ＬＳＩ
１０３  離型層
１０５  ポリシリコン薄膜
１０６  Ａｌ電極
１０７  ポリシリコン薄膜
１１０  第１の基板
１１１  電子回路素子Ａ
１１２  電子回路素子Ｂ
１１３  電子回路素子Ｃ
１２０  第２の基板
２０１  表示パネル
２０２  表示部分
３０１  インク加熱機構
３０３  離型層
３０５  ポリイミド樹脂
３０５ａ  天板
３０６  Ａｌ
３０７  金属
３０８ａ  インク流路
３０８ｂ  吐出ノズル
３１０  ヒーター基板
３１１  発熱素子
３１２  制御回路
３１３  構造体
３２０  チャネル基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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