How to temporarily attach the rigid carrier substrate

本発明は一般にフレキシブル基板の加工に関する。 より詳細には、本発明は、さらなる加工のために硬質担体をフレキシブル基板に暫定的に取り付ける方法に関する。

電子産業においては、より薄い、より柔軟またはその両方である基板が、電子回路の基体として急速に普及しつつある。 フレキシブル基板には、ステンレス鋼などの金属からなる極薄層や無数のプラスチックなど、幅広い種々の材料が含まれる。 所望の電子部品、回路または複数の回路がフレキシブル基板表面に形成されると、この回路は最終製品へ取り付けられるか、あるいはさらなる構造へ組み込まれる。 このような製品または構造の典型例は、フラットパネルディスプレイのアクティブマトリクス、店舗の種々の商品におけるＲＦＩＤタグ、種々のセンサーなどである。

発生する重要な問題の１つは、加工中、より薄い、より柔軟またはその両方である基板を安定させることである。 例えば、基板上で薄膜トランジスタまたは薄膜トランジスタ回路の組立を行うプロセスでは、多数のプロセス工程が行われる間、基板は幾つかの機械、オーブン、洗浄工程などを通じて移動される場合がある。 このようなプロセスを通じてフレキシブル基板を移動させるには、フレキシブル担体が曲がることなくプロセス工程間で移動され、プロセス工程の完了時に担体が取り外されるように、フレキシブル基板が何らかの種類の担体に暫定的に（ｔｅｍｐｏｒａｒｉｌｙ）装着されるか、あるいは硬質担体が取り外し可能に取り付けられる必要がある。 これに代えて、より厚い半導体基板の裏面研磨を行うことによって製造される薄化基板は、裏面の研磨プロセス中や、例えば、リソグラフィー、堆積など、それに続くプロセスを通じて、支持される必要がある。

第一の態様では、本発明は、フレキシブル基板上で電子部品、電子回路またはその両方の組立を行う方法を提供する。 この方法は、フレキシブル基板を硬質担体に暫定的に取り付ける工程と、フレキシブル基板の露出面上で電子部品、電子回路またはその両方の組立を行う工程とを含む。

第二の態様では、本発明は、第一の面、第二の面、および厚さを備えた半導体基板を、一時的材料の膜によって硬質担体へ暫定的に取り付ける工程を含む、半導体基板上で電子部品、電子回路またはその両方の組立を行う方法を提供する。 ここで、第一の面は少なくとも１つの電子部品、電子回路またはその両方を備え、一時的材料の膜は半導体基板の第一の面と硬質担体との間にあり、一時的材料はポリ（アルキレンカーボネート）を含む。

本明細書において用いられる用語「一時的材料（ｆｕｇｉｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）」は、熱分解性材料を意味する。 そのような材料は、臨界の分解温度（本明細書において規定する）より高い温度で加熱すると、より小さい、より揮発性またはその両方である分子へと分解する。 非限定的な熱分解性材料の例には、ポリ（アルキレンカーボネート）、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルブチリル）、ポリ（イソブチレン）、ポリ（ビニルピロリドン）、微結晶セルロース、ワックス、ポリ（乳酸）、ポリ（ジオキサノン）、ポリ（ヒドロキシブチレート）、ポリ（アクリレート）、およびポリ（ベンゾシクロブテン）が含まれる。

本明細書において用いられる用語「予形成されたフレキシブル基板」は、フレキシブル基板（本明細書において規定する）が硬質担体との結合前に自立した基板であることを意味する。

本明細書において用いられる用語「両面接着テープ」は、その２つの反対の面のそれぞれに、接着物質が付いた支持裏打を備える任意のテープを意味する。 反対の面上の接着物は同一であっても異なっていてもよく、例えば、次に限定されないが、エラストマー系接着剤、熱可塑性接着剤、熱硬化性接着剤、感圧性接着剤、光硬化性接着剤（例えば、可視光またはＵＶ）またはこれらのうちの１つ以上が含まれる。

本明細書において用いられる用語「フレキシブル基板」は、その形状が容易に順応する可撓性材料を含む自立した基板を意味する。 非限定的なフレキシブル基板の例には、次に限定されないが、金属およびポリマーの膜、例えば、アルミホイルおよびステンレス鋼ホイルなどの金属箔や、ポリイミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）などのポリマーシート、多層スタックが含まれる。 多層スタックは、２つ以上の金属材料、ポリマー材料またはその両方を含むが、スタックアセンブリの全体は可撓性を保持している。 このような基板は好適には薄く、例えば、厚さ２ｍｍ未満、好適には厚さ１ｍｍ未満である。 より好適には、基板は厚さ５００μｍ未満であり、好適には厚さ約５０〜２００μｍである。

本明細書において用いられる用語「軟化状態」は、材料が、ガラス転移温度より高いが分解温度（本明細書において規定する）より低い温度にあることを意味する。
用語「分解温度」は、１つ以上の熱分解性材料を含む組成物が、より小さい、より揮発性またはその両方である分子へと分解を開始する温度を意味する。

本明細書において用いられる用語「アルキレン」は、２〜１０個の炭素原子からなる直鎖または分枝の炭化水素ジラジカルを意味する。 アルキレンの例には、次に限定されないが、エチレン、ブチレン、ヘキサメチレンなどが含まれる。

本明細書において用いられる用語「平坦」は、面上の各点が基板の中心によって決まる線から約１００μｍ未満にあることを意味する。 好適には、面上の各点は基板の中心によって決まる線から約７５μｍ未満にあり、より好適には、面上の各点は基板の中心によって決まる線から約６０μｍ未満にある。

第一の態様では、本発明は、フレキシブル基板上の電子部品、電子回路またはその両方の組立を行う方法を提供する。 この方法は、フレキシブル基板を硬質担体へ暫定的に結合する工程と、この基板の露出面上で電子部品、電子回路またはその両方の組立を行う工程とを含む。

第一の態様の一実施形態では、本発明の提供するこの方法において、フレキシブル基板を硬質担体へ暫定的に取り付ける工程は、一時的材料を含む膜を硬質担体またはフレキシブル基板上に形成する工程と、この膜がフレキシブル基板と硬質担体との間に配置されるように、フレキシブル基板を硬質担体へ結合する工程とを含む。

第一の態様の好適な実施形態では、本発明の提供するこの方法において、一時的材料の膜を硬質支持体またはフレキシブル基板上に形成する工程は、硬質担体またはフレキシブル基板上に、溶媒中に一時的材料を含む溶液の層を形成する工程と、この層を乾燥させて膜を形成する工程とを含む。

一実施形態では、図１に示すように、硬質担体１０は本発明の一時的材料の膜１２で被覆されている。 一時的材料の溶液は、適切な溶媒に溶解された一時的材料（ポリ（アルキレンカーボネート）など）を含む。 一時的材料および溶媒（または複数の溶媒）はひとまとめにされ、長時間に渡り回転その他撹拌（または混合）されるうちに溶解される。 一時的材料を溶解するために加熱が行われてもよいが、温度は一時的材料の臨界分解温度未満に保持される。 一時的材料の溶液は、一時的材料の膜の分解温度を調節するために、ニトロセルロースまたはエチルセルロースなどの添加物をさらに含んでもよい（後述）。

一時的材料の溶液を用いた硬質担体またはフレキシブル基板上の一時的材料の膜は、溶液から膜を調製するための当業者に公知の任意の方法によって調製されてよい。 例えば、溶液をスプレーコート法、ドロップキャスト法、スピンコート法、ウェブコート法、ドクターブレード法、またはディップコート法に供することによって、担体または基板上に溶液の層を形成してもよい。 層が硬質担体上に形成される場合、好適には、硬質担体の表面上に溶液を分配し、担体を回転させて溶液を均一に分散させることによって、溶液のスピンコートを行う。 当業者には、溶媒中の一時的材料の濃度、溶液の粘度、回転率、および回転速度を選択することによって、スピンコート法により形成される層の厚さ、また最終的には膜の厚さを制御できることが理解される。

溶液層は、残溶媒を本質的に除去して一時的材料の膜を形成するために、フレキシブル基板または硬質担体の結合前に乾燥される。 この乾燥は、基板、担体および一時的材料のうちの１つ以上の劣化を生じない限り、当業者に公知の任意の方法に従ってよい。 例えば、層は、約８０℃〜１８０℃の範囲、好適には約１００℃〜１３０℃の範囲の温度で層を加熱することによって乾燥されてもよい。 別の実施例では、層は、真空中、約１００℃〜１８０℃の範囲の温度で層を加熱することによって乾燥されてもよい。 さらに別の実施例では、層は、約８０℃〜１８０℃の範囲の温度で層を加熱し、続いて、真空中（例えば、約１３３パスカル（約１ｔｏｒｒ）未満）、約１００℃〜１８０℃の範囲の温度で層を加熱することによって乾燥されてもよい。 いずれの加熱プロセスにおいても、層は、ほぼ全ての溶媒が除去されるまで、約１０〜１２０分間加熱されてよい。 当業者には、加熱中に一時的材料が安定なままである限り、加熱工程により高い温度（例えば、〜３００℃）が用いられてよいことが認められる。

最終的に、一時的材料の膜１２が１μｍ〜４０μｍの間の厚さであることが好適であり、２μｍ〜２０μｍの間の厚さであることがさらに好適である。
これに代えて、フレキシブル基板１４上に一時的材料の膜１２を形成するために、一時的材料の溶液の層をフレキシブル基板１４の裏面に被覆させ、続いて、上述のように乾燥プロセス、真空乾燥プロセスまたはその両方を行ってもよい。 好適には、フレキシブル基板上に一時的材料の膜を形成する場合、溶液のスピンコートを行うことによって溶液の層を形成し、続いて上述のように、層を乾燥させて膜を形成する。

図２に示すように、本発明のこの方法では、自立したフレキシブル基板１４は一時的材料の膜１２の上面へ結合される。 幾つかの異なる手順を用いて、一時的材料の膜１２上へフレキシブル基板１４を結合することが可能である。

一実施形態では、フレキシブル基板を結合する工程は、一時的材料の膜（フレキシブル基板上または硬質担体上の）を軟化状態まで（すなわち、一時的材料のガラス転移温度（Ｔ _ｇ ）より高温に）加熱する工程と、この基板を担体に直に取り付ける工程とを含む。 本発明において用いられる具体的な軟化温度は、本明細書の教示に基づいて実験的に決定することが可能であり、一時的材料の膜１２において用いられる具体的な材料に応じて異なる。 例えば、Ｔ _ｇは、次に限定されないが、熱重量分析（ＴＧＡ）、熱機械分析（ＴＭＡ）、示差走査熱量分析（ＤＳＣ）、および動的機械分析（ＤＭＡ）のうちの１つ以上などの手法を用いて決定できる。 従って、この実施形態では、一時的材料の膜１２は一時的材料としてのみならず接着物質としても機能する。

別の実施形態では、図３に示すように、フレキシブル基板を結合する工程は、硬質担体上の一時的材料の膜上に金属層または絶縁層１５を堆積する工程と、層１５上に両面接着物１７を配置する工程と、この両面接着物上に基板１４を配置する工程とを含む。 好適な金属には、次に限定されないが、スパッタリングによって堆積可能な金属（例えば、アルミニウム、金および銀）が含まれる。 好適な絶縁層には、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって蒸着可能な絶縁層（ＳｉＮおよびＳｉＯ _２など）が含まれる。 好適な両面接着物には、次に限定されないが、両面が粉末で被覆されたシリコーン接着物（アルゴン社（Ａｒｇｏｎ）のＰＣ５００シリーズ）、高性能シリコーン接着物（アドヒーシブリサーチ社（Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）のＡｒｃａｒｅ ７８７６）または同様のものが含まれる。

フレキシブル基板１４が硬質担体１０に暫定的に取り付けられると、電子回路の組立を行うための全ての所望のプロセス工程をフレキシブル基板１４上で行うことが可能である。 最終的な系は、第一の態様によって調製される場合、半導体ウエハとほぼ同じ寸法であるので、組立を行うにあたって標準的な加工用具を用いることができる。 所望の電子製品組立または加工工程が完了すると、一時的材料の膜を除去することによって、硬質担体からフレキシブル基板が取り外される。

第一の態様のさらなる実施形態では、本発明は、組立後、硬質担体からフレキシブル基板を取り外す方法を提供する。 この方法では、好適には、一時的材料の膜を加熱することによってフレキシブル基板が取り外される。 好適には、一時的材料は一時的材料の膜が分解する温度まで加熱され、その温度で保持される。 このような加熱は、好適には、空気中、または不活性雰囲気（例えば、窒素）中で行われる。 より好適には、このような加熱は空気中で行われる。

本発明の一時的材料およびその膜の分解温度および加熱時間は、本明細書の教示に基づき当業者に公知の方法を利用して（例えば、熱重量分析（ＴＧＡ）を用いて）容易に決定できる。 上述のように、分解温度を調節するために、一時的材料の膜１２に他の材料を用いることも可能である。 すなわち、一時的材料の膜が除去される温度は、フレキシブル基板の材料の安定性、様々な電子部品加工工程および材料との適合性またはその両方を維持する必要に応じて、上下されてよい。

他の手順を用いて一時的材料の膜除去を行ってもよい。 例えば、フラッシュランプ、ハロゲンランプによるＲＴＡ（高速熱アニール）法、またはレーザーを用いて、一時的材料の膜１２を燃焼させてもよい。

一時的材料の膜１２にポリ（アルキレンカーボネート）、好適には、ポリ（プロピレンカーボネート）が用いられる場合、そのような材料は図４の図に示すように空気中または不活性雰囲気中で極めてクリーンに迅速に分解する。 この分解は熱分解であることも、燃焼であることもある。 例えば、一時的材料の膜１２にポリ（アルキレンカーボネート）、特にポリ（プロピレンカーボネート）が用いられる場合、一時的材料の膜は、２４０℃以上の温度、好適には２４０℃〜３００℃の温度、より好適には２４０℃〜２６０℃の温度で除去される。

上述の実施形態の各々では、一時的材料の膜は好適には熱分解性ポリマーを含む。 より好適には、一時的材料の膜は、ポリ（アルキレンカーボネート）、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルブチリル）、ポリ（イソブチレン）、ポリ（ビニルピロリドン）、微結晶セルロース、ワックス、ポリ（乳酸）、ポリ（ジオキサノン）、ポリ（ヒドロキシブチレート）、ポリ（アクリレート）、ポリ（ベンゾシクロブテン）、およびそれらの混合物からなる群から選択される１つ以上の材料を含む。 さらに好適には、一時的材料の膜はポリ（アルキレンカーボネート）、例えば、ポリ（エチレンカーボネート）［ＱＰＡＣ（登録商標）２５］、ポリ（プロピレンカーボネート）［ＱＰＡＣ（登録商標）４０］、ポリ（ブチレンカーボネート）、またはそれらの混合物を含む。 さらに好適には、一時的材料の膜はポリ（プロピレンカーボネート）を含む。 ポリ（アルキレンカーボネート）の分解は極めてクリーンであるので、そうした材料は半導体素子の汚染リスクが低いために本発明において有利である。

上述の実施形態の各々では、好適には、フレキシブル基板は予形成されたフレキシブル基板である。 より好適には、フレキシブル基板は予形成されたプラスチックフレキシブル基板または予形成された金属フレキシブル基板である。 好適な金属フレキシブル基板には、ＦｅＮｉ合金（例えば、ＩＮＶＡＲ（商標）、ＦｅＮｉ、またはＦｅＮｉ３６。ＩＮＶＡＲ（商標）は幾らかの炭素およびクロムを含む鉄（６４％）およびニッケル（３６％）（重量で）の合金である）、ＦｅＮｉＣｏ合金（例えば、ＫＯＶＡＲ（商標）。ＫＯＶＡＲ（商標）は典型的にはニッケル２９％、コバルト１７％、シリコン０．２％、マンガン０．３％、および鉄５３．３％（重量で）からなる）、チタン、タンタル、モリブデン、アルクローム、アルミニウム、およびステンレス鋼が含まれる。 好適なプラスチックフレキシブル基板には、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリイミド、ポリカーボネート、および環状オレフィンコポリマーが含まれる。 このようなフレキシブル基板は薄いことが好適である（好適には、厚さ約１μｍ〜１ｍｍ）。 より好適には、フレキシブル基板は約５０μｍ〜５００μｍであり、さらに好適には、約５０μｍ〜２５０μｍである。

上述の実施形態の各々では、硬質担体は電子部品または電子回路の組立を行うために用いられる加工に耐えられる任意の材料を含む。 好適には、硬質担体は半導体材料を含む。 他の好適な態様および実施形態では、硬質担体は好適には１つ以上のほぼ平坦な表面を有する。 より好適には、硬質担体は半導体ウエハである。 さらに好適には、硬質担体はシリコンウエハ（好適には、平坦な表面を有する）である。

第二の態様では、本発明は、半導体基板上で電子部品、電子回路またはその両方の組立を行う方法を提供する。 この方法は、第一の面、第二の面、および厚さを備えた半導体基板を一時的材料の膜によって硬質担体へ暫定的に取り付ける工程を含み、第一の面は少なくとも１つの電子部品、電子回路またはその両方を備え、一時的材料の膜は半導体基板の第一の面と硬質担体との間にあり、一時的材料はポリ（アルキレンカーボネート）を含む。

第二の態様の一実施形態では、この方法は、半導体基板の第二の面の裏面研磨を行って半導体基板の厚みを減らす工程をさらに含む。 好適には、裏面研磨を行う工程は、機械研磨、ウェットエッチングまたはその両方を含む。

第二の態様の別の実施形態では、この方法は、半導体基板の第二の面の裏面研磨を行って半導体基板の厚みを減らす工程と、一時的層を加熱して硬質担体から半導体基板を取り外す工程とをさらに含む。 一時的層は、好適には、本発明の第一の態様に関して説明した任意の条件に従って加熱される。

第二の態様の実施形態では、一時的材料は半導体基板の第一の面上または硬質担体上のいずれに配置されてもよく、本発明の第一の態様に関して上述において説明した任意の方法に従って形成されてよい。

さらに、第二の態様の実施形態では、硬質担体は半導体基板またはガラスを含んでもよい。 好適には、硬質担体はＳｉまたはＳｉ（１００）を含む。 第二の態様の方法において用いられる半導体基板は、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＳｉＧｅＳｎ、ＧｅＳｎ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを独立に含んでもよい。 好適には、この方法において用いられる半導体基板は、ＳｉまたはＳｉ（１００）を独立に含む。 一時的材料は、好適には、ポリ（プロピレンカーボネート）またはポリ（エチレンカーボネート）を含み、より好適には、一時的材料はポリ（プロピレンカーボネート）を含む。 一時的材料の膜は、一時的材料の膜の分解温度を調節するために、ニトロセルロースまたはエチルセルロースなどの添加物を含んでもよい（上述）。

一時的材料の膜に用いられるポリ（アルキレンカーボネート）は、空気中または不活性雰囲気中で極めてクリーンに迅速に分解する。 ポリ（アルキレンカーボネート）一時的材料のクリーンで迅速な分解は、特に有利である。 さらに、一時的材料の膜は、２４０℃以上の温度、好適には２４０℃〜３００℃の温度、より好適には２４０℃〜２６０℃の温度で除去される。 一時的材料が空気雰囲気中、３００℃未満でクリーンに迅速に分解することによって、半導体素子の取扱いおよび組立において予想外の利点が提供される。

実施例１ 硬質担体上のポリ（プロピレンカーボネート）の膜の調製 ７２ｇのポリ（プロピレンカーボネート）（ＱＰＡＣ（登録商標）４０）を１５０ｇの酢酸エチルおよび５２８ｇの酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル（イーストマン社（Ｅａｓｔｍａｎ）のＤＥ Ａｃｅｔａｔｅ）へ混合した。 これらの材料をまとめ、穏やかに回転させながら２４時間溶解させた。 溶液の調製後、シリコンウエハの上面に２０ｍｌを分配し、４００回毎分で２０秒間スピンさせた。 次いで、スピンさせた材料を１２０℃で４０分間乾燥させ、シリコンウエハの上面上にポリ（プロピレンカーボネート）の膜を形成した。 このポリ（プロピレンカーボネート）膜から確実にほぼ完全に溶媒を除去するために、この系を１００℃で１６時間、真空焼成し、次いで、最後に１時間、１８０℃で真空焼成した。

実施例２ 硬質担体に対するステンレス鋼フレキシブル基板のアセンブリ シリコンウエハ硬質支持体上のポリ（プロピレンカーボネート）の膜を実施例１に従って調製した。 ステンレス鋼フレキシブル基板をシリコンウエハと整合するようにポリ（プロピレンカーボネート）膜の表面上に配置した。 次いで、このアセンブリをポリ（プロピレンカーボネート）層がわずかに軟化するまで約１２０℃〜１４０℃で加熱し、ステンレス鋼基板と硬質担体とを暫定的に結合させた。

実施例３ 硬質担体に対するステンレス鋼フレキシブル基板の代替のアセンブリ シリコンウエハ硬質支持体上のポリ（プロピレンカーボネート）の膜を実施例１に従って調製した。 アルミニウムの層（厚さ約５００ｎｍ）をポリ（プロピレンカーボネート）膜の表面上にスパッタリングした。 次に、両面接着物層をアルミニウム層の上面上に配置し、ステンレス鋼ホイル（Ｓｕｍｉｔｏｍｏ、タイプ３０４。厚さ１２５μｍ）を両面接着物層の上側に配置した。

本発明による、フレキシブル基板へ硬質担体を暫定的に取り付ける方法における最初の手順を示す簡略化した断面図。

フレキシブル基板へ硬質担体を暫定的に取り付けるためのさらなる手順を示す簡略化した断面図。

本発明による、フレキシブル基板へ硬質担体を暫定的に取り付ける別の方法を示す簡略化した断面図。

本発明による、一時的材料層の分解の熱分解または燃焼中の化学反応の図。