エキシマレーザリフトオフが変える フレキシブルデバイス製造

ラルフ・デルムダール

フレキシブルデバイスへの移行を実現する高出力UVレーザシステム

エキシマレーザの比類ないUVパルス出力により、薄く繊細な機能性フィルムデバイスを、リジッドなキャリア基板から高い歩留まりで剥離する工程は、薄くフレキシブルな新世代デバイス製造において、生産性を高めると同時に、製造コストを引き下げることができる。　
レーザ加工はこれまで常に、マイクロエレクトロニクス・デバイスの画期的な進歩を達成する上で鍵を握る技術だった。デバイス集積密度の要求が厳しくなる中で、平面方向と立体方向の両方で最大限の加工分解能を実現する短波長のUVレーザを採用する傾向が高まっている。UVレーザの中でも最も高性能な最新式のエキシマレーザに、広視野の投影光学部品を組み合わせることにより、達成可能な分解能のおよそ1万倍という、前例のない有効照射面積が得られるため、「高速加工」と「精密加工」の両立という、長年にわたる問題を解決することになる。米コヒレント社（Coherent）は、あらゆるサイズのウエハやパネルに対し、精密かつ安定な剥離加工を実現することで、ディスプレイや電子デバイスのフレキシブルな未来創成に貢献している。

リジッドなキャリア基板を用いたフレキシブルデバイスの製造

スマートウォッチ、ウェアラブル機器、曲面スマートフォンに用いられるフレキシブルディスプレイは、莫大な商業的可能性を秘めているが、その製造には大きな技術的課題が存在する。特に、フレキシブルディスプレイに用いられる薄いプラスチック基板は、非常に繊細なために従来の工具で搬送することが困難で、また複数の製造工程でさらされる高温によって、もともと高くない剛性が一般的に低下する。これは、薄いウエハの加工で遭遇するのと同じ問題である。ウエハは、高機能モバイルデバイスの内部に詰め込む、垂直積層のロジックやメモリチップ構造の占有スペースを縮小するために、フレキシブルになるレベルにまで薄化が施される。フレキシブルディスプレイパネルや極薄半導体ウエハを量産するための一般的な方法は、ポリマーでコーティングしたリジッドなガラスキャリア上に回路を作製し、最終工程で製造済みデバイスを剥離することである。技術的には、UVエキシマレーザのラインビームは、キャリアガラス基板を通してポリマー層に照射される。波長が短く表層で吸収が完結するため、ガラス基板に接合したポリマー層だけが蒸散する。308nmのエキシマレーザを使用する場合、パルス半値全幅（FWHM：Full Width at Half Maximum）が約25ns、エネルギー密度が約200J/cm²のシングルレーザパルスで層間剥離が生じる。波長が短いことにより、さらなる犠牲層を設けて吸収を促進させる必要もなくなる。

UV性能と信頼性がもたらす真の価値

量産には向かないことが明らかになったリジッドキャリアの剥離手法が多数存在する。例えば、機械的なリフトオフや化学的なエッチング処理は、時間のかかる不明確な方法であることから、製造歩留まりの損失を招きやすい。エッチング処理にはさらに、環境的に有害な物質の問題が伴う。レーザリフトオフによる剥離は、十分に短い波長（350nm 以下）が適用されるという条件の下で、ポリマーとガラスの境界領域でのレーザエネルギー吸収という優れた代替方法である。エキシマレーザは、他のレーザでは得られない最短の波長（一般的には308nm だが、レーザリフトオフ製造では248nmの波長も採用される）に加えて、最大のエネルギーとパワー出力を備えるため、繊細なマイクロエレクトロニクスを高い歩留まりで剥離し、比類ないスループットを量産エレクトロニクス市場に確実に提供する。実際、短波長のエキシマレーザシステムを、高品質のラインビーム光学部品と組み合わせて使用することによって得られる高い製造歩留まりの重要性は、どれだけ高く評価しても過大評価には当たらないことが、以下の項目からもわかる。

• レーザリフトオフによるキャリア剥 離は、高価値部品に適用される。
• レーザリフトオフ加工は、さまざま な加工方法の中でも最もコストのか からない処理の1つである。
• 多くの高価値部品やマイクロエレク トロニクス・デバイスは、リフトオフ 工程で品質低下の危険にさらされる。
• ディスプレイのレーザリフトオフ加 工時のわずか1%の歩留まり損失が、 年間で何百万ドルもの利益損失につ ながる。

大面積UVレーザリフトオフ加工

ディスプレイメーカーは、1～5m²程度のサイズの長方形のガラスキャリアパネルを採用している。フレキシブルディスプレイ製造時に適用される、基本的なリフトオフ加工手順を図1に示す。最初の工程では、一時的なガラスキャリア基板が薄いポリマーフィルムでスピンコーティングされる。ポリマー層はその後硬化される。

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出典元
http://ex-press.jp/wp-content/uploads/2017/09/tr_p16.pdf