JP2005249856A - Alignment joining method, alignment joining device, and optical device - Google Patents
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Description
本発明は、上下の基板をアライメントして接着するアライメント接合方法とアライメント接合装置、及び、そのアライメント接合方法やアライメント接合装置を用いて作製した光学素子に関する。 The present invention relates to an alignment bonding method and alignment bonding apparatus that align and bond upper and lower substrates, and an optical element manufactured using the alignment bonding method and alignment bonding apparatus.
従来、光学素子等の作製に用いるアライメント装置に関する従来技術としては、例えば図20に示すような構成のマスクアライナー装置等があった。図20において、符号101は光照射装置、102はアライメント光を照射するアライメントマーク検出光学系、103はマスクホルダ、104はマスク、105は真空排気口、106はマスク吸着溝、107はウエハチャック、108はウエハ吸着溝、109はウエハチャックをX,Y,θ方向に移動する移動装置、110はウエハ、111はレジスト、112はウエハチャックを支持するベース、113は図示しないステージでベース112を支持し上下(Z方向)に移動する移動機構、114はデバイスパターン、115はアライメントマーク、116はウエハ上に形成されたデバイスである。このマスクアライナー装置では、デバイス形成面にアライメントマーク115が設けられたウエハ110をウエハチャック107上に固定し、アライメントマーク検出光学系102を用いて、マスクホルダ103側からこのアライメントマーク115を検出し、一方のマスク104に設けたアライメントマーク115に位置合わせし、アライメント終了後、このアライメント位置に対して、デバイスパターン114を露光する。
Conventionally, as a conventional technique related to an alignment apparatus used for manufacturing an optical element or the like, for example, there has been a mask aligner apparatus or the like configured as shown in FIG. In FIG. 20,
通常、アライメントは、アライメントマーク115とデバイスパターン114を形成するための膜構成と、これをエッチングしてパターン化するために使用されるレジストパターンを形成するためのレジスト膜111が形成された上から、例えばアライメントマーク検出光学系102により、これらの膜構成とレジスト膜を通してアライメントマーク115が検出されて実行される。アライメントはアライメントマーク検出により、あらかじめ設定されているアライメントマーク位置と、デバイスパターン形成のための露光位置とのズレ量を検出した後、そのズレ量を補正するように露光すべきウエハの位置にウエハチャック107が移動した後、露光が実行される。
Usually, the alignment is performed from the state in which the film structure for forming the
この装置のマスクホルダ103は、露光部(光照射範囲)が開口した形状をしており、マスク104は開口の外側に設けた真空吸着用孔や溝により真空固定されるため、マスク103が反る問題があった。特に、板厚が薄いマスクでは反りの発生が顕著であった。この装置による上下の基板の接着の実施例は見当たらないが、仮に、この装置を2つの基板の接合に利用して接着を実施した場合、接着剤を基板全面に広げる際、上下の基板にかかる力により開口しているマスクホルダ側の基板が変形し、平行な状態で接着ができないことが予想される。
The
また、基板の裏面からアライメントする場合、一般のアライナー装置ではウエハチャック側にアライメント用窓が少なくとも2箇所設けてあり、この窓を通してアライメントしているが、基板の大きさが変更になった場合、この窓の間隔を変更する必要があった。この場合、ウエハチャックごと交換しているのが現状である。さらには、基板サイズが小さくなった場合、基板の固定と窓を形成するには限界があり、小さい基板には対応できないという問題があった。なお、一般にウエハチャックはアルミニウム(Al)板を精密加工し、表面にフッ素等の表面処理を施した光学的に不透明な構造のため、アライメント用窓が必要と成っている。また、特許文献1に記載の従来技術では、ウエハチャックにアライメント用窓を複数設け、その下のステージにアライメント検出部を備え、デバイスの裏面にアライメントマークを形成し、このアライメントマークを基準にデバイスの表面に半導体素子等を形成しているが、ウエハチャックにアライメント検出部に対応したアライメント用窓を複数設ける必要があるため、複数の基板サイズのウエハチャックやステージを準備する必要がある。また、ウエハチャックに窓を形成しているため、薄い基板を用いた場合、平面性が低下する、また、小さい基板サイズへの対応が困難である等の問題が予想される。
In addition, when aligning from the back side of the substrate, in a general aligner apparatus, at least two alignment windows are provided on the wafer chuck side, and alignment is performed through these windows, but when the size of the substrate is changed, It was necessary to change the interval of this window. In this case, the entire wafer chuck is currently replaced. Furthermore, when the substrate size is reduced, there is a limit in fixing the substrate and forming the window, and there is a problem that it cannot cope with a small substrate. In general, since the wafer chuck is an optically opaque structure in which an aluminum (Al) plate is precisely processed and surface treatment such as fluorine is performed, an alignment window is required. In the prior art described in
また、特許文献2に記載の従来技術のように基板の両面でアライメントする場合、透明基板の表面に第1のフォトマスクのパターンと位置合わせマークとを転写した後、透明基板の裏面を上にしてウエハチャックに載置し、第2のフォトマスクを用い、アライメント装置の顕微鏡の対物レンズの焦点をあらかじめ第2のフォトマスクのパターン面に合わせ、フォトマスクの中の位置合わせマークを顕微鏡の基準マークと合致させておき、次に透明基板の表面に形成した第1のフォトマスクの位置合わせマークに顕微鏡の焦点を合わせ、透明基板の裏面に設けた第2のフォトマスクのパターン位置ずれを修正した後、第2のフォトマスクを通してレジストを露光し、パターン化し、エッチングにより透明基板の裏面に第2のフォトマスクパターンを転写するが、この場合、形成したデバイスが露出するため、保護膜等のコートが必要になる。また、基板が厚い場合、顕微鏡の焦点位置合わせのための移動距離が長くなり、アライメント精度が低下する等の問題がある。
In addition, when the alignment is performed on both sides of the substrate as in the prior art described in
さらに、ウエハ基板とマスク基板の平行を規定する方法として、基板同士を密着、加圧して上下の平行出しを行う方法が有る。これは、マスク基板にウエハ基板を接触させるものであり、加圧力を接触面に発生した干渉縞で制御するものである。また、空気バネ(所謂エアダンパー)を用いてウエハ基板とマスク基板間にかかる力を一定にする方法が有るが、実際の接着工程で接着剤の粘性により接着剤の反発力が空気バネ圧力より大きくなり、接着厚み制御のみならず、平行が出なくなる等の問題がある。
なお、空隙制御方法としてホールセンサを用い、ウエハチャックとマスクホルダ間を制御する方法が有るが、装置コストが高くなる難点がある。
また、光学的に透明な基板同士をアライメントした後、片側から紫外線を照射し、硬化・接着する際、接着剤の硬化収縮で照射側に反りが発生する可能性があった。
Further, as a method for defining the parallelism of the wafer substrate and the mask substrate, there is a method of bringing the substrates into close contact and pressurizing so as to make parallel up and down. In this method, the wafer substrate is brought into contact with the mask substrate, and the applied pressure is controlled by the interference fringes generated on the contact surface. In addition, there is a method of making the force applied between the wafer substrate and the mask substrate constant by using an air spring (so-called air damper), but the repulsive force of the adhesive is more than the air spring pressure due to the viscosity of the adhesive in the actual bonding process. There is a problem that not only the adhesion thickness control but also parallelism does not occur.
Although there is a method of controlling the gap between the wafer chuck and the mask holder using a hall sensor as a gap control method, there is a drawback that the apparatus cost is increased.
In addition, after aligning optically transparent substrates, ultraviolet rays were irradiated from one side, and when curing / adhering, there was a possibility of warping on the irradiation side due to curing shrinkage of the adhesive.
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、平面性のよい基板ホルダと基板チャックを用い、かつアライメント精度の向上を図り、接合品質の向上を図ることができるアライメント接合方法及びアライメント接合装置を提供することを目的とする。また、本発明は、アライメント精度の向上と、1枚の基板ホルダ、基板チャックで各種基板サイズへの適用が可能な低コストなアライメント接合方法及びアライメント接合装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、接着層の厚みバラツキの少ない接着を行うことができ、かつ、基板が反らない、高品質な接合を行うことができるアライメント接合方法及びアライメント接合装置を提供することを目的とする。
さらに本発明は、上記のアライメント接合方法やアライメント接合装置を用いて作製した光学素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an alignment bonding method and an alignment bonding apparatus that use a substrate holder and a substrate chuck with good flatness, improve alignment accuracy, and improve bonding quality. The purpose is to provide. Another object of the present invention is to provide a low-cost alignment bonding method and alignment bonding apparatus that can be applied to various substrate sizes with a single substrate holder and substrate chuck. A further object of the present invention is to provide an alignment bonding method and an alignment bonding apparatus capable of performing high-quality bonding that can perform bonding with less thickness variation of the adhesive layer and that does not warp the substrate. To do.
Furthermore, an object of this invention is to provide the optical element produced using said alignment joining method and alignment joining apparatus.
上記目的を達成するための解決手段として、本発明は以下のような特徴を有している。
[1].本発明のアライメント接合方法は、基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部と、光学的に透明な平面部材からなる基板ホルダ部と、X,Y,Z,θの各方向に移動可能なステージと、光を照射する光照射部と、前記基板チャック部側に配置されアライメントを検出する手段とを備えた装置を用い、前記基板チャック部上に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、前記基板ホルダ部に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下の基板の平行を規定する工程と、上下の基板を接着する面の接着層の厚みを規定する工程と、上下の基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤の厚みを制御する工程と、光を照射して接着剤を硬化接着する工程とを有することを特徴とする(請求項1)。
As means for achieving the above object, the present invention has the following features.
[1]. The alignment bonding method of the present invention includes a substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing a substrate, a substrate holder portion made of an optically transparent flat member, and each direction of X, Y, Z, and θ. And an unevenness formed by etching on the substrate chuck portion using an apparatus comprising a stage movable to the surface, a light irradiation portion for irradiating light, and means for detecting alignment disposed on the substrate chuck portion side A step of setting a lower substrate provided with an alignment mark having an alignment mark, a step of setting an upper substrate provided with an alignment mark having unevenness formed by etching on the substrate holder portion, and defining the parallelism of the upper and lower substrates A step, a step of defining the thickness of the adhesive layer on the surface to which the upper and lower substrates are bonded, a step of aligning the alignment marks of the upper and lower substrates, and applying an adhesive And that step, a step of spreading the adhesive, the step of controlling the thickness of the adhesive, characterized by a step of curing the adhesive the adhesive is irradiated with light (claim 1).
[2].[1]に記載のアライメント接合方法において、前記上基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板ホルダ部の表面に、少なくとも複数のサイズに対応した溝もしくは孔が形成してあることを特徴とする(請求項2)。
[3].[1]または[2]に記載のアライメント接合方法において、前記下基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部の表面に、少なくとも複数のサイズに対応した溝もしくは孔が形成してあることを特徴とする(請求項3)。
[4].[1]〜[3]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法において、前記基板チャック部と前記基板ホルダ部の表面の基板吸着部以外の真空吸着用溝もしくは孔をシールする手段を用いることを特徴とする(請求項4)。
[2]. In the alignment joining method according to [1], grooves or holes corresponding to at least a plurality of sizes are formed on the surface of the substrate holder portion made of an optically transparent flat member for fixing the upper substrate. It is characterized (claim 2).
[3]. In the alignment bonding method according to [1] or [2], grooves or holes corresponding to at least a plurality of sizes are formed on a surface of a substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing the lower substrate. (Claim 3).
[4]. In the alignment bonding method according to any one of [1] to [3], means for sealing a vacuum suction groove or hole other than the substrate suction portion on the surface of the substrate chuck portion and the substrate holder portion is used. (Claim 4).
[5].[1]〜[4]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法において、前記上基板を固定する光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部を石英ガラスで構成したことを特徴とする(請求項5)。
[6].[1]〜[5]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法において、前記下基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部を石英ガラスで構成したことを特徴とする(請求項6)。
[5]. In the alignment bonding method according to any one of [1] to [4], the mask holder portion made of an optically transparent planar member for fixing the upper substrate is made of quartz glass ( Claim 5).
[6]. In the alignment bonding method according to any one of [1] to [5], the substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing the lower substrate is made of quartz glass. Claim 6).
[7].[1]〜[6]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法において、前記下基板を載置固定する基板チャック部と、前記上基板を固定する基板ホルダ部の間に、寸法が既知の平板または円柱もしくは球を挿入し、アライメント接着基板間の平行と接着層厚みを規定することを特徴とする(請求項7)。
[8].[1]〜[7]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法において、前記上下基板のアライメントマークの位置合わせを基板チャック側から実施することを特徴とする(請求項8)。
[9].[1]〜[7]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法において、前記接着剤を硬化接着する光は光学的に透明な基板チャック側と基板ホルダ側から交互に照射することを特徴とする(請求項9)。
[7]. In the alignment joining method according to any one of [1] to [6], a dimension is known between a substrate chuck portion for mounting and fixing the lower substrate and a substrate holder portion for fixing the upper substrate. A flat plate, a cylinder, or a sphere is inserted to define the parallelism between the alignment adhesive substrates and the thickness of the adhesive layer (Claim 7).
[8]. In the alignment bonding method according to any one of [1] to [7], alignment of the alignment marks on the upper and lower substrates is performed from the substrate chuck side (claim 8).
[9]. In the alignment bonding method according to any one of [1] to [7], the light for curing and bonding the adhesive is alternately irradiated from the optically transparent substrate chuck side and the substrate holder side. (Claim 9).
[10].本発明のアライメント接合装置は、基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部と、光学的に透明な平面部材からなる基板ホルダ部と、X,Y,Z,θの各方向に移動可能なステージと、光を照射する光照射部と、前記基板チャック部側に配置されアライメントを検出する手段とを備え、前記基板チャック部上に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、前記基板ホルダ部に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下の基板の平行を規定する手段と、上下の基板を接着する面の接着層の厚みを規定する手段と、上下の基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤の厚みを制御する手段と、光を照射して接着剤を硬化接着する手段とを具備し、請求項[1]〜[9]のいずれか一つに記載のアライメント接着方法を用いたことを特徴とする(請求項10)。
[10]. The alignment bonding apparatus of the present invention includes a substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing a substrate, a substrate holder portion made of an optically transparent flat member, and each direction of X, Y, Z, and θ. An alignment mark having an unevenness formed by etching on the substrate chuck portion, and a light irradiation portion for irradiating light, and means for detecting alignment disposed on the substrate chuck portion side. Means for setting a lower substrate provided with: means for setting an upper substrate provided with an alignment mark having irregularities formed by etching on the substrate holder portion; means for defining parallelism of the upper and lower substrates; Means for defining the thickness of the adhesive layer on the surface to which the substrate is bonded, means for aligning the alignment marks of the upper and lower substrates, means for applying an adhesive, The means according to any one of
[11].基板を接着剤で接合した構造を有する光学素子において、[1]〜[9]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法を用いて作製したことを特徴とする(請求項11)。
[12].基板を接着剤で接合した構造を有する光学素子において、[10]に記載のアライメント接着装置により作製したことを特徴とする(請求項12)。
[13].[11]または[12]に記載の光学素子において、基板上あるいは基板間に回折格子またはホログラムを有し、偏光分離機能を有することを特徴とする(請求項13)。
[11]. An optical element having a structure in which substrates are bonded with an adhesive, which is manufactured using the alignment bonding method according to any one of [1] to [9].
[12]. An optical element having a structure in which substrates are bonded with an adhesive, is manufactured by the alignment bonding apparatus according to [10] (claim 12).
[13]. In the optical element according to [11] or [12], the optical element has a diffraction grating or a hologram on or between the substrates, and has a polarization separation function (claim 13).
前記解決手段の[1]に記載のアライメント接合方法では、基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部と、光学的に透明な平面部材からなる基板ホルダ部と、X,Y,Z,θの各方向に移動可能なステージと、光を照射する光照射部と、前記基板チャック部側に配置されアライメントを検出する手段とを備えた装置を用い、前記基板チャック部上に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする工程と、前記基板ホルダ部に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする工程と、上下の基板の平行を規定する工程と、上下の基板を接着する面の接着層の厚みを規定する工程と、上下の基板のアライメントマークを位置合わせする工程と、接着剤を塗布する工程と、接着剤を広げる工程と、接着剤の厚みを制御する工程と、光を照射して接着剤を硬化接着する工程とを有することにより、上基板の反りを低減することができ、アライメント精度及び均一な接着層の厚みを確保することができ、デバイスの外形寸法精度が向上し、高品質なアライメント接合を達成することができる。 In the alignment joining method according to [1] of the above solution, a substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing the substrate, a substrate holder portion made of an optically transparent flat member, and X, Y , Z, θ, a device that includes a stage that can move in each direction, a light irradiation unit that irradiates light, and a unit that is disposed on the substrate chuck unit side and that detects alignment, on the substrate chuck unit. A step of setting a lower substrate provided with an alignment mark having unevenness formed by etching, a step of setting an upper substrate provided with an alignment mark having unevenness formed by etching, on the substrate holder, Aligning the alignment marks of the upper and lower substrates, the step of defining the parallelism of the substrates, the step of defining the thickness of the adhesive layer on the surface to which the upper and lower substrates are bonded Warping the upper substrate by having a step, a step of applying an adhesive, a step of spreading the adhesive, a step of controlling the thickness of the adhesive, and a step of curing and bonding the adhesive by irradiating light , The alignment accuracy and the uniform thickness of the adhesive layer can be ensured, the external dimension accuracy of the device is improved, and high-quality alignment bonding can be achieved.
前記解決手段の[2]〜[6]に記載のアライメント接合方法では、[1]の効果に加え、上下の基板を固定する石英ガラス製の基板ホルダ部と基板チャック部の表面に、少なくとも2種類の基板サイズに対応した、基板吸着用溝もしくは孔を形成し、使用する基板サイズから外れた基板吸着部以外の溝もしくは孔をシールすることで、複数の基板サイズに対応でき、基板サイズ毎に石英ガラス製の基板ホルダと基板チャック部を準備する必要性がなくなり、その分、取り替え工程が短縮でき、装置及びデバイスの低コスト化を達成することができる。 In the alignment bonding method according to [2] to [6] of the solving means, in addition to the effect of [1], at least 2 on the surfaces of the quartz glass substrate holder portion and the substrate chuck portion for fixing the upper and lower substrates. By forming a groove or hole for substrate adsorption corresponding to the type of substrate size and sealing the groove or hole other than the substrate adsorption part that deviates from the substrate size to be used, it is possible to accommodate multiple substrate sizes. In addition, there is no need to prepare a quartz glass substrate holder and a substrate chuck portion, and accordingly, the replacement process can be shortened, and the cost of the apparatus and the device can be reduced.
前記解決手段の[7]に記載のアライメント接着方法では、[1]〜[6]のいずれかの効果に加え、上下の基板を載置固定する基板チャック部と基板ホルダ部間に、同一寸法の平板または円柱もしくは球を挿入し、アライメント接合基板間の平行と接着層厚みを規定したことにより、接合品質を向上することができる。 In the alignment bonding method according to [7] of the solution means, in addition to the effect of any one of [1] to [6], the same dimension is provided between the substrate chuck portion and the substrate holder portion on which the upper and lower substrates are placed and fixed. By inserting a flat plate, a cylinder, or a sphere, and defining the parallelism between the alignment bonded substrates and the thickness of the adhesive layer, the bonding quality can be improved.
前記解決手段の[8]に記載のアライメント接着方法では、[1]〜[7]のいずれかの効果に加え、アライメントマークの位置合わせを基板チャック部側から実施することにより、高いアライメント精度の接合方法を提供することができる。また、光を散乱もしくは遮光する基板に対しても利用が可能な接合方法を提供することができる。 In the alignment adhesion method described in [8] of the solution means, in addition to the effect of any one of [1] to [7], alignment of the alignment mark is performed from the substrate chuck portion side, thereby achieving high alignment accuracy. A bonding method can be provided. Further, it is possible to provide a bonding method that can be used for a substrate that scatters or blocks light.
前記解決手段の[9]に記載のアライメント接着方法では、[1]〜[8]のいずれかの効果に加え、前記接着剤を硬化接着する光は光学的に透明な基板チャック側と基板ホルダ側から照射することにより、接着剤による収縮を均等化でき、高品質な接合が可能となる。 In the alignment bonding method according to [9] of the solving means, in addition to the effect of any of [1] to [8], the light for curing and bonding the adhesive is optically transparent on the substrate chuck side and the substrate holder By irradiating from the side, shrinkage due to the adhesive can be equalized, and high-quality joining is possible.
前記解決手段の[10]に記載のアライメント接合装置では、基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部と、光学的に透明な平面部材からなる基板ホルダ部と、X,Y,Z,θの各方向に移動可能なステージと、光を照射する光照射部と、前記基板チャック部側に配置されアライメントを検出する手段とを備え、前記基板チャック部上に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた下基板をセットする手段と、前記基板ホルダ部に、エッチングにより形成される凹凸を有するアライメントマークを備えた上基板をセットする手段と、上下の基板の平行を規定する手段と、上下の基板を接着する面の接着層の厚みを規定する手段と、上下の基板のアライメントマークを位置合わせする手段と、接着剤を塗布する手段と、接着剤を広げる手段と、接着剤の厚みを制御する手段と、光を照射して接着剤を硬化接着する手段とを具備し、請求項[1]〜[9]のいずれか一つに記載のアライメント接着方法を用いたことにより、[1]〜[9]のいずれかと同様の効果が得られ、高品質で安定した接合を行うことができる接合装置を提供することができる。 In the alignment bonding apparatus according to [10] of the above solution, a substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing the substrate, a substrate holder portion made of an optically transparent flat member, and X, Y , Z, θ, a light irradiation unit for irradiating light, and means for detecting alignment that is arranged on the substrate chuck unit side, and is formed on the substrate chuck unit by etching Means for setting a lower substrate provided with alignment marks having unevenness, means for setting an upper substrate provided with alignment marks having unevenness formed by etching on the substrate holder portion, and parallelism of upper and lower substrates Means for prescribing, means for prescribing the thickness of the adhesive layer on the surface to which the upper and lower substrates are bonded, means for aligning the upper and lower substrate alignment marks, Claims [1] to [9] comprising means for applying an adhesive, means for spreading the adhesive, means for controlling the thickness of the adhesive, and means for curing and bonding the adhesive by irradiating light. By using the alignment bonding method according to any one of the above, an effect similar to any one of [1] to [9] can be obtained, and a high-quality and stable bonding apparatus can be provided. can do.
前記解決手段の[11]、[12]に記載の光学素子では、[1]〜[9]のいずれか一つに記載のアライメント接合方法、あるいは[10]に記載のアライメント接合装置を用いて作製したことにより、接合品質の良い高品質な光学素子を得ることができる。
また、[13]に記載の光学素子のように、基板上あるいは基板間に回折格子またはホログラムを有し、偏光分離機能を有する構成の場合には、波面収差の向上と小型化が可能な偏光分離素子を得ることが可能となる。そして、この偏光分離素子は、光ディスクドライブ装置の光ピックアップ装置等に好適に利用することができる。
In the optical element according to [11] and [12] of the solving means, the alignment bonding method according to any one of [1] to [9] or the alignment bonding apparatus according to [10] is used. As a result, a high-quality optical element with good bonding quality can be obtained.
Further, in the case of a configuration having a diffraction grating or a hologram on a substrate or between substrates as in the optical element described in [13] and having a polarization separation function, polarized light capable of improving the wavefront aberration and reducing the size. A separation element can be obtained. The polarization separation element can be suitably used for an optical pickup device of an optical disk drive device.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図示の実施例に基いて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
[実施例1]
まず、本発明の第1の実施例を図1乃至図14を参照して説明する。
図1は多数の光学素子を形成した直径φ100mmのウエハ状の接合基板40の概略断面図であり、この接合基板40は、直径φ100mm、厚さ1.00mmのBK−7からなるガラス基板に多数の格子8とアライメントマーク9を形成した上基板1と、直径φ100mm、厚さ1.00mmのBK−7からなるガラス基板に直径φ80mm、厚さ0.10mmの有機複屈折膜3を有機複屈折膜3と同じ屈折率の紫外線硬化型接着剤6で中心を合わせて接着した後、有機複屈折膜上に多数の回折格子(またはホログラム)10とアライメントマーク11を形成した下基板2と、上基板1と下基板2を接着する接着剤5と、回折格子10の溝を充填する接着剤7と、該接着剤7で有機複屈折膜付きの下基板2に接着される保護基板4とから成っている。そして、この接合基板40を後述するダイシングソー等によって複数個に切断することにより、多数の光学素子を得ることができる。以下、この接合基板40の具体的な製法を説明する。
[Example 1]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a wafer-like bonded
初めに、下基板2を構成する直径φ100mm、厚さ1.00mmのショット製光学ガラスBK−7からなる透明基板を図示しない回転塗布装置の基板固定テーブルに載せ、真空吸着し、固定した。その後、基板固定テーブルを10〜50rpmで回転させながら、下基板2の中央部にディスペンサーを用いて屈折率1.52、粘度500cps(25℃)のエポキシ樹脂系紫外線硬化型接着剤6を約10g滴下した。その後、基板固定テーブルを300〜500rpmで回転させ、下基板全面に紫外線硬化型接着剤6を広げ、基板固定テーブルの回転を停止した。その後、直径80mm、厚さ100μmの有機複屈折膜3の中心を下基板2の中心に合わせ、載置装置を用いて下基板上の接着剤面に載せた。その後、基板固定テーブルを1000〜2000rpmで回転させ、紫外線硬化型接着剤6を振り切り、接着層厚さを下基板面内で一定にして有機複屈折膜3の表面を平坦化した。その後、基板固定テーブルの回転を停止し、有機複屈折膜側から高圧水銀灯を用いて紫外線を照射し、紫外線硬化型接着剤6を硬化した。このときの硬化後の接着剤厚みは20μmであった。
First, a transparent substrate made of shot optical glass BK-7 having a diameter of φ100 mm and a thickness of 1.00 mm constituting the
次に、有機複屈折膜3を接着した下基板2を基板固定テーブルから外し、有機複屈折膜上にポジレジストを1.1μmの厚さに塗布し、90℃で30分のプリベークを行った後、下基板2を縮小投影露光装置(NA=0.45、σ=0.6、波長;i線)に装着し、1000周期ある2.0μmライン・アンド・スペースのデバイスパターンと、ライン幅30μm、長さ130μmの十字形状のアライメントパターンと、外形位置合わせ用の直径φ100μmのパターンのレチクルを用いて露光を行った。次いで現像液NMD−3を用いて現像を行い、100℃で30分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。その後、スパッタ法によって前記のレジストパターン上にアルミニウム(Al)を蒸着し、引き続きアセトンを用いてレジストを溶解してAlのリフトオフを行い、レジストパターンを反転させたAlパターンを完成させた後、日本真空技術社製のNLD−800エッチング装置を用いて基板バイアス200W、アンテナ電力1KW、酸素ガス40SCCM、基板温度−30℃のエッチング条件で、前記のAlパターンを金属マスクにして有機複屈折膜3を4μmの深さにエッチングした。その後、リン酸系のAlエッチング液を用いてAlパターンを除去し、1000周期ある凹凸格子(以後、回折格子と記述)10と凹凸形状のアライメントマーク11とを完成させた。図2(a)は完成した下基板の平面図と断面図であり、図3(a)は下基板2の有機複屈折膜3上にアライメントマーク11として形成された外形アライメント用マーク11aとデバイス用アライメントマーク11bを示している。
Next, the
一方の上基板1は、直径φ100mm、厚さ1.00mmのショット製光学ガラスBK−7からなる透明基板で構成されており、初めに、上基板上にポジレジストを1.1μmの厚さに塗布し、90℃で30分のプリベークを行った後、上基板1を縮小投影露光装置(NA=0.45、σ=0.6、波長;i線)に装着し、1000周期ある5μmライン・アンド・スペースのデバイスパターンとライン幅20μm、長さ110μmの十字形状アライメントパターンのレチクルを用いて露光を行った。次いで現像液NMD−3を用いて現像を行い、100℃で30分のポストベークを行い、周期的なレジストパターンを完成させた。その後、日本真空技術社製のNLD−800エッチング装置を用いて基板バイアス200W、アンテナ電力1.5KW、CF4ガス60SCCM、基板温度−30℃のエッチング条件で、前記のレジストパターンをマスクにして0.5μmの深さまでエッチングした。その後、アセトンを用いてレジストを溶解して除去し、1000周期ある凹凸格子8と凹凸形状のアライメントマーク9とを完成させた。図2(b)は完成した上基板の平面図と断面図であり、図3(b)は上基板1上にアライメントマーク9として形成されたデバイスアライメント用マークを示している。
One
さらに保護基板4は、直径φ100mm、厚さ1.00mmのショット製光学ガラスBK−7からなる透明基板で構成されており、初めに、保護基板上にポジレジストを1.1μmの厚さに塗布し、90℃で30分のプリベークを行った後、保護基板4を縮小投影露光装置(NA=0.45、σ=0.6、波長;i線)に装着し、直径φ80μmのアライメントパターンのレチクルを用いて露光を行った。次いで現像液NMD−3を用いて現像を行い、100℃で30分のポストベークを行い、レジストパターンを完成させた。その後、日本真空技術社製のNLD−800エッチング装置を用いて基板バイアス200W、アンテナ電力1.5KW、CF4ガス60SCCM、基板温度−30℃のエッチング条件で、前記のレジストパターンをマスクにして0,5μmの深さまでエッチングした。その後、アセトンを用いてレジストを溶解して除去し、基板外形を位置合わせするためのアライメントマーク12を完成させた。図2(c)は完成した保護基板の平面図と断面図であり、図3(c)は保護基板4上にアライメントマーク12として形成されたデバイスアライメント用マークを示している。
Further, the
図4は本発明の一実施例を示すアライメント接合装置の概略断面図である。このアライメント接合装置20は、上部光照射装置21と、下部光照射装置22と、下部照射光反射装置23と、アライメント光を照射してアライメントマークを検出するアライメント検出光学系24と、真空排気口32と4インチ径、6インチ径、8インチ径の複数の基板吸着用溝(幅1mm、深さ0.3mm)33を有する直径φ250mm、厚み20mmの石英ガラス製マスクホルダ(基板ホルダ部)25と、真空排気口34と4インチ径、6インチ径、8インチ径の基板吸着用溝(幅1mm、深さ0.3mm)35を有する直径φ250mm、厚み15mmの石英ガラス製ウエハチャック(基板チャック部)26と、石英ガラス製ウエハチャックが載置されるステージ27と、ステージをX,Y,θの各方向に移動するステージ移動装置28と、ステージ27を上下方向(Z方向)に移動するZ軸移動制御装置29と、Z軸移動制御装置29が固定されるベース30と、ベース30が固定される架台31と、図示しない接着剤滴下装置から構成されている。なお、上下の光照射装置21,22には図示しないシャッターが内蔵してある。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an alignment bonding apparatus showing an embodiment of the present invention. The
以下、図4に示す構成のアライメント接合装置20を用い、図2に示す下基板2に保護基板4と上基板1を接合する場合の接合方法を説明する。
初めに、基板吸着窓を有したポリエステルフィルム36を石英ガラス製マスクホルダ25に装着・固定し、基板吸着部以外の真空吸着用溝33をシールする。そして前述した方法で作った直径φ100mm、厚さ0.50mmのショット製光学ガラスBK−7からなる保護基板4を前記基板吸着窓に載置し、真空吸着により石英ガラス製マスクホルダ25に固定した。次に、アライメント検出光学系(画像記憶装置付き顕微鏡)24により保護基板4の外形アライメント用マーク12を検出し、図5に示すように、マーク12を画像記憶装置のモニタ上の十字線で挟み込み、この画像を記憶する。
Hereinafter, a bonding method in the case where the
First, the
次に、図6(a)に示すように、6インチ、8インチの基板吸着用溝35をシールするために内径φ110mm、外径210mmに切り抜いた厚み0.1mmのポリエステルフィルム37を石英ガラス製ウエハチャック26に載置した。その後、図6(b)に示すように、前述した方法で作った下基板2を石英ガラス製ウエハチャック26に真空吸着により固定した。
Next, as shown in FIG. 6A, a
次に、図7に示すように、石英ガラス製ウエハチャック26と石英ガラス製マスクホルダ25間に、直径φ5mm、高さ5.000mm、平行度0.001mm、表面粗さRa<10nmのジルコニア円柱38を図示しない支持アームの移動により同一円周上の120°等分の位置に3個挿入し、Z軸移動制御装置29によりステージ27を上昇して、石英ガラス製ウエハチャック26と石英ガラス製マスクホルダ25間にジルコニア円柱37を挟み、1N/個で加圧、停止した点をギャップ5.000mm及び平行面として記憶・固定した。
その後、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26を下降し、ジルコニア円柱38を基板外へ移動した。
Next, as shown in FIG. 7, between the quartz
Thereafter, the quartz
次に、下基板2を図で左の方向に押し出し、下基板2の中央に図示しないディスペンサーを用い、オーテックス社製の紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤EX1500−4、粘度1000cps(23℃)を0.5mL滴下し、下基板2を図で右の方向に戻し、接着層厚み100μm以上を確保するギャップまでZ軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26を上昇した。
Next, the
次に、図8に示すように、下基板2と保護基板4の外形アライメント用マーク11a,12の位置検出をアライメント検出光学系(画像記憶装置付き顕微鏡)24により行い、アライメントを行った。初めに、図8(a)に示すように、顕微鏡の焦点位置を下基板2に合わせて下基板2の外形アライメント用マーク11aを検出し、保護基板4の外形アライメント用マーク12を記憶していた画像記憶装置のモニタの十字線画像と、検出された外形アライメント用マーク11aとのエラー(画像を記憶した十字線とのズレ)を検出した後、図8(b)に示すように、ステージ移動装置28により石英ガラス製ウエハチャック26をX,Y,θの各方向に移動させることにより補正した。図8(c)に位置合わせ後の下基板2と保護基板4のアライメントマーク11a,12を示す。
Next, as shown in FIG. 8, the alignment of the
これを基板面内で同一線上の50mm離れた少なくとも2点で実施した。アライメント補正後、石英ガラス製ウエハチャック26はステージ27に真空吸着等により固定される。その後、最終接着剤厚み50μmを確保するため、再度、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26を上昇し、図9に示すように、接着剤7を基板全体に押し広げ、ギャップ1.700mmの位置で停止し、接着剤7の広がりが十分行われる間、この状態を2分間保持した。このとき、基板2,4の総厚み1.500mm、有機複屈折膜3の厚みが0.100mm、下基板2と有機複屈折膜3の接着剤厚みが0.050mm、有機複屈折膜3と保護基板4の接着剤厚みが0.050mmである。
This was carried out at at least two points 50 mm apart on the same line within the substrate surface. After the alignment correction, the quartz
次に、図9に示すように、アライメント検出光学系を図示しない移動装置により光照射範囲外へ移動した後、上下の光照射装置21,22により、接着剤全面に波長365nm、光強度40mW/cm2の紫外線(UV)を、2秒間ずつ交互に各50回照射し、接着剤7を硬化した。なお、光照射はシャッターを切り替えて一方の紫外線光が他方の光照射装置に入り込まないようにした。
その後、石英ガラス製マスクホルダ25の真空吸着を切り、保護基板4の真空吸着を解除する。次にZ軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26を下降した後、石英ガラス製ウエハチャック26の真空吸着を切り、保護基板4をアライメント接合した下基板2を取り出し、図10に示すような断面構造の保護基板付き下基板2とした。
Next, as shown in FIG. 9, after the alignment detection optical system is moved out of the light irradiation range by a moving device (not shown), the upper and lower
Thereafter, the vacuum suction of the quartz
次に、上基板1と、保護基板付き下基板2とのアライメント接合を行った。
初めに、前述した方法で作った直径φ100mm、厚さ1.000mmのBK−7からなる上基板1を真空吸着により石英ガラス製マスクホルダ25に固定した後(図4において保護基板4を上基板1に置き換えた状態)、アライメント検出光学系(画像記憶装置付き顕微鏡)24によりアライメントマーク9を検出し、図11に示すように、このマーク9を画像記憶装置のモニタ上の十字線で挟み込み、この画像を記憶する。
Next, alignment bonding of the
First, after fixing the
次に、保護基板付き下基板2を石英ガラス製ウエハチャック26に真空吸着により固定した後、石英ガラス製ウエハチャック26と石英ガラス製マスクホルダ25間に、直径φ5mm、高さ5.000mm、平行度0.001mm、表面粗さRa<10nmのジルコニア円柱38を図示しない支持アームの移動により同一円周上の120°等分の位置に3個挿入した後、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26を上昇し、石英ガラス製ウエハチャック26と石英ガラス製マスクホルダ25間にジルコニア円柱38を挟み込み(図7において保護基板4を上基板1に置き換え、下基板2を保護基板付き下基板2に置き換えた状態)、1N/個で加圧、停止した点をギャップ5.000mm及び平行面として記憶・固定した。その後、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャックを下降し、ジルコニア円柱38を基板外へ移動した。
Next, after the
次に、保護基板付き下基板2を図で左の方向に押し出し、下基板2の中央に図示しないディスペンサーを用い、オーテックス社製の紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤EX1500−4、粘度1000cps(23℃)を0.5mL滴下し、下基板2を図で右の方向に戻し、接着層厚み100μm以上を確保するギャップまでZ軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャックを上昇した。
Next, the
図12(a)に、画像記憶装置のモニタ画面上で上基板1のアライメントマーク9を挟み込み記憶した十字線と、保護基板付き下基板2のアライメントマーク11a,11b,12を、図12(b)に位置合わせ後の上基板1と保護基板付き下基板2のアライメントマーク9,11a,11b,12を示す。初めに、アライメント検出光学系(画像記憶装置付き顕微鏡)24の顕微鏡の焦点位置を保護基板付き下基板2の有機複屈折膜3上に合わせ、有機複屈折膜3上のアライメントマーク11a,11bを検出し、あらかじめ記憶しておいた上基板1のアライメントマーク画像と、検出されたアライメントマークとのエラー(画像を記憶した十字線とのズレ)を検出する。そして、ステージ移動装置28により、ウエハチャック26をX,Y,θの各方向に移動させることにより位置を補正した。これを基板面内で同一線上の50mm離れた少なくとも2点で実施した。アライメント補正後、石英ガラス製ウエハチャック26はステージ27に真空吸着等により固定される。
FIG. 12A shows the crosshairs in which the
次に、最終接着剤厚み50μmを確保するため、再度、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26を上昇し、図13に示すように、接着剤5を基板全体に押し広げ、ギャップ2.750mmの位置で停止し、接着剤5の広がりが十分行われる間、この状態を2分間保持した。このとき、上基板厚みが1.000mm、保護基板付き下基板厚みが1.700mm、接着層厚みが0.050mmである。
Next, in order to secure a final adhesive thickness of 50 μm, the quartz
次に、図13に示すように、アライメント検出光学系24を図示しない移動装置により光照射範囲外へ移動した後、上下の光照射装置21,22により、接着剤全面に波長365nm、光強度40mW/cm2の紫外線(UV)を、2秒間ずつ交互に各50回照射し、接着剤5を硬化した。
なお、光照射はシャッターを切り替えて一方の紫外線光が他方の光照射装置に入り込まないようにした。その後、 石英ガラス製マスクホルダ25の真空吸着を切り、上基板1の真空吸着固定を解除する。次にZ軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26を下降した後、石英ガラス製ウエハチャック26の真空吸着を切り、上基板1を保護基板付き下基板2にアライメント接着した接合基板を取り出す。これにより、図1に示したような断面構造の接合基板40が得られる。
Next, as shown in FIG. 13, after the alignment detection
For light irradiation, the shutter was switched to prevent one ultraviolet light from entering the other light irradiation device. Thereafter, the vacuum suction of the quartz
このアライメント接着した接合基板40を、図14に示すように、ダイシング装置のダイシングソー41により6mm角(6mm×6mm)の大きさに切断して、多数の光学素子42を切り出した。この光学素子42は、図1に示したように上下の基板間に有機複屈折膜3からなる回折格子10を有しており、入射光の偏光状態に応じて出射光を透過光と回折光に分離する偏光分離機能を有する偏光分離素子である。尚、本実施例では、下基板2に接着した有機複屈折膜3に周期的凹凸格子(回折格子)10を形成した例を示したが、有機複屈折膜3にホログラムを形成すれば偏光ホログラム素子となる。
As shown in FIG. 14, the alignment bonded
本実施例では上下基板のZ方向のアライメントマーク間隔が0.5mmから最大で2.15mm離れたロングギャップアライメントであり、従来のマスクアライメント装置の4倍程度のアライメント間隔で実施している。マスクホルダ(基板ホルダ)25及びウエハチャック(基板チャック)26の材質は上下の光照射装置21,22及び、アライメント検出光学系24に用いる波長を透過する材質で、ヤング率が石英ガラスと同等もしくはそれ以上あればよいが、紫外線透過率、材料コスト、加工コスト等を考慮すると石英ガラスがより好適であった。
また、上下の基板の固定を、光学的に平面な石英ガラスからなるマスクホルダ(基板ホルダ)25とウエハチャック(基板チャック)26で基板全面を真空吸着により一体化固定していることにより、基板の剛性が高くなっているため、接着剤を基板全面に広げる際に基板面にかかる力による基板の変形を防止できる。
また、マスクホルダ(基板ホルダ)25とウエハチャック(基板チャック)26に複数の基板サイズに対応した基板固定用の真空吸着用溝33,35を有し、基板吸着部以外の真空吸着用溝をポリエステルフィルム36,37でシールすることにより、1組のマスクホルダ(基板ホルダ)25とウエハチャック(基板チャック)26で複数の基板サイズに対応でき、各種サイズのマスクホルダやウエハチャックを準備する必要がない。
In this embodiment, long gap alignment is performed with the alignment mark interval in the Z direction between the upper and lower substrates being 0.5 mm away from the maximum of 2.15 mm, and the alignment interval is about four times that of the conventional mask alignment apparatus. The material of the mask holder (substrate holder) 25 and the wafer chuck (substrate chuck) 26 is a material that transmits the wavelengths used for the upper and lower
In addition, the upper and lower substrates are fixedly integrated by vacuum suction with a mask holder (substrate holder) 25 and a wafer chuck (substrate chuck) 26 made of optically flat quartz glass. Therefore, when the adhesive is spread over the entire surface of the substrate, deformation of the substrate due to the force applied to the substrate surface can be prevented.
The mask holder (substrate holder) 25 and wafer chuck (substrate chuck) 26 have
さらに、従来は基板の平行出しとアライメントギャップ基準出しは基板同士を全面接触させて実施していたが、本実施例の方法では基板を外した面に基準と成るジルコニア円柱を挿入することで、基板表面に形成したレジストパターンやデバイス等へのダメージを防止できる。
また、接着剤の硬化工程で、接着剤の両面から交互に紫外線を照射したことで、接着剤の硬化収縮を均等化し、基板の反りを低減できる。
また、上下基板のアライメントマークを検出するのに、アライメント検出光学系24の顕微鏡の焦点を移動する例を示したが、顕微鏡を固定し、それぞれの基板を所定の焦点位置まで移動してアライメントする方法でもよい。
Furthermore, in the past, parallel alignment of substrates and alignment gap reference alignment were performed with the substrates in contact with each other, but in the method of this example, by inserting a reference zirconia cylinder on the surface from which the substrate was removed, Damage to resist patterns and devices formed on the substrate surface can be prevented.
In addition, since the ultraviolet rays are alternately irradiated from both sides of the adhesive in the adhesive curing step, the curing shrinkage of the adhesive can be equalized and the warpage of the substrate can be reduced.
Moreover, although the example which moves the focus of the microscope of the alignment detection
なお、基板の材質はホウ酸クラウンガラス(BK−7)に限定されるものではなく、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、フッケイ・クラウンガラス、バリウム・クラウンガラス、クラウンガラス等の透明なガラス基板、ポリエステルやアクリル等の高分子フィルム、シート、板等を用いても良い。また、接着剤は紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤を用いたが、アクリル樹脂系の接着剤でもよい。また、本実施例では、マスクホルダ(基板ホルダ)25とウエハチャック(基板チャック)26との間に挿入し、アライメント接着基板間の平行と接着層厚みを規定する部材としてジルコニア円柱38を用いたが、ジルコニア製のボールや平板であっても良く、また、材質はアルミナ、窒化アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、c−BN、TiN、ZrSiO4等のセラミックスや、WC、WC−Co合金、WC−TiC−Co合金等、所謂、超硬合金を用いても良い。また、本実施例では厚みと直径を夫々5mmとしたが、5mmに限定するものではなく、用いる基板厚、狙いの接着層厚み等により変えて用いても良い。同様に、断面形状を円形としているが、この形状に限定するものではなく、多角形や楕円等でも良い。また、装置との接触を考慮し、角部を面取り(例えば、0.3Rや0.3C)することが望ましい。
The material of the substrate is not limited to borate crown glass (BK-7), but is a transparent glass substrate such as quartz glass, borosilicate glass, fluorinated crown glass, barium crown glass, crown glass, polyester, etc. Alternatively, a polymer film such as acryl, a sheet, a plate, or the like may be used. Further, although an ultraviolet curable epoxy resin adhesive is used as the adhesive, an acrylic resin adhesive may be used. In this embodiment, the
次に本実施例の装置と従来装置で上下の基板を接合したときの、直径φ80mm範囲の接着後のアライメント精度と、反り(平面性)、及び上下基板の総合厚みバラツキを比較測定した結果を下記の表1に示す。
なお、ギャップ:2000μmで目標とするアライメント精度5μmに対し、誤差が5μmより大きいものを×、小さいものを○とした。また、直径φ80mm内の接着後の目標とする基板平面性10μm以下に対し、10μmより反りが大きいものを×、小さいものを○とした。目標とする接着層厚み50μmに対し、厚みが±10μmより大きいものを×、小さいものを○とした。アライメント精度の測定はアライメントマークの中心ずれを光学顕微鏡で、平面性は触針式粗さ計で、接着層厚みは試料をダイシングで切断した後、金属顕微鏡で観察・測長した。
Next, when the upper and lower substrates are joined with the apparatus of this example and the conventional apparatus, the alignment accuracy after bonding in the diameter φ80 mm range, the warpage (planarity), and the total thickness variation of the upper and lower substrates are compared and measured. It is shown in Table 1 below.
In addition, with respect to the alignment accuracy of 5 μm with a gap of 2000 μm, the error is larger than 5 μm, and the smaller one is marked as ◯. Further, with respect to the target substrate flatness of 10 μm or less after bonding within a diameter of φ80 mm, the case where the warpage was larger than 10 μm was marked as “X”, and the small one was marked as “◯”. With respect to the target adhesive layer thickness of 50 μm, those having a thickness larger than ± 10 μm were rated as “x”, and those having a smaller thickness were evaluated as “◯”. The alignment accuracy was measured with an optical microscope for the center misalignment of the alignment mark, the flatness with a stylus type roughness meter, and the thickness of the adhesive layer was observed and measured with a metal microscope after the sample was cut by dicing.
表1の通り、従来の接合方法ではアライメント精度の誤差、反り(平面性)、上下基板総合厚みバラツキともに大きかったが、本実施例の接合方法ではアライメント精度の誤差や反り(平面性)が小さく、上下基板総合厚みバラツキも小さい。なお、反り(平面性)、上下基板総合厚みバラツキが目標値より大きくなると、光学素子の光学特性、特に波面収差の低下が問題になってくるが、本実施例の接合方法ではアライメント精度の誤差、反り(平面性)、上下基板総合厚みバラツキが小さいので、波面収差の低下が改善された光学素子(偏光分離素子等)を提供することができる。 As shown in Table 1, in the conventional bonding method, the alignment accuracy error, warpage (flatness), and overall thickness variation of the upper and lower substrates were large, but in the bonding method of this example, the alignment accuracy error and warpage (flatness) were small. Also, the overall thickness variation of the upper and lower substrates is small. In addition, when the warpage (flatness) and the upper and lower substrate total thickness variation are larger than the target values, the optical characteristics of the optical element, particularly the wavefront aberration, is deteriorated. However, in the joining method of this embodiment, an error in alignment accuracy occurs. Further, since the warpage (flatness) and the variation in the total thickness of the upper and lower substrates are small, it is possible to provide an optical element (such as a polarization separation element) in which the reduction of wavefront aberration is improved.
[実施例2]
次に本発明の第2の実施例を図15〜17を参照して説明する。
本実施例では、前述の図2(a)に示す構成の有機複屈折膜付き下基板(以下、下基板)2、及び、図2(b)に示す構成の上基板1を用いるが、これらは実施例1と同じ方法で作製しているので、ここでは説明を省略する。異なるのは実施例1に示したアライメント接合装置の石英ガラス製マスクホルダ25と石英ガラス製ウエハチャック26の基板吸着用溝を孔に変更し、直径が最大8インチ、最小10mmのウエハ状の基板、もしくは10mm角までの方形状の基板に対応した点にある。
[Example 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, the lower substrate (hereinafter referred to as the lower substrate) 2 with the organic birefringent film having the structure shown in FIG. 2A and the
具体的には図15に示すように直径φ250mm、厚み20mmの石英ガラス製ウエハチャック(基板チャック)26’に、直径が4インチ、5インチ、6インチ、8インチの基板に対応する最外周の位置に直径φ0.5mmの真空吸着用孔43aを15度等分の間隔で形成し、石英ガラス製ウエハチャック26’の中心の50mm角内に直径3インチ以下の基板に対応する直径φ0.5mmの吸着用孔43bを5mmピッチで形成した。
石英ガラス製ウエハチャック(基板チャック)26’のより具体的な作製方法としては、初めに、直径φ250mm、厚み10mmの石英ガラス26aに直径φ0.4mmの研磨ドリルで上記寸法に対応した位置に孔を加工し、その後、孔の側面をダイヤモンド研磨により透明に仕上げた。一方、直径φ250mm、厚み10mmの石英ガラス26bに、直径φ180mm、深さ3mmの凹部44aを加工し、この凹部44aに真空排気口34から連通する真空排気用の溝44bを設けた。また、加工面は火炎処理で透明にした。この加工した2つの石英ガラス26a,26bを、直径φ180mm、深さ3mmの凹部44aの加工面を内側にして、それぞれの石英ガラス26a,26bの外形を合わせ、合わせ面に沿って加熱融着した後、両面研磨により平行度をλ/10、平面度を100nm、表面粗さ(Rt)を1nmとした。研磨後は純水を用いた超音波洗浄を実施し、研磨紛を除去した。
Specifically, as shown in FIG. 15, a quartz glass wafer chuck (substrate chuck) 26 'having a diameter of 250 mm and a thickness of 20 mm is provided on the outermost periphery corresponding to a substrate having a diameter of 4, 5, 6 or 8 inches. The
As a more specific manufacturing method of the quartz glass wafer chuck (substrate chuck) 26 ', first, a
一方、石英ガラス製マスクホルダ(基板ホルダ)25’側も石英ガラス製ウエハチャック26’と同寸法で同様な方法で作製するので、ここでは説明を省略する。
これらの石英ガラス製マスクホルダ(基板ホルダ)25’及び石英ガラス製ウエハチャック(基板チャック)26’を実施例1と同様な構成のアライメント接合装置20’に取り付けた。
On the other hand, the quartz glass mask holder (substrate holder) 25 'side is also manufactured by the same method with the same dimensions as the quartz glass wafer chuck 26'.
These quartz glass mask holder (substrate holder) 25 ′ and quartz glass wafer chuck (substrate chuck) 26 ′ were attached to an
本実施例では10mm角の正方形状の基板同士のアライメント接合を説明する。上基板1には、実施例1と同様に、10mm角、厚さ1.000mmのBK−7からなる基板上にフォトリソグラフィとドライエッチングプロセスで100周期ある20μmライン・アンド・スペースの深さ10μmの格子状のデバイスパターンと、ライン幅20μm、長さ100μmの十字状のアライメントマークを形成した。
下基板2も実施例1と同様なフォトリソグラフィとドライエッチングプロセスで、10mm角、厚さ1.000mmのBK−7からなる基板に接着した有機複屈折膜上に500周期ある5μmライン・アンド・スペースの深さ10μmの格子状のデバイスパターンと、ライン幅20μm、長さ100μmの十字状のアライメントマークを形成した。
In the present embodiment, alignment bonding between 10 mm square substrates is described. Similar to the first embodiment, the
The
図16は本発明の第2の実施例を示すアライメント接着装置の概略断面図である。このアライメント接合装置20’は、上部光照射装置21と、下部光照射装置22と、下部照射光反射装置23と、アライメント光を照射してアライメントマークを検出するアライメント検出光学系24と、前述した方法で製作した基板吸着用孔45を有する石英ガラス製マスクホルダ(基板ホルダ)25’と、前述した方法で製作した基板吸着用孔43を有する石英ガラス製ウエハチャック(基板チャック)26’と、石英ガラス製ウエハチャックが載置されるステージ27と、ステージをX,Y,θの各方向に移動するステージ移動装置28と、ステージ27を上下方向(Z方向)に移動するZ軸移動制御装置29と、Z軸移動制御装置29が固定されるベース30と、ベース30が固定される架台31と、図示しない接着剤滴下装置から構成されており、石英ガラス製マスクホルダ25’には上基板1が真空吸着され、石英ガラス製ウエハチャック26’には有機複屈折膜付き下基板2が真空吸着されている。また、石英ガラス製マスクホルダ25’と石英ガラス製ウエハチャック26’には基板吸着部以外の真空吸着用孔をシールするためのアクリルシート47が装着・固定されている。図17に基板載置窓を形成したアクリルシート47を装着した石英ガラス製マスクホルダ25’の平面図を示す(石英ガラス製ウエハチャック26’側も同様のシート形状である)。また、図16では石英ガラス製マスクホルダ25’と石英ガラス製ウエハチャック26’の間にジルコニアスペーサ46が挿入されている状態を示している。なお、上下の光照射装置21,22には図示しないシャッターが内蔵してある。
FIG. 16 is a schematic sectional view of an alignment bonding apparatus showing a second embodiment of the present invention. The
以下、図16に示す構成のアライメント接合装置20’を用いて、有機複屈折膜付き下基板2に上基板1を接合する場合の接合方法を説明する。
初めに、前述した方法で作った上基板1を石英ガラス製マスクホルダ26’のアクリルシート47の基板載置窓47aにセットし、真空吸着により固定した。
次に、アライメント検出光学系(画像記憶装置付き顕微鏡)24によりアライメントマークを検出し、マークを画像記憶装置のモニタ上の十字線で挟み込み、この画像を記憶する。
Hereinafter, a bonding method in the case where the
First, the
Next, an alignment mark is detected by an alignment detection optical system (microscope with image storage device) 24, the mark is sandwiched between crosshairs on a monitor of the image storage device, and this image is stored.
次に、前述した方法で作った下基板2を石英ガラス製ウエハチャック26’のアクリルシート47の基板載置窓にセットし、真空吸着により固定した後、石英ガラス製ウエハチャック26’と石英ガラス製マスクホルダ25’間に、直径φ20mm、高さ3.000mm、平行度0.001mm、表面粗さRa<10nmのジルコニアスペーサ46を図示しない支持アームの移動により同一円周上の120°等分の位置に3個挿入した後、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26’を上昇し、石英ガラス製ウエハチャック26’と石英ガラス製マスクホルダ25’間にジルコニアスペーサ46を挟み込み、1N/個で加圧し、停止した点を平行面として記憶・固定し、その後、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26’を下降し、ジルコニアスペーサ46を基板外へ移動した。
Next, the
次に、下基板2を図で左の方向に押し出し、下基板2の中央に図示しないディスペンサーを用い、オーテックス社製の紫外線硬化型のエポキシ樹脂系接着剤EX1500−4、粘度1000cps(23℃)を0.1mL滴下し、下基板2を図で右の方向に戻し、石英ガラス製ウエハチャック26’と石英ガラス製マスクホルダ25’間に、直径φ20mm、高さ2.150mm(=上基板厚み1.000mm+有機複屈折膜付き下基板厚み1.100mm+接着層厚み0.050mm)、平行度0.001mm、表面粗さRa<10nmの接着後の基準寸法となるジルコニアスペーサー46を図示しない支持アームの移動により同一円周上の120°等分の位置に3個挿入した後、接着層厚み100μm以上を確保するギャップまでZ軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26’を上昇した。
Next, the
次に、実施例1と同様のアライメント方法を行い、アライメント検出光学系(画像記憶装置付き顕微鏡)24の顕微鏡の焦点位置を下基板2の有機複屈折膜3上のアライメントマークに合わせ、有機複屈折膜上のアライメントマークを検出し、あらかじめ記憶しておいた上基板のアライメントマーク画像と、検出されたアライメントマークとのエラー(画像を記憶した十字線とのズレ)検出する。そして、ステージ移動装置28により、石英ガラス製ウエハチャック26’をX,Y,θの角方向に移動させることにより位置を補正した。これを基板面内で同一線上の6mm離れた少なくとも2点で実施した。アライメント位置の補正後、石英ガラス製ウエハチャック26’はステージ27に真空吸着等により固定される。その後、最終接着剤厚み50μmを確保するため、再度、Z軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26’を上昇し、接着剤5を基板全体に押し広げ、ジルコニアスペーサ46と接触した点(2.150mm)の位置で停止し、接着剤5の広がりが十分行われる間、この状態を2分間保持した。
Next, the same alignment method as in Example 1 is performed, and the focus position of the microscope of the alignment detection optical system (microscope with image storage device) 24 is aligned with the alignment mark on the organic
次に、アライメント検出光学系24を図示しない移動装置により光照射範囲外へ移動した後、上下の光照射装置21,22により、接着剤全面に波長365nm、光強度40mW/cm2の紫外線を、2秒間ずつ交互に各50回照射し、接着剤5を硬化した。なお、光照射はシャッターを切り替えて一方の紫外線光が他方の光照射装置に入り込まないようにした。また、本実施例では、基板以外へ光が照射しないように、石英ガラス製マスクホルダ25’及び石英ガラス製ウエハチャック26’上のアクリルシート47は真空シールと遮光とを兼ねた機能とした。
Next, after the alignment detection
その後, 石英ガラス製マスクホルダ25’の真空吸着を切り、上基板1の真空吸着固定を解除する。次にZ軸移動制御装置29によりステージ27とともに石英ガラス製ウエハチャック26’を下降した後、石英ガラス製ウエハチャック26’の真空吸着を切り、下基板2の真空吸着固定を解除し、上下の基板をアライメント接着した接合基板を取り出す。
Thereafter, the vacuum suction of the quartz
このアライメント接着した接合基板を、図14に示したようなダイシング装置のダイシングソー41により6mm角(6mm×6mm)の大きさに切断して、多数の光学素子を切り出した。この光学素子は、上下の基板間に有機複屈折膜23からなる回折格子25を有しており、入射光の偏光状態に応じて出射光を透過光と回折光に分離する偏光分離機能を有する光学素子(偏光分離素子)である。尚、本実施例では、下基板2に接着した有機複屈折膜3に周期的凹凸格子(回折格子)10を形成した例を示したが、有機複屈折膜3にホログラムを形成すれば偏光ホログラム素子となる。
The alignment bonded substrate was cut into a size of 6 mm square (6 mm × 6 mm) by a dicing saw 41 of a dicing apparatus as shown in FIG. 14, and a large number of optical elements were cut out. This optical element has a
以上のように、本実施例では、基板のサイズにより石英ガラス製マスクホルダ25’及び石英ガラス製ウエハチャック26’を取り替えることなく、直径が最大8インチ、最小10mmの円形基板、または10mm角の正方形状の基板に対応することができる。また、このような小さい基板サイズの接合では平行度の低下が問題となるが、石英ガラス製マスクホルダ25’と石英ガラス製ウエハチャック26’間に基準厚みのジルコニアスペーサ46を挿入することで、接着後の基板の平行度の精度を向上することができる。特に、上下の基板を石英ガラス製マスクホルダ25’と石英ガラス製ウエハチャック26’に載置する位置によらず精度を向上することができる。
As described above, in this embodiment, the quartz
以上説明したように、本発明のアライメント接合方法及び装置は、2以上の基板を接着剤で接合した構造を有する光学素子、特に基板上あるいは基板間に回折格子やホログラム等の光学デバイスを有する光学素子の作製に好適に利用することができる。そして本発明に係る光学素子、特に前述の接合方法及び装置で接合された偏光分離素子は、平行度が良く、波面収差の発生を低減することができるので、光ディスクドライブ装置の光ピックアップ装置等の光学装置に好適に利用することができる。 As described above, the alignment bonding method and apparatus of the present invention is an optical element having a structure in which two or more substrates are bonded with an adhesive, particularly an optical element having an optical device such as a diffraction grating or a hologram on or between the substrates. It can utilize suitably for preparation of an element. Since the optical element according to the present invention, particularly the polarization separation element bonded by the above-described bonding method and apparatus, has good parallelism and can reduce the occurrence of wavefront aberration, the optical pickup apparatus of the optical disk drive apparatus, etc. It can utilize suitably for an optical apparatus.
ここで図18は本発明に係る光学素子(偏光分離素子)を用いた光ピックアップ装置の構成例を示す概略構成図であり、光記録媒体としてCD(コンパクトディスク)系の光ディスク(CD,CD−R,CD−RW等)を用いる光ピックアップ装置の構成例である。
CD用の光ピックアップ装置ではレーザーダイオード91から出射された波長780nmの光は、偏光分離素子92、コリメータレンズ93、対物レンズ94を通ってCD系の光ディスク95を照射し、CD系の光ディスク95の記録ピットからの反射光は対物レンズ94を通って偏光分離素子92で回折されフォトダイオード96に導かれ、フォーカス検出、トラック検出、信号検出が行われる。この光ピックアップ装置では、偏光分離素子92として、実施例1または2のアライメント接合方法及び装置で作製した偏光分離素子52を用いている。
Here, FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of an optical pickup device using an optical element (polarization separation element) according to the present invention, and a CD (compact disc) type optical disc (CD, CD-) as an optical recording medium. 2 is a configuration example of an optical pickup device using R, CD-RW, and the like.
In the optical pickup device for CD, light having a wavelength of 780 nm emitted from the
図18に示す構成の光ピックアップ装置を用い、CD−RWに信号を記録し、その後、同じ光ピックアップ装置で信号の再生を行ったところ、従来のプリズムを接着したビームスプリッタと1/4波長板(λ/4板)を組み合わせたCD用光ピックアップ装置と同等の再生信号出力を得ることができ、本例の光ピックアップ装置が従来の光ピックアップ装置と同等の記録/再生特性を持つことが確認できた。
また、この光ピックアップ装置では、偏光分離素子92が、従来のプリズムを接着したビームスプリッタよりも小さくなっており、かつ偏光分離素子の上基板1に格子8を形成してλ/4板の機能も組み込むことができるため、従来の光ピックアップ装置と比較して小型化が実現できる。
When a signal was recorded on a CD-RW using the optical pickup device having the configuration shown in FIG. 18, and then the signal was reproduced by the same optical pickup device, a beam splitter and a quarter-wave plate bonded with a conventional prism were used. A reproduction signal output equivalent to that of a CD optical pickup device combined with (λ / 4 plate) can be obtained, and it is confirmed that the optical pickup device of this example has recording / reproduction characteristics equivalent to those of a conventional optical pickup device. did it.
In this optical pickup device, the
次に図19は光ピックアップ装置の別の構成例を示す概略構成図であり、光記録媒体としてDVD(デジタルバーサタイルディスク)系の光ディスク(DVD,DVD−R,DVD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM等)を用いる光ピックアップ装置の構成例である。
DVD用の光ピックアップ装置ではレーザーダイオード91から出射された波長680nmの光は偏光分離素子92とコリメータレンズ93、λ/4板97、対物レンズ94を通った後、DVD系の光ディスク98を照射し、DVD系の光ディスク98の記録ピットからの反射光はλ/4板97で直線偏光になった後、偏光分離素子92で回折してフォトダイオード96に導かれ、フォーカス検出、トラック検出、信号検出が行われる。この光ピックアップ装置では、偏光分離素子92として、実施例1または2のアライメント接合方法及び装置で作製した偏光分離素子を用いている。
Next, FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing another configuration example of the optical pickup device. As an optical recording medium, a DVD (Digital Versatile Disc) optical disc (DVD, DVD-R, DVD-RW, DVD-ROM, DVD) is used. This is a configuration example of an optical pickup device using a RAM or the like.
In a DVD optical pickup device, light having a wavelength of 680 nm emitted from a
図19に示す構成の光ピックアップ装置を用い、DVD−ROMから情報信号の再生を行ったところ、従来のプリズムを接着したビームスプリッタとλ/4板を組み合わせたDVD用光ピックアップ装置と同等の信号出力を得ることができ、本例の光ピックアップ装置が従来の光ピックアップと同等の再生特性を持つことが確認できた。
また、この光ピックアップ装置では、偏光分離素子92が、従来のプリズムを接着したビームスプリッタよりも小さくなっているため、従来の光ピックアップ装置よりも小型になっている。
When the information signal was reproduced from the DVD-ROM using the optical pickup device having the structure shown in FIG. 19, the signal equivalent to that of the conventional optical pickup device for DVD combining the beam splitter and λ / 4 plate bonded with the prism was used. An output can be obtained, and it has been confirmed that the optical pickup device of this example has a reproduction characteristic equivalent to that of a conventional optical pickup.
Further, in this optical pickup device, the
1:上基板
2:下基板
3:有機複屈折膜
4:保護基板
5,6,7:接着剤
8:格子
9:上基板のアライメントマーク
10:回折格子
11:下基板のアライメントマーク
12:保護基板のアライメントマーク
20,20’:アライメント接合装置20
21:上部光照射装置
22:下部光照射装置
23:下部照射光反射装置
24:アライメント検出光学系
25,25’:石英ガラス製マスクホルダ(基板ホルダ)
26.26’:石英ガラス製ウエハチャック(基板チャック)
27:ステージ
28:ステージ移動装置28
29:Z軸移動制御装置
30:ベース
31:架台
32,34:真空排気口
33:上基板吸着溝
35:下基板吸着溝
36,37:ポリエステルフィルム
38:ジルコニア円柱
40:接合基板
41:ダイシングソー
42:光学素子
43:真空吸着孔
46:ジルコニアスペーサ
47:アクリルシート
1: Upper substrate 2: Lower substrate 3: Organic birefringent film 4:
21: Upper light irradiation device 22: Lower light irradiation device 23: Lower irradiation light reflection device 24: Alignment detection
26.26 ′: Quartz glass wafer chuck (substrate chuck)
27: Stage 28:
29: Z-axis movement control device 30: Base 31:
Claims (13)
前記上基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板ホルダ部の表面に、少なくとも複数のサイズに対応した溝もしくは孔が形成してあることを特徴とするアライメント接合方法。 The alignment bonding method according to claim 1,
An alignment joining method, wherein grooves or holes corresponding to at least a plurality of sizes are formed on a surface of a substrate holder portion made of an optically transparent flat member for fixing the upper substrate.
前記下基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部の表面に、少なくとも複数のサイズに対応した溝もしくは孔が形成してあることを特徴とするアライメント接合方法。 In the alignment joining method according to claim 1 or 2,
An alignment bonding method, wherein grooves or holes corresponding to at least a plurality of sizes are formed on a surface of a substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing the lower substrate.
前記基板チャック部と前記基板ホルダ部の表面の基板吸着部以外の真空吸着用溝もしくは孔をシールする手段を用いることを特徴とするアライメント接合方法。 In the alignment joining method according to any one of claims 1 to 3,
An alignment bonding method comprising: means for sealing a vacuum suction groove or hole other than the substrate suction portion on the surface of the substrate chuck portion and the substrate holder portion.
前記上基板を固定する光学的に透明な平面部材からなるマスクホルダ部を石英ガラスで構成したことを特徴とするアライメント接合方法。 In the alignment joining method according to any one of claims 1 to 4,
An alignment bonding method characterized in that a mask holder portion made of an optically transparent flat member for fixing the upper substrate is made of quartz glass.
前記下基板を固定する光学的に透明な平面部材からなる基板チャック部を石英ガラスで構成したことを特徴とするアライメント接合方法。 In the alignment joining method according to any one of claims 1 to 5,
An alignment bonding method, wherein a substrate chuck portion made of an optically transparent flat member for fixing the lower substrate is made of quartz glass.
前記下基板を載置固定する基板チャック部と、前記上基板を固定する基板ホルダ部の間に、寸法が既知の平板または円柱もしくは球を挿入し、アライメント接着基板間の平行と接着層厚みを規定することを特徴とするアライメント接合方法。 In the alignment joining method according to any one of claims 1 to 6,
A flat plate, cylinder or sphere having a known dimension is inserted between the substrate chuck portion for mounting and fixing the lower substrate and the substrate holder portion for fixing the upper substrate, and the parallelism between the alignment adhesive substrates and the thickness of the adhesive layer are set. An alignment joining method characterized by prescribing.
前記上下基板のアライメントマークの位置合わせを基板チャック側から実施することを特徴とするアライメント接合方法。 In the alignment joining method according to any one of claims 1 to 7,
An alignment bonding method comprising aligning alignment marks on the upper and lower substrates from the substrate chuck side.
前記接着剤を硬化接着する光は光学的に透明な基板チャック側と基板ホルダ側から交互に照射することを特徴とするアライメント接合方法。 In the alignment joining method according to any one of claims 1 to 7,
The alignment bonding method characterized in that light for curing and bonding the adhesive is irradiated alternately from the optically transparent substrate chuck side and substrate holder side.
請求項1〜9のいずれか一つに記載のアライメント接合方法を用いて作製したことを特徴とする光学素子。 In an optical element having a structure in which substrates are bonded with an adhesive,
An optical element manufactured using the alignment bonding method according to claim 1.
請求項10記載のアライメント接着装置により作製したことを特徴とする光学素子。 In an optical element having a structure in which substrates are bonded with an adhesive,
An optical element produced by the alignment bonding apparatus according to claim 10.
基板上あるいは基板間に回折格子またはホログラムを有し、偏光分離機能を有することを特徴とする光学素子。
The optical element according to claim 11 or 12,
An optical element comprising a diffraction grating or a hologram on or between substrates and having a polarization separation function.
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