JP4706095B2 - 貼り合せ方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、支持基板上に1層もしくは多層のフィルム部材を、数ミクロン以下の精度に位置合わせる貼り合せ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
支持基板上にフィルムを位置合わせを行う方法として、位置合わせマーカーもしくは雄雌接合部を用いた位置合わせ技術が一般に知られている。
【0003】
しかし、雌雄接合部を用いた位置合わせ技術では、数十ミクロン以上の位置ずれが生じてしまい、数ミクロン以下の位置合わせ精度が必要な場合、使用できない問題がある。
【0004】
また、位置合わせマーカーを用いた位置合わせ技術では、伸縮/屈曲する転写フィルム自体の位置精度が変化するため、位置合わせマーカーの位置精度も数ミクロン以下とはならない問題がある。
【0005】
一方、転写媒体を、被転写媒体と熱膨張係数を合わせた仮支持体に保持させることで、転写媒体の伸縮/屈曲を抑えて貼り合せを行う技術がある(特開平11−337723号公報、特開2000−56121号公報参照)。
【0006】
これにより、転写媒体の位置精度が向上するが、依然として数ミクロン以下の位置合わせ精度は達成されていない。
【0007】
また、コアとクラッドを有し、光信号を伝播する光配線フィルムの貼り合せなどの用途を考えた場合、高さ方向の位置精度も必要となるが、従来の位置合わせ技術では高さ方向の位置合わせが考慮されていない問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、フィルム部材の積層において、数ミクロン以下の高精度の位置合わせを可能とする貼り合せ装置を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明において上記の課題を達成するために、まず請求項1の発明は、支持基板とフィルム部材を硬化型接着層によって貼り合せる貼り合せ装置であって、xyz微動機構およびθxθyθz軸合わせ機構を設けた支持基板を保持するテーブル部位を有する仮位置合わせ手段と、xyz微動機構を設けたフィルム部位を保持するヘッド部位を有する精密位置合わせ手段と、仮部分固定手段と、完全部分固定手段と、全体固定手段と、を少なくとも具備する貼り合せ装置を用いた貼り合せ方法において、
(1)前記仮位置合わせ手段により、前記支持基板を動かすことで位置合わせを行い、該支持基板と前記フィルム部材に形成された少なくとも1の位置合わせパターンにより大まかな位置を合わせる仮位置合わせ工程、
(2)前記仮部分固定手段により、前記工程で仮位置合わせした位置合わせパターン近傍を仮部分固定する工程、
(3)前記精密位置合わせ手段により、前記フィルム部材位置を動かすことで再位置合わせを行い、前記支持基板と該フィルム部材に形成された他の位置合わせパターンのうち少なくとも1の位置合わせパターンにより精密に位置を合わせる精密位置合わせ工程、
(4)前記完全部分固定手段により、前記工程で精密位置合わせした位置合わせパターン近傍を完全部分固定する工程、
(5)前記工程(3)および(4)を繰り返すことで、全ての前記他の位置合わせパターンを完全部分固定する工程、
(6)前記全体固定手段により、前記硬化型接着剤層全体を硬化する全体固定工程、
により、支持基板とフィルム部材を硬化型接着層によって貼り合せることを特徴とする貼り合せ方法である。
請求項2の発明は、前記xyz微動機構を設けたフィルム部位を保持するヘッド部位の該xyz微動機構にピエゾ素子を用いたことを特徴とする請求項1に記載の貼り合せ方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による貼り合せ装置を図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、位置合わせ手段が、大まかな位置を合わせる仮位置合わせ手段と、細かな位置を合わせる精密位置合わせ手段を含み(請求項3)、部分固定手段が、仮に位置を固定する仮部分固定手段と、完全に位置を固定する完全部分固定手段を含む形態(請求項4)が好ましいので、その形態を詳述するが、仮位置合わせなしで、精密位置合わせ及び部分硬化を直接行っても良いことは言うまでもない。
【0011】
図1(a)は、本発明による貼り合せ装置における大まかな位置を合わせる仮位置合わせ手段と、これにより仮に位置を固定される支持基板及びフィルム部材の関係を示す断面説明図である。
【0012】
まず、貼り合せ装置で貼り合せる支持基板及びフィルム部材について説明する。
【0013】
支持基板10はフィルム部材40を貼り合せる基板となる。支持基板10には、目的に応じ任意の材料を使用することができる。具体的には、シリコン基板、ガラス基板、セラミック基板、電気プリント配線基板、更には積層したフィルム部材などが使用できるが、これに限定されるものではない。
【0014】
支持基板10上の任意の位置に、位置合わせの基準となるパターン11、12を作成する事ができる。パターン11、12は、位置合わせの手法により、任意の形状を取る。具体的には、トンボマーク、円パターン、四角パターンなどが使用できるが、これに限定されるものではない。
【0015】
硬化型接着剤層20には、一般に用いられている硬化型接着剤を用いることができる。具体的には、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、イミド系接着剤、ウレタン系接着剤などが使用できるが、これに限定されるものではない。
【0016】
硬化型接着剤層20に高い断熱特性を有する材料を用いることで、支持基板10とフィルム部材30の熱伝導を遮断することができる。具体的には、ガラスウール、珪素土、石綿、コルク等を混合した樹脂および発泡性樹脂を用いることができるが、これに限定されるものではない。また、硬化型接着剤層中に中空フィラーなどの添加剤を混入することにより断熱特性を向上させることもできる。
【0017】
硬化型接着剤層20は、硬化前適当な流動性を有し、接着剤層20を硬化させた後この流動性を消滅させる。硬化方法としては熱硬化型、光硬化型などの材料が存在するが、これに限定されるものではない。
【0018】
フィルム部材30には、一般に用いられている高分子材料を使用することができる。具体的には、エポキシ系材料、アクリル系材料、イミド系材料、ポリカーボネート系材料、ポリエチレン系材料、シリコーン系材料などが使用できるが、これに限定されるものではない。
【0019】
フィルム部材30の任意の位置に、位置合わせの基準となるパターン31、32を作成する事ができる。パターン31、32は、位置合わせの手法により、任意の形状を取る。具体的には、トンボマーク、円パターン、四角パターンなどが使用できるが、これに限定されるものではない。
【0020】
次に、貼り合せ装置について説明する。
位置合わせ手段は、支持基板10を保持するテーブル部位500と、フィルム部材40を保持するヘッド部位600と、支持基板10とフィルム部材に形成された少なくとも1つの位置合わせパターンを検出するセンサー(図示せず)を有する。
【0021】
テーブル部位500は、支持基板を保持する保持機構510を有する。この保持機構510の表面はできるだけ平坦であることが望ましい。具体的には、光学定盤を使用することができるが、これに限定されるものではない。
【0022】
支持基板10の保持方法としては、エアチャック方法、静電圧着方法、クランクによる固定などがあげられるが、これに限定されるものではない。
【0023】
テーブル部位500は、大まかな位置合わせを行るために、xyz微動機構520およびθxθyθz軸合わせ機構530を有する(併せて仮位置合わせ手段という)。フィルム部材40の大きさにもよるが、該フィルム部材面内全体での位置合わせ精度は、10ミクロン前後が限界である。また、フィルム部材40が大きくなると位置合わせ精度も悪化する。従って、後記する精密位置合わせ手段も併用することが好ましい。
【0024】
フィルム部材40はヘッド部位600に保持される。ヘッド部位600は、フィルム部材40と同等の面積を有していることが望ましく、フィルム部材40全体を保持することが望ましい。
【0025】
また、ヘッド部位600は、少なくとも保持機構610とアーム機構620により構成される。
【0026】
保持機構610は、できるだけ平坦であることが望ましい。具体的には、光学定盤、シリコン単結晶基板、ガラス研磨基板などを使用することができるが、これに限定されるものではない。
【0027】
アーム機構620は、保持機構610を強固に保持する。このため、できるだけ堅牢で熱伸縮の少ない構造・材料であることがのぞましい。
【0028】
フィルム部材40の、ヘッド部位600への保持方法としては、エアチャック方法、静電圧着方法、クランクによる固定などがあげられるが、これに限定されるものではない。
【0029】
フィルム部材40を支持基板10上に仮位置合わせする際のxy座標の位置合わせは、上面からの観察画像を利用して位置合わせを行う。具体的には、パターン11とパターン31を一致させるように位置合わせを行う手法があげられるが、これに限定されるものではない。
【0030】
フィルム部材40を支持基板10上に仮位置合わせする際は、z座標の位置合わせを行うことが好ましい。z座標の位置合わせは、パターン11とパターン31の相対距離を合わせることで位置合わせを行う。具体的には、レーザー変位計によりパターン11とパターン31の距離を測定し、フィルム部材30表面を押し引きする事で位置合わせを行う手法があげられるが、これに限定されるものではない。
【0031】
フィルム部材40を支持基板10上に仮位置合わせする際には、支持基板10を保持するテーブル部位500に設けたxyz微動機構520およびθxθyθz軸合わせ機構530により、支持基板10側を動かす事で位置合わせを行うことが望ましい。フィルムには伸縮があるので、この時点でフィルム部材40全体を支持基板10に数ミクロン以下の精度で位置合わせすることは技術的に困難であり、場所によっては10ミクロン前後程度の位置合わせ精度となる。
【0032】
また、フィルム部材40を支持基板10上に仮固定する際には、硬化型接着層20の一部を硬化させる仮部分硬化手段を用いる(図示せず)。この仮部分硬化手段は硬化型接着層を十分な接着力を保持できる限り、できるだけ狭い範囲の硬化をさせることができる物であれば特に限定される物ではないが、ビーム状の光の発生が可能な照射装置やスポット状の熱源の発生が可能な加熱装置が挙げられる。
【0033】
上記貼り合せ装置を用い、テーブル部位とヘッド部位を含む位置合わせ手段(仮位置合わせ手段)で、支持基板、硬化型接着層、フィルム部材を保持する。そして、支持基板とフィルム部材を位置合わせパターンを基準にして、テーブル部位及び/又はヘッド部位を動かし、位置合わせを行う。その後、仮部分硬化手段により位置合わせパターン近傍の硬化型接着層を部分硬化する。
【0034】
図1(b)は、本発明による貼り合せ装置における細かな位置を合わせる精密位置合わせ手段と、完全に位置を固定される支持基板及びフィルム部材の関係を示す断面説明図である。
【0035】
フィルム部材40の任意の位置を支持基板10上に再位置合わせをする際には、フィルム部材40はヘッド部位700によって保持されることが望ましい。
【0036】
ヘッド部位700は、少なくとも保持機構710とxyz微動機構720とアーム機構730により構成される。
【0037】
保持機構710は、できるだけ狭い面積でフィルム部材40と接触・保持することが望ましい。具体的には、ストロー状の形状を有しエアチャック方法によりフィルム部材40を保持する構造があげられるが、これに限定されるものではない。
【0038】
フィルム部材40の任意の位置を支持基板10上に精密位置合わせする際には、仮位置合わせにより、すでに10ミクロン程度の位置合わせ精度が得られている。この位置合わせ精度を数ミクロン以下にまで向上させることが再位置合わせの役割となる。
【0039】
10ミクロン前後の距離を数ミクロン以下の精度で微動させるため、xyz微動機構720には、ピエゾ素子を用いることが望ましい。
【0040】
ピエゾ素子はその技術的構造上、小型・軽量の媒体をナノオーダーでコントロールする事ができるが、数十センチクラスの大型・重量のテーブル全体を高精度にコントロールする事は困難である。したがって、本発明においては、フィルム部材40を保持するヘッド部位700にピエゾ素子を設け、仮固定されたフィルム部材40の任意の位置を保持した後、これを精密に位置合わせする。
【0041】
アーム機構730は、保持機構710ならびにxyz微動機構720を強固に保持する。このため、できるだけ堅牢で熱伸縮の少ない構造・材料であることがのぞましい。
【0042】
フィルム部材40の任意の位置を支持基板10上に再位置合わせする際のxy座標の位置合わせは、上面からの観察画像を利用して位置合わせを行う。具体的には、パターン12とパターン32を一致させるように位置合わせを行う手法があげられるが、これに限定されるものではない。
【0043】
フィルム部材40の任意の位置を支持基板10上に再位置合わせする際のz座標の位置合わせは、パターン12とパターン32の相対距離を合わせることで位置合わせを行う。具体的には、レーザー変位計によりパターン12とパターン32の距離を測定し、ヘッド部位700によりフィルム部材30表面を押し引きする事で位置合わせを行う手法があげられるが、これに限定されるものではない。
【0044】
フィルム部材40の任意の位置を支持基板10上に部分固定する際には、硬化型接着層20の一部を硬化させる。硬化させる範囲は、十分な接着力を保持できる限り、できるだけ狭い範囲であることが望ましい。
【0045】
上記により、1の位置合わせパターンの位置合わせと部分固定が完了する。同様に、他の位置合わせパターンの位置合わせと部分固定を行う(請求項2)。すると、精度の必要な部位の精密な位置合わせ(硬化)が可能となる。
【0046】
なお、仮位置合わせ後の仮部分固定手段と精密位置合わせ後の部分固定手段が同一の物であってもよい。
【0047】
更に、全ての部分固定の後に、硬化型接着剤層全体を硬化する全体固定手段を用いて完全な硬化を行うことが好ましい(請求項5)。ここで、全体固定手段とは大面積の光照射、加熱により硬化型接着層を硬化可能な装置である。
【0048】
【実施例】
以下に本発明を実施例をもって説明するが、本発明がそれらに限定解釈されるものではない。また、以下の記載では、フィルム部材の材質をポリイミドからなる光配線フィルムとして説明するが、必ずしも前記フィルムである必要はない。また、以下の記載では、支持基板の材質をシリコンとして説明するが、必ずしもシリコンである必要はない。
【0049】
<実施例1>
まず図2(a)に示すように、フィルム部材70(ポリイミド、膜厚50μm )上に、位置合わせの基準となるパターン71、72、73を作成した。
【0050】
次に図2(b)に示すように、シリコン基板50上に、位置合わせの基準となるパターン51、52、53を作成した。
【0051】
続いて、主材としてエピコート828(油化シェルエポキシ(株))を、硬化材としてトリエチレンテトラミン(TETA)(和光純薬工業( 株) )を使用し、それらを重量比10:1で混合することで硬化型接着剤を調製した。
【0052】
図2(c)に示すように、フィルム部材70上に、硬化型接着剤を、ドクターブレードを用いて塗工し、硬化型接着剤層60を作成した。このときの硬化型接着剤層60の膜厚は2ミクロンである。
【0053】
図2(d)に示すように、シリコン基板50を保持するテーブル部位に設けたxyz微動機構520およびθxθyθz軸合わせ機構530により、位置合わせパターン51と、位置合わせパターン71のxyz座標位置合わせとθxθyθz軸合わせを行い、シリコン基板50上に、フィルム部材80を積層した。
【0054】
図2(e)に示すように、位置合わせパターン51、71周辺をヒーターで加熱し、位置合わせパターン51、71周辺の硬化型接着剤層61を硬化させた。
【0055】
位置合わせパターン51、71周辺では、フィルム部材70がシリコン基板50に1ミクロン以下のxyz位置精度で貼り合わされていることを確認した。このとき、位置合わせパターン52、72および53、73周辺でのxyz位置合わせ精度は3〜5ミクロンとなった。
【0056】
図2(f)に示すように、フィルム部材40を保持するヘッド部位700に設けられたxyz微動機構720により、位置合わせパターン52と、位置合わせパターン72のxyz座標位置合わせを行った。
【0057】
図2(g)に示すように、位置合わせパターン52、72周辺をヒーターで加熱し、位置合わせパターン52、72周辺の硬化型接着剤層62を硬化させた。
【0058】
図2(h)に示すように、フィルム部材40を保持するヘッド部位700に設けられたxyz微動機構720により、位置合わせパターン53と、位置合わせパターン73のxyz座標位置合わせを行った。
【0059】
図2(i)に示すように、位置合わせパターン53、73周辺をヒーターで加熱し、位置合わせパターン53、73周辺の硬化型接着剤層63を硬化させた。
【0060】
基板全体を100℃、1時間加熱し、硬化型接着剤層全体を硬化させ、基板90を作成した。
【0061】
位置合わせパターン52、72および53、73周辺では、フィルム部材70がシリコン基板50に1ミクロン以下のxyz位置精度で貼り合わされていることを確認した。
【0062】
<実施例2>
実施例1と同様の工程により、基板90を作成した。
【0063】
図3(a)に示すように、基板90上に位置合わせの基準となるパターン91、92、93を作成した。
【0064】
実施例1と同様の工程により、フィルム部材120を作成した。
【0065】
図3(b)に示すように、基板90を保持するテーブル部位500に設けたxyz微動機構520およびθxθyθz軸合わせ機構530により、位置合わせパターン91と、位置合わせパターン111のxyz座標位置合わせとθxθyθz軸合わせを行い、基板90上に、フィルム部材120を積層した。
【0066】
図3(c)に示すように、位置合わせパターン91、111周辺をヒーターで加熱し、位置合わせパターン91、111周辺の硬化型接着剤層101を硬化させた。
【0067】
位置合わせパターン91、111周辺では、フィルム部材110が基板90に1ミクロン以下のxyz位置精度で貼り合わされていることを確認した。このとき、位置合わせパターン92、112および93、113周辺でのxyz位置合わせ精度は3〜5ミクロンとなった。
【0068】
図3(d)に示すように、フィルム部材120を保持するヘッド部位700に設けられたxyz微動機構720により、位置合わせパターン92と、位置合わせパターン112のxyz座標位置合わせを行った。
【0069】
図3(e)に示すように、位置合わせパターン92、112周辺をヒーターで加熱し、位置合わせパターン92、112周辺の硬化型接着剤層102を硬化させた。
【0070】
図3(f)に示すように、フィルム部材120を保持するヘッド部位700に設けられたxyz微動機構720により、位置合わせパターン93と、位置合わせパターン113のxyz座標位置合わせを行った。
【0071】
図3(g)に示すように、位置合わせパターン93、113周辺をヒーターで加熱し、位置合わせパターン93、113周辺の硬化型接着剤層103を硬化させた。
【0072】
基板全体を100℃、1時間加熱し、硬化型接着剤層全体を硬化させ、基板130を作成した。
【0073】
位置合わせパターン92、112および93、113周辺では、フィルム部材110が光基板90に1ミクロン以下のxyz位置精度で張り合わされていることを確認した。
【0074】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果がある。
第1に、基板内の任意の位置において、フィルム部材の位置合わせ精度が1ミクロン以下となる効果がある。これにより、転写型カラーフィルタや高密度電気配線基板や光基板やCCD用光学レンズアレイ等の高精度基板の製造が可能となる。
【0075】
第2に、フィルム部材や支持基板の大きさに制約が無くなる効果がある。技術上、フィルム部材の大きさに関わらず、任意の位置のアライメントが可能である。これにより、数十センチを越える超大型高精細基板の作成が可能となる。
【0076】
第3に、フィルム部材を多層積層することが容易となる効果がある。xyzの3次元位置合わせ技術を用いることで、xy座標のみでなく、z方向の位置精度も数ミクロン以下で積層できる。これにより、数十層の多層積層基板の作成が可能となる。
【0077】
第4に、前記3点の効果を実現するために適切な装置構成を用いることで、製品の量産が可能となる。
【0078】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の貼り合せ装置の断面説明図。
【図2】実施例1に係わる貼り合せ装置の断面説明図。
【図3】実施例2に係わる貼り合せ装置の断面説明図。
【符号の説明】
10 支持基板
11 位置合わせパターン
12 位置合わせパターン
20 硬化型接着剤層
30 フィルム部材
31 位置合わせパターン
32 位置合わせパターン
40 フィルム部材(接着層付き)
50 シリコン基板
51 位置合わせパターン
52 位置合わせパターン
53 位置合わせパターン
60 硬化型接着剤層
61 硬化型接着剤層(硬化済み)
62 硬化型接着剤層(硬化済み)
63 硬化型接着剤層(硬化済み)
70 フィルム部材
71 位置合わせパターン
72 位置合わせパターン
73 位置合わせパターン
80 フィルム部材(接着層付き)
90 貼り合せ基板
91 位置合わせパターン
92 位置合わせパターン
93 位置合わせパターン
100 硬化型接着剤層
101 硬化型接着剤層(硬化済み)
102 硬化型接着剤層(硬化済み)
103 硬化型接着剤層(硬化済み)
110 フィルム部材
111 位置合わせパターン
112 位置合わせパターン
113 位置合わせパターン
120 フィルム部材(接着層付き)
130 貼り合せ基板
500 テーブル部位
510 保持機構
520 xyz微動機構
530 θxθyθz軸合わせ機構
600 ヘッド部位
610 保持機構
620 アーム機構
700 ヘッド部位
710 保持機構
720 xyz微動機構
730 アーム機構

Claims (2)

  1. 支持基板とフィルム部材を硬化型接着層によって貼り合せる貼り合せ装置であって、xyz微動機構およびθxθyθz軸合わせ機構を設けた支持基板を保持するテーブル部位を有する仮位置合わせ手段と、xyz微動機構を設けたフィルム部位を保持するヘッド部位を有する精密位置合わせ手段と、仮部分固定手段と、完全部分固定手段と、全体固定手段と、を少なくとも具備する貼り合せ装置を用いた貼り合せ方法において、
    (1)前記仮位置合わせ手段により、前記支持基板を動かすことで位置合わせを行い、該支持基板と前記フィルム部材に形成された少なくとも1の位置合わせパターンにより大まかな位置を合わせる仮位置合わせ工程、
    (2)前記仮部分固定手段により、前記工程で仮位置合わせした位置合わせパターン近傍を仮部分固定する工程、
    (3)前記精密位置合わせ手段により、前記フィルム部材位置を動かすことで再位置合わせを行い、前記支持基板と該フィルム部材に形成された他の位置合わせパターンのうち少なくとも1の位置合わせパターンにより精密に位置を合わせる精密位置合わせ工程、
    (4)前記完全部分固定手段により、前記工程で精密位置合わせした位置合わせパターン近傍を完全部分固定する工程、
    (5)前記工程(3)および(4)を繰り返すことで、全ての前記他の位置合わせパターンを完全部分固定する工程、
    (6)前記全体固定手段により、前記硬化型接着剤層全体を硬化する全体固定工程、
    により、支持基板とフィルム部材を硬化型接着層によって貼り合せることを特徴とする貼り合せ方法。
  2. 前記xyz微動機構を設けたフィルム部位を保持するヘッド部位の該xyz微動機構にピエゾ素子を用いたことを特徴とする請求項1に記載の貼り合せ方法。
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