JP4736198B2

JP4736198B2 - 複合基板の製造方法

Info

Publication number: JP4736198B2
Application number: JP2001033898A
Authority: JP
Inventors: 朋弘新保
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP2002235045A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２枚の基板を接着剤を介して貼り合わせて作られる複合基板の製造方法に関し、より具体的には、種々の機能が付与された基板に接着剤を介して薄膜被覆材を貼り合わせて複合基板を製造するのに好適な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２枚の基板を接着剤を介して貼り合わせた複合基板は種々の分野で知られている。例えば、電子部品や光学部品においては、種々の機能を付与した基板（第２の基板）の表面に薄板ガラスなど（第１の基板）を薄膜被覆材として貼り合わせたものが用いられる。そのような部品においては、第１の基板である被覆に使用した薄板表面には高い平面性が要求される。
【０００３】
そのような複合基板の改良された製造方法として特開２０００−１６０１０７号公報には次のような製造方法が開示されている。すなちわ、回転塗布機に設置されているスピンナー上に平面性を高めた平坦面を持つ定盤を固定し、その上に薄板ガラス板やフィルムなどである厚みの薄い第１の基板を置く。次に、該第１の基板の表面に液状の接着剤を滴下し、該接着剤が未硬化の状態でその上から第１の基板よりも厚みの厚い第２の基板５を載置する。その状態で定盤を高速回転させて余剰の接着剤を遠心力により振り切り、第１の基板と第２の基板とが平行度の高い状態で接着剤を介して積層された複合基板を得る。その複合基板を、接着剤が熱硬化性のものであれば、ヒーターまたは温風等で加熱し、接着剤が電離放射線硬化性のものであれば、電離放射線放射線（例えば、電子線や紫外線）を照射して、接着剤を硬化させることにより、表面の平面性が高い薄板（第１の基板）で被覆された複合基板が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の製造方法において、接着剤は第１の基板のほぼ中央位置に山なりの状態に滴下される。その上に第２の基板を載置すると、第２の基板は山なり状態である接着剤の影響を受けてどうしてもわずかに傾斜した姿勢になる。その状態のままで、スピンナーを高速回転（通常１０００〜５０００ｒｐｍ）させると、接着剤の遠心力による広がりが不均一となり、第１の基板上での接着剤の厚みが不均一となる（例えば、１５０ｍｍ角の面内で５μｍ程度の厚みムラが生じる）。その状態で接着剤を硬化させるので、製造された複合基板の第１の基板と第２の基板の平行度が不十分となり、製品として不良品となる。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、２枚の基板を接着剤を介して貼り合わせて作られる複合基板、より具体的には、薄膜被覆材の表面に滴下した接着剤を介して種々の機能が表面に付与された基板を貼り合わせて複合基板を製造するに際して、該滴下された接着剤に起因して生じる２枚の基板間の平行度の不足を効果的に回避することができ、それにより、不良品が発生する確率を大きく低減することのできる複合基板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】
上記の課題を解決するための本発明による複合基板の製造方法は、回転速度が可変とされかつ平面性を高めた平坦面を表面に持つ定盤の上に第１の基板を密着させる工程、前記第１の基板の上に接着剤を滴下する工程、前記接着剤の上から前記第１の基板の上に第２の基板を載置する工程、前記定盤の回転により前記第１と第２の基板を回転させ遠心力の作用により第１と第２の基板の間から余分な接着剤を除去する工程、とを順次行う複合基板の製造方法において、前記第１の基板上への接着剤を滴下を、少なくとも２本以上の線状体となるように、好ましくは、該第１の基板のほぼ中央位置から周辺部に向けて少なくとも２本以上の放射状の線状体となるようにして行うことを特徴とする。
【０００７】
本発明の製造方法によれば、第１の基板の上へ滴下された直後の接着剤は、実質的にほぼ同じ厚みとされた少なくとも２本以上の線状体として、より好ましくは、第１の基板のほぼ中央位置から周辺部に向けて延びる実質的にほぼ同じ厚みとされた少なくとも２本以上の放射状の線状体として形成されているので、滴下された接着剤の上から第１の基板の上に第２の基板を載置するときに、等量の接着剤が山なりの状態に滴下される従来方式と比較して、第２の基板の第１の基板に対する傾斜度は大きく低減し、実質的に両者は平行状態に維持される。そのために、第２の基板を載置した後に定盤を高速回転（通常１０００〜５０００ｒｐｍ）させても、接着剤の遠心力による広がりは均一なものとなり、第１の基板上での接着剤の厚みは均一となる。結果として、接着剤の硬化後に製造される複合基板の第１の基板と第２の基板の平行度は非常に高くなり、不良品発生の歩留まり率は大きく低減する。
【０００８】
好ましい態様において、本発明による複合基板の製造方法は、前記定盤の回転により余分な接着剤を除去する工程の前工程として、滴下した接着剤を第１と第２の基板の間で周辺部近傍にまで行き渡らせる工程をさらに含むようにされる。本発明者らの実験によれば、そのような前工程を行うことにより、第１と第２の基板の間での接着剤の膜厚がさらに均一となり、気泡が含まれることもなく、双方の基板の平行度はさらに高くなることを確認できた。そして、第１の基板がきわめて薄い（５０μｍ程度）ものである場合にも、高い平坦度は確保された。また、滴下した接着剤が第１と第２の基板の間で周辺部近傍にまで行き渡るのに要する時間は、等量の接着剤を第１の基板のほぼ中央に山なりの状態に滴下する従来方式の場合と比較して、本発明による場合には大きく短縮され、複合基板の製造に要する時間を短縮することが可能となった。
【０００９】
滴下した接着剤を第１と第２の基板の間に周辺部近傍にまで行き渡らせるには、基本的には、第２の基板の重さを接着剤に作用させて接着剤を延伸させることによって行う。上位となる第２の基板は通常厚みの厚いものでありある程度の質量を有するので、接着剤の延伸はスムースに進行する。他の処理を同時に行って時間を短縮することもできる。他の処理としては、例えば、接着剤を加熱してその粘性を下げる処理や接着剤に振動を与えるような処理でもよく、遠心力の作用により余分な接着剤を除去するときの回転数よりも遅い回転数（１００〜５００ｒｐｍ程度）で前記スピンナーを回転させるようにしてもよい。複数の処理を同時に行ってもよい。
【００１０】
上記のようにして製造された複合基板は、次いで、接着剤を硬化する工程におかれる。用いる接着剤の種類に応じた最適の硬化処理が施されるが、硬化の一律性と迅速性から、接着剤として電離放射線硬化性の接着剤を用い、硬化処理を電離放射線照射によって行うことは特に好ましい態様である。
【００１１】
本発明の方法は、２枚の基板がその間に接着剤を介して積層されている任意の複合基板の製造方法に用いることができ、２枚の基板に特に制限はないが、前記のように、下位となる第１の基板がごく薄いものであり、上位となる第２の基板が厚く質量の大きいものである場合に、特に有効な製造方法となる。例えば、第２の基板が光学フィルムなどの機能性材料を貼り合せた機能性を有する基板であり、第１の基板が薄板ガラス板やフィルムなどである薄膜被覆材である場合に、本発明の製造方法は有効であり、表面の均平度が高くかつ２枚の基板の平行度も高くされた複合基板を、容易かつ迅速に、また、高い再現性下で製造することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は本発明の製造方法を工程順に説明する図である。この例において、装置としては、スピンナー１を備える回転塗布機を使用している。スピンナー１の一端には真空吸引により塗布体が固定される。塗布液は別の加圧タンクに溜めておき、電磁弁の開閉時間の調整により一定量の塗料を吐出させて被塗布体上に滴下し、滴下後、スピンナー１を高速回転させて、遠心力により滴下された塗料を被塗布体表面に拡げる。このような回転塗布機は、比較的小型の板状体に塗布を行うのに適し、電子部品等の製造においてレジストの塗布等によく使用されているものである。以下の例では上記装置を接着剤の滴下装置として用いている。
【００１３】
最初に、図１ａに示すように、スピンナー１上に定盤２を固定する。通常、この種のスピンナー１は、図示しない駆動装置と制御機構とにより、停止状態から１００００ｒｐｍ程度の高速回転までの間の任意の回転数で回転できるようにされている。定盤２の固定は、機械的に行うなど、真空吸引以外の手段で固定しても構わない。定盤２の表側の面、すなわち、スピンナー１で固定したのとは反対側の面は、平面性を高めた平坦面とされている。定盤２としては、好ましくは、平面度が０．５μｍ以下である石英ガラス製のものを使用する。このように平面性を高めることにより、定盤２と第１の基板３（本発明でいう、「第１の基板」に相当する、以下、第１の基板３という）が隙間無しに接するので、真空吸引を続けるような操作を伴うことなく、定盤２と第１の基板３との密着が保たれる。
【００１４】
定盤２と第１の基板３とは平坦度が高いことからそのままでも密着するが、密着性をより良好にするために、第１の基板上から加圧するようにしてもよい。定盤２の表面は高度の平面性が保たれているために、ここに密着した第１の基板３は、第１の基板３自身の厚みムラや多少のたわみがあっても、定盤２により矯正され、第１の基板３の下面、すなわち、定盤２に接している面が、定盤２の持つ平面性を持つようになる。その状態で、第１の基板３の表面に少なくとも２本以上の線状体となるようにして液状の接着剤４を滴下し（図１ｂ）、その上に、機能性材料層６と第２の基板５との積層板５ａを機能性材料層６が第１の基板３側として載置する。なお、接着剤４の滴下の態様については、後に詳細に説明する。
【００１５】
好ましくは、その状態でしばらく放置し、積層板５ａの重量により接着剤４が延伸して、図１ｃに示すように、接着剤４が第１の基板３と積層板５ａの間にその周辺部近傍にまで行き渡らるようにする。それにより、接着剤４は第１の基板３と積層板５ａとの間に一層均一な厚さで広がり、かつ、第１の基板３と積層板５ａ（第２の基板５）との平行度も一層高く確保される。放置の間に、延伸の補完的手段として、接着剤の種類に応じて、適宜の振動発生手段により接着剤４に振動を与えてもよく、接着剤４を加熱してその粘性を下げるような処理を行ってもよい。さらに、前記スピンナー１を１００〜５００ｒｐｍ程度の低速で回転させ、それにより、第１の基板３と積層板５ａの間で遠心力の作用によって接着剤４を延伸させるようにしてもよい。上記の処理を複数同時に行ってもよい。
【００１６】
上記のようにして、接着剤４が第１の基板３と積層板５ａの間にその周辺部近傍にまで広がった段階（図１ｃの状態）で、スピンナー１を高速回転（１０００〜５０００ｒｐｍ程度）させると、接着剤４の第１の基板３と積層板５ａとの間の厚みが均一に減少していき、余剰の接着剤４は周囲よりはみ出して、遠心力により振り切られる（図１ｄ）。なお、このとき、接着剤の粘度、経過時間に対する回転数（ｒｐｍ）および回転時間を調整することにより、接着剤４の厚みを適宜制御することができる。以上の工程により、第１の基板３と第２の基板５（積層板５ａ）が接着剤４により積層される。
【００１７】
高速回転終了後、接着剤が熱硬化性のものであれば、ヒーターまたは温風等で加熱し、接着剤が電離放射線硬化性のものであれば、電離放射線放射線を照射して、接着剤を硬化させる（図１ｅ）。この後、第２の基板５（積層板５ａ）と第１の基板３が一体になった複合基板Ｂをエアブロウまたはプラスチック製のへラのようなセパレーター７を用いて定盤２から剥離する（図１ｆ）。そして、剥離後の複合基板８をオーブンなどに入れて、加熱処理（例えば、１２０℃、１時間）を加え、接着剤を完全硬化させる。上記の工程を経ることにより、本発明による複合基板は作られる。
【００１８】
次に、第１の基板３の表面に液状の接着剤４を滴下する態様と、滴下に用いる滴下装置とについて説明する。図２は接着剤滴下装置の一実施の形態を示している。図２において、１０は先端に接着剤吐出ノズル１１を備えたディスペンサーであり、内部に液状の接着剤の吐出開始と停止及び吐出量の調整を行う流量調整開閉弁や液状接着剤の流路としての配管類などを備えている。なお、ディスペンサー１０自体は従来知られたものである。
【００１９】
前記ディスペンサー１０はコンピュータ制御される３軸（ＸＹＺ）方向移動ステージ２０に支持されており、被滴下材である平板３（実際の例では、本発明でいう「第１の基板」、以下、第１の基板３という）上の任意の位置に移動できるようＸ軸、Ｙ軸方向（水平方向）に移動可能に、また、第１の基板３の表面から所定の高さまでノズル１１の先端位置を調整できるようにＺ軸方向（上下方向）にも移動可能とされている。このような３軸（ＸＹＺ）方向移動ステージ２０も従来知られたものであり、詳細な説明は省略する。
【００２０】
３０は液状接着剤を収容するタンクであり、内部に加圧装置（不図示）を備えていて、収容した液状接着剤をタンク内圧力により送出できるようになっている。このような液送圧力タンクも従来知られたものであってよい。ディスペンサー１０とタンク３０とは液送配管３１により接続されており、ディスペンサー１０に配置した流量調整開閉弁を制御することにより、所定量の接着剤がディスペンサー１０のノズル１１から吐出される。
【００２１】
４０はシステムコントローラであり、図３に示すように、前記３軸方向移動ステージ２０を制御する制御回路４１と、ディスペンサー１０の流量調整開閉弁の開閉タイミング及び開度を制御するディスペンサー制御回路４２とを備えるとともに、前面パネルには、入力用キーボート４３やディスプレー４４などが備えられている。
【００２２】
図２に示すように、滴下作業の開始に当たり、作業台（定盤）上に第１の基板３をセットする。そして、第１の基板３における接着剤の滴下開始位置ｒ（１個又は複数個）と滴下停止位置Ｒ（１個又は複数個）とを座標入力し、次いで、吐出開始信号を入力する。それにより、ディスペンサー１０は開始位置ｒへ移動し、到達後に、ディスペンサー１０のノズル１１が降下して所定の高さで接着剤の吐出が開始する。接着剤の吐出を継続しながら、ディスペンサー１０は停止位置Ｒへ移動し、そこで接着剤の吐出を停止する。それにより、例えば図４Ｂ−１に示すように、第１の基板３のほぼ中央を通過し、かつ、一方の辺近傍から他方の辺近傍に向けて延びる、接着剤による第１の線状体Ｌ１が形成される。次に、第１の基板３を９０度回転させるか、ディスペンサー１０を９０度変位させた後、同じ滴下操作を行う。それにより、第１の線状体Ｌ１の長手方向のほぼ中央位置において９０度の角度で交差する第２の線状体Ｌ２が形成される。
【００２３】
図２に示した装置を用い、滴下開始位置ｒと滴下停止位置Ｒの座標位置を適宜設定することにより、第１の基板３の上に実質的にほぼ同じ厚みとされた２本以上の線状体、好ましくは第１の基板３のほぼ中央位置から周辺部に向けて延びる実質的にほぼ同じ厚みとされた少なくとも２本以上の放射状の線状体として、接着剤４を滴下することが可能となる。図４Ｃ−１は、第１の基板３の対角線上を走る２本の放射状の線状体として接着剤を滴下した態様であり、図４Ｄ−１は全体としてＹの字となる３本の放射状の線状体として接着剤を滴下した態様である。他にも多くの態様をとることができる。滴下された接着剤は、静置しておくことにより、例えばＢ−１→Ｂ−２→Ｂ−３のように、次第に第１の基板３の周辺部近傍にまで広がっていく。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例により本発明を説明する。
［実施例１］第１の基板３に相当する薄板ガラス（ＡＦ４５：ショット社製、熱膨張係数４５×１０−７／℃、厚さ５０μｍ、１４０ｍｍ角）を定盤２（ＡＬ硝子：旭硝子社製、熱膨張係数３７×１０−７／℃、厚さ６．３５ｍｍ、１４０ｍｍ角、平坦性５μｍ以下）に貼り付け、第１の基板３側を上にして、平坦性を有する定盤２をスピンナー１上に固定した。定盤２、第１の基板３の双方共、洗浄済のものを使用し、貼り付け時に、異物等の混入を防ぐためクリーンルーム内の清浄度の高いクリーンベンチ内で行った。
【００２５】
次に、第１の基板３の上にディスペンサー（エッペンドルフ社製：マルチペット４９８０）を用いて前記したようにＸ形、Ｙ形に接着剤４（ノーランド社製ノーランド６５、粘度１０００［ｃｐｓ］２３℃）を４ｇ滴下した。滴下後、その上に機能性を有する第２の基板５（ブランクス（石英：旭ガラス社製、厚さ２．３ｍｍ、１５０ｍｍ角、平坦度５μｍ以下））を積載した。その状態でしばらく放置した後、回転チャック１を高速回転（１０００〜５０００ｒｐｍ）させると接着剤は完全に複合基板全体に均一に行き渡り、それに伴って接着剤の厚みが減少し複合基板からはみ出た接着剤は複合基板を汚すことなく周辺に振り切れた。接着剤４の硬化後、定盤２から複合基板をエアブロウを用いて剥離した。以上の工程より複合基板１０が完成した。
【００２６】
［実施例２］実施例１におけるディスペンサーによる接着剤４ｇの滴下を、図４Ｂ−１，図４Ｃ−１，図４Ｄ−１に示す形状となるように行った。そのまま静止状態で放置し、接着剤が有効領域（この例では、１５０ｍｍ角の第１の基板内の１１０ｍ角の領域）まで行き渡る時間（実質的に、図４Ｂ−３，図４Ｃ−３，図４Ｄ−３に示される状態となるまでの時間）を測定した。その結果を表１に示す。
【００２７】
［実施例３］実施例１におけるディスペンサーによる接着剤４ｇの滴下を、図４Ｂ−１，図４Ｃ−１，図４Ｄ−１に示す形状となるように行い、その上に機能性を有する第２の基板５（ブランクス（石英：旭ガラス社製、厚さ２．３ｍｍ、１５０ｍｍ角、平坦度５μｍ以下）を積載して４分間放置した。その後、回転チャック１を高速回転（１０００〜５０００ｒｐｍ）させて余分な接着剤を振り切った後、電離放射線を照射して接着剤を硬化させて、複合基板を完成した。それぞれについて、接着剤膜厚の均一性σと平均膜厚を測定した。また、２枚の基板間の平行度も測定した。その結果を表１に示す。
【００２８】
［比較例１］基板の中央に同じ接着剤４ｇを図４Ａ−１に示すように山なりに滴下し、以下、実施例２及び３と同様にして、有効利用域に行き渡るまでの時間、膜厚均一性、平均膜厚、平行度を測定した。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】

（なお、滴下時での室温は２２℃、滴下時間はすべて１０秒で行った。膜厚は有効領域１１０ｍｍ角の面内１６箇所（碁盤目状）のポイントを測定した。）
【００３０】
表１から、従来の滴下方法（図４Ａ−１）に対して、本発明による滴下方法では、接着剤が行き渡るまでの時間が短縮され、かつ、得られる複合基板の膜厚均一性、平行度ともに向上する結果となっていることがわかる。
【００３１】
なお、前記平行度の測定には、フィゾー干渉計（フジノン社製：ＦｕｊｉＦｉｘ０５）を使用した。平行度の測定は、複合基板の底面の反射光の情報が得られるように平坦性を有する白紙の上に複合基板を置き、薄板表面反射光と複合基板底面反射光との干渉による干渉縞の本数をカウントし、平行度を算出した。測定位置は、複合基板中央の有効領域（１１０ｍｍ角）のうち８箇所の設定領域（２５Ｈ×３５Ｗ［ｍｍ］）の干渉縞本数を測定した。また、干渉縞のカウントは、一旦、画像を静止画像としてビデオプリンタに取り込みカウントした。また、２枚の基板間の接着剤の厚みは表面解析装置（キーエンス社製：ＬＴ８１００，２点間モード）を用いて測定した。
【００３２】
［実施例４］４ｇではなく３．５ｇの量の接着剤を図４Ｂ−１のパターンに滴下して、図４Ｂ−３に示す形状となるまでの時間を測定したところ、４分１２秒であった。これは、図４Ａ−１に示す従来例での所要時間とほぼ同じ時間であり、従来の製造速度でもって本発明の製造方法により複合基板を製造する場合には、より少ない接着剤量で所要の複合基板を製造できることを示している。この点からも、本発明の製造方法の有効性が示される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、種々の機能が表面に付与された基板に接着剤を介して薄膜被覆材を貼り合わせて複合基板を製造するような場合に、接着剤の膜厚均一性が高く、かつ、２つの基板間の平行度の向上した複合基板をより短い時間で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の製造過程を説明するための図。
【図２】本発明の製造方法において用いられる接着剤滴下装置の一実施の形態を説明する図。
【図３】図３に示す接着剤滴下装置のシステムコントローラのブロック図。
【図４】第１の基板への接着剤の滴下態様とその広がり具合を説明する図であり、図４Ａ−１〜図４Ａ−３は従来のものを示しており、図４Ｂ−１〜図４Ｂ−３、図４Ｃ−１〜図４Ｃ−３、及び、図４Ｄ−１〜図４Ｄ−３は本発明によるものを示している。
【符号の説明】
１…スピンナー、２…定盤、３…第１の基板（薄板）、４…接着剤、５…第２の基板、１０…ディスペンサー、１１…ノズル、２０…３軸（ＸＹＺ）方向移動ステージ、３０…液状接着剤の収容タンク、４０…システムコントローラ、ｒ…接着剤滴下開始位置、Ｒ…接着剤滴下終了位置

Claims

回転速度が可変とされかつ平面性を高めた平坦面を表面に持つ定盤の上に第１の基板を密着させる工程、前記第１の基板の上に接着剤を滴下する工程、前記接着剤の上から前記第１の基板の上に第２の基板を載置する工程、前記定盤の回転により前記第１と第２の基板を回転させ遠心力の作用により第１と第２の基板の間から余分な接着剤を除去する工程、接着剤を硬化させる工程とを順次行う複合基板の製造方法において、
前記第１の基板上への接着剤を滴下を、少なくとも２本以上の線状体となるようにして行うことを特徴とする複合基板の製造方法。
前記第１の基板の上への接着剤を滴下を、該第１の基板のほぼ中央位置から周辺部に向けて少なくとも２本以上の放射状の線状体となるようにして行うことを特徴とする請求項１記載の複合基板の製造方法。
前記定盤の回転により余分な接着剤を除去する工程の前工程として、滴下した接着剤を第１と第２の基板の間で周辺部近傍にまで行き渡らせる工程をさらに有することを特徴とする請求項１又は２記載の複合基板の製造方法。
前記接着剤が電離放射線硬化型であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の複合基板の製造方法。
前記第２の基板が光学フィルムなどの機能性材料を貼り合せた機能性を有する基板であり、前記第１の基板が薄板ガラス板やフィルムなどである薄膜被覆材であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の複合基板の製造方法。