JP6914227B2 - Manufacturing method of substrate for micro display - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロディスプレイ用基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a substrate for a microdisplay.
テレビやパソコンの表示機、携帯端末などに使われる表示デバイスとして、液晶パネルが一般的に使用される。このような表示パネルを直接見る方式のもの以外に、プロジェクター等の画像を投影する方式の表示装置もある。また、小型の表示デバイスとして、ヘッドアップディスプレイ(HUD)やヘッドマウントディスプレイ(HMD)がある。ヘッドマウントディスプレイを眼鏡タイプとして小型化したものをスマートグラスと呼ばれている。 Liquid crystal panels are generally used as display devices used in televisions, personal computer displays, mobile terminals, and the like. In addition to the method of directly viewing the display panel, there is also a display device of a method of projecting an image such as a projector. Further, as a small display device, there are a head-up display (HUD) and a head-mounted display (HMD). A miniaturized head-mounted display that is a glasses type is called a smart glass.
プロジェクターも含め、小型の表示装置にはマイクロディスプレイと呼ばれる小さな表示装置が使われ、それを観察者に見えるように拡大してスクリーンに投影したり、又は反射部材から観察者の視野へ映像を導いたりしている。その中でもヘッドマウントディスプレイは情報端末の情報をハンズフリーで見ることが出来、ウェアラブル端末の一つとして注目されている。ヘッドマウントディスプレイは特許文献1や特許文献2に記載されているように、眼鏡の様に装着して目の近くに表示させるため、装置自体の小型化が求められている。
Small display devices, including projectors, use a small display device called a micro display, which is magnified so that it can be seen by the observer and projected onto a screen, or the image is guided from the reflective member to the observer's field of view. I'm doing it. Among them, the head-mounted display is attracting attention as one of the wearable terminals because it allows hands-free viewing of information on information terminals. As described in
ヘッドマウントディスプレイにはマイクロディスプレイと言われる小型の表示装置が使われており、透過光を液晶により制御する透過型液晶パネル、電極部で反射させ反射光の偏光方向を液晶で制御する反射型液晶パネル、マイクロミラーの反射光の方向を制御するマイクロミラー駆動パネルがある。 A small display device called a micro display is used for the head mount display. A transmissive liquid crystal panel that controls transmitted light with a liquid crystal, and a reflective liquid crystal that is reflected by an electrode and controls the polarization direction of the reflected light with a liquid crystal. There are panels and micromirror drive panels that control the direction of reflected light from the micromirror.
上記の各パネルはパネル単体の部品を指し、実際、表示デバイスとしては、光源や、パネルへ光を導くための光学部品、出てきた光を出力側へ導くための光学部品などが必要になる。透過型液晶パネルは、入ってきた光をその方向のままで出射するため、前後の光学系は単純に出来、表示デバイスのサイズをコンパクトに出来る。反射型液晶パネルは、反射光を出力とするが、パネル面に対して入射光と反射光が同じ面となるため偏光ビームスプリッター(PBS)と呼ばれる光学部品で光を分離する必要があり、表示デバイスのサイズが大きくなる。マイクロミラー駆動パネルも、反射光を利用するため光学部品(例えば、内部全反射プリズム(TIRPrism))が必要になり、表示デバイスのサイズが大きくなる。 Each of the above panels refers to a component of a single panel, and in fact, as a display device, a light source, an optical component for guiding light to the panel, an optical component for guiding the emitted light to the output side, and the like are required. .. Since the transmissive liquid crystal panel emits the incoming light in that direction, the front and rear optical systems can be simplified and the size of the display device can be made compact. The reflective liquid crystal panel outputs the reflected light, but since the incident light and the reflected light are on the same surface with respect to the panel surface, it is necessary to separate the light with an optical component called a polarizing beam splitter (PBS), and the display is displayed. The size of the device increases. Since the micromirror drive panel also uses the reflected light, an optical component (for example, an internal total internal reflection prism (TIRPrism)) is required, and the size of the display device becomes large.
透過型液晶パネルの画素回路はSiから作製されるが、通常の液晶パネルで使用されているアモルファスSiや多結晶Siでは画素回路のスイッチング素子であるトランジスタのサイズを小さくし難く、単結晶のSiを利用することが望ましい。単結晶のSiを使った液晶パネルはLCOS(LiquidCrystalOnSilicon)と呼ばれ、通常の液晶ディスプレイ(LCD)と区別されて表記される。単結晶のSiから画素回路を作製する場合、通常、Si基板やSOI(SilicononInsulator)基板を用いるが、Siは光を透過しないためそのままでは表示装置として使用出来ない。単結晶のSi膜を石英ガラス基板上に形成したSOQ(SilicononQuartz)基板を使用すると、小型のトランジスタを作製でき、かつ画素回路の無い部分では光が透過できるのでマイクロディスプレイには最適である。 The pixel circuit of a transmissive liquid crystal panel is made of Si, but with amorphous Si and polycrystalline Si used in ordinary liquid crystal panels, it is difficult to reduce the size of the transistor that is the switching element of the pixel circuit, and single crystal Si. It is desirable to use. A liquid crystal panel using single crystal Si is called LCOS (LiquidCrystalOnSilicon), and is described separately from a normal liquid crystal display (LCD). When a pixel circuit is manufactured from a single crystal Si, a Si substrate or an SOI (SilicononInsulator) substrate is usually used, but since Si does not transmit light, it cannot be used as it is as a display device. By using an SOQ (Siliconon Quartz) substrate in which a single crystal Si film is formed on a quartz glass substrate, a small transistor can be manufactured and light can be transmitted in a portion without a pixel circuit, which is most suitable for a microdisplay.
特許文献3には、SOI基板上に画素回路を形成し、回路部分を接着剤にて透明基板へ貼り合せ、その後SOI基板を除去して、画素回路基板を作製する方法が記載されている。こうすることで、通常の半導体プロセス装置が使え、小型で高性能の回路が形成出来、それを透過型液晶パネルへ利用出来る。 Patent Document 3 describes a method of forming a pixel circuit on an SOI substrate, attaching a circuit portion to a transparent substrate with an adhesive, and then removing the SOI substrate to prepare a pixel circuit board. By doing so, a normal semiconductor process device can be used, a small and high-performance circuit can be formed, and the circuit can be used for a transmissive liquid crystal panel.
上述したように、マイクロディスプレイ用基板を製造するためにSOQ基板を用いることが考えられるが、SOQ基板には、通常の半導体プロセス装置を使う上で2つの問題がある。一つは、光透過性であるため、基板の有無を調べる光を使ったセンサーが検知しないことである。もう一つは、半導体プロセス装置で使われている静電チャックで吸着が出来ないことである。これらの問題のために半導体プロセス装置の改造が必要で、全ての半導体プロセス装置にそのまま投入することは出来ない。現在、SOQ基板に回路を形成できるように特別に調整された半導体プロセス装置は、例えば外径150mmといった基板のサイズが小口径のものに限られており、例えば外径200mmといった大口径の基板については対応できないという問題がある。 As described above, it is conceivable to use an SOQ substrate for manufacturing a substrate for a microdisplay, but the SOQ substrate has two problems in using a normal semiconductor process apparatus. One is that because it is light-transmitting, it is not detected by a sensor that uses light to check for the presence or absence of a substrate. The other is that the electrostatic chuck used in semiconductor process equipment cannot adsorb. Due to these problems, it is necessary to modify the semiconductor process equipment, and it cannot be put into all semiconductor process equipment as it is. Currently, semiconductor process devices specially adjusted to form circuits on SOQ substrates are limited to those with a small diameter, such as an outer diameter of 150 mm, for large diameter substrates such as an outer diameter of 200 mm. Has the problem that it cannot be dealt with.
また、特許文献3に記載された方法では、上述したように、SOI基板上に形成した画素回路を透明基板へ貼り合せた後にSOI基板を除去するため、光の透過は可能ではあるが、接着剤が介在するため光の透過率が落ちてしまうという問題がある。また、製造上も回路の凹凸部分へ気泡が入ったり、加工時に接着剤の部分から剥がれたりという問題が発生し得る。 Further, in the method described in Patent Document 3, as described above, since the SOI substrate is removed after the pixel circuit formed on the SOI substrate is attached to the transparent substrate, light can be transmitted, but the adhesion is achieved. There is a problem that the light transmittance drops due to the presence of the agent. Further, in manufacturing, there may be a problem that air bubbles enter the uneven portion of the circuit or peel off from the adhesive portion during processing.
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、画素回路のスイッチング素子であるトランジスタの小型化を図るため、Si基板やSOQ基板などの単結晶のSi層を有する小口径の基板を用いても、大口径の透明基板を有するマイクロディスプレイ用基板を製造できるとともに、接着剤を用いても光の透過率が落ちることを防ぐことができる、マイクロディスプレイ用基板の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above problems, in order to reduce the size of the transistor which is the switching element of the pixel circuit, the present invention may use a small-diameter substrate having a single crystal Si layer such as a Si substrate or SOQ substrate. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a substrate for a microdisplay, which can manufacture a substrate for a microdisplay having a transparent substrate having a large diameter and can prevent a decrease in light transmittance even if an adhesive is used. ..
上記の目的を達成するために、本発明に係るマイクロディスプレイ用基板の製造方法は、単結晶のSi層を有する第1の基板を準備するステップと、前記第1の基板の第1の表面に、画素電極用の画素回路とその周辺の駆動回路を形成するステップと、前記第1の基板よりも大きな外径を有し、前記マイクロディスプレイ用基板の支持基板となる透明な第3の基板を準備するステップと、前記第3の基板と同じ外径を有する第2の基板を準備するステップと、前記第1の基板と前記第2の基板の外径差を解消するための治具に、前記第1の基板を前記画素回路および前記駆動回路が形成された第1の表面が露出するように載せて、接着剤にて前記第1の基板の前記第1の表面と前記第2の基板とを貼り合せるステップと、前記治具を前記第1の基板から取り外した後、前記第1の基板の前記第1の表面とは反対側の第2の表面を研削して薄化し、更に研磨して鏡面化をするステップと、前記第1の基板の前記鏡面化した第2の表面に、前記第3の基板を直接接合にて貼り合せるステップと、前記貼り合せた第1の基板、第2の基板および第3の基板を熱処理して、前記第1の基板と前記第3の基板の結合力を強化するステップと、前記第2の基板と前記第3の基板とを互いに引き剥がす方向へ力を加えながら、前記第1の基板と前記第2の基板との間を機械的に分離するステップと、前記第1の基板の前記第1の表面に残った前記接着剤を除去し、前記画素回路および前記駆動回路を露出させるステップとを含む。 In order to achieve the above object, the method for manufacturing a substrate for a microdisplay according to the present invention includes a step of preparing a first substrate having a single crystal Si layer and a first surface of the first substrate. , A step of forming a pixel circuit for a pixel electrode and a drive circuit around it, and a transparent third substrate having an outer diameter larger than that of the first substrate and serving as a support substrate for the microdisplay substrate. A step of preparing, a step of preparing a second substrate having the same outer diameter as the third substrate, and a jig for eliminating the difference in outer diameter between the first substrate and the second substrate. The first substrate is placed so that the first surface on which the pixel circuit and the drive circuit are formed is exposed, and the first surface of the first substrate and the second substrate are coated with an adhesive. After removing the jig from the first substrate, the second surface of the first substrate opposite to the first surface is ground to be thinned and further polished. The step of directly bonding the third substrate to the mirrored second surface of the first substrate, and the step of directly bonding the bonded first substrate, first A step of heat-treating the second substrate and the third substrate to strengthen the bonding force between the first substrate and the third substrate, and a direction of peeling the second substrate and the third substrate from each other. The step of mechanically separating the first substrate and the second substrate and the adhesive remaining on the first surface of the first substrate are removed while applying a force to the first substrate. It includes a step of exposing the pixel circuit and the drive circuit.
前記第1の基板は、石英基板上にSi層を有するSOQ基板を用いても良い。前記第3の基板は、ガラス基板を用いても良く、特に石英ガラス基板が好ましい。前記第2の基板は、前記第3の基板と同じ材質のものを用いても良い。 As the first substrate, an SOQ substrate having a Si layer on a quartz substrate may be used. A glass substrate may be used as the third substrate, and a quartz glass substrate is particularly preferable. The second substrate may be made of the same material as the third substrate.
前記治具は、前記第2の基板と同じ外径を有していて良い。前記治具は、前記第1の基板を収容可能な凹み部を備えていても良い。すなわち、前記凹み部の内径は、前記第1の基板の外径に相当していてもよい。前記凹み部の深さは、前記第1の基板の厚みに対して、その40〜70%であっても良い。 The jig may have the same outer diameter as the second substrate. The jig may include a recessed portion capable of accommodating the first substrate. That is, the inner diameter of the recessed portion may correspond to the outer diameter of the first substrate. The depth of the recessed portion may be 40 to 70% of the thickness of the first substrate.
本発明の製造方法は、前記第3の基板を貼り合せるステップの前に、オゾン処理、エッチング処理、プラズマ処理、又はこれらの組合せによって前記第3の基板の表面を活性化するステップを更に含んでも良い。また、本発明の製造方法は、前記第1の基板の第1の表面に、前記画素回路及び前記駆動回路を形成した後、更に前記画素回路上に、透明な画素電極を形成するステップを更に含んでも良い。前記熱処理は、200〜250℃の温度で実施しても良い。 The production method of the present invention may further include a step of activating the surface of the third substrate by ozone treatment, etching treatment, plasma treatment, or a combination thereof before the step of laminating the third substrate. good. Further, in the manufacturing method of the present invention, after forming the pixel circuit and the drive circuit on the first surface of the first substrate, a step of further forming a transparent pixel electrode on the pixel circuit is further performed. It may be included. The heat treatment may be carried out at a temperature of 200 to 250 ° C.
このように本発明によれば、単結晶のSi層を有する小口径の第1の基板を用いても、その第1の表面に画素電極用の画素回路とその周辺の駆動回路を形成した後、外径差を解消するための治具に載せて、接着剤にて大口径の仮接合の第2の基板と貼り合せ、更に治具を取り外した後、第1の基板の第2の表面(すなわち裏面)を研削、研磨して鏡面化し、この鏡面化した裏面に、第2の基板と同じ外径を有する最終的な基板となる第3の基板を直接接合にて貼り合せ、熱処理して、第1の基板と第3の基板の結合力を強化することで、第2の基板を容易に機械的に分離することができるので、回路形成時に第1の基板が小口径であっても、大口径である透明な第3の基板に回路が形成されたマイクロディスプレイ用基板を製造することが可能となる。また、第1の基板と第3の基板とは、直接接合にて貼り合せたことから、基板間に接着剤が存在せず、光の透過率が落ちることを防ぐことができる。 As described above, according to the present invention, even if a small-diameter first substrate having a single crystal Si layer is used, after forming a pixel circuit for a pixel electrode and a drive circuit around it on the first surface thereof. , Place it on a jig to eliminate the difference in outer diameter, attach it to the second substrate of large-diameter temporary bonding with an adhesive, and after removing the jig, the second surface of the first substrate. (That is, the back surface) is ground and polished to make a mirror surface, and a third substrate, which is the final substrate having the same outer diameter as the second substrate, is directly bonded to the mirrored back surface and heat-treated. Therefore, by strengthening the coupling force between the first substrate and the third substrate, the second substrate can be easily mechanically separated, so that the first substrate has a small diameter at the time of circuit formation. However, it is possible to manufacture a substrate for a microdisplay in which a circuit is formed on a transparent third substrate having a large diameter. Further, since the first substrate and the third substrate are directly bonded to each other, there is no adhesive between the substrates, and it is possible to prevent the light transmittance from dropping.
以下、添付図面を参照して、本発明に係るマイクロディスプレイ用基板の製造方法の一実施の形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the method for manufacturing a substrate for a microdisplay according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、本実施の形態の製造方法では、先ず、第1の基板11としてSOQ基板を準備する(図1中の(a))。第1の基板11は小口径であり、その外径としては、例えば、149.5〜150.5mmが好ましい。石英層の厚みは、特に限定されないが、例えば、600〜650μmが好ましい。表層の単結晶のSi層の厚みは、回路設計とプロセス条件によって決まり、特に限定されないが、例えば、50〜300nmが好ましい。
As shown in FIG. 1, in the manufacturing method of the present embodiment, first, an SOQ substrate is prepared as the first substrate 11 ((a) in FIG. 1). The
そして、この第1の基板11に、画素回路およびその周辺の駆動回路を含む回路層14を形成する(図1中の(b))。回路形成には半導体プロセス装置を使用するが、透明基板に対しての在荷センサーや吸着ステージの調整または改造が行われた公知の半導体プロセス装置を用いることができる。回路層14中の各画素回路の薄膜トランジスタ(TFT)の配線位置を調整して配線が遮光膜と機能するようにすることで、新たな遮光層の形成を不要と出来る。配線の無い部分について、配線形成時に遮光のためのパターンを形成しても良い。この場合、近くの信号線に対する影響を考慮することが望ましい。
Then, a
なお、回路層14を形成した後、透明な画素電極となるITO(IndiumTinOxide)層(図示省略)を形成し、そのパターン形成を行っても良い。また、回路層14またはITO層を形成した後、更に、ホトリソ工程のレジスト材として用いられる、例えばフェノールノボラックやポリヒドロキシスチレンからなる保護膜(図示省略)を形成してよく、これにより、後の工程での回路層14やITO層のダメージを防ぐことが出来る。保護膜は、後述する貼り合せ前の接着剤塗布時に形成しても良い。
After forming the
一方で、最終的に回路層14が転写される第3の基板13を準備する(図1中の(c))。
On the other hand, a
第3の基板13は、マイクロディスプレイ用基板として光を透過する必要があることから、無色透明な基板である必要がある。例えば、ガラス基板、特にSOQ基板と同じ石英ガラスを使用しても良いし、通常の液晶パネルに使われる無アルカリガラスや光学ガラスであっても良い。第3の基板13は、第1の基板11の鏡面加工された表面と直接接合をするため、貼り合せ面が鏡面に仕上げられている。表面の状態としては、直接接合として一般的な1nm以下の表面粗さRaであることが好ましい。
Since the
また、回路層14と仮接合を行う第2の基板12を準備する(図1中の(d))。第2の基板12と第3の基板13は、同じ材質のものとすることが好ましい。その理由は、第3の基板13を直接接合した後の熱処理で熱応力が発生するのを防止するためである。同じ材質にしない場合は、熱応力が発生するのを防止するために、線膨張率が1×10−6[/K]以下の材質を用いることが好ましい。熱応力が大きい場合、基板の厚みが薄くなった第1の基板11が熱応力に耐え切れず破損する。熱応力を小さくするために熱処理の温度を低くする手法もあるが、結合力は温度が低いと強化されにくいため現実的ではない。
In addition, a
第3の基板13のサイズは、最終的に得るマイクロディスプレイ用基板のサイズとし、仮接合のための第2の基板12も同じサイズとすることが好ましい。具体的には、第3の基板13及び第2の基板12は大口径であり、外径はどちらも、例えば199.5〜200.5mmが好ましい。第1の基板11と第2の基板12のサイズは異なるが、後述する治具20を使用して第1の基板11を位置決めして第2の基板12へ貼り合せるため、第2の基板12と第3の基板13を同じ外径とすることで、第3の基板13を再現性良く第2の基板12へ貼り合せることが出来る。また、第3の基板13の厚みは、特に限定されないが、例えば300〜600μmが好ましい。第2の基板12の厚みは、特に限定されないが、例えば600〜800μmが好ましい。
It is preferable that the size of the
次に、第1の基板11と第2の基板12を接着剤16にて仮接合する(図1の(e)、(f))。第2の基板12は、第3の基板13へ貼り合せる前の第1の基板11の研削工程のための仮接合となるため、接着剤16は、その研削加工に耐え、第3の基板13に貼り合せた後に除去可能なものが好ましい。接着剤16としては、このように研削研磨時の薬液に耐性を有する点の他、結合力を上げるための熱処理の温度に耐えることが出来、剥離、分離が容易なものが好ましい。このような接着剤16の例としては、3M社製の商品名WSSなどの紫外線硬化型アクリル系接着剤や、信越化学社製の商品名TA1070T、TA2570V3、TA4070など熱硬化型変性シリコーン系接着剤が挙げられる。薬液への耐性から後者の変性シリコーン系接着剤がより好ましい。
Next, the
接着剤16は、第2の基板12の表面保護を目的に、第2の基板12側に接着剤16を塗布して第1の基板1を貼り合せてもよいが、研削時に接着剤16が研削ホイール等の研削ツールに悪影響を与える場合がある。その場合は図1(e)の様に回路14上の接着材16にて第2の基板との貼り合せを行う。第1の基板11側に接着剤16を塗布する場合、第1の基板1を載せる治具20を使用する(図1の(e))。
As the adhesive 16, the adhesive 16 may be applied to the side of the
治具20は、図2に示すように、第2の基板12と同じ外径を有する略円板状の形状を有する。治具20は、その外縁の一部に、第2の基板12と位置決めできるようにオリエンテーションフラット21を有する。オリエンテーションフラット21は、第2の基板、第3の基板がノッチタイプであれば、それに合わせてV形状またはU形状のノッチにする。また、治具20の表面には、第1の基板11が収容可能な凹み部22が設けられている。すなわち、この凹み部22の内径は、第1の基板11の外径に相当する。この凹み部22は、その外周の一部に、第1の基板11と位置決めできるようにオリエンテーションフラット23を有する。また、この凹み部22のオリエンテーションフラット23の両端の位置に、第1の基板11を凹み部22から取り出すための穴24が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
治具20の凹み部22の深さは、第1の基板11の厚みに対して、その40〜70%が好ましく、45〜65%がより好ましい。凹み部22が深すぎると、第1の基板11に接着剤を塗布する際に治具20の表面25にはみ出した接着剤が、第2の基板12を貼り合わせて加圧した時に第2の基板12に付着し、治具20が第2の基板12と固着して取り外せなくなる場合があり得る。一方、凹み部22が浅すぎると、第1の基板11のエッジの面取り部の形状がテーパー形状であることにより、位置ずれが大きくなる場合があり得る。治具20は、例えば、接着剤の除去が容易な材質(例えば、アルミニウム等の金属)にしたり、表面状態(例えば、鏡面)とすることで、容易に繰り返して使用することが出来る。
The depth of the recessed
そして、治具20から取り外した後、第1の基板11の裏面を研削および研磨する(図1の(g))。裏面の研削と研磨は、第1の基板11の厚みを薄くすることと、貼り合せのために鏡面状態に仕上げることを目的とする。研磨後の第1の基板11aは、元の基板が無くなるまで薄くする必要はなく、貼り合せる第3の基板13と合わせて0.7〜1.2mmになる厚みで良い。研削で薄くした後、例えば、ラップ定盤上で粗研磨を行った後、スラリーに酸化セリウムを使用して1次研磨、コロイダルシリカを使用して最終研磨を行い、鏡面に仕上げることが好ましい。鏡面に仕上げることで、直接接合が可能となり、第1の基板11aと第3の基板13の間に接着剤などの介在物が存在することなく一体化できるので、液晶パネルの透過率の低下を防ぐことが出来る。
Then, after removing it from the
このような研磨後の第1の基板11aの裏面と第3の基板13の表面を貼り合せる(図1の(h))。この時、結合強度を上げるため、第3の基板13の表面を活性化させることが好ましい。活性化としては、オゾン処理、エッチング処理、プラズマ処理が挙げられ、これらの中のどれか1つ又は組み合わせて処理を行うことが好ましい。この処理により、第3の基板13の表面の有機物やガス吸着物質が除去され、貼り合せ直後の基板間の物質の介在を減らし、強固な結合力を得ることが出来る。
The back surface of the
更に、このように第3の基板13を貼り合せたものを熱処理する。この熱処理により第1の基板11aと第3の基板13の間の結合力を高めることができ、第2の基板12を機械的に分離することが可能となる。熱処理の温度は高いほど良いが、接着剤16の変質を招くため、その上限は250℃以下が好ましい。熱処理の下限は、例えば、200℃以上が好ましい。熱処理の時間は、温度が低いほど長くする必要がある。熱処理の温度と時間は、第2の基板12を分離する時に、第1の基板11aと第3の基板13とが分離しないような条件であればよく、例えば、温度が200〜210℃であれば、48〜72時間が好ましく、温度が240〜250℃であれば、12〜24時間が好ましい。
Further, the material obtained by laminating the
そして、仮接合の第2の基板12を分離する(図1の(i))。第2の基板12を第1の基板11aから分離するために、第2の基板12と第3の基板13の双方をそれぞれ吸着器具(図示省略)で吸着、固定し、この2つの吸着器具が離れるように移動させる移動機構(図示省略)によって、第2の基板12と第3の基板13を互いに引き離す力を掛けながら、第1の基板11aと第2の基板12の貼り合せ面である接着剤16の部分へブレード17を挿入して、開口を形成し、更に引き離す力を加え続け、接着剤16の部分で第2の基板12を分離する。
Then, the
分離後に接着剤16の残渣を有機溶媒で除去する(図1の(j))。有機溶媒としては、回路層14に悪影響を及ぼすことなく接着剤16を除去できるものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、p−メンタンやリモネン、アセトンを用いることができる。このようにして、小口径の第1の基板11の表層に形成したマイクロディスプレイの液晶パネル用の回路層14を、大口径の第3の基板13へ転写したマイクロディスプレイ用基板を作製できる。
After separation, the residue of the adhesive 16 is removed with an organic solvent ((j) in FIG. 1). The organic solvent is not particularly limited as long as it can remove the adhesive 16 without adversely affecting the
上述により作製したマイクロディスプレイ用基板を用いた液晶パネルの一例を、図3に示す。透過型液晶パネル30は、主な構成として、図3に示すように、対向に配置された画素基板32および対向基板38と、これら一対の基板によって挟まれた液晶層35とを備えるものである。画素基板32および対向基板38は、更に2枚の偏光板31に挟まれている。
An example of a liquid crystal panel using the microdisplay substrate produced as described above is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the transmissive
画素基板32の液晶層35側の表面には、トランジスタ等を含む複数の画素回路33aおよびその周辺の駆動回路33bを有する回路層33が形成されており、更にこの回路層33の液晶層35側には、複数の画素電極43が形成されている。対向基板38の液晶層35側の表面には、対向電極37が形成されている。画素基板32と対向基板38の間には液晶層35を囲むようにシール材36が配置されている。対向基板38も、例えば石英基板やガラス基板などの透明な基板が用いられる。透過型液晶パネル30は、図3に示すように、対向基板38側から入射光1を受け、偏光板31a、対向基板38、対向電極37、液晶層35、画素電極34、画素回路33a、画素基板32、偏光板31bを透過して、画素基板32側から出射光2を発する。
A
この透過型液晶パネル30の中の回路層33が形成された画素基板32が、本発明の方法により得られるマイクロディスプレイ用基板に相当する。回路層33としては、例えば、図4に示すように、複数の画素回路33aが形成される画素回路部41と、その周辺の駆動回路33bが形成される駆動回路部42とが配置される回路パターン40が形成される。駆動回路部42としては、列選択回路部42aと行選択回路部42bがある。画素回路部41は光の通る部分となるが、画素回路部41の内、配線は金属層であるため光を通さず、トランジスタ部分は光に当たると誤動作を起こす恐れがあるため配線あるいは配線層で遮光するように設計される。このため、光の通る方向は図3に示した方向に限定される。
The
この図4に示した回路パターン40が1つの液晶パネルに相当するが、この回路パターン40は、図5に示すように、外縁の一部にオリエンテーションフラット51を有する1枚の第1の基板11の全面へ複数配置することができる。これによって、1枚の基板から複数の液晶パネルを製造することができる。より具体的には、本方法により得たマイクロディスプレイ用基板を、対向電極が形成された対向基板と貼り合せ、パネルサイズにカットした後、そこへ液晶を封入することで、液晶パネルとすることが出来る。
The
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
[実施例1]
第1の基板として外径150mm、厚み625μmの略円板状SOQ基板を用意し、表層のSi層150nmに対して半導体プロセス装置により回路層を形成した。SOQ基板の表層のSi層は単結晶であるため、回路層は、通常のSOIのSi層と同じパラメータを使いトランジスタを設計し、この設計データを基に作製したマスクを使用して形成した。使用した半導体プロセス装置は、透明基板に対応するため、在荷センサーを交換や調整により透明体に対応させたものであり、吸着ステージも石英ガラスへ対応させたものである。このように回路層を形成したSOQ基板の表面に、ITOを成膜した後、画素間を分離するように溝を形成し、画素電極を作製した。
[Example 1]
A substantially disk-shaped SOQ substrate having an outer diameter of 150 mm and a thickness of 625 μm was prepared as the first substrate, and a circuit layer was formed on the surface Si layer of 150 nm by a semiconductor process apparatus. Since the Si layer on the surface of the SOQ substrate is a single crystal, the circuit layer was formed by designing a transistor using the same parameters as the Si layer of normal SOI, and using a mask prepared based on this design data. In order to support a transparent substrate, the semiconductor process device used is a transparent body by exchanging or adjusting the load sensor, and the adsorption stage is also compatible with quartz glass. After forming an ITO film on the surface of the SOQ substrate on which the circuit layer was formed in this way, a groove was formed so as to separate the pixels, and a pixel electrode was produced.
第2の基板と第3の基板として、それぞれ外径200mm、厚み725μmの略円板状の合成石英ガラスの基板を用意した。そして、外径200mmの略円板状の治具の表面に設けられた約150mmの内径の凹み部に、回路層が形成された表面を上にし、オリエンテーションフラットで位置決めして第1の基板を収めた。治具は、接着剤の除去のための有機溶剤での洗浄を考慮してアルミニウムにて作製した。 As the second substrate and the third substrate, a substantially disk-shaped synthetic quartz glass substrate having an outer diameter of 200 mm and a thickness of 725 μm was prepared. Then, the first substrate is positioned with an orientation flat with the surface on which the circuit layer is formed facing up in the recessed portion having an inner diameter of about 150 mm provided on the surface of a substantially disk-shaped jig having an outer diameter of 200 mm. I put it in. The jig was made of aluminum in consideration of cleaning with an organic solvent for removing the adhesive.
治具は、異なる凹み部の深さを有するものを5つ作製し、凹み部に収めた第1の基板に接着剤を塗布し、第2の基板を貼り合わせ、その際の第1の基板の位置ずれ、および治具を取り外す際の容易さを試験した。その結果を表1に示す。 Five jigs having different depths of the recesses are manufactured, an adhesive is applied to the first substrate housed in the recesses, the second substrate is bonded, and the first substrate at that time is bonded. Was tested for misalignment and ease of removal of the jig. The results are shown in Table 1.
なお、第1の基板と第2の基板を貼り合せる仮接合時の接着剤は、後で分離するときの作業性と、第3の基板を接合した後の熱処理時の耐熱性を考慮して選択した。ここでは、熱硬化型変性シリコーン系接着剤である信越化学社製のTA1070T、TA2570V3、及びTA4070を使用した。すなわち、スピンコートにて第1の基板上にTA1070Tを10μm、その上にTA2570V3を10μm、更にその上にTA4070を90μm積層し、合計110μmとした。TA1070Tは回路の保護、TA2570V3は基板分離時の剥離層、TA4070は第2基板との接着層として機能するものである。第2の基板の貼り合せは、0.1MPaの力で押しつけた後、治具を取付けたまま水平でオーブンへセットし、190℃で2時間にわたる加熱処理を行い、接着剤を硬化させた。 The adhesive at the time of temporary joining of the first substrate and the second substrate is considered in consideration of workability at the time of separation later and heat resistance at the time of heat treatment after joining the third substrate. Selected. Here, TA1070T, TA2570V3, and TA4070 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., which are thermosetting modified silicone adhesives, were used. That is, TA1070T was 10 μm on the first substrate by spin coating, TA2570V3 was 10 μm on it, and TA4070 was further laminated on it by 90 μm to make a total of 110 μm. TA1070T functions as a circuit protection, TA2570V3 functions as a peeling layer at the time of substrate separation, and TA4070 functions as an adhesive layer with a second substrate. In the bonding of the second substrate, after pressing with a force of 0.1 MPa, the substrate was set horizontally in the oven with the jig attached, and heat treatment was performed at 190 ° C. for 2 hours to cure the adhesive.
表1に示すように、凹み部が比較的に浅い試験例1、2の治具では、第1の基板の位置ずれが発生した。また、凹み部が比較的に深い試験例5の治具では、第1の基板からはみ出した接着剤が第2の基板に付着してしまい、治具を取り外す際に固着して剥がせなかった。よって、位置ずれが少なく、且つ治具の取り外しが容易であった試験例3、4の治具の深さは300mm、400mmであることから、第1の基板の厚み625μmに対して、治具の凹み部の深さは、その40〜70%が好ましいことが分かる。 As shown in Table 1, in the jigs of Test Examples 1 and 2 in which the recessed portion is relatively shallow, the misalignment of the first substrate occurred. Further, in the jig of Test Example 5 in which the recessed portion is relatively deep, the adhesive protruding from the first substrate adheres to the second substrate, and when the jig is removed, it sticks and cannot be peeled off. .. Therefore, since the depths of the jigs of Test Examples 3 and 4 with little misalignment and easy removal of the jig are 300 mm and 400 mm, the jig has a thickness of 625 μm of the first substrate. It can be seen that the depth of the recessed portion is preferably 40 to 70%.
次に、第2の基板を仮接合した第1の基板の裏面を、研削ホイールにて研削して第1の基板の厚みを薄くした後、ラップ定盤での粗研磨、酸化セリウムでの1次研磨、コロイダルシリカでの仕上げ研磨を順に行い、第1の基板の裏面を鏡面に仕上げた。この時、第1の基板の厚みは200μmとなるように加工を行った。研磨後はスクラブ洗浄、2%フッ化水素水溶液による洗浄、純水リンスの順で洗浄し、第1の基板の裏面にスラリーなどの残渣が残らないようにした。 Next, the back surface of the first substrate to which the second substrate is temporarily joined is ground with a grinding wheel to reduce the thickness of the first substrate, and then rough polishing with a lap surface plate and 1 with cerium oxide. Next polishing and finish polishing with colloidal silica were performed in order, and the back surface of the first substrate was finished to a mirror surface. At this time, processing was performed so that the thickness of the first substrate was 200 μm. After polishing, it was washed in the order of scrub washing, washing with a 2% hydrogen fluoride aqueous solution, and pure water rinsing so that no residue such as slurry remained on the back surface of the first substrate.
そして、第3の基板の表面をプラズマ処理で活性化し、第1の基板の鏡面化した裏面と貼り合せた。この時、第2の基板と第3の基板の外周の形状で位置決めして貼り合せを行った。貼り合せは直接接合で行った。すなわち、第1の基板の裏面が上に向くように置いた後、第3の基板の表面を下側に向けて重ね合せ、第1の基板と重なっている部分の一部を押して基板同士を当接させることにより貼り合せを行った。透明基板のため、貼り合せ状況を目視で確認した。 Then, the front surface of the third substrate was activated by plasma treatment and bonded to the mirrored back surface of the first substrate. At this time, the second substrate and the third substrate were positioned and bonded by the shape of the outer circumference. The bonding was performed by direct bonding. That is, after placing the first substrate so that the back surface faces upward, the surfaces of the third substrate are overlapped with each other facing downward, and a part of the portion overlapping with the first substrate is pushed to push the substrates together. The bonding was performed by bringing them into contact with each other. Since it is a transparent substrate, the bonding status was visually confirmed.
貼り合せ後、結合力を上げるために、250℃、12時間の条件で熱処理を行った。熱処理後、第3の基板の裏面が下に、第2の基板の裏面が上になるように吸着ステージへ載せ、第3の基板を吸着した状態で第2の基板の裏面に、上方へ引き上げる機構を持った吸着具を取付け、第2の基板と第3の基板を互いに離れる方向へ力を加えた。その力を加えながら、第1の基板と第2の基板との界面である接着層へブレードを挿入した。ブレード挿入により接着剤の一部に開口が生じ、基板同士を引き剥がす力が加わっていることから、その開口が徐々に広がり分離が進んだ。最終的に第1の基板と接着剤により接着されていた部分から剥がれ、第2の基板の分離が完了した。この時、第3の基板から第1の基板が分離することはなかった。 After bonding, heat treatment was performed at 250 ° C. for 12 hours in order to increase the bonding strength. After the heat treatment, the third substrate is placed on the adsorption stage so that the back surface of the third substrate is on the bottom and the back surface of the second substrate is on the top, and the third substrate is adsorbed and pulled upward to the back surface of the second substrate. A suction tool having a mechanism was attached, and a force was applied in a direction in which the second substrate and the third substrate were separated from each other. While applying that force, the blade was inserted into the adhesive layer at the interface between the first substrate and the second substrate. Due to the insertion of the blade, an opening was created in a part of the adhesive, and a force for peeling the substrates from each other was applied. Therefore, the opening gradually expanded and the separation proceeded. Finally, it was peeled off from the portion bonded to the first substrate by the adhesive, and the separation of the second substrate was completed. At this time, the first substrate was not separated from the third substrate.
第2の基板の分離後、第1の基板上の接着剤の残渣は、有機溶剤のp−メンタンに5分間浸漬することで除去した。第3の基板に接合された第1の基板は、直接接合の界面を目視で確認することは出来ず、回路の無い部分では透明であった。直接接合により透過率を悪化させずに大型基板へ回路が転写されたマイクロディスプレイ用基板を得ることが出来た。 After the separation of the second substrate, the residue of the adhesive on the first substrate was removed by immersing it in the organic solvent p-menthane for 5 minutes. In the first substrate bonded to the third substrate, the interface of the direct coupling could not be visually confirmed, and the portion without the circuit was transparent. By direct bonding, it was possible to obtain a substrate for a microdisplay in which the circuit was transferred to a large substrate without deteriorating the transmittance.
[実施例2]
第2の基板および第3の基板の材質を石英ガラスから無アルカリガラス(コーニング社製の商品名EagleXG)に変えた点、第3の基板の表面の活性化をプラズマ処理から変更した点、又は熱処理の条件を250℃、12時間から変えた点を除き、実施例1と同様の手順にてマイクロディスプレイ用基板を得た。各種変更した条件およびその結果を表2に示す。
[Example 2]
The material of the second substrate and the third substrate was changed from quartz glass to non-alkali glass (trade name EagleXG manufactured by Corning Inc.), the activation of the surface of the third substrate was changed from plasma treatment, or A substrate for microdisplay was obtained in the same procedure as in Example 1 except that the heat treatment conditions were changed from 250 ° C. for 12 hours. Table 2 shows the various changed conditions and the results.
表2に示すように、試験例6〜9では、実施例1と同様に、第2の基板の分離が正常に行え、無事に、目的のマイクロディスプレイ用基板を得ることが出来た。しかし、試験例10、11では、第2の基板を分離する際に、第3の基板の方が第1の基板から分離してしまい、目的のマイクロディスプレイ用基板を得ることが出来なかった。試験例10では、第3の基板の表面をプラズマ処理により活性化したものの、熱処理の温度に対して時間が短かったために、結合力が強化できず、第1の基板と第3の基板の貼り合せ界面で分離したと考えられる。試験例11では、第3の基板を貼り合せる前に活性化処理しなかったため、その後に熱処理を行っても、結合力が強化できず、第1の基板と第3の基板の貼り合せ界面で分離したと考えられる。 As shown in Table 2, in Test Examples 6 to 9, the second substrate could be separated normally as in Example 1, and the target microdisplay substrate could be obtained safely. However, in Test Examples 10 and 11, when the second substrate was separated, the third substrate was separated from the first substrate, and the target microdisplay substrate could not be obtained. In Test Example 10, although the surface of the third substrate was activated by plasma treatment, the bonding force could not be strengthened because the time was short with respect to the heat treatment temperature, and the first substrate and the third substrate were attached. It is considered that they were separated at the mating interface. In Test Example 11, since the activation treatment was not performed before the third substrate was bonded, the bonding force could not be strengthened even if the heat treatment was performed after that, and at the bonding interface between the first substrate and the third substrate. Probably separated.
1 入射光
2 出射光
11 第1の基板
12 第2の基板
13 第3の基板
14 回路層
16 接着剤
17 ブレード
20 治具
21、23、51 オリエンテーションフラット
22 凹み部
30 透過型液晶パネル
31 偏光板
32 画素基板
33 回路層
34 画素電極
35 液晶層
36 シール材
37 対向電極
38 対向基板
40 回路パターン
41 画素回路部
42 駆動回路部
1
Claims (6)
単結晶のSi層を有する第1の基板を準備するステップと、
前記第1の基板の第1の表面に、画素電極用の画素回路とその周辺の駆動回路を形成するステップと、
前記第1の基板よりも大きな外径を有し、前記マイクロディスプレイ用基板の支持基板となる透明な第3の基板を準備するステップと、
前記第3の基板と同じ外径を有する第2の基板を準備するステップと、
前記第1の基板と前記第2の基板の外径差を解消するための治具に、前記第1の基板を前記画素回路および前記駆動回路が形成された第1の表面が露出するように載せて、接着剤にて前記第1の基板の前記第1の表面と前記第2の基板とを貼り合せるステップと、
前記治具を前記第1の基板から取り外した後、前記第1の基板の前記第1の表面とは反対側の第2の表面を研削して薄化し、更に研磨して鏡面化をするステップと、
前記第1の基板の前記鏡面化した第2の表面に、前記第3の基板を直接接合にて貼り合せるステップと、
前記貼り合せた第1の基板、第2の基板および第3の基板を熱処理して、前記第1の基板と前記第3の基板の結合力を強化するステップと、
前記第2の基板と前記第3の基板とを互いに引き剥がす方向へ力を加えながら、前記第1の基板と前記第2の基板との間を機械的に分離するステップと、
前記第1の基板の前記第1の表面に残った前記接着剤を除去し、前記画素回路および前記駆動回路を露出させるステップと
を含む製造方法。 This is a method for manufacturing a substrate for a micro display.
A step of preparing a first substrate having a single crystal Si layer,
A step of forming a pixel circuit for a pixel electrode and a drive circuit around it on the first surface of the first substrate,
A step of preparing a transparent third substrate having an outer diameter larger than that of the first substrate and serving as a support substrate for the microdisplay substrate.
A step of preparing a second substrate having the same outer diameter as the third substrate, and
The jig for eliminating the difference in outer diameter between the first substrate and the second substrate is provided so that the first surface on which the pixel circuit and the drive circuit are formed is exposed on the first substrate. A step of mounting and bonding the first surface of the first substrate and the second substrate with an adhesive, and
After removing the jig from the first substrate, a step of grinding and thinning a second surface of the first substrate opposite to the first surface, and further polishing to make a mirror surface. When,
A step of directly joining the third substrate to the mirrored second surface of the first substrate, and a step of bonding the third substrate to the mirrored second surface.
A step of heat-treating the bonded first substrate, second substrate, and third substrate to strengthen the bonding force between the first substrate and the third substrate.
A step of mechanically separating the first substrate and the second substrate while applying a force in a direction of peeling the second substrate and the third substrate from each other.
A manufacturing method including a step of removing the adhesive remaining on the first surface of the first substrate to expose the pixel circuit and the drive circuit.
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