TWI802753B - 將光學薄膜貼附形成於被黏著物的方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]在耐熱性低於石英玻璃之物體上形成薄膜，且不會有該物體因熱而變形的情形。[解決手段]一種將光學薄膜貼附形成於被黏著物的方法，其具備以下步驟：基板準備步驟，準備透過接著層而形成光學薄膜之基板；貼附步驟，在基板準備步驟後，於基板之光學薄膜側貼附耐熱性低於石英玻璃之被黏著物；接著層破壞步驟，在貼附步驟後，從與基板形成有光學薄膜之一面為相反側的面照射雷射光束並破壞接著層，該雷射光束的波長對基板具有穿透性且對接著層具有吸收性；及分離步驟，在接著層破壞步驟後，將貼附有光學薄膜之被黏著物與基板分離。

Description

將光學薄膜貼附形成於被黏著物的方法
本發明係關於將光學薄膜貼附形成於被黏著物表面的方法。
於基板形成金屬薄膜的情況下，一般以濺鍍法（參照專利文獻1）或沉積法（參照專利文獻2）等方法形成金屬薄膜。又，將形成金屬薄膜的基板作為光學元件利用的情況下，該基板一般是以石英玻璃所構成。但為了輕量化及減低成本，故存在希望使用比重小於石英玻璃之材料（例如樹脂材料）之需求。
[先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]：日本特開2006－330485號公報。 [專利文獻2]：日本特開平8－122503號公報。
[發明所欲解決的課題] 因為比重小於石英玻璃之材料與石英玻璃相比，一般熔點較低，故相較於石英玻璃其耐熱性較低。於以此低耐熱性材料所形成之基板形成薄膜的情況下，會因濺鍍等步驟中所施加的熱或步驟中所產生的熱而導致基板本身變形，故有無法於基板適當地形成薄膜之問題。
本發明係鑑於該問題點而完成的發明，目的在於提供一種在以耐熱性低於石英玻璃之材料所形成的物體上形成薄膜，且不會有該物體因熱而變形之情形的方法。
[解決課題的技術手段] 根據本發明一態樣，提供一種將光學薄膜貼附形成於被黏著物的方法，其具備以下步驟：基板準備步驟，準備透過接著層而形成該光學薄膜之基板；貼附步驟，在該基板準備步驟後，於該基板之光學薄膜側貼附耐熱性低於石英玻璃的該被黏著物；接著層破壞步驟，在該貼附步驟後，從與該基板形成有該光學薄膜之一面為相反側的面照射雷射光束並破壞該接著層，該雷射光束的波長對該基板具有穿透性且對該接著層具有吸收性；及分離步驟，在該接著層破壞步驟後，將貼附有該光學薄膜之該被黏著物與該基板分離。
較佳為該被黏著物係以樹脂形成。
[發明功效] 本發明一態樣之將光學薄膜形成於被黏著物的方法中，將透過接著層而形成光學薄膜之基板的光學薄膜側黏貼於被黏著物後，照射雷射光束並破壞接著層。藉此，解除光學薄膜與基板的結合，故光學薄膜會轉移至被黏著物。
在接著層破壞步驟中，因為雷射光束聚光於接著層，故僅接著層被破壞，而且被黏著物幾乎未被施加熱。因此，在接著層破壞步驟中，即使是耐熱性低於石英玻璃之物體也不會有因熱而變形的情況。
參照隨附圖式說明本發明一態樣之實施方式。圖1（A）為表示貼附光學薄膜之被黏著物一例之立體圖。本實施方式之被黏著物係以耐熱性低於石英玻璃之材料而形成。石英玻璃一般在約1700℃軟化且在2000℃以上熔融，對此，本實施方式之被黏著物例如在1700℃以下之預定溫度軟化或熔融。
本實施方式之被黏著物以在約80℃至約250℃的預定溫度下熔融的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等樹脂所形成。但，被黏著物材質不限定於PE、PP及PVC，也可以其他樹脂形成。
藉由以樹脂形成被黏著物，相較於以石英玻璃形成的情況下，貼附光學薄膜之被黏著物（亦即光學元件）的重量可設為約一半以下。因為該光學元件例如用於照相機內部零件，故藉由使用樹脂製的被黏著物可使照相機本身輕量化。又，因為樹脂材料及其加工等所需的費用一般較使用石英玻璃的情況便宜，故相較於石英玻璃被黏著物，樹脂製被黏著物可低成本地製造
如圖1（A）所示，本實施方式之被黏著物為稜鏡11，但被黏著物並不限定於稜鏡11。被黏著物貼附有光學薄膜的情況下，可形成鏡子、半反射鏡、雙色鏡等的透明板材。又，被黏著物也可形成有CMOS（Complementary MOS）等電路之半導體基板。
稜鏡11的一面11a貼附有設置於基板13c的光學薄膜13a（參照圖1（B））。本實施方式之光學薄膜13a為圓形薄膜，其面積大於稜鏡11的一面11a。雖然本實施方式之光學薄膜13a之厚度為1μm，但光學薄膜13a也可具有未滿1μm或超過1μm之預定厚度。
光學薄膜13a例如為以金（Au）或鋁（Al）形成之薄膜。此情況下，若光學薄膜13a貼附於稜鏡11的一面11a，則稜鏡11的一面11a具有作為鏡面的功能。
又，光學薄膜13a例如為以氟化鎂（MgF2 ）形成之薄膜。MgF2 薄膜具有預定光學性厚度的情況下，貼附於稜鏡11的一面11a之MgF2 薄膜可發揮作為抗反射膜的功能，其中該預定光學性厚度是MgF2 薄膜表面的反射光與MgF2 薄膜與稜鏡11之界面的反射光相消干涉之厚度。
又，光學薄膜13a例如以錫（Sn）或銀（Ag）形成，且為比使用作為上述鏡面的情況更薄之預定厚度的薄膜。此情況下，若光學薄膜13a貼附於稜鏡11的一面11a，則稜鏡11的一面11a可發揮作為半反射鏡或分光器的功能。又，也可使用各種材料作為光學薄膜13a。
光學薄膜13a透過接著層13b而接著於基板13c。接著層13b是以可承受光學薄膜13a之形成步驟中所施加的熱或所產生的熱的高耐熱性材料所形成。
雖然本實施方式之接著層13b是以即使成為500℃以上之溫度也不會熔融之熱硬化性聚醯亞胺（PI）所形成，但接著層13b材料並不限定於聚醯亞胺，亦可以其他材料形成。接著層13b具有1μm至20μm程度之厚度，更佳為具有1μm以上5μm以下之厚度。
光學薄膜13a係透過接著層13b而形成於圓盤狀基板13c上，並藉由基板13c而支撐及固定。光學薄膜13a、接著層13b及基板13c形成層積體13。本實施方式之基板13c以與光學薄膜13a略同直徑之藍寶石形成，且為使後述紫外線譜域的雷射光束穿透之透明構件。圖1（B）為基板準備步驟（S10）所準備層積體13之立體圖。
在基板準備步驟（S10）中，首先使用塗佈裝置（未圖示）等，而於基板13c之平坦表面形成接著層13b。接著使用濺鍍裝置（未圖示）等，在與接著層13b之基板13c相反側形成光學薄膜13a。藉此形成依序層積基板13c、接著層13b及光學薄膜13a之層積體13。
在基板準備步驟（S10）後，貼附層積體13之光學薄膜13a與稜鏡11的一面11a（貼附步驟（S20））。本實施方式之貼附步驟（S20）中，於稜鏡11的一面11a塗佈以樹脂等所形成的膠劑。
膠劑為以不吸收射入稜鏡11的光之透明材料所構成，且極薄地塗佈於稜鏡11的一面11a。膠劑例如選自丙烯酸樹脂、矽氧樹脂、聚氨酯等熱硬化性樹脂，並以成為數nm～數μm之厚度的方式塗佈。
接著，將塗佈有膠劑之稜鏡11的一面11a貼附於層積體13之光學薄膜13a側。藉此，於基板13c上貼附有稜鏡11的一面11a而形成稜鏡單元15，該稜鏡11的一面11a是透過接著層13b及光學薄膜13a而貼附於基板13c。圖2（A）為表示將基板13c之光學薄膜13a側貼附於稜鏡11之貼附步驟（S20），圖2（B）為貼附步驟（S20）後之稜鏡單元15之立體圖。
在貼附步驟（S20）後，使用雷射加工裝置2於層積體13照射雷射光束，並破壞層積體13之接著層13b（接著層破壞步驟（S30））。圖3為接著層破壞步驟所使用雷射加工裝置2之立體圖。
如圖3所示，雷射加工裝置2具備支撐各構造之基台4。基台4包括長方體狀基部6，及在基部6後端往上方延伸之壁部8。基部6上表面配置有卡盤台10。
卡盤台10下方設置有使卡盤台10在Y軸方向（分度進給方向）移動之Y軸移動單元16。Y軸移動單元16具備固定於基部6上表面且與Y軸方向平行之一對Y軸導軌18。
Y軸導軌18可滑動地設置有Y軸移動台20。在Y軸移動台20背面側（下面側）設置有螺帽部（未圖示），與Y軸導軌18平行之Y軸滾珠螺桿22以可旋轉之態樣與此螺帽部結合 。
在Y軸滾珠螺桿22一端部連結有Y軸脈衝馬達24。若以Y軸脈衝馬達24旋轉Y軸滾珠螺桿22，則Y軸移動台20會沿著Y軸導軌18在Y軸方向上移動。
在Y軸移動台20正面側（上表面側）設置有X軸移動單元26，該X軸移動單元26是使卡盤台10在與Y軸方向正交之X軸方向（加工進給方向）移動。X軸移動單元26具備一對X軸導軌28，該X軸導軌28固定於Y軸移動台20上表面且與X軸方向平行。
X軸導軌28可滑動地設置有X軸移動台30。X軸移動台30背面側（下表面側）設置有螺帽部（未圖示），與X軸導軌28平行之X軸滾珠螺桿32以可旋轉之態樣與此螺帽部結合。
在X軸滾珠螺桿32一端部連結有X軸脈衝馬達34。若以X軸脈衝馬達34旋轉X軸滾珠螺桿32，X軸移動台30會沿著X軸導軌28在X軸方向上移動。
在X軸移動台30正面側（上表面側）設置有支撐台36。在支撐台36之上部配置有卡盤台10。卡盤台10與設置於下方之旋轉驅動源（未圖示）連結，並可繞Z軸旋轉。
卡盤台10表面配置有保持夾具42。卡盤台10表面形成吸引保持保持夾具42之保持面10a。通過形成於卡盤台10內部之流路（未圖示）使吸引源（未圖示）的負壓發揮作用，而在該保持面10a產生吸引保持夾具42的背面42b的吸引力。
保持夾具42係以不鏽鋼或樹脂等所形成。以樹脂形成保持夾具42的情況下，例如可使用3D印表機。若使用3D印表機，相較於切削不鏽鋼而製造保持夾具42的情形，可在短期間內製造保持夾具42。保持夾具42在與背面42b相反側的正面42a具有1個凹部42c，該凹部42c為對應1個稜鏡11的形狀。
以使稜鏡單元15之光學薄膜13a與保持夾具42的正面42a抵接之方式將稜鏡單元15配置於保持夾具42的情況下，稜鏡11容納於保持夾具42之凹部42c內，稜鏡11的一面11a與保持夾具42的正面42a成為同平面。如此，藉由保持夾具42而保持稜鏡單元15。
又，在保持夾具42的正面42a也可設置定位部（例如定位銷），該定位部限制稜鏡單元15的移動，並高精度地定位稜鏡單元15的位置。例如定位部可設置於正面42a中的二處、或正面42a中非位於同直線上的三處。
壁部8之上部前面設置有向前方延伸之支撐臂40，於該支撐臂40前端部以位於卡盤台10上方且與保持面10a對向之態樣設置有雷射光束照射單元12之加工頭12a。雷射光束照射單元12可從加工頭12a朝向保持面10a所保持之保持夾具42上的稜鏡單元15略垂直地照射雷射束L。
又，取代於保持面10a略垂直地照射雷射光束L之加工頭12a，雷射光束照射單元12也可具有：在X軸及Y軸方向掃描從雷射振盪器射入的雷射光束L之掃描振鏡，及設置於從掃描振鏡射出雷射光束L側之遠心fθ透鏡。
掃描振鏡具有：用以沿著X軸方向掃描雷射光束L之X掃描鏡、及用以沿著Y軸方向掃描雷射光束L之Y掃描鏡。又，從掃描振鏡射出的雷射光束L透過遠心fθ透鏡而略垂直地射入保持面10a。
雷射光束L從與基板13c之光學薄膜13a形成面為相反側的面13d照射至稜鏡單元15（參照圖4）。雷射光束L具有對基板13c具穿透性且對接著層13b具吸收性的波長。本實施方式之雷射光束L具有257nm～355nm間之預定波長。又，為了減輕或消除對光學薄膜13a的傷害，雷射光束L較佳為可穿透光學薄膜13a的波長。
又，在鄰接雷射光束照射單元12的位置配置有攝像單元14之攝像頭14a，其用以拍攝被保持面10a所保持之稜鏡單元15。攝像單元14例如具有：將可見光線照射至稜鏡單元15之光源單元、及檢測來自稜鏡單元15的反射光等之攝像元件。
攝像單元14同樣地從上方拍攝被從上方照射可見光線的稜鏡單元15，藉此拍攝位於保持夾具42上的稜鏡11。藉由攝像單元14拍攝之影像，例如可利用於稜鏡單元15與加工頭12a的對位。
又，根據基板13c材質的不同，可穿透基板13c之光波長會不同，故可根據基板13c材質而利用紅外線等可見光線以外的光。例如光源單元可照射可見光線以外的光，攝像元件可檢測此可見光線以外的光之反射光。
接著使用圖4說明接著層破壞步驟（S30）。圖4為表示接著層破壞步驟（S30）之局部剖面側視圖。在接著層破壞步驟（S30）中，首先以使稜鏡11容納於保持夾具42之凹部42c之方式，使稜鏡單元15之光學薄膜13a與保持夾具42的正面42a密接，並將保持夾具42配置於保持面10a。
接著運作吸引源並吸引保持保持夾具42的背面42b側。藉此，透過保持夾具42而將稜鏡單元15固定在卡盤台10。接著，從加工頭12a照射雷射光束L，且同時使加工頭12a與卡盤台10相對移動，藉由燒蝕與稜鏡11的一面11a對應之接著層13b之區域而進行破壞。與稜鏡11的一面11a對應之接著層13b之區域例如為與稜鏡11的一面11a相同形狀及相同面積的區域。
又，如上述，也可取代加工頭12a而使用掃描振鏡及遠心fθ透鏡，藉由燒蝕與稜鏡11的一面11a對應之接著層13b之區域而進行破壞。
雷射光束L之聚光點S之Z軸方向位置是藉由加工頭12a中的聚光透鏡（未圖示）等而調節。本實施方式中，將聚光點S之Z軸方向位置調節至接著層13b的位置。
在使聚光點S之Z軸方向位置維持在接著層13b的位置之狀態下，沿著X軸方向使加工頭12a與卡盤台10相對移動，藉此使雷射光束L之聚光點S以沿著X軸方向之方式在接著層13b內移動。
此時，一邊使聚光點S從稜鏡11的一面11a中的一邊11b移動至與該一邊11b在X軸方向對向之另一邊11c為止。又，以使在X軸方向鄰接之2個聚光點S部分重疊之方式調整雷射光束L的各種條件。
結束沿著X軸方向的一直線照射雷射光束L後，在分度進給方向上移動卡盤台10，並再次同樣地沿著X軸方向的另一直線於對應從一邊11b到一邊11c的範圍之接著層13b照射雷射光束L。此時，較佳為沿著上述另一直線照射之聚光點S與沿著上述一直線照射之聚光點S在分度進給方向部分重疊。
接著，一邊將卡盤台10依序在分度進給方向及加工進給方向移動一邊照射雷射束L，藉此燒蝕與一面11a對應之範圍的接著層13b。
本實施方式中，雖然是以上述順序燒蝕與稜鏡11的一面11a相同形狀及相同面積之接著層13b的範圍，但也可燒蝕比稜鏡11的一面11a大1mm至2mm程度之面積的接著層13b之範圍。藉由燒蝕比稜鏡11的一面11a更廣範圍之接著層13b，可降低後述分離步驟（S40）中之在一面11a內中的光學薄膜13a的崩缺等影響。
又，例如以下述方式設定接著層破壞步驟（S30）的雷射加工條件。 重複頻率：50kHz至200kHz。 平均輸出：0.1W至2W。 脈衝寬度：1ps至20ps。 脈衝能量：0.5μJ至10μJ。 點徑： 10μm至50μm。 加工進給速度：50mm/s至100mm/s。
本實施方式之接著層破壞步驟（S30）中，僅破壞接著層13b而幾乎未施加熱於稜鏡11。因此，即使稜鏡11是以耐熱性低於石英玻璃之材料形成，稜鏡11也不會因熱而變形。
在接著層破壞步驟（S30）後，分離貼附有光學薄膜13a之稜鏡11與基板13c（分離步驟（S40））。本實施方式之分離步驟（S40）中，首先停止吸引源的動作，解除卡盤台10對保持夾具42的吸引保持。
其後，操作人員從卡盤台10取出保持夾具42及稜鏡單元15，並以使保持夾具42及稜鏡單元15上下相反之方式，成為以層積體13支撐保持夾具42之狀態。再其後，從層積體13去除保持夾具42，接著從層積體13取出稜鏡11。
雖然與稜鏡11的一面11a對向之範圍的接著層13b被破壞，但未與一面11a對向之範圍的接著層13b未被破壞而維持與光學薄膜13a及基板13c密接。因此，若取出稜鏡11，則以一面11a之外周為邊界，從光學薄膜13a之其他區域切離出光學薄膜13a。圖5（A）表示分離稜鏡11與基板13c之分離步驟（S40）。
分離步驟（S40）後，清洗附有光學薄膜13a之稜鏡11（清洗步驟（S50））。本實施方式中，於清洗容器（未圖示）注入丙二醇單甲基醚乙酸酯（PGMEA：Propylene glycol Monomethyl Ether Acetate）等溶液，將附有光學薄膜13a之稜鏡11浸於該溶液約20分鐘。
藉此，清洗附有光學薄膜13a之稜鏡11，去除位於與稜鏡11的一面11a為相反側之光學薄膜13a表面中的接著層13b的殘渣等。
如此可獲得光學薄膜13a從層積體13轉移至一面11a之稜鏡11。圖5（B）為分離步驟（S40）後的稜鏡11之立體圖。圖6為表示將光學薄膜13a貼附形成於稜鏡11之方法的第1實施方式之流程圖。
又，在基板準備步驟（S10）於基板13c形成光學薄膜13a後，經過接著層破壞步驟（S30）及分離步驟（S40）而將該光學薄膜13a轉移至稜鏡11，藉此可轉換光學薄膜13a之露出面。
一般以濺鍍法形成與接著層13b相接之光學薄膜13a的情況下，相較於位於與接著層13b相反側之光學薄膜13a表面，光學薄膜13a之接著層13b側之面較為平坦（例如算術平均粗糙度（Ra）較小）。
此外，本實施方式中，在基板準備步驟（S10）以濺鍍法形成光學薄膜13a後，省略研磨並使光學薄膜13a之表面平坦化之步驟。藉此可簡化作業步驟，縮短作業時間。
又，也可以其他順序實施上述分離步驟（S40）。例如可在停止吸引源運作後，將保持夾具42繼續放置於卡盤台10上，並從保持夾具42去除層積體13，其後取出殘留於保持夾具42之凹部42c的附有光學薄膜13a之稜鏡11。
接著說明第2實施方式。圖7為表示使用第2實施方式之保持夾具42的接著層破壞步驟（S30）之局部剖面側視圖。第2實施方式中，以與光學薄膜13a相接並沿著預定方向排列之方式貼附多片稜鏡11－1、11－2及11－3，保持夾具42具有以沿著預定方向排列之方式而設置之與稜鏡11同數量的凹部42c1、42c2及42c3。
第2實施方式中，可以與第1實施方式之基板準備步驟（S10）及貼附步驟（S20）相同順序，形成附有多片稜鏡11－1、11－2及11－3之稜鏡單元15。
但在第2實施方式之接著層破壞步驟（S30）中，是以多片稜鏡11－1、11－2及11－3與多片凹部42c1、42c2及42c3沿著X軸方向之方式調整保持夾具42的位置後，於接著層13b照射雷射光束L。
尤其，在第2實施方式之接著層破壞步驟（S30）中，沿著X軸方向照射雷射光束L時，依序對從稜鏡11－1的一邊11b1到一邊11c1為止，從稜鏡11－2的一邊11b2到一邊11c2為止，及從稜鏡11－3的一邊11b3到一邊11c3為止的各範圍照射雷射光束L。
藉此可藉由一次之沿著X軸方向之雷射光束L照射，而破壞與多片稜鏡11－1、11－2及11－3的各一面11a所對應範圍之接著層13b。因此，相較於第1實施方式，可提高每單位時間之附有光學薄膜13a之稜鏡11的生產率。
又，上述實施方式之構造、方法等，只要不超出本發明目的之範圍，就可以適當變更而實施。
2:雷射加工裝置 4:基台 6:基部 8:壁部 10:卡盤台 10a:保持面 11、11-1、11-2、11-3:稜鏡（被黏著物） 11a:一面 11b、11b1、11b2、11b3:一邊 11c、11c1、11c2、11c3:一邊 12:雷射光束照射單元 12a:加工頭 13:層積體 13a:光學薄膜 13b:接著層 13c:基板 13d:面 14:攝像單元 14a:攝像頭 15:稜鏡單元 16:Y軸移動單元 18:Y軸導軌 20:Y軸移動台 22:Y軸滾珠螺桿 24:Y軸脈衝馬達 26:X軸移動單元 28:X軸導軌 30:X軸移動台 32:X軸滾珠螺桿 34:X軸脈衝馬達 36:支撐台 40:支撐臂 42:保持夾具 42a:正面 42b:背面 42c、42c1、42c2、42c3:凹部 L:雷射光束 S:聚光點
圖1（A）係表示貼附有光學薄膜之被黏著物一例之立體圖，圖1（B）為基板準備步驟（S10）中所準備的層積體之立體圖。 圖2（A）係表示將基板之光學薄膜側貼附於稜鏡之貼附步驟（S20）的圖，圖2（B）為貼附步驟（S20）後的稜鏡單元等之立體圖。 圖3係雷射加工裝置之立體圖。 圖4係表示接著層破壞步驟（S30）之局部剖面側視圖。 圖5（A）係表示分離稜鏡與基板之分離步驟（S40）的圖，圖5（B）為分離步驟（S40）後的稜鏡之立體圖。 圖6係表示將光學薄膜貼附形成於稜鏡之方法的第1實施方式之流程圖。 圖7係表示使用第2實施方式之保持夾具的接著層破壞步驟（S30）之局部剖面側視圖。
10:卡盤台
10a:保持面
11:稜鏡
11a:一面
11b:一邊
11c:一邊
12a:加工頭
13a:光學薄膜
13b:接著層
13c:基板
13d:面
15:稜鏡單元
42:保持夾具
42a:正面
42b:背面
42c:凹部
L:雷射光束
S:聚光點

Claims (2)

  1. 一種將光學薄膜貼附形成於被黏著物的方法，其特徵在於具備以下步驟：基板準備步驟，準備透過接著層而形成該光學薄膜之基板；貼附步驟，在該基板準備步驟後，於該基板之光學薄膜側貼附耐熱性低於石英玻璃的該被黏著物的一面；接著層破壞步驟，在該貼附步驟後，從與該基板形成有該光學薄膜之一面為相反側的面，對在該接著層中比與該一面對應之區域更大面積的範圍照射雷射光束，並藉由燒蝕而破壞該接著層，該雷射光束的波長對該基板具有穿透性且對該接著層具有吸收性；及分離步驟，在該接著層破壞步驟後，將貼附有該光學薄膜之該被黏著物與該基板分離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之將光學薄膜貼附形成於被黏著物的方法，其中，該被黏著物係以樹脂形成。
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