JP6548871B2 - 積層体の基板剥離装置 - Google Patents

Description

本発明は、積層体の基板剥離装置に関する。さらに詳しくは、一対の基板の間に発光素子、発電素子、蓄電素子、表示素子、記憶素子、又は半導体素子等を含む素子層が形成された積層体から一方の基板を剥離するための積層体の基板剥離装置に関する。

近年エレクトロルミネセンス（ＥＬ）を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を含む層を挟んだものである。この発光素子に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。発光素子を有する発光装置には、この可撓性が図れることから、可撓性を有する基板（可撓性基板とも記す。）の採用が検討されている。可撓性を有する基板を用いた発光装置の作製方法としては、ガラス基板や石英基板等の基板上に剥離層を形成し、この剥離層上に薄膜トランジスタ等の半導体素子を作製した後、他の基板（例えば可撓性を有する基板）へこの半導体素子を転置する技術が開発されている（特許文献１参照）。

発光装置の構成要素等を可撓性基板上に直接形成する場合、可撓性基板は耐熱性が劣るため、製造工程の上限温度を比較的低く設定しなければならない。そのため、発光装置の構成要素の品質が低下することがある。また、製造工程中に可撓性基板が加熱によって伸縮してしまうと、位置合わせが必要な工程がある場合に歩留まりが低下することがある。従って、可撓性基板を用いた発光装置等の製造工程においては、様々な加熱工程や位置合わせ工程等を無理なく行うため、ガラス基板のような硬質基板上で上記工程を進め、製造工程の終盤で可撓性基板に転置することが好ましい。

可撓性基板を用いた発光装置等の品種によっては、一方および他方の硬質基板上に形成した薄型の構造物（例えば発光素子）同士を貼り合わせた後に、一方の硬質基板を剥離して可撓性基板を貼り合わせ、その後他方の硬質基板を剥離して他の可撓性基板を貼り合わせる製造工程がある。この場合、最初の剥離工程では、極めて狭い間隙を有して貼り合わされた一対の硬質基板から一方の硬質基板を剥離する難度の高い技術が必要となる。この剥離をするために、ブレードにより剥離層に切り込みを入れて、この切り込み近傍から気体を吹き込み剥離を誘発し、硬質基板を吸着パッドで引き上げてこの剥離を全面まで広げるものも提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、この吸着パッドで引き上げて引き裂く方法の場合、引き裂きに要する力は、進行位置に伴って必ずしも一定ではなく異なる。このために、この先行技術のものは、微妙な力をガラス基板に与えることができない。

特開２００３−１７４１５３号公報 特開２０１０−５０３１３号公報

本発明の目的は、一対の基板の間に素子層を有する積層体から一方の基板を確実に剥離することを可能にした積層体の基板剥離装置を提供することにある。

前記課題は以下の手段によって解決される。
即ち、本発明１の積層体の基板剥離装置は、第１の基板と第２の基板の間に素子層を有する積層体から前記第２の基板を剥離するための積層体の基板剥離装置であって、前記第１の基板を固定するための固定治具と、前記第２の基板を吸着するための第１の吸着具と第２の吸着具とを有し、前記第１の吸着具は前記第２の基板の外周に沿って配置された複数の第１の吸着部を有し、前記第１の吸着部は前記第２の基板の上面に接して吸着する複数の第１の吸着パッドを有し、前記第２の吸着具は前記第２の基板の外周近傍に配置された第２の吸着部を有し、前記第２の吸着部は前記第２の基板の上面に接して吸着する第２の吸着パッドを有し、前記第２の吸着部は前記第１の吸着部よりも吸着力が大きく形成されていることを特徴とする。

本発明２の積層体の基板剥離装置は、本発明１において、前記第２の基板を剥離するときの剥離開始位置とするために、前記第１の基板から前記第２の基板の一部を分離するための剥離開始手段を有し、前記第２の吸着部は前記第１の吸着部よりも前記剥離開始位置の近傍に配置されていることを特徴とする。
本発明３の積層体の基板剥離装置は、本発明１又は２において、前記第１の吸着部は前記第２の基板の外周と中央側の両方に複数配置されていることを特徴とする。
本発明４の積層体の基板剥離装置は、本発明１乃至３のいずれか一項において、前記剥離開始位置に液体を供給する液体供給手段を有することを特徴とする。

本発明５の積層体の基板剥離装置は、本発明１乃至４のいずれか一項において、前記第２の吸着具を前記第２の基板を剥離する方向に最初に移動し、その後前記第１の吸着具を前記第２の基板を剥離する方向に移動するように制御する制御機構を有することを特徴とする。

本発明６の積層体の基板剥離装置は、本発明１乃至５のいずれか一項において、前記第２の吸着部の吸着面積が前記第１の吸着部の吸着面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。

本発明の積層体の基板剥離装置は、複数の第１の吸着部が複数の第１の吸着パッドを有するため、剥離する第２の基板の反りに追従して第１の吸着パッドが弾性変形して、第１の吸着パッドの吸着外れが防止でき、基板を確実に剥離することが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の積層体の基板剥離装置を示す全体斜視図である。 図２は、図１の積層体を固定ステージに固定した状態を示す全体斜視図である。 図３は、図１の第１の吸着部を示し、（ａ）は一部を切断した正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。 図４は、図１の第２の吸着部を示し、（ａ）は一部を切断した正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態の積層体の基板剥離装置の剥離工程を示す全体斜視図である。 図６は、図５の剥離工程の後工程を示す全体斜視図である。 図７は、図６の剥離工程の後工程を示す全体斜視図である。 図８は、図７の剥離工程の変形例を示す全体斜視図である。 図９は、本発明の第１の実施の形態の積層体の基板剥離装置の剥離工程を示す拡大縦断面図である。 図１０は、図９の剥離工程の変形例を示す拡大縦断面図である。 図１１は、本発明の第２の実施の形態の積層体の基板剥離装置を示す図５相当図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態の積層体の基板剥離装置を示す全体斜視図である。第１の実施の形態の基板剥離装置１は、積層体２を固定する固定ステージ（固定治具）３、第１の吸着具４、第２の吸着具５、楔形治具（剥離開始手段）６を備える。なお、図１では、各要素が備える動力機構等の詳細は図示していない。

積層体２は、第１の基板２１と第２の基板２２で薄型の素子層（図６、図７、図９参照）２３が挟持された部材を対象とする。例えば、第１の基板２１、第２の基板２２として、特に限定はないが、ガラス基板等の硬質基板が挙げられる。また、例えば、素子層２３として、半導体素子、表示素子、発光素子等の機能素子等を含む積層体が挙げられる。なお、第２の基板２２と素子層２３との間、または第１の基板２１と素子層２３との間には、剥離工程を容易にするための剥離層が形成されているものが好ましい。この剥離工程を行うとき、この剥離層は第１の基板２１または第２の基板２２側に残っていてもよいし、素子層２３側に残っていてもよい。また、この剥離層または素子層２３の一部には、剥離の起点となる領域が形成されているものが好ましい。

積層体２を固定する固定ステージ３には、例えば真空吸着ステージや静電吸着ステージを用いることができる。または、ネジ止め用治具、空気圧シリンダ等を用いてステージに積層体２を固定してもよい。楔形治具（剥離開始手段）６としては、刃物状の治具を用いることができる。楔形治具６は、貼り合わされた第１の基板２１と第２の基板２２との間の極めて狭い間隙に挿入され、両者を押し分けて、第２の基板２２を剥離するときの剥離開始位置とする用途に用いる。従って、楔形治具６の尖った部分の先端の厚さは、当該間隔よりも小さく、楔形治具６の板状部分の厚さは当該間隔よりも大きくすることが好ましい。また、楔形治具６を挿入する位置を検出するセンサ６１を備えていてもよい。

また、積層体２の楔形治具６が挿入される位置の近傍に、液体が供給されるノズル（水供給手段）６２が設けられていることが好ましい。液体としては例えば、水（好ましくは純水）、有機溶剤等を用いることができ、中性、アルカリ性、もしくは酸性の水溶液や、塩が溶けている水溶液等を用いてもよいが、好ましくは水を用いたものが良い。剥離の進行部に液体を存在させることで、剥離に要する力を減少させることができる。また、電子デバイス等の静電破壊を防止することができる。

第１の吸着具４は、複数の第１の吸着部４１を有する。この第１の吸着部４１は、矩形の第２の基板２２の外周に沿って、矩形状に１１個配置されている。第２の吸着具５は、１個の第２の吸着部５１を有する。この第２の吸着部５１は、矩形の第２の基板２２の外周近傍の角部２２１（剥離開始位置の近傍）に配置されている。第１の吸着部４１及び第２の吸着部５１の上部には、それぞれ同一構造の上下移動機構７１、可動部７２が形成され、個別に第１の吸着部４１及び第２の吸着部５１の上下方向の移動を制御することができる。本例では第１の吸着部４１の個数は１１個の場合を示したが、これに限られない。

図３に示すように、第１の吸着部４１は、上下移動機構７１下部の可動部７２の下端に、それぞれ取り付けブロック４２が固定され、この取り付けブロック４２の下面に複数の第１の吸着パッド４３が取り付けられている。なお、可動部７２としては、自在継手またはヒンジを有する機構を用いることもできる。また、可動部７２はゴムやバネ等の弾性を有する材料で作られたものであってもよい。取り付けブロック４２の上面には、真空ポンプ等につながる吸気口４４が形成され、吸気口４４は第１の吸着パッド４３に連通している。４個の円筒形ゴム製の第１の吸着パッド４３が第２の基板２２の外周の上面に接して、第２の基板２２を同時に真空吸着する。第１の吸着パッド４３の個数は、本例では４個の場合を示したが、これに限られない。

図４に示すように、第２の吸着部５１は、上下移動機構７１下部の可動部７２の下端に、取り付けブロック５２が固定され、この取り付けブロック５２の下面に１個の長円形ゴム製の第２の吸着パッド５３が取り付けられている。取り付けブロック５２の上面には真空ポンプ等につながる吸気口５４が形成され、吸気口５４は第２の吸着パッド５３につながる。第２の吸着パッド５３が第２の基板２２の角部２２１近傍の上面に接して、第２の基板２２を真空吸着する。第２の吸着パッド５３の吸着面積が、４個の第１の吸着パッド４３の吸着面積の合計値よりも大きく形成されている。従って、第２の吸着部５１は第１の吸着部４１よりも吸着力が大きく形成されている。

すなわち、剥離開始位置の近傍の角部２２１は、第２の基板２２の剥離開始初期のため、第２の基板２２を持ち上げるのに大きな吸着力が必要である。このために第２の吸着部５１の吸着面積は大きく開口しており、第１の吸着部４１よりも吸着力が大きい。第２の吸着部５１は、本例では１個の吸着パッドで構成されているが、吸着力を大きくするために複数の吸着パッドで構成したものでもよい。第２の吸着パッド５３の吸着面積を、４個の第１の吸着パッド４３の吸着面積の合計値よりも大きく形成した場合を示したが、これに限られない。例えば、第２の吸着パッド５３の真空度を第１の吸着パッド４３の真空度よりも大きくして、結果として、第２の吸着部５１が第１の吸着部４１よりも吸着力が大きくなるように形成してもよい。

図２に示すように、固定ステージ３に第１の基板２１を固定し、１１個の第１の吸着部４１の全ての第１の吸着パッド４３と、第２の吸着部５１の１個の第２の吸着パッド５３を、第２の基板２２の上面に吸着させ、楔形治具６を第１の基板２１と第２の基板２２との間の間隙に挿入する。第１の基板２１と第２の基板２２で挟持される素子層２３の厚さは非常に小さく、第１の基板２１と第２の基板２２との間の間隙は極めて狭い。素子層２３として発光素子や該発光素子等を含む積層体を想定すると、当該間隔は約１〜１５μｍとなる。そのため、楔形治具６の位置を固定して、当該間隔に挿入することは非常に困難である。従って、当該間隔の位置を、図１に示すセンサ６１（光センサ、変位計、カメラ等）で検出し、その位置に楔形治具６を挿入するような構成にしたものが好ましい。

図２に示すように、楔形治具６を第２の基板２２の角部２２１で、第１の基板２１と第２の基板２２との間の間隙に挿入し、貼り合わされた第１の基板２１と第２の基板２２が押し分けられると、事前に形成された剥離の起点となる領域から剥離の進行が始まる。この時、前述したように、剥離の進行部にノズル６２から水を供給するとよい。図５から図７及び図９に剥離工程を示す。なお、図５から図７では、明瞭化するために図２で示した一部の要素を省略して図示している。また、第１の吸着部４１、第２の吸着部５１に記した矢印は、第１の吸着パッド４３と第２の吸着パッド５３の上方への移動量または上方へ持ち上げる吸引力の大きさを模式的に表したものである。

図５に示すように、楔形治具６を第２の基板２２の角部２２１の間隙に挿入し、貼り合わされた第１の基板２１と第２の基板２２の剥離の進行が始まった後、角部２２１に最も近い第２の吸着部５１の第２の吸着パッド５３をゆっくりと上方に移動させる。そして、図５に矢印で示す剥離方向８１に剥離が進行するように、第１の吸着部４１ａ、４１ｂ、４１ｃのそれぞれの第１の吸着パッド４３を順次上方に移動させて、第２の基板２２の一辺が剥離された状態とする。

次に、図６に示すように、第２の基板２２の剥離された一辺から矢印で示す剥離方向８２に剥離が進行するように、第１の吸着部４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４１ｇのそれぞれの第１の吸着パッド４３を順次上方に移動させる。そして、図７に示すように、楔形治具６を挿入した第２の基板２２の角部２２１の対角の位置２２２が剥離の終点となるように、第１の吸着部４１ｈ、４１ｉ、４１ｊ、４１ｋのそれぞれの第１の吸着パッド４３を順次上方に移動させ、矢印で示す剥離方向８３に剥離を進行させる。図８は、図７の剥離工程の変形例を示す全体斜視図である。図８に示すように、第１の吸着部４１ｈが配置された角部が剥離の終点となるように、第１の吸着部４１ｋ、４１ｊ、４１ｉ、４１ｈを順次上方に移動させ、矢印で示す剥離方向８４に剥離を進行させてもよい。すなわち、第２の基板２２の辺ではなく、第２の基板２２の角部が剥離の終点となるように剥離を進行させればよい。

図９は、第１の実施の形態の基板剥離装置１の剥離工程を示す拡大縦断面図である。図９に示すように、第１の吸着部４１は小径の複数の第１の吸着パッド４３で構成されている。第２の基板２２を剥離して行くと、第２の基板２２が反るが、第２の基板２２の反りに追従して複数のゴム製の第１の吸着パッド４３の各々が弾性変形するため、第１の吸着パッド４３の吸着外れが防止でき、第２の基板２２を確実に剥離することが可能になる。なお、図９では第２の基板２２と素子層２３との間で剥離が生じている場合を示している。こうすることで素子層２３が平坦な状態で剥離することが可能なため素子層２３へのダメージを抑制できる。図１０は、図９の剥離工程の変形例を示す拡大縦断面図である。図１０に示すように、第１の基板２１と素子層２３との間で剥離が生じる構成としてもよい。その場合には、剥離後に第２の基板２２の素子層２３側を下向きにしたまま搬送できるため好ましい。

（第２の実施の形態）
図１１に示すものは、本発明の第２の実施の形態の積層体の基板剥離装置を示す図５に相当するものである。図１１に示すように、第２の実施の形態の基板剥離装置１１は、前述した第１の実施の形態の基板剥離装置１に追加して、第２の基板２２の中央側に４個の第１の吸着部４１１、４１２、４１３、４１４を配置した例である。すなわち、前述した第１の実施の形態の基板剥離装置１では、第２の基板２２の外周だけに第１の吸着部４１と第２の吸着部５１が配置されているが、第２の実施の形態の基板剥離装置１１は、第２の基板２２の中央側に４個の第１の吸着部４１１、４１２、４１３、４１４を追加して配置した。

このようにすれば、第２の基板２２の全面に第１の吸着部を配置することができるため、剥離時に第１の基板２１と第２の基板２２とがなす角度や、第１の吸着部の上方への移動時の引っ張り力をより精密に制御することができるため、剥離部の断切や第１の吸着パッド４３の吸着外れが防止でき、歩留まり良く積層体の剥離工程を行うことが可能となる。

［その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはない。例えば、前述した実施の形態では、第１の吸着部４１は複数の第１の吸着パッド４３を１個の上下移動機構７１で同時に移動させている。他の例として、第１の吸着パッド４３をそれぞれ個別の上下移動機構７１で個別に移動させれば、剥離時に第１の基板２１と第２の基板２２とがなす角度や、第１の吸着部の上方への移動時の引っ張り力をより精密に制御することができるため好ましい。また、第１の吸着パッド４３、第２の吸着パッド５３の吸気回路の空気圧を常時検出し、空気圧に異常が生じたときに剥離動作を中断するようにすれば、剥離部の断切や第１の吸着パッド４３、第２の吸着パッド５３の吸着外れが防止でき、歩留まり良く積層体の剥離工程を行うことが可能となる。

１、１１…基板剥離装置
２…積層体
２１…第１の基板
２２…第２の基板
２２１…角部
２２２…対角の位置
２３…素子層
３…固定ステージ（固定治具）
４…第１の吸着具
４１…第１の吸着部
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ…第１の吸着部
４１ｇ、４１ｈ、４１ｉ、４１ｊ、４１ｋ…第１の吸着部
４１１、４１２、４１３、４１４…第１の吸着部
４２…取り付けブロック
４３…第１の吸着パッド
４４…吸気口
５…第２の吸着具
５１…第２の吸着部
５２…取り付けブロック
５３…第２の吸着パッド
５４…吸気口
６…楔形治具（剥離開始手段）
６１…センサ
６２…ノズル（水供給手段）
７１…上下移動機構
７２…可動部
８１、８２、８３、８４…剥離方向

Claims (5)

1. 第１の基板と第２の基板の間に素子層を有する積層体から前記第２の基板を剥離するための積層体の基板剥離装置であって、
   前記第１の基板を固定するための固定治具と、
   前記第２の基板を吸着するための第１の吸着具と第２の吸着具とを有し、
   前記第１の吸着具は前記第２の基板の外周に沿って配置された複数の第１の吸着部を有し、
   前記第１の吸着部は前記第２の基板の上面に接して吸着する複数の第１の吸着パッドを有し、
   前記第２の吸着具は前記第２の基板の角部近傍に配置された第２の吸着部を有し、
   前記第２の吸着部は前記第２の基板の上面に接して吸着する第２の吸着パッドを有し、
   前記第２の吸着部は前記第１の吸着部よりも吸着力が大きく形成され、
   前記第２の吸着部の吸着面積は、複数の前記第１の吸着部の吸着面積の合計値よりも大きく形成されている
   ことを特徴とする積層体の基板剥離装置。
2. 請求項１において、
   前記第２の基板を剥離するときの剥離開始位置とするために、前記第１の基板から前記第２の基板の一部を分離するための剥離開始手段を有し、
   前記第２の吸着部は前記第１の吸着部よりも前記剥離開始位置の近傍に配置されている
   ことを特徴とする積層体の基板剥離装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記第１の吸着部は前記第２の基板の外周と中央側の両方に複数配置されている
   ことを特徴とする積層体の基板剥離装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
   前記剥離開始位置に液体を供給する液体供給手段を有する
   ことを特徴とする積層体の基板剥離装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
   前記第２の吸着具を前記第２の基板を剥離する方向に最初に移動し、その後前記第１の吸着具を前記第２の基板を剥離する方向に移動するように制御する制御機構を有する
   ことを特徴とする積層体の基板剥離装置。

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