JP2020166029A - 実装方法および画像表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ基板上に多数形成されたチップ部品を、転写基板を介して配線基板の所定位置に転写して実装するのに際して、位置ズレの発生を抑制した実装方法およびこの実装方法を用いた画像表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】ウエハ上に形成されてから、互いに分離した、電極を有する多数のチップ部品Ｃを、電極側を保持する第１転写基板に転写した後に、電極の反対側を保持する第２転写基板に転写してから、個々のチップ部品Ｃを配線基板の所定位置ＩＣに対向配置した状態で、チップ部品Ｃに第２転写基板越にレーザー光を照射して、チップ部品Ｃを配線基板に転写配置して実装する実装方法であって、第２転写基板内を、共通の精度エリアに区分けし、個々の精度エリアに応じた位置情報を基にチップ部品Ｃを転写配置する。【選択図】図５

Description

本発明はチップ部品を転写により配線基板に実装する実装方法およびこの実装方法を用いた画像表示装置の製造方法に関する。

微細加工技術の進歩による半導体チップの微小化や、ＬＥＤの発光効率向上によるＬＥＤチップの小型化が進んでいる。このため、半導体チップやＬＥＤチップ等のチップ部品を、１枚のウエハ基板に、密に多数形成できるようになってきている
近年、図６にようにウエハ基板Ｗに密に形成されダイシングされたチップ部品Ｃを、所定の間隔を開けて配線基板に再配列し、実装する用途がある。例えば、画像表示装置として注目されているマイクロＬＥＤディスプレイ製造においては、数百万個から数千万個のＬＥＤチップを、間隔を開けＴＦＴ基板の所定位置に実装する必要がある。

そこで、ウエハ基板W上に密に形成されたチップ部品Cを配線基板に所定の間隔を空け、高精度に実装するプロセスが種々検討されている。

なかでも、レーザーリフトオフ法（以後ＬＬＯ法と記す）については多くの検討がなされている（例えば特許文献１）。

図７ではＬＬＯ法によりウエハ基板Ｗから配線基板Ｓにチップ部品Ｃを転写配置する例を示している。図７（ａ）は左端のチップ部品Ｃにレーザー光Ｌを照射して、配線基板Ｓに転写する状態を示している。ここで、左端のチップ部品Ｃは配線基板Ｓの所定位置上部に位置合わせされている。また、図７（ａ）におけるレーザー光Ｌの波長はチップ部品ＣをウエハＷから剥離するのに適した範囲から選ばれる。例えば、チップ部品の素材に吸収される波長を用いれば、レーザーエネルギーにより素材が分解して生じたガスによりウエハ基板Ｗからチップ部品Ｃは剥離される。

図７（ｂ）は、レーザー光Ｌの照射によりウエハ基板Ｗから剥離した左端のチップ部品Ｃが配線基板Ｓに転写された状態を示している。ここで、左端のチップ部品Ｃは直下に転写されるため、配線基板Ｓの所定位置に配置される。なお、転写に伴うチップ部品の直下への移動距離ｄを、チップ部品Ｃと（チップ部品Ｃが有する電極である）バンプＢの高さの合計より大きくしておけば、配線基板Ｓにチップ部品Ｃが転写されていてもウエハ基板Ｗを水平方向に移動させることは可能である。

図７（ｃ）は、レーザー光Ｌの直下に、次に転写すべきチップ部品Ｃと配線基板Ｓの所定位置を配置してから、レーザー光Ｌを照射している状態を示している。このレーザー照射により、先に転写配置したチップ部品Ｃと間隔を空けて、次のチップ部品Ｃが配線基板Ｓの所定位置に転写配置される。

以降も、レーザー光Ｌの直下に転写すべきチップ部品Ｃと配線基板Ｓの所定位置（チップ部品Ｃを実装すべき位置）を随時配置して、チップ部品Ｃを転写することにより、配線基板Ｓへのチップ部品Ｃの転写配置を行なうことが出来る。

ところが、図７（ａ）から図７（ｂ）に示したようにチップ部品Ｃをウエハ基板Ｗから剥離するためには、チップ部品Ｃにはレーザー光Ｌによる大きなエネルギーが加わる。このため、図７（ｂ）に示した移動距離ｄの間にもチップ部品Ｃは加速された状態で配線基板Ｓに達し、レーザーエネルギーにより破損することもある。

以上のように、ウエハ基板Ｗから配線基板Ｓへの直接転写ではチップ部品Ｃに加わる衝撃が大きいことから、別に転写基板を用いる転写方式が一般化している。

特開２０１０−１６１２２１号公報 特願２０１８−０６１７４３号

転写基板を用いる転写方式は、図８（ａ）に示すようにウエハ基板Ｗのチップ部品Ｃに第１転写基板１を対向させてから、図８（ｂ）のように密着させて、レーザー光Ｌ等によりチップ部品Ｃを剥離して第１転写基板１に転写する。なお、第１転写基板１は、ベース基板１０と、ベース基板１０のチップ部品Ｃを保持する側に粘着層１１を設けた構成となっている。ここで、チップ部品Ｃは第１転写基板と密着した状態で転写するため、加速されることなく、第１転写基板１の粘着層１１上に転写される。

ところで、図８（ｂ）に示すように、第１転写基板１ではチップ部品Ｃの電極であるバンプＢが密着しているため、この状態から配線基板にチップ部品Ｃを転写しても、バンプＢを配線基板の電極と接触させることはできない。すなわちチップ部品Ｃの電極と配線基板Ｓの電極を接続することが出来ない。そこで、第１転写基板１のチップ部品Ｃを第２転写基板２に再度転写する必要がある。

その際、特許文献２のように、チップ部品Ｃの間隔を広げて第２転写基板２に転写することもあるが、ウエハ基板Wから第１転写基板１への転写と同じく、配列ピッチを変えずに転写する方法もある。配列ピッチを変えないことで、第２転写基板２上にはウエハ基板W上と同様にチップ部品Cが配置されていることから、ウエハ基板Ｗから配線基板にチップ部品Ｃを直接レーザーリフトオフするための装置構成を流用することが出来る。なお、第２転写基板２に用いる粘着層の選択により、チップ部品Ｃをリフトオフする際のエネルギーも制御可能であるため、ウエハ基板Ｗから直接転写するに比べ、チップ部品Ｃの破損が防げ、転写歩留まりが改善される。

そこで、第１転写基板１からチップ部品Ｃの配列を変えずに第２転写基板２に転写する方法として、第１転写基板１の粘着層１１に熱硬化して粘着性を失うものを用いれば、第２転写基板２に容易に転写することが出来る。すなわち、ベース基板２０の表面上に粘着層２１を配した第２転写基板２を図９（ａ）のように対向配置した状態から、図９（ｂ）のようにチップ部品Ｃに粘着層２１が密着した状態で加熱加圧ヘッド３により粘着層１１を加熱硬化させてから、加熱加圧ヘッド３が第１転写基板１を保持した状態で上昇すれば、チップ部品Ｃを第２転写基板２に転写することが出来る。なお、第２転写基板２の粘着層２１は、粘着層１１を硬化させる温度では硬化せず熱劣化もしない耐熱性を有するとともに、特定の波長の光により粘着力が低減するものである。このため、ベース基板２０がこの波長を透過させる特性を有しつつ、この波長によりチップ部品Ｃと粘着層２１の界面にガスが発生するものであれば、図１０（ａ）のように特定の波長のレーザー光Ｌにより、チップ部品Ｃを配線基板Ｓ上に、図１０（ｂ）のように転写することが出来る。

そこで、図１１（ａ）に示すような第２転写基板２に配置されたチップ部品Ｃを、アライメントマークＰ２を用いて位置合わせして、配線基板Ｓの所定位置に順次転写して実装を行なったところ、図６（ａ）に示すウエハ基板ＷでアライメントマークＰＷを用いて位置合わせする場合に比べて位置ズレが発生しやすいことが判った。しかも位置ズレ量が一定しないことから、数百万個のＬＥＤチップを、間隔を開けＴＦＴ基板の所定位置に実装するような用途への適用が困難となっていた。この問題は、図１２のような、所定ピッチ間隔のチップ部品Ｃに同時にレーザー光Ｌを照射する場合においても顕著である。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ウエハ基板上に多数形成されたチップ部品を、転写基板を介して配線基板の所定位置に転写して実装するのに際して、位置ズレの発生を抑制した実装方法およびこの実装方法を用いた画像表示装置の製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
ウエハ上に形成されてから、互いに分離した、電極を有する多数のチップ部品を、
前記電極側を保持する第１転写基板に転写した後に、前記電極の反対側を保持する第２転写基板に転写してから、個々のチップ部品を配線基板の所定位置に対向配置した状態で、前記チップ部品に前記第２転写基板越にレーザー光を照射して、前記チップ部品を前記配線基板に転写配置して実装する実装方法であって、
前記第２転写基板内を、共通の精度エリアに区分けし、個々の精度エリアに応じた位置情報を基に前記チップ部品を転写配置する実装方法である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の実装方法であって、
前記第２転写基板上のチップ部品配置を観察して得たデータを用いて、前記精度エリア毎の位置情報を設定する実装方法である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の実装方法であって、多数のチップ部品を第１転写基板から第２転写基板に転写する際に、加圧する工程を有する実装方法である。

請求項４に記載の発明は、前記チップ部品としてＬＥＤチップを、前記配線基板としてＴＦＴ基板を用い、請求項１から請求項３の何れかに記載の実装方法を用いて画像表示装置を製造する、画像表示装置の製造方法である。

本発明の実装方法により、ウエハ基板上に多数形成されたチップ部品を、転写基板を介して配線基板の所定位置に転写して実装するのに際して、転写基板内に配置位置に係らず位置ズレの発生を抑制する実装が可能であり、この実装方法を用いることで高品質な画像表示装置の製造が可能になる。

本発明の実施形態に係る実装方法において、（ａ）第２転写基板上のチップ部品配置とアライメントマークを説明する図であり、（ｂ）第２転写基板内をエリア分けした一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装方法において、エリア分けしたエリア別の位置合わせ時の補正量の関係を一覧表とした例である。 本発明の実施形態に係る実装方法において、第２転写基板内をエリア分けする別例を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装方法において、第２転写基板内のチップ部品配置を観察する状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る実装方法において、第２転写基板内のチップ部品配置の設計位置と実測位置の関係を説明する図である。 ウエハ基板上のチップ部品とアライメントマークについて説明するための上面図であり、（ｂ）断面図である。 ウエハ基板から配線基板にチップ部品を直接転写する工程を説明するもので、（ａ）ウエハ基板からチップ部品を剥離する工程、（ｂ）配線基板にチップ部品が転写された状態（ｃ）ウエハ基板から次のチップ部品を剥離する工程、（ｄ）配線基板に次のチップ部品が転写された状態、を示す図である。 チップ部品の転写工程を説明するものであり、（ａ）ウエハ基板と第１転写基板が対向した状態を示す図であり、（ｂ）ウエハ基板からチップ部品を第１転写基板に転写する工程を示す図であり、（ｃ）チップ部品が第１転写基板に転写された状態を示すものである。 チップ部品の転写工程を説明するものであり、（ａ）第１転写基板と第２転写基板が対向した状態を示す図であり、（ｂ）第１転写基板からチップ部品を第２転写基板に転写する工程を示す図であり、（ｃ）チップ部品が第２転写基板に転写された状態を示すものである。 第２転写基板から配線基板にチップ部品をレーザーリフトオフで転写する工程を説明するもので、（ａ）チップ部品を剥離する工程、（ｂ）配線基板にチップ部品が転写された状態を示す図である。 第２転写基板上のチップ部品とアライメントマークについて説明するための上面図であり、（ｂ）断面図である。 第２転写基板から配線基板に複数のチップ部品をレーザーリフトオフで同時に転写する工程を説明するもので、（ａ）チップ部品を剥離する工程、（ｂ）配線基板にチップ部品が転写された状態を示す図である。 第１転写基板からチップ部品を第２転写基板に加熱および加圧して転写する工程について説明するもので、（ａ）第１転写基板のチップ部品が第２転写基板に密着した状態を示し、（ｂ）第１転写基板の粘着層に加圧力が印加された状態を示す図である。

位置ズレの原因を探求したところ、図９（ｂ）に示した第１転写基板１からチップ部品Ｃを第２転写基板２に転写する際の加圧が影響していることが判った。すなわち、図１３（ａ）に示すような第１転写基板１のチップ部品Ｃと第２転写基板２が接触してから、チップ部品Ｃを第２転写基板側に押す加圧力によって、粘弾性を有する粘着層１１および粘着層２１が変形して、図１３（ｂ）のように、チップ部品Ｃに横方向の力が加わることが起因している。特に、粘着層１１は、ウエハ基板Ｗからレーザーリフトオフによりチップ部品Ｃが転写される際のエネルギーを緩和させるための柔軟性と厚みを有しているため、加圧により変形しやすい条件を有している。

ところで、チップ部品Ｃに加わる力は、図１１（ａ）に示す第２転写基板２に転写されるチップ部品Ｃにおいて、第２転写基板２の中央付近では、面内全方向でバランスしてほとんどゼロであるが、周辺部に近づくほど一方向の比率が強まる傾向となる。

このことから、第２転写基板２に転写されたチップ部品Ｃの位置ズレを、第２転写基板２上の配置位置によって把握して、チップ部品毎に位置ズレ補正を設定することも可能である。ただし、隣接するチップ部品Ｃでの位置ズレ量の差は僅かで、この僅かな差も含めた細かな設定で補正を行なっても、実装精度に殆ど影響を及ぼさない。

そこで、位置ズレ量が所定の範囲内となるエリアに分け、エリア内のチップ部品Ｃに対しては同様な位置補正を行なうという手法を第２転写基板２のチップ部品Ｃと配線基板Ｓとの位置合わせに採用し、配線基板Ｓの所定位置にチップ部品Ｃを転写配置して実装するのが本発明の実装方法である。

例えば、Ｘ方向（Ｙ方向）の位置ズレ量ΔＸ（ΔＹ）が「δＸ（δＹ）±１μｍ以内」となるエリアのチップ部品Ｃに対して、Ｘ方向（Ｙ方向）に「−δＸ（―δＹ）」の位置補正を行なえば、同エリア内のＸ方向（Ｙ方向）位置ズレ量を「±１μｍ以内」に押えることが可能である。

このため、位置ズレ量（ΔＸ、ΔＹ）が、エリアＡｎ（ｎは１，２、・・）で（δＸｎ±１μｍ以内、δＹｎ±１μｍ以内）となるようなエリア分けを行なえば、エリアＡｎ
内のチップ部品Ｃに対して（−δＸｎ、―δＹｎ）の補正で、各エリア内の位置ズレ量を（±１μｍ以内、±１μｍ以内）とすることができる。すなわち、全てのエリアＡｎは、共通の精度エリアとして区分けされていると言える。

以下、図１および図２を用いて本発明の一実施形態について説明する。図１（ａ）はチップ部品Ｃが転写された第２転写基板２の上面図であり、第２転写基板２を構成する粘着層２１に多数のチップ部品Ｃが保持されている。ここで、第２転写基板２に設けられた第２転写板アライメントマークＰ２によって第２転写基板２上の面内座標系が設定され、各チップ部品Ｃの座標位置も定まる。

図２は、番号付けしたチップ部品Ｃの設計位置と実測位置（実際の配置位置）および補正量を一覧表化したものである。ここで、設計位置とは、ウエハＷ上にチップ部品Ｃを形成する際の配置である。図１（ｂ）は、図２に示したエリア分けを第２転写基板２上に示したものである。

図２では、位置ズレ量をＸ方向、Ｙ方向ともに±１μｍ以内としたエリア分けを行なっているが、エリア分けはこれに限定されるものではなく許容精度が大きな用途に関しては、例えば±２μｍ以内としてもよい。この場合、１エリアの範囲は大きくなる。一方、高精度が必要なものについては、エリア分けを細かくする必要が生じる。

なお、図１（ｂ）においてエリア分けを格子状に行なっているが、これに限定されるものではなく、図３のようなエリア分けであってもよい。

ところで、図２の一覧表で示した各チップ部品Ｃの実測位置は、図４のように第２転写基板２の上側から撮像手段５を用いて測定することが可能である。この測定位置を設計位置の関係を示したのが図５であり、チップ部品Ｃの実測位置を同チップ部品の設計位置ＩＣと比較することによって位置ズレ量が求まる。

ここで、チップ部品Ｃの実測位置を求めるに際して、撮像手段５を備えた装置が必要となるが、ウエハ基板Ｗ段階での検査（各チップ部品Ｃの性能検査）に用いるカメラを流用しても良い。また、チップ部品Ｃをウエハ基板Ｗから第２転写基板２に至る各工程が安定している場合においては、第２転写基板２内のエリア分けおよび各エリア毎の補正量に大きな違いが生じないことから、各チップ部品の位置測定の頻度を減らすことも可能である。

以上のように、本発明の実装方法により、多数のチップ部品を配線基板上に高精度に転写実装することが可能である。したがって、配線基板としてＴＦＴ基板を用い、チップ部品としてＬＥＤチップを用いるような画像表示装置の製造方法として本発明は好適であり、数百万個のＬＥＤを所定位置に配した高品質の画像表示装置の製造方法として極めて適したものである。

１ 第１転写基板
２ 第２転写基板
３ 加熱加圧ヘッド
５ 撮像手段
１０ ベース基板
１１ 粘着層（熱硬化性）
２０ ベース基板
２１ 粘着層（光硬化性）
Ｂ バンプ（チップ部品の電極）
Ｃ チップ部品
ＩＣ チップ部品設計位置
Ｌ レーザー光
Ｐ２ 第２転写板アライメントマーク
ＰＷ ウエハ基板アライメントマーク
Ｓ 配線基板
Ｗ ウエハ基板

Claims (4)

1. ウエハ上に形成されてから、互いに分離した、電極を有する多数のチップ部品を、
   前記電極側を保持する第１転写基板に転写した後に、
   前記電極の反対側を保持する第２転写基板に転写してから、
   個々のチップ部品を配線基板の所定位置に対向配置した状態で、前記チップ部品に前記第２転写基板越にレーザー光を照射して、前記チップ部品を前記配線基板に転写配置して実装する実装方法であって、
   前記第２転写基板内を、共通の精度エリアに区分けし、個々の精度エリアに応じた位置情報を基に前記チップ部品を転写配置する実装方法。
2. 請求項１に記載の実装方法であって、
   前記第２転写基板上のチップ部品配置を観察して得たデータを用いて、前記精度エリア毎の位置情報を設定する実装方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の実装方法であって、多数のチップ部品を第１転写基板から第２転写基板に転写する際に、加圧する工程を有する実装方法。
4. 前記チップ部品としてＬＥＤチップを、前記配線基板としてＴＦＴ基板を用い、
   請求項１から請求項３の何れかに記載の実装方法を用いて画像表示装置を製造する、画像表示装置の製造方法。