JP2020203313A - レーザ加工装置および方法、チップ転写装置および方法 - Google Patents

レーザ加工装置および方法、チップ転写装置および方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、加工対象チップが多数斑らに分布していても、迅速に加工できるレーザ加工装置を提供すること。【解決手段】 レーザ発振器と、相対移動部と、ワークに対して1ショットのビーム照射で加工できるビーム照射範囲を変更するビームサイズ変更部と、ワーク上に分布した加工対象チップの分布情報を取得する加工チップ分布情報取得部と、加工対象チップの分布情報に基づいて、加工対象のワーク毎に加工パターンを生成する加工パターン生成部と、加工パターンに基づいて、ワーク上に分布した複数の加工対象チップを逐次加工する加工制御部とを備え、加工パターン生成部は、隣接する複数の加工対象チップに対して、1ショットでまとめ加工できるエリアを探索する一括加工エリア探索部を備えたことを特徴とする、レーザ加工装置である。【選択図】 図1

Description

本発明は、ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、斑らに多数分布した加工対象チップに対してレーザビームを照射して加工するレーザ加工装置および方法、並びに、ドナー基板の表面に配置された転写対象チップをターゲット基板に設定された転写ターゲット部位に転写するチップ転写装置および方法に関する。
従来より、ワーク上に成膜された薄膜の除去等のために、スポット上に集光させたレーザビームを照射(いわゆる、レーザアブレーション)する装置(レーザ加工装置)が知られている。
そして、半導体装置の回路パターンに設けられたヒューズにレーザビームを照射し、配線を切断する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
また、転写元基板(ワーク)上に複数配列された素子(チップ)を選択的に他の基板に転写する転写装置において、レーザビームとガルバノスキャナを使用して、ワーク上に形成されたチップを転写する技術が知られている(例えば、特許文献2)。
特開平11−19788号公報 特許第4600178号公報
従来技術では、1つのワーク上に加工対象チップが斑らに多数分布している場合、1チップ毎にレーザビームを照射して加工を行っていた。このような方式では、加工対象チップが複数まとまった状態で隣接する場合でも1チップずつ加工をしていたため、加工に多くの時間を費やし、生産性の低下を招いていた。
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、斑らに多数分布した加工対象チップに対して、迅速な加工が可能なレーザ加工装置および方法を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、斑らに多数分布した加工対象チップに対してレーザビームを照射して加工するレーザ加工装置において、
レーザビームを出射するレーザ発振器と、
ワークに対するレーザビームの照射位置を変更する相対移動部と、
ワークに対して1ショットのビーム照射で加工できるビーム照射範囲を変更するビームサイズ変更部と、
ワーク上に分布した加工対象チップの分布情報を取得する加工チップ分布情報取得部と、
加工対象チップの分布情報に基づいて、加工対象のワーク毎に加工パターン情報を生成する加工パターン情報生成部と、
加工パターン情報に基づいて、ワーク上に分布した複数の加工対象チップを逐次加工する加工制御部とを備え、
加工パターン情報生成部は、
隣接する複数の加工対象チップに対して、1ショットでまとめ加工できるエリアを探索する一括加工エリア探索部を備えている。
また、本発明に係る別の一態様は、
ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、斑らに多数分布した加工対象チップに対してレーザビームを照射して加工するレーザ加工方法において、
レーザビームを出射するレーザ発振器と、
ワークに対するレーザビームの照射位置を変更する相対移動手段と、
ワークに対して1ショットのビーム照射で加工できるビーム照射範囲を変更するビームサイズ変更手段を用い、
ワーク上に分布した加工対象チップの分布情報を取得するステップと、
加工対象チップの分布情報に基づいて、加工対象のワーク毎に加工パターン情報を生成するステップと、
加工パターン情報に基づいて、ワーク上に分布した複数の加工対象チップを逐次加工するステップとを有し、
加工パターン情報を生成するステップでは、隣接する複数の加工対象チップに対して、1ショットでまとめ加工できるエリアを探索するステップを有する。
これらレーザ加工装置および方法によれば、ワーク上に加工対象チップが斑らに多数分布していても、加工対象チップが密集して分布(つまり、加工対象チップが複数まとまった状態で隣接)している所をまとめ加工するので、加工時間の短縮を図ることができる。
これらレーザ加工装置および方法によれば、ワーク上に加工対象チップが斑らに多数分布していても、迅速な加工ができ、生産性が向上する。
本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態で扱うワークの一例を示す平面図である。 本発明を具現化する形態で扱うワークWに対し、まとめ加工の一例を示す平面図である。 本発明を具現化する形態の一例におけるフロー図である。 本発明を具現化する形態の別の一例の全体構成を示す概略図である。 本発明を具現化する形態におけるチップ配置例とチップ転写の様子を示す断面図である。
以下に、本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
なお、以下の説明では、直交座標系の3軸をX、Y、Zとし、水平方向をX方向、Y方向と表現し、XY平面に垂直な方向(つまり、重力方向)をZ方向と表現する。また、Z方向は、重力に逆らう方向を上、重力がはたらく方向を下と表現する。また、Z方向を中心軸として回転する方向をθ方向と呼ぶ。また、X方向を横、Y方向を縦、XY方向を縦横と表現することがある。
図1は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図1には、本発明に係るレーザ加工装置1の概略図が示されている。
レーザ加工装置1は、ワークW上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップCnのうち、斑らに多数分布した加工対象チップCkに対してレーザビームBを照射して加工するものである。
具体的には、ワーク保持部H、レーザ加工装置1は、レーザ照射部L、相対移動部4、加工チップ分布情報取得部5、加工パターン情報生成部6、加工制御部7等を備えている。
ワーク保持部Hは、ワークWを所定の姿勢で保持するものである。
具体的には、ワーク保持部Hは、ワークWを下面側から水平状態を保ちつつ支えるものである。より具体的には、ワーク保持部Hは、クランプ機構や負圧吸引手段、静電密着手段等を備え、ワークWの下面や外縁部等を保持できる構成をしている。
レーザ照射部Lは、詳細を後述する加工制御部7からの制御指令に基づいて、レーザビームBを、加工対象チップCkの加工に足りるエネルギー密度で、所望の縦横寸法のビームスポットPsに適宜設定して、ワークWに照射するものである。具体的には、レーザ照射部Lは、レーザ発振器2、ミラー21、ビームエキスパンダ22、ビームサイズ変更部3、対物レンズ25等を備えている。そして、レーザ照射部Lの各部は、レーザ加工装置1のフレーム(不図示)に直接または連結金具等を介して取り付けられている。
なお、レーザビームBは、レーザ発振器2から出射されたレーザビームB1、ビームエキスパンダ22を通過したレーザビームB2、アパーチャ の開口部Aおよび対物レンズ25を通過したレーザビームB3に区別することができるが、これらを総じてレーザビームBと呼ぶ。
レーザ発振器2は、レーザビームBをパルス状に出射するものである。具体的には、レーザ発振器2は、加工制御部7から出力されるトリガ信号を受けて、パルス状のレーザビームB1を出射する構成をしている。より具体的には、レーザビームBは、光軸と直交する断面方向に着目すると、円形ないし楕円形状のスポット形状をしており、概ねガウス分布のエネルギー分布(ガウシアンなビームプロファイルとも言う)を有している。例えば、レーザ発振器2として、YAGレーザ(基本波長1064nm)の第二高調波を利用するグリーンレーザ(波長532nm)が例示できる。
ミラー21は、レーザビームB1の方向を変更するものである。図1の構成では、X方向に出射されたレーザビームB1を下向きに方向を変えて出射している。
ビームエキスパンダ22は、レーザ発振器2から出射されたレーザビームB1を、所望のスポット径のレーザビームB2に変換(拡大とも言う)するものである。
ビームサイズ変更部3は、ワークWに対して1ショットのビーム照射で加工できるビーム照射範囲Psを変更するものである。
具体的には、ビームサイズ変更部3は、レーザビームB2の一部のみ通過させ、それ以外を遮光することで、ワークWに照射されるレーザビームB3のビーム照射範囲Psを所定の縦横寸法に変更するものである。
より具体的には、ビームサイズ変更部3は、開口部AのXY方向の縦横寸法を変更できる遮光板と、アクチュエータ(不図示)を備えている。
遮光板は、長方形の金属板を4枚組み合わせて矩形状の開口部Aおよび遮光部を形成するものである。
アクチュエータは、開口部Aを隔てて対向配置された遮光板をX方向またはY方向に移動させて、開口部Aを所望の縦横寸法に変更するものである。
具体的には、アクチュエータは、加工制御部7からの指令に基づいて遮光板を所望の位置に移動/静止させ、レーザビームB3にて1ショットでまとめ加工できるビーム照射範囲Psを変更する構成をしている。
例えば、ビームサイズ変更部3にて設定できるビーム照射範囲Psを、加工対象チップCkの縦横1×1〜6×6個分の範囲内とするならば、対向配置された遮光板を縦方向に6段階、横方向に6段階的に所定ピッチで移動/静止させて、開口部Aの縦横寸法を段階的に変更する構成とする。
対物レンズ25は、ビームサイズ変更部3の遮光板で形成された開口部Aを通過する光の像をワークW上に投影するものである。対物レンズ25は、例えば、縮小投影倍率が10倍、20倍、50倍等のレンズ群おり、ユニットで構成されており、レボルバー機構26に取り付けられている。
レボルバー機構26は、複数ある対物レンズ(つまり、倍率)を切り替え、レーザビームB3の投影倍率およびエネルギー密度を変更するものである。具体的には、レボルバー機構26は、加工制御部7からの指令に基づいて使用する対物レンズ25を選択的に切り替え、レーザビームB3の投影倍率およびエネルギー密度を変更する構成をしている。
なお、レーザ照射部Lは、必要に応じて、レーザビームBの光路中にミラー21やビームエキスパンダ22、アッテネータなど(不図示)を備えた構成としても良い。
相対移動部4は、ワークWに対するレーザビームB3の照射位置を変更するものである。具体的には、ワークWの厚み方向(Z方向)に直交する方向(XY方向)に、ワークWとレーザビームB3との相対位置を移動させるものであり、レーザ加工に際して、ワークWにある1つまたは複数の加工対象チップCkとビーム照射範囲Psとの相対位置や角度を整合(つまり、アライメント)させるものである。より具体的には、相対移動部4は、X軸アクチュエータ4x、Y軸アクチュエータ4y、θ軸アクチュエータ4θ等を備えている。
X軸アクチュエータ4xは、ワーク保持部HをX方向に所定の速度で移動させ、所定の位置で静止させるものである。Y軸アクチュエータ4yは、ワーク保持部HをY方向に所定の速度で移動させ、所定の位置所で静止させるものである。θ軸アクチュエータ4θは、Z方向を回転軸とするθ方向に、ワーク保持部Hを所定の角速度で回転させ、所定の角度で静止させるものである。X軸アクチュエータ4x、Y軸アクチュエータ4y、θ軸アクチュエータ4θは、加工制御部7から出力される制御信号に基づいて駆動制御される。
なお、ワークWのアライメントは、ワークWの外周部を外側から内側に向かって狭持するメカニカルクランプ方式や、ワークWに付与された基準マークをカメラで撮像したり、ワークW設けられたノッチやオリエンテーションフラットをカメラで撮像/センサで検出等したりして、位置や角度を把握し、コンピュータ等で位置決め移動の際の送りピッチや角度を補正制御するソフトアライメント方式等が例示できる。
加工チップ分布情報取得部5は、ワークW上に分布した加工対象チップCkの分布情報Jを取得するものである。
具体的には、加工チップ分布情報取得部5は、ワークW毎に異なる加工対象チップCkの分布情報Jを、検査装置等の上流工程の装置やワーク搬送装置、ホストコンピュータ等から通信回線等を介して取得する。
加工対象チップCkの分布情報Jは、ワークWを予め規定された基準姿勢において、ワークW上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、どれが加工対象チップCkかを示すものである。
図2は、本発明を具現化する形態で扱うワークWの一例を示す平面図である。図2において、ワークW上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、白い四角が正常チップであり、黒い四角が不良(加工対象チップCk)である。
例えば、図示されているように、ワークWの外形が円形でノッチWf(オリフラの場合もある)が真下になる姿勢を基準とすると、加工対象チップCkの分布情報Jは、ワークWの中心やノッチ位置等を基準にして、加工対象チップCkに該当するものがどこにあるかを判別(区別、識別とも言う)するための情報(座標データ、アドレス値、フラグ情報など)を含んで構成されている。
加工パターン情報生成部6は、加工対象チップCkの分布情報Jに基づいて、加工対象のワークW毎に加工パターン情報を生成するものである。
加工パターン情報は、レーザビームBの出力、レーザビームBの1ショットの出射時間、ビーム照射範囲Ps(詳しくは、開口部Aの縦横寸法と使用する対物レンズ25の投影倍率。加工サイズとも言う)、加工位置や順序等の加工対象チップCkの逐次加工に関する情報を含んで構成されている。
加工パターン情報生成部6は、隣接する複数の加工対象チップに対して、1ショットでまとめ加工できるエリアを探索する一括加工エリア探索部を備えている。
一括加工エリア探索部は、例えば、ビームサイズ変更部3にて設定できるビーム照射範囲Psが、加工対象チップCkの縦横1×1個〜縦横6×6個分の範囲内であれば、一括加工エリア探索部は、以下の様にして1ショットでまとめ加工できるエリアを探索する。
図3は、本発明を具現化する形態で扱うワークWに対し、まとめ加工の一例を示す平面図である。図3において、図2と同様に不良チップ(加工対象チップCk)が黒い四角で示され、まとめ加工するエリアが破線で示されている。
まず、加工対象チップCkの縦横6×6個分でまとめ加工できるエリアを探索し、加工サイズおよび加工位置を設定する。さらに、残りの加工対象チップCkに対して、縦横6×6個分でまとめ加工できるエリアを探索し、加工サイズおよび加工位置を設定する。このとき、1つの加工対象チップCkに対して、レーザビームB3の照射が重複しないように、まとめ加工できるエリアを探索する。
そして、残りの加工対象チップCkに対して縦6×横6でまとめ加工できるエリアが残っていなければ、次に縦横6×5個分でまとめ加工できるエリアを探索する。
そして、同様にして、縦横6×4〜6×1、5×6〜5×1、4×6〜4×1、3×6〜3×1、2×6〜2×1、1×6〜1×2個分の順で、まとめ加工できるエリアを探索し、各エリアの加工サイズおよび加工位置を加工パターン情報に設定する。
そして、残りは縦横1×1個分で加工するエリアとして加工位置を設定する。
より具体的には、加工チップ分布情報取得部5や、加工パターン情報生成部6ないし一括加工エリア探索部は、コンピュータなど(ハードウェア)と、その実行プログラム(ソフトウェア)で構成されており、加工対象のワークW毎に取得した加工対象チップCkの分布情報Jに基づいて、まとめ加工できるエリアを探索し、加工サイズおよび加工位置が設定された加工パターン情報を生成するプログラムを備えている。
加工制御部7は、加工パターン情報生成部6で生成された加工パターン情報に基づいて、ワークW上に分布した複数の加工対象チップCkを逐次加工するものである。
具体的には、加工制御部7は、ビームサイズ変更部3のアパーチャのサイズを適宜変更しつつ、レーザビームB3のビーム照射範囲PsとワークW上に分布した複数の加工対象チップCk(図3で黒い四角で示した不良部位)とが重なるように、相対移動部4を相対移動させ、逐次レーザビームBを照射することで加工対象チップCkを逐次加工するものである。
具体的には、加工制御部7は、以下の機能を備えている。
1)レーザ発振器2に対してレーザビームBをパルス状に照射するためのトリガ信号を送信する機能。
2)レーザ照射部Lのレボルバー機構26に制御信号を出力し、対物レンズ25の倍率を切り替える機能。
3)ビームサイズ変更部3のアクチュエータを制御し、開口部Aの縦横寸法(すなわち、レーザビームB3にて1ショットでまとめ加工できるビーム照射範囲Ps)を変更する機能。
4)X軸アクチュエータ4x、Y軸アクチュエータ4y、θ軸アクチュエータ4θ等の現在位置情報を把握し、X軸アクチュエータ4x、Y軸アクチュエータ4y、θ軸アクチュエータ4θ等の移動速度や位置、角度等を制御し、ワークWをアライメントや位置・角度を補正する機能。
5)加工情報取得部6で取得した加工情報Jに含まれる座標データ等に基づいて、相対移動部Mを制御してワークWに対する複数のビームスポットPsの照射位置をXY方向に相対移動させたり、θ方向に回転させたりする機能。
つまり、加工制御部7は、レーザ発振器2、ビームサイズ変更部3、相対移動部4、レボルバー機構26等に対して制御信号やデータ等を出力し、各部を制御するものである。より具体的には、加工制御部7は、コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、制御用コントローラなど(ハードウェア)と、その実行プログラム(ソフトウェア)で構成されており、信号入出力手段やデータ通信手段などを介して各部を制御することができる。
図3は、本発明を具現化する形態の一例におけるフロー図である。図3には、本発明に係るレーザ加工装置1を用いてワークWにレーザ加工を行うフローが示されている。
まず、ワークWをワーク保持部Hに載置し、保持する(ステップs10)。
次に、ワークW上に分布した加工対象チップCkの分布情報Jを取得する(ステップs11)。
次に、まとめ加工できるエリアを探索し、加工パターン情報を生成する(ステップs12)。具体的には、加工パターン情報生成部6ないし一括加工エリア探索部を用い、上述のようにして、まとめ加工できるエリアを探索する。
そして、ビームサイズ変更部3の遮光板のXY方向の位置を移動させ、1ショットのビーム照射でまとめ加工できるビーム照射範囲Ps(例えば、加工対象チップCkの縦横6×6個分)に設定する(ステップs13)。
そして、必要に応じてワークWのアライメントを行い(ステップs14)、加工パターン情報に従って、当該ビーム照射範囲Ps(例えば、加工対象チップCkの縦横6×6個分)でまとめ加工できる位置にワークWを相対移動/静止させ、逐次加工を行う(ステップs15)。
次に同じビーム照射範囲Psのまま加工する場所があるかどうかを判定し(ステップs16)、あればステップs14〜s16を繰り返して、逐次まとめ加工を行う。
一方、同じビーム照射範囲Psのままでまとめ加工する部位が無くなれば、次のビーム照射範囲Ps(例えば、加工対象チップCkの縦横6×5個分)にサイズ変更して逐次加工するかどうかを判定し(ステップs18)、あればビームサイズ変更部3の遮光板のXY方向の位置を移動させ、逐次加工を行う。つまり、上述のステップs13〜s18を繰り返す。
そして、次のビーム照射範囲Psにサイズ変更して逐次加工する部位がなくなれば(つまり、全ての加工対象チップCkに対する逐次加工が終了すれば)、ワーク保持部Hを払い出し位置へ相対移動させ、ワークWの保持を解除し、ワークWを外部に払い出す(ステップs20)。
この様な構成をしているので、本発明に係るレーザ加工装置1およびレーザ加工方法によれば、ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、加工対象チップが斑らに多数分布していても、これら複数の加工対象チップをまとめ加工できるエリアを探索し、まとめ加工することができる。そのため、ワークW上に加工対象チップCkが斑らに多数分布していても、迅速な加工ができ、生産性が向上する。
[変形例]
なお上述では、ビームサイズ変更部3が、対向配置された遮光板を縦方向に6段階、横方向に6段階的に所定ピッチで移動/静止させて、開口部Aの縦横寸法を段階的に変更し、加工対象チップCkの縦横1×1〜縦横6×6の範囲内でビーム照射範囲Psを設定できる構成を例示した。しかし、ビームサイズ変更部3は、この様な構成に限らず、加工対象チップ1個分の加工に必要な縦横寸法を基準にして、縦m個分および横n個分(但し、mとnは正の整数)の組合せからなる一纏めのブロック状に段階的に設定し、1ショットでまとめ加工できるビーム照射範囲Psを変更することができる構成であっても良い。
なお上述では、ビームサイズ変更部3の遮光板として4枚の金属板を組み合わせ、矩形状の開口部Aおよび遮光部を形成し、遮光板をX方向またはY方向に移動させて、開口部Aを所望の縦横寸法に変更する構成を例示した。
しかし、ビームサイズ変更部3の遮光板は、この様な構成に限定されず、略L字形状の金属板を互い違いに2枚組み合わせ、これらをX方向またはY方向に移動させて、開口部Aを所望の縦横寸法に変更する構成であっても良い。
なお上述では、レーザ照射部Lに複数の対物レンズ25がレボルバー機構26に取り付けられており、加工制御部7から出力された制御信号に基づいて、縮小投影倍率を選択的に切り替えることができる構成を示した。
しかし、このレボルバー機構26は、加工制御部7から出力された制御信号により切り替えられる構成に限らず、手動により切り替える構成であっても良い。さらに、レーザ照射部Lにおけるレボルバー機構26は必須の構成ではなく、段取り替えにより使用する対物レンズ25を交換する構成や、1種類の対物レンズ25を固定して使用する構成であっても良い。或いは、レーザ照射部Lは、複数の対物レンズ25とレボルバー機構26を備えた構成に代えて、ズームレンズにより投影倍率を変更する構成であっても良い。
なお上述では、相対移動部4として、レーザ照射部Lの各部がレーザ加工装置1のフレーム(不図示)に直接または連結金具等を介して取り付けられ(つまり、固定され)、ワーク保持部HがXYθ方向に移動する構成を例示した。
しかし、相対移動部4は、この様な構成に限らず、XYθ方向の一部または全部において、ワーク保持部Hを固定しておき、レーザ照射部Lを移動させる構成であっても良い。
なお上述では、加工パターン情報生成部6の一括加工エリア探索部として、加工対象チップCkの縦横6×6〜6×1、5×6〜5×1、・・・、2×6〜2×1、1×6〜1×2個分の順で、まとめ加工できるエリアを探索し、加工サイズおよび加工位置を設定する構成を例示した。
しかし、一括加工エリア探索部は、この様な手順に限定されず、縦横基準を逆にして、縦横6×6〜1×6、6×5〜1×5、・・・、6×2〜1×2、6×1〜2×1個分の順で、まとめ加工できるエリアを探索する構成であっても良い。或いは、複数の加工対象チップCkが縦同士/横同士隣接しているところを抽出し、それらがどのような組合せでまとめ加工できるかを、ビーム照射範囲Psの縦横寸法を変更しながら探索する構成であっても良い。
なお上述では、レーザ発振器2として、YAGレーザの第二高調波を利用するグリーンレーザ(波長532nm)を例示した。
しかし、レーザ発振器2は、YAGレーザ以外にYVO4レーザを用いても良い。また、レーザ発振器2として、これらの第二高調波による加工に限らず、基本波(波長1064nm)を利用してワークWを加工しても良いし、第三高調波を利用するUVレーザ(波長355nm)や、第四高調波を利用する深紫外レーザ(波長266nm)を用いてワークWを加工しても良い。また、レーザ発振器2として、他方式のものや他の波長を出力するレーザを用いても良く、加工対象チップCkのエネルギー吸収特性に応じて選択すれば良い。
[別の形態]
なお上述では、本発明に係るレーザ加工装置1およびレーザ加工方法として、外形が円形のワークW上に縦横所定ピッチでマトリクス状に複数チップCnのうち、斑らに多数分布した加工対象チップCkに対してレーザビームB(B3)を照射して加工する形態を例示した。
しかし、本発明を具現化する上で、ワークWおよび加工対象チップCkは、上述のような形態に限定されず、種々の形態に適応させることができる。具体的には、本発明に係るレーザ加工装置および方法は、レーザビームBを照射してドナー基板Wdからターゲット基板Wtにチップ転写を行う形態にも適用することができる。
図5は、本発明を具現化する形態の一例の全体構成を示す概略図である。図2には、本発明に係るチップ転写装置1Bの概略図が示されている。
チップ転写装置1Bは、ドナー基板Wdの表面に配置された転写対象チップCdとターゲット基板Wtの表面とを対峙させ、ドナー基板Wd越しに転写対象チップCdに向けてレーザビームB(B3)を照射して、当該転写対象チップCdをターゲット基板Wtの表面に設定された転写ターゲット部位Cxに転写するものである。
具体的には、チップ転写装置1Bは、上述のレーザ加工装置1を含み、ワーク保持部Hに代えてドナー基板保持部Hdとターゲット基板保持部Htを備え、相対移動部4に代えて相対移動部4Bを備えている。なお、チップ転写装置1Bでは、ドナー基板Wdとターゲット基板Wtが、レーザ加工装置1の加工対象となるワークWに相当し、ドナー基板Wdの表面に配置された転写対象チップCdが、レーザ加工装置1の加工対象チップCkに相当する。
ターゲット基板保持部2tは、ターゲット基板Wtを所定の姿勢で支え保持するものである。具体的には、ターゲット基板保持部2tは、転写ターゲット部位Cxを上面側に向けてターゲット基板Wtを下面側から水平状態を保ちつつ支えるものである。より具体的には、ターゲット基板保持部2tは、クランプ機構や負圧吸引手段、静電密着手段等を備え、ターゲット基板Wtの下面や外縁部等を保持する構成をしている。
ドナー基板保持部2dは、ドナー基板Wdの表面に配置された転写対象チップCdとターゲット基板Wtの表面とが対峙するように、当該ドナー基板Wdの所定部位を支え保持するものである。具体的には、ドナー基板保持部2dは、転写対象チップCdを下面側に向けてドナー基板Wdを水平状態に保ちつつ、搬送リングWcを介してドナー基板Wdの外縁部Wrを支え保持するものである。
搬送リングWcは、ドナー基板Wdの外縁部Wr(図では上面側)を支え保持し、搬送や固定を補助するための部材である。具体的には、搬送リングWcは、円環状の板状部材で構成されており、内縁部(図では下面側)がドナー基板Wdの外縁部Wrと粘着層等により密着固定されている。
より具体的には、ドナー基板保持部2dは、クランプ機構や負圧吸引手段、静電密着手段等(不図示)を備え、ドナー基板Wdを密着固定している搬送リングWcの外周側面や外縁部等を保持する構成をしている。
図6は、本発明を具現化する形態におけるチップ配置例とチップ転写の様子を示す断面図である。図6(a)(b)には、ドナー基板Wdの表面(図では下面側)に配置された転写対象チップCdと、ターゲット基板Wtの表面(図では上面側)に設定された転写ターゲット部位Cxとが対峙するように、ドナー基板Wdをターゲット基板Wtと所定の間隔で対向配置させた様子が示されている。なお、ドナー基板Wdは、搬送リングWcを介してドナー基板保持部2dにて保持されている。また、ターゲット基板Wtは、ターゲット基板保持部2tにて保持されている。
位置P1〜P5には、対峙する転写対象チップCdと転写ターゲット部位Cxとの関係が例示されている。
位置P1では、ドナー基板Wdに正常なチップCnが無く、ターゲット基板Wtに正常なチップCnがある。この様な場合、ターゲット基板Wtにチップ転写を行う必要が無いため、転写対象チップCnや転写ターゲット部位Cxは設定されていない。
位置P2,P5では、ドナー基板Wdに正常なチップCnがあり、ターゲット基板Wtには正常なチップCnが欠落している。この様な場合、ターゲット基板Wtにチップ転写を行う必要があるため、ドナー基板Wd側の正常なチップCnが、転写対象チップCd1,Cd2として設定されており、ターゲット基板Wtに転写ターゲット部位Cx1,Cx2が設定されている。
位置P3では、ドナー基板Wdに正常なチップCnがあり、ターゲット基板Wtにも正常なチップCnがある。この様な場合、ターゲット基板Wtにチップ転写を行う必要が無いため、転写対象チップCnや転写ターゲット部位Cxは設定されていない。
位置P4では、ドナー基板Wdに正常なチップCnが無く、ターゲット基板Wtにも正常なチップCnが欠落している。この様な場合、ターゲット基板Wtにチップ転写を行う必要はあるが、転写対象チップCnが無いため、転写ターゲット部位Cxが設定されていない。
さらに、図6(a)には、位置P2の転写ターゲット部位Cx1に転写対象チップCd1を転写するため、当該チップにレーザビームB(B3)を照射している様子が示されている。一方、図6(b)には、位置P2の転写ターゲット部位Cx1に転写対象チップCd1が転写されており、次の位置P5の転写ターゲット部位Cx2に転写対象チップCd2を転写するため、当該チップCd2にレーザビームB(B3)を照射している様子が示されている。
相対移動部4Bは、ターゲット基板保持部Htおよび前記ドナー基板保持部Hdとレーザ照射部Lとを相対移動させるものである。
具体的には、相対移動部4Bは、ターゲット基板保持部Htとドナー基板保持部Hdとでターゲット基板Wtとドナー基板Wdとが所定の位置関係で対峙するように対向配置させたまま、これら基板Wd,Wtに対してレーザ照射部Lから出射されるレーザビームB3の照射位置を変更するものである。そして、相対移動部4Bは、ドナー基板Wdとターゲット基板Wtの厚み方向(Z方向)に直交する方向(XY方向)に、これら基板Wd,WtとレーザビームB3との相対位置を移動させ、チップ転写(レーザビームB3の照射)に際して、これら基板Wd,Wtに設定された1つまたは複数の転写対象チップCdとビーム照射範囲Psとの相対位置や角度を整合(つまり、アライメント)させる構成をしている。より具体的には、相対移動部4Bは、第1X軸アクチュエータ41x、第1Y軸アクチュエータ41y、第2X軸アクチュエータ42x、第2Y軸アクチュエータ42y、θ軸アクチュエータ4θ等を備えている。
第1X軸アクチュエータ41xは、ターゲット基板保持部Htとドナー基板保持部HdとをX1方向に所定の速度で移動させ、所定の位置で静止させるものである。
具体的には、第1X軸アクチュエータ41xは、装置フレーム10fに取り付けられたX1方向に所定の長さを有するレールと、当該レール上を所定の速度で移動したり、所定の位置で静止したりできるスライダーを含んで構成されている。そして、当該スライダーには、ベースプレート40が取り付けられている。
第1Y軸アクチュエータ41yは、ターゲット基板保持部HtをY1方向に所定の速度で移動させ、所定の位置所で静止させるものである。
具体的には、第1Y軸アクチュエータ41yは、ベースプレート40に取り付けられたY1方向に所定の長さを有するレールと、当該レール上を所定の速度で移動したり、所定の位置で静止したりできるスライダーを含んで構成されている。そして、当該スライダーには、θ軸アクチュエータ4θが取り付けられている。
θ軸アクチュエータ4θは、ターゲット基板保持部Htを、Z方向を回転軸とするθ方向に所定の角速度で回転させたり、所定の角度で静止させたりするものである。
第2X軸アクチュエータ42xは、ドナー基板保持部HdをX2方向に所定の速度で移動させ、所定の位置で静止させるものである。
具体的には、第2X軸アクチュエータ42xは、ベースプレート40に取り付けられたX2方向に所定の長さを有するレールと、当該レール上を所定の速度で移動したり、所定の位置で静止したりできるスライダーを含んで構成されている。そして、当該スライダーには、第2Y軸アクチュエータ42yが取り付けられている。
第2Y軸アクチュエータ42yは、ドナー基板保持部HdをY2方向に所定の速度で移動させ、所定の位置所で静止させるものである。
具体的には、第2Y軸アクチュエータ42yは、Y1方向に所定の長さを有するレールと、当該レール上を所定の速度で移動したり、所定の位置で静止したりできるスライダーを含んで構成されている。そして、当該スライダーには、ドナー基板保持部Hdが取り付けられている。
第1X軸アクチュエータ41x、第1Y軸アクチュエータ41y、θ軸アクチュエータ4θ、第2X軸アクチュエータ42x、第2Y軸アクチュエータ42yは、加工制御部7から出力される制御信号に基づいて駆動制御される。なお、相対移動部4Bにおいて、X1方向とX2方向は、X方向と一致するよう構成されており、Y1方向とY2方向は、Y方向と一致するよう構成されている。
なお、ドナー基板Wdとターゲット基板Wtのアライメントは、これら基板Wd,Wtの外周部を外側から内側に向かって狭持するメカニカルクランプ方式や、これら基板Wd,Wtに付与された基準マークをカメラで撮像したり、これら基板Wd,Wtに設けられたノッチやオリエンテーションフラットをカメラで撮像/センサで検出等したりして、位置や角度を把握し、コンピュータ等で位置決め移動の際の送りピッチや角度を補正制御するソフトアライメント方式等が例示できる。
相対移動部4Bは、この様な構成をしているため、ターゲット基板保持部Htおよび前記ドナー基板保持部Hdとレーザ照射部Lとを相対移動させることができ、ひいては、ドナー基板Wdとターゲット基板Wtの相対移動やアライメント、これら基板Wd,Wtとレーザ照射部Lとの相対移動を行うことができる。
そして、チップ転写装置1Bにおいて加工チップ分布情報取得部5は、転写対象チップCdを転写させるためにドナー基板Wdおよびターゲット基板Wtを対向状態で保持させたとき、当該ターゲット基板Wtの表面に設定された転写ターゲット部位Cxに転写可能な、当該ドナー基板Wdの表面に配置された当該転写対象チップCdの分布情報Jを取得する構成をしている。
また、チップ転写装置1Bにおいて加工パターン情報生成部6は、加工チップ分布情報取得部5で取得した分布情報Jに基づいて、ターゲット基板Wt毎に加工パターン情報を生成する構成をしている。
また、チップ転写装置1Bにおいて加工制御部7は、加工パターン情報生成部6で生成された加工パターン情報に基づいて、相対移動部4Bを制御しながら、ドナー基板Wd越しに転写対象チップCdに向けてレーザビームB3を逐次照射する構成をしている。
この様な構成をしているので、本発明に係るチップ転写装置1Bおよびチップ転写方法によれば、ドナー基板Wd上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、転写対象チップCdが斑らに多数分布していても、まとめてチップ転写できるエリアを探索し、まとめてチップ転写することができる。そのため、ドナー基板Wdからターゲット基板Wtに転写させる転写対象チップCdが斑らに多数分布していても、迅速なチップ転写ができ、生産性が向上する。
1 レーザ加工装置
2 レーザ発振器
3 ビームサイズ変更部
4 相対移動部
5 加工チップ分布情報取得部
6 加工パターン情報生成部
7 加工制御部
21 ミラー
22,23 レンズ(ビームエキスパンダ)
25 対物レンズ
26 レボルバー機構
W ワーク
Cn チップ(正常なもの)
Ck 加工対象チップ(不良チップ)
H ワーク保持部
L レーザ照射部
B(B1,B2,B3) レーザビーム
Ps ビーム照射範囲
A 開口部
J 加工対象チップの分布情報
1B チップ転写装置
40 ベースプレート
41x 第1X軸アクチュエータ
41y 第1Y軸アクチュエータ
42x 第2X軸アクチュエータ
42y 第2Y軸アクチュエータ
4θ θ軸アクチュエータ
Hd ドナー基板保持部
Ht ターゲット基板保持部
Wd ドナー基板
Wt ターゲット基板
Cd 転写対象チップ
Cx 転写ターゲット部位

Claims (5)

  1. ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、斑らに多数分布した加工対象チップに対してレーザビームを照射して加工するレーザ加工装置において、
    前記レーザビームを出射するレーザ発振器と、
    前記ワークに対する前記レーザビームの照射位置を変更する相対移動部と、
    前記ワークに対して1ショットのビーム照射で加工できるビーム照射範囲を変更するビームサイズ変更部と、
    前記ワーク上に分布した前記加工対象チップの分布情報を取得する加工チップ分布情報取得部と、
    前記加工対象チップの分布情報に基づいて、加工対象のワーク毎に加工パターン情報を生成する加工パターン情報生成部と、
    前記加工パターン情報に基づいて、前記ワーク上に分布した前記複数の加工対象チップを逐次加工する加工制御部とを備え、
    前記加工パターン情報生成部は、
    隣接する複数の加工対象チップに対して、1ショットでまとめ加工できるエリアを探索する一括加工エリア探索部を備えた
    ことを特徴とする、レーザ加工装置。
  2. 前記ビームサイズ変更部では、前記ビーム照射範囲が、前記加工対象チップ1個分の加工に必要な縦横寸法を基準にして、の縦m個および横n個(但し、mとnは正の整数)の組合せからなる一纏めのブロック状に段階的に設定され、
    前記一括加工部位探索部は、
    前記ビームサイズ変更部で設定しうる前記縦m個および横n個の組合せ情報と、前記加工対象チップの分布情報に基づいて、前記1ショットでまとめ加工できるエリアを探索する
    ことを特徴とする、請求項1に記載のレーザ加工装置。
  3. 請求項1又は請求項2に記載のレーザ加工装置を含み、
    前記ワークが、
    転写対象チップが配置されたドナー基板と、
    前記転写対象チップを転写させる転写ターゲット部位が設定されたターゲット基板とを含み、
    前記ターゲット基板を所定の姿勢で支え保持するターゲット基板保持部と、
    前記ドナー基板の表面に配置された前記転写対象チップと前記ターゲット基板の表面とが対峙するように、当該ドナー基板の所定部位を支え保持するドナー基板保持部とを備え、
    前記加工対象チップが、前記レーザビームの照射により前記ドナー基板から前記ターゲット基板に転写される、前記転写対象チップであり、
    前記ドナー基板越しに前記転写対象チップに向けて前記レーザビームを照射して、当該転写対象チップを前記ターゲット基板の表面に設定された前記転写ターゲット部位に転写することを特徴とするチップ転写装置。
  4. ワーク上に縦横所定ピッチでマトリクス状に配列された複数チップのうち、斑らに多数分布した加工対象チップに対してレーザビームを照射して加工するレーザ加工方法において、
    前記レーザビームを出射するレーザ発振器と、
    前記ワークに対する前記レーザビームの照射位置を変更する相対移動手段と、
    前記ワークに対して1ショットのビーム照射で加工できるビーム照射範囲を変更するビームサイズ変更手段を用い、
    前記ワーク上に分布した前記加工対象チップの分布情報を取得するステップと、
    前記加工対象チップの分布情報に基づいて、加工対象のワーク毎に加工パターン情報を生成するステップと、
    前記加工パターン情報に基づいて、前記ワーク上に分布した前記複数の加工対象チップを逐次加工するステップとを有し、
    前記加工パターン情報を生成するステップでは、隣接する複数の加工対象チップに対して、1ショットでまとめ加工できるエリアを探索するステップを有することを特徴とする、レーザ加工方法。
  5. 請求項4に記載のレーザ加工方法を含み、
    前記ワークが、
    転写対象チップが配置されたドナー基板と、
    前記転写対象チップを転写させる転写ターゲット部位が設定されたターゲット基板とを含み、
    前記ターゲット基板を所定の姿勢で支え保持するステップと、
    前記ドナー基板の表面に配置された前記転写対象チップと前記ターゲット基板の表面とが対峙するように、当該ドナー基板の所定部位を支え保持するステップとを有し、
    前記加工対象チップが、前記レーザビームの照射により前記ドナー基板から前記ターゲット基板に転写される、前記転写対象チップであり、
    前記加工対象チップを逐次加工するステップでは、前記ドナー基板越しに当該転写対象チップに向けて前記レーザビームを照射して、当該転写対象チップを前記ターゲット基板の表面に設定された前記転写ターゲット部位に転写する
    ことを特徴とするチップ転写方法。
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