JP2021003760A - 吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空度の調整が容易な吸着装置、微小素子用に微細化することができる吸着ユニットを備えた吸着装置、又は、安定して素子をピックアップ又はリリースすることができる吸着装置を提供すること。【解決手段】吸着装置は、内部に体積可変な空間を有する圧力調整ユニットと、内部に中空室を有し、第１面に中空室と連通する第１開口部を有し、第２面に複数の突起部を有する吸着ユニットと、を含み、複数の突起部の各々は、幅が５μｍ以上２００μｍ以下であるヘッド面と、中空室と連通する第２開口部と、を含み、空間と中空室とが連結され、空間の体積の増減により中空室の圧力が調整される。【選択図】図１

Description

本発明は、素子を吸着して移載することができる吸着装置に関する。

スマートフォン等の中小型ディスプレイにおいては、液晶やＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いたディスプレイが既に製品化されている。なかでも、自発光型素子であるＯＬＥＤを用いたＯＬＥＤディスプレイは、液晶ディスプレイと比べて、高コントラストでバックライトが不要という利点を有する。しかしながら、ＯＬＥＤは有機化合物で構成されるため、有機化合物の劣化によってＯＬＥＤディスプレイの高信頼性を確保することが難しい。

一方、次世代ディスプレイとして、マトリクス状に配列された画素内に微小なマイクロＬＥＤを配置した、いわゆるマイクロＬＥＤディスプレイの開発が進められている。マイクロＬＥＤは、ＯＬＥＤと同様の自発光型素子であるが、ＯＬＥＤと異なり、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などを含む無機化合物で構成される。そのため、ＯＬＥＤディスプレイと比較すると、マイクロＬＥＤディスプレイは高信頼性を確保しやすい。さらに、マイクロＬＥＤは、発光効率が高く、高輝度である。したがって、マイクロＬＥＤディスプレイは、高信頼性、高輝度、高コントラストの次世代ディスプレイとして期待されている。

マイクロＬＥＤは、一般的なＬＥＤと同様にサファイア等の基板の上に形成され、基板をダイシングすることによって個々のマイクロＬＥＤに分離される。マイクロＬＥＤディスプレイにおいては、回路基板（バックプレーン、ＴＦＴ基板ともいう）の画素内にダイシングされたマイクロＬＥＤを配置する必要がある。回路基板にマイクロＬＥＤを配置する方法の一つとして、転写用基板を用いて、素子基板から複数のマイクロＬＥＤをピックアップした後、転写用基板を回路基板と貼り合わせ、複数のマイクロＬＥＤを回路基板にマイクロＬＥＤを移載する方法が知られている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。また、素子や基板のピックアップにおいては真空吸着を用いる方法が知られている（例えば、特許文献３又は特許文献４参照）。

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しかしながら、マイクロＬＥＤのような微小素子用の転写用基板は、素子基板や回路基板と比較して小さく、従来の真空ポンプを用いた真空吸着では、転写用基板内の微量な空気を排気することが難しい場合がある。また、微小素子では、転写用基板の吸着ヘッドの微細化も必要である。

本発明は、上記問題に鑑み、真空度の調整が容易な吸着装置を提供することを課題の一つとする。また、微小素子用に微細化することができる吸着ヘッドを備えた吸着装置を提供することを課題の一つとする。さらに、安定して素子をピックアップ又はリリースすることができる吸着装置を提供することを課題の一つとする。

本発明の一実施形態に係る吸着装置は、内部に体積可変な空間を有する圧力調整ユニットと、内部に中空室を有し、第１面に中空室と連通する第１開口部を有し、第２面に複数の突起部を有する吸着ユニットと、を含み、複数の突起部の各々は、幅が５μｍ以上２００μｍ以下であるヘッド面と、中空室と連通する第２開口部と、を含み、空間と中空室とが連結され、空間の体積の増減により中空室の圧力が調整される。

本発明の一実施形態に係る吸着装置は、第１面及び第２面を含む吸着本体と、第３面及び第３面の反対側に位置する第４面を含む吸着ヘッドと、を含み、吸着本体の第２面は、吸着ヘッドの第３面と接し、吸着本体の第１面は、第１開口部を含み、吸着本体は、中空室を含み、吸着ヘッドの第４面は、複数の突起部を含み、複数の突起部の各々は、第２開口部を含み、第１開口部と前記第２開口部とは、中空室を通じて貫通している。

本発明の一実施形態に係る吸着装置は、第１面及び第１面の反対側に位置する第２面を含む吸着本体と、吸着本体の第１面の上に設けられる吸着ヘッドと、吸着本体の第２面の上に設けられる弾性体と、を含み、吸着本体は、中空室を含み、記弾性体は、第１開口部を含み、吸着ヘッドは、複数の突起部を含み、複数の突起部の各々は、第２開口部を含み、第１開口部と第２開口部とは、中空室を通じて貫通している。

本発明の一実施形態に係る吸着装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの構成の一例である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面拡大図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸着装置の吸着ユニットの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る素子の移載方法に用いる素子基板の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る素子の移載方法に用いる回路基板のレイアウト構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る素子の移載方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る素子の移載方法を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る素子の移載方法を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る素子の移載方法を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態に係る素子の移載方法を示す概略断面図である。

以下に、本発明の各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者が、発明の主旨を保ちつつ適宜変更することによって容易に想到し得るものについても、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。しかし、図示された形状はあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

本発明の各実施形態において、説明の便宜上、「上」又は「下」という語句を用いて説明するが、説明における上下関係が逆になる場合があってもよい。例えば、基板の上の素子という表現は、基板と素子との上下関係を説明しているにすぎず、基板と素子との間に他の部材が配置されていてもよい。

本明細書において「αはＡ、Ｂ又はＣを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣのいずれかを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ〜Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。

本明細書において、素子とは、例えば、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、ミニＬＥＤ、又はマイクロＬＥＤなどであるが、これに限られない。

＜第１実施形態＞
図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態に係る吸着装置について説明する。

［構造］
図１は、本発明の一実施形態に係る吸着装置１０の概略断面図である。図１に示すように、吸着装置１０は、吸着ユニット１００及び圧力調整ユニット４００を具備する。吸着装置１０は、圧力調整ユニット４００で吸着ユニット１００の内部の真空度を調整し、吸着ユニット１００に素子６１０を吸着することができる。

吸着ユニット１００は、吸着ヘッド１１０を含む。吸着ヘッド１１０の内部には、中空室１６０が設けられている。また、吸着ヘッド１１０の側面には、第１開口部１７０が設けられている。さらに、吸着ヘッド１１０の一表面には、複数の突起部１５０が設けられている。複数の突起部１５０の各々には、第２開口部１８０が設けられている。また、第1開口部１７０は吸着ヘッド１１０のいずれかの面に設けられていればよい。第1開口部１７０の位置は、吸着ヘッド１１０の側面に限らず、例えば、後述する図２に示す複数の突起部１５０が設けられる吸着ヘッド１５０の一表面の反対側の面に設けられるものであってもよい。

圧力調整ユニット４００は、内部に体積可変な空間を有する。例えば、図１に示す圧力調整ユニット４００は、シリンダ４１０及びピストン４２０を含む。シリンダ４１０は、内部に体積可変な空間としてシリンダ室が設けられている。シリンダ４１０の一端は、第１開口部１７０を塞ぐように連結されている。また、シリンダ４１０の他端には、ピストン４２０が配置されている。ピストン４２０は、ピストン４２０の外周面がシリンダ４１０の内周面に摺接するようにシリンダ室に対して可動する。

吸着装置１０においては、突起部１５０の第２開口部１８０を塞ぐように素子６１０を密着させ、シリンダ４１０内の体積を増加させるようにピストン４２０を動かすと、中空室１６０は減圧となり、素子６１０を吸着することができる。逆に、素子６１０をリリースする場合は、シリンダ４１０内の体積を減少させるようにピストン４２０を動かす。中空室１６０内の圧力が大気圧又は大気圧以上になると、素子６１０は、突起部１５０の先端から離れる。

図２及び図３を用いて、吸着ユニット１００Ａについて、具体的に説明する。なお、吸着ユニット１００Ａは、吸着ユニット１００の変形例であり、突起部１５０が設けられた面（第２面１０２）の反対側の面（第１面１０１）に第１開口部１７０が設けられている。

図２Ａ及び図２Ｂの各々は、本発明の一実施形態に係る吸着装置１０の吸着ユニット１００Ａの概略斜視図である。図２Ａは、吸着ユニット１００Ａの第１面１０１側から眺めた概略斜視図である。一方、図２Ｂは、吸着ユニット１００Ａの第２面１０２側から眺めた概略斜視図である。

吸着ユニット１００Ａの大きさは、素子が形成される基板（以下、「第１基板」とする）又は素子が移載される基板（以下、「第２基板」とする）を考慮して適宜決定することができる。吸着ユニット１００Ａの大きさは、第１基板及び第２基板の大きさよりも大幅に小さくすることもできる。吸着ユニット１００Ａの大きさとしては、例えば、５０ｍｍ角であるが、これに限られない。また、吸着ユニット１００Ａの形状は、例えば、矩形であるが、これに限られない。吸着ユニット１００Ａの形状は、多角形、円形、楕円形などの形状が可能である。

第１面１０１側から見ると、吸着ヘッド１１０に、第１開口部１７０が設けられている。図２Ａでは、第１開口部１７０は、吸着ヘッド１１０の面の中心に設けられているが、これに限られない。第１開口部１７０は圧力調整ユニット４００と連結されるため、第１開口部１７０は圧力調整ユニット４００と連結することができる位置に設けられていればよい。

一方、第２面１０２側から見ると、吸着ヘッド１１０に、複数の突起部１５０がマトリクス状に設けられている。また、複数の突起部１５０の各々には、第２開口部１８０が設けられている。

突起部１５０は、第１方向（図２のＸ方向）及び第２方向（図２のＹ方向）に一定の幅を有し、吸着ヘッド１１０の平坦面に対して垂直方向（Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直方向）に一定の高さを有するように、吸着ヘッド１１０の平坦面から突出して設けられている。突起部１５０の第１方向及び第２方向の幅は、第１基板からピックアップする素子の大きさを考慮して適宜決定することができる。突起部１５０の第１方向及び第２方向の幅は、例えば、５μｍ以上２００μｍ以下である。また、突起部１５０の高さ（垂直方向の距離）は、第1基板からピックアップする素子の高さを考慮して適宜決定することができる。突起部１５０の高さは、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下である。突起部１５０の高さが１００μｍを超えると、吸着装置１０を用いてピックアップされた素子を第２基板に転写する場合に、突起部１５０が垂直方向以外へ変形し、素子の第２基板への接着位置がずれやすくなる。また、突起部の高さが１μｍより小さいと、吸着装置１０が第１基板から素子をピックアップする場合に、突起部１５０だけでなく、吸着ヘッド１１０の平坦面にも素子が密着してしまう。したがって、突起部１５０の高さの範囲は、上記範囲であることが好ましい。

吸着ユニット１００Ａは、真空又は減圧によって素子を吸着するが、素子と接する突起部１５０の上面（以下、「ヘッド面１５１」とする）は、粘着性を有していることが好ましい。真空吸着に加えて、ヘッド面１５１の粘着力でも素子を吸着（密着）することができるため、安定して素子をピックアップすることができるようになる。ヘッド面１５１の幅は、突起部１５０の幅と同様であり、例えば、５μｍ以上２００μｍ以下である。ヘッド面１５１が平坦であると、ヘッド面１５１と素子との接触面積が増加するため、ヘッド面１５１と素子との密着力を高めることができる。言い換えると、ヘッド面１５１の表面粗さを小さくすることで粘着力を高めることができる。そのため、ヘッド面１５１は、可能な限り平坦であることが好ましく、ヘッド面１５１の表面粗さは、例えば、１μｍ以下であり、好ましくは、０．５μｍ以下である。

突起部１５０は、第１方向及び第２方向に一定の幅を有していればよく、突起部１５０の断面形状は矩形でなくてもよい。例えば、突起部１５０の断面形状は、多角形、円形、楕円形などの形状が可能である。すなわち、突起部１５０は、多角柱、円柱、楕円柱など、様々な形状が可能である。また、突起部１５０は、ヘッド面１５１に向かってテーパーが設けられていてもよい。

突起部１５０の本数や間隔は、ピックアップする素子の大きさや転写される第２基板の素子の配置の間隔を考慮して適宜決定することができる。例えば、突起部１５０は、図２Ｂに示すマトリクス状だけでなく、千鳥状に設けることもできる。

図３Ａ及び図３Ｂの各々は、本発明の一実施形態に係る吸着装置１０の吸着ユニット１００Ａの概略断面図である。具体的には、図３Ａは、図２ＢのＡ−Ａ’線に沿って切断した概略断面図であり、図３Ｂは、図２ＢのＢ−Ｂ’線に沿って切断した概略断面図である。

吸着ヘッド１１０の内部には中空室１６０が設けられている。図３Ａに示すように、第２開口部１８０は、中空室１６０と連通している。また、図７Ｂに示すように、中空室１６０は、第１開口部１７０と連通している。すなわち、第１開口部１７０と第２開口部１８０とは、中空室１６０を通じて貫通している。第２開口部１８０の開口面が素子によって塞がれると、第１開口部１７０及び中空室１６０の空間の出口は第１開口部１７０のみとなる。そのため、第１開口部１７０に圧力調整ユニット４００を連結し、圧力調整ユニット４００内部の体積を増加させるようにピストン４２０を動かすと、第１開口部１７０及び中空室１６０の空間は減圧となり、素子を吸着することができる。

第２開口部１８０の第１方向又は第２方向の幅（又は第２開口部の開口径）は、例えば、１０μｍ以上３０ｎｍ以下であるが、これに限られない。第２開口部１８０の幅がヘッド面１５１の幅よりも小さければよい。また、素子の大きさを考慮して第２開口部１８０の幅を決定することもできる。

吸着ヘッド１１０は、複数の部品が組み合わされて構成されていてもよい。例えば、図４に示すように、吸着ヘッド１１０は、第１部品１１１と第２部品１１２とで構成することができる。第１部品１１１には、突起部１５０及びおよび第２開口部１８０が形成されている。一方、第２部品１１２には、第１開口部１７０及び溝１６１が形成されている。第１部品１１１と第２部品１１２とを貼り合わせ、溝１６１を第１部品１１１で塞ぐことで、吸着ヘッド１１０の内部に中空室１６０を形成することができる。第２部品１１２は、接着剤を用いて、第２部品１１２と貼り合わせることができる。

［材料］
吸着ヘッド１１０は、中空室１６０が設けられる一方、吸着ユニット１００Ａの剛性を高める必要がある。そのため、吸着ヘッド１１０は、比較的固い材料であることが好ましい。吸着ヘッド１１０の材料としては、例えば、石英、ガラス、サファイア、シリコン、又はステンレスなどを用いることができる。

また、図４に示す吸着ヘッド１１０の場合、第１部品１１１と第２部品１１２とを異なる材料で形成することができる。第２部分１１２の材料は、例えば、上述のような比較的固い材料で形成し、第１部分１１１（複数の突起部１８０及び第２開口部１８０を含む）は、例えば、フォトリソグラフィープロセスにより加工することができる感光性材料とすることができる。感光性材料は、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、又はシロキサン樹脂などを用いることができる。また、第１部分１１１は、第２部分１１２の溝１６１に対向する側に溝（図示せず）を形成し、中空室１６０を広げるような構造を有していてもよい。第１部分１１１の溝１６１に対向する溝（中空室１６０の一部）もフォトリソグラフィ―プロセスで加工・形成されることになる。

本実施形態に係る吸着装置１０によれば、圧力調整ユニット４００が微量な空気を排出し、また、導入することができる。そのため、吸着ユニット１００又は１００Ａの中空室１６０の中の微量な空気を排出することができる。また、真空ポンプのような大きな排気装置を必要せず、真空度の制御も圧力調整ユニット４００のピストン４２０を動かすだけであり、非常に容易である。したがって、吸着装置１０を用いた素子のピックアップ又はリリースにおいて、製造タクト及び製造歩留りが向上する。

＜第２実施形態＞
図５〜図９を用いて、本発明の一実施形態に係る吸着装置２０について説明する。

［構造］
図５は、本発明の一実施形態に係る吸着装置２０の概略断面図である。図５に示すように、吸着装置２０は、吸着ユニット２００及び圧力調整ユニット４００Ａを具備する。吸着装置２０は、圧力調整ユニット４００Ａで吸着ユニット２００の内部の真空度を調整し、吸着ユニット２００に素子６１０を吸着することができる。

吸着ユニット２００は、吸着本体２１０及び吸着ヘッド２２０を含む。吸着本体２１０の内部には、中空室２６０が設けられている。また、吸着本体２１０の側面には、第１開口部２７０が設けられている。吸着ヘッド２２０の一表面には、複数の突起部２５０が設けられている。複数の突起部２５０の各々には、第２開口部２８０が設けられている。

圧力調整ユニット４００Ａは、配管４３０及びバルブ４４０を含む。配管４３０の一端は、第１開口部２７０を塞ぐように連結されている。また、配管４３０の他端は、真空ポンプに接続されている。バルブ４４０は、配管４３０を開閉することができ、真空度を調整することができる。なお、本実施形態に係る吸着装置２０における真空度の調整は、圧力調整ユニット４００Ａに限られない。吸着装置２０では、第１実施形態の圧力調整ユニット４００を用いることもできる。

吸着装置２０においては、突起部２５０の第２開口部２８０を塞ぐように素子６１０を密着させ、配管４３０を通じて真空ポンプにより排気を行うと、中空室２６０は減圧となり、素子６１０を吸着することができる。逆に、素子６１０をリリースする場合は、中空室２６０に空気が流入するようにバルブを開く。中空室２６０内の圧力が大気圧又は大気圧以上になると、素子６１０は、突起部１５０の先端から離れる。

図６及び図７を用いて、吸着ユニット２００Ａについて、具体的に説明する。なお、吸着ユニット２００Ａは、吸着ユニット２００の変形例であり、突起部２５０が設けられた面（第２面２０２）の反対側の面（第１面２０１）に第１開口部２７０が設けられている。

図６Ａ及び図６Ｂの各々は、本発明の一実施形態に係る吸着装置２０の吸着ユニット２００Ａの概略斜視図である。図６Ａは、吸着ユニット２００Ａの第１面２０１側から眺めた概略斜視図である。一方、図６Ｂは、吸着ユニット２００Ａの第２面２０２側から眺めた概略斜視図である。

第１面２０１側から見ると、吸着本体２１０に、第１開口部２７０が設けられている。図６Ａでは、第１開口部２７０は、吸着本体２１０の面の中心に設けられているが、これに限られない。第１開口部２７０は圧力調整ユニット４００Ａと連結されるため、第１開口部２７０は圧力調整ユニット４００Ａと連結することができる位置に設けられていればよい。

一方、第２面２０２側から見ると、吸着ヘッド２２０に、複数の突起部２５０がマトリクス状に設けられている。また、複数の突起部２５０の各々には、第２開口部２８０が設けられている。

図７Ａ及び図７Ｂの各々は、本発明の一実施形態に係る吸着装置２０の吸着ユニット２００Ａの概略断面図である。具体的には、図７Ａは、図２ＢのＡ−Ａ’線に沿って切断した概略断面図であり、図７Ｂは、図２ＢのＢ−Ｂ’線に沿って切断した概略断面図である。

吸着本体２１０の内部には中空室２６０が設けられている。図７Ａに示すように、第２開口部２８０は、吸着ヘッド２２０を貫通し、中空室２６０と連通している。また、図７Ｂに示すように、中空室２６０は、第１開口部２７０と連通している。すなわち、第１開口部２７０と第２開口部２８０とは、中空室２６０を通じて貫通している。第２開口部２８０の開口面が素子によって塞がれると、第１開口部２７０及び中空室２６０の空間の出口は第１開口部２７０のみとなる。そのため、第１開口部２７０に圧力調整ユニット４００Ａを連結して排気すると、第１開口部２７０及び中空室２６０の空間は減圧となり、素子を吸着することができる。

［材料］
吸着本体２１０は、中空室２６０が設けられる一方、吸着ユニット２００Ａの剛性を高める必要がある。そのため、吸着本体２１０の材料は、吸着ヘッド１１０（又は第２部分１１２）と同様の比較的固い材料を用いることができる。

吸着ヘッド２２０（複数の突起部２５０及び第２開口部２８０を含む）は、フォトリソグラフィープロセスにより作製することができる。そのため、吸着ヘッド２２０は、感光性材料であることが好ましい。吸着ヘッド２２０の材料としては、上述の吸着ヘッド１１０の第１部分１１１の材料と同様に、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、又はシロキサン樹脂などを用いることができる。

［変形例１］
図８を用いて、本実施形態に係る吸着装置２０の吸着ユニットの変形例について説明する。

図８は、本実施形態に係る吸着装置２０の吸着ユニット２００Ｂの概略拡大断面図である。吸着ユニット２００Ｂにおいては、吸着本体２１０に中空室２６０Ｂが設けられ、吸着ヘッド２２０の突起部２５０に第２開口部２８０Ｂが設けられている。吸着ユニット２００Ａと比べると、吸着ユニット２００Ｂは、中空室２６０Ｂのうち、第２開口部２８０Ｂと連通する開口部分の幅が大きくなっている。一方、吸着ユニット２００Ｂの第２開口部２８０Ｂの幅（開口面積）は、吸着ユニット２００Ａの第２開口部２８０の幅（開口面積）よりも小さい。

吸着ヘッド２２０は、フォトリソグラフィープロセスにより作製することができるため、吸着ユニット２００Ｂの第２開口部２８０Ｂのように微細化することが可能である。

［変形例２］
図９を用いて、本実施形態に係る吸着装置２０の吸着ユニットの別の変形例について説明する。

図９は、本実施形態に係る吸着装置２０の吸着ユニット２００Ｃの概略断面図である。吸着ユニット２００Ｃにおいては、吸着本体２１０に中空室２６０Ｃが設けられ、吸着ヘッド２２０の突起部２５０に第２開口部２８０が設けられている。

吸着ユニット２００Ｃは、吸着本体２１０の全面に溝を設け、吸着ヘッド２２０を貼り合わせることで中空室２６０Ｃを形成することができる。吸着本体２１０に対して複雑な加工を必要としないため、吸着ユニット２００Ｃの製造コストを抑制することができる。なお、吸着ユニット２００Ｃの剛性を高めるため、吸着本体２１０の溝の中に、吸着ヘッド２２０を支持するスペーサを設けることもできる。

また、図示しないが、吸着ヘッド２２０の突起部２５０のある面と反対側の面に溝を設け、吸着本体２１０を貼り合わせて中空室２６０Ｃを形成することもできる。

本実施形態に係る吸着装置２０によれば、吸着ユニット２００、２００Ａ、２００Ｂ、又は２００Ｃに示すように、吸着本体２１０が、中空室２６０、２６０Ｂ、又は２６０Ｃを含み、吸着ヘッド２２０の突起部２５０が、第２開口部２８０又は２８０Ｂを含む。すなわち、中空室２６０、２６０Ｂ、又は２６０Ｃと、第２開口部２８０又は２８０Ｂとを、異なる構造体の中に形成することが可能である。そのため、吸着本体２１０を剛性の高い材料とし、吸着ヘッド２２０を加工の容易な材料とすることができる。また、吸着ヘッド２２０をフォトリソグラフィープロセスにより加工できる材料とすることで、第２開口部２８０又は２８０Ｂの微細化が可能となる。したがって、吸着装置２０は、素子の大きさに合わせた最適な吸着ユニットを提供することができる。また、吸着ユニット２００、２００Ａ、２００Ｂ、又は２００Ｃの加工が容易であるため、吸着装置２０の製造コストを抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図１０〜図１４を用いて、本発明の一実施形態に係る吸着装置３０について説明する。

［構造］
図１０は、本発明の一実施形態に係る吸着装置３０の概略断面図である。図１０に示すように、吸着装置３０は、吸着ユニット３００及び圧力調整ユニット４００Ａを具備する。吸着装置３０は、圧力調整ユニット４００Ａで吸着ユニット３００の内部の真空度を調整して吸着ユニット３００で素子６１０をピックアップし、所定の位置で素子６１０をリリースすることができる。

吸着ユニット３００は、吸着本体３１０、吸着ヘッド３２０、及び弾性体３３０を含む。吸着本体３１０の内部には、中空室３６０が設けられている。また、吸着本体３１０の側面には、第１開口部３７０が設けられている。吸着ヘッド３２０の一表面には、複数の突起部３５０が設けられている。複数の突起部３５０の各々には、第２開口部３８０が設けられている。

図１０では、吸着本体３１０が、吸着ヘッド３２０と弾性体３３０との間に位置するが、弾性体３３０が、吸着本体３１０と吸着ヘッド３２０との間に位置していてもよい。その場合、弾性体３３０には中空室３６０と第２開口部３８０とを連通する貫通孔が設けられる。

吸着装置３０においても、突起部３５０の第２開口部３８０を塞ぐように素子６１０を密着させ、配管４３０を通じて真空ポンプにより排気を行うと、中空室３６０は減圧となり、素子６１０を吸着することができる。逆に、素子６１０をリリースする場合は、中空室２６０に空気が流入するようにバルブを開く。中空室２６０内の圧力が大気圧又は大気圧以上になると、素子６１０は、突起部１５０の先端から離れる。

図１１及び図１２を用いて、吸着ユニット３００Ａについて、具体的に説明する。なお、吸着ユニット３００Ａは、吸着ユニット３００の変形例であり、突起部３５０が設けられた面（第２面３０２）の反対側の面（第１面３０１）に第１開口部３７０が設けられている。

図１１Ａ及び図１１Ｂの各々は、本発明の一実施形態に係る吸着装置３０の吸着ユニット３００Ａの概略斜視図である。図１１Ａは、吸着ユニット３００Ａの第１面３０１側から眺めた概略斜視図である。一方、図１１Ｂは、吸着ユニット３００Ａの第２面３０２側から眺めた概略斜視図である。

第１面３０１側から見ると、弾性体３３０に、第１開口部３７０が設けられている。図１１Ａでは、第１開口部３７０は、弾性体３３０の面の中心に設けられているが、これに限られない。第１開口部３７０は圧力調整ユニット４００Ａと連結されるため、第１開口部３７０は圧力調整ユニット４００Ａと連結することができる位置に設けられていればよい。

一方、第２面２０２側から見ると、吸着ヘッド３２０に、複数の突起部３５０がマトリクス状に設けられている。また、複数の突起部３５０の各々には、第２開口部３８０が設けられている。

吸着本体３１０の内部には中空室３６０が設けられている。図１２Ａに示すように、第２開口部３８０は、吸着ヘッド３２０を貫通し、中空室３６０と連通している。また、図１２Ｂに示すように、中空室３６０は、第１開口部３７０と連通している。すなわち、第１開口部３７０と第２開口部３８０とは、中空室３６０を通じて貫通している。第２開口部３８０の開口面が素子によって塞がれると、第１開口部３７０及び中空室３６０の空間の出口は第１開口部３７０のみとなる。そのため、第１開口部３７０に圧力調整ユニット４００Ａを連結して排気すると、第１開口部３７０及び中空室３６０の空間は減圧となり、素子を吸着することができる。

［材料］
吸着本体３１０は、中空室２６０が設けられる一方、吸着ユニット３００Ａの剛性を高める必要がある。そのため、吸着本体３１０の材料は、吸着ヘッド１１０と同様の材料を用いることができる。

吸着ヘッド２２０は、フォトリソプロセスにより作製することができる。そのため、吸着ヘッド３２０の材料は、吸着ヘッド２２０と同様の材料を用いることができる。

弾性体３３０は、吸着ユニット３００Ａが素子をピックアップ又はリリースする場合に、素子と吸着装置３０との平行度を調整することができる。すなわち、弾性体３３０は、素子のピックアップ又はリリースの際に、緩衝層としての機能する。そのため、弾性体３３０は、力が加えられると変形し、力が除かれると元に戻る性質を有する弾性材料であることが好ましい。弾性体３３０の材料としては、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、シリコーンゴム（ＳＩ）、ポリウレタンゴム（ＰＵＲ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、又はイソブチエン・イソプレンゴム（ＩＩＲ）などであり、これらのゴムを単独又は混合して使用することができる。特に、高耐熱性を必要とする場合、弾性体３３０の材料としては、シリコーンゴム又はフッ素ゴムであることが好ましい。なお、本明細書におけるシリコーンゴムには、ポリジメチルシロキサン（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ：ＰＤＭＳ）が含まれるものとする。

［変形例１］
図１３を用いて、本実施形態に係る吸着装置３０の吸着ユニットの変形例について説明する。

図１３は、本実施形態に係る吸着装置３０の吸着ユニット３００Ｂの概略断面図である。吸着ユニット３００Ｂにおいては、吸着本体３１０に中空室３６０Ｂが設けられ、吸着ヘッド３２０の突起部３５０に第２開口部３８０が設けられている。

吸着ユニット３００Ｂは、吸着本体３１０の一方の面を吸着ヘッド３２０と貼り合わせ、その反対側の面を弾性体３３０と貼り合わせて作製することができる。吸着本体３１０においては、吸着本体３１０の一方の面に開口部分を設け、その反対側の面に溝を設ける。吸着本体３１０の開口部分は、吸着ヘッド３２０の突起部３５０の第２開口部３８０と連通する。また、吸着本体３１０の溝を、弾性体３３０で覆うことにより、中空室３６０Ｂを形成することができる。吸着本体３１０に対して複雑な加工を必要としないため、吸着ユニット３００Ｂの製造コストを抑制することができる。なお、吸着ユニット３００Ｂの剛性を高めるため、吸着本体３１０の溝の中に、弾性体３３０を支持するスペーサを設けることもできる。

また、図示しないが、弾性体３３０に溝を設けて、吸着本体３１０で覆うこともできる。

［変形例２］
図１４を用いて、本実施形態に係る吸着装置３０の吸着ユニットの別の変形例について説明する。

図１４は、本実施形態に係る吸着装置３０の吸着ユニット３００Ｃの概略断面図である。吸着ユニット３００Ｃにおいては、吸着本体３１０に中空室３６０Ｃが設けられ、吸着ヘッド３２０の突起部３５０に第２開口部３８０が設けられている。

吸着ユニット３００Ｃは、吸着本体３１０の枠を間に挟み、吸着ヘッド３２０と弾性体３３０とを貼り合わせることで中空室３６０Ｃを形成することができる。吸着本体３１０に対して複雑な加工を必要としないため、吸着ユニット３００Ｃの製造コストを抑制することができる。なお、吸着ユニット３００Ｃの剛性を高めるため、弾性体３３０に、吸着ヘッド３２０を支持するスペーサを設けることもできる。また、吸着ヘッド３２０に、弾性体３３０を支持するスペーサを設けることもできる。

本実施形態に係る吸着装置３０によれば、吸着ユニット３００、３００Ａ、３００Ｂ、又は３００Ｃに、素子と吸着ユニット３００、３００Ａ、３００Ｂ、又は３００Ｃとの平行度を調整するための弾性体３３０を設ける。素子のピックアップ又はリリースにおいて、弾性体３３０は緩衝層として機能することができる。そのため、吸着装置３０は、素子との位置合わせが容易となる。したがって、吸着装置３０を用いた素子のピックアップ又はリリースにおいて、製造タクト及び製造歩留りが向上する。

＜第４実施形態＞
図１５〜図１８を用いて、本発明の一実施形態に係る素子の移載方法について説明する。本実施形態では、吸着装置１０を用いて、素子が形成された素子基板（第１基板）から素子を駆動する回路が形成された回路基板（第２基板）へ素子を移載する方法について説明する。

［素子基板（第１基板）］
図１５は、本発明の一実施形態に係る素子の移載方法に用いる素子基板６０の概略斜視図である。

図１５に示すように、素子基板６０は、支持基板６００及び複数の素子６１０を含む。図１５では、複数の素子６１０は、支持基板６００の上にマトリクス状に配置されているが、これに限られない。複数の素子６１０は、支持基板６００の上に千鳥状に配置されていてもよい。素子基板６０は、吸着装置１０が素子６１０をピックアップできるように、支持基板６００上に素子６１０が分離されて配置されていればよい。

支持基板６００は、石英、ガラス、シリコン、サファイアなどの剛性基板、ポリイミド、アクリル、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのフレキシブル基板を用いることができる。また、支持基板６００は、基板に限られず、フィルム又はシートであってもよい。

また、支持基板６００は、素子６１０を形成するために用いられる基材又はウェハであってもよく、ダイシングフィルム又はダイシングシートであってもよい。

［回路基板（第２基板）］
回路基板７０は、支持基板７００の上に、素子６１０を駆動する回路が形成されている。支持基板７００としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、ポリイミド基板、アクリル基板、シロキサン基板、又はフッ素樹脂基板などの透光性基板を用いることができる。また、透光性を必要としない場合には、支持基板７００としては、シリコン基板、炭化シリコン基板、又は化合物半導体基板などの半導体基板や、ステンレス基板などの導電性基板を用いることもできる。また、支持基板７００は、剛性を有する硬質基板であってもよく、可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。

回路基板７０の一例として、表示装置に用いることができる回路基板７０について説明する。図１６は、本発明の一実施形態に係る素子の移載方法に用いる回路基板７０のレイアウト構成を示すブロック図である。

図１６に示すように、支持基板７００の上には、画素領域７１０、ドライバ回路領域７２０、及び端子領域７３０が設けられている。ドライバ回路領域７２０及び端子領域７３０は、画素領域７１０の周辺に設けられている。

画素領域７１０は、マトリクス状に配置された複数の、赤色発光画素７１０Ｒ、緑色発光画素７１０Ｇ、及び青色発光画素７１０Ｂを含む。各画素には、画素回路７１１が設けられている。なお、図示しないが、各画素には、素子６１０と電気的に接続する電極が設けられている。さらに、素子６１０と電極とを接着するため、電極の上に導電性接着剤を設けることもできる。

ドライバ回路領域７２０は、ゲートドライバ回路７２０Ｇ及びソースドライバ回路７２０Ｓを含む。画素回路７１１とゲートドライバ回路７２０Ｇとは、ゲート配線７２１を介して接続される。また、画素回路７１１とソースドライバ回路７２０Ｓとは、ソース配線７２２を介して接続される。赤色発光画素７１０Ｒ、緑色発光画素７１０Ｇ、及び青色発光画素７１０Ｂは、ゲート配線７２１とソース配線７２２とが交差する位置に設けられている。

端子領域７３０は、外部機器との接続のための端子部７３０Ｔを含む。端子部７３０Ｔとゲートドライバ回路７２０Ｇとは、接続配線７３１を介して接続される。また、端子部７３０Ｔとソースドライバ回路７２０Ｓとは、接続配線７３２を介して接続される。外部装置と接続したフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣ）などが端子部７３０Ｔに接続されることで、外部機器と回路基板７０とが接続される。外部機器からの信号により、回路基板に設けられた各画素回路７１１を駆動することができる。

［移載方法］
図１７は、本発明の一実施形態に係る素子の移載方法のフローチャートである。

本実施形態に係る素子の移載方法は、吸着装置１０を用いて素子基板６０の素子６１０を吸着装置１０に吸着する工程（Ｓ１００）と、素子基板６０から素子６１０をピックアップする工程（Ｓ２００）と、ピックアップした素子６１０を回路基板７０に移載する工程（Ｓ３００）と、回路基板７０に素子６１０をリリースする工程（Ｓ４００）と、を含む。

以下では、図１８を用いて、素子の移載方法について詳細に説明する。

図１８Ａ〜図１８Ｄは、本発明の一実施形態に係る素子の移載方法を示す概略断面図である。

図１８Ａは、ステップＳ１００において、吸着装置１０が、素子基板６０の素子６１０に押し当てた状態を示す。吸着装置１０の突起部１５０は、素子基板６０の素子６１０と密着し、第２開口部１８０が塞がれている。また、第１開口部１７０はシリンダ４１０と連結されている。この状態において、シリンダ４１０の内部の体積が増加するようにピストン４２０を動かすと、中空室１６０は減圧となり、素子６１０が突起部１５０に吸着される。

図１８Ｂは、ステップＳ２００において、吸着装置１０が素子基板６０から離れた状態を示す。素子基板６０において、素子６１０は支持基板６００に接着されている。素子６１０を支持基板６００より剥離するためには、素子６１０と支持基板６００との接着力よりも大きい力で素子６１０を持ち上げる必要がある。そのため、吸着装置１０の突起部１５０の吸着力は、素子６１０と支持基板６００との接着力よりも大きい。また、突起部１５０のヘッド面１５１が一定の粘着力を有している場合には、突起部１５０の吸着力とヘッド面１５１の粘着力との和が、素子６１０と支持基板６００との接着力よりも大きくてもよい。いずれにせよ、素子６１０は、素子６１０と支持基板６００との接着力よりも大きい力で突起部１５０に持ち上げられ、支持基板６００から剥離される。言い換えれば、素子６１０は、吸着装置１０の突起部１５０にピックアップされる。

図１８Ｃは、ステップＳ３００において、吸着装置１０が、ピックアップした素子６１０を回路基板７０に押し当てた状態を示す。回路基板７０には導電性接着剤７９０が設けられている。導電性接着剤７９０は、例えば、導電性フィラーを含有した接着剤である。また、導電性接着剤７９０は、熱硬化型接着剤であってもよく、光硬化型接着剤であってもよい。導電性接着剤７９０は、素子６１０を回路基板７０に固定するとともに、素子６１０と回路基板７０に設けられた配線とを電気的に接続する。さらに、導電性接着剤７９０は、銀ペーストなどの時効硬化のものであってもよい。

吸着装置１０がピックアップした素子６１０は、導電性接着剤７９０と接するが、導電性接着剤７９０の大きさや高さには、ばらつきが存在している。そのため、導電性接着剤７９０のばらつきを考慮し、吸着装置１０は、一定の力を加えて素子６１０を回路基板７０に押し当てる。

図１４Ｄは、ステップＳ４００において、吸着装置１０が、素子６１０をリリースして回路基板７０から離れた状態を示す。シリンダ４１０の内部の体積が増加するようにピストン４２０を動かすと、中空室１６０は大気圧又は大気圧以上の圧力となり、素子６１０は突起部１５０から離れる。また、素子６１０と導電性接着剤７９０とは一定の接着力を有するため、中空室１６０が大気圧以下であっても素子をリリースすることが可能である。

回路基板７０に複数の素子６１０が必要な場合には、ステップＳ１００〜Ｓ４００を繰り返す。例えば、素子６１０がマイクロＬＥＤである場合、吸着装置１０を用いて、赤色マイクロＬＥＤ、緑色マイクロＬＥＤ、及び青色マイクロＬＥＤのピックアップとリリースを繰り返し、フルカラー表示の表示装置を作製することができる。

また、素子６１０がマイクロ紫外ＬＥＤである場合、光が射出される側に、赤色蛍光体、緑色蛍光体、及び青色蛍光体を設け、マイクロ紫外ＬＥＤから射出された紫外光を蛍光体で変換することでフルカラー表示の表示装置を作製することができる。

本実施形態に係る素子の移載方法によれば、大規模な真空装置を用いることなく、吸着装置１０内の空間の圧力調整を行い、素子をピックアップし、又はリリースすることができる。そのため、素子を含む半導体装置、例えば、マイクロＬＥＤ表示装置をコストを抑えて製造することができる。

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１０、２０、３０：吸着装置、 ６０：素子基板、 ７０：回路基板、 １００、１００Ａ：吸着ユニット、 １０１：第１面、 １０２：第２面、 １１０：吸着ヘッド、 １１１：第１部品、 １１２：第２部品、 １５０：突起部、 １５１：ヘッド面、 １６０：中空室、 １６１：溝、 １７０：第１開口部、 １８０：第２開口部、 ２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ：吸着ユニット、 ２０１：第１面、 ２０２：第２面、 ２１０：吸着本体、 ２２０：吸着ヘッド、 ２５０：突起部、 ２６０、２６０Ｂ、２６０Ｃ：中空室、 ２７０：第１開口部、 ２８０、２８０Ｂ：第２開口部、 ３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ：吸着ユニット、 ３０１：第１面、 ３０２：第２面、 ３１０：吸着本体、 ３２０：吸着ヘッド、 ３３０：弾性体、 ３５０：突起部、 ３６０、３６０Ｂ、３６０Ｃ：中空室、 ３７０：第１開口部、 ３８０：第２開口部、 ４００、４００Ａ：圧力調整ユニット、 ４１０：シリンダ、 ４２０：ピストン、 ４３０：配管、 ４４０：バルブ、 ６００：支持基板、 ６１０：素子、 ７００：支持基板、 ７１０：画素領域、 ７１０Ｂ：青色発光画素、 ７１０Ｇ：緑色発光画素、 ７１０Ｒ：赤色発光画素、 ７１１：画素回路、 ７２０：ドライバ回路領域、 ７２０Ｇ：ゲートドライバ回路、 ７２０Ｓ：ソースドライバ回路、 ７２１：ゲート配線、 ７２２：ソース配線、 ７３０：端子領域、 ７３０Ｔ：端子部、 ７３１、７３２：接続配線、 ７９０：導電性接着剤

Claims (20)

1. 内部に体積可変な空間を有する圧力調整ユニットと、
   内部に中空室を有し、第１面に前記中空室と連通する第１開口部を有し、第２面に複数の突起部を有する吸着ユニットと、を含み、
   前記複数の突起部の各々は、
   幅が５μｍ以上２００μｍ以下であるヘッド面と、
   前記中空室と連通する第２開口部と、を含み、
   前記空間と前記中空室とが連結され、前記空間の体積の増減により前記中空室の圧力が調整される吸着装置。
2. 前記圧力調整ユニットは、シリンダと、外周面が前記シリンダの内周面に摺接して可動するピストンとを含む請求項１に記載の吸着装置。
3. 前記第２面は、前記第１面の反対側に位置する請求項１に記載の吸着装置。
4. 前記吸着ユニットの材料は、ガラスである請求項１に記載の吸着装置。
5. 第１面及び第２面を有し、内部に中空室を有する吸着ユニットを含む吸着装置であって、
   前記吸着ユニットは、
   前記第１面の側に設けられ、前記中空室と連通する第１開口部を有する吸着本体と、
   前記第２面の側に設けられ、複数の突起部を有する吸着ヘッドと、を含み、
   前記複数の突起部の各々は、前記中空室と連通する第２開口部を含む吸着装置。
6. 前記中空室は、前記吸着本体の内部に設けられている請求項５に記載の吸着装置。
7. 前記中空室の壁の一部は、前記吸着ヘッドである請求項５に記載の吸着装置。
8. 第１面及び第２面を有し、内部に中空室を有する吸着ユニットを含む吸着装置であって、
   前記吸着ユニットは、
   前記第１面に設けられ、前記中空室と連通する第１開口部を有する吸着本体と、
   前記第２面の側に設けられ、複数の突起部を有する吸着ヘッドと、
   前記吸着本体に接して設けられる弾性体と、を含み、
   前記複数の突起部の各々は、前記中空室と連通する第２開口部を含む吸着装置。
9. 前記中空室は、前記吸着本体の内部に設けられている請求項８に記載の吸着装置。
10. 前記吸着本体は、前記吸着ヘッドと前記弾性体の間に位置する請求項８に記載の吸着装置。
11. 前記中空室の壁の一部は、前記吸着ヘッドである請求項１０に記載の吸着装置。
12. 前記中空室の壁の一部は、前記弾性体である請求項１０に記載の吸着装置。
13. 前記弾性体は、前記吸着本体と前記吸着ヘッドの間に位置する請求項８に記載の吸着装置。
14. 前記弾性体は、貫通孔が設けられている請求項１３に記載の吸着装置。
15. 前記弾性体の材料は、天然ゴム、シリコーンゴム、ポリウレタンゴム、フッ素ゴム、ニトリルゴム）、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、アクリルゴム、イソブチエン・イソプレンゴムからなる群より選ばれる請求項８乃至請求項１４のいずれか一に記載の吸着装置。
16. 前記吸着ヘッドの材料は、感光性材料であり、前記吸着ヘッドの前記複数の突起部と前記第２開口部はフォトリソグラフィ―プロセスにより形成される請求項５乃至請求項１５のいずれか一に記載の吸着装置。
17. 前記感光性材料は、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、又はシロキサン樹脂からなる群より選ばれる請求項１６に記載の吸着装置。
18. 前記吸着本体の材料は、ガラスである請求項５乃至請求項１７のいずれか一に記載の吸着装置。
19. さらに、内部に体積可変な空間を有する圧力調整ユニットを含む請求項５乃至請求項１８のいずれか一に記載の吸着装置。
20. 前記第２面は、前記第１面の反対側に位置する請求項５乃至請求項１８のいずれか一に記載の吸着装置。

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