JP2021150614A

JP2021150614A - 実装方法および実装装置

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Publication number: JP2021150614A
Application number: JP2020051720A
Authority: JP
Inventors: 義之新井; Yoshiyuki Arai
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2021-09-27
Anticipated expiration: 2040-03-23
Also published as: JP7463153B2

Abstract

【課題】生産性良く半導体チップを回路基板に実装することができる実装方法および実装装置を提供する。【解決手段】キャリア基板２に形成された複数の半導体チップ１を第１の転写基板４ａへ転写する第１の転写工程と、第１の転写基板４ａに転写された半導体チップ１の状態を検査する検査工程と、検査工程により正常と判断された半導体チップ１のみを第１の転写基板４ａから第２の転写基板４ｂへ転写する第２の転写工程と、第２の転写基板４ｂに転写された半導体チップ１を回路基板６へ実装する実装工程と、を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体チップを高精度に安定して実装する実装方法および実装装置に関するものである。

半導体チップは、コスト低減のために小型化し、小型化した半導体チップを高精度に実装するための取組みが行われている。特に、ディスプレイに用いられるＬＥＤはマイクロＬＥＤと呼ばれる５０ｕｍ×５０ｕｍ以下の半導体チップを数ｕｍの精度で高速に実装することが求められている。

特許文献１には、レーザー光源から発生したレーザービームをガルバノミラーで反射させ、転写元基板に複数配列された素子に選択的に照射することにより、照射によって転写元基板から剥離した素子を転写先基板に転写する素子の転写方法が記載されている。この転写方法によって、微小な大きさの素子を高速で転写先基板に転写することが可能であり、これを用いて回路基板に素子を高速で実装することも可能である。

特開２００６−４１５００号公報

しかしながら、特許文献１記載の転写方法を用いたのみの実装方法では、実装後のリペアに相当な時間を要するおそれがあった。具体的には、回路基板に半導体チップが正常に実装されたか否かを点灯検査で検査した後、異常であった半導体チップは除去し、あらためて正常な半導体チップを実装する（リペアを行う）必要がある。これに対し、たとえば回路基板が４Ｋテレビ用途のものである場合、半導体チップは２４８８万個用いられており、不良率が０．１％であったとしても約２．５万個分のリペアを行う必要がある。そうするとリペアだけで数百時間要する計算となり、たとえ実装工程自体は高速で完了したとしてもリペアが起因して生産性に大きく影響するといった問題があった。

本発明は、上記問題点を鑑み、生産性良く半導体チップを回路基板に実装することができる実装方法および実装装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の実装方法は、キャリア基板に形成された複数の半導体チップを第１の転写基板へ転写する第１の転写工程と、前記第１の転写基板に転写された半導体チップの状態を検査する検査工程と、前記検査工程により正常と判断された半導体チップのみを前記第１の転写基板から第２の転写基板へ転写する第２の転写工程と、前記第２の転写基板に転写された半導体チップを回路基板へ実装する実装工程と、を有することを特徴としている。

本発明の実装方法では、第２の転写工程では検査工程により正常と判断された半導体チップのみを第１の転写基板から第２の転写基板へ転写することにより、実装後にリペアが必要な半導体チップの数を大幅に減らすことができ、回路基板の生産性を向上することができる。

また、前記実装工程は、前記第２の転写基板ごと半導体チップの回路基板への圧着を行う圧着工程と、前記第２の転写基板と半導体チップとを分離する分離工程と、を有し、前記圧着工程に臨む前記第２の転写基板には前記回路基板に半導体チップが配置されるべき位置に応じて半導体チップが配列されるよう、前記第２の転写工程で半導体チップの転写が選択的に行われると良い。

こうすることにより、複数の半導体チップを一括して回路基板に実装することが可能である。

また、前記回路基板に実装された半導体チップの性能を検査する実装後検査工程と、前記実装後検査工程の結果、異常と判断された半導体チップに代わって機能するリペア用半導体チップを前記回路基板に追加もしくは置き換えるリペア工程と、を有し、前記リペア工程では、前記回路基板に前記リペア用半導体チップが配置されるべき位置に応じて半導体チップが配列されるよう、前記第１の転写基板から前記第２の転写基板へ半導体チップを選択的に転写し、前記第２の転写基板ごと半導体チップの回路基板への圧着を行い、半導体チップから前記第２の転写基板を分離すると良い。

こうすることにより、リペアに要する時間を短縮することが可能である。

また、前記検査工程では、画像解析による外観検査によって前記第１の転写基板上の半導体チップの状態の検査が行われると良い。

こうすることにより、短時間で検査工程を完了させることができる。

また、前記検査工程と前記第２の転写工程の間に、異常と判断された半導体チップを前記第１の転写基板から除去するチップ除去工程をさらに有すると良い。

こうすることにより、誤って異常チップが第２の転写基板に転写されることを防ぐことができる。

また、上記課題を解決するために本発明の実装装置は、キャリア基板から第１の転写基板への複数の半導体チップの転写および当該第１の転写基板から第２の転写基板への半導体チップの転写を行う転写部と、前記第１の転写基板に転写された半導体チップの状態を検査する検査部と、前記第２の転写基板に転写された半導体チップを回路基板へ実装する実装部と、を有し、前記第２の転写基板には、前記検査部の検査により正常と判断された半導体チップのみが前記第１の転写基板から転写されることを特徴としている。

本発明の実装装置では、第２の転写基板には検査部の検査により正常と判断された半導体チップのみが第１の転写基板から転写されることにより、実装後にリペアが必要な半導体チップの数を大幅に減らすことができ、回路基板の生産性を向上することができる。

本発明の実装方法および実装装置により、生産性良く半導体チップを回路基板に実装することができる。

本発明における実装装置を説明する図である。本発明における実装装置のうち、転写部を説明する図である。本発明における実装装置のうち、検査部を説明する図である。本発明における実装装置のうち、実装部を説明する図である。本発明における実装方法の第１の転写工程を説明する図である。本発明における実装方法の検査工程およびチップ除去工程を説明する図である。本発明における実装方法の第２の転写工程を説明する図である。本発明における実装方法の実装工程を説明する図である。一般的な点灯検査工程およびリペア工程を説明する図である。本発明におけるリペア工程を説明する図である。

本発明の実装方法を行う実装装置を図１に示す。

実装装置１００は、転写部１０、検査部２０、および実装部３０を有しており、転写部１０により第１の転写工程および第２の転写工程が行われ、実装部３０により実装工程が行われる。また、第１の転写工程と第２の転写工程の間に、検査部２０による半導体チップの検査が行われる。また、各装置間の基板（キャリア基板２、第１の転写基板４ａ、第２の転写基板４ｂ、回路基板６）の搬送は、１種類以上のロボットハンド４０により実施される。

転写部１０の詳細を図２に示す。

転写部１０は、レーザ光１１を照射するレーザ照射部１２、転写基板を保持して少なくともＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動可能な転写基板保持部１３、転写基板保持部１３の下側にあって転写基板に隙間を有して対向するように被転写基板を保持する被転写基板保持部１４、および図示しない制御部を備えている。

レーザ照射部１２は、エキシマレーザなどのレーザ光１１を照射する装置であり、転写部１０に固定して設けられる。本実施形態においては、レーザ照射部１２はスポット状のレーザ光１１を照射し、レーザ光１１は、制御部により角度が調節されるガルバノミラー１５およびｆθレンズ１６を介してＸ軸方向およびＹ軸方向の照射位置が制御され、転写基板保持部１３に保持された転写基板に複数配置されている半導体チップ１に選択的に照射する。レーザ光１１が転写基板の半導体チップ１に入射することによって、レーザリフトオフが生じ、転写基板から被転写基板へ半導体チップ１が転写される。

なお、本説明では後述の第１の転写工程および第２の転写工程がこの転写部１０により実施される。第１の転写工程では、キャリア基板２が転写基板にあたり、第１の転写基板４ａが被転写基板にあたる。一方、第２の転写工程では、第１の転写基板４ａが転写基板にあたり、第２の転写基板４ｂが被転写基板にあたる。

転写基板保持部１３は開口を有し、転写基板の外周部近傍を吸着保持する。転写基板保持部１３に保持された転写基板へこの開口を介してレーザ照射部１２から発せられたレーザ光１１を当てることができる。

また、転写基板保持部１３は図示しない移動機構により、少なくともＸ軸方向、Ｙ軸方向に関して被転写基板保持部１４に対して相対移動する。制御部がこの移動機構を制御し、転写基板保持部１３の位置を調節することにより、転写基板に保持された半導体チップ１の被転写基板に対する相対位置を調節することができる。

被転写基板保持部１４は、上面に平坦面を有し、半導体チップ１の転写工程中、被転写基板を保持する。この被転写基板保持部１４の上面には複数の吸引孔が設けられており、吸引力により被転写基板の裏面（半導体チップ１が転写されない方の面）を保持する。

なお、本実施形態では、転写基板保持部１３のみがＸ軸方向およびＹ軸方向に移動することにより転写基板保持部１３と被転写基板保持部１４とが相対移動する形態をとっているが、被転写基板の寸法が大きく、レーザ光１１の照射範囲の直下に被転写基板の全面が位置できない場合には、被転写基板保持部１４にもＸ軸方向およびＹ軸方向の移動機構が設けられていても良い。

次に、検査部２０の詳細を図３に示す。

検査部２０は、カメラ２１と被検査基板保持部２２、および図示しない制御部を有しており、被検査基板保持部２２に保持された検査対象をカメラ２１で撮像し、画像解析による半導体チップ１の外観検査を行う。本実施形態では、検査対象は第１の転写基板４ａに転写された複数の半導体チップ１である。

第１の転写基板４ａ上の半導体チップ１は、後述するキャリア基板２における半導体チップ１の形成過程で性能が未達となるものや、第１の転写基板４ａへの転写時に割れなどが生じるものがある。半導体チップ１の性能が正常か否かは、半導体チップ１の色や形状を確認することで確度高く判別することができる。

カメラ２１は、本実施形態ではたとえばＣＭＯＳカメラであって、撮像素子を有し、外部から受け取る信号をトリガとして、この撮像素子に結像された光線を電気信号に変換し、デジタル画像を作成する。このカメラ２１の撮像方向は鉛直下方向であり、半導体チップ１を上方から撮像する。また、カメラ２１は図示しない移動装置に取り付けられており、制御部による制御により移動装置が駆動し、カメラ２１がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。

また、検査部２０は図示しない照明部を有している。本実施形態では照明部はＬＥＤ照明であり、移動装置によるカメラ２１の移動に同期して発光し、照明部が発光する際にカメラ２１が撮像を行うことにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に複数配列された半導体チップ１の外観を連続して撮像する。

次に、実装部３０の詳細を図４に示す。

実装部３０は、載置台３１、ヘッド３２、および２視野光学系３３を備え、また、図示しない制御部を備えている。

載置台３１は、回路基板６を載置して真空吸着により動かないように保持することができ、ＸＹステージによりＸ、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。

また、本実施形態では載置台３１はヒータ３４を有し、制御部によって載置台３１の表面の温度（≒載置台３１に載置された回路基板６の温度）を制御することが可能である。また、載置台３１には図示しない温度計が設けられ、この温度計により計測された載置台３１の温度をフィードバックして温度制御を行うことが可能である。

ヘッド３２は先端部が略平坦面であり、１以上の吸着穴を有し、実装工程時に第２の転写基板４ｂの半導体チップ１が転写されていない側の面を吸着保持する。また、ヘッド３２はＺ軸方向に移動可能であり、載置台３１に保持された回路基板６とヘッド３２が保持している第２の転写基板４ｂに転写されている半導体チップ１のバンプとを接触させ、加圧する。また、ヘッド３２はヒータ３５を有し、制御部によってヘッド３２、特に先端部の温度を制御することが可能である。また、ヘッド３２には図示しない温度計が設けられ、この温度計により計測されたヘッド３２の温度をフィードバックして温度制御を行うことが可能である。

また、ヘッド３２はθ方向（Ｚ軸方向を回転の中心とする中心方向）に移動可能に構成され、載置台３１のＸ、Ｙ軸方向への移動とヘッド３２のＺ軸、θ方向の移動と連動させることによって、回路基板６上の所定位置に半導体チップ１を熱圧着し、実装することができる。

ここで、本実施形態ではヒータ３４およびヒータ３５を同時に制御し、実装工程中に載置台３１の表面の温度とヘッド３２の先端部の温度（≒第２の転写基板４ｂの温度）が常に等しくなるようにしている。こうすることにより、前述の通り、実装工程中に回路基板６と第２の転写基板４ｂとが熱膨張したとしても、第２の転写基板４ｂの半導体チップ１と接触する箇所と回路基板６上で半導体チップ１のバンプが接合されている箇所の箇所との相対位置に変化が生じにくく、高精度な実装を安定して行うことができる。

なお、本実施形態においては、ヘッド３２がＺ軸、θ方向に移動し、載置台３１はＸ、Ｙ軸方向に移動するように構成したが、必ずしもこれに限定されず、装置の都合により適宜変更が可能である。例えば、ヘッド３２がＸ軸、Ｙ軸、θ方向に移動し、載置台３１はＺ軸方向に移動する構成としてもよい。また、θ方向の移動機構は必要がなければ省略することが可能である。例えば、半導体チップ１及び回路基板６の位置に回転ずれがない場合はθ方向の移動機構は省略できる。

２視野光学系３３は、載置台３１に回路基板６が載置されている際にヘッド３２と回路基板６との間に進入して双方の画像を撮像することができる。撮像された各画像は、制御部で画像処理されてそれぞれの位置ずれを認識する。そして、制御部は、この位置ずれを考慮して、各半導体チップ１が回路基板６上の所定の位置に接触して接合されるように制御することにより、半導体チップ１をＸ、Ｙ軸方向に高精度に実装する。

次に、本発明の実装方法について、図５乃至図８を参照して説明する。図５は、本発明における実装方法の第１の転写工程を説明する図である。図６は、本発明における実装方法の検査工程およびチップ除去工程を説明する図である。図７は、本発明における実装方法の第２の転写工程を説明する図である。図８は、別の実施形態における実装工程を説明する図である。

なお、本発明において、半導体チップのもつ２つの主面のうち、キャリア基板に保持された面を第１の面とし、第１面と反対側の面を第２の面と定義し、第２の面にはバンプが形成されており、回路基板に接合されるものとする。

まず、図２に示す転写部１０において実施される本発明の実装方法における第１の転写工程について、図５を参照して説明する。

図５（ａ）は、キャリア基板２に第１の面が保持されたダイシング後の複数の半導体チップ１を示している。キャリア基板２は図１の奥行き方向にも広がっていて円形又は四角形を有しており、シリコン、ガリウムヒ素、サファイヤ等からなっている。また、半導体チップ１もキャリア基板２の広がりに沿って２次元に複数個（数百個〜数万個）が配列されている。マイクロＬＥＤと呼ばれる小型の半導体チップ１では、５０ｕｍ×５０ｕｍ以下のサイズであり、このサイズにダイシング幅を加えたピッチで配列されている。このような小型の半導体チップ１は、高精度（例えば、１ｕｍ以下の精度）で回路基板６に実装することが求められている。また、半導体チップ１の第２の面にはバンプが形成されている。

図５（ｂ）は、半導体チップ１のキャリア基板２に保持された面である第１の面と反対側の面である第２の面を第１の転写基板４ａに貼付ける第１の転写基板貼付け工程を示している。第１の転写基板４ａは、まず被転写基板部１４に真空吸着により保持されており、半導体チップ１を貼付ける面には粘着層３ａが形成されている。この第１の転写基板貼付け工程では、半導体チップ１を保持したキャリア基板２をロボットハンド４０で吸着、ハンドリングして、図２に示す被転写基板部１４に保持された第１の転写基板４ａの粘着層３ａ上に半導体チップ１の第２の面を貼り付ける。

次に、上記の通りキャリア基板２ごと半導体チップ１が貼付けられた第１の転写基板４ａに対し、キャリア基板除去工程を実行する。キャリア基板除去工程では、レーザリフトオフによりキャリア基板２が半導体チップ１から剥離され、除去される。具体的には、キャリア基板２を透過させて半導体チップ１の第１の面に図２に示すレーザ照射部１２から発したレーザ光１１ａが照射される。これにより、半導体チップ１であるマイクロＬＥＤのＧａＮ層の一部がＧａとＮに分解され、サファイヤからなるキャリア基板２から半導体チップ１が剥離する。全ての半導体チップ１にレーザ光１１ａが照射されたキャリア基板２は、キャリア基板２が真空吸着されたロボットハンド４０が第１の転写基板４ａから離間することにより、除去される。

このように第１の転写基板貼付け工程とキャリア基板除去工程とを経て、図１（ｃ）に示すように半導体チップ１はキャリア基板２から第１の転写基板４ａに転写される。本説明では、半導体チップ１をキャリア基板２から第１の転写基板４ａに転写する工程を第１の転写工程と呼ぶ。

なお、上記の説明では、第１の転写工程において半導体チップ１の第２の面を第１の転写基板４ａに貼付けてからキャリア基板２の除去を行っているが、それに限らず、第１の転写基板４ａが半導体チップ１の第２の面から若干離間した位置に準備された状態の下、キャリア基板２にレーザを照射した際にマイクロＬＥＤのＧａＮ層の一部がＧａとＮに分解することで生じる推進力により半導体チップ１が付勢され、キャリア基板２から第１の転写基板４ａへ飛行して第１の転写基板４ａへ貼り付くようにしても良い。

また、本実施形態においては、レーザリフトオフにより半導体チップ１からキャリア基板２を剥離させることにより半導体チップ１をキャリア基板２から第１の転写基板４ａへ転写するようにしたが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、キャリア基板２を半導体チップ１が設けられている側と反対側から削り落として除去するようにしてもよい。これは、バックグラインドと呼ばれ、特に赤色ＬＥＤの場合にはレーザリフトオフが適用できないのでこのバックグラインドの手法が用いられる。

続いて、図６（ａ）に示す検査工程が図３に示す検査部２０において実行される。検査工程では、被検査基板保持部に吸着保持された第１の転写基板４ａ上にＸ軸方向およびＹ軸方向に配列されている数百個〜数万個の半導体チップ１の上方をカメラ２１が移動しながら撮像する。この撮像で得られた画像を検査部２０の制御部が画像解析し、個々の半導体チップ１に対して色、形状などの外観検査を行う。この１つの第１の転写基板４ａに対する検査工程に要する時間は、第１の転写基板４ａが６インチウェーハの場合で約３０分である。

また、本実施形態では、検査工程の後、図６（ｂ）に示すチップ除去工程が実施される。このチップ除去工程では、検査工程で異常と判断された半導体チップ１（図６（ｂ）でドットで表した２つの半導体チップ１）にレーザ光１１ｂを照射することにより、半導体チップ１を焼失させ、第１の転写基板４ａから除去する。

このチップ除去工程は、転写部１０にて実施されても良い。この時のレーザ光１１ｂは、半導体チップ１を焼失させることが必要であるため、上述の第１の転写工程におけるレーザ光１１ａよりも強いパワーでレーザ照射部１２から照射される。

このようにチップ除去工程で異常の半導体チップ１が除去されることにより、以降の工程で誤って異常の半導体チップ１が転写されることを防ぐことができる。

次に、図２に示す転写部１０において、図７（ａ）乃至（ｃ）に示す第２の転写工程が実行される。第２の転写工程では、図７（ａ）に示すように粘着層３ａおよび半導体チップ１が下を向くように第１の転写基板４ａを転写基板保持部１３（不図示）が保持し、また、第１の転写基板４ａの下方に粘着層３ｂを有する第２の転写基板４ｂが位置するよう、被転写基板保持部１４が第２の転写基板４ｂを保持する。

そして、転写部１０の制御部がガルバノミラー１５の角度を調節することによってレーザ光１１ｃを粘着層３ａと所定の半導体チップ１の第２の面との界面に第１の転写基板４ａを透過して到達させることにより、半導体チップ１がレーザーリフトオフされる。具体的には、レーザ光１１の照射により粘着層３ａからガスが発生し、このガスの発生によって半導体チップ１が付勢され、第１の転写基板４ａから下方へ飛行し、第２の転写基板４ｂに着弾する。なお、このように第２の転写基板４ｂに転写された半導体チップ１は、第１の面が第２の転写基板４ｂと対向し、バンプは表面に露出した状態となる。

また、この第２の転写工程では第１の転写基板４ａにある半導体チップ１を全て連続で転写するのではなく、図７（ｂ）に示すように選択的に半導体チップ１を転写する。第１の転写工程直後の第１の転写基板４ａ上の半導体チップ１の配列は、第１の転写工程前のキャリア基板２上の半導体チップ１の配列と同等であるが、このように第２の転写工程で半導体チップ１を選択的に転写することにより、任意の配列で第２の転写基板４ｂへ半導体チップ１を転写することができる。

ここで、本実施形態では、後述の実装工程に備え、第２の転写基板４ｂにおける半導体チップ１の配列は回路基板６に半導体チップ１が配置されるべき位置に応じた配列となっている。さらに具体的には、一度の実装工程で回路基板６に半導体チップ１を実装できる領域内における半導体チップ１のレイアウトと鏡像の関係となるレイアウトで第２の転写基板４ｂには半導体チップ１が配列されている。

一方、図７（ｂ）にて第２の転写基板４ｂ上に破線で示すように、第２の転写基板４ｂ上の転写すべき位置に転写可能な半導体チップ１が第１の転写基板４ａに存在しない場合がある。その場合は、図７（ｃ）に示すように第１の転写基板４ａと第２の転写基板４ｂとを相対移動させ、その後レーザリフトオフを実施すると良い。なお、どのように第１の転写基板４ａと第２の転写基板４ｂとを相対移動させると最小限の移動回数で所定のレイアウトを第２の転写基板４ｂ上に形成できるか、は、ＡＩを利用して判断させても良い。

また、第１の転写基板４ａからレーザリフトオフさせるときのレーザ光１１ｃのパワーは、粘着層３ａを分解する程度のパワーで足り、第１の転写工程におけるＧａＮ層を分解するためのレーザ光１１ａのパワーよりも低い。そのため、第２の転写工程においてレーザ光１１ｃの照射によって半導体チップ１が破壊される可能性はこの第１の転写工程においてレーザ光１１ａの照射によって半導体チップ１が破壊される可能性よりも低く、無視することも可能である。

次に、図８（ａ）乃至（ｃ）に示す実装工程が図４に示す実装部３０において実施される。実装工程では、図８（ａ）に示すように第２の転写基板４ｂの半導体チップ１が転写されていない側の面を図４に示すヘッド３２が保持し、後述する載置台３１に載置された回路基板６と第２の転写基板４ｂに保持された半導体チップ１とを対向させる。

そして、ヘッド３２が回路基板６に接近し、図８（ｂ）に示すように半導体チップ１の第２の面に設けられたバンプと回路基板６とを当接させ、さらに加圧する。

なお、本実施形態では、回路基板６の半導体チップ１が当接する面にはＡＣＦ（異方性導電膜）などの接合材５が設けられており、半導体チップ１が接合材５上に当接した後、接合材５により半導体チップ１が保持される。

また、ヘッド３２にはヒータ３５が設けられており、半導体チップ１の加圧時にヒータ３５が作動して半導体チップ１を５０℃以下の比較的低い温度まで加熱することにより、半導体チップ１を通じて接合材５の温度が上昇し、半導体チップ１のバンプ周辺の接合材５の粘着力が増大する。その結果、半導体チップ１が回路基板６の配線に対して位置ズレしない程度に熱圧着される。すなわち、半導体チップ１が回路基板６に仮圧着される。なお、接合材５へ半導体チップ１のバンプを埋め込むだけで半導体チップ１が回路基板６の配線に対して位置ズレしない程度に固定されるならば、仮圧着時に半導体チップ１の加熱はともなわないでも構わない。なお、このように第２の転写基板４ｂごと半導体チップ１の回路基板６への圧着を行うことを本説明では圧着工程と呼ぶ。

そして、ヘッド３２が第２の転写基板４ｂを保持したまま回路基板６から離間することにより、第２の転写基板４ｂが半導体チップ１から分離される。このように第２の転写基板４ｂと半導体チップ１とを分離することを、本説明では分離工程と呼ぶ。この分離工程において、半導体チップ１に対する粘着層３ｂの粘着力が半導体チップ１と回路基板６との結合力より弱ければ、第２の転写基板４ｂを回路基板６から離間させるだけで第２の転写基板４ｂと半導体チップ１とを分離することは可能である。この分離工程の後、図示はしていないが上記の仮圧着の時の温度よりも高い温度（１５０℃程度）への半導体チップ１の加熱をともなう回路基板６への半導体チップ１の圧着、いわゆる本圧着が行われることにより、半導体チップ１のバンプが溶融し、冷却後に強い接合力で半導体チップ１が回路基板６の所定の位置へ実装される。この本圧着が実施されることにより、本発明における一連の実装方法が完了する。

また、本実施形態では、図８（ｂ）のように１回の実装工程により複数の半導体チップ１の圧着を同時に行っている。特に半導体チップ１がマイクロＬＥＤの場合、１つの回路基板６に実装される半導体チップ１は数万個にも及ぶ。この場合、たとえば４Ｋテレビ用パネルでは３８４０×２１６０×３個の半導体チップ１が１つのパネルに配列されるが、複数の半導体チップ１をまとめて１つの第２の転写基板４ｂに転写させ、その第２の転写基板４ｂをヘッド３２が保持し、一括して圧着することにより、実装にかかる時間を大幅に低減することができる。なお、一度に第２の転写基板４ｂに転写させる半導体チップ１の数は、具体的には８０×８０個、１２０×１２０個などが考えられる。

ここで、本実施形態では、上記の通り分離工程の前の圧着工程では半導体チップ１の回路基板６への仮圧着までを行うにとどめ、別途本圧着を実施しているが、これに代わり、圧着工程で回路基板６への半導体チップ１の本圧着を行っても良い。この場合、分離工程が完了した時点で本発明における一連の実装方法が完了する。このとき、ヘッド３２の少なくとも第２の転写基板４ｂと接触する面（ヘッド３２の先端）の熱膨張係数、第２の転写基板４ｂの熱膨張係数、および回路基板６の半導体チップ１が実装される面の熱膨張係数が同等となるようにすると良い。また、ヘッド３２の先端、第２の転写基板４ｂ、回路基板６の半導体チップ１が実装される面の材料が同一であることがさらに好ましい。具体的には、回路基板６の材料がガラスであった場合、ヘッド３２の先端の材料および第２の転写基板４ｂの材料は回路基板６と同様にガラスが用いられる。また、回路基板６の材料が銅であった場合、ヘッド３２の先端の材料および第２の転写基板４ｂの材料はＳＵＳ３０４が用いられる。この場合、銅の熱膨張係数は１６．８ｐｐｍであり、これに対しＳＵＳ３０４の熱膨張係数は１７．３ｐｐｍであり、その差は３％程度である。

そして、ヘッド３２だけでなく載置台３１にもヒータ３４が設けられており、熱圧着工程が実施される間、ヘッド３２および第２の転写基板４ｂの温度と回路基板６の半導体チップ１が実装される面の温度とが常に等しくなるようにヒータ３４およびヒータ３５が制御されている。こうすることにより、実装工程中に回路基板６とヘッド３２および第２の転写基板４ｂとが熱膨張したとしても、第２の転写基板４ｂの半導体チップ１と接触する箇所と回路基板６上で半導体チップ１のバンプが接合されている箇所との相対位置に変化が生じにくく、高精度な実装を安定して行うことができる。

図９は、点灯検査工程およびリペア工程を説明する図である。

半導体チップ１がマイクロＬＥＤである場合、回路基板６への実装が完了した半導体チップ１の発光性能を確認するためには、図９（ａ）に示すように回路基板６を点灯検査装置４１に載置し、全ての半導体チップ１を点灯させ、発光性能を検査する。なお、このように回路基板６に実装された半導体チップ１の性能を検査する工程を、本発明では実装後検査工程と呼ぶ。

実装後検査工程（点灯検査）の結果、図９（ａ）における右から２番目の半導体チップ１のように点灯しない、もしくは輝度が低い半導体チップ１があれば、図９（ｂ）に示すようにレーザ光１１ｄをその半導体チップ１に照射し、焼失させる。このレーザ光１１ｄのパワーは図６（ｂ）に示すチップ除去工程におけるレーザ光１１ｂのパワーと同等で良く、この工程は転写部１０で実施されても構わない。なお、性能が異常な半導体チップ１があったとしても、その半導体チップ１の近傍に新たな半導体チップ１を配置することが可能であれば、その半導体チップ１を焼失させずに残しておいても構わない。

このように半導体チップ１を焼失させた際、接合材５まで焼失する場合があり、この場合は図９（ｃ）に示すように接合材５を塗布する。そして、図９（ｄ）に示すように半導体チップ１を焼失させた箇所に、性能が異常な半導体チップ１に代わって機能する新たな半導体チップ１であるリペア用半導体チップを実装する。

このようにリペア用半導体チップを実装することを本発明ではリペア工程と呼ぶが、１回のリペアに要する時間は３０秒程度である。

ここで、回路基板６がたとえば４Ｋテレビ用途のものである場合、半導体チップ１は２４８８万個用いられている。この半導体チップ１の不良率が０．１％であった場合、約２．５万個分のリペアを行う必要がある。そうすると仮にリペア用半導体チップを１個ずつリペアする場合、リペアだけで約２００時間要する計算となり、たとえレーザリフトオフを利用して実装工程自体は高速で完了したとしてもリペアが起因して生産性に大きく影響する。

これに対し、本発明の実装方法では検査工程を有している。そして、この検査工程により正常と判断された半導体チップ１のみ、すなわち検査工程における良品率１００％の半導体チップ１が第２の転写基板４ｂに配置され、それが回路基板６に実装されている。その結果、点灯検査における点灯不良チップは検査工程を行わないで実装した場合と比較して格段に少なくなり、実装後にリペアが必要な半導体チップ１の数を大幅に減らすことができ、回路基板６の生産性を向上させることができる。

仮に上記の４Ｋテレビの事例において検査工程を設けることにより点灯不良率が１００分の１になったとすると、リペアに必要な時間は約２時間となり、２００時間近く短縮することが可能である。従来の実装方法と比較すると、本発明の実装方法では検査工程が追加されているものの、上記の通り検査工程に要する時間は３０分程度であるため、本発明の実装方法を用いることにより大幅に時間を短縮して正常点灯率１００％の回路基板６を提供することができる。

また、さらにリペアにあたってさらに本発明の実装方法を利用し、図１０に示すように回路基板６上の複数のリペア位置に応じて第２の転写基板４ｂに第１の転写基板４ａから半導体チップ１を選択的に転写させ、この第２の転写基板４ｂを用いて複数点のリペアを同時に実施することにより、リペアに要する時間をさらに短縮することが可能である。

以上の実装方法および実装装置により、生産性良く半導体チップを回路基板に実装することが可能である。

ここで、本発明の実装方法および実装装置は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明では、第１の転写工程および第２の転写工程は大気圧下で実施されているが、転写部１０が図示しない減圧部を備えることにより、減圧環境で実施されても良い。

また、上記の説明では、転写部ではレーザーによる半導体チップの転写が行われているが、他の手段が用いられていても良い。たとえば、粘着シートに半導体チップを貼り付けることによって半導体チップの転写が行われていても良い。

また、上記の説明では転写部においてレーザーの照射位置をガルバノミラーで制御しているが、これに限らず、たとえばポリゴンミラーなど他の公知技術で制御しても構わない。また、ミラーの反射は利用せず、転写基板と被転写基板の相対移動だけでレーザーの照射位置を制御しても良い。

また、上記の説明では第１の転写工程と第２の転写工程とを同一の転写部により実施しているが、それぞれ別の転写部が設けられ、それぞれの転写部で実施されていても良い。

また、検査部による半導体チップの検査は画像解析による外観検査に限らず、たとえばＸ線を用いた検査であっても構わない。

１半導体チップ
２キャリア基板
３ａ粘着層
３ｂ粘着層
４ａ第１の転写基板
４ｂ第２の転写基板
５接合材
６回路基板
１０転写部
１１レーザ光
１１ａレーザ光
１１ｂレーザ光
１１ｃレーザ光
１１ｄレーザ光
１２レーザ照射部
１３転写基板保持部
１４被転写基板保持部
１５ガルバノミラー
１６ｆθレンズ
２０検査部
２１カメラ
２２被検査基板保持部
３０実装部
３１載置台
３２ヘッド
３３２視野光学系
３４ヒータ
３５ヒータ
４０ロボットハンド
４１点灯検査装置
１００実装装置

Claims

キャリア基板に形成された複数の半導体チップを第１の転写基板へ転写する第１の転写工程と、
前記第１の転写基板に転写された半導体チップの状態を検査する検査工程と、
前記検査工程により正常と判断された半導体チップのみを前記第１の転写基板から第２の転写基板へ転写する第２の転写工程と、
前記第２の転写基板に転写された半導体チップを回路基板へ実装する実装工程と、
を有することを特徴とする、実装方法。
前記実装工程は、前記第２の転写基板ごと半導体チップの回路基板への圧着を行う圧着工程と、前記第２の転写基板と半導体チップとを分離する分離工程と、を有し、前記圧着工程に臨む前記第２の転写基板には前記回路基板に半導体チップが配置されるべき位置に応じて半導体チップが配列されるよう、前記第２の転写工程で半導体チップの転写が選択的に行われることを特徴とする、請求項１に記載の実装方法。
前記回路基板に実装された半導体チップの性能を検査する実装後検査工程と、前記実装後検査工程の結果、異常と判断された半導体チップに代わって機能するリペア用半導体チップを前記回路基板に追加もしくは置き換えるリペア工程と、を有し、前記リペア工程では、前記回路基板に前記リペア用半導体チップが配置されるべき位置に応じて半導体チップが配列されるよう、前記第１の転写基板から前記第２の転写基板へ半導体チップを選択的に転写し、前記第２の転写基板ごと半導体チップの回路基板への圧着を行い、半導体チップから前記第２の転写基板を分離することを特徴とする、請求項２に記載の実装方法。
前記検査工程では、画像解析による外観検査によって前記第１の転写基板上の半導体チップの状態の検査が行われることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の実装方法。
前記検査工程と前記第２の転写工程の間に、異常と判断された半導体チップを前記第１の転写基板から除去するチップ除去工程をさらに有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の実装方法。
キャリア基板から第１の転写基板への複数の半導体チップの転写および当該第１の転写基板から第２の転写基板へのチップの転写を行う転写部と、
前記第１の転写基板に転写された半導体チップの状態を検査する検査部と、
前記第２の転写基板に転写された半導体チップを回路基板へ実装する実装部と、
を有し、
前記第２の転写基板には、前記検査部の検査により正常と判断された半導体チップのみが前記第１の転写基板から転写されることを特徴とする、実装装置。