JP2023133649A

JP2023133649A - 接着デバイス、及びこれを用いた移載装置

Info

Publication number: JP2023133649A
Application number: JP2020133044A
Authority: JP
Inventors: 泰美山田; Yasuyoshi Yamada
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2023-09-27
Also published as: WO2022030297A1; TW202213811A

Abstract

【課題】簡単な構成で物体を保持し剥離することができる接着デバイスと、これを利用した移載技術を提供する。【解決手段】接着デバイスは、電圧の制御により接着力が変化する主面を備え、主面側に位置する、少なくとも一つの開口を有する第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に設けられる高分子材料層と、を有し、前記第１電極は、前記主面側に絶縁層を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、接着デバイス、及びこれを用いた移載装置に関する。

半導体集積デバイスを主要部分とする電子機器は、小型化・高密度化・低消費電力化の性能向上により、産業用機器から近年では民生用の携帯機器やディスプレイへと展開されている。この要因として半導体集積回路（ＩＣ）チップをパッケージ化して一つのシステム（デバイス）を製作するシステムインパッケージ（ＳｉＰ）技術が挙げられる。シリコンウエハ上に形成された半導体ＩＣチップは１ケ１ケ切り出され（ダイシングされ）、所定の配列で回路基板に実装されパッケージングされることで、メモリ、マイコン、発光装置等のデバイスが作製される。

その実装手法の一つとしてピック＆プレイス方式がある。これは切り出されたチップを一つひとつピックアップして、回路基板上の所定の箇所に設置する方法である。半導体チップのサイズは、一般的には５～６ｍｍ角であるが、今後さらに集積化が進むため、１ｍｍ角以下になると予想されている。半導体チップは一括して、もしくは１ケ１ケ個別にピック＆プレイスすることが必要となる。

第１基板上に第１のピッチで配列された複数の素子を粘着シートで接着保持し、第２基板上で、紫外線を照射して素子を離脱させる構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この手法では、第２のピッチで形成された開口を有するマスクを用いて、粘着シートの裏側からマスク越しに紫外線を照射して素子を離脱させる。

また、静電転写ヘッドのアレイを用いて、キャリア基板上に接着層を介して配列されている複数のマイクロデバイスをピックアップし、転写先の基板に搭載する方法が知られている（たとえば、特許文献２参照）。この方法では、マイクロデバイスのピックアップ時にキャリア基板の接着層を固相から液相に転移させるとともに、転写ヘッドに電圧を印加してグリップ力を発生させてマイクロデバイスをピックアップする。転写先の基板上で転写ヘッドのグリップ力を選択的に解放することで、マイクロデバイスを転写基板に搭載する。

さらに、複数の半導体チップをキャリア基板ごと粘着シートに接着し、キャリア基板を除去した後に粘着シートを加熱して粘着力を低減し、真空吸着ヘッドでシートから半導体チップをピックアップする構成が知られている（たとえば、特許文献３参照）。ピックアップされた半導体チップは、真空吸着をオフにすることで回路基板に搭載される。

高分子材料層を一対の電極で挟み、電圧印加のオン・オフを制御して電極に形成された開口から高分子材料を突出させ、電極の表面に光散乱体を可逆的に生成する構成が知られている（たとえば、特許文献４参照）。

特許第４０００８５６号特許第５７８３４８１号特開２０１８－３２７４０号公報特開２０１９－１２０９４７号公報

特許文献１の方法は、素子を粘着シートから離脱するときに、粘着シートの粘着面と反対側の面にマスクを配置する工程と、レーザー照射する工程が必要である。また、第２基板上への素子の配置はマスクの開口パターンで決まり、硬直的である。特許文献２の方法は、転写ヘッドに多数のメサ型構造体が作り込まれており、転写ヘッドの構成が複雑である。また、搬送されるマイクロチップに接着層が残る。特許文献３の方法は、静電転写ヘッドでピックアップした半導体チップの温度を制御するためのヒータをヘッドの中に内蔵し、ヘッドの構成が複雑になる。また、半導体チップ上に接着層が残る。特許文献１から３では、今後の小型化していく半導体チップを一括にまたは個別にピック＆プレイスするにあたり課題が多い。

特許文献４の構成を接着デバイスに適用することで、簡易的な構成であるにもかかわらず半導体チップ等をピック＆プレイスし得ると考えられる。高分子材料が開口から突出するおよび開口内へ戻る現象を利用して物体を保持、及び剥離する手法の場合、１ｍｍ角以下の半導体チップのような非常に小さい物体でも確実に接着力を低減させて剥離できることが必要である。

本発明は、簡単な構成でありながら非常に小さいサイズの物体であってもそれを保持し剥離することのできる接着デバイスと、これを利用した移載装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様で、接着デバイスは、
電圧の制御により接着力が変化する主面を備え、
主面側に位置する、少なくとも一つの開口を有する第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に設けられる高分子材料層と、
を有し、
前記第１電極は、前記主面側に絶縁層を有する。

本発明の第２の態様では、移載装置は、上述した接着デバイスと、
前記接着デバイスを第１の位置と第２の位置の間で移動する駆動手段と、前記接着デバイスへの電圧印加を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記接着デバイスへの前記電圧印加を制御して開口から高分子材料を突出させることで前記主面における接着力を変化させて、前記第１の位置と前記第２の位置の間で物体を搬送する。

簡単な構成で物体を保持し剥離することのできる接着デバイスと、これを利用した移載装置が実現される。

実施形態の接着デバイスの模式図である。実施形態の接着デバイスに接着体が形成された状態を表面絶縁層のない参考構成と比較して示す図である。参考構成として、電極の表面に絶縁層を設けない接着デバイスに接着体が形成された状態を示す図である。図２Ａの接着デバイスを用いた物体の搬送を示す図である。図２Ｂの参考構成での物体の搬送を示す図である。実施形態の接着デバイスと参考構成の突出プロファイルを示す図である。接着体アレイを有する接着デバイスの断面模式図である。第１電極の光学顕微鏡像である。実施形態の移載装置による物体のピックアップを示す模式図である。実施形態の移載装置による物体の積み下ろしの模式図である。実施形態の接着デバイスの効果を参考構成と比較して示す図である。実施例と参考例の接着特性を示す図である。接着デバイスの粘着力の評価手法を説明する図である。接着デバイスの粘着力の評価手法を説明する図である。印加電圧と粘着力の関係を示す図である。接着体の突出量と粘着力の関係を示す図である。

＜接着デバイスの構成＞
図１は、実施形態の接着デバイス１０の模式図である。一つの構成例では、接着性をもち、かつ、電圧に応答して変形可能な高分子材料を開口１４から突出させることで、接着デバイス１０の表面に接着体を形成する。印加電圧を制御して接着デバイス１０の表面突出させる接着体の突出変位を変化させることで、物体に対する接着保持を制御する。物体を保持する保持面の表面に電気的な絶縁層を設けることで、物体の接着と剥離を確実に実施する。

接着デバイス１０は、開口１４を有する第１電極１７と、第１電極１７と対向する第２電極１２と、第１電極１７と第２電極１２の間に配置される高分子材料層１１を有する。第１電極１７は、高分子材料層１１の側に配置される電極層１３と、高分子材料層１１と反対側の面１９に設けられる絶縁層１６とを有する。面１９は、第１電極１７の厚さと比較して面積が大きく開口１４が形成されている主要な面であり、「主面１９」と呼んでもよい。

この明細書と特許請求の範囲で「主面」というときは、高分子材料層１１と反対側の面であって接着力が発現または変化する面をいう。「電極層」というときは、かならずしも層全体が導電体で形成されている必要はない。高分子材料層１１と接する面の少なくとも一部（具体的には開口１４の周囲）と、開口１４の内壁に導体膜を有して電極として機能する層を「電極層」と呼ぶ。第１電極１７と第２電極１２の間に印加される電圧を制御し、主面１９の開口１４から高分子材料を突出させることで全く突出していない時と比べ接着力を変化させる。

電圧制御による接着力の変化は、
（１）主面１９で接着力がゼロから増加する場合、
（２）主面１９で接着力が弱い状態から強い状態に変化する場合、
（３）主面１９で接着力が強い状態から弱い状態に変化する場合、及び
（４）主面１９で接着力が低減してゼロになる場合、
のいずれをも含む。

図１では、一つの構成例として、電圧の印加のない初期形態（Ａ）と、電圧印加により高分子材料層１１が変形して第１電極の開口１４に接着体１５が形成された形態（Ｂ）が示されている。接着体１５は、電圧に応答して主面１９に現れる高分子材料層１１の一部分である。電圧の印加無しの形態（Ａ）で、高分子材料層１１は開口１４から突出せず、接着体１５を形成しない主面１９の接着力は無い。形態（Ｂ）で接着体１５が形成されることで接着力が発生する。接着デバイス１０は、形態（Ａ）と形態（Ｂ）は可逆的であるので、状態（Ｂ）から初期形態（Ａ）に戻ることで、開口１４での接着力は無くなる。

接着デバイス１０は、印加する電圧強度を制御することで形態（Ａ）と形態（Ｂ）の間の変位を有する形状での可逆変化も可能であり、上述した４つの変化の態様（１）～（４）のすべてが実現可能である。接着力の無い状態にするためには高分子材料層１１が、開口１４内で少なくとも主面１９よりも低い位置まで後退できればよいので、形態（Ａ）の位置まで後退しなくてもよい。

この高分子材料は陽極に沿って変形する性質を有しており少なくとも開口１４から突出するため、第１電極１７の電極層１３の最上面は絶縁層１６に覆われてよいが、開口１４の内壁に絶縁層１６は設けられていない。また絶縁層１６は、開口１４の周囲の所定領域を除いて形成されていてもよい。

物体を接着保持するため、図１の形態（Ｂ）のように、接着体１５の全体が主面１９を超えて突出している場合だけでなく、接着体１５の一部が主面１９の高さ以上に少なくとも突出していればよい。例えば接着体１５または突起の形状は必ずしも凸レンズ形状である必要はなく、接着体１５または突起の頂点部分が平坦、またはくぼんでいてもよい。

図２Ｂを参照して後述するように、高分子材料は第１電極の主面１９上に電気的に流動する性質を有するため、主面１９に絶縁層１６があることで、高分子材料が開口１４から突出するときに主面１９への高分子材料の一部流動が抑制され、接着体１５の形成は開口１４内、または開口１４の周囲の一定範囲に制限される。電圧が切り換えられたときに、接着体１５は速やかに開口１４の内部に戻る。

印加電圧をオフとして形態（Ｂ）から形態（Ａ）に移るときに、開口１４の周囲の主面１９表面に高分子材料の一部が残っていると、保持していた物体を剥離することが困難になる。実施形態では、絶縁層１６の存在により、印加電圧のオフに応答して接着体１５を後退させるだけで、物体を速やかに剥離することができる。

高分子材料層１１として高分子に可塑剤を混合させた高分子材料を用いる。材質としては、ポリメタクリル酸メチル（polymethylmethacrylate：ＰＭＭＡ）、ポリウレタン（polyurethane：ＰＵ）、ポリスチレン（polystyrene：ＰＳｔ）、ポリ酢酸ビニル（polyvinyl acetate：ＰＶＡＣ）、ポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol：ＰＶＡ）、ポリカーボネート（polycarbonate：ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate：ＰＥＴ）、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile：ＰＡＮ）、シリコーンゴム（silicone rubber：ＳＲ）等、その他の高分子材料を用いてもよい。中でも電圧印加による変位が大きく、取扱いが容易なＰＶＣを用いることが望ましい。

高分子材料に適切な可塑剤を添加してもよいし、溶媒に溶解させてもよい。可塑剤としては、アジピン酸ジブチル（dibutyl adipate：ＤＢＡ）、アジピン酸ジエチル（diethyl adipate：ＤＥＡ）、アジピン酸ジオクチル（dioctyl adipate ：ＤＯＡ）、セバシン酸ジエチル（diethyl sebacate：ＤＥＳ）、フタル酸ジオクチル（dioctyl phthalate：ＤＯＰ）、フタル酸ジエチル（diethyl phthalate：ＤＥＰ）、アセチルクエン酸トリブチル（tributyl acetyl citrate：ＴＢＡＣ）等を用いることができる。溶媒としては、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ：tetrahydrofuran）等のエーテル系の溶媒を用いることができる。

高分子材料に、所定の重量割合でイオン液体を添加してもよい。所定量のイオン液体を添加することで、一定変位に対する必要な印加電圧の低減が可能となる。イオン液体中に所定の輸率で陰イオンが存在するとき、高分子材料層１１はより効率的に開口１４の内壁に引き付けられ突出変位が増加する。たとえば、重量割合が０．２ wt%以上、１．５ wt%以下、より好ましくは、０．３ wt%以上、１．０ wt%以下のイオン液体を添加する。

イオン液体として、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム＝テトラフルオロボラート（ＥＭＩ-ＢＦ_４）、１－オクチル－３－メチルイミダゾリウム＝テトラフルオロボラート（ＯＭＩ-ＢＦ_４）、１－エチル－３－メチルイミダゾリウム＝ジシアナミド（ＥＭＩ-ＤＣＡ）、テトラブチルホスホニウム=テトラフルオロボラート（ＴＢＰ－ＢＦ_４）を用いることができる。

電極層１３と第２電極１２の材料は、導電性を有するものであれば、特に制限はない。一例として、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、リチウム（Ｌｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、これらの合金などを用いることができる。また、電極層１３と第２電極１２の少なくとも一方に、導電性ポリマー、導電性カーボン等を用いてもよい。

絶縁層１６は、電極から電気的に絶縁できれば酸化物、窒化物などの無機物で形成されていてもよいし、フッ素系樹脂などの有機材料で形成されていてもよい。絶縁層１６を無機絶縁層とする場合、たとえば電極層１３を硝酸溶液、王水溶液などの酸性溶液に浸漬することで、主として酸化膜が形成される。例えば電極層１３がＳＵＳ（ステンレス鋼材）の場合は、クロム酸、酸化鉄等の内包する金属の酸化膜が表面に形成される。このウエット処理法では、処理時間、酸濃度等に応じて絶縁層１６を所望の電気抵抗や厚さに形成できる。一例として、絶縁層１６の厚さは数百ｎｍ～１μｍ程度であり、電気抵抗はメガオーム（ＭΩ）のオーダーである。

絶縁層１６を、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法や、スパッタリング、蒸着等の物理気相成長（ＰＶＤ：Physical Vapor Deposition）法などで形成してもよい。酸化物として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の薄膜が形成される。窒化物としてＳｉＮｘ、ＡｌＮ等の薄膜が形成される。気相成長では、絶縁層１６の厚さを数十ｎｍ～１μｍ程度にすることができる。電気抵抗は、ｋΩ～ＭΩのオーダーである。有機絶縁膜を設ける場合は、電極層１３の表面に樹脂等を塗布してもよい。

絶縁層１６が形成された電極層１３に、所望の大きさ、形状の開口１４を形成する。開口１４は、エッチング法、電鋳法により形成されてもよいし、パンチング、レーザー加工などによって形成されてもよい。エッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。

接着デバイス１０の作製方法は、第２電極１２の上に、ゲル状の高分子材料をキャスト法等によって塗布して高分子材料層１１を形成する。高分子材料が溶媒を含む場合は、塗布後に溶媒を蒸発させた後に、第１電極１７を配置する。その高分子材料層１１の上に、あらかじめ開口１４のパターンが形成された第１電極１７を配置する。高分子材料層１１は、ゲル状または粘弾性を有する半固体なので、高分子材料層１１の上に第１電極１７を置くだけでデバイスが完成する。

高分子材料層１１の厚さは、１ｍｍ以下であり、好ましくは０．１ｍｍ～０．５ｍｍである。１ｍｍ以上だと高電圧が必要となり消費電力の観点から非効率である。また高分子材料層１１の厚さが０．１ｍｍ以下では電圧印加時に絶縁破壊を生じやすくなる。

第１電極１７に形成される開口１４の形状は、円、楕円、多角形など、目的に応じて決定される。開口１４のサイズは保持対象となる物体のサイズや重量に応じて設計される。

後述するように、接着体１５の粘着力または突出高さは、高分子材料の材質・組成、印加電圧を制御することで調整可能である。保持対象の物体の大きさ、質量等によって適切な電圧強度が選択され、物体を確実に保持し、かつ所望の位置で確実に物体を離す。

図２Ａと図２Ｂは、絶縁層１６の効果を説明する図である。実施形態の構成を図２Ａに示す。比較のため、絶縁層１６のない参考構成を図２Ｂに示す。絶縁層１６がない場合、電圧印加により接着体１５を形成する高分子材料の一部は、開口１４から電極層１３の表面に流動する。これは、高分子材料が開口１４の内壁に引き付けられる現象と同様に、開口１４から突出するときに電極層１３の主面１９まで引き付けられて面内方向に拡がるためである。

図２Ｂのように高分子材料が開口１４の周囲に流動した状態でも、物体を接着保持することは可能である。しかし、印加電圧をオフにして接着体１５を開口１４内に後退させたとしても、電極層１３の主面１９に発生した高分子材料の残渣が付着しているため、物体の剥離が困難になる場合がある。物体の重量がその接着力よりも大きい場合は、その自重で剥離し得るものの、小さなサイズあるいは軽量の物体では、前記の高分子材料の残渣により電圧オフにもかかわらず物体が接着されたままになり得る。

これに対し、図２Ａに示す接着デバイス１０では、第１電極１７の主面１９に絶縁層１６が形成されている。開口１４から突出する接着体１５は、主面１９方向への流動が抑制され、主面１９で開口１４の周りに残渣がほとんどないか、ごくわずかである。

図３Ａは、図２Ａの接着デバイス１０を用いた物体の搬送を示す図、図３Ｂは、図２Ｂの参考構成での物体の搬送を示す図である。電極層１３の表面に絶縁層１６を設けた接着デバイス１０では、図３Ａに示すように印加電圧がオフにされたときに、接着体１５は速やかに開口１４の中に後退し、物体６０の接着保持と剥離を安定して行うことができる。また剥離された物体６０の表面に高分子材料はほとんど残らず物体への汚染はない。

これに対し、図３Ｂでは、印加電圧がオフにされても、電極層１３の表面に高分子材料の残渣１１resが発生し、物体６０を降ろすことができない。

図４にレーザー顕微鏡（VK-9700 Keyence製）により計測された、実施形態の接着デバイス１０の接着体の突出状態と、参考構成として絶縁層のない接着デバイスにおける接着体の突出状態を示す。図４の（Ａ）は開口全体の断面プロファイル、（Ｂ）は開口壁近傍の拡大図である。縦軸は、主面１９の高さを基準とした高分子材料の変位高さを示す。実線は電圧印加時の実施形態における接着体１５の突出断面Ａを示し、点線は図２の（Ｂ）の参考構成における接着体１５の突出断面Ｂを示す。

突出断面Ｂは、高分子材料が電極（図中斜線部）の表面に流動している。これに対し、突出断面Ａは電極表面への流動はわずかにあるもののBに比べその幅は小さく、実施形態の構成で、絶縁層１６により高分子材料の電極表面への流動が抑制されていることがわかる。

図５Ａは、複数の接着体１５をアレイ状に設けた接着デバイス２０の模式図である。接着デバイス２０は、第１電極２７と、第１電極２７と対向する第２電極２２と、第１電極２７と第２電極２２の間に配置される高分子材料層２１を有する。第１電極２７は、高分子材料層２１の側に配置される電極層２３と、高分子材料層２１と反対側の主面２９に設けられる絶縁層２６とを有する。表面に絶縁層２６を有する第１電極２７は、たとえば陽極として用いられ、第２電極２２は陰極として用いられる。

第１電極２７に、複数の開口２４が設けられている。第１電極２７と第２電極２２の間に印加される電圧を制御することで、複数存在する開口部に接着体１５のよういが可逆的に突出する。

図１の接着デバイス１０と同様に、接着デバイス２０でも、開口２４の内壁には絶縁層２６が形成されておらず、電極層２３の外表面に絶縁層２６が設けられている。絶縁層２６は、無機材料でも有機材料でもよい。絶縁層２６により、接着体１５の形成時に高分子材料が主面２９に沿って流動することが抑制される。

図５Ｂは、実際に作製された第１電極２７の平面画像である。第１電極２７の表面は絶縁層２６に覆われている。この例で、絶縁層２６はＳＵＳの表面に形成された酸化膜である。第１電極２７に所定の配列とピッチで複数の開口２４が形成されている。開口２４の直径は、一例として１００μｍ、開口ピッチは１５０μｍである。この第１電極２７を、第２電極２２の上に形成された高分子材料層２１の上に配置することで、接着デバイス２０が得られる。

＜移載装置への応用＞
図６Ａと図６Ｂは、実施形態の接着デバイス２０を用いた移載装置１００の模式図である。移載装置１００は、接着デバイス２０、接着デバイス２０の位置を移動させる駆動手段３１、及び制御手段３３を有する。制御手段３３は、駆動手段３１の動作、接着デバイス２０への電圧強度や印加タイミングを制御する。制御手段３３は駆動手段３１と接着デバイス２０各々に設置されていてもかまわない。搬送対象として、半導体チップ７１を接着保持し、所定の位置で剥離する。

図６Ａで、ステージ７３の上には複数の半導体チップが形成されたシリコンウエハ７０がダイシングテープ７２で仮固定されており、シリコンウエハ７０から複数の半導体チップ７１が切り出される（ダイシングされる）。ダイシングテープ７２を所定温度で加熱もしくは所定強度の紫外線を照射(この場合ステージ７３はガラスのような透明な素材である必要がある)することで、粘着力を低減させる。その後複数の半導体チップ７１を接着体２５でピックアップする。

駆動手段３１によって、接着デバイス２０の開口２４を個々の半導体チップ７１に対して相対的に位置合わせする。第１電極２７と第２電極２２の間に電圧が印加されることで開口２４に接着体２５が形成され、接着体２５とダイシングテープ７２上の半導体チップ７１が接触する。接着体２５の接着力はダイシングテープ７２の接着力よりも大きく、切り出された個々の半導体チップ７１はシリコンウエハ７０からピックアップされる。

半導体チップ７１は一括してピックアップされてもよいし、１個１個個別にピックアップしてもよい。個別にピックアップする場合電極層２３は、個々の開口（図４参照）を取り囲み、かつそこから引き出される配線を含む。隣接する配線パターン同士は絶縁体により電気的に隔てられているが、図示の便宜上、配線パターンと絶縁体の詳細な配置は省略されている。

図６Ｂで、接着体２５に保持された半導体チップ７１は回路基板８１上の所定の位置まで搬送され、剥離される。所望の開口２４を取り囲む配線パターンへの電圧印加がオフにされることで、その開口内に形成されていた接着体２５が開口２４内に後退し、保持されていた半導体チップ７１－１、７１－４が回路基板８１上に配置される。また半導体チップ７１－１、７１－２を回路基板８１に固定したい場合は、あらかじめ回路基板８１の所定位置に接着層が形成されていてもよい。

移載装置１００は、半導体チップ７１の搬送に限定されず、例えば金属部品、セラミック部品等の無機物質など物体の導電性、非導電性に無関係に適用可能である。

＜接着デバイスの効果確認＞
図７の（Ａ）と（Ｂ）は、実施形態の接着デバイス２０の効果を示す図である。比較として、図７の（Ｃ）と（Ｄ）に、参考構成（図２Ｂ）の剥離状態を示す。

サンプルの接着デバイスの共通の構成として、第２電極２２にアルミ電極を用いて陰極とし、陽極の開口２４の径を１００μｍとする。高分子材料層２１として、ＰＶＣ（重合度３７８０ Aldrich製）に可塑剤ＤＢＡ(特級グレード富士フイルム和光純薬工業製)を８３ wt%添加した高分子材料を用いる。サンプルの主面のサイズは５ｍｍ×５ｍｍである。

相違点として、図７の（Ａ）と（Ｂ）の第１サンプルでは、第１電極２７として表面を酸系溶液で処理したＳＵＳを用いる。第１サンプルの表面の絶縁層２６は、厚さ１０μｍの酸化物層である。図７の（Ｃ）と（Ｄ）の第２サンプルでは、表面に酸化物層を有しないＳＵＳを用いる。

第１サンプルと第２サンプルを用いて、接着／剥離状況を調べる。上述した接着／剥離面に、１ｍｍ×２ｍｍ×０．５ｍｍのシリコンウエハ７５を６枚並べる。６００Ｖの電圧を印加して、シリコンウエハ７５を接着保持させ、サンプルを垂直に立てる（図７の（Ａ）及び（Ｃ））。絶縁層の有無にかかわらず、電圧印加によりシリコンウエハ７５を接着保持することができる。

次に、電圧をオフにして剥離状態を観察する。絶縁層２６を有する第１サンプルでは、電圧オフに応答して、すべてのシリコンウエハ７５が接着面から離れる（図７の（Ｂ））。絶縁層を有しない第２サンプルでは、シリコンウエハ７５の位置は多少ずれたものの、接着面から離すことができない（図７の（Ｄ））。

第１電極の開口周辺に絶縁層２６を設けることで、電圧オフに応答して速やかに物体を剥離できることが確認された。

図８は、実施例と参考例の接着特性を示す図である。実施例１～３が実施形態の構成で主面１９に絶縁層１６を有する構成である。参考例１及び２は、開口電極の表面に絶縁層が設けられていない構成である。実施例１～３、及び参考例１、２のサンプルに、６００Ｖの電圧を印加して、接着体１５の突出量（μｍ）と粘着力（Ｎ）を測定し、接着性と剥離性を目視で観察する。

接着体の突出量は、電圧印加の下で第１電極の表面から突出した接着体１５の最大高さである。粘着力は、図９及び図１０を参照して後述する方法で測定される。目視による接着性と剥離性の評価は図７に示した手法で行われ、「〇」印は全てのシリコンウエハが良好に接着または剥離した状態であることを示し、「×」印は一部でもシリコンウエハが接着できないまたは剥離できない状態であることを示す。

図９と図１０は、接着デバイスの粘着力の評価手法を説明する図である。図９において、実施例１～３の接着デバイス２０のサンプルと、参考例１、２のサンプルデバイスは、サンプルステージ１１０に上に順次設置され、粘着力が測定される。第２電極２２と電極層２３はそれぞれ陰極、陽極となる。図８では、絶縁層２６を有する接着デバイス２０を例にとって、評価手順を説明するが、参考例１、２のサンプルデバイスも同様の手順で評価される。実施例１～３、及び参考例１、２のサンプルで、陽極に形成される開口の径は１００μｍである。

サイズ５ｍｍ×５ｍｍのシリコンウエハ１３０を、接着剤１３１などで、試験装置のプローブ１４１の先端に固定する。試験装置として、株式会社レスカ製のタッキング試験機（ＪＩＳＺ３２８４準拠）を用いる。プローブ１４１の位置は、上下方向、すなわち、サンプルステージ１１０に対して垂直な方向に制御可能である。電圧印加の下で、シリコンウエハ１３０を接着デバイス２０に押し当て、その後、引き上げることで、接着デバイス２０の粘着力を評価する。

図９の（Ａ）で、シリコンウエハ１３０を接着デバイス２０の表面に押し当てて、所定の荷重（押し込み荷重）をかける。その時に陽極側に形成されていた接着体がシリコンウエハ１３０と接着される。

図９の（Ｂ）で、接着デバイス２０に押しつけられていたシリコンウエハ１３０は一定の押し込み荷重に達した後プローブ１４１は接着デバイス２０から離脱の方向に動く。その際に高分子材料の粘着性によりプローブ１４１に抵抗力が生じる。図９の（Ｃ）で、高分子材料の粘着力の限界を超えると、シリコンウエハ１３０は高分子材料層２１から引き離され、プローブ１４１にかかる荷重はなくなる（荷重＝０N）。この過程までのプローブ１４１にかかる抵抗力が高分子材料の粘着力として検知される。

図１０は、試験装置を用いた接着デバイス２０の粘着力の測定結果の一例である。横軸は時間（秒）、縦軸は、シリコンウエハ１３０から接着デバイス２０にかかる荷重（Ｎ）である。荷重はプローブ１４１によって測定される。

区間（Ａ）は図９の（Ａ）に対応し、プローブ１４１にかかる荷重は、指定荷重まで増大する。

区間（Ｂ）では、指定荷重まで押し込んだ後プローブ１４１にかかる荷重を減少させていく。その後荷重０Nになるが高分子材料の粘着性による抵抗力によって押し込み荷重とは逆方向に荷重がかかる（荷重＜０N）。

区間（Ｃ）で、シリコンウエハ１３０は接着体１５から引き離されて、いっきに荷重がゼロに戻る。この抵抗力の最大値とゼロとの差を、粘着力として検知する。

図８に戻って、実施例１では、金属電極の表面を硝酸溶液処理して、陽極の表面に厚さ１０μｍの酸化物層を形成する。表面抵抗（Ω／ｃｍ^２）は３．０×１０^６である。高分子材料層に用いるＰＶＣの重合度は３７８０である。このサンプルの突出量は、１．０μｍであり、物体を接着保持することができる。粘着力は、０．０５Ｎである。接着性、剥離性ともに良好である。

実施例２では、陽極となる金属電極の表面にスパッタリングで絶縁層を形成する。絶縁層の厚さは０．２μｍであり、表面抵抗は、８００Ω／ｃｍ^２である。高分子材料層に用いるＰＶＣの重合度は３７８０である。このサンプルの突出量は、１．０μｍであり、物体を接着保持することができる。粘着力は、０．０５Ｎである。接着性、剥離性ともに良好である。

実施例３では、金属電極の表面を硝酸溶液処理して、陽極の表面に厚さ１０μｍの酸化物層を形成する。表面抵抗（Ω／ｃｍ^２）は３．０×１０^６である。高分子材料層に用いるＰＶＣの重合度は１２８０である。このサンプルの突出量は、４．７μｍであり、物体を接着保持することができる。粘着力は０．１０Ｎであり、実施例１、２よりも大きいが、接着性、剥離性ともに良好である。

参考例１は、陽極の表面に絶縁層が設けられていない。高分子材料層に用いるＰＶＣの重合度は３７８０である。このサンプルの突出量は、６．０μｍと大きく、物体を接着保持することができる。粘着力は０．２０Ｎであり、実施例１、２の４倍、実施例３の２倍である。接着性は良好であるが、剥離性は良くない。

参考例２は、陽極の表面に絶縁層が設けられていない。高分子材料層に用いるＰＶＣの重合度は１２８０である。このサンプルの突出量は、１０．０μｍと大きく、物体を接着保持することができる。粘着力は０．５０Ｎであり、実施例１、２の１０倍、実施例３の５倍である。接着性は良好であるが、剥離性は良くない。

図８の結果から、開口電極の表面に絶縁層が設けられている場合、電極表面への高分子材料の流動が抑制されるとともに、突出高さも抑制されることがわかる。ただし接着体１５が開口外部へ突出している（図４における変位がプラスの値）である限り、物体を接着保持できる。むしろ、参考例１，２のように接着体の突出量が大きいと、高分子材料が電極表面へ流動し残渣も発生しやすくなるため物体を剥離しにくくなる。

図１１Ａは、印加電圧と粘着力の関係を示す。横軸は印加電圧、縦軸は、粘着力を荷重として表している。上述したタッキング試験機を用い、低重合度のＰＶＣと高重合度のＰＶＣのそれぞれで粘着力を測定する。低重合度のＰＶＣは、分子量が１２８０である。高重合度のＰＶＣは、分子量が３７８０である。いずれも、可塑剤として、ＤＢＡが８３ｗｔ％添加されている。

印加電圧を０Ｖ～６００Ｖまで変化させると、重合度にかかわらず、電圧の増加にしたがって粘着力が増加する。高重合度のＰＶＣと低重合度のＰＶＣを比較すると、低重合度のＰＶＣのほうが、同じ印加電圧で粘着力が高い。これは図８の測定結果と一致する。重合度が高くなると高分子鎖が絡まりにくい状態となり、低重合度のＰＶＣと比較して、シリコンチップに対する接着性が弱くなるためと考えられる。

電圧を制御することで、接着デバイスの粘着力を制御可能である。接着デバイスを移載装置１００に適用する場合、搬送する物体の大きさ、重さ、形状などに応じて、接着デバイス２０に適切な粘着力を付与することが可能である。接着デバイス２０の接着力は、用いる高分子材料がもつ粘着性にも依存するので、高分子材料と印加電圧の組み合わせを適切に設計することで、搬送される物体に応じて、最適な粘着力を設定することができる。

図１１Ｂは、接着体の突出量と粘着力の関係を示す。接着体１５の突出量は、高分子材料層１１に用いられる高分子材料の重合度に影響されることがわかる。高分子材料の重合度が小さいほうが、突出変位量が大きく、粘着力が増大する。ただし、重合度の小さい高分子材料を用いた接着デバイスでも、開口電極の表面に絶縁層１６を形成することにより電極表面への高分子材料への流動がなくなり残渣が発生しにくい。そのため、物体の剥離を容易にすることができる。

接着体の突出変位が多いほど、粘着力は高くなる。接着体１５の突出量は、高分子材料の重合度、印加電圧に依存するほか、第１電極に形成される開口のサイズにも依存する。搬送する物体の大きさ、重さ、形状等に応じて第１電極の開口１４のサイズ、形状を最適に設計することで、より正確に物体の移載を制御することができる。

たとえば、図６Ａ及び図６Ｂの移載装置１００を用いる場合、５ｍｍ×５ｍｍに切断された半導体チップ７１は、２０ｍｍ幅のＪＩＳ規格のダイシングテープ７２で仮固定されている。ダイシングテープ７２の粘着力は約０．０４Ｎ／５ｍｍになる。

接着デバイス２０で、半導体チップ７１をダイシングテープ７２から剥離してピックアップするには、接着体１５が０．０４Ｎを超える粘着力を持てばよい。図８の実施例１～２の高重合ＰＶＣを用いる場合も、実施例３の低重合度ＰＶＣを用いる場合も、シリコンチウエハをピックアップすることができる。参考例１、２も十分な接着力で半導体チップ７１を接着保持できるが、電極表面へ高分子材料が流動し、半導体チップ７１との接触面積が増加して接着力が増加するため、半導体チップ７１を剥離することができない。

実施形態の接着デバイス１０、及び２０は、保持対象の物体の種類、性質を問わず、選択的に物体を保持、または剥離することができ、かつ再現性よく使用可能である。物体電極層２３に開口ごとの電極パターンを設ける場合は、電圧の印加を開口ごとに制御して、所望の開口部分でだけ接着力を変化させることができる。これにより、効率的な移載が実現される。

１０、２０接着デバイス
１１、２１高分子材料層
１２、２２第２電極
１３、２３電極層
１５、２５接着体
１６、２６絶縁層
１７、２７第１電極
１９、２９主面
３１駆動手段
３３制御手段
１００移載装置

Claims

電圧の制御により接着力が変化する主面を備え
主面側に位置する、少なくとも一つの開口を有する第１電極と、
前記第１電極と対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極の間に設けられる高分子材料層と、
を有し、
前記第１電極は、前記主面側に絶縁層を有する、
接着デバイス。
前記高分子材料層は粘着性を有し、
前記電圧の印加により前記主面に前記高分子材料層の一部が現れて接着力が増大する、
請求項１に記載の接着デバイス。
前記高分子材料層は、前記電圧の印加がオフのときに前記主面から前記開口の中に後退する、請求項２に記載の接着デバイス。
前記第１電極は、複数の前記開口を有しており、
前記電圧の印加は、前記開口ごとに独立して制御可能である、
請求項１～３のいずれか１項に記載の接着デバイス。
請求項１に記載の接着デバイスと、
前記接着デバイスを第１の位置と第２の位置の間で移動する駆動手段と、
前記接着デバイスへの電圧印加を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記接着デバイスへの前記電圧印加を制御して前記主面における接着力を変化させて、前記第１の位置と前記第２の位置の間で物体を搬送する、
移載装置。
前記高分子材料層は粘着性を有し、前記接着デバイスは、前記電圧の印加により前記主面に前記高分子材料層の一部が現れて接着力が増大し、
前記制御手段は、前記第１の位置で前記電圧を印加して前記主面で前記物体を保持し、前記第２の位置で前記電圧の印加をオフにして前記物体を離す、
請求項５に記載の移載装置。