JP2023144225A - 転写装置および転写方法 - Google Patents

Abstract

【課題】素子を位置精度良く転写することができる転写装置および転写方法を提供する。
【解決手段】転写基板２２に保持された素子２１を被転写基板２３へ転写する転写装置１０であって、素子２１を挟んで転写基板２２と被転写基板２３とが対向した状態において転写基板２２を通して素子２１に向けて活性エネルギー線１１を照射し、素子２１を転写基板２２から剥離させて被転写基板２３へ移動させる、エネルギー照射部１２を有し、エネルギー照射部１２は、１つの素子２１の剥離にかかる活性エネルギー線１１の照射領域において付与するエネルギーの時間積分値と活性エネルギー線１１の照射タイミングの少なくとも一方が偏りを有するように照射領域に活性エネルギー線１１を照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光エネルギーを転写基板に照射し、レーザリフトオフにより素子を被転写基板へ転写する、転写装置および転写方法に関する。

近年、半導体チップはコスト低減のために小型化され、この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。この小型化したチップを高速で実装するにあたり、転写基板に接合されたチップの転写基板との接合面へレーザを照射することによってアブレーションを生じさせ、チップを転写基板から剥離、付勢させて被転写基板へと転写する、いわゆるレーザリフトオフなる手法が採用されている。

特許文献１には、アブレーション技術を用いて素子を転写する素子の転写装置が開示されている。この素子の転写装置では、レーザビームを発生させるレーザ光源と、そのレーザ光源からのレーザビームを所要の方向に反射させる反射手段と、その反射手段と連動してレーザビームの照射及び非照射を制御する制御手段とを有するレーザ照射装置を用いて、転写元基板上に複数配列された素子の一部に対してレーザビームを選択的に照射し、アブレーション（溶発）を発生させる。この選択的なアブレーションによって素子の一部が転写先基板上に転写される。すなわち、レーザリフトオフにより素子が転写元基板から転写先基板へ転写される。

特開２００６－０４１５００号公報

しかし、上記のレーザリフトオフを利用して転写元基板から転写先基板への素子の転写を行った場合、図６に鎖線で示す転写先基板上の目標位置９２へ精度良く素子９１を転写できない可能性があるという問題があった。具体的には、転写元基板に設けられた素子９１を粘着保持する粘着層の保持力やレーザビームの照射強度にむらがあった場合に、そのむらが微小であっても、転写元基板から離れた瞬間の素子９１の移動速度や移動方向に差が生じ、その結果、目標位置９２へ精度良く素子９１を転写できないという問題があった。

本願発明は、上記問題点を鑑み、素子を位置精度良く転写することができる転写装置および転写方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の転写装置は、転写基板に保持された素子を被転写基板へ転写する転写装置であって、素子を挟んで前記転写基板と前記被転写基板とが対向した状態において前記転写基板を通して素子に向けて活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させて前記被転写基板へ移動させる、エネルギー照射部を有し、前記エネルギー照射部は、前記転写基板における１つの素子の保持領域において付与するエネルギーの時間積分値と活性エネルギー線の照射タイミングの少なくとも一方が偏りを有するように素子の前記保持領域に活性エネルギー線を照射することを特徴としている。

この転写装置により、転写基板から素子が剥離する際に素子の保持面に作用する力に意図的に偏りを持たせることができ、その偏りが素子の保持力や活性エネルギー線の強度のばらつきの影響を無視できるほどに大きければ、結果的に素子の挙動を均一にすることができる。

また、前記エネルギー照射部から照射される活性エネルギー線が照射面に付与するエネルギーの強度分布が非対称であることにより、前記保持領域に対して付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有すると良い。

また前記エネルギー照射部が活性エネルギー線の中心軸が素子の中心からずれるよう、素子の近傍に活性エネルギー線を照射することにより、前記保持領域に対して付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有しても良い。

また、前記エネルギー照射部が前記保持領域において付与するエネルギーの時間積分値と活性エネルギー線の照射タイミングの少なくとも一方が偏りを有するように素子の近傍に活性エネルギー線を照射した結果、活性エネルギー線の照射方向と交わる方向への所定のオフセットを与えつつ前記転写基板から前記被転写基板へ素子を移動させても良い。

また、上記課題を解決するために本発明の転写方法は、転写基板に保持された素子を被転写基板へ転写する転写方法であって、素子を挟んで前記転写基板と前記被転写基板とが対向した状態において前記転写基板を通して素子に向けて活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させて前記被転写基板へ移動させる、エネルギー照射工程を有し、前記エネルギー照射工程では、前記転写基板における１つの素子の保持領域において付与するエネルギーの時間積分値と活性エネルギー線の照射タイミングの少なくとも一方が偏りを有するように前記保持領域に活性エネルギー線を照射することを特徴としている。

この転写方法により、転写基板から素子が剥離する際に素子の保持面に作用する力に意図的に偏りを持たせることができ、その偏りが素子の保持力や活性エネルギー線の強度のばらつきの影響を無視できるほどに大きければ、結果的に素子の挙動を均一にすることができる。

本発明の転写装置および転写方法により、素子を位置精度良く転写することができる。

本発明の一実施形態における転写装置を説明する図である。 本発明の一実施形態における転写方法を説明する図である。 本実施形態の転写方法による素子の移動形態を説明する図である。 本発明の他の実施形態における転写方法を説明する図である。 本発明の他の実施形態における転写方法を説明する図である。 従来の転写方法による素子の転写結果を説明する図である。

本発明の一実施形態における転写装置について、図１を参照して説明する。

転写装置１０は、レーザ光１１を照射するレーザ照射部１２、転写基板２２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把持部１３、転写基板把持部１３の下側にあって転写基板２２と隙間を有して対向するように被転写基板２３を保持する被転写基板把持部１４、および図示しない制御部を備えており、転写基板２２にレーザ光１１を照射することによって転写基板でアブレーションを生じさせ、転写基板２２から被転写基板２３へ素子２１を転写する。

レーザ照射部１２は、本発明におけるエネルギー照射部の一実施形態であり、活性エネルギー線である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、転写装置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、転写基板把持部１３に保持された転写基板２２に複数配置されている素子２１に選択的に照射する。レーザ光１１が転写基板２２を通して素子２１近傍に入射することによって、転写基板２２と素子２１との間で活性エネルギー（光エネルギー）の付与によるアブレーションが生じ、このアブレーションによって素子２１は付勢され、転写基板２２から被転写基板２３へ素子２１が転写される。なお、本説明では素子２１はＬＥＤなどの半導体チップであり、以降、チップ２１とも呼ぶ。また、チップ２１の一方の面には、図２（ａ）に示すように配線基板との導通を得るためのバンプ２１ａが設けられている。本説明では、バンプ２１ａが設けられている方のチップ２１の面をバンプ面とも呼ぶ。

転写基板把持部１３は開口を有し、転写基板２２の外周部近傍を吸着把持する。転写基板把持部１３に保持された転写基板２２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。

転写基板２２は、ガラスなどを材料としてレーザ光１１を透過することが可能な基板であり、下面側でチップ２１を保持する。また、この転写基板２２のチップ２１を保持する面には図２（ａ）に示すようにアブレーション層２４が形成されており、このアブレーション層２４の表面は粘着性を有する。このアブレーション層２４の表面の粘着力がチップ２１の保持力となり、チップ２１を粘着保持する。

また、転写基板把持部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把持部１４に対して相対移動する。図示しない制御部がこの移動機構を制御し、転写基板把持部１３の位置を調節することにより、転写基板２２に保持されたチップ１の被転写基板２３に対する相対位置を調節することができる。

被転写基板把持部１４は、上面に平坦面を有し、チップ２１の転写工程中、転写基板２２のアブレーション層２４およびアブレーション層２４が保持するチップ２１と被転写基板２３の被転写面が対向するように被転写基板２３を把持する。この被転写基板把持部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２３の裏面（チップ１が転写されない方の面）を把持する。

ここで、本実施形態における被転写基板２３は、ガラスなどを材料とする基板であり、被転写面（チップ２１を受ける側の面）は粘着性を有し、転写基板２２から転写されたチップ２１を粘着保持する。

なお、本実施形態では、転写基板把持部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把持部１３と被転写基板把持部１４とが相対移動する形態をとっているが、被転写基板２３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２３の全面が位置できない場合には、被転写基板把持部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。

以上の構成を有する転写装置１０による本発明にかかるチップ２１の転写方法を図２で説明する。図２（ａ）は、チップ２１へのレーザ光１１の照射形態の正面図であり、図２（ｂ）は、チップ２１近傍に照射されるレーザ光１１の強度分布を示すグラフである。

転写基板２２のチップ２１を保持する面には、上述の通りアブレーション層２４が形成されている。このアブレーション層２４は、表面に粘着性を有しているとともに、レーザ光１１が照射されることによりアブレーションが生じる性質を有している。このアブレーション層２４に、チップ２１はバンプ面と反対側の面である平坦面が粘着保持されている。以降、本説明ではバンプ面の反対面側を裏面側とも呼ぶ。

ここで、チップ２１を挟んで転写基板２２と被転写基板２３とが対向した状態において転写基板２２を通してチップ２１に向けてレーザ光１１が照射され、アブレーション層２４におけるチップ２１を粘着保持している部分（すなわち、チップ２１の近傍）にレーザ光１１が照射されることによって、アブレーション層２４の材料が分解され、ガスが発生する。このアブレーション層２４の材料の分解およびガスの発生により、チップ２１は転写基板２２から剥離するとともに付勢され、被転写基板２３の方へ移動する。すなわち、レーザリフトオフが実施される。

ここで、本実施形態では、図２（ｂ）に示すようにレーザ照射部１２から照射されるレーザ光１１がチップ２１近傍の照射領域（チップ２１の保持領域）に付与するエネルギーの強度分布が非対称となっている。このような非対称の強度分布を有するレーザ光１１を所定時間照射することにより、１つのチップ２１の剥離にかかるレーザ光１１の照射領域に対して付与するエネルギーの時間積分値に偏りが生じる。

このように１つのチップ２１の剥離にかかるレーザ光１１の照射領域に対して付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有することによって、転写基板２２からチップ２１が剥離する際にチップ２１の転写基板２２に保持される面に作用する力に意図的に偏りを持たせることができる。そして、その偏りがアブレーション層２４によるチップ２１の保持力やレーザ光１１の照射強度のばらつきよりも充分大きければ、これらの影響は無視可能であり、結果的にチップ２１の挙動を均一にすることができる。

図３に本実施形態での転写基板２２から被転写基板２３へのチップ２１の移動形態を示す。

図３に示す例では、転写基板２２からチップ２１が剥離する際にチップ２１の転写基板２２に保持される面に作用する力に意図的に偏りを持たせた結果、レーザ光１１の照射方向（Ｚ軸方向）に対してチップ２１はまっすぐに移動せず、レーザ光１１の照射方向と交わる方向（図３ではＸ軸方向）への所定のオフセットが与えられ、チップ２１は転写基板２２から被転写基板２３へ移動し、被転写基板２３の粘着層２５に粘着保持される。

このようにチップ２１がまっすぐ移動せずにオフセットを有して被転写基板２３に到達するとしても、図３に距離Ｄで示すようにオフセット値がアブレーション層２４によるチップ２１の保持力やレーザ光１１の照射強度のばらつきの影響が無視されて均一になっていれば、このオフセットをあらかじめ考慮して転写基板２２を配置させることによって結果的に位置精度良く被転写基板２３へチップ２１を転写することができる。

次に、本発明の他の実施形態におけるチップの転写方法を図４に示す。

図２に示す実施形態では、エネルギー照射部であるレーザ光源１２から照射されるレーザ光１１が照射領域に付与するエネルギーの強度分布が非対称であることにより、付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有するようにしていた。これに対し、本実施形態では、図４（ｂ）に示すようにレーザ光１１が照射領域に付与するエネルギーの強度分布が対称である一方、図４（ａ）に示すようにレーザ光１１の中心軸がチップ２１の中心軸からずれるよう照射されている。こうすることにより、図４（ｂ）にハッチングで示すようにチップ２１の剥離に寄与する部分（チップ２１の保持領域）においては付与するエネルギーの時間積分値に偏りを持たせることが可能であるため、転写基板２２からチップ２１が剥離する際にチップ２１の転写基板２２に保持される面に作用する力に意図的に偏りを持たせことができる。なお、この実施形態における対称なエネルギー強度分布を有するレーザ光１１とは、レーザ光１１の断面プロファイルがガウス分布を有するものであっても良く、また、フラットトップ形状を有するものであっても良い。また、レーザ光１１の横断面形状は未加工の丸形状であっても良く、また、マスクなどを通過させることによって矩形など丸形状以外に整形されていても良い。

次に、本発明のさらに他の実施形態におけるチップの転写方法を図５に示す。

本実施形態では、チップ２１を剥離させるためにレーザ光１１を照射する照射領域の大きさに対して照射面積が小さいレーザ光１１を複数回所定の順序で照射している。すなわち、１つの照射領域に対して照射タイミングに偏りを持たせてレーザ光１１を照射している。このように照射領域内でレーザ光１１の照射タイミングに偏りを持たせることにより、チップ２１が転写基板２２から剥離する直前ではチップ２１の転写基板２２と対向する面の一部のみがアブレーション層２４に保持された状態となり、転写基板２２からチップ２１が剥離する際にチップ２１の転写基板２２と対向する面の一部のみにアブレーションによる力が作用する。すなわち、転写基板２２と対向する面に作用する力に偏りを有している。この実施形態にてチップ２１を転写する場合、チップ２１が転写基板２２から剥離する直前においてチップ２１を粘着保持する面積は比較的小さく、それに応じて粘着保持力のばらつきによる影響も小さくなる。そのため、全面を粘着保持した状態から転写する場合と比較してチップ２１の転写位置精度を改善することができる。

以上の転写装置および転写方法により、素子を位置精度良く転写することが可能である。

ここで、本発明の転写装置および転写方法は、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、上記の説明では転写基板からチップが剥離する際にチップの転写基板に保持される面に作用する力に意図的に偏りを持たせた結果、レーザ光の照射方向に対してオフセットを持って被転写基板に転写されているが、必ずしもオフセットが生じなくても良い。

また、上記の説明では、チップの保持領域全体にレーザ光を照射し、かつ、１つの素子の保持領域において付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有するようにしているが、これに限らず、たとえば矩形のチップの保持領域のうち１つの角部近傍のみレーザ光を照射する、というように、保持領域の一部にのみ活性エネルギー線を照射することにより１つの素子の保持領域において付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有する状況を形成しても良い。

１０ 転写装置
１１ レーザ光（活性エネルギー線）
１２ レーザ光源（エネルギー照射部）
１３ 転写基板把持部
１４ 被転写基板把持部
１５ ガルバノミラー
１６ Ｆθレンズ
２１ チップ（素子）
２１ａ バンプ
２２ 転写基板
２３ 被転写基板
２４ アブレーション層
２５ 粘着層
９１ 素子
９２ 目標位置

Claims (5)

1. 転写基板に保持された素子を被転写基板へ転写する転写装置であって、
   素子を挟んで前記転写基板と前記被転写基板とが対向した状態において前記転写基板を通して素子に向けて活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させて前記被転写基板へ移動させる、エネルギー照射部を有し、
   前記エネルギー照射部は、前記転写基板における１つの素子の保持領域において付与するエネルギーの時間積分値と活性エネルギー線の照射タイミングの少なくとも一方が偏りを有するように素子の前記保持領域に活性エネルギー線を照射することを特徴とする、転写装置。
2. 前記エネルギー照射部から照射される活性エネルギー線が照射面に付与するエネルギーの強度分布が非対称であることにより、前記保持領域に対して付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有することを特徴とする、請求項１に記載の転写装置。
3. 前記エネルギー照射部が活性エネルギー線の中心軸が素子の中心からずれるよう、素子の近傍に活性エネルギー線を照射することにより、前記保持領域に対して付与するエネルギーの時間積分値が偏りを有することを特徴とする、請求項１に記載の転写装置。
4. 前記エネルギー照射部が前記保持領域において付与するエネルギーの時間積分値と活性エネルギー線の照射タイミングの少なくとも一方が偏りを有するように素子の近傍に活性エネルギー線を照射した結果、活性エネルギー線の照射方向と交わる方向への所定のオフセットを与えつつ前記転写基板から前記被転写基板へ素子を移動させ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転写装置。
5. 転写基板に保持された素子を被転写基板へ転写する転写方法であって、
   素子を挟んで前記転写基板と前記被転写基板とが対向した状態において前記転写基板を通して素子に向けて活性エネルギー線を照射し、素子を前記転写基板から剥離させて前記被転写基板へ移動させる、エネルギー照射工程を有し、
   前記エネルギー照射工程では、前記転写基板における１つの素子の保持領域において付与するエネルギーの時間積分値と活性エネルギー線の照射タイミングの少なくとも一方が偏りを有するように前記保持領域に活性エネルギー線を照射することを特徴とする、転写方法。

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