JP4701537B2 - 素子の転写方法及び画像表示装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子などの素子を転写する素子の転写方法に関するものであり、さらには、この転写方法を応用して微細加工された素子をより広い領域に転写する素子の配列方法、および画像表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種製品の小型化、高機能化に伴い、それを構成する内部素子の小型化、高集積化が急速に進んでいる。それに伴い、実装技術においても、微細な素子の取り扱い、あるいは超並列実装などの点で変革が求められている。例えば、数百万個の微細な（例えば３００μｍ角の）液晶素子を各画素とし、それをひとつづつ並べてディスプレイ装置として組み上げる研究が行われているが、従来の実装技術では素子が小さすぎるため取り扱いが困難であるし、また素子の数が多いために膨大な実装コストを要し現実的ではない。
【０００３】
そこで各素子を集積度高く形成し、各素子を広い領域に転写などによって離間させながら移動させ、画像表示装置などの比較的大きな表示装置を構成する技術が開発されており、例えば米国特許５４３８２４１号に記載される薄膜転写法や、特開平１１-１４２８７８号に記載される表示用トランジスタアレイパネルの形成方法などの技術が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような転写技術により画像表示装置を製造する場合、転写対象となる素子のみが選択的に、且つ確実に転写される必要がある。また、効率的な転写、精度の良い転写も要求される。
【０００５】
例えば、第一基板上に並べて形成された複数の素子を第二基板上に転写する場合、第一基板上において転写対象となる素子の位置を正確に把握し、これを確実に第二基板上に転写する必要がある。これを実現するためには、各素子の中にアライメントマークを形成するか、若しくは各素子の形状自体をアライメントマークとして各素子の位置決めして転写することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、前記方法のうち、素子の中に形成されたアライメントマークを用いる場合には、各素子の中に本来の機能には不必要なアライメントマークを形成しなければならず、その大きさの分だけ素子を形成する際に有効に使われる面積が小さくなるため製作コストが増大し、また素子自体も大型化するため製品の小型化が妨げられるという問題が生ずる。一方、各素子の形状自体をアライメントマークとする場合には、素子の形状が制約されるために素子本来の機能を設計する際に制約が生じ、設計に要するコストが増大する。
【０００７】
また、いずれの場合においても各素子の大きさが小さくなるほど個々の認識が困難になり、位置決めに高価な装置を必要とする。特に、各素子の大きさが１００μｍ程度以下になると、個々の素子を認識して転写する方法は現実的でない。さらに、大量の素子を個別に転写する場合、個々の素子のアライメントマークあるいは形状を認識しながら転写を行うと、極めて時間を要する工程となり、生産性を大きく損ない製造コストも著しく増大する。
【０００８】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、素子本来の機能や形状を制限することなく素子を位置決め可能とし、高速且つ安価に素子を転写することが可能な素子の転写方法を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば１００μｍ以下の微細な素子でも容易に精度良く転写することが可能な素子の転写方法を提供することを目的とする。さらには、基板上の素子のうち転写対象となる素子のみを確実に転写することができ、効率的且つ精度良く素子を拡大転写することが可能な素子の配列方法、画像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の素子の転写方法は、第一基板上に配列された素子を第二基板上に転写する転写方法において、上記第一基板上の素子が形成されていない領域に、位置合わせ用のアライメントマークを素子の形成と同時に形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として素子を第二基板上に転写することを特徴とする。
【００１０】
上記転写方法においては、上記アライメントマークを基準として各素子の転写が行われるので、精度の高い転写が実現される。このとき、各素子にアライメントマークを形成する必要がなく、各素子は本来の機能に必要な大きさで済む。また、転写の際に各素子の形状を認識する必要がなく、各素子の形状に制約が生ずることもない。さらに、アライメントマークの大きさには制約がなく、これを基準にすれば個々の検出が困難な微細な素子であっても容易に転写される。
【００１１】
また、本発明の素子の配列方法は、第一基板上に配列された複数の素子を第二基板上に配列する素子の配列方法において、前記第一基板上で前記素子が配列された状態よりは離間した状態となるように前記素子を転写して一時保持用部材に該素子を保持させる第一転写工程と、前記一時保持用部材に保持された前記素子をさらに離間して前記第二基板上に転写する第二転写工程を有し、上記第一転写工程においては、上記第一基板上の素子が形成されていない領域に位置合わせ用のアライメントマークを形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として素子を一時保持用部材上に転写することを特徴とするものである。上記配列方法においては、上記転写方法の利点をそのままに、素子の転写が効率的且つ確実に行われるので、素子間の距離を大きくする拡大転写を円滑に実施することができる。
【００１２】
さらに、本発明の画像表示装置の製造方法は、発光素子をマトリクス状に配置した画像表示装置の製造方法において、第一基板上で発光素子が配列された状態よりは離間した状態となるように前記発光素子を転写して一時保持用部材に前記発光素子を保持させる第一転写工程と、前記一時保持用部材に保持された前記発光素子をさらに離間して第二基板上に転写する第二転写工程と、前記各発光素子に接続させる配線を形成する配線形成工程とを有し、上記第一転写工程においては、上記第一基板上の発光素子が形成されていない領域に位置合わせ用のアライメントマークを形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として発光素子を一時保持用部材上に転写することを特徴とするものである。
【００１３】
上記画像表示装置の製造方法によれば、上記転写方法、配列方法によって発光素子がマトリクス状に配置され、画像表示部分が構成される。すなわち、密な状態すなわち集積度を高くして微細加工を施して作成された発光素子を、効率よく、且つ精度良く離間して再配置することができ、生産性が大幅に改善され製造コストも削減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した素子の転写方法、及び素子の配列方法、画像表示装置の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、基本となる素子の転写方法について詳述する。ここでは、サファイア基板（第一基板）上のＧａＮ発光素子を、紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤を塗布した第二基板に離間して転写し固定する場合を例にして説明する。
【００１５】
転写に際しては、先ず、素子が形成された第一基板と、ＵＶ硬化性接着剤を塗布した第二基板とを用意する。第一基板としては、例えばサファイア基板を用い、この上に例えばＧａＮ系の発光層を結晶成長させる。選択成長により素子を形成する場合には、サファイア基板上に選択的に成長したＧａＮ系の発光層がそのまま素子として使用される。このとき、サファイア基板の不要部分（素子が成長形成されない領域）にも例えば十字のパターンを成長させ、これをアライメントマークとする。ＧａＮ系の発光層を全面に成長させる場合には、成長後、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの手法により発光層をエッチングし、各素子に分離する。この各素子に分離する工程において、同じく素子が形成されない領域の発光層に十字のパターンをエッチングし、これをアライメントマークとする。
【００１６】
図１は、素子が形成された第一基板の一例を示すものである。図示の通り、第一基板（サファイア基板）１上には、所定形状（ここでは矩形状）のＧａＮ系発光層が素子２として配列形成されている。素子２は図１（ｂ）に示すようにマトリクス状に配列されており、本例ではその配列数は１２個×９個である。また、上記第一基板１の素子２が形成されない領域には、十字のパターンがアライメントマーク３として形成されている。このアライメントマーク３は、上記選択成長により形成した場合には、ＧａＮ系発光層が十字形状に成長したパターンとして、また全面成長及びエッチングにより形成した場合には、ＧａＮ系発光層が十字形状にエッチングされずに残ったパターンとして形成されている。いずれの場合にも、上記アライメントマーク３は、第一基板１の裏面側から透過して観察したときに、そのエッジをはっきりと認識することができる。一方、第二基板には、第一基板１と同様に例えばサファイア基板を用い、この上にＵＶ硬化性接着剤を例えばスピンコートなどにより塗布しておくが、ここでは図示は省略する。
【００１７】
上記第一基板１上の素子２を第二基板上に転写するには、レーザ照射によるレーザアブレーションを利用する。レーザアブレーションは、レーザ光を吸収した物質の急激な体積増加を利用して剥離する方法である。例えば、一般に、高分子物質は紫外光の吸収効率が高く、紫外線レーザを照射することで効率的にアブレーションを起こすことが知られている。素子２がＧａＮ系材料などの窒化物半導体からなる半導体素子である場合、レーザ光の照射によって素子２と第一基板１の界面でＧａＮ系材料に含まれる窒素がガス化し、素子２は第一基板１から分離される。
【００１８】
本例では、転写対象となる素子２に対応して開口部を形成したマスクを用い、第一基板１の裏面側からこのマスクを介してレーザ光を照射し、転写対象となる素子にのみ上記のレーザアブレーションを起こし、第一基板１から剥離して第二基板上に転写し、第二基板上のＵＶ硬化性接着剤を硬化してこれを固定する。
【００１９】
図２は、用いるマスクの一例を示すものである。マスク４は、第一基板１との最初の位置合わせ（原点出し）のためのアライメントマーク５と、第一基板１上の転写対象となる素子２にのみ選択的にエキシマレーザを照射するための開口部６とを有する。本例は、横方向に４倍に転写、縦方向に３倍に転写する場合のマスクの例である。第一基板１上の図中破線で囲まれる１２個の素子２が、マスク４の開口部６のうち図中左上の開口部６Ａを通過するエキシマレーザによって１つずつ第一基板１から選択的に剥離される。
【００２０】
上記マスク４を用いて第一基板１上の素子２を第二基板上に転写するには、実施に際しては、例えばこれらの相対位置を調整し、レーザ照射と紫外線照射を同時に行う転写装置を用いる。転写装置は、例えば図３に示すように、第一基板１をセットする第一ステージ１１、第二基板７をセットする第二ステージ１２、マスク４をセットするマスクステージ１３を備え、さらにはエキシマレーザを照射する光学系及びＵＶ照射手段を備える。
【００２１】
ここで、第一ステージ１１は、ＧａＮ系発光層からなる素子２が形成された面が図中下向きになるようにして上記第一基板１を真空吸着し、これを固定するものである。第二ステージ１２は、第二基板７のＵＶ硬化性接着剤形成面が図中上向きになるようにして真空吸着し、これを保持するものであり、上記第一ステージ１１に固定された第一基板１との相対位置（ｘ，ｙ方向）及び距離（ｚ方向）を変更する位置調整機構を有する。マスクステージ１３は、マスク４を真空吸着して保持するものであり、やはり上記第一ステージ１１に固定された第一基板１との相対位置（ｘ，ｙ方向）及び距離（ｚ方向）を変更する位置調整機構を有する。
【００２２】
エキシマレーザを照射する光学系は、レーザ光源（図示は省略する。）からのエキシマレーザの向きを変更する反射ミラー１４、マスクパターンを縮小投影するレンズ群１５、アライメントマークを検出するためのマーク検出機構１６、このマーク検出機構１６に対応して設置されるハーフミラー１７とから構成される。この光学系により、マスク４のマスクパターンに応じてエキシマレーザが第一基板１の裏面側から素子２に照射される。また、上記マーク検出機構１６により、上記第一基板１上のアライメントマークと上記マスク４のアライメントマークとを検出し、第一基板１とマスク４の最初の位置合わせ（原点出し）を行う。
【００２３】
上記転写装置を用いて第一基板１上の素子２を第二基板７上に転写するが、以下、その手順について説明する。転写に際しては、先ず、マスク４をマスクステージ１３にセットし、第一基板１、第二基板７を第一ステージ１１、第二ステージ１２にそれぞれセットする。そして、第二ステージ１２を調整して、第一基板１と第二基板７の相対位置（ｘ，ｙ，ｚ方向）を調整する。
【００２４】
次に、第一基板１とマスク４との位置合わせを行う。このとき、マスク４に形成された開口部６によって第一基板１から剥離される素子２が決まるので、これらを高精度に位置合わせする必要がある。例えば、マスク４の開口部６の位置が転写されるべき素子２の位置とずれている場合、他の素子２が不用意に剥離されたり、複数の素子２が剥離されるなどの不都合が生ずる。そこで、上記第一基板1上に形成されたアライメントマーク３と、マスク４に形成されたアライメントマーク５をマーク検出機構１６によって検出しながら、これらが一致するように第一基板１とマスク４を高精度に位置合わせする。第一基板１とマスク４の位置合わせは、このとき一度だけ行えばよく、以下の工程はこの位置を基準（原点）として行う。
【００２５】
上記位置合わせの後、これを原点として、１）マスクステージの移動、２）エキシマレーザの照射による素子の剥離、３）ＵＶ照射による第二基板上のＵＶ硬化性接着剤の硬化（剥離された素子の保持）、４）第二基板の交換（移動）という一連の工程を繰り返し行い、第一基板に配列された全ての素子を複数の第二基板上、あるいは第二基板の異なる領域上に離間して転写する。
【００２６】
これら一連の工程を図４を参照して説明する。図４に示すように、第一基板１上の素子２を第二基板７上に拡大転写するには、第一基板１上に配列される素子２のうち転写対象となる素子２のみにエキシマレーザを照射し、これを剥離するとともに、第二基板7上のＵＶ硬化性接着剤層８にＵＶ光を照射してこれを硬化し、転写された素子２を固定する。図４（ａ）は、第１のステップとして第一基板１上の素子２Ａのみを選択的に転写する工程を示している。先の転写装置において、アライメントマークを用いて正確に第一基板１とマスク４の位置合わせを行っているので、この第１のステップでは、マスク４の開口部６を通過したエキシマレーザは、転写対象となる素子２Ａにのみ照射される。その結果、第一基板１と素子２Ａの界面でレーザアブレーションが起こり、素子２Ａが第一基板１から剥離されて第二基板７上に転写される。
【００２７】
第２のステップでは、図４（ｂ）に示すように、マスク４を素子１つ分だけ移動し、レーザアブレーションによる転写を行う。このマスク４の移動は、上記最初の位置合わせ（原点出し）位置を基準にして機械的に行う。また、このとき第二基板７は、新たな基板に交換する。あるいは、第二基板７として第一基板１よりも面積の大きなものを用い、第１のステップとは異なる領域を第一基板１と対向させる。この第２のステップで転写されるのは、図４（ｂ）に示す通り、隣接する素子２Ｂである。
【００２８】
次いで、図４（ｃ）に示す第３のステップ、図４（ｄ）に示す第４のステップを行う。これら第３のステップや第４のステップにおいても、先の第２のステップと同様、マスク４を素子１つ分ずつ移動し、レーザアブレーションによる転写を繰り返す。第３のステップで転写されるのは素子２Ｃ、第４のステップで転写されるのは素子２Ｄである。以下、行を変えて同様のステップを繰り返す。
【００２９】
図１に示す第一基板１では、第一基板１上の図中破線で囲まれる１２個の素子２が、マスク４の開口部６のうち図中左上の開口部６Ａを通過するエキシマレーザによって１つずつ第一基板１から選択的に剥離され、第二基板７上に転写される。この一連の操作を示すものが図５である。図５（Ａ）に示すように第一基板１とマスク４の最初の位置合わせを行って素子２Ａを転写した後、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）に示すように、マスク４を素子１つ分ずつ移動して素子２Ｂ、素子２Ｃ、素子２Ｄを順次転写する。次に、マスク４を図中下方に一行分ずらし、同様の転写を繰り返す。図５（Ｅ）〜図５（Ｈ）に示すステップでは、それぞれ素子２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈが転写される。以下、同様のマスク４の移動を行い、図５（Ｉ）〜図５（Ｌ）に示すステップで、素子２Ｉ、素子２Ｊ、素子２Ｋ、素子２Ｌの転写を行う。以上により、横方向に４倍、縦方向に３倍の拡大転写が行われる。
【００３０】
以上が本発明の基本的な転写方法の一例であるが、かかる転写方法によれば、各素子２にアライメントマークを形成する必要がないため、各素子２は本来の機能に必要な大きさで済み、材料を有効利用することができ、素子を形成する際の製作コストを低減することができる。また、素子２の小型化により、それを用いる製品自体の省資源化及び小型化を実現することができる。例えば、図６に示すように、各素子２の中にアライメントマークＭＫを形成すると、有効に使える面積は斜線領域に限られる。
【００３１】
また、本発明の転写方法では、転写の際に各素子２の形状を認識する必要がないため、各素子２の形状に制約が生ずることはない。したがって、素子２の設計コストを低減することができる。例えば、図７に示すように、各素子２に切り込みＫＫを入れ、素子２の形状自体を検出し、すなわち上記切り込みＫＫをアライメントマークとして利用し転写を行う場合には、素子２の形状に制約が生ずる。
【００３２】
さらに、本発明の転写方法では、アライメントマーク３がアライメントに必要な大きさをもっていれば良いので、通常の装置では検出が困難な１００μｍ以下の極めて小さな素子であっても個々に転写することが可能である。また、大量の素子２を個別に転写する場合にも、個々の素子２の位置決めをせずに実施することが可能であるため、転写速度を向上し製作コストを低減することができる。
【００３３】
なお、上記の例では、十字形状のアライメントマーク３を素子２とは別に形成しているが、図８に示すように、素子の配列自体をアライメントマークとして利用することも可能である。例えば、４つの素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を図８に示すように配置したときに、これらの素子のエッジで囲まれる領域（図中斜線領域）は、十字形状となる。そこで、この領域（素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のエッジ）をアライメントマークとして使用する。この場合、アライメントマークを別途形成する必要がなく、工程をさらに簡略化することができる。
【００３４】
次に、上記転写方法の応用例として、二段階拡大転写法による素子の配列方法及び画像表示装置の製造方法について説明する。本例では、先ず、高集積度をもって第一基板上に作成された素子を第一基板上で素子が配列された状態よりは離間した状態となるように一時保持用部材に転写し、次いで一時保持用部材に保持された前記素子をさらに離間して第二基板上に転写する二段階の拡大転写を行う。なお、本例では転写を２段階としているが、素子を離間して配置する拡大度に応じて転写を三段階やそれ以上の多段階とすることもできる。
【００３５】
図９は二段階拡大転写法の基本的な工程を示す図である。まず、図９の(a)に示す第一基板２０上に、例えば発光素子のような素子２２を密に形成する。素子を密に形成することで、各基板当たりに生成される素子の数を多くすることができ、製品コストを下げることができる。第一基板２０は例えば半導体ウエハ、ガラス基板、石英ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板などの種々素子形成可能な基板であるが、各素子２２は第一基板２０上に直接形成したものであっても良く、他の基板上で形成されたものを配列したものであっても良い。
【００３６】
次に図９の(b)に示すように、第一基板２０から各素子２２が図中破線で示す一時保持用部材２１に転写され、この一時保持用部材２１の上に各素子２２が保持される。ここで隣接する素子２２は離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子２２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。このとき離間される距離は、特に限定されず、一例として後続の工程での樹脂部形成や電極パッドの形成を考慮した距離とすることができる。一時保持用部材２１上に第一基板２０から転写した際に第一基板２０上の全部の素子が離間されて転写されるようにすることができる。この場合には、一時保持用部材２１のサイズはマトリクス状に配された素子１２の数（ｘ方向、ｙ方向にそれぞれ）に離間した距離を乗じたサイズ以上であれば良い。また、一時保持用部材２１上に第一基板２０上の一部の素子が離間されて転写されるようにすることも可能である。
【００３７】
このような第一転写工程の後、図９の(c)に示すように、一時保持用部材２１上に存在する素子２２は離間されていることから、各素子２２毎に素子周りの樹脂の被覆と電極パッドの形成が行われる。素子周りの樹脂の被覆は電極パッドを形成し易くし、次の第二転写工程での取り扱いを容易にするなどのために形成される。電極パッドの形成は、後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、その際に配線不良が生じないように比較的大き目のサイズに形成されるものである。なお、図９の(c)には電極パッドは図示していない。各素子２２の周りを樹脂２３が覆うことで樹脂形成チップ２４（本発明の表示素子に相当する。）が形成される。素子２２は平面上、樹脂形成チップ２４の略中央に位置するが、一方の辺や角側に偏った位置に存在するものであっても良い。
【００３８】
次に、図９の(d)に示すように、第二転写工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部材２１上でマトリクス状に配される素子２２が樹脂形成チップ２４ごと更に離間するように第二基板２５上に転写される。
【００３９】
第二転写工程においても、隣接する素子２２は樹脂形成チップ２４ごと離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子２２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。第二転写工程のよって配置された素子の位置が画像表示装置などの最終製品の画素に対応する位置であるとすると、当初の素子２２間のピッチの略整数倍が第二転写工程によって配置された素子２２のピッチとなる。ここで第一基板２０から一時保持用部材２１での離間したピッチの拡大率をｎとし、一時保持用部材２１から第二基板２５での離間したピッチの拡大率をｍとすると、略整数倍の値ＥはＥ＝ｎｘｍであらわされる。拡大率ｎ、ｍはそれぞれ整数であっても良く、整数でなくともＥが整数となる組み合わせ（例えばｎ＝2.4でｍ＝5）であれば良い。
【００４０】
第二基板２５上に樹脂形成チップ２４ごと離間された各素子２２には、配線が施される。この時、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。この配線は例えば素子２２が発光ダイオードなどの発光素子の場合には、ｐ電極、ｎ電極への配線を含み、液晶制御素子の場合は、選択信号線、電圧線や、配向電極膜などの配線等を含む。
【００４１】
図９に示した二段階拡大転写法においては、第一転写後の離間したスペースを利用して電極パッドや樹脂固めなどを行うことができ、そして第二転写後に配線が施されるが、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。従って、画像表示装置の歩留まりを向上させることができる。また、本例の二段階拡大転写法においては、素子間の距離を離間する工程が２工程であり、このような素子間の距離を離間する複数工程の拡大転写を行うことで、実際は転写回数が減ることになる。すなわち、例えば、ここで第一基板２０から一時保持用部材２１での離間したピッチの拡大率を２（ｎ＝２）とし、一時保持用部材２１から第二基板２５での離間したピッチの拡大率を２（ｍ＝２）とすると、仮に一度の転写で拡大した範囲に転写しようとしたときでは、最終拡大率が２×２の４倍で、その二乗の１６回の転写すなわち第一基板のアライメントを１６回行う必要が生ずるが、本例の二段階拡大転写法では、アライメントの回数は第一転写工程での拡大率２の二乗の４回と第二転写工程での拡大率２の二乗の４回を単純に加えただけの計８回で済むことになる。即ち、同じ転写倍率を意図する場合においては、（ｎ＋ｍ）２＝ｎ２＋２ｎｍ＋ｍ２であることから、必ず２ｎｍ回だけ転写回数を減らすことができることになる。従って、製造工程も回数分だけ時間や経費の節約となり、特に拡大率の大きい場合に有益となる。
【００４２】
次に、上記二段階拡大転写法において表示素子として用いられる樹脂形成チップ２４について説明する。図１０及び図１１に示すように、樹脂形成チップ２４は略平板上でその主たる面が略正方形状とされる。この樹脂形成チップ２４の形状は樹脂２３を固めて形成された形状であり、具体的には未硬化の樹脂を各素子２２を含むように全面に塗布し、これを硬化した後で縁の部分をダイシング等で切断することで得られる形状である。
【００４３】
略平板状の樹脂２３の表面側と裏面側にはそれぞれ電極パッド２６，２７が形成される。これら電極パッド２６，２７の形成は全面に電極パッド２６，２７の材料となる金属層や多結晶シリコン層などの導電層を形成し、フォトリソグラフィー技術により所要の電極形状にパターンニングすることで形成される。これら電極パッド２６，２７は発光素子である素子２２のｐ電極とｎ電極にそれぞれ接続するように形成されており、必要な場合には樹脂２３にビアホールなどが形成される。
【００４４】
ここで電極パッド２６，２７は樹脂形成チップ２４の表面側と裏面側にそれぞれ形成されているが、一方の面に両方の電極パッドを形成することも可能である。電極パッド２６，２７の位置が平板上ずれているのは、最終的な配線形成時に上側からコンタクトをとっても重ならないようにするためである。電極パッド２６，２７の形状も正方形に限定されず他の形状としても良い。
【００４５】
このような樹脂形成チップ２４を構成することで、素子２２の周りが樹脂２３で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド２６，２７を形成できるとともに素子２２に比べて広い領域に電極パッド２６，２７を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、比較的大き目のサイズの電極パッド２６，２７を利用した配線を行うことで、配線不良が未然に防止される。
【００４６】
上記素子２２はＧａＮ系の発光ダイオードであり、たとえばサファイア基板上に結晶成長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダイオードでは、基板を透過するレーザ照射によってレーザアブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象にともなってサファイア基板とＧａＮ系の成長層の間の界面で膜剥がれが生じ、素子分離を容易なものにできる特徴を有している。
【００４７】
その構造については、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層３１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３２が形成されている。なお、下地成長層３１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層３２はその絶縁膜を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成される。このＧａＮ層３２は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。このＧａＮ層３２の傾斜したＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層３２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層３３が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層３４が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層３４もクラッドとして機能する。
【００４８】
このような発光ダイオードには、上記電極パッド２６，２７と接続されるｐ電極３５とｎ電極３６が形成されている。ｐ電極３５はマグネシウムドープのＧａＮ層３４上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極３６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。なお、下地成長層３１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合は、ｎ電極３６の形成は下地成長層３１の表面側には不要となる。
【００４９】
このような構造のＧａＮ系の発光ダイオードは、青色発光も可能な素子であって、特にレーザアブレーションよって比較的簡単にサファイア基板から剥離することができ、レーザビームを選択的に照射することで選択的な剥離が実現される。なお、ＧａＮ系の発光ダイオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成される構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角錐構造のものであっても良い。また、他の窒化物系発光素子や化合物半導体素子などであっても良い。
【００５０】
次に、図１３から図１９までを参照しながら、図９に示す発光素子の配列方法の具体的手法について説明する。先ず、図１３に示すように、第一基板４１の主面上には複数の発光ダイオード４２がマトリクス状に形成されている。発光ダイオード４２の大きさは約２０μｍ程度とすることができる。第一基板４１の構成材料としてはサファイア基板などのように光ダイオード４２に照射するレーザの波長の透過率の高い材料が用いられる。発光ダイオード４２にはｐ電極などまでは形成されているが最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝４２ｇが形成されていて、個々の発光ダイオード４２は分離できる状態にある。この溝４２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。また、上記第一基板４１の発光ダイオード４２が形成されていない領域には、配列される発光ダイオード４２の位置合わせの基準となるアライメントマーク４０が形成されている。このアライメントマーク４０は、例えば十字形状のパターンとして形成される。このような第一基板４１を一時保持用部材４３に対峙させて図１３に示すように選択的な転写を行う。
【００５１】
一時保持用部材４３の第一基板４１に対峙する面には剥離層４４と接着剤層４５が２層になって形成されている。ここで一時保持用部材４３の例としては、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができ、一時保持用部材４３上の剥離層４４の例としては、フッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができる。また一時保持用部材４３の接着剤層４５としては紫外線（ＵＶ）硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤のいずれかからなる層を用いることができる。一例としては、一時保持用部材４３として石英ガラス基板を用い、剥離層４４としてポリイミド膜４μｍを形成後、接着剤層４５としてのＵＶ硬化型接着剤を約２０μｍ厚で塗布する。
【００５２】
一時保持用部材４３の接着剤層４５は、硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するように調整され、未硬化領域４５ｙに選択転写にかかる発光ダイオード４２が位置するように位置合わせされる。硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するような調整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露光機にて選択的に２００μｍピッチでＵＶ露光し、発光ダイオード４２を転写するところは未硬化でそれ以外は硬化させてある状態にすればよい。このようなアライメントの後、転写対象位置の発光ダイオード４２に対しレーザを第一基板４１の裏面から照射し、当該発光ダイオード４２を第一基板４１からレーザアブレーションを利用して剥離する。ＧａＮ系の発光ダイオード４２はサファイアとの界面で金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザとしてはエキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザなどが用いられる。
【００５３】
このとき、上記アライメントマーク４０を発光ダイオード４２の位置決めの基準としてレーザ照射を行い、転写対象となる発光ダイオード４２のみをレーザアブレーションにより剥離し、一時保持用部材４３上に転写する。具体的には、上記アライメントマーク４０とレーザを選択的に照射するためのマスク（図示は省略する。）に設けられたアライメントマークとを用い、第一基板４１とマスクとの最初の位置合わせ（原点出し）をし、順次発光ダイオード４２にレーザ光を照射してこれを剥離する。この場合の転写方法は、先の図４あるいは図５に示すプロセスと同様である。また、本例では、図１４に示すように、上記アライメントマーク４０もレーザアブレーションにより剥離し一時保持用部材４３上に転写する。これは、後の転写工程においてもアライメントマークとして利用するためである。
【００５４】
このレーザアブレーションを利用した剥離によって、選択照射にかかる発光ダイオード４２はＧａＮ層と第一基板４１の界面で分離し、反対側の接着剤層４５にｐ電極部分を突き刺すようにして転写される。他のレーザが照射されない領域の発光ダイオード４２については、対応する接着剤層４５の部分が硬化した領域ｓであり、レーザも照射されていないために、一時保持用部材４３側に転写されることはない。なお、図１３では１つの発光ダイオード４２だけが選択的にレーザ照射されているが、ｎピッチ分だけ離間した領域においても同様に発光ダイオード４２はレーザ照射されているものとする。このような選択的な転写によっては発光ダイオード４２第一基板４１上に配列されている時よりも離間して一時保持用部材４３上に配列される。
【００５５】
発光ダイオード４２は一時保持用部材４３の接着剤層４５に保持された状態で、発光ダイオード４２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、発光ダイオード４２の裏面には樹脂（接着剤）がないように除去、洗浄されているため、図１４に示すように電極パッド４６を形成すれば、電極パッド４６は発光ダイオード４２の裏面と電気的に接続される。
【００５６】
接着剤層４５の洗浄の例としては酸素プラズマで接着剤用樹脂をエッチング、ＵＶオゾン照射にて洗浄する。かつ、レーザにてＧａＮ系発光ダイオードをサファイア基板からなる第一基板４１から剥離したときには、その剥離面にＧａが析出しているため、そのＧａをエッチングすることが必要であり、ＮａＯＨ水溶液もしくは希硝酸で行うことになる。その後、電極パッド４６をパターニングする。このときのカソード側の電極パッドは約６０μｍ角とすることができる。電極パッド４６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系など）もしくはＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの材料を用いる。透明電極の場合は発光ダイオードの裏面を大きく覆っても発光をさえぎることがないので、パターニング精度が粗く、大きな電極形成ができ、パターニングプロセスが容易になる。
【００５７】
上記電極パッド４６の形成の後、ダイシングプロセスにより発光ダイオード４２毎に硬化した接着剤層４５を分断し、各発光ダイオード４２に対応した樹脂形成チップとする。ここで、ダイシングプロセスは、機械的手段を用いたダイシング、あるいはレーザビームを用いたレーザダイシングにより行う。ダイシングによる切り込み幅は画像表示装置の画素内の接着剤層４５で覆われた発光ダイオード４２の大きさに依存するが、例えば２０μｍ以下の幅の狭い切り込みが必要なときには、上記レーザビームを用いたレーザによる加工を行うことが必要である。このとき、レーザビームとしては、エキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザなどを用いることができる。
【００５８】
図１５は一時保持用部材４４から発光ダイオード４２及びアライメントマーク４０を第二の一時保持用部材４７に転写し、発光ダイオード４２のアノード電極（ｐ電極）側のビアホール５０を形成した後、アノード側電極パッド４９を形成し、樹脂からなる接着剤層４５をダイシングした状態を示している。このダイシングの結果、素子分離溝５１が形成され、発光ダイオード４２は素子ごとに区分けされたものになる。素子分離溝５１はマトリクス状の各発光ダイオード４２を分離するため、平面パターンとしては縦横に延長された複数の平行線からなる。素子分離溝５１の底部では第二の一時保持用部材４７の表面が臨む。第二の一時保持用部材４７は、一例としてプラスチック基板にＵＶ粘着材が塗布してある、いわゆるダイシングシートであり、ＵＶが照射されると粘着力が低下するものを利用できる。
【００５９】
このプロセスの例として、接着剤層４５の表面を酸素プラズマで発光ダイオード４２の表面が露出してくるまでエッチングする。ビアホール５０の形成は、やはりエキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザなどを用いて行う。このとき、ビアホールは約３〜７μｍの径を開けることになる。アノード側電極パッドはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。ダイシングプロセスは上記の通り、レーザビームを用いたダイシングにより行う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の樹脂からなる接着剤層４５で覆われた発光ダイオード４２の大きさに依存する。一例として、エキシマレーザにて幅約４０μｍの溝加工を行い、チップの形状を形成する。
【００６０】
次に、機械的手段を用いて発光ダイオード４２が第二の一時保持用部材４７から剥離される。このとき、第二の一時保持用部材４７上には剥離層４８が形成されている。この剥離層４８は例えばフッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いて作成することができる。このような剥離層４８を形成した一時保持部材４７の裏面から例えばＹＡＧ第３高調波レーザを照射する。これにより、例えば剥離層４８としてポリイミドを形成した場合では、ポリイミドと石英基板の界面でポリイミドのアブレーションにより剥離が発生して、各発光ダイオード４２は第二の一時保持部材４７から上記機械的手段により容易に剥離可能となる。
【００６１】
図１６は、第二の一時保持用部材４７上に配列している発光ダイオード４２を吸着装置５３でピックアップするところを示した図である。このときの吸着孔５５は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開口していて、発光ダイオード４２を多数個、一括で吸着できるようになっている。このときの開口径は、例えば約φ１００μｍで６００μｍピッチのマトリクス状に開口されて、一括で約３００個を吸着できる。このときの吸着孔５５の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したもの、もしくはステンレス（ＳＵＳ）などの金属板５２をエッチングで穴加工したものが使用され、金属板５２の吸着孔５５の奥には、吸着チャンバ５４が形成されており、この吸着チャンバ５４を負圧に制御することで発光ダイオード４２の吸着が可能になる。発光ダイオード４２はこの段階で樹脂４３で覆われており、その上面は略平坦化されており、このために吸着装置５３による選択的な吸着を容易に進めることができる。
【００６２】
本例では、第二の一時保持用部材４７上に転写された発光ダイオード４２と上記吸着装置５３の位置合わせにも、上記アライメントマーク４０を用いる。上記アライメントマーク４０は、上記発光ダイオード４２と同時に第二の一時保持用部材４７上に転写されたものであるので、相対位置精度は第一基板４１上での状態が維持されている。そこで、このアライメントマーク４０を位置決めの基準として上記吸着装置５３の最初の位置決めを行えば、正確な転写を行うことが可能である。
【００６３】
図１７は発光ダイオード４２を第二基板６０に転写するところを示した図である。第二基板６０に装着する際に第二基板６０にあらかじめ接着剤層５６が塗布されており、その発光ダイオード４２下面の接着剤層５６を硬化させ、発光ダイオード４２を第二基板６０に固着して配列させることができる。この装着時には、吸着装置５３の吸着チャンバ５４が圧力の高い状態となり、吸着装置５３と発光ダイオード４２との吸着による結合状態は解放される。接着剤層５６はＵＶ硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成することができる。発光ダイオード４２が配置される位置は、一時保持用部材４３、４７上での配列よりも離間したものとなる。そのとき接着剤層５６の樹脂を硬化させるエネルギーは第二基板６０の裏面から供給される。ＵＶ硬化型接着剤の場合はＵＶ照射装置にて、熱硬化性接着剤の場合はレーザにて発光ダイオード４２の下面のみ硬化させ、熱可塑性接着剤場合は、同様にレーザ照射にて接着剤を溶融させ接着を行う。
【００６４】
また、第二基板６０上にシャドウマスクとしても機能する電極層５７を配設し、特に電極層５７の画面側の表面すなわち当該表示装置を見る人がいる側の面に黒クロム層５８を形成する。このようにすることで画像のコントラストを向上させることができると共に、黒クロム層５８でのエネルギー吸収率を高くして、選択的に照射されるビーム７３によって接着剤層５６が早く硬化するようにすることができる。この転写時のＵＶ照射としては、ＵＶ硬化型接着剤の場合は約1000mJ/cm2を照射する。
【００６５】
図１８はＲＧＢの３色の発光ダイオード４２、６１、６２を第二基板６０に配列させ絶縁層５９を塗布した状態を示す図である。図１６および図１７で用いた吸着装置５３をそのまま使用して、第二基板６０にマウントする位置をその色の位置にずらすだけでマウントすると、画素としてのピッチは一定のまま３色からなる画素を形成できる。絶縁層５９としては透明エポキシ接着剤、ＵＶ硬化型接着剤、ポリイミドなどを用いることができる。３色の発光ダイオード４２、６１、６２は必ずしも同じ形状でなくとも良い。図１８では赤色の発光ダイオード６１が六角錐のＧａＮ層を有しない構造とされ、他の発光ダイオード４２、６２とその形状が異なっているが、この段階では各発光ダイオード４２、６１、６２は既に樹脂形成チップとして樹脂４３で覆われており、素子構造の違いにもかかわらず同一の取り扱いが実現される。
【００６６】
次に、図１９に示すように、発光ダイオード４２の電極パッド４６，４９や第二基板６０上の電極層５７に対応して、これらを電気的に接続するために開口部（ビアホール）６５、６６、６７、６８、６９、７０を形成し、さらに配線を形成する。この開口部の形成も例えばレーザビームを用いて行う。
【００６７】
このときに形成する開口部すなわちビアホールは、発光ダイオード４２、６１、６２の電極パッド４６、４９の面積を大きくしているので、ビアホール形状は大きく、ビアホールの位置精度も各発光ダイオードに直接形成するビアホールに比べて粗い精度で形成できる。例えば、このときのビアホールは約６０μｍ角の電極パッド４６、４９に対し、約φ２０μｍのものを形成できる。また、ビアホールＨの深さは配線基板と接続するもの、アノード電極と接続するもの、カソード電極と接続するものの３種類の深さがあるので、形成に当たっては例えばレーザのパルス数でこれを制御し、最適な深さを開口する。
【００６８】
絶縁層５９に開口部６５、６６、６７、６８、６９、７０を形成した後、発光ダイオード４２、６１、６２のアノード、カソードの電極パッドと第二基板６０の配線用の電極層５７を接続する配線６３、６４、７１を形成する。その後、保護層を配線上に形成し、画像表示装置のパネルは完成する。このときの保護層は図１８の絶縁層５９と同様、透明エポキシ接着剤などの材料が使用できる。この保護層は加熱硬化し配線を完全に覆う。この後、パネル端部の配線からドライバーＩＣを接続して駆動パネルを製作することになる。
【００６９】
上述のような発光素子の配列方法においては、一時保持用部材４３に発光ダイオード４２を保持させた時点で既に、素子間の距離が大きくされ、その広がった間隔を利用して比較的サイズの電極パッド４６、４９などを設けることが可能となる。それら比較的サイズの大きな電極パッド４６、４９を利用した配線が行われるために、素子サイズに比較して最終的な装置のサイズが著しく大きな場合であっても容易に配線を形成できる。また、本例の発光素子の配列方法では、発光ダイオード４２の周囲が硬化した接着剤層４５で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド４６，４９を形成できるとともに素子に比べて広い領域に電極パッド４６，４９を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。
【００７０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の転写方法によれば、素子の位置決めを素子本来の機能や形状を制限することなく安価に且つ高速に行うことができ、微細な素子を容易に転写することが可能である。
【００７１】
また、本発明の素子の配列方法によれば、上記転写方法の利点をそのまま生かして素子の転写を効率的、確実に行うことができ、素子間の距離を大きくする拡大転写を円滑に実施することが可能である。同様に、本発明の画像表示装置の製造方法によれば、密な状態すなわち集積度を高くして微細加工を施して作成された発光素子を、効率よく離間して再配置することができ、したがって精度の高い画像表示装置を生産性良く製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】素子及びアライメントマークを形成した第一基板の一例を示すものであり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図２】マスクの一例を示す概略平面図である。
【図３】転写装置の位置構成例を示す模式図である。
【図４】転写プロセスの一例を示す概略断面図である。
【図５】マスクの移動操作を操作順に示す模式的な平面図である。
【図６】各素子にアライメントマークを形成した状態を示す模式的な平面図である。
【図７】各素子の形状自体をアライメントマークとして利用した例を示す模式的な平面図である。
【図８】素子の配列自体をアライメントマークとして利用する例を示す模式的な平面図である。
【図９】素子の配列方法を示す模式図である。
【図１０】樹脂形成チップの概略斜視図である。
【図１１】樹脂形成チップの概略平面図である。
【図１２】発光素子の一例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１３】第一転写工程を示す概略断面図である。
【図１４】電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図１５】第二の一時保持用部材への転写後の電極パッド形成工程及びダイシング工程を示す概略断面図である。
【図１６】吸着工程を示す概略断面図である。
【図１７】第二転写工程を示す概略断面図である。
【図１８】絶縁層の形成工程を示す概略断面図である。
【図１９】ビアホール形成及び配線形成工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 第一基板
２ 素子
３ アライメントマーク
４ マスク
７ 第二基板
８ ＵＶ硬化性接着剤層
１１ 第一ステージ
１２ 第二ステージ
１３ マスクステージ
１６ マーク検出機構
４０ アライメントマーク
４１ 第一基板
４２ 発光ダイオード
４３ 一時保持用部材
４７ 第二の一時保持用部材
５３ 吸着装置
６０ 第二基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子などの素子を転写する素子の転写方法に関するものであり、さらには、この転写方法を応用して微細加工された素子をより広い領域に転写する素子の配列方法、および画像表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種製品の小型化、高機能化に伴い、それを構成する内部素子の小型化、高集積化が急速に進んでいる。それに伴い、実装技術においても、微細な素子の取り扱い、あるいは超並列実装などの点で変革が求められている。例えば、数百万個の微細な（例えば３００μｍ角の）液晶素子を各画素とし、それをひとつづつ並べてディスプレイ装置として組み上げる研究が行われているが、従来の実装技術では素子が小さすぎるため取り扱いが困難であるし、また素子の数が多いために膨大な実装コストを要し現実的ではない。
【０００３】
そこで各素子を集積度高く形成し、各素子を広い領域に転写などによって離間させながら移動させ、画像表示装置などの比較的大きな表示装置を構成する技術が開発されており、例えば米国特許５４３８２４１号に記載される薄膜転写法や、特開平１１-１４２８７８号に記載される表示用トランジスタアレイパネルの形成方法などの技術が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような転写技術により画像表示装置を製造する場合、転写対象となる素子のみが選択的に、且つ確実に転写される必要がある。また、効率的な転写、精度の良い転写も要求される。
【０００５】
例えば、第一基板上に並べて形成された複数の素子を第二基板上に転写する場合、第一基板上において転写対象となる素子の位置を正確に把握し、これを確実に第二基板上に転写する必要がある。これを実現するためには、各素子の中にアライメントマークを形成するか、若しくは各素子の形状自体をアライメントマークとして各素子の位置決めして転写することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、前記方法のうち、素子の中に形成されたアライメントマークを用いる場合には、各素子の中に本来の機能には不必要なアライメントマークを形成しなければならず、その大きさの分だけ素子を形成する際に有効に使われる面積が小さくなるため製作コストが増大し、また素子自体も大型化するため製品の小型化が妨げられるという問題が生ずる。一方、各素子の形状自体をアライメントマークとする場合には、素子の形状が制約されるために素子本来の機能を設計する際に制約が生じ、設計に要するコストが増大する。
【０００７】
また、いずれの場合においても各素子の大きさが小さくなるほど個々の認識が困難になり、位置決めに高価な装置を必要とする。特に、各素子の大きさが１００μｍ程度以下になると、個々の素子を認識して転写する方法は現実的でない。さらに、大量の素子を個別に転写する場合、個々の素子のアライメントマークあるいは形状を認識しながら転写を行うと、極めて時間を要する工程となり、生産性を大きく損ない製造コストも著しく増大する。
【０００８】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、素子本来の機能や形状を制限することなく素子を位置決め可能とし、高速且つ安価に素子を転写することが可能な素子の転写方法を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば１００μｍ以下の微細な素子でも容易に精度良く転写することが可能な素子の転写方法を提供することを目的とする。さらには、基板上の素子のうち転写対象となる素子のみを確実に転写することができ、効率的且つ精度良く素子を拡大転写することが可能な素子の配列方法、画像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の素子の転写方法は、第一基板上に配列された素子を第二基板上に転写する転写方法において、上記第一基板上の素子が形成されていない領域に、位置合わせ用のアライメントマークを素子の形成と同時に形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として素子を第二基板上に転写することを特徴とする。
【００１０】
上記転写方法においては、上記アライメントマークを基準として各素子の転写が行われるので、精度の高い転写が実現される。このとき、各素子にアライメントマークを形成する必要がなく、各素子は本来の機能に必要な大きさで済む。また、転写の際に各素子の形状を認識する必要がなく、各素子の形状に制約が生ずることもない。さらに、アライメントマークの大きさには制約がなく、これを基準にすれば個々の検出が困難な微細な素子であっても容易に転写される。
【００１１】
また、本発明の素子の配列方法は、第一基板上に配列された複数の素子を第二基板上に配列する素子の配列方法において、前記第一基板上で前記素子が配列された状態よりは離間した状態となるように前記素子を転写して一時保持用部材に該素子を保持させる第一転写工程と、前記一時保持用部材に保持された前記素子をさらに離間して前記第二基板上に転写する第二転写工程を有し、上記第一転写工程においては、上記第一基板上の素子が形成されていない領域に位置合わせ用のアライメントマークを形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として素子を一時保持用部材上に転写することを特徴とするものである。上記配列方法においては、上記転写方法の利点をそのままに、素子の転写が効率的且つ確実に行われるので、素子間の距離を大きくする拡大転写を円滑に実施することができる。
【００１２】
さらに、本発明の画像表示装置の製造方法は、発光素子をマトリクス状に配置した画像表示装置の製造方法において、第一基板上で発光素子が配列された状態よりは離間した状態となるように前記発光素子を転写して一時保持用部材に前記発光素子を保持させる第一転写工程と、前記一時保持用部材に保持された前記発光素子をさらに離間して第二基板上に転写する第二転写工程と、前記各発光素子に接続させる配線を形成する配線形成工程とを有し、上記第一転写工程においては、上記第一基板上の発光素子が形成されていない領域に位置合わせ用のアライメントマークを形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として発光素子を一時保持用部材上に転写することを特徴とするものである。
【００１３】
上記画像表示装置の製造方法によれば、上記転写方法、配列方法によって発光素子がマトリクス状に配置され、画像表示部分が構成される。すなわち、密な状態すなわち集積度を高くして微細加工を施して作成された発光素子を、効率よく、且つ精度良く離間して再配置することができ、生産性が大幅に改善され製造コストも削減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した素子の転写方法、及び素子の配列方法、画像表示装置の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、基本となる素子の転写方法について詳述する。ここでは、サファイア基板（第一基板）上のＧａＮ発光素子を、紫外線（ＵＶ）硬化性接着剤を塗布した第二基板に離間して転写し固定する場合を例にして説明する。
【００１５】
転写に際しては、先ず、素子が形成された第一基板と、ＵＶ硬化性接着剤を塗布した第二基板とを用意する。第一基板としては、例えばサファイア基板を用い、この上に例えばＧａＮ系の発光層を結晶成長させる。選択成長により素子を形成する場合には、サファイア基板上に選択的に成長したＧａＮ系の発光層がそのまま素子として使用される。このとき、サファイア基板の不要部分（素子が成長形成されない領域）にも例えば十字のパターンを成長させ、これをアライメントマークとする。ＧａＮ系の発光層を全面に成長させる場合には、成長後、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの手法により発光層をエッチングし、各素子に分離する。この各素子に分離する工程において、同じく素子が形成されない領域の発光層に十字のパターンをエッチングし、これをアライメントマークとする。
【００１６】
図１は、素子が形成された第一基板の一例を示すものである。図示の通り、第一基板（サファイア基板）１上には、所定形状（ここでは矩形状）のＧａＮ系発光層が素子２として配列形成されている。素子２は図１（ｂ）に示すようにマトリクス状に配列されており、本例ではその配列数は１２個×９個である。また、上記第一基板１の素子２が形成されない領域には、十字のパターンがアライメントマーク３として形成されている。このアライメントマーク３は、上記選択成長により形成した場合には、ＧａＮ系発光層が十字形状に成長したパターンとして、また全面成長及びエッチングにより形成した場合には、ＧａＮ系発光層が十字形状にエッチングされずに残ったパターンとして形成されている。いずれの場合にも、上記アライメントマーク３は、第一基板１の裏面側から透過して観察したときに、そのエッジをはっきりと認識することができる。一方、第二基板には、第一基板１と同様に例えばサファイア基板を用い、この上にＵＶ硬化性接着剤を例えばスピンコートなどにより塗布しておくが、ここでは図示は省略する。
【００１７】
上記第一基板１上の素子２を第二基板上に転写するには、レーザ照射によるレーザアブレーションを利用する。レーザアブレーションは、レーザ光を吸収した物質の急激な体積増加を利用して剥離する方法である。例えば、一般に、高分子物質は紫外光の吸収効率が高く、紫外線レーザを照射することで効率的にアブレーションを起こすことが知られている。素子２がＧａＮ系材料などの窒化物半導体からなる半導体素子である場合、レーザ光の照射によって素子２と第一基板１の界面でＧａＮ系材料に含まれる窒素がガス化し、素子２は第一基板１から分離される。
【００１８】
本例では、転写対象となる素子２に対応して開口部を形成したマスクを用い、第一基板１の裏面側からこのマスクを介してレーザ光を照射し、転写対象となる素子にのみ上記のレーザアブレーションを起こし、第一基板１から剥離して第二基板上に転写し、第二基板上のＵＶ硬化性接着剤を硬化してこれを固定する。
【００１９】
図２は、用いるマスクの一例を示すものである。マスク４は、第一基板１との最初の位置合わせ（原点出し）のためのアライメントマーク５と、第一基板１上の転写対象となる素子２にのみ選択的にエキシマレーザを照射するための開口部６とを有する。本例は、横方向に４倍に転写、縦方向に３倍に転写する場合のマスクの例である。第一基板１上の図中破線で囲まれる１２個の素子２が、マスク４の開口部６のうち図中左上の開口部６Ａを通過するエキシマレーザによって１つずつ第一基板１から選択的に剥離される。
【００２０】
上記マスク４を用いて第一基板１上の素子２を第二基板上に転写するには、実施に際しては、例えばこれらの相対位置を調整し、レーザ照射と紫外線照射を同時に行う転写装置を用いる。転写装置は、例えば図３に示すように、第一基板１をセットする第一ステージ１１、第二基板７をセットする第二ステージ１２、マスク４をセットするマスクステージ１３を備え、さらにはエキシマレーザを照射する光学系及びＵＶ照射手段を備える。
【００２１】
ここで、第一ステージ１１は、ＧａＮ系発光層からなる素子２が形成された面が図中下向きになるようにして上記第一基板１を真空吸着し、これを固定するものである。第二ステージ１２は、第二基板７のＵＶ硬化性接着剤形成面が図中上向きになるようにして真空吸着し、これを保持するものであり、上記第一ステージ１１に固定された第一基板１との相対位置（ｘ，ｙ方向）及び距離（ｚ方向）を変更する位置調整機構を有する。マスクステージ１３は、マスク４を真空吸着して保持するものであり、やはり上記第一ステージ１１に固定された第一基板１との相対位置（ｘ，ｙ方向）及び距離（ｚ方向）を変更する位置調整機構を有する。
【００２２】
エキシマレーザを照射する光学系は、レーザ光源（図示は省略する。）からのエキシマレーザの向きを変更する反射ミラー１４、マスクパターンを縮小投影するレンズ群１５、アライメントマークを検出するためのマーク検出機構１６、このマーク検出機構１６に対応して設置されるハーフミラー１７とから構成される。この光学系により、マスク４のマスクパターンに応じてエキシマレーザが第一基板１の裏面側から素子２に照射される。また、上記マーク検出機構１６により、上記第一基板１上のアライメントマークと上記マスク４のアライメントマークとを検出し、第一基板１とマスク４の最初の位置合わせ（原点出し）を行う。
【００２３】
上記転写装置を用いて第一基板１上の素子２を第二基板７上に転写するが、以下、その手順について説明する。転写に際しては、先ず、マスク４をマスクステージ１３にセットし、第一基板１、第二基板７を第一ステージ１１、第二ステージ１２にそれぞれセットする。そして、第二ステージ１２を調整して、第一基板１と第二基板７の相対位置（ｘ，ｙ，ｚ方向）を調整する。
【００２４】
次に、第一基板１とマスク４との位置合わせを行う。このとき、マスク４に形成された開口部６によって第一基板１から剥離される素子２が決まるので、これらを高精度に位置合わせする必要がある。例えば、マスク４の開口部６の位置が転写されるべき素子２の位置とずれている場合、他の素子２が不用意に剥離されたり、複数の素子２が剥離されるなどの不都合が生ずる。そこで、上記第一基板1上に形成されたアライメントマーク３と、マスク４に形成されたアライメントマーク５をマーク検出機構１６によって検出しながら、これらが一致するように第一基板１とマスク４を高精度に位置合わせする。第一基板１とマスク４の位置合わせは、このとき一度だけ行えばよく、以下の工程はこの位置を基準（原点）として行う。
【００２５】
上記位置合わせの後、これを原点として、１）マスクステージの移動、２）エキシマレーザの照射による素子の剥離、３）ＵＶ照射による第二基板上のＵＶ硬化性接着剤の硬化（剥離された素子の保持）、４）第二基板の交換（移動）という一連の工程を繰り返し行い、第一基板に配列された全ての素子を複数の第二基板上、あるいは第二基板の異なる領域上に離間して転写する。
【００２６】
これら一連の工程を図４を参照して説明する。図４に示すように、第一基板１上の素子２を第二基板７上に拡大転写するには、第一基板１上に配列される素子２のうち転写対象となる素子２のみにエキシマレーザを照射し、これを剥離するとともに、第二基板7上のＵＶ硬化性接着剤層８にＵＶ光を照射してこれを硬化し、転写された素子２を固定する。図４（ａ）は、第１のステップとして第一基板１上の素子２Ａのみを選択的に転写する工程を示している。先の転写装置において、アライメントマークを用いて正確に第一基板１とマスク４の位置合わせを行っているので、この第１のステップでは、マスク４の開口部６を通過したエキシマレーザは、転写対象となる素子２Ａにのみ照射される。その結果、第一基板１と素子２Ａの界面でレーザアブレーションが起こり、素子２Ａが第一基板１から剥離されて第二基板７上に転写される。
【００２７】
第２のステップでは、図４（ｂ）に示すように、マスク４を素子１つ分だけ移動し、レーザアブレーションによる転写を行う。このマスク４の移動は、上記最初の位置合わせ（原点出し）位置を基準にして機械的に行う。また、このとき第二基板７は、新たな基板に交換する。あるいは、第二基板７として第一基板１よりも面積の大きなものを用い、第１のステップとは異なる領域を第一基板１と対向させる。この第２のステップで転写されるのは、図４（ｂ）に示す通り、隣接する素子２Ｂである。
【００２８】
次いで、図４（ｃ）に示す第３のステップ、図４（ｄ）に示す第４のステップを行う。これら第３のステップや第４のステップにおいても、先の第２のステップと同様、マスク４を素子１つ分ずつ移動し、レーザアブレーションによる転写を繰り返す。第３のステップで転写されるのは素子２Ｃ、第４のステップで転写されるのは素子２Ｄである。以下、行を変えて同様のステップを繰り返す。
【００２９】
図１に示す第一基板１では、第一基板１上の図中破線で囲まれる１２個の素子２が、マスク４の開口部６のうち図中左上の開口部６Ａを通過するエキシマレーザによって１つずつ第一基板１から選択的に剥離され、第二基板７上に転写される。この一連の操作を示すものが図５である。図５（Ａ）に示すように第一基板１とマスク４の最初の位置合わせを行って素子２Ａを転写した後、図５（Ｂ）〜図５（Ｄ）に示すように、マスク４を素子１つ分ずつ移動して素子２Ｂ、素子２Ｃ、素子２Ｄを順次転写する。次に、マスク４を図中下方に一行分ずらし、同様の転写を繰り返す。図５（Ｅ）〜図５（Ｈ）に示すステップでは、それぞれ素子２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈが転写される。以下、同様のマスク４の移動を行い、図５（Ｉ）〜図５（Ｌ）に示すステップで、素子２Ｉ、素子２Ｊ、素子２Ｋ、素子２Ｌの転写を行う。以上により、横方向に４倍、縦方向に３倍の拡大転写が行われる。
【００３０】
以上が本発明の基本的な転写方法の一例であるが、かかる転写方法によれば、各素子２にアライメントマークを形成する必要がないため、各素子２は本来の機能に必要な大きさで済み、材料を有効利用することができ、素子を形成する際の製作コストを低減することができる。また、素子２の小型化により、それを用いる製品自体の省資源化及び小型化を実現することができる。例えば、図６に示すように、各素子２の中にアライメントマークＭＫを形成すると、有効に使える面積は斜線領域に限られる。
【００３１】
また、本発明の転写方法では、転写の際に各素子２の形状を認識する必要がないため、各素子２の形状に制約が生ずることはない。したがって、素子２の設計コストを低減することができる。例えば、図７に示すように、各素子２に切り込みＫＫを入れ、素子２の形状自体を検出し、すなわち上記切り込みＫＫをアライメントマークとして利用し転写を行う場合には、素子２の形状に制約が生ずる。
【００３２】
さらに、本発明の転写方法では、アライメントマーク３がアライメントに必要な大きさをもっていれば良いので、通常の装置では検出が困難な１００μｍ以下の極めて小さな素子であっても個々に転写することが可能である。また、大量の素子２を個別に転写する場合にも、個々の素子２の位置決めをせずに実施することが可能であるため、転写速度を向上し製作コストを低減することができる。
【００３３】
なお、上記の例では、十字形状のアライメントマーク３を素子２とは別に形成しているが、図８に示すように、素子の配列自体をアライメントマークとして利用することも可能である。例えば、４つの素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を図８に示すように配置したときに、これらの素子のエッジで囲まれる領域（図中斜線領域）は、十字形状となる。そこで、この領域（素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４のエッジ）をアライメントマークとして使用する。この場合、アライメントマークを別途形成する必要がなく、工程をさらに簡略化することができる。
【００３４】
次に、上記転写方法の応用例として、二段階拡大転写法による素子の配列方法及び画像表示装置の製造方法について説明する。本例では、先ず、高集積度をもって第一基板上に作成された素子を第一基板上で素子が配列された状態よりは離間した状態となるように一時保持用部材に転写し、次いで一時保持用部材に保持された前記素子をさらに離間して第二基板上に転写する二段階の拡大転写を行う。なお、本例では転写を２段階としているが、素子を離間して配置する拡大度に応じて転写を三段階やそれ以上の多段階とすることもできる。
【００３５】
図９は二段階拡大転写法の基本的な工程を示す図である。まず、図９の(a)に示す第一基板２０上に、例えば発光素子のような素子２２を密に形成する。素子を密に形成することで、各基板当たりに生成される素子の数を多くすることができ、製品コストを下げることができる。第一基板２０は例えば半導体ウエハ、ガラス基板、石英ガラス基板、サファイア基板、プラスチック基板などの種々素子形成可能な基板であるが、各素子２２は第一基板２０上に直接形成したものであっても良く、他の基板上で形成されたものを配列したものであっても良い。
【００３６】
次に図９の(b)に示すように、第一基板２０から各素子２２が図中破線で示す一時保持用部材２１に転写され、この一時保持用部材２１の上に各素子２２が保持される。ここで隣接する素子２２は離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子２２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。このとき離間される距離は、特に限定されず、一例として後続の工程での樹脂部形成や電極パッドの形成を考慮した距離とすることができる。一時保持用部材２１上に第一基板２０から転写した際に第一基板２０上の全部の素子が離間されて転写されるようにすることができる。この場合には、一時保持用部材２１のサイズはマトリクス状に配された素子１２の数（ｘ方向、ｙ方向にそれぞれ）に離間した距離を乗じたサイズ以上であれば良い。また、一時保持用部材２１上に第一基板２０上の一部の素子が離間されて転写されるようにすることも可能である。
【００３７】
このような第一転写工程の後、図９の(c)に示すように、一時保持用部材２１上に存在する素子２２は離間されていることから、各素子２２毎に素子周りの樹脂の被覆と電極パッドの形成が行われる。素子周りの樹脂の被覆は電極パッドを形成し易くし、次の第二転写工程での取り扱いを容易にするなどのために形成される。電極パッドの形成は、後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、その際に配線不良が生じないように比較的大き目のサイズに形成されるものである。なお、図９の(c)には電極パッドは図示していない。各素子２２の周りを樹脂２３が覆うことで樹脂形成チップ２４（本発明の表示素子に相当する。）が形成される。素子２２は平面上、樹脂形成チップ２４の略中央に位置するが、一方の辺や角側に偏った位置に存在するものであっても良い。
【００３８】
次に、図９の(d)に示すように、第二転写工程が行われる。この第二転写工程では一時保持用部材２１上でマトリクス状に配される素子２２が樹脂形成チップ２４ごと更に離間するように第二基板２５上に転写される。
【００３９】
第二転写工程においても、隣接する素子２２は樹脂形成チップ２４ごと離間され、図示のようにマトリクス状に配される。すなわち素子２２はｘ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写されるが、ｘ方向に垂直なｙ方向にもそれぞれ素子の間を広げるように転写される。第二転写工程のよって配置された素子の位置が画像表示装置などの最終製品の画素に対応する位置であるとすると、当初の素子２２間のピッチの略整数倍が第二転写工程によって配置された素子２２のピッチとなる。ここで第一基板２０から一時保持用部材２１での離間したピッチの拡大率をｎとし、一時保持用部材２１から第二基板２５での離間したピッチの拡大率をｍとすると、略整数倍の値ＥはＥ＝ｎｘｍであらわされる。拡大率ｎ、ｍはそれぞれ整数であっても良く、整数でなくともＥが整数となる組み合わせ（例えばｎ＝2.4でｍ＝5）であれば良い。
【００４０】
第二基板２５上に樹脂形成チップ２４ごと離間された各素子２２には、配線が施される。この時、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。この配線は例えば素子２２が発光ダイオードなどの発光素子の場合には、ｐ電極、ｎ電極への配線を含み、液晶制御素子の場合は、選択信号線、電圧線や、配向電極膜などの配線等を含む。
【００４１】
図９に示した二段階拡大転写法においては、第一転写後の離間したスペースを利用して電極パッドや樹脂固めなどを行うことができ、そして第二転写後に配線が施されるが、先に形成した電極パッド等を利用して接続不良を極力抑えながらの配線がなされる。従って、画像表示装置の歩留まりを向上させることができる。また、本例の二段階拡大転写法においては、素子間の距離を離間する工程が２工程であり、このような素子間の距離を離間する複数工程の拡大転写を行うことで、実際は転写回数が減ることになる。すなわち、例えば、ここで第一基板２０から一時保持用部材２１での離間したピッチの拡大率を２（ｎ＝２）とし、一時保持用部材２１から第二基板２５での離間したピッチの拡大率を２（ｍ＝２）とすると、仮に一度の転写で拡大した範囲に転写しようとしたときでは、最終拡大率が２×２の４倍で、その二乗の１６回の転写すなわち第一基板のアライメントを１６回行う必要が生ずるが、本例の二段階拡大転写法では、アライメントの回数は第一転写工程での拡大率２の二乗の４回と第二転写工程での拡大率２の二乗の４回を単純に加えただけの計８回で済むことになる。即ち、同じ転写倍率を意図する場合においては、（ｎ＋ｍ）２＝ｎ２＋２ｎｍ＋ｍ２であることから、必ず２ｎｍ回だけ転写回数を減らすことができることになる。従って、製造工程も回数分だけ時間や経費の節約となり、特に拡大率の大きい場合に有益となる。
【００４２】
次に、上記二段階拡大転写法において表示素子として用いられる樹脂形成チップ２４について説明する。図１０及び図１１に示すように、樹脂形成チップ２４は略平板上でその主たる面が略正方形状とされる。この樹脂形成チップ２４の形状は樹脂２３を固めて形成された形状であり、具体的には未硬化の樹脂を各素子２２を含むように全面に塗布し、これを硬化した後で縁の部分をダイシング等で切断することで得られる形状である。
【００４３】
略平板状の樹脂２３の表面側と裏面側にはそれぞれ電極パッド２６，２７が形成される。これら電極パッド２６，２７の形成は全面に電極パッド２６，２７の材料となる金属層や多結晶シリコン層などの導電層を形成し、フォトリソグラフィー技術により所要の電極形状にパターンニングすることで形成される。これら電極パッド２６，２７は発光素子である素子２２のｐ電極とｎ電極にそれぞれ接続するように形成されており、必要な場合には樹脂２３にビアホールなどが形成される。
【００４４】
ここで電極パッド２６，２７は樹脂形成チップ２４の表面側と裏面側にそれぞれ形成されているが、一方の面に両方の電極パッドを形成することも可能である。電極パッド２６，２７の位置が平板上ずれているのは、最終的な配線形成時に上側からコンタクトをとっても重ならないようにするためである。電極パッド２６，２７の形状も正方形に限定されず他の形状としても良い。
【００４５】
このような樹脂形成チップ２４を構成することで、素子２２の周りが樹脂２３で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド２６，２７を形成できるとともに素子２２に比べて広い領域に電極パッド２６，２７を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。後述するように、最終的な配線が続く第二転写工程の後に行われるため、比較的大き目のサイズの電極パッド２６，２７を利用した配線を行うことで、配線不良が未然に防止される。
【００４６】
上記素子２２はＧａＮ系の発光ダイオードであり、たとえばサファイア基板上に結晶成長される素子である。このようなＧａＮ系の発光ダイオードでは、基板を透過するレーザ照射によってレーザアブレーションが生じ、ＧａＮの窒素が気化する現象にともなってサファイア基板とＧａＮ系の成長層の間の界面で膜剥がれが生じ、素子分離を容易なものにできる特徴を有している。
【００４７】
その構造については、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層３１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層３２が形成されている。なお、下地成長層３１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層３２はその絶縁膜を開口した部分にＭＯＣＶＤ法などによって形成される。このＧａＮ層３２は、成長時に使用されるサファイア基板の主面をＣ面とした場合にＳ面（１−１０１面）で覆われたピラミッド型の成長層であり、シリコンをドープさせた領域である。このＧａＮ層３２の傾斜したＳ面の部分はダブルへテロ構造のクラッドとして機能する。ＧａＮ層３２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層３３が形成されており、その外側にマグネシウムドープのＧａＮ層３４が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層３４もクラッドとして機能する。
【００４８】
このような発光ダイオードには、上記電極パッド２６，２７と接続されるｐ電極３５とｎ電極３６が形成されている。ｐ電極３５はマグネシウムドープのＧａＮ層３４上に形成されるＮｉ／Ｐｔ／ＡｕまたはＮｉ（Ｐｄ）／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。ｎ電極３６は前述の図示しない絶縁膜を開口した部分でＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属材料を蒸着して形成される。なお、下地成長層３１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合は、ｎ電極３６の形成は下地成長層３１の表面側には不要となる。
【００４９】
このような構造のＧａＮ系の発光ダイオードは、青色発光も可能な素子であって、特にレーザアブレーションよって比較的簡単にサファイア基板から剥離することができ、レーザビームを選択的に照射することで選択的な剥離が実現される。なお、ＧａＮ系の発光ダイオードとしては、平板上や帯状に活性層が形成される構造であっても良く、上端部にＣ面が形成された角錐構造のものであっても良い。また、他の窒化物系発光素子や化合物半導体素子などであっても良い。
【００５０】
次に、図１３から図１９までを参照しながら、図９に示す発光素子の配列方法の具体的手法について説明する。先ず、図１３に示すように、第一基板４１の主面上には複数の発光ダイオード４２がマトリクス状に形成されている。発光ダイオード４２の大きさは約２０μｍ程度とすることができる。第一基板４１の構成材料としてはサファイア基板などのように光ダイオード４２に照射するレーザの波長の透過率の高い材料が用いられる。発光ダイオード４２にはｐ電極などまでは形成されているが最終的な配線は未だなされておらず、素子間分離の溝４２ｇが形成されていて、個々の発光ダイオード４２は分離できる状態にある。この溝４２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。また、上記第一基板４１の発光ダイオード４２が形成されていない領域には、配列される発光ダイオード４２の位置合わせの基準となるアライメントマーク４０が形成されている。このアライメントマーク４０は、例えば十字形状のパターンとして形成される。このような第一基板４１を一時保持用部材４３に対峙させて図１３に示すように選択的な転写を行う。
【００５１】
一時保持用部材４３の第一基板４１に対峙する面には剥離層４４と接着剤層４５が２層になって形成されている。ここで一時保持用部材４３の例としては、ガラス基板、石英ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができ、一時保持用部材４３上の剥離層４４の例としては、フッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばポリビニルアルコール：ＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いることができる。また一時保持用部材４３の接着剤層４５としては紫外線（ＵＶ）硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤のいずれかからなる層を用いることができる。一例としては、一時保持用部材４３として石英ガラス基板を用い、剥離層４４としてポリイミド膜４μｍを形成後、接着剤層４５としてのＵＶ硬化型接着剤を約２０μｍ厚で塗布する。
【００５２】
一時保持用部材４３の接着剤層４５は、硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するように調整され、未硬化領域４５ｙに選択転写にかかる発光ダイオード４２が位置するように位置合わせされる。硬化した領域４５ｓと未硬化領域４５ｙが混在するような調整は、例えばＵＶ硬化型接着剤を露光機にて選択的に２００μｍピッチでＵＶ露光し、発光ダイオード４２を転写するところは未硬化でそれ以外は硬化させてある状態にすればよい。このようなアライメントの後、転写対象位置の発光ダイオード４２に対しレーザを第一基板４１の裏面から照射し、当該発光ダイオード４２を第一基板４１からレーザアブレーションを利用して剥離する。ＧａＮ系の発光ダイオード４２はサファイアとの界面で金属のＧａと窒素に分解することから、比較的簡単に剥離できる。照射するレーザとしてはエキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザなどが用いられる。
【００５３】
このとき、上記アライメントマーク４０を発光ダイオード４２の位置決めの基準としてレーザ照射を行い、転写対象となる発光ダイオード４２のみをレーザアブレーションにより剥離し、一時保持用部材４３上に転写する。具体的には、上記アライメントマーク４０とレーザを選択的に照射するためのマスク（図示は省略する。）に設けられたアライメントマークとを用い、第一基板４１とマスクとの最初の位置合わせ（原点出し）をし、順次発光ダイオード４２にレーザ光を照射してこれを剥離する。この場合の転写方法は、先の図４あるいは図５に示すプロセスと同様である。また、本例では、図１４に示すように、上記アライメントマーク４０もレーザアブレーションにより剥離し一時保持用部材４３上に転写する。これは、後の転写工程においてもアライメントマークとして利用するためである。
【００５４】
このレーザアブレーションを利用した剥離によって、選択照射にかかる発光ダイオード４２はＧａＮ層と第一基板４１の界面で分離し、反対側の接着剤層４５にｐ電極部分を突き刺すようにして転写される。他のレーザが照射されない領域の発光ダイオード４２については、対応する接着剤層４５の部分が硬化した領域ｓであり、レーザも照射されていないために、一時保持用部材４３側に転写されることはない。なお、図１３では１つの発光ダイオード４２だけが選択的にレーザ照射されているが、ｎピッチ分だけ離間した領域においても同様に発光ダイオード４２はレーザ照射されているものとする。このような選択的な転写によっては発光ダイオード４２第一基板４１上に配列されている時よりも離間して一時保持用部材４３上に配列される。
【００５５】
発光ダイオード４２は一時保持用部材４３の接着剤層４５に保持された状態で、発光ダイオード４２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、発光ダイオード４２の裏面には樹脂（接着剤）がないように除去、洗浄されているため、図１４に示すように電極パッド４６を形成すれば、電極パッド４６は発光ダイオード４２の裏面と電気的に接続される。
【００５６】
接着剤層４５の洗浄の例としては酸素プラズマで接着剤用樹脂をエッチング、ＵＶオゾン照射にて洗浄する。かつ、レーザにてＧａＮ系発光ダイオードをサファイア基板からなる第一基板４１から剥離したときには、その剥離面にＧａが析出しているため、そのＧａをエッチングすることが必要であり、ＮａＯＨ水溶液もしくは希硝酸で行うことになる。その後、電極パッド４６をパターニングする。このときのカソード側の電極パッドは約６０μｍ角とすることができる。電極パッド４６としては透明電極（ＩＴＯ、ＺｎＯ系など）もしくはＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどの材料を用いる。透明電極の場合は発光ダイオードの裏面を大きく覆っても発光をさえぎることがないので、パターニング精度が粗く、大きな電極形成ができ、パターニングプロセスが容易になる。
【００５７】
上記電極パッド４６の形成の後、ダイシングプロセスにより発光ダイオード４２毎に硬化した接着剤層４５を分断し、各発光ダイオード４２に対応した樹脂形成チップとする。ここで、ダイシングプロセスは、機械的手段を用いたダイシング、あるいはレーザビームを用いたレーザダイシングにより行う。ダイシングによる切り込み幅は画像表示装置の画素内の接着剤層４５で覆われた発光ダイオード４２の大きさに依存するが、例えば２０μｍ以下の幅の狭い切り込みが必要なときには、上記レーザビームを用いたレーザによる加工を行うことが必要である。このとき、レーザビームとしては、エキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザなどを用いることができる。
【００５８】
図１５は一時保持用部材４４から発光ダイオード４２及びアライメントマーク４０を第二の一時保持用部材４７に転写し、発光ダイオード４２のアノード電極（ｐ電極）側のビアホール５０を形成した後、アノード側電極パッド４９を形成し、樹脂からなる接着剤層４５をダイシングした状態を示している。このダイシングの結果、素子分離溝５１が形成され、発光ダイオード４２は素子ごとに区分けされたものになる。素子分離溝５１はマトリクス状の各発光ダイオード４２を分離するため、平面パターンとしては縦横に延長された複数の平行線からなる。素子分離溝５１の底部では第二の一時保持用部材４７の表面が臨む。第二の一時保持用部材４７は、一例としてプラスチック基板にＵＶ粘着材が塗布してある、いわゆるダイシングシートであり、ＵＶが照射されると粘着力が低下するものを利用できる。
【００５９】
このプロセスの例として、接着剤層４５の表面を酸素プラズマで発光ダイオード４２の表面が露出してくるまでエッチングする。ビアホール５０の形成は、やはりエキシマレーザ、高調波ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザなどを用いて行う。このとき、ビアホールは約３〜７μｍの径を開けることになる。アノード側電極パッドはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。ダイシングプロセスは上記の通り、レーザビームを用いたダイシングにより行う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の樹脂からなる接着剤層４５で覆われた発光ダイオード４２の大きさに依存する。一例として、エキシマレーザにて幅約４０μｍの溝加工を行い、チップの形状を形成する。
【００６０】
次に、機械的手段を用いて発光ダイオード４２が第二の一時保持用部材４７から剥離される。このとき、第二の一時保持用部材４７上には剥離層４８が形成されている。この剥離層４８は例えばフッ素コート、シリコーン樹脂、水溶性接着剤（例えばＰＶＡ）、ポリイミドなどを用いて作成することができる。このような剥離層４８を形成した一時保持部材４７の裏面から例えばＹＡＧ第３高調波レーザを照射する。これにより、例えば剥離層４８としてポリイミドを形成した場合では、ポリイミドと石英基板の界面でポリイミドのアブレーションにより剥離が発生して、各発光ダイオード４２は第二の一時保持部材４７から上記機械的手段により容易に剥離可能となる。
【００６１】
図１６は、第二の一時保持用部材４７上に配列している発光ダイオード４２を吸着装置５３でピックアップするところを示した図である。このときの吸着孔５５は画像表示装置の画素ピッチにマトリクス状に開口していて、発光ダイオード４２を多数個、一括で吸着できるようになっている。このときの開口径は、例えば約φ１００μｍで６００μｍピッチのマトリクス状に開口されて、一括で約３００個を吸着できる。このときの吸着孔５５の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したもの、もしくはステンレス（ＳＵＳ）などの金属板５２をエッチングで穴加工したものが使用され、金属板５２の吸着孔５５の奥には、吸着チャンバ５４が形成されており、この吸着チャンバ５４を負圧に制御することで発光ダイオード４２の吸着が可能になる。発光ダイオード４２はこの段階で樹脂４３で覆われており、その上面は略平坦化されており、このために吸着装置５３による選択的な吸着を容易に進めることができる。
【００６２】
本例では、第二の一時保持用部材４７上に転写された発光ダイオード４２と上記吸着装置５３の位置合わせにも、上記アライメントマーク４０を用いる。上記アライメントマーク４０は、上記発光ダイオード４２と同時に第二の一時保持用部材４７上に転写されたものであるので、相対位置精度は第一基板４１上での状態が維持されている。そこで、このアライメントマーク４０を位置決めの基準として上記吸着装置５３の最初の位置決めを行えば、正確な転写を行うことが可能である。
【００６３】
図１７は発光ダイオード４２を第二基板６０に転写するところを示した図である。第二基板６０に装着する際に第二基板６０にあらかじめ接着剤層５６が塗布されており、その発光ダイオード４２下面の接着剤層５６を硬化させ、発光ダイオード４２を第二基板６０に固着して配列させることができる。この装着時には、吸着装置５３の吸着チャンバ５４が圧力の高い状態となり、吸着装置５３と発光ダイオード４２との吸着による結合状態は解放される。接着剤層５６はＵＶ硬化型接着剤、熱硬化性接着剤、熱可塑性接着剤などによって構成することができる。発光ダイオード４２が配置される位置は、一時保持用部材４３、４７上での配列よりも離間したものとなる。そのとき接着剤層５６の樹脂を硬化させるエネルギーは第二基板６０の裏面から供給される。ＵＶ硬化型接着剤の場合はＵＶ照射装置にて、熱硬化性接着剤の場合はレーザにて発光ダイオード４２の下面のみ硬化させ、熱可塑性接着剤場合は、同様にレーザ照射にて接着剤を溶融させ接着を行う。
【００６４】
また、第二基板６０上にシャドウマスクとしても機能する電極層５７を配設し、特に電極層５７の画面側の表面すなわち当該表示装置を見る人がいる側の面に黒クロム層５８を形成する。このようにすることで画像のコントラストを向上させることができると共に、黒クロム層５８でのエネルギー吸収率を高くして、選択的に照射されるビーム７３によって接着剤層５６が早く硬化するようにすることができる。この転写時のＵＶ照射としては、ＵＶ硬化型接着剤の場合は約1000mJ/cm2を照射する。
【００６５】
図１８はＲＧＢの３色の発光ダイオード４２、６１、６２を第二基板６０に配列させ絶縁層５９を塗布した状態を示す図である。図１６および図１７で用いた吸着装置５３をそのまま使用して、第二基板６０にマウントする位置をその色の位置にずらすだけでマウントすると、画素としてのピッチは一定のまま３色からなる画素を形成できる。絶縁層５９としては透明エポキシ接着剤、ＵＶ硬化型接着剤、ポリイミドなどを用いることができる。３色の発光ダイオード４２、６１、６２は必ずしも同じ形状でなくとも良い。図１８では赤色の発光ダイオード６１が六角錐のＧａＮ層を有しない構造とされ、他の発光ダイオード４２、６２とその形状が異なっているが、この段階では各発光ダイオード４２、６１、６２は既に樹脂形成チップとして樹脂４３で覆われており、素子構造の違いにもかかわらず同一の取り扱いが実現される。
【００６６】
次に、図１９に示すように、発光ダイオード４２の電極パッド４６，４９や第二基板６０上の電極層５７に対応して、これらを電気的に接続するために開口部（ビアホール）６５、６６、６７、６８、６９、７０を形成し、さらに配線を形成する。この開口部の形成も例えばレーザビームを用いて行う。
【００６７】
このときに形成する開口部すなわちビアホールは、発光ダイオード４２、６１、６２の電極パッド４６、４９の面積を大きくしているので、ビアホール形状は大きく、ビアホールの位置精度も各発光ダイオードに直接形成するビアホールに比べて粗い精度で形成できる。例えば、このときのビアホールは約６０μｍ角の電極パッド４６、４９に対し、約φ２０μｍのものを形成できる。また、ビアホールＨの深さは配線基板と接続するもの、アノード電極と接続するもの、カソード電極と接続するものの３種類の深さがあるので、形成に当たっては例えばレーザのパルス数でこれを制御し、最適な深さを開口する。
【００６８】
絶縁層５９に開口部６５、６６、６７、６８、６９、７０を形成した後、発光ダイオード４２、６１、６２のアノード、カソードの電極パッドと第二基板６０の配線用の電極層５７を接続する配線６３、６４、７１を形成する。その後、保護層を配線上に形成し、画像表示装置のパネルは完成する。このときの保護層は図１８の絶縁層５９と同様、透明エポキシ接着剤などの材料が使用できる。この保護層は加熱硬化し配線を完全に覆う。この後、パネル端部の配線からドライバーＩＣを接続して駆動パネルを製作することになる。
【００６９】
上述のような発光素子の配列方法においては、一時保持用部材４３に発光ダイオード４２を保持させた時点で既に、素子間の距離が大きくされ、その広がった間隔を利用して比較的サイズの電極パッド４６、４９などを設けることが可能となる。それら比較的サイズの大きな電極パッド４６、４９を利用した配線が行われるために、素子サイズに比較して最終的な装置のサイズが著しく大きな場合であっても容易に配線を形成できる。また、本例の発光素子の配列方法では、発光ダイオード４２の周囲が硬化した接着剤層４５で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド４６，４９を形成できるとともに素子に比べて広い領域に電極パッド４６，４９を延在でき、次の第二転写工程での転写を吸着治具で進める場合には取り扱いが容易になる。
【００７０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の転写方法によれば、素子の位置決めを素子本来の機能や形状を制限することなく安価に且つ高速に行うことができ、微細な素子を容易に転写することが可能である。
【００７１】
また、本発明の素子の配列方法によれば、上記転写方法の利点をそのまま生かして素子の転写を効率的、確実に行うことができ、素子間の距離を大きくする拡大転写を円滑に実施することが可能である。同様に、本発明の画像表示装置の製造方法によれば、密な状態すなわち集積度を高くして微細加工を施して作成された発光素子を、効率よく離間して再配置することができ、したがって精度の高い画像表示装置を生産性良く製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】素子及びアライメントマークを形成した第一基板の一例を示すものであり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図２】マスクの一例を示す概略平面図である。
【図３】転写装置の位置構成例を示す模式図である。
【図４】転写プロセスの一例を示す概略断面図である。
【図５】マスクの移動操作を操作順に示す模式的な平面図である。
【図６】各素子にアライメントマークを形成した状態を示す模式的な平面図である。
【図７】各素子の形状自体をアライメントマークとして利用した例を示す模式的な平面図である。
【図８】素子の配列自体をアライメントマークとして利用する例を示す模式的な平面図である。
【図９】素子の配列方法を示す模式図である。
【図１０】樹脂形成チップの概略斜視図である。
【図１１】樹脂形成チップの概略平面図である。
【図１２】発光素子の一例を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１３】第一転写工程を示す概略断面図である。
【図１４】電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図１５】第二の一時保持用部材への転写後の電極パッド形成工程及びダイシング工程を示す概略断面図である。
【図１６】吸着工程を示す概略断面図である。
【図１７】第二転写工程を示す概略断面図である。
【図１８】絶縁層の形成工程を示す概略断面図である。
【図１９】ビアホール形成及び配線形成工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 第一基板
２ 素子
３ アライメントマーク
４ マスク
７ 第二基板
８ ＵＶ硬化性接着剤層
１１ 第一ステージ
１２ 第二ステージ
１３ マスクステージ
１６ マーク検出機構
４０ アライメントマーク
４１ 第一基板
４２ 発光ダイオード
４３ 一時保持用部材
４７ 第二の一時保持用部材
５３ 吸着装置
６０ 第二基板
Claims (14)
- 第一基板上に配列された素子を第二基板上に転写する転写方法において、上記第一基板上の素子が形成されていない領域に、位置合わせ用のアライメントマークを上記素子の形成と同時に形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として素子を第二基板上に転写する素子の転写方法。
- 上記アライメントマークを第二基板上に転写し、第二基板上に転写された素子の位置合わせの基準とする請求項１記載の素子の転写方法。
- 上記アライメントマークを上記第一基板上に配列される全ての素子の位置合わせの基準とする請求項１記載の素子の転写方法。
- 上記アライメントマークを位置合わせの基準として第一基板上に配列される素子のうち転写対象となる素子のみを選択的に第二基板上に転写する請求項１記載の素子の転写方法。
- 上記素子を第一基板上での配列間隔よりも離間して第二基板上に転写する請求項１記載の素子の転写方法。
- 転写対象となる素子に対応して開口部を形成したマスクを用い、第一基板の裏面側から当該マスクを介してレーザ光を照射し、転写対象となる素子を第一基板から剥離して第二基板上に転写する請求項１記載の素子の転写方法。
- 上記アライメントマークを基準として上記第一基板とマスクの位置合わせを行う請求項６記載の素子の転写方法。
- 上記第一基板のアライメントマークと位置合わせするためのアライメントマークが上記マスクに形成されている請求項７記載の素子の転写方法。
- 上記アライメントマーク同士を位置合わせして第一基板とマスクの位置合わせした後、これを原点として上記マスクを順次移動し、転写対象となる素子を順次第二基板上に転写する請求項８記載の素子の転写方法。
- 上記素子は窒化物半導体を用いた半導体素子である請求項６記載の素子の転写方法。
- 第一基板上に配列された複数の素子を第二基板上に配列する素子の配列方法において、前記第一基板上で前記素子が配列された状態よりは離間した状態となるように前記素子を転写して一時保持用部材に該素子を保持させる第一転写工程と、前記一時保持用部材に保持された前記素子をさらに離間して前記第二基板上に転写する第二転写工程を有し、上記第一転写工程においては、上記第一基板上の素子が形成されていない領域に位置合わせ用のアライメントマークを形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として素子を一時保持用部材上に転写する素子の配列方法。
- 上記第一転写工程において上記第一基板上のアライメントマークを一時保持用部材に転写し、第二転写工程において当該アライメントマークを位置合わせの基準として素子を第二基板上に転写する請求項１１記載の素子の配列方法。
- 発光素子をマトリクス状に配置した画像表示装置の製造方法において、第一基板上で発光素子が配列された状態よりは離間した状態となるように前記発光素子を転写して一時保持用部材に前記発光素子を保持させる第一転写工程と、前記一時保持用部材に保持された前記発光素子をさらに離間して第二基板上に転写する第二転写工程と、前記各発光素子に接続させる配線を形成する配線形成工程とを有し、上記第一転写工程においては、上記第一基板上の発光素子が形成されていない領域に位置合わせ用のアライメントマークを形成し、当該アライメントマークを位置合わせの基準として発光素子を一時保持用部材上に転写する画像表示装置の製造方法。
- 上記第一転写工程において上記第一基板上のアライメントマークを一時保持用部材に転写し、第二転写工程において当該アライメントマークを位置合わせの基準として発光素子を第二基板上に転写する請求項１３記載の画像表示装置の製造方法。
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