JP5176260B2

JP5176260B2 - 画像表示装置の製造方法

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Publication number: JP5176260B2
Application number: JP2001283241A
Authority: JP
Inventors: 雄壱宮森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP2003092348A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂上への配線形成方法に関するものであり、さらには、これを応用した表示素子の形成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】
例えば、発光素子をマトリクス状に配列して画像表示装置に組み上げる場合には、従来、液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）のように基板上に直接素子を形成するか、あるいは発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤディスプレイ）のように単体のＬＥＤパッケージを配列することが行われている。例えば、ＬＣＤ、ＰＤＰの如き画像表示装置においては、素子分離ができないために、製造プロセスの当初から各素子はその画像表示装置の画素ピッチだけ間隔を空けて形成することが通常行われている。
【０００３】
一方、ＬＥＤディスプレイの場合には、ＬＥＤチップをダイシング後に取り出し、個別にワイヤーボンドもしくはフリップチップによるバンプ接続により外部電極に接続し、パッケージ化されることが行われている。この場合、パッケージ化の前もしくは後に画像表示装置としての画素ピッチに配列されるが、この画素ピッチは素子形成時の素子のピッチとは無関係とされる。
【０００４】
発光素子であるＬＥＤ（発光ダイオード）は高価である為、１枚のウエハから数多くのＬＥＤチップを製造することによりＬＥＤを用いた画像表示装置を低コストにできる。すなわち、ＬＥＤチップの大きさを従来約３００μｍ角のものを数十μｍ角のＬＥＤチップにして、それを接続して画像表示装置を製造すれば画像表示装置の価格を下げることができる。
【０００５】
【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、効率的な転写、精度の良い転写を実現するために、発光素子をチップ部品化することが好ましい。ここで、発光素子をチップ部品化するには、発光素子を樹脂材料に埋め込み、これを切り出して表示素子として取り扱えばよい。
【０００６】
ところで、このように発光素子を樹脂に埋め込んでチップ部品化する場合、樹脂上に発光素子と接続される配線を形成し、これを外部との接続のための電極とする必要がある。従来、樹脂上に配線材料であるＡｌを蒸着法やスパッタ法を用いて成膜する場合、真空チャンバ内を特定の真空度、例えば１０^−４Ｐａまで真空に引き、所定の真空度に到達次第、成膜を開始している。しかしながら、このような方法を用いた場合、樹脂に含まれる水分などの脱ガスの影響により、樹脂とＡｌとの密着性が悪くなり、これが原因で電極が剥離するなどの問題が生じている。この対策としては、例えば配線のレイアウトの工夫などにより脱ガスをコントロールする方法なども採用されているが、この方法では配線のレイアウトに制約が生ずることなどが新たに問題となる。
【０００７】
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、配線の剥がれを解消することができ、配線レイアウトに制約が生ずることもない新規な配線形成方法を提供することを目的とする。また、本発明は、これを応用した表示素子の形成方法、画像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。すなわち、発光素子を樹脂によりモジュール化した場合にも良好な電極形成が可能で、搬送や基体への実装も容易であるような構造を有し信頼性の高い表示素子を作製し得る表示素子の形成方法を提供することを目的とし、さらには、生産性に優れ製造コストを抑えることが可能な画像表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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、本発明の配線形成方法は、樹脂層上に金属層を形成する配線形成方法において、硬化させた樹脂層を減圧下で加熱し樹脂層中に含まれる水分を除去した後、水分を除去する工程での減圧状態を維持したまま、当該減圧下において樹脂層上に上記金属層を成膜することを特徴とするものである。減圧下での加熱により樹脂層中の水分などが除去され、これに起因する脱ガスが抑えられることから、樹脂層上に金属層を形成しても剥がれが生ずることはない。
【０００９】
また、本発明の表示素子の形成方法は、発光素子を樹脂層中に埋め込み当該樹脂層を硬化させてチップ部品化した後、電極を樹脂表面に形成する表示素子の形成方法において、上記硬化させた樹脂を減圧下で加熱し樹脂中に含まれる水分を除去した後、水分を除去する工程での減圧状態を維持したまま、当該減圧下において前記樹脂層上に電極となる金属層を成膜することを特徴とするものである。かかる形成方法を採用することにより、電極の剥がれが解消され、信頼性の高いものとなる。
【００１０】
さらに、本発明の画像表示装置の製造方法は、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、前記各発光素子と接続される配線を形成する配線形成工程とを有し、発光素子が樹脂に埋め込まれチップ部品化された表示素子をマトリクス状に配置する画像表示装置の製造方法において、発光素子を樹脂層中に埋め込んで当該樹脂層を硬化させてチップ部品化した後、上記樹脂を減圧下で加熱して樹脂中に含まれる水分を除去し、水分を除去する工程での減圧状態を維持したまま、当該減圧下において樹脂層上に電極となる金属層を成膜して樹脂表面に電極を形成し表示素子とすることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の表示素子及び画像表示装置においては、発光素子は樹脂に埋め込まれてモジュール化され、表示素子とされる。このように、微細に形成された発光素子を樹脂に埋め込むことにより取り扱い易い大きさに再形成しモジュール化すれば、製造コストが極限まで抑えられ、それと同時にハンドリング性が確保されるので、搬送なども容易である。また、このモジュール化された表示素子の表面に発光素子の駆動電極を引き出し形成することにより、基体上に形成された電源線や信号線などを簡単にこれら駆動電極と接続することができ、基体への実装も極めて容易なものとなるが、このとき電極の剥がれなどの問題が解消され、信頼性も確保される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した配線形成方法、素子の形成方法、及び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。
【００１３】
先ず、本発明の配線形成方法であるが、本発明は、樹脂層上に金属層を形成し、これをパターニングして配線層とするというのが基本的なプロセスである。例えば、図１（ａ）に示すように、基板１上にエポキシ樹脂などからなる樹脂層２を形成する。ここで、樹脂層２の構成材料としては、前記エポキシ樹脂の他、アクリル樹脂なども使用可能であり、特に限定されることはない。そして、図１（ｂ）に示すように、この樹脂層２上にＡｌなどからなる金属層３を成膜し、これをフォトリソ技術などによって所定のパターンにエッチングして配線層とする。
【００１４】
上記金属層３は、蒸着法やスパッタ法により樹脂層２上に成膜するが、本発明においては、金属層３成膜前に樹脂層２を減圧下で加熱し、十分に脱ガスして水分を予め除去しておくというのが大きな特徴点である。これまでの方法では、樹脂層上にＡｌなどからなる金属層を蒸着法やスパッタ法を用いて成膜する際、特定の真空度（例えば１０^−４Ｐａ）まで真空に引き、前記真空度に到達し次第、金属層の成膜を開始していたが、この方法では水分などの脱ガスの影響で樹脂層と金属層との密着性が悪くなり、金属層が剥がれるなどの問題が生ずる。本発明では、樹脂層を減圧下で加熱して樹脂層中に含まれる水分を予め除去しておき、その後に金属層を成膜するようにしているので、金属層の剥がれの問題などを解消することができる。
【００１５】
図２は、スパッタ法による金属層３の成膜プロセスを示すものである。上記図１（ａ）に示す工程により樹脂層２が形成された基板１は、スパッタ装置の真空チャンバ１１内の基板ホルダ１２に装着する。真空チャンバ１１内には、上記基板１と対向するようにカソード電極１３と接してターゲット１４が配置されている。カソード電極１３には、冷却水を循環させることでこれと接するターゲット１４を冷却する冷却機構１５が設けられるとともに、高周波電源１６が接続されている。また、真空チャンバ１１には、アルゴンガスを供給するためのガスボンベ１７が設置されるとともに、真空チャンバ１１内部を真空排気するための排気系１８が設けられている。
【００１６】
本発明では、上記真空チャンバ１１内に基板１を設置した後、真空チャンバ１１内を真空排気し、１０^−４Ｐａ以下、例えば１０^−５Ｐａまで減圧する。このとき、急激に減圧すると、樹脂層２が収縮するなど、樹脂層２に対して悪影響を及ぼす虞れがあるので、ゆっくり真空排気することが好ましい。減圧後、樹脂層２を加熱する。樹脂層２を加熱するには、例えば上記基板ホルダ１２に加熱ヒータなどを組み込んでおき、基板１を介して加熱するなどの方法を挙げることができる。加熱温度は、水分の脱ガスなどを考慮すると１００℃以上とすることが好ましい。ただし、樹脂層２の耐熱限界温度以上に加熱すると、樹脂層２が分解したり軟化流動してしまう虞れがあることから、加熱温度の上限は樹脂耐熱限界温度以下とすることが望ましい。この状態でしばらくの間放置し、樹脂層２中に含まれる水分などを十分に脱ガスする。放置時間は脱ガスの観点からはなるべく長い方が好ましく、上記減圧下での加熱時間は１０分間以上とすることが好ましい。
【００１７】
上記により十分に樹脂層２の脱ガスを行った後に、金属層３を成膜する。金属層３の成膜に際しては、上記真空チャンバ１１内に基板１を設置したまま、真空チャンバ１１内の真空を破ることなく引き続き金属層３の成膜を行う。なお、この金属層３の成膜に先立って、逆スパッタにより樹脂層２の表面を清浄化するようにしてもよい。逆スパッタは、金属層３成膜時とは電位を逆にして行う清浄化技術であり、プラズマ化したアルゴンイオンで樹脂層２の表面をスパッタすることにより、汚れなどを取り除くことができる。この逆スパッタの後、金属層３をスパッタ法により成膜する。
【００１８】
金属層３は、Ａｌの他、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉなどを用いることができ、これらの合金とすることも可能である。さらには、ＡｌもしくはＡｌを主とする合金の層と他の金属からなる層との積層膜とすることも可能である。したがって、金属層３のスパッタ時には、これに応じたターゲット１４を用意する。金属層３のスパッタは、通常の条件で行えばよく、これにより蒸着法などに比べて膜質の良好な金属層３が成膜される。
【００１９】
実際、本発明者は、次のような方法で金属層の成膜を試みたところ、樹脂との密着性の良好なＡｌの成膜が可能であった。すなわち、基板上にエポキシ樹脂層を成膜した後、Ａｌを成膜した。この際、真空チャンバ内に基板を保持した後、真空チャンバ内を１０^−５Ｐａまで真空引きを行った。そして、３０分放置した後、スパッタ法によりＡｌを成膜した。Ａｌの成膜条件は、膜厚１μｍ、圧力０．５Ｐａ、投入電力１ｋＷ、Ａｒ２５ｓｃｃｍとした。成膜されたＡｌには膜剥がれは見られず、脱ガスしなかった場合と比べて明らかに改善が見られた。
【００２０】
以上、スパッタ法を例にして説明してきたが、金属層３の成膜方法はこれに限らず、例えば蒸着法の場合にも同様の効果を得ることができる。この場合、脱ガスの条件は、先のスパッタ法の場合と同様である。また、蒸着法により金属層を形成する場合にも、真空中で脱ガスした後、真空を破ることなく引き続き金属を蒸着法により成膜することが好ましい。
【００２１】
上述の通り、本発明によれば、従来、剥がれや信頼性上問題のあった樹脂上へのＡｌ配線が可能である。半導体素子においてはＡｌにより配線が形成されていることが多く、したがって、樹脂上へＡｌを配線することができれば、半導体素子との結線を容易なものとすることができる。また、上記樹脂上へのＡｌのスパッタによる配線形成は、これまで半導体素子では実現されたことがなく、本発明を適用することにより、例えば樹脂を半導体素子の層間絶縁膜とすることが可能になる。
【００２２】
上記配線形成方法は、例えば発光素子を樹脂中に埋め込んでチップ部品化した後、電極を樹脂表面に形成する表示素子の形成方法などに応用することができる。以下、この表示素子の形成方法、さらには画像表示装置の製造方法について説明する。
【００２３】
例えば発光ダイオードを用いて画像表示装置を作製する場合、発光ダイオードを離間して配列する必要がある。この配列方法としては種々の方法があるが、ここでは二段階拡大転写法を例にして説明する。二段階拡大転写法では、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。
【００２４】
図３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３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。
【００２５】
次に図３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２２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１１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。
【００２６】
このような第一転写工程の後、図３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３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。
【００２７】
次に、図３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。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。第二転写工程に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＝ｎ×ｍで表される。
【００２８】
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電極への配線を含む。
【００２９】
図３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の形成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、２０ａから一時保持用部材２１、２１ａ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、２１ａ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＝ｎ^２＋２ｎｍ＋ｍ^２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。
【００３０】
なお、図３に示した二段階拡大転写法においては、素子２２を例えば発光素子としているが、これに限定されず、他の素子例えば液晶制御素子、光電変換素子、圧電素子、薄膜トランジスタ素子、薄膜ダイオード素子、抵抗素子、スイッチング素子、微小磁気素子、微小光学素子から選ばれた素子若しくはその部分、これらの組み合わせなどであっても良い。
【００３１】
上記第二転写工程においては、発光素子は樹脂形成チップとして取り扱われ、一時保持用部材上から第二基板にそれぞれ転写されるが、この樹脂形成チップについて図４及び図５を参照して説明する。樹脂形成チップ３０は、離間して配置されている発光素子３１の周りを樹脂３２で固めたものであり、このような樹脂形成チップ３０は、一時保持用部材から第二基板に発光素子３１を転写する場合に使用できるものである。樹脂形成チップ３０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３０の形状は樹脂３２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発光素子３１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。
【００３２】
略平板状の樹脂３２の表面側と裏面側にはそれぞれ電極パッド３３，３４が形成される。これら電極パッド３３，３４の形成は全面に電極パッド３３，３４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３３，３４は発光素子３１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３２にビアホールなどが形成される。上記配線形成方法は、これら電極パッド３３，３４の形成に応用することができ、電極パッド３３，３４を成膜する前に、樹脂３２を減圧下で加熱して水分などを十分に脱ガスする。
【００３３】
ここで電極パッド３３，３４は樹脂形成チップ３０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り、例えば薄膜トランジスタの場合ではソース、ゲート、ドレインの３つの電極があるため、電極パッドを３つ或いはそれ以上形成しても良い。電極パッド３３，３４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３３，３４の形状も正方形に限定されず他の形状としても良い。
【００３４】
このような樹脂形成チップ３０を構成することで、発光素子３１の周りが樹脂３２で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド３３，３４を形成できるとともに発光素子３１に比べて広い領域に電極パッド３３，３４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３３，３４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。
【００３５】
次に、図６に本例の二段階拡大転写法で使用される素子の一例としての発光素子の構造を示す。図６の（ａ）が素子断面図であり、図６の（ｂ）が平面図である。この発光素子は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。
【００３６】
まず、その構造については、ＧａＮ系半導体層からなる下地成長層４１上に選択成長された六角錐形状のＧａＮ層４２が形成されている。なお、下地成長層４１上には図示しない絶縁膜が存在し、六角錐形状のＧａＮ層４２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４２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４２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４２の傾斜したＳ面を覆うように活性層であるＩｎＧａＮ層４３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４４が形成される。このマグネシウムドープのＧａＮ層４４もクラッドとして機能する。
【００３７】
このような発光ダイオードには、ｐ電極４５とｎ電極４６が形成されている。ｐ電極４５はマグネシウムドープのＧａＮ層４４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４６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４１の裏面側からｎ電極取り出しを行う場合は、ｎ電極４６の形成は下地成長層４１の表面側には不要となる。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、図３に示す発光素子の配列方法を応用した画像表示装置の製造の具体的手法について説明する。発光素子は図６に示したＧａＮ系の発光ダイオードを用いている。先ず、図７に示すように、第一基板５１の主面上には複数の発光ダイオード５２が密な状態で形成されている。発光ダイオード５２の大きさは微小なものとすることができ、例えば一辺約２０μｍ程度とすることができる。第一基板５１の構成材料としてはサファイア基板などのように発光ダイオード５２に照射するレーザの波長に対して透過率の高い材料が用いられる。発光ダイオード５２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５２ｇが形成されていて、個々の発光ダイオード５２は分離できる状態にある。この溝５２ｇの形成は例えば反応性イオンエッチングで行う。
【００４０】
次いで、第一基板５１上の発光ダイオード５２を第１の一時保持用部材５３上に転写する。ここで第１の一時保持用部材５３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、本例では石英ガラス基板を用いた。また、第１の一時保持用部材５３の表面には、離型層として機能する剥離層５４が形成されている。剥離層５４には、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が、ここではポリイミドを用いた。
【００４１】
転写に際しては、図７に示すように、第一基板５１上に発光ダイオード５２を覆うに足る接着剤（例えば紫外線硬化型の接着剤）５５を塗布し、発光ダイオード５２で支持されるように第１の一時保持用部材５３を重ね合わせる。この状態で、図８に示すように第１の一時保持用部材５３の裏面側から接着剤５５に紫外線（ＵＶ）を照射し、これを硬化する。第１の一時保持用部材５３は石英ガラス基板であり、上記紫外線はこれを透過して接着剤５５を速やかに硬化する。
【００４２】
このとき、第１の一時保持用部材５３は、発光ダイオード５２によって支持されていることから、第一基板５１と第１の一時保持用部材５３との間隔は、発光ダイオード５２の高さによって決まることになる。図８に示すように発光ダイオード５２で支持されるように第１の一時保持用部材５３を重ね合わせた状態で接着剤５５を硬化すれば、当該接着剤５５の厚さｔは、第一基板５１と第１の一時保持用部材５３との間隔によって規制されることになり、発光ダイオード５２の高さによって規制される。すなわち、第一基板５１上の発光ダイオード５２がスペーサとしての役割を果たし、一定の厚さの接着剤層が第一基板５１と第１の一時保持用部材５３の間に形成されることになる。このように、上記の方法では、発光ダイオード５２の高さにより接着剤層の厚みが決まるため、厳密に圧力を制御しなくとも一定の厚みの接着剤層を形成することが可能である。
【００４３】
接着剤５５を硬化した後、図９に示すように、発光ダイオード５２に対しレーザを第一基板５１の裏面から照射し、当該発光ダイオード５２を第一基板５１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５２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。このレーザアブレーションを利用した剥離によって、発光ダイオード５２は第一基板５１の界面で分離し、一時保持用部材５３上に接着剤５５に埋め込まれた状態で転写される。
【００４４】
図１０は、上記剥離により第一基板５１を取り除いた状態を示すものである。このとき、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５１から剥離しており、その剥離面にＧａ５６が析出しているため、これをエッチングすることが必要である。そこで、ＮａＯＨ水溶液もしくは希硝酸などによりウエットエッチングを行い、図１１に示すように、Ｇａ５６を除去する。さらに、図１２に示すように、酸素プラズマ（Ｏ_２プラズマ）により表面を清浄化し、ダイシングにより接着剤５５をダイシング溝５７によって切断し、発光ダイオード５２毎にダイシングした後、発光ダイオード５２の選択分離を行なう。ダイシングプロセスは通常のブレードを用いたダイシング、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を用いたレーザによる加工を行う。その切り込み幅は画像表示装置の画素内の接着剤５５で覆われた発光ダイオード５２の大きさに依存するが、一例として、エキシマレーザにて溝加工を行い、チップの形状を形成する。
【００４５】
発光ダイオード５２を選択分離するには、先ず、図１３に示すように、清浄化した発光ダイオード５２上に熱可塑性接着剤５８を塗布し、この上に第２の一時保持用部材５９を重ねる。この第２の一時保持用部材５９も、先の第１の一時保持用部材５３と同様、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、本例では石英ガラス基板を用いた。また、この第２の一時保持用部材５９の表面にもポリイミドなどからなる剥離層６０を形成しておく。
【００４６】
次いで、図１４に示すように、転写対象となる発光ダイオード５２ａに対応した位置にのみ第１の一時保持用部材５３の裏面側からレーザを照射し、レーザアブレーショによりこの発光ダイオード５２ａを第１の一時保持用部材５３から剥離する。それと同時に、やはり転写対象となる発光ダイオード５２ａに対応した位置に、第２の一時保持用部材５９の裏面側から可視または赤外レーザ光を照射して、この部分の熱可塑性接着剤５８を一旦溶融し硬化させる。その後、第２の一時保持用部材５９を第１の一時保持用部材５３から引き剥がすと、図１５に示すように、上記転写対象となる発光ダイオード５２ａのみが選択的に分離され、第２の一時保持用部材５９上に転写される。
【００４７】
上記選択分離後、図１６に示すように、転写された発光ダイオード５２を覆って樹脂を塗布し、樹脂層６１を形成する。さらに、図１７に示すように、酸素プラズマなどにより樹脂層６１の厚さを削減し、図１８に示すように、発光ダイオード５２に対応した位置にレーザの照射によりビアホール６２を形成する。ビアホール６２の形成には、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。このとき、ビアホール６２は例えば約３〜７μｍの径を開けることになる。
【００４８】
次に、上記ビアホール６２を介して発光ダイオード５２のｐ電極と接続されるアノード側電極パッド６３を形成する。このアノード側電極パッド６３は、例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕなどで形成する。図１９は、発光ダイオード５２を第２の一時保持用部材５９に転写して、アノード電極（ｐ電極）側のビアホール６２を形成した後、アノード側電極パッド６３を形成した状態を示している。この電極パッド６３を形成する際に、上記配線形成方法を利用する。すなわち、電極パッド６３となる金属層を成膜する前に、減圧下で加熱し、樹脂層６１に含まれる水分などを十分に脱ガスする。脱ガス後、金属層をスパッタ法などにより成膜し、これをパターニングして電極パッド６３とすれば、電極パッド６３の膜剥がれなどを防止することができる。
【００４９】
上記アノード側電極パッド６３を形成した後、反対側の面にカソード側電極を形成するため、第３の一時保持用部材６４への転写を行う。第３の一時保持用部材６４も、例えば石英ガラスなどからなる。転写に際しては、図２０に示すように、アノード側電極パッド６３を形成した発光ダイオード５２、さらには樹脂層６１上に接着剤６５を塗布し、この上に第３の一時保持用部材６４を貼り合せる。この状態で第２の一時保持用部材５９の裏面側からレーザを照射すると、石英ガラスからなる第２の一時保持用部材５９と、当該第２の一時保持用部材５９上に形成されたポリイミドからなる剥離層６０の界面でレーザアブレーションによる剥離が起き、剥離層６０上に形成されている発光ダイオード５２や樹脂層６１は、第３の一時保持用部材６４上に転写される。図２１は、第２の一時保持用部材５９を分離した状態を示すものである。
【００５０】
カソード側電極の形成に際しては、上記の転写工程を経た後、図２２に示すＯ_２プラズマ処理により上記剥離層６０や余分な樹脂層６１を除去し、発光ダイオード５２のコンタクト半導体層（ｎ電極）を露出させる。発光ダイオード５２は一時保持用部材６４の接着剤６５によって保持された状態で、発光ダイオード５２の裏面がｎ電極側（カソード電極側）になっていて、図２３に示すように電極パッド６６を形成すれば、電極パッド６６は発光ダイオード５２の裏面と電気的に接続される。この電極パッド６６を形成する際にも上記配線形成方法を応用することが好ましい。すなわち、電極パッド６６となる金属層を成膜する前に、減圧下で加熱し、樹脂層６１に含まれる水分などを十分に脱ガスする。脱ガス後、金属層をスパッタ法などにより成膜すれば、電極パッド６６の膜剥がれなどを防止することができる。
【００５１】
その後、電極パッド６６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、例えば約６０μｍ角とすることができる。電極パッド６６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５２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。
【００５２】
次に、上記樹脂層６１や接着剤６５によって固められた発光ダイオード５２を個別に切り出し、上記樹脂形成チップの状態にする。切り出しは、例えばレーザダイシングにより行えばよい。図２４は、レーザダイシングによる切り出し工程を示すものである。レーザダイシングは、レーザのラインビームを照射することにより行われ、上記樹脂層６１及び接着剤６５を第３の一時保持用部材６４が露出するまで切断する。このレーザダイシングにより各発光ダイオード５２は所定の大きさの樹脂形成チップとして切り出され、後述の実装工程へと移行される。
【００５３】
実装工程では、機械的手段（真空吸引による素子吸着）とレーザアブレーションの組み合わせにより発光ダイオード５２（樹脂形成チップ）が第３の一時保持用部材６４から剥離される。図２５は、第３の一時保持用部材６４上に配列している発光ダイオード５２を吸着装置６７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６８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５２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、例えば直径約１００μｍ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６８の部材は例えば、Ｎｉ電鋳により作製したもの、もしくはＳＵＳなどの金属板をエッチングで穴加工したものが使用され、吸着孔６８の奥には吸着チャンバ６９が形成されており、この吸着チャンバ６９を負圧に制御することで発光ダイオード５２の吸着が可能になる。発光ダイオード５２はこの段階で樹脂層６１で覆われており、その上面は略平坦化されている。このために吸着装置６７による選択的な吸着を容易に進めることができる。
【００５４】
なお、上記吸着装置６７には、真空吸引による素子吸着の際に、発光ダイオード５２（樹脂形成チップ）を一定の位置に安定して保持できるように、素子位置ずれ防止手段を形成しておくことが好ましい。図２６は、素子位置ずれ防止手段７０を設けた吸着装置６７の一例を示すものである。本例では、素子位置ずれ防止手段７０は、樹脂形成チップの周面に当接する位置決めピンとして形成されており、これが樹脂形成チップの周面（具体的にはレーザダイシングにより切断された樹脂層６１の切断面）に当接することにより、吸着装置６７と樹脂形成チップ（すなわち発光ダイオード５２）とが互いに正確に位置合わせされる。上記レーザダイシングにより切断された樹脂層６１の切断面は、完全な垂直面ではなく、５°〜１０°程度のテーパ−を有する。したがって、上記位置決めピン（素子位置ずれ防止手段６０）にも同様のテーパ−を持たせておけば、吸着装置６７と発光ダイオード５２間に若干の位置ずれがあったとしても、速やかに矯正される。
【００５５】
上記発光ダイオード５２の剥離に際しては、上記吸着装置６７による素子吸着と、レーザアブレーションによる樹脂形成チップの剥離を組み合わせ、剥離が円滑に進むようにしている。レーザアブレーションは、第３の一時保持用部材６４の裏面側からレーザを照射することにより行う。このレーザアブレーションによって、第３の一時保持用部材６４と接着剤６５の界面で剥離が生ずる。
【００５６】
図２７は発光ダイオード５２を第二基板７１に転写するところを示した図である。第二基板７１は、配線層７２を有する配線基板であり、発光ダイオード５２を装着する際に第二基板７１にあらかじめ接着剤層７３が塗布されており、その発光ダイオード５２下面の接着剤層７３を硬化させ、発光ダイオード５２を第二基板７１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６７の吸着チャンバ６９が圧力の高い状態となり、吸着装置６７と発光ダイオード５２との吸着による結合状態は解放される。接着剤層７３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。第二基板７１上で発光ダイオード５２が配置される位置は、一時保持用部材６４上での配列よりも離間したものとなる。接着剤層７３の樹脂を硬化させるエネルギーは第二基板７１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赤外線加熱などによって発光ダイオード５２の下面のみ硬化させ、熱可塑性接着剤場合は、赤外線やレーザの照射によって接着剤を溶融させ接着を行う。
【００５７】
図２８は、他の色の発光ダイオード７４を第二基板７１に配列させるプロセスを示す図である。図２５あるいは図２６で用いた吸着装置６７をそのまま使用して、第二基板７１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複数色からなる画素を形成できる。ここで、発光ダイオード５２と発光ダイオード７４は必ずしも同じ形状でなくとも良い。図２８では、赤色の発光ダイオード７４が六角錐のＧａＮ層を有しないプレーナ型構造とされ、他の発光ダイオード５２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５２、７４は既に樹脂形成チップとして樹脂層６１、接着剤６５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。
【００５８】
次いで、図２９に示すように、これら発光ダイオード５２，７４を含む樹脂形成チップを覆って絶縁層７５を形成する。絶縁層７５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。上記絶縁層７５を形成した後、配線形成工程を行なう。図３０は配線形成工程を示す図である。絶縁層７５に開口部７６、７７、７８、７９、８０、８１を形成し、発光ダイオード５２、７４のアノード、カソードの電極パッドと第二基板７１の配線層７２を接続する配線８２、８３、８４を形成した図である。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５２、７４の電極パッドの面積を大きくしているので大きくすることができ、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角の電極パッドに対し、直径約２０μｍのものを形成できる。また、ビアホール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レーザのパルス数で制御し、最適な深さを開口する。
【００５９】
その後、図３１に示すように、保護層８５を形成し、ブラックマスク８６を形成して画像表示装置のパネルは完成する。このときの保護層８５は図２８の絶縁層７５と同様であり、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８５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。
【００６０】
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５９、６４に発光ダイオード５２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６３、６６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６３、６６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５２の周囲が硬化した樹脂層６１で被覆され平坦化によって精度良く電極パッド６３，６６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６３，６６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。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の配線形成方法によれば、配線の剥がれを解消することができ、配線レイアウトに制約が生ずることもない。また、本発明の表示素子の形成方法によれば、発光素子を樹脂によりモジュール化した場合にも良好な電極形成が可能で、搬送や基体への実装も容易であるような構造を有し信頼性の高い表示素子を作製することができる。さらに、これら配線形成方法や発光素子の形成方法を応用することにより、生産性に優れ製造コストを抑えることが可能な画像表示装置の製造方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】樹脂層上への金属層の成膜プロセスを示すものであり、（ａ）は樹脂層形成工程を示す概略断面図、（ｂ）は金属層成膜工程を示す概略断面図である。
【図２】スパッタ装置の一例を示す模式図である。
【図３】素子の配列方法を示す模式図である。
【図４】樹脂形成チップの概略斜視図である。
【図５】樹脂形成チップの概略平面図である。
【図６】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７】第１の一時保持用部材の接合工程を示す概略断面図である。
【図８】ＵＶ接着剤硬化工程を示す概略断面図である。
【図９】レーザアブレーション工程を示す概略断面図である。
【図１０】第一基板の分離工程を示す概略断面図である。
【図１１】Ｇａ除去工程を示す概略断面図である。
【図１２】素子分離溝形成工程を示す概略断面図である。
【図１３】第２の一時保持用部材の接合工程を示す概略断面図である。
【図１４】選択的なレーザアブレーション及びＵＶ露光工程を示す概略断面図である。
【図１５】発光ダイオードの選択分離工程を示す概略断面図である。
【図１６】樹脂による埋め込み工程を示す概略断面図である。
【図１７】樹脂層厚削減工程を示す概略断面図である。
【図１８】ビア形成工程を示す概略断面図である。
【図１９】アノード側電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図２０】レーザアブレーション工程を示す概略断面図である。
【図２１】第２の一時保持用部材の分離工程を示す概略断面図である。
【図２２】コンタクト半導体層露出工程を示す概略断面図である。
【図２３】カソード側電極パッド形成工程を示す概略断面図である。
【図２４】レーザダイシング工程を示す概略断面図である。
【図２５】吸着装置による選択的ピックアップ工程を示す概略断面図である。
【図２６】素子位置ずれ防止手段を設けた吸着装置の一例を示す概略断面図である。
【図２７】第二基板への転写工程を示す概略断面図である。
【図２８】他の発光ダイオードの転写工程を示す概略断面図である。
【図２９】絶縁層形成工程を示す概略断面図である。
【図３０】配線形成工程を示す概略断面図である。
【図３１】保護層及びブラックマスク形成工程を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１基板、２樹脂層、３金属層、１１真空チャンバ、１２基板ホルダ、１３カソード電極、１４ターゲット、３０樹脂形成チップ、３１発光素子、３２樹脂、３３，３４電極パッド、６１樹脂層、６３，６６電極パッド

Claims

第一基板上に配列された発光素子を樹脂層中に埋め込んで当該樹脂層を硬化させ、当該発光素子毎に当該樹脂層を切断してチップ部品化する工程と、
前記硬化させた樹脂層を減圧下で加熱して当該樹脂層中に含まれる水分を除去する工程と、
前記水分を除去する工程での減圧状態を維持したまま、当該減圧下において前記樹脂層上に電極となる金属層を形成する工程と、
前記発光素子をチップ部品化する工程の後で前記水分を除去する工程の前、および前記金属層を形成する工程の後の少なくとも一方において、当該チップ部品化した発光素子を前記第一基板上よりも離間した状態となるように一時保持用部材に転写して保持させる工程とを行う
画像表示装置の製造方法。
前記水分を除去する工程では、前記硬化させた樹脂層が配置された雰囲気を減圧した後、当該樹脂層を加熱する
請求項１に記載の画像表示装置の製造方法。
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し、前記樹脂層に埋め込まれた発光素子をマトリクス状に配置する工程を行う
請求項１または２に記載の画像表示装置の製造方法。