JP7486521B2 - 集光レンズの高さ調整方法およびチップ転写方法ならびに集光レンズの高さ調整装置およびチップ転写装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光レンズの高さ調整方法およびチップ転写方法ならびに集光レンズの高さ調整装置およびチップ転写装置に関する。
微細加工技術の進歩による半導体チップの微小化や、ＬＥＤの発光効率向上によるＬＥＤチップの小型化が進んでいる。このため、半導体チップやＬＥＤチップ等のチップ部品を、１枚のウェハ基板に、密に多数形成できるようになってきている。
近年、ウェハ基板に密に形成されダイシングされたチップ部品や、ウェハ基板上の配置状態のままで転写基板に転写されたチップ部品を、所定の間隔を開けて配線基板等の転写先基板に再配列し、高速高精度に実装する用途がある。例えば、画像表示装置として注目されているマイクロＬＥＤディスプレイ製造においては、数百万個のＬＥＤチップを、間隔を開けＴＦＴ基板の所定位置に実装する必要がある。
ここで、ウェハ基板を含む転写基板上に高密度に配列された個々のチップ部品は、チップ部品の電極と転写先基板の電極との電気的接合を確保するため、誤差が数μｍ程度の高精度に転写される必要がある。しかも多数のチップ部品を高速に転写する必要がある。
このような高速、高精度にチップ部品の転写を行い、転写先基板に所定の間隔を空け、高精度に実装するプロセスが種々検討されている。なかでも、レーザーリフトオフ法（以後ＬＬＯ法と記す）については多くの検討がなされている（例えば特許文献１）。
図１２ではＬＬＯ法により転写基板２から転写先基板Ｂにチップ部品Ｃを転写配置する例を示している。すなわち、右端のチップ部品Ｃにレーザー光Ｌを照射して、転写先基板Ｂに転写する状態を示している。ここで、右端のチップ部品Ｃは転写先基板Ｂの所定位置上部に位置合わせされている。ここで、レーザー光Ｌの波長はチップ部品Ｃが転写基板２から剥離するのに適した範囲から選ばれる。例えば、転写基板２を透過しつつチップ部品Ｃの素材に吸収される波長を用いれば、温度上昇に伴い素材が分解して生じたガスにより転写基板２からチップ部品Ｃは剥離される。
図１３は、レーザー光Ｌの照射により転写基板２から剥離した右端のチップ部品Ｃが転写先基板Ｂに転写された状態を示している。ここで、右端のチップ部品Ｃは直下に転写されるため、転写先基板Ｂの所定位置に配置される。なお、転写に伴うチップ部品の直下への移動距離を、チップ部品厚みより大きくしておけば、転写先基板Ｂにチップ部品Ｃが転写されていても転写基板２を水平方向に移動させることは可能である。
ＬＬＯ法で転写基板２から転写先基板Ｂにチップ部品Ｃを転写するためには、レーザー光Ｌの波長に加えて、転写基板２とチップ部品Ｃの界面である加工面におけるレーザー光の強度分布が重要である。その具体例を、レーザー光Ｌの加工面における強度分布と転写品質の関係で断面図で示したのが 図１４である。
図１４において、強度分布Ｄ（トップハット分布）はチップ部品Ｃが転写基板２から剥離しつつ過剰なエネルギーを受けずに転写先基板Ｂに確実に転写される（加工面における）レーザー光Ｌの強度分布である。他方、強度分布Ａは均一な強度分布ではあるが、加工面におけるレーザー光Ｌの強度が全体的に弱くチップ部品Ｃは剥離しない。強度分布Ｂ（ガウシアン分布）ではチップ中心部では十分なレーザー光Ｌの強度が得られていてもチップ部品Ｃ周縁部ではチップ部品Ｃが剥離しないため転写不良を生じる。また、強度分布Ｃ（Ｍ字分布、照射面で見たらドーナッツ状）ではチップ部品Ｃの周縁部でのレーザー光Ｌが過剰になるため、チップ部品Ｃは転写基板２から剥離するものの、チップ部品の一角から剥離が生じることによるチップ部品Ｃの転写時横ズレや、チップ部品Ｃ角部の破損が懸念される。
そこで、 図１２における集光レンズ５の高さ調整等を行って、加工面２Ｆのレーザー光強度分布を適正化する必要がある。そこで、従来、 図１５（ｂ）に例示するような手法で加工面のレーザー光強度分布を調整している。すなわち、 図１５（ａ）に示す加工面２Ｆの高さにおけるレーザー光Ｌの強度分布を、（転写基板２がない状態で）加工面２Ｆと同じ高さＨ２Ｆに受光面７Ｆを有するビームプロファイラ７で観察しながら、受光面７Ｆの光強度分布が（ 図１４の強度分布Ｄのように）適正化するように集光レンズ５の高さ位置を求めている。そうして、このようにして調整した集光レンズ５の高さ位置でＬＬＯ法を行っている。
しかし、 図１５（ｂ）に示した手法で集光レンズ５の高さを調整しても、ＬＬＯ法でのチップ部品Ｃの転写において、品質転写不良が生じることがあった。すなわち、転写基板２を配置した状態における加工面での光強度分布が適正でないことがあった。
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、レーザーリフトオフ法でチップ部品を転写先の基板に転写するのに際して、チップ部品と転写基板の界面である加工面におけるレーザー光強度分布を適正化して良好な転写品質が得られるような、光レンズの高さ調整方法およびチップ転写方法ならびに集光レンズの高さ調整装置およびチップ転写装置を提供する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するレーザーリフトオフ転写法において、レーザー光源と前記転写基板の間に配置され、上下移動可能な集光レンズの高さを調整して、前記加工面の面内におけるレーザー光の強度分布を適正化する、集光レンズの高さ調整方法であって、
前記転写基板の下側に、上向きの受光面を有し、レーザー光の強度分布を測定するビームプロファイラを配置し、前記転写基板越しに、前記チップ部品が配置されていない位置で、レーザー光の強度分布を測定して、前記集光レンズの高さを調整する集光レンズの高さ調整方法である。
複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するレーザーリフトオフ転写法において、レーザー光源と前記転写基板の間に配置され、上下移動可能な集光レンズの高さを調整して、前記加工面の面内におけるレーザー光の強度分布を適正化する、集光レンズの高さ調整方法であって、
前記転写基板の下側に、上向きの受光面を有し、レーザー光の強度分布を測定するビームプロファイラを配置し、前記転写基板越しに、前記チップ部品が配置されていない位置で、レーザー光の強度分布を測定して、前記集光レンズの高さを調整する集光レンズの高さ調整方法である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の集光レンズの高さ調整方法であって、
前記受光面を前記転写基板下面に密着させて行う集光レンズの高さ調整方法である。
前記受光面を前記転写基板下面に密着させて行う集光レンズの高さ調整方法である。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の集光レンズの高さ調整方法であって、
前記受光面が前記転写基板下面より下にある集光レンズの高さ調整方法である。
前記受光面が前記転写基板下面より下にある集光レンズの高さ調整方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の集光レンズの高さ調整方法であって、前記転写基板の屈折率が既知の場合、
前記受光面と前記転写基板下面の間隔に応じて、前記転写基板下面におけるレーザーの強度分布を前記受光面のレーザーの強度分布から推定する集光レンズの高さ調整方法である。
前記受光面と前記転写基板下面の間隔に応じて、前記転写基板下面におけるレーザーの強度分布を前記受光面のレーザーの強度分布から推定する集光レンズの高さ調整方法である。
請求項５に記載の発明は、
複数のチップ部品が粘着層を介して配置されている転写基板の前記粘着層に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を選択的に転写先基板に転写するチップ転写方法であって、
前記チップ部品の外周部近傍の粘着層の粘着力が低下するように、ドーナッツ状の高強度域を有する強度分布のレーザー光を照射する予備照射と、前記予備照射工程を経た前記チップ部品と前記転写基板の間の粘着層に、トップハット分布またはガウシアン分布の強度分布を有するレーザー光を照射して、前記チップ部品を前記転写基板から剥離して前記転写先基板に転写する本照射とを行うチップ転写方法である。
複数のチップ部品が粘着層を介して配置されている転写基板の前記粘着層に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を選択的に転写先基板に転写するチップ転写方法であって、
前記チップ部品の外周部近傍の粘着層の粘着力が低下するように、ドーナッツ状の高強度域を有する強度分布のレーザー光を照射する予備照射と、前記予備照射工程を経た前記チップ部品と前記転写基板の間の粘着層に、トップハット分布またはガウシアン分布の強度分布を有するレーザー光を照射して、前記チップ部品を前記転写基板から剥離して前記転写先基板に転写する本照射とを行うチップ転写方法である。
請求項６に記載の発明は、
複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するチップ転写装置において、
レーザー光源と前記転写基板の間に配置され、上下移動可能な集光レンズの高さを調整して、前記加工面の面内におけるレーザー光の強度分布を適正化する、集光レンズの高さ調整装置であって、
前記集光レンズを上下に駆動する集光レンズ駆動部と、前記転写基板下面より下に、上向きの受光面を有するように配置した、レーザー光の強度分布を測定するビームプロファイラと、前記集光レンズ駆動部および前記ビームプロファイラに接続した、制御部を備え、
前記制御部が、前記集光レンズの高さ位置を変えながら、前記受光面のレーザーの強度分布を取得する機能を有する集光レンズの高さ調整装置ある。
複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するチップ転写装置において、
レーザー光源と前記転写基板の間に配置され、上下移動可能な集光レンズの高さを調整して、前記加工面の面内におけるレーザー光の強度分布を適正化する、集光レンズの高さ調整装置であって、
前記集光レンズを上下に駆動する集光レンズ駆動部と、前記転写基板下面より下に、上向きの受光面を有するように配置した、レーザー光の強度分布を測定するビームプロファイラと、前記集光レンズ駆動部および前記ビームプロファイラに接続した、制御部を備え、
前記制御部が、前記集光レンズの高さ位置を変えながら、前記受光面のレーザーの強度分布を取得する機能を有する集光レンズの高さ調整装置ある。
請求項７に記載の発明は、
複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しに上からレーザー光を照射して、前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するチップ転写装置であって、
請求項６に記載の集光レンズの高さ調整装置を備えたチップ転写転写装置である。
複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しに上からレーザー光を照射して、前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するチップ転写装置であって、
請求項６に記載の集光レンズの高さ調整装置を備えたチップ転写転写装置である。
請求項８に記載の発明は、
複数のチップ部品が粘着層を介して配置されている転写基板の前記粘着層に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を選択的に転写先基板に転写するチップ転写装置であって、
前記粘着層でレーザーアブレーションを起こし得る波長のレーザー発振器と、前記レーザー発振器と前記転写基板の間に配置され、レーザー光を集光する集光手段と、前記レーザー発振器の前記集光手段の間に配置されたビームシェイパとを備え、前記ビームシェイパの状態を変化させ、前記粘着層に照射するレーザー光の強度分布を、リング状の高強度域を有する形状と、ガウス形状またはトップハット形状に切り替えることができるチップ転写装置である。
複数のチップ部品が粘着層を介して配置されている転写基板の前記粘着層に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、前記チップ部品を選択的に転写先基板に転写するチップ転写装置であって、
前記粘着層でレーザーアブレーションを起こし得る波長のレーザー発振器と、前記レーザー発振器と前記転写基板の間に配置され、レーザー光を集光する集光手段と、前記レーザー発振器の前記集光手段の間に配置されたビームシェイパとを備え、前記ビームシェイパの状態を変化させ、前記粘着層に照射するレーザー光の強度分布を、リング状の高強度域を有する形状と、ガウス形状またはトップハット形状に切り替えることができるチップ転写装置である。
本発明の転写基板を用いることで、レーザーリフトオフ法でチップ部品を転写先の基板に転写するのに際して、チップ部品と転写基板の界面である加工面におけるレーザー光強度分布を適正化して良好な転写品質が得られる。
本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態におけるチップ転写装置であるレーザーリフトオフ装置１の構成を示す図である。
レーザーリフトオフ装置１は、転写基板２に高密度に配置されたチップ部品Cを転写先基板Ｂの所定位置に転写するものである。図１において転写基板２はベース２０に粘着層２１を積層した構成となっているが、これに限定されるものではなく（粘着層２１のない）ウェハ基板であってもよい。
レーザーリフトオフ装置１は、ステージ３、レーザー光源４、集光レンズ５、集光レンズ駆動部５１、転写基板保持手段６、ビームプロファイラ７、および制御部８を構成要素としている。また、レーザーリフトオフ装置１において、集光レンズ駆動部５１、ビームプロファイラ７、制御部８は、集光レンズの高さ調整装置を構成している。
ステージ３は、転写先基板Ｂを保持する機能を有しており、転写基板Ｂを面内方向に移動させる機能を有していることが望ましい。
レーザー光源４はレーザーリフトオフに必要な波長およびエネルギーを転写基板２の下面２Ｆでありチップ部品Ｃとの界面である加工面に照射するための光源であり、レーザー発振器に限定されるものではなく、レーザー発振器から放射された光を導く光学系を含めたものもレーザー光源４に該当する。
集光レンズ５は、レーザー光源４から発せられたレーザー光Ｌを集光するもので、集光レンズ駆動部５１による上下移動により、転写基板２に対する高さ位置を調整することができ、これにより転写基板下面２Ｆのレーザー光強度分布が変化する。
転写基板保持手段６は転写基板２の周縁部を把持することで保持するものであり、転写基板２を面内方向に移動させて位置合わせする機能を保持していることが望ましい。また、転写基板２を上下方向に高さ調整する機能を有していてもよい。
ビームプロファイラ７はレーザー光等を受光して、受光面７Ｆにおける光強度の面内分布を観察するものである。本実施形態において、受光面７Ｆはレーザー光Ｌと対向する上向きになっている。受光面７Ｆの高さを調整する機能を備えていてもよい。
制御部８は、集光レンズ駆動部５１およびビームプロファイラ７と接続している。制御部８は、集光レンズ駆動部５１と接続して、集光レンズ５の高さ制御を行う機能を有している。また、制御部８は、ビームプロファイラ７と接続して、任意のタイミングで光強度分布を２次元画像として取得することができる。さらに、制御部８は記憶手段と演算手段を内蔵し、集光レンズ５の高さ情報とビームプロファイラ７が取得した光強度分布２次元画像を関連付ける機能を有していることが望ましい。
以下、図１に示したレーザーリフトオフ装置１で、集光レンズ５の高さ調整を行う手法について図１から図３を用いて説明する。
図２（ａ）は、転写基板２でチップ部品Ｃが配置されていない位置を集光レンズ５の直下に配置して、ビームプロファイラ７の受光面７Ｆを転写基板下面２Ｆと同一高さに設けた状態を示すものである。この状態においてレーザー光Ｌを照射すれば、ビームプロファイラ７は転写基板下面２Ｆのレーザー光強度の面内分布を観察することができる。すなわち、（チップ部品Ｃが配置された場所の）加工面におけるレーザー光強度の面内分布と等価な画像を得ることができる。そこで、制御部８が集光レンズ駆動部５１により集光レンズ５の高さ位置を変えながらビームプロファイラ７によりレーザー光強度の面内分布を観察することで、適正な強度分布が得られる集光レンズ５の高さを知ることができる。ここで、適正な強度分布か否かはビームプロファイラ７の画像を人が観察して判断してもよいが、制御部８が画像解析プログラムにより自動判定してもよい。
ところで、図２（ａ）のように、ビームプロファイラ７の受光面７Ｆを転写基板下面２Ｆと同一高さに設けるためには、受光面７Ｆの高さ調整を行える機能を有していることが望ましいが、受光面７Ｆの高さ調整において上昇しすぎると、転写基板２を押し上げた状態となるため、ＬＬＯ法における加工面のレーザー光強度の面内分布とは異なるものを観察することになってしまう。また、転写基板２が粘着層２１を有している場合、受光面７Ｆが転写基板下面２Ｆと密着して剥離し難くなることによる弊害もある。具体的には、受光面７Ｆに粘着層２１の一部が付着することがあるため、転写基板下面２Ｆにおけるレーザー光強度の面内分布を適正化を高頻度で行えなくなる。
このように、図２（ａ）の状態での、ビームプロファイラ７による観察は加工面高さのレーザー光強度の面内分布を直接知ることができるという長所がある反面、作業性等において問題もある。そこで、作業性も考慮したのが図２（ｂ）の状態である。図２（ｂ）が図２（ａ）と異なるのはビームプロファイラ７の受光面７Ｆの高さであり、受光面７Ｆは転写基板下面２Ｆより下にある。すなわち、転写基板下面２Ｆと受光面７Ｆは密着していない。
図２（ｂ）のような受光面７Ｆの高さでは、当然ながら、ビームプロファイラ７によって得られるレーザー光強度の面内分布は転写基板下面２Ｆのものではない。しかし、転写基板２の屈折率が既知であれば、受光面７Ｆ高さ（転写基板２Ｆと受光面７Ｆの間隔）に応じて、受光面７Ｆが転写基板下面２Ｆから離れていても、受光面７Ｆのレーザー光強度の面内分布から、転写基板下面２Ｆのレーザー光強度の面内分布を推定出来ることが判った。その一例を示したのが図３である。図３は、転写基板下面２Ｆと受光面７Ｆの間隔を所定の値に設定したもので、転写基板下面２Ｆのレーザー光強度分布がビームプロファイルＡであるとき、受光面７Ｆのレーザー光強度分布がビームプロファイルＢとなる例を示したものである。すなわち、図３に示した例においては、受光面７Ｆのレーザー光強度を 図１４に示した強度分布Ｂのよう（ガウシアン分布）にするように集光レンズ５の高さを調整することで、（転写基板下面２Ｆのレーザー光強度分布がトップハット分布となって）ＬＬＯ法で良好な転写品質が得られる。
集光レンズの高さ調整装置としては、図３のように、受光面７Ｆのレーザー光強度分布と転写基板下面２Ｆのレーザー光強度分布の関係を、転写基板下面２Ｆと受光面７Ｆの間隔に応じてデータベース化して制御部８に記録しておくことが望ましい。データベース化をすることにより、制御部８が集光レンズ駆動部５１により集光レンズ５の高さ位置を変えながらビームプロファイラ７により受光面７Ｆのレーザー光強度の面内分布を観察することで、転写基板下面２Ｆで適正な強度分布が得られる集光レンズ５の高さを知ることができる。
なお、データベース化は、受光面７Ｆのレーザー光強度分布と転写基板下面２Ｆのレーザー光強度分布の関係に限定されるものではない。すなわち、転写基板下面２Ｆと受光面７Ｆの間隔に応じて、実受光面７Ｆのレーザー光強度分布と、際にＬＬＯ法を行って確認した転写状態の関係をデータベース化しておいてもよい。
このように、本発明の集光レンズの高さ調整装置を、レーザーリフトオフ装置に備えることにより、転写品質に優れたレーザーリフトオフ装置が得られる。
すなわち、図４（ａ）のように、転写基板下面２Ｆのレーザー光がチップ部品Ｃのチップサイズに応じた範囲でＬＬＯ法に適した強度となり、図４（ｂ）のように良好な転写が行える。
ところで、図４（ａ）のようにチップ部品Ｃのチップサイズに適した強度分布のテーザー光を照射する場合、転写すべきチップ部品Ｃに対してレーザー光照射位置を高精度に合わせる必要がある。すなわち、図５（ａ）のようにレーザー光Ｌの光軸ＬＣがチップ部品Ｃの中心ＣＣからズレていると、レーザー光強度の弱い部分（図におけるチップ右側）が剥離しない状態で、チップ部品Ｃの左側から剥離が生じるため、チップ部品Ｃを転写先基板Ｂに平行に転写することが出来なくなる。
このような現象を回避するために、図１４の強度分布Ｄ（トップハット分布）のレーザー照射範囲を広げれば個々のチップ部品Ｃの全面分の範囲に適正強度のレーザー光を照射することが可能となる。しかし、このようにレーザー照射範囲を広げるためには、レーザー光源４を高出力する必要があり、装置の大型化やコストアップにつながる。さらに、レーザー光の照射範囲が広いと転写対象のチップ部品Ｃに隣接するチップ部品Ｃを部分的に剥離することにもなり、好ましくない。
ところが、このような問題点が生じるようなケースにおいても、転写基板下面２Ｆのレーザー光強度分布の制御が可能という特徴を活かした実施形態変形例として改善することが可能である。
図６は本発明の実施形態変形例におけるチップ転写装置であるレーザーリフトオフ装置１０１の概略構成を示す図である。
レーザーリフトオフ装置１０１は、転写基板２に高密度に配置されたチップ部品Cを転写先基板Ｂの所定位置に転写するものである。図６において転写基板２はベース２０に粘着層２１を積層した構成となっている。
レーザーリフトオフ装置１０１は、ステージ３、レーザー光源４、集光レンズ５、集光レンズ駆動部５１、転写基板保持手段６、および制御部８を構成要素としている。
ステージ３は、転写先基板Ｂを保持する機能を有しており、転写基板Ｂを面内方向に移動させる機能を有していることが望ましい。
レーザー光源４は転写基板２の粘着層２１に吸収され、粘着層２１が硬化（粘着力低下）ないしは分解してガスを発生させるような波長およびエネルギーを照射するための光源である。なお、レーザー光源４はレーザー発振器に限定されるものではなく、レーザー発振器から放射された光を導く光学系も含まれる。また、レーザー光源４がビームシェイパの機能を有していても良い。すなわち、レーザー発振器と、ガルバノ等のスキャン機能を有る光学系等の間に、レーザーのビームプロファイル（面内強度分布）が可変なビームシェイパを配置していても良い。
集光手レンズは、レーザー光源４から発せられたレーザー光Ｌを集光するもので、球面収差を生じるものであれば、集光レンズ駆動部５１による粘着層２１に対する高さ調整により、粘着層２１面内のレーザー光強度分布を変化させることが出来る。
転写基板保持手段６は転写基板２の周縁部を把持することで保持するものであり、転写基板２を面内方向に移動させて位置合わせする機能を保持していることが望ましい。また、転写基板２を上下方向に高さ調整する機能を有していてもよい。
制御部８は、ステージ３、レーザー光源４、転写基板６、集光レンズ駆動部５１と接続している。
制御部８はステージ３と接続して、転写先基板Ｂの所定位置にチップ部品Ｃが転写できるようステージ３の位置制御を行う。
制御部８は、レーザー光源４による、レーザー光Ｌの照射タイミングを制御することが出来る。また、レーザー光源４がガルバノのような光学系も含む場合においては、レーザー光Ｌの転写基板２の面内方向へのスキャンを制御することが出来いる。
制御部８は転写基板保持手段６と接続して、転写基板２の面内方向位置を制御することが出来る。
制御部８は集光レンズ駆動部５１と接続して、集光レンズ５の状態を制御する機能を有している。この機能により、転写基板２の粘着層２１に照射されるレーザー光の強度分布を変化させることが可能である。このため、図６の左上に記したように、粘着層２１に照射されるレーザー光の強度分布をチップ部品ＣのサイズＣＷに対して、外周部近傍で高強度となるような（プロファイルとしてはドーナッツ状に高強度域を有する）分布と、中心部付近で強くなるトップハット分布とを切り替えるようにすることも可能である。なお、粘着層２１に照射されるレーザー光の強度分布の切り替えはこれに限定されるものではなく、例えば、トップハット分布の代わりにガウシアン分布が適用可能な場合もある。
以下、図６に示したレーザーリフトオフ装置１で、粘着層を介して転写基板に配置されたチップ部品を転写先基板に転写する工程について、図７および図８を用いて説明する。
図７は、レーザーリフトオフ装置１で、チップ部品Ｃを転写基板２から剥離しないものの、チップ部品Ｃの外周部近傍において粘着層２１の粘着力を低減（ないしは粘着層２１を剥離）するようにレーザー光を照射する予備照射工程を説明するものである。
なお、以下の説明において、転写基板２の粘着層２１に照射するレーザー光の強度分布の切替に際して、集光手段５を駆動する例について説明しているが、レーザー光源４がビームシェイパの機能を有するものであればビームシェイパの状態を変化させて同様な切替を行うことも可能である。
図７（ａ）において、転写基板２の粘着層２１に照射するレーザー光の強度分布をチップ部品ＣのサイズＣＷに対して、外周部近傍で高く中心部で弱くしている。このような強度分布のレーザー光を受けることにより、粘着層２１の粘着力はチップ部品Ｃの中心付近で維持されているが、外周部近傍では図７（ｂ）に示すように低粘着部２１Ｖとなる。ここで、低粘着部２１Ｖは粘着力が低下しているのみならず、チップ部品Ｃあるいはベース２０から剥離している状態も含む。
レーザー光の予備照射後は、図７（ｂ）に示したように、チップ部品Ｃの中心部付近で粘着層２１の粘着力は高いためチップ部品Ｃは転写基板２に配置された状態を維持しているが、チップ部品Ｃの外周部近傍では剥離しやすい状態となっている。
そこで、図８（ａ）のようにチップ部品Ｃより小さめの領域でトップハット分布を有するレーザー光を、本照射として粘着層２１に照射することで、チップ部品Ｃは転写基板２から容易に剥離し、平行状態を維持して転写先基板Ｂに転写される（図８（ｂ））。ここで、レーザー光の強度がトップハット分布ではなくガウシアン分布でもチップ部品Ｃを転写先基板Ｂに転写するが可能性を有する。また、予備照射により、チップ部品Ｃの外周部近傍において粘着層２１の粘着力が弱いことから、本照射においてレーザー光の光軸がチップ部品Ｃの中心から少々ズレていたとしても、チップ部品Ｃを転写先基板Ｂに平行度を維持して転写することが可能である。
以上のように、図７（ａ）のような予備照射と、図８（ａ）のような本照射を組み合わせることで、粘着層を介して転写基板に配置されたチップ部品を転写先基板に転写するのに際して、適正な位置に転写することが可能となる。すなわち転写品質に優れた転写が可能になる。
ところで、転写基板２に配置された多数のチップ部品Ｃを転写先基板Ｂに転写するのに際して、個々のチップ部品Ｃ毎に予備照射と本照射を行うことは、集光手段駆動部５１により頻繁に集光手段５の状態を切替える必要があり、集光手段駆動部５１に対する負荷が増し、切替えに要する時間的ロスも生じる。
そこで、ガルバノのような光学系でレーザー光を（転写基板２の面内方向に）スキャンできるのであれば、転写基板２に配置された全てのチップ部品Ｃの位置で予備照射を行ってから、個々のチップ部品の位置での本照射により転写先基板Ｂにチップ部品Ｃを転写するのが好ましい。
この例を示したのが図９および図１０であり、転写基板２におけるチップ部品Ｃの面内配置を用いて説明するものである。
まず、図９（ａ）は転写基板２に粘着剤２１を介して配列したチップ部品Ｃを示すものであり、この配列の右上のチップ部品Ｃを中心に予備照射を行っている状態を示すのが図９（ｂ）である。図９（ｂ）において予備照射の面内強度の高い領域を示したのが予備照射部ＬＰ２１Ｐであり、予備照射により低粘着部２１Ｖがチップ部品Ｃの外周部近傍に生じる（図９（ｃ））。図９（ｃ）では、予備照射により低粘着部が形成されているのを示すとともに、隣接するチップ部品Cを中心に予備照射を行っている状態を示している。すなわち、予備照射によって低粘着部２１Ｖが生じたチップ部品Ｃに、直後に本照射をするのではなく、チップ部品Ｃ配列に応じて、転写基板２に予備照射を順次行っていく（図９（ｄ））。
このようにして、転写基板Ｂの（不良品等を除く）転写対象のチップ部品Ｃの配置位置に応じた予備照射が完了した状態を例示したのが図１０（ａ）である。図１０（ａ）では、転写基板２に配置されたチップ部品Ｃの個々の配置位置に応じて、粘着層２１に低粘着部２１Ｖがチップ部品Ｃの外周部近傍に形成されている。
図１０（ａ）の状態で、個々のチップ部品Ｃは中心付近で粘着力を維持した粘着層２１により転写基板２に付着した状態であるが、外周部近傍の粘着層２１は予備照射により低粘着部２１Ｖになっている。
このため、本照射ではチップ部品Ｃの外周部近傍の光強度が低くても、チップ部品Ｃを剥離することができる。すなわち、図１０（ｂ）のようにチップ部品Ｃの中心付近に光強度が高い本照射部ＬＰ２１Ｌを設けることで、図１０（ｃ）のようにチップ部品Ｃの中心付近も低粘着部２１Ｖとなり、チップ部品Ｃは剥離して転写先基板Ｂに転写される。以後、図１０（ｄ）のように転写基板２に配置されたチップ部品Ｃ（の粘着層２１）に本照射を行って、転写先基板Ｂの所定位置にチップ部品Ｃを順次転写する。
なお、レーザー光の照射面形状について、図９および図１０では丸いものとしているが、これに限定されるものではない。ビームシェイパが照射面形状を変更する機能を有しているなら、図１１のようにチップ形状に合わせた四角形状等にすることも可能である。
ところで、図１の装置構成においては加工面のレーザー光強度分布を適正化するために集光レンズの高さ調整が必要であるが、図６の装置構成ようにレーザー光学系にビームシェイパを備えた場合にはビームシェイパの機能を利用して加工面のレーザー光強度分布を適正化することも可能である。
１ レーザーリフトオフ装置（チップ転写装置）
２ 転写基板
２Ｆ 転写基板下面（加工面）
３ ステージ
４ レーザー光源
５ 集光レンズ
６ 転写基板保持手段
７ ビームプロファイラ
７Ｆ 受光面
８ 制御部
２０ ベース
２１ 粘着層
５１ 集光レンズ駆動部
Ｂ 転写先基板
Ｃ チップ部品
ＣＷ チップサイズ
Ｈ２Ｆ 転写基板下面高さ
Ｌ レーザー光
２ 転写基板
２Ｆ 転写基板下面（加工面）
３ ステージ
４ レーザー光源
５ 集光レンズ
６ 転写基板保持手段
７ ビームプロファイラ
７Ｆ 受光面
８ 制御部
２０ ベース
２１ 粘着層
５１ 集光レンズ駆動部
Ｂ 転写先基板
Ｃ チップ部品
ＣＷ チップサイズ
Ｈ２Ｆ 転写基板下面高さ
Ｌ レーザー光
Claims (8)
- 複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、
前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するレーザーリフトオフ転写法において、
レーザー光源と前記転写基板の間に配置され、上下移動可能な集光レンズの高さを調整して、前記加工面の面内におけるレーザー光の強度分布を適正化する、集光レンズの高さ調整方法であって、
前記転写基板の下側に、上向きの受光面を有し、レーザー光の強度分布を測定するビームプロファイラを配置し、
前記転写基板越しに、前記チップ部品が配置されていない位置で、レーザー光の強度分布を測定して、
前記集光レンズの高さを調整する集光レンズの高さ調整方法。 - 請求項１に記載の集光レンズの高さ調整方法であって、
前記受光面を前記転写基板下面に密着させて行う集光レンズの高さ調整方法。 - 請求項１に記載の集光レンズの高さ調整方法であって、
前記受光面が前記転写基板下面より下にある集光レンズの高さ調整方法。 - 請求項３に記載の集光レンズの高さ調整方法であって、前記転写基板の屈折率が既知の場合、
前記受光面と前記転写基板下面の間隔に応じて、前記転写基板下面におけるレーザの強度分布を前記受光面のレーザーの強度分布から推定する集光レンズの高さ調整方法。 - 複数のチップ部品が粘着層を介して配置されている転写基板の前記粘着層に、
前記転写基板越しにレーザー光を照射して、
前記チップ部品を選択的に転写先基板に転写するチップ転写方法であって、
前記チップ部品の外周部近傍の粘着層の粘着力が低下するように、ドーナッツ状の高強度域を有する強度分布のレーザー光を照射する予備照射と、
前記予備照射工程を経た前記チップ部品と前記転写基板の間の粘着層に、トップハット分布またはガウシアン分布の強度分布を有するレーザー光を照射して、前記チップ部品を前記転写基板から剥離して前記転写先基板に転写する本照射とを行うチップ転写方法。 - 複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しにレーザー光を照射して、
前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するチップ転写装置において、
レーザー光源と前記転写基板の間に配置され、上下移動可能な集光レンズの高さを調整して、前記加工面の面内におけるレーザー光の強度分布を適正化する、集光レンズの高さ調整装置であって、
前記集光レンズを上下に駆動する集光レンズ駆動部と、
前記転写基板下面より下に、上向きの受光面を有するように配置した、レーザー光の強度分布を測定するビームプロファイラと、
前記集光レンズ駆動部および前記ビームプロファイラに接続した、制御部を備え、
前記制御部が、前記集光レンズの高さ位置を変えながら、前記受光面のレーザーの強度分布を取得する機能を有する集光レンズの高さ調整装置。 - 複数のチップ部品を下面に配置した転写基板の、前記チップ部品と前記転写基板の界面である加工面に、前記転写基板越しに上からレーザー光を照射して、
前記チップ部品を剥離して、前記チップ部品と対向する転写先基板の上面に転写するチップ転写装置であって、
請求項６に記載の集光レンズの高さ調整装置を備えたチップ転写転写装置。 - 複数のチップ部品が粘着層を介して配置されている転写基板の前記粘着層に、
前記転写基板越しにレーザー光を照射して、
前記チップ部品を選択的に転写先基板に転写するチップ転写装置であって、
前記粘着層でレーザーアブレーションを起こし得る波長のレーザー発振器と、
前記レーザー発振器と前記転写基板の間に配置され、レーザー光を集光する集光手段と、
前記レーザー発振器の前記集光手段の間に配置されたビームシェイパとを備え、
前記ビームシェイパの状態を変化させ、前記粘着層に照射するレーザー光の強度分布を、リング状の高強度域を有する形状と、ガウス形状またはトップハット形状に切り替えることができるチップ転写装置
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