JP2009295853A - Element transfer device, element transfer method, and method of manufacturing display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子転写装置、素子転写方法及び表示装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an element transfer device, an element transfer method, and a display device manufacturing method.
発光素子をマトリクス状に配列して画像の表示を行なう表示装置として、発光ダイオード(LED)ディスプレイが知られている。この種の表示装置では、発光素子となる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又はフリップチップによるバンプ接続によって外部電極に接続し、パッケージ化している。その場合、パッケージ化の前又は後に、各々の発光素子が表示装置の画素間隔に合わせて配列されるが、この画素間隔は素子形成時の素子間隔とは無関係とされる。 A light emitting diode (LED) display is known as a display device that displays images by arranging light emitting elements in a matrix. In this type of display device, an LED chip serving as a light emitting element is taken out after dicing, and individually connected to an external electrode by wire bonding or bump connection using a flip chip, and packaged. In that case, each light emitting element is arranged in accordance with the pixel interval of the display device before or after packaging, but this pixel interval is independent of the element interval at the time of element formation.
一般に、発光素子であるLED(発光ダイオード)は高価であるため、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チップとし、それを接続して表示装置を製造すれば、表示装置の価格を下げることができる。 In general, an LED (light emitting diode) which is a light emitting element is expensive, so that a number of LED chips are manufactured from a single wafer, so that a display device using the LED can be manufactured at low cost. That is, if a conventional LED chip having a size of about 300 μm square is converted into an LED chip of several tens μm square and a display device is manufactured by connecting them, the price of the display device can be reduced.
素子形成基板に形成された複数の素子を転写により再配列して、所要の表示装置を製造する工程に関して、一時的に素子を保持する仮保持基板に形成された仮接着剤層に素子を転写した後、最終的な配置先である転写基板に転写することにより、転写基板上に素子を配列する方法が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2を参照)。 A plurality of elements formed on the element formation substrate are rearranged by transfer, and the elements are transferred to a temporary adhesive layer formed on the temporary holding substrate for temporarily holding the elements in the process of manufacturing a required display device. Then, a method is known in which elements are arranged on a transfer substrate by transferring to a transfer substrate which is a final placement destination (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
仮保持基板から転写基板に素子を転写する場合は、仮保持基板に保持された素子を、これに対応する転写基板の素子位置に精度良く位置合わせするために、相対向する仮保持基板と転写基板をできるだけ近づける必要がある。その理由は、次のような事情による。まず、仮保持基板から転写位置へと転写される素子の位置合わせは、撮像カメラを用いた画像処理で行なっている。このため、撮像カメラの焦点深度(被写界深度)内に位置合わせの対象物を同時に配置する必要がある。また、位置合わせの要求精度が高くなるほど、焦点深度の浅い撮像カメラを用いる必要がある。現状の要求精度に応えるには、少なくとも仮保持基板と転写基板の間隔(隙間)が数十μm以下、好ましくは数μm程度となるように、2枚の基板(仮保持基板と転写基板)を近づける必要がある。 When transferring an element from the temporary holding substrate to the transfer substrate, in order to accurately align the element held on the temporary holding substrate with the element position of the corresponding transfer substrate, transfer the elements to the temporary holding substrate facing each other. The board needs to be as close as possible. The reason is as follows. First, alignment of elements transferred from the temporary holding substrate to the transfer position is performed by image processing using an imaging camera. For this reason, it is necessary to simultaneously arrange objects for alignment within the depth of focus (depth of field) of the imaging camera. Moreover, it is necessary to use an imaging camera with a shallow depth of focus as the required accuracy of alignment increases. In order to meet the current required accuracy, at least two substrates (temporary holding substrate and transfer substrate) should be arranged so that the distance (gap) between the temporary holding substrate and the transfer substrate is several tens of μm or less, preferably about several μm. It needs to be close.
2枚の基板を近づけるにあたっては、基板の間隔が所望の間隔となる前に基板同士が接触しないように、撮像カメラで画像を取り込む位置での基板間隔が、他の位置での基板間隔と同等か、それ以下である必要がある。このため、現状の素子転写工程においては、転写基板と仮保持基板を対向配置した状態で、基板面内で基板間隔が狭い位置を見つけ出し、その位置の画像を撮像カメラで取り込んで素子の位置合わせを行なっている。 When bringing the two substrates close together, the substrate interval at the position where the image is captured by the imaging camera is equal to the substrate interval at other positions so that the substrates do not contact each other before the interval between the substrates reaches the desired interval. Or less. Therefore, in the current element transfer process, with the transfer substrate and the temporary holding substrate facing each other, a position where the substrate interval is narrow is found in the substrate surface, and the image of the position is captured by the imaging camera to align the elements. Is doing.
しかしながら、素子転写工程に用いられる素子転写装置では、転写基板と仮保持基板を対向させて配置するたびに、基板の寸法精度や取り付け精度の誤差等により、両基板の位置関係に多少のばらつきが生じる。このため、上記基板面内で基板間隔が狭い位置を見つけ出す作業は、2枚の基板を段階的に近づけながら、その都度、基板面内で撮像カメラの焦点合わせを行なって、基板間隔が狭い位置を探索する作業の繰り返しとなり、非常に手間のかかるものとなっている。 However, in the element transfer device used in the element transfer process, every time the transfer substrate and the temporary holding substrate are arranged to face each other, there is some variation in the positional relationship between the two substrates due to errors in the dimensional accuracy and mounting accuracy of the substrates. Arise. For this reason, the work of finding a position where the substrate interval is narrow within the substrate surface is performed by focusing the imaging camera within the substrate surface each time the two substrates are brought close to each other in a stepwise manner. This is a very time-consuming task.
本発明の主たる目的は、仮保持基板に保持された複数の素子を転写基板に転写する素子転写工程において、特に、素子の転写位置を合わせるために、転写基板と仮保持基板を接触させずに所定の間隔まで狭める作業を効率良く行なえる仕組みを提供することにある。 The main object of the present invention is to transfer a plurality of elements held on a temporary holding substrate to a transfer substrate, and in particular, without bringing the transfer substrate and the temporary holding substrate into contact with each other in order to align the transfer position of the elements. An object of the present invention is to provide a mechanism that can efficiently perform the work of narrowing to a predetermined interval.
本発明は、転写基板を支持する第1基板支持部と、前記転写基板に転写すべき複数の素子を保持する仮保持基板を、前記第1基板支持部に支持された前記転写基板と対向する状態で支持する第2基板支持部と、前記第1基板支持部に支持された前記転写基板と、前記第2基板支持部に支持された前記仮保持基板のうち、一方の基板に対して他方の基板を接近離間する方向に移動させる駆動手段と、前記転写基板と前記仮保持基板を所定の間隔まで接近させた状態で、前記素子の転写位置を合わせる位置合わせ手段とを備え、前記第2基板支持部は、前記仮保持基板を吸着する吸着部を有する基板吸着部と、前記吸着部に吸着された前記仮保持基板が前記転写基板側に凸の湾曲形状となる方向で前記基板吸着部を加圧する加圧手段とを有する素子転写装置に係るものである。 In the present invention, a first substrate support portion that supports a transfer substrate and a temporary holding substrate that holds a plurality of elements to be transferred to the transfer substrate are opposed to the transfer substrate supported by the first substrate support portion. Of the second substrate support portion supported in the state, the transfer substrate supported by the first substrate support portion, and the temporary holding substrate supported by the second substrate support portion, the other substrate with respect to one substrate Drive means for moving the substrate in the direction of approaching and separating, and alignment means for aligning the transfer position of the element in a state where the transfer substrate and the temporary holding substrate are brought close to a predetermined distance, The substrate support unit includes a substrate adsorption unit having an adsorption unit that adsorbs the temporary holding substrate, and the substrate adsorption unit in a direction in which the temporary holding substrate adsorbed by the adsorption unit has a curved shape convex toward the transfer substrate side. Pressurizing means for pressurizing Those of the transfer device.
本発明に係る素子転写装置においては、基板吸着部の吸着部に吸着された仮保持基板を転写基板側に凸の湾曲形状となるように、基板吸着部を加圧手段で加圧することにより、転写基板と仮保持基板の間隔は、仮保持基板の中心部で最も狭くなる。このため、基板面内で基板間隔が狭い位置を探す必要がなくなる。したがって、転写基板と仮保持基板を接触させることなく、転写基板と仮保持基板を所定の基板間隔まで素早く近づけることが可能となる。 In the element transfer device according to the present invention, by pressing the substrate suction portion with a pressurizing unit so that the temporary holding substrate sucked by the suction portion of the substrate suction portion has a convex curved shape on the transfer substrate side, The distance between the transfer substrate and the temporary holding substrate is the smallest at the center of the temporary holding substrate. For this reason, there is no need to search for a position where the substrate interval is narrow in the substrate surface. Therefore, the transfer substrate and the temporary holding substrate can be quickly brought close to a predetermined substrate interval without contacting the transfer substrate and the temporary holding substrate.
また、本発明は、転写基板と当該転写基板に転写すべき複数の素子を保持する仮保持基板とを互いに対向する状態に支持する工程と、前記転写基板及び前記仮保持基板のうち、一方の基板を他方の基板に接近させる工程と、前記転写基板と前記仮保持基板を所定の間隔まで接近させた状態で、前記素子の転写位置を合わせる工程とを含み、前記一方の基板を前記他方の基板に接近させる場合に、前記一方の基板を前記他方の基板側に凸の湾曲形状となるように変形させる素子転写方法に係るものである。 The present invention also includes a step of supporting the transfer substrate and a temporary holding substrate holding a plurality of elements to be transferred to the transfer substrate in a state of facing each other, and one of the transfer substrate and the temporary holding substrate. A step of bringing the substrate close to the other substrate, and a step of aligning the transfer position of the element in a state where the transfer substrate and the temporary holding substrate are brought close to a predetermined distance, The present invention relates to an element transfer method in which the one substrate is deformed so as to have a convex curved shape toward the other substrate when approaching the substrate.
本発明に係る素子転写方法においては、一方の基板を他方の基板に接近させる場合に、一方の基板を他方の基板側に凸の湾曲形状となるように変形させることにより、転写基板と仮保持基板の間隔は、一方の基板の中心部で最も狭くなる。このため、基板面内で基板間隔が狭い位置を探す必要がなくなる。したがって、転写基板と仮保持基板を接触させることなく、転写基板と仮保持基板を所定の基板間隔まで素早く近づけることが可能となる。 In the element transfer method according to the present invention, when one substrate is brought close to the other substrate, the one substrate is deformed so as to have a convex curved shape toward the other substrate, thereby temporarily holding the transfer substrate. The distance between the substrates is the narrowest at the center of one of the substrates. For this reason, there is no need to search for a position where the substrate interval is narrow in the substrate surface. Therefore, the transfer substrate and the temporary holding substrate can be quickly brought close to a predetermined substrate interval without contacting the transfer substrate and the temporary holding substrate.
本発明によれば、仮保持基板に保持された複数の素子を転写基板に転写する素子転写工程において、特に、素子の転写位置を合わせるために、転写基板と仮保持基板を接触させずに所定の間隔まで狭める作業を効率良く行なえるようになる。 According to the present invention, in the element transfer step of transferring a plurality of elements held on the temporary holding substrate to the transfer substrate, in particular, in order to align the transfer position of the elements, the transfer substrate and the temporary holding substrate are not brought into contact with each other. It becomes possible to efficiently perform the work of narrowing to the interval of.
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下に記述する実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the embodiments described below, and various modifications and improvements have been made within the scope of deriving specific effects obtained by the constituent requirements of the invention and combinations thereof. Also includes form.
図1は本発明の実施の形態に係る素子転写装置の構成を示す概略側面図である。図示した素子転写装置10は、主として、第1基板支持部11と、第2基板支持部12と、昇降駆動部13と、水平移動部14と、撮像カメラ15とを備えた構成となっている。
FIG. 1 is a schematic side view showing a configuration of an element transfer apparatus according to an embodiment of the present invention. The illustrated
第1基板支持部11は、転写基板16を水平に支持するものである。転写基板16は、光を透過する透明又は半透明な基板を用いて構成されるものである。転写基板16としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板などを用いることができる。転写基板16の一方の面には、転写基板16と同様に光を透過する性質を有する接着層16aが形成されている。接着層16aは、転写基板16の一方の面に形成された図示しない配線パターンや位置合わせ用のアライメントマークなど覆う状態で形成されている。 The first substrate support unit 11 supports the transfer substrate 16 horizontally. The transfer substrate 16 is configured using a transparent or translucent substrate that transmits light. As the transfer substrate 16, for example, a glass substrate, a plastic substrate, or the like can be used. On one surface of the transfer substrate 16, an adhesive layer 16 a having the property of transmitting light is formed in the same manner as the transfer substrate 16. The adhesive layer 16a is formed so as to cover a wiring pattern (not shown) formed on one surface of the transfer substrate 16 and an alignment mark for alignment.
第1基板支持部11は、接着層16aを下向きにして転写基板16を支持する。接着層16aは、例えば、シート状の接着樹脂層を貼り付けることや、液状の接着樹脂をスピンコート等により塗布することなどにより形成される。また、接着層16aは、転写基板16に素子を転写するにあたって、素子を埋め込むことができる程度の軟らかさと厚さをもって形成されている。後工程で接着層16aを除去せずに表示装置の絶縁層として利用する場合は、絶縁性の材料を用いて接着層16aを形成することが望ましい。 The first substrate support unit 11 supports the transfer substrate 16 with the adhesive layer 16a facing downward. The adhesive layer 16a is formed, for example, by attaching a sheet-like adhesive resin layer or applying a liquid adhesive resin by spin coating or the like. Further, the adhesive layer 16a is formed with a softness and a thickness sufficient to embed an element when the element is transferred to the transfer substrate 16. In the case where the adhesive layer 16a is used as an insulating layer of a display device without removing the adhesive layer 16a in a later process, it is desirable to form the adhesive layer 16a using an insulating material.
第2基板支持部12は、第1基板支持部11に支持された転写基板16と対向するように、仮保持基板17を水平に支持するものである。第2基板支持部12は、第1基板支持部11よりも下方の位置で仮保持基板17を支持する。仮保持基板17は、所要の剛性を有する基板である。仮保持基板17としては、例えば、半導体基板、ガラス基板、プラスチック基板、金属基板などを用いることができる。仮保持基板17の一方の面には、仮接着層17aが形成されている。第2基板支持部12は、仮接着層17aを上向きにして仮保持基板17を支持する。このため、第1基板支持部11に支持された転写基板16と第2基板支持部12に支持された仮保持基板17とは、互いの接着層16a,17aを対向する状態で支持されることになる。
The second
転写基板16の接着層16aは、仮保持基板17の仮接着層17aよりも強い接着力を発揮する材料で形成されている。仮保持基板17の仮接着層17aは、仮保持基板17の取り扱い時に素子の位置が変化しない程度に、素子を保持できる接着力を有する材料で形成されている。仮接着層17aは、例えばシリコーン樹脂層によって形成されるものである。仮接着層17aの形成は、例えば、シート状の接着剤層を仮保持基板17に貼り付ける方法や、液状の接着剤をスピンコート等により仮保持基板17に塗布する方法などで行なわれる。
The adhesive layer 16 a of the transfer substrate 16 is formed of a material that exhibits stronger adhesive force than the temporary
仮保持基板17の仮接着層17aには、複数の素子18がマトリクス状に配列されている。各々の素子18は、仮接着層17aの表面に素子の一面を貼り付けた状態で仮保持基板17に保持されている。このため、各々の素子18は、仮保持基板17の仮接着層17aから基板厚み方向に突出する状態で配置されている。
A plurality of
素子18は、形状的(外観的)には、平面視矩形のチップ状に形成されている。ここで記述する矩形とは、長方形と正方形の両方を含む形状をいう。素子18は、機能的には、例えば発光機能を有する発光素子である。具体的には、例えば、窒化ガリウムなどの窒化物半導体系の材料により構成される発光素子(発光ダイオード)である。この発光素子は、例えば、光を生み出す活性層をpクラッド層とnクラッド層でサンドイッチ状に挟み込んだダブルへテロ構造を有する。
The
ただし、仮保持基板17から転写基板16への転写対象となる素子18は、前述したようなダブルへテロ構造である必要も、発光素子である必要もない。すなわち、転写対象となる素子18に機能的な制限はない。このため、素子18は、例えば、受光機能を有する受光素子であってもよいし、光学的な機能以外の機能をもつ素子、例えば電子回路素子であってもよいし、それ以外の機能をもつ素子であってもよい。また、転写対象となる素子18の平面形状は、前述した矩形に限定されるものではなく、例えば、三角形や、矩形以外の四角形、さらには五角形以上の多角形であってもよい。素子18を仮保持基板17で確実に保持するうえでは、仮保持基板17の仮接着層17aに接する素子18の面が平坦であることが望ましい。また、仮接着層17a上での素子18の配列間隔は、当該素子18が表示装置の画素を構成する発光素子であれば、一定間隔とする必要があるが、製造対象製品によっては必ずしも一定間隔である必要はない。
However, the
仮に、素子18が表示装置に用いられる発光素子であるとすると、仮保持基板17の仮接着層17a上での素子18の配列は、基板面内で縦横方向に等間隔で並ぶマトリクス状となる。その場合、素子18は、発光素子として機能する発光ダイオードで構成される。このため、マトリクス状に配列された複数の素子18を単純マトリクス駆動方式で駆動することにより、画像の表示を行なうことが可能となる。
Assuming that the
昇降駆動部13は、第1基板支持部11に支持された転写基板16に対して、第2基板支持部12に支持された仮保持基板17を接近離間する方向で、第2基板支持部12を昇降動作(移動)させるもので、本発明の「駆動手段」に相当する。本発明の実施の形態においては、転写基板16を支持する第1基板支持部11を固定側とし、仮保持基板17を支持する第2基板支持部12を可動側として、転写基板16に対して仮保持基板17を接近離間する方向に移動させる構成となっている。ただし、これに限らず、第1基板支持部11を可動側とし、第2基板支持部12を固定側として、仮保持基板17に対して転写基板16を接近離間(接離)する方向に移動させる構成であってもよい。また、可動側の基板支持部に支持された基板を駆動手段で移動させる方向は、図示のように転写基板16と仮保持基板17を上下方向(垂直方向)で対向させた状態に支持するものであれば、上下方向となる。また、転写基板16と仮保持基板17を左右方向(水平方向)で対向させた状態に支持するものであれば、可動側の基板支持部に支持された基板を駆動手段で左右方向に移動させるものとなる。
The raising / lowering driving unit 13 moves the temporary holding substrate 17 supported by the second
水平移動部14は、第1基板支持部11に支持された転写基板16に対して、第2基板支持部12に支持された仮保持基板17の位置(素子18の転写位置)を合わせるために、第2基板支持部12を水平方向に移動させるものである。水平移動部14が第2基板支持部12を移動させる方向は、第1基板支持部11に支持された転写基板16の基板面と平行な方向となる。したがって、第1基板支持部11に支持された転写基板16と、第2基板支持部12に支持された仮保持基板17とが、互いに平行に配置されている場合は、この平行状態を保ったまま、水平移動部14が第2基板支持部12を移動させることになる。水平移動部14は、後述する撮像カメラ15や当該撮像カメラ15によって撮像された画像(画像データ)を処理する画像処理回路とともに、本発明における「位置合わせ手段」を構成する。
The horizontal moving unit 14 is adapted to align the position of the temporary holding substrate 17 supported by the second substrate support unit 12 (transfer position of the element 18) with respect to the transfer substrate 16 supported by the first substrate support unit 11. The
撮像カメラ15は、第2基板支持部12に支持される転写基板16の上方に位置するように配置されている。撮像カメラ15は、第1基板支持部11に支持された転写基板16を通して、素子18の転写位置合わせに必要となる対象物の画像を取り込むものである。例えば、撮像カメラ15は、転写基板16の一方の面に形成されたアライメントマークの画像や、仮保持基板17の一方の面に形成されたアライメントマークの画像を取り込む。また、撮像カメラ15は、例えば、第2基板支持部12に支持された仮保持基板17上の素子18の画像を取り込む。
The
ここで、素子転写装置10の各部の構成について、さらに詳しく説明する。
Here, the configuration of each part of the
第1基板支持部11は、撮像カメラ15を用いた素子の転写位置合わせを可能とするために、転写基板16の外周部を、所定の方式、例えば機械的なチャック方式や真空吸着方式などで支持するものである。第1基板支持部11には、撮像カメラ15を用いて画像の取り込み(撮像)を行うための開口部(窓)19が設けられている。
The first substrate support unit 11 is configured so that the outer peripheral portion of the transfer substrate 16 can be aligned with a predetermined method, for example, a mechanical chuck method or a vacuum suction method, in order to enable element alignment using the
第2基板支持部12は、図2にも示すように、それぞれ平面視円形をなすベース部21と基板吸着部22とを用いて構成されている。ベース部21は、例えば金属製の板状部材を用いて構成されるものである。ベース部21の構成材料としては、例えばステンレス鋼を用いることができる。ベース部21に内部には、通気路23が形成されている。通気路23の一端は、ベース部21の側面部に開孔している。通気路23の他端は、ベース部21の上面部に開孔している。通気路23の一端には、図示しない圧縮ポンプにつながる管が接続されるようになっている。
As shown in FIG. 2, the second
基板吸着部22は、ベース部21の上面に取り付けられている。ベース部21に基板吸着部22を取り付ける手段としては、例えば、螺子、接着剤等を用いた固定手段や、拡散接合等の金属結合を用いた固定手段を採用することが可能である。基板吸着部22は、全体的に板状に形成されている。基板吸着部22には、表裏の位置関係で二つの凹み部24,25が一体に形成されている。一方の凹み部24は、基板吸着部22をベース部21の上面に取り付けた状態で、当該ベース部21の上面との間に空気層20を形成するものである。このため、基板吸着部22は、凹部24を囲む外周部の下面をベース部21の上面に接触させた状態で、上記固定手段により固定されている。また、前述した通気路23の他端部は、この空気層20に臨む状態でベース部21の上面部に開孔している。
The
他方の凹み部25には、本発明の「吸着部」として、内部に多数の微小な空孔をもつ多孔質材26が組み込まれている。多孔質材26は、微小な空孔を介して空気(気体)を透過させる性質を有するもので、例えば多孔質セラミックス、多孔質カーボン、多孔質金属などを用いて構成される。凹部25は、例えば拡散接合により基板吸着部22と一体化された後、例えば平面度が2μm程度の高い精度で、かつ吸着表面の目が潰れないように精密切削(研削)で仕上げられている。このため、基板吸着部22においては、多孔質材26を用いて仮保持基板17を高精度に吸着して固定することが可能である。
In the
なお、基板吸着部22の「吸着部」としては、多孔質材26に替えて、例えば、基板吸着部22の上面を凹部25のない平坦な面とし、この面に真空を行き渡らせるための細溝を例えば渦巻き状に設けた構造としてもよい。しかしながら、仮に、仮保持基板17が非常に薄かったりフィルム状、シート状であったりして、剛性が低い基板であった場合は、真空吸着用の細溝の部分に仮保持基板17が引き込まれて変形してしまう恐れがある。これに対して、基板吸着部22の「吸着部」を多孔質材26で構成した場合は、吸着面を形成する多孔質材26の空孔が微小であるため、そこに仮保持基板17が引き込まれて変形する恐れがない。このため、多孔質材26を用いて「吸着部」を構成した方が好ましい。
As the “adsorption portion” of the
基板吸着部22は、例えばベース部21と同様の金属材料(ステンレス鋼など)を用いて構成されるものである。基板吸着部22の厚みは、ベース部21の厚みよりも薄くなっており、特に、多孔質材26が埋め込まれた部分の厚みは、凹部24,25の存在によって薄くなっている。このため、基板吸着部22の厚み方向の剛性は、ベース部21のそれよりも小さいものとなっている。なお、ベース部21と基板吸着部22は、必ずしも同じ材料で構成する必要も、金属材料で構成する必要もないが、加工の容易性や部材の耐久性などを考慮すると、金属材料で構成する方が好ましい。
The board | substrate adsorption |
基板吸着部22の内部には通気路27が形成されている。通気路27の一端は、多孔質材26に面して開孔している。通気路27の他端は、基板吸着部22の側面部に開孔している。通気路27の他端には、図示しない真空ポンプ(真空源)につながる管が接続されるようになっている。ここで記述する通気路27やこれにつながる真空ポンプは、ベース部21と基板吸着部22との間に凹部24の存在によって形成される気密状態の空気層20とともに、本発明の「加圧手段」を構成するものである。
A
ベース部21と基板吸着部22の接触界面には、Oリング28が介装されている。Oリング28は、断面が円形をなす環状のシール用部材(パッキン)である。Oリング28は、ベース部21と基板吸着部22との間に空気層20を形成する凹部24を取り囲む位置に配置されている。このため、空気層20は、高い気密レベルに密閉された状態となる。Oリング28は、凹部24を取り囲む状態で基板吸着部22の下面に形成された溝部に装着されている。Oリング28に関しては、基板吸着部22に替えて、ベース部21側に装着してもよい。また、Oリング28以外のシール用部材を用いて、所望の気密状態を得るようにしてもよい。Oリング28は、ベース部21に螺子を用いて基板吸着部22を固定する場合に必要となる部材である。このため、ベース部21に接着剤を用いて基板吸着部22を固定する場合や拡散接合によって固定する場合は、Oリング28を設けなくても、所望の気密状態を得ることが可能である。
An O-
昇降駆動部13は、図3に示すように、第2基板支持部12を3点支持方式で支持する3つのアクチュエータ29を用いて構成されている。各々のアクチュエータアクチュエータ29は、第2基板支持部12の中心(仮保持基板17の中心)から等距離の位置に配置されている。また、各々のアクチュエータ29は、第2基板支持部12と同一の中心を有する正三角形の頂点に位置するように、円周方向で120度の角度間隔に配置されている。アクチュエータ29は、例えば、垂直に配置された軸部材と、この軸部材を昇降させる駆動源(例えば、モータなど)とを用いて構成されるものである。アクチュエータ29の軸部の上端は、第2基板支持部12のベース部21に取り付けられている。このため、第2基板支持部12は、3つのアクチュエータ29によって支持されている。第2基板支持部12に仮保持基板17を支持した状態で、3つのアクチュエータ29のうちのいずれか一つを駆動(上昇又は下降)させると、それに応じて仮保持基板17の傾きが変化する。このため、転写基板16に対する仮保持基板17の平行出しは、3つのアクチュエータ29を個別に駆動することにより行なわれる。
As shown in FIG. 3, the elevating drive unit 13 is configured by using three
水平移動部14は、図示はしないが、水平面内で直交二軸方向となるX方向及びY方向への移動機能と、水平面内で回転方向となるθ方向への移動機能を有するステージ機構を用いて構成されている。水平移動部14は、昇降駆動部13を構成する3つのアクチュエータ29を介して第2基板支持部12を水平方向に移動させる。
Although not shown in the drawing, the horizontal moving unit 14 uses a stage mechanism having a moving function in the X and Y directions that are orthogonal biaxial directions in the horizontal plane and a moving function in the θ direction that is the rotational direction in the horizontal plane. Configured. The horizontal moving unit 14 moves the second
撮像カメラ15は、例えば、図示しないCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子、撮像用の光源、レンズ等の光学系を用いて構成されている。撮像カメラ15は、第1基板支持部11に支持された転写基板16と対向するように、撮像用の対物レンズを下に向けて配置されている。また、撮像カメラ15は、図示しないカメラ移動機構により、水平方向(第1基板支持部11に支持される転写基板16と基板面と平行方向)に移動可能に支持されている。撮像カメラ15で取り込まれた画像は、図示しない画像処理回路で画像処理される。そして、画像処理回路での画像処理結果に基づいて、転写基板16に対する仮保持基板17の位置合わせが、昇降駆動部13及び水平移動部14の駆動によって行なわれる。転写基板16に対する仮保持基板17の位置合わせは、素子18の転写位置を合わせるために行なわれるものである。
The
ここで、素子転写工程の手順について簡単に説明する。まず、転写基板16と当該転写基板16に転写すべき複数の素子18を保持する仮保持基板17とを互いに対向する状態に支持する。このとき、複数の素子18がマトリクス状の配列で保持された仮保持基板17を、転写基板16と平行になるように配置する。次に、仮保持基板17との平行を保ったまま、転写基板16に対して仮保持基板17を接近させる。そして、転写基板16と仮保持基板17を所定の間隔まで接近させた状態で、素子18の転写位置を合わせる。その後、転写基板16に対してさらに仮保持基板17を接近させることにより、転写基板16に仮保持基板17を押し付けて、各々の素子18を転写基板16の接着層16aに埋め込む(押し込む)。このとき、接着層16a,17a同士を接触させてもよいが、接触させると、そのあとの剥離が困難になる。このため、接着層16a,17aは接触させないことが望ましい。
Here, the procedure of the element transfer process will be briefly described. First, the transfer substrate 16 and the temporary holding substrate 17 that holds the plurality of
次に、素子18を接着層16aに埋め込んで接着させた状態を一定時間保持する。例えば、転写基板16の接着層16aによって素子18が十分に接着されるまで保持する。ここでいう「十分に接着される」とは、仮保持基板17の仮接着層17aによる素子18の接着力よりも、転写基板16の接着層16aによる素子18の接着力が大きくなることをいう。
Next, the state in which the
次に、素子18を接着層16aに接着させた状態で、転写基板16から仮保持基板17を離間させる。このとき、接着力の相対的な強弱関係にしたがって、素子18は、仮保持基板17から引き離されて、転写基板16側にそのまま残る。このため、仮保持基板17に保持されていた複数の素子18は、マトリクス状の配列を維持したまま、一括して転写基板16に転写されることになる。
Next, the temporary holding substrate 17 is separated from the transfer substrate 16 in a state where the
ちなみに、発光素子にLEDチップを用いる表示装置(LEDディスプレイ)を製造する場合は、赤色に発光する素子と、緑色に発光する素子と、青色に発光する素子が、それぞれ別々の仮保持基板17に保持される。そして、共通の転写基板16に対して、発光素子の発光色ごとに、異なる仮保持基板17を用いて、上記の素子転写工程を繰り返すことにより、転写基板16に各発光色成分の素子を配列させる。 By the way, when manufacturing a display device (LED display) using LED chips as light emitting elements, red light emitting elements, green light emitting elements, and blue light emitting elements are respectively provided on separate temporary holding substrates 17. Retained. Then, by repeating the above element transfer process using a different temporary holding substrate 17 for each emission color of the light emitting elements on the common transfer substrate 16, the elements of the respective emission color components are arranged on the transfer substrate 16. Let
続いて、上記構成からなる素子転写装置10を用いて、仮保持基板17から転写基板16に複数の素子18を転写する方法(素子転写方法)について説明する。以下の素子転写方法は、発光素子にLEDチップを用いる表示装置を製造方法としても適用可能である。
Next, a method (element transfer method) of transferring a plurality of
まず、第1基板支持部11に転写基板16を支持させるとともに、第2基板支持部12に仮保持基板17を支持させる。これにより、転写基板16と仮保持基板17は、互いの接着層16a,17aを対向させた状態で、水平に支持される。このとき、転写基板16と仮保持基板17は、十分に広い間隔をあけて配置される。
First, the transfer substrate 16 is supported by the first substrate support portion 11 and the temporary holding substrate 17 is supported by the second
ここで、第2基板支持部12に仮保持基板17を支持させる場合は、複数の素子18を保持している仮接着層17aを上向きにして、基板吸着部22の上に多孔質材26を覆う状態で仮保持基板17を載せる。この状態で、図示しない圧縮ポンプを停止したまま、図示しない真空ポンプを駆動して通気路27から排気を行なう。これにより、多孔質材26と仮保持基板17の接触界面に真空吸着力が均一に作用する。このため、仮保持基板17は基板吸着部22に強い力で吸着された状態となる。なお、ここでは圧縮ポンプを停止したまま真空ポンプを駆動するとしたが、これに限らず、多孔質材26や基板吸着部22が変形しない程度の低圧の圧縮空気を圧縮ポンプで供給しておいてもよい。
Here, when the temporary holding substrate 17 is supported by the second
次に、仮保持基板17を基板吸着部22の多孔質材26で真空吸着したまま、圧縮ポンプの駆動により通気路23を通して空気層20に所定圧の圧縮空気を供給する。これにより、空気層20に接しているベース部21と基板吸着部22の両方に、圧縮空気の供給による空圧が加わる。だたし、ベース部21は基板吸着部22よりも高い剛性を有しているため、基板吸着部22の方が空圧に押されて変形する。また、空気層20に接している基板吸着部22は、多孔質材26の反対側から空圧によって加圧される。
Next, while the temporary holding substrate 17 is vacuum-adsorbed by the
このため、空気層20に所定圧の圧縮空気を供給すると、図4に示すように、空気層20に接している基板吸着部22が上方に膨出するかたちで、仮保持基板17が多孔質材26とともに上側(転写基板16側)に凸の湾曲形状に変形する。ここで記述する「所定圧」とは、第2基板支持部12に支持された仮保持基板17を、基板吸着部22や多孔質材26とともに、上側に凸の湾曲形状で変形させ得る程度の圧力をいう。これにより、仮保持基板17の基板面内で、当該仮保持基板17の中心部が、当該仮保持基板17の他の部分よりも上側にΔLの変位量をもって突出した状態となる。このため、転写基板16と仮保持基板17の間隔は、仮保持基板17の中心部が最も狭い状態となる。
For this reason, when compressed air of a predetermined pressure is supplied to the
図5は圧縮空気の供給によって基板吸着部22を上側に凸の湾曲形状に変形させたときの、基板吸着部22の中心からの距離と基板吸着部22の変位量の関係を示す図である。ここでは、直径45mmの基板吸着部22を用いて圧縮空気により変形させた場合を例示している。図から分かるように、基板吸着部22の中心から20mm離れたところでは、2μm弱の変位量しか得られていないが、基板吸着部22の中心部ではその5倍程度に相当する10μm強の変位量が得られている。
FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the distance from the center of the
次に、撮像カメラ15を予め設定された装置中心位置に配置した状態で、3つのアクチュエータ29を同時に駆動することにより、第1基板支持部11を固定したまま、第2基板支持部12を上昇させる。これにより、第1基板支持部11に支持された転写基板16に対して、第2基板支持部12に支持された仮保持基板17が徐々に接近していく。ここで記述する「装置中心位置」とは、撮像カメラ15の初期位置として素子転写装置10の中心軸上に設定される位置である。第1基板支持部11に支持される転写基板16や、第2基板支持部12に支持される仮保持基板17は、基板の取り付け誤差等による位置ずれを無視すると、装置中心位置に基板中心を合わせて支持される。このため、撮像カメラ15の中心軸(光学中心)は、各々の基板16,17の中心軸上に配置される。
Next, in a state where the
次に、撮像カメラ15の撮像位置で、転写基板16と仮保持基板17の間隔が所定の基板間隔となったら、3つのアクチュエータ29の駆動を停止する。その状態で撮像カメラ15の焦点合わせ(微調整)を行なった後、例えば、各々の基板16,17に設けられたアライメントマークを撮像カメラ15で同時に撮像しながら、水平移動部14のステージ機構を駆動する。これにより、転写基板16の転写位置に対して、仮保持基板17上に保持された素子18の位置合わせが、X方向、Y方向及びθ方向に関して行なわれる。また、装置中心位置を中心に撮像カメラ15を基板面と平行な方向(水平方向)に移動し、当該移動先で撮像カメラ15の焦点合わせを行なうべく、3つのアクチュエータ29を適宜駆動することにより、転写基板16に対する仮保持基板17の平行出しが行なわれる。
Next, when the interval between the transfer substrate 16 and the temporary holding substrate 17 becomes a predetermined substrate interval at the imaging position of the
次に、3つのアクチュエータ29を再駆動することにより、転写基板16の接着層16aに仮保持基板17上の素子18を接触させ、かつ3つのアクチュエータ29の駆動に伴う加圧力によって転写基板16に仮保持基板17を押し付ける。これにより、各々の素子18を転写基板16の接着層16aに埋め込む。その後、転写基板16の接着層16aが硬化した段階で、3つのアクチュエータ29を同時に駆動することにより、第2基板支持部12とともに仮保持基板17を下降させる。これにより、転写基板16から仮保持基板17が離間する。また、複数の素子18が仮保持基板17から転写基板16に転写される。
Next, by re-driving the three
ここで、前述したように3つのアクチュエータ29の駆動により、仮保持基板17を転写基板16に近づける場合は、圧縮ポンプから供給される圧縮空気により、仮保持基板17を上側に凸の湾曲形状で変形させたままの状態で、第2基板支持部12を上昇させる。この場合は、仮保持基板17の中心部が最も基板間隔が狭い状態に維持される。このため、従来のように基板面内で基板間隔が狭い位置をわざわざ探さなくても、基板面内で基板間隔が狭い位置に撮像カメラ15を配置することができる。また、例えば基板の取り付け誤差等により、転写基板16に対して仮保持基板17が数μm程度傾いた状態で第2基板支持部12を上昇させたとしても、基板同士の接触を回避できる。具体的には、圧縮空気の供給による仮保持基板17の変形量を基板の傾き量よりも多い、例えば10μm程度とすることにより、仮保持基板17の中心部よりも先に当該仮保持基板17の他の部分が転写基板16に接触することがなくなる。このため、転写基板16と仮保持基板17を接触させることなく、撮像カメラ15の撮像位置で、転写基板16と仮保持基板17を所定の基板間隔まで素早く近づけることができる。したがって、素子転写工程における作業時間を大幅に短縮することが可能となる。
Here, as described above, when the temporary holding substrate 17 is brought close to the transfer substrate 16 by driving the three
ちなみに、圧縮空気の供給によって仮保持基板17を変形させるタイミングは、転写基板16の仮保持基板17の間隔が基板中心部で所定の間隔まで狭まる前であれば、いずれのタイミングに設定してもかまわない。具体的には、前述したように昇降駆動部13の駆動によって第2基板支持部12の上昇を開始する前のタイミングであってもよいし、上昇中のタイミングであってもよい。
Incidentally, the timing at which the temporary holding substrate 17 is deformed by the supply of compressed air can be set at any timing as long as the interval between the temporary holding substrates 17 of the transfer substrate 16 is reduced to a predetermined interval at the center of the substrate. It doesn't matter. Specifically, as described above, it may be the timing before the second
また、第2基板支持部12を3点支持方式で支持すると、3つのアクチュエータ29の駆動に伴う加圧力(面圧)によって転写基板16に仮保持基板17を押し付ける場合に、仮保持基板17の基板面内で加圧力に差が生じる。具体的には、3つのアクチュエータ29の加圧点に近い仮保持基板17の外周部の方が、3つのアクチュエータ29の加圧点から遠い仮保持基板17の中心側よりも、加圧力が大きくなる。このため、例えば、仮保持基板17の外周部で適度な加圧力(押し付け力)が得られるように、3つのアクチュエータ29を駆動すると、アクチュエータ29の加圧点から遠い仮保持基板17の中心側では加圧力が不足することになる。その結果、転写押し込み時の面圧不足によって転写不良が発生する恐れがある。具体的には、転写基板16から仮保持基板17を離間させたときに、例えば、仮保持基板17側に素子18が残ったり、転写基板16に転写された素子18に倒れが生じたりする恐れがある。
Further, when the second
そこで、転写押し込み時には、空気層20への圧縮空気の供給により仮保持基板17を上側に凸の湾曲形状で変形させたままの状態で、3つのアクチュエータ29の駆動により第2基板支持部12を通して仮保持基板17を転写基板16に押し付けるようにする。これにより、転写基板16に仮保持基板17を押し付ける場合に、仮保持基板17を転写基板16側に凸の湾曲形状となる方向で加圧することになる。そうすると、ベース部21と基板吸着部22の間の空気層20(圧縮空気層)による加圧力が、仮保持基板17の外周部よりも中心側に強く作用する。このため、通気路23を通して空気層20に供給する圧縮空気の圧力を実験等の結果に基づいて最適化することにより、仮保持基板17の中心側での押し込み圧の低下分を、空気層20への圧縮空気の供給による押し込み圧の増加分で相殺することができる。これにより、仮保持基板17上の素子18を転写基板16の接着層16aに埋め込む際の面圧不足を補うことができる。したがって、転写基板16の接着層16aに対して、仮保持基板17上の素子18を均一な面圧で押し込むことができる。その結果、転写押し込み時の面圧不足に伴う転写不良の発生を防止することが可能となる。また、仮保持基板17の全面にわたって加圧力が均一に作用するようになるため、転写品質の向上や安定化が図られる。
Therefore, when the transfer is pushed in, the temporary holding substrate 17 is deformed in an upwardly convex curved shape by supplying compressed air to the
なお、ここでは圧縮空気の供給により仮保持基板17を上側に凸の湾曲形状で変形させたままの状態で、3つのアクチュエータ29の駆動により第2基板支持部12を通して仮保持基板17に圧力を加えるとしたが、これに限らない。例えば、3つのアクチュエータ29の駆動により第2基板支持部12を通して仮保持基板17に圧力を加えた状態で、空気層20に圧縮空気を供給することにより、仮保持基板17を上側に凸の湾曲形状となる方向で加圧して、面圧不足を補うようにしてもよい。また、転写基板16に仮保持基板17を押し付けながら、空気層20に圧縮空気を供給して仮保持基板17を加圧により変形させ、面圧不足を補うようにしてもよい。
Note that, here, the pressure is applied to the temporary holding substrate 17 through the second
また、上記実施の形態においては、基板吸着部22を空圧方式で加圧する機構を採用しているが、これに限らず、例えば多孔質材26と反対側からシリンダロッドなどで基板吸着部22の中心部を押圧する機械的な加圧機構を採用してもよい。ただし、空圧方式を採用した場合は、多孔質材26に吸着された仮保持基板17を滑らかな湾曲形状で変形させることができる。
Moreover, in the said embodiment, although the mechanism which pressurizes the board | substrate adsorption |
10…素子転写装置、11…第1基板支持部、12…第2基板支持部、13…昇降駆動部、14…水平移動部、15…撮像カメラ、16…転写基板、17…仮保持基板、18…素子、19…開口部、20…空気層、21…ベース部、22…基板吸着部、23…通気路、24…凹部、25…凹部、26…多孔質材、27…通気路、28…Oリング、29…アクチュエータ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記転写基板に転写すべき複数の素子を保持する仮保持基板を、前記第1基板支持部に支持された前記転写基板と対向する状態で支持する第2基板支持部と、
前記第1基板支持部に支持された前記転写基板と、前記第2基板支持部に支持された前記仮保持基板のうち、一方の基板に対して他方の基板を接近離間する方向に移動させる駆動手段と、
前記転写基板と前記仮保持基板を所定の間隔まで接近させた状態で、前記素子の転写位置を合わせる位置合わせ手段とを備え、
前記第2基板支持部は、前記仮保持基板を吸着する吸着部を有する基板吸着部と、前記吸着部に吸着された前記仮保持基板が前記転写基板側に凸の湾曲形状となる方向で前記基板吸着部を加圧する加圧手段とを有する
素子転写装置。 A first substrate support for supporting the transfer substrate;
A second substrate support unit that supports a temporary holding substrate that holds a plurality of elements to be transferred to the transfer substrate in a state of facing the transfer substrate supported by the first substrate support unit;
Drive that moves the other substrate toward and away from one of the transfer substrate supported by the first substrate support and the temporary holding substrate supported by the second substrate support. Means,
In a state in which the transfer substrate and the temporary holding substrate are brought close to a predetermined interval, an alignment means for aligning the transfer position of the element,
The second substrate support unit includes a substrate adsorption unit having an adsorption unit that adsorbs the temporary holding substrate, and the temporary holding substrate adsorbed by the adsorption unit in a direction in which the temporary holding substrate has a convex curved shape toward the transfer substrate side. An element transfer apparatus, comprising: a pressurizing unit that pressurizes the substrate adsorption unit.
請求項1記載の素子転写装置。 The element transfer apparatus according to claim 1, wherein the pressurizing unit pressurizes the substrate suction portion by air pressure from the opposite side of the suction portion.
請求項1又は2記載の素子転写装置。 The element transfer device according to claim 1, wherein the adsorption portion is made of a porous material.
前記転写基板及び前記仮保持基板のうち、一方の基板を他方の基板に接近させる工程と、
前記転写基板と前記仮保持基板を所定の間隔まで接近させた状態で、前記素子の転写位置を合わせる工程とを含み、
前記一方の基板を前記他方の基板に接近させる場合に、前記一方の基板を前記他方の基板側に凸の湾曲形状となるように変形させる
素子転写方法。 Supporting a transfer substrate and a temporary holding substrate holding a plurality of elements to be transferred to the transfer substrate in a state of facing each other;
Of the transfer substrate and the temporary holding substrate, the step of bringing one substrate closer to the other substrate;
A step of aligning the transfer position of the element with the transfer substrate and the temporary holding substrate approached to a predetermined interval,
An element transfer method in which when the one substrate is brought close to the other substrate, the one substrate is deformed so as to have a convex curved shape toward the other substrate.
前記転写基板に前記仮保持基板を押し付ける場合に、前記仮保持基板を前記転写基板側に凸の湾曲形状となる方向で加圧する
請求項4記載の素子転写方法。 Pressing the temporary holding substrate against the transfer substrate in order to embed the plurality of elements held on the temporary holding substrate in an adhesive layer formed on the transfer substrate in a state where the transfer positions of the elements are aligned. Have
The element transfer method according to claim 4, wherein when the temporary holding substrate is pressed against the transfer substrate, the temporary holding substrate is pressed in a direction that forms a convex curved shape toward the transfer substrate.
前記転写基板及び前記仮保持基板のうち、一方の基板を他方の基板に接近させる工程と、
前記転写基板と前記仮保持基板を所定の間隔まで接近させた状態で、前記発光素子の転写位置を合わせる工程とを含む素子転写工程を有し、
前記一方の基板を前記他方の基板に接近させる場合に、前記一方の基板を前記他方の基板側に凸の湾曲形状となるように変形させる
表示装置の製造方法。 Supporting a transfer substrate and a temporary holding substrate holding a plurality of light emitting elements to be transferred to the transfer substrate in a state of facing each other;
Of the transfer substrate and the temporary holding substrate, the step of bringing one substrate closer to the other substrate;
An element transfer step including a step of aligning the transfer position of the light emitting element in a state where the transfer substrate and the temporary holding substrate are brought close to a predetermined interval;
A method of manufacturing a display device, wherein when the one substrate is brought close to the other substrate, the one substrate is deformed so as to have a convex curved shape toward the other substrate.
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