JP2020145243A - チップ転写板ならびにチップ転写方法、画像表示装置の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザーリフトオフ法でチップ部品を配線基板に転写する際に、配線基板にキャッチ材を設けなくとも、チップ部品を確実に保持するチップ転写板および転写方法を提供すること。【解決手段】 バンプ電極を有する複数のチップ部品を、配線基板に転写するチップ転写板であって、ベース基板と、前記ベース基板にバンプ電極が形成された面の反対側を支持された、個片化され分離した複数のチップ部品と、前記複数のチップ部品のバンプ電極が形成された面に設けられた、未硬化の熱硬化性接着樹脂層を備えたチップ転写板およびこれを用いた転写方法転写方法を提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、チップ部品の転写を行なうチップ転写板、ならびにこのチップ転写板を用いてチップ部品を配線基板に転写するチップ転写方法、ＬＥＤチップを転写して形成する画像表示装置の製造方法および半導体チップを転写して実装位置に配置する半導体装置の製造方法に関する。

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を所定の間隔を空けて配線基板等に再配列し、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、間隔を空けＴＦＴ基板の所定位置に高速かつ高精度に実装する必要がある。

そこで、ウェハ基板上に密に形成されたチップ部品を高速かつ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（以下ＬＬＯ法と記す）については多くの検討がされている（例えば特許文献１）。

図９はＬＬＯ法により転写基板２０に保持されたチップ部品Ｃを配線基板Ｓの所定位置に転写配置する例を示しており、チップ部品Ｃのバンプ電極Ｂと配線基板Ｓの電極Ｅの位置が合う状態で転写を行なうものである。 図９（ａ）は右端のチップ部品Ｃを転写基板２０から剥離させるために、レーザー光源４でレーザー光を照射している状態を示しており、図９（ｂ）は剥離したチップ部品Ｃが配線基板Ｓに保持された状態を示している。

ここで、転写基板２０から剥離したチップ部品Ｃは、極力衝撃を緩和した状態で配線基板Ｓに到達するとともに、到達後は所定の位置に保持される必要がある。このため、配線基板Ｓのチップ部品配置位置には緩衝性と接着性を備えたキャッチ材ＣＡを設けることが多い。

特開２０１０−１６１２２１号公報

図９に示すように、キャッチ材ＣＡは、配線基板Ｓ上のチップ部品配置位置全てに高精度に設ける必要がある。特に、マイクロＬＥＤディスプレイのように微小なチップ部品を多数転写するような用途において、キャッチ材ＣＡを高精度に設けることは生産性およびコストにおいて問題となる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、ＬＬＯ法でチップ部品を配線基板に転写する際に、配線基板にキャッチ材を設けなくとも、チップ部品を確実に保持するチップ転写板および転写方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、バンプ電極を有する複数のチップ部品を、配線基板に転写するチップ転写板であって、
ベース基板と、前記ベース基板にバンプ電極が形成された面の反対側を支持された、個片化され分離した複数のチップ部品と、前記複数のチップ部品のバンプ電極が形成された面に設けられた、未硬化の熱硬化性接着樹脂層を備えたチップ転写板である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のチップ転写板であって、
前記ベース基板が粘着層を介して前記チップ部品を保持するチップ転写板である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のチップ転写板であって、
前記粘着層が、特定の波長の光により粘着性を失って前記チップ部品を剥離する、光剥離性を有し、前記ベース基板が、前記光に対して透過性を有するチップ転写板である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載のチップ転写板を用いて、
前記ベース基板越に、前記チップ部品単位で光照射を行なって、前記チップ部品を前記配線基板に転写するチップ転写方法である。

請求項５に記載の発明は、前記チップ部品がＬＥＤチップ、前記配線基板がＴＦＴ基板であって、
請求項４に記載のチップ転写方法により前記ＴＦＴ基板に前記ＬＥＤチップを転写する工程を有する画像表示装置の製造方法である。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のチップ転写方法により配線基板に転写したチップ部品を加熱圧着して実装する工程を有し、前置チップ部品が半導体チップである、半導体装置の製造方法である。

本発明のチップ転写板およびこれを用いた転写方法により、ＬＬＯ法でチップ部品を配線基板に転写する際に、配線基板にキャッチ材を設けなくとも、チップ部品を確実に保持させることが可能になる。また、本発明のチップ転写基板は、半導体チップをチップ部品とすることで、半導体装置の製造過程において、半導体チップを高速で配線基板に仮圧着することも可能となる。

本発明の実施形態１に係るチップ転写板の構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係るチップ転写板の形成工程を説明する図であり、（ａ）ウェハ基板のチップ部品を第１転写基板と対向させた状態、（ｂ）チップ部品を第１転写基板に転写する工程、（ｃ）チップ部品が転写され第１転写基板に保持された状態、（ｄ）第１転写基板に保持されたチップ部品を第２転写基板と対向させた状態を示す。 本発明の実施形態に係るチップ転写板の形成工程を説明する図であり、（ａ）チップ部品を第１転写基板から第２転写基板に転写する工程、（ｂ）チップ部品が転写され第２転写基板に保持された状態、（ｃ）第２転写基板上のチップ部品に熱硬化性接着フィルムを貼り付けてチップ転写板とした状態を示す図である。 本発明の実施形態１に係るチップ転写板を用いて配線基板上の所定箇所にチップ部品を配置する工程を説明する図であり、（ａ）転写対象のチップ部品にレーザー光を照射している状態（ｂ）レーザー光を照射されたチップが配線基板に転写した状態（ｃ）新たな配置位置に転写対象のチップ部品を対向させレーザー光を照射している状態（ｄ）レーザー光を照射されたチップが配線基板の新たな配置位置に転写された状態を示す図である。 本発明の実施形態１に係るチップ転写板を用いて配線基板上の複数箇所にチップ部品を同時に配置する工程を説明する図であり、（ａ）転写対象のチップ部品にレーザー光を照射している状態（ｂ）レーザー光を照射されたチップが配線基板に転写した状態を示す図である。 本発明の実施形態１の変形例を説明するに図であり、（ａ）チップ転写板の変形例の構成を示し、（ｂ）チップ転写板の変形例を用いてチップ部品にレーザー光を照射して配線基板に転写する状態を示す図である。 本発明の実施形態２のチップ転写板について説明する図であり、（ａ）バンプを配置した半導体ウェハとサポート基板を示す図であり、（ｂ）同半導体ウェハをサポート基板で支持した状態であり、（ｃ）同半導体ウェハをダイシングしてサポート基板が多数の半導体チップを保持する状態であり、（ｄ）サポート基板上の半導体チップに熱硬化性接着フィルムを貼り付けた状態を示す図である。 本発明の実施形態２の変形例であるチップ転写板について説明する図であり、（ａ）サポート基板上の半導体ウェハをダイシングする前に熱硬化性接着フィルムを貼り付けた状態であり、（ｂ）同熱硬化性樹脂フィルムとともに半導体ウェハをダイシングした状態を示す図である。 配線基板上の所定箇所にチップ部品を配置する工程を説明する図であり、（ａ）転写対象のチップ部品にレーザー光を照射している状態（ｂ）レーザー光を照射されたチップが配線基板に転写した状態を示す図である。

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１に係るチップ転写板１の構成を示す断面図である。図１において、チップ転写板１は、ベース基板２０の表面に粘着層２１を介して、個片化してそれぞれが分離したチップ部品Ｃが配列された状態で保持されている。ここで、チップ部品ＣはバンプＢを有する面の反対側で粘着層２１に密着している。更に、チップ転写板１では、チップ部品Ｃのバンプを有する面側に熱硬化性接着樹脂層Ｒが形成された構成となっている。

なお、本明細書において「接着」と「粘着」という用語を用いているが、「接着」が最終的に接続された状態に固定するものに用いているのに対して、「粘着」は最終的に剥離するものに対して用いている。

実施形態１は、チップ部品Ｃとしては１辺が数十μｍ以下のμＬＥＤチップを用いる例を前提としており、バンプＢの高さは１０〜２０μｍ程度である。熱硬化性接着樹脂層Ｒの厚みはバンプＢの高さと同等か数μｍ厚い程度である。熱硬化性接着樹脂層Ｒは塗布により形成しても良いが、熱硬化性接着絶縁フィルム（所謂ＮＣＦ：Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）を貼り付けて形成するのが、厚みムラが小さいため好ましい。また、熱硬化性樹脂層Ｒの材質としては、適切なプロセス温度（２００〜３５０℃の範囲内）で硬化し、硬化後は耐熱性と絶縁性に優れたものが好ましい。具体的には、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂が適しているが、前述の条件を満たすものであればこれに限定されるものではない。

ベース基板２０は多数のチップ部品Ｃの配列状態を維持するため平面性に優れた材質であるとともに、ＬＬＯ法に用いるレーザー光に対する透光性を有したものを用いる。具体的には板状のガラスやシリコンが適している。また、粘着層２１は、ＬＬＯ法のレーザー照射により（硬化して粘着性を失い）剥離性を発現するものが好ましい。

ところで、μＬＥＤチップは通常サファイヤウェハに形成されるものであり、μＬＥＤをチップ部品Ｃとして、図１に示したチップ転写板１を得るためには幾つかの工程を経る必要がある。そこで、図２および図３では、ウェハＷ上に形成されたチップ部品Ｃからチップ転写板１を形成するまでの工程を示している。

まず図２（ａ）は、ウェハＷ上に形成されダイシングされ個片に分離したチップ部品Ｃを第１転写基板１Ｓと対向させた状態を示している。ここで、第１転写基板１Ｓはベース基板１０の表面に粘着層１１が形成されたものであり、粘着層１１は特定波長の光または熱により硬化して剥離性を発現するものである。

図２（ｂ）は、ＬＬＯ法によりウェハＷからチップ部品Ｃを剥離させて、第１転写基板１Ｓに転写する状態を示している。ここで、ＬＬＯ法でチップ部品Ｃを１つずつ転写してもよいが、照射面積を広げて複数のチップ部品Ｃを同時に第１転写基板１Ｓに転写してもよい。転写が完了すると、図２（ｃ）に示すように、ウェハＷから剥離したチップ部品Ｃは粘着層１１を介してベース基板１０に保持される。

この後、図２（ｄ）に示す様に、第１転写基板１Ｓに保持されたチップ部品Ｃと対向するように第２転写基板２Ｓを配置する。ここで、第２転写基板２Ｓはベース基板２０の表面に粘着層２１が形成されたものであり、図１に示すチップ転写板１を構成するものである。

図２（ｄ）の状態から、第１転写基板１Ｓと第２転写基板２Ｓを接近させ、チップ部品Ｃが第２転写基板２Ｓの粘着層２１と密着した状態で、粘着層１１を硬化させて粘着性を消失させる。図３（ａ）には（光照射により硬化して粘着性を失う）光剥離性を有する粘着層１１を用いた例を示しているが、熱剥離性を有する粘着層１１を加熱して粘着性を消失させてもよい。

粘着層１１が粘着性を失うことにより、図３（ｂ）に示すように第１転写基板１Ｓから剥離したチップ部品Ｃは粘着層２１を介してベース基板２０に支持される。この状態でチップ部品ＣのバンプＢは第２転写基板２Ｓから露出した状態となっており、チップ部品ＣのバンプＢ形成面に熱硬化性接着フィルムＲを貼り付けることにより、チップ転写基板１が形成される。

次に、チップ転写板１を用いてＬＬＯ法により、チップ部品Ｃを配線基板Ｓ上に転写配置する動作を、図４を用いて説明する。

まず、図４（ａ）はベース基板２０に支持された右端のチップ部品Ｃと配線基板Ｓを所定箇所に位置合わせしてからレーザー光源４によりＬＬＯ法により転写する状態を示すものである。

チップ部品Ｃと配線基板Ｓの位置合わせは、チップ部品ＣのバンプＢが基板Ｓの電極Ｅ上に転写されるように行なうものである。位置合わせに際しては、基板Ｓおよびベース基板２０に記されたアライメントマークを用いればよいが、微小なチップ部品Ｃの位置合わせに際しては、ダイシングによってチップ部品Ｃ間に形成される格子形状を利用してもよい。

図４（ａ）の状態で、レーザー光源４が対象の半導体チップＣにレーザー光を照射することにより、図４（ｂ）に示すようにチップ部品Ｃは粘着層２１から剥離して配線基板Ｓに転写される。その際、チップ部品ＣのバンプＢ側に貼り付けられている熱硬化性接着フィルムＲが配線基板Ｓと密着するため、配線基板Ｓにキャッチ材ＣＡが無くとも、チップ部品Ｃは配線基板Ｓの所定箇所に確実に保持された状態となる。

以後、配線基板Ｓの所定位置に順次チップ部品Ｃを転写するように、チップ転写板１の相対位置を変更しながらＬＬＯ法による転写を行なう（図４（ｃ）、図４（ｄ））。ところで、チップ転写板１と配線基板Ｓの面間距離が短い法が転写には好適であるが、チップ転写板１と配線基板Ｓを相対移動させるためには、図４（ｄ）に示すようにチップ転写板１に保持されたチップ部品Ｃと配線基板Ｓに転写されたチップ部品Ｃの間の距離ｄがゼロ以上である必要がある。

なお、図４ではＬＬＯ法によりチップ部品Ｃを１つずつ配線基板Ｓに転写する例を示したが、配線基板Ｓ上のチップ部品配置位置が、図５（ａ）に示す例のようにチップ転写板１におけるチップ部品Ｃのピッチの整数倍になっていれば、同時に複数のチップ部品Ｃを配線基板Ｓに転写することも可能である。

ところで、ここまでの説明において、チップ部品Ｃを粘着層２１を介してベース基板２０が支持する形態について説明したが、これはＬＬＯ法により配線基板Ｓにチップ部品Ｃを転写する際のプロセスマージン（照射エネルギー、照射スポット径、等）を大きくとるためであり、プロセス条件を適切に設定できれば、図２（ａ）に示したウェハ上のチップ部品Ｃを配線基板Ｓに直接転写することも可能である。

すなわち、実施形態１の変形例として、図６（ａ）に示すようにウェハＷ上のチップ部品Ｃに熱硬化性接着フィルムＲを貼り付けた形態を示し、これを用いてＬＬＯ法を行なう例を図６（ｂ）に示す。

以上、実施形態１の、チップ部品ＣとしてＬＥＤチップを用いる例では配線基板ＳをＴＦＴ基板とすることで画像表示装置の製造方法に適用することが出来る。

一方において、本発明はチップ部品Ｃとしてメモリ素子等の半導体チップを配線基板に実装して半導体装置を製造する工程に利用することも可能である。

そこで、チップ部品Ｃが半導体チップである実施形態２について、図７を用いて説明する。図７（ａ）においてウェハＷは半導体回路が多数形成されたシリコンウェハであり、ウェハＷ表面にはバンプＢが形成されている。昨今のシリコンウェハは極めて薄厚のため、取り扱いを用意にするため、粘着層３１を介してサポート基板３０に貼りつけ、図３（ｂ）のようにする。ここで、サポート基板３０は材質がガラスやシリコンで、ＬＬＯ法のレーザー光を透過するものであり、粘着層３１は特定の波長で剥離性を発現するものである。

この後、図７（ｃ）のようにサポート基板３０上でウェハＷをダイシングして多数のチップ部品Ｃとした後に、チップ部品Ｃ上に熱硬化性接着フィルムＲを貼り合わせることにより、図１のチップ転写板１と同じ構成とすることが出来る。そこで、図７（ｄ）の構成のチップ転写板を用いることにより、半導体チップを高速で配線基板に配置（仮圧着）することが可能になる。配線基板に配置された半導体チップは、熱圧着することで実装することが出来る。

ところで、ＬＥＤチップは微小であるため刃を用いたブレードダイシングが利用出来ないため、プラズマエッチングによってダイシングされるが、プラズマエッチングにより熱硬化性接着フィルムをダイシングすることは困難である。一方において、半導体チップにダイシングする際は、ブレードダイシングが出来るが、ブレードダイシングでは熱硬化性フィルムを切断することも可能である。そこで、実施形態２の変形例として、図７（ａ）の状態から図８（ａ）のように熱硬化性フィルムＲをウェハＷ上に貼り付けてから図８（ｂ）のようにダイシングすることも可能である。

１ チップ転写板
１Ｓ 第１転写基板
２Ｓ 第２転写基板
３Ｓ サポート基板
４ レーザー光源
１０ ベース基板
１１ 粘着層
２０ ベース基板
２１ 粘着層
３０ ベース基板
３１ 粘着層
Ｂ バンプ
Ｃ チップ部品
ＣＡ キャッチ材
Ｅ 電極
Ｒ 熱硬化性接着フィルム
Ｓ 配線基板
Ｗ ウェハ

Claims (6)

1. バンプ電極を有する複数のチップ部品を、配線基板に転写するチップ転写板であって、
   ベース基板と、
   前記ベース基板にバンプ電極が形成された面の反対側を支持された、個片化された複数のチップ部品と、
   前記複数のチップ部品のバンプ電極が形成された面に設けられた、未硬化の熱硬化性接着樹脂層を備えたチップ転写板。
2. 請求項１に記載のチップ転写板であって、
   前記ベース基板が粘着層を介して前記チップ部品を保持するチップ転写板。
3. 請求項２に記載のチップ転写板であって、
   前記粘着層が、特定の波長の光により粘着性を失って前記チップ部品を剥離する、光剥離性を有し、
   前記ベース基板が、前記光に対して透過性を有するチップ転写板。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載のチップ転写板を用いて、
   前記ベース基板越に、前記チップ部品単位で光照射を行なって、前記チップ部品を前記配線基板に転写するチップ転写方法。
5. 前記チップ部品がＬＥＤチップ、前記配線基板がＴＦＴ基板であって、
   請求項４に記載のチップ転写方法により前記ＴＦＴ基板に前記ＬＥＤチップを転写する工程を有する画像表示装置の製造方法。
6. 請求項４に記載のチップ転写方法により配線基板に転写したチップ部品を加熱圧着して実装する工程を有し、前置チップ部品が半導体チップである、半導体装置の製造方法。