(57)【要約】【課題】高歩留りを実現する接合装置を提供する。【解決手段】接合装置１００は、ダストが除去された層流を生成する層流生成部１と、チップ５０をピックアップするチップハンドリング部５と、チップ５０を洗浄する洗浄部４と、チップ５０と基板１５とを接合する接合部３と、チップ５０をチップハンドリング部５から接合部３へ搬送する搬送機構１２とを備える。これらのうち、少なくとも接合部３および洗浄部４は層流生成部１による層流中に配設されており、基板１５に対して、洗浄部４にて洗浄されたチップ５０を、良好な電極接続状態で接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を備えるチップと、第２の電極を備える被接合プレートとを、前記第１の電極と前記第２の電極とが電気的に接続するように接合する接合装置であって、
ダストが除去された層流を生成する層流生成部と、
前記チップをピックアップするチップハンドリング部と、
前記チップを洗浄する洗浄部と、
前記チップと前記被接合プレートとを接合する接合ステージを有する接合部と、
前記チップを、前記チップハンドリング部から前記接合部へ搬送する搬送機構とを備え、
少なくとも前記洗浄部および前記接合部は前記層流中に配設されていることを特徴とする接合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の接合装置において、
前記搬送機構は、前記チップを吸着する接合ヘッドを有し、
前記洗浄部は、前記チップハンドリング部から前記接合部への搬送区間に備えられて、前記チップは前記接合ヘッドに吸着された状態で洗浄されることを特徴とする接合装置。
【請求項３】
請求項２に記載の接合装置において、
前記搬送機構は、前記接合ヘッドを保持して前記接合ヘッドを移動させる第１の移動ハンドを有することを特徴とする接合装置。
【請求項４】
請求項１に記載の接合装置において、
前記搬送機構は、前記チップを保持して移動する第２の移動ハンドを備え、前記第２の移動ハンドは前記チップハンドリング部、前記洗浄部、および前記接合部の各部にて搬送した前記チップを離脱させることを特徴とする接合装置。
【請求項５】
請求項４に記載の接合装置において、
前記第２の移動ハンドの先端部は、前記チップにおける第１の電極を有しない面を吸着する吸着部を有し、前記吸着部の大きさは前記チップの大きさよりも小さいことを特徴とする接合装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一つの請求項に記載の接合装置において、
前記接合ステージには前記被接合プレートを吸着する保持面が備えられ、前記層流生成部は、前記保持面に対して平行な層流を生成することを特徴とする接合装置。
【請求項７】
請求項６に記載の接合装置において、
前記被接合プレートは水平面に沿って移動され、前記層流は水平層流であることを特徴とする接合装置。
【請求項８】
請求項６に記載の接合装置において、
前記被接合プレートは垂直面に沿って移動され、前記層流は垂直層流であることを特徴とする接合装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の接合装置において、
前記接合ステージには前記保持面が下方に向けて設けられ、前記接合ヘッドは、保持した前記チップを反転させる反転手段を備えたことを特徴とする接合装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つの請求項に記載の接合装置において、
前記洗浄部は、前記チップを洗浄するための洗浄剤を噴出するノズルを有することを特徴とする接合装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の接合装置において、
前記洗浄剤にはドライアイスが含まれることを特徴とする接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップと被接合プレートとを接合する接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＬＳＩ）に代表される半導体装置は、通常、プリント基板などに実装されて使用される。この種のＬＳＩはウエハ上に形成され、半導体チップを搭載し、ＬＳＩと半導体チップとを組み合わせたデバイスをシステムとして機能させることで、一つのデバイスの中に複雑な機能を盛り込むことが可能とされている。このようなウエハ上に半導体チップを実装する技術としてフリップチップ実装技術が知られており、特許文献１にはウエハ上に半導体チップをフリップチップボンディングにより接合する接合装置について提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１６１８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
駆動回路を形成したＬＳＩ上にマイクロＬＥＤを貼り付け、微小なプロジェクション用表示装置を製造する工程では、駆動回路ＬＳＩが形成されたウエハ上に、発光部となるマイクロＬＥＤ群を貼り付け、さらにカラー表示に用いる波長変換パターンやカラーフィルタパターンを形成する場合がある。１個のマイクロＬＥＤの大きさは５０μｍから数μｍ程度であり、貼り付けるマイクロＬＥＤの数は数万個から数百万個となる。そのため、１個のＬＳＩ上での接合ポイント数は少なくとも数万個から数百万個となり、その大きさは、小さいものでは１μｍ程度から１０μｍ程度となる。
【０００５】
このようなチップ／ウエハ接合を形成しようとすると、次のような問題が発生する。すなわち、マイクロＬＥＤは、少なくとも、表示素子単位でチップ化されており、成長基板の裏面研磨やブレーキング等の工程を経て、チップ化工程で発生する多数のダストが付着している。また、チップはトレイに収納されている場合が多く、トレイ内ではチップを完全に固定できないため、トレイの運搬等の過程で発塵しやすく、付着ダストが増加する。ウエハ状態でチップを管理する場合には、チップは粘着シートに貼り付けられており、粘着用の糊がチップに付着することもある。いずれにせよ、チップ状態に至る工程ではダスト管理が難しく、種々の異物の付着が免れ得ないという問題点があった。
【０００６】
また、ダストや異物が多数付着したチップを、既存のダイボンディング装置を用いてウエハへボンディングすれば、接合面にダストが付着し、接合不良が大量に発生して、接合歩留りが低下する要因となる。接合不良は接合する電極サイズが小さくなるほど、また、接合数が増えるほど顕著化するので、マイクロＬＥＤの表示素子を生産するうえで大きな課題となる。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは、接合する電極数が多く、その電極サイズが小さいチップや基板等の接合時に、その接合面へのダストの付着を抑制して良好な接合を可能にし、高歩留りを実現できる接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、第１の電極を備えるチップと、第２の電極を備える被接合プレートとを、前記第１の電極と前記第２の電極とが電気的に接続するように接合する接合装置であって、ダストが除去された層流を生成する層流生成部と、前記チップをピックアップするチップハンドリング部と、前記チップを洗浄する洗浄部と、前記チップと前記被接合プレートとを接合する接合ステージを有する接合部と、前記チップを、前記チップハンドリング部から前記接合部へ搬送する搬送機構とを備えて、少なくとも前記洗浄部および前記接合部は前記層流中に配設されていることを特徴としている。
【０００９】
この特定事項により、チップにダストが付着するのを抑えて、チップと被接合プレートとの良好な接合を可能にすることができる。
【００１０】
前記接合装置における、より具体的な構成として次のものが挙げられる。すなわち、前記搬送機構は、前記チップを吸着する接合ヘッドを有して、前記洗浄部は、前記チップハンドリング部から前記接合部への搬送区間に備えられ、前記チップは前記接合ヘッドに吸着された状態で洗浄されることが好ましい。
【００１１】
これにより、チップだけでなく搬送機構としての接合ヘッドもあわせて洗浄することができ、被接合プレートとチップとの接合面に介在し、接合不良を生じさせるダスト数を大幅に低減することが可能となる。
【００１２】
また、前記接合装置において、前記接合ステージには前記被接合プレートを吸着する保持面が備えられ、前記層流生成部は、前記保持面に対して平行な層流を生成することが好ましい。
【００１３】
これにより、接合ステージでの被接合プレートとチップとの接合の際に層流によってダストを流し去ることができ、ダストを介在させることなく接合することが可能となる。
【００１４】
また、前記層流は、前記被接合プレートが水平面に沿って移動される場合には水平層流であることが好ましく、前記被接合プレートが垂直面に沿って移動される場合には垂直層流であることが好ましい。
【００１５】
これにより、かかる被接合プレートとチップとの接合面に介在し、接合不良を生じさせるダスト数を大幅に低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、接合する電極数が多く、その電極サイズが小さいチップや基板等の接合であっても、その接合面へのダストの付着を防いで良好な接合を可能にし、高歩留りを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る接合装置を示す正面説明図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る接合装置を示す上面説明図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る接合装置における洗浄部の構成を示す断面説明図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る接合装置を示す正面説明図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る接合装置を示す上面説明図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る接合装置を示す正面説明図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る接合装置における洗浄部の構成を示す断面説明図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係る接合装置を示す正面説明図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施形態に係る接合装置を示す上面説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係る接合装置における洗浄部の構成を示す断面説明図である。
【図１１】図１１は、本発明の第５の実施形態に係る接合装置を示す正面説明図である。
【図１２】図１２は、基板とチップとの接合状態の例を模式的に示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態に係る接合装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１〜図３は本発明の第１の実施形態に係る接合装置１００を示し、図１は接合装置１００の正面説明図、図２は接合装置１００の上面説明図、図３は接合装置１００における洗浄部４の構成を示す断面説明図である。また、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、基板とチップとの接合形態を模式的に示す断面説明図である。
【００２０】
なお、以下の説明にて参照する各図面は、本発明に係る接合装置１００の構成を示した模式的な説明図であり、簡単のため筐体や搬送手段等の具体的形態を省略して図示している。また、図３等の断面説明図では接合装置１００における洗浄部４について断面により模式的に図示したものであり、図面を見やすくするために構成部材には断面を示すハッチングを省略している。図１２（ａ）〜図１２（ｄ）の各図においても同様である。
【００２１】
接合装置１００は、半導体チップ等のチップ５０を、被接合プレートとしてのウエハ等の基板１５上に接合するために用いられる。基板１５には多数の図示しない回路素子が形成されている。また、基板１５の表面には多数の電極（図１２（ａ）に示される基板電極１５Ｅ、第２の電極）が露出している。チップ５０は電極（図１２（ａ）に示されるチップ電極５０Ｅ、第１の電極）を備えており、基板１５の各回路素子に対して接合される。チップ電極５０Ｅは基板電極１５Ｅに対して電気的に接続（フリップチップ接続）される。
【００２２】
図１に示すように、接合装置１００は、基板ハンドリング部２、接合部３、洗浄部４、チップハンドリング部５、筐体６等を含む構成とされている。
【００２３】
基板ハンドリング部２は、接合する基板１５を受け入れ、接合部３に供給し、接合が完了した基板１５を払い出す。通常、基板１５は基板カセット１３に納められた状態で接合装置１００にセットされており、基板カセット１３内の所定の基板１５が処理された後に、基板カセット１３が取り出される。図示しないが、基板ハンドリング部２には、基板１５を移動させる基板移動手段１４や、基板１５の位置や向きを定めるアライメント装置が含まれる。
【００２４】
チップハンドリング部５は、多数のチップ５０を備えたチップキャリア４０、チップ５０をピックアップするためのチップピックアップステージ４５、およびチップ５０を受け渡すピックアップヘッド４６等を備えている。チップハンドリング部５は、チップ保持材４１を運ぶためのチップキャリア４０を受け入れて、チップキャリア４０中のチップ５０を接合部３へと供給するための前段部とされる。チップ保持材４１には、複数のチップ５０が保持されており、例えばトレイや粘着シート材等が用いられる。チップキャリア４０には、例えばトレイカセット、リール、または粘着シートカセット等が用いられる。
【００２５】
接合部３は、接合ステージ１７にセットされた基板１５上にチップ５０を押し当てて接合する装置である。チップ５０は、チップハンドリング部５から搬送機構１２によって接合部３へ搬送される。
【００２６】
搬送機構１２としては、チップ５０を吸着する接合ヘッド２０および移動ハンド２５が備えられている。チップハンドリング部５においては、接合ヘッド２０がチップ５０を保持し、移動ハンド２５によってチップハンドリング部５から搬送される。接合部３では、接合ヘッド２０に対して、これを駆動するヘッド駆動部１８が接続される。
【００２７】
接合ヘッド２０は、チップ５０を吸着する手段を有しており、さらに、チップ５０を加熱するための熱源や、チップ５０に超音波を供給するアンテナ機能等を有していてもよい。ヘッド駆動部１８は、接合ヘッド２０を移動させる機能を有することに加えて、接合ヘッド２０を保持し、駆動するための電源および真空機構等のユーティリティを備えている。接合ヘッド２０に吸着されたチップ５０は、ヘッド駆動部１８によって接合ステージ１７上の基板１５に接合される。
【００２８】
接合ステージ１７は、基板１５を真空チャックや静電チャックにて吸着固定する保持面が備えられている。この場合、接合ステージ１７の保持面は、水平方向にセットされており、水平方向に基板１５を移動させることができる。さらに、接合ステージ１７は、基板１５を加熱または冷却する機能を有していてもよい。
【００２９】
接合部３は、基板１５とチップ５０とを精密にアライメントする必要があり、基板１５とチップ５０との対応する電極間の位置ずれを測定する位置センサーを含む。これにより、接合部３は、位置センサーの信号をフィードバックして、接合ステージ１７やヘッド駆動部１８の位置を微調整する機能を備えている。通常、位置センサーは、可視光や赤外線を用いたカメラから得られた画像を処理することで、位置ずれを計測することができる。カメラは接合ステージ１７側に設けられ、基板１５を下側からモニターする場合や、接合ステージ１７上方に設けられる場合などがある。
【００３０】
接合部３と、チップハンドリング部５との間には、洗浄部４が設けられている。洗浄部４は、チップ５０に付着したダスト等の付着物を洗浄し、除去する。洗浄部４は、洗浄チャンバ３０を備える。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、洗浄チャンバ３０は、ボウル状または有底箱状の洗浄カップ３１と、洗浄カップ３１の上部を閉止するドア３５とを有している。
【００３１】
洗浄カップ３１には、洗浄剤を供給する洗浄剤ノズル３３、洗浄後の洗浄剤やダストを排出する排出口が備えられている。例示の形態では、排出口として、第１の洗浄剤排出口３２および第２の洗浄剤排出口３４が設けられている。これらのうち、第１の洗浄剤排出口３２は洗浄カップ３１の底部に溜まる洗浄剤の排出用とされ、また、第２の洗浄剤排出口３４は接合ヘッド２０によって反跳される洗浄剤の排出用とされている。洗浄カップ３１とドア３５との当接部にはシールリング３６が配設されている。
【００３２】
接合装置１００におけるこれらの各構成部材は、筐体６の内部空間に納められている。筐体６は、接合装置１００の外周部を囲うかたちで設けられるとともに、基板１５やチップ５０を出し入れするための図示しない開閉扉を有する。接合装置１００のメンテナンス時には、開閉扉を開けて部分的に開放されうる。筐体６は、静電気発生を防止する材料により形成されていることが好ましい。
【００３３】
また、接合装置１００には、ダストが除去された層流１１を生成する層流生成部１が設けられている。図１に示すように、層流生成部１は接合装置１００における天井部に配設されている。筐体６内に設けられる基板ハンドリング部２、接合部３、洗浄部４、チップハンドリング部５は、いずれも層流生成部１の下方に備えられ、層流生成部１に覆われるように配置されている。
【００３４】
層流生成部１は、ＨＥＰＡフィルタ１０を有しており、ＨＥＰＡフィルタ１０を通過した、ダストが除去された層流１１を基板ハンドリング部２等の前記各部に供給する。図１に示すように、本実施形態に係る接合装置１００においては、層流生成部１によるダウンフローの層流中に、基板ハンドリング部２からチップハンドリング部５までの各構成部材が設置されている。
【００３５】
層流生成部１に設けられるＨＥＰＡフィルタ１０は、少なくとも、１μｍ以上のダストを完全に除去し、０．１μｍ以上のダストをも除去するものであることが好ましい。なお、チップハンドリング部５から洗浄部４へダストが入らない限りにおいては、チップハンドリング部５へは必ずしも層流１１が供給されなくともよい。
【００３６】
（接合装置１００の動作）
このように構成される接合装置１００において、チップハンドリング部５では、チップ保持材４１が、チップ保持材移動手段４２によって、チップキャリア４０から取り出されてチップピックアップステージ４５上に置かれる。チップ５０は、ピックアップヘッド４６によってチップ保持材４１から取り上げられ、移動ハンド２５に保持された接合ヘッド２０へ受け渡される。チップピックアップステージ４５は、チップ保持材４１上の各チップ５０を、ピックアップヘッド４６の位置まで動かす移動機能を有している。
【００３７】
図１に示すように、チップピックアップステージ４５上で、チップ保持材４１に対してチップ５０は、チップ電極５０Ｅ（図１２（ａ）参照）を有する電極面が上向きに配置されている（フェースアップ）。この場合、ピックアップヘッド４６はコレット等によってチップ５０の電極面に当接されてチップ５０を保持する。また、ピックアップヘッド４６は、チップ５０を保持したまま上方へ移動するとともに１８０度回転する。
【００３８】
接合ヘッド２０は、チップ５０における電極面と反対側の面（非電極面）を吸着する。これにより、チップ５０は接合ヘッド２０に受け渡される。なお、チップ保持材４１上で、チップ５０の電極面が下向きに配置されている場合（フェースダウン）には、ピックアップヘッド４６として、接合ヘッド２０がそのまま用いられて、チップ５０の非電極面を吸着するとともに、そのまま持ち上げる構成であってもよい。チップハンドリング部５において、チップ５０を保持した接合ヘッド２０は、移動ハンド２５によって、洗浄チャンバ３０に運ばれる。
【００３９】
洗浄部４にチップ５０が運ばれてくると、図３（ｂ）に示すように、洗浄チャンバ３０のドア３５が持ち上げられ、移動ハンド２５は接合ヘッド２０を洗浄チャンバ３０内へ運び入れる。次いで、移動ハンド２５からドア３５へ接合ヘッド２０が受け渡される。ドア３５は、接合ヘッド２０を真空チャックまたは静電チャック等により吸着する。
【００４０】
チップ５０がドア３５へ移載されると、ドア３５が閉じられる。図３（ａ）に示すように、ドア３５はシールリング３６に押し付けられ、洗浄チャンバ３０は密閉されて、チップ５０の洗浄が開始される。洗浄は、洗浄剤ノズル３３から洗浄剤をチップ５０および接合ヘッド２０へ吹き付け、表面に付着したダスト等を除去することにより行われる。洗浄剤とダスト等は、第１の洗浄剤排出口３２および第２の洗浄剤排出口３４に吸引されて排出される。洗浄後には、洗浄チャンバ３０は、クリーンエアや窒素等でパージされてもよい。
【００４１】
洗浄部４における洗浄剤および洗浄法には、ダスト除去能力を備える種々の材料や方法を適用することができる。例えば、ドライアイス粒子を吹き付けるドライアイススクラブ、クリーンエアのブロー、アルカリ薬液と超音波との組み合わせ、もしくは有機溶剤等、または、これらを複数組み合わせて用いることもできる。したがって、洗浄チャンバ３０に設けられる洗浄剤ノズル３３は１つであるに限定されず、複数設けられてもよいし、また、パージ用のノズルが含まれてもよい。第１の洗浄剤排出口３２および第２の洗浄剤排出口３４も同様に、それぞれ複数設けられていてもよい。
【００４２】
チップ５０の洗浄が終了すると、前記移載時の経路と逆の経路により、接合ヘッド２０が洗浄チャンバ３０から搬出される。これにより、チップ５０と接合ヘッド２０との両方に付着しているダスト等を除去することができる。
【００４３】
チップ５０を保持した接合ヘッド２０は、移動ハンド２５によって接合部３に運ばれる。図１および図２に示すように、接合部３では、接合ヘッド２０はヘッド駆動部１８に取り付けられ、チップ５０と基板１５との接合処理が行われる。
【００４４】
接合処理の間、接合ヘッド２０は、チップ５０を保持し続ける必要性がある。例えば、チップ５０の保持が真空チャックによる場合には、移動ハンド２５は常に接合ヘッド２０を保持し、移動ハンド２５から真空を供給し続けることができる。あるいは、接合ヘッド２０に直接、真空供給用のチューブが接続されていてもよい。チップ５０の保持が静電チャックによる場合にも同様に、移動ハンド２５から静電供給することもできるし、接合ヘッド２０にコンデンサを取り付けてコンデンサに充電することで、接合ヘッド２０単独で静電チャックを機能させてもよい。
【００４５】
接合ステージ１７上では、基板１５の基板電極１５Ｅと、チップ５０のチップ電極５０Ｅとが接続されて、基板１５とチップ５０とが接合される。接続方法としては、金バンプを金電極に接続する金−金接続、異方性導電膜（ＡＣＦ）や異方性導電樹脂を両電極間に配置する接続、バンプと非電導性ポリマ（ＮＣＰ）との組み合わせ、またはナノ粒子による接続等の種々の接続方法が可能である。基板１５の基板電極１５Ｅ上には、このような種々の接続方法に応じて、バンプやナノ粒子の配列、ＡＣＦの貼り付け、またはＮＣＰの塗布等の、接続材６０が準備されている。基板ハンドリング部２では、このような接続材６０の形成工程が行われてもよい。
【００４６】
（ダスト管理）
次に、接合装置１００における、接合面へのダストの付着を抑制して良好な接合を可能にするためのダスト管理について説明する。
【００４７】
まず、基板１５は製造過程でダスト管理が行われていることから、基板１５の表面に最初から付着しているダスト数が多くはなく、基板１５のダストは大きな問題とはなりにくい。これに対し、チップ５０は、チップハンドリング部５に持ち込まれた段階で、種々の原因によってダストが付着しており、そのまま接合工程に移行すると接合不良を生じ、基板１５とチップ５０との接合は低歩留りとなるおそれがある。
【００４８】
ここで、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）を参照しつつ、ダストのタイプと不良モードについて説明する。
【００４９】
図１２（ａ）は、基板１５とチップ５０との良好な接合形態を示している。基板１５には基板電極１５Ｅが、チップ５０にはチップ電極５０Ｅが、それぞれ電極サイズＬにより形成されており、隣り合う電極同士の間隔として電極スペースＳが確保されている。基板電極１５Ｅとチップ電極５０Ｅとは接続材６０を介して接続されている。基板１５とチップ５０とは、ギャップＧの距離をあけた状態で接合されている。理想的なギャップＧは、接続材６０の厚さ、基板１５表面からの基板電極１５Ｅの高さ、およびチップ５０表面からのチップ電極５０Ｅの高さの和となる。
【００５０】
図１２（ｂ）は、チップ５０にダスト７０が付着していた場合の接合形態を示している。この場合、電極サイズ（短辺または短径）Ｌに比べて、これと同等かこれより大きいサイズの絶縁性ダストがチップ５０と基板１５との間に付着してしまっている。これにより、基板電極１５Ｅとチップ電極５０Ｅとは接続不良を生じる。
【００５１】
図１２（ｃ）は、チップ電極５０Ｅ同士の間にダスト７０が付着していた場合の接合形態を示している。ダスト７０は、ギャップＧより大きい径を有しているため、基板１５とチップ５０との間に必要以上の空間が形成されてしまう。これにより、多数の基板電極１５Ｅとチップ電極５０Ｅと間で接続不良を生じ、またはチップ５０の破断を生じる。
【００５２】
図１２（ｄ）は、チップ５０に、電極スペースＳ以上の幅を有する導電性ダスト７０が付着していた場合の接合形態を示している。この場合、導電性ダスト７０によって基板電極１５Ｅ同士の間がショートし、接続不良を生じる。
【００５３】
図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）に示すような、接続不良を防ぐためには、電極サイズＬ、電極スペースＳおよびギャップＧの最小値を目安として、それよりも大きいダストを低減する必要性がある。電極サイズＬと電極スペースＳは、おおよそ１μｍから数十μｍ程度であり、ギャップＧは数百ｎｍから数十μｍ程度である。したがって、接合装置１００においては、数百ｎｍサイズのダストまで対策することが望まれる。また、このようなダストを低減したうえで基板１５とチップ５０と接合することで、接合歩留りを高めることが可能となる。
【００５４】
このためには次のような技術的事項（１）〜（３）が重要となる。
（１）接合装置１００内の雰囲気を清浄に保ち、接合装置１００外部からの、基板１５やチップ５０へのダストの付着を防止する。
（２）洗浄部４において、チップ５０の電極面に付着したダストを除去する。
（３）接合装置１００内部でのダストの発生を抑制するとともに、発生したダストの基板１５表面への付着を防止する。
【００５５】
検討すると、本実施形態の接合装置１００では、全体が筐体６で囲われ、その内部が層流１１に浸されているため、接合装置１００内への外部からのダストの侵入は防止されている。したがって、前記技術的事項（１）は達成される。
【００５６】
また、洗浄部４が設けられていることで、チップ５０に付着したダストおよびチップ５０を保持した接合ヘッド２０に付着しているダストを除去することができる。したがって、前記技術的事項（２）は達成される。
【００５７】
次に、接合装置１００内部でのダストの発生について検討する。通常、チップ５０の側面は破断面であり、非電極面は滑らかには研磨されていない。そのため、チップ５０に接触するものがあれば、ダストを発生し易い状態にあり、チップ５０を保持したり離脱させたりするたびにダストが発生する可能性がある。
【００５８】
本実施形態では、チップ５０を接合ヘッド２０に吸着させた状態で搬送するため、チップ５０をピックアップヘッド４６によって取り上げ、接合ヘッド２０へ受け渡した後では、チップ５０に新たに触れる物は無い。このように、チップ５０自身には直接触れることなく、接合ヘッド２０を用いてチップ５０を移動させることで、ダストの発生を大幅に抑制することが可能となる。接合ヘッド２０の材質や表面状態は、例えば鏡面研磨する等によりダストの発生し難い構成にすることができる。さらに接合ヘッド２０と接触する移動ハンド２５の接触部にも、ダストの発生し難い樹脂材を用いる等の対策によって、チップ５０を直接的に保持する場合に比べて、ダストの発生を大幅に低減することができる。
【００５９】
ピックアップヘッド４６はコレット等によって直接チップ５０を保持し、接合ヘッド２０へチップ５０を受け渡すので、ダストの付着は免れ得ない。接合ヘッド２０もチップ５０を受け取る際にダストが付着しやすいため、接合ヘッド２０を洗浄することは重要な事項であるといえる。
【００６０】
本実施形態においては、洗浄部４においてチップ５０だけでなく、接合ヘッド２０もともに洗浄するので、チップハンドリング部５において接合ヘッド２０に付着するダストも低減することができる。
【００６１】
接合ヘッド２０の表面は、チップ５０との接触によってダストが付着している場合があり、チップ５０の接合後にダストを基板１５上に落下させるおそれがある。そのため、所定の頻度で接合ヘッド２０の表面を洗浄することが好ましい。この点で、本実施形態では、洗浄部４において、接合後の接合ヘッド２０の表面を洗浄することも可能である。したがって、前記技術的事項（３）も達成される。
【００６２】
以上より、本実施形態に係る接合装置１００では、前記のダスト管理が達成されることから、基板１５とチップ５０との接合面へのダストの付着を抑制し得て、これらの良好な接合が可能とされる。
【００６３】
また、従来の接合装置が、この種の基板の回路素子またはチップの接続に関与する電極数が数千個までのものを接合対象とした装置であったのに対し、この接合装置１００では、基板１５の回路素子またはチップ５０の接続に関与する電極数が１万個を超えて、かつ図１２（ａ）に示す電極サイズＬが小さいものであっても接合対象とすることができる。本実施形態に係る接合装置１００では、例えば電極サイズＬが２０μｍ以下の場合にも接合対象とすることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、チップ５０の搬送機構１２として、１台の移動ハンド２５を含む構成であったが、洗浄部４とチップハンドリング部５との間に１台、洗浄部４と接合部３との間に１台というように、複数台の移動ハンド２５が備えられる構成であってもよい。また、チップ５０の搬送機構１２として、移動ハンド２５を複数有するコンベア等による連続搬送機構が備えられてもよい。
【００６５】
また、図１では、基板ハンドリング部２、接合部３、洗浄部４、およびチップハンドリング部５を並列に配置した構成を示したが、装置のコンパクト化、移載機器の低減、メンテナンス容易性等を考慮して、図２に例示した平面配置とされるほか、種々の平面配置とすることが可能である。また、スループットを向上する目的で、洗浄部４に複数の洗浄チャンバ３０を設置し、洗浄工程の律速によるスループットの低下を防ぐことも可能である。あるいは、１台の洗浄チャンバ３０内で、複数の接合ヘッド２０とチップ５０との組み合わせを、同時処理する構成とされてもよい。また、本実施形態に係る接合装置１００では、複数の接合ヘッド２０が必要とされるので、筐体６内に接合ヘッド２０のストック部が設けられた構成であってもよい。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
図４および図５は本発明の第２の実施形態に係る接合装置１００を示し、図４は接合装置１００の正面説明図、図５は接合装置１００の上面説明図である。
【００６７】
以下に説明する実施形態では、第１の実施形態と基本構成において共通することから、これらの共通する構成については第１の実施形態と共通の参照符号により示し、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
第１の実施形態では層流生成部１が天井部に設けられて、ダウンフローの層流の中に各構成部材が配置されていた。これに対して、本実施形態に係る接合装置１００では、層流生成部１に特徴を有しており、各構成部材が水平層流１１ｈの中に配置されている。
【００６９】
図４および図５に示すように、層流生成部１は、接合装置１００の側方の一面に配設されている。基板ハンドリング部２、接合部３、洗浄部４、チップハンドリング部５および搬送機構１２の各構成部材は、第１の実施形態に係る接合装置１００と共通している。
【００７０】
この場合、水平層流１１ｈの上流側から順に、基板ハンドリング部２、接合部３、洗浄部４が配置されることが好ましい。筐体６内には、水平層流１１ｈが形成されている。接合工程でのヘッド駆動部１８の上下動や、接合終了後に接合ヘッド２０をヘッド駆動部１８から離脱させての移動の際に、ダストが落下しやすい。
【００７１】
しかし、本実施形態に係る接合装置１００では、水平層流１１ｈ中に接合部３等が配置されているので、ダストが落下したとしてもダストを流し去り、基板１５表面へのダストの落下や付着を防止することが可能となる。また、チップハンドリング部５から洗浄部４を通して接合部３へ移動する間、チップ５０の電極面（下向き）が水平層流１１ｈに流される。そのため、チップ５０の移動中でのダスト付着をも防止することが可能となる。
【００７２】
本実施形態に係る接合装置１００によれば、基板１５とチップ５０の接合面に介在し、接合不良を生じさせるダスト数を大幅に低減することが可能となり、基板１５とチップ５０との接合歩留りを高めることができる。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
図６および図７は本発明の第３の実施形態に係る接合装置１００を示し、図６はす正面説明図、図７は洗浄部４を示す断面説明図である。
【００７４】
第３の実施形態に係る接合装置１００は、第１の実施形態の接合装置１００に対し、チップ５０の搬送方法と洗浄チャンバ３０とに特徴を有している。すなわち、第１の実施形態では、チップ５０は接合ヘッド２０に吸着された状態で移動および洗浄される構成であったが、本実施形態では、チップ５０が単体で移動および洗浄される構成である。このような構成は、チップ５０が比較的大きい場合や、チップの非電極面が滑らかに研磨されてダスト発生が少ない場合に適している。
【００７５】
この接合装置１００には搬送機構１２として移動ハンド（第２の移動ハンド）２６が備えられている。図６のａ部拡大図に示すように、移動ハンド２６は、チップ５０における非電極面（チップ電極５０Ｅを有しない面）を吸着する吸着部２６１を有している。
【００７６】
吸着部２６１は移動ハンド２６の先端部に備えられ、チップ幅（図１２各図における左右方向の長さ）よりも狭い幅で形成されている。例示の形態では、移動ハンド２６は、細くて薄いヘラ状の全体形状を有しており、吸着部２６１により真空チャックまたは静電チャックにてチップ５０を吸着するように構成されている。
【００７７】
移動ハンド２６は、チップ５０を保持して移動したり、所定の場所でチップ５０を離脱させたりする。チップ５０の移動は、微細なヘラ状の移動ハンド２６に吸着された状態で行われる。移動ハンド２６は、チップハンドリング部５、洗浄部４、および接合部３の間を移動し、搬送したチップ５０を離脱させる。
【００７８】
移動ハンド２６に対応させて、チップハンドリング部５のピックアップヘッド４６には、移動ハンド２６の先端部が挿入可能な溝部４６１が設けられている。また、接合部３に配置される接合ヘッド２０にも、移動ハンド２６の先端部が挿入可能な溝部２０１が設けられている。
【００７９】
洗浄部４では、洗浄チャンバ３０において、チップ５０が移動ハンド２６から離脱し、直接洗浄される。洗浄部４の洗浄チャンバ３０は、図７（ａ）に示すように、移動ハンド２６からチップ５０を受け取る洗浄ステージ３９と、洗浄ステージ３９を洗浄チャンバ３０内に支持する支柱３８とを備えている。洗浄ステージ３９は洗浄カップ３１内に配置されて、洗浄ステージ３９上のチップ５０を洗浄に供する。洗浄ステージ３９の上面には、移動ハンド２６の先端部が挿入可能な溝部３９１が設けられている。支柱３８は、洗浄カップ３１の底部に立設され、上下方向に伸縮可能に備えられている。
【００８０】
チップ５０が洗浄部４に搬送されると、図７（ｂ）に示すようにドア３５が開放され、支柱３８によって洗浄ステージ３９が洗浄カップ３１の上方へ持ち上げられる。移動ハンド２６によって洗浄ステージ３９上まで移動されたチップ５０は移動ハンド２６から離脱され、洗浄ステージ３９上にセットされる。洗浄ステージ３９はチップ５０の非電極面を吸着し、固定する。
【００８１】
チップ５０の移載が完了すると、洗浄ステージ３９は洗浄チャンバ３０の底部に戻り、ドア３５が閉止され、洗浄が開始される。洗浄チャンバ３０がシールリング３６によって密閉される構成、洗浄剤ノズル３３、第１および第２の洗浄剤排出口３２、３４を有する構成等は第１の実施形態と共通するが、洗浄カップ３１の底部で洗浄が行われるのに対応させて、洗浄剤ノズル３３および第２の洗浄剤排出口３４の配設方向は変更されることが好ましい。なお、支柱３８は、洗浄ステージ３９を上下させる機能に加えて、回転機能を有していてもよい。
【００８２】
チップハンドリング部５から洗浄部４へは、ピックアップヘッド４６の溝部４６１に移動ハンド２６が挿入されて、チップ５０の非電極面に吸着し、チップ５０を持ち上げて洗浄部４の洗浄チャンバ３０へと運ぶ。この時、チップ５０の電極面は上向きである。洗浄部４での洗浄後には、洗浄チャンバ３０から接合ヘッド２０へチップ５０が受け渡される。この時、移動ハンド２６は水平移動するとともに１８０度回転して、チップ５０の電極面を下向きに変える。接合部３では、ヘッド駆動部１８に固定された接合ヘッド２０の溝部２０１へ移動ハンド２６が挿入され、接合ヘッド２０へチップ５０が受け渡された後、移動ハンド２６は離脱する。
【００８３】
本実施形態に係る接合装置１００によれば、基板１５とチップ５０の接合面に介在し、接合不良を生じさせるダスト数を大幅に低減することが可能となり、基板１５とチップ５０との接合歩留りを高めることができる。
【００８４】
＜第４の実施形態＞
図８〜図１０は本発明の第４の実施形態に係る接合装置１００を示し、図８は正面説明図、図９は上面説明図、図１０は洗浄部４の構成を示す断面説明図である。
【００８５】
第４の実施形態に係る接合装置１００は、第１の実施形態の接合装置１００に対し、基板１５を立てた状態でチップ５０と接合する点に特徴を有している。すなわち、本実施形態では、例えば、第１の実施形態に示した層流生成部１によるダウンフローの層流１１を利用しながら、第２の実施形態に示したダスト低減機能を実現しようとするものである。
【００８６】
図８および図９に示すように、基板ハンドリング部２は、基板１５を水平方向（図８のＹ軸方向）から垂直方向（図８のＺ軸方向）に起立させる基板起立手段１６を備えている。基板移動手段１４は、基板ハンドリング部２と接合部３との間で、起立した状態の基板１５を接合部３の接合ステージ１７へと移動させる。
【００８７】
接合部３では、接合ステージ１７の保持面は、垂直方向（Ｙ−Ｚ平面に平行な方向）にセットされており、基板１５はＺ軸と平行に保持されるとともに垂直方向に基板１５を移動させることができる。図９に示すように、ヘッド駆動部１８はＸ軸方向に配設され、Ｘ軸方向に移動可能とされている。
【００８８】
図８に示すように、洗浄部４と接合部３との間には、垂直移動ハンド２７が設けられている。移動ハンド２５が接合ヘッド２０を水平方向に運ぶのに対して、垂直移動ハンド２７は接合ヘッド２０を垂直方向に立てた状態で運ぶ。その他の垂直移動ハンド２７の構成は移動ハンド２５と共通する。
【００８９】
また、洗浄部４では、図１０（ｂ）に示すように、ドア３５は上方へ垂直移動した状態から９０度回動して開放することが可能に構成されている。図１０（ａ）に示すように、洗浄チャンバ３０は、移動ハンド２５に保持された接合ヘッド２０を受け入れてドア３５へ吸着する。チップ５０および接合ヘッド２０の洗浄後には、図１０（ｂ）に示すように、ドア３５が開いた状態で垂直移動ハンド２７が接合ヘッド２０を保持して、接合部３のヘッド駆動部１８へと運ぶ。
【００９０】
基板１５やチップ５０の電極面は常にダウンフローの層流１１に流され、ダストの付着を防いで正常に保たれる。ヘッド駆動部１８や接合ヘッド２０の表面からダストが発生したとしても、ダウンフローの層流１１によって下方へ流され、基板１５表面への付着を防止することができる。
【００９１】
したがって、本実施形態に係る接合装置１００によっても、基板１５とチップ５０の接合面に介在し、接合不良を生じさせるダスト数を大幅に低減することが可能となり、基板１５とチップ５０との接合歩留りを高めることができる。重力の影響を受ける大きなダストに対しても、本実施形態に係る構成は有効に作用するものである。
【００９２】
＜第５の実施形態＞
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る接合装置を示す正面説明図である。第５の実施形態に係る接合装置１００は、第２の実施形態と同様に層流生成部１により水平層流１１ｈが形成されている。また、この接合装置１００は、接合ステージ１７の下面に保持面を有し、接合ヘッド２０を接合ステージ１７の下方から押し当てて接合する点に特徴を有している。
【００９３】
基板ハンドリング部２には、基板１５を移動させる基板移動手段１４に加えて、その移動させた基板１５を１８０度回転させる基板反転手段１９が備えられている。基板１５は、電極面を上に向けて基板カセット１３にセットされている。この基板ハンドリング部２では、基板カセット１３から基板移動手段１４により取り出され、基板反転手段１９によって、電極面を上から下に向ける反転操作がなされる。その後、基板１５は電極面を下にした状態で、基板ハンドリング部２から接合部３へと搬送される。接合部３には、接合ステージ１７が保持面を下方に向けて水平層流１１ｈ中に配置されている。
【００９４】
このような接合ステージ１７に対して、チップ５０は、チップハンドリング部５で、ピックアップヘッド４６から接合ヘッド２０に受け渡される。チップ５０は、洗浄部４から接合部３へと搬送される間に、反転手段２８により接合ヘッド２０と一体のまま上下反転させられる。接合ヘッド２０はチップ５０を上面にした状態で移動ハンド２５に保持されて、接合ステージ１７の下方に備えられたヘッド駆動部１８に取り付けられる。ヘッド駆動部１８は、接合ヘッド２０に対して下方から接続されて接合ヘッド２０を駆動する。
【００９５】
本実施形態に係る接合装置１００によっても、基板１５とチップ５０の接合面に介在し、接合不良を生じさせるダスト数を大幅に低減することが可能となり、基板１５とチップ５０との接合歩留りを高めることができる。特に、本実施形態に係る構成では、基板ハンドリング部２から接合部３にかけて、ヘッド駆動部１８の上下動によってダストが発生したとしても、そのダストが基板１５に降りかかることを防ぐことが可能となる。同時に、基板１５に残存していたダストの除去も可能となる。
【００９６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【００９７】
また、前記各実施形態に係る説明では、半導体チップ等のチップとウエハ等の基板との接合について説明したが、これに限定されるものではなく、チップとチップとの接合についても適用することができる。また、この場合のチップはマイクロＬＥＤ等に限定されるものではない。
【００９８】
＜実施例＞
実施例として、本発明に係る接合装置１００により、画素数２４０×４２７（約１００Ｋ画素）、画素サイズ１０μｍ角の青色マイクロＬＥＤ表示素子（単色）、表示部の大きさが２．４ｍｍ×４．３ｍｍ、駆動回路ＬＳＩの大きさが４ｍｍ×６ｍｍの表示素子を製作した。駆動回路ＬＳＩは８インチウエハ上に形成されており、乗り数は１０８０個である。
【００９９】
なお、比較例として、テストで良品と判明している駆動回路ＬＳＩの９１８個に対して、従来一般のフリップチップボンダにより表示素子を製作したところ、全画素が発光する良品数が１２８個となり、歩留りは約１４％と極めて低いものとなった。
【０１００】
接合装置１００においては、次の２つの洗浄法を実施した。
【０１０１】
（Ａ）アルカリ溶液洗浄（ウエハ洗浄で用いられる洗浄）
洗浄剤としてアンモニア（ＮＨ４ＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とを混合したアルカリ洗浄液を用い、洗浄剤ノズルを介して超音波を加えながら、洗浄、純水洗浄、および窒素ブロー乾燥の工程を行った。
【０１０２】
（Ｂ）ドライアイスブラスト
洗浄剤として液化炭酸ガスを断熱膨張させて形成したドライアイススノーを窒素ブローに乗せて、ドライアイスの微粒子を高速でチップ表面に衝突させた。ドライアイスは気化するため、乾燥残差が生じることもなく、水溶液や溶剤を使う場合のように、乾燥工程も不要であり、処理時間が短いといったメリットがあった。
【０１０３】
前記洗浄法（Ａ）および前記洗浄法（Ｂ）の洗浄をそれぞれ実施した場合の歩留りは、６１％と６７％であり、どちらの洗浄法によっても歩留りを４倍から４．８倍向上させることができた。このように、接合装置１００を用いることで、欠陥のない表示素子を得る歩留りを大幅に向上させることができる。画素を縮小し、さらにカラー表示を行うと、電極サイズは小さくなり、電極数も増えるため、本効果はさらに拡大すると考えられる。
【０１０４】
したがって、本発明に係る接合装置１００によれば、基板とチップの接合面に介在し、接合不良を生じさせるダスト数を大幅に低減することが可能となり、基板とチップとの接合歩留りを高めることができた。
【符号の説明】
【０１０５】
１  層流生成部
２  基板ハンドリング部
３  接合部
４  洗浄部
５  チップハンドリング部
６  筐体
１０  ＨＥＰＡフィルタ
１１  層流
１１ｈ  水平層流
１２  搬送機構
１３  基板カセット
１４  基板移動手段
１５  基板（被接合プレート）
１５Ｅ  基板電極（第２の電極）
１６  基板起立手段
１７  接合ステージ
１８  ヘッド駆動部
１９  基板反転手段
２０  接合ヘッド
２５  移動ハンド（第１の移動ハンド）
２６  移動ハンド（第２の移動ハンド）
２６１  吸着部
２７  垂直移動ハンド（第１の移動ハンド）
３０  洗浄チャンバ
３１  洗浄カップ
３２  第１の洗浄剤排出口
３３  洗浄剤ノズル
３４  第２の洗浄剤排出口
３５  ドア
３６  シールリング
３８  支柱
３９  洗浄ステージ
４０  チップキャリア
４１  チップ保持材
４２  チップ保持材移動手段
４５  チップピックアップステージ
４６  ピックアップヘッド
５０  チップ
５０Ｅ  チップ電極（第１の電極）
６０  接続材
７０  ダスト
１００  接合装置
【図１】
2019153761.tif 000003
【図２】
2019153761.tif 000004
【図３】
2019153761.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019153761.tif 000010
【図９】
2019153761.tif 000011
【図１０】
2019153761.tif 000012
【図１１】
2019153761.tif 000013
【図１２】
2019153761.tif 000014