(57)【要約】【課題】素子転写工程で素子の転写位置を合わせる場合に、転写基板と仮保持基板を接触させずに所望の間隔まで素早く狭めることができる仕組みを提供する。【解決手段】転写基板１６を支持する第１基板支持部１１と、転写基板に転写すべき複数の素子１８を保持する仮保持基板１７を支持する第２基板支持部１２と、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昇降駆動部１３と、基板同士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位置合わせ手段（１４，１５）とを備える。第２基板支持部１２は、仮保持基板１７を吸着する多孔質材２６を有する基板吸着部２２と、そこに吸着された仮保持基板１７が転写基板１６側に凸の湾曲形状となる方向で基板吸着部２２を加圧する加圧手段とを有する。【選択図】図１
2009295853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記加圧手段は、前記吸着部の反対側から空圧によって前記基板吸着部を加圧する
請求項１記載の素子転写装置。
【請求項３】
前記吸着部は多孔質材からなる
請求項１又は２記載の素子転写装置。
【請求項４】
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。
【請求項５】
前記素子の転写位置を合わせた状態で、前記仮保持基板に保持された前記複数の素子を、前記転写基板に形成された接着層に埋め込むべく、前記転写基板に前記仮保持基板を押し付ける工程を有し、
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。
【請求項６】
転写基板と当該転写基板に転写すべき複数の発光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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１１８１２４号公報
【特許文献２】特開２００４−２７３５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】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２】第２基板支持部の構造を示す側断面図である。
【図３】昇降駆動部を構成するアクチュエータの配置を示す平面図である。
【図４】基板吸着部を加圧した状態を示す側断面図である。
【図５】基板吸着部の中心からの距離と基板吸着部の変位量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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