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CN111868901A - 工具高度调整装置以及具有该装置的芯片部件转印装置 - Google Patents

工具高度调整装置以及具有该装置的芯片部件转印装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供工具高度调整装置，在使用了与接触芯片保持部相伴的压力变化较小的柔软部件的拾取工具中，能够准确地进行芯片保持部的高度位置调整。具体而言，提供工具高度调整装置，其具有：透明板；拍摄单元，其从所述透明板的下侧使焦点对准所述透明板上表面而取得图像；以及控制单元，其具有对所述拾取工具的上下驱动进行控制的功能、对所述拍摄单元的动作进行控制的功能以及对所述拍摄单元所取得的图像进行解析的功能，所述控制单元一边使所述芯片保持部向所述透明板方向接近，一边对所述拍摄单元所取得的图像进行解析，从而检测所述芯片保持部有效地保持所述透明板上表面的高度位置。

Description

工具高度调整装置以及具有该装置的芯片部件转印装置
技术领域
本发明涉及在将转印源基板上的芯片部件转印到转印目标基板上时所使用的芯片部件转印装置中对转印源基板上的芯片部件进行拾取时所使用的拾取工具的工具高度调整装置。
背景技术
正在推进由微细加工技术的进步带来的半导体芯片的小型化和由LED的发光效率提高带来的LED芯片的小型化。因此，能够在一张晶片基板上密集地形成多个半导体芯片或LED芯片等芯片部件。
如果这样密集地形成有多个小型的芯片部件，则在将芯片部件转印到其他基板上时，一个一个地进行转印是极其低效的。因此，为了改善效率，研究了各种方法，作为其中之一，存在同时拾取多个芯片部件的方法(例如专利文献1)。
图7示出了同时拾取多个密集地配置在转印源基板B0上的芯片部件C并隔开间隔地转印到转印目标基板B1上的例子，示出了使用具有多个对芯片部件C进行保持的芯片保持部21的拾取工具2来进行转印的情形。
图7的(a)示出进行了芯片保持部21与芯片部件C的对位的状态，然后，使拾取工具2下降，如图7的(b)所示，使芯片保持部21与芯片部件C接触，如果在芯片保持部21保持着芯片部件C的状态下使拾取工具2上升，则如图7的(c)所示，能够从转印源基板B0同时拾取多个芯片部件C。然后，如图7的(d)所示，在将转印目标基板B1配置于拾取工具2的下方的状态下，如图7的(e)所示，使拾取工具2下降而使芯片部件C与转印目标基板B1紧贴之后，解除芯片保持部21对芯片部件C的保持，如图7的(f)所示，使拾取工具2上升，则能够进行芯片部件C向转印目标基板B1的转印。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2015-529400号公报
专利文献2：日本特开2008-201883号公报
发明内容
发明要解决的课题
在图7所示的芯片保持部21对芯片部件C进行保持时，以往使用真空吸附方式。即，在图8的(a)中示出剖视图的芯片保持部21中，通过在芯片保持部21的吸附孔2V接触的状态下对吸附孔2V内进行减压，芯片保持部21对芯片部件C进行吸附，如果在该状态下使芯片保持部21上升，则能够从转印源基板B0剥离并拾取芯片部件C。这里，作为拾取工具2和芯片保持部21，从机械强度和加工性的观点出发，通常使用金属。
另外，如图7所示，同时拾取多个的芯片部件C为几十μm见方，非常小。因此，由于金属制的芯片保持部21接触时的压力，如图8的(b)所示，也存在产生裂纹的芯片部件C。如图8的(c)所示，这样的芯片部件C有时在拾取过程中发生破损而无法吸附保持，即使在产生裂纹的状态下转印到转印目标基板B1上，也会产生不良情况。
因此，作为这样的拾取时的芯片部件C的破损的对策，考虑在芯片保持部21的与芯片部件C接触的部分使用柔软部件21S。图9的(a)～图9的(c)示出了利用具有柔软部件21S的芯片保持部21对芯片部件C进行拾取的情形，柔软部件21S发生变形从而不会对芯片部件C急剧地施加压力。
另外，为了形成用于对微小的芯片部件C进行吸附的吸附孔2V，需要极其微细的加工，成本也较高，因此也可以考虑利用真空吸附以外的方法来保持芯片部件C。其中之一是使用分子间作用力(范德瓦耳斯力)的方法，相当于利用所谓的壁虎胶带(专利文献2)等(图10)。同样在这样的情况下，在芯片保持部21中与芯片部件C接触的部分与金属等不同，是柔软的部件。因此，图10所示的壁虎胶带也标记为柔软部件21S。图10的(a)～图10的(c)示出了利用芯片保持部21对芯片部件C进行拾取的情形，该芯片保持部21具有能够利用分子间作用力对芯片部件C进行保持的柔软部件21S，与图9的(a)～图9的(c)相同，柔软部件21S发生变形从而不会对芯片部件C急剧地施加压力。
但是，尽管通过在芯片保持部21中使用柔软部件能够防止芯片部件C的破损，但另一方面，在芯片保持部21的高度位置调整中也产生问题。即，在使用柔软部件21S的芯片保持部21中，为了可靠地保持芯片部件C，仍需要掌握与芯片部件C的相对距离，但作为前提的芯片保持部21的高度位置调整在现有方式中是困难的。这是因为，在现有方式中，关于高度位置，通过检测与已知的面接触时的压力变化来掌握芯片保持部21的高度位置，但通过使用柔软部件21S，难以检测芯片保持部件21与面接触时的压力变化。
本发明是鉴于上述问题而完成的，提供一种工具高度调整装置，在使用了与接触芯片保持部相伴的压力变化较小的柔软部件的拾取工具中，能够准确地进行芯片保持部的高度位置调整。另外，还提供具有该工具高度调整装置的芯片部件转印装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，技术方案1所述的发明是一种工具高度调整装置，其对使芯片保持部上下移动来拾取芯片部件的拾取工具的所述芯片保持部的高度位置进行调整，其中，该工具高度调整装置具有：透明板；拍摄单元，其从所述透明板的下侧使焦点对准所述透明板上表面而取得图像；以及控制单元，其具有对所述拾取工具的上下驱动进行控制的功能、对所述拍摄单元的动作进行控制的功能以及对所述拍摄单元所取得的图像进行解析的功能，所述控制单元一边使所述芯片保持部向所述透明板方向接近，一边对所述拍摄单元所取得的图像进行解析，从而检测所述芯片保持部有效地保持所述透明板上表面的高度位置。
技术方案2所述的发明是一种工具高度调整装置，其对使芯片保持部上下移动来拾取芯片部件的拾取工具的所述芯片保持部的高度位置进行调整，其中，该工具高度调整装置具有：透明板；拍摄单元，其从所述透明板的下侧使焦点对准所述透明板上表面而取得图像；以及控制单元，其具有对所述拾取工具的上下驱动进行控制的功能、对所述拍摄单元的动作进行控制的功能以及对所述拍摄单元所取得的图像进行解析的功能，所述控制单元使所述芯片保持部暂时与所述透明板紧贴，一边向使所述芯片保持部从所述透明板离开的方向驱动拾取工具，一边对所述拍摄单元所取得的图像进行解析，从而检测所述芯片保持部有效地保持所述透明板上表面的高度位置。
技术方案3所述的发明根据技术方案1或2所述的工具高度调整装置，其中，该工具高度调整装置对设置有多个芯片保持部的拾取工具的芯片保持部的高度位置进行调整。
技术方案4所述的发明根据技术方案3所述的工具高度调整装置，其中，所述控制单元具有如下的功能：通过对所述拍摄单元所取得的图像进行解析来评价由多个芯片保持部形成的区域相对于所述透明板上表面的平行度。
技术方案5所述的发明根据技术方案1至4中的任意一项所述的工具高度调整装置，其中，该工具高度调整装置对在所述芯片保持部中使用柔软部件的拾取工具的芯片保持部的高度位置进行调整。
技术方案6所述的发明是一种芯片部件转印装置，其从转印源基板拾取芯片部件并将芯片部件载置于转印目标基板上，其中，该芯片部件转印装置具有技术方案1至5中的任意一项所述的工具高度调整装置，该工具高度调整用于对从转印源基板拾取芯片部件的拾取工具的芯片保持部的高度位置进行调整。
发明效果
在使用了与接触芯片保持部相伴的压力变化较小的柔软部件的拾取工具中，能够准确地进行芯片保持部的高度位置调整，也不会由于加压而使拾取对象的芯片部件破损。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的工具高度调整装置的结构的剖视图。
图2是示出本发明的实施方式的工具高度调整装置的动作状态的剖视图。
图3是本发明的实施方式的工具高度调整装置的拍摄单元所取得的图像的例子，其中，图3的(a)是示出芯片保持部远离拍摄单元的焦点的状态的图，图3的(b)是示出芯片保持部接近拍摄单元的焦点的阶段的状态的图，图3的(c)是示出芯片保持部与设置于拍摄单元的焦点处的面接触的状态的图，图3的(d)是示出芯片保持部与设置于拍摄单元的焦点的面紧贴的状态的图。
图4是示出本发明的实施方式的工具高度调整装置与转印源载台、转印源基板、芯片部件以及转印目标基板的关系的一例。
图5的(a)是示出在本发明的实施方式的工具高度调整装置中进行拍摄单元的对焦的状态的图，图5的(b)是示出用于拍摄单元的对焦的对焦治具的图。
图6是示出本发明的实施方式的工具高度调整装置的拍摄单元所取得的图像的图，是拾取工具产生倾斜的例子。
图7是同时拾取并转印多个微小的芯片部件的例子，其中，图7的(a)是示出拾取工具与芯片部件的对位状态的图，图7的(b)是示出基于拾取工具的芯片部件保持状态的图，图7的(c)是示出基于拾取工具的芯片部件拾取状态的图，图7的(d)是示出拾取工具与转印目标基板的对位状态的图，图7的(e)是示出利用拾取工具将芯片部件配置于转印目标基板的图，图7的(f)是示出基于拾取工具的芯片部件的转印完成状态的图。
图8是对利用以往的真空吸引方式对微小的芯片部件进行拾取时的问题点进行说明的图，其中，图8的(a)是示出在芯片部件的上部配置了芯片保持部的状态的图，图8的(b)是示出使芯片保持部与芯片部件紧贴的状态的图，图8的(c)是示出芯片保持部吸附芯片部件而进行拾取的状态的图。
图9是对借助使用了柔软部件的芯片保持部对微小的芯片部件进行吸附保持并进行拾取的例子进行说明的图，其中，图9的(a)是示出柔软部件与芯片部件接触的状态的图，图9的(b)是示出使柔软部件与芯片部件紧贴并保持的状态的图，图9的(c)是示出使芯片保持部上升并拾取了芯片部件的状态的图。
图10是对利用柔软部件所具有的保持力来保持并拾取芯片部件的例子进行说明的图，其中，图10的(a)是示出柔软部件与芯片部件接触的状态的图，图10的(b)是示出使柔软部件与芯片部件紧贴并保持的状态的图，图10的(c)是示出使芯片保持部上升并拾取了芯片部件的状态的图。
具体实施方式
对本发明的实施方式进行说明。图1是示出本发明的实施方式的工具高度调整装置1的结构的剖视图。工具高度调整装置1对拾取工具2的芯片保持部21的高度位置进行调整，具有透明板4、拍摄单元5以及控制单元10。
这里，拾取工具2从转印源载台3所保持的转印源基板B0拾取芯片部件C，拾取工具2具有多个芯片保持部21以便同时拾取多个芯片部件C。由多个芯片保持部21形成的区域为了同时对存在于同一平面上的多个芯片部件C进行保持而形成平面。另外，在芯片保持部21的与芯片部件C接触的部分使用图9、图10所示的柔软部件21S。另外，芯片部件C只要是比500μm见方小的微小芯片，则不特别限定材质和用途，用于LED芯片、无线芯片、MEMS芯片等的芯片部件成为对象。
拾取工具1中的透明板4是设置于转印源载台3的透明板，设置成透明板上表面41与转印源载台上表面31平行。作为透明板4，优选无浑浊的透明性、不容易变形且不容易损伤的材质，优选玻璃或石英。另外，关于透明板上表面41相对于转印源载台上表面31的高度，只要能够准确地掌握则可以任意地设定，但优选该高度在从0μm(透明板上表面41与转印源载台上表面31形成同一平面)至上下1000μm的范围内。
如图1所示，拍摄单元5按照使拾取工具2的芯片保持部21经由透明板4进入视野的方式配置于透明板4的下侧。在图1中，拍摄单元5构成为通过棱镜51使光轴弯曲然后由拍摄装置50取得图像，但如果能够在透明板4的正下方设置充分的空间，则也可以采用不使用棱镜51而使拍摄装置50直接在上方具有视野的结构。
控制单元10具有如下的功能：经由未图示的驱动单元对拾取工具2的上下驱动进行控制的功能；对拍摄单元5的动作进行控制的功能；以及对拍摄单元5所取得的图像进行解析的功能。这里，在拾取工具2的上下驱动中，能够一边使用编码器等计算上下移动距离一边对上下驱动进行控制。在拍摄单元5的动作中，能够对取得图像的时机进行控制，还能够与拾取工具2的上下驱动位置联动地取得图像。另外，关于拍摄单元5所取得的图像的解析功能，也可以利用通用的图像解析软件。
以下，对使用工具高度调整装置1来调整拾取工具2的芯片保持部21的高度的工序进行说明。
首先，关于拍摄单元5(的拍摄装置50)，预先使焦点对准透明板上表面41。在该阶段，如图1所示，拾取工具2按照芯片保持部21远离透明板上表面41的方式配置。
从该状态起，控制单元10使拾取工具2缓缓下降，在如图2所示芯片保持部21与透明板上表面41紧贴的阶段停止。另外，即使芯片保持部21使用柔软部件21S，当柔软部件21S被充分加压时，也对拾取工具2施加较大的压力，因此能够通过压力检测来对芯片保持部21与透明板上表面41紧贴的情况进行检测。
在拾取工具2从图1的状态到达图2的状态的期间，控制单元10通过拍摄单元5与拾取工具2的移动距离相关联地取得图像。即，在芯片保持部21接近透明板上表面41的状态下，与距离相关联地取得图像，在图3中示出所取得的图像的例子。在图3中，图3的(a)是芯片保持部21远离透明板上表面41的状态，由于拍摄单元5的焦点对准透明板上表面41，因此芯片保持部21的图像I21是模糊的。然后，伴随着拾取工具2下降，图像I21的对比度提高(图3的(b))。之后，在如图3的(c)所示那样芯片保持部21与透明板上表面41接触之后、以及在如图3的(d)所示那样直至芯片保持部21紧贴并按压于透明板上表面41为止的期间，图像I21的对比度都提高。认为这是因为芯片保持部21的表面不平滑，存在微小的凹凸，因此光在芯片保持部21与透明板4之间发生漫反射从而对比度恶化，通过使芯片保持部21与透明板4紧贴，抑制了漫反射，从而对比度提高，能够得到清晰的图像。
另外，在芯片保持部21拾取芯片部件C时，在仅柔软部件21S的前端到达芯片部件C的状态下，难以对芯片部件C进行保持。另一方面，如果使芯片保持部21与芯片部件C紧贴至过度压缩柔软部件21S的状态，则也有可能使芯片部件C破损。因此可知，要想有效地保持芯片部件C，应该是柔软部件21S适度地压缩而与透明板上表面41紧贴的状态。
因此，在本发明的工具高度调整中，在从芯片保持部21与透明板上表面41接触的状态至对透明板4施加一定以上的压力为止的期间，对判定为芯片保持部21实质上到达了透明板上表面41(有效地保持透明板上表面41)的高度位置进行检测。即，控制单元10对拍摄单元5所取得的图像进行解析，关于图像I21，在从图3的(c)至图3的(d)的期间，判定为芯片保持部21实质上到达了透明板上表面41。具体而言，控制单元10对与使拾取工具2下降的距离相关联而取得的图像的对比度等评价项目进行解析，将评价项目达到一定基准的阶段判定为芯片保持部21实质上到达了透明板上表面41。
通过以上的工序，能够设置拾取工具2的移动距离中的高度的基准位置。例如，如图4所示，如果利用激光传感器7等测量透明板上表面41相对于转印源载台上表面31的高度h0，则能够设定芯片保持部21实质上到达转印源载台上表面31的高度位置。进而，如果测量转印源基板B0相对于转印源载台上表面的高度h1和转印源基板B0上的芯片部件C的高度h2，则能够设定芯片保持部21有效地保持芯片部件C的高度位置。
另外，如果也同样地测量转印目标基板B1相对于透明板上表面41的高度，则通过考虑芯片部件的高度h2，也能够将向转印目标基板B1转印芯片部件C时的芯片保持部21设定为适当的高度。
另外，在之前的说明中，对一边使芯片保持部21接近透明板上表面41一边检测芯片保持部21实质上到达透明板上表面41的高度位置的实施方式进行了说明，但在使芯片保持部21从透明板上表面41离开的方向上，也能够检测芯片保持部21实质上从透明板上表面41离开(解除透明板上表面41的保持)的高度位置。即，也可以为，在使芯片保持部21成为对透明板41施加的压力达到规定值的紧贴状态之后，对拾取工具2进行驱动以使芯片保持部21从透明板上表面41离开，从而通过拍摄单元5与移动距离相关联地取得图像。通过该方法，可知芯片保持部21实质上从透明板上表面41离开的高度位置，也可知如果芯片保持部21和透明板上表面41从该高度位置接近，则能够进行有效的保持。
另外，在使拍摄单元5的焦点对准透明板上表面41时，如图5的(a)所示，可以使用标有对焦用的标记6M的对焦治具6。这里，如图5的(b)所示，在对焦治具6上配置多个标记6M，如果在多个标记6M进入到拍摄单元5的视野内的状态下进行对位，则也能够与透明板上表面41垂直地进行光轴对准。
通过使拍摄单元5的光轴与透明板上表面41垂直地对准，还能够评价由多个芯片保持部21形成的区域与透明板上表面41的平行度。即，在由多个芯片保持部21形成的区域相对于透明板上表面41存在倾斜的情况下，视野内的多个芯片保持部21的图像I21的对比度产生差异。图6示出了该情形，可知与图像21A对应的芯片保持部21A和与图像21B对应的芯片保持部21B在与透明板上表面41之间的距离方面存在差异。另外，还可知与芯片保持部21A相比，芯片保持部21B与透明板上表面41之间的距离较大，因此也可以参考该图像来进行拾取工具2的倾斜等的调整。
至此，在本实施方式中，是以芯片保持部21使用柔软部件21S为前提的，但本发明并不限定于此，即使是不使用柔软部件21S的芯片保持部21也能够应用本发明。即，如果不使用柔软部件21S而对芯片部件C进行保持的面是平坦的，则在芯片保持部21与透明板上表面41刚刚接触之后，拍摄单元5所取得的图像的(对比度等)评价项目达到判定基准，因此能够利用于工具高度调整。
如上所述，通过将本发明的工具高度调整装置使用于从图4所示的转印源载台3所保持的转印源基板拾取芯片部件并转印到转印目标基板上的芯片部件转印装置，即使芯片部件微小，也能够准确地进行保持并且不发生破损地进行转印。
标号说明
1：工具高度调整装置；2：拾取工具；3：转印源载台；4：透明板；5：拍摄单元；6：对焦治具；7：激光测长器；10：控制单元；21：芯片保持部；21S：柔软部件；31：转印源载台上表面；41：透明板上表面；50：拍摄装置；51：棱镜；61：对焦治具的下表面；B0：转印源基板；B1：转印目标基板；C：芯片部件；I21：芯片保持部图像。

Claims (6)

1.一种工具高度调整装置，其对使芯片保持部上下移动来拾取芯片部件的拾取工具的所述芯片保持部的高度位置进行调整，其中，
该工具高度调整装置具有：
透明板；
拍摄单元，其从所述透明板的下侧使焦点对准所述透明板上表面而取得图像；以及
控制单元，其具有对所述拾取工具的上下驱动进行控制的功能、对所述拍摄单元的动作进行控制的功能以及对所述拍摄单元所取得的图像进行解析的功能，
所述控制单元一边使所述芯片保持部向所述透明板方向接近，一边对所述拍摄单元所取得的图像进行解析，从而检测所述芯片保持部有效地保持所述透明板上表面的高度位置。
2.一种工具高度调整装置，其对使芯片保持部上下移动来拾取芯片部件的拾取工具的所述芯片保持部的高度位置进行调整，其中，
该工具高度调整装置具有：
透明板；
拍摄单元，其从所述透明板的下侧使焦点对准所述透明板上表面而取得图像；以及
控制单元，其具有对所述拾取工具的上下驱动进行控制的功能、对所述拍摄单元的动作进行控制的功能以及对所述拍摄单元所取得的图像进行解析的功能，
所述控制单元使所述芯片保持部暂时与所述透明板紧贴，一边向使所述芯片保持部从所述透明板离开的方向驱动拾取工具，一边对所述拍摄单元所取得的图像进行解析，从而检测所述芯片保持部有效地保持所述透明板上表面的高度位置。
3.根据权利要求1或2所述的工具高度调整装置，其中，
该工具高度调整装置对设置有多个芯片保持部的拾取工具的芯片保持部的高度位置进行调整。
4.根据权利要求3所述的工具高度调整装置，其中，
所述控制单元具有如下的功能：通过对所述拍摄单元所取得的图像进行解析来评价由多个芯片保持部形成的区域相对于所述透明板上表面的平行度。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的工具高度调整装置，其中，
该工具高度调整装置对在所述芯片保持部中使用柔软部件的拾取工具的芯片保持部的高度位置进行调整。
6.一种芯片部件转印装置，其从转印源基板拾取芯片部件并将芯片部件载置于转印目标基板上，其中，
该芯片部件转印装置具有权利要求1至5中的任意一项所述的工具高度调整装置，该工具高度调整装置用于对从转印源基板拾取芯片部件的拾取工具的芯片保持部的高度位置进行调整。
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