CN107919313A - 真空吸取装置 - Google Patents

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Abstract

一种真空吸取装置包含：半导体基板，其顶部具有多个沟槽，且其底部具有多个通孔，其中每个沟槽连通且相应于至少一个通孔，沟槽的宽度大于通孔的宽度；及盖板，设于半导体基板的顶面。真空吸取装置的至少一侧边设有真空室，连通于该些沟槽。在另一实施例中，真空盖取代盖板，设于半导体基板上方，与半导体基板之间形成真空室。

Description

真空吸取装置
技术领域
本发明是有关一种真空吸取(vacuum suction)装置，特别是关于一种用以转移微发光二极管(microLED)的真空吸取装置。
背景技术
微发光二极管(microLED、mLED或μLED)显示面板为平板显示器(flat paneldisplay)的一种，其是由尺寸等级为1～10微米的个别精微(microscopic)发光二极管所组成。相较于传统液晶显示面板，微发光二极管显示面板具有较大对比度及较快反应时间，且消耗较少功率。微发光二极管与有机发光二极管(OLED)虽然同样具有低功耗的特性，但是，微发光二极管因为使用三-五族二极管技术(例如氮化镓)，因此相较于有机发光二极管具有较高的亮度(brightness)、较高的发光效能(luminous efficacy)及较长的寿命。
于制造微发光二极管显示面板时，需要借由磁力或真空吸力，以吸取个别的微发光二极管并转移至显示面板。以真空吸取装置为例，真空吸嘴(suction nozzle)的高度与内径的比值必须小于临界数值，才能确保吸取能力。由于微发光二极管的尺寸极小，需要内径极小的真空吸嘴，使得真空吸嘴的高度(或厚度)也需跟着变小。因此，于操作时容易造成真空吸取装置的变形而降低吸取效率，甚至造成真空吸取装置的破裂。
因此亟需提出一种新颖的真空吸取装置，以增强吸取效率并强化坚固性与可靠度。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种真空吸取装置，于操作时具可扩缩性，具增强的真空吸取能力以提高吸取效率，且能强化坚固性与可靠度。
根据本发明实施例，真空吸取装置包含半导体基板及盖板。半导体基板的顶部具有多个沟槽，且其底部具有多个通孔，其中每个沟槽连通且相应于至少一个通孔，沟槽的宽度大于通孔的宽度。盖板设于半导体基板的顶面。真空吸取装置的至少一侧边设有真空室，连通于该些沟槽。在一实施例中，该些沟槽为连续沟槽，呈纵向排列，每个连续沟槽连通且相应于多个通孔。真空室垂直于该些连续沟槽的方向，且直接与该些连续沟槽直接连通。在另一实施例中，该些沟槽为非连续沟槽，呈矩阵排列，每个非连续沟槽连通且相应于一通孔。通道连通于相邻的该非连续沟槽之间，真空室借由通道而连通于该些非连续沟槽。
根据本发明另一实施例，真空吸取装置包含半导体基板及真空盖。半导体基板的顶部具多个第一沟槽，且其底部具多个通孔，其中每个第一沟槽连通且相应于至少一通孔，且第一沟槽的宽度大于通孔的宽度。真空盖设于半导体基板上方，与半导体基板之间形成真空室。
附图说明
图1A显示本发明第一实施例的真空吸取装置的俯视图。
图1B显示图1A的真空吸取装置的仰视图。
图1C显示图1A的真空吸取装置的侧视图。
图2A至图2D显示沿图1B的剖面线的剖视图。
图3A例示转移前的微发光二极管。
图3B例示真空吸取装置的通孔。
图3C至图3D例示真空吸取装置吸取部分的微发光二极管。
图4A显示本发明第二实施例的真空吸取装置的俯视图。
图4B显示图4A的真空吸取装置的仰视图。
图4C显示图4A的真空吸取装置的侧视图。
图5A至图5D显示沿图4A的剖面线的剖视图。
图6A显示本发明第三实施例的真空吸取装置的剖视图。
图6B显示图6A的真空吸取装置的仰视图。
图6C显示图6A的真空吸取装置的另一仰视图。
图6D显示本发明第三实施例变化型的真空吸取装置的剖视图。
图7A显示本发明第一实施例的横向剖面图。
图7B显示本发明第一实施例变化型的横向剖面图。
图8A显示本发明第二实施例的横向剖面图。
图8B显示本发明第二实施例变化型的横向剖面图。
【主要元件符号说明】
100：真空吸取装置 11：半导体基板
12：盖板 31：微发光二极管
101：连续沟槽 102：通孔
103：真空室 400：真空吸取装置
41：半导体基板 42：盖板
401：非连续沟槽 402：通孔
403：真空室 404：通道
600：真空吸取装置 61：半导体基板
62：真空盖 63：开口
64：微元件 65：支柱
66：缓冲层 601：第一沟槽
602：通孔 603：第二沟槽
具体实施方式
图1A显示本发明第一实施例的真空吸取(vacuum suction)装置100的俯视图，图1B显示图1A的真空吸取装置100的仰视图，图1C显示图1A的真空吸取装置100的侧视图。本实施例的真空吸取装置100可用以吸取微元件(miniature device)，例如微发光二极管(microLED)。以微发光二极管为例，真空吸取装置100可用以吸取微发光二极管(未显示于图式)，再将微发光二极管转移(transfer)接合至基板上，因而形成微发光二极管显示面板。在本说明书中，微发光二极管的尺寸等级为1～10微米。然而，会因产品的应用领域或将来技术的发展而更小。
在本实施例中，真空吸取装置100包含半导体基板11，例如硅晶圆(Siwafer)。真空吸取装置100还包含盖板12，设于半导体基板11的顶面。本实施例的盖板12可包含硅晶圆、玻璃或蓝宝石(sapphire)，但不限定于此。例如，盖板12的底面黏合于半导体基板11的顶面。图1A和图1B所示的真空吸取装置100是从晶圆裁切出来，然而在其他实施例中，并未裁切出真空吸取装置100，而是和晶圆整合在一起。
根据本实施例的特征之一，半导体基板11的顶部(亦即靠近顶面的部分)具有多个连续沟槽(continuous groove)101。如图1A所例示，该些连续沟槽101呈纵向排列。如图1B所例示，半导体基板11的底部(亦即靠近底面的部分)具有多个通孔(through hole)102，每个连续沟槽101连通且相应于多个通孔102，连续沟槽101的宽度远大于通孔102的宽度。该些通孔102的位置分别相应于所要进行转移的微元件，亦即，通孔102的间距(pitch)相同于转移后的微元件的间距。再者，通孔102于半导体基板11的底面的开口尺寸小于微元件的尺寸，以达到气密。在一例子中，通孔102的内径小于10微米，而连续沟槽101的横向宽度小于100微米。为简化说明起见，图式仅显示出一些连续沟槽101与通孔102。虽然图1B所例示的通孔102于半导体基板11的底面的开口形状为圆形，但不限定于此。
图2A显示沿图1B的剖面线2A-2A’的横向(lateral)剖视图，该剖面线2A-2A’垂直于连续沟槽101的方向且穿过通孔102。在图1A所示的较佳实施例中，连续沟槽101具有V形横向剖面，亦即，愈靠近半导体基板11的顶面则连续沟槽101的宽度愈大。然而在其他例子中，连续沟槽101可具有U形剖面，亦即，连续沟槽101的宽度不因所处位置而有不同。于图2A所示的较佳实施例中，通孔102具有U形剖面，亦即，通孔102的尺寸不因所处位置而有不同。然而在其他例子中，通孔102可具有V形剖面，也可具倒V形剖面。
图2B显示沿图1B的剖面线2B-2B’的横向剖视图。由于剖面线2B-2B’垂直于连续沟槽101的方向但未穿过通孔102，因此仅看到连续沟槽101的横向剖面形状，但未看到通孔102。图2C显示沿图1B的剖面线2C-2C’的纵向(longitudinal)剖视图。由于剖面线2C-2C’平行于连续沟槽101的方向且穿过通孔102，因此看到纵向的连续沟槽101，且看到通孔102。图2D显示沿图1B的剖面线2D-2D’的横向剖视图。由于剖面线2D-2D’穿过连续沟槽101以外的区域，因此未能看到连续沟槽101与通孔102。
上述的连续沟槽101与通孔102可使用传统半导体制程或微制程(microfabrication)技术来达到，例如非等向性(anisotropic)蚀刻，其蚀刻速率取决于晶面(crystal face)的方向。值得注意的是，本实施例的连续沟槽101与通孔102可从同一方向(例如从半导体基板11的顶面往下)依序形成。然而，也可以从不同方向(例如分别从半导体基板11的顶面与底面)来分别形成。
回到图1A和图1B，于真空吸取装置100的半导体基板11中，垂直于连续沟槽101方向的至少一个侧边设有真空室(chamber)103，直接连通于该些连续沟槽101。当真空泵(未显示于图式中)进行抽真空时，使得真空室103的压力小于大气压力，因而得以吸取微元件。
如前所述，本实施例的真空吸取装置100可用以将微发光二极管转移至显示面板。因此，图1B所示通孔102的间距可根据转移前微发光二极管的间距与显示面板上的转移后微发光二极管的间距来设计。图3A例示转移前的微发光二极管31，图3B例示真空吸取装置100的通孔102。在这个例子中，通孔102的间距为转移前微发光二极管31的间距的二倍。如图3C所例示，真空吸取装置100会吸取部分的微发光二极管31。经转移后，如图3D例示，将真空吸取装置100移位后，即可吸取其他的微发光二极管31。借此，本实施例的真空吸取装置100于操作时具可扩缩性(scalability)。
根据上述，本实施例使用不同尺寸与剖面形状的连续沟槽101与通孔102。相较于传统真空吸取装置仅使用单一剖面形状的通孔，本实施例具增强的真空吸取能力，因而得以提高吸取效率(efficiency)。
此外，根据上述，本实施例的真空室103设于真空吸取装置100的侧边。相较于传统真空吸取装置的真空室设于上方或下方，容易造成真空吸取装置的弯曲甚至破裂，本实施例的真空吸取装置100因而得以强化坚固性(robustness)与可靠度(reliability)。
图4A显示本发明第二实施例的真空吸取装置400的俯视图，图4B显示图4A的真空吸取装置400的仰视图，图4C显示图4A的真空吸取装置400的侧视图。
在本实施例中，真空吸取装置400包含半导体基板41，例如硅晶圆。真空吸取装置400还包含盖板42，例如玻璃盖板，设于半导体基板41的顶面。例如，盖板42的底面黏合于半导体基板41的顶面。图4A和图4B所示的真空吸取装置400是从晶圆裁切出来，然而在其他实施例中，并未裁切出真空吸取装置400，而是和晶圆整合在一起。
根据本实施例的特征之一，半导体基板41的顶部(亦即靠近顶面的部分)具有多个非连续沟槽(discontinuous groove)401。如图4A所例示，该些非连续沟槽401呈矩阵排列。如图4B所例示，半导体基板41的底部(亦即靠近底面的部分)具有多个通孔(through hole)402，每个非连续沟槽401连通且相应于一通孔402，非连续沟槽401的宽度远大于通孔402的宽度。该些通孔402的位置分别相应于所要进行转移的微元件，亦即，通孔402的间距相同于转移后的微元件的间距。再者，通孔402于半导体基板41的底面的开口尺寸小于微元件的尺寸，以达到气密。在一例子中，通孔402的内径小于10微米，而非连续沟槽401的宽度小于100微米。为简化说明起见，图式仅显示出一些非连续沟槽401与通孔402。虽然图4B所例示的通孔402于半导体基板41的底面的开口形状为圆形，但不限定于此。
继续参阅图4A，半导体基板41的顶部还具有多个通道(channel)404，连通于相邻的非连续沟槽401之间。在本实施例中，该些通道404设于横向与纵向，使得横向与纵向的非连续沟槽401互相连通。在另一实施例中，该些通道404仅设于一个方向(例如纵向)，使得纵向的非连续沟槽401互相连通，但是横向的非连续沟槽401则互不连通。
图5A显示沿图4A的剖面线5A-5A’的横向剖视图，该剖面线5A-5A’穿过非连续沟槽401、通道404与通孔402。在图5A所示的较佳实施例中，非连续沟槽401具有V形剖面，亦即，愈靠近半导体基板41的顶面则非连续沟槽401的宽度愈大。然而在其他例子中，非连续沟槽401可具有U形剖面，亦即，非连续沟槽401的宽度不因所处位置而有不同。于图5A所示的较佳实施例中，通孔402具有U形剖面，亦即，通孔402的尺寸不因所处位置而有不同。然而在其他例子中，通孔402可具有V形剖面，也可具倒V形剖面。如图5A所示，通道404的深度小于非连续沟槽401的深度。
图5B显示沿图4A的剖面线5B-5B’的横向剖视图。由于剖面线5B-5B’穿过通道404，但未穿过通孔402与非连续沟槽401，因此仅看到通道404的横向剖面形状，但未看到通孔402与非连续沟槽401。图5B所示通道404的横向剖面为V形，但在其他实施例中也可为其他形状。图5C显示沿图4A的剖面线5C-5C’的纵向剖视图。由于剖面线5C-5C’穿过非连续沟槽401、通道404与通孔402，因此看到纵向的非连续沟槽401、通道404与通孔402。图5D显示沿图4A的剖面线5D-5D’的横向剖视图。由于剖面线5D-5D’穿过非连续沟槽401与通道404以外的区域，因此未能看到非连续沟槽401、通道404与通孔402。
上述的非连续沟槽401、通道404与通孔402可使用传统半导体制程或微制程技术来达到，例如非等向性蚀刻，其蚀刻速率取决于晶面的方向。值得注意的是，本实施例的通道404、非连续沟槽401与通孔402可从同一方向(例如从半导体基板41的顶面往下)依序形成。然而，也可以从不同方向(例如分别从半导体基板41的顶面与底面)来分别形成。
回到图4A和图4B，于真空吸取装置400的半导体基板41中，于至少一个侧边设有真空室403，借由通道404而连通于该些非连续沟槽401。当真空泵(未显示于图式中)进行抽真空时，使得真空室403的压力小于大气压力，因而得以吸取微元件。
图6A显示本发明第三实施例的真空吸取装置600的剖视图。本实施例的真空吸取装置600可用以吸取微元件，例如微发光二极管。
在本实施例中，真空吸取装置600包含半导体基板61，例如硅晶圆。半导体基板61可从晶圆裁切出或者与晶圆整合在一起。半导体基板61的顶部(亦即靠近顶面的部分)具有多个(第一)沟槽601，其可为第一实施例的连续沟槽101(图1A)，或者为第二实施例的非连续沟槽401(图4A)。如图6A所例示，半导体基板61的底部(亦即靠近底面的部分)具有多个通孔602，每个(第一)沟槽601连通且相应于至少一通孔602，且(第一)沟槽601的宽度远大于通孔602的宽度。该些通孔602的位置分别相应于所要进行转移的微元件，亦即，通孔602的间距相同于转移后的微元件的间距。再者，通孔602于半导体基板61的底面的开口尺寸小于微元件的尺寸，以达到气密。在一例子中，通孔602的内径小于10微米，而(第一)沟槽601的宽度小于100微米。为简化说明起见，图式仅显示出一些(第一)沟槽601与通孔602。
本实施例的真空吸取装置600还包含真空盖62，设于半导体基板61上方。本实施例的真空盖62可包含硅晶圆、玻璃或蓝宝石(sapphire)，但不限定于此。真空盖62与半导体基板61之间形成真空室，且真空盖的开口63可连接至真空泵(未显示于图式中)。当真空泵进行抽真空时，使得真空室的压力小于大气压力，因而得以吸取微元件64。虽然图示的开口63设于真空盖62的顶部，但在其他实施例中，开口63也可设于真空盖62的其他位置。
在一实施例中，真空吸取装置600可包含至少一支柱65，设于真空盖62的底面与半导体基板61的顶面之间，用以支撑真空盖62，以避免真空盖62于进行抽真空时造成倒塌。
在一实施例中，半导体基板61的底部可具有多个第二沟槽603，位于相邻通孔602之间。第二沟槽603的宽度大于微元件64的宽度。当真空吸取装置600吸取微元件64并将其转移至基板时，第二沟槽603可避免半导体基板61的底面碰触到基板上其他已转移的微元件。第二沟槽603可为连续沟槽，如图6B所示的仰视图，其中连续的第二沟槽603纵向或/且横向设于半导体基板61的底部。第二沟槽603也可为非连续沟槽，如图6C所示的仰视图，其中非连续的第二沟槽603呈矩阵排列设于半导体基板61的底部。
上述的第一沟槽601、第二沟槽603与通孔602可使用传统半导体制程或微制程技术来达到，例如非等向性蚀刻，其蚀刻速率取决于晶面的方向。值得注意的是，本实施例的第一沟槽601、第二沟槽603与通孔602可依任何顺序依序或同时形成。
图6D显示本发明第三实施例变化型的真空吸取装置600的剖视图。在本实施例中，形成一缓冲层66于半导体基板61的底面，例如使用涂布技术。缓冲层66包含软性材质，例如光阻。缓冲层66内具有第二沟槽603与通孔602。缓冲层66内通孔602的孔径可相同或小于半导体基板61内通孔602的孔径。相较于图6A，图6D所示的实施例若发生通孔602阻塞情形时，可以轻易更换缓冲层66，而非更换整个半导体基板61。
上述第二沟槽603可适用于本发明第一实施例。图7A显示本发明第一实施例的横向剖面图，第二沟槽603位于相邻通孔102之间，且第二沟槽603的宽度大于微元件的宽度。第二沟槽603可为连续沟槽，纵向或/且横向设于半导体基板11的底部，类似于图6B所示的仰视图。第二沟槽603也可为非连续沟槽，呈矩阵排列设于半导体基板41的底部，类似于图6C所示的仰视图。图7B显示本发明第一实施例变化型的横向剖面图。类似于图6D所示，在图7B所示实施例中，形成一缓冲层66于半导体基板11的底面。缓冲层66内具有第二沟槽603与通孔102。
上述第二沟槽603也可适用于本发明第二实施例。图8A显示本发明第二实施例的横向剖面图，第二沟槽603位于相邻通孔102之间，且第二沟槽603的宽度大于微元件的宽度。第二沟槽603可为连续沟槽，纵向或/且横向设于半导体基板41的底部，类似于图6B所示的仰视图。第二沟槽603也可为非连续沟槽，呈矩阵排列设于半导体基板41的底部，类似于图6C所示的仰视图。图8B显示本发明第二实施例变化型的横向剖面图。类似于图6D所示，在图8B所示实施例中，形成一缓冲层66于半导体基板41的底面。缓冲层66内具有第二沟槽603与通孔402。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (33)

1.一种真空吸取装置，其特征在于，包含：
半导体基板，其顶部具有多个第一沟槽，且其底部具有多个通孔，其中每个该第一沟槽连通且相应于至少一个通孔，该第一沟槽的宽度大于该通孔的宽度；及
盖板，设于该半导体基板的顶面；
其中该真空吸取装置的至少一侧边设有真空室，连通于该些第一沟槽。
2.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该半导体基板包含硅晶圆。
3.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第一沟槽为连续沟槽，呈纵向排列，每个该连续沟槽连通且相应于多个通孔。
4.根据权利要求3所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该连续沟槽具V形横向剖面。
5.根据权利要求3所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该真空室垂直于该些连续沟槽的方向，且直接与该些连续沟槽直接连通。
6.根据权利要求3所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该通孔的内径小于10微米，且该连续沟槽的横向宽度小于100微米。
7.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第一沟槽为非连续沟槽，呈矩阵排列，每个该非连续沟槽连通且相应于一通孔。
8.根据权利要求7所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该非连续沟槽具V形剖面。
9.根据权利要求7所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该通孔的内径小于10微米，且该非连续沟槽的宽度小于100微米。
10.根据权利要求7所述的真空吸取装置，其特征在于，更包含多个通道，连通于相邻的该非连续沟槽之间。
11.根据权利要求10所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些通道设于横向与纵向，使得横向与纵向的该些非连续沟槽互相连通。
12.根据权利要求10所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该通道的深度小于该非连续沟槽的深度。
13.根据权利要求10所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该通道具V形剖面。
14.根据权利要求10所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该真空室借由该通道而连通于该些非连续沟槽。
15.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该半导体基板的底部具有多个第二沟槽，位于相邻通孔之间，该些第二沟槽的宽度大于微元件的宽度。
16.根据权利要求15所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第二沟槽为连续沟槽，纵向或/且横向设于该半导体基板的底部。
17.根据权利要求15所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第二沟槽为非连续沟槽，呈矩阵排列设于该半导体基板的底部。
18.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，更包含一缓冲层，形成于该半导体基板的底面，其中该些通孔贯通至该缓冲层，且该缓冲层具多个第二沟槽，位于相邻通孔之间，该些第二沟槽的宽度大于微元件的宽度，其中该缓冲层内通孔的孔径相同或小于该半导体基板内通孔的孔径。
19.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该盖板包含硅晶圆。
20.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该盖板包含玻璃。
21.根据权利要求1所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该盖板包含蓝宝石。
22.一种真空吸取装置，其特征在于，包含：
半导体基板，其顶部具有多个第一沟槽，且其底部具有多个通孔，其中每个该第一沟槽连通且相应于至少一个通孔，该第一沟槽的宽度大于该通孔的宽度；及
真空盖，设于该半导体基板上方，与该半导体基板之间形成真空室。
23.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该真空盖包含硅晶圆。
24.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该真空盖包含玻璃。
25.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该真空盖包含蓝宝石。
26.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，更包含至少一支柱，设于该真空盖的底面与该半导体基板的顶面之间，用以支撑该真空盖。
27.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该半导体基板的底部具有多个第二沟槽，位于相邻通孔之间，该些第二沟槽的宽度大于微元件的宽度。
28.根据权利要求27所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第二沟槽为连续沟槽，纵向或/且横向设于该半导体基板的底部。
29.根据权利要求27所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第二沟槽为非连续沟槽，呈矩阵排列设于该半导体基板的底部。
30.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，更包含一缓冲层，形成于该半导体基板的底面，其中该些通孔贯通至该缓冲层，且该缓冲层具多个第二沟槽，位于相邻通孔之间，该些第二沟槽的宽度大于微元件的宽度，其中该缓冲层内通孔的孔径相同或小于该半导体基板内通孔的孔径。
31.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该半导体基板包含硅晶圆。
32.根据权利要求22项所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第一沟槽为连续沟槽，呈纵向排列，每个该连续沟槽连通且相应于多个通孔。
33.根据权利要求22所述的真空吸取装置，其特征在于，其中该些第一沟槽为非连续沟槽，呈矩阵排列，每个该非连续沟槽连通且相应于一通孔。
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