CN111613562B - 真空转移装置及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空转移装置及其形成方法，该装置包含半导体基板，其具有第一孔，位于半导体基板的顶部；吸嘴，位于半导体基板的底部并延伸向下；及第二孔，贯通吸嘴并位于半导体基板内以连通第一孔。通过该装置能够有效地提升真空转移的工作效率，并且能够降低加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及真空转移技术领域，特别是涉及一种真空转移装置及形成真空转移装置的方法，可适用以转移微发光二极管。
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。
在制造微发光二极管显示面板的过程中，必须拾取(例如使用真空吸力以吸取)个别的微发光二极管并转移至显示面板。传统真空转移装置通常使用雷射或电磁(electromagnetic)加工技术来制造，这些技术耗费很多的工时及较高的成本，因此不能适用于制造大尺寸或高分辨率显示面板。
因此亟需提出一种新颖的真空转移装置，以克服传统转移装置的缺失。
发明内容
鉴于上述，本发明实施例的一个目的在于提出一种形成真空转移装置的方法，可适用以转移微装置，例如微发光二极管。本实施例使用半导体装置制造技术，以经济且简单方式形成真空转移装置。
根据本发明实施例，形成真空转移装置的方法主要包含以下步骤。提供半导体基板，在半导体基板的顶面形成第一屏蔽层，并蚀刻第一屏蔽层以形成具有第一孔的图案，该第一孔贯通第一屏蔽层。使用第一屏蔽层为蚀刻屏蔽以蚀刻半导体基板，以在半导体基板的顶部形成第一孔。在半导体基板的底面形成第二屏蔽层，并蚀刻第二屏蔽层以形成具有吸嘴的图案，该吸嘴对准于第一孔。使用第二屏蔽层为蚀刻屏蔽以蚀刻半导体基板，以在半导体基板的底部形成吸嘴并延伸向下。在半导体基板的底面形成第三屏蔽层。蚀刻第二屏蔽层以形成具有第二孔的图案，该第二孔贯通第二屏蔽层。使用第二屏蔽层与第三屏蔽层为蚀刻屏蔽以蚀刻半导体基板，以形成第二孔贯通吸嘴且位于半导体基板内以连通第一孔。
在一实施例中，该第一屏蔽层、该第二屏蔽层或该第三屏蔽层包含氮化硅、氧化硅或金属。
在一实施例中，上述方法还包含：在蚀刻该半导体基板以形成该第一孔的步骤后，移除该第一屏蔽层。
在一实施例中，该吸嘴至少部分重叠于该第一孔。
在一实施例中，该吸嘴的尺寸小于该第一孔。
在一实施例中，该第二孔至少部分重叠于该吸嘴与该第一孔。
在一实施例中，该第二孔的尺寸小于该吸嘴。
在一实施例中，上述方法还包含：在蚀刻该半导体基板以形成该第二孔的步骤后，移除该第二屏蔽层与该第三屏蔽层。
在一实施例中，上述方法还包含：提供转接器，以夹住该半导体基板的顶面；其中该转接器具有真空通道，其贯通该转接器并连通于该第一孔。
在一实施例中，该转接器具有多个周围通道，其贯通该转接器并位于该转接器的周围。
在一实施例中，上述方法还包含：使用夹持器以固定该转接器与该半导体基板。
本发明的又一个目的在于提供一种真空转移装置，以通过该真空转移装置解决现有技术中真空转移过程中效率低下以及成本较高的问题。
根据本发明的实施例，真空转移装置包含：半导体基板，其具有：第一孔，位于该半导体基板的顶部；吸嘴，位于该半导体基板的底部并延伸向下；及第二孔，贯通该吸嘴并位于该半导体基板内以连通该第一孔。
在一实施例中，该吸嘴至少部分重叠于该第一孔。
在一实施例中，该吸嘴的尺寸小于该第一孔。
在一实施例中，该第二孔至少部分重叠于该吸嘴与该第一孔。
在一实施例中，该第二孔的尺寸小于该吸嘴。
在一实施例中，上述装置还包含：第一屏蔽层，设于该半导体基板的顶面但未覆盖该第一孔。
在一实施例中，上述装置还包含：第二屏蔽层，设于该半导体基板的底面但未覆盖该第二孔；及第三屏蔽层，设于该半导体基板的底面但未覆盖该吸嘴。
在一实施例中，该第一屏蔽层、该第二屏蔽层或该第三屏蔽层包含氮化硅、氧化硅或金属。
在一实施例中，上述装置还包含：转接器，用以夹住该半导体基板的顶面；其中该转接器具有真空通道，其贯通该转接器并连通于该第一孔。
在一实施例中，该转接器具有多个周围通道，其贯通该转接器并位于该转接器的周围。
在一实施例中，上述装置还包含：夹持器，用以固定该转接器与该半导体基板。
本发明实施例的真空转移装置，能够有效地提升真空转移过程的运行效率，并且能够降低真空转移的运行成本；本发明的形成真空转移装置的方法采用半导体装置制造技术形成真空转移装置，其制造工艺简单，且制造成本低。
附图说明
图1A至图1K的剖面图显示本发明实施例的形成真空转移装置的方法，可适用以转移微装置。
图2A至图2K的剖面图显示本发明另一实施例的形成真空转移装置的方法，可适用以转移微装置。
图3A显示真空转移装置的阵列的剖面图，其仅使用干式蚀刻来进行。
图3B显示真空转移装置的阵列的剖面图，其使用湿式与干式蚀刻来进行。
图4A显示真空转移装置的阵列的剖面图，其仅使用干式蚀刻来进行。
图4B显示真空转移装置的阵列的剖面图，其使用湿式与干式蚀刻来进行。
【符号说明】
11 半导体基板
12 第一屏蔽层
13 第一光阻层
131 第一孔
14 第二屏蔽层
15 第二光阻层
151 吸嘴
16 第三屏蔽层
17 第三光阻层
171 第二孔
18 转接器
181 真空通道
182 周围通道
183 夹持器
21 微发光二极管
具体实施方式
以下将详述本案的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地实行在其他的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本案的范围内，并以权利要求为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的程序步骤或组件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。
图1A至图1K的剖面图显示本发明实施例的形成真空转移装置(vacuum transferdevice)的方法，可适用以转移微装置，例如微发光二极管(microLED)。可同时形成多个真空转移装置，以形成真空转移阵列(vacuum transfer array)。
参阅图1A，提供半导体基板11。本实施例的半导体基板11可包含硅。第一屏蔽(mask)层12可形成在半导体基板11的顶面。本实施例的第一屏蔽层12为硬屏蔽(hardmask)，可作为后续工艺步骤的蚀刻屏蔽。本实施例的第一屏蔽层12可包含氮化硅(Si3N4)、氧化硅(SiO2)或金属。第一光阻(photoresist)层13可形成在第一屏蔽层12上，其中第一光阻层13的图案(pattern)定义有第一孔131。对第一光阻层13进行微影(photolithographic)工艺(例如曝光(exposure)与显影(developing))后，使用第一光阻层13作为蚀刻屏蔽以蚀刻第一屏蔽层12，使得第一屏蔽层12的图案具有第一孔131，其(垂直)贯通第一屏蔽层12，如图1B所示。
参阅图1C，使用第一屏蔽层12作为蚀刻屏蔽以蚀刻(例如干式蚀刻)半导体基板11，以在半导体基板11的顶部(top portion)形成第一孔131，但未贯通半导体基板11。接着，移除第一屏蔽层12。在另一实施例中，保留第一屏蔽层12在半导体基板11上。
参阅图1D，第二屏蔽层14可形成在半导体基板11的底面。本实施例的第二屏蔽层14为硬屏蔽，可作为后续工艺步骤的蚀刻屏蔽。本实施例的第二屏蔽层14可包含氮化硅(Si3N4)、氧化硅(SiO2)或金属。第二光阻层15可形成在第二屏蔽层14下，其中第二光阻层15的图案定义有吸嘴(nozzle)151，其对准(align)于第一孔131。对第二光阻层15进行微影工艺(例如曝光与显影)后，使用第二光阻层15作为蚀刻屏蔽以蚀刻第二屏蔽层14，使得第二屏蔽层14的图案具有吸嘴151，如图1E所示。
参阅图1F，使用第二屏蔽层14作为蚀刻屏蔽以蚀刻(例如干式蚀刻)半导体基板11，以在半导体基板11的底部(bottom portion)形成吸嘴151并向下延伸。在本实施例中，吸嘴151可对准(例如至少部分重叠)于第一孔131。吸嘴151的尺寸(例如宽度)小于第一孔131。
参阅图1G，第三屏蔽层16可形成于半导体基板11的底面。本实施例的第三屏蔽层16为硬屏蔽，可作为后续工艺步骤的蚀刻屏蔽。本实施例的第三屏蔽层16可包含氮化硅(Si3N4)、氧化硅(SiO2)或金属。第三光阻层17可形成于第二屏蔽层14与第三屏蔽层16下，其中第三光阻层17的图案定义有第二孔171，其对准于吸嘴151与第一孔131。对第三光阻层17进行微影工艺(例如曝光与显影)后，使用第三光阻层17作为蚀刻屏蔽以蚀刻第二屏蔽层14与第三屏蔽层16，使得第二屏蔽层14的图案具有第二孔171，其(垂直)贯通吸嘴151，如图1H所示。
参阅图1I，使用第二屏蔽层14与第三屏蔽层16作为蚀刻屏蔽以蚀刻半导体基板11，以在吸嘴151内形成第二孔171并(垂直)贯通吸嘴151，且位于半导体基板11内和第一孔131连通。在本实施例中，第二孔171可对准(例如至少部分重叠)于吸嘴151与第一孔131。第二孔171的尺寸(例如宽度)小于吸嘴151。在一实施例中，第二孔171的尺寸(例如宽度)可小于或等于100微米。
参阅体1J，移除第二屏蔽层14与第三屏蔽层16。在另一实施例中，保留第二屏蔽层14与第三屏蔽层16于半导体基板11下。
参阅图1K，转接器(adaptor)18可使用真空吸力以夹住(hold)(例如吸住)半导体基板11的顶面。转接器18具有真空通道181，其(垂直)贯通转接器18。真空通道181可连通于(半导体基板11的)第一孔131与第二孔171。在图1K所示的实施例中，一个真空通道181连接于多个(例如二个)第一孔131。
上述实施例中，图1C相应的工艺仅使用干式蚀刻。图2A至图2K的剖面图显示本发明另一实施例的形成真空转移装置的方法，其使用湿式与干式蚀刻，可适用以转移微装置，例如微发光二极管(microLED)。在本实施例中，图2C相应工艺使用湿式蚀刻。
图3A显示真空转移装置的阵列(亦即真空转移阵列)的剖面图，其仅使用干式蚀刻来进行。图3B显示真空转移装置的阵列的剖面图，其使用湿式与干式蚀刻来进行。当空气从真空通道181的顶开口(top opening)抽取时，会产生真空，使得(微发光二极管基板上的)微发光二极管21被(吸嘴151的)第二孔171的底开口(bottom opening)吸住，预备置放于显示基板上。当空气停止抽取时，则微发光二极管21被释放(release)。
在本实施例中，转接器18具有多个周围(peripheral)通道182，其(垂直)贯通转接器18且位于转接器18的周围。当空气从周围通道182的顶开口抽取时，会产生真空，使得半导体基板11被周围通道182的底开口吸住。当空气停止抽取时，则半导体基板11被释放。在另一实施例中，如图4A所示仅使用干式蚀刻的真空转移装置的阵列，或如图4B所示使用湿式与干式蚀刻的真空转移装置的阵列，还包含夹持器(clamp)183，借由机械机制以固定转接器18与半导体基板11。
上述实施例提出一种经济且快速的机制以制造真空转移装置的阵列，可用以转移微发光二极管。所述机制可适用以制造大尺寸或高分辨率微光发二极管显示面板。此外，所述机制可根据需求进行缩放(scalable)，以增大或减少真空转移装置的阵列大小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明权利要求；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在本申请权利要求范围内。
Claims (22)
1.一种形成真空转移装置的方法，其特征在于，包含：
提供半导体基板；
在该半导体基板的顶面形成第一屏蔽层；
蚀刻该第一屏蔽层以形成具有第一孔的图案，该第一孔贯通该第一屏蔽层；
使用该第一屏蔽层为蚀刻屏蔽以蚀刻该半导体基板，以在该半导体基板的顶部形成该第一孔；
在该半导体基板的底面形成第二屏蔽层；
蚀刻该第二屏蔽层以形成具有吸嘴的图案，该吸嘴对准于该第一孔；
使用该第二屏蔽层为蚀刻屏蔽以蚀刻该半导体基板，以在该半导体基板的底部形成该吸嘴并延伸向下；
在该半导体基板的底面形成第三屏蔽层；
蚀刻该第二屏蔽层以形成具有第二孔的图案，该第二孔贯通该第二屏蔽层；及
使用该第二屏蔽层与该第三屏蔽层为蚀刻屏蔽以蚀刻该半导体基板，以形成该第二孔贯通该吸嘴且位于该半导体基板内以连通该第一孔。
2.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，该第一屏蔽层、该第二屏蔽层或该第三屏蔽层包含氮化硅、氧化硅或金属。
3.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，还包含：
在蚀刻该半导体基板以形成该第一孔的步骤后，移除该第一屏蔽层。
4.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，该吸嘴与该第一孔在俯视方向上的投影至少部分重叠。
5.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，该吸嘴的尺寸小于该第一孔。
6.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，该第二孔与该吸嘴、该第一孔在俯视方向上的投影至少部分重叠。
7.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，该第二孔的尺寸小于该吸嘴。
8.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，还包含：
在蚀刻该半导体基板以形成该第二孔的步骤后，移除该第二屏蔽层与该第三屏蔽层。
9.根据权利要求1所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，还包含：
提供转接器，以夹住该半导体基板的顶面；
其中该转接器具有真空通道，其贯通该转接器并连通于该第一孔。
10.根据权利要求9所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，该转接器具有多个周围通道，其贯通该转接器并位于该转接器的周围。
11.根据权利要求9所述的形成真空转移装置的方法，其特征在于，还包含：
使用夹持器以固定该转接器与该半导体基板。
12.一种真空转移装置，采用权利要求1至11任一项所述的方法形成，其特征在于，包含：
半导体基板，其具有：
第一孔，位于该半导体基板的顶部；
吸嘴，位于该半导体基板的底部并延伸向下；及
第二孔，贯通该吸嘴并位于该半导体基板内以连通该第一孔。
13.根据权利要求12所述的真空转移装置，其特征在于，该吸嘴与该第一孔在俯视方向上的投影至少部分重叠。
14.根据权利要求12所述的真空转移装置，其特征在于，该吸嘴的尺寸小于该第一孔。
15.根据权利要求12所述的真空转移装置，其特征在于，该第二孔与该吸嘴、该第一孔在俯视方向上的投影至少部分重叠。
16.根据权利要求12所述的真空转移装置，其特征在于，该第二孔的尺寸小于该吸嘴。
17.根据权利要求12所述的真空转移装置，其特征在于，还包含：
第一屏蔽层，设于该半导体基板的顶面但未覆盖该第一孔。
18.根据权利要求17所述的真空转移装置，其特征在于，还包含：
第二屏蔽层，设于该半导体基板的底面但未覆盖该第二孔；及
第三屏蔽层，设于该半导体基板的底面但未覆盖该吸嘴。
19.根据权利要求18所述的真空转移装置，其特征在于，该第一屏蔽层、该第二屏蔽层或该第三屏蔽层包含氮化硅、氧化硅或金属。
20.根据权利要求12所述的真空转移装置，其特征在于，还包含：
转接器，用以夹住该半导体基板的顶面；
其中该转接器具有真空通道，其贯通该转接器并连通于该第一孔。
21.根据权利要求20所述的真空转移装置，其特征在于，该转接器具有多个周围通道，其贯通该转接器并位于该转接器的周围。
22.根据权利要求20所述的真空转移装置，其特征在于，还包含：
夹持器，用以固定该转接器与该半导体基板。
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