CN111834248A

CN111834248A - 用于转移微型元件的方法

Info

Publication number: CN111834248A
Application number: CN201911014240.6A
Authority: CN
Inventors: 陈立宜; 简芳基
Original assignee: Mikro Mesa Technology Co Ltd
Current assignee: Mikro Mesa Technology Co Ltd
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2039-10-23
Also published as: TWI752369B; CN111834248B; TW202040833A

Abstract

本发明公开了一种用于转移微型元件的方法。该方法包括：准备载体基板，载体基板上具有微型元件，其中黏着层位于载体基板和微型元件之间并接触载体基板和微型元件；借由转移头从载体基板上拾取微型元件；在接收基板上形成液体层；借由转移头将微型元件放置在接收基板上，使得微型元件与液体层接触并被毛细力夹持；以及将转移头移离接收基板，使得微型元件与转移头分离并黏附固定到接收基板。此方法实现无复杂电路设计的转移头，且转移制程中液体层的存在降低了转移成本。

Description

用于转移微型元件的方法

技术领域

本发明涉及微型元件的转移，特别是涉及一种用于转移微型元件的方法。

背景技术

用于转移元件的传统技术包括借由晶圆黏合(wafer bonding)从转移晶圆转移到接收基板。一种这样的实施方式是「直接黏合」，其涉及将元件阵列从转移晶圆到接收基板的一个黏合步骤，接着移除转移晶圆。另一种这样的实施方式是「间接黏合」，其涉及两个黏合/剥离步骤。在间接黏合中，转移头可以从供应基板拾取元件阵列，然后将元件阵列黏合到接收基板，然后移除转移头。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提出一种用于转移微型元件的方法，以简化微型元件的转移制程，进而降低微型元件在转移制程中的成本。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明的一些实施例提出了一种用于转移微型元件的方法。方法包含：准备载体基板，载体基板上具有微型元件，其中黏着层位于载体基板和微型元件之间并接触载体基板和微型元件；借由转移头从载体基板上拾取微型元件；在接收基板上形成液体层；借由转移头将微型元件放置在接收基板上，使得微型元件与液体层接触并被毛细力夹持；以及将转移头移离接收基板，使得微型元件与转移头分离并黏附固定到接收基板。

根据本发明的一实施例，微型元件借由第一黏着力黏着于黏着层，微型元件借由第二黏着力黏附到转移头，并且毛细力大于第一黏着力和第二黏着力，使得在执行放置时微型元件与转移头分离并且黏附固定到接收基板。

根据本发明的一实施例，第一黏着力和第二黏着力包括凡得瓦力。

根据本发明的一实施例，第二黏着力大于第一黏着力。

根据本发明的一实施例，微型元件的侧向长度小于或等于50微米。

根据本发明的一实施例，在该拾取之前，光阻层位于微型元件上，并且当执行拾取时，微型元件经由光阻层黏附到转移头。

根据本发明的一实施例，微型元件借由第一黏着力黏着到黏着层，微型元件借由第三黏着力经由光阻层黏附到转移头，并且毛细力大于第一黏着力和第三黏着力，使得在执行放置时微型元件与转移头分离并且黏附固定到接收基板。

根据本发明的一实施例，转移微型元件的方法还包含在微型元件与转移头分离之前蒸发液体层，使得微型元件贴附到接收基板的导电垫并且与导电垫电性接触，其中将微型元件黏附到导电垫的力是在蒸发之后所产生的黏附固定力。

根据本发明的一实施例，微型元件包含在其上的电极，并且微型元件经由电极与导电垫黏合并与导电垫电性接触。

根据本发明的一实施例，微型元件借由第一黏着力黏着到黏着层，微型元件借由第二黏着力黏附到转移头，并且黏附固定力大于第一黏着力和第二黏着力，使得在执行放置时微型元件与转移头分离并且黏附固定到接收基板。

根据本发明的一实施例，导电垫的面积小于或等于1平方毫米。

根据本发明的一实施例，转移微型元件的方法还包含在将转移头移离接收基板之前降低接收基板的温度，使得液体层被冷冻。

根据本发明的一实施例，转移微型元件的方法还包含在转移头移离接收基板之前加热转移头、微型元件、液体层和接收基板的组合，以借由微型元件和接收基板之间的黏合力在微型元件和接收基板之间形成黏合。

本发明内容与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的用于转移微型元件的方法可实现没有复杂电路设计的黏着型转移头，能够由于液体层的存在而完成转移制程，并且降低了制程成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1是本发明一些具体实施例中用于将微型元件从载体基板转移到接收基板的方法的流程图；

图2是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；

图3是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；

图4A是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；

图4B是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；

图5A是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；

图5B是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；

图6是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；

图7A是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图；以及

图7B是本发明一些具体实施例中用于转移微型元件的方法的中间步骤的剖视示意图。

【主要符号说明】

100：方法

110：操作

120：操作

130：操作

140：操作

150：操作

210：载体基板

220：微型元件

230：黏着层

240：转移头

242：夹持区域

244：凹洞

250：液体层

252：弯月面

260：接收基板

262：导电垫

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于转移微型元件的方法，其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效更加深入且具体的了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

为简化附图，一些现有已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。并且，除非有其它表示，在不同附图中相同的元件符号可视为相对应的元件。这些附图的绘示是为了清楚表达这些实施方式中各元件之间的连接关系，并非绘示各元件的实际尺寸。

图1是用于将微型元件从载体基板转移到接收基板的方法的流程图。图2至图7B是图1的方法100的中间步骤的剖视示意图。参考图1至7B。方法100开始于操作110，其中准备载体基板210，载体基板210上具有微型元件220。黏着层230位于载体基板210和微型元件220之间并与载体基板210和微型元件220接触(如图2所示)。方法100继续操作120，其中借由转移头240从载体基板210拾取微型元件220(如图3所示)。方法100继续进行操作130和140，其中液体层250或图案化液体层250形成在接收基板260上(如图4A和4B所示)，然后借由转移头240将已经拾取的微型元件220放置在接收基板260上，使得微型元件220与液体层250接触并被液体层250产生的毛细力夹持(如图5A、5B、6所示)。方法100继续进行操作150，其中转移头240移离接收基板260，使得微型元件220与转移头240分离并黏附固定到接收基板260上(如图7A和图7B所示)。

尽管在前一段和图1中仅提到了「一」微型元件220，但是在实际应用中可以使用「多个」微型元件220并且仍然在本揭示内容的范围内，如将在以下具体实施例中说明的。

参考图2。如上所述，黏着层230位于载体基板210和多个微型元件220之间。特定而言，黏着层230与载体基板210和微型元件220接触。在一些具体实施例中，黏着层230的形成，是借由将具有黏着能力的材料涂覆到载体基板210上来执行。黏着层230可以通过旋涂机、狭缝涂布机或其任何组合进行涂覆。在一些实施例中，黏着层230可以由具有黏着能力的有机材料制成，诸如环氧树脂(epoxy)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)、聚硅氧烷(polysiloxanes)、硅树脂(silicone)或其任何组合。此外，黏着层230可具有约1微米至约100微米的厚度。

黏着力F1是黏着层230对每个微型元件220的黏着力，并且具有值F11。在一些具体实施例中，黏着力F1是在减小之后黏着层230对每个微型元件220的黏着力，并且具有值F12。在一些实施例中，值F11(在没有进行所述减小之下的黏着力F1的值)大于值F12。所述减小是减小黏着层230对每个微型元件220的原始黏着力，这可以在拾取一些微型元件220之前执行。在一些具体实施例中，可以借由在黏着层230上加热、冷却、施加电场、电磁辐射、超声波、机械力、压力或其任何组合来执行减小，但是不应限于此。在一些具体实施例中，微型元件220的一个侧向长度L小于或等于约50微米。所述侧向长度在方向Y上测量。方向Y垂直于厚度方向Z，厚度方向Z垂直于载体基板210的平面延伸方向。例如，对于具有约10微米×10微米的表面积的一个微型元件220，所述减小的黏着力F1具有约50纳米牛顿(nN)的值F12。本揭示内容的具体实施例不限于此。依据实际应用可以执行对黏着层230的适当修改。黏着力F1可以包括凡得瓦力(Waals forces)，但不应限于此。

在一些实施例中，载体基板210可以是刚性基板。刚性基板可以由玻璃、硅(silicon)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrilebutadiene styrene,ABS)或其任何组合制成。本揭示内容的具体实施例不限于此。可以执行取决于实际应用的对载体基板210的适当修改。

在一些实施例中，微型元件220可以是发光结构，诸如具有对应于光谱中的特定区域的能隙的化合物半导体。例如，发光结构可以包括基于II-VI材料(例如ZnSe、ZnO)或III-V氮化物材料(例如GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs或其合金)的一个或多个层。在一些其他实施例中，微型元件220也可以是集成电路(IC)或微机电系统(MEMS)元件，并且不应限于此。

参考图3。如上所述，借由转移头240从载体基板210拾取一些微型元件220。在一些实施例中，转移头240可以借由例如真空、黏着、磁吸引、静电吸引等，在每个微型元件220上施加拾取压力或拾取力。在下文中将仅讨论黏着力，但是上述其他类型的力仍然在本揭示内容的范围内。在一些具体实施例中，转移头240可具有多个夹持区域242，用于拾取和放置微型元件220。在夹持区域242中还可以存在凹洞244，凹洞244被配置为容纳不欲拾取和/或放置的对象的位置。此外，当执行将微型元件220放置在接收基板260上时，原本在接收基板260上的物体将不会受到干扰。在夹持区域242中还可以存在凹洞244。转移头240的夹持区域242可以由具有黏着能力的材料制成，或者转移头240可以在其上具有图案化的黏着层，使得当转移头240与微型元件220接触时，可以由黏着力F2拾取每个微型元件220。在一些实施例中，对于具有约10微米×10微米的表面积的一个微型元件220，用于一个微型元件220的所述黏着力F2为约100nN至1000nN。黏着力F2可以包括凡得瓦力，但不应限于此。

如上所述，在一些具体实施例中，可以在拾取之前减小具有值F11的原始黏着力F1以形成具有值F12的黏着力F1，使得黏着力F2和黏着力F1之间的差异被增加，以便于促进拾取微型元件220的性能。

参考图4A和4B。如上所述，液体层250形成在接收基板260上。液体层250可以形成为接收基板260上的一层，如图4A所示，或者图案化为接收基板260上的离散部分，如图4B所示。在图4B中，图案化的液体层250可以是将微型元件220放置在其上的位置。接收基板260可以是显示基板、发光基板、具有诸如晶体管或集成电路的功能元件的基板、或具有金属重分布线的基板，但不限于此。在一些具体实施例中，可以借由在包括蒸气的环境中降低接收基板260的温度来形成液体层250，使得至少一部分蒸气凝结以在接收基板260上形成液体层250。特定而言，液体层250或图案化液体层250可以被形成在接收基板260的导电垫262上，但是不应限于此。在一些具体实施例中，每个导电垫262的面积小于或等于约1平方毫米。在一些具体实施例中，接收基板260的温度降低至大约露点，使得环境中的水蒸气凝结以形成用作液体层250的液态水。此外，液体层250的形成也可以通过喷洒蒸气、喷墨印刷、辊涂、浸涂等来实现。

参考图5A、5B和6。如上所述，已经拾取的微型元件220借由转移头240放置在接收基板260上，使得每个微型元件220与液体层250接触并由毛细力F31夹持。特定而言，微型元件220接近导电垫262放置，使得液体层250可以夹持微型元件220。如图6所示的液体层250的弯月面252由毛细力F31引起。微型元件220被微型元件220和导电垫262之间的液体层250产生的毛细力F31夹持。在一些具体实施例中，当微型元件220被毛细力F31夹持时，液体层250的厚度小于微型元件220的厚度。注意到，可以交换操作130和操作140的顺序。也就是说，微型元件220可以放置在导电垫262上并与导电垫262接触，然后液体层250形成在接收基板260上。

参考图7A和7B。如上所述，在微型元件220被毛细力F31夹持之后，微型元件220与转移头240分离。在一些具体实施例中，微型元件220借由黏着力F1黏着到黏着层230，黏着力F1具有如上所述的值F11或值F12。一些微型元件220借由黏着力F2黏附到转移头240，并且毛细力F31大于黏着力F2，使得在所述放置之后，当转移头240移离接收基板260时微型元件220从转移头240分离并黏附固定到接收基板260，如图7A所示。

在一些具体实施例中，方法100还包括蒸发液体层250，使得微型元件220中的至少一个被贴附到导电垫262中的一个，并且与所述导电垫262电性接触。液体层250的蒸发可以通过例如升高接收基板260或导电垫262的温度来实现。微型元件220可以分别具有电极于其上，用于电性接触导电垫262。在一些具体实施例中，在液体层250蒸发之前，转移头240移离接收基板260。在这种情况下，用于克服黏着力F2的力F3是如上所述的毛细力F31，并且毛细力F31大于黏着力F2。在一些具体实施例中，在液体层250蒸发之后，转移头240移离接收基板260。在这种情况下，用于克服黏着力F2的力F3是在所述蒸发之后一个微型元件220与一个导电垫262之间产生的黏附固定力F32，并且黏附固定力F32大于黏着力F2。

在一些实施例中，方法100还包括，在转移头240移离接收基板260之前降低接收基板260或导电垫262的温度，使得液体层250被冷冻。当液体层250被冷冻时，由冷冻液体层250产生的另一个抓持力F33被施加到微型元件220。一般而言，抓持力F33大于黏着力F2。

在一些实施例中，在转移头240移离接收基板260之前，转移头240、微型元件220、液体层250和接收基板260的组合被加热，经由微型元件220和接收基板260之间的黏合力F34在微型元件220和接收基板260之间形成黏合。黏合力F34大于黏着力F2。

简而言之，力F3包括以下力中的一个：(1)由微型元件220和导电垫262之间的液体层250产生的毛细力F31；(2)微型元件220和导电垫262之间的黏附固定力F32，其中(1)和(2)之间的差异取决于液体层250是否被蒸发；(3)由冷冻液体层250产生的抓持力F33；以及(4)加热后微型元件220和接收基板260之间的黏合力F34。

在一些具体实施例中，微型元件220的侧向长度可小于或等于50微米。对侧向长度的限制是为了确保上述具体实施例的可行性，因为一些力(诸如由液体层250引起的毛细力F31、在蒸发其间液体层250后由微型元件220和导电垫262之间的界面引起的黏附固定力F32、以及由冷冻液体层250引起的抓持力F33)可以根据微型元件220的侧向长度而大大改变。应注意，当微型元件220的尺寸(例如侧向长度)逐渐缩小时，毛细力F31、黏附固定力F32和抓持力F33对微型元件220的影响将逐渐取得支配(相较于施加到微型元件220的其他力)。此外，如果微型元件220的侧向长度太大，则需要考虑重力，这对于实现本揭示内容中揭示的一些具体实施例而言是不被期望的。在上述具体实施例中，由于微型元件220的尺寸效应(也即较小的侧向长度)，毛细力F31、黏附固定力F32和抓持力F33中的至少一个大于黏着力F2。

更特定而言，施加到具有在这些具体实施例中提到的范围内的侧向长度的微型元件220的力将遵循以下不等式：

F11<F2<F31...........................................(1)

F11<F2<F32................................................(2)

F11<F2<F33.............................................(3)

F11<F2<F34...........................................(4)

F12<F2<F31..........................................(5)

F12<F2<F32..........................................(6)

F12<F2<F33........................................(7)

F12<F2<F34...........................................(8)

其中不等式(1)至(8)的左侧：F11<F2和F12<F2可以借由选择用于黏着层230的材料的合适组合和与微型元件220接触的抓持区域242的表面来满足。

表1列出了迄今为止提到的各种力：

表1

通常，当微型元件220的侧向长度改变时，每单位面积的黏着力F1(包括值F11和值F12)和每单位面积的黏着力F2不改变。在一些具体实施例中，在转移头240与微型元件220接触之后，可以借由使转移头240向上移离载体基板210的速度来额外地修改黏着力F2。速度越快，黏着力F2越大。如此，可以用黏着型转移头240实现上述转移制程。可以省略由静电力、真空力、机械力或其任何组合操作的转移头的复杂电路设计或机械设计。黏着型转移头240能够完成转移制程，并且降低了制程的成本。

在由图1至图7B支持的上述具体实施例中，在一些微型元件220放置在接收基板260上之后，微型元件220被微型元件220和导电垫262之间的液体层250产生的毛细力F31、在所述蒸发之后微型元件220和导电垫262之间产生的黏附固定力F32、由冷冻液体层250产生的抓持力F33、和/或在转移头、微型元件、液体层和接收基板的组合被加热以在微型元件220与接收基板260之间形成黏合的黏合力F34夹持，且随后微型元件220被从转移头240分离且被转移到接收基板260。如此，没有复杂电路设计的黏着型转移头240能够由于液体层250的存在而完成转移制程，并且降低了制程成本。

总之，提供了一种借由黏着型转移头将微型元件从载体基板转移到接收基板的方法。因此，借由简单的转移机制简化了转移制程。

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公开如上，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，当可利用上述发明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

1.一种转移微型元件的方法，其特征在于，包括：

准备载体基板，所述载体基板上具有所述微型元件，其中黏着层位于所述载体基板和所述微型元件之间并接触所述载体基板和所述微型元件；

借由转移头从所述载体基板上拾取所述微型元件；

在接收基板上形成液体层；

借由所述转移头将所述微型元件放置在所述接收基板上，使得所述微型元件与所述液体层接触并被毛细力夹持；以及

将所述转移头移离所述接收基板，使得所述微型元件与所述转移头分离并黏附固定到所述接收基板。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微型元件借由第一黏着力黏着到所述黏着层，所述微型元件借由第二黏着力黏附到所述转移头，并且所述毛细力大于所述第一黏着力和所述第二黏着力，使得在执行所述放置时所述微型元件与所述转移头分离并且黏附固定到所述接收基板。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一黏着力和所述第二黏着力包括凡得瓦力。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二黏着力大于所述第一黏着力。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微型元件的侧向长度小于或等于50微米。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述拾取之前，光阻层位于所述微型元件上，并且当执行所述拾取时，所述微型元件经由所述光阻层黏附到所述转移头。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述微型元件借由第一黏着力黏着到所述黏着层，所述微型元件借由第三黏着力经由所述光阻层黏附到所述转移头，并且所述毛细力大于所述第一黏着力和所述第三黏着力，使得在执行所述放置时所述微型元件与所述转移头分离并且黏附固定到所述接收基板。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含：

在所述微型元件与所述转移头分离之前蒸发所述液体层，使得所述微型元件贴附到所述接收基板的导电垫并且与所述导电垫电性接触，其中将所述微型元件黏附到所述导电垫的力是在所述蒸发之后所产生的黏附固定力。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微型元件包含在其上的电极，并且所述微型元件经由所述电极与所述导电垫贴附并与所述导电垫电性接触。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微型元件借由第一黏着力黏着到所述黏着层，所述微型元件借由第二黏着力黏附到所述转移头，并且所述黏附固定力大于所述第一黏着力和所述第二黏着力，使得在执行所述放置时所述微型元件与所述转移头分离并且黏附固定到所述接收基板。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中所述导电垫的面积小于或等于1平方毫米。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：

在将所述转移头移离所述接收基板之前降低所述接收基板的温度，使得所述液体层被冷冻。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包含：

在所述转移头移离所述接收基板之前加热所述转移头、所述微型元件、所述液体层和所述接收基板的组合，以借由所述微型元件和所述接收基板之间的黏合力在所述微型元件和所述接收基板之间形成黏合。