CN112993120A - 微器件的转移方法和转移系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微器件的转移方法和系统,该方法包括:将第一激光分为第二激光和第三激光;将所述第二激光提供给一激光剥离组件,以使所述激光剥离组件将微器件从衬底剥离;以及将所述第三激光提供给一光镊调节组件,通过所述光镊调节组件将剥离后的所述微器件拾取并转移至一背板。通过该方法,微器件只与激光接触,可避免损伤微器件,可以适用于小尺寸的微器件的转移。只需利用第一激光进行分光即可实现微器件从衬底的剥离,以及拾取和转移剥离的微器件,可减少激光组件的数量,节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及微器件转移技术领域,尤其涉及一种微器件的转移方法和转移系统。
背景技术
目前微发光二极管(Micro-LED)芯片制程中最大的工艺瓶颈是芯片转移环节,现有的芯片转移方法主要运用静电力、范德华力、磁力、流体自组装、滚轴转印等技术。但是上述技术都是和芯片有直接接触,都有损伤芯片的缺点。
另一方面,随着Micro-LED芯片尺寸的逐渐缩小,上述所有转移方式将越来越困难。根据行业发展预测,虚拟现实、增强显示等应用需要微器件尺寸小于等于5微米才能达到较好的视觉效果,这对现有的技术路线提出巨大的挑战。
因此,如何提供一种避免损伤芯片,并适用于小尺寸的微器件的转移方法是亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本申请的目的在于提供一种微器件的转移方法和转移系统,旨在提供一种避免损伤芯片,并适用于小尺寸的微器件的转移方法和转移系统。
本申请提供一种微器件的转移方法,包括:
将第一激光分为第二激光和第三激光;
将所述第二激光提供给一激光剥离组件,以使所述激光剥离组件将微器件从衬底剥离;以及
将所述第三激光提供给一光镊调节组件,通过所述光镊调节组件将剥离后的所述微器件拾取并转移至一背板。
通过该转移方法,整个转移过程中,微器件只与激光接触,而不与其他物理结构直接接触,可避免损伤微器件。同时,由于光镊调节组件利用光镊拾取微器件,可拾取纳米至微米级的微器件,从而可以适用于小尺寸的微器件的转移。此外,只需利用第一激光进行分光即可实现微器件从衬底的剥离,以及拾取剥离的微器件,可减少激光组件的数量,节约成本。
可选的,所述光镊调节组件拾取及转移所述微器件在一溶液中进行;其中,所述溶液的折射率小于所述微器件的折射率。由于光镊调节组件产生的光镊的激光具有较高的能量,设置在溶液中进行拾取并转移微器件,溶液具有散热作用,能起到保护微器件的作用。
可选的,所述方法还包括:设置所述溶液的温度小于室温,可使得溶液的散热效果显著,提升对微器件的保护的效果。
可选的,将所述微器件从所述衬底剥离前,还包括:在所述微器件上包覆一保护层。由于光镊调节组件产生的光镊的激光具有较高的能量,在微器件上包覆保护层,可以起到保护微器件的作用,避免后续的光镊组件拾取及转移微器件时对微器件的破坏。
可选的,所述微器件的数量为多个;所述在所述微器件上包覆一保护层的步骤,包括:于各所述微器件上沉积一保护层;对所述保护层进行图案化处理,以除去相邻两个所述微器件之间的所述保护层。微器件周围包覆的保护层能增加激光透过率,提高光镊调节组件拾取并转移微器件的成功率,此外,保护层也可对微器件进行保护。
可选的,所述微器件的数量为多个;所述通过所述光镊调节组件拾取所述微器件的步骤,包括:
将所述第三激光分成多束子激光,多束所述子激光提供给所述光镊调节组件,所述光镊调节组件形成多个光镊,多个所述光镊一一对应地拾取多个所述微器件。形成多个光镊,可批量的拾取微器件,实现批量的转移,提高转移的效率。
可选的,使用所述光镊调节组件将所述微器件转移至所述背板,包括:设置所述光镊调节组件位置固定,将所述背板移动至与所述光镊调节组件对应的位置后,多个所述光镊一一对应地将拾取的多个所述微器件转移至所述背板。由于光镊调节组件的结构较为精密,光镊调节组件的光镊拾取微器件的受力平衡状态可能会因为光镊调节组件的移动而破坏,故设置光镊调节组件位置固定,将背板移动过来与光镊调节组件对位,可以增加转移时微器件的受力稳定性,增加成功率。
可选的,所述方法还包括:获取所述微器件的实时图像,根据所述实时图像进行所述光镊调节组件拾取所述微器件及转移至所述背板的操作。通过获取微器件的实时图像,便于操控拾取及转移微器件的操作,提高可控性和成功率。
基于相同的发明构思,本申请还提供一种微器件的转移系统,所述转移系统用于执行前述实施方式中任一项所述的微器件的转移方法,所述转移系统包括激光组件、分光镜、激光剥离组件和光镊调节组件;
所述激光组件用于产生第一激光;
所述分光镜用于将所述第一激光分为第二激光和第三激光;
所述激光剥离组件用于接收所述第二激光并将微器件从衬底剥离;以及
所述光镊调节组件用于接收所述第三激光并将剥离后的所述微器件拾取并转移至一背板。
通过激光组件产生第一激光,分光镜将第一激光分为第二激光和第三激光,第二激光提供给激光剥离组件,激光剥离组件剥离微器件,将第三激光提供给光镊调节组件,光镊调节组件将剥离后的微器件拾取并转移至一背板。整个转移过程中,微器件只与激光接触,而不与其他物理结构直接接触,可避免损伤微器件。同时,由于光镊调节组件利用光镊拾取微器件,可拾取纳米至微米级的微器件,从而可以适用于小尺寸的微器件的转移。此外,只需利用第一激光进行分光即可实现微器件从衬底的剥离,以及拾取剥离的微器件,可减少激光组件的数量,节约成本。
可选的,所述转移系统还包括拍摄组件;所述拍摄组件用于拍摄所述微器件的实时图像,所述光镊调节组件根据所述实时图像拾取所述微器件并将所述微器件转移至所述背板。
通过拍摄组件拍摄微器件的实时图像,便于操控拾取及转移微器件的操作,提高可控性和成功率。
附图说明
图1为一种实施例的微器件的转移方法的流程示意图;
图2为一种实施例的微器件的转移系统的结构示意图;
图3为一种实施例的微器件的转移方法的其中一个步骤的示意图;
图4为一种实施例的微器件的转移方法的其中一个步骤的示意图;
图5为一种实施例的微器件的转移方法的其中一个步骤的示意图;
图6为一种实施例的微器件的转移方法的其中一个步骤的示意图;
图7为一种实施例的微器件的转移方法的其中一个步骤的示意图;
图8为一种实施例的微器件的转移方法的其中一个步骤的示意图。
附图标记说明:
10-激光组件,11-第一激光;
20-分光镜,21-第二激光,22-第三激光;
30-激光剥离组件,31-第四激光;
40-光镊调节组件,41-第五激光,45-凸透镜,46-第六激光,47-焦点;
50-拍摄组件;
60-衬底;
70-微器件,75-保护层,751-保护结构,752-间隙,76-掩膜版,761-透光区域;
80-背板,85-焊盘;
90-容器,91-容腔,92-溶液。
具体实施方式
为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。
现有的各种微器件的转移方法都是和芯片有直接接触,都有损伤芯片的缺点。另外,现有的微器件的转移方法在小尺寸的芯片转移上存在困难。
因此,如何提供一种避免损伤芯片,并适用于小尺寸的微器件的转移方法是亟需解决的问题。
基于此,本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案,其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
请参考图1,本申请实施例提供一种微器件的转移方法,包括S1至S3,以下进行具体说明。
请参考图1和图2,本申请实施例的微器件的转移方法的S1:将第一激光11分为第二激光21和第三激光22。
具体的,可设置激光组件10以发出第一激光11,在激光组件10的发光一侧设分光镜20,分光镜20将第一激光11分为第二激光21和第三激光22。其中,第二激光21和第三激光22的出光方向不同。例如,第二激光21为从分光镜20透射的激光,第三激光22为从分光镜20反射或折射的激光。
请参考图1和图2,本申请实施例的微器件的转移方法的S2:将第二激光21提供给一激光剥离组件30,以使激光剥离组件30将微器件70从衬底60剥离。
具体的,第二激光21可通过如平面镜、凹面镜、凸面镜、衰减片、增强片等光学器件改变光线路径、光线强度等,以满足激光剥离组件30对将微器件70从衬底60剥离的需求。第二激光21提供给激光剥离组件30后,从激光剥离组件30出射的作用于微器件70进行剥离的激光为第四激光31,激光剥离组件30中或之后也可设置光学器件,可使得第四激光31的光束数量、光线强度、光线路径等可改变。如图2所示的,第四激光31为两束,当然,不以此为限。可以理解的是,微器件70初始状态是生长在衬底60上,将微器件70从衬底60剥离采用的是激光剥离工艺,具体工艺过程可参考现有工艺即可。衬底60例如为蓝宝石。微器件70例如为微发光二极管芯片。
请参考图1和图2,本申请实施例的微器件的转移方法的S3:将第三激光22提供给一光镊调节组件40,通过光镊调节组件40将剥离后的微器件70拾取并转移至一背板80。
具体的,第三激光22可通过如平面镜、凹面镜、凸面镜、衰减片、增强片等光学器件改变光线路径、光线强度等,以满足光镊调节组件40对拾取微器件70的需求。光镊调节组件40中或之后可设凸透镜45,凸透镜45用于将平行的光线汇聚,从而形成光镊。如图2所示的,凸透镜45位于光镊调节组件40外,其他实施例中,凸透镜45也可与光镊调节组件40集成为一体,即凸透镜45与光镊调节组件40连接。其他实施例中,也可不设凸透镜45,而是光镊调节组件40内部的各种光学器件对第三激光22进行作用,也可形成光镊。第三激光22提供给光镊调节组件40后,从光镊调节组件40后出射的第五激光41的光束数量、光线路径、光线强度等可改变,如图2示出了第五激光41为互相平行的两束。第五激光41提供给凸透镜45后出射形成第六激光46,第六激光46产生汇聚并形成焦点47。
具体的,光镊调节组件40将第三激光22进行调整并形成光镊,光镊是采用以芯片为基础的光子共振捕获技术的光阱,能对纳米至微米级的粒子进行操纵和捕获,从而可以用于拾取微器件70。光镊的具体原理可参考现有技术,核心内容是将多束激光汇聚,在光束焦点47处能够吸附粒子,粒子的重心与光束焦点47重合时,粒子处于受力平衡状态而被稳定的拾取。当调整光束焦点47与微粒的重心的相对位置时,可以实现粒子的吸取、移动和释放的操作。
其中,当第二激光21处于用于剥离微器件70的状态,且微器件70还未从衬底60剥离时,第三激光22处于未工作状态,可采用遮挡等方式避免第三激光22对微器件70产生力的作用。当微器件70完全从衬底60剥离后,可撤去遮挡,第三激光22处于工作状态,光镊调节组件40拾取剥离的微器件70。
光镊调节组件40拾取微器件70后,可调整光镊调节组件40和背板80的相对位置,从而使得光镊调节组件40形成的光镊将微器件70拾取、移动并释放到背板80上,从而实现微器件70的转移。
综上,通过将第一激光11分为第二激光21和第三激光22,第二激光21提供给激光剥离组件30,激光剥离组件30剥离微器件70,将第三激光22提供给光镊调节组件40,光镊调节组件40拾取剥离的微器件70,再使用光镊调节组件40将微器件70转移至背板80。整个转移过程中,微器件70只与激光接触,而不与其他物理结构直接接触,可避免损伤微器件70。同时,由于光镊调节组件40利用光镊拾取微器件70,可拾取纳米至微米级的微器件70,从而可以适用于小尺寸的微器件70的转移。此外,只需利用第一激光11进行分光即可实现微器件70从衬底60的剥离,以及拾取剥离的微器件70,可减少激光组件10的数量,节约成本。
一种实施例中,请参考图1和图2,使用光镊调节组件40拾取及转移剥离的微器件70,均在一溶液92中进行。其中,溶液92的折射率小于微器件70的折射率。
具体的,可提供一容器90,容器90包括容腔91,容腔91中盛有溶液92,衬底60及其上的微器件70、背板80均浸在溶液92中。当溶液92的折射率小于微器件70的折射率时,光镊调节组件40产生的光镊能够捕获和稳定的拾取微器件70。溶液92可为水、有机溶剂等。
由于光镊调节组件40产生的光镊的激光具有较高的能量,设置在溶液92中进行拾取并转移微器件70,溶液92具有散热作用,能起到保护微器件70的作用。
可选的,该微器件的转移方法还包括:设置溶液92的温度小于室温,可使得溶液92的散热效果显著,提升对微器件70的保护的效果。
一种实施例中,请参考图1至图4,使用激光剥离组件30将微器件70从衬底60剥离前,还包括:在微器件70上包覆一保护层75。
本实施例中,由于光镊调节组件40产生的光镊的激光具有较高的能量,在微器件70上包覆保护层75,可以起到保护微器件70的作用,避免后续的光镊组件拾取及转移微器件70时对微器件70的破坏。
可选的,请参考图3和图4,微器件70的数量为多个;在微器件70上包覆保护层75,包括:在衬底60上的多个微器件70上沉积一保护层75。保护层75覆盖微器件70之背向衬底60的表面,并连接至衬底60;
使用掩膜版76对保护层75进行图案化处理,例如,曝光显影保护层75,以除去相邻两个微器件70之间的保护层75。其中,除去相邻两个微器件70之间的间隔区域的部分保护层75,使得保护层75的整体的层状结构断开,使得每个微器件70包覆的部分保护层75构成保护结构751。
本实施例中,在形成保护结构751前,保护层75还填充相邻的微器件70之间的间隔区域。图案化保护层75时,掩膜版76设有透光区域761,透光区域761对应相邻的两个微发光芯片的间隔区域,光线照射掩膜版76,并从透光区域761透过照射到保护层75上,使得相邻的微器件70之间的间隔区域的保护层75被曝光,再通过显影工艺,利用显影液除去被曝光的保护层75,使得保护层75形成间隙752。从而得到微器件70的除与衬底60连接的表面外,其他表面均被保护结构751包覆的结构。
微器件70周围包覆的保护结构751能增加激光透过率,提高光镊调节组件40拾取并转移微器件70的成功率,此外,保护结构751也可对微器件70进行保护。
请参考图2和图5,完成在微器件70周围包覆保护结构751后,先使用激光剥离组件30将微器件70从衬底60剥离,再使用光镊调节组件40拾取微器件70。其中,剥离及拾取微器件70时,将微器件70周围包覆的保护结构751一并剥离和拾取。
请参考图2和图6,使用光镊调节组件40将包覆有保护结构751的微器件70转移至背板80。移动微器件70时,光镊调节组件40形成的光镊的焦点47与微器件70及包覆的保护结构751的整体的重心重合。与背板80连接时,微器件70与背板80上的焊盘85对位连接,保护结构751则与焊盘85不连接。
请参考图2、图7和图8,全部的微器件70转移后,采用等离子清洗、蚀刻等工艺除去保护结构751,便可得到如图8所示的无保护结构751的背板80和微器件70连接的结构。
其中,请参考图2至图8,当背板80上的多个微器件70的整体发彩色光时,可在衬底60上分别形成红光芯片、绿光芯片和蓝光芯片,红光芯片为发红色光的微器件70,绿光芯片为发绿色光的微器件70,蓝光芯片为发蓝色光的微器件70,转移到背板80时,光镊调节组件40依次拾取并转移的微器件70的顺序为:红光芯片、绿光芯片和蓝光芯片,以在背板80上形成红光芯片、绿光芯片和蓝光芯片……红光芯片、绿光芯片和蓝光芯片的排布,其中,一组红光芯片、绿光芯片和蓝光芯片构成一个像素,可发出各种颜色的光。
当背板80上的多个微器件70的整体发单色光时,则可只在衬底60上形成该单色光的微器件70,光镊调节组件40拾取并转移该微器件70至背板80即可。
一种实施例中,请参考图2,微器件70的数量为多个;将第三激光22提供给光镊调节组件40,使用光镊调节组件40拾取剥离的微器件70,还包括:
将第三激光22分成多束子激光,多束子激光提供给光镊调节组件40,光镊调节组件40形成多个光镊,多个光镊一一对应地拾取多个微器件70。
具体的,可以采用设置多个分光镜的方式,将第三激光22分成多束子激光。一种实施例中,多束子激光共同提供给一个光镊调节组件40,该光镊调节组件内包括有如分光镜、聚焦镜等光学器件,使得从该光镊调节组件40出射的激光形成多个光镊。另一种实施例中,可设置多个光镊调节组件40,多束子激光一一对应的提给给多个光镊调节组件40,每个光镊调节组件40形成一个光镊,多个光镊调节组件40的整体形成多个光镊。
本实施例中,形成多个光镊,可批量的拾取微器件70,实现批量的转移,提高转移的效率。将第三激光22分成多束子激光的方式可采用分光镜20分光,也可采用其他可行的方式。
一种实施例中,请参考图2,使用光镊调节组件40将微器件70转移至背板80,包括:设置光镊调节组件40位置固定,将背板80移动至与光镊调节组件40对应的位置后,多个光镊一一对应地将拾取的多个微器件70转移至背板80。
由于光镊调节组件40的结构较为精密,光镊调节组件40的光镊拾取微器件70的受力平衡状态可能会因为光镊调节组件40的移动而破坏,故设置光镊调节组件40位置固定,将背板80移动过来与光镊调节组件40对位,可以增加转移时微器件70的受力稳定性,增加成功率。驱动背板80移动的结构可采用现有的任意可行的结构,在此不做限定。
前文中已有对于光镊的原理的描述,通过改变光镊的焦点47的位置,可以带动微器件70处于不同的位置。基于此原理,光镊调节组件40固定不动时,可调节光镊调节组件40的光镊的焦点位置,具体可通过调节光镊调节组件40内部或外部的光学器件的位置、调节激光强度等方法,改变光镊的焦点位置。从而使得光镊捕获而拾取微器件70,再保持光镊的焦点不动,使得微器件70被稳定的拾取不动。移动背板80至对应位置后,再改变光镊的焦点位置和光线强度,从而使得微器件70从光镊的焦点位置被释放到背板80上,完成微器件70从光镊转移到背板80的操作。
一种实施例中,请参考图2,该微器件的转移方法还包括:获取微器件70的实时图像,根据实时图像进行光镊调节组件40拾取微器件70及转移至背板80的操作。
本实施例中,获取微器件70的实时图像的方式可采用设置拍摄组件50实现,根据拍摄组件50获得的实时图像可判断微器件70是否被光镊调节组件40成功捕获,以及转移过程中是否被稳定拾取,以及是否与背板80成功对位连接。可选的,还可设置控制组件(图中未示出),拍摄组件50拍摄的实时图像传输给控制组件,控制组件根据该实时图像进行上述判断,并根据判断结果进行相应的操作。例如,当光镊调节组件40还未捕获微器件70时,控制组件可控制光镊调节组件40调节光镊的参数,如光镊的光强、焦点47位置等,从而成功捕获微器件70。当背板80与光镊调节组件40还未对位时,控制组件可控制光镊调节组件40和背板80相对移动直至对位。
因此,通过获取微器件70的实时图像,便于操控拾取及转移微器件70的操作,提高可控性和成功率。
请参考图2,本申请实施例还提供一种微器件的转移系统,用于执行本申请实施例提供的微器件的转移方法。
具体的,该微器件的转移系统包括激光组件10、分光镜20、激光剥离组件30和光镊调节组件40。激光组件10用于产生第一激光11,分光镜20用于将第一激光11分为第二激光21和第三激光22,激光剥离组件30用于接收第二激光21并将微器件70从衬底60剥离,光镊调节组件40用于接收第三激光22并将剥离后的微器件70拾取并转移至一背板80。
通过激光组件10产生第一激光11,分光镜20将第一激光11分为第二激光21和第三激光22,第二激光21提供给激光剥离组件30,激光剥离组件30剥离微器件70,将第三激光22提供给光镊调节组件40,光镊调节组件40将剥离后的微器件70拾取并转移至背板80。整个转移过程中,微器件70只与激光接触,而不与其他物理结构直接接触,可避免损伤微器件70。同时,由于光镊调节组件40利用光镊拾取微器件70,可拾取纳米至微米级的微器件70,从而可以适用于小尺寸的微器件70的转移。此外,只需利用第一激光11进行分光即可实现微器件70从衬底60的剥离,以及拾取剥离的微器件70,可减少激光组件10的数量,节约成本。
一种实施例中,请参考图2,该转移系统还包括拍摄组件50,拍摄组件50用于拍摄微器件70的实时图像,光镊调节组件40根据实时图像拾取微器件70并将微器件70转移至背板80。
结合前述说明可知,通过拍摄组件50拍摄微器件70的实时图像,便于操控拾取及转移微器件70的操作,提高可控性和成功率。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种微器件的转移方法,其特征在于,包括:
将第一激光分为第二激光和第三激光;
将所述第二激光提供给一激光剥离组件,以使所述激光剥离组件将微器件从衬底剥离;以及
将所述第三激光提供给一光镊调节组件,通过所述光镊调节组件将剥离后的所述微器件拾取并转移至一背板。
2.如权利要求1所述的微器件的转移方法,其特征在于,所述光镊调节组件拾取及转移所述微器件在一溶液中进行;其中,所述溶液的折射率小于所述微器件的折射率。
3.如权利要求2所述的微器件的转移方法,其特征在于,还包括:
设置所述溶液的温度小于室温。
4.如权利要求1所述的微器件的转移方法,其特征在于,将所述微器件从所述衬底剥离前,还包括:
在所述微器件上包覆一保护层。
5.如权利要求4所述的微器件的转移方法,其特征在于,所述微器件的数量为多个;所述在所述微器件上包覆一保护层的步骤,包括:
于各所述微器件上沉积一保护层;
对所述保护层进行图案化处理,以除去相邻两个所述微器件之间的所述保护层。
6.如权利要求1至5任一项所述的微器件的转移方法,其特征在于,所述微器件的数量为多个;所述通过所述光镊调节组件拾取所述微器件的步骤,包括:
将所述第三激光分成多束子激光,多束所述子激光提供给所述光镊调节组件,所述光镊调节组件形成多个光镊,多个所述光镊一一对应地拾取多个所述微器件。
7.如权利要求6所述的微器件的转移方法,其特征在于,所述将所述微器件转移至所述背板的步骤,包括:
设置所述光镊调节组件位置固定,将所述背板移动至与所述光镊调节组件对应的位置后,多个所述光镊一一对应地将拾取的多个所述微器件转移至所述背板。
8.如权利要求1至5任一项所述的微器件的转移方法,其特征在于,所述方法还包括:
获取所述微器件的实时图像,根据所述实时图像进行所述光镊调节组件拾取所述微器件及转移至所述背板的操作。
9.一种微器件的转移系统,其特征在于,所述转移系统用于执行如权利要求1至8任一项所述的微器件的转移方法,所述转移系统包括激光组件、分光镜、激光剥离组件和光镊调节组件;
所述激光组件用于产生第一激光;
所述分光镜用于将所述第一激光分为第二激光和第三激光;
所述激光剥离组件用于接收所述第二激光并将微器件从衬底剥离;以及
所述光镊调节组件用于接收所述第三激光并将剥离后的所述微器件拾取并转移至一背板。
10.如权利要求9所述的微器件的转移系统,其特征在于,所述转移系统还包括拍摄组件;
所述拍摄组件用于拍摄所述微器件的实时图像,所述光镊调节组件根据所述实时图像拾取所述微器件并将所述微器件转移至所述背板。
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