JP2022533955A - マルチチップ用キャリア構造体 - Google Patents

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Abstract

フラットなキャリア基板（２２）と、少なくとも２つのピックアップ要素（２０）とを用いて、フラットなマイクロチップ（１６）をピックアップするためのキャリア構造体（１０）。ピックアップ要素（２０）は、キャリア基板（２２）に接続されており、当該ピックアップ要素（２０）は、フラットなマイクロチップ（１６）を少なくとも２つのピックアップ要素（２０）の間で着脱可能に保持するように構成されており、マイクロチップ（１６）は、定義された最小の力でキャリア構造体平面に対して垂直方向に移動できるようになっている。

Description

本特許出願は、２０１９年５月１３日付け独国特許出願公開第１０２０１９１１２４９０．５号明細書の優先権および２０２０年１月２９日付け国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２０２０／０５２１９１号の優先権を主張するものであり、これらの開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、光電子構造素子、さらに一般的には光学ディスプレイ用の半導体構造素子に関するものである。特に本発明は、光電子ディスプレイの製造のための量産転写プロセスで使用するためのＬＥＤチップ用のキャリア構造体に関するものである。
発明の背景
近年、とりわけ有機ＬＥＤ技術が重要視されてきた一方で、無機発光ダイオードが新たな用途の基盤として再び注目を集めている。これらには、従来のディスプレイ用途に加えて、ビデオウォール、室内照明、自動車の室内、ヘッドライトまたはガジェット照明、一般照明器具および工業分野における特殊用途用の照明用途が含まれる。
基本的に、光を発生させる技術は、ＬＥＤとも呼ばれる古典的な光電子構造素子で知られている既知のプロセスに従っている。特に、高輝度および高コントラストのＬＥＤを低消費電力で実現可能となれば、新たな応用分野が開ける。しかしながら、大きな違いの一つは、これらのＬＥＤチップのサイズが非常に多様であり、それぞれの用途に合わせて調整されることである。サイズは１ｍｍ２から約１００μｍ２の範囲にある。
このようなＬＥＤをウェハ上で製造する際には、ＬＥＤの製造プロセスの精度、効率および効果に関する様々な技術的課題に加えて、バックプレーンまたはＣＢなどにＬＥＤを欠陥なく転写し、その後に電気的に接触させることが重要である。ＬＥＤのこのサイズであれば、欠陥のある発光ダイオードを後から修理または交換することが可能になるかもしれないが、十分に間違いのない転写と、ＬＥＤと固定具との正確な位置決めとによって、故障のリスクひいてはコストをさらに低減することができる。
例えば転写印刷プロセスなどの方法が知られている。これらの方法は、複数のＬＥＤを平板なスタンプでウェハから同時にピックアップし、後続のディスプレイの支持面に移動させ、そこでＬＥＤを精密に組み立てて大面積の全配置構造を形成するというものである。このために、例えば、エラストマースタンプを利用することができ、このスタンプには、適切な表面テクスチャおよび材料特性により、個々のＬＥＤが機械的または電気的に損傷を受けずに付着する。このスタンプには、例えば、シリコーン系のいわゆるＰＤＭＳエラストマーが利用されている。多くの場合、これらのエラストマースタンプは、いわゆるクッション構造を有しており、これにより、配置されるチップのターゲットとされる優れた接着を可能にすることができる。別の転写印刷プロセスは、先行技術で知られている。エラストマーベースの記載したプロセスの他に、磁気、静電、またはとりわけ転がり運動をベースとした機械的なプロセスが知られている。
ウェハ上での製造後、完成したＬＥＤは、これらを適切なプロセスによってピックアップしたり、別の場所に移動させたりすることができるようにしなければならない。そのために、通常、ＬＥＤは、例えば、エッチングプロセスによって基板から切り離される。その他に、ＬＥＤをキャリアから切り離すレーザー誘起プロセスもある。しかしながら、完全に切り離すと、傾いたり、ずれたり、またはねじれたりすることもあるため、過度の保持力または破損を伴わずに、キャリアへのいわゆる量産転写のためのピックアップを可能にすることが望ましいとされ得る。
ここで、一観点では、いかにして破断エッジ部を回避し、リフトアップを向上させるかということが関係している。そのために、結晶性の誘電体支持構造体を用いて、ＬＥＤと周囲または下層の基板との間の機械的な接続を維持するという解決策が提案される。しかしながら、この機械的な接続は、一方ではＬＥＤのチップを所定の位置で機械的に確実に保持するが、他方では可能な限り小さな曲げ力または引張力が加わったときに破損し、これによりチップが解放されて取り出されるように構成されている。
特に、面状のチップもしくはＬＥＤをピックアップするためのキャリア構造体が提案される。ここでのキャリア構造体とは、例えばエッジ長さが１ｍｍ～約１００μｍまたは８００μｍ～１５０ｍｍの範囲にある、多数のこのようなＬＥＤをピックアップできる配置構造を意味する。ここでの目的は、特に、利用可能なスペースを最大限に活用しながら、例えばグリッドまたはマトリクスに対して機械的に安定した固定を行うことである。さらに、このキャリア構造体は、複数のチップを転写ツールを用いて転写するために提供するのに適しているものとされる。
さらに、キャリア構造体は、キャリア基板に接続された少なくとも２つのピックアップ要素（Aufnahmeelemente）を有している。ここでのピックアップ要素とは、ＬＥＤを必要に応じて更なるピックアップ要素と相互作用させることで機械的に接触させて空間的に固定するか、もしくは定義された空間的な位置に保持するのに適した機構または機能要素と理解されるべきである。ピックアップ要素は、例えば１０μｍ以下、例えば２μｍまたは１μｍの範囲の直径を有し得る。一実施例によれば、チップは２つのピックアップ要素に取り付けられている。
いくつかの態様では、キャリア構造体は、フラットなキャリア基板を含んでいる。かかるキャリア基板は、例えば、半導体製造の分野で使用されるウェハ、シート（Folie）、フレームなどであり得る。これに関連して、例えば、ウェハは、半導体の製造プロセス用のベースプレートまたはベース材料としてのその機能に加えて、後続の量産転写を準備するための支援機能または支持機能を提供することができる。その他に、キャリア基板としては、例えばシートなどの柔軟な材料も適している。
一実施例によれば、ピックアップ要素は、キャリア基板を起点としてカラム状、ピラー状、ポール状の形状をしている。一構成では、チップは、その角部またはエッジ部において、少なくとも２つのピックアップ要素の上に完全にではなく部分的に載置されている。ピックアップ要素はキャリア基板に接続されており、ＬＥＤが定義された最小の力でキャリア構造体平面に対して垂直方向に移動できるように、少なくとも２つのピックアップ要素の間でチップを着脱可能に保持するように構成されている。
言い換えれば、一方ではピックアップ要素によってＬＥＤを十分確実に保持し、他方では最小限の力でＬＥＤを取り外して、例えば、転写ツールに供給する可能性を意図的に作り出す必要がある。このため、各載置要素の接触面積は、ＬＥＤのチップ面積の１／２０未満、特に１／４０未満、特に１／２００～１／５０の範囲内に収まるようにすることが提案されていてもよい。代替的な構成では、ＬＥＤのエッジ長さは、ピックアップ要素のエッジ長さの少なくとも１０倍、特に２０倍である。一実施例では、エッジ長さは、ピックアップ要素のエッジ長さの特に４０倍～８０倍の範囲にある。
「着脱可能」とは、チップとピックアップ要素との間に、例えば融着または接着などの永久的な素材結合がなく、非破壊的で着脱可能な接続であると理解されるべきである。この取り付けは、ファンデルワールス力または電子ブリッジ（Elektronenbruecken）による付着接続など、物理的な接続に基づいていてもよい。同様のことが、ＬＥＤとピックアップ要素との間に異なる材料を使用し、ＬＥＤとピックアップ要素との間の接続を適切に選択することで実現できる。これにより、特に、材料構造の破壊と、それに対応する破片、粒子または細片とを伴う破損などのプロセスを回避することを意図している。ここでは、機械的な摩擦または層間剥離などを利用した代替的な付着メカニズムが使われる。特に、材料または材料の組み合わせの既知の限定または制限された付着特性が利用される。一実施例によれば、ＬＥＤは２つ以上のピックアップ要素の間に載置されている。
例えば、コンタクト面には、ＬＥＤを空間に機械的に固定することができる付着力または他の粘着力が生じる。ここで、例えば付属の転写ツールによってＬＥＤに定義された最小力が加えられると、結果的にＬＥＤとピックアップ要素との間の接触面で剥離力が有効になる。この定義された最小力は、これらの接触面における材料または材料の組み合わせを適切に選択することによって影響を及ぼされ得る。
コンタクト面またはオーバーラップ面は、例えば、０．０５μｍ２～１０μｍ２の範囲、特に１μｍ２～８μｍ２の範囲の寸法を有していてもよい。ここでは、一方で、キャリア構造体上にＬＥＤを確実に保持することが望ましい。他方で、ＬＥＤの効果的かつ迅速な量産転写のためには、可能な限り小さな力でＬＥＤをリフトアップして引き離せることが重要である。そのためには、各要素とチップの接触面積とチップの総面積との比が、チップ面積よりも１／２０未満、特に１／４０未満、特に１／８０～１／５０の範囲内に収まるようにすることが提案されていてもよい。代替的な構成では、ＬＥＤのエッジ長さは、ピックアップ要素のエッジ長さの少なくとも１０倍、特に２０倍である。ピックアップ要素の使用面積がより大きくなり得ても、ＬＥＤはその一部にしか載置されない。そのため、チップの接触面積は、チップ全体の面積の少なくとも２０分の１、特に少なくとも４０分の１である。
この場合、例えば、材料または材料の組み合わせ以外に、コンタクト面の寸法および配置を適切に選択することで、適切な妥協点を見出す必要がある。同様に、このコンタクト面の大きさおよび形状を構成することで、定義された最小力に影響を与えることができる。コンタクト面が大きいと、キャリア構造体からＬＥＤを離すのに必要な最小力が大きくなる。摩擦または積層による保持原理以外に、磁気または電気などによる保持力も考えられる。
別の例では、キャリア構造体が、ＬＥＤを保持するピックアップ要素を１つだけ有することも可能である。半導体構造は軽量であるため、単一のピックアップ要素とＬＥＤとの間に適切な形状と十分な大きさ次元を持つ接触面があれば、ＬＥＤを切り離すための適切な高さの最小力と組み合わせて十分な保持力を得ることができると考えられ得る。
一構成では、ＬＥＤを作製するための基板がキャリア構造体として用いられてもよい。かかる場合には、犠牲層（Sacrificial Layer）が設けられていてもよい。これに関連して、製造プロセス時にＬＥＤは成長用基板に接続されている。完成したＬＥＤを露出させるために、例えば、この介在する犠牲層をガスまたはプラズマベースのエッチングプロセスによって除去することで、ＬＥＤとウェハとの間に空間を生じさせる。犠牲層の厚さは、例えば、１００ｎｍ（ナノメートル）～５００ｎｍである。これは、犠牲層を除去することで、ピックアップ要素がキャリア構造体上のＬＥＤの保持機能を担うことを意図している。一構成では、ピックアップ要素はアンカーの形状を有していてもよい。
通常、ＬＥＤは、キャリア基板から離れる方向に、キャリア基板平面（ｘ－ｙ方向に理解される）に対して少なくとも部分的に垂直な力のベクトルで引き離される。そのため、ピックアップ要素はキャリア基板上に残り、特に破損することはない。これにより、後続の処理で問題となり得るピックアップ要素の残渣がＬＥＤ上に残らない。一態様では、力のベクトルは表面に対して実質的に垂直である。さらに、ＬＥＤをスタンプに保持する保持力は、リフトアップ直前から少なくともその直後まで、ＬＥＤをピックアップ要素に保持する保持力よりも大きい。
一態様によれば、少なくとも１つのピックアップ要素は、隣り合う少なくとも１つの別の配置されたＬＥＤを同時に保持および／または支持するように構成されている。例えばピックアップ要素は、隣り合って互いに配置された２つ、３つ、あるいは４つのＬＥＤを支持するように構成されている。ここでいう隣り合うとは、ＬＥＤの側部が実質的に互いに平行であることを意味している。隣り合う２つのＬＥＤの間に距離を設けることで、これらをリフトアップしたときに互いに影響し合わないようにすることができる。特に、力のベクトルが完全には垂直でない場合、このような距離は、リフトアップ時に隣り合う２つのＬＥＤが衝突するのを防ぐのに有効である。したがって、隣り合う２つのＬＥＤ間の距離は、リフトアップ時のＬＥＤに平行な力のベクトルの成分にも依存することになり得る。いくつかの考察において、２つのＬＥＤ間の距離は、エッジ長さの５％であるか、またはＬＥＤのエッジ長さの１％～１０％の範囲にある。
この特徴についての考察は、以下のようにまとめることができる：ＬＥＤの支持構造体はスペースをとることが多く、ウェハ上での高い歩留まりを達成するためには、これを最小限に抑えることが理想的である。製造プロセスに起因して、ＬＥＤはまた、ウェハ上で並列に規則的な構造で配置されている。
上述のように、プロセスに起因して空間が生じる。そこで、本発明者らは、隣り合う２つの配置されたＬＥＤの間にピックアップ要素を位置決めし、この１つのピックアップ要素が隣り合う複数のＬＥＤを支持またはピックアップするようにすることを提案している。ここでは、１つの部品あたり算術的に１つ未満の全体的な支持構造体を実現できるという利点を挙げることができる。これにより、ピックアップ要素の総数を減らすことができ、省スペース化、ひいてはコスト削減をもたらすことができる。さらに、ウェハ上に支持構造体のためのスペースを追加してＬＥＤの数を犠牲にする必要がないため、全体のチップの歩留まりは実質的に一定である。
例えば、ピックアップ要素は、互いに対向して配置されたコンタクト面を有していてもよく、それぞれがこの方向に隣り合うＬＥＤと機械的に接触している。この場合、ピックアップ要素は、ＬＥＤを確実に保持するために最小限の数のピックアップ要素が使用されるように、キャリア基板の表面に分配して配置することができる。これは、例えば、転写ツールを効果的に使用して、ＬＥＤの効果的かつ迅速なピックアップを可能にするために有利であり得る。一態様によれば、ピックアップ要素は、ちょうど３つのピックアップ要素によって１つのＬＥＤが保持されるように、キャリア基板上に配置されている。この場合、３つのピックアップ要素を選択することは、ここで良好な空間的安定性と保持力の有利な分配とを両立させることができるという点で、有利な妥協点となり得る。ここでは、特にキャリア基板上での横方向のずれや傾きを効果的に防止することができる。これに関連して、ピックアップ要素は、Ｘ方向とＹ方向の異なる横方向の領域、例えば、中心、中心から外れた位置、またはエッジ部もしくは角部でチップと係合することができる。ＬＥＤの全く同一の面に複数のピックアップ要素が配置されていてもよい。
一態様によれば、キャリア構造体からＬＥＤを移動させるために、ＬＥＤまたはピックアップ要素上には層間剥離層が設けられている。本明細書では、層間剥離層という用語は、２つの表面が接触したとき、より一般的には２つの層が接続したときに起こる剥離プロセスを表すことを意図している。これは、同種の材料だけでなく、材料接続または異なる材料の表面にも該当し得る。
いわゆる層間剥離層を意図的に作ることは、破損プロセスまたは材料破壊プロセスまたは構造変化プロセスを防ぎ、代わりに層または表面を互いに非破壊的に剥離することを目的としている。ここでは、特定の材料の組み合わせを使用することができ、例えば、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との組み合わせだけでなく、銀、金または類似の材料などの非酸化性金属をＳｉＯ２などの誘電体と組み合わせて使用することもできる。このように、一態様では、ピックアップ要素の表面が層間剥離層で取り囲まれていることから、ＬＥＤとピックアップ要素との間には層間剥離層が形成されている。層間剥離層の厚さは僅か数ｎｍで、例えば５ｎｍ～５０ｎｍの範囲である。一態様では、層間剥離層はエッチングストップ層として形成されていてもよいし、同様に任意にキャリア構造体の更なる部分を覆うように広がっていてもよい。
一態様によれば、ピックアップ要素は、半導体ウェハのメサトレンチに配置されている。前述のように、歩留まり向上のためには、ウェハ上のスペースを最適に利用することが原則的に望ましい。ＬＥＤ用の支持構造体は、多くの場合、追加のスペースを必要とする。製造プロセスでは、さまざまなプロセスステップにより３次元構造が作られるが、この場合、例えば、ＬＥＤは最後に凸部またはメサとして形成される。これらの個々のＬＥＤの間に、いわゆるメサトレンチが形成される。
メサトレンチという用語は、ＬＥＤの側面にある比較的急斜面のような形状を表すもので、トレンチ、すなわち、エピタキシのない領域は、その間の深い構造を指している。例えば、メサトレンチは、３０°～７５°の範囲、特に４５°のフランク急峻度を有していてもよい。それからこれは、ウェハ上に追加のスペースをとらずに、このいずれにしても利用可能な領域に正確にピックアップ要素を配置すること意図している。このようにして、ウェハ上の利用可能なスペースをより有効に活用することができる。
一態様によれば、キャリア構造体とピックアップ要素とは一体的に形成されている。つまり、例えば、ピックアップ要素がキャリア基板の一部であることを意味している。ここで、キャリア基板は、それ自体がウェハであってよいが、ＰＣＢボード、シート、フレームなどの構造であってもよい。後者の場合、ピックアップ要素自体がキャリア基板とは異なる材料および／または構造からなることを意味している。これは、製造プロセスにおいて、例えば、最初から存在していたウェハ構造をさまざまなプロセスステップを経て局所的に限定して特定的に維持し、例えばエッチングプロセスによってそれらを除去しないことによって実現することができる。そのとき、これらの構造体は、完成したＬＥＤのピックアップ要素および支持構造体として機能する。
一態様では、ピックアップ要素は、ＬＥＤを横方向にかつＬＥＤの下側から保持するように構成されている。一態様では、一方では、下層のキャリア基板上にＬＥＤを保持するために、Ｚ方向、つまりキャリア基板の方向に機械的停止を提供する部分的なコンタクト面または接触面を作ることが有用であり得る。同時に、側面の保持を追加して設けることで、横方向、すなわちＸ方向とＹ方向の空間固定を行うことができる。このようにして、一方では、キャリア基板の方向と横方向とで、安定した空間固定が可能となり、他方では、キャリア基板から離れるＺ方向では、転写プロセスもしくは転写ツールにより、ＬＥＤの容易なリフトアップが可能となる。
一態様では、ピックアップ要素は、キャリア基板平面に対して斜め方向に延びるＬＥＤ保持面を有しており、ＬＥＤがピックアップ要素から離れるとＬＥＤに対する保持力が低下するようになる。言い換えれば、ＬＥＤがキャリア基板から離れる方向に移動すればするほど、保持面はＬＥＤから遠ざかる。これは、例えば、ＬＥＤを転写ツールによってキャリア構造体からリフトアップされると、保持力が漸進的に低下すると理解することもできる。これは、ＬＥＤを引き離すのに必要な力を有利には軽減し、特にプロセスステップの実行時間を短縮し、転写プロセスの品質を向上させることを主目的としている。
本開示は、以下の詳細な説明によってさらに説明される。詳細な説明と具体的な実施例とは、提案された原理を説明するための様々な態様と実施形態とが開示している。当業者は、詳細な説明の指示により、本開示の範囲内で変更および修正を行えることを理解している。
したがって、本明細書に開示されている開示内容が、記載されているデバイスの特定のコンポーネントまたは記載されている方法のステップに限定されるものでないことは、かかるデバイスおよびかかる方法が異なる可能性があるために自明である。本明細書で使用されている用語が、特定の構成形態を説明するためのものであり、限定することを意図したものでないことも自明である。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されているように、定冠詞および不定冠詞は、文脈上明確に別の指示がない限り、１つ以上の要素が存在することを意味するよう意図されていることに留意すべきである。例えば、「eine Einheit（ユニット）」または「die Einheit」という表現には、複数のデバイスなどが含まれ得る。さらに、「umfassend（含む）」、「umfassend」、「enthaltend」などの言葉は、他の要素またはステップを除外するものではない。
ウェハ上に複数のＬＥＤを転写するための量産転写印刷の概略フローを示す図である。 ウェハ上に複数のＬＥＤを転写するための量産転写印刷の概略フローを示す図である。 ウェハ上に複数のＬＥＤを転写するための量産転写印刷の概略フローを示す図である。 ウェハ上に複数のＬＥＤを転写するための量産転写印刷の概略フローを示す図である。 提案された原理による３つのピックアップ要素を備えたキャリア構造体を平面図で示したものである。 提案された転写に適したフラットなＬＥＤをピックアップするためのキャリア構造体の垂直断面図である。 提案された転写に適したフラットなＬＥＤをピックアップするためのキャリア構造体の垂直断面図である。 提案された転写に適したフラットなＬＥＤをピックアップするためのキャリア構造体の垂直断面図である。 提案された転写に適したフラットなＬＥＤをピックアップするためのキャリア構造体の垂直断面図である。 提案された転写に適したフラットなＬＥＤをピックアップするためのキャリア構造体の垂直断面図である。 フラットなＬＥＤと、異なる配置構造の複数のピックアップ要素とを備えた、コンセプト案のいくつかの態様に従ったキャリア構造体のレイアウトを示す図である。 提案された転写プロセスに準備し適したキャリア構造体の更なるレイアウトを示す図である。 キャリア構造体の更なる構成例を示す図である。 前の構成例の代替案を示す図である。
以下では、改善された量産転写印刷プロセスの形で、転写を改善するための措置に関するいくつかのコンセプトを示している。このプロセスを使ったのは、ウェハのＬＥＤをディスプレイの支持面に転写するからである。支持面では、個々のＬＥＤが固定され、取り付けられるだけでなく、電気的に接続される。一方では、個々のＬＥＤの寸法は僅か数［μｍ］ｎの範囲であり、他方では、これらの多数のＬＥＤを同時に局所的に移す必要がある。この場合、このような数千個の構造体を多数のウェハから共通の支持面に頻繁に転写する必要がある。
これに関して図１に示す例では、まず、さまざまな半導体製造プロセスによってエピタキシャル層が作製されたウェハ１２が提供され、ウェハ１２から個々のＬＥＤ１６が形成される。いくつかの態様では、ＬＥＤは、動作時に異なる色や波長を発することができる。ここでそれを示すのが、色合いの違いである。ＬＥＤは、例えば取り付けや転写を容易にできるように、少なくともその下面および／または上面がフラットに形成されている。製造プロセスの一環として、ＬＥＤ１６をウェハ１２から機械的に分離することができる。これは、いわゆる犠牲層を除去することによって行われ、場合によっては１つ以上のリリース層が加えられる。
図１Ｂは、エラストマースタンプ１８が上方からウェハ１２に向かって垂直に移動し、エラストマースタンプ１８の適切な表面テクスチャによってＬＥＤ１６の表面に付着する様子を示している。例えば、最大引張力は、ＬＥＤ１６の表面の大きさに比例してもよい。この付着力は、例えば、シリコーン材料、特にいわゆるＰＤＭＳエラストマーによって生み出すことができる。ＬＥＤ１６がウェハ１２から分離されるため、複数のＬＥＤは、これらがエラストマースタンプ１８に付着したまま、一緒にウェハ１２からリフトアップすることができる。このエラストマースタンプ１８は、今度は転写動作においてウェハ１２から離れ、例えば、その隣に位置するディスプレイの支持面１４に向かって移動される。これは、例えば、転写ツールを用いて行うことができ、そのため、エラストマースタンプ１８は、かかるツールの一部と見なすことができる。
図１Ｃでは、エラストマースタンプ１８は、最初に支持面１４の上方に位置しており、下降動作で支持面１４の表面上に下降させられる。これにより、ＬＥＤ１６の下面が支持面１４と機械的に接触する。図１Ｄに示す後続のステップでは、ＬＥＤ１６がエラストマースタンプ１８から切り離される。その後、エラストマースタンプ１８は、例えば、新たな転写サイクルを開始するために上向きに移動される。ＬＥＤ１６は、例えば、接着プロセスによって支持面１４に持続的に取り付けることができる。
図１Ａ～図１Ｄに示したステップからは、ＬＥＤ１６の数が多いため、可能な限り短時間で確実かつ正確な配置が望まれていることがわかる。特に、ＬＥＤ１６がスタンプ１８によってピックアップされるとき、一方では発生する力を低く抑え、他方ではウェハ１２上でのＬＥＤ１６の確実な位置決めと保持とを実現することが望ましい場合がある。特に、付着力の変動や、ウェハおよび／またはスタンプへの過剰な付着力を回避することで、この場合、大きな改善が得られる。
図１および図２を再び参照すると、これらは、破断エッジ部を回避し、リフトアップを改善するために提案されたいくつかの原理に従ったキャリア構造体１０の更なる構成を示している。原則的には、図１Ａに表す基本構造に対応している。特に、図１Ａおよび図１Ｂに示すウェハは、以下に示すウェハ構造を含んでおり、図２は、ウェハ１２を上側から見た簡略化した平面図に関するものである。この例では、３つのＬＥＤ１６がそれぞれフラットな長方形の形をして、並置されているのがわかる。これに関しては、例えば六角形などの他の形態のチップも可能である。ウェハ１２上には、かかる並置したＬＥＤ１６が、例えば１６インチまたは１８インチの面積に多数設けられていてもよい。
転写プロセスの前に、これらのＬＥＤ１６は、ウェハ１２上に機械的に着脱可能に配置されている。つまり、ＬＥＤ１６はスタンピングツール１８で除去できることを意味している。ここに示す例では、ＬＥＤ１６は、その下側でウェハ１２から部分的に切り離され（図示せず）、それからピックアップ要素２０によって保持されることになる。平面図を通してここでは丸く見えるピックアップ要素は、例えば、下層のキャリア基板２２から、例えば、丸形、角形もしくは楕円形の横断面を持たせながら、カラム状またはポール状に製造されていてもよい。図に示すとおり、ここでは中央に示されているＬＥＤ１６は、合計３つのピックアップ要素２０によって所定の位置に保持されている。特に３つの支持点により、共平面性、つまり、力の分散の観点から、他のＬＥＤ１６と同じ平面上に安定した平坦な配置を実現することができる。ピックアップ要素２０のうち２つは、それぞれ２つのＬＥＤ１６をその角部またはエッジ部でピックアップしている。
以下の図３Ａ～図３Ｄでは、それぞれキャリア構造体１０のさまざまな可能な構成についての垂直断面図（図２の線２４を参照）が示されている。ウェハ１２、一般的にはキャリア材料またはボンディング材料は、機械的安定化のためと、電気的接続や電子制御素子などの更なるコンポーネントをピックアップするためのベースとしての役割を果たす。この上には垂直方向に第１のリリース層２６が配置されている。リリース層２６は、制御された層間剥離、つまり、定義された引張力によって意図的かつ制御された層の相互の剥離を可能にする役割を果たす。さらに、かかる層は、エッチングプロセス中に相接する層を変化させないようにするためのエッチングストップ層としても機能することができる。例えば、これまで先行技術で用いられてきた破断プロセスを、ＬＥＤに妨げとなる残留物が残らない剥離プロセスに置き換えることができる。
さらに、犠牲層（Opferschicht）とも呼ばれるサクリファイス層２８が設けられている。その理由は、かかる層の材料として例えばシリコンが使用されており、この材料が、その後、プロセスステップにおいて、例えばＬＥＤ１６を下層のウェハ１２から分離するために、化学的プロセスによって除去できるからである。ＬＥＤ１６はさらに、コンタクトパッド３０を有しており、このコンタクトパッドは、ここでは、例えばｐｎ接合のような半導体活性領域を有していてもよい。例示的に、図３Ａおよび図３Ｂは、エピタキシャル層３２を有するＬＥＤ１６の横断面図を示している。このエピタキシャル層３２には、さらに、犠牲層２８とエピタキシャル層３２との間に形成される第２のリリース層３４を加えることができる。この第２のリリース層３４は、構成に応じて異なる場所に配置されていてもよい。
図３Ａおよび図３Ｂのそれぞれには、ピックアップ要素２０が、ポール状、カラム状またはポスト状の凸部として、犠牲層２８を介して２つのＬＥＤ１６の間でウェハ１２から一体的に垂直方向に突出し、エピタキシャル層３２の手前で終端する構成が示されている。ここでは、エピタキシャル層３２が上方に向かってテーパー状になっており、Ｖ字型のメサトレンチ３８を形成している（これらの図に加えて、代替案としての図３Ｃおよび図３Ｄも参照）。図３Ａでは、第２のリリース層３４は、コンタクトパッド３０の側面または部分的に下面まで達しているが、図３Ｂにおいて、第２のリリース層３４は、コンタクトパッド３０の手前で水平方向に終端し、残りの隙間は犠牲層２８が埋める。この場合、例えば気体または液体のエッチング物質が、メサトレンチ３８、つまり２つのＬＥＤ１６の間の空間を介して犠牲層２８に到達することができる。
図３Ｂでは、ピックアップ要素の露出した表面上の層間剥離層（Delaminierungsschicht）もエッチングプロセスによって除去されている。エッチングプロセスを制御することで、層間剥離層の除去量を選択的に調整することができる。例えば、使用されるエッチングプロセスに関して、層間剥離層は、犠牲層２８の場合よりも大幅に低いエッチング速度を有することができる。これにより、エッチングプロセスで層間剥離層またはキャリア基板を過度に攻撃することなく、犠牲層を完全に除去することができる。ここでは示されていないが、代替的な構成では、エッチングプロセスは、層間剥離層を通過してピックアップ要素にエッチングするためにも使用される。言い換えれば、２つのＬＥＤの間にある漏斗状の切欠き部は、ピックアップ要素に連なっている。その結果、ピックアップ要素のためのＶ字型またはＵ字型の凹部ができ、ＬＥＤが載る２本のカラムが残る。ピックアップ要素のかかるエッチングの深さも、同様にプロセスによって調整することができる。しかしながら、一般的には、ピックアップ要素全体がエッチングされることはない。むしろ、ピックアップ要素は、その高さの半分以下しかエッチングされないので、ピックアップ要素の安定性は十分に確保されている。特に、ＬＥＤを取り外す際に、残ったカラムが折れてしまうのではなく、層間剥離層の付着力に打ち勝ってＬＥＤがリフトアップされるようになっている。
図３Ｃおよび図３Ｄは、特にピックアップ要素２０の構成に関しての更なる構成変形例を示している。この場合、ピックアップ要素２０は、ウェハ１２の平面から出発して犠牲層２８を介してキャリア構造体１０の反対側まで一体的に延びている。ここで、ピックアップ要素２０は、その上端部がテーパー状になっているか、もしくは傾斜したＬＥＤ保持面３６で構成されており、こうして、ＬＥＤ１６をリフトアップし易くなると同時に、ウェハ１２に確定的に固定することができるようになる。図３Ｄでは、一実施例によれば、ピックアップ要素２０は、垂直方向にエピタキシャル層３２の端部の手前で終端している。コンタクトパッド３０は、ＬＥＤ内部の各層、特に発光層を接続する。図３Ｂおよび図３Ｄに示すように、コンタクトパッド３０は、それぞれの場合において、垂直方向に見て最も低い位置にある要素であり、そのため、必要に応じて、追加のブリッジングはんだまたは導電性接着剤を用いずに、ディスプレイまたはモジュールの支持面上の電気的コンタクト素子（図示せず）と直接機械的ひいては電気的にコンタクトすることができる。コンタクトパッド３０は、例えば２０～１００μｍの範囲のエッジ長さを有することができる。
最後に、図３Ｅは、ピックアップ要素が大幅に広げられ、層間剥離層がピックアップ要素の表面を完全に覆っている構成を示している。図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、犠牲層２８は、エピタキシ３２を有する個々のＬＥＤの間の漏斗状の領域を通って延びている。各ＬＥＤは、その横方向の寸法が、コンタクトパッド３２に面している側よりも光出射側で大きくなるエピタキシを含んでいる。言い換えれば、ＬＥＤはコンタクトパッド３２を有する側を起点として広がっている。
その結果、図の断面構造ではＶ字を「反転」したような傾斜になっている。更なる層３４が、エピタキシャル層３２の各面のうちの表面、特に漏斗を形成する傾斜した側部およびコンタクトパッドを含む表面に施与されている。これはエッチングストップとして機能し、層間剥離層２６と一緒に、定義された付着力を発生させる。今度はリフトアップのために、ＬＥＤ以下のＶ字型領域の犠牲層２８は、プラズマエッチング、ガスエッチングまたは他のプロセスによって除去され、チップはピックアップ要素の層間剥離層上にその層３４だけを残している。
図４および図５のそれぞれには、例示的に２４個のＬＥＤ１６をウェハ（図示せず）上でマトリクス状に配置したキャリア構造体１０の例を示している。図４では、合計１７個のピックアップ要素２０が示されている。これらは、それぞれ２つの隣り合うＬＥＤ１６の間のメサトレンチ３８に配置されているものもあれば、それぞれのＬＥＤ１６の角部に配置されているものものある。この配置により、ＬＥＤ１６の総数よりも、必要とされるピックアップ要素２０の総数が少なくて済むことになる。さらに、ここで示す例の１つのピックアップ要素２０は、最大４つの相接するＬＥＤ１６を支持またはピックアップすることができる。
図５では、ピックアップ要素２０の基底面は、図４のような円形ではなく、長方形または正方形の基底面を有している。つまり、ピックアップ要素がＬＥＤ１６に当接するコンタクト面積３６は変化することを意味している。これにより、ＬＥＤ１６がｘ方向またはｙ方向に多少位置がずれても、安定したＬＥＤ１６のピックアップを保証することができる。言い換えれば、横方向のずれが小さくなっても、ＬＥＤ１６上のすべてのコンタクト面積３６を合わせた総コンタクト面積は変わらないか、少なくともほぼ同じである。さらに、ピックアップ要素２０は、支持構造体１２の外縁部に配置されていてもよく、ＬＥＤ１６の外側の側面に係合することもできる。例示的に、同じＬＥＤでも、ちょうど３つの支持点があると、特に安定した空間安定性が得られることがわかる。この場合も、１つのピックアップ要素２０が、２つ以上の相接するＬＥＤ１６を支持することができるため、複数回の使用による必要スペースひいてはコストの削減が可能となる。図示の例では、支持面積がチップ面積に比べて大幅に拡大されている。実際の実装では、支持面積を大幅に小さくして付着力を弱め、層間剥離層がキャリアにとどまって剥がれないようにする。
図６Ａは、複数のＬＥＤ１６がキャリア基板上にモノリシックに製造された構成を示している。各ＬＥＤは六角形の形状、すなわち６つの側面を有しており、それぞれの側面が隣り合うＬＥＤの１つの側面と向かい合っている。個々のＬＥＤの角部は、それぞれピックアップ要素２０の上に載置されている。さらに、ピックアップ要素のみでＬＥＤを保持するように、フランクパターニングが行われており、すなわちトレンチがエッチングされている。各ＬＥＤは、中心に配置された円形の活性領域２ａを含んでいる。この領域の大きさは様々に選択することができる。しかしながら、この例では、当該領域２ａは、直径がＬＥＤの向かい合う２つの側面間の距離に実質的に対応する領域２ｂによって囲まれている。言い換えれば、その領域は、六角形構造の各ＬＥＤの側部フランクにまで及んでおり、一方、各ＬＥＤの角部は領域２ｂをちょうど含んでいない。
図６Ｂは、改良されたマスクパターニングによって作り出された別の構成形態を示している。このような構成にしたのは、フォトマスクの必要枚数や転写ステップを減らすためである。本構成では、角部の膨らみが小さくなるようなフォトマスクを選択した。その結果、このような少し変化した構造が得られる。
ここで示した例では、さまざまな半導体技術を用いてＬＥＤを製造している。転写されるウェハには、電気的コンタクトが可能となるようにコンタクト面があってもよい。同様に、駆動制御部、電流源および他の要素も、このウェハに既に存在していてもよい。このようにして転写されたＬＥＤは、引き続き、いくつかの構成ではさらに処理される。例えば、ＬＥＤには、変換層または光整形素子が施与される。原則的には、これらの構成では、個々のＬＥＤが転写されていた。しかしながら、方法はかかるものに限定されない。同様に、上述のモジュールは、これらのキャリア構造体で形成されていてもよく、このようなモジュールの転写を容易にすることが可能である。この場合、カラムもしくはキャリア要素は、モジュールのサイズが決まってから形成される。
１０ キャリア構造体
１２ ウェハ
１４ ディスプレイの支持面
５，１６ マイクロチップ
１８ スタンプ／スタンピングツール
２０ ピックアップ要素
２２ キャリア基板
２４ 断面（垂直方向）
１０，２６ 層間剥離層
２８ 犠牲層
３０ エミッタチップ
３２ エピタキシャル層
３４ 第２のリリース層
１５，３６ マイクロチップ保持面
３８ メサトレンチ

Claims (15)

  1. フラットな光電子構造素子、特にＬＥＤを備えたキャリア構造体であって、
    フラットなキャリア基板と、
    少なくとも２つのピックアップ要素と
    を有し、前記ピックアップ要素は、前記少なくとも２つのピックアップ要素の間で第１のＬＥＤを着脱可能に保持するように構成されており、そうすることで前記ＬＥＤは定義された最小の力でキャリア構造体平面に対して垂直方向に移動することができ、ここで、前記少なくとも２つのピックアップ要素のうちの少なくとも１つのピックアップ要素は、隣り合って配置された第２のＬＥＤを同時に保持および／または支持するように構成されている、キャリア構造体。
  2. 前記ピックアップ要素が、前記光電子構造素子を３つのピックアップ要素によって保持するように前記キャリア基板上に配置されている、請求項１記載のキャリア構造体。
  3. 前記３つのピックアップ要素のうちの少なくとも２つのピックアップ要素が、それぞれの場合において、隣り合って配置された更なる１つの構造素子を保持および／または支持するように構成されている、請求項１記載のキャリア構造体。
  4. ピックアップ要素と光電子構造素子との間に配置されており、特に前記構造素子が移動した後にピックアップ要素上に残る層間剥離層が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  5. 前記ピックアップ要素が、半導体ウェハのメサトレンチに配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  6. 前記キャリア基板と前記ピックアップ要素とが一体的に構成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  7. 前記ピックアップ要素が、光電子構造素子を横方向にかつ前記構造素子の下側から保持するように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  8. 前記ピックアップ要素が、キャリア基板平面に対して斜め方向に延びる構造素子保持面を有しており、前記構造素子が前記ピックアップ要素から離れると前記光電子構造素子に対する保持力が低下するようになる、請求項１から７までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  9. 前記ピックアップ要素のうちの少なくとも１つが、光電子構造素子の横方向の面取り領域または側面をピックアップするように構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  10. ピックアップ要素と光電子構造素子との間の接触面積が、前記構造素子の総面積の１／２０未満、特に１／５０未満である、請求項１から９までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  11. 前記少なくとも１つのピックアップ要素の上に部分的に前記第１の光電子構造素子と第２の光電子構造素子とが載置されており、前記ピックアップ要素の表面の一部が、第１の光電子構造素子と第２の光電子構造素子との間で露出しているか、または前記第１の光電子構造素子と前記第２の光電子構造素子との間で隆起している、請求項１から１０までのいずれか１項記載のキャリア構造体。
  12. 光電子構造素子であって、活性層を含む半導体層スタックを備え、前記活性層が請求項１から１１までのいずれか１項記載のキャリア構造体の上に配置されている、光電子構造素子。
  13. 前記光電子構造素子が、メサトレンチによって形成された外縁領域を有しており、前記外縁領域の前記活性層は、量子井戸インターミキシングによって増大したバンドギャップを有している、請求項１２記載の光電子構造素子。
  14. 前記キャリア構造体の上に配置された突起部を外縁領域が有している、請求項１２または１３記載の光電子構造素子。
  15. 少なくとも２つの光電子構造素子、特にＬＥＤを転写する方法であって、前記少なくとも２つの光電子構造素子がキャリアの共通のピックアップ要素の上に配置されており、前記キャリアは、前記光電子構造素子がその上に配置された犠牲層を含む、方法であって、
    前記光電子構造素子がその上に配置された前記犠牲層を除去することで、前記光電子構造素子を共通の前記ピックアップ要素で保持するステップと、
    前記少なくとも２つの光電子構造素子のうちの少なくとも１つを前記共通のピックアップ要素から取り外すステップと
    を含む、方法。
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