KR20240023396A - 마이크로구조화된 컴포넌트들을 제조하는 방법 및 시스템 - Google Patents

마이크로구조화된 컴포넌트들을 제조하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로구조 컴포넌트를 제조하기 위한 방법에서, 레이저 프로세싱은 제어 유닛의 제어 하의 레이저 프로세싱 스테이션에서 적어도 하나의 방법 스테이지에서 수행된다. 방법은 하기 단계들: 제 1 기판을 제공하는 단계로서, 제 1 기판은 제 1 기판의 제 1 면 상에서 제 1 공간 배열로 배열되는 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 캐리하는, 상기 제 1 기판을 제공하는 단계; 제 1 전사 단계에서 제 1 기판으로부터 전사 기판으로 마이크로-기능 엘리먼트들을 전사하는 단계; 및 마이크로-기능 엘리먼트들이 제 2 기판 상에 제 2 공간 배열로 배열되도록 하는 방식으로 제 2 전사 단계에서 전사 기판으로부터 제 2 기판으로 마이크로-기능 엘리먼트들을 전사하는 단계를 포함한다. 방법은, 사용된 전사 기판 (250) 이, 클램핑 프레임 (200) 에 연신 방식으로 클램핑된 다이싱 테이프 (100) 이고, 다이싱 테이프는 표면 장력 하에서 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름 (102) 을, 베이스 필름에 부착되어 상기 다이싱 테이프 (100) 에 마이크로-기능 유닛들을 임시로 고정하기 위한 접착제 층 (104) 과 함께 포함하는 것을 특징으로 한다. 방법은 전기 공급 구조 상에 픽셀 형성 마이크로 발광 다이오드의 어레이를 캐리하는 기판을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

마이크로구조화된 컴포넌트들을 제조하는 방법 및 시스템
본 발명은 기판 위에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로구조 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이며, 레이저 프로세싱은 제어 유닛의 제어 하의 레이저 프로세싱 스테이션에서 적어도 하나의 방법 스테이지에서 수행된다. 하나의 바람직한 응용 분야는 기판에 배열된 전기 공급 구조 상에 배열된 픽셀 형성 마이크로 발광 다이오드의 어레이를 캐리하는 기판을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 제조이다.
μLED 라고도 불리는 마이크로-LED 라는 용어는 발광 다이오드 (LED) 를 기반으로 한 플랫 스크린 기술을 의미한다. 마이크로-LED 디스플레이들은 픽셀들로도 지칭되는 디스플레이의 픽처 엘리먼트들을 형성하는 미시적으로 작은 발광 다이오드들의 배열체들 (어레이들) 에 기초한 마이크로전자 컴포넌트들이다. 개별 μLED들 사이에는 각각의 경우에 인터스페이스 (interspace) 가 존재한다. 개별 픽셀들은 3개의 서브픽셀들, 즉 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)에 대한 3개의 μLED들로 구성될 수 있어서, 픽셀 내의 μLED들 사이에도 인터스페이스들이 존재한다. 마이크로-LED는 자체 발광하고 밝기 조절이 가능하며 완전히 끌 수 있고, 따라서 액정 디스플레이 (간단히, LCD) 처럼 백라이트가 필요하지 않다. 마이크로-LED는 다층 구조의 광전자 마이크로-기능 엘리먼트들의 하나의 예이다.
오늘날 발광 다이오드들 (LEDs) 은 종종 사파이어 웨이퍼 상에 형성되는 갈륨 질화물 (GaN) 로 구성된 p- 및 n-도핑된 반도체 층들로 제조되며, 사파이어 웨이퍼는 에픽택셜 성장에 의해 성장 기판으로서 역할을 한다. 이들 층들은 수 ㎛ 의 개별 두께를 각각 가지며, 다양한 GaN 층들의 전체 두께는 예컨대, 10 ㎛ 미만일 수 있다. 추가의 프로세싱 전에, 개별 컴포넌트들의 제조를 위해 또는 그 제조를 준비하기 위하여, 예를 들어, 레이저 프로세싱에 의해 GaN 층들이 구조화될 수 있다. 얇은, 일반적으로 금속성의 접속 층은 예를 들어, 기상 증착에 의해 GaN 층 스택에 적용된다. 이 접속 층의 도움으로, 그 위에 위치된 GaN 층 스택을 갖는 성장 기판은 광전자적으로 활성인 마이크로-기능 엘리먼트들이 전사되도록 의도된 추가의 플랫 기판에 접속된다. 성장 기판과 GaN 스택 사이의 영역적 접속은 나중에 해제된다. 결과적으로, GaN 스택은 추가의 기판으로 전사된다. 이에 의해 캐리되는 GaN 스택을 갖는 추가의 기판은 그 후 마이크로전자 컴포넌트를 제조하기 위한 추가의 단계들을 위한 베이스로서 역할을 한다. 이는 전사된 마이크로-기능 엘리먼트들의 일부 또는 전부를 정렬된 배열로 하류 프로세스 단계로 공급하기 위한 임시로 이용되는 전사 기판으로서 기능할 수 있다.
추가 기판 및 GaN 층 스택을 포함하는 기능 층 스택은 오늘날 통상적으로 소위 레이저 리프트-오프(laser lift-off) 방법 (LLO 방법) 의 도움으로 성장 기판으로부터 분리된다. 이 경우, 성장 기판과 GaN층의 경계 영역에 위치하는 버퍼층은 레이저 조사에 의해 파괴 또는 분해되어 얇은 Ga층과 기체 상태의 질소를 남긴다. 이 경우에, 조사는 성장 기판의 후면으로부터 성장 기판을 통해 실시되고, 레이저 빔은 버퍼층 또는 경계 영역 상에 포커싱된다. 성장 기판은 이어서 외력 작용에 의해 다른 층들로부터 분리될 수 있다.
마이크로-LED 기술의 맥락에서, 레이저 프로세싱의 활용에 대한 추가적인 가능성들이 존재한다. 이들은 레이저 유도 순방향 전사 (laser-induced forward transfer; LIFT) 를 포함한다. 레이저 유도 순방향 전사 (LIFT) 는 재료가 초기 기판 (도너) 으로부터 특정 비행 경로를 통해 레이저 방사에 의해 타겟 기판 (억셉터) 으로 전사되는 방법의 부류이다. 이러한 전사 기술은 성장 기판으로부터 전사 기판으로 마이크로-기능 엘리먼트를 전사하기 위해 LLO 방법에 대한 대안으로서 사용될 수 있다. LIFT 는 또한 전사 기판으로부터 마이크로구조화된 컴포넌트의 기판으로 μLED를 전사하는 데 이용될 수 있다.
많은 수의 μLED 를 경제적으로 전사할 수 있기 위해 어떤 경우에도 대규모 병렬 프로세싱이 실현되어야 한다. 이는 컨디셔닝된 레이저 빔을 대응하는 다수의 부분 빔들로 분할하는 다수의 개구들 또는 개구들을 갖는 마스크들을 사용하여 수행된다. 그런 다음 레이저 방사를 방출하는 마스크 개구가 레이저 프로세싱 유닛의 프로세싱 평면 상에 이미징된다.
마이크로 LED 제조에서의 레이저 기반 기술의 사용에 대한 개요는 Coherent Shared Services B.V., Dieselstraße 5b, D-64807 Dieburg 에 의해 관리되는 https://de.coherent.com/microled 에서의 Coherent 사의 홈페이지를 통해 논문 "MicroLEDs - Laser Processes for Display Production"에서 확인할 수 있다.
EP 3 742 477 A1은 예를 들어 마이크로-LED와 같은 컴포넌트를 전사하기 위한 방법 및 장치를 기술한다. 제 1 기판에는 컴포넌트들이 장착된다. 제 2 기판에는 고온 용융 접착제 재료를 포함하는 접착제 층이 제공된다. 제 1 기판 상의 컴포넌트들은 접착제 층이 용융되는 동안 제 2 기판 상의 접착제 층과 접촉된다. 접착제 층은 고화되어 컴포넌트들과 제 2 기판 사이에 접착성 접속부를 형성하도록 허용된다. 제 1 및 제 2 기판은 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 컴포넌트들을 전사하기 위하여 이격되어 이동된다. 컴포넌트들을 캐리하는 용융된 접착제의 제트를 형성하기 위하여 접착제 층 상에 광이 방사되는 것에 의해 컴포넌트들의 적어도 하나의 서브세트는 제 2 기판으로부터 제 3 기판으로 전사된다. 추가적인 전사 단계들이 제공될 수 있다.
기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 갖는 마이크로-LED 디스플레이들 및/또는 다른 마이크로구조화된 컴포넌트들의 비용 효율적이고 그럼에도 불구하고 고정밀 대량 제조을 허용하는 방법들 및 디바이스들에 대한 필요성이 존재한다.
이러한 배경에 반하여, 본 발명에 의해 해결되는 문제는 고품질과 함께 그러한 컴포넌트의 경제적인 제조를 허용하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 청구항 1 에 기재된 특징들을 갖는 방법을 제공한다. 또한, 청구항 13 의 특징들을 갖는 시스템 및 또한 청구항 11 의 특징들을 갖는 다이싱 테이프의 신규한 용도가 제공된다. 유리한 개발들은 종속 청구항들에서 특정된다. 모든 청구항들의 표현은 설명의 내용에 참조로 포함된다.
방법은 기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하는 단계를 제공한다. 이 경우, 레이저 프로세싱은 제어 유닛의 제어 하에 레이저 프로세싱 스테이션에서 적어도 하나의 방법 스테이지들에서 수행된다. 방법은 전사 기판의 도움으로 제 1 기판으로부터 제 2 기판으로 마이크로-기능 엘리먼트들을 간접적으로 전사하는 단계를 제공한다. 전사 기판 (transfer substrate) 은, 일시적으로만 활용되고, 전사 프로세스에서 제조 보조제의 역할을 하며, 전사의 유연성을 증가시키기에 적합한 기판이다.
본 출원의 의미 내의 마이크로-기능 엘리먼트들은 주로 전기적으로 동작가능한 다층 구조의 반도체-기반 컴포넌트들, 예를 들어, 광전자 기능 엘리먼트들, 이를 테면, μLED 또는 그 밖의 감광성 센서들, 임의로 또한 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 (예를 들어, 20 ㎛ 내지 1 mm) 의 전형적인 치수 (길이 및 폭 또는 직경) 를 갖는 다른 전자 컴포넌트들이다.
방법은 제 1 기판의 제 1 면 상에 제 1 공간 배열로 배열된 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 캐리하는 제 1 기판을 제공하는 단계를 수반한다. 제 1 전사 단계에서, 마이크로-기능 엘리먼트들이 제 1 기판으로부터 전사 기판으로 전사된다. 이 경우, 동일한 전사 단계에 의해 제 1 기판 상에 존재하는 모든 마이크로-기능 엘리먼트들을 전사하는 것이 가능하지만, 선택적으로 마이크로-기능 엘리먼트들의 서브세트 또는 선택만을 전사하여, 다른 마이크로-기능 엘리먼트들이 당분간 제 1 기판 상에 남아 있도록 할 수 있다. 그 다음 시간에, 마이크로-기능 엘리먼트들은 전사된 마이크로-기능 엘리먼트들이 제 2 공간 배열로 제 2 기판 상에 배열되는 방식으로 전사 기판으로부터 제 2 기판으로 제 2 전사 단계에서 전사된다. 제 2 공간 배열은 제 1 공간 배열에 대응할 수 있다. 그러나, 전사 기판에 의한 간접 전사의 결과로서, 제 1 공간 배열과 비교하여 변경된 제 2 공간 배열을 실현하는 것도 가능하다.
이 방법의 특별한 특징은 사용되는 전사 기판이, 클램핑 프레임에 연신 방식으로 클램핑된 다이싱 테이프라는 것이고, 다이싱 테이프는 표면 장력 하에서 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름, 및 베이스 필름에 부착되어 다이싱 테이프에 마이크로 기능 유닛들을 임시로 고정하기 위한 접착제 층을 포함한다.
본 출원에서 용어 "다이싱 테이프"는 특정한 탄성 확장 또는 연신가능한 테이프들을 의미하며, "다이싱 테이프(dicing tape)"는 반도체 칩 제조 분야에서 통상적으로 사용되는 용어이다. 다이싱 테이프는 신축성이 있는 베이스 필름 및 베이스 필름의 일방면에 부착되어 있는 접착제 층 또는 부착층을 포함한다. 베이스 필름은 예를 들어, PVC 또는 폴리올레핀 (PO) 과 같은 탄성적으로 연신가능한 폴리머로 구성될 수 있다. 접착제 층은 단일 플라이 또는 복수의 플라이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 아크릴은 접착제 재료로서 이용될 수 있다.
본 발명자들은, 상업적으로 이용가능한 다이싱 테이프들이, 그들의 의도된 작업들에 기인하여, 기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로구조화된 컴포넌트들의 제조에 있어서, 지금까지 알려져 있지 않은 방식으로 유리하게 이용될 수 있는 구조적 및 기능적 특성들을 갖는다는 것을 인식하였다. 또한, 다이싱 테이프들을 취급하기 위한 상업적으로 이용 가능한 보조 디바이스들이 있다. 이들은, 적절하다면, 변형되지 않고 본 발명에 따른 방법의 맥락에서 신규한 목적을 위해 이용될 수 있다.
다이싱 테이프의 종래의 의도된 사용은 반도체 칩 어셈블리 분야에 있다. 높은 제조 볼륨 및 낮은 비용과 함께 극도로 높은 정밀도로 제조를 허용하는 방법들 및 디바이스들이 이 분야를 위해 개발되었다. 이를 위한 베이스는 소위 다이싱 프로세스 (dicing process) 이며, 여기서 리소그래피 패터닝 후에 웨이퍼는 예를 들어, 그라인딩 또는 다이싱에 의한 칩 (소위 다이) 으로의 분리에 의해 싱귤레이팅되고, 칩들은 또한 다음 프로세싱 단계를 위해 포지션적으로 그리고 위치적으로 정확한 방식으로 추가적으로 제조된다. 다이싱 테이프 상의 다이싱 (또는 그라인딩에 의한 분리) 은 이 제조 스테이지에 대한 지배적인 프로세스로서 확립되었다. 이 경우, 다이싱 테이프는 웨이퍼의 후면에 직접 라미네이션하는 역할을 한다. 접착제 층은 이러한 목적에 적합한 접착력을 갖는다. 라미네이션은 일반적으로 "웨이퍼 마운터(wafer mounter)"의 도움으로 수동 또는 반자동으로 수행된다.
그 후 (싱귤레이팅 후), 칩이 부착된 탄성 다이싱 테이프는 다이싱된 웨이퍼의 다이들 사이의 간격을 확대시키기 위해 모든 면에서 균일하게 확장되거나 신장되고, 이에 의해 전사 또는 배치 동안 칩 에지의 스폴링(spalling)을 방지하고 후속 픽업 동작을 용이하게 한다. 확장 후에, 클램핑 프레임은 칩 또는 다이가 부착된 다이싱 테이프를 확장 상태로 유지한다. 이를 위해, 다이싱 테이프는 내부 링과 외부 링 사이의 클램핑에 의해 유지된다. 다이싱 테이프를 클램핑 링 상에 장착하고 다이싱된 웨이퍼를 웨이퍼 프레임으로부터 클램핑 링 상으로 확장하기 위해, 일반적으로 "다이 매트릭스 익스팬더" 또는 "익스팬더"로 지칭되는 특정 다이싱 보조 디바이스가 존재한다.
본 출원에 설명된 방법의 특별한 특징은, 전사 기판으로서 사용되는 클램핑 프레임 (clamping frame) 에서 신장 또는 확장된 방식으로 클램핑된 다이싱 테이프로 구성된다. 본 발명에 따른 용도의 경우, 팽팽한 고막 (taut eardrum) 과 유사한 방식으로, 평면 클램핑 프레임에서의 클램핑으로 인해, 다이싱 테이프는 표면 장력 하에 있고, 그 결과 그렇지 않으면 언로딩된 상태에서 평면 형상을 취하여, 스트레칭된 다이싱 테이프는 평면 전사 기판을 형성할 수 있게 된다. 그것을 제자리에 클램핑하는 프로세스 동안, 다이싱 테이프는 여전히 비어 있고, 즉 아직 어떠한 컴포넌트들도 캐리하지 않는다. 그 통상적인 목적을 고려하여 테이프를 다이싱하는 경우에 어쨌든 존재하는 접착제 층은, 일반 타입의 제조 방법에서 전사 기판으로서 사용하는 동안, 지금까지 알려지지 않은 방식으로, 이용될 수 있는 다이싱 테이프 접착 특성에 영향을 준다. 특히, 전사되는 마이크로-기능 유닛들은 접착제 층에 의해 다이싱 테이프에 일시적이거나 짧은 시간 동안 고정될 수 있을 뿐만 아니라, 다이싱 테이프로부터 비교적 용이하게 분리될 수 있다. 이러한 신규한 개념의 이점은 상이한 접착력을 갖는 접착제 층을 포함하는 다이싱 테이프의 이용가능성에 의해 증가되어, 마이크로-기능 유닛을 수용하기 위한 최적의 접착력을 갖는 다이싱 테이프가 임의의 적용을 위하여 선택될 수 있다. 또한, 접착제 층의 접착력이 예를 들어 자외선 (UV 광) 의 조사 및/또는 열처리에 의해 타겟팅된 방식으로 변화될 수 있는 다이싱 테이프가 이용가능하다. 그 결과, 접착력 또는 부착력은 일부 다른 기판 (특히, 제조될 마이크로구조화된 컴포넌트의 기판) 에 대한 접착하는 마이크로-기능 유닛의 전사를 용이하게 하기 위해 필요에 따라 타겟팅된 방식으로 감소될 수 있다.
다른 표현에 따르면, 이에 따라 제안되는 것은 기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하는 방법에서 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름 및 전사 기판을 제조하는 베이스 필름에 부착되어 마이크로-기능 엘리먼트들을 임시로 고정하기 위한 접착제 층을 포함하는 다이싱 테이프의 용도이다.
용도의 맥락에서, 빈 상태에서의 다이싱 테이프는 클램핑 프레임에 클램핑된 다이싱 테이프가 클램핑 프레임에 의해 둘러싸인 유용한 영역에서 표면 장력하에 있고 한정된 방식으로 탄성적으로 순응하고 마이크로-기능 엘리먼트들을 수용하기 위하여 제공되는 면 상에 접착제 층을 포함하는 평면 전사 기판을 형성하는 방식으로, 클램핑 프레임으로 영역적으로 확장 또는 신장되고 그 안에 클램핑된다.
바람직한 방법의 변형예에서, 제 1 기판은 소위 성장 기판에 의해 형성되고, 마이크로-기능 엘리먼트는 제 1 기판 상에 제조된다. 따라서, 방법은 제 1 기판 또는 성장 기판 상의 제 1 공간 배열에서 다수의 마이크로-기능 엘리먼트를 제조하는 단계를 포함한다. 이들은 따라서 전사 기판으로 전사되고 전사 기판의 도움으로 추가의 방법 단계로 공급된다.
제 2 기판은 이미 제조될 마이크로구조화된 컴포넌트의 기판, 예를 들어 μLED 디스플레이의 디스플레이 기판일 수 있다. 따라서, 방법이 정확히 제 1 전사 단계 (성장 기판으로부터 전사 기판까지) 및 제 2 전사 단계 (전사 기판으로부터 중간 생성물 또는 제조될 최종 생성물 (마이크로구조화 컴포넌트) 까지) 만을 포함하는 경우일 수 있다. 그러나, 제조 프로세스가 또한 2개 초과의 전사 단계들을 포함할 수 있도록, 예를 들어, 추가 전사 기판을 사용하는, 추가 중간 단계들 (하나 이상) 이 또한 가능하다.
어느 경우에서든, 성장 기판으로부터 (적어도 하나의) 전사 기판을 사용하여 제조될 마이크로구조화 컴포넌트의 기판으로의 간접 전사는 그 위에 끼워진 마이크로-기능 엘리먼트들의 수 및/또는 배열이 마이크로-기능 엘리먼트들의 제조 동안 존재하는 그 수 및/또는 배열과 상이한 마이크로구조화 컴포넌트들을 제조할 가능성을 제공한다. 성장 기판은 사파이어 웨이퍼, 예를 들어, 실질적으로 고순도 단결정 형태의 강옥(corundum)(산화알루미늄) 으로 이루어진 웨이퍼-타입 기판일 수 있다. 그러나, 예를 들어, 실리콘계 반도체 재료 또는 게르마늄계 반도체 재료와 같은 반도체 재료로 구성되거나 유리 재료로 구성된 다른 성장 기판 재료로 구성된 성장 기판도 가능하다.
일부 방법의 변형예에서, 사용되는 다이싱 테이프는 UV-감응 다이싱 테이프, 즉 접착제 층을 포함하는 다이싱 테이프로서, 미조사 상태에서 존재하는 제 1 접착력으로부터 자외선 광에 의한 조사에 의해 고형체에 대한 접착력이 제 1 접착력에 비해 감소된 제 2 접착력으로 낮추어질 수 있다. 이 특성은 전사 기판으로부터 제 2 기판으로 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들의 떼어놓기를 용이하게 하기 위해 특히 제 2 전사 단계에서 유리할 수 있다.
다른 방법의 변형예들에서, 사용된 다이싱 테이프는 접착제 층을 포함하는 열 박리 다이싱 테이프이고, 이 다이싱 테이프의 접착력은 고체 바디부들에 대하여 가열에 의해, 실온에서 존재하는 제 1 접착력으로부터 제 1 접착력에 비해 감소된 제 2 접착력으로 낮추어질 수 있다. 그 후, 전사 기판으로부터 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들의 분리는 상류 열 처리에 의해 용이하게 될 수 있다.
제 1 전사 단계의 맥락에서, 바람직하게는 본딩 단계에서, 전사 기판은 제 1 기판으로부터 멀리 향하는 마이크로-기능 엘리먼트들의 자유 표면들이 프레스-온 힘 (press-on force) 의 작용 하에서 다이싱 테이프의 접착 층과 접착 접촉함으로써 복합 배열체를 형성하기 위해 마이크로-기능 엘리먼트들을 캐리하는 제 1 기판에 접속된다. 이러한 본딩 단계를 위해, 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들과 (자가-접착성) 전사 기판 사이에 결과적인 접착 강도 또는 접착력을 설정하기 위한 다양한 외부 영향 가능성이 있다. 첫째, 접착제 층이 이미 마이크로-기능 엘리먼트들의 표면의 재료에 대해 적절한 접착력을 가져오는 다이싱 테이프로 전사 기판을 구성할 가능성이 있다. 또한, 접착 강도는 접합 동안 프레스-온 힘(press-on force)에 의해 영향을 받을 수 있어서, 프로세스-의존 방식으로 다수의 최적화 가능성이 본딩 단계의 과정에 존재한다.
바람직하게는, 제 1 전사 단계, 즉, 제 1 기판으로부터 전사 기판으로 마이크로-기능 엘리먼트들의 전사는 (바람직하게는 LLO 프로세스로서) 레이저 프로세싱 스테이션에서 레이저 방사를 이용한 조사를 포함하고, 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들과 제 1 기판 사이의 접착력은 공간 선택적 또는 영역-커버링 레이저 방사에 의해 감소된다.
이때, 레이저 조사는 제 1 기판과 전사될 마이크로-기능 엘리먼트 사이에 작용하는 접착력이 전사될 마이크로-기능 엘리먼트와 접착제 층 사이에 작용하는 접착력보다 작아지도록 하는 방식으로 바람직하게 수행된다. 바람직하게는, 이 경우, 360 nm 미만의 파장을 갖는 자외선 레이저 방사, 예를 들어 248 nm 엑시머 레이저의 레이저 방사가 사용된다.
레이저 프로세싱은 예외없이 레이저 조사의 결과로서 전사 기판이 복합 배열체로부터 떼어내질 때 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들이 예외 없이 함께 취해지도록 하는 범위까지, 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들과 제 1 기능 사이의 접속이 약화되도록 하는 방식으로 수행될 수 있다.
다른 경우에, 레이저 조사에 추가하여, 복합 배열체를 열 처리하는 것이 편리할 수 있으며, 여기에서 열 처리의 온도 프로파일 및 지속기간은 제 1 기판과 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들 사이에 작용하는 접착력이 열처리에 의해 감소되는 방식으로 설계된다.
이들 각각의 경우에, 제 1 전사 단계의 종료 시에, 전사된 마이크로-기능 유닛들이 제공된 전사 기판은 전사된 마이크로-기능 유닛들과 제 1 기판 사이의 접속의 분리와 함께 제 1 기판으로부터 그리고 가능하게는 그 위에 남아 있는 마이크로-기능 유닛들로부터 분리된다.
제 1 전사 단계에 대해 LIFT 방식으로 수행하는 것도 가능하다. 성장 기판과 전사 기판의 마이크로-기능 엘리먼트들 사이의 터칭 접촉은 이러한 목적을 위해 요구되지 않는다. 예를 들어, 마이크로-기능 엘리먼트들의 제 1 및 제 2 공간 배열들이 상이하게 의도되는 경우, 제 1 전사 단계에 대한 LIFT를 갖는 변형들이 바람직할 수 있다.
일부 방법의 변형예들에서, 레이저 방사의 작용 하에서 레이저 프로세싱 스테이션에서 수행될 전사 기판으로부터 제 2 기판으로 제 2 전사 단계에서 마이크로-기능 엘리먼트를 전사하기 위한 제공이 행해진다. 특히, 이러한 목적을 위해, 그 자체로 공지된 레이저-유도 순방향 전사 (laser-induced forward transfer; LIFT) 의 방법 변형은 전사 기판에 의해 캐리되는 개별 또는 모든 마이크로-기능 유닛이 초기 기판 또는 도너 기판으로서 작용하는 전사 기판으로부터 레이저 방사에 의해 타겟 기판 또는 억셉터, 특히 제 2 기판으로 전사되는 것에 의해 이용될 수 있다.
단, 레이저 방사를 이용한 2차 전사 프로세스에서는 마이크로-기능 엘리먼트들의 전사를 반드시 수행해야 하는 것은 아니다. 일부 방법 변형예들에서, 전사 기판으로부터 멀리 향하는 마이크로-기능 엘리먼트들의 자유 표면들이 제 2 기판의 접착제 층과의 접착 접촉을 하게 한 다음 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들과 전사 기판 사이의 접속이 해제되는 방식에 의해 복합 배열체를 형성하기 위해 전사될 마이크로-기능 엘리먼트들을 갖는 전사 기판이 제 2 기판에 접속되는 방식으로 레이저 방사의 사용없이 제 2 전사 단계에서 수행될 본딩 단계를 위한 제공이 이루어진다.
이는, 예를 들어, 전사 기판으로서 UV 다이싱 테이프를 사용하여 실현될 수 있으며, 그의 접착력은 적합한 UV 램프의 도움으로 조사에 의해 충분히 감소될 수 있다. 선택적으로, 접착력이 제 2 기판의 접착제 층의 접착력보다 현저히 낮은 다이싱 테이프를 사용하는 것도 가능하다. 이어서, 접착력이 감소되지 않으면서 테이프를 떼어낼 수 있다. 선택적으로, 이러한 목적을 위해, 접착력이 다이싱 동안 다이를 견고하게 유지하기에 충분히 높지만 다이가 다이 본더 또는 픽 앤 플레이스(Pick & Place) 디바이스에 의해 쉽게 제거되기에 충분히 낮은 표준 다이싱 테이프를 사용하는 것이 가능하다. 필요하다면, 그 자체로 공지된 보조제가 다이싱 테이프를 부드럽게 떼어내기 위해 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 마이크로구조화된 컴포넌트들을 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 제어 유닛, 제어 유닛에 의해 제어 가능한 레이저 프로세싱 유닛을 갖는 레이저 프로세싱 스테이션, 프로세싱될 워크피스를 수용하기 위한 워크피스 홀딩 디바이스, 및 또한 제어 유닛의 이동 신호에 응답하여 레이저 프로세싱 스테이션의 프로세싱 포지션에서 프로세싱될 워크피스를 포지셔닝하기 위한 워크피스 이동 시스템을 포함한다. 시스템은 클램핑 프레임에서 연신되는 방식으로 클램핑된 다이싱 테이프에 의해 형성된 전사 기판을 제조 및 핸들링하기 위한 디바이스에 의해 특징화되며, 다이싱 테이프는 표면 장력 하에서 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름을, 베이스 필름에 부착되어 다이싱 테이프에 마이크로-기능 유닛들을 임시로 고정하기 위한 접착제 층을 함께 포함한다.
디바이스들은 다음 컴포넌트들: 프레임 상에 미연신된 다이싱 테이프를 장착하고 그리고 이미 연신된 다이싱 테이프 상에 성장 기판을 장착하기 위한 웨이퍼 마운터; 다이싱 테이프를 연신하여 클램핑 프레임 상에 장착하기 위한 다이 매트릭스 익스팬더; 성장 기판과 마이크로-기능 유닛들 사이의 접착력을 감소시키고/시키거나 열 다이싱 테이프들의 접착력을 감소시키기 위한 가열 시스템; UV 감응 다이싱 테이프들의 접착력을 감소시키기 위한 UV 램프 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 추가의 이점 및 양태는 도면을 참조하여 아래에 설명되는 본 발명의 예시적인 실시형태들의 설명 및 청구항들로부터 명백해진다.
도 1 은 금속 프레임에 장착된 미연신 다이싱 테이프를 도시한다.
도 2 는 다이싱 테이프가 신장된 다음 클램핑 프레임에서 신장된 상태로 고정되는 확장 동작을 도시한다.
도 3 은 하나의 예시적인 실시형태에 따른 완성된 전사 기판을 도시한다.
도 4 및 도 5 는 성장 기판으로부터 전사 기판으로의 마이크로-기능 엘리먼트들의 제 1 전사 단계의 2개의 페이즈들 (전사 기판 상에 성장 기판의 전방면을 통한 전사 기판의 장착/배치 및 가압) 을 도시한다.
도 6 및 도 7 은 도 6 의 성장 기판과 전사 기판 사이의 레이저 리프트-오프 (LLO) 및 도 7 의 성장 기판과 전사 기판 사이의 레이저 유도 순방향 전사 (LIFT) 에 사용되는 레이저 프로세싱 스테이션의 컴포넌트들을 개략적으로 도시한다.
도 8 은 상부에서 마이크로-기능 엘리먼트들이 여전히 부착되어 있는 전사 기판 및 하부에서 상방을 향하는 접속 구조를 갖는 디스플레이 기판을 포함하는 층 복합체의 조사 동안의 레이저 프로세싱 스테이션을 도시한다.
도 9 및 도 10 은 LLO 단계로서 구현된 제 1 전사 단계를 개략적으로 도시한다.
도 11 은 UV 방사를 조사하는 동안 도 8 과 유사한 층 복합체를 개략적으로 도시한다.
도 12 는 LIFT 단계로서 구현된 제 2 전사 단계를 개략적으로 도시한다.
레이저 프로세싱 방법을 사용하여 마이크로전자 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법 및 시스템의 예시적인 실시형태들이 아래에 제시되어 있다. 마이크로 전자 컴포넌트들 각각은 기판에 적용된 다수의 마이크로-기능 엘리먼트을 포함한다. 예시적인 실시형태들에서 가장 중요한 적용 분야는 마이크로 LED 디스플레이의 제조이다. 이러한 디스플레이는 디스플레이의 개별 픽처 엘리먼트들 또는 픽셀들을 형성하도록 의도된 마이크로 발광 다이오드 (μLED) 들의 어레이를 캐리하는 기판 (디스플레이 기판) 을 포함한다. 후자는 전기 공급 구조에 적용된다. 마이크로-LED는 다층 구성의 광전자 마이크로-기능 엘리먼트이다.
레이저 프로세싱은 레이저 프로세싱 스테이션의 적어도 하나의 방법 단계에서 수행된다; 상기 레이저 프로세싱은 또한 1 마이크로미터 또는 수 마이크로미터 크기 정도의 전형적인 구조 크기를 갖는 마이크로 구조체를 프로세싱 및/또는 제조하는 데 사용될 수 있기 때문에 레이저 마이크로 프로세싱으로서 지칭될 수 있다.
이하에서 설명되는 예시적인 실시형태들에서, 상업적으로 이용가능한 다이싱 테이프들은 새로운 용도, 즉 전사 기판으로서 이용된다.
통상의 다이싱 테이프를 웨이퍼에 접속하는 프로세스는 일시적인 접속을 수반하며, 이는 웨이퍼 프로세싱 후에 다이싱 테이프가 어떠한 잔류물도 없이 제거될 수 있다는 효과에 최적화되었다. 더욱이, 다이싱 테이프는 찢어짐 없이 상당한 양만큼 확장/신장될 수 있도록 설계된다. 적어도 100%에 의한 확장이 통상적으로 가능하며; 최대 확장은 최대 300% 또는 최대 500% 이상일 수 있다.
청구된 발명의 범위 내의 다이싱 테이프의 사용의 하나의 이점은, 마이크로일렉트로닉스에서, 초세정 환경에서 그리고 치수 및 특성과 관련하여 극히 높은 정밀도로 적용하기 위해 개발되었고, 그에 대응하여 높은 품질로 그리고 대량으로 (예를 들어, 롤 제품 (roll goods) 으로서) 비용 효율적인 방식으로 이용가능하다는 것이다. 또한, 테이프를 적용 및 연신 (확장) 하기 위한 다이싱 보조 디바이스 (dicing ancillary device) 형태의 산업적 솔루션은 수동 및 자동화 솔루션으로 상업적으로 이용 가능하다.
본 발명자들은 다이싱 테이프로, 임시 캐리어 (temporary carrier) 또는 전사 기판 (transfer substrate) 으로서 유리하게 사용될 수 있는 고도로 개발된 제품이 이용가능하다는 것을 인식하였다. 이에 반해, μ-LED 전사를 위해 웨이퍼들을 임시적으로 장착하기 위한 전용 테이프 또는 전용 접착제의 개발은 높은 비용을 야기하고 시간 소모적인 개발을 의미한다. 이러한 비용은 제조된 컴포넌트의 제조가 적어도 일정하게 유지되는 최종 제품의 품질과 함께 종래보다 더 비용 효율적으로 실현되도록 절약될 수 있다.
먼저, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 전사 기판 (250)(도 3 에서 완성된 전사 기판) 을 제조하기 위한 준비 방법 단계들을 설명한다.
도 1 에 사용된 다이싱 테이프 (100) 는 예를 들어 PVC 와 같은 탄성적으로 연신가능한 폴리머로 구성될 수 있는 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름 (102) 을 포함한다. 단일 플라이 또는 복수의 플라이들로서 구성될 수 있는 접착제 층 (104) 또는 부착 층이 베이스 필름 (102) 의 일방 면에 적용된다. 전형적인 테이프 두께 (베이스 필름 플러스 접착제 층) 는 예를 들어 80 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위일 수 있으며, 접착제 층은 총 테이프 두께의 일부분 (예를 들어, 10 ㎛ 내지 20 ㎛) 만을 차지한다.
여기에 설명된 실시형태에서, 다이싱 테이프 (100) 는 웨이퍼/필름 프레임 테이프 어플리케이터 (도시되지 않았지만, 당업자에게 알려져 있음) 의 도움으로 평면의 링형 금속 프레임 (110) 상에 접착제 면 (104) 에 의해 먼저 장착된다. 이어서, 프레임화된 다이싱 테이프 (100), 즉 금속 프레임 (110)(도 1) 에 의해 안정화된 가요성 다이싱 테이프 (100) 가 존재한다. 아직 장력 하에 있지 않은 다이싱 테이프 (100) 는 매끄러운 방식으로 놓이지만, 로딩 시에 변형될 수 있다. 예로서, 장착된 에피택셜 웨이퍼의 중량은 처짐을 초래할 것이다.
로딩의 경우에도 다이싱 테이프 (100) 가 치수적으로 안정하게 유지되도록, 제 2 단계에서, 다이 매트릭스 익스팬더 (die matrix expander)(그 전체가 도시되지 않았지만, 당업자들에게 알려져 있음) 를 사용하여 모든 측면들에서 신장 또는 확장된다. 이러한 확장 동작을 "연신"이라고도 하며, 이는 도 2 에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 목적을 위해, 먼저 바람직하게는 원형으로 폐쇄된 홀딩 링 (202)(예를 들어, 플라스틱으로 구성됨) 이 다이 매트릭스 익스팬더의 수직으로 이동가능한 램 (210) 내로 삽입된다. 이어서, 프레임화된 다이싱 테이프 (100) 를 삽입하고, 프레임 (110) 을 다이 매트릭스 익스팬더에 고정한다. 그 후, 홀딩 링 (202) 이 삽입된 램 (210) 은 금속 프레임 (110) 에 대해 정해진 양만큼 상방으로 이동되고, 그 결과 다이싱 테이프 (100) 는 원하는 확장을 경험하고 모든 방향으로 균일하게 작용하는 표면 장력 하에 있다. 확장은 100% 이상, 예를 들어 200% 내지 500%의 범위일 수 있고, 임의로 그 초과 또는 그 미만일 수 있다.
그 후, 제 2 홀딩 링 (204)(예를 들어, 플라스틱 링) 이 제공되며, 그 내경은 제 1 홀딩 링 (202) 의 외경보다 최소한으로 더 크다. 제 2 홀딩 링은 다이싱 테이프 (100) 의 에지 상으로 팽팽하게 밀려서, 다이싱 테이프 (100) 가 2개의 플라스틱 링들 (제 1 홀딩 링 또는 내부 링(202) 및 제 2 홀딩 링 또는 외부 링 (204)) 사이의 인장 하에 클램핑되고 제거 후에 다시 이완되지 않게 한다. 장력 하에서 유지되지 않는 프레임 (110) 을 갖는 다이싱 테이프의 외측 부분들은 이제 절단되고, 2개의 링들 (202, 204) 에 의해 표면 장력 하에서 유지되는 내측 장력의 다이싱 테이프는 제거된다.
2개의 홀딩 링 (내부 링 (202), 외부 링 (204)) 은 비틀림 강성 클램핑 디바이스 (200) 를 형성하고, 이는 팽팽한 고막의 경우와 유사한 방식으로 모든 측면에서 표면 장력 하에서 링 또는 클램핑 디바이스에 의해 둘러싸인 영역에서 다이싱 테이프 (100) 를 유지한다. 외력이 없는 경우, 인장된 얇은 다이싱 테이프는 평면 형상을 취하며; 이는 이제 전사 기판으로서 사용될 수 있다.
도 3 은 완성된 전사 기판 (250) 및 전사 기판 (250) 의 층 구조를 설명하기 위한 확대된 세부 발췌부를 도시한다. 평면 전사 기판 (250) 은 평면 클램핑 프레임 (200) 에서 연신된 방식으로 클램핑되어 표면 장력 하에서 클램핑된 다이싱 테이프 (100) 에 의해 형성되며, 상기 다이싱 테이프는 탄성적으로 연신된 베이스 필름 (102) 및 그의 일 측면에 부착된 접착제 층 (104) 을 포함한다. 다양한 방법의 변형예에서, 이 전사 기판 (250) 은 다른 기판들 사이에 마이크로-기능 엘리먼트들을 전사하는 맥락에서 마이크로-기능 엘리먼트들에 대한 임시 캐리어로서 사용될 수 있다.
(제 1 기판이 나중에 장착되는 영역에서) 다이싱 테이프 (100) 의 접착제 층 (104) 이 이들 제조 단계들 동안 여전히 얇은 보호 필름을 지지하는 것이 가능하며, 보호 필름은 오염 및 손상으로부터 다이싱 테이프의 접착면을 보호하고, 전사 기판의 사용 전에만 제거된다. 이러한 목적을 위해, 일반적으로 라이너 (보호 필름) 는, 예를 들어 나이프 또는 레이저에 의해 원형 방식으로 선택적으로 절단되어, 후속 풀링 오프 (pulling off) 동안 라이너의 외측 영역만이 제거되고 (프레임 및 클램핑 링들을 장착하기 위해), 제 1 기판이 나중에 장착되는 영역이 여전히 보호된 상태로 유지된다. 대안적으로, 라이너는 또한 완전히 풀링 오프될 수 있고, 보호 필름의 준비된 원형 피스가 새롭게 적용될 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5 를 참조하여, 다층 구성의 μLED들의 형태의 제 1 전사 단계 마이크로-기능 엘리먼트 (450) 가 제 1 기판 (400) 으로부터 전사 기판 (250) 으로 전사되는 제 1 전사 단계를 설명한다. 이를 준비하기 위해, 예시적인 실시형태에서, 성장 기판 (400) 의 형태인 제 1 기판 (400) 이 제공되며, 이는 제 1 공간 배열로 제 1 기판 (400) 의 제 1 면 (402) 상에 배열된 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 캐리한다.
도 4 는 플랫 사파이어 웨이퍼의 형태인 성장 기판 (400) 을 상부 부분에 도시한다. 에피택셜 성장에 의해, 갈륨 질화물 (GaN) 로 구성된 p-도핑된 및 n-도핑된 반도체 층들이 성장 기판 (400) 의 전방 면 (402)(제 1 면) 상에 형성되고, 상기 전방면은 높은 정밀도로 평면형 방식으로 프로세싱되었다. 따라서, 성장 기판은 또한 에피택셜 웨이퍼로 지칭된다. 성장 기판 (400) 에 대한 경계 영역에 있어서, 얇은 버퍼 층 (452) 이 형성된다. 버퍼 층은 예컨대 도핑되지 않은 GaN 으로 구성된 별도의 층 또는 제 1 GaN 층의 얇은 부분적인 층일 수 있다. GaN 층들은 일반적으로 수 ㎛ 의 두께를 각각 가지며, 다양한 GaN 층들의 전체 두께는 예컨대, 10 ㎛ 미만일 수 있다. 추가의 프로세싱 전에, 개별 컴포넌트들의 제조를 위해 또는 그 제조를 준비하기 위하여, 예를 들어, 레이저 프로세싱에 의해 GaN 층들이 구조화될 수 있다.
일반적으로 수 ㎛ 의 두께를 갖는 접속 층은 예를 들어, 기상 증착에 의해 GaN 층 스택에 적용된다. 상기 접속 층은, 예컨대, 금, 백금, 크롬 또는 다른 금속들로 구성될 수 있다. 상기 접속 층의 도움으로, 그 위에 위치된 마이크로-기능 엘리먼트 (450) 를 갖는 성장 기판 (400), 즉 GaN 층 스택은 전사 기판 (250) 의 접착적으로 작용하는 접착제 층 (104) 에 접속된다. 이러한 장착 단계는 웨이퍼/필름 프레임 테이프 어플리케이터의 도움으로 반자동으로 수행된다. 이를 위해, 먼저 다이싱 테이프 (100) 는 접착성 표면 또는 접착제 층 (104) 이 상방을 향하도록 삽입된다. 이어서 μ-LED 다이를 갖는 웨이퍼를 테이프의 접착 표면에 대해 포지셔닝된다 (도 4). 그 후, 웨이퍼는 롤러 (460) 의 도움으로 프로세스-온 힘 (F) 하에서 다이싱 테이프 (100) 의 접착성 표면 상에 고정적으로 가압된다 (도 5).
이는 탑재된 웨이퍼, 즉 성장 기판 (400) 및 그 위에 성장된 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 포함하는 층 복합체 (layer composite) 의 형태로 도 5 에 도시된 워크피스 (500) 를 야기하며, 이들은 그들의 자유 상부면들에 의해 전사 기판 (250) 의 접착제 층 (104) 에 부착된다.
그 다음, 장착된 웨이퍼는 LLO 프로세스를 위해 레이저 프로세싱 스테이션 (600) 의 워크피스 홀딩 디바이스 내에 삽입된다. 워크피스 홀딩 디바이스는 포지션적으로 정의된 방식으로 워크피스 (500) 의 클램핑 프레임 (200) 을 수용할 수 있도록 하기 위해 그 상단부에 링 형상의 수용 그루브를 갖는다.
도 6 및 도 7 은 적합한 레이저 프로세싱 스테이션 (600) 의 일부 컴포넌트를 개략적으로 도시한다. 레이저 프로세싱 스테이션은 도 6 의 경우에 성장 기판과 전사 기판 사이에 레이저 리프트-오프 (LLO) 의 방법을 위해 그리고 도 7 의 성장 기판과 전사 기판 사이의 레이저-유도 순방향 전사 (LIFT) 를 위해 구성된다.
레이저 프로세싱 스테이션 (600) 은 대략 248 nm의 레이저 파장을 갖는 레이저 빔 (605), 즉 심자외선 범위 (DUV) 에서의 레이저 방사를 방출하는, KrF 엑시머 레이저 형태의 레이저 방사 소스 (612) 의 레이저 방사와 함께 작동하는 레이저 프로세싱 유닛 (610) 을 포함한다. 레이저 빔은 시스템 좌표계의 x축에 평행한 수평 방향으로 방사된다.
일부 다른 방식으로 확장 및/또는 조정된 레이저 빔은 마스크 평면 (608) 에 배열되고, 각 경우 부분 빔들의 그룹이 나타나도록 부분 빔들을 투과시키는 애퍼처들 또는 개구들 (609) 의 그리드 배열을 포함하는 마스크 (607) 를 통과하며, 이는 병렬 프로세싱 (워크피스에 대한 다수의 위치들에서의 동시 프로세싱들) 을 가능하게 한다. 마스크는 일반적으로 동일한 방식으로 형성된 수백 또는 수천 개의 마스크 개구 (609) 를 가질 수 있다 (상세 참조). 마스크 개구들은 다양한 형상, 예를 들어 정사각형, 부등변 직사각형 등일 수 있다.
부분 빔의 광선은 빔 편향 디바이스 (615) 에서 편향된 다음 (z 방향에 평행한) 레이저 프로세싱 유닛 (610) 의 주축 (616) 에 대해 실질적으로 수직으로 또는 평행하게 또는 프로세싱될 워크피스 (500) 의 방향으로 하방으로 주축에 대해 다소 예각으로 전파된다. 빔 편향 디바이스 (615) 는 합성 용융 실리카로 구성된 평면 평행 기판을 가지며, 이 기판의 평면 표면은 레이저 방사에 대해 반사율이 높은 유전체 코팅으로 코팅된 점에 기인하여 반사성 빔 편향 표면 (618) 으로 구현된다. 마스크 평면 (608) 의 조명된 마스크 개구들 (609) 의 배열은 이미징 렌즈 (620) 의 도움으로 레이저 프로세싱 유닛 (610) 의 프로세싱 평면 (622) 에 이미징된다. 이미징 렌즈 (620) 의 광축은 레이저 프로세싱 유닛의 주축 (616) 을 정의하거나 그에 대응한다. 이미징은 확대, 축소 또는 사이징 유지 (1:1 이미징) 가 가능하다. 이 예에서는 마스크 평면에서와 동일한 강도 분포가 처리 평면에 존재하지만 규모는 축소되었다.
레이저 프로세싱 스테이션 (600) 은 제어 유닛 (690) 의 이동 신호들에 반응하여 레이저 프로세싱 스테이션의 원하는 프로세싱 포지션에 프로세싱될 워크피스를 포지셔닝하도록 설계되는 워크피스 이동 시스템 (660) 을 포함한다.
도 6 에서의 구성의 경우에, 워크피스 이동 시스템 (660) 은 제 1 기판 테이블 (665) 을 포함하며, 이 테이블은 워크피스 홀딩 디바이스로서 역할을 하고 시스템 좌표 시스템의 (수평) x-y-평면에 평행하게 이동될 수 있고 그리고 또한 (z-방향에 평행하게) 수직 방향으로 원하는 포지션으로 정확하게 변경할 수 있고 또한 수직 회전 축 (파이 축) 을 중심으로 회전될 수 있다. 이러한 목적으로, 예시의 경우 정밀하게 제어가능한 전기적 다이렉트 드라이브가 제공된다.
도 7 의 구성에서, 제 2 기판 테이블 (670) 은 제 1 기판 테이블 (665) 위에 배열되고 마찬가지로 수평으로 (xy 평면에 평행하게) 및 또한 수직으로 (z 방향에 평행하게) 임의의 원하는 방향으로 제어된 방식으로 이동될 수 있고 또한 수직 축을 중심으로 회전될 수 있다. 레이저 프로세싱 스테이션 (600) 은 양쪽 기판 테이블들을 포함할 수 있지만, 도 6 의 방법 단계에서는 제 2 기판 테이블이 이용되지 않고 따라서 도시되지 않는다.
마스크 (607) 는 제어 유닛의 제어 하에서 (y-z 평면에 평행한) 마스크 평면 (608) 에서의 마스크 (607)의 변위 및 x 방향에 평행한 축을 중심으로의 마스크의 회전을 허용하는 마스크 이동 시스템 (예시되지 않음) 에 의해 캐리된다.
도 6 의 상황에서, 레이저 프로세싱 스테이션 (600) 은 레이저 리프트 오프 (LLO) 를 위해 설계된다. 장착된 웨이퍼, 즉, 전사기판 (250) 과 성장 기판 (400) 을 포함하고 그리고 또한 기판들 사이에 배열되어 기판위에 유지되어 있는 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 포함하는 영역 복합체의 형태로 된 워크피스 (500) 는 그 후 LLO 프로세스에 대한 레이저 프로세싱 스테이션의 워크피스 홀딩 디바이스로 삽입된다. 이 때, 성장 기판 (400) 의 후방면은 상방을 향하며, 레이저 방사를 위한 입사 표면으로서 역할을 한다.
이후, LLO 프로세스가 수행된다. 예시의 경우에, 모든 다이들은 국소적으로, 즉 인터스페이스들이 아니라 다이들로만 조사된다.
도 6 은 영역적 접속의 해제 전에 워크피스 또는 배열체를 도시한다 (또한 도 9 참조). 상부 플랫 기판 (400) 은 성장 기판 (400) 이며, 이는 또한 이것이 나중에 상부에 적용된 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 제공하기 때문에 이 경우 도너 기판으로서 지칭된다. 제 1 기판 테이블 (665) 상에 지지되는 전사 기판 (250) 은 기능 엘리먼트들 (450) 을 받아들이거나 수용하기 때문에 억셉터 기판으로서 기능을 한다. 이에 의해 캐리되는 GaN 스택들을 갖는 어셉터 기판 (전사 기판 (250)) 은 마이크로전자 컴포넌트를 제조하는 추가의 단계들에 대한 베이스로서 역할을 한다.
레이저 리프트 오프 방법에서, 워크피스 (500) 는 프로세싱 평면 (622) 이 레이저 프로세싱에 의해 그 사이의 영역적 접속을 해제하기 위하여 도너 기판 (400) 과 GaN 엘리먼트들 (450) 사이의 영역에 존재하도록 포지셔닝된다. 이 경우, 성장 기판과 GaN 엘리먼트들 사이의 경계 영역에 위치하는 버퍼 층 (452) 은 레이저 방사에 의해 파괴된다 (또는 얄은 Ga층과 기체 상태의 질소를 남기도록 분해된다). 이 경우, 레이저 조사는 레이저 투명성 성장 기판 (400) 을 통과하여 실시된다.
버퍼 층의 영역에서의 접속은, 기판에 부착되는 전사된 마이크로-기능 엘리먼트들을 갖는 전사 기판과 성장 기판이 쉽게 서로 분리될 수 있도록 하는 범위까지 레이저 조사에 의해 단지 약화되는 것이 가능하다 (도 10 참조).
하나의 방법의 변형예에서, μLED들을 갖는 성장 기판 (400) 및 인장된 다이싱 테이프를 갖는 복합체는 LLO 후에 열처리 (가열 처리) 를 수행받는다. 이는 바람직하게는 대략 50 ℃의 온도에서 대략 10분 동안 실시된다. 그 결과, 에피택셜 웨이퍼와 μLED들 사이의 접속은 더 약화되어, 에피택셜 웨이퍼는 (가열 처리 온도가 유지되는 상태에서) 비교적 적은 힘 작용으로 제거될 수 있다. 이어서, 온도는 점차적으로 실온으로 냉각된다.
방법의 유형에 따라, LLO 동안의 UV 조사는, μLED들 사이의 인터스페이스에서 예를 들어, 억셉터 기판 상에서 손상이 발생하지 않는 한, 예를 들어, 스캐닝된 라인 빔 (scanned line beam) 에 의해 큰 영역에 걸쳐 또한 수행될 수 있다. 정사각형 빔을 (X- 및 Y-방향으로) 스캐닝하는 것이 또한 가능할 것이다.
테이프 (다이싱 테이프 (100)) 는 초기에 연신된다. 이어서, 전사 기판으로서 작용하고 플레이트와 유사한 방식으로 거동하는 (드럼의 경우에서와 같이) 팽팽하게 인장된 테이프 (tutently tensioned tape) 가 제공되어, 에피택셜 웨이퍼 (400) 의 제거 후에 다이들의 위치들이 더 이상 변하지 않고 요구되는 높은 정확도가 보장된다. 도 5 및 도 6 의 예에서 사용된 μLED는 RGB LED이어서, 오직 하나의 유형의 에피택셜 웨이퍼만이 존재한다.
도 7 의 상황에서, 레이저 프로세싱 스테이션 (600) 은 성장 기판 (400)(도너) 으로부터 특정 자유 비행 경로를 통해 전사 기판(250)(어셉터) 의 접착제 측으로 μLED를 전사하기 위하여 LIFT 프로세스를 위해 설계된다. 후자는 제 1 기판 테이블 (655) 에 의해 제 위치에 유지되고; 레이저 다이오드가 장착될 접착제 상부면은 상방으로 지향된다. 레이저 방사에 대해 투명한 성장 기판 (400) 은 제 2 기판 테이블 (667) 에 의해 유지되고, 하방으로 지향된 마이크로-전자 기능 엘리먼트들 (450) 을 캐리한다. 포지션적으로 정확하게 방사되는 레이저 빔에 의해 그 후 전사될 마이크로 LED는 도너 기판 (400) 에서 떼어내져 억셉터 기판 (250) 으로 전사된다. 전사될 마이크로-기능 엘리먼트 (450) 의 비행 범위의 척도인 도너-억셉터 간격 (658) 은 일반적으로 30 ㎛ 내지 500 ㎛, 특히 80 ㎛ 내지 200 ㎛ 이다.
LIFT 프로세스는 마이크로-기능 엘리먼트들의 선택된 서브세트만을 전사 기판 (250) 에 전사하기에 특히 적합하다. 에피택셜 웨이퍼로부터 다이싱 테이프로의 전사가 LIFT에 의해 실시되면, 예를 들어, 3개의 상이한 에피택셜 웨이퍼들 (적색, 녹색 및 청색) 로부터 μLED들을 전사하는 것이 또한 가능하다.
제 2 전사 단계의 준비에서, μLED들을 갖는 다이싱 테이프 (전사 기판) 는 이어서 제거되고 뒤집혀서, 마이크로-기능 엘리먼트 (450) 가 아래를 향하도록 한다. 그 후, μLED들은 제 2 기판(700) 상에, 즉 본 예의 경우 예를 들어 접착제에 의해 디스플레이 전방면 유리 상에 본딩된다.
도 8 은 레이저 프로세싱 스테이션 (600) 의 기판 테이블 상으로의 본딩 후 및 배치 후의 결과적인 층 복합체의 구성을 도시한다. 마이크로-기능 엘리먼트들이 여전히 부착되어 있는 전사용 기판 (250) 은 이때 상부에 있고 전방 유리 (700) 는 하부에 있다. 이 변형예에서, μLED들은 전방 유리 상에 장착되고, μLED들을 갖는 전방 유리는 나중의 프로세싱 단계에서 백플레인과 접촉한다. 그 결과, 백플레인은 UV 방사에 노출되지 않는다. 접속 구조체 (백플레인)(702) 가 상방으로 지향되는 디스플레이 전방 유리 (700) 가 하부에 배열되고 μLED들이 백플레인 상에 본딩되는 것이 또한 가능하다.
다음 단계 (도 8 또는 도 11 참조) 에서, UV 다이싱 테이프 (전사 기판) 는 상부에 위치된 그 후면으로부터 UV 광자들 (작은 별 기호) 로 조사된다. 그 결과, 하방으로 향하는 접착제 층의 접착 강도는 대폭 감소하여 힘 작용이 거의 없이 μLED들로부터 떼낼 수 있다.
적합한 UV 램프에 의한 대면적 조사가 일반적으로 이러한 목적에 적합하다. 대안적으로, 다이들이 위치되는 포지션들은 또한 UV 레이저들에 의해 이것이 떼어놓기를 상당히 용이하게 한다면 또는 μLED들의 일부분의 선택적 떼어내짐이 요구된다면 다시 선택적으로 조사될 수 있다.
방법은 μLED 기술에 따라 또한 변경될 수도 있다. 이와 관련하여, 전사 기판 (250)(다이싱 테이프) 으로부터 제 2 기판 (여기서, 예를 들어 백플레인을 갖는 디스플레이 기판(700)) 으로의 μLED들의 전사는 또한 LIFT에 의해 실시될 수 있다 (도 12 참조). 필요하다면, 부가적인 전사 단계가 디스플레이 상의 μLED들의 정확한 배향을 제공하기 위해 삽입될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법으로서,
    특히, 전기 공급 구조체 상에 픽셀-형성 마이크로-발광 다이오드들 (pixel-forming micro-light-emitting diodes) 의 어레이를 캐리하는 기판을 포함하는 마이크로-LED 디스플레이를 제조하기 위한 방법이며,
    레이저 프로세싱이 제어 유닛의 제어 하에 레이저 프로세싱 스테이션에서의 적어도 하나의 방법 스테이지에서 수행되며,
    상기 방법은 하기 단계들:
    제 1 기판 (400) 을 제공하는 단계로서, 상기 제 1 기판은 상기 제 1 기판 (400) 의 제 1 면 (402) 상에서 제 1 공간 배열로 배열되는 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 캐리하는, 상기 제 1 기판 (400) 을 제공하는 단계;
    제 1 전사 단계에서 상기 제 1 기판 (400) 으로부터 전사 기판 (250) 으로 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 전사하는 단계;
    상기 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 이 제 2 기판 (700) 상에 제 2 공간 배열로 배열되도록 하는 방식으로 제 2 전사 단계에서 상기 전사 기판 (250) 으로부터 상기 제 2 기판 (700) 으로 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 전사하는 단계를 포함하고,
    사용된 상기 전사 기판 (250) 은 클램핑 프레임 (200) 에 연신 방식으로 클램핑되는 다이싱 테이프 (100) 이며, 상기 다이싱 테이프는 표면 장력 하에서 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름 (102) 을, 상기 베이스 필름에 부착되어 상기 다이싱 테이프 (100) 에 마이크로-기능 유닛들을 임시로 고정하기 위한 접착제 층 (104) 과 함께 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 (400) 이 성장 기판이고, 상기 마이크로-기능 엘리먼트들은 상기 제 1 기판(400) 상에 제조되고/되거나 상기 제 2 기판 (700) 은 상기 마이크로 구조화된 컴포넌트의 기판인 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    사용된 상기 다이싱 테이프는 접착제 층을 포함하는 UV-감응 다이싱 테이프이고, 상기 UV-감응 다이싱 테이프의 접착력은 고체 바디부들에 대하여 자외선광에 의한 조사에 의해 미조사된 상태에 존재하는 제 1 접착력으로부터 상기 제 1 접착력에 비해 감소된 제 2 접착력으로 낮추어질 수 있거나, 또는 상기 사용된 다이싱 테이프는 접착제 층을 포함하는 열 박리 다이싱 테이프이고, 상기 열 박리 다이싱 테이프의 접착력은 고체 바디부들에 대하여 가열에 의해, 실온에서 존재하는 제 1 접착력으로부터 상기 제 1 접착력에 비해 감소된 제 2 접착력으로 낮추어질 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전사 단계 동안에 본딩 단계에서, 상기 전사 기판 (250) 은 상기 제 1 기판 (400) 으로부터 멀리 향하는 상기 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 의 자유 표면들이 프레스-온 힘 (press-on force) 의 작용 하에서 다이싱 테이프 (100) 의 접착제 층 (104) 과 접착 접촉함으로써 복합 배열체를 형성하기 위해 상기 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 캐리하는 상기 제 1 기판 (400) 에 접속되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전사 단계는 레이저 프로세싱 스테이션에서 레이저 방사에 의해 복합 배열체의 조사를 포함하고, 상기 제 1 기판과 전사될 상기 마이크로-기능 엘리먼트들 사이의 접착력은 공간 선택적 또는 영역-커버링 레이저 방사에 의해 감소되며, 바람직하게는, 레이저 조사는 상기 제 1 기판과 전사될 상기 마이크로-기능 엘리먼트들 사이에 작용하는 접착력이 전사될 상기 마이크로-기능 엘리먼트들과 상기 접착제 층 (104) 사이에 작용하는 접착력 미만이 되도록 하는 방식으로 수행되고/되거나 바람직하게는, 360 nm 미만의 파장을 갖는 자외선 레이저 방사, 특히, 248 nm 엑시머 레이저의 레이저 방사가 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    레이저 조사에 추가하여, 상기 복합 배열체는 열 처리가 수행되며, 상기 열 처리의 온도 프로파일 및 지속기간은 상기 제 1 기판 (400) 과 전사될 상기 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 사이에 작용하는 접착력이 상기 열처리에 의해 감소되는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전사 단계의 종료 시에, 전사된 마이크로-기능 유닛들이 제공된 상기 전사 기판 (250) 은 상기 제 1 기판으로부터 떼어내지고, 가능하게는 전사된 마이크로-기능 유닛들 (450) 과 상기 제 1 기판 (400) 사이의 접속의 분리와 함께 그 위에 남아있는 마이크로-기능 유닛들로부터 떼어내어지는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전사 단계는 상기 제 1 기판 (400) 의 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 과 상기 전사 기판 (250) 사이의 터칭 접촉 없이 LIFT (laser-induced forward transfer) 방법에 의해 수행되며, 바람직하게는 마이크로-기능 엘리먼트들의 제 1 공간 배열과 제 2 공간 배열은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전사 단계에서 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 상기 전사 기판 (250) 으로부터 제 2 기판 (700) 으로 전사하는 것은 레이저 방사의 작용 하에서 레이저 프로세싱 스테이션 (600) 에서 수행되며, 바람직하게는 하기 그룹:
    (i) 상기 전사 기판 (250) 에 의해 캐리된 개별적인 또는 모든 마이크로-기능 유닛들이 상기 레이저 방사에 의해 상기 전사 기판 (250) 으로부터 비행 경로를 통하여 접착 층이 제공되는 상기 제 2 기판 (700) 으로 전사되는 것에 의해 LIFT (laser-induced forward transfer) 가 사용되는 것,
    (ii) 상기 전사 기판 (250) 에 의해 캐리되는 마이크로-기능 유닛들이 먼저 상기 제 2 기판 상에 본딩되고, 상기 전사 기판 (250) 이 작은 힘 작용으로 제거될 수 있는 방식으로 상기 전사 기판 (250) 에 의해 캐리되는 개별적인 또는 모든 마이크로-기능 유닛들의 상기 전사 기판 (250) 에 대한 접착력이 UV 레이저 방사에 의해 감소되는 것에 의해 LLO (laser lift-off transfer) 가 사용되는 것
    으로부터 방법 변형예가 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전사 단계에서 마이크로-기능 엘리먼트들 (450) 을 상기 전사 기판 (250) 으로부터 상기 제 2 기판 (700) 으로 전사하는 것은 상기 전사 기판 (250) 에 의해 캐리되는 마이크로-기능 유닛들이 먼저 상기 제 2 기판 상에 본딩되는 것에 의해 그리고 상기 전사 기판 (250) 이 작은 힘 작용으로 제거될 수 있는 방식으로 상기 전사 기판 (250) 에 의해 캐리되는 마이크로-기능 유닛들의 상기 전사 기판 (250) 에 대한 접착력이 UV 방사에 의해, 특히 UV 램프에 의해, 또는 온도 증가에 의해, 특히 가열 접촉 또는 열 방출기들에 의해 프로세싱 스테이션에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  11. 기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하는 방법에서 마이크로-기능 유닛들을 임시로 고정하기 위한 전사 기판을 제조하기 위하여 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름 (102) 및 상기 베이스 필름에 부착된 접착제 층 (104) 을 포함하는 다이싱 테이프 (100) 의 용도.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다이싱 테이프 (100) 는 클램핑 프레임 (SR) 에 클램핑된 다이싱 테이프가 클램핑 프레임에 의해 둘러싸인 유용한 영역에서 표면 장력 하에 있고 한정된 방식으로 탄성적으로 순응하고 마이크로-기능 엘리먼트들을 수용하기 위하여 제공되는 면 상에 접착제 층 (104) 을 포함하는 평면 전사 기판 (250) 을 형성하도록 하는 방식으로, 영역적으로 확장되어 클램핑 프레임 (200) 에 클램핑되는 것을 특징으로 하는 다이싱 테이프 (100) 의 용도.
  13. 기판 상에 다수의 마이크로-기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템으로서,
    특히, 전기 공급 구조체 상에 픽셀-형성 마이크로-발광 다이오드들 (pixel-forming micro-light-emitting diodes) 의 어레이를 캐리하는 기판을 포함하는 마이크로-LED 디스플레이를 제조하기 위한 시스템이며,
    상기 시스템은,
    제어 유닛 (690);
    상기 제어 유닛에 의해 제어가능한 레이저 프로세싱 유닛 (610) 을 갖는 레이저 프로세싱 스테이션 (600);
    프로세싱될 워크피스를 수용하기 위한 워크피스 홀딩 디바이스;
    상기 제어 유닛 (690) 의 이동 신호들에 반응하여 상기 레이저 프로세싱 스테이션의 프로세싱 포지션에서 프로세싱될 워크피스 (500) 를 포지셔닝하기 위한 워크피스 이동 시스템 (660) 을 포함하고,
    상기 시스템은 클램핑 프레임 (SR) 에서 연신되는 방식으로 클램핑된 다이싱 테이프 (100) 에 의해 형성되는 전사 기판을 제조 및/또는 핸들링하기 위한 디바이스들을 포함하고, 상기 다이싱 테이프는 표면 장력 하에서 탄성적으로 연신가능한 베이스 필름 (102), 및 상기 베이스 필름에 부착되어 상기 다이싱 테이프에 마이크로-기능 유닛들을 임시로 고정하기 위한 접착제 층 (104) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    전사 기판을 제조 및/또는 핸들링하기 위한 디바이스들은 하기 디바이스들:
    (i) 프레임 (110) 상에 미연신된 다이싱 테이프 (100) 를 장착하고 그리고 또한 이미 연신된 다이싱 테이프 (100) 상에 제 1 기판 (400) 을 장착하기 위한 웨이퍼/필름 프레임 테이프 애플리케이터;
    (ii) 다이싱 테이프(100) 를 연신하여 클램핑 프레임 (200) 상에 장착하기 위한 다이 매트릭스 익스팬더;
    (iii) 제 1 기판 (400) 과 마이크로-기능 유닛들 (450) 사이의 접착력을 감소시키고/시키거나 열 다이싱 테이프들의 접착력을 감소시키기 위한 가열 시스템;
    (iv) UV 감응 다이싱 테이프들의 접착력을 감소시키기 위한 UV 램프;
    (v) 전사 기판 (250) 상의 마이크로-기능 유닛들 (450) 과 제 2 기판 (700) 사이의 본딩 접속을 생성하기 위한 디바이스
    중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
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