TW202032626A - 真空轉移裝置及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一種真空轉移裝置,包含半導體基板,其具有第一孔,位於半導體基板的頂部;吸嘴,位於半導體基板的底部並延伸向下;及第二孔,貫通吸嘴並位於半導體基板內以連通第一孔。
Description
本發明係有關一種微發光二極體,特別是關於一種形成真空轉移裝置的方法,可適用以轉移微發光二極體。
微發光二極體(microLED、mLED或μLED)顯示面板為平板顯示器(flat panel display)的一種,其係由尺寸等級為1~10微米之個別精微(microscopic)發光二極體所組成。相較於傳統液晶顯示面板,微發光二極體顯示面板具較大對比度及較快反應時間,且消耗較少功率。微發光二極體與有機發光二極體(OLED)雖然同樣具有低功耗的特性,但是,微發光二極體因為使用三-五族二極體技術(例如氮化鎵),因此相較於有機發光二極體具有較高的亮度(brightness)、較高的發光效能(luminous efficacy)及較長的壽命。
於製造微發光二極體顯示面板的過程中,必須拾取(例如使用真空吸力以吸取)個別的微發光二極體並轉移至顯示面板。傳統真空轉移裝置通常使用雷射或電磁(electromagnetic)加工技術來製造,這些技術耗費很多的工時及較高的成本,因此不能適用於製造大尺寸或高解析度顯示面板。
因此亟需提出一種新穎的真空轉移裝置,以克服傳統轉移裝置的缺失。
鑑於上述,本發明實施例的目的之一在於提出一種形成真空轉移裝置的方法,可適用以轉移微裝置,例如微發光二極體。本實施例使用半導體裝置製造技術,以經濟且簡單方式形成真空轉移裝置。
根據本發明實施例,形成真空轉移裝置的方法主要包含以下步驟。形成第一遮罩層於半導體基板的頂面,並蝕刻第一遮罩層以形成具第一孔的圖案,該第一孔貫通第一遮罩層。使用第一遮罩層為蝕刻遮罩以蝕刻半導體基板,以形成第一孔於半導體基板的頂部。形成第二遮罩層於半導體基板的底面,並蝕刻第二遮罩層以形成具吸嘴的圖案,該吸嘴對準於第一孔。使用第二遮罩層為蝕刻遮罩以蝕刻半導體基板,以形成吸嘴於半導體基板的底部並延伸向下。形成第三遮罩層於半導體基板的底面。蝕刻第二遮罩層以形成具第二孔的圖案,該第二孔貫通第二遮罩層。使用第二遮罩層與第三遮罩層為蝕刻遮罩以蝕刻半導體基板,以形成第二孔貫通吸嘴且位於半導體基板內以連通第一孔。
第一A圖至第一K圖的剖面圖顯示本發明實施例之形成真空轉移裝置(vacuum transfer device)的方法,可適用以轉移微裝置,例如微發光二極體(microLED)。可同時形成複數真空轉移裝置,以形成真空轉移陣列(vacuum transfer array)。
參閱第一A圖,提供半導體基板11。本實施例之半導體基板11可包含矽。第一遮罩(mask)層12可形成於半導體基板11的頂面。本實施例之第一遮罩層12為硬遮罩(hardmask),可作為後續製程步驟的蝕刻遮罩。本實施例之第一遮罩層12可包含氮化矽(Si3
N4
)、氧化矽(SiO2
)或金屬。第一光阻(photoresist)層13可形成於第一遮罩層12上,其中第一光阻層13的圖案(pattern)定義有第一孔131。對第一光阻層13進行微影(photolithographic)製程(例如曝光(exposure)與顯影(developing))後,使用第一光阻層13作為蝕刻遮罩以蝕刻第一遮罩層12,使得第一遮罩層12的圖案具有第一孔131,其(垂直)貫通第一遮罩層12,如第一B圖所示。
參閱第一C圖,使用第一遮罩層12作為蝕刻遮罩以蝕刻(例如乾式蝕刻)半導體基板11,以形成第一孔131於半導體基板11的頂部(top portion),但未貫通半導體基板11。接著,移除第一遮罩層12。在另一實施例中,保留第一遮罩層12於半導體基板11上。
參閱第一D圖,第二遮罩層14可形成於半導體基板11的底面。本實施例之第二遮罩層14為硬遮罩,可作為後續製程步驟的蝕刻遮罩。本實施例之第二遮罩層14可包含氮化矽(Si3
N4
)、氧化矽(SiO2
)或金屬。第二光阻層15可形成於第二遮罩層14下,其中第二光阻層15的圖案定義有吸嘴(nozzle)151,其對準(align)於第一孔131。對第二光阻層15進行微影製程(例如曝光與顯影)後,使用第二光阻層15作為蝕刻遮罩以蝕刻第二遮罩層14,使得第二遮罩層14的圖案具有吸嘴151,如第一E圖所示。
參閱第一F圖,使用第二遮罩層14作為蝕刻遮罩以蝕 刻(例如乾式蝕刻)半導體基板11,以形成吸嘴151於半導體基板11的底部(bottom portion)並向下延伸。在本實施例中,吸嘴151可對準(例如至少部分重疊)於第一孔131。吸嘴151的尺寸(例如寬度)小於第一孔131。
參閱第一G圖,第三遮罩層16可形成於半導體基板11的底面。本實施例之第三遮罩層16為硬遮罩,可作為後續製程步驟的蝕刻遮罩。本實施例之第三遮罩層16可包含氮化矽(Si3
N4
)、氧化矽(SiO2
)或金屬。第三光阻層17可形成於第二遮罩層14與第三遮罩層16下,其中第三光阻層17的圖案定義有第二孔171,其對準於吸嘴151與第一孔131。對第三光阻層17進行微影製程(例如曝光與顯影)後,使用第三光阻層17作為蝕刻遮罩以蝕刻第二遮罩層14與第三遮罩層16,使得第二遮罩層14的圖案具有第二孔171,其(垂直)貫通吸嘴151,如第一H圖所示。
參閱第一I圖,使用第二遮罩層14與第三遮罩層16作為蝕刻遮罩以蝕刻半導體基板11,以形成第二孔171於吸嘴151內並(垂直)貫通吸嘴151,且位於半導體基板11內和第一孔131連通。在本實施例中,第二孔171可對準(例如至少部分重疊)於吸嘴151與第一孔131。第二孔171的尺寸(例如寬度)小於吸嘴151。在一實施例中,第二孔171的尺寸(例如寬度)可小於或等於100微米。
參閱第一J圖,移除第二遮罩層14與第三遮罩層16。在另一實施例中,保留第二遮罩層14與第三遮罩層16於半導體基板11下。
參閱第一K圖,轉接器(adaptor)18可使用真空吸力以夾住(hold)(例如吸住)半導體基板11的頂面。轉接器18具有真空通道181,其(垂直)貫通轉接器18。真空通道181可連通於(半導體基板11的)第一孔131與第二孔171。於第一K圖所示的實施例中,一個真空通道181相應於複數(例如二個)第一孔131。
上述實施例中,第一C圖相應的製程僅使用乾式蝕刻。第二A圖至第二K圖的剖面圖顯示本發明另一實施例之形成真空轉移裝置的方法,其使用濕式與乾式蝕刻,可適用以轉移微裝置,例如微發光二極體(microLED)。在本實施例中,第二C圖相應製程使用濕式蝕刻。
第三A圖顯示真空轉移裝置的陣列(亦即真空轉移陣列)的剖面圖,其僅使用乾式蝕刻來進行。第三B圖顯示真空轉移裝置的陣列的剖面圖,其使用濕式與乾式蝕刻來進行。當空氣從真空通道181的頂開口(top opening)抽取時,會產生真空,使得(微發光二極體基板上的)微發光二極體21被(吸嘴151的)第二孔171的底開口(bottom opening)吸住,預備置放於顯示基板上。當空氣停止抽取時,則微發光二極體21被釋放(release)。
在本實施例中,轉接器18具有複數周圍(peripheral)通道182,其(垂直)貫通轉接器18且位於轉接器18的周圍。當空氣從周圍通道182的頂開口抽取時,會產生真空,使得半導體基板11被周圍通道182的底開口吸住。當空氣停止抽取時,則半導體基板11被釋放。在另一實施例中,如第四A圖所示僅使用乾式蝕刻的真空轉移裝置的陣列,或如第四B圖所示使用濕式與乾式蝕刻的真空轉移裝置的陣列,更包含夾持器(clamp)183,藉由機械機制以固定轉接器18與半導體基板11。
上述實施例提出一種經濟且快速的機制以製造真空轉移裝置的陣列,可用以轉移微發光二極體。所述機制可適用以製造大尺寸或高解析度微光發二極體顯示面板。此外,所述機制可根據需求進行縮放(scalable),以增大或減少真空轉移裝置的陣列大小。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已,並非用以限定本發明之申請專利範圍;凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾,均應包含在下述之申請專利範圍內。
11:半導體基板
12:第一遮罩層
13:第一光阻層
131:第一孔
14:第二遮罩層
15:第二光阻層
151:吸嘴
16:第三遮罩層
17:第三光阻層
171:第二孔
18:轉接器
181:真空通道
182:周圍通道
183:夾持器
21:微發光二極體
第一A圖至第一K圖的剖面圖顯示本發明實施例之形成真空轉移裝置的方法,可適用以轉移微裝置。
第二A圖至第二K圖的剖面圖顯示本發明另一實施例之形成真空轉移裝置的方法,可適用以轉移微裝置。
第三A圖顯示真空轉移裝置的陣列的剖面圖,其僅使用乾式蝕刻來進行。
第三B圖顯示真空轉移裝置的陣列的剖面圖,其使用濕式與乾式蝕刻來進行。
第四A圖顯示真空轉移裝置的陣列的剖面圖,其僅使用乾式蝕刻來進行。
第四B圖顯示真空轉移裝置的陣列的剖面圖,其使用濕式與乾式蝕刻來進行。
11:半導體基板
131:第一孔
151:吸嘴
171:第二孔
18:轉接器
181:真空通道
Claims (22)
- 一種形成真空轉移裝置的方法,包含: 提供一半導體基板; 形成一第一遮罩層於該半導體基板的頂面; 蝕刻該第一遮罩層以形成具第一孔的圖案,該第一孔貫通該第一遮罩層; 使用該第一遮罩層為蝕刻遮罩以蝕刻該半導體基板,以形成該第一孔於該半導體基板的頂部; 形成一第二遮罩層於該半導體基板的底面; 蝕刻該第二遮罩層以形成具吸嘴的圖案,該吸嘴對準於該第一孔; 使用該第二遮罩層為蝕刻遮罩以蝕刻該半導體基板,以形成該吸嘴於該半導體基板的底部並延伸向下; 形成一第三遮罩層於該半導體基板的底面; 蝕刻該第二遮罩層以形成具第二孔的圖案,該第二孔貫通該第二遮罩層;及 使用該第二遮罩層與該第三遮罩層為蝕刻遮罩以蝕刻該半導體基板,以形成該第二孔貫通該吸嘴且位於該半導體基板內以連通該第一孔。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,其中該第一遮罩層、該第二遮罩層或該第三遮罩層包含氮化矽、氧化矽或金屬。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,更包含: 於蝕刻該半導體基板以形成該第一孔的步驟後,移除該第一遮罩層。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,其中該吸嘴至少部分重疊於該第一孔。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,其中該吸嘴的尺寸小於該第一孔。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,其中該第二孔至少部分重疊於該吸嘴與該第一孔。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,其中該第二孔的尺寸小於該吸嘴。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,更包含: 於蝕刻該半導體基板以形成該第二孔的步驟後,移除該第二遮罩層與該第三遮罩層。
- 根據申請專利範圍第1項所述形成真空轉移裝置的方法,更包含: 提供一轉接器,以夾住該半導體基板的頂面; 其中該轉接器具有一真空通道,其貫通該轉接器並連通於該第一孔。
- 根據申請專利範圍第9項所述形成真空轉移裝置的方法,其中該轉接器具有複數周圍通道,其貫通該轉接器並位於該轉接器的周圍。
- 根據申請專利範圍第9項所述形成真空轉移裝置的方法,更包含: 使用一夾持器以固定該轉接器與該半導體基板。
- 一種真空轉移裝置,包含: 一半導體基板,其具有: 一第一孔,位於該半導體基板的頂部; 一吸嘴,位於該半導體基板的底部並延伸向下;及 一第二孔,貫通該吸嘴並位於該半導體基板內以連通該第一孔。
- 根據申請專利範圍第12項所述之真空轉移裝置,其中該吸嘴至少部分重疊於該第一孔。
- 根據申請專利範圍第12項所述之真空轉移裝置,其中該吸嘴的尺寸小於該第一孔。
- 根據申請專利範圍第12項所述之真空轉移裝置,其中該第二孔至少部分重疊於該吸嘴與該第一孔。
- 根據申請專利範圍第12項所述之真空轉移裝置,其中該第二孔的尺寸小於該吸嘴。
- 根據申請專利範圍第12項所述之真空轉移裝置,更包含: 一第一遮罩層,設於該半導體基板的頂面但未覆蓋該第一孔。
- 根據申請專利範圍第17項所述之真空轉移裝置,更包含: 一第二遮罩層,設於該半導體基板的底面但未覆蓋該第二孔;及 一第三遮罩層,設於該半導體基板的底面但未覆蓋該吸嘴。
- 根據申請專利範圍第18項所述之真空轉移裝置,其中該第一遮罩層、該第二遮罩層或該第三遮罩層包含氮化矽、氧化矽或金屬。
- 根據申請專利範圍第12項所述之真空轉移裝置,更包含: 一轉接器,用以夾住該半導體基板的頂面; 其中該轉接器具有一真空通道,其貫通該轉接器並連通於該第一孔。
- 根據申請專利範圍第20項所述之真空轉移裝置,其中該轉接器具有複數周圍通道,其貫通該轉接器並位於該轉接器的周圍。
- 根據申請專利範圍第20項所述之真空轉移裝置,更包含: 一夾持器,用以固定該轉接器與該半導體基板。
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