TWI633618B

TWI633618B - 積體化微型夾持器、其製造方法以及使用其之積體化微型夾持器陣列及轉移系統

Info

Publication number: TWI633618B
Application number: TW106126013A
Authority: TW
Inventors: 吳憲明
Original assignee: 李美燕
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2018-08-21
Also published as: TW201911447A

Abstract

一種積體化微型夾持器包含：一個半導體基板；一複合層，位於半導體基板上，並與半導體基板形成有一工作電路；一表面間隔層，位於複合層上；一結構導體層，位於表面間隔層上及複合層上方，並具有：一基底，位於表面間隔層上；多個彈簧結構；以及一夾持頭，藉由此等彈簧結構連接至基底，並電連接至工作電路，其中夾持頭與複合層之間形成有一工作腔，一工作電壓從工作電路施加至夾持頭，使夾持頭產生一靜電吸引力以吸引一微型元件；以及一靜電層，形成於基底及夾持頭上。亦一併揭露相關的積體化微型夾持器陣列、製造方法及轉移系統。

Description

積體化微型夾持器、其製造方法以及使用其之積體化微型夾持器陣列及轉移系統

本發明是有關於一種積體化微型夾持器、其製造方法以及使用其之積體化微型夾持器陣列及轉移系統，且特別是有關於一種具有定點加熱及接觸感測的積體化微型夾持器、其製造方法以及使用其之積體化微型夾持器陣列及轉移系統。

在電子產品發展上，精密化及異質化是一重要方向，例如在矽晶片上放置生物樣品，必須要有一精密的方式將微米至奈米級尺度的生物樣品夾取並放置到矽晶片的特定位置，透過整合於矽晶片的電路感測生物樣品反應時的訊號。又例如可以將微型發光二極體(Micro LED)透過微型組裝技術，裝設於玻璃或者矽晶片上方，開發高解析度及亮度的顯示器，以上例子皆可以利用微型夾持器來進行，用以做為異質化整合，將微型樣品/元件從轉移母體夾持到接收本體，然後進行接合，接著釋放這些微型元件。為了方便說明，可以微型發光二極體(Micro LED)為例說明。

傳統的微型夾持器陣列在將微型元件陣列從第一基板轉移至第二基板的時候，僅能進行均一化(亦即多個微型元件)的夾持及接合動作，沒有辦法對部分的微型元件進行不同的夾持及接合動作，且無法對於單一微型元件進行更換或修補的動作。此外，微型夾持器陣列也沒有提供獨立的靜電吸引及緩衝功能給不同的微型元件使用，因此只能讓所有的夾持器具有靜電吸引的功能，且易於有撞壞微型元件的風險。

因此，傳統的微型夾持器及其陣列實在有更進一步的改良空間。

本發明的一個目的是提供一種具有定點加熱及接觸感測的積體化微型夾持器、其製造方法以及使用其之積體化微型夾持器陣列及轉移系統。

為達上述目的，本發明提供一種積體化微型夾持器，包含：一個半導體基板；一複合層，位於半導體基板上，半導體基板與複合層形成有一工作電路；一表面間隔層，位於複合層上；一結構導體層，位於表面間隔層上及複合層上方，結構導體層具有：一基底，位於表面間隔層上；多個彈簧結構；以及一夾持頭，藉由此等彈簧結構連接至基底，並且電連接至工作電路，其中夾持頭與複合層之間形成有一工作腔，使夾持頭可相對於半導體基板彈動，其中一工作電壓從工作電路施加至夾持頭，使夾持頭產生一靜電吸引力以吸引一微型元件；以及一靜電層，形成於結構導體層之基底及夾持頭上。

於上述積體化微型夾持器中，結構導體層可更具有：一加熱器，位於基底的周圍以達到局部加熱的效果；以及一周邊結構，位於加熱器的周圍。

本發明亦提供一種積體化微型夾持器陣列，包含多個所述的積體化微型夾持器，排列成一個陣列。

本發明更提供一種積體化微型夾持器的製造方法，包含：提供一下座體，包含：一個半導體基板、一複合層，位於半導體基板上；一表面間隔層，位於複合層上；及多個第一導體，位於複合層上，其中表面間隔層具有一下段開孔，以露出此等第一導體，半導體基板與複合層形成有一工作電路；提供一上座體，包含：一上半導體基板、一絕緣層及一導體層，絕緣層形成於上半導體基板上，導體層形成於絕緣層上；將上座體倒置並接合於下座體；完全移除上半導體基板及絕緣層，並且移除部分的導體層，以形成一具有一凸起結構的中間導體層；移除部分的中間導體層，以形成對應於下段開孔的一上段開孔，使得下段開孔與上段開孔組成一第一開孔；填入一導體材料於第一開孔中，同時覆蓋住中間導體層的一外露上表面；移除覆蓋住中間導體層的外露上表面的導體材料，以形成多個第二導體來與此等第一導體達成歐姆接觸；在中間導體層與此等第二導體上覆蓋一靜電層；以及對中間導體層與靜電層施以圖案化，以形成積體化微型夾持器的一夾持頭，其中一工作電壓從工作電路施加至夾持頭，使夾持頭產生一靜電吸引力以吸引一微型元件。

本發明又提供一種轉移系統，包含：一控制設備；及一積體化微型夾持器陣列，包含多個所述的積體化微型夾持器，排列成一個陣列且電連接至控制設備；以及一移動對準機構、一第一加熱器及一第二加熱器，電連接至控制設備，其中控制設備控制第一加熱器對一第一基板加熱，控制移動對準機構及積體化微型夾持器將第一基板上的多個微型元件轉移到一第二基板上，並控制第二加熱器對第二基板加熱，以將此等微型元件接合至第二基板上。

本發明再提供一種轉移系統，包含：一控制設備；及一積體化微型夾持器陣列，包含所述的積體化微型夾持器，排列成一個陣列且電連接至控制設備；以及一移動對準機構、一第一加熱器及一第二加熱器，電連接至控制設備，其中控制設備控制第一加熱器對一第一基板加熱，控制移動對準機構及積體化微型夾持器將第一基板上的多個微型元件轉移到一第二基板上，並控制第二加熱器對第二基板加熱，以將此等微型元件接合至第二基板上，其中控制設備控制此等積體化微型夾持器的其中一部分的此等加熱器加熱，以重新接合第二基板的此等微型元件。

藉由上述的實施態樣，可以有效轉移微型元件，並具有獨立控制各微型元件的接合與解接合，更能修補接合有問題或故障的微型元件。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

TC‧‧‧隔熱腔

WC‧‧‧工作腔

1A-1A‧‧‧線

2A-2A‧‧‧線

10‧‧‧半導體基板

15‧‧‧工作電路

20‧‧‧複合層

30‧‧‧第一導體

35‧‧‧第三導體

40‧‧‧表面間隔層

50‧‧‧結構導體層

51‧‧‧基底

52‧‧‧第一開孔

52A‧‧‧下段開孔

52B‧‧‧上段開孔

53‧‧‧第二開孔

53S‧‧‧彈簧結構

53A‧‧‧下段開孔

53B‧‧‧上段開孔

54‧‧‧夾持頭

55‧‧‧周邊結構

56‧‧‧溝槽

57‧‧‧加熱器

58‧‧‧連接部

59‧‧‧溝槽

60‧‧‧穿孔導體/第二導體

65‧‧‧第四導體

70‧‧‧靜電層

80‧‧‧感測電極

90‧‧‧溫度感測器

100‧‧‧積體化微型夾持器

110‧‧‧多晶矽層/導體層

120‧‧‧絕緣層

130‧‧‧上半導體基板

140‧‧‧導體材料

150‧‧‧多晶矽層/中間導體層

151‧‧‧外露上表面

160‧‧‧穿孔

161‧‧‧連接電極

162‧‧‧介電層

163‧‧‧V形導電線路

164‧‧‧連接墊

200‧‧‧控制設備

210‧‧‧移動對準機構

220‧‧‧第一加熱器

230‧‧‧第二加熱器

250‧‧‧積體化微型夾持器陣列

300‧‧‧第一基板

301至304‧‧‧微型元件

310‧‧‧連接支柱

400‧‧‧第二基板

410‧‧‧連接墊

510‧‧‧下座體

520‧‧‧上座體

541至544‧‧‧夾持頭

圖1A顯示依據本發明第一實施例的積體化微型夾持器的局部剖面示意圖。

圖1B顯示依據本發明第一實施例的積體化微型夾持器的俯視示意圖。

圖2A顯示依據本發明第二實施例的積體化微型夾持器的局部剖面示意圖。

圖2B顯示依據本發明第二實施例的積體化微型夾持器的俯視示意圖。

圖3顯示依據本發明第三實施例的積體化微型夾持器的局部剖面示意圖。

圖4A至4G顯示依據本發明第三實施例的積體化微型夾持器的製造方法的各步驟的局部剖面示意圖。

圖5A至5C分別顯示對應於第一至第三實施例的變化例的局部剖面示意圖。

圖6顯示依據本發明第三實施例的轉移系統的方塊圖。

圖7A至7D顯示依據本發明第三實施例的轉移系統的應用的示意圖。

為了方便說明，以下以微型發光二極體(Micro LED)為例說明。

本發明的精神在於提供一種積體化微型夾持器、其製造方法以及使用其之積體化微型夾持器陣列及轉移系統。積體化微型夾持器具有彈性結構來克服被夾持晶粒位於晶圓上的製造公差問題。當整合單一微型夾持器成積體化微型夾持器陣列時，其中的多個積體化微型夾持器可以獨立操作。同時，本發明的積體化微型夾持器更包含了一獨立加熱器(單石體(monolithic)設計)，該加熱器可以一對一的與單一夾持器整合，也可以多個夾持器搭配一加熱器，且有各自的溫度感測器(譬如是熱二極體或熱敏電阻，用來感測溫度)及距離感測器(用來感測距離，或者夾持頭有無碰觸到微型元件)，藉此可以讓轉移系統可以獨立控制每一個積體化微型夾持器的運作方式(因為在抓取或加熱多個微型元件時狀況可能都不同)，來將第一基板上的微型元件轉移到第二基板上，並可以對轉移失敗的第二基板上的微型元件，進行獨立修補或替換的動作。第一基板譬如是三族/五族的均質(homogeneous)基板(材料譬如是GaAs)，而第二基板譬如是矽基板、玻璃基板，利用本發明的積體化微型夾持器陣列，可以完成異質(heterogeneous)組件的結合。舉例而言，第一基板上具有多個微型LED排列成陣列，其間距(pitch)譬如是5至50um，利用積體化微型夾持器陣列來將微型LED從第一基板夾持到第二基板，同時進行加熱接合的程序，因為第二基板上可以具有電路或重新分配線路，所以可以在第二基板上完成譬如微型LED顯示器的製作。

圖1A顯示依據本發明第一實施例的積體化微型夾持器100的局部剖面示意圖。圖1B顯示依據本發明第一實施例的積體化微型夾持器的俯視示意圖。如圖1A與1B所示，圖1A譬如是沿著圖1B的線1A-1A的剖面圖。值得注意的是，所繪製的各結構的比例可以依據設計而調整，而沒有將本發明限制於此。本實施例的積體化微型夾持器100包含：一個半導體基板10，其材料可以是矽(Si)但不限定；一複合層20，包含多個絕緣層及佈線圖案(作電連接線路安排以及功能電路，譬如是多層金屬間介電層(IMD)及層間介電層(ILD)所組成的第一絕緣組合)，並位於該半導體基板10上，該半導體基板10(例如內含主動式半導體元件，例如MOS元件)與該複合層20形成有一工作電路15(含主動元件及被動元件等)；一表面間隔層(spacer)40，位於該複合層20上，基本上譬如為一平坦化絕緣層(例如氧化矽層)，但不限定於此；一結構導體層50(在此為多晶/單晶矽，但不限定於此)，位於該表面間隔層40上及該複合層20上方，該結構導體層50具有：一基底51，位於該表面間隔層40上；多個彈簧結構53S；以及一夾持頭54，藉由該等彈簧結構53S連接至該基底51，並且電連接至該工作電路15，該夾持頭54與該複合層20之間形成有一工作腔WC，使該夾持頭54可相對於該工作腔WC、該基底51或該半導體基板10彈動(彈動方向垂直於表面間隔層40、複合層20與半導體基板10的堆疊方向)，其中該等彈簧結構53S、該夾持頭54與該基底51之間形成有多個溝槽56來與該工作腔WC連通，其中一工作電壓從該工作電路15施加至該夾持頭54，使該夾持頭54產生一靜電吸引力以吸引一微型元件；以及一靜電層70，形成於該結構導體層50之該基底51及該夾持頭54上。靜電層70亦提供保護的作用。彈簧結構53S使得該夾持頭54可相對於該工作腔WC彈動，且彈簧結構53S可以具有多種不同的設計(在此僅為一示意，並不限定該彈簧結構的設計形狀)，譬如是呈現螺旋形延伸，以呈現更好的彈動能力。

該積體化微型夾持器100可更包含：多個第一導體30，位於該複合層20上，且電連接至該工作電路15，該表面間隔層40位於該等第一導體30上；多個錐狀(圓柱狀或其他形狀亦可)的第一開孔52，形成於該基底51與該表面間隔層40中以露出該等第一導體30；以及多個穿孔導體(via conductor)60(以下以第二導體60表示)，分別填入於該等第一開孔52，並且電連接至該等第一導體30，其中該工作電壓透過該等第二導體60及該等第一導體30從該工作電路15施加至該夾持頭54。

上述積體化微型夾持器100可以組合成一個一維或二維陣列，並可共用重複的結構，譬如基板10、複合層20及表面間隔層40共用(各自為一體的結構)，但工作電路15不共用。藉此，每一夾持頭54具有彈動的能力，可以減少製造公差造成的碰撞毀損問題。

圖2A顯示依據本發明第二實施例的積體化微型夾持器 100的局部剖面示意圖。圖2B顯示依據本發明第二實施例的積體化微型夾持器的俯視示意圖。圖2A譬如是沿著圖2B的線2A-2A的剖面圖。本實施例類似於第一實施例，不同之處在於該結構導體層50更具有一加熱器57，位於該基底51的周圍，可以達到局部加熱的效果；以及一周邊結構55，位於該加熱器57的周圍。該加熱器57具有多個連接至該基底51及該周邊結構55的連接部58，且多個溝槽59形成於該加熱器57、該等連接部58、該基底51與該周邊結構55之間。溝槽59可以提供隔熱的效果。在此，僅以示意的結構圖用以表示該加熱器與該夾持頭的關係，於實際應用中，可以依使用標的改變兩者的幾何關係及相對位置。

該積體化微型夾持器100更包含：多個第三導體35，位於該複合層20上，且電連接至該工作電路15，該表面間隔層40位於該等第三導體35上；多個錐狀(圓柱狀或其他形狀亦可)的第二開孔53，形成於該基底51與該表面間隔層40中，以露出該等第三導體35；多個穿孔導體(第四導體)65，分別填入於該等第二開孔53，並且電連接至該等第三導體35，其中一加熱電源(可以是一電壓源或一電流源，可以由該工作電路15提供)透過該等第四導體65及該等第三導體35從該工作電路15施加至該加熱器57，該加熱器57與該複合層20之間形成有一隔熱腔TC。第四導體65與第二導體60可以在同一道製程中形成。第三導體35與第一導體30可以在同一道製程中形成。

圖3顯示依據本發明第三實施例的積體化微型夾持器100的局部剖面示意圖。本實施例類似於第二實施例，不同之處在於該積體化微型夾持器100更包含：一感測電極80，位於該工作腔WC中以及該複合層20上，並且電連接至該工作電路15，該感測電極80可以利用電容或其他感測原理來感測該夾持頭54與該感測電極80之間的距離，特別是用來判斷夾持頭54到底有沒有碰觸到微型元件。感測電極80、第三導體35及第一導體30可以在同一道金屬製程中形成，故可以位於同一平面上。於其他例子中，感測電極80可以高於第三導體35及第一導體30，以提升電容感測靈敏度。此外，該積體化微型夾持器100可更包含：一溫度感測器90，設置於該複合層20中，並電連接至該工作電路15，用於感測該夾持頭54的溫度而輸出一溫度信號，該工作電路15依據該溫度信號控制該加熱器57的該加熱電源。或者，該溫度感測器也可以利用熱二極體(thermal diode)、熱電晶體(thermal transistor)或熱敏電阻來實施，相似於該加熱器。

感測電極80可以感測彈動的夾持頭54是否與第一基板上的微型元件接觸，或是否讓微型元件與第二基板上的連接部接觸。確定接觸後，可以控制加熱器57進行加熱來進行焊接或解焊接的動作，達成新品接合或舊品修補的動作。於另一實施例中，透過電路的安排，該感測電極也可以變成是一驅動電極，藉由一靜電驅動的原理，接收一驅動電壓(可以由工作電路15提供)來吸引該夾持頭，以致該夾持頭的垂直位置可以改變(夾持頭與驅動電極之間的距離改變)，此舉可以例如將一陣列中的部分夾持頭獨立控制(高度降低)，使其不與微型元件接觸，達到可以獨立選擇的目的。於又另一實施例中，感測電極與驅動電極可以實施於同一積體化微型夾持器的不同模式(不同時實施)或者混合模式(同時實施)下。

圖4A至4G顯示依據本發明第三實施例的積體化微型夾持器的製造方法的各步驟的局部剖面示意圖，亦適用於第一與第二實施例，只要作簡單的變化即可。首先，如圖4A所示，提供一下座體510 及一上座體520。下座體510已經透過半導體製程的方式形成半導體基板10、複合層20、表面間隔層40、第一導體30與第三導體35、感測電極80及溫度感測器90。第一導體30、第三導體35與感測電極80可以在同一道製程中形成。表面間隔層40也形成多個下段開孔52A與53A，以分別露出第一導體30與第三導體35。此外，表面間隔層40也已經被用化學機械拋光(CMP)磨平，以便進行熔接(fusion bonding)。上座體520具有一上半導體基板130，一絕緣層120及一多晶矽層(或其他材料的導體層)110。絕緣層120形成於上半導體基板130上，多晶矽層110形成於絕緣層120上。然後，將上座體520倒置成圖4A的狀態，準備與下座體510接合，如圖4B所示。

值得注意的是，在第一實施例的製造方法中，下座體510包含半導體基板10；複合層20，位於半導體基板10上；表面間隔層40，位於複合層20上；及第一導體30，位於複合層20上，其中表面間隔層40具有下段開孔52A，以露出第一導體30，半導體基板10與複合層20形成有工作電路15。此外，上座體520，包含：上半導體基板130、絕緣層120及導體層110，其中絕緣層120形成於上半導體基板130上，且導體層110形成於該絕緣層120上。

值得注意的是，在形成積體化微型夾持器陣列時，半導體基板10就是一個半導體晶圓，譬如是CMOS晶圓，而上半導體基板130就是另一個半導體晶圓，故可以用晶圓級的製造方式完成。

然後，如圖4C所示，完全移除上半導體基板130及絕緣層120，並且移除部分的多晶矽層110，形成如所顯示的多晶矽層(稱為中間導體層)150。多晶矽層150具有一錐狀的凸起結構。

接著，如圖4D所示，移除部分的多晶矽層150，以形成對應於下段開孔52A的上段開孔52B，以及對應於下段開孔53A的上段開孔53B，使得下段開孔52A與上段開孔52B組成第一開孔52，使得下段開孔53A與上段開孔53B組成第二開孔53。

然後，如圖4E所示，填入導體材料140於第一開孔52與第二開孔53中，同時覆蓋住多晶矽層150的外露上表面151。

接著，如圖4F所示，移除覆蓋住多晶矽層150的外露上表面151的導體材料140，以形成第二導體60與第四導體65來分別與第一導體30及第三導體35達成歐姆接觸。然後，在多晶矽層150、第二導體60與第四導體65上覆蓋一靜電層70，該靜電層為一介電材料，特別具有高介電係數，例如氮化矽等，但不限定。

然後，如圖4G所示，對多晶矽層150與靜電層70施以圖案化，以形成結構導體層50及相關的結構，譬如夾持頭54、加熱器57等，相關敘述可以參見圖3的說明，於此不再贅述。

圖5A至5C分別顯示對應於第一至第三實施例的變化例的局部剖面示意圖。如圖5A至5C所示，這些變化例是以垂直矽穿孔(TSV)的方式來實施信號輸出輸入結構。因此，半導體基板10上形成有多個連接墊164並且具有多個穿孔160，以露出複合層20中所形成的多個連接電極161，連接電極161電連接至工作電路15以及多個V形導電線路163及多個連接墊164，V形導電線路163及連接墊164與半導體基板10之間形成有介電層162來進行隔絕。製造時，可以先形成連接電極161，然後從半導體基板10的背面形成穿孔160，接著形成介電層162，然後移除覆蓋連接電極161的介電層162，最後，形成電連接至連接電極161的V形導電線路163及連接墊164。

圖6顯示依據本發明第三實施例的轉移系統的方塊圖。圖7A至7D顯示依據本發明第三實施例的轉移系統的應用的示意圖。轉移系統包含一控制設備200及電連接至該控制設備200的一積體化微型夾持器陣列250、一移動對準機構210、一第一加熱器220及一第二加熱器230。控制設備200控制與其連接的元件(包含積體化微型夾持器、移動對準機構、第一加熱器及第二加熱器)的操作。值得注意的是，移動對準機構210可以移動積體化微型夾持器陣列250，或者是分別與一第一基板300及一第二基板400接觸的第一加熱器220及第二加熱器230。第一加熱器220及第二加熱器230是對第一基板300及一第二基板400進行全局加熱的動作。

首先，如圖6與7A所示，控制設備200控制移動對準機構210將積體化微型夾持器陣列250移至第一基板300的上方，使積體化微型夾持器陣列250的夾持頭541至544分別對準形成於第一基板300上的微型元件301至304(譬如是發光二極體晶粒，其最上層為導電接觸層，材料譬如但不限於BeAu)。然後，控制設備200控制移動對準機構210降下積體化微型夾持器陣列250，使夾持頭541至544分別接觸微型元件301至304。此時，控制設備200透過積體化微型夾持器陣列250的積體化微型夾持器100的感測電極80(圖3)感測到夾持頭541至544分別接觸微型元件301至304，然後控制工作電路15輸出工作電壓給夾持頭541至544以產生靜電吸引力，並控制第一加熱器220以及積體化微型夾持器100的加熱器57(圖3)加熱夾持頭541至544及微型元件301至304，使得第一基板300的連接支柱310軟化或融化而可讓微型元件301至304離開第一基板300。控制設備200從連接至工作電路15的溫度感測器90(圖3)得知溫度已經達到預定溫度，然後控制移動對準機構210往上移動，以將微型元件301至304拔離第一基板300，如圖7B所示。

接著，控制設備200控制移動對準機構210將積體化微型夾持器陣列250及微型元件301至304移動至第二基板400的上方，使微型元件301至304對準第二基板400的連接墊410，然後降下積體化微型夾持器陣列250及微型元件301至304，並控制第二加熱器230及積體化微型夾持器100的加熱器57(圖3)加熱夾持頭541至544及微型元件301至304(譬如第二加熱器230的基礎溫度是T1，而加熱器57基於基礎溫度T1，再依據溫度感測器90的量測差異再將微型元件301至304加熱至標準的熔接溫度T2)，使得微型元件301至304接合至連接墊410。接著，加熱夾持頭541至544的工作電壓被斷開，加熱器57的加熱電源也被斷開，使得連接墊410的溫度降低，然後夾持頭541至544可以往上脫離微型元件301至304，如此可以達成轉移的程序。因此，控制設備200控制第一加熱器220對第一基板300加熱，控制移動對準機構210及積體化微型夾持器將第一基板300上的多個微型元件轉移到第二基板400上，並控制第二加熱器230對第二基板400加熱，以將此等微型元件接合至第二基板400上。

因為每個積體化微型夾持器100有獨立的工作電路15、加熱器57、溫度感測器90及感測電極80，所以溫度感測器90可以感測每個微型元件301至304的狀態，以便進行不同程度的加熱以完成解接合或接合的程序。

當要修補譬如圖7D的微型元件303(電性測試發現異常)時，同樣可以降下積體化微型夾持器陣列250，只有夾持頭543及第二加熱器230被加熱，以將微型元件303加熱至解接合的溫度，可以利用積體化微型夾持器陣列250的獨立控制及加熱功能來重新接合或換一個新的微型元件303。亦即，控制設備200可以控制某些積體化微型夾持器的加熱器加熱，以重新接合第二基板400的某些微型元件，也就是某些原微型元件再次接合或以新的微型元件替換某些舊的微型元件。

藉由上述的實施例，可以有效轉移微型元件，並具有獨立控制各微型元件的接合與解接合，更能修補接合有問題或故障的微型元件。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。

Claims

一種積體化微型夾持器，包含：一個半導體基板；一複合層，位於該半導體基板上，該半導體基板與該複合層形成有一個包含主動元件及被動元件的工作電路；一表面間隔層，位於該複合層上；一結構導體層，位於該表面間隔層上及該複合層上方，該結構導體層具有：一基底，位於該表面間隔層上；多個彈簧結構；以及一夾持頭，藉由該等彈簧結構連接至該基底，並且電連接至該工作電路，其中該夾持頭與該複合層之間形成有一工作腔，使該夾持頭可相對於該半導體基板彈動，其中一工作電壓從該工作電路施加至該夾持頭，使該夾持頭產生一靜電吸引力以吸引一微型元件；以及一靜電層，形成於該結構導體層之該基底及該夾持頭上。
如申請專利範圍第1項所述的積體化微型夾持器，其中該等彈簧結構、該夾持頭與該基底之間形成有多個溝槽來與該工作腔連通。
如申請專利範圍第1項所述的積體化微型夾持器，更包含：多個第一導體，位於該複合層上，且電連接至該工作電路，其中該表面間隔層位於該等第一導體上；多個第一開孔，形成於該基底與該表面間隔層中以露出該等第一導體；以及多個第二導體，分別填入於該等第一開孔，並且電連接至該等第一導體，其中該工作電壓透過該等第二導體及該等第一導體從該工作電路施加至該夾持頭。
如申請專利範圍第1項所述的積體化微型夾持器，其中該結構導體層更具有：一加熱器，位於該基底的周圍以達到局部加熱的效果；以及一周邊結構，位於該加熱器的周圍。
如申請專利範圍第4項所述的積體化微型夾持器，其中該加熱器具有多個連接至該基底及該周邊結構的連接部，且多個溝槽形成於該加熱器、該等連接部、該基底與該周邊結構之間，該等溝槽提供隔熱的效果。
如申請專利範圍第4項所述的積體化微型夾持器，更包含：一溫度感測器，設置於該複合層中，並電連接至該工作電路，用於感測該夾持頭的一溫度而輸出一溫度信號，該工作電路依據該溫度信號控制該加熱器的一加熱電源。
如申請專利範圍第4項所述的積體化微型夾持器，更包含：多個第三導體，位於該複合層上，且電連接至該工作電路，其中該表面間隔層位於該等第三導體上；多個第二開孔，形成於該基底與該表面間隔層中，以露出該等第三導體；多個第四導體，分別填入於該等第二開孔，並且電連接至該等第三導體，其中一加熱電源透過該等第四導體及該等第三導體從該工作電路施加至該加熱器，該加熱器與該複合層之間形成有一隔熱腔。
如申請專利範圍第1項所述的積體化微型夾持器，更包含：一感測電極，位於該工作腔中以及該複合層上，並且電連接至該工作電路，該感測電極感測該夾持頭與該感測電極之間的一距離，以判斷該夾持頭是否碰觸到該微型元件。
如申請專利範圍第1項所述的積體化微型夾持器，更包含：一驅動電極，位於該工作腔中以及該複合層上，並且電連接至該工作電路，該驅動電極接收一驅動電壓來吸引該夾持頭，以改變該驅動電極與該夾持頭之間的一距離。
如申請專利範圍第1項所述的積體化微型夾持器，其中該複合層具有多個連接電極，該半導體基板上形成有多個連接墊並且具有多個穿孔，多個導電線路形成於該等穿孔中，該等連接電極電連接至該工作電路、該等導電線路及該等連接墊。
一種積體化微型夾持器陣列，包含多個如申請專利範圍第1至10項中之任一項所述的積體化微型夾持器，排列成一個陣列。
一種轉移系統，包含：一控制設備；及一積體化微型夾持器陣列，包含多個如申請專利範圍第1至10項中之任一項所述的積體化微型夾持器，排列成一個陣列且電連接至該控制設備；以及一移動對準機構、一第一加熱器及一第二加熱器，電連接至該控制設備，其中該控制設備控制該第一加熱器對一第一基板加熱，控制該移動對準機構及該積體化微型夾持器將該第一基板上的多個微型元件轉移到一第二基板上，並控制該第二加熱器對該第二基板加熱，以將該等微型元件接合至該第二基板上。
一種轉移系統，包含：一控制設備；及一積體化微型夾持器陣列，包含多個如申請專利範圍第4至7項中之任一項所述的積體化微型夾持器，排列成一個陣列且電連接至該控制設備；以及一移動對準機構、一第一加熱器及一第二加熱器，電連接至該控制設備，其中該控制設備控制該第一加熱器對一第一基板加熱，控制該移動對準機構及該積體化微型夾持器將該第一基板上的多個微型元件轉移到一第二基板上，並控制該第二加熱器對該第二基板加熱，以將該等微型元件接合至該第二基板上，其中該控制設備控制該等積體化微型夾持器的其中一部分的該等加熱器加熱，以重新接合該第二基板的該等微型元件。
一種積體化微型夾持器的製造方法，包含：提供一下座體，包含：一個半導體基板、一複合層，位於該半導體基板上；一表面間隔層，位於該複合層上；及多個第一導體，位於該複合層上，其中該表面間隔層具有一下段開孔，以露出該等第一導體，該半導體基板與該複合層形成有一工作電路；提供一上座體，包含：一上半導體基板、一絕緣層及一導體層，該絕緣層形成於該上半導體基板上，該導體層形成於該絕緣層上；將該上座體倒置並接合於該下座體；完全移除該上半導體基板及該絕緣層，並且移除部分的該導體層，以形成一具有一凸起結構的中間導體層；移除部分的該中間導體層，以形成對應於該下段開孔的一上段開孔，使得該下段開孔與該上段開孔組成一第一開孔；填入一導體材料於該第一開孔中，同時覆蓋住該中間導體層的一外露上表面；移除覆蓋住該中間導體層的該外露上表面的該導體材料，以形成多個第二導體來與該等第一導體達成歐姆接觸；在該中間導體層與該等第二導體上覆蓋一靜電層；以及對該中間導體層與該靜電層施以圖案化，以形成該積體化微型夾持器的一夾持頭，其中一工作電壓從該工作電路施加至該夾持頭，使該夾持頭產生一靜電吸引力以吸引一微型元件。
如申請專利範圍第14項所述的製造方法，其中：該下座體更包含多個第三導體；該表面間隔層更具有一第二下段開孔，以露出該等第三導體；於移除部分的該中間導體層的步驟中，更形成對應於該第二下段開孔的一第二上段開孔，使得該第二下段開孔與該第二上段開孔組成一第二開孔；於填入該導體材料於該第一開孔中時，該導體材料亦被填入於該第二開孔中；於形成該等第二導體時，亦形成多個第四導體來與該等第三導體達成歐姆接觸；以及於對該中間導體層與該靜電層施以圖案化時，更形成一加熱器，其中一加熱電源透過該等第四導體及該等第三導體從該工作電路施加至該加熱器。
如申請專利範圍第14項所述的製造方法，其中該積體化微型夾持器更包含一感測電極，位於該夾持頭與該複合層之間形成的一工作腔中以及該複合層上，並且電連接至該工作電路，該感測電極感測該夾持頭與該感測電極之間的一距離，以判斷該夾持頭是否碰觸到該微型元件。
如申請專利範圍第14項所述的製造方法，其中該積體化微型夾持器更包含一驅動電極，位於該夾持頭與該複合層之間形成的一工作腔中以及該複合層上，並且電連接至該工作電路，該驅動電極接收一驅動電壓來吸引該夾持頭，以改變該驅動電極與該夾持頭之間的一距離。
如申請專利範圍第15項所述的製造方法，其中該積體化微型夾持器更包含一溫度感測器，設置於該複合層中，並電連接至該工作電路，用於感測該夾持頭的一溫度而輸出一溫度信號，該工作電路依據該溫度信號控制該加熱器的該加熱電源。