TWI695416B - 用於轉移微型元件的方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於轉移微型元件的方法，包含：準備載體基板，載體基板上具有微型元件，其中黏著層位於載體基板和微型元件之間並接觸載體基板和微型元件；藉由包含可調節力的膠層的轉移頭從載體基板拾取微型元件；在接收基板上形成液體層；將轉移頭的可調節力的膠層的夾持力減少到小於將微型元件黏附到接收基板的力；藉由轉移頭將微型元件放置在接收基板上，使得微型元件與液體層接觸並被毛細力夾持；以及將轉移頭移離接收基板，使得微型元件與轉移頭分離並黏附固定到接收基板。

Description

用於轉移微型元件的方法
本揭露是有關於一種用於將微型元件從載體基板轉移到接收基板的方法。
此處的陳述僅提供與本揭露有關的背景信息，而不必然地構成現有技術。
用於轉移元件的傳統技術包括藉由晶圓接合(wafer bonding)從轉移晶圓轉移到接收基板。一種這樣的實施方式是「直接接合」，其涉及將元件陣列從轉移晶圓到接收基板的一個接合步驟，接著移除轉移晶圓。另一種這樣的實施方式是「間接接合」，其涉及兩個接合/剝離步驟。在間接接合中，轉移頭可以從供應基板拾取元件陣列，然後將元件陣列接合到接收基板，然後移除轉移頭。
本揭露的一些實施例提出了一種用於轉移微型元件的方法。方法包含：準備載體基板，載體基板上具有微型元件，其中黏著層位於載體基板和微型元件之間並接觸載體基板和微型元件；藉由包含可調節力的膠層的轉移頭從載體基板拾 取微型元件，此係經由將可調節力的膠層黏附到微型元件上並藉由可調節力的膠層所施加的夾持力來夾持微型元件；在接收基板上形成液體層；將轉移頭的可調節力的膠層的夾持力減少到小於將微型元件黏附到接收基板的力；藉由轉移頭將微型元件放置在接收基板上，使得微型元件與液體層接觸並被毛細力夾持；以及將轉移頭移離接收基板，使得微型元件與轉移頭分離並黏附固定到接收基板。
為了讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧方法
110‧‧‧操作
120‧‧‧操作
130‧‧‧操作
140‧‧‧操作
150‧‧‧操作
160‧‧‧操作
210‧‧‧載體基板
220‧‧‧微型元件
222‧‧‧光阻層
230‧‧‧黏著層
240‧‧‧轉移頭
242‧‧‧夾持區域
244‧‧‧凹洞
250‧‧‧液體層
252‧‧‧彎月面
260‧‧‧接收基板
262‧‧‧導電墊
270‧‧‧可調節力的膠層
L‧‧‧側向長度
當結合隨附圖式閱讀時，自以下詳細描述將最佳地理解本揭露之態樣。應注意，根據工業中之標準實務，各特徵未必依比例繪示。實際上，可出於論述清晰之目的而增減所說明的特徵之尺寸。
圖1是在本揭露內容的一些具體實施例中用於將微型元件從載體基板轉移到接收基板的方法的流程圖；
圖2是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖3A是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖3B是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖4A是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖4B是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖5A是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖5B是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖6是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖7A是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖7B是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；
圖8A是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖；以及
圖8B是在本揭露內容的一些具體實施例中用於轉移微型元件的方法的中間步驟的示意性剖視圖。
為更進一步闡述本揭露為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本揭露提出的用於轉移微型元件的方法，其具體實施方式、結構、方法、步驟、特徵及其功效，詳細說明如後。
有關本揭露的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考附圖的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現。通過具體實施方式的說明，當可對本揭露為達成預定目 的所採取的技術手段及功效更加深入且具體的瞭解，然而所附附圖僅是提供參考與說明之用，並非用來對本揭露加以限制。
為簡化附圖，一些現有已知慣用的結構與元件在附圖中將以簡單示意的方式繪示。並且，除非有其它表示，在不同附圖中相同的元件符號可視為相對應的元件。這些附圖的繪示是為了清楚表達這些實施方式中各元件之間的連接關係，並非繪示各元件的實際尺寸。
圖1是用於將微型元件從載體基板轉移到接收基板的方法的流程圖。圖2至圖7B是圖1的方法100的中間步驟的示意性剖視圖。參考圖1至7B。方法100開始於操作110，準備載體基板210，載體基板210上具有微型元件220。黏著層230位於載體基板210和微型元件220之間並與載體基板210和微型元件220接觸(如圖2所示)。方法100繼續操作120，藉由轉移頭240從載體基板210拾取微型元件220，轉移頭240上包括可調節力的膠層270(如圖3A和3B所示)。方法100繼續進行操作130，在接收基板260上形成液體層250或圖案化液體層250(參見圖4A和4B)。方法100繼續操作140，轉移頭240的可調節力的膠層270的夾持力F2被減少到小於將微型元件220黏附到接收基板260的力F3。方法100繼續操作150，藉由轉移頭240將所拾取的微型元件220放置在接收基板260上，使得微型元件220與液體層250接觸並被由液體層250產生的毛細力夾持(如圖5A、5B和6所示)。方法繼續進行操作160，其中轉移頭240移離接收基板260，使得微型元件220與轉移頭240分離並保持在接收基板260上，並黏附固定到接收基板260上(如圖7A和圖7B所示)。
儘管在前一段和圖1中僅提到了「一」微型元件220，但是在實際應用中可以使用「多個」微型元件220並且仍然在本揭露內容的範圍內，如將在以下具體實施例中說明的。
參考圖2。如上所述，黏著層230位於載體基板210和複數個微型元件220之間。特定而言，黏著層230與載體基板210和微型元件220接觸。在一些具體實施例中，黏著層230的形成，係藉由將具有黏合能力的材料塗覆到載體基板210上來執行。黏著層230可以通過旋塗機、狹縫塗佈機或其任何組合進行塗覆。在一些實施例中，黏著層230可以由具有黏著能力的有機材料製成，諸如環氧樹脂(epoxy)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA)、聚矽氧烷(polysiloxanes)、矽樹脂(silicone)或其任何組合。此外，黏著層230可具有範圍約1微米至約100微米的厚度。
黏著力F1是黏著層230對每個微型元件220的黏著力，並且其值為F11。在一些具體實施例中，黏著力F1是在減少黏著層230對每個微型元件220的力之後的黏著力，並且其值為F12。在一些實施例中，值F11(在沒有進行所述減少之下的黏著力F1的值)大於值F12。所述減少是減少黏著層230對每個微型元件220的原始黏著力，這可以在拾取一些微型元件220之前執行。在一些具體實施例中，可以藉由在黏著層230上加熱、冷卻、施加電場、電磁輻射、超聲波、壓力或其任何組合來執行，但是不應限於此。在一些具體實施例中，其中一個微型元件220的側向長度L小於或等於約50微米。所述側向長度在方向Y上測量。方向Y垂直於厚度方向Z，厚度方向Z垂 直於載體基板210的平面延伸方向。例如，對於具有約10微米×10微米的表面積的一個微型元件220，所述減少的黏著力F1具有約50奈牛頓(nN)的值F12。本揭露內容的具體實施例不限於此。依據實際應用可以執行對黏著層230的適當修改。黏著力F1可以包括凡得瓦力(Waals forces)，但不應限於此。
在一些實施例中，載體基板210可以是剛性基板。剛性基板可以由玻璃、矽(silicon)、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile butadiene styrene,ABS)、石英(quartz)或其任何組合製成。本揭露內容的具體實施例不限於此。依據實際應用可以執行對載體基板210的適當修改。
在一些實施例中，微型元件220可以是發光結構，諸如具有對應於光譜中的特定區域的能隙的化合物半導體。例如，發光結構可以包括基於II-VI材料(例如ZnSe、ZnO)或III-V氮化物材料(例如GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs或其合金)的一個或多個層。在一些其他實施例中，微型元件220也可以是積體電路(IC)或微機電系統(MEMS)元件，並且不應限於此。
參考圖3A和3B所示，其中藉由轉移頭240從載體基板210拾取一些微型元件220。轉移頭240上包括可調節力的膠層270，並且經由將可調節力的膠層270黏附到微型元件220，並透過由可調節力的膠層270施加的夾持力F2來夾持微型元件220，來拾取微型元件220。注意到，此時夾持力F2的值是F21。可調節力的膠層270可包括紫外膠材料，諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)，但不應限於此。在一些具體實施 例中，轉移頭240可具有複數個夾持區域242，用於拾取和放置微型元件220。特定而言，夾持區域242是可調節力的膠層270的表面的多個部分。在一些具體實施例中，在轉移頭240上存在連續的夾持區域242，連續的夾持區域242是可調節力的膠層270的表面的一部分，並且夾持區域242中存在被配置為容納不欲拾取的物件的凹洞。此外，當執行將微型元件220放置在接收基板260上時，原本在接收基板260上的物體將不會受到干擾。在夾持區域242中還可以存在凹洞244。轉移頭240可在其上具有圖案化的可調節力的膠層270(如圖3B所示)，使得當轉移頭240與微型元件220接觸時，可藉由具有值F21的夾持力F2拾取每個微型元件220。在一些具體實施例中，對於具有約10微米×10微米的表面積的一個微型元件220，用於一個微型元件220的夾持力F2的值F21為約100nN至1000nN。夾持力F2可以包括凡得瓦力，但不應限於此。
如上所述，在一些具體實施例中，可以在拾取之前減少具有值F11的原始黏著力F1以形成具有值F12的黏著力F1，使得夾持力F2和黏著力F1之間的差異被增加，以便於促進拾取微型元件220的性能。
參考圖4A和4B。如上所述，液體層250形成在接收基板260上。液體層250可以形成為接收基板260上的一層，如圖4A所示，或者圖案化為接收基板260上的離散部分，如圖4B所示。在圖4B中，圖案化的液體層250可以是將微型元件220放置在其上的位置。接收基板260可以是顯示器基板、發光基板、具有諸如電晶體或積體電路的功能元件的基板、或具有金屬重分佈線的基板，但不限於此。在一些具體實施例中， 可以藉由在包括蒸氣的環境中降低接收基板260的溫度來形成液體層250，使得至少一部分蒸氣凝結以在接收基板260上形成液體層250。特定而言，液體層250或圖案化液體層250可以被形成在接收基板260的導電墊262上，但是不應限於此。在一些具體實施例中，每個導電墊262的面積小於或等於約1平方毫米。在一些具體實施例中，接收基板260的溫度降低至大約露點，使得環境中的水蒸氣凝結以形成用作液體層250的液態水。此外，液體層250的形成也可以通過噴灑蒸氣、噴墨印刷、輥塗、浸塗等來實現。
參考圖5A、5B和6。轉移頭240的可調節力的膠層270的夾持力F2被減少到值F22。可以藉由紫外光照射、可見光照射或改變(例如升高或降低)溫度來進行所述減少。如上所述，已經拾取的微型元件220藉由轉移頭240放置在接收基板260上，使得每個微型元件220與液體層250接觸並由毛細力F31夾持。特定而言，微型元件220緊鄰導電墊262放置，使得液體層250可以抓持微型元件220。如圖6所示的液體層250的彎月面252由毛細力F31引起。微型元件220被微型元件220和導電墊262之間的液體層250產生的毛細力F31夾持。在一些具體實施例中，當微型元件220被毛細力F31夾持時，液體層250的厚度小於微型元件220的厚度。注意到，可以交換操作130和操作150的順序。也就是說，微型元件220可以放置在導電墊262上並與導電墊262接觸，然後液體層250形成在接收基板260上。在一些具體實施例中，操作140可以在操作130和150之前執行、在操作130和150之間執行、或在操作130和150之後執行。
參考圖7A和7B。因為將微型元件220黏附至導電墊262的力F3大於具有值F22的夾持力F2(由可調節力的膠層270施加在微型元件220上)，在由毛細力F31夾持微型元件220之後，轉移頭240被操縱以移離接收基板260，且微型元件220與轉移頭240分離並黏附固定至導電墊262。
在一些具體實施例中，方法100還包括蒸發液體層250，使得微型元件220中的至少一個貼附到導電墊262中的一個，並且與所述導電墊262電性接觸。液體層250的蒸發可以通過例如升高接收基板260或導電墊262的溫度來實現。微型元件220可以分別具有電極於其上，用於電性接觸導電墊262。在一些具體實施例中，在液體層250蒸發之前，轉移頭240移離接收基板260。在這種情況下，力F3是如上所述的毛細力F31，並且毛細力F31大於在減少之後具有值F22的夾持力F2。在一些具體實施例中，在液體層250蒸發之後，轉移頭240移離接收基板260。在這種情況下，力F3是在所述蒸發之後微型元件220和導電墊262之間產生的黏附固定力F32，並且黏附固定力F32大於在減少之後具有值F22的夾持力F2。
在一些實施例中，方法100還包括降低接收基板260或導電墊262的溫度，使得在轉移頭240移離接收基板260之前液體層250被冷凍。當液體層250冷凍時，由冷凍液體層250產生的另一個抓持力F33被施加到微型元件220。一般而言，抓持力F33大於夾持力F2的值F22。
在一些實施例中，轉移頭240、微型元件220、液體層250和接收基板260的組合被加熱，以在轉移頭240移離接收基板260之前，經由微型元件220和接收基板260之間的黏合 力F34在微型元件220和接收基板260之間形成黏合。黏合力F34大於夾持力F2的值F22。
簡而言之，力F3包括以下力之一：(1)由微型元件220和導電墊262之間的液體層250產生的毛細力F31；(2)微型元件220和導電墊262之間的黏附固定力F32，其中(1)和(2)之間的差異取決於液體層250是否被蒸發；(3)由冷凍液體層250產生的抓持力F33；以及(4)加熱後微型元件220和接收基板260之間的黏合力F34。應注意到，毛細力F31、黏附固定力F32、抓持力F33和黏合力F34可以大於或小於在減少前具有值F21的夾持力F2。
在一些具體實施例中，微型元件220的側向長度可小於或等於50微米，但不應限於此。對側向長度的限制是為了確保上述具體實施例的可行性，因為一些力(諸如由液體層250引起的毛細力F31、在蒸發微型元件220和導電墊262之間的液體層250後由微型元件220和導電墊262之間的界面引起的黏附固定力F32、以及由冷凍液體層250引起的抓持力F33)可以根據微型元件220的側向長度而大大改變。應注意，當微型元件220的尺寸(例如側向長度)逐漸縮小時，毛細力F31、黏附固定力F32和抓持力F33對微型元件220的影響將逐漸取得支配(相較於施加到微型元件220的其他力)。此外，如果微型元件220的側向長度太大，則需要考慮重力，這對於實現本揭露內容中發明的一些具體實施例而言是不被期望的。
更特定而言，施加到具有在這些具體實施例中提到的範圍內尺寸的微型元件220的力將遵循以下不等式：
F11<F21或F12<F21...........................................(1)
F22<F31或F22<F33或F22<F32或F22<F34.............(2)其中，藉由選擇接觸微型元件220的黏著層230和可調節力的膠層270的適當的材料組合，來滿足不等式(1)F11<F21或F12<F21。
表1列出了迄今為止提到的各種力：
Figure 108139324-A0101-12-0011-2
一般而言，當微型元件220的尺寸改變時，每單位面積的黏著力F11、F12和每單位面積的夾持力F21不會改 變。在一些具體實施例中，在可調節力的膠層270與微型元件220接觸之後，藉由使轉移頭240向上移離載體基板210的速度，可以額外地修改夾持力F2的值F21。速度越快，值F21越大。如此，可以用黏著型轉移頭240實現上述轉移過程。可以省略由靜電力、真空力、機械力或其任何組合操作的轉移頭的複雜電路設計或機械設計。黏著型轉移頭240能夠完成轉移過程，並且降低了製程的成本。此外，在轉移頭240上存在可調節力的膠層270，有利於拾取過程和放置過程，因為當拾取微型元件220時夾持力F2較大(即具有值F21)，並且當微型元件220從轉移頭240分離並轉移到接收基板260時夾持力F2減少(即具有值F22)。
在由圖1至圖7B支持的上述具體實施例中，在一些微型元件220放置在接收基板260上之後，微型元件220被微型元件220和導電墊262之間的液體層250產生的毛細力F31、在所述蒸發之後微型元件220和導電墊262之間產生的黏附固定力F32、由冷凍液體層250產生的抓持力F33、和/或在轉移頭、微型元件、液體層和接收基板的組合被加熱以在微型元件220與接收基板260之間形成黏合的黏合力F34夾持，且隨後微型元件220從轉移頭240分離且轉移到接收基板260。如此，包括可調節力的膠層270並且沒有複雜電路設計的黏著型轉移頭240，能夠由於液體層250的存在而完成轉移過程，並且降低了製程成本。
參考圖8A和8B。圖8A和8B是圖1中示出的方法100的中間步驟的示意性剖視圖。在替代具體實施例中，微型元件220中的至少一個在其上具有光阻層222。在諸如分割的 製造處理期間內，可能需要可選的光阻層222。將光阻層222塗覆到至少一個微型元件220上，在光阻層222被圖案化之後以作為用於分割的遮罩。光阻層222可以是正型光阻層或負型光阻層，但不應限於此。在具體實施例中，光阻層222在拾取之前位於微型元件220上(參見圖8A)，並且當進行拾取時，微型元件220經由光阻層222黏附到轉移頭240的可調節力的膠層270上(參見圖8B)。光阻層222可以由丙烯酸樹脂(acrylic resin)或酚醛清漆樹脂(novolak resin)製成。上述和圖1支持的方法100也可以應用於本具體實施例。
綜上所述，提供了一種通過其上具有可調節力的膠層的黏著型轉移頭將微型元件從載體基板轉移到接收基板的方法。如此，藉由簡單的轉移機制簡化了轉移過程，並且由於轉移頭的可調節的夾持力而提高了產量。
以上所述，僅是本揭露的較佳實施例而已，並非對本揭露作任何形式上的限制，雖然本揭露已以較佳實施例公開如上，然而並非用以限定本揭露，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本揭露技術方案範圍內，當可利用上述發明的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本揭露技術方案的內容，依據本揭露的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本揭露技術方案的範圍內。
100‧‧‧方法
110‧‧‧操作
120‧‧‧操作
130‧‧‧操作
140‧‧‧操作
150‧‧‧操作
160‧‧‧操作

Claims (10)

  1. 一種轉移微型元件的方法，包括：
    準備一載體基板，該載體基板上具有該微型元件，其中一黏著層位於該載體基板和該微型元件之間並接觸該載體基板和該微型元件；
    藉由包含一可調節力的一膠層的一轉移頭從該載體基板拾取該微型元件，此係經由將該可調節力的該膠層黏附到該微型元件上並藉由該可調節力的該膠層所施加的一夾持力來夾持該微型元件；
    在一接收基板上形成一液體層；
    將該轉移頭的該可調節力的該膠層的該夾持力減少到小於將該微型元件黏附到該接收基板的一力；
    藉由該轉移頭將該微型元件放置在該接收基板上，使得該微型元件與該液體層接觸並被該毛細力夾持；以及
    將該轉移頭移離該接收基板，使得該微型元件與該轉移頭分離並黏附固定到該接收基板。
  2. 如請求項1所述的方法，其中在減少該夾持力之後，該毛細力大於該夾持力。
  3. 如請求項1所述的方法，進一步包含：
    在該微型元件與該轉移頭分離之前蒸發該液體層，使得該微型元件貼附到該接收基板的一導電墊並且與該導電墊電性接觸，其中將該微型元件黏附到該導電墊的力是在該蒸發 之後所產生的黏附固定力。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該導電墊的面積小於或等於約1平方毫米。
  5. 如請求項3所述之方法，其中該微型元件包含在其上的一電極，並且該微型元件經由該電極與該導電墊貼附並與該導電墊電性接觸。
  6. 如請求項1所述之方法，進一步包含：降低該接收基板的溫度，使得在將該轉移頭移離該接收基板之前，該液體層被冷凍。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該微型元件的側向長度小於或等於約50微米。
  8. 如請求項1所述之方法，其中在該拾取之前，一光阻層位於該微型元件上，並且當執行該拾取時，該微型元件經由該光阻層黏附到該轉移頭。
  9. 如請求項1所述之方法，其中，該可調節力的該膠層是圖案化膠層。
  10. 如請求項1所述之方法，進一步包含：
    加熱該轉移頭、該微型元件、該液體層和該接收基板的組合，以在該轉移頭移離該接收基板之前，藉由該微型元件和該接收基板之間的一黏合力在該微型元件和該接收基板之間形成黏合。
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