TWI711071B - 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

真空轉移裝置及其形成方法
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(Si 3N 4)、氧化矽(SiO 2)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(Si 3N 4)、氧化矽(SiO 2)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(Si 3N 4)、氧化矽(SiO 2)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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  21. 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。
  22. 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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