TWI752369B - 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。方法包括：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；藉由轉移頭從載體基板上拾取微型元件；在接收基板上形成液體層；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黏合(wafer bonding)從轉移晶圓轉移到接收基板。一種這樣的實施方式是「直接黏合」，其涉及將元件陣列從轉移晶圓到接收基板的一個黏合步驟，接著移除轉移晶圓。另一種這樣的實施方式是「間接黏合」，其涉及兩個黏合/剝離步驟。在間接黏合中，轉移頭可以從供應基板拾取元件陣列，然後將元件陣列黏合到接收基板，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；藉由轉移頭從載體基板上拾取微型元件；在接收 基板上形成液體層；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
210‧‧‧載體基板
220‧‧‧微型元件
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
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3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；以及
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。
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，其中準備載體基板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，其中藉由轉移頭240從載體基板210拾取微型元件220(如圖3所示)。方法100繼續進行操作130和140，其中液體層250或圖案化液體層250形成在接收基板260上(如圖4A和4B所示)，然後藉由轉移頭240將已經拾取的微型元件220放置在接收基板260上，使得微型元件220與液體層250接觸並被液體層250產生的毛細力夾持(如圖5A、5B、6所示)。方法100繼續進行操作150，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並且仍然在本揭示內容的範圍內，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，係藉由將具有黏著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，並且具有值F11。在一些具體實施例中，黏著力F1是在減小之後黏著層230對每個微型元件220的黏著力，並且具有值F12。在一些實施例中，值F11(在沒有進行所述減小之下的黏著力F1的值)大於值F12。所述減小是減小黏著層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、機械力、壓力或其任何組合來執行減小，但是不應限於此。在一些具體實施例中，微型元件220之一的側向長度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，所述減小的黏著力F1具有約50奈米牛頓(nN)的值F12。本揭示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)或其任何組合製成。本揭示內容的具體實施例不限於此。可以執行取決於實際應用的對載體基板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3。如上所述，藉由轉移頭240從載體基板210拾取一些微型元件220。在一些實施例中，轉移頭240可以藉由例如真空、黏著、磁吸引、靜電吸引等，在每個微型元件220上施加拾取壓力或拾取力。在下文中將僅討論黏著力，但是上述其他類型的力仍然在本揭示內容的範圍內。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。在夾持區域242中還可以存在凹洞244，凹洞244被配置為容納不欲拾取和/或放置的物件的位置。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的夾持區域242可以由具有黏著能力的材料製成，或者轉移頭240可以在其上具有圖案化的黏著層，使得當轉移頭240與微型元件220接觸時，可以由黏著力F2拾取每個微型元件220。在一些實施例中，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的所述黏著力F2為約100nN至1000nN。黏著力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 前減小具有值F11的原始黏著力F1以形成具有值F12的黏著力F1，使得黏著力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。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接近導電墊262放置，使得液體層250可以夾持微型元件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140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。
參考圖7A和7B。如上所述，在微型元件220被毛細力F31夾持之後，微型元件220與轉移頭240分離。在一些具體實施例中，微型元件220藉由黏著力F1黏著到黏著層230，黏著力F1具有如上所述的值F11或值F12。一些微型元件220藉由黏著力F2黏附到轉移頭240，並且毛細力F31大於黏著力F2，使得在所述放置之後，當轉移頭240移離接收基板260時微型元件220從轉移頭240分離並黏附固定到接收基板260，如圖7A所示。
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中的至少一個被貼附到導電墊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，用於克服黏著力F2的力F3是如上所述的毛細力F31，並且毛細力F31大於黏著力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，用於克服黏著力F2的力F3是在所述蒸發之後一個微型元件220與一個導電墊262之間產生的黏附固定力F32，並且黏附固定力F32大於黏著力F2。
在一些實施例中，方法100還包括，在轉移頭240移離接收基板260之前降低接收基板260或導電墊262的溫度，使得液體層250被冷凍。當液體層250被冷凍時，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大於黏著力F2。
在一些實施例中，在轉移頭240移離接收基板260之前，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，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大於黏著力F2。
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。
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。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、在蒸發其間液體層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，這對於實現本揭示內容中揭示的一些具體實施例而言是不被期望的。在上述具體實施例中，由於微型元件220的尺寸效應(亦即較小的側向長度)，毛細力F31、黏附固定力F32和抓持力F33中的至少一個大於黏著力F2。
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的側向長度的微型元件220的力將遵循以下不等式：
F11<F2<F31.........................................................(1)
F11<F2<F32.........................................................(2)
F11<F2<F33.........................................................(3)
F11<F2<F34.........................................................(4)
F12<F2<F31.........................................................(5)
F12<F2<F32.........................................................(6)
F12<F2<F33.........................................................(7)
F12<F2<F34.........................................................(8)
其中不等式(1)至(8)的左側：F11<F2和F12<F2可以藉由選擇用於黏著層230的材料的合適組合和與微型元件220接觸的抓持區域242的表面來滿足。
表1列出了迄今為止提到的各種力：
Figure 108139323-A0101-12-0010-1
Figure 108139323-A0101-12-0011-2
通常，當微型元件220的側向長度改變時，每單位面積的黏著力F1(包括值F11和值F12)和每單位面積的黏著力F2不改變。在一些具體實施例中，在轉移頭240與微型元件220接觸之後，可以藉由使轉移頭240向上移離載體基板210的速度來額外地修改黏著力F2。速度越快，黏著力F2越大。如此，可以用黏著型轉移頭240實現上述轉移製程。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能夠完成轉移製程，並且降低了製程的成本。
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、在該蒸發之後微型元件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被從轉移頭240分離且被轉移到接收基板260。如此，沒有複雜電路設計的黏著型轉移頭240能夠由於液體層250的存在而完成轉移製程，並且降低了製程成本。
總之，提供了一種藉由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。因此，藉由簡單的轉移機制簡化了轉移製程。
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

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；藉由一轉移頭從該載體基板上拾取該微型元件；在一接收基板上形成一液體層；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一毛細力夾持；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；以及在蒸發該液體層後，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，其中該微型元件藉由一第一黏著力黏著到該黏著層，該微型元件藉由一第二黏著力黏附到該轉移頭，並且該毛細力大於該第一黏著力和該第二黏著力，使得在執行該放置時該微型元件與該轉移頭分離並且黏附固定到該接收基板。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該第一黏著力和該第二黏著力包括凡得瓦力。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該第二黏著力大於該第一黏著力。
  5. 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。
  6. 如請求項1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。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該微型元件藉由一第一黏著力黏著到該黏著層，該微型元件藉由一第二黏著力黏附到該轉移頭，並且該黏附固定力大於該第一黏著力和該第二黏著力，使得在執行該放置時該微型元件與該轉移頭分離並且黏附固定到該接收基板。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該導電墊的一面積小於或等於約1平方毫米。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該方法進一步包含：在該轉移頭移離該接收基板之前加熱該轉移頭、該微型元件、該液體層和該接收基板的一組合，以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。
  10. 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；藉由一轉移頭從該載體基板上拾取該微型元件；在一接收基板上形成一液體層；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一毛細力夾持；降低該接收基板的溫度，使得該液體層被冷凍；以及在該液體層被冷凍後，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。
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