TWI797190B - 選取及放置半導體裝置的方法、製造系統及電子顯示器 - Google Patents

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Abstract

為了藉由利用吸引力挑選多個半導體裝置並將多個半導體裝置從一載體基板放置到一目標基板而製造一裝置，一吸取頭陣列的吸取頭之子集合被操作而藉由一吸引力吸取這些半導體裝置的一子集合。這些被吸取頭吸取的部分半導體裝置被放置於一目標基板上或上方，並被釋放於目標基板上。這些半導體裝置可藉由釋放或反轉吸引力而脫離吸取頭。吸引力可藉由這些吸取頭中的可控制薄膜產生。可控制薄膜例如為壓電彎曲片。

Description

選取及放置半導體裝置的方法、製造系統及電子顯示器
本發明係關於一種利用一真空吸取及傳送程序以將顯示器元件從一起始基板選取及放置至一接收基板的方法。
為了將非常輕巧的發光二極體(LED)例如微發光二極體(micro-light emitting diodes，mLED)或垂直空腔表面發射雷射(vertical-cavity surface-emitting lasers，VCSELs)填充於一顯示器中，必須將發光二極體從其被製造的原先基板傳送至形成部分顯示器或是「顯示器基板」的一目標基板。如此微小的半導體裝置可能於目標基板上以一固定的間隔設置或是緊密地設置在一起。因為這些裝置的尺寸很小(例如介於1平方微米(µm2 )至20µm2 之間)，所以傳統的吸取及放置技術並不適用。
本發明之實施例係關於選擇性地施加吸引力當作挑選及放置一半導體裝置的媒介，且半導體裝置例如一微發光二極體或垂直空腔表面發射雷射。於一些實施例中，放置吸取頭的一陣列於位在一載體基板上的半導體裝置上或上方，且選擇性地藉由一吸引力操作一部份的吸取頭吸取一部份的半導體裝置至上述部分的吸取頭。吸引力能對應放置吸取頭的陣列於半導體裝置上或上方。吸附有半導體裝置的吸取頭對齊於一目標基板上或上方。當至少上述部分的吸取頭位於目標基板上或上方時，半導體裝置將被釋放至目標基板上。半導體裝置可由釋放或反轉吸引力而被釋放。
於一些實施例中，位於每一吸取頭中的一薄膜例如一壓電彎曲片係用於產生吸引力，並將吸引力響應成造成壓電彎曲片形變的控制訊號。
一些實施例係關於吸取頭的陣列及致動器。吸取頭的陣列具有多個開口，且陣列中的吸取頭選擇性地被操作而藉由自這些開口提供的一吸引力，吸附位於一載體基板上的一部份的半導體裝置至被操作的吸取頭上。藉由自吸取頭的陣列釋放上述部分的半導體裝置，上述部分的半導體裝置分離至一目標基板上。致動器連接於吸取頭的陣列。致動器放置吸取頭的陣列於位於載體基板上的半導體裝置上或上方，且至少放置吸附有上述部分的半導體裝置的上述部分的吸取頭於目標基板上或上方。
本發明之實施例係關於利用吸引力並藉由多個吸取頭的陣列選擇性地吸附及分離於半導體裝置，而選取及放置半導體裝置的方法，且半導體裝置例如為發光二極體或垂直空腔表面發射雷射。
製造系統概述
圖1為根據一實施例之一顯示器製造系統100的方塊圖。以下，顯示器製造系統100也可簡稱為系統100。系統100藉由將半導體裝置112自一載體基板114組裝至一目標基板118而製造出一電子顯示器。於一些實施例中，半導體裝置112為不同顏色的發光二極體晶片或是個別的垂直空腔表面發射雷射。載體基板114支撐半導體裝置112以使半導體裝置112能由吸取頭陣列104選取。目標基板118可為一顯示器基板或為有利於製造與顯示器基板的結合(bonding)的一中間載體基板。系統100放置半導體裝置112於顯示器基板的多個像素位置，然後將半導體裝置112結合至顯示器基板。於一些實施例中，半導體裝置112為微發光二極體，且具有較低的輸出光差異性(divergence)及較小的發光面積。於其他實施例中，半導體裝置為垂直空腔表面發射雷射。系統100用於選取及放置小尺寸的半導體裝置，但其可用於組裝其他類型的半導體裝置。
系統100可包含一空腔102等等。空腔102內定義出用於選取及放置半導體裝置112的一內部環境。系統100更包含一吸取頭陣列104(pick-up head array)、一影像裝置108、一致動器122、一載體台116、一目標台120及一雷射發射器126。載體台116承載具有半導體裝置112的一載體基板114。目標台120承載一目標基板118以自載體基板114接收一些或全部的半導體裝置112。一控制器106連接於影像裝置108及吸取頭陣列104(例如藉由致動器122)且控制影像裝置108及吸取頭陣列104的操作。舉例來說，控制器106令吸取頭陣列104選取(pick up)一個或多個位於載體基板114上的半導體裝置112並放置於目標基板118上。
吸取頭陣列104包含多個吸取頭124。每一吸取頭124可自載體基板114選取一個半導體裝置112，並放置半導體裝置於目標基板118上。每一吸取頭124包含一開口(aperture)，且經由該開口提供一吸引力(suction force)以自載體基板114選取一半導體裝置112。利用吸引力選取並吸附一半導體裝置112後，吸取頭124對齊於目標基板118。吸取頭124將半導體裝置112分離於吸取頭124並放置半導體裝置112於目標基板118上。與吸取頭124的分離可由釋放用於吸附的吸引力而達成，或藉由施加一相反的吸引力而將半導體裝置112推離吸取頭124。
致動器122為根據控制器106指令控制吸取頭陣列104活動的一機電元件。舉例來說，致動器122可於至多六個自由度來移動吸取頭陣列104或單一的吸取頭124。六個自由度的移動包含上、下、左、右、前、後、搖擺、傾斜及轉動。致動器122例如可以旋轉馬達、線性馬達或液壓缸來實現。
影像裝置108有利於選取自載體基板114的半導體裝置及放置於目標基板118上的半導體裝置於視覺上的對齊。舉例來說，影像裝置108產生吸取頭陣列104及載體基板114的影像，並將影像提供至控制器106。於一些實施例中，影像裝置為照相機或其他光學裝置。吸取頭陣列104可包含透明材料(例如玻璃或矽膠材料(polydimethylsiloxane，PDMS))以讓光線穿過而能對齊。於一些實施例中，影像裝置108為一環境掃描電子顯微鏡(environmental scanning electron microscope，ESEM)而不必樣品塗佈(specimen coating)便能提供影像，且空腔102為包含一高水蒸氣壓的一環境掃描電子顯微鏡空腔。於不同的實施例中，可使用其他類型的影像裝置使對齊容易。於放置精度大於0.5微米(um)時，可使用光學系統。而於放置精度小於0.5微米(um)時，可使用掃描電子顯微鏡。
控制器106控制吸取頭陣列104的操作。控制器106可選擇性地操作一部份的吸取頭124吸取一部份的半導體裝置112至上述部分的吸取頭124以執行選取及放置加工。控制器106可根據影像將吸取頭陣列104的吸取頭124與載體基板114對齊，且選取安裝於載體基板114上的一個或多個半導體裝置112。於其他的示例中，影像裝置108產生吸取頭陣列104的一個或多個吸取頭124及目標基板118的影像，並將該些影像提供至控制器106。控制器106可根據影像將吸取頭124與顯示器基板118(也就是目標基板118)對齊，並將吸附於吸取頭124的半導體裝置112放置於顯示器基板118上。
於一些實施例中，載體台116及/或目標台120可被調整而較易與吸取頭陣列104精準地對齊。舉例而言，載體台116及/或目標台120可包含三個自由度。三個自由度的移動可包含左右、前後及搖擺旋轉自由度。載體基板114隨著載體台116移動，且顯示器基板118隨著目標台120移動。
系統100可包含一個或多個載體基板114。舉例來說，不同的載體基板114可承載不同色彩的發光二極體晶片。載體基板114承載單體化的(singulated)半導體裝置112以將其傳送至顯示器基板118。系統100可包含一個或多個目標基板118。於一些實施例中，例如當目標基板118為用於接收半導體裝置112的顯示器基板時，目標台120包含一加熱器以在利用吸取頭陣列104放置半導體裝置112於顯示器基板118上後將半導體裝置112的電子接觸墊片熱導地連接於顯示器基板118。於其他實施例中，目標基板118為用於促進半導體裝置112與一分隔顯示器基板118(例如利用一直接結合程序(bonding process)而不是透過吸引力傳送)結合的一中間載體基板。
雷射發射器126產生雷射光束以進行將生長基板分離於半導體裝置112的外層(epitaxial layer)的雷射脫離(laser-lift-off，LLO)程序。這些半導體裝置112可於一生長(或原生)基板中被加工且利用一(例如化學)蝕刻單體化。於蝕刻後，雷射發射器126施加一光束以破壞外層的結合。舉例來說，若外層包含氮化鎵(GaN)，雷射光束會破壞鎵(Ga)及氮(N)之間的鍵結。氮(N)將蒸發且其發出的熱量可熔化殘留的鎵(Ga)(例如於攝氏30度)，進而使基板被移除。於一些實施例中，生長基板為藍寶石、玻璃或其他對來自雷射發射器126的光線為可光透的基板，且該光線穿過生長基板而被外層吸收。
於一些實施例中，載體基板114可包含一承載膠帶(carrier tape)或其他黏著層以藉由黏著力以保持半導體裝置112的位置。於一些實施例中，一(例如氧氣)電漿蝕刻可用於降低半導體裝置112及載體基板114之間的黏性。於一些實施例中，僅降低載體基板114上部分半導體裝置112的黏性以利那些裝置的選取，並保持其他未被選取的裝置仍位於載體基板114上。
圖2A為根據一實施例之吸取頭陣列200的示意圖。吸取頭陣列200及其他於此敘述的吸取頭陣列為系統100中的吸取頭陣列104的示例。吸取頭陣列200包含多個吸取頭124。每一吸取頭124可具有一開口(aperture)210。吸取頭124可藉由開口210所提供的一吸引力選擇性地被操作而吸取位於載體基板114上的一些或全部的半導體裝置112至吸取頭124上，及藉由自吸取頭陣列200釋放半導體裝置分離吸附於吸取頭124的半導體裝置至一目標基板118。
每一吸取頭124包含具有一真空室204的一架體202、相對真空室204外之外界壓力改變真空室204內壓力的一薄膜206及定義出連接至真空室204的一開口210的非順應性的(non-conformable)一凸件208。藉由改變真空室204中的壓力可製造出吸引力而選取一半導體裝置112。
於一些實施例中，薄膜206可為一壓電彎曲片(piezoelectric benders)，且利用彎曲變形而使真空室204內的壓力低於真空室204外的外界壓力。每一吸取頭124的薄膜206可選擇性地被來自控制器106的一電壓訊號控制。薄膜206可以不同的狀態被放置以改變真空室204中的壓力而於凸件208吸取或分離半導體裝置112。舉例來說，薄膜206於一未彎曲狀態時，真空室204中的壓力與外界壓力相同或實質上相同。當吸取頭陣列104於選取時被設置於半導體裝置118上或上方，被選取的薄膜例如薄膜216便處於一彎曲狀態而使真空室204中的壓力低於外界壓力，進而吸取被選擇的半導體裝置118至吸取頭124。如同更加詳細地與製程400一起描述於圖4及圖5D中，薄膜216可更包含另一彎曲狀態而使真空室204中的壓力高於外界壓力，進而確保被選擇的半導體裝置118成功地被分離。
於一些實施例中，架體202以一彈性材料製成。於一些實施例中，吸取頭陣列200包含定義吸取頭124之架體202的一單一架體部。吸取頭陣列200可額外或另外包含定義吸取頭124之凸件208的一單一凸部。
吸取頭124的凸件208可由半導體裝置112的界面材料決定為順應性(conformable)或非順應性。順應性吸取頭可包含一兼容性界面材料，而非順應性吸取頭可包含一固體非兼容性界面材料。於一些實施例中，半導體裝置112及吸取頭124之間的界面至少有一側為順應性。於圖2A中，吸取頭124各包含非順應性的一凸件。半導體裝置112包含順應性的一彈性層212以促進半導體裝置112與非順應性的凸件208藉由吸引力之吸附。於一些實施例中，非順應凸件208具有面積至少為1平方微米(µm2 )的一開口210。
圖2B為根據一實施例之顯示器製造系統100的一吸取頭陣列218。不同於包含非順應凸件208的吸取頭陣列200，吸取頭陣列218中的吸取頭124包含順應性的一凸件220。順應性的凸件220無須於半導體裝置112上形成彈性層212便能促進半導體裝置112的吸附。於一些實施例中，順應性的凸件220具有面積至少為100平方奈米(nm2 )的一開口210。上述對於吸取頭陣列200的說明可適用於吸取頭陣列218的其他元件。
圖3A為根據一實施例之顯示器製造系統100的吸取頭陣列300的示意圖。不同於上述包含有薄膜206的吸取頭陣列200或218，吸取頭陣列300之吸取頭124包含一氣壓控制器306。吸取頭陣列300包含定義出微型真空室304的吸取頭124。真空室304連結於被真空控制單元312控制的多個能個別定位的微型頻道。於一些實施例中，真空控制單元312整合於控制器106。吸取頭陣列300的每一吸取頭124包含定義一真空室304的一架體302、相對外界壓力降低真空室304內壓力的氣壓控制器306及定義出一開口310的非順應性的一凸件308。開口310連接於真空室304以藉由真空室304內壓力改變而導致的吸引力選取一半導體裝置112。半導體裝置112包含順應性的彈性層212以藉由吸引力促進半導體裝置112與非順應性的凸件308的吸附。於一些實施例中，架體302由一彈性材料製成。
圖3B為根據一實施例之顯示器製造系統100的吸取頭陣列318。不同於包含非順應性的凸件308的吸取頭陣列300。吸取頭陣列318的吸取頭124包含順應性的一凸件314。順應性的凸件314無須於半導體裝置112上形成彈性層212便能促進半導體裝置112的吸附。於一些實施例中，順應性的凸件314定義出面積至少為100平方奈米(nm2 )的一開口310。上述對於吸取頭陣列300的敘述可適用於吸取頭陣列318的其他元件。
圖4為根據一實施例的利用吸取頭陣列104選取及放置一半導體裝置112之一製程400的流程圖。製程400可由系統100從一載體基板114傳送半導體裝置112到一目標基板118而被執行，且半導體裝置112例如為微發光二極體或垂直空腔表面發射雷射。製程400參照根據一實施例呈現利用吸取頭124選取及放置半導體裝置112的示意圖之圖5A、圖5B、圖5C、圖5D及圖5E說明。於一些實施例中，載體基板114為一承載片，且目標基板為促進將半導體裝置112放置到一目標顯示器基板的一中間載體基板。於其他實施例中，目標基板118為顯示器基板，或其他半導體裝置112被設置及結合的終端基板。
吸取頭124的一陣列被放置於位在載體基板114上的半導體裝置112上或上方(步驟410)。舉例來說，控制器106控制致動器122對齊吸取頭陣列104的吸取頭124及位在載體基板114上的半導體裝置112以選取被選擇的半導體裝置112。於一些實施例中，影像裝置108於吸取頭陣列104被放置於半導體裝置112上或上方時產生影像以協助上述之對齊。
吸取頭陣列104可包含一單一本體而使這些吸取頭124能於單一本體一起活動。於另一示例中，吸取頭陣列104包含個別地被控制而選取及放置半導體裝置112的吸取頭124。
如圖5A所示，吸取頭124的凸件508利用影像裝置108對齊於位於載體基板114上的半導體裝置112。薄膜506可位於未彎曲或靜置狀態。對齊一吸取頭124或吸取頭陣列104與半導體裝置112可包含操作吸取頭124的位置(例如向左右或前後移動)及/或操作平台的位置(例如朝左右、前後或搖擺旋轉方向移動載體台116或目標台120)。
在對齊後，吸取頭124朝半導體裝置112被降低而位於半導體裝置112上或上方。凸件508可位於接近但沒有接觸或有接觸半導體裝置112的位置。
一部份的吸取頭124選擇性地被操作而藉由一吸引力將一部份的半導體裝置112吸附至上述部分的吸取頭124(步驟420)而將吸取頭124的陣列放置於半導體裝置112上或上方。舉例來說，控制器106傳送一控制訊號至吸取頭陣列200或218的被選擇的薄膜206而造成吸取頭124令真空室204中的壓力低於真空室204外的外界壓力。一些或全部的半導體裝置112可被選取。於另一示例中，控制器106傳送一控制訊號至吸取頭陣列300或318的被選取的氣壓控制器306以令真空室304中的壓力低於真空室304外的外界壓力。
如圖5B所示，薄膜506處於一彎曲狀態而令吸取頭124的真空室中的壓力低於真空室外的外界壓力。如此便導致一吸引力被施加至半導體裝置112並造成半導體裝置112與吸取頭124的凸件508之吸附。
吸附有部分半導體裝置112的吸取頭124被放置於目標基板118上或上方(步驟430)。吸附有部分半導體裝置112的吸取頭124從載體基板114被抬升，且利用致動器122位於目標基板118上或上方。於一些實施例中，影像裝置108於吸取頭陣列104被放置於目標基板118上或上方時產生影像以協助對齊。如圖5C所示，吸附有半導體裝置112的吸取頭124被抬升而遠離載體基板114，並被放置於目標基板118上或上方。
一部份的半導體裝置112被釋放於目標基板118上而放置吸取頭於目標基板118上或上方(步驟440)。如圖5D所示，半導體裝置112被放置於一目標位置510，且接著被分隔於吸取頭124的凸件508。藉由控制薄膜或壓力單元，吸取頭124可相對外界壓力反轉用於選取的低壓狀態或於真空室中製造高壓狀態，以釋放半導體裝置112。於一些實施例中，如圖5D所示，薄膜506處於一第二彎曲狀態以令真空室204中的壓力高於外界壓力，進而分離半導體裝置112。薄膜506於不同的方向彎曲以達到高壓或低壓的狀態，而不同的狀態能藉由施加正向偏電壓或負向偏電壓至薄膜206而被控制。於其他實施例中，薄膜506藉由被彎曲至一未彎曲狀態而反轉真空室中的低壓至與外界壓力相同或實質上相同。於此，不再於選取時施加能造成為彎曲狀態轉換的電壓至薄膜206。如圖5E所示，吸取頭124被抬升而遠離被放置於目標基板118的目標位置510的半導體裝置112。薄膜506可被變回未彎曲或靜置狀態而執行另一選取及放置加工。
於一些實施例中，若目標基板118為一裝置基板，可於放置半導體裝置112後執行一結合加工。結合加工係將半導體裝置112吸附至目標基板118，且也可令半導體裝置112及目標基板118之間形成電性接觸。結合加工可包含半導體裝置112及目標基板118之間的一低溫焊料合金的回流，且焊料合金例如為錫銀合金(SnAg)或銅錫合金(CuSn)。
以圖4說明的製程400僅為示範性說明，可於製程中做出各種變化。舉例來說，製程400可被重複施加於不同顏色的發光二極體以組裝包含以不同顏色的發光二極體形成的子像素的顯示器。於每一循環中，吸取頭陣列104可自包含單一顏色發光二極體的載體基板114選取一部份的發光二極體，並放置上述部分的發光二極體於目標基板118上。
圖6為根據一實施例之利用吸取頭陣列104製造一電子顯示器的製程600之流程圖。製程600可由系統100執行以製造具有顯示器基板且顯示器基板連接有發光二極體的一顯示器。於此示例中，載體基板114為一承載片，且目標基板118為顯示器基板。半導體裝置112為被放置於顯示器基板上以形成像素的發光二極體。一個像素可包含多個不同色彩發光二極體的子像素。製程600參照根據一實施例呈現利用吸取頭陣列104製造顯示器之示意圖的圖7A、圖7B、圖7C、圖7D、圖7E、圖7F及圖7G說明。
多個發光二極體的陣列於一原生或生長基板上被加工(步驟610)。這些發光二極體可包含微發光二極體。於一些實施例中，位於原生基板上的發光二極體的陣列被加工而使其具有一般的構造並發出一般色彩的光。為了組裝一顯示器，具有不同顏色的多個發光二極體的陣列(例如紅、綠及藍)可於原生基板上被加工。如圖7A所示，半導體裝置晶圓702包含於生長基板704上被加工的一發光二極體的陣列。
發光二極體的陣列中的發光二極體被單體化(步驟620)。單體化發光二極體可包含利用一機械切割加工或依雷射切割程序例如消融切割(ablation dicing)、隱形切割加工(stealth dicing process)或蝕刻加工(etching process)。單體化將發光二極體的陣列分割成個別的發光二極體而能被選取並被放置於顯示器基板。
發光二極體的陣列被傳送至載體基板114(步驟630)。如圖7B所示，半導體裝置晶圓702被分隔成位於生長基板704上的多個發光二極體，然後被放置於載體基板114上。此外，生長基板704例如利用雷射脫離製成與這些發光二極體706被分離。於一些實施例中，載體基板114包含承載片及其他提供黏著力以結合半導體裝置晶圓702至載體基板114的材料。
對齊發光二極體的陣列及吸取頭陣列104的吸取頭124的凸件508之陣列(步驟640)。如圖7C所示，陣列中相鄰的發光二極體706之間與吸取頭陣列104之相鄰的吸取頭124之間皆以相同的間隔P設置。因此，於載體基板114上的發光二極體706的陣列能被吸取頭陣列104有效地平行選取。另外或此外，吸取頭陣列104的吸取頭124可被調整成以與載體基板114上的發光二極體之間隔P相同的間隔設置。
於一些實施例中，這些發光二極體在空間上的分離與單體化(singulation)有關。舉例來說，隱藏式切割(stealth dicing)可利用控制晶圓擴張(controlled wafer expansion)以沿透過聚焦於物鏡(objective lens)的雷射形成的切割線分割發光二極體的方式來執行。相對來說，機械切割加工中僅有一些或沒有晶圓擴張可使用，因為控制晶片的分離是從切口移除材料(由一以鑽石切割輪所形成)而導致的。
請再次參閱圖6，一部分的發光二極體被選擇以傳送至目標基板118(步驟650)。舉例來說，一部份的發光二極體可被選擇而傳送至顯示器基板以形成子像素，以作為顯示器的多個像素。於一些實施例中，控制器106選擇一個或多個發光二極體以利用吸取頭陣列104傳送。
吸取頭陣列104可於載體基板的任何位置選取一個或多個發光二極體。於一些實施例中，可使用一預設順序，或者可由控制器106儲存及使用一電子晶圓圖形佈置(electronic wafer map)。根據被選擇的吸取頭124，多個半導體裝置可以不同的圖形(例如長條形、分散的陣列形及密集的陣列形等)被同時傳送。於一些實施例中，多個半導體裝置選自多個來源，然後以特定的圖形被放置於目標基板上。於一些實施例中，多個被選擇的發光二極體包含功能性晶片，且非功能性晶片不會被選來傳送。可於傳送前測試半導體裝置是否具有功能性。
裝置可從多個晶圓源中之一者中來挑選，且多個晶圓源可被緊密地排列於終端接收基板上，而任何及所有來自晶圓源的功能性晶片皆可被挑選。
被選擇的部分的發光二極體及載體基板114之間的黏著力被下降(步驟660)。如上所述，載體基板114可包含一承載膠帶。承載膠帶可為於單體化(singulation)後個別固定發光二極體的一黏著層。由載體基板114施加於發光二極體的黏著力可藉由一預先釋放程序(pre-release process)而被降低，進而助於吸取頭陣列104的選取。
於一些實施例中，預先釋放程序可包含於吸取頭陣列104被放置於發光二極體上或上方前區域性地以在半導體裝置下的雷射光束加熱。多個發光二極體可利用一分散校準元件(calibrated diffraction element)線性地或以有序陣列的形式向多個位置被精準地傳送。於一些實施例中，載體基板於開始挑選裝置前被冷卻。於一些實施例中，於預先釋放程序中可使用一最小光束尺寸，且最小光束尺寸是介於幾微米至幾十微米之間。而焦點是位於半導體裝置及承載膠帶的交界面上。於一些實施例中，例如對切割雷射的激發波長透明的承載膠帶可具有優先吸收雷射能量的一黏著層，進而能降低膠帶中局部區域的緊繃度。於一些實施例中，承載膠帶於步驟630的雷射切割程序時吸收穿過其的雷射以降低局部區域的黏力或緊繃度。於其他實施例中，可於預先釋放程序中使用電漿蝕刻。
自承載膠帶或先前被挑選的基板被預先釋放的半導體裝置可利用一索引尋找相機(indexed reverse look-up camera)(例如影像裝置108)並參照基板材料中的基準點及電子晶圓圖形佈置辨認。如此一來，系統100追蹤已自載體基板被傳送的半導體裝置，以及追蹤已移動到半導體裝置的目標基板。
半導體裝置可被放置於一被定義的空間圖案中。空間圖案可包含固定的分隔距離(例如間隔P)或一鄰近緊密順序(close packing order)。空間圖案可有關於顯示器基板的特徵及像素量。半導體裝置可自一個或多個載體基板被挑選以於目標顯示器基板產生最終的組件。這些半導體裝置可於分隔的(例如紅、綠及藍)原生基板被加工，並根據空間圖案被放置於顯示器基板上。空間圖案可利用對齊技術來實現。對齊技術例如於半導體晶圓的光刻製程中使用的光罩對準曝光機(mask aligners)。
吸取頭陣列104的一部分的吸取頭124利用吸引力吸引一部分的發光二極體(步驟670)。一部分的吸取頭124可於吸取頭124被放置於位在載體基板114上的發光二極體上或上方後，可根據與被選擇的部分發光二極體的對齊而被選擇。如圖7D所示，吸取頭124以間隔P分隔，且被朝發光二極體706移動以利用吸引力自載體基板114選取以間隔P設置的發光二極體706。
請再次參閱圖6，吸取頭陣列104的一部分的吸取頭124釋放上述部分的發光二極體於目標基板118上(步驟680)。於此示例中目標基板118為顯示器基板。目標位置係為顯示器的多個像素設置的次像素的位置。參照圖4對製程400的說明可適用於步驟670、680及製程600。
如圖7E所示，吸取頭陣列104攜帶被吸附的發光二極體706至目標顯示器基板118以放置於顯示器基板118的目標位置708。於一些實施例中，目標位置708包含以間隔P分隔且與發光二極體706的接觸墊片形成電性接觸的接觸墊片。於其他實施例中，顯示器基板118的目標位置708之間可以不同於間隔P的距離設置，且吸取頭陣列104根據目標位置708之間的距離調整相鄰吸取頭124的距離。如圖7F所示，吸取頭陣列104自顯示器基板118分離以放置發光二極體706於顯示器基板118上。於一些實施例中，顯示器基板118包含結合於發光二極體706之接觸墊片的接觸墊片。吸取頭陣列104可包含一加熱元件以加熱吸附至吸取頭陣列104的發光二極體706，進而將發光二極體706的接觸墊片與顯示器基板118的接觸墊片結合。於一些實施例中，發光二極體706藉由熱壓(thermocompression，TC)結合於顯示器基板118。吸取頭陣列104可用於施加一力量而對顯示器基板118擠壓發光二極體706並同時加熱。
參照圖6說明的製程600僅用於說明，可對製程進行各種的改變。舉例來說，於步驟670選取的多個發光二極體可於步驟680中被放置於多個不同的目標基板118，而不是單一的目標基板118。於其他示例中，製程600可為了半導體裝置晶圓702被重複執行，且各個半導體裝置晶圓702具有不同顏色的發光二極體。於每個選取及放置的循環中，具有特定顏色的次像素可被放置於顯示器基板上，且多個選取及放置不同類型的發光二極體的循環可用於製造電子顯示器的各個像素。如圖7G所示，顯示器基板118上佈滿多個不同顏色的發光二極體706以形成電子顯示器的次像素。
圖8為根據一實施例的微發光二極體800之剖面示意圖。於此描述的「微型發光二極體」、「微小發光二極體」或「微發光二極體」係指一種特定類型的發光二極體。此類型的發光二極體具有較小的主動光發出面積(例如小於2000µm²)，且也可製造準直(collimated)輸出光。準直輸出光增加由較小的主動光發出面積發出的光線之亮度。於此描述利用吸引力選取及放置半導體裝置的方法並非限定於選取或放置微發光二極體，而可應用於其他類型的發光裝置。此外，微發光二極體800僅為微發光二極體可能使用的一種示例，其他類型的微發光二極體例如具有不同的參數或無製造準直輸出光的發光二極體也可被使用。
微發光二極體800可包含設有一半導體外延層804的一發光二極體基板802(或可簡稱為基板802)、設置於外延層804上的一介電層814、設置於介電層814上的正接觸層816及設置於外延層804上的負接觸層818等等。外延層804被塑造成一檯面806。一主動(或發光)層808(或主動發光區)被包含於檯面806的結構中。檯面806於相對微發光二極體800的傳光或發光面810之一側具有一被截斷的頂端。檯面806也具有一近似於拋物線的外形以為了微發光二極體800中產生的光線形成一反光罩。箭頭812呈現光自主動層808發出且被正接觸層816及檯面806內壁朝發光面810反射的路徑，且光線反射的角度足以使光線射出微發光二極體800(也就是以能形成全反射的角度反射)。正接觸層816及負接觸層818連接微發光二極體800至顯示器基板。
微發光二極體800的拋物線形結構導致微發光二極體800相較於無特殊形狀或一般的發光二極體具有較高的提取率(extraction efficiency)及低照光角度。一般的發光二極體晶片的發光角度之半高全寬(full width half maximum，FWHM)為120度。此係由漫射表面的藍氏反射體(Lambertian reflectance)所決定。相較起來，微發光二極體800可具有受控制而較低(例如60度左右)的發光角度之半高全寬。如此一來，便增加微發光二極體800的效率及準直輸出而能僅以幾奈安(nano-amps)的驅動電流便能產生人眼能看見的光線。
微發光二極體800可包含一主動發光區。該主動發光區的面積小於一般無機發光二極體(ILED)的主動發光區的面積，例如小於2000µm²。微發光二極體800導引自主動發光區發出的光線之方向而增加輸出光的亮度。微發光二極體800的直徑可小於50微米(µm)並具有直接蝕刻於發光二極體晶片上的一拋物線形結構(或相似的結構)。上述蝕刻係於晶圓加工步驟中形成從發光面810出現的一近乎準直(quasi–collimated)光束的步驟中進行。
此處所指的「被導引方向的光線」包含準直光線及近乎準直光線。舉例來說，被導引方向的光線可為自一發光二極體的光產生區域發出的光線，且至少部分的出射光被導引成具有一半角度的光束。如此可於光束的方向上增加發光二極體的亮度。
當沿圖8中的一水平平面切割時微發光二極體800可包含一圓形截面。微發光二極體800可具有於晶圓製造過程中直接蝕刻於發光二極體晶片上拋物線形的結構。拋物線形結構可包含微發光二極體800的發光區域並反射一部分被產生的光線形成自發光面810發出的近似準直光束。
基板802可為外延層804形成於的一生長基板。於一些實施例中，基板802例如用雷射脫離製程分隔於外延層804。於其他實施例中，例如當基板802對發自微發光二極體800的箭頭812(光線行進之方向)透明時，基板802無分隔於外延層804。
以上對於各實施例之敘述僅用於說明。其並非用於限定本發明的專利範圍。熟悉此技藝者可由以上之揭露進行許多修改與變化。
說明書中的用語以容易閱讀及說明的準則撰寫，且其並非用於限制發明主體。因此本發明的專利範圍並不以上方之詳細描述為限，而是以任一項申請專利範圍所界定。故，各實施例的揭露僅為示範性，而非用於限定用以下之申請專利範圍界定的專利範圍。
100‧‧‧系統102‧‧‧空腔104、200、218、300、318‧‧‧吸取頭陣列106‧‧‧控制器108‧‧‧影像裝置112‧‧‧半導體裝置114‧‧‧載體基板116‧‧‧載體台118‧‧‧目標基板、顯示器基板120‧‧‧目標台122‧‧‧致動器124‧‧‧吸取頭126‧‧‧雷射發射器202、302‧‧‧架體204‧‧‧真空室206、216、506‧‧‧薄膜208、220、308、314、508‧‧‧凸件210‧‧‧開口212‧‧‧彈性層304‧‧‧真空室306‧‧‧氣壓控制器310‧‧‧開口312‧‧‧真空控制單元400、600‧‧‧製程410、420、430、440‧‧‧步驟510‧‧‧目標位置610、620、630、640、650、660、670、680 702‧‧‧半導體裝置晶圓704‧‧‧生長基板706‧‧‧發光二極體708‧‧‧目標位置800‧‧‧微發光二極體802‧‧‧基板804‧‧‧外延層806‧‧‧檯面808‧‧‧主動層810‧‧‧發光面812‧‧‧箭頭814‧‧‧介電層816‧‧‧正接觸層818‧‧‧負接觸層P‧‧‧間隔
圖1為根據本發明一實施例之顯示器製造系統之示意圖。 圖2A根據本發明一實施例之顯示器製造系統之吸取頭陣列的示意圖。 圖2B為根據本發明另一實施例之顯示器之顯示器製造系統之吸取頭陣列的示意圖。 圖3A為根據本發明另一實施例之顯示器之顯示器製造系統之吸取頭陣列的示意圖。 圖3B為根據本發明另一實施例之顯示器之顯示器製造系統之吸取頭陣列的示意圖。 圖4為根據本發明一實施例之利用吸取頭選取及放置半導體裝置的方法的流程圖。 圖5A至圖5E為根據本發明一實施例之利用吸取頭選取及放置半導體裝置的示意圖。 圖6為根據本發明一實施例之利用吸取頭陣列製造電子顯示器的方法的流程圖。 圖7A至圖7G為根據本發明一實施例之利用吸取頭選取及放置多個半導體裝置的示意圖。 圖8為根據本發明一實施例之微發光二極體的示意圖。 上述圖式解僅用於說明本發明之實施例。
400‧‧‧製程
410、420、430、440‧‧‧步驟

Claims (17)

  1. 一種用於選取及放置半導體裝置之方法，包含：將多個吸取頭的一陣列放置於一載體基板上之多個半導體裝置上或上方；在一部份的該些吸取頭處接收電性訊號來致動該部份的該些吸取頭中之薄膜而令該部份的該些吸取頭之多個真空室中處在低於外界壓力之壓力，以致使吸引力將一部份的該些半導體裝置吸附到經連接至該些真空室之該一部份的該些吸取頭中的多個開口；至少將吸取有該部分的該些半導體裝置的該部分的該些吸取頭放置於一目標基板上或上方；以及釋放該部分的該些半導體裝置於該目標基板上，以響應於至少將該部分的該些吸取頭放置於該目標基板上或上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於釋放該部分的該些半導體裝置之前更包含：以該部份的該些吸取頭將該部分的該些半導體裝置對齊該目標基板上的一位置。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該目標基板為一顯示器基板，而該些半導體裝置為微發光二極體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該多個開口各者的尺寸至少為1平方微米。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些半導體裝置各者包含一彈性層，位於面對該些吸取頭的一表面上且用於吸附於該些吸取頭。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些吸取頭各者包含一順應性凸件，其吸附有一個相對應的半導體裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該順應性凸件定義出該些開口各者，其具有至少100平方奈米的一面積。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該些薄膜包含多個壓電彎曲片。
  9. 一種製造系統，包含：一陣列，包含具有多個開口的多個吸取頭，且該些吸取頭可選擇性地被操作以：藉由該些開口所提供的吸引力將位於一載體基板上的一部分的多個半導體裝置吸附至被操作的該些吸取頭上；以及藉由將該部分的該些半導體裝置自該陣列的該些吸取頭釋放而令該部分的該些半導體裝置分離至一目標基板上，其中該些吸取頭各者包含：一架體，具有一真空室；一薄膜，使用電性訊號予以致動而在該真空室中建立低於外界壓力之壓力來引起該吸引力；及一凸件，定義出連接於該真空室的該多個開口各者，以藉由該吸引力來吸取該部分的多個半導體裝置；以及多個致動器，連接於該陣列的該些吸取頭，並用以：放置該陣列的該些吸取頭位於該載體基板上的該些半導體裝置上或上方；及 放置至少吸附有該部分的該些半導體裝置的一部分的該些吸取頭於該目標基板上或上方。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之製造系統，其中該薄膜為一壓電彎曲片。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之製造系統，其中該些開口各者的面積至少為1平方微米。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之製造系統，其中該些半導體裝置各者包含一彈性層，位於面對該些吸取頭的一表面上且用於吸附於該些吸取頭。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之製造系統，其中該些吸取頭各者之該凸件包含一順應性凸件，其吸附有一個相對應的半導體裝置。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之製造系統，其中該順應性凸件定義出該些開口各者，其具有至少100平方奈米的一面積。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之製造系統，其中：該目標基板為一顯示器基板；以及該些半導體裝置為微發光二極體。
  16. 一種以用於選取及放置半導體裝置之方法來製造的電子顯示器，包含：將具有多個吸取頭的一陣列放置於一載體基板上之多個半導體裝置上或上方；在一部份的該些吸取頭處接收電性訊號來致動該部份的該些吸取頭中之薄膜而令該部份的該些吸取頭之多個真空室中處在低於外 界壓力之壓力，以致使吸引力將一部份的該些半導體裝置吸附到經連接至該些真空室之該一部份的該些吸取頭中的多個開口；至少將吸取有該部分的該些半導體裝置的該部分的該些吸取頭放置於一顯示器基板上或上方；以及釋放該部分的該些半導體裝置於該顯示器基板上，以響應於至少將該部分的該些吸取頭放置於該顯示器基板上或上方。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電子顯示器，其中該些薄膜包含多個壓電彎曲片。
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