TWI826975B - 巨量轉移的系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種巨量轉移的系統及方法，利用雙平台及複數個取放單元的系統，當其中一組基板進行巨量轉移時，另一組基板同時執行基板的更換及對位，讓巨量轉移與進出料同步運行，相較於傳統巨量轉移的方式能夠提高90%以上的效率。

Description

巨量轉移的系統及方法
本發明是關於一種巨量轉移的系統及方法，且特別是關於一種巨量轉移微型發光二極體(Micro LED)的方法。
近幾年來發展出一種將發光二極體的尺寸縮小至微米等級的發光二極體，被稱為微型發光二極體(Micro LED)，由於微型發光二極體顯示面板具有高發光效率、壽命長以及高解析度等優點，因此被認為是次世代顯示技術的主流。
然而，對於每個單一的微型發光二極體，傳統的製造過程不能用於量產，這是由於在一顯示器中數百萬個微型發光二極體難以有效率地從基板轉移到顯示器上；這就是巨量轉移(mass transfer)的議題。
目前Micro LED巨量轉移方法主要有，靜電力吸附方法、凡得瓦力轉印方法、電磁力吸附方法等。美國公司LuxVue提出的靜電力吸附方法、美國公司X-Celeprint提出的凡得瓦力轉印方法和台灣工研所ITRI提出的電磁力吸附方法，分別通過靜電力、凡得瓦力和電磁力作用，將巨量Micro LED精確吸附，再轉移到目標基板，並精準釋放；然而，上述三種方法無法解決晶圓上Micro LED間距與基板上Micro LED間距不等的問題。
此外，Micro LED巨量轉移方法還包含圖案化雷射剝離，即透過準分子雷射能量均勻穩定的雷射光斑，配合特定圖案的光罩做到平行轉移至基板，實現精準的光學陣列；然而，正因為此方式具有良好的效率，所以進出晶圓(基板的更換及對位)的效率反而變成瓶頸，例如1片6吋晶圓的轉移只要10秒，但執行基板的更換及對位卻需要20秒，導致整體轉移效率降低。
本發明創作人鑑於上述先前技術的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年的研究實驗後，終於成功研發完成本發明之巨量轉移的系統及方法。
本發明揭露一種巨量轉移的系統及方法，利用雙平台及複數個取放單元的系統，當其中一組基板進行巨量轉移時，另一組基板同時執行基板的更換及對位，讓巨量轉移與進出料同步運行。
本發明揭露一種巨量轉移的方法，包含：提供複數個第一基板，具有複數個晶片；提供複數個第二基板；將第一基板放置於來源平台機構，來源平台機構包含複數個換料區、中空區、以及複數個取放單元；將第二基板放置於目標平台機構，目標平台機構包含複數個換料區、工作區、以及複數個取放單元；複數個第一基板中的任一個第一基板藉由取放單元從來源平台機構的換料區移動至中空區，複數個第二基板中的任一個第二基板藉由取放單元從目標平台機構的換料區移動至工作區，對移動至中空區的第一基板照射雷射，以將晶片巨量轉移至位於工作區的第二基板；照射雷射後的第一基板藉由取放單元從中空區移動至換料區，同時複數個第一基板中的另一個第一基板藉由另一 個取放單元從另一個換料區移動至中空區，對移動至中空區的第一基板照射雷射，以將晶片巨量轉移至位於工作區的第二基板。
在本發明的一實施例中，巨量轉移的方法更包括：於照射雷射後，將承載有晶片的第二基板藉由取放單元從工作區移動至換料區，且同時複數個第二基板中的另一個第二基板藉由另一個取放單元從另一個換料區移動至工作區。
在本發明的一實施例中，雷射為準分子雷射，且第一基板可被準分子雷射所穿透。
在本發明的一實施例中，位於中空區的第一基板及位於工作區的第二基板進行巨量轉移的同時，位於換料區的其他第一基板及其他第二基板執行基板的更換及對位。
本發明另揭露一種巨量轉移的系統，包含：來源平台機構，包含複數個換料區、中空區、以及複數個取放單元，其中中空區呈中空狀，可使雷射穿透；換料區位於中空區的外側；複數個取放單元可取放作為晶片來源的基板；目標平台機構，包含複數個換料區、工作區、以及複數個取放單元，其中換料區位於工作區的外側；複數個取放單元可取放作為巨量轉移目標的基板。
在本發明的一實施例中，來源平台機構的取放單元包含共用的第一軸定位結構、複數個第二軸定位結構、以及複數個旋轉定位結構；目標平台機構的取放單元包含複數個第一軸定位結構、共用的第二軸定位結構、複數個第三軸定位結構、以及複數個旋轉定位結構；以及第一軸、第二軸、及第三軸互相垂直。
在本發明的一實施例中，以共用的第一軸定位結構的第一軸與共用的第二軸定位結構的第二軸彼此十字交叉的方式，架設來源平台機構與目標平台機構。
在本發明的一實施例中，來源平台機構為矩形；中空區位於矩形的正中央；複數個換料區、複數個取放單元為2~4個，且分別位於矩形的任意2~4個角落。
在本發明的一實施例中，目標平台機構為矩形；工作區位於矩形的正中央；複數個換料區、複數個取放單元為2~4個，且分別位於矩形的任意2~4個角落。
藉由如上的巨量轉移的系統及方法，本發明相較於傳統巨量轉移的方式，能夠提高90%以上的效率，例如1片6吋晶圓的轉移只要10秒，而執行基板的更換及對位的時間減少至1~2秒，可提升整體巨量轉移的效率。
11:第一基板
111:第一個第一基板
112:第二個第一基板
12:第二基板
121:第一個第二基板
122:第二個第二基板
21:來源平台機構
211:中空區
212:換料區
22:目標平台機構
213,221:第一軸定位結構
214,222:第二軸定位結構
223:第三軸定位結構
215,224:旋轉軸定位結構
3:軌道
EL:準分子雷射
圖1為本發明的一實施例之利用準分子雷射進行巨量轉移的示意圖。
圖2為本發明的一實施例之雙平台系統的示意圖。
圖3a及圖3b為本發明的一實施例之利用雙平台系統進行準分子雷射的巨量轉移的示意圖。
為了使所屬技術領域中具有通常識者能夠充分瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合圖式，並以實施例 之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱圖1，其係為本發明的一實施例之利用雷射進行巨量轉移的示意圖，如圖所示，第一基板11具有複數個晶片(圖中未示)，利用雷射將晶片巨量轉移至第二基板12；其中雷射的種類並不受限制，例如可以為準分子雷射(excimer laser,EL)。
第一基板11的種類並不受限制，例如可以為玻璃基板、矽基板、藍寶石基板、具有積體電路的基板、或其他能夠被準分子雷射所穿透的基板，第一基板11的尺寸並不受限制，例如可以為6吋、8吋或其他合適的尺寸；第二基板12的種類並不受限制，例如可以為砷化鎵基板、用於顯示器之基板、或其他合適的基板；在一實施例中，第一基板11的晶片可以為包含RGB三種顏色的發光二極體晶片；在一實施例中，準分子雷射EL可以先通過特定圖案的光罩(圖中未示)，以將第一基板11上特定圖案的晶片巨量轉移至第二基板12上。
[雙平台系統]
請參閱圖2，其係為本發明的一實施例之雙平台系統的示意圖，如圖所示，雙平台系統包含來源平台機構21及目標平台機構22，其中將第一基板11放置於來源平台機構21，將第二基板12放置於目標平台機構22；其中來源平台機構21、目標平台機構22的外觀、形狀、尺寸、材質等並不受限制，只要能夠順利進行後述的巨量轉移即可；在一實施例中，來源平台機構21、目標平台機構22可以是矩形。
[來源平台機構]
來源平台機構21包含複數個換料區212、中空區211、以及複數個取放單元；中空區211呈中空狀，雷射可通過中空區211照射第一基板11；換料區212是執行基板的更換及對位的區域；中空區211及換料區212的相對位置並不受限制，但從提升巨量轉移效率的觀點考慮，換料區212較佳為位於中空區211的外側；在一實施例中，在來源平台機構21為矩形的情況下，中空區211位於矩形的正中央，複數個取放單元為2~4個，並位於矩形的任意2~4個角落。
關於來源平台機構21的取放單元，只要能將第一基板11進行取放，並在換料區212及中空區211之間進行移動及定位，取放單元的外觀、形狀、尺寸、材質、結構等並不受限制，在一實施例中，取放單元可以為吸盤或是機械手臂；取放單元取放第一基板11的方式並不受限制，例如可以藉由吸盤來吸取、藉由機械手臂來夾取、或是其他合適的取放方式；在一實施例中，取放單元至少包含第一軸定位結構213及第二軸定位結構214；在一實施例中，取放單元至少包含第一軸定位結構213、第二軸定位結構214、第三軸定位結構；在一實施例中，取放單元至少包含旋轉軸定位結構215；第一軸定位結構213使取放單元在第一軸(例如：X軸)方向上移動並定位，第二軸定位結構214使取放單元在第二軸(例如：Y軸)方向上移動並定位，第三軸定位結構使取放單元在第三軸(例如：Z軸)方向上移動並定位，旋轉軸定位結構215使取放單元藉由旋轉進行定位；在一實施例中，取放單元中所包含的各個定位結構是藉由軌道3來進行移動並定位(圖中未示X軸，X軸為垂直於圖面的方向，即X軸為垂直於YZ平面之方向)。
在一實施例中，來源平台機構21的取放單元至少包含共用的定位機構，共用的定位機構的方向(軸)並不受限，例如可以為共用的第一軸定位結構213；即來源平台機構21之各取放單元在第一軸(例如：X軸)方向上是共同一起移動與定位。
在一實施例中，從提升巨量轉移效率的觀點考慮，來源平台機構21的取放單元較佳為包含共用的第一軸定位結構213、第二軸定位結構214、旋轉軸定位結構215；且第一軸、第二軸、及第三軸互相垂直；在一實施例中，第一軸係X軸，第二軸係Y軸，第三軸係Z軸。
[目標平台機構]
目標平台機構22包含複數個換料區212、工作區、以及複數個取放單元；工作區對應於中空區211的位置進行設置，以使通過中空區211的雷射能夠照射至工作區；在一實施例中，工作區位於中空區211的正下方；換料區212是執行基板的更換及對位的區域；工作區及換料區212的相對位置並不受限制，但從提升巨量轉移效率的觀點考慮，換料區212較佳為位於工作區的外側；在一實施例中，在目標平台機構22為矩形的情況下，工作區位於矩形的正中央，複數個取放單元為2~4個，並位於矩形的任意2~4個角落。
關於目標平台機構22的取放單元，只要能將第二基板12進行取放，並在換料區212及工作區之間進行移動及定位，取放單元的外觀、形狀、尺寸、材質、結構等並不受限制，在一實施例中，取放單元可以為吸盤或是機械手臂；取放單元取放第二基板12的方式並不受限制，例如可以藉由吸盤來吸取、藉由機械手臂來夾取、或是其他合適的取放方式；在一實施例中，取放單元至少包含第一軸定位結構221及第二軸定位結構222；在一實施例中，取放單 元至少包含第一軸定位結構221、第二軸定位結構222、第三軸定位結構223；在一實施例中，取放單元至少包含旋轉軸定位結構224；第一軸定位結構221使取放單元在第一軸(例如：X軸)方向上移動並定位，第二軸定位結構222使取放單元在第二軸(例如：Y軸)方向上移動並定位，第三軸定位結構223使取放單元在第三軸(例如：Z軸)方向上移動並定位，旋轉軸定位結構224使取放單元藉由旋轉進行定位；在一實施例中，取放單元中所包含的各個定位結構是藉由軌道3來進行移動並定位。
在一實施例中，目標平台機構22的取放單元至少包含共用的定位機構，共用的定位機構的方向(軸)並不受限，例如可以為共用的第二軸定位結構222；即目標平台機構22之各取放單元在第二軸(例如：Y軸)方向上是共同一起移動與定位。
在一實施例中，從提升巨量轉移效率的觀點考慮，目標平台機構22的取放單元較佳為包含第一軸定位結構221、共用的第二軸定位結構222、第三軸定位結構223、旋轉軸定位結構224；且第一軸、第二軸、及第三軸互相垂直；在一實施例中，第一軸係X軸，第二軸係Y軸，第三軸係Z軸。
關於來源平台機構21及目標平台機構22，只要能使通過中空區211的雷射能夠照射在工作區，其兩者的設置方式並不受限制；在一實施例中，將來源平台機構21設置於上側，將目標平台機構22設置於下側；在一實施例中，以來源平台機構21的共用的定位結構的軸方向，使其與目標平台機構22的共用的定位結構的軸方向彼此水平的方式，架設來源平台機構21與目標平台機構22，例如當來源平台機構21的共用的定位結構的軸為X軸時，目標平台機構22的共用的定位結構的軸也為X軸；從提升巨量轉移效率的觀點考慮，較佳為以來 源平台機構21的共用的第一軸定位結構213的第一軸，使其與目標平台機構22的共用的第二軸定位結構222的第二軸彼此十字交叉的方式，架設來源平台機構21與目標平台機構22，例如當來源平台機構21的共用的定位結構的軸為X軸時，目標平台機構22的共用的定位結構的軸為Y軸。
[巨量轉移的方法]
請參閱圖3a及圖3b，其係為本發明的一實施例之利用雙平台系統進行準分子雷射的巨量轉移的示意圖；在一實施例中，來源平台機構21、目標平台機構22各自包含2個取放單元；來源平台機構21的2個取放單元分別放取放第一個第一基板111、第二個第一基板112；目標平台機構22的2個取放單元分別取放第一個第二基板121、第二個第二基板122；在進行巨量轉移之前，上述4個取放單元都位於各自的換料區212(請參閱圖2)。
請參閱圖3a，進行巨量轉移時，首先，來源平台機構21的其一取放單元將帶有晶片的第一個第一基板111從其一換料區212移動到中空區211並進行定位，目標平台機構22的其一取放單元將作為晶片轉移目標的第一個第二基板121從其一換料區212移動到中空區211的正下方(即工作區)，接著，使用準分子雷射EL通過中空區211對第一個第一基板111進行照射，使第一個第一基板111所帶有的晶片巨量轉移至第一個第二基板121。
請參閱圖3b，照射雷射後，來源平台機構21的其一取放單元將第一個第一基板111從中空區211移回換料區212，並執行基板的更換及對位(即進出料)；同時目標平台機構22的其一取放單元將乘載有晶片的第一個第二基板121從工作區移回換料區212，並執行基板的更換及對位(即進出料)；在此同時，來源平台機構21的另一取放單元將帶有晶片的第二個第一基板112從另 一換料區212移動到中空區211並進行定位，目標平台機構22的另一取放單元將作為晶片轉移目標的第二個第二基板122從另一換料區212移動到中空區211的正下方(即工作區)，接著，使用準分子雷射EL通過中空區211對第二個第一基板112進行照射，使第二個第一基板112所帶有的晶片巨量轉移至第二個第二基板122。
圖3a及圖3b是將第一個第一基板111的晶片巨量轉移至第一個第二基板121、以及將第二個第一基板112的晶片巨量轉移至第二個第二基板122的實施例；然而，本發明的巨量轉移的方法並不受此限，例如，準分子雷射EL先通過特定圖案的光罩，可以將第一個第一基板111之特定形狀的晶片、以及將第二個第一基板112之特定形狀的晶片，依序巨量轉移至第二個第一基板112之後，再將第二個第一基板112更換為第二個第二基板122，依此類推。
在一實施例中，巨量轉移的系統之平台空跑最大移動速度為250mm/秒至1000mm/秒，較佳為500mm/秒。
在一實施例中，巨量轉移的系統之轉移時的最大掃描速度為100mm/秒至500mm/秒，較佳為200mm/秒。
在一實施例中，巨量轉移的系統之平台重現精度為±0.4μm至±1.0μm，較佳為±0.7μm。
在一實施例中，巨量轉移的系統之相機解析能力為0.3μm至1.0μm，較佳為0.6μm。
在一實施例中，巨量轉移的系統之雷射轉移誤差為±1μm至±5μm，較佳為±3μm。
在一實施例中，巨量轉移的系統之最終轉移誤差為±3μm至±8μm，較佳為±5μm。
在一實施例中，巨量轉移的系統之最大轉移能力(面積)為20平方公分/秒至50平方公分/秒，較佳為32平方公分/秒。
綜上所述，本發明是利用雙平台及複數個取放單元的系統，當其中一組基板進行巨量轉移時，另一組基板同時執行基板的更換及對位，讓巨量轉移與進出料同步運行，相較於傳統巨量轉移的方式能夠提高90%以上的效率。
以上所述僅為舉例性，用以說明本發明之技術內容的可行具體實施例，而非用於限制本發明。本發明所屬技領域具有通常知識者基於說明書中所揭示內容之教示所為的等效置換、修改或變更，均包含於本發明之申請專利範圍中，未脫離本發明的權利範疇。
11:第一基板
12:第二基板
21:來源平台機構
211:中空區
212:換料區
22:目標平台機構
213,221:第一軸定位結構
214,222:第二軸定位結構
223:第三軸定位結構
215,224:旋轉軸定位結構
3:軌道

Claims (9)

  1. 一種巨量轉移的方法，包含：提供複數個第一基板，具有複數個晶片；提供複數個第二基板；將所述第一基板放置於一來源平台機構，所述來源平台機構包含複數個換料區、一中空區、以及複數個取放單元；將所述第二基板放置於一目標平台機構，所述目標平台機構包含複數個換料區、一工作區、以及複數個取放單元；所述複數個第一基板中的任一個第一基板藉由所述取放單元從所述來源平台機構的所述換料區移動至所述中空區，所述複數個第二基板中的任一個第二基板藉由所述取放單元從所述目標平台機構的所述換料區移動至所述工作區，對移動至所述中空區的第一基板照射雷射，以將所述晶片巨量轉移至位於所述工作區的第二基板；照射雷射後的第一基板藉由所述取放單元從所述中空區移動至所述換料區，同時所述複數個第一基板中的另一個第一基板藉由另一個取放單元從另一個換料區移動至所述中空區，對移動至所述中空區的第一基板照射雷射，以將所述晶片巨量轉移至位於所述工作區的第二基板。
  2. 如請求項1所述之巨量轉移的方法，其更包括：於照射雷射後，將承載有所述晶片的所述第二基板藉由所述取放單元從所述工作區移動至所述換料區，且同時所述複數個第二基板中的另一 個第二基板藉由另一個取放單元從另一個換料區移動至所述工作區。
  3. 如請求項1所述之巨量轉移的方法，其中所述雷射為準分子雷射，且所述第一基板可被所述準分子雷射所穿透。
  4. 如請求項1所述之巨量轉移的方法，其中位於所述中空區的所述第一基板及位於所述工作區的所述第二基板進行巨量轉移的同時，位於所述換料區的其他第一基板及其他第二基板執行基板的更換及對位。
  5. 一種巨量轉移的系統，包含：一來源平台機構，包含複數個換料區、一中空區、以及複數個取放單元，其中所述中空區呈中空狀，可使雷射穿透；所述換料區位於所述中空區的外側；所述複數個取放單元可取放作為晶片來源的基板；一目標平台機構，包含複數個換料區、一工作區、以及複數個取放單元，其中所述換料區位於所述工作區的外側；所述複數個取放單元可取放作為巨量轉移目標的基板。
  6. 如請求項5所述之巨量轉移的系統，其中所述來源平台機構的所述取放單元包含一共用的第一軸定位結構、複數個第二軸定位結構、以及複數個旋轉定位結構；所述目標平台機構的所述取放單元包含複數個第一軸定位結構、一共用的第二軸定位結構、複數個第三軸定位結構、以及複數個旋轉定位結構。
  7. 如請求項6所述之巨量轉移的系統，其中以所述共用的第一軸定位結構的第一軸與所述共用的第二軸定位結構的第二軸彼此十字交叉的方式，架設所述來源平台機構與所述目標平台機構。
  8. 如請求項5所述之巨量轉移的系統，其中所述來源平台機構為矩形；所述中空區位於所述矩形的正中央；所述複數個換料區、複數個取放單元為2~4個，且分別位於所述矩形的任意2~4個角落。
  9. 如請求項5所述之巨量轉移的系統，其中所述目標平台機構為矩形；所述工作區位於所述矩形的正中央；所述複數個換料區、複數個取放單元為2~4個，且分別位於所述矩形的任意2~4個角落。
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