[發明專利]一種MicroLED巨量轉移的自調平裝置及其應用

在審

• 申請號: 202111220046.0
• 申請日: 2021-10-20
• 公開（公告）號: CN114023669A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 黃永安;孫寧寧;白坤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/677;H01L21/683;H01L33/00;H01L33/62
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 劉洋洋

本發明屬于半導體相關技術領域，其公開了一種MicroLED巨量轉移的自調平裝置及其應用，該裝置包括：下晶圓運動臺，包括具有XYZ三方向自由度的第一支架以及滑臺；上晶圓運動臺，包括具有XYZ三方向自由度的第二支架以及吸附結構；基板直驅自調平微云臺，包括球形電機以及自調平微云臺，球形電機設于滑臺上，自調平微云臺在球形電機的帶動下實現X、Y或Z方向的旋轉或鎖緊；自調平微云臺包括同步調節盤以及下晶圓吸附盤，同步調節盤表面設有多個頂柱，頂柱的上方分別設有力傳感器，下晶圓吸附盤設有與頂柱對應的孔洞以使力傳感器突出于下晶圓吸附盤表面。本申請不受轉移頭面積的限制，可以實現大平面轉移過程中的平行度，顯著提高轉移效率。

技術領域

本發明屬于半導體相關技術領域，更具體地，涉及一種MicroLED巨量轉移的自調平裝置及其應用。

背景技術

微型發光二極管(MicroLED，亦稱μLED)是將傳統LED的尺寸微縮至50μm以下，并在單個芯片上與驅動電路高度集成的新一代的無機自發光顯示技術，相比傳統的顯示技術具有亮度更高，功耗更低，壽命更長，響應快速和可靠性更高等獨特優勢，在高分辨率顯示、生物醫療、可見光通信、穿戴電子等領域具有廣泛應用。目前μLED技術的發展難點之一在于巨量轉移過程，需要將數百萬顆尺寸達微米級的μLED從外延生長的襯底上轉移到電路基板上，但目前的巨量轉移工藝及其裝置都無法滿足高良率(～99.9999％)、高精度(±0.5μm)和高速率(1M/h)的要求。

針對以上問題，中國專利CN109712928B公開了一種適用于微型器件的高精度轉印設備及系統，通過靜電吸片產生的靜電吸附力可以實現對微型器件的吸附和釋放。這種以靜電作為轉印的能量來源使得轉印設備的功耗較低，且可以適應不同形式器件的轉印，同時轉印頭可以在移動裝置的控制下進行水平面和豎直面的移動，對不同規格的轉印襯底進行轉移，提高轉移效率，降低了生產成本。中國專利CN109216400B公開了一種MicroLED陣列器件的巨量轉移裝置及相關方法，通過在MicroLED陣列器件的外延襯底上形成磁性納米薄膜層作為MicroLED陣列器件的一個電極，從而能夠直接采用磁力對MicroLED陣列器件吸附，該方式無需額外增加設置磁性層，避免了磁性層的制作以及去除的工藝，簡化了MicroLED陣列器件的轉移方法，提高了巨量轉移效率。

以上兩種方法克服了傳統機械方式難以拾取、容易損壞芯片的不足，但受轉移頭尺寸的大小使得轉移效率受到一定的制約，同時作用力調控需要在特定范圍內實現，從而達到縮小了工藝窗口，增加了工業成本。中國專利CN111584689A公開了一種MicroLED巨量轉移裝置及其轉移方法，采用掩模光照與傳送帶轉移實現多陣列MicroLED輻照轉移，轉移時位于藍寶石襯底上的MicroLED被激光輻照轉移至傳送帶的粘性層上。該方式通過光輻照產生轉移芯片的作用力，然后采用掩模、光斑聚焦陣列化等方式實現選擇性，陣列化光斑的方式，提高了巨量轉移裝置及方法的效率。

激光轉移技術基于激光與物質的作用機理，利用界面區域材料吸收光束能量引起快速物理變化或化學反應產生驅動力來調控界面狀態，以克服表層材料與MicroLED的粘附力，具有對器件損傷小、高度可選擇性、響應快速高效等優勢，且激光相對于其他技術而言在修復方面具有優勢，可以將壞點融掉，對于提高良率具有很大的作用，在合適的工藝參數下可達到較高的良率、精度和轉移速率，目前成為極具潛力的巨量轉移解決方案。然而，激光轉移雖然能夠滿足高速、選擇性轉移，但轉移精度影響因素較多，需要研究激光參數(如激光能量密度、脈沖頻率、光斑大小等)、轉移裝置的幾何參數(如極板間距、芯片間距)等多種參數問題，且激光設備昂貴，相對而言成本會較高。尤其在轉移過程中，供體基板與接收基板需與激光光斑協同運動，且二者的間距與相對平行度直接影響了巨量轉移的良率及精度，是目前工藝適配的巨量轉移裝置開發的技術核心及難點。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種MicroLED巨量轉移的自調平裝置及其應用，本申請不受轉移頭面積的限制，可調整在誤差允許的平行度范圍內實現大平面轉移，顯著提高轉移效率，并且解決了MicroLED非接觸激光巨量轉移中因基板間距引起轉移偏差的難題。