CN107978548B - 微元件的巨量转移方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微元件的巨量转移方法，包括步骤：1)采用整面光敏材料抓取微元件；2)利用微元件作为光刻掩膜版，将光敏材料制作成梯形结构及支撑微柱；3)采用机械力压断支撑微柱，实现所述微元件的巨量转移。本发明采用整面的光敏材料抓取微元件，可以避免微元件抓取对准精度不足的问题；本发明利用微元件作为光刻掩膜版，将光敏材料制作成梯形结构及支撑微柱，有利于微元件的稳定性以及后续分离的简易性；本发明只需要采用机械力压断支撑微柱便可实现微元件的巨量转移，工艺简单，可有效降低工艺成本。

Description

微元件的巨量转移方法
技术领域
本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种微元件的巨量转移方法。
背景技术
微元件技术是指在衬底上以高密度集成的微小尺寸的元件阵列。目前，微间距发光二极管(Micro LED)技术逐渐成为研究热门，工业界期待有高品质的微元件产品进入市场。高品质微间距发光二极管产品会对市场上已有的诸如LCD/OLED的传统显示产品产生深刻影响。
在制造微元件的过程中，首先在施体封装基板上形成微元件，接着将微元件转移到接收封装基板上。接收封装基板例如是显示屏。在制造微元件过程中的一个困难在于：如何将微元件从施体封装基板上转移到接收封装基板上。
传统转移微元件的方法为借由封装基板接合(Wafer Bonding)将微元件自转移封装基板转移至接收封装基板。转移方法的其中一种实施方法为直接转移，也就是直接将微元件阵列自转移封装基板接合至接收封装基板，之后通过剥离或者蚀刻将转移封装基板移除，制作转移常常需要牺牲掉多余的外延层。另一种实施方法为间接转移，首先，转移媒质提取微元件阵列，接着转移媒质再将微元件阵列接合至接收封装基板，然后移除转移媒质。转移媒质要求耐高温。
目前微元件的转移的技术包括范德华力、静电吸附、相变化转移和雷射激光烧蚀四大技术。其中范德华力、静电吸附及雷射激光烧蚀方式是目前较多厂商发展的方向。针对不同的应用，各种转移方式各有优缺点。
半导体封装中，常常利用到一些具有高弹性、易加工的聚合物，这些聚合物旋涂后常温即可形成固态。通常通过制作模具后，于模具中灌注聚合物材料，固化后模具，形成转移微柱子，并利用柱子对准来抓取微元件，转移后利用机械力将微柱子压断，然而，这种方法工艺较复杂，更重要的是在使用微柱子抓取微元件时，需要精确对准，容易产生产品良率下降的情况。
基于以上所述，提供一种工艺简单，且可以有效提高产品良率的微元件的巨量转移方法实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微元件的巨量转移方法，用于解决现有技术中微元件转移工艺较复杂，且良率较低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微元件的巨量转移方法，所述巨量转移方法包括：1)提供一基底，于所述基底表面形成光敏材料层，并在第一温度下对所述光敏材料层进行半固化处理，其中，所述第一温度低于所述光敏材料层的完全固化温度，以保证所述光敏材料层具有粘性；2)提供微元件的阵列，基于所述光敏材料层的表面粘性，将所述微元件的阵列抓取于所述光敏材料层表面；3)以所述微元件作为光掩膜，对所述光敏材料层进行自对准曝光处理及显影处理，使所述光敏材料层分割成多个与所述微元件对应的支撑结构，所述支撑结构包含粘接于所述微元件的第一支撑部及连接所述第一支撑部与所述基底的第二支撑部，且所述第二支撑部的径向宽度小于所述第一支撑部的径向宽度；4)提供一封装基板，所述封装基板表面具有与所述微元件的阵列对应的共晶金属，将所述微元件的阵列与所述共晶金属对准接合并进行共晶处理；以及5)自所述第二支撑部分离所述微元件与所述基底，并去除所述微元件上的光敏材料层，以实现所述微元件的巨量转移。
优选地，步骤3)中，通过控制所述自对准曝光处理的强度，使得显影处理后的所述第一支撑部呈梯形结构，以增大所述第一支撑部与所述微元件的粘接面积，所述第二支撑部呈微柱体结构，以利于所述微元件与所述基底的分离。
进一步地，所述微柱体结构的径向宽度不大于所述梯形结构顶面的径向宽度，且所述微柱体结构的径向宽度不小于稳定支撑所述微元件所需的最小宽度。
优选地，步骤3)中，所述自对准曝光处理包含紫外线曝光处理，所述自对准曝光处理的光线垂直于所述微元件表面入射，使得所述第二支撑部连接于所述第一支撑部的中心区域，以避免所述微元件位置的偏移。
优选地，所述光敏材料层包含光敏聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚酰亚胺(PI)等光敏聚合物，所述完全固化温度介于150℃～250℃之间，所述第一温度介于60℃～140℃之间，以保证所述光敏材料层具有粘性。
优选地，步骤2)中，所述微元件的阵列采用悬浮式结构，以使其易被所述光敏材料层的粘性表面抓取。
进一步地，所述悬浮式结构包括：支撑层；多个稳定柱，位于所述支撑层表面；以及微元件的阵列，该阵列中的每个微元件藉由若干个所述稳定柱支撑。
优选地，步骤2)将所述微元件的阵列抓取于所述光敏材料层表面后，还包括对所述光敏材料层进一步固化处理的步骤，以增加所述微元件与所述光敏材料层的粘附力。
优选地，步骤4)中，所述共晶金属包含AgSnCu、In及BiSn合金所组成的群组中的一种，所述共晶处理的温度不高于300℃，所述共晶处理的时间不大于1min，以在所述共晶处理的过程中保持所述支撑结构的稳定性。
优选地，步骤5)中，对所述基底施加一斜向的机械压力，将所述第二支撑部压断，以分离所述微元件与所述基底。
优选地，所述基底包含玻璃基底、陶瓷基底、聚合物基底、硅基底及蓝宝石基底所组成群组中的一种。
优选地，所述微元件的阵列包含微间距发光二极管阵列。
如上所述，本发明的微元件的巨量转移方法，具有以下有益效果：
1)本发明采用整面的光敏材料抓取微元件，可以避免微元件抓取对准精度不足的问题；
2)本发明利用微元件作为光刻掩膜版，将光敏材料制作成梯形结构及支撑微柱，有利于微元件的稳定性以及后续分离的简易性；
3)本发明只需要采用机械力压断支撑微柱便可实现微元件的巨量转移，工艺简单，可有效降低工艺成本。
4)本发明整体工艺简单，可有效提高微元件的转移良率，在半导体制造领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1显示为本发明的微元件的巨量转移方法的步骤流程示意图。
图2～图10显示为本发明的微元件的巨量转移方法各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 基底
102 光敏材料层
103 微元件
104 支撑层
105 稳定柱
106 支撑结构
107 第二支撑部
108 第一支撑部
109 封装基板
110 共晶金属
S11～S15 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图10所示，本实施例提供一种微元件的巨量转移方法，所述巨量转移方法包括以下步骤：
如图1～图3所示，首先进行步骤1)S11，提供一基底101，于所述基底101表面形成光敏材料层102，并在第一温度下对所述光敏材料层102进行半固化处理，其中，所述第一温度低于所述光敏材料层102的完全固化温度，以保证所述光敏材料层102具有粘性。
所述基底101包含玻璃基底、陶瓷基底、聚合物基底、硅基底及蓝宝石基底所组成群组中的一种。在本实施例中，所述基底101选用为玻璃基底，玻璃基底与所述光敏材料层102具有良好的粘附性能，可避免后续工艺造成的开裂现象，并且，相比于蓝宝石基底、硅基底等，选用玻璃基底可有效降低工艺成本。
另外，也可以选用具有较低的光反射率的聚合物基底，基于其较低的光反射率，可以有效降低基底在曝光时对光线的反射，避免对光敏材料层102造成不必要的光交联反应，使得后续的支撑结构106保持良好的形貌。
作为示例，所述光敏材料层102包含光敏聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚酰亚胺(PI)等光敏聚合物，所述光敏材料层的完全固化温度介于150℃～250℃之间，因此，半固化采用的所述第一温度可以选择为介于60℃～140℃之间，如60℃、80℃、100℃、120℃等，以保证所述光敏材料层具有粘性。
当然，其它种类的在半固化状态下具有粘性的光敏材料也同样适用，并不限于此处所列举的示例。
如图1、图4～图5所示，然后进行步骤2)S12，提供微元件103的阵列，基于所述光敏材料层102的表面粘性，将所述微元件103的阵列抓取于所述光敏材料层102表面。
在本实施例中，所述微元件103的阵列包含微间距发光二极管阵列。当然，其它的微元件103，如光电探测二极管(PDA)阵列、MOS器件、MEMS器件等也同样可以采用本实施例的转移方法进行转移，且并不限于此处所列举的示例。
在本实施例中，所述微元件103的阵列采用悬浮式结构，以使其易被所述光敏材料层102的粘性表面抓取。具体地，所述悬浮式结构包括：一支撑层104；多个稳定柱105，位于所述支撑层104表面；以及微元件103的阵列，该阵列中的每个微元件103藉由若干个所述稳定柱105支撑。需要说明的是，所述稳定柱105在保证所述微元件103可以被稳定支撑的情况下，所述稳定柱105的面积设计为尽可能小，以利于微元件103容易被所述光敏材料层102抓取。
作为示例，将所述微元件103的阵列抓取于所述光敏材料层102表面后，还包括对所述光敏材料层102进一步固化处理的步骤，以增加所述微元件103与所述光敏材料层102的粘附力。
本发明采用整面的光敏材料抓取微元件103，可以避免微元件103抓取对准精度不足的问题。
如图1、图6～图7所示，接着进行步骤3)S13，以所述微元件103作为光掩膜，对所述光敏材料层102进行自对准曝光处理及显影处理，使所述光敏材料层102分割成多个与所述微元件103对应的支撑结构106，所述支撑结构106包含粘接于所述微元件103的第一支撑部108及连接所述第一支撑部108与所述基底101的第二支撑部107，且所述第二支撑部107的径向宽度小于所述第一支撑部108的径向宽度。
具体地，通过控制所述自对准曝光处理的强度，使得显影处理后的所述第一支撑部108呈梯形结构，以增大所述第一支撑部108与所述微元件103的粘接面积，同时使得所述第二支撑部107呈微柱体结构，以利于所述微元件103与所述基底101的分离。
优选地，所述微柱体结构的径向宽度不大于所述梯形结构顶面的径向宽度，且所述微柱体结构的径向宽度不小于稳定支撑所述微元件103所需的最小宽度，所述的稳定支撑是指所述微元件不发生位移以及晃动。
在本实施例中，所述自对准曝光处理包含紫外线曝光处理，所述自对准曝光处理的光线垂直于所述微元件103表面入射，通过相邻微元件103之间的间隙入射至所述光敏材料层102中，使得进行显影处理后，所述第二支撑部107连接于所述第一支撑部108的中心区域，以避免所述微元件103位置的偏移。
本发明利用微元件103作为光刻掩膜版，将光敏材料制作成梯形结构及支撑微柱，有利于微元件103的稳定性以及后续分离的简易性。
如图1及图8所示，接着进行步骤4)S14，提供一封装基板109，所述封装基板109表面具有与所述微元件103的阵列对应的共晶金属110，将所述微元件103的阵列与所述共晶金属110对准接合并进行共晶处理；
作为示例，所述共晶金属110包含AgSnCu、In及BiSn合金所组成的群组中的一种，所述共晶处理的温度不高于300℃，所述共晶处理的时间不大于1min，以在所述共晶处理的过程中保持所述支撑结构106的稳定性。
如图1及图9～图10所示，最后进行步骤5)S15，自所述第二支撑部107分离所述微元件103与所述基底101，并去除所述微元件103上的光敏材料层102，以实现所述微元件103的巨量转移。
具体地，对所述基底101施加一斜向的机械压力，将所述第二支撑部107压断，以分离所述微元件103与所述基底101。
本发明只需要采用机械力压断支撑微柱便可实现微元件103的巨量转移，工艺简单，可有效降低工艺成本。
当然，也可以采用机械切割等方法使所述第二支撑部107断裂，以分离所述微元件103与所述基底101，且并不限于此处所列举的示例。
如上所述，本发明的微元件的巨量转移方法，具有以下有益效果：
1)本发明采用整面的光敏材料抓取微元件103，可以避免微元件103抓取对准精度不足的问题；
2)本发明利用微元件103作为光刻掩膜版，将光敏材料制作成梯形结构及支撑微柱，有利于微元件103的稳定性以及后续分离的简易性；
3)本发明只需要采用机械力压断支撑微柱便可实现微元件103的巨量转移，工艺简单，可有效降低工艺成本。
4)本发明整体工艺简单，可有效提高微元件103的转移良率，在半导体制造领域具有广泛的应用前景。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种微元件的巨量转移方法，其特征在于，所述巨量转移方法包括：
1)提供一基底，于所述基底表面形成光敏材料层，并在第一温度下对所述光敏材料层进行半固化处理，其中，所述第一温度低于所述光敏材料层的完全固化温度，以保证所述光敏材料层具有粘性；
2)提供微元件的阵列，基于所述光敏材料层的表面粘性，将所述微元件的阵列抓取于所述光敏材料层表面；
3)以所述微元件作为光掩膜，对所述光敏材料层进行自对准曝光处理及显影处理，使所述光敏材料层分割成多个与所述微元件对应的支撑结构，所述支撑结构包含粘接于所述微元件的第一支撑部及连接所述第一支撑部与所述基底的第二支撑部，且所述第二支撑部的径向宽度小于所述第一支撑部的径向宽度，同时通过控制所述自对准曝光处理的强度，使得显影处理后的所述第一支撑部呈梯形结构，以增大所述第一支撑部与所述微元件的粘接面积，所述第二支撑部呈微柱体结构，以利于所述微元件与所述基底的分离；
4)提供一封装基板，所述封装基板表面具有与所述微元件的阵列对应的共晶金属，将所述微元件的阵列与所述共晶金属对准接合并进行共晶处理；以及
5)自所述第二支撑部分离所述微元件与所述基底，并去除所述微元件上的光敏材料层，以实现所述微元件的巨量转移。
2.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：所述微柱体结构的径向宽度不大于所述梯形结构顶面的径向宽度，且所述微柱体结构的径向宽度不小于稳定支撑所述微元件所需的最小宽度。
3.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：步骤3)中，所述自对准曝光处理包含紫外线曝光处理，所述自对准曝光处理的光线垂直于所述微元件表面入射，使得所述第二支撑部连接于所述第一支撑部的中心区域，以避免所述微元件位置的偏移。
4.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：所述光敏材料层包含光敏聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚酰亚胺(PI)，所述完全固化温度介于150℃～250℃之间，所述第一温度介于60℃～140℃之间，以保证所述光敏材料层具有粘性。
5.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：步骤2)中，所述微元件的阵列采用悬浮式结构，以使其易被所述光敏材料层的粘性表面抓取。
6.根据权利要求5所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：所述悬浮式结构包括：
支撑层；
多个稳定柱，位于所述支撑层表面；以及
微元件的阵列，该阵列中的每个微元件藉由若干个所述稳定柱支撑。
7.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：步骤2)将所述微元件的阵列抓取于所述光敏材料层表面后，还包括对所述光敏材料层进一步固化处理的步骤，以增加所述微元件与所述光敏材料层的粘附力。
8.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：步骤5)中，对所述基底施加一斜向的机械压力，将所述第二支撑部压断，以分离所述微元件与所述基底。
9.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：所述基底包含玻璃基底、陶瓷基底、聚合物基底、硅基底及蓝宝石基底所组成群组中的一种。
10.根据权利要求1所述的微元件的巨量转移方法，其特征在于：所述微元件的阵列包含微间距发光二极管阵列、光电探测二极管阵列、MOS阵列及MEMS阵列所组成群组中的一种。
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