KR102518916B1 - micro device transfer device - Google Patents

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청두 비스타 옵토일렉트로닉스 씨오., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 기판, 금속 배선 및 복수 개의 실리콘 전극을 포함하는 마이크로 소자의 전사 장치를 개시한다. 금속 배선은 기판의 평탄 표면에 형성되며, 복수 개의 전극 구동 유닛을 포함한다. 실리콘 전극은 금속 배선의 기판을 등지는 일측에 형성되며, 실리콘 전극 각각은 일 전극 구동 유닛에 대응하여 설치되며, 전극 구동 유닛에 의해 구동되어 마이크로 소자를 픽업 또는 릴리스한다. 본 발명에서 제공하는 전사 장치는 정전기 흡착을 통해 마이크로 소자의 대량 전사를 구현할 수 있으며, 전사 효율을 대폭 향상시킨다. The present invention discloses a micro device transfer device including a substrate, metal wiring, and a plurality of silicon electrodes. The metal wiring is formed on the flat surface of the substrate and includes a plurality of electrode driving units. Silicon electrodes are formed on one side of the metal wiring facing away from the substrate, and each silicon electrode is installed to correspond to one electrode driving unit and is driven by the electrode driving unit to pick up or release the micro device. The transfer device provided by the present invention can realize mass transfer of micro devices through electrostatic adsorption, and significantly improves transfer efficiency.

Description

마이크로 소자 전사 장치micro device transfer device

본 발명은 마이크로 소자 관련 기술 분야에 관한 것이며, 특히 마이크로 소자 전사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to the field of technology related to micro devices, and particularly to a micro device transfer device.

사람들이 일상 생활에서 사용하는 장치의 발전 추세 중 하나는 소자의 소형화이다. 예를 들어, 디스플레이 장치에서는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED)를 적용하며, 즉 디스플레이 패널에는 복수 개의 마이크로 사이즈의 발광 다이오드(LED，Liquid Emitting Diode)가 집적되며, 현재 디스플레이 기술의 발전 방향 중의 하나로 되었다. 구체적으로, 마이크로 발광 다이오드가 극히 높은 발광 효율 및 수명을 가지므로, 점점 더 많은 기업에서 마이크로 발광 다이오드 디스플레이 패널을 연구개발하기 시작하였으며, 마이크로 발광 다이오드는 차세대 디스플레이 기술로 기대되고 있다.One of the development trends of devices used by people in daily life is miniaturization of devices. For example, in display devices, micro-LEDs are applied, that is, a plurality of micro-sized light emitting diodes (LEDs, Liquid Emitting Diodes) are integrated in a display panel, and it has become one of the development directions of current display technology. . Specifically, since micro light emitting diodes have extremely high light emitting efficiency and lifetime, more and more companies have started researching and developing micro light emitting diode display panels, and micro light emitting diodes are expected as a next-generation display technology.

현재의 마이크로 발광 다이오드 디스플레이 패널의 제조에 있어서, 제조 공정의 제한으로 인해, 마이크로 발광 다이오드의 고효율 대량 전사(Mass transfer)를 구현할 수 없다.In the manufacture of current micro light emitting diode display panels, high-efficiency mass transfer of micro light emitting diodes cannot be implemented due to limitations in the manufacturing process.

본 발명은 종래 기술에서의 마이크로 발광 다이오드의 고효율 대량 전사를 구현할 수 없는 문제점을 해결할 수 있는 마이크로 소자의 전사 장치를 제공한다.The present invention provides a micro device transfer device capable of solving the problem of not being able to implement high-efficiency mass transfer of micro light emitting diodes in the prior art.

상기 기술 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 마이크로 소자의 전사 장치를 제시한다. 전사 장치는 기판, 금속 배선 및 복수 개의 실리콘 전극을 포함한다. 기판은 평탄 표면을 포함하며, 금속 배선은 기판의 평탄 표면에 형성되며, 복수 개의 전극 구동 유닛을 포함한다. 실리콘 전극은 금속 배선의 기판을 등지는 일측에 형성되며, 실리콘 전극 각각은 일 전극 구동 유닛에 대응하여 설치되며, 전극 구동 유닛에 의해 구동되어 마이크로 소자를 픽업 또는 릴리스한다.In order to solve the above technical problem, the present invention proposes a micro device transfer device. The transfer device includes a substrate, metal wiring and a plurality of silicon electrodes. The substrate has a flat surface, metal wiring is formed on the flat surface of the substrate, and includes a plurality of electrode driving units. Silicon electrodes are formed on one side of the metal wiring facing away from the substrate, and each silicon electrode is installed to correspond to one electrode driving unit and is driven by the electrode driving unit to pick up or release the micro device.

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본 발명의 마이크로 소자 전사 장치는 기판, 금속 배선 및 복수 개의 실리콘 전극을 포함한다. 금속 배선은 기판의 표면에 형성되며, 복수 개의 전극 구동 유닛을 포함한다. 실리콘 전극은 금속 배선의 기판을 등지는 일측에 형성되며, 실리콘 전극 각각은 일 전극 구동 유닛에 대응하여 설치되며, 전극 구동 유닛에 의해 구동되어 마이크로 소자를 픽업 또는 릴리스한다. 본 발명의 전사 장치는 정전기를 사용하여 마이크로 소자를 흡착하여 마이크로 소자의 대량 전사를 구현하여, 전사 효율을 대폭 향상시킨다.The micro device transfer device of the present invention includes a substrate, metal wiring and a plurality of silicon electrodes. The metal wiring is formed on the surface of the substrate and includes a plurality of electrode driving units. Silicon electrodes are formed on one side of the metal wiring facing away from the substrate, and each silicon electrode is installed to correspond to one electrode driving unit and is driven by the electrode driving unit to pick up or release the micro device. The transfer device of the present invention realizes mass transfer of micro devices by adsorbing micro devices using static electricity, thereby greatly improving the transfer efficiency.

도 1은 본 발명의 마이크로 소자 전사 장치의 일 실시예의 구조예시도이며;
도 2는 본 발명의 마이크로 소자 전사 장치의 다른 실시예의 구조예시도이며;
도 3은 도 2에서 도시한 마이크로 소자 전사 장치의 실시예에서 전극 구동 유닛의 일 구조예시도이며;
도 4는 도 2에서 도시한 마이크로 소자 전사 장치의 실시예에서 전극 구동 유닛의 다른 구조예시도이며;
도 5는 본 발명의 마이크로 소자 전사 장치의 제조방법의 일 실시예의 흐름예시도이며;
도 6은 도 5에서 도시한 제조 방법에서 금속 배선에 복수 개의 실리콘 전극을 형성하는 일 실시예의 흐름예시도이며;
도 7은 도 6에서 도시한 제조 방법의 일 실시예의 공정과정예시도이며;
도 8은 도 5에서 도시한 제조 방법에서 금속 배선에 복수 개의 실리콘 전극을 형성하는 다른 실시예의 흐름예시도이며;
도 9는 도 8에서 도시한 제조 방법의 일 실시예의 공정과정예시도이다.1 is a schematic structural diagram of an embodiment of a micro device transfer device of the present invention;
2 is a schematic structural diagram of another embodiment of the micro device transfer device of the present invention;
Fig. 3 is a schematic structural diagram of an electrode driving unit in the embodiment of the micro element transfer device shown in Fig. 2;
Fig. 4 is another structural diagram of an electrode driving unit in the embodiment of the micro element transfer device shown in Fig. 2;
5 is a flowchart of an embodiment of a method for manufacturing a micro device transfer device according to the present invention;
FIG. 6 is a flowchart illustrating an embodiment of forming a plurality of silicon electrodes on a metal wire in the manufacturing method shown in FIG. 5;
Figure 7 is an exemplary process diagram of an embodiment of the manufacturing method shown in Figure 6;
8 is a flowchart of another embodiment of forming a plurality of silicon electrodes on a metal wire in the manufacturing method shown in FIG. 5;
Figure 9 is a process process example of an embodiment of the manufacturing method shown in Figure 8.

당해 분야의 기술자들이 본 발명의 기술 방안을 더 잘 이해하도록 하기 위해, 아래에서는 첨부된 도면 및 구체적인 실시 형태를 결합하여 발명이 제공하는 마이크로 소자의 전사 장치 및 그 제조 방법에 대해 더 상세하게 설명하도록 한다. 상기 마이크로 소자는 마이크로 발광 다이오드(Micro-LED), Micro-OLED 또는 기타 마이크로 사이즈의 전자 소자를 포함한다.
본 발명의 전사 장치는 마이크로 소자의 전사를 구현하는데 사용되며, 마이크로 발광 다이오드 디스플레이 패널을 예로 하며, 본 발명의 전사 장치는 대량 마이크로 발광 다이오드의 선택적 전사를 구현할 수 있다. 기타 마이크로 발광 다이오드와 동일한 마이크로 특징을 가지는 마이크로 소자는 모두 본 발명의 전사 장치를 사용하여 대량화 선택성 전사를 구현할 수 있다. 마이크로 발광 다이오드 즉 본 발명에의 상기 마이크로 소자는 디스플레이 패널에서 픽셀의 자체 발광을 구현하는데 사용되며, 한 개의 마이크로 소자는 한 개의 픽셀 포인트로 하며, 현재의 디스플레이 패널에서, 픽셀 포인트의 개수는 일반적으로 수천 수만개이므로, 디스플레이 패널에 대응되게 설치된 마이크로 소자도 수천 수만개이다. 일반적으로, 마이크로 소자는 우선 성장 기판에서 성장된 후, 성장 기판이 구동 기판에 전사되는 것에 의해 디스플레이 패널을 구성한다. 상기 전사 과정에 있어서, 본 발명에서 제시한 전사 장치는 정전기 흡착 마이크로 소자를 사용하며, 전극에 전압을 인가함으로써 전극이 마이크로 소자를 선택적으로 픽업 또는 릴리스하도록 제어하여, 마이크로 소자의 대량 전사를 구현하며, 디스플레이 패널의 생산 효율을 향상시킨다.
구체적으로, 본 발명의 전사 장치는 도 1을 참조하며, 도 1은 본 발명의 마이크로 소자 전사 장치의 일 실시예의 구조예시도이다. 본 실시예의 마이크로 소자 전사 장치(100)는 기판(11), 금속 배선(12) 및 복수 개의 실리콘 전극(13)을 포함한다.
기판(11)은 정전기 전사를 구현하는 금속 배선(12) 및 실리콘 전극(13)을 적재하는데 사용되며, 그의 선택적인 재료로는 투명 또는 불투명 재료, 예를 들어, 실리콘 또는 파이렉스(Pyrex) 유리일 수 있다. 기판(11)은 평탄한 구조이며, 그의 금속 배선을 설치하는 표면은 평탄 표면(111)이다. 금속 배선(12)은 복수 개의 전극 구동 유닛을 포함하며, 기판(11)의 평탄 표면(111)에 형성된다. 즉, 기판(11)의 평탄 표면(111)에 금속 배선(12) 작업을 진행하여 복수 개의 전극 구동 유닛을 형성한다. 금속 배선(12)이 평탄 표면(111)에 형성되므로, 그 자체도 평탄층으로 형성되며, 그러므로 요철 표면에 형성된 것에 비해, 본 실시예에서 평면에 형성된 금속 배선(12)은 더 정밀화될 수 있다. 금속 배선(12)은 전기적 전송 회로를 구성하여 전극 각각에 대한 단독 구동을 구현할 수 있다.
실리콘 전극(13)은 금속 배선(12)의 기판(11)을 등지는 일측에 형성되며, 실리콘(13) 각각은 한 개의 전극 구동 유닛에 대응하여 설치되며, 전극 구동 유닛에 의해 구동되어 마이크로 소자를 픽업 또는 릴리스한다. 본 실시예에서, 금속 배선(12) 상에 형성된 실리콘 전극(13)은 동시에 마이크로 소자에 대응되는 범프 구조 및 정전기 흡수를 구현하는 정전기 전극으로 사용될 수 있다. 여기서, 실리콘 전극(13)은 실리콘 재료를 사용하여 제조되며, 웨이퍼 본딩의 방식을 통해 평탄한 금속 배선(12)에 직접 형성될 수 있으며, 만약 기타 재료를 사용하여 범프 구조 또는 정전기 전극을 제조하면, 요철 구조를 설치하고 요철 구조에 금속 배선을 형성하여 정전기 전극을 구성해야 하며, 또한 정전기 전극에 범프 구조를 설치하여 마이크로 소자를 흡수하는데 대응되도록 해야 한다.
그리고, 실리콘 전극(13)은 평탄한 금속 배선(12)에 직접 형성되며, 비교적 높게 구성된 정전기 전극을 설치할 수 있어, 마이크로 소자에 대해 일정한 강도의 흡착력을 생성하며, 일정한 높이의 정전기 전극이 그와 인접한 마이크로 소자에 대한 정전기 흡착 영향은 비교적 작다. 요철 구조에 금속 배선을 형성하여 정전기 전극을 구성하는 방식에서, 요철 구조는 너무 높아서는 안되며, 그렇지 않을 경우 금속 배선에 불리하다. 따라서, 본 실시예에서 사용한 실리콘 전극은 구조가 간단할 뿐만아니라 공정이 간단하며 마이크로 소자에 대한 흡착 면에서 더 고효율적이고 안정적이다. 또한, 본 실시예의 전사 장치는 금속 배선을 통해 전극 구동 유닛을 구성하여 실리콘 전극 각각을 제어하도록 하며, 금속 배선 즉 전극 구동 유닛으로 전압을 인가할 경우, 실리콘 전극은 정전기 흡착력을 형성하여 마이크로 소자를 픽업한다. 본 실시예의 전사 장치의 전극 구동 유닛 각각은 별도로 제어할 수 있으며, 즉 실리콘 전극 각각은 독립적으로 구동할 수 있으며, 따라서 마이크로 소자를 선택적으로 픽업 또는 릴리스하는 것을 구현할 수 있다.
도 1에서 도시한 전사 장치의 실시예에 기초하여, 본 발명은 다른 실시예를 더 제시하며, 도 2를 참조할 수 있다. 도 2는 본 발명의 마이크로 소자 전사 장치의 다른 실시예의 구조예시도이다. 전사 장치(200)는 기판(21), 금속 배선(22), 복수 개의 실리콘 전극(23), 절연층(24), 유전체층(25)을 포함한다. 도 1에서 도시한 실시예에 대한 설명 내용은 모두 도 2에서 도시한 실시예에 적용할 수 있으며, 여기서는 중복적으로 설명하지 않도록 한다.
설명해야 할 점은, 본 실시예에서, 기판(21)의 두께는 250~1000μm이며, 그의 표면에는 평탄한 절연층(24)이 더 형성되며, 금속 배선(22)은 절연층(24) 표면에 형성되며, 절연층(24)은 산화규소, 질화 규소 또는 알루미나 등 재료가 피착되는 것에 의해 형성되어 금속 배선(22)의 피착에 편리하며, 실리콘 재료의 기판(21)이 금속 배선(22)에 영향주는 것을 방지한다. 절연층(24)의 두께는 0.1~3μm일 수 있다.
금속 배선(22)은 단일층 금속을 사용하여 제조 형성될 수 있으며, 구체적으로 마이크로 전자 금속 재료를 사용하며, 예를 들어, Cr, Cu, Au, Ni, W, Mo, Ti, TiN 중의 적어도 하나를 사용하며, 그의 두께는 0.1~1μm일 수 있다. 금속 배선(22)은 다층 금속을 사용하여 제조 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 금속 배선(22)은 기판 상에 순차로 적층된 접착 금속층 및 본딩 금속층을 포함하며, 여기서, 접착 금속층은 절연층(24) 상에 쉽게 접착되는 금속 Ti, TiN 등을 사용하며, 두께는 0.1~1μm일 수 있으며, 본딩 금속층은 실리콘 전극과 본딩을 쉽게 구현하는 재료 Au 등을 사용하며, 두께는 0.1~2μm일 수 있다. 실리콘 전극(23)도 본딩 금속층의 기판(21)을 등지는 일측에 형성된다.
실리콘 전극(23)은 본딩 금속층의 기판을 등지는 일측에 형성된다. 실리콘 전극(23)은 단일 전극일 수도 있고 이중 전극일 수도 있으며, 상이한 유형의 전극에 대해, 금속 배선(22)은 상이한 설계를 사용하며, 즉 형성한 전극 구동 유닛(221)은 그에 따라 상이한 구조를 사용한다.
구체적으로 도 3 및 도 4를 참조하며, 도 3은 도 2에서 도시한 마이크로 소자 전사 장치의 실시예에서 전극 구동 유닛의 일 구조예시도이며, 도 4는 도 2에서 도시한 마이크로 소자 전사 장치의 실시예에서 전극 구동 유닛의 다른 구조예시도이다.
도 3 및 도 4의 전극 구동 유닛 구조는 각각 단일 전극 및 이중 전극에 대응되며, 도 3에서 전극 구동 유닛(221)은 한 개의 구동 와이어 영역(2211) 및 한 개의 전극 본딩 영역(2212)을 포함한다. 도 4에서의 전극 구동 유닛(221)은 두 개의 전극 구동 와이어 영역(2211) 및 두 개의 전극 본딩 영역(2212)을 포함한다.
여기서, 구동 와이어 영역(2211)은 구동 선로에 연결되는데 사용되며, 전극 본딩 영역(2212)은 실리콘 전극(23)에 연결되는데 사용되므로, 본 실시예에서, 접착 금속층은 주로 구동 와이어 영역(2211)을 구성하며, 본딩 금속층은 주로 전극 본딩 영역(2212)을 구성한다. 즉 실리콘 전극(23)은 전극 본딩 영역(2212)의 기판(21)을 등지는 일측에 형성된다.
마이크로 발광 다이오드 디스플레이 패널 중 어레이 배치되는 마이크로 발광 다이오드와 유사하게, 본 발명은 어레이 배치되는 마이크로 소자의 전사에 대해서도 그에 따른 어레이 배치의 설계를 사용한다. 즉 금속 배선(22)에서의 복수 개의 전극 구동 유닛(221)은 어레이 배치를 사용하며, 금속 배선(22) 상에 형성된 실리콘 전극(23)도 어레이 배치를 사용한다.
전극 구동 유닛(221)에 대해 전기적 구동을 구현하기 위해, 형성된 금속 배선(22)에는 구동 연결 시트(222)를 더 포함되며, 구동 연결 시트(222)는 복수 개의 전극 구동 유닛(221)과 외부 회로 사이를 연결하여 외부 회로가 구동 연결 시트(222)를 통해 전극 구동 유닛(221)을 제어하도록 한다.
본 실시예는 실리콘 전극(23)의 표면에 유전체층(25)이 더 부설(敷設)되어 전하 노출을 효과적으로 방지할 수 있다. 절연층(24) 및 유전체층(25)의 재료는 같을 수 있으며, 제조 공정을 간략화시킨다. 그들의 재료는 이산화규소, 질화 규소 및 알루미나 등 절연 매체를 사용할 수 있으며, 두께는 0.1~2μm로 설치된다. 또한, 실리콘 전극(23)은 저 저항 실리콘을 선택하여 전극으로 할 수 있으며, 전도성이 더 우수하다.
본 실시예에서는 전사 장치의 금속 배선에 대해 추가 개량을 하였으며, 모든 금속 배선을 모두 평탄한 절연층 표면에 설치하며, 즉 실리콘 각각을 별도로 제어할 수 있으며, 또한 제조공정을 편리하게 한다.
마이크로 소자의 체적이 매우 작으므로, 전사 장치의 실리콘 전극도 매우 작게 설계해야 한다. 본 발명의 마이크로 소자 전사 장치는 주로 마이크로 전자 기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS) 공정을 이용하여 제조한 것이다. MEMS는 사이즈가 몇 밀리미터 내지 더 작은 고기술 장치를 의미하며, 내부 구조가 일반적으로 미크론 심지어 나노 스케일이며, 독립적인 지능 시스템이다.
구체적인 제조 과정은 도 5를 참조하며, 도 5는 본 발명의 마이크로 소자 전사 장치의 제조방법의 일 실시예의 흐름예시도이다.
S11: 일 기판을 제공한다.
본 실시예에서는 일 단결정 실리콘 시트를 선택하여 기판으로 할 수 있으며, 그의 두께는 250~1000μm이다.
S12: 기판의 평탄 표면에 절연층을 형성한다.
기판의 일 평탄 표면에 절연층을 제조하며, 이산화규소 또는 질화 규소 등 절연 재료를 선택하여 피착할 수 있으며, 절연층 두께는 0.1~3μm으로 선택할 수 있다.
S13: 절연층 표면에 금속 배선을 형성하며, 금속 배선은 복수 개의 전극 구동 유닛을 포함한다.
본 실시예에서, 스퍼터링 공정을 통해 금속 배선의 제조를 완성할 수 있으며, 상기 실시예에 대응하여, 금속 배선은 단일층 금속일 수도 있고 다층 금속일 수도 있다. 이층 금속을 예로 들면, 우선 절연층 표면에 접착 금속층을 스퍼터링 할 수 있으며, 배선 금속으로서 재료는 Ti 및 TiN을 선택할 수 있으며, 두께는 0.1~2 미크론이다. 다음, 스퍼터링 공정을 통해 본딩 금속층을 형성하며, 재료는 Au일 수 있으며, 두께는 0.1~2 미크론이다. 마지막으로, 포토리소그래피 에칭을 통해 금속 배선을 패턴화하여 전극 구동 유닛 및 구동 연결 시트를 형성한다.
S14: 금속 배선에 복수 개의 실리콘 전극을 형성하며, 실리콘 전극 각각은 일 전극 구동 유닛에 대응하여 설치된다.
본 단계(S14)에서 실리콘 전극을 형성하는 것은 다양한 공정으로 완성할 수 있다. 우선, 도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6은 도 5에서 도시한 제조 방법에서 금속 배선에 복수 개의 실리콘 전극을 형성하는 일 실시예의 흐름예시도이며, 도 7은 도 6에서 도시한 제조 방법의 일 실시예의 공정과정예시도이다.
S141: 금속 배선에 실리콘 전극층을 피착 형성한다.
화학기상성장법(Chemical Vapor Deposition，CVD) 또는 이온 주입을 통해 금속 배선 및 기판 상에 실리콘 전극층을 피착 형성할 수 있으며, 구체적으로 저 저항 실리콘을 사용한다.
S143: 실리콘 전극층에 대해 패턴화 처리를 하여 복수 개의 실리콘 전극을 형성한다.
포토리소그래피를 사용하여 실리콘 전극층(20)을 에칭하며, 전극 구동 유닛에 대응하여 패턴화된 범프 실리콘 전극을 형성할 수 있다.
본 방식은 주로 피착 및 에칭 공정을 사용하여 실리콘 전극 구조를 완성하며, 공정이 간단하다.
다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하며, 도 8은 도 5에서 도시한 제조 방법에서 금속 배선에 복수 개의 실리콘 전극을 형성하는 다른 실시예의 흐름예시도이다. 도 9는 도 8에서 도시한 제조 방법의 일 실시예의 공정과정예시도이다.
S142: 일 실리콘 시트를 제공하며, 실리콘 시트는 기판층 및 상층 실리콘을 포함한다.
실리콘 시트(30)는 실리콘 온 인슐레이터(SOI) 재료를 선택할 수 있으며, 구체적으로 상층 실리콘과 기판층, 및 양자 사이의 산소 매립층을 포함한다. 상기 구조의 실리콘 시트는 기생 커패시턴스를 감소시키며, 더 낮은 전력 소모를 가진다. 상층 실리콘의 두께는 1~100 미크론 사이에서 선택하며, 저항율은 센티미터 당 1 옴보다 작다.
S144: 상층 실리콘에 대해 패턴화 처리를 하여 복수 개의 실리콘 전극을 형성한다.
상층 실리콘을 에칭하여 복수 개의 실리콘 전극을 형성하며, 에칭 깊이는 1~100 미크론이며, 상기 에칭 깊이가 최종적으로 얻는 실리콘 전극으로서의 높이이다.
S146: 복수 개의 실리콘 전극이 형성되는 실리콘 시트를 금속 배선이 형성되는 기판과 본딩하여 실리콘 전극을 금속 배선에 형성시킨다.
실리콘 시트(30)를 기판과 웨이퍼 본딩을 하며, 예를 들어, 기판 상의 금속 배선의 본딩 금속은 Au을 사용하며, Au을 통해 Au-Si 공결정 본딩 등 본딩 방식을 통해 본 공정을 완성할 수 있다. 다음, 에칭 공정을 통해 실리콘 시트(30)의 기판층과 산소 매립층을 제거하여 최종적으로 기판에 범프 실리콘 전극을 형성한다.
본 실시예에서는 주로 웨이퍼 본딩과 에칭 공정을 통해 실리콘 전극의 제조를 완성하며, 공정이 간단하다.
공정(S14)를 완성한 후, 더 나아가, 본 실시예에서는 공정(S15)를 더 진행한다.
S15: 실리콘 전극 표면에 유전체층을 부설하며, 전사 장치에 구동 연결 시트를 형성한다.
실리콘 전극의 표면에 유전체층을 부설하며, 본 실시예에서, 원자층 피착을 통해 콤팩트한 알루미나를 성장시킬 수 있으며, 두께는 0.1~2 미크론일 수 있다. 알루미나는 고경도의 화합물이며, 전도성을 가지지 않으며, 보호 작용을 겸비하는 절연 매체이다. 마지막으로, 포토리소그래피를 통해 일부 유전체층을 에칭하여, 일부 금속 배선을 노출하여 외부 회로와 연결될 수 있는 구동 연결 시트로 할 수 있다.
본 실시예에서는 마이크로 소자 전사 장치의 제조 방법을 개시하였으며, 상기 방법은 조작이 간단하고 공정이 간단하며, 실제 생산에서 대량 제조가 용이하며, 비교적으로 높은 실용성 및 사용성을 가진다.
이상은 단지 본 발명의 실시 형태일 뿐, 이로써 본 발명의 특허 범위를 제한하지 않으며, 본 발명의 명세서 및 첨부된 도면의 내용에 따른 동등한 구조 또는 동등한 공정 변환, 또는 직접 또는 간접적으로 기타 관련된 기술 분야에 적용한 것은 모두 본 발명의 특허 보호 범위 내에 포함될 것이다.In order for those skilled in the art to better understand the technical solution of the present invention, the following describes in more detail the micro device transfer device and manufacturing method provided by the present invention by combining the accompanying drawings and specific embodiments. do. The micro devices include micro light emitting diodes (Micro-LEDs), Micro-OLEDs, or other micro-sized electronic devices.
The transfer device of the present invention is used to implement transfer of micro elements, taking a micro light emitting diode display panel as an example, and the transfer device of the present invention can implement selective transfer of a large amount of micro light emitting diodes. All micro devices having the same micro characteristics as other micro light emitting diodes can be mass-scaled and selectively transferred using the transfer device of the present invention. A micro light emitting diode, that is, the micro element of the present invention is used to realize self-luminescence of a pixel in a display panel, one micro element is one pixel point, and in the current display panel, the number of pixel points is generally Since there are thousands and tens of thousands of micro devices installed to correspond to the display panel, there are also thousands and tens of thousands of micro devices. In general, micro devices are first grown on a growth substrate, and then the growth substrate is transferred to a driving substrate to form a display panel. In the transfer process, the transfer device according to the present invention uses an electrostatic adsorption micro device, and controls the electrode to selectively pick up or release the micro device by applying a voltage to the electrode, realizing mass transfer of the micro device, , improve the production efficiency of display panels.
Specifically, the transfer device of the present invention refers to FIG. 1, and FIG. 1 is a schematic structural diagram of an embodiment of the micro device transfer device of the present invention. The microelement transfer device 100 of this embodiment includes a substrate 11, a metal wiring 12, and a plurality of silicon electrodes 13.
The substrate 11 is used to mount the metal wiring 12 and the silicon electrode 13 implementing electrostatic transfer, and its optional material may be a transparent or opaque material such as silicon or Pyrex glass. can The substrate 11 has a flat structure, and the surface on which metal wiring is provided is the flat surface 111 . The metal wiring 12 includes a plurality of electrode driving units and is formed on the flat surface 111 of the substrate 11 . That is, the metal wiring 12 is formed on the flat surface 111 of the substrate 11 to form a plurality of electrode driving units. Since the metal wiring 12 is formed on the flat surface 111, it itself is formed as a flat layer, and therefore, compared to that formed on the uneven surface, the metal wiring 12 formed on the flat surface in this embodiment can be more precise. . The metal wire 12 may configure an electrical transmission circuit to realize independent driving of each electrode.
The silicon electrodes 13 are formed on one side of the metal wiring 12 facing away from the substrate 11, and each silicon 13 is installed to correspond to one electrode driving unit, and is driven by the electrode driving unit to be a micro device. pick up or release In this embodiment, the silicon electrode 13 formed on the metal wiring 12 can be used as a bump structure corresponding to a micro device and an electrostatic electrode implementing static electricity absorption. Here, the silicon electrode 13 is made of silicon material and can be directly formed on the flat metal wiring 12 through wafer bonding. If the bump structure or the electrostatic electrode is manufactured using other materials, An electrostatic electrode must be formed by installing a concavo-convex structure and forming a metal wire on the concavo-convex structure, and a bump structure must be installed on the electrostatic electrode to correspond to absorption of the micro device.
In addition, the silicon electrode 13 is directly formed on the flat metal wiring 12, and a relatively high electrostatic electrode can be installed to generate a certain strength of adsorption force to the micro device, and an electrostatic electrode of a certain height is adjacent to it. The effect of electrostatic adsorption on micro devices is relatively small. In the method of constructing an electrostatic electrode by forming metal wiring on the concavo-convex structure, the concavo-convex structure must not be too high, otherwise it is disadvantageous to the metal wiring. Therefore, the silicon electrode used in this embodiment has a simple structure, a simple process, and is more efficient and stable in adsorption to micro devices. In addition, in the transfer device of this embodiment, an electrode driving unit is configured through metal wiring to control each silicon electrode, and when a voltage is applied to the metal wiring, that is, the electrode driving unit, the silicon electrode forms an electrostatic adsorption force to form a micro device. pick up Each of the electrode drive units of the transfer device of this embodiment can be separately controlled, that is, each of the silicon electrodes can be independently driven, and thus it is possible to selectively pick up or release micro elements.
Based on the embodiment of the transfer device shown in FIG. 1, the present invention further presents another embodiment, with reference to FIG. 2 is a schematic structural diagram of another embodiment of the micro device transfer device of the present invention. The transfer device 200 includes a substrate 21, a metal wire 22, a plurality of silicon electrodes 23, an insulating layer 24, and a dielectric layer 25. All descriptions of the embodiment shown in FIG. 1 can be applied to the embodiment shown in FIG. 2, and will not be redundantly described here.
It should be noted that, in this embodiment, the thickness of the substrate 21 is 250 to 1000 μm, a flat insulating layer 24 is further formed on the surface thereof, and the metal wiring 22 is formed on the surface of the insulating layer 24. The insulating layer 24 is formed by depositing a material such as silicon oxide, silicon nitride, or alumina, which is convenient for depositing the metal wiring 22, and the substrate 21 of silicon material is attached to the metal wiring 22. prevent influencing The thickness of the insulating layer 24 may be 0.1 μm to 3 μm.
The metal wiring 22 may be manufactured and formed using a single-layer metal, specifically using a microelectronic metal material, for example, at least one of Cr, Cu, Au, Ni, W, Mo, Ti, and TiN. is used, and its thickness may be 0.1 to 1 μm. The metal wiring 22 may be manufactured and formed using multi-layer metal. For example, in this embodiment, the metal wiring 22 includes an adhesive metal layer and a bonding metal layer sequentially stacked on a substrate, wherein the adhesive metal layer is a metal such as Ti, TiN, etc. that is easily adhered on the insulating layer 24. is used, and the thickness may be 0.1 to 1 μm, and the bonding metal layer uses Au, a material that easily implements bonding with the silicon electrode, and may have a thickness of 0.1 to 2 μm. The silicon electrode 23 is also formed on one side facing the substrate 21 of the bonding metal layer.
The silicon electrode 23 is formed on one side of the bonding metal layer facing away from the substrate. The silicon electrode 23 may be a single electrode or a double electrode, and for different types of electrodes, the metal wiring 22 uses different designs, that is, the formed electrode driving units 221 have different structures accordingly. Use
Specifically, reference is made to FIGS. 3 and 4, where FIG. 3 is an exemplary structural view of an electrode driving unit in the embodiment of the micro device transfer device shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram of the micro device transfer device shown in FIG. It is another structural example of the electrode driving unit in the embodiment.
The electrode driving unit structures of FIGS. 3 and 4 correspond to a single electrode and a double electrode, respectively, and the electrode driving unit 221 in FIG. 3 includes one driving wire region 2211 and one electrode bonding region 2212. do. The electrode driving unit 221 in FIG. 4 includes two electrode driving wire regions 2211 and two electrode bonding regions 2212 .
Here, the driving wire region 2211 is used to connect to the driving line, and the electrode bonding region 2212 is used to connect to the silicon electrode 23, so in this embodiment, the adhesive metal layer is mainly used to connect the driving wire region 2211 , and the bonding metal layer mainly constitutes the electrode bonding region 2212 . That is, the silicon electrode 23 is formed on one side of the electrode bonding region 2212 facing away from the substrate 21 .
Similar to the array-arranged micro-light emitting diodes in the micro-light emitting diode display panel, the present invention also uses the array arrangement design accordingly for the transfer of the array-arranged micro devices. That is, the plurality of electrode driving units 221 in the metal wiring 22 use an array arrangement, and the silicon electrodes 23 formed on the metal wiring 22 also use an array arrangement.
In order to implement electrical driving for the electrode driving unit 221, the formed metal wire 22 further includes a driving connection sheet 222, and the driving connection sheet 222 connects the plurality of electrode driving units 221 and the external Circuits are connected so that the external circuit controls the electrode driving unit 221 through the driving connection sheet 222 .
In this embodiment, the dielectric layer 25 is further laid on the surface of the silicon electrode 23 to effectively prevent charge exposure. The materials of the insulating layer 24 and the dielectric layer 25 can be the same, simplifying the manufacturing process. Their materials can use insulating media such as silicon dioxide, silicon nitride and alumina, and the thickness is installed at 0.1~2μm. Further, the silicon electrode 23 may be made of low-resistance silicon, which has better conductivity.
In this embodiment, the metal wiring of the transfer device is further improved, and all metal wiring is installed on the flat insulating layer surface, that is, each silicon can be controlled separately, and the manufacturing process is convenient.
Since the volume of the micro device is very small, the silicon electrode of the transfer device must also be designed to be very small. The micro element transfer device of the present invention is mainly manufactured using a micro-electro-mechanical system (MEMS) process. MEMS refers to high-tech devices with a size of a few millimeters or smaller, and the internal structure is generally micron or even nanoscale, and is an independent intelligent system.
For a specific manufacturing process, refer to FIG. 5, which is a flowchart of an embodiment of a method of manufacturing a micro device transfer device according to the present invention.
S11: A substrate is provided.
In this embodiment, a single crystal silicon sheet may be selected as a substrate, and its thickness is 250 to 1000 μm.
S12: Form an insulating layer on the flat surface of the substrate.
An insulating layer is prepared on one flat surface of the substrate, and an insulating material such as silicon dioxide or silicon nitride may be selected and deposited, and the thickness of the insulating layer may be selected to be 0.1 to 3 μm.
S13: Form a metal wire on the surface of the insulating layer, and the metal wire includes a plurality of electrode driving units.
In this embodiment, the fabrication of the metal wiring can be completed through a sputtering process, and corresponding to the above embodiment, the metal wiring may be a single-layer metal or a multi-layer metal. Taking two-layer metal as an example, first, an adhesive metal layer can be sputtered on the surface of the insulating layer, and as the wiring metal, Ti and TiN can be selected as the material, and the thickness is 0.1 to 2 microns. Next, a bonding metal layer is formed through a sputtering process, the material may be Au, and the thickness is 0.1 to 2 microns. Finally, the electrode driving unit and driving connection sheet are formed by patterning the metal wiring through photolithography etching.
S14: A plurality of silicon electrodes are formed on the metal wiring, and each silicon electrode is installed to correspond to one electrode driving unit.
Forming the silicon electrode in this step (S14) can be completed through various processes. First, referring to FIGS. 6 and 7 , FIG. 6 is a flowchart illustrating an embodiment of forming a plurality of silicon electrodes on a metal wire in the manufacturing method shown in FIG. 5 , and FIG. 7 is a manufacturing method shown in FIG. 6 . It is a process process example of one embodiment of.
S141: A silicon electrode layer is deposited and formed on the metal wiring.
A silicon electrode layer may be deposited and formed on a metal wire and a substrate through chemical vapor deposition (CVD) or ion implantation, and specifically, low-resistance silicon is used.
S143: A plurality of silicon electrodes are formed by patterning the silicon electrode layer.
The silicon electrode layer 20 may be etched using photolithography, and a patterned bump silicon electrode corresponding to the electrode driving unit may be formed.
This method mainly uses deposition and etching processes to complete the silicon electrode structure, and the process is simple.
Next, reference is made to FIGS. 8 and 9 , and FIG. 8 is a flowchart of another embodiment of forming a plurality of silicon electrodes on metal wires in the manufacturing method shown in FIG. 5 . Figure 9 is a process process example of an embodiment of the manufacturing method shown in Figure 8.
S142: Provide a silicon sheet, the silicon sheet including a substrate layer and an upper silicon layer.
The silicon sheet 30 may select a silicon-on-insulator (SOI) material, and specifically includes an upper silicon layer, a substrate layer, and an oxygen burial layer between the two. The silicon sheet in the structure reduces parasitic capacitance and has lower power consumption. The thickness of the top silicon is chosen between 1 and 100 microns, and the resistivity is less than 1 ohm per centimeter.
S144: A plurality of silicon electrodes are formed by patterning the upper silicon layer.
The upper silicon layer is etched to form a plurality of silicon electrodes, and the etching depth is 1 to 100 microns, and the etching depth is the height of the finally obtained silicon electrode.
S146: A silicon sheet on which a plurality of silicon electrodes are formed is bonded to a substrate on which metal wiring is formed to form silicon electrodes on the metal wiring.
The silicon sheet 30 is bonded to the substrate and the wafer. For example, the bonding metal of the metal wiring on the substrate uses Au, and this process can be completed through a bonding method such as Au-Si co-crystal bonding through Au. there is. Next, the substrate layer and the oxygen burial layer of the silicon sheet 30 are removed through an etching process to finally form a bump silicon electrode on the substrate.
In this embodiment, the manufacturing of the silicon electrode is completed mainly through wafer bonding and etching processes, and the process is simple.
After completing step S14, step S15 is further performed in this embodiment.
S15: A dielectric layer is laid on the surface of the silicon electrode, and a driving connection sheet is formed in the transfer device.
A dielectric layer is laid on the surface of the silicon electrode, and in this embodiment, compact alumina may be grown through atomic layer deposition, and the thickness may be 0.1 to 2 microns. Alumina is a compound of high hardness, does not have conductivity, and is an insulating medium that has a protective action. Finally, a part of the dielectric layer may be etched through photolithography to expose part of the metal wiring to form a driving connection sheet that can be connected to an external circuit.
In this embodiment, a method for manufacturing a micro device transfer device is disclosed, which is simple to operate and process, easy to mass-produce in actual production, and has relatively high practicality and usability.
The above is merely an embodiment of the present invention, which does not limit the patent scope of the present invention, and equivalent structures or equivalent process conversions according to the content of the specification and accompanying drawings of the present invention, or other related technical fields directly or indirectly. All applied to will be included within the patent protection scope of the present invention.

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Claims (16)

마이크로 소자를 전사하는데 사용되는 전사 장치에 있어서,
평탄 표면을 포함하는 기판;
상기 기판의 평탄 표면에 형성되며, 복수 개의 전극 구동 유닛을 포함하는 금속 배선;
상기 금속 배선의 상기 기판을 등지는 일측에 형성되는 복수 개의 실리콘 전극을 포함하며,
상기 실리콘 전극 각각은 일 상기 전극 구동 유닛에 대응하여 설치되며, 상기 전극 구동 유닛에 의해 구동되어 상기 마이크로 소자를 픽업 또는 릴리스하고,
상기 전극 구동 유닛은 전극 본딩 영역과 구동 와이어 영역을 포함하고, 상기 실리콘 전극은 상기 전극 본딩 영역의 상기 기판을 등지는 일측에 형성되고,
상기 실리콘 전극은 상기 전극 본딩 영역과 본딩 연결되는 전사 장치.In the transfer device used to transfer the micro device,
a substrate comprising a planar surface;
a metal wire formed on a flat surface of the substrate and including a plurality of electrode driving units;
It includes a plurality of silicon electrodes formed on one side of the metal wiring facing away from the substrate,
Each of the silicon electrodes is installed to correspond to one electrode driving unit and is driven by the electrode driving unit to pick up or release the micro device;
The electrode driving unit includes an electrode bonding area and a driving wire area, and the silicon electrode is formed on one side of the electrode bonding area facing away from the substrate,
The silicon electrode is bonded to the electrode bonding area. 제1항에 있어서,
상기 금속 배선은 단일층 금속층을 포함하며, 상기 단일층 금속층은 Cr, Cu, Au, Ni, W, Mo, Ti, TiN 중의 적어도 하나를 포함하며, 두께는 0.1~1μm인 전사 장치. According to claim 1,
The metal wiring includes a single-layer metal layer, and the single-layer metal layer includes at least one of Cr, Cu, Au, Ni, W, Mo, Ti, and TiN, and has a thickness of 0.1 to 1 μm. 제1항에 있어서,
상기 금속 배선은 상기 기판에 순차로 적층된 접착 금속층 및 본딩 금속층을 포함하며, 상기 실리콘 전극은 상기 본딩 금속층의 상기 기판을 등지는 일측에 형성되고,
상기 본딩 금속층은 상기 전극 본딩 영역을 형성하고,
상기 접착 금속층의 재료는 금속 Ti 또는 TiN을 포함하며, 두께는 0.1~1μm이고,
상기 본딩 금속층의 재료는 Au을 포함하며, 두께는 0.1~2μm인 전사 장치.According to claim 1,
The metal wiring includes an adhesive metal layer and a bonding metal layer sequentially laminated on the substrate, and the silicon electrode is formed on one side of the bonding metal layer facing away from the substrate,
The bonding metal layer forms the electrode bonding area,
The material of the adhesive metal layer includes metal Ti or TiN, and the thickness is 0.1 to 1 μm,
The material of the bonding metal layer includes Au, and the transfer device has a thickness of 0.1 to 2 μm. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 전극 구동 유닛은 어레이 배치되며, 상기 복수 개의 실리콘 전극은 어레이 배치되는 전사 장치.According to claim 1,
The plurality of electrode driving units are arranged in an array, and the plurality of silicon electrodes are arranged in an array. 제1항에 있어서,
상기 금속 배선은 구동 연결 시트를 더 포함하고 상기 복수 개의 전극 구동 유닛에 연결되며, 상기 구동 연결 시트는 외부 회로 사이와 연결되는데 사용되어 상기 외부 회로가 상기 구동 연결 시트를 통해 상기 전극 구동 유닛을 제어하도록 하는 전사 장치.According to claim 1,
The metal wiring further includes a driving connection sheet and is connected to the plurality of electrode driving units, and the driving connection sheet is used to connect between external circuits so that the external circuit controls the electrode driving unit through the driving connection sheet. transcription device to do so. 제1항에 있어서,
상기 실리콘 전극의 표면에는 유전체층이 부설되는 전사 장치.According to claim 1,
A transfer device in which a dielectric layer is laid on the surface of the silicon electrode. 제1항에 있어서,
상기 실리콘 전극은 저 저항 실리콘 전극인 전사 장치.According to claim 1,
The silicon electrode is a low-resistance silicon electrode transfer device. 제1항에 있어서,
상기 기판에는 절연층이 형성되며, 상기 금속 배선은 상기 절연층 상에 형성되고, 상기 기판의 두께는 250~1000μm이며, 상기 절연층의 두께는 0.1~3μm인 전사 장치.According to claim 1,
An insulating layer is formed on the substrate, the metal wiring is formed on the insulating layer, the thickness of the substrate is 250 to 1000 μm, and the thickness of the insulating layer is 0.1 to 3 μm. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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