阅读说明：本技术 微型元件贴附方法 (Micro-device attaching method ) 是由 陈立宜 于 2019-02-01 设计创作，主要内容包括：一种微型元件贴附方法,其包含：局部地喷洒气体至基板的一部分上,其中气体的水蒸气压高于环境水蒸气压；以及在气体中的一部分水凝结并在基板的所述部分上形成液体层后,放置微型元件至基板的所述部分的上方并让微型元件接触液体层,使得液体层产生的毛细力抓住微型元件,并使得微型元件的位置保持在基板上的可控区域内。本发明所提出的方法,让用于贴附的湿度和温度有了更好的控制,使得贴附品质得以提升。(A method for attaching a micro-device includes locally spraying a gas onto a portion of a substrate, wherein the gas has a water vapor pressure above ambient water vapor pressure, and after portions of the gas condense and form a liquid layer on the portion of the substrate, placing the micro-device over the portion of the substrate and contacting the micro-device with the liquid layer such that capillary forces generated by the liquid layer grip the micro-device and maintain the position of the micro-device within a controlled area on the substrate.)

微型元件贴附方法

技术领域

本发明有关于一种贴附微型元件至基板的方法。

背景技术

此处的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

近年来，微型元件在许多应用领域都逐渐兴起。与微型元件相关的各个技术层面中，元件转移制造过程是微型元件商业化时最具挑战性的任务之一。元件转移过程的一个重要问题是将微型元件接合至基板上。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，而提出一种改进的微型元件贴附方法，可以让用于贴附的湿度和温度有了更好的控制，使得贴附品质得以提升，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明的实施例提出的一种微型元件贴附方法，其包含：局部地喷洒气体至基板的一部分上，其中气体的水蒸气压高于环境水蒸气压；以及在气体中的一部分水凝结并在基板的所述部分上形成液体层后，放置微型元件至基板的所述部分的上方并让微型元件接触液体层，使得液体层产生的毛细力抓住微型元件，并使得微型元件的位置保持在基板上的可控区域内。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的方法中，其方法进一步包含：调节基板的温度至选定的温度点。

前述的方法中，选定的温度点是露点。

前述的方法中，调节基板的温度是施加于基板的部分上。

前述的方法中，调节基板的温度是施加于整个基板上。

前述的方法中，气体主要由氮和水所组成。

前述的方法中，让微型元件接触液体层是在液体层形成在所述基板的所述部分上后约10秒内执行。

前述的方法中，其方法进一步包含：制备具有至少一个导电垫的基板。

前述的方法中，局部地喷洒是指喷洒气体至基板的部分的导电垫上。

前述的方法中，至少一个导电垫的数目为多个，局部地喷洒是指喷洒气体至基板的部分的至少两个导电垫上。

前述的方法中，可控区域是在导电垫上。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明微型元件贴附方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有让用于贴附的湿度和温度有了更好的控制，使得贴附品质得以提升的优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1绘示本发明一些实施例中微型元件贴附方法流程示意图。

图2A绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图2B绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图2C绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图3绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图4绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图5A绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图5B绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图5C绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图6A绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图6B绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

图6C绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。

【主要元件符号说明】

100：微型元件贴附方法 110：可选操作

120、130：操作 210：基板

220：导电垫 230：气体

240：液体层 250：微型元件

P1、P2：部分 LT1、LT2：冷却装置

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的微型元件贴附方法，其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

为简化图式，一些现有已知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。并且，除非有其他表示，在不同图式中相同的元件符号可视为相对应的元件。这些图式的绘示是为了清楚表达这些实施方式中各元件之间的连接关系，并非绘示各元件的实际尺寸。

参照图1至图6C。图1绘示本发明一些实施例中微型元件贴附方法流程示意图。图2A至图6C绘示本发明一些实施例中于图1所示方法的其中一个中间阶段的剖面示意图。尽管在以下内容中描述的大多数术语是使用单数名词，但是依据附图或实际应用，术语也可以是指多个。

微型元件贴附方法100由可选操作110和操作120开始：调节基板210的温度至选定的温度点(参照图2A所示的可选操作)，以及局部地喷洒气体230至基板210的一部分P1上(参照图2B)。接着进行操作130：在气体230中的一部分水凝结并在基板210的部分P1上形成液体层240后，放置微型元件250至基板210的部分P1的上方，让微型元件250接触液体层240(参照图2C)。在以下段落中，为了便于比较和简化本发明的内容，用于执行类似操作的不同实施例将呈现于同一段落中。可选操作110和操作120的顺序不受上述描述的限制。在一些实施例中，调节基板210的温度(可选操作110)和喷洒气体230(操作120)的顺序可以互换。在一些实施例中，调节基板210的温度(可选操作110)和喷洒气体230(操作120)可以同时执行。另外，调节温度的持续时间和喷洒气体230的持续时间可分别独立调节，使得这两种持续时间可以在时间上分开或重迭。此外，在本发明的一些实施例中，可省略可选操作110。

参照图2A、图3、图5A和图6A。这些图式描述可选操作110的一些实施例。在一些实施例中，调节基板210的温度至选定的温度点，使得在喷洒气体230于部分(P1或P2)或全部基板210上之后(此部分将详述于后)，气体230中一部分的水凝结在部分(P1或P2)或全部基板210上，形成液体层240。在一些实施例中，选定的温度点是露点。在一些实施例中，当气体230的温度和水蒸气压(亦即水蒸气分压)够高时，例如，相较于当下环境温度(例如，摄氏23度)和环境水蒸气压(例如，45％饱和蒸汽压)，气体230为摄氏35度和80％的饱和(水)蒸气压(但不限于此)时，调节基板210温度的量可以是零(亦即不需要调节基板210的温度)。原因在于，基板210的温度已经达到水在当下条件的凝结点。

在一些实施例中，例如，图2A、图5A和图6A所描述的实施例，可同时调节整个基板210的温度。其中的冷却装置LT1是用来降低整个基板210的温度。亦可调节基板210局部的温度。例如，图3所描述的实施例。其中的冷却装置LT2是用来降低基板210的部分P1的温度。冷却装置LT1和LT2可以是冷却板，但不以此为限。在其他的实际应用中，冷却装置LT1和LT2可由加热装置替代。在一些其他实施例中，可以冷却或加热周边环境来调节整个基板210的温度。例如，在冷却腔体内冷却基板210。

参照图2B、图4、图5B和图6B。这些图式描述操作120的一些实施例。在一些实施例中，局部且正向地喷洒气体230(以虚线表示)至基板210的部分P1上。前述正向喷洒是指以垂直基板210延伸方向的方向喷洒气体230至基板210的部分P1上。基板210的部分P1可具有导电垫220于其上，导电垫220作为电性接触之用，但不以此为限。上述局部地喷洒具有精确控制喷洒气体230的水蒸气压和温度的好处。气体230亦可直接喷洒至导电垫220或基板210上。在一些实施例中，可以存在多个导电垫220，气体230可以喷洒在基板210的部分P2(例如，图5B所示的虚线)的至少两个导电垫220上。在一些实施例中，气体230亦可喷洒在整个基板210上或喷洒在所有位在基板210上的导电垫220上。虽然图5B和图6B所示的液体层240在喷洒有气体230的基板210和导电垫220的区域内是连续的，在一些其他实施例中，液体层240在喷洒有气体230的基板210和导电垫220的区域内亦可不连续。气体230主要可以由氮和水组成，但不应完全排除其他化合物或元素。氮可用以降低气体230中的氧气，从而减少导电垫220上的含氧量以改善整个贴附制造过程的品质。水可用以形成液体层。在图4所示的一些其他实施例中，气体230局部且倾斜地喷洒在基板210将要放上微型元件250的部分P1上。在一些实施例中，喷洒可以是在一个时间段内执行一次。在一些实施例中，喷洒可以是在可选操作110和操作120中连续执行，或是在可选操作110、操作120和操作130中连续执行。在一些实施例中，喷洒可以是在多个分开的时间段中执行。

气体230的水蒸气压和温度经挑选，从而以更有效率的方式形成液体层240。实施例是以基板210在具有环境温度和环境水蒸气压条件的环境下为示例，但应不以此为限制。示例的环境温度为摄氏23度，示例的环境水蒸气压为45％的饱和蒸汽压。在其他具有不同环境水蒸汽压和环境温度的环境条件下，依据本发明的实施例中所示的原理，可以修改气体230的水蒸气压和修改气体230的温度。在一些实施例中，局部喷洒至基板210的部分P1、P2(或喷洒至整个基板210)的气体230的水蒸气压是介于约65％至约100％的饱和蒸汽压之间。在一些实施例中，局部喷洒至基板210的部分P1、P2(或喷洒至整个基板210)的气体230的水蒸气压是介于约80％至约95％的饱和蒸汽压之间，且局部喷洒至基板210的部分P1、P2(或喷洒至整个基板210)的气体230的温度高于环境温度。值得注意的是，选定的气体230水蒸气压和气体230温度是为了有效率地形成液体层240。在一些实施例中，气体230温度相等于或低于环境温度亦不悖离本发明。前述的效率包含例如，成本效率和时间效率。更具体地说，由于控制并选定了气体230的水蒸气压和温度，相较于没有上述喷洒气体230的实施例而言减少了基板210温度的调整量，因而节省了成本和时间。上述喷洒气体230的实施例亦即将基板210的温度从环境温度和环境水蒸汽压的条件调节到使液体层240形成的温度的实施例。在一些实施例中，基板210的初始温度可不同于环境温度。举例而言，基板210的初始温度可以是摄氏18度，而环境温度是摄氏23度。在此条件下，可喷洒具有和环境温度相等的温度以及高于环境水蒸气压的水蒸气压(例如，自约80％至约100％的饱和蒸汽压)的气体230，以达到有效形成液体层240的效果。

在上述操作(例如，可选的温度调节和气体喷洒)期间，可使用即时温度和即时水蒸气压控制器，依据侦测到的环境水蒸气压和环境温度以决定喷洒气体230的水蒸气压和温度，以及决定基板210的选定温度点。亦即，上述各种实施例所述的喷洒的气体230的水蒸气压加上喷洒的气体230的温度与环境水蒸气压加上环境温度之间的相互关联性，借由前述的控制器，可用作决定气体230的即时水蒸气压和气体230的即时温度，以及决定基板210的选定温度的规则。在一些实施例中，Arden Buck方程式可以是形成液体层240的指引。Arden Buck方程式是一组经验关系式，其关联了饱和蒸汽压和给定温度。举例而言，首先侦测环境温度，接着以此环境温度作为输入值，由Arden Buck方程式得到饱和蒸汽压。由于水蒸气在相对湿度高于约85％时可凝结而形成液体层240(例如，参照“The adhesion ofSolid Particles to Solid Surfaces,I.a Review”,Morton Corn,Journal of the AirPollution Control Association Vol.11,No.11,523-528(1961)的图1)，因此可决定用以达到约85％的饱和蒸汽压的喷洒气体230的水蒸气压。在一些实施例中，蒸气压对水温的数值表格(例如，“CRC Handbook of Chemistry and Physics”,97th edition,W.M.Haynes的第6-5页)可用以依据侦测到的环境水蒸气压来决定基板210的选定的温度点。

参照图2C、图5C和图6C。在一些实施例中，微型元件250放置在基板210的部分P1的上方，并与液体层240接触，使得液体层240产生的毛细力抓住微型元件250，并使得微型元件250的位置保持在基板210上的可控区域内。在一些实施例中，微型元件250与液体层240的接触是在液体层240形成在基板210的部分P1上后约10秒内执行，从而避免液体层240于前述的接触前就蒸发殆尽。此外，由于局部地控制液体层240的形成以及形成液体层240后的立即接触(例如，前述的10秒内接触)，因而大大的提升微型元件250贴附至基板210的品质(参照此后的四个段落)。在一些实施例中，如图5C和图6C所示，多个微型元件250放置在基板210的部分P2或整个基板210上，并与液体层240接触。在前面图2C的相关实施例时已提及的类似内容在此省略。

在一些实施例中，可控区域是在至少一个导电垫220上。在一些实施例中，微型元件250是微型发光元件，但不以此为限。微型元件250包含主动层、第一型半导体层和第二型半导体层。主动层位于第一型半导体层和第二型半导体层之间。第一型半导体层和第二型半导体层可分别是p型半导体层和n型半导体层，主动层可以是量子井或多重量子井，但不以此为限。在一些实施例中，微型元件250更包含接合层，接合层位于第一型半导体层上或第二型半导体层上。微型元件250放置在基板210的上方后，接合层与液体层240接触。接合层可包含焊料(例如，锡)，但不以此为限。

虽然为了方便在上述段落中进行比较，同时描述了与相同操作相关的不同实施例(例如，图2A、图3、图5A和图6A的实施例描述于同一段落)，然而在一些情况中(例如方才提到的图式的实施例)，图2A至图2C可以看作是一个完整的实施例，用于将一个微型元件250贴附至基板210的部分P1；图5A至图5C可以看作是一个完整的实施例，用于将多个微型元件250贴附至基板210的部分P2；图6A至图6C可以看作是一个完整的实施例，用于将多个微型元件250贴附至整个基板210。

在毛细力抓住微型元件250后，可蒸发液体层240(例如，用加热方式)，使得微型元件250与基板210或者导电垫220接触。前述接触可发生在第一型半导体层(或第二型半导体层)和基板210之间、在第一型半导体层(或第二型半导体层)和导电垫220之间、在接合层和基板210之间、或在接合层和导电垫220之间。此外，前述接触可以是特别关于电性接触，但不以此为限。

在一些实施例中，微型元件250的横向长度和厚度当中的至少一个是等于或小于50微米。此处所描述的横向长度是微型元件250平行于基板210的延伸方向的最大长度。在此所描述的厚度是微型元件250垂直于基板210的延伸方向的最大长度。具有上述尺寸范围的微型元件250(亦即，横向长度和厚度中的至少一个是等于或小于50微米)可达到通过液体层240的毛细力将微型元件250保持在基板上210可控区域内的条件。此外，上述尺寸范围的微型元件250在液体层240蒸发之后与基板210或导电垫220形成牢固的接触。

综上所述，本发明的实施例提供一种微型元件贴附方法，其中气体局部地喷洒至基板上，且喷洒的气体形成液体层，用以将微型元件贴附至基板。由于局部地控制液体形成和形成液体后的立即放置，用于贴附的湿度和温度有了更好的控制，使得贴附品质得以提升。在本发明的技术领域内，只要具备最基本的知识，可以对本发明的其他可操作的实施例进行改进。在本发明中对实质性技术方案提出了专利保护请求，其保护范围应包括具有上述技术特点的一切变化方式。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。