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TWI723269B - 在基板上平行組裝離散元件 - Google Patents

在基板上平行組裝離散元件 Download PDF

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TWI723269B
TWI723269B TW107120190A TW107120190A TWI723269B TW I723269 B TWI723269 B TW I723269B TW 107120190 A TW107120190 A TW 107120190A TW 107120190 A TW107120190 A TW 107120190A TW I723269 B TWI723269 B TW I723269B
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貝爾 馬里諾柏
榮恩 克里傑
馬修 R 珊勒
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美商優尼卡塔股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種方法，其包括將多個離散元件自一第一基板轉移至一第二基板，包括照射一動態釋放層之一頂部表面上的多個區域，該動態釋放層將該多個離散元件黏著至該第一基板，該等照射區域中之每一者與該等離散元件之一對應者對準。該照射誘發該動態釋放層之該等照射區域中之每一者中的一塑性變形。該塑性變形促使該等離散元件中之至少一些自該第一基板同時釋放。

Description

在基板上平行組裝離散元件
本說明書大體而言係關於在基板上組裝離散元件。
已知的組裝製程使用機器人取放系統、流體自組裝系統、光輔助組裝系統或其他系統而自動地將物件從一個地方轉移至另一個地方。
在一態樣中，一種方法包括將多個離散元件自一第一基板轉移至一第二基板，包括同時照射一動態釋放層之一頂部表面上的多個區域，該動態釋放層將該多個離散元件黏著至該第一基板，該等照射區域中之每一者與該等離散元件之一對應者對準。該照射誘發在該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之至少一部分的消融。該消融促使該等離散元件中之至少一些自該第一基板同時釋放。
實施例可包括以下特徵中之一或多者。
照射該多個區域包括運用雷射能量照射該多個區域。該方法包括將該雷射能量分成多個小射束，及運用雷射能量之小射束中之一者照射該多個區域中之每一者。該方法包括運用一繞射光學器件分隔該雷射能量。該照射誘發在該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之一部分厚度的消融。該動態釋放層之該部分厚度的消融誘發該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之一剩餘厚度的變形。該變形包括該動態釋放層之該等照射區域中之每一者中的一凸泡，該等凸泡各自對對應離散元件施加一力。藉由該等凸泡施加之力促使該等離散元件自該第一基板釋放。該部分厚度之消融誘發該等照射區域中之每一者中的一塑性變形。該部分厚度之消融誘發該等照射區域中之每一者中的一彈性變形。該照射誘發在該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之一全部厚度的消融。該方法包括在照射該多個區域之前減小該動態釋放層之一黏著力。減小該動態釋放層之一黏著力包括將該動態釋放層曝露至一刺激。將該動態釋放層曝露至一刺激包括將該動態釋放層曝露至熱及紫外光中之一或多者。轉移該多個離散元件包括：轉移一或多個離散元件之一第一集合至一第一目標基板，該第一集合中之該等離散元件共用一第一共同特性；及轉移一或多個離散元件之一第二集合至一第二目標基板，該第二集合中之該等離散元件共用一第二共同特性。該等離散元件包括發光二極體(LED)，且其中該特性包括一光學特性及一電特性中之一或多者。轉移該多個離散元件至該第二基板包括將該等離散元件中之少於所有元件自該第一基板轉移至該第二基板。該方法包括在轉移該多個離散元件之前將該等離散元件中之一或多者中之每一者自該第一基板個別地轉移至一目的地。該等離散元件中之一或多者中之每一者個別地轉移包括轉移不滿足一品質準則之離散元件。該方法包括在轉移該多個離散元件至該第二基板之後將留存在該第一基板上的一或多個離散元件中之每一者個別地轉移至該第二基板。該方法包括在轉移該多個離散元件至該第二基板之後將一或多個離散元件中之每一者自一第三基板個別地轉移至該第二基板。該多個離散元件在該第二基板上形成離散元件之一陣列，且其中轉移留存在該第一基板上的一或多個離散元件中之每一者包括轉移一離散元件至該第二基板上的該陣列中之一空位置。照射多個區域包括掃描該照射至離散元件之多個子集。每一子集中之該多個離散元件經同時釋放，且該多個子集經連續釋放。照射多個區域包括運用一照射圖案照射每一區域。該方法包括將雷射能量分成該照射圖案。該方法包括運用一第一繞射光學器件將該雷射能量分成該照射圖案。該方法包括將該照射圖案分成雷射能量之多個小射束，每一小射束具有該照射圖案。該方法包括運用一第二繞射光學器件將該照射圖案分成多個小射束。該方法包括掃描雷射能量之該多個小射束至離散元件之多個子集，每一小射束具有該照射圖案。該方法包括運用一單一繞射光學器件將雷射能量分成雷射能量之多個小射束，每一小射束具有該照射圖案。該照射圖案包括雷射能量之多個小射束，每一小射束對應於一給定離散元件上之一特定位置。該照射圖案包括雷射能量之四個小射束，每一小射束對應於一給定離散元件之一拐角。將該多個離散元件自該第一基板轉移至該第二基板包括以一面朝下定向將該多個離散元件轉移至該第二基板。該多個離散元件包括發光二極體(LED)。
在一態樣中，一種設備包括：一基板總成，其包括一基板、安置於該基板之一表面上的一動態釋放層，及藉由該動態釋放層黏著至該基板的多個離散元件；及一光學系統，其包括經組態以將來自一雷射能量源之一雷射束分成多個小射束的至少一個光學器件，每一小射束經組態以照射該動態釋放層之一頂部表面上的一對應區域。
實施例可包括以下特徵中之一或多者。
該至少一個光學元件經組態以將來自該源之該雷射束分成該多個小射束，每一小射束具有一照射圖案。該照射圖案包括雷射能量之多個小射束，該照射圖案之每一小射束經組態以照射一給定離散元件上之一特定位置。該光學系統包括：一第一光學器件，其經組態以將來自該源之該雷射束分成該照射圖案；及一第二光學器件，其經組態以將該照射圖案分成該多個小射束，每一小射束具有該照射圖案。該第一光學器件及該第二光學器件各自包括一繞射光學器件。該光學系統包括：一第一光學器件，其經組態以將來自該源之該雷射束分成該多個小射束；及一第二光學器件，其經組態以將該多個小射束中之每一者分成該照射圖案。該設備包括一掃描機構，其經組態以掃描雷射能量之該多個小射束至該動態釋放層之多個區域，該動態釋放層之每一區域將該多個離散元件之一子集黏著至該基板。該光學系統具有：(i)一第一組態，其中該光學器件係在雷射能量之該源與該動態釋放層之間的該雷射束之該路徑中；及(ii)一第二組態，其中該光學器件並不在雷射能量之該源與該動態釋放層之間的該雷射束之該路徑中。當該光學系統在該第一組態中時，該光學器件將該雷射束分成該多個小射束。當該光學系統在該第二組態中時，該雷射束在對應於該等離散元件中之一者的一位置的一位置處入射於該動態釋放層之該頂部表面上。該設備包括一控制器，其經組態以控制該雷射束與該等離散元件中之該一者之該位置的對準。該控制器經組態以基於指示該等離散元件中之一或多者中之每一者的一特性及一品質中之一或多者的資訊控制該雷射束之對準。該光學系統包括：一第一光學器件，其經組態以將該雷射束分成一第一數目個小射束；一第二光學器件，其經組態以將該雷射束分成一第二數目個小射束；及一切換機構，其經組態以在該雷射束之該路徑中定位該第一光學器件或該第二光學器件。該設備包括該雷射能量源。該雷射能量源包括一雷射。該動態釋放層之該等區域的照射促使與該等照射區域對準的該等離散元件之釋放。該雷射能量之每一小射束的一波長及通量中之一或多者足以誘發該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之至少一部分厚度的一消融。每一小射束之該波長或通量足以誘發該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之一部分厚度的一消融，該部分厚度之該消融誘發該等照射區域中之每一者中的一變形。每一小射束之該波長或通量足以誘發該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之一全部厚度的一消融。該動態釋放層之一黏著力回應於一刺激。該動態釋放層之該黏著力回應於熱及紫外光中之一或多者。該等離散元件包括LED。
在一態樣中，一種設備包括：一雷射能量源；一基板固持器，其經組態以接納一基板；一光學系統，其包括經組態以將來自該雷射能量源之一雷射束分成多個小射束的一第一光學器件，其中該光學系統具有其中該第一光學器件安置於在該雷射能量源與該基板固持器之間的雷射能量之該路徑中的一第一組態及至少一個第二組態，該至少一個第二組態為(i)其中一第二光學器件安置於該雷射能量之該路徑中的組態及(ii)其中該第一光學器件及該第二光學器件兩者中無一在雷射能量之該路徑中的組態中之一或多者；及一控制器，其經組態以控制該光學系統之該組態。
實施例可包括以下特徵中之一或多者。
該設備包括一掃描裝置，其經組態以相對於該基板固持器掃描自該光學系統輸出的該雷射束或小射束。該控制器經組態以將該第一光學器件移動至該雷射能量之該路徑中及移出該雷射能量之該路徑。該設備包括一刺激施加裝置，其經組態以輸出包括紫外光及熱中之一或多者的一刺激。當一基板存在於該基板固持器中時，該刺激施加裝置經定位以施加該刺激至該基板。
在一態樣中，一種設備包括：一雷射能量源；一第一基板固持器，其經組態以接納至少一個第一基板；一光學系統，其包括經組態以將來自該雷射能量源之一雷射束分成多個小射束的一第一光學器件，其中該光學系統具有其中該第一光學器件安置於在該雷射能量源與該第一基板固持器之間的雷射能量之該路徑中的一第一組態及至少一個第二組態，該至少一個第二組態為以下各者中之一或多者(i)其中一第二光學器件安置於該雷射能量之該路徑中的組態及(ii)其中該第一光學器件及該第二光學器件兩者中無一在雷射能量之該路徑中的組態；一第一控制器，其經組態以控制該光學系統之該組態；一第二基板固持器，其經組態以固持至少一個第二基板，該第二基板固持器之至少一部分安置於該第一基板固持器下方；及一第二控制器，其經組態以控制該第二基板固持器相對於該第一基板固持器之定位。該設備包括一掃描裝置，其經組態以相對於該基板固持器掃描自該光學系統輸出的該雷射束或小射束。該設備包括一刺激施加裝置，其經組態以輸出包括紫外光及熱中之一或多者的一刺激。該設備包括一控制系統，該控制系統包括該第一控制器及該第二控制器。該第二基板固持器經組態以固持多個第二基板。該設備包括一基板機架，其經組態以固持多個第二基板；及一轉移機構，其可藉由該第二控制器控制以將該多個第二基板中之一者自該基板機架轉移至該第二基板固持器。該第一基板固持器經組態以固持多個第一基板。該設備包括一基板機架，其經組態以固持多個第一基板；及一轉移機構，其可藉由一第三控制器控制以將該多個第一基板中之一者自該基板機架轉移至該第一基板固持器。
在一態樣中，一種方法包括自一基板轉移多個離散元件，該等離散元件藉由一動態釋放層黏著至該基板，該轉移包括：使用一第一雷射輔助轉移製程將一或多個第一離散元件中之每一者自該基板個別地轉移至一第一目的地，該等第一離散元件並不滿足一品質準則；及使用一第二雷射輔助轉移製程將多個第二離散元件自該基板轉移至一第二目的地，該等第二離散元件滿足該品質準則。
實施例可包括以下特徵中之一或多者。
轉移多個第二離散元件包括轉移該等第二離散元件中之少於所有元件，使得一或多個第二離散元件仍然黏著至該基板。該方法包括將仍然黏著至該基板的該等第二離散元件中之一或多者中之每一者個別地轉移至該第二目的地。該多個第二離散元件在該第二目的地處形成離散元件之一陣列，且其中個別地轉移剩餘的該等第二離散元件中之一或多者中之每一者包括轉移該等剩餘第二離散元件中之每一者至該陣列中之一空位置。該第二雷射輔助轉移製程包括照射該動態釋放層之一頂部表面上的多個區域，該等照射區域中之每一者與該等第二離散元件中的一對應者對準，其中該照射促使該等第二離散元件自該基板同時釋放。該第一雷射輔助轉移製程包括對於該等第一離散元件中之每一者，照射該動態釋放層之一頂部表面上的一區域，該區域與該第一離散元件對準，其中該照射促使該第一離散元件自該基板釋放。該方法包括在轉移該一或多個第一離散元件之前減小該動態釋放層之一黏著力。減小該動態釋放層之一黏著力包括將該動態釋放層曝露至熱及紫外光中之一或多者。該第二目的地包括一目標基板，且其中轉移該多個第二離散元件至該第二目的地包括轉移第二離散元件集合至安置於該目標基板之一頂部表面上的一附接器件上。該方法包括固化該附接器件以將該等轉移之第二離散元件接合至該目標基板。固化該附接器件包括將該附接器件曝露至熱、紫外光及機械壓力中之一或多者。該方法包括施加該附接器件至該目標基板。該第二目的地包括一目標基板，及包括將該等轉移之第二離散元件接合至該目標基板。該第二目的地包括具有電路元件之一目標基板，且其中該方法包括將該等轉移之第二離散元件的電路元件與該目標基板之該等電路元件互連。該方法包括將該等離散元件自一供體基板轉移至該基板。將該等離散元件自該供體基板轉移至該基板包括將在該基板上之該動態釋放層與在該供體基板上之該等離散元件接觸。該方法包括單體化該供體基板上之該等離散元件。該供體基板包括一切割帶。該供體基板包括一晶圓。該方法包括施加該動態釋放層至該基板。
在一態樣中，一種方法包括將離散元件自一載體基板轉移至多個目標基板中之每一者，該等離散元件藉由一動態釋放層黏著至該載體基板，該轉移包括：使用一雷射輔助轉移製程，使用一雷射輔助轉移製程轉移該等離散元件之一第一集合至一第一目標基板，該第一集合中之該等離散元件共用一第一特性；及使用該雷射輔助轉移製程，轉移該等離散元件之一第二集合至一第二目標基板，該第二集合中之該等離散元件共用不同於該第一特性之一第二特性。
實施例可包括以下特徵中之一或多者。
該方法包括將該等離散元件自多個載體基板轉移至該多個目標基板。該方法包括自該多個載體基板中之每一者連續轉移該等離散元件。該轉移包括在一轉移系統中將離散元件自一第一載體基板轉移至該等目標基板中之一或多者；自該轉移系統中之一轉移位置移除該第一載體基板；將一第二載體基板置放於該轉移位置中；及將離散元件自該第二載體基板轉移至該等目標基板中之一或多者。該轉移包括在一轉移系統中將離散元件之該第一集合轉移至該第一目標基板；自該轉移系統中之一轉移位置移除該第一目標基板；及將該第二目標基板置放於該轉移位置中以用於轉移離散元件之該第二集合。該等離散元件包括LED，且其中該第一及第二特性包括一光學特性及一電特性中之一或多者。轉移該等離散元件之每一集合至該對應目標基板包括將該集合中之該等離散元件中之每一者個別地轉移至該目標基板。轉移該等離散元件之每一集合至該對應目標基板包括將該集合中之該等離散元件中之一些或所有轉移至該目標基板。轉移離散元件之一集合至該對應目標基板包括將該集合中之該等離散元件轉移至安置於該目標基板之一頂部表面上的一晶粒捕獲材料層上。該方法包括施加晶粒接納材料至每一目標基板。該方法包括減小該動態釋放層之一黏著力。減小該動態釋放層之一黏著力包括將該動態釋放層曝露至熱及紫外光中之一或多者。該方法包括將該等離散元件自一供體基板轉移至該載體基板。將該等離散元件自該供體基板轉移至該載體基板包括將在該載體基板上之該動態釋放層與在該供體基板上之該等離散元件接觸。該供體基板包括一切割帶。該供體基板包括一晶圓。該方法包括施加該動態釋放層至該載體基板。
在一態樣中，一種設備包括一基板，多個凹穴形成於該基板之一頂部表面中；頻譜移位材料，其安置於該多個凹穴中之每一者中，該頻譜移位材料經組態以回應於吸收在一激勵波長下之光發射在一或多個發射波長下之光；及一LED，其安置於該多個凹穴中之每一者中，每一LED經組態以發射在該激勵波長下之光，每一LED經定向使得自該微型LED發射之光照射安置於對應凹穴中之該頻譜移位材料。
實施例可包括以下特徵中之一或多者。
該頻譜移位材料包括一第一頻譜移位材料，其經組態以發射在一第一發射波長下之光；及一第二頻譜移位材料，其經組態以發射在一第二發射波長下之光。該第一頻譜移位材料安置於該多個凹穴之一第一子集中且該第二頻譜移位材料安置於該多個凹穴之一第二子集中。該等凹穴係以一二維陣列配置，且其中該第一頻譜移位材料安置於在該陣列之第一列中的凹穴中且該第二頻譜移位材料安置於在該陣列之第二列中的凹穴中。該頻譜移位材料包括一第三頻譜移位材料，其經組態以發射在一第三發射波長下之光，且其中該第一發射波長對應於紅光，該第二發射波長對應於綠光，且該第三發射波長對應於藍光。該等LED經定向以使得每一LED之一發光面背離該基板之該頂部表面。每一LED包括形成於該LED之一第二面上的接觸件，該第二面與該發光面相對。該設備包括與該等LED之該等接觸件電接觸的電連接線。該基板可透射在該一或多個發射波長下之光。該基板吸收在該激勵波長下之光。該設備包括形成於該基板之該頂部表面上的一平坦化層。該平坦化層可透射該一或多個發射波長。該頻譜移位材料包括磷光體、量子點及有機染料中之一或多者。該設備包括一顯示裝置。每一凹穴、安置於其中之該頻譜移位材料，及對應之LED對應於該顯示裝置之一子像素。該設備包括一固態照明裝置。
在一態樣中，一種方法包括：將頻譜移位材料安置在形成於一基板之一頂部表面中的多個凹穴中之每一者中，該頻譜移位材料經組態以回應於吸收在一激勵波長下之光而發射在一或多個發射波長下之光；及將一LED組裝至該多個凹穴中之每一者中，每一LED經組態以發射在該激勵波長下之光，每一LED經定向以使得自該LED發射之光照射安置於對應凹穴中的該頻譜移位材料。
實施例可包括以下特徵中之一或多者。
該方法包括在該基板之該頂部表面中形成該多個凹穴。該方法包括藉由壓印及微影中之一或多者形成該多個凹穴。安置該頻譜移位材料包括：將一第一頻譜移位材料安置在該多個凹穴之一第一子集中，該第一頻譜移位材料經組態以發射在一第一發射波長下之光；及將一第二頻譜移位材料安置在該多個凹穴之一第二子集中，該第二頻譜移位材料經組態以發射在一第二發射波長下之光。將一LED組裝至該多個凹穴中之每一者中包括組裝該等LED使得每一微型LED之一發光面背離該基板之該頂部表面。將一LED組裝至該多個凹穴中之每一者中包括將多個LED同時轉移至對應凹穴中。同時轉移多個LED包括藉由一大規模平行雷射輔助轉移製程轉移該多個LED。該方法包括形成至每一LED之一電連接。該方法包括形成至每一LED之一第二面上的一接觸件之一電連接，該第二面與每一LED之一發光面相對。該方法包括在該基板之該頂部表面上形成一平坦化層。
優先權主張
本申請案主張2018年4月25日申請的PCT申請案第PCT/US2018/029347號及2017年6月12日申請的美國專利申請案第62/518,270號之優先權，該等申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
吾人在本文中描述一種用於將離散元件大規模平行雷射輔助轉移至目標基板上的方法。此製程可允許大量離散元件之超快、高產出率、低成本組裝。舉例而言，發光二極體(LED)可快速置放在基板上，因此產生LED陣列以供諸如顯示器或固態照明裝置之裝置使用。
參看圖1A及圖1B，雷射輔助轉移製程用於離散元件在剛性或撓性基板上的高產出率、低成本無接觸組裝。術語離散元件通常係指例如將變為產品或電子裝置之部分的任一單元，例如電子、電機械、光伏、光子或光學電子元件、模組或系統，例如任何半導體材料，其具有形成於該半導電材料之一部分上的電路。離散元件可為超薄的，意謂具有50微米或更少、40微米或更少、30微米或更少、25微米或更少、20微米或更少、10微米或更少或5微米或更少的最大厚度。離散元件可為超小的，意謂具有小於或等於每一側300微米、每一側100微米、每一側50微米、每一側20微米或每一側5微米的最大長度或寬度尺寸。離散元件可為超薄及超小的兩者。
特定地參看圖1A，離散元件12藉由動態釋放層22黏著至載體基板16。術語載體基板通常係指例如包括一或多個離散元件之任何材料，例如，藉由製造商組裝的離散元件之集合，諸如包括一或多個半導體晶粒之晶圓。
離散元件12包括主動面32，其包括積體電路裝置。在圖1A及圖1B的實例中，離散元件12之主動面32背離動態釋放層22；在一些實例中，主動面32可面朝動態釋放層22。
亦參看圖1B，在起泡轉移製程中，雷射束24之能量施加至載體基板16之背側30。載體基板16可透射雷射能量之波長。雷射能量24因此穿過載體基板16併入射於動態釋放層22之一區域上，從而促使在雷射能量24入射於的該區域(吾人將其稱為照射區域)中之動態釋放層之部分厚度的消融。該消融產生受限制氣體，該氣體膨脹並在動態釋放層22之未消融剩餘部分中產生壓力。該壓力促使動態釋放層之材料彈性地變形，從而形成凸泡26。若由彈性變形引起的壓力超過動態釋放層材料之屈服強度，則動態釋放層塑性變形。凸泡26在離散元件12上施加機械力。當藉由凸泡26施加之機械力足以克服離散元件12與動態釋放層22之間的黏著力時，藉由凸泡26施加的機械力(結合重力)推動離散元件遠離載體基板16，例如以用於轉移至目標基板28。
在消融轉移製程中，雷射束24之能量施加至透射載體基板之背側30，如圖1B中所示。入射於動態釋放層22之區域的雷射能量24促使照射區域中之動態釋放層22的全部厚度的消融，藉此消融離散元件12與載體基板16之間的任何黏著力。由消融產生的氣體結合重力推進離散元件12遠離載體基板16，例如以用於轉移至目標基板28。
藉由動態釋放層之起泡的雷射輔助轉移製程之進一步描述可在美國專利公開案第US2014/0238592號中發現，該案之內容以全文引用之方式併入本文中。
在一些實例中，雷射輔助轉移製程可用以同時或幾乎同時轉移多個離散元件。吾人有時使用術語同時以意謂大體上同時或幾乎同時。此製程(有時被稱作大規模平行雷射輔助轉移)可實現離散元件在目標基板上的超快、高產出率轉移。
參看圖2A，多個離散元件112藉由動態釋放層122黏著至單一載體基板116。多個離散元件112可以陣列方式配置，諸如一維陣列或二維陣列。圖2A之動態釋放層122可包括一或多個層。
亦參看圖2B，雷射束124之能量用於將多個離散元件112同時雷射輔助轉移至目標基板128上。載體基板116透射雷射束124之波長。雷射束124藉由光學器件142 (諸如繞射光學器件，例如，射束分裂器)分成多個小射束140a、140b、140c。藉由小射束，吾人意謂光束，諸如具有比雷射束124小的大小(例如直徑)的光束。多個小射束140a、140b、140c中之每一者與其他小射束中之每一者同時入射於動態釋放層122之對應區域上，該對應區域與多個離散元件112中之一者對準。在起泡轉移中，多個小射束140a、140b、140c中之每一者的雷射能量誘發凸泡126在動態釋放層122之該等區域中之每一者處的同時形成。多個凸泡126之同時形成促使與動態釋放層122之照射區域對準的所有離散元件112同時與動態釋放層122分開，例如以用於轉移至目標基板128。
參看圖2C，在一些實例中，消融轉移可用於多個離散元件112至目標基板上的同時雷射輔助轉移。在同時消融轉移中，小射束140a、140b、140c中之每一者的雷射能量誘發照射區域中動態釋放層122之全部厚度的同時消融，藉此促使與照射區域對準的離散元件112同時與動態釋放層122分開，例如以用於轉移至目標基板128。
在圖2B的實例中，雷射束124分成入射於以一維陣列配置的離散元件112上之三個小射束。在一些實例中，雷射束124分成入射於以二維陣列配置的離散元件上之多個小射束。雷射束124可分成較大數目個小射束，諸如10個小射束、100個小射束、500個小射束、1000個小射束、5000個小射束、10,000個小射束或另一數目個小射束。雷射束124可分成的小射束之數目可取決於產生雷射束124的雷射之能量。小射束之數目可取決於被轉移的離散元件112之大小。舉例而言，與較小離散元件相比，較大離散元件可使用較大數量能量來轉移，且因此與用於轉移較小離散元件相比，雷射束124可分成較少小射束以用於轉移較大離散元件。
在一些實例中，與離散元件112之數目相比，雷射束124分成較少小射束140。雷射束124可在整個載體基板116中被掃描以順序地轉移多個離散元件112之子集，其中每一子集中之離散元件被同時轉移。舉例而言，雷射束124可分成二維圖案，例如以轉移離散元件之二維陣列，且該圖案可在整個載體基板中被掃描以同時釋放離散元件之二維陣列。在一些實例中，圖案可針對不同掃描位置變化，例如以考慮載體基板上的離散元件之類型、大小或兩者的變化。
圖3展示離散元件112及與離散元件112對準的動態釋放層322之一部分的透視圖。為簡單起見未展示動態釋放層322黏著在其上的載體基板。雷射束324用以轉移離散元件112至目標基板上。光學器件342將雷射束324分成入射於與離散元件112對準之動態釋放層上的多小射束圖案326。每一小射束圖案促使動態釋放層之部分厚度消融及凸泡之形成，或動態釋放層之整個厚度消融，從而促使一力待在多個位置處施加至離散元件。在圖3之特定實例中，多小射束圖案326包括四個小射束326a、326b、326c、326d，其經定向以使得小射束入射於與離散元件112之四個拐角對準的動態釋放層上。此組態促使實質上相等力待施加至離散元件112之每一拐角。使用雷射能量之多小射束圖案以轉移離散元件可有助於達成離散元件之高良率及在目標基板上的精確置放。
圖4為多個離散元件112及動態釋放層422之透視圖。為簡單起見未展示離散元件112黏著至的載體基板。雷射束424用於將多個離散元件112同時轉移至目標基板上。雷射束424藉由光學系統之第一光學器件428 (諸如繞射光學器件，例如射束分裂器)而分成多小射束圖案426。多小射束圖案426包括在一配置中之多個小射束以入射於與單一離散元件對準的動態釋放層上。舉例而言，多小射束圖案426可包括雷射能量之四個小射束，其經定向以入射於與離散元件之四個拐角對準的動態釋放層上。
多小射束圖案426在光學系統之第二光學器件430 (諸如繞射光學器件，例如射束分裂器)處經歷第二分裂。第二分裂產生雷射光束之多小射束圖案426之多個群組432。每一群組432入射於動態釋放層之與離散元件112中之一者對準的區域上。每一群組432內之多個小射束促使多個凸泡形成於動態釋放層之照射區域中，或替代地，促使整個厚度消融在動態釋放層之照射區域中形成。此方法實現多個離散元件112之同時轉移，同時每一離散元件使用多個小射束可有助於達成離散元件之高良率及在目標基板上的精確置放。
在圖4之特定實例中，雷射束424由第一光學器件428分成包括四個小射束之圖案426，一個小射束用於離散元件之每一拐角。圖案426由第二光學器件430分成三個群組432a、432b、432d，每一群組包括雷射能量之四個小射束。每一群組432入射於與多個離散元件112中的一對應者對準的動態釋放層422之區域上，且在每一群組內，四個小射束入射於與對應離散元件112之四個拐角對準的動態釋放層上。
在圖4的實例中，光學系統包括兩個光學器件428、430。在一些實例中，光學系統可包括將雷射束424分成多個圖案之單一光學器件，每一圖案包括雷射能量之多個小射束。
在一些實例中，雷射小射束之圖案426分成比離散元件112之數目少的群組432。群組432之集合可在整個載體基板(圖中未示)上被掃描以順序轉移多個離散元件之子集，其中每一子集中之離散元件經同時轉移。
在其中在整個載體基板中掃描雷射束的實例中，入射於動態釋放層上之能量密度可在雷射能量經掃描時例如歸因於雷射能量自其源行進之距離及雷射能量撞擊動態釋放層所藉以之角度的變化而改變。能量密度之差異可影響離散元件轉移至目標基板上的位置準確度及轉移製程之良率。在一些實例中，能量密度(例如雷射通量)可經調整以補償層能量撞擊動態釋放層所藉以之角度的變化或雷射能量之源與雷射能量撞擊動態釋放層所在之點之間的距離之變化。在一些實例中，能量密度可根據改變小射束之圖案(例如，歸因於同時轉移的離散元件之數目的變化或歸因於入射於單一離散元件上的小射束之數目的變化)而調整。在一些實例中，諸如透鏡(例如，遠心透鏡)之光學器件可用以減小雷射能量撞擊動態釋放層所藉以之角度的變化，因此減小能量密度之差異。在一些實例中，雷射之輸出功率可基於釋放製程而調整，例如，藉由掃描位置或藉由小射束之圖案或藉由釋放製程之另一態樣而調整。
在一些實例中，光學系統經組態以在其中個別地轉移單一離散元件之單一元件模式與其中同時轉移多個離散元件之多個元件模式之間切換。在一實例中，載體基板上之多個離散元件112可為來自晶圓之離散元件。單一元件模式可用以轉移一或多個非所要離散元件至目的地，諸如測試基板或丟棄。舉例而言，非所要離散元件可為具有發生測試故障之電路的離散元件。多個元件模式可接著用以轉移剩餘離散元件中之一或多者至目標基板。
在一些實例中，在剩餘離散元件中之一或多者至目標基板的多個元件模式轉移之後，單一元件模式可再次用以轉移額外離散元件至目標基板上之遺失離散元件的位置(例如，此係因為在彼位置處之離散元件已因為不合需要而被移除，最初自源基板遺失，或因為另一原因)。舉例而言，單一元件模式可用以轉移未在多個元件轉移期間轉移的離散元件，例如，來自晶圓之周向區域的離散元件。在單一元件模式中轉移離散元件的能力可有助於例如藉由實現離散元件(諸如靠近晶圓之邊緣的元件，其可難以包括在同時經轉移離散元件之群組中)之轉移而增加良率。
在一些實例中，非所要離散元件可基於指示載體基板上的離散元件中之一或多者中的每一者之特性的晶圓圖而被識別。在一些實例中，可在離散元件黏著至載體基板之前基於測試產生晶圓圖。舉例而言，晶圓圖可在製造離散元件之後基於每一離散元件之測試而產生，且非所要離散元件可為具有發生製造後測試故障之電路的彼等元件。測試可包括離散元件之電路的電氣測試、LED離散元件之光學輸出的光學測試，或其他類型之測試(例如，離散元件上之感測器的功能性或離散元件上之微機電(MEMS)裝置之操作的測試)。在一些實例中，可基於載體基板上之離散元件的當場測試產生晶圓圖。舉例而言，當離散元件為光電裝置時，可進行光致發光(PL)測試，其中運用低功率雷射能量激發每一離散元件且偵測在鬆弛至基態之後的光學響應。光學響應可用以表徵元件。
圖5A至圖5C及圖6A至圖6C展示此多轉移製程之實例，吾人有時將此多轉移製程稱為「僅良好晶粒」轉移製程。
特定地參看圖5A，以陣列方式配置之離散元件550藉由動態釋放層黏著至載體基板552。圖譜指示陣列中離散元件550中之一或多者中之每一者的特性。舉例而言，圖譜可指示製造後測試、質量控制測試或當場測試的結果(例如，如上文所描述)，且可指示每一離散元件通過測試抑或發生測試故障。通過測試之離散元件(例如滿足品質準則之離散元件)有時被稱作「良好晶粒」且發生測試故障之離散元件(例如不滿足品質準則之元件)有時被稱作「不良晶粒」。在圖5A之實例圖譜中，不良晶粒(例如離散元件550a)加暗灰色陰影且良好晶粒(例如離散元件550b)加淺灰色陰影。在第一轉移步驟中，不良晶粒係在單一元件模式中轉移至目的地，諸如測試基板或丟棄。
參看圖5B，在不良晶粒已在單一元件模式轉移中轉移後，在載體基板552上之陣列中存在每一不良晶粒最初定位在其中的空位置。舉例而言，陣列中之空位置554對應於不良晶粒550a之位置。剩餘離散元件之至少一部分(其為良好晶粒)在第二多元件轉移步驟中經轉移至目標基板556，因此在目標基板上形成經轉移離散元件550ʹ之第二陣列。
轉移場558可在載體基板552上界定所需要大小之區域、包圍所需要數目陣列位置之區域，或包圍所要數目個離散元件之區域。多元件轉移製程可轉移轉移場558內包圍的彼等離散元件之僅僅一些或所有。在轉移場558外部之任何離散元件未轉移至目標基板556，其作為剩餘離散元件560留存在載體基板552上。在圖5B之實例中，轉移場558經設定大小以包圍10×10陣列，且多元件轉移製程轉移在轉移場內包圍的所有離散元件。目標基板556上經轉移離散元件550ʹ之陣列因此為離散元件(及空位置，若存在)之10×10陣列，其中保留離散元件與空位置之相對定位。轉移場可基於用於下游應用(諸如基於發光二極體(LED)之顯示器)的離散元件之所需要大小或數目而設定大小。
參看圖5C，在一些實例中，目標基板上經轉移離散元件550ʹ之陣列中的空位置係藉由第三轉移步驟填充。在第三轉移步驟中，剩餘離散元件560中之一或多者中之每一者(例如剩餘良好離散元件)係在單一元件模式轉移製程中轉移至目標基板556上的空位置中之一者(例如，參看圖5B，空位置554ʹ)。在一些實例中，例如，若不存在留存於載體基板552上之足夠離散元件，或若需要不同類型之離散元件，則空位置可藉由轉移來自不同載體基板之離散元件來填充。在完成第三轉移製程時，目標基板556上之轉移離散元件550ʹ的陣列為沒有空位置之良好離散元件的完整陣列。
參看圖6A至圖6C，在一些實例中，僅良好晶粒轉移製程將離散元件之指定圖案自載體基板轉移至目標基板。特定地參看圖6A，以陣列方式配置之離散元件580藉由動態釋放層黏著至載體基板582。離散元件580之特性的圖譜指示暗灰色之不良晶粒(例如離散元件580a)及淺灰色之良好晶粒(例如離散元件580b)。在第一轉移步驟中，不良晶粒係在單一元件模式中轉移至目的地，諸如測試基板或丟棄。
參看圖6B，在不良晶粒已在單一元件模式轉移中轉移後，在載體基板582上之陣列中存在每一不良晶粒最初定位在其中的空位置。剩餘離散元件之圖案(其為良好晶粒)在第二多個元件轉移步驟中經轉移至目標基板586，因此在目標基板上形成經轉移離散元件580ʹ之第二轉移陣列。舉例而言，轉移場588內包圍的離散元件之圖案可被轉移。在圖6B的實例中，轉移在載體基板582上的陣列中之每隔一個位置處之離散元件；若在此等位置中之一者處存在空位置，則彼空位置亦留存在轉移陣列中。參看圖6C，在一些實例中，目標基板上的經轉移離散元件580ʹ之陣列中之空位置係藉由第三轉移步驟(例如，藉由自載體基板582或自另一載體基板轉移剩餘離散元件)填充。
在一些實例中，不執行第三轉移步驟且在目標基板經提供至下游應用時留存經轉移離散元件之陣列中的空位置。舉例而言，若陣列中之離散元件的密度足夠，則可消除第三轉移步驟，小數目空位置將不實質上影響下游應用中陣列之效能。在一些實例中，第三轉移步驟係可選的且可基於經轉移離散元件之陣列滿足(或不滿足)品質特性而實施。舉例而言，第三轉移步驟可在存在大於臨限數目或百分比之空位置時，或在臨限數目個空位置鄰近於其他空位置時執行。
參看圖7，僅良好晶粒製程(諸如圖5A至圖5C及圖6A至圖6C中展示之製程)可在能夠在多元件模式與單一元件模式之間切換的轉移設備750上實施。舉例而言，轉移設備750可包括自動化光學器件變換器752，其例如取決於轉移製程的類型(例如多元件模式或單一元件模式)使得各種光學系統754a、754b、754c能夠移動至與雷射753之對準中。在一實例中，光學系統754a可為單一射束系統且光學系統754b、754c可為具有不同射束組態之多射束系統。光學系統之其他組態亦係可能的。在一些實例中，轉移設備750可包括在雷射束或小射束之路徑中之多個光學器件，且自動化光學器件變換器752可將多個光學器件中之一者移動至路徑中或移出路徑。轉移設備可包括可在載體基板758之整個表面中掃描自每一光學系統輸出之雷射束或小射束以轉移一或多個離散元件760的掃描機構(圖中未示)。
設備可為藉由一或多個本端或遠端電腦或控制器762控制的電腦，使得端對端多轉移製程可經自動化。舉例而言，控制器可控制雷射束或小射束與在第一單一元件模式轉移中轉移之每一離散元件的對準。控制器可控制雷射束或小射束與待在第二多元件轉移中轉移的離散元件的對準。控制器可控制雷射束或小射束與待在單一元件模式第三轉移中轉移的剩餘離散元件中之每一者的對準，且可在單一元件模式第三轉移期間控制載體基板與目標基板的對準。設備可包括經組態以輸出待施加至載體基板之刺激(諸如紫外光或熱)例如以減小動態釋放層之黏著力的刺激施加裝置764。
轉移設備可包括用於固持目標基板之目標基板固持器766。在一些實例中，目標基板固持器766可固持多個目標基板。在一些實例中，諸如在圖7之實例設備750中，目標基板固持器766可將單一目標基板768'固持在適當位置以接納自載體基板758轉移之離散元件。經組態以固持一或多個目標基板768之轉移機架770可藉由控制器772控制以將個別目標基板自轉移機架770移動至目標基板固持器766。作為實例，第一目標基板可藉由目標基板固持器766固持以接納來自載體基板758之第一轉移(例如不良晶粒)。第二目標基板接著可自轉移機架770轉移至目標基板固持器766中以接納來自載體基板758之第二轉移(例如良好晶粒)。
轉移設備可包括用於固持載體基板758之載體基板固持器774。在一些實例中，載體基板固持器774可固持多個載體基板。在一些實例中，諸如在圖7之實例設備750中，載體基板固持器774可固持單一載體基板。在一些實例中，經組態以固持一或多個載體基板之轉移機架(圖中未示)可經控制以將個別基板自轉移機架移動至載體基板固持器774。
參看圖8，在一些實例中，單一元件模式或多元件模式可用以藉由離散元件之一或多個特性分選固持在載體基板602上之離散元件600。舉例而言，當離散元件為LED時，特性可為發射波長、量子輸出、接通電壓、光強度、電壓電流特性、或另一特性，或其之任何兩者或大於兩者之組合。可在指示用於在載體基板602上固持的離散元件中之一或多者中之每一者的特性的圖譜中指示特性。在分選製程中，共用共同特性或特性之組合的離散元件之每一集合轉移至對應目標基板，產生目標基板之一集合，每一目標基板具有共用共同特性(例如落在共同範圍中之特性)或特性之組合的離散元件之一集合。共用共同特性或特性之組合的離散元件可在單一元件模式中個別地或在多元件模式中同時轉移。
圖7之轉移設備750可用於藉由離散元件之特性分選離散元件。在一些實例中，目標基板固持器766可固持多個目標基板，且來自單一載體基板758之離散元件可基於離散元件之特性轉移至在目標基板固持器766中固持的各別目標基板。在一些實例中，目標基板固持器766可固持單一目標基板。來自載體基板758之共用共同特性或特性之組合的離散元件之一第一集合可轉移至在目標基板固持器766中固持的第一目標基板。第二目標基板可接著轉移至目標基板固持器766中且具有不同共同特性或特性之組合的離散元件之一第二集合可轉移至第二目標基板。
在圖8之實例中，共同具有第一特性之離散元件604 (例如具有在第一範圍中之發射波長的LED)在第一多個元件模式轉移中自載體基板602轉移至第一目標基板606。共同具有第二特性之離散元件608 (例如具有在第二範圍中之發射波長的LED)在第二多元件模式轉移中自載體基板602轉移至第二目標基板610。共同具有第三特性之離散元件612 (例如具有在第三範圍中之發射波長的LED)在第三多元件模式轉移中自載體基板602轉移至第三目標基板614。儘管圖8中展示三個目標基板，但分選製程可轉移離散元件之集合至任何數目個目標基板。
參看圖9，在用於轉移離散元件之實例製程中，單體化離散元件經提供於諸如切割帶之暫時基板上；或諸如晶圓(例如，矽晶圓或藍寶石晶圓)之供體基板上(700)。舉例而言，晶圓可黏著至切割帶並被切割成離散元件。在將晶圓黏著至切割帶之前，晶圓可變薄例如至約50微米的厚度。將晶圓切割成離散元件的進一步描述經提供於2017年1月12日申請之PCT申請案第PCT/US2017/013216號中，該案之內容以全文引用之方式併入本文中。
單體化離散元件自暫時基板轉移至具有安置於其上之動態釋放層的透明載體基板(702)。在一些實例中，載體基板可經提供有已經施加之動態釋放層。在一些實例中，動態釋放層施加至載體基板。載體基板由諸如玻璃或透明聚合物之材料形成，其至少部分透射紫外、可見或紅外電磁頻譜之至少一些波長，包括在後續雷射輔助轉移製程期間使用的波長。在一些實例中，單體化晶圓之元件在不使用暫時基板的情況下直接轉移至載體基板。舉例而言，單體化元件之直接轉移可用以使用雷射剝離製程將磊晶層厚微型LED自生長基板轉移至載體基板。
在一些實例中，單體化離散元件在僅良好晶粒轉移製程中轉移至載體基板，其中「不良晶粒」首先自暫時基板移除且剩餘的「良好晶粒」接著轉移至載體基板。
藉由將在暫時基板上之離散元件與在載體基板上之動態釋放層接觸而將離散元件自暫時基板轉移至載體基板。在一些實例中，當暫時基板為一切割帶時，該切割帶可由回應於刺激(諸如熱或紫外光)經歷黏著力減小的材料形成。當切割帶曝露於刺激時，切割帶之黏著力減小，藉此促進離散元件至載體基板的轉移。轉移離散元件至載體基板上的進一步描述經提供於2017年1月12日申請之PCT申請案第PCT/US2017/013216號中，該案之內容以全文引用之方式併入本文中。
在一些實例中，離散元件可在切割之前例如作為整個或部分晶圓轉移至載體基板。舉例而言，晶圓或部分晶圓可安裝在載體基板上且接著晶圓可經切割成離散元件。在一些實例中，晶圓可在轉移至載體基板之前經部分切割且切割可在轉移至載體基板之後完成。
在一些實例中，動態釋放層可為具有可控制黏著力之材料，諸如具有可在曝露於刺激(諸如熱、紫外光或另一刺激)後減小之黏著力的材料。當離散元件轉移至載體基板時，高度黏著動態釋放層促進轉移並有助於將離散元件緊固於載體基板上。然而，不太黏著動態釋放層可促進離散元件至目標基板的後續雷射輔助轉移。相應地，在一些實例中，在離散元件已轉移至載體基板後，動態釋放層之黏著力例如藉由將動態釋放層曝露於刺激(諸如熱或紫外光)而減小(704)。黏著力減小促使用於全部動態釋放層之減小之黏著力，且促進後續雷射輔助轉移。黏著力減小係可選的，如由圖8中之虛線邊界指示。舉例而言，在消融雷射輔助轉移製程中，通常不執行黏著力減小。具有可控制黏著力之動態釋放層的進一步描述經提供於2017年1月12日申請之PCT申請案第PCT/US2017/013216號中，該案之內容以全文引用之方式併入本文中。
在一些實例中，在分選製程中，離散元件在多個雷射輔助轉移製程中自載體基板轉移至多個目標基板(706)。舉例而言，離散元件可基於離散元件之特性轉移至目標基板，藉此藉由彼特性分選離散元件。分選製程之結果為目標基板之集合，每一目標基板具有共用共同特性的離散元件之集合。
在一些實例中，每一目標基板可具有安置於其上之晶粒捕獲材料。晶粒捕獲材料(DCM)可為當離散元件自載體基板轉移時接納離散元件並當減小在目標基板上的離散元件之後轉移運動時將其保持在其目標位置中的材料。DCM可基於特性(諸如表面張力、黏度及流變性)而選擇。舉例而言，DCM可提供黏滯曳力以防止離散元件運動，或可藉由另一外部施加力(諸如靜電力、磁力、機械力或其之任何兩者或大於兩者的組合)防止離散元件運動。
在一些實例中，目標基板經提供有已經施加的晶粒捕獲材料。在一些實例中，在轉移離散元件之前施加DCM至目標基板。DCM可使用膜沈積方法(諸如旋塗、浸塗、線塗、刮漿刀或另一膜沈積方法)應用為連續膜，例如具有約3微米與約20微米之間的厚度。替代地，DCM可例如在離散元件將被置放的位置中應用為離散圖案化膜。圖案化DCM膜可藉由材料印刷技術(諸如模板印刷、網板印刷、噴射、噴墨印刷或其他技術)形成。圖案化DCM膜亦可藉由運用吸引DCM之材料、排斥DCM之材料或兩者的圖案預處理目標基板，及接著使用連續膜沈積方法來沈積DCM (產生在具有DCM吸引材料之區域中(或在不具有DCM排斥材料之區域中)的DCM)而形成。舉例而言，目標基板可運用親水性材料、疏水性材料或兩者來圖案化。
在一些實例中，在每一目標基板上的離散元件轉移至對應第二基板，諸如帶(708)。因為離散元件在轉移至目標基板期間藉由特性而分選，所以每一帶因此亦將接納共用共同特性之離散元件。帶可經提供用於下游應用，例如至最終產品製造商。離散元件至第二基板之轉移可為接觸轉移。當目標基板包括具有可控制黏著力之晶粒捕獲材料層時，附接器件可曝露於一刺激以減小黏著力，藉此促進離散元件之轉移。
在一些實例中，離散元件在雷射輔助轉移製程中轉移至裝置基板(710)。離散元件至裝置基板之轉移可包括如上文所描述之僅良好晶粒轉移製程，其中不良晶粒首先自載體基板轉移至丟棄，且良好晶粒之陣列接著自載體基板同時轉移至裝置基板。
在一些實例中，裝置基板可具有安置於其上之導電附接器件以實現晶粒捕獲及互連。附接器件回應於經施加刺激而固化(諸如可熱固化、可在曝露於紫外光後固化，或可為回應另一類型之刺激而固化，或其中任何兩者或大於兩者之組合的材料)。在一些實例中，裝置基板經提供有已經施加之附接器件。在一些實例中，附接器件在離散元件轉移之前施加至目標基板。在一些實例中，裝置基板可具有安置其上之附接器件，其充當焊接期間之焊劑，且晶粒捕獲材料藉由加熱而活化以促進作為用於離散元件之互連的製程的焊接。附接器件之進一步描述經提供於2017年1月12日申請之PCT申請案第PCT/US2017/013216號中，該案之內容以全文引用之方式併入本文中。
離散元件接合至裝置基板(712)。舉例而言，附接器件可例如藉由曝露於刺激(諸如高溫、紫外光、或另一刺激，或其之任何兩者或大於兩者的組合)而固化，藉此增加附接器件之黏著力。刺激可在足以允許附接器件固化的時間之後被移除，因此在裝置基板與離散元件之間形成機械接合、電氣接合或兩者。接合離散元件至裝置基板的進一步描述經提供於2017年1月12日申請之PCT申請案第PCT/US2017/013216號中，該案之內容以全文引用之方式併入本文中。
離散元件與裝置基板互連(714)以在離散元件上之電路元件與裝置基板上之電路元件之間建立電連接。在一些實例中，離散元件在面向上定向中與裝置基板互連，其中離散元件之主動面背離裝置基板。離散元件之主動面為其上形成離散元件之電路的表面。對於面向上離散元件，互連可包括線接合、同平面印刷(其中導電材料經印刷在裝置基板及離散元件之主動面上)、直接寫入材料沈積、薄膜微影或其他互連方法。在一些實例中，離散元件在面朝下定向中與裝置基板互連(有時被稱作「倒裝晶片」)，其中離散元件之主動面面朝向裝置基板。倒裝晶片互連可包括黏著性接合、焊接、熱壓縮接合、超聲波接合或其他倒裝晶片互連方法。
參看圖10，在用於轉移離散元件(諸如微型LED)之實例製程800中，經單體化離散元件經提供於一基板上(802)，諸如一晶圓，例如，一藍寶石晶圓。
在一些實例中，該等離散元件例如藉由將供體基板上之離散元件與中間基板接觸而轉移至中間基板(804)。舉例而言，中間基板可用於其中離散元件將被倒裝(亦即翻轉180°)以用於最終下游應用的情況。中間基板有時亦可改良與轉移製程相關聯的量度，諸如良率、準確度或另一量度。離散元件接著自中間基板轉移至其上安置有動態釋放層的透明載體基板(806)。
在一些實例中，不使用中間基板且離散元件自供體基板直接轉移至透明載體基板。在此情況下，跳過轉移製程之態樣804且轉移製程之態樣806為離散元件自供體基板直接轉移至透明載體基板。離散元件自基板(例如藍寶石晶圓)至中間基板或載體基板的轉移可藉由雷射提離製程執行。在雷射提離製程中，元件之主動(功能)層藉由改變在功能層與基板之間的介面層處的材料組份與基板分隔。舉例而言，在藍寶石基板上磊晶生長的GaN微型LED之雷射提離製程中，雷射(例如紫外雷射)集中於微型LED之GaN層與藍寶石基板之間的介面。雷射集中於的區域中之高溫促使GaN之薄(例如小於1 μm厚)層分解成鎵及氮氣。鎵之熔點極低(約30℃)，因此使得微型LED之功能GaN層能夠藉由熔融鎵層而容易地移除。
藉由施加刺激(諸如熱、紫外光或另一類型之刺激)而減小(808)動態釋放層之黏著力。接著使用雷射輔助轉移製程將離散元件轉移至裝置基板(810)。在圖10之實例中，離散元件經展示為在單一元件模式中個別地轉移。在一些實例中，多個離散元件可在多個元件模式中被同時轉移。在一些實例中，離散元件轉移包括僅良好晶粒製程，其中不良晶粒在第一轉移製程中自載體基板移除且良好晶粒接著在第二轉移製程中轉移至裝置基板。裝置基板上之離散元件接合至裝置基板並互連至裝置基板上之電路元件(812)。
上文針對多個離散元件之大規模平行雷射輔助轉移所描述的方法可用以組裝微型LED以供用於基於微型LED之裝置，諸如顯示器，例如電視螢幕或電腦監視器；或固態照明裝置。基於微型LED之裝置包括微型LED之陣列，每一微型LED形成個別像素或子像素器件。在一些實例中，色彩可藉由使用發射不同波長之微型LED來達成。在一些實例中，色彩可藉由結合頻譜移位材料(諸如有機染料、磷光體、量子點)使用微型LED或藉由使用彩色濾光器來達成。
藉由微型LED，吾人意謂LED具有至多100微米之至少一個側向尺寸。藉由頻譜移位材料，吾人意謂藉由在第一波長(有時被稱作激勵波長)下之光激發以發射在不同於激勵波長之第二波長(有時被稱作發射波長)下之光的材料。當頻譜移位材料藉由彩色濾光器實施時，頻譜移位材料之色彩為對應於藉由頻譜移位材料發射的光之波長的色彩。當頻譜移位材料藉由量子點實施時，頻譜移位材料之色彩取決於量子點之大小。當頻譜移位材料藉由有機染料或磷光體實施時，頻譜移位材料之色彩取決於染料或磷光體之組份。
參看圖11A及圖11B，微型LED裝置500包括具有形成於基板502之頂部表面中之凹穴504之陣列的基板502。每一凹穴504對應於裝置500之子像素。凹穴504可藉由壓印、微影或另一製造方法形成。頻譜移位材料506安置於凹穴504中之至少一些中。頻譜移位材料506之色彩可在凹穴504之整個陣列中例如按列、按行、以另一圖案或隨機地變化。在圖11A及圖11B的實例中，頻譜移位材料506之色彩按凹穴504之陣列的行變化，使得第一行508a具有在其凹穴504中之紅色頻譜移位材料，第二行508b具有在其凹穴504中之綠色頻譜移位材料，且第三行508c具有在其凹穴中之藍色頻譜移位材料。基板502可由透射頻譜移位材料之色彩的材料製成。舉例而言，基板502可為玻璃或透明聚合物。
微型LED 510被置放於基板502中之每一凹穴504中。舉例而言，微型LED 510可使用上文針對多個離散元件之大規模平行雷射輔助轉移所描述的方法而置放於凹穴504中。微型LED 510置放於具有包圍微型LED 510之發光表面及側表面之頻譜移位材料506的凹穴504中。微型LED 510發射可激發頻譜移位材料506發射光的波長之光。舉例而言，微型LED可發射紫外光。
在圖11A及圖11B之實例中，微型LED 510係藉由一被動型矩陣控制，在該被動型矩陣中在微型LED 510之相對側的電接觸512朝向基板502之頂部表面514曝露。列電極516及行電極518連接至微型LED 510之電接觸512，提供一個別地定址每一微型LED 510以激發頻譜移位材料506之給定像素或子像素的方式。平坦化層520形成於頂部表面514上方。平坦化層520可透射或不透射來自頻譜移位材料506之光。在一些實例中，微型LED係藉由主動矩陣技術來控制，在主動矩陣技術中，每一微型LED係使用諸如薄膜電晶體及電容器之電子元件個別地控制。
透明基板透射藉由頻譜移位材料發射之光但吸收藉由微型LED發射之光。平坦化層可透射或不透射藉由頻譜移位材料發射的光。
在一些實例中，凹穴504之間的基板502之壁吸收藉由微型LED 510發射的光，從而防止來自一個微型LED之光激發不同凹穴504中之頻譜移位材料506及因此減小或消融相鄰子像素之間的串擾及色彩污染。包圍微型LED 510之發光表面及側表面之頻譜移位材料506的存在亦可有助於減小或消除串擾及色彩污染。在一些實例中，凹穴504之間的基板502之壁可經金屬化以減小或消除串擾，以藉由反射可能另外已丟失以藉由壁吸收之光改良量子效率，及改良所發射光之方向性。
微型LED 510可使用上文針對多個離散元件之大規模平行雷射輔助轉移所描述的方法組裝至裝置500中。使用此等方法，微型LED 510可迅速組裝，從而實現高產出率製造。舉例而言，使用上文所描述的方法將微型LED組裝至完整HD顯示器中將耗費低於約十分鐘，諸如約1分鐘、約2分鐘、約4分鐘、約6分鐘、約8分鐘或約10分鐘。對比而言，個別地轉移每一微型LED以使用現代習知方法組裝相同顯示器將耗費量值更長之一或多個小時，諸如約100小時、約200小時、約400小時、約600小時或約800小時。
在一些實例中，本文描述用於同時轉移多個離散元件之方法可用於組裝其他裝置，諸如微型太陽能電池或微機電(MEMS)裝置。舉例而言，為組裝MEMS鏡面之元件，雷射能量之小射束的圖案可根據鏡面之規範動態地改變。另一實例為系統單晶片(SoC)或系統級封裝(SIP)元件之異質整合，其中大量功能區塊(chiplet)需要轉移至一插入式基板，其中大量功能區塊集中在一起以形成SoC/SiP元件。
已描述本發明之多個實施例。儘管如此，應理解可在不背離本發明的精神及範疇的情況下進行各種修改。舉例而言，上文所描述的步驟中之一些可獨立排序，及因此可以不同於所描述次序之次序執行。
其他實施亦係在以下申請專利範圍之範疇內。
10‧‧‧背側12‧‧‧離散元件16‧‧‧載體基板22‧‧‧動態釋放層24‧‧‧雷射束26‧‧‧凸泡28‧‧‧目標基板32‧‧‧主動面112‧‧‧離散元件116‧‧‧載體基板122‧‧‧動態釋放層124‧‧‧雷射束126‧‧‧凸泡128‧‧‧目標基板140a‧‧‧小射束140b‧‧‧小射束140c‧‧‧小射束142‧‧‧光學器件322‧‧‧動態釋放層324‧‧‧雷射束326‧‧‧多小射束圖案326a‧‧‧小射束326b‧‧‧小射束326c‧‧‧小射束326d‧‧‧小射束342‧‧‧光學器件422‧‧‧動態釋放層424‧‧‧雷射束426‧‧‧多小射束圖案428‧‧‧第一光學器件430‧‧‧第二光學器件432‧‧‧群組432a‧‧‧群組432b‧‧‧群組432c‧‧‧群組500‧‧‧微型LED裝置502‧‧‧基板504‧‧‧凹穴506‧‧‧頻譜移位材料508a‧‧‧第一行508b‧‧‧第二行508c‧‧‧第三行510‧‧‧微型LED512‧‧‧電接觸514‧‧‧頂部表面516‧‧‧列電極518‧‧‧行電極520‧‧‧平坦化層550‧‧‧離散元件550a‧‧‧離散元件550b‧‧‧離散元件550ʹ‧‧‧經轉移離散元件552‧‧‧載體基板554‧‧‧空位置554ʹ‧‧‧空位置556‧‧‧目標基板558‧‧‧轉移場560‧‧‧剩餘離散元件580‧‧‧離散元件580ʹ‧‧‧經轉移離散元件580a‧‧‧離散元件580b‧‧‧離散元件582‧‧‧載體基板586‧‧‧目標基板588‧‧‧轉移場600‧‧‧離散元件602‧‧‧載體基板604‧‧‧離散元件606‧‧‧第一目標基板608‧‧‧離散元件610‧‧‧第二目標基板612‧‧‧離散元件614‧‧‧第三目標基板750‧‧‧轉移設備752‧‧‧自動化光學器件變換器753‧‧‧雷射754a‧‧‧光學系統754b‧‧‧光學系統754c‧‧‧光學系統758‧‧‧載體基板760‧‧‧離散元件762‧‧‧本端或遠端電腦或控制器764‧‧‧刺激施加裝置766‧‧‧目標基板固持器768‧‧‧目標基板768'‧‧‧目標基板770‧‧‧轉移機架772‧‧‧控制器774‧‧‧載體基板固持器800‧‧‧製程
圖1A及圖1B為雷射輔助轉移製程之圖。
圖2A至圖2C為雷射輔助轉移製程之圖。
圖3為雷射輔助轉移製程之圖。
圖4為雷射輔助轉移製程之圖。
圖5A至圖5C為僅良好晶粒轉移製程之圖。
圖6A至圖6C為僅良好晶粒轉移製程之圖。
圖7為設備之圖。
圖8為元件分選製程之圖。
圖9為流程圖。
圖10為雷射輔助轉移製程之圖。
圖11A及圖11B為微型發光二極體(LED)裝置之圖。
112‧‧‧離散元件
116‧‧‧載體基板
122‧‧‧動態釋放層
124‧‧‧雷射束
126‧‧‧凸泡
128‧‧‧目標基板
140a‧‧‧小射束
140b‧‧‧小射束
140c‧‧‧小射束
142‧‧‧光學器件

Claims (66)

  1. 一種轉移離散元件之方法，其包含：將多個離散元件自一第一基板轉移至一第二基板，包括：將一雷射束分成雷射能量之多個小射束；同時照射一動態釋放層之一頂部表面上的包括多個區域(regions)的一第一區塊(area)，包括用雷射能量之該等小射束的一或多個小射束同時照射該多個區域的每一個區域，該動態釋放層將該多個離散元件黏著至該第一基板，該等照射區域中之每一者與該等離散元件中的一對應者對準；其中該照射誘發在該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之至少一部分的一消融；且其中該消融促使該等離散元件中之至少一些自該第一基板同時釋放。
  2. 如請求項1之方法，其中照射該第一區塊包含運用雷射能量之該等小射束中之單一者照射該多個區域中之每一者。
  3. 如請求項2之方法，其包含運用一繞射光學器件將該雷射束分成雷射能量之該等小射束。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該照射誘發該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之至少一部分厚度的消融。
  5. 如請求項4之方法，其中該動態釋放層之該部分厚度的該消融誘發該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之一剩餘厚度的一塑性變形或一彈性變形，其中該變形包含該動態釋放層之該等照射區域中之每一者中的一凸泡，該等凸泡各自在該對應離散元件上施加一力，該力促使該等離散元件自該第一基板釋放。
  6. 如請求項5之方法，其中該部分厚度之該消融誘發該等照射區域中之每一者中的一彈性變形。
  7. 如請求項1至3中任一項之方法，其包含在照射該多個區域之前減小該動態釋放層之一黏著力。
  8. 如請求項1至3中任一項之方法，其包含：掃描雷射能量之該等小射束至該動態釋放層之該頂部表面上的包括多個第二區域的一第二區塊；及用雷射能量之該等小射束的一或多個小射束同時照射該第二區塊中的該多個第二區域的每一個區域，該等照射第二區域中之每一者與該等離散元件中的一對應者對準。
  9. 如請求項8之方法，其中對應於該第一區塊中的該等照射區域的該等離散元件包含一第一子集，對應於該第二區塊中的該等照射區域的該等離散元件包含一第二子集，以及 其中該第一子集中之該等離散元件經同時釋放，該第二子集中之該等離散元件經同時釋放，且該第一子集及該第二子集中之該等離散元件經連續釋放。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中照射該第一區塊包含以該雷射能量之該等小射束照射該多個區域中之每一者。
  11. 如請求項1之方法，其包含運用一第一繞射光學器件將該雷射束分成雷射能量之該等小射束。
  12. 如請求項1之方法，其中將該雷射束分成雷射能量之該等小射束包括：將該雷射束分成一照射圖案；將該照射圖案分成多組小射束，每一組小射束具有該照射圖案；其中照射該第一區塊包含運用一對應組小射束同時照射該多個區域的每一個區域。
  13. 如請求項12之方法，其中將該雷射束分成雷射能量之該等小射束包含：運用一第一繞射光學器件將該雷射束分成該照射圖案；以及運用一第二繞射光學器件將該照射圖案分成該多個組小射束。
  14. 如請求項12或13之方法，其包含： 掃描該多個組小射束至包含多個第二區域的一第二區塊；以及用一對應組小射束同時照射該第二區塊中的該多個第二區域的每一個區域，該等照射第二區域中之每一者與該等離散元件中的一對應者對準。
  15. 如請求項10之方法，其中將該雷射束分成雷射能量之該等小射束包含運用一單一繞射光學器件將雷射束分成多組小射束，每一組小射束具有一照射圖案；以及其中照射該第一區塊包含運用一對應組小射束同時照射該多個區域的每一個區域。
  16. 如請求項10之方法，其中在一已知組小射束中的每一小射束對應於一該離散元件上之一特定位置，該離散元件與該組小射束所照射的該區域對準。
  17. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該多個離散元件包含發光二極體(LED)。
  18. 一種用以照射一動態釋放層之設備，其包含：一基板總成，其包括：一基板，該動態釋放層，其安置於該基板之一表面上，多個離散元件，其藉由該動態釋放層黏著至該基板； 一光學系統，其包括至少一光學器件並經組態以：將來自一雷射能量源之一雷射束分成雷射能量之多個小射束；及照射該動態釋放層之一頂部表面上之包括多個區域(regions)的一第一區塊(area)，包括用雷射能量之該等小射束的一或多個小射束同時照射該多個區域的每一個區域；其中每一照射區域與該等離散元件中的一對應者對準。
  19. 如請求項18之設備，其中在一已知組小射束中的每一小射束對應於該離散元件上之一特定位置，該離散元件與該組小射束所照射的該區域對準。
  20. 如請求項18之設備，其中該光學系統經組態以：將該雷射束分成一照射圖案；將該照射圖案分成多組小射束，每一組小射束具有該照射圖案；及用一對應組小射束同時照射該第一區塊中的該多個區域的每一個區域。
  21. 如請求項20之設備，其中該光學系統包含一第一光學器件及一第二光學器件，該第一光學器件及該第二光學器件各自包含一繞射光學器件。
  22. 如請求項20之設備，其中該光學系統包含：一第一光學器件，其經組態以將該雷射束分成該照射圖案；及一第二光學器件，其經組態以將該照射圖案分成多組小射束。
  23. 如請求項18或19之設備，其包含經組態以掃描雷射能量之該等小射束至包含該動態釋放層之多個第二區域的第二區塊的一掃描機構，其中該動態釋放層之每一第二區域與該多個離散元件的一對應者對準。
  24. 如請求項18或19之設備，其中該光學系統具有：(i)其中該至少一光學器件在該雷射能量源與該動態釋放層之間的該雷射束之路徑中的一第一組態，其中當該光學系統在該第一組態中時，該光學器件將該雷射束分成該多個小射束；及(ii)其中該至少一光學器件並不在該雷射能量源與該動態釋放層之間的該雷射束之路徑中的一第二組態，其中當該光學系統在該第二組態中時，該雷射束入射於與該等離散元件中之一者對準之一位置的該動態釋放層之該頂部表面上。
  25. 如請求項24之設備，其包含經組態以控制該雷射束與該等離散元件中之該一者的對準的一控制器。
  26. 如請求項25之設備，其中該控制器經組態以基於指示該等離散元件中之一或多者中之每一者的一特性及一品質中之一或多者的資訊控制該雷射束之對準。
  27. 如請求項18或19之設備，其中該光學系統包含：一第一光學器件，其經組態以將該雷射束分成一第一數目個雷射能 量的小射束；一第二光學器件，其經組態以將該雷射束分成一第二數目個雷射能量的小射束；及一切換機構，其經組態以將該第一光學器件，該第二光學器件，或該第一光學器件及該第二光學器件定位在該雷射能量的來源與該動態釋放層之間的該雷射束之路徑中。
  28. 如請求項18或19之設備，其中該雷射能量之每一小射束的一波長及通量中之一或多者足以誘發該等照射區域中之每一者中的該動態釋放層之至少一部分厚度的一消融，該部分厚度之該消融誘發該等照射區域中之每一者中的一變形。
  29. 如請求項18或19之設備，其中對該等離散元件的該動態釋放層之一黏著力回應於一刺激。
  30. 如請求項18或19之設備，其中該等離散元件包含LED。
  31. 一種用以處理至少一第一基板之設備，其包含：一雷射能量源；一第一基板固持器，其經組態以接納該至少一第一基板；一光學系統，其包括經組態以將來自該雷射能量源之一雷射束分成多個小射束的一第一光學器件，其中該光學系統具有一第一組態，其中該第一光學器件安置於該雷射能量源與該第一 基板固持器之間的雷射能量之路徑中，及至少一個第二組態，該至少一個第二組態為以下各者中之一或多者：(i)其中一第二光學器件安置於該雷射能量之該路徑中的一組態；及(ii)其中該第一光學器件及該第二光學器件兩者中無一安置於雷射能量之該路徑中的一組態；及一第一控制器，其經組態以控制該光學系統以採取該第一組態或該第二組態。
  32. 如請求項31之設備，其包含經組態以相對於該第一基板固持器掃描自該光學系統輸出之該雷射束或該等小射束的一掃描裝置。
  33. 如請求項31或32之設備，其中該第一控制器經組態以將該第一光學器件移動至該雷射能量之該路徑中並將其移出該雷射能量之該路徑。
  34. 如請求項31或32之設備，其包含經組態以輸出包括紫外光及熱中之一或多者之一刺激的一刺激施加裝置。
  35. 如請求項31或32之設備，其中當一基板存在於該第一基板固持器中時，該刺激施加裝置經定位以施加該刺激至該基板。
  36. 如請求項31或32之設備，其包含：一第二基板固持器，其經組態以固持至少一個第二基板，該第二基板固持器之至少一部分安置於該第一基板固持器下方；及 一第二控制器，其經組態以控制該第二基板固持器相對於該第一基板固持器的定位。
  37. 如請求項36之設備，其中該第二基板固持器經組態以固持多個第二基板。
  38. 如請求項36之設備，其包含：一基板機架，其經組態以固持多個第二基板；及一轉移機構，其可藉由該第二控制器控制以將該多個第二基板中之一者自該基板機架轉移至該第二基板固持器。
  39. 如請求項36之設備，其中該第一基板固持器經組態以固持多個第一基板。
  40. 如請求項36之設備，其包含：一基板機架，其經組態以固持多個第一基板；及一轉移機構，其可藉由一第三控制器控制以將該多個第一基板中之一者自該基板機架轉移至該第一基板固持器。
  41. 一種轉移離散元件之方法，其包含：自一基板轉移多個離散元件，該等離散元件藉由一動態釋放層黏著至該基板，該轉移包括：使用一第一雷射輔助轉移製程將一或多個第一離散元件中之每一 者自該基板個別地轉移至一第一目的地，該第一離散元件並不滿足一品質準則；及使用一第二雷射輔助轉移製程將多個第二離散元件自該基板轉移至一第二目的地，該等第二離散元件滿足該品質準則。
  42. 如請求項41之方法，其中轉移多個第二離散元件包含轉移該等第二離散元件中之少於所有元件，使得一或多個第二離散元件仍然黏著至該基板。
  43. 如請求項42之方法，其包含將仍然黏著至該基板的該等第二離散元件中之一或多者中之每一者個別地轉移至該第二目的地。
  44. 如請求項41至43中任一項之方法，其中該第二雷射輔助轉移製程包含：照射該動態釋放層之一頂部表面上的多個區域，該等照射區域中之每一者與該等第二離散元件中的一對應者對準，其中該照射促使該等第二離散元件自該基板同時釋放。
  45. 如請求項41至43中任一項之方法，其包含在轉移該一或多個第一離散元件之前減小該動態釋放層之一黏著力。
  46. 如請求項41至43中任一項之方法，其中該第二目的地包含一目標基板，且 其中轉移該多個第二離散元件至該第二目的地包含轉移第二離散元件集合至安置於該目標基板之一頂部表面上的一附接器件上。
  47. 如請求項46之方法，其包含固化該附接器件以將該等轉移之第二離散元件接合至該目標基板。
  48. 如請求項46之方法，其包含將該附接器件施加至該目標基板。
  49. 如請求項41至43中任一項之方法，其中該第二目的地包含一目標基板，且包含將該等轉移之第二離散元件接合至該目標基板。
  50. 如請求項41至43中任一項之方法，其中該第二目的地包含具有電路元件之一目標基板，且其中該方法包含將該等轉移之第二離散元件的電路元件與該目標基板之該等電路元件互連。
  51. 如請求項41至43中任一項之方法，其包含將該等離散元件自一供體基板轉移至該基板。
  52. 如請求項51之方法，其中將該等離散元件自該供體基板轉移至該基板包含將在該基板上之該動態釋放層與在該供體基板上之該等離散元件接觸。
  53. 如請求項51之方法，其包含單體化該供體基板上之該等離散元件。
  54. 如請求項41至43中任一項之方法，其包含將該動態釋放層施加至該基板。
  55. 一種轉移離散元件之方法，其包含：將離散元件自一載體基板轉移至多個目標基板中之每一者，該等離散元件藉由一動態釋放層黏著至該載體基板，該轉移包括：使用一雷射輔助轉移製程，使用一雷射輔助轉移製程將該等離散元件之一第一集合轉移至一第一目標基板，該第一集合中之該等離散元件共用一第一特性；及使用該雷射輔助轉移製程，將該等離散元件之一第二集合轉移至一第二目標基板，該第二集合中之該等離散元件共用不同於該第一特性之一第二特性。
  56. 如請求項55之方法，其包含將該等離散元件自多個載體基板轉移至該多個目標基板。
  57. 如請求項56之方法，其中該轉移包含：在一轉移系統中將離散元件自一第一載體基板轉移至該等目標基板中之一或多者；自該轉移系統中之一轉移位置移除該第一載體基板；將一第二載體基板置放在該轉移位置中；及 將離散元件自該第二載體基板轉移至該等目標基板中之一或多者。
  58. 如請求項55至57中任一項之方法，其中該轉移包含：在一轉移系統中將離散元件之該第一集合轉移至該第一目標基板；自該轉移系統中之一轉移位置移除該第一目標基板；及將該第二目標基板置放在該轉移位置中以用於轉移離散元件之該第二集合。
  59. 如請求項55至57中任一項之方法，其中該等離散元件包含LED，且其中該第一特性及該第二特性包含一光學特性及一電特性中之一或多者。
  60. 如請求項55至57中任一項之方法，其中將離散元件之每一集合轉移至對應目標基板包含將該集合中之該等離散元件之一些或所有同時轉移至該目標基板。
  61. 如請求項55至57中任一項之方法，其中將離散元件之一集合轉移至對應目標基板包含將該集合中之該等離散元件轉移至安置於該目標基板之一頂部表面上的一晶粒捕獲材料層上。
  62. 如請求項61之方法，其包含將晶粒捕獲材料施加至每一目標基板。
  63. 如請求項55至57中任一項之方法，其包含減小該動態釋放層之一黏 著力。
  64. 如請求項55至57中任一項之方法，其包含將該等離散元件自一供體基板轉移至該載體基板。
  65. 如請求項64之方法，其中將該等離散元件自該供體基板轉移至該載體基板包含將在該載體基板上之該動態釋放層與在該供體基板上之該等離散元件接觸。
  66. 如請求項55至57中任一項之方法，其包含將該動態釋放層施加至該載體基板。
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