TWI836061B - 光學元件層之移設方法 - Google Patents

Abstract

[課題] 提供一種移設光學元件層的移設方法，在雷射剝離時能抑制光學元件往移設構件的轉移率變低。[解決手段] 一種移設光學元件層的移設方法包含：移設構件接合步驟、緩衝層破壞步驟、光學元件層轉移步驟、接著劑去除步驟以及光學元件層移設步驟。在移設構件接合步驟中，將光學元件晶圓與移設構件透過接著劑接合，並將接著劑填充至光學元件晶圓中分割成晶片尺寸的光學元件層與光學元件層的間隙。在接著劑去除步驟中，以在移設構件接合步驟中埋設至接著劑層的光學元件層從接著劑層突出之方式，去除填充在光學元件層與光學元件層的間隙之接著劑的至少一部分。

Description

光學元件層之移設方法

本發明係關於一種光學元件層之移設方法，其係從光學元件晶圓移設光學元件層。

LED（Light Emitting Diode，發光二極體）等光學元件例如是藉由使構成pn接合的n型半導體層及p型半導體層磊晶成長在藍寶石基板的表面上而形成。而現已知一種稱為雷射剝離的剝離技術，其將如此形成的光學元件層從藍寶石基板剝離並轉移至移設構件（參照專利文獻1及2）。近年來，亦正研發被稱為微LED的極小尺寸LED的製造技術，已知一種藉由蝕刻來分割半導體層而製作多個LED的技術（參照專利文獻3）。 [習知技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-072052號公報 [專利文獻2]日本特開2016-021464號公報 [專利文獻3]日本特開2018-107421號公報

[發明所欲解決的課題] 但是，在將上述微LED進行雷射剝離時，會有所謂LED往移設構件的轉移率變低的問題。

因此，本發明之目的在於提供一種光學元件層之移設方法，其係從光學元件晶圓轉移光學元件層，能在雷射剝離時抑制光學元件往移設構件的轉移率變低。

[解決課題的技術手段] 若根據本發明，係提供一種光學元件層之移設方法，移設光學元件晶圓的光學元件層，所述光學元件晶圓中分割成晶片尺寸的多個光學元件層隔著緩衝層而層積在磊晶基板的正面，所述移設方法具備下列步驟：移設構件接合步驟，將該光學元件晶圓與移設構件透過接著劑接合，並將該接著劑填充至該光學元件晶圓中分割成晶片尺寸的光學元件層與光學元件層的間隙；緩衝層破壞步驟，在實施該移設構件接合步驟後，從該移設構件所接合之光學元件晶圓的磊晶基板的背面側對緩衝層照射脈衝雷射光線而破壞緩衝層，所述脈衝雷射光線的波長係對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性；光學元件層轉移步驟，在實施該緩衝層破壞步驟後，將該磊晶基板從該光學元件層剝離，而將層積在該磊晶基板的光學元件層轉移至該移設構件；接著劑去除步驟，在該光學元件層轉移步驟後，以在該移設構件接合步驟中埋設至接著劑層的該光學元件層從該接著劑層突出之方式，去除填充在光學元件層與光學元件層的間隙之接著劑的至少一部分；以及光學元件層移設步驟，在該接著劑去除步驟後，將從該接著劑層突出的光學元件層往安裝基板移設。

[發明功效] 若根據本發明，在雷射剝離時能抑制光學元件往移設構件的轉移率變低。

以下，針對本發明的實施方式一邊參照圖式一邊詳細地說明。本發明並非限定為以下實施方式所記載的內容者。又，以下所記載的構成要素包含所屬技術領域中具有通常知識者可容易想到者、實質上相同者。更進一步，以下所記載的構成能適當地組合。又，在不脫離本發明主旨的範圍能進行構成的各種省略、置換或變更。

[實施方式] 基於圖式說明本發明的實施方式之移設方法。圖1係包含實施方式之移設方法的移設對象之光學元件晶圓1的立體圖。圖2係圖1的光學元件晶圓1的局部剖面側視圖。此外，為了說明本實施方式，圖1及圖2係將光學元件層5等相對於光學元件晶圓1放大得比實際更大而示意地表示，關於後續的圖式亦同。如圖2所示，光學元件晶圓1包含：磊晶基板2；以及光學元件層5，其隔著緩衝層4而層積在磊晶基板2的正面3側。

磊晶基板2在本實施方式中為藍寶石基板，其具有直徑為2英寸（約50mm）左右且厚度為300μm左右的圓板形狀。如圖2所示，在本實施方式中，光學元件層5係在磊晶基板2的正面3由磊晶成長法所形成之總計6μm左右厚度的n型氮化鎵半導體層5-1及p型氮化鎵半導體層5-2，並被使用作為例如LED（Light Emitting Diode）。緩衝層4在實施方式中則係在將光學元件層5層積至磊晶基板2時，在磊晶基板2的正面3與光學元件層5的p型氮化鎵半導體層5-2之間所形成之厚度為1μm左右的氮化鎵（GaN）層。

如圖1所示，在本實施方式中，光學元件層5被分割成晶片尺寸並層積在由格子狀地交叉的多條切割道6所劃分的多個區域中而形成光學元件7。光學元件層5彼此的間隔，亦即光學元件7彼此的間隔係與切割道6的寬度相同，在本實施方式中為5μm左右。又，光學元件層5的大小，亦即光學元件7的大小係與切割道6彼此的間隔相同，在本實施方式中為10μm以上且20μm以下。亦即，在本實施方式中，光學元件層5是在直徑為2英寸的磊晶基板2形成有200萬個左右的作為微LED使用的光學元件7。

接著，說明實施方式之移設方法。圖3係表示實施方式之移設方法的流程圖。移設方法為移設光學元件晶圓1的光學元件層5的移設方法，如圖3所示，包含：移設構件接合步驟ST11、緩衝層破壞步驟ST12、光學元件層轉移步驟ST13、接著劑去除步驟ST14以及光學元件層移設步驟ST15。

圖4係表示圖3的移設構件接合步驟ST11的一狀態的剖面圖。圖5係表示圖3的移設構件接合步驟在圖4後的一狀態的剖面圖。如圖4與圖5所示，移設構件接合步驟ST11為後述的步驟：將光學元件晶圓1與移設構件11透過接著劑12接合，並將接著劑12填充至光學元件晶圓1中分割成晶片尺寸的光學元件層5與光學元件層5的間隙。

在移設構件接合步驟ST11中，具體而言如圖4所示，首先，準備與磊晶基板2具有同樣大小的移設基板作為移設構件11，並將接著劑12塗佈在移設構件11的其中一面，所述接著劑12具有切割道6的總體積以上的體積，所述切割道6係相當於光學元件層5與光學元件層5的間隙。

此外，移設構件11在本實施方式中係能使用具有與磊晶基板2相同程度的0.3mm左右厚度的玻璃基板作為較佳的基板，但本發明並非限定為此，只要是能與包含有機化合物而構成的接著劑12接著者，亦可使用金屬製的基板等其他各種材料的基板。

又，接著劑12係包含有機化合物而構成者，例如能採用使用於黏著膠膜的糊劑作為較佳的接著劑。接著劑12具有以下性質：被加熱會軟化而黏性降低，藉由更進一步加熱或照射紫外線則會引起硬化反應等化學反應而硬化，使黏性更為降低。

在移設構件接合步驟ST11中，接著，使層積在磊晶基板2的光學元件層5與塗佈在移設構件11的接著劑12面對，進而靠近並接觸。在移設構件接合步驟ST11中，更進一步，從磊晶基板2中與正面3為相反側的面即背面8側朝向移設構件11，或者是從移設構件11中與塗佈有接著劑12側為相反側的面朝向磊晶基板2，藉由推壓，如圖5所示，使接著劑12沿著光學元件層5而變形，從而使光學元件層5完全陷入接著劑12。如此一來，在移設構件接合步驟ST11中，將接著劑12填充至光學元件晶圓1中分割成晶片尺寸的光學元件層5與光學元件層5的間隙。

於此，在移設構件接合步驟ST11中，推壓力較佳為在不破壞光學元件晶圓1及移設構件11的程度下愈強愈好，在此情況，接著劑12能更良好地沿著光學元件層5變形，藉此能更良好地填充光學元件層5與光學元件層5的間隙。又，在移設構件接合步驟ST11中，較佳為在接著劑12未發生硬化反應等化學反應的程度下，從磊晶基板2的背面8側或從移設構件11側進行加熱，在此情況，因接著劑12的黏性會降低，故接著劑12能更良好地沿著光學元件層5變形，藉此能更良好地填充光學元件層5與光學元件層5的間隙。

圖6係表示圖3的緩衝層破壞步驟ST12的一例的局部剖面側視圖。如圖6所示，緩衝層破壞步驟ST12為以下步驟：在實施移設構件接合步驟ST11後，從移設構件11所接合之光學元件晶圓1的磊晶基板2的背面8側對緩衝層4照射脈衝雷射光線34而破壞緩衝層4，所述脈衝雷射光線的波長係對磊晶基板2具有穿透性且對緩衝層4具有吸收性。

在緩衝層破壞步驟ST12中，具體而言如圖6所示，首先，將在移設構件接合步驟ST11中接合的光學元件晶圓1與移設構件11之接合體中移設構件11側的面吸引保持在連接未圖示的真空源之卡盤台20的保持面21。

在緩衝層破壞步驟ST12中，接著，藉由雷射光線照射單元30，從由卡盤台20所保持的光學元件晶圓1與移設構件11之接合體中磊晶基板2的背面8側，對緩衝層4照射脈衝雷射光線34而破壞緩衝層4，所述脈衝雷射光線34的波長係對磊晶基板2具有穿透性且對緩衝層4具有吸收性。在本實施方式中，緩衝層破壞步驟ST12係對磊晶基板2的整面實行脈衝雷射光線34的照射，但本發明並非限定為此，亦可只對磊晶基板2中形成有緩衝層4的位置實行脈衝雷射光線34的照射。

於此，如圖6所示，雷射光線照射單元30藉由以下方式調整緩衝層破壞步驟ST12中的脈衝雷射光線34的照射條件：由雷射光線產生手段31產生上述預定的波長的脈衝雷射光線34，並由光學反射鏡32將來自雷射光線產生手段31的脈衝雷射光線34的朝向變更為垂直於由卡盤台20所保持的接合體中磊晶基板2的背面8的方向，再由聚光透鏡33聚光來自光學反射鏡32的脈衝雷射光線34，從而調整脈衝雷射光線34的點徑與散焦。

在緩衝層破壞步驟ST12中，例如是使用波長約257nm的紫外線雷射光作為脈衝雷射光線34，將點徑設為10μm以上且50μm以下，並將散焦調整為約1.0mm，而實行緩衝層4的破壞處理，所述紫外線雷射光的重複頻率為50kHz以上且200kHz以下，平均輸出為0.1W以上且2.0W以下，脈衝寬度為20ps以下。

圖7係表示圖3的光學元件層轉移步驟ST13的一例的剖面圖。光學元件層轉移步驟ST13為以下步驟：在實施緩衝層破壞步驟ST12後，將磊晶基板2從光學元件層5剝離，而將層積在磊晶基板2的光學元件層5轉移至移設構件11。

在光學元件層轉移步驟ST13中，具體而言，藉由從在緩衝層破壞步驟ST12中緩衝層4已被破壞之接合體中磊晶基板2的背面8側，以未圖示的配設有超音波振動手段之喇叭（horn）賦予超音波振動，而將經破壞的緩衝層4作為起點，將磊晶基板2從光學元件層5剝離並將光學元件層5轉移至移設構件11。

如此，藉由實施由緩衝層破壞步驟ST12及光學元件層轉移步驟ST13所進行之所謂的雷射剝離，而得到如圖7所示的光學元件層5（光學元件7）埋設並轉移至接著劑12之光學元件層轉移基板10，所述接著劑12係塗佈在移設構件11的其中一面而形成。

圖8係表示圖3的接著劑去除步驟ST14的一例的局部剖面側視圖。如圖8所示，接著劑去除步驟ST14為以下步驟：在光學元件層轉移步驟ST13後，以在移設構件接合步驟ST11中埋設至接著劑12的層即接著劑層的光學元件層5從接著劑層突出之方式，去除填充在光學元件層5與光學元件層5的間隙的接著劑12的至少一部分。

在接著劑去除步驟ST14中，具體而言，首先如圖6所示，將在光學元件層轉移步驟ST13中得到的光學元件層轉移基板10之移設構件11側的面吸引保持在卡盤台20的保持面21。在接著劑去除步驟ST14中，接著執行以下對準動作：進行由卡盤台20的保持面21所保持之光學元件層轉移基板10與雷射光線照射單元40所產生之雷射光線41的照射位置的對位。

此外，於本實施方式中，在接著劑去除步驟ST14所使用的雷射光線照射單元40與在緩衝層破壞步驟ST12所使用的雷射光線照射單元30不同，但本發明並未受限於此，在緩衝層破壞步驟ST12與接著劑去除步驟ST14中亦可使用相同的雷射光線照射單元。

在接著劑去除步驟ST14中，接著從光學元件層轉移基板10中已在接著劑12上轉移有光學元件層5（光學元件7）之側，在避免雷射光線41照射至光學元件層5（光學元件7）之下，對光學元件層5（光學元件7）彼此之間的接著劑12的至少一部分照射雷射光線41，藉由選擇性地進行雷射燒蝕加工而去除此接著劑12。

在接著劑去除步驟ST14中，例如是使用以下雷射光作為雷射光線41：重複頻率為100kHz以上且1000kHz以下、平均輸出為0.2W以上且1.5W以下、波長約257nm以上且約515nm以下的紫外線區域至可見光區域；並將點徑縮為0.5μm以上且3μm以下，藉由將此種雷射光線41以100mm／s以上且600mm／s以下掃描過接著劑12上方，而實行接著劑12的去除處理。

在接著劑去除步驟ST14中，較佳為將接著劑12的去除厚度12-1設為光學元件層5（光學元件7）的厚度的一半以上，於此情況，在後述的光學元件層移設步驟ST15中，能從接著劑12良好地拾取出光學元件層5（光學元件7）。此外，在接著劑去除步驟ST14中，較佳為將接著劑12的去除厚度12-1設為不會到達移設構件11的深度程度，在此情況，可抑制不慎以雷射光線41對移設構件11進行燒蝕加工的可能性。

又，在接著劑去除步驟ST14中，較佳為將接著劑12的去除厚度12-1設在預定的範圍內，更佳為設為固定值，而在此等情況，在後述的光學元件層移設步驟ST15中，能以預定的範圍內的力穩定地從接著劑12拾取出光學元件層5（光學元件7）。

在本實施方式中，光學元件層5（光學元件7）所轉移的區域為10μm以上且20μm以下的規模，接著劑12露出的區域係與切割道6的寬度同樣為5μm左右的規模，而接著劑12的去除厚度12-1係與光學元件層5（光學元件7）的厚度的一半左右同樣為3μm左右的規模。在接著劑去除步驟ST14中，因藉由雷射光線41進行雷射燒蝕加工，故可控制如本實施方式般的μm單位規模的接著劑12的去除區域12-2及去除厚度12-1。

在本實施方式中，光學元件層5（光學元件7）所轉移的區域與接著劑12露出的區域係週期性地排列。因此，在接著劑去除步驟ST14中，較佳為藉由掃描手段所進行的雷射光線41的掃描等而去除接著劑12，所述掃描手段具備：以已設定的週期一邊重複雷射光線41的開啟與關閉一邊進行雷射燒蝕加工之所謂的Hasen Cut（註冊商標）、振鏡掃描器（galvano scanner）、共振掃描器（resonant scanner）、聲光偏轉元件或多角鏡等。在接著劑去除步驟ST14中，具體而言，係一邊重複開啟與關閉雷射光線41一邊進行照射。舉例而言，在接著劑12露出的區域中，開啟雷射光線41進行照射，在光學元件層5（光學元件7）所轉移的區域中，關閉雷射光線41使其通過。

圖9係表示圖3的光學元件層移設步驟ST15的一狀態的局部剖面側視圖。圖10係表示圖3的光學元件層移設步驟ST15在圖9後的一狀態的剖面圖。如圖9與圖10所示，光學元件層移設步驟ST15為以下步驟：在接著劑去除步驟ST14後，將從接著劑層突出的光學元件層5往安裝基板100移設。

在光學元件層移設步驟ST15中，具體而言，首先，較佳為在由拾取單元50中排列並設在面對光學元件層5（光學元件7）之位置的拾取部51拾取各個光學元件層5（光學元件7）前，實施使支撐光學元件層5（光學元件7）的接著劑12的黏著性降低的黏著性降低處理。黏著性降低處理例如是藉由加熱接著劑12而使接著劑12的黏性降低的處理、藉由對接著劑12照射紫外線或進一步進行加熱而引起聚合反應等硬化反應而使接著劑12的黏著性降低的處理，而能由拾取單元50以較小的力拾取光學元件層5（光學元件7），且提高拾取的成功機率，並同時減少、抑制接著劑12殘留在光學元件層5（光學元件7）。

在光學元件層移設步驟ST15中，接著如圖9所示，藉由以拾取單元50的各拾取部51把持或吸附保持各光學元件層5（光學元件7）而進行拾取。在光學元件層移設步驟ST15中，之後如圖10所示，使由拾取單元50的各拾取部51所拾取的各光學元件層5（光學元件7）移動並載置於接合層110上，所述接合層110係以與光學元件層5（光學元件7）同樣的形狀、尺寸以及間隔等排列並設在安裝基板100上。

在光學元件層移設步驟ST15中移設至安裝基板100的接合層110上的各光學元件層5（光學元件7）係透過接合層110而接合並安裝至安裝基板100。

如此，在光學元件層移設步驟ST15中，於本實施方式中因藉由拾取單元50的各拾取部51將從接著劑12突出的各光學元件層5（光學元件7）整體一次地往安裝基板100移設，故可效率佳地移設光學元件層5（光學元件7）。此外，本發明並未受限於此，亦可藉由一個拾取部51將從接著劑12突出的各光學元件層5（光學元件7）一個個往安裝基板100移設，在此情況，可提高各光學元件層5（光學元件7）的移設精確度。

實施方式之移設光學元件晶圓1的光學元件層5的移設方法，因在移設構件接合步驟ST11中為使接著劑12填充至光學元件晶圓1中分割成晶片尺寸的光學元件層5與光學元件層5的間隙之狀態，並將光學元件晶圓1與移設構件11透過接著劑12接合，故具有以下作用功效：在雷射剝離時可抑制光學元件7（光學元件層5）往移設構件11的轉移率變低。

又，實施方式之移設光學元件晶圓1的光學元件層5的移設方法，因在接著劑去除步驟ST14中藉由去除填充在光學元件層5與光學元件層5的間隙的接著劑12的至少一部分，而使在移設構件接合步驟ST11中埋設至接著劑層的光學元件層5從接著劑層突出，故具有以下作用功效：可抑制將光學元件層5（光學元件7）移設至安裝基板100的移設效率及移設精確度變低。

[變化例] 說明本發明的實施方式的變化例之移設方法。變化例之移設方法除了接著劑去除步驟ST14不同以外，其餘步驟皆與實施方式相同。

變化例之接著劑去除步驟ST14係以蝕刻處理或劃線加工處理取代實施方式之雷射光線41的照射，而選擇性地去除接著劑12。

在變化例之接著劑去除步驟ST14中，例如是藉由與接著劑12發生化學反應而去除接著劑12，並且將含有幾乎不會與光學元件層5發生明顯化學反應的液體或氣體的化合物之蝕刻劑向光學元件層5及接著劑12供給，藉此由蝕刻處理選擇性地去除接著劑12。

又，在變化例之接著劑去除步驟ST14中，例如是使用金屬製或金剛石製等的工具的劃線器，沿著切割道6切削接著劑12的露出區域，藉此由劃線加工處理選擇性地去除接著劑12，所述劃線器之前端的直徑係與接著劑12的露出區域及切割道6的寬度相同或者更小數μm以下左右的尺度。

此等變化例之移設光學元件晶圓1的光學元件層5的移設方法係與實施方式之移設光學元件晶圓1的光學元件層5的移設方法發揮同樣的作用功效。

此外，本發明並非限定為上述實施方式者。亦即，在不脫離本發明精神的範圍可進行各種變化並實施。

1:光學元件晶圓 2:磊晶基板 3:正面 4:緩衝層 5:光學元件層 7:光學元件 8:背面 11:移設構件 12:接著劑 100:安裝基板

圖1係包含本發明實施方式之移設方法的移設對象之光學元件晶圓的立體圖。 圖2係圖1的光學元件晶圓的局部剖面側視圖。 圖3係表示實施方式之移設方法的流程圖。 圖4係表示圖3的移設構件接合步驟的一狀態的剖面圖。 圖5係表示圖3的移設構件接合步驟在圖4後的一狀態的剖面圖。 圖6係表示圖3的緩衝層破壞步驟的一例的局部剖面側視圖。 圖7係表示圖3的光學元件層轉移步驟的一例的剖面圖。 圖8係表示圖3的接著劑去除步驟的一例的局部剖面側視圖。 圖9係表示圖3的光學元件層移設步驟的一狀態的局部剖面側視圖。 圖10係表示圖3的光學元件層移設步驟在圖9後的一狀態的剖面圖。

ST11:移設構件接合步驟

ST12:緩衝層破壞步驟

ST13:光學元件層轉移步驟

ST14:接著劑去除步驟

ST15:光學元件層移設步驟

Claims (2)

1. 一種光學元件層之移設方法，移設光學元件晶圓的光學元件層，所述光學元件晶圓中分割成晶片尺寸的多個光學元件層隔著緩衝層而層積在磊晶基板的正面，所述移設方法具備下列步驟：移設構件接合步驟，將該光學元件晶圓與移設構件透過接著劑接合，並將該接著劑填充至該光學元件晶圓中分割成晶片尺寸的光學元件層與光學元件層的間隙；緩衝層破壞步驟，在實施該移設構件接合步驟後，從該移設構件所接合之光學元件晶圓的磊晶基板的背面側，對磊晶基板的整面，對緩衝層照射脈衝雷射光線而破壞緩衝層，該脈衝雷射光線的波長係對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性；光學元件層轉移步驟，在實施該緩衝層破壞步驟後，將該磊晶基板從該光學元件層剝離，而將層積在該磊晶基板的光學元件層轉移至該移設構件；接著劑去除步驟，在該光學元件層轉移步驟後，以在該移設構件接合步驟中埋設至接著劑層的該光學元件層從該接著劑層突出之方式，去除填充在光學元件層與光學元件層的間隙之接著劑的至少一部分；以及光學元件層移設步驟，在該接著劑去除步驟後，將從該接著劑層突出的光學元件層往安裝基板移設，在該接著劑去除步驟中，避免對該光學元件層照射雷射光線，對該光學元件層彼此之間的接著劑的至少一部分照射雷射光線，而選擇性地去除該接著劑，在該接著劑露出的區域中照射雷射光線，以藉由該雷射光線去除該接著劑的至少一部分，在該光學元件層所轉移的區域中關閉雷射光線。
2. 如請求項1之光學元件層之移設方法，其中，在該移設構件接合步驟中，加熱該接著劑並使該接著劑的黏性降低，且使該接著劑沿著該光學元件層變形，藉此將該接著劑填充至該光學元件層與該光學元件層的間隙。