LED晶圓成膜與蝕刻

MicroLED顯示器適用多種場(chǎng)域，應(yīng)用從穿戴裝置、車用面板到大型廣告看板，場(chǎng)景從室內(nèi)延伸到戶外各種應(yīng)用，是顯示技術(shù)未來(lái)之星。MicroLED擁有高階顯示器不可或缺的關(guān)鍵性能與優(yōu)勢(shì)，如高亮度、高對(duì)比、廣色域、低耗能，以及更長(zhǎng)使用壽命，相比其他顯示技術(shù)都可以勝任未來(lái)顯示應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)。

而microLED顯示器未來(lái)能否受到市場(chǎng)廣泛采用，主要的挑戰(zhàn)取決于技術(shù)成熟和成本降低；提高產(chǎn)能正是為這挑戰(zhàn)提供了學(xué)習(xí)途徑，這兩者也都是量產(chǎn)(HVM)過(guò)渡期所需衡量的關(guān)鍵指數(shù)。由于整體良率是每一段制程良率的綜效結(jié)果，這包括磊晶和microLED圖形化生產(chǎn)良率、背板與驅(qū)動(dòng)器IC生產(chǎn)良率、巨量轉(zhuǎn)移與晶粒鍵合良率，因此需要每個(gè)生產(chǎn)階段皆達(dá)成高良率目標(biāo)，以降低維修時(shí)間與晶粒成本。

MicroLED顯示器整體良率即是每一段制程良率的綜效結(jié)果

MicroLED顯示器集合上游的晶圓磊晶與晶粒生產(chǎn)，中游的驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與封裝，再到下游面板背板生產(chǎn)、晶粒巨量轉(zhuǎn)移與系統(tǒng)組裝，這樣的供應(yīng)鏈雖然也有miniLED類似生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，但microLED的生產(chǎn)制程和傳統(tǒng)LED/miniLED不大一樣，它更接近半導(dǎo)體技術(shù)，量產(chǎn)中所面臨的新挑戰(zhàn)，不論是如何提升小晶粒的發(fā)光效率(EQE)、主動(dòng)式玻璃基背板的設(shè)計(jì)復(fù)雜、背板黃光制程次數(shù)增加、支援大玻璃基板與<10μm晶粒的巨量轉(zhuǎn)移，以及生產(chǎn)4K電視所需的轉(zhuǎn)移速度，都是顯示器業(yè)界的全新挑戰(zhàn)，唯有生產(chǎn)與檢測(cè)技術(shù)創(chuàng)新與相互配合，才能提早解決所有microLED顯示器生產(chǎn)過(guò)程中所面臨的瓶頸，并順利邁向量產(chǎn)(HVM)的里程碑。

針對(duì)microLED顯示器專屬的制程控制設(shè)備不若LCD/OLED供應(yīng)鏈完備，其中檢測(cè)與修補(bǔ)更是如何提升制程良率的關(guān)鍵步驟，不論制程解決方案供應(yīng)商、半導(dǎo)體設(shè)備商與電子供應(yīng)鏈，應(yīng)充分合作扮演關(guān)鍵的推手，產(chǎn)業(yè)界共同期望國(guó)際大廠能對(duì)上、中、下游進(jìn)行優(yōu)勢(shì)整合，并同時(shí)提出端對(duì)端的解決方案。

KLA公司因應(yīng)這樣的需求，針對(duì)MicroLED提出全方位LED生產(chǎn)與制程監(jiān)控的解決方案，其中涉及多個(gè)制程階段，包括磊晶制程、microLED圖形化、驅(qū)動(dòng)IC生產(chǎn)、顯示背板及巨量轉(zhuǎn)移，并以數(shù)據(jù)分析串聯(lián)檢測(cè)資料流，貢獻(xiàn)整個(gè)microLED制造的良率提升— 從磊晶到最終microLED顯示器，我們經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證的制程與制程監(jiān)控設(shè)備，旨在滿足獨(dú)特又嚴(yán)苛的microLED生產(chǎn)流程所面臨的各種新挑戰(zhàn)，并能加速提升廣泛應(yīng)用市場(chǎng)所需的產(chǎn)能，協(xié)助客戶達(dá)成高良率目標(biāo)。

LED晶圓成膜與蝕刻

我們來(lái)探討microLED晶粒制程的挑戰(zhàn)，其中有三個(gè)制程影響良率至深，KLA致力于這三個(gè)關(guān)鍵制程解決方案，首先，LED mesa制程需要干凈且蝕刻一致性高的設(shè)備，尤其是當(dāng)晶圓尺寸放大、晶粒密度變高，且增加高品質(zhì)側(cè)壁保護(hù)層以滿足發(fā)光效率，如此一來(lái)蝕刻均勻度的挑戰(zhàn)就不容小覷，KLA透過(guò)穩(wěn)定的低損傷mesa電漿蝕刻，維持microLED小晶粒的高良率，并同時(shí)達(dá)到降低成本的目標(biāo)。

LED晶圓成膜與蝕刻

其次，為microLED晶粒轉(zhuǎn)移前做準(zhǔn)備，選擇性蝕刻犧牲層是一大挑戰(zhàn)，KLA在這關(guān)鍵制成投入十余年氣相HF 研發(fā)，透過(guò)定向性氣相HF 制程對(duì)氧化物進(jìn)行干蝕刻，不但可以維持蝕刻品質(zhì)的穩(wěn)定度，并使各式microLED從藍(lán)寶石晶圓轉(zhuǎn)移到下一站制程，例如暫存基板COC(Chip on Carrier)或顯示背板，變得更加容易、可行。

最后，為實(shí)現(xiàn)microLED發(fā)光波長(zhǎng)與亮度水平的均勻性，抗反射涂層和其他介電層需要具有非常高的晶圓內(nèi)與晶圓間厚度和成分均勻性。因此，KLA在該領(lǐng)域?qū)ω?fù)責(zé)介電薄膜的典型PECVD沉積制程做了很多開發(fā)，以達(dá)到最終microLED均勻度的要求。

LED晶圓制程監(jiān)控

從MicroLED制造過(guò)程控制的角度來(lái)看，再次強(qiáng)調(diào)KLA所研究的關(guān)鍵挑戰(zhàn)領(lǐng)域，當(dāng)晶粒逐漸變小到<10μm時(shí)，無(wú)塵室與機(jī)臺(tái)潔凈度設(shè)計(jì)、檢測(cè)靈敏度便成為驅(qū)動(dòng)良率的重要因素。首先，為了制造出高品質(zhì)的microLED，microLED元件在高品質(zhì)的基板與磊晶制程中生產(chǎn)。這導(dǎo)致需要大量發(fā)展MOCVD制程檢測(cè)，包括對(duì)裸晶圓的高靈敏度、高檢測(cè)速度，以及使用人工智慧對(duì)想要避免的特定磊晶缺陷進(jìn)行分類。

LED晶圓制程監(jiān)控

這允許回饋到磊晶制程本身，以改進(jìn)該制程品質(zhì)，并向前回饋篩選出磊晶缺陷所導(dǎo)致的缺陷晶粒。其次，我們必須說(shuō)制造microLED晶粒制程與傳統(tǒng)LED制程相比，需要使用相當(dāng)高的靈敏度水平上進(jìn)行缺陷檢測(cè)，然后將這些檢測(cè)結(jié)果再次回饋到巨量轉(zhuǎn)移制程，以允許面板制造商僅使用已知的KGD(Known Good Die)組裝顯示器。

最后，正如我們談到的microLED需要具備非常高的發(fā)光波長(zhǎng)與亮度均勻度，我們需要對(duì)每顆LED的薄膜厚度、關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension)與對(duì)位精度(Overlay)進(jìn)行晶圓級(jí)的量測(cè)，以監(jiān)控制程的變異性，在我們的下一段巨量轉(zhuǎn)移制程中，僅對(duì)那些非常非常均勻的MicroLED晶粒進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

顯示背板制程監(jiān)控與良率提升

現(xiàn)在切換到背板生產(chǎn)需求，需要提供高品質(zhì)的背板來(lái)進(jìn)行巨量轉(zhuǎn)移microLED晶粒。首先，我們發(fā)現(xiàn)microLED用的背板往往具有相當(dāng)長(zhǎng)的比對(duì)間距，且像素圖案不具重復(fù)性，這給背板的檢查帶來(lái)了極大的沖擊，從過(guò)去我們習(xí)慣使用的像素到像素比對(duì)(pixel to pixel)的演算法，升級(jí)到晶片到晶片比對(duì)(die to die)的演算法，這樣極需高速計(jì)算能力(HPC)來(lái)進(jìn)行完整的影像處理，以滿足更復(fù)雜背板設(shè)計(jì)所需要的缺陷檢出靈敏度。

顯示背板制程監(jiān)控與良率提升

其次，與過(guò)去的背板設(shè)計(jì)相比，KLA發(fā)現(xiàn)microLED背板需要更多的電晶體與電容元件來(lái)做為補(bǔ)償電路，如此才能呈現(xiàn)高品質(zhì)畫面。為了達(dá)到microLED顯示器的動(dòng)態(tài)切換和像素均勻性要求，這意味著背板電測(cè)需要完整測(cè)試電路的功能性，判定顯示像素亮度的均勻性，并檢出任何沒有作動(dòng)的像素。

巨量轉(zhuǎn)移制程監(jiān)控

最后，我們擁有測(cè)試過(guò)的高品質(zhì)microLED晶粒，以及高品質(zhì)的背板。當(dāng)然，在microLED晶粒和IC轉(zhuǎn)移后，我們也需要確認(rèn)最終顯示器的功能。首先是巨量轉(zhuǎn)移量測(cè)，KLA發(fā)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)并回饋巨量轉(zhuǎn)移制程，以及監(jiān)控與改善制程所需要的數(shù)據(jù)，必需測(cè)量每一顆LED晶粒和IC晶片的X/Y偏移，以及旋轉(zhuǎn)角度。這種在背板上進(jìn)行大規(guī)模測(cè)量，與前端邏輯和記憶體晶片的動(dòng)態(tài)測(cè)量非常相似，也就是回饋前端步進(jìn)曝光機(jī)做校正計(jì)算，這與使用大量測(cè)量來(lái)進(jìn)行巨量轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)監(jiān)控非常相似。

巨量轉(zhuǎn)移制程監(jiān)控

其次，需要確保巨量轉(zhuǎn)移后缺陷率低，通過(guò)光學(xué)檢查來(lái)確保轉(zhuǎn)移的LED晶粒和IC晶片在巨量轉(zhuǎn)移制程后不會(huì)遺失、損壞或變形，并回饋檢測(cè)結(jié)果以進(jìn)行必要的維修。最后在進(jìn)行切割大面板前，需要進(jìn)行電致發(fā)光測(cè)試(EL)，以確認(rèn)終端面板電性與發(fā)光功能、亮度和均勻度都受到良好的控制。

審核編輯 ：李倩