當前，LCD面板仍需要背(bei)光(guang)照明(ming)才能顯示(shi)，而(er)有(you)源(yuan)元件OLED和LED則通過自(zi)身發光(guang)消除對背(bei)光(guang)的(de)依賴。與LED相比，OLED有(you)一個明(ming)顯的(de)缺點是老化(hua)效應，從而(er)限制了顯示(shi)壽命(ming)。

       在所有這些(xie)選(xuan)項(xiang)中，MicroLED（顯示矩(ju)陣中的MicroLED）為顯示應用(yong)提供了最多的優勢，包括更(geng)(geng)(geng)(geng)高(gao)(gao)的發光效率(lv)、亮度和(he)對比度；更(geng)(geng)(geng)(geng)廣(guang)的視角；由于像素密度更(geng)(geng)(geng)(geng)高(gao)(gao)，分辨率(lv)更(geng)(geng)(geng)(geng)高(gao)(gao)；使用(yong)壽命更(geng)(geng)(geng)(geng)長(chang)，可靠性和(he)環境穩定性更(geng)(geng)(geng)(geng)高(gao)(gao)；更(geng)(geng)(geng)(geng)快的刷新率(lv)，響應時間以(yi)納秒為單(dan)位；無背光，從而以(yi)更(geng)(geng)(geng)(geng)低的功(gong)耗實現更(geng)(geng)(geng)(geng)薄、更(geng)(geng)(geng)(geng)輕的顯示器。

■圖(tu)1：MicroLED陣列

       然而，微型LED（MicroLED）顯示器并非沒有自己的挑戰，大批量制造就是其中之一。與LCD和OLED顯示器相比，當前的MicroLED顯示器具有較大的像素尺寸。2021年第四季度，三星推出了一款名為“The Wall”的MicroLED顯示器，像素間距為0.8mm。現代手機顯示屏需要0.03mm0.06 mm的更小間距和每英寸400-800 PPI（像素）。因此，35μm×20μm的Micro-LED尺寸對于滿足顯示器制造商的需求是必要的。

       目前，機械式取放的精度不適合如此小尺寸的芯片。因此，需要基于激光技術轉移Micro-LED晶粒。事實證明，激光輔助技術是唯一能夠滿足高像素密度Micro-LED多步制造過程中嚴苛工藝的方法。

       制造MicroLED顯示器激光是(shi)實現MicroLED顯示器大規(gui)模制造的(de)基本(ben)工具。單獨著色的(de)紅色、綠色和藍色MicroLED通常基于無機III-V族半導體氮化鎵，首(shou)先是(shi)在單獨的(de)外延片上生長，通常為藍寶石，密度約為每6英寸晶(jing)圓片上有800萬顆晶(jing)粒，如圖2左側(ce)所示。

■圖2：MicroLED批量(liang)制造過(guo)程中使用的(de)激光工藝

       接下來是將不同顏色的MicroLED轉移并交織到具有更高導熱性和導電性的基板上，以形成彩色顯示器。期間就包括了各種基于激光的工藝技術，如圖2右側所示。
最初，在(zai)使用(yong)激(ji)光剝(bo)離(li)技術剝(bo)離(li)藍寶石晶(jing)(jing)片之前，臨時載體附在(zai)MicroLED上。高通量掃(sao)描(miao)策略(lve)使用(yong)XY平臺(tai)在(zai)激(ji)光線下移動基板，該激(ji)光線跨越(yue)晶(jing)(jing)片長(chang)度(du)，具有(you)頂帽強度(du)分(fen)布，以產生均勻(yun)的材料相互作用(yong)。

       有(you)必要使用(yong)紫外(wai)光(guang)(guang)譜中低(di)于(yu)GaN的(de)3.3-eV (376-nm)帶隙但高于(yu)藍寶(bao)石的(de)9.9-eV (125-nm)帶隙的(de)波長，其中藍寶(bao)石襯底是透(tou)(tou)明的(de)，而LED是非透(tou)(tou)明的(de)。脈沖(chong)紫外(wai)激光(guang)(guang)器(qi)(qi)，例如248nm準(zhun)分子激光(guang)(guang)器(qi)(qi)或266nm皮秒激光(guang)(guang)器(qi)(qi)，能夠(gou)將相互作(zuo)用(yong)體(ti)積限制在幾納米(mi)內，從而最大限度地(di)減少(shao)器(qi)(qi)件(jian)層上的(de)應力。

       在臨時載體上制備MicroLED后，基于現代準分子激光器的掩模技術的激光誘導正向轉移方法，能夠在最終的顯示基板上進行選擇性轉和紅綠藍排列。為了對Micro-LED進行質量轉移，用大頂帽光束輪廓照亮掩模可提供均勻的力，以實現幾微米的單獨定位精度。
根據間(jian)距和特定的工藝(yi)條件，每次(ci)最多(duo)可轉(zhuan)移1萬顆晶粒。現(xian)代(dai)準(zhun)分(fen)子(zi)激光器(qi)的重復頻(pin)率(lv)只有幾百赫茲。由于一(yi)次(ci)性相(xiang)互作用(yong)和大的照射面(mian)積(ji)，需要具有優異的脈(mo)沖(chong)到(dao)脈(mo)沖(chong)穩定性和高脈(mo)沖(chong)能量(liang)的激光器(qi)。

       制造(zao)瓶頸依然存在，即使產量(liang)(liang)很(hen)高，大(da)量(liang)(liang)轉換過程(cheng)還(huan)(huan)是容易導(dao)致每(mei)塊晶圓出現數(shu)千個壞(huai)點。每(mei)一個壞(huai)點都必須進行更(geng)換，從而還(huan)(huan)需(xu)要快速(su)且單獨的(de)定位工藝技(ji)(ji)術。這(zhe)些工藝對光束質量(liang)(liang)和高產量(liang)(liang)提(ti)出了與(yu)制造(zao)步驟相同的(de)要求。在千赫(he)茲范圍內工作(zuo)的(de)固(gu)態超短脈沖激光器與(yu)掃描(miao)技(ji)(ji)術相結(jie)合(he)，提(ti)供了一種(zhong)功能強(qiang)大(da)且具有成本效益的(de)解決(jue)方(fang)案。更(geng)高的(de)重復率還(huan)(huan)需(xu)要仔細考(kao)慮(lv)掃描(miao)技(ji)(ji)術，因為(wei)XY平臺無法(fa)提(ti)供所(suo)需(xu)的(de)加速(su)度。

       Micro-LED維修為確(que)保準確(que)和精確(que)地(di)加工，每個MicroLED修復部位的聚焦激(ji)光(guang)(guang)束(shu)的強度分布必須得到明確(que)定義。具(ju)體而言，輪(lun)廓應呈(cheng)現出具(ju)有3μm-5μm陡峭邊緣(yuan)和均(jun)勻平坦區域的小矩形(xing)形(xing)狀，這(zhe)可以通過使用短焦距f-theta鏡頭(tou)和定制的銳邊頂帽(mao)光(guang)(guang)束(shu)整(zheng)形(xing)器來實(shi)現。（f-Theta鏡頭(tou)通常用于高性(xing)能激(ji)光(guang)(guang)掃(sao)描系統(tong)中，產生焦點(dian)）

       這種衍射光(guang)(guang)學元件提供(gong)了平頂強度分(fen)布，其平坦區域尺(chi)寸僅比(bi)衍射極限光(guang)(guang)斑(ban)大(da)幾倍，并且具(ju)有改進的銳(rui)邊(bian)，寬度為衍射極限光(guang)(guang)斑(ban)的一半。滿足這些條件的銳(rui)邊(bian)頂帽輪廓出現在(zai)圖(tu)3中，它是使用HOLO/OR光(guang)(guang)束(shu)整形器衍射光(guang)(guang)學元件與(yu)f-theta透鏡（f=65.5mm）結合聚(ju)焦355nm激光(guang)(guang)的高斯光(guang)(guang)束(shu)（Coherent HyperRapid 50 classic）和(he)(he)SCANLAB excelliSCAN 14振鏡掃(sao)描儀(yi)而實現的。高度精確的光(guang)(guang)束(shu)尺(chi)寸、良好的光(guang)(guang)束(shu)中心和(he)(he)精確的聚(ju)焦對于獲得最佳性能至關重要。

■圖3：使用(yong)成形光束進行激光掃(sao)描的挑戰在(zai)于通(tong)常會在(zai)圖像域邊緣發生畸(ji)變

       使(shi)用(yong)Pulsar Photonics模(mo)塊可(ke)以實現這種性能，該模(mo)塊具有自動(dong)(dong)測(ce)量程序和執(zhi)行器，可(ke)自動(dong)(dong)將激(ji)光束對準頂(ding)帽整形器并校(xiao)準系(xi)統。自動(dong)(dong)校(xiao)準可(ke)確保在(zai)更長的處理時間(jian)內進行穩(wen)定校(xiao)準。使(shi)用(yong)成(cheng)(cheng)形光束進行激(ji)光掃描的挑戰在(zai)于，圖像(xiang)域(yu)的邊緣(yuan)越來越多地發(fa)生(sheng)畸(ji)變(bian)，如圖4a所示(shi)。這種失(shi)真是由(you)振(zhen)鏡(jing)布(bu)置和f-theta透鏡(jing)的成(cheng)(cheng)像(xiang)特性所造成(cheng)(cheng)的。

■圖4(a)：使用頂帽光束輪廓進行(xing)激光掃描(miao)期間，由于像差增加而發生翹(qiao)曲現象(xiang)；圖4(b)：這種失真可以通過(guo)(guo)在處理(li)過(guo)(guo)程(cheng)中利(li)用XY平臺的(de)同(tong)步運動進行(xing)補償(chang)，以將掃描(miao)場大小限(xian)制在f-theta透鏡的(de)中心視野范(fan)圍(wei)內

       對于圖3中所示的頂帽光束輪廓，在均勻性下降和形狀變形發生在不適合MicroLED加工水平之前，只有16mm²圖像(xiang)域的中(zhong)心(xin)區(qu)域是可以(yi)掃描的。為了克服這個限制，有(you)必要使用XY平臺在處理過程中(zhong)對晶片(pian)進行光(guang)柵化(hua)處理，如圖4b所示。

       為了實現高處理速度，可以使用SCANLAB和ACS Motion Control開發的創新解決方案同步平臺和掃描儀運動。控制軟件中的特殊算法為掃描儀和載物臺生成了同步軌跡。這種聯動策略消除了縫合錯誤并提高了抓取的準確性。當在6mm²的(de)掃描場(chang)上(shang)采用這種方法處理(li)1萬顆晶粒時，絕對定位誤差僅為2.82μm（圖5顯示）。

■圖5：定位誤差的2D散點圖，其設置結合了配備f=100mm的f-theta透鏡掃描系統和同步運動的機械載物臺。沿X軸和Y軸的密度圖分別顯示并呈現出高斯分布 

       圖6顯示了晶圓5mm²視(shi)場的(de)掃(sao)描策(ce)略。幾(ji)秒內就能(neng)處(chu)理一(yi)塊6英寸晶圓，滿足(zu)行業對(dui)吞(tun)吐量的(de)需求(qiu)。原則上(shang)，采(cai)用這(zhe)種方法可以(yi)處(chu)理直徑(jing)為平臺移(yi)動范圍的(de)晶片。然而實際上(shang)8英寸是MicroLED顯示器(qi)的(de)當前上(shang)限，因為它們具有(you)高平坦度和層均勻(yun)性(xing)的(de)要求(qiu)。

■圖6：為了在MicroLED修復過程中實現高吞吐量，掃描場可以限制在f-theta透鏡中央5mm²視場內(nei)。這確保了激光頂帽強度分布的(de)良好成像性能(neng)，同時平臺(tai)運(yun)動允(yun)許(xu)處理整個外延(yan)片

        MicroLED是未來的顯示技術，與LCD和OLED顯示器相比具有顯著優勢。但它們也需要目前仍在開發中的苛刻制造技術。激光工藝是這些制造技術的核心，而激光剝離和激光誘導正向轉移技術的組合對于MicroLED的大批量生產至關重要。
然而在實際制造過程中，通常會有數千個模具出現(xian)缺(que)陷并需要更換。使用紫外(wai)皮秒激光(guang)器可(ke)以滿足(zu)這(zhe)種修復(fu)過程的(de)要求。從本質上講，基于低失(shi)真、頂帽光(guang)束整形的(de)掃描技術與此(ci)處介紹的(de)掃描策略相(xiang)結合，看起來是一個有效的(de)解決(jue)方案(an)。

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