MicroLED顯示器適用多種場域，應用從穿戴裝置、車用面板到大型廣告看板，場景從室內延伸到戶外各種應用，是顯示技術未來之星。MicroLED擁有高階顯示器不可或缺的關鍵性能與優勢，如高亮度、高對比、廣色域、低耗能，以及更長使用壽命，相比其他顯示技術都可以勝任未來顯示應用所面臨的挑戰。

而microLED顯示器未來能否受到市場廣泛采用，主要的挑戰取決于技術成熟和成本降低；提高產能正是為這挑戰提供了學習途徑，這兩者也都是量產(HVM)過渡期所需衡量的關鍵指數。由于整體良率是每一段制程良率的綜效結果，這包括磊晶和microLED圖形化生產良率、背板與驅動器IC生產良率、巨量轉移與晶粒鍵合良率，因此需要每個生產階段皆達成高良率目標，以降低維修時間與晶粒成本。

MicroLED顯示器整體良率即是每一段制程良率的綜效結果

MicroLED顯示器集合上游的晶圓磊晶與晶粒生產，中游的驅動IC設計、生產與封裝，再到下游面板背板生產、晶粒巨量轉移與系統組裝，這樣的供應鏈雖然也有miniLED類似生產經驗，但microLED的生產制程和傳統LED/miniLED不大一樣，它更接近半導體技術，量產中所面臨的新挑戰，不論是如何提升小晶粒的發光效率(EQE)、主動式玻璃基背板的設計復雜、背板黃光制程次數增加、支援大玻璃基板與<10μm晶粒的巨量轉移，以及生產4K電視所需的轉移速度，都是顯示器業界的全新挑戰，唯有生產與檢測技術創新與相互配合，才能提早解決所有microLED顯示器生產過程中所面臨的瓶頸，并順利邁向量產(HVM)的里程碑。

針對microLED顯示器專屬的制程控制設備不若LCD/OLED供應鏈完備，其中檢測與修補更是如何提升制程良率的關鍵步驟，不論制程解決方案供應商、半導體設備商與電子供應鏈，應充分合作扮演關鍵的推手，產業界共同期望國際大廠能對上、中、下游進行優勢整合，并同時提出端對端的解決方案。

KLA公司因應這樣的需求，針對MicroLED提出全方位LED生產與制程監控的解決方案，其中涉及多個制程階段，包括磊晶制程、microLED圖形化、驅動IC生產、顯示背板及巨量轉移，并以數據分析串聯檢測資料流，貢獻整個microLED制造的良率提升— 從磊晶到最終microLED顯示器，我們經過市場驗證的制程與制程監控設備，旨在滿足獨特又嚴苛的microLED生產流程所面臨的各種新挑戰，并能加速提升廣泛應用市場所需的產能，協助客戶達成高良率目標。

LED晶圓成膜與蝕刻

我們來探討microLED晶粒制程的挑戰，其中有三個制程影響良率至深，KLA致力于這三個關鍵制程解決方案，首先，LED mesa制程需要干凈且蝕刻一致性高的設備，尤其是當晶圓尺寸放大、晶粒密度變高，且增加高品質側壁保護層以滿足發光效率，如此一來蝕刻均勻度的挑戰就不容小覷，KLA透過穩定的低損傷mesa電漿蝕刻，維持microLED小晶粒的高良率，并同時達到降低成本的目標。

LED晶圓成膜與蝕刻

其次，為microLED晶粒轉移前做準備，選擇性蝕刻犧牲層是一大挑戰，KLA在這關鍵制成投入十余年氣相HF 研發，透過定向性氣相HF 制程對氧化物進行干蝕刻，不但可以維持蝕刻品質的穩定度，并使各式microLED從藍寶石晶圓轉移到下一站制程，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，為實現microLED發光波長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與晶圓間厚度和成分均勻性。因此，KLA在該領域對負責介電薄膜的典型PECVD沉積制程做了很多開發，以達到最終microLED均勻度的要求。

LED晶圓制程監控

從MicroLED制造過程控制的角度來看，再次強調KLA所研究的關鍵挑戰領域，當晶粒逐漸變小到<10μm時，無塵室與機臺潔凈度設計、檢測靈敏度便成為驅動良率的重要因素。首先，為了制造出高品質的microLED，microLED元件在高品質的基板與磊晶制程中生產。這導致需要大量發展MOCVD制程檢測，包括對裸晶圓的高靈敏度、高檢測速度，以及使用人工智慧對想要避免的特定磊晶缺陷進行分類。

LED晶圓制程監控

這允許回饋到磊晶制程本身，以改進該制程品質，并向前回饋篩選出磊晶缺陷所導致的缺陷晶粒。其次，我們必須說制造microLED晶粒制程與傳統LED制程相比，需要使用相當高的靈敏度水平上進行缺陷檢測，然后將這些檢測結果再次回饋到巨量轉移制程，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光波長與亮度均勻度，我們需要對每顆LED的薄膜厚度、關鍵尺寸(Critical Dimension)與對位精度(Overlay)進行晶圓級的量測，以監控制程的變異性，在我們的下一段巨量轉移制程中，僅對那些非常非常均勻的MicroLED晶粒進行轉移。

顯示背板制程監控與良率提升

現在切換到背板生產需求，需要提供高品質的背板來進行巨量轉移microLED晶粒。首先，我們發現microLED用的背板往往具有相當長的比對間距，且像素圖案不具重復性，這給背板的檢查帶來了極大的沖擊，從過去我們習慣使用的像素到像素比對(pixel to pixel)的演算法，升級到晶片到晶片比對(die to die)的演算法，這樣極需高速計算能力(HPC)來進行完整的影像處理，以滿足更復雜背板設計所需要的缺陷檢出靈敏度。

顯示背板制程監控與良率提升

其次，與過去的背板設計相比，KLA發現microLED背板需要更多的電晶體與電容元件來做為補償電路，如此才能呈現高品質畫面。為了達到microLED顯示器的動態切換和像素均勻性要求，這意味著背板電測需要完整測試電路的功能性，判定顯示像素亮度的均勻性，并檢出任何沒有作動的像素。

巨量轉移制程監控

最后，我們擁有測試過的高品質microLED晶粒，以及高品質的背板。當然，在microLED晶粒和IC轉移后，我們也需要確認最終顯示器的功能。首先是巨量轉移量測，KLA發現為了實現并回饋巨量轉移制程，以及監控與改善制程所需要的數據，必需測量每一顆LED晶粒和IC晶片的X/Y偏移，以及旋轉角度。這種在背板上進行大規模測量，與前端邏輯和記憶體晶片的動態測量非常相似，也就是回饋前端步進曝光機做校正計算，這與使用大量測量來進行巨量轉移的動態監控非常相似。

巨量轉移制程監控

其次，需要確保巨量轉移后缺陷率低，通過光學檢查來確保轉移的LED晶粒和IC晶片在巨量轉移制程后不會遺失、損壞或變形，并回饋檢測結果以進行必要的維修。最后在進行切割大面板前，需要進行電致發光測試(EL)，以確認終端面板電性與發光功能、亮度和均勻度都受到良好的控制。

審核編輯 ：李倩