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JP7041661B2 - 複合マイクロアセンブリのストラテジおよびデバイス - Google Patents

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JP7041661B2 JP2019227462A JP2019227462A JP7041661B2 JP 7041661 B2 JP7041661 B2 JP 7041661B2 JP 2019227462 A JP2019227462 A JP 2019227462A JP 2019227462 A JP2019227462 A JP 2019227462A JP 7041661 B2 JP7041661 B2 JP 7041661B2
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Description

(関連出願)
本願は、米国特許出願第14/822,868号,出願日2015年8月10日、発明の名称“Compound Micro-Assembly Strategies and Devices” および米国仮特許出願第62/055,472号,出願日2014年9月25日、発明の名称 “Compound Micro-Assembly Strategies and Devices”に対する優先権およびその利益を主張するものであり、これらの各々の内容は、それらの全体が参照により本明細書中に援用される。
フラットパネルディスプレイは、典型的には、平坦基板表面にわたって分布した発光体のアレイで構築される。プラズマテレビを除いて、発光型フラットパネルディスプレイは、多くの場合、(i)液晶および色フィルタによって提供されるピクセル光制御を伴うバックライト(例えば、液晶ディスプレイ)、(ii)有機着色発光体(例えば、有機発光ダイオードディスプレイ)、または(iii)色フィルタを伴う有機白色発光体(例えば、白色有機発光ダイオードディスプレイ)のいずれかに依拠する。重要なこととして、これらのフラットパネルディスプレイ技術の3つ全ては、面エミッタであり、すなわち、各ピクセルの面積全体が、発光体または光コントローラで充填される。
発光ダイオード(LED)は、典型的には、種々の化学物質の使用を必要とする半導体プロセスを使用して製造される。これらの製造方法は、高温製造プロセス中に融解しない、サファイア基板またはシリコン基板等の剛性基板の使用を必要とする。剛性基板上でLEDを加工した後、ウエハは、多くの場合、次いで、ディスプレイで使用され得る、個々のLEDを形成するように切断される。
ディスプレイにおける初期のLED用途は、数値LEDディスプレイを伴う手持ち式計算機を含む。つい最近では、LEDは、ディスプレイ用のバックライトとして統合されている。ディスプレイパネル等の大型ディスプレイにLEDを組み込むことは、ディスプレイパネル内の各個別LEDへの複雑な配線を伴う。RGB LEDディスプレイ等のディスプレイでのLEDの使用は、増加した複雑性、限定されたディスプレイ形式、増加した製造費用、および低減した製造量を含む、多数の課題を提起し続ける。
したがって、ディスプレイを製造するシステムおよび方法、ならびにシステムの低費用製造、向上した収率、および向上した信頼性を提供する、太陽電池アレイおよびレーダアレイ等の他のデバイスの必要性がある。
開示される技術は、概して、複合マイクロアセンブリを利用してデバイスを組み立てる設計および方法に関する。複合マイクロアセンブリは、マイクロアセンブリ、例えば、それぞれが参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、米国特許第7,622,367号および第8,506,867号で説明されるマイクロ転写印刷プロセスが、最初に、中間基板上に機能的要素を組み立てて、機能的(例えば、試験可能)マイクロシステムを形成するために使用される、プロセスである。次いで、新たに生成されたマイクロシステムは、動作可能なマクロシステム(例えば、最終的なデバイス)を形成するように、目標またはデバイス基板上にマイクロ組み立てされる。マイクロシステムのアレイは、大規模に並行して作成され、目標基板上にマイクロ組み立てされてもよい。
例えば、複合マイクロアセンブリを採用するディスプレイデバイスの製造のために、各マイクロシステムは、個々のピクセルを形成してもよい。複数のピクセルが形成され、次いで、目標基板上にマイクロ組み立てされてもよい。例えば、デバイス要素(例えば、赤色、緑色、および青色マイクロLED、ならびにシリコン駆動回路)が、対応するネイティブ基板上に大規模に並行して形成され、次いで、各マイクロシステムが、LED(例えば、赤色、緑色、および青色マイクロLED)ならびにシリコン駆動回路を含有するピクセルである、個々のマイクロシステムの行列として、中間基板上に(例えば、マイクロ転写印刷を介して)マイクロ組み立てされる。中間基板上のマイクロシステムの行列は、密集し、それによって、必要な微細リソグラフィが、より小さい面積にわたってマイクロシステムの全てのために行われることを可能にし、より低い組立費用および改良型製品をもたらし得る。さらに、中間基板上のマイクロシステムの行列は、機能的であり、マクロシステム(例えば、最終ディスプレイ)上への組立に先立って、試験、故障ピクセルの識別、および/または故障ピクセルの修復を可能にし、製品をさらに改良する。次いで、良品マイクロシステム(例えば、ピクセル)が、1つまたはそれを上回るマクロシステム(例えば、最終的なデバイス)を形成するように、(例えば、マイクロ転写印刷を介して)中間基板から目標基板に転写される。
マイクロアセンブリは、異種材料の機能性を不均一に統合されたシステムに組み込むための有利なストラテジである。結果として生じるマイクロシステムおよびマクロシステムは、不均一性の微細な規模により、モノリシックユニットの外観ならびに性質を有することができ、そうでなければ構成材料タイプまたは従来の手段によって組み立てられた構成物質の組み合わせからアクセス可能ではない性質を呈することができる。
さらに、複合マイクロアセンブリプロセスは、マイクロ組立システム(マクロシステム)のアレイの機能的ユニットを提供する、多機能的な不均一に統合されたマイクロスケール要素(マイクロシステム)を生産する。
とりわけ、開示される複合マイクロアセンブリ技法は、リソグラフィの最適化された組み合わせを可能にする。具体的には、ある実施形態では、マイクロシステムが、ウエハ上に加工され、例えば、10ミクロン未満またはそれと等しい、5ミクロン未満またはそれと等しい、2ミクロン未満またはそれと等しい、もしくは1ミクロン未満の特徴寸法を有する、最先端のウエハレベルリソグラフィ(微細リソグラフィ)を使用して、相互接続される。対照的に、例えば、10ミクロンを上回る、50ミクロンを上回るまたはそれと等しい、100ミクロンを上回るまたはそれと等しい、もしくは1ミリメートルを上回る特徴寸法を有して、目標基板上にマイクロ組立された後に、マイクロシステムに電気的に接続するために、粗リソグラフィが使用されてもよい。
また、マイクロシステムは、マイクロシステムが目標基板上にマイクロ組み立てされるときよりもマイクロシステムの密度がウエハ上で大きいように、密に形成されてもよい。したがって、マイクロシステムがウエハの上にあるときに微細リソグラフィを使用することは、マイクロシステムの高い密度により、より費用効果的であり、粗リソグラフィは、マイクロシステムが目標基板に印刷された後に使用されることができる。さらに、所与のデバイスのためのマイクロレベル上に形成される(すなわち、マイクロシステムを目標基板に転写した後の)入力/出力線の数は、従来の非複合アセンブリ技法に対して削減される。
ある実施形態では、マイクロシステムは、目標基板に転写されることに先立って、完全に機能的なデバイスであるように、中間基板上で配線される。これは、マイクロシステムを目標基板にマイクロ組み立てすることに先立って、それらが試験されることを可能にする。ある実施形態では、欠陥マイクロシステムは、除去され、または機能的マイクロシステムのみが目標基板に転写されるように(例えば、レーザで)照射される。ある実施形態では、入力/出力線が、試験を促進するように、中間基板のアンカおよびテザー上で送られる。他の実施形態では、各マイクロシステムは、マイクロシステムの試験を促進する、アンテナおよび/または太陽電池を含む。
したがって、複合マイクロアセンブリの開示されるシステムおよび方法の利益は、削減された組立費用および増加したスループット、マクロシステムにおける削減されたI/O数、向上した透明度、ならびに向上した性能を含むが、それらに限定されない。
一側面では、開示される技術は、複合マイクロアセンブリの方法であって、それに一時的に取り付けられたマイクロシステムを伴う接触表面を有する、転写デバイスを提供するステップであって、マイクロシステムは、中間基板と、中間基板上に配置される複数のマイクロデバイスと、複数のマイクロデバイの少なくとも一部に電気的に接続され、それによって、マイクロデバイスの一部を電気的に連結する、1つまたはそれを上回る微細相互接続とを含む、ステップと、転写表面上に配置されるマイクロシステムを、目標基板の受容表面と接触させるステップと、転写デバイスの接触表面およびマイクロシステムを分離し、それによって、目標基板の受容表面上にマイクロシステムを転写するステップとを含む、方法を含む。
ある実施形態では、本方法は、目標基板の受容表面上にマイクロシステムを転写した後に、10μm~2mmの幅を有する粗相互接続を利用して、マイクロシステムを目標基板上の1つまたはそれを上回る付加的マイクロシステムに電気的に接続し、それによって、マクロシステムを形成するステップを含む。
ある実施形態では、その上に支持された、および/またはそこに一時的に取り付けられたマイクロシステムを伴う接触表面を有する、転写デバイスを提供するステップは、第1のネイティブ基板上に複数のマイクロデバイスのうちの第1のマイクロデバイスを形成するステップと、第2のネイティブ基板上に複数のマイクロデバイスのうちの第2のマイクロデバイスを形成するステップと、それぞれのネイティブ基板から中間基板上に第1のマイクロデバイスおよび第2のマイクロデバイスを転写するステップと、1つまたはそれを上回る微細相互接続を使用して、第1のマイクロデバイスおよび第2のマイクロデバイスを電気的に接続するステップであって、該微細相互接続は、100nm~10μmの幅を有し、それによって、マイクロシステムを形成する、ステップとを含む。
ある実施形態では、本方法は、微細相互接続を使用して、第1のマイクロデバイスおよび第2のマイクロデバイスを電気的に接続した後に、中間基板上にある間にマイクロシステムを試験するステップを含む。
ある実施形態では、本方法は、中間基板上に第1のマイクロデバイスおよび第2のマイクロデバイスを転写した後に、バルク中間基板から転写デバイスの接触表面へのマイクロシステムの制御された分離を促進するために、マイクロシステムがテザーによってバルク中間基板に接続されるように、バルク中間基板からマイクロシステムを部分的に解放するステップを含む。
ある実施形態では、微細相互接続は、少なくとも部分的にテザーの上または中にある。
ある実施形態では、テザーは、中間基板上のアンカに接続される。
ある実施形態では、1つまたはそれを上回る微細相互接続のそれぞれは、少なくとも部分的にアンカの上もしくは中にある。
ある実施形態では、中間基板上にマイクロデバイスを転写するステップは、第1のマイクロデバイスを整合可能転写デバイスと接触させ、それによって、第1のマイクロデバイスを整合可能転写デバイスに結合するステップと、整合可能転写デバイス上に配置される第1のマイクロデバイスを中間基板と接触させるステップと、第1のマイクロデバイスから整合可能転写デバイスを分離し、それによって、中間基板上に第1のマイクロデバイスを転写するステップと、第2のマイクロデバイスを整合可能転写デバイスと接触させ、それによって、第2のマイクロデバイスを整合可能転写デバイスに結合するステップと、整合可能転写デバイス上に配置される第2のマイクロデバイスを中間基板と接触させるステップと、第2のマイクロデバイスから整合可能転写デバイスを分離し、それによって、中間基板上に第2のマイクロデバイスを転写するステップとを含む。
ある実施形態では、中間基板は、第1および第2のマイクロデバイスに元来備わっていない。
ある実施形態では、接触させるステップおよび分離するステップはそれぞれ、ディスプレイを形成するように少なくとも100回行われる。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、赤色マイクロ無機発光ダイオードと、緑色マイクロ無機発光ダイオードと、青色マイクロ無機発光ダイオードとを含む。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、マイクロ集積回路を備える。
ある実施形態では、中間基板は、ポリマーフィルム、ポリマー、硬化樹脂、エポキシ、ガラス強化エポキシ、FR4、ガラス、サファイア、透明誘電体キャリアフィルム、誘電体キャリアフィルムから成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える。
ある実施形態では、転写デバイスは、エラストマースタンプである。
ある実施形態では、本方法は、電力増幅器(例えば、GaN)と、移相器(例えば、GaAs)と、マイクロ集積回路(例えば、シリコン制御回路)とを含む、複数のマイクロデバイスを含む。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、低雑音増幅器(例えば、InP)、電力増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、検出器(例えば、フォトダイオード、光伝導体)と、マイクロ集積回路(例えば、制御/読出回路、例えば、シリコン制御回路)とを含む。
ある実施形態では、目標基板は、ポリマー、プラスチック、樹脂、ポリイミド、PEN、PET、金属、金属箔、ガラス、半導体、およびサファイアから成る群から選択される部材である。
ある実施形態では、目標基板は、複数のマイクロデバイスに元来備わっていない。
ある実施形態では、目標基板は、可視光に対して50%、80%、90%、もしくは95%を上回るまたはそれと等しい透明度(例えば、1-不透明度)を有する。
ある実施形態では、目標基板は、隣接基板面積を有し、複数のマイクロデバイスはそれぞれ、デバイス面積を有し、複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、隣接基板面積の4分の1未満またはそれと等しい。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、隣接基板面積の8分の1、10分の1、20分の1、50分の1、100分の1、500分の1、1000分の1、2000分の1、もしくは10000分の1未満またはそれと等しい。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスのそれぞれは、2~5μm、5~10μm、10~20μm、または20~50μmの長さ、幅、および高さのうちの少なくとも1つを有する。
ある実施形態では、目標基板は、5~10ミクロン、10~50ミクロン、50~100ミクロン、100~200ミクロン、200~500ミクロン、500ミクロン~0.5mm、0.5~1mm、1mm~5mm、5mm~10mm、または10mm~20mmの厚さを有する。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、(例えば、アレイの中で)隣接基板面積にわたって分配される。
別の側面では、開示される技術は、目標非ネイティブ基板上の複数の印刷されたマイクロシステムであって、複数の印刷されたマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、中間非ネイティブ基板上に配置される複数のマイクロデバイスと、複数のマイクロデバイスを電気的に接続する、100nm~1μmの幅を有する、1つまたはそれを上回る微細相互接続とを含む、複数の印刷されたマイクロシステムと、2μm~2mmの幅を有する、1つまたはそれを上回る粗リソグラフィ相互接続であって、各粗リソグラフィ相互接続は、非ネイティブ基板上の複数のマイクロシステムのうちの少なくとも1つに電気的に接続される、粗リソグラフィ相互接続とを含む、複合マイクロ組立デバイスを含む。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、赤色マイクロ無機発光ダイオードと、緑色マイクロ無機発光ダイオードと、青色マイクロ無機発光ダイオードと、マイクロ集積回路とを含む。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、第2の赤色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の青色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の緑色マイクロ無機発光ダイオードとを備える。
ある実施形態では、各マイクロシステムは、ピクセルを形成する。
ある実施形態では、300,000個を超えるマイクロ無機発光ダイオードがある。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、電力増幅器(例えば、GaN)と、移相器(例えば、GaAs)と、マイクロ集積回路(例えば、シリコン制御回路)とを含む。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、低雑音増幅器(例えば、InP)、電力増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、検出器(例えば、フォトダイオード、光伝導体)と、マイクロ集積回路(例えば、制御/読出回路、例えば、シリコン制御回路)とを含む。
ある実施形態では、目標非ネイティブ基板は、複数のマイクロデバイスのうちの1つに元来備わっていない。
ある実施形態では、目標非ネイティブ基板は、ポリマー、プラスチック、樹脂、ポリイミド、PEN、PET、金属、金属箔、ガラス、半導体、およびサファイアから成る群から選択される部材である。
ある実施形態では、デバイスは、目標基板上に少なくとも50,000個のマイクロシステムの行列を備える。
ある実施形態では、目標非ネイティブ基板は、可視光に対して50%、80%、90%、もしくは95%を上回るまたはそれと等しい透明度を有する。
ある実施形態では、目標基板は、隣接基板面積を有し、複数のマイクロデバイスはそれぞれ、デバイス面積を有し、複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、隣接基板面積の4分の1未満またはそれと等しい。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、隣接基板面積の8分の1、10分の1、20分の1、50分の1、100分の1、500分の1、1000分の1、2000分の1、もしくは10000分の1未満またはそれと等しい。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスのそれぞれは、2~5μm、5~10μm、10~20μm、または20~50μmの長さ、幅、および高さのうちの少なくとも1つを有する。
ある実施形態では、目標基板は、5~10ミクロン、10~50ミクロン、50~100ミクロン、100~200ミクロン、200~500ミクロン、500ミクロン~0.5mm、0.5~1mm、1mm~5mm、5mm~10mm、または10mm~20mmの厚さを有する。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、(例えば、アレイの中で)隣接基板面積にわたって分配される。
別の側面では、開示される技術は、複数の印刷されたマイクロシステムを含む、装置を含み、複数の印刷されたマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、マイクロシステムのそれぞれのマイクロデバイスに元来備わっていない、中間基板上に配置される複数のマイクロデバイスと、各微細リソグラフィ相互接続が、複数のマイクロデバイスのうちの少なくとも1つに電気的に接続される、100nm~2μmの幅を有する、1つまたはそれを上回る微細相互接続であって、複数のマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、複数のマイクロシステムのうちの各マイクロシステムがテザーによってバルク中間基板に接続されるように、バルク中間基板から部分的に解放される、1つまたはそれを上回る微細相互接続とを含む。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、赤色マイクロ無機発光ダイオードと、緑色マイクロ無機発光ダイオードと、青色マイクロ無機発光ダイオードとを含む。
ある実施形態では、各マイクロシステムは、第2の赤色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の緑色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の青色マイクロ無機発光ダイオードとを備える。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、マイクロ集積回路を備える。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、電力増幅器(例えば、GaN)と、移相器(例えば、GaAs)と、マイクロ集積回路(例えば、シリコン制御回路)とを含む。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、低雑音増幅器(例えば、InP)、電力増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える。
ある実施形態では、複数のマイクロデバイスは、検出器(例えば、フォトダイオード、光伝導体)と、マイクロ集積回路(例えば、制御/読出回路、例えば、シリコン制御回路)とを含む。
ある実施形態では、1つまたはそれを上回る微細相互接続のそれぞれは、少なくとも部分的にテザーの上にある。
ある実施形態では、各テザーは、中間基板上のアンカに接続される。
ある実施形態では、1つまたはそれを上回る微細相互接続のそれぞれは、少なくとも部分的にアンカの上にある。
ある実施形態では、複数のマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、それが試験され得るように、完全に機能的である。
ある実施形態では、中間基板は、ガラスウエハ、サファイアウエハ、ポリマーフィルムを伴うガラスウエハ、ポリマーウエハ、透明誘電体キャリアフィルムを備える。
ある実施形態では、本装置は、中間基板上に少なくとも50,000個のマイクロシステムの行列を含む。

ある実施形態では、本装置は、中間基板上の1平方センチメートにつき少なくとも100、1000、10000、10万、または100万個のマイクロシステムを含む。

本発明は、例えば、以下を提供する。

(項目1)

複合マイクロアセンブリの方法であって、

それに一時的に取り付けられたマイクロシステムを伴う接触表面を有する、転写デバイスを提供するステップであって、前記マイクロシステムは、

中間基板と、

前記中間基板上に配置される複数のマイクロデバイスと、

前記複数のマイクロデバイスの少なくとも一部に電気的に接続され、それによって、前記マイクロデバイスの前記一部を電気的に連結する、1つまたはそれを上回る微細相互接続と、

を備える、ステップと、

転写表面上に配置される前記マイクロシステムを、目標基板の受容表面と接触させるステップと、

前記転写デバイスの前記接触表面および前記マイクロシステムを分離し、それによって、前記目標基板の前記受容表面上に前記マイクロシステムを転写するステップと、

を含む、方法。

(項目2)

前記目標基板の前記受容表面上に前記マイクロシステムを転写した後に、10μm~2mmの幅を有する粗相互接続を利用して、前記マイクロシステムを前記目標基板上の1つまたはそれを上回る付加的マイクロシステムに電気的に接続し、それによって、マクロシステムを形成するステップを含む、項目1に記載の方法。

(項目3)

その上に支持された、および/またはそこに一時的に取り付けられた前記マイクロシステムを伴う前記接触表面を有する、前記転写デバイスを提供するステップは、

第1のネイティブ基板上に前記複数のマイクロデバイスのうちの第1のマイクロデバイスを形成するステップと、

第2のネイティブ基板上に前記複数のマイクロデバイスのうちの第2のマイクロデバイスを形成するステップと、

それぞれのネイティブ基板から前記中間基板上に前記第1のマイクロデバイスおよび前記第2のマイクロデバイスを転写するステップと、

前記1つまたはそれを上回る微細相互接続を使用して、前記第1のマイクロデバイスおよび前記第2のマイクロデバイスを電気的に接続するステップであって、前記微細相互接続は、100nm~10μmの幅を有し、それによって、前記マイクロシステムを形成する、ステップと、

を含む、項目1または2に記載の方法。

(項目4)

微細相互接続を使用して、前記第1のマイクロデバイスおよび前記第2のマイクロデバイスを電気的に接続した後に、前記中間基板上にある間に前記マイクロシステムを試験するステップを含む、項目3に記載の方法。

(項目5)

前記中間基板上に前記第1のマイクロデバイスおよび前記第2のマイクロデバイスを転写した後に、前記バルク中間基板から前記転写デバイスの前記接触表面への前記マイクロシステムの制御された分離を促進するために、前記マイクロシステムがテザーによって前記バルク中間基板に接続されるように、前記バルク中間基板から前記マイクロシステムを部分的に解放するステップを含む、項目3または4に記載の方法。

(項目6)

前記微細相互接続は、少なくとも部分的に前記テザーの上または中にある、項目5に記載の方法。

(項目7)

前記テザーは、前記中間基板上のアンカに接続される、項目5または6に記載の方法。

(項目8)

前記1つまたはそれを上回る微細相互接続のそれぞれは、少なくとも部分的に前記アンカの上もしくは中にある、項目7に記載の方法。

(項目9)

中間基板上に前記マイクロデバイスを転写するステップは、

第1のマイクロデバイスを整合可能転写デバイスと接触させ、それによって、前記第1のマイクロデバイスを前記整合可能転写デバイスに結合するステップと、

前記整合可能転写デバイス上に配置される前記第1のマイクロデバイスを前記中間基板と接触させるステップと、

前記第1のマイクロデバイスから前記整合可能転写デバイスを分離し、それによって、前記中間基板上に前記第1のマイクロデバイスを転写するステップと、

第2のマイクロデバイスを前記整合可能転写デバイスと接触させ、それによって、前記第2のマイクロデバイスを前記整合可能転写デバイスに結合するステップと、

前記整合可能転写デバイス上に配置される前記第2のマイクロデバイスを前記中間基板と接触させるステップと、

前記第2のマイクロデバイスから前記整合可能転写デバイスを分離し、それによって、前記中間基板上に前記第2のマイクロデバイスを転写するステップと、

を含む、項目3~8のいずれか1項に記載の方法。

(項目10)

前記中間基板は、前記第1および第2のマイクロデバイスに元来備わっていない、項目1~9のいずれか1項に記載の方法。

(項目11)

前記接触させるステップおよび分離するステップはそれぞれ、ディスプレイを形成するように少なくとも100回行われる、項目1に記載の方法。

(項目12)

前記複数のマイクロデバイスは、

赤色マイクロ無機発光ダイオードと、

緑色マイクロ無機発光ダイオードと、

青色マイクロ無機発光ダイオードと、

を備える、項目1~11のいずれか1項に記載の方法。

(項目13)

前記複数のマイクロデバイスは、マイクロ集積回路を備える、項目1~12のいずれか1項に記載の方法。

(項目14)

前記中間基板は、ポリマーフィルム、ポリマー、硬化樹脂、エポキシ、ガラス強化エポキシ、FR4、ガラス、サファイア、透明誘電体キャリアフィルム、誘電体キャリアフィルムから成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える、項目1~13のいずれか1項に記載の方法。

(項目15)

前記転写デバイスは、エラストマースタンプである、項目1~14のいずれか1項に記載の方法。

(項目16)

前記複数のマイクロデバイスは、

電力増幅器(例えば、GaN)と、

移相器(例えば、GaAs)と、

マイクロ集積回路(例えば、シリコン制御回路)と、

を備える、項目1~15のいずれか1項に記載の方法。

(項目17)

前記複数のマイクロデバイスは、低雑音増幅器(例えば、InP)、電力増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える、項目1~15のいずれか1項に記載の方法。

(項目18)

前記複数のマイクロデバイスは、

検出器(例えば、フォトダイオード、光伝導体)と、

マイクロ集積回路(例えば、制御/読出回路、例えば、シリコン制御回路)と、

を備える、項目1~15のいずれか1項に記載の方法。

(項目19)

前記目標基板は、ポリマー、プラスチック、樹脂、ポリイミド、PEN、PET、金属、金属箔、ガラス、半導体、およびサファイアから成る群から選択される部材である、項目1~18のいずれか1項に記載の方法。

(項目20)

前記目標基板は、前記複数のマイクロデバイスに元来備わっていない、項目1~19のいずれか1項に記載の方法。

(項目21)

目標基板は、可視光に対して50%、80%、90%、もしくは95%を上回るまたはそれと等しい透明度(例えば、1-不透明度)を有する、項目1~20のいずれか1項に記載の方法。

(項目22)

前記目標基板は、隣接基板面積を有し、前記複数のマイクロデバイスはそれぞれ、デバイス面積を有し、前記複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、前記隣接基板面積の4分の1未満またはそれと等しい、項目1~21のいずれか1項に記載の方法。

(項目23)

前記複数のマイクロデバイスの前記複合デバイス面積は、前記隣接基板面積の8分の1、10分の1、20分の1、50分の1、100分の1、500分の1、1000分の1、2000分の1、もしくは10000分の1未満またはそれと等しい、項目22に記載の方法。

(項目24)

前記複数のマイクロデバイスのそれぞれは、2~5μm、5~10μm、10~20μm、または20~50μmの長さ、幅、および高さのうちの少なくとも1つを有する、項目1~23のいずれか1項に記載の方法。

(項目25)

前記目標基板は、5~10ミクロン、10~50ミクロン、50~100ミクロン、100~200ミクロン、200~500ミクロン、500ミクロン~0.5mm、0.5~1mm、1mm~5mm、5mm~10mm、または10mm~20mmの厚さを有する、項目1~24のいずれか1項に記載の方法。

(項目26)

目標非ネイティブ基板上の複数の印刷されたマイクロシステムであって、前記複数の印刷されたマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、

中間非ネイティブ基板上に配置される複数のマイクロデバイスと、

前記複数のマイクロデバイスを電気的に接続する、100nm~1μmの幅を有する、1つまたはそれを上回る微細相互接続と、

を備える、複数の印刷されたマイクロシステムと、

2μm~2mmの幅を有する、1つまたはそれを上回る粗リソグラフィ相互接続であって、各粗リソグラフィ相互接続は、前記非ネイティブ基板上の前記複数のマイクロシステムのうちの少なくとも1つに電気的に接続される、粗リソグラフィ相互接続と、

を備える、複合マイクロ組立デバイス。

(項目27)

前記複数のマイクロデバイスは、

赤色マイクロ無機発光ダイオードと、

緑色マイクロ無機発光ダイオードと、

青色マイクロ無機発光ダイオードと、

マイクロ集積回路と、

を備える、項目26に記載のデバイス。

(項目28)

前記複数のマイクロデバイスは、第2の赤色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の青色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の緑色マイクロ無機発光ダイオードとを備える、項目27に記載のデバイス。

(項目29)

各マイクロシステムは、ピクセルを形成する、項目27または28に記載のデバイス。

(項目30)

300,000個を超えるマイクロ無機発光ダイオードを備える、項目26~29のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目31)

前記複数のマイクロデバイスは、

電力増幅器(例えば、GaN)と、

移相器(例えば、GaAs)と、

マイクロ集積回路(例えば、シリコン制御回路)と、

を備える、項目26に記載のデバイス。

(項目32)

前記複数のマイクロデバイスは、低雑音増幅器(例えば、InP)、電力増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える、項目26に記載のデバイス。

(項目33)

前記複数のマイクロデバイスは、

検出器(例えば、フォトダイオード、光伝導体)と、

マイクロ集積回路(例えば、制御/読出回路、例えば、シリコン制御回路)と、

を備える、項目26に記載のデバイス。

(項目34)

前記目標非ネイティブ基板は、前記複数のマイクロデバイスのうちの1つに元来備わっていない、項目26~33のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目35)

前記目標非ネイティブ基板は、ポリマー、プラスチック、樹脂、ポリイミド、PEN、PET、金属、金属箔、ガラス、半導体、およびサファイアから成る群から選択される部材である、項目26~34のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目36)

前記デバイスは、前記目標基板上に少なくとも50,000個のマイクロシステムの行列を備える、項目26~35のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目37)

目標非ネイティブ基板は、可視光に対して50%、80%、90%、もしくは95%を上回るまたはそれと等しい透明度を有する、項目26~36のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目38)

前記目標基板は、隣接基板面積を有し、前記複数のマイクロデバイスはそれぞれ、デバイス面積を有し、前記複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、前記隣接基板面積の4分の1未満またはそれと等しい、項目26~37のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目39)

前記複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、前記隣接基板面積の8分の1、10分の1、20分の1、50分の1、100分の1、500分の1、1000分の1、2000分の1、もしくは10000分の1未満またはそれと等しい、項目38に記載のデバイス。

(項目40)

前記複数のマイクロデバイスのそれぞれは、2~5μm、5~10μm、10~20μm、または20~50μmの長さ、幅、および高さのうちの少なくとも1つを有する、項目26~39のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目41)

前記目標基板は、5~10ミクロン、10~50ミクロン、50~100ミクロン、100~200ミクロン、200~500ミクロン、500ミクロン~0.5mm、0.5~1mm、1mm~5mm、5mm~10mm、または10mm~20mmの厚さを有する、項目26~40のいずれか1項に記載のデバイス。

(項目42)

複数の印刷されたマイクロシステムを備え、前記複数の印刷されたマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、

前記マイクロシステムのそれぞれのマイクロデバイスに元来備わっていない、中間基板上に配置される複数のマイクロデバイスと、

各微細リソグラフィ相互接続が、前記複数のマイクロデバイスのうちの少なくとも1つに電気的に接続される、100nm~2μmの幅を有する、1つまたはそれを上回る微細相互接続であって、前記複数のマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、前記複数のマイクロシステムのうちの各マイクロシステムがテザーによって前記バルク中間基板に接続されるように、前記バルク中間基板から部分的に解放される、1つまたはそれを上回る微細相互接続と、

を備える、装置。

(項目43)

前記複数のマイクロデバイスは、

赤色マイクロ無機発光ダイオードと、

緑色マイクロ無機発光ダイオードと、

青色マイクロ無機発光ダイオードと、

を備える、項目42に記載の装置。

(項目44)

各マイクロシステムは、第2の赤色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の緑色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の青色マイクロ無機発光ダイオードとを備える、項目43に記載の装置。

(項目45)

前記複数のマイクロデバイスは、マイクロ集積回路を備える、項目43に記載の装置。

(項目46)

前記複数のマイクロデバイスは、

電力増幅器(例えば、GaN)と、

移相器(例えば、GaAs)と、

マイクロ集積回路(例えば、シリコン制御回路)と、

を備える、項目42に記載の装置。

(項目47)

前記複数のマイクロデバイスは、低雑音増幅器(例えば、InP)、電力増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える、項目46に記載の装置。

(項目48)

前記複数のマイクロデバイスは、

検出器(例えば、フォトダイオード、光伝導体)と、

マイクロ集積回路(例えば、制御/読出回路、例えば、シリコン制御回路)と、

を備える、項目42に記載の装置。

(項目49)

前記1つまたはそれを上回る微細相互接続のそれぞれは、少なくとも部分的に前記テザーの上にある、項目42~48のいずれか1項に記載の装置。

(項目50)

各テザーは、前記中間基板上のアンカに接続される、項目42~49のいずれか1項に記載の装置。

(項目51)

前記1つまたはそれを上回る微細相互接続のそれぞれは、少なくとも部分的に前記アンカの上にある、項目50に記載の装置。

(項目52)

前記複数のマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、それが試験され得るように、完全に機能的である、項目42~51のいずれか1項に記載の装置。

(項目53)

前記中間基板は、ガラスウエハ、サファイアウエハ、ポリマーフィルムを伴うガラスウエハ、ポリマーウエハ、透明誘電体キャリアフィルムを備える、項目42~52のいずれか1項に記載の装置。

(項目54)

前記装置は、前記中間基板上に少なくとも50,000個のマイクロシステムの行列を備える、項目42~53のいずれか1項に記載の装置。

(項目55)

前記装置は、前記中間基板上の1平方センチメートにつき少なくとも100、1000、10000、10万、または100万個のマイクロシステムを備える、項目42~53のいずれか1項に記載の装置。

(項目56)

前記複数のマイクロデバイスは、(例えば、アレイの中で)前記隣接基板面積にわたって分配される、項目22に記載の方法。

(項目57)

前記複数のマイクロデバイスは、(例えば、アレイの中で)前記隣接基板面積にわたって分配される、項目38に記載のデバイス。
本開示の前述および他の目的、側面、特徴、ならびに利点は、付随の図面と関連して検討される以下の説明を参照することによって、より明白になり、かつより深く理解されるであろう。
図1は、基板の受容表面上に印刷可能半導体要素を組み立てるための例示的な選択的乾式転写接触印刷方法の説明図である。 図2A-Dは、剪断オフセットを使用するマイクロ転写印刷を図示する、断面概略図とともに例示的フローチャートを図示する。 図3は、本発明の実施形態による、複合マイクロアセンブリの例示的方法の説明図である。 図4は、本発明の実施形態による、複合マイクロアセンブリの例示的方法の説明図である。 図5は、本発明の実施形態による、マイクロLEDディスプレイをマイクロ組み立てするための方法の略図である。 図6A-Bは、本発明の実施形態による、マイクロLEDディスプレイの複合マイクロアセンブリの説明図である。 図7A-Bは、本発明の実施形態による、マイクロLEDディスプレイの複合マイクロアセンブリの説明図である。 図8A-Bは、本発明の実施形態による、マイクロ無機LED(ILED)ディスプレイをマイクロ組み立てする例示的方法を図示する。 図9は、本発明の実施形態による、マイクロLEDディスプレイのためのマイクロシステムを図示する。 図10は、本発明の実施形態による、多機能システムを形成するようにマイクロデバイスを複合マイクロ組み立てする例示的方法の説明図である。 図11A-Bは、本発明の実施形態による、例示的マイクロシステムの説明図である。 図12は、本発明の実施形態による、フェーズドアレイ用途に複合マイクロアセンブリを利用することの説明図である。 図13は、本発明の実施形態による、ディスプレイピクセルである例示的マイクロ組立マイクロシステムの説明図である。 図14は、本発明の実施形態による、マイクロシステムの下にエッチングされており、壊れやすいテザーによってアンカに取り付けられたままである、例示的マイクロシステムの説明図である。 図15A-Bは、本発明の実施形態による、目標基板に印刷されたマイクロシステムの説明図である。 図15A-Bは、本発明の実施形態による、目標基板に印刷されたマイクロシステムの説明図である。 図16Aは、本発明の実施形態による、マイクロシステムの説明図である。 図16Bは、本発明の実施形態による、基板上にマイクロ組み立てされたマイクロシステムの説明図である。 図17Aは、本発明の実施形態による、マイクロシステムの説明図である。 図17Bは、本発明の実施形態による、基板上にマイクロ組み立てされたマイクロシステムの説明図である。 図18Aは、本発明の実施形態による、マイクロシステムの説明図である。 図18Bは、本発明の実施形態による、基板上にマイクロ組み立てされたマイクロシステムの説明図である。 図19A-Gは、本発明の実施形態による、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。 図19A-Gは、本発明の実施形態による、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。 図19A-Gは、本発明の実施形態による、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。 図19A-Gは、本発明の実施形態による、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。 図19A-Gは、本発明の実施形態による、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。 図19A-Gは、本発明の実施形態による、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。 図19A-Gは、本発明の実施形態による、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。
本開示の特徴および利点は、類似参照文字が全体を通して対応する要素を識別する、図面と併せて解釈されるときに、以下に記載される発明を実施するための形態からより明白となるであろう。図面では、類似参照番号は、概して、同一、機能的に類似する、および/または構造的に類似する要素を示す。
「印刷」は、半導体要素等の特徴を第1の表面から第2の表面に転写するプロセスを指す。ある側面では、第1の表面は、ドナー表面であり、第2の表面は、受容表面であり、転写は、転写表面を有するスタンプ等の中間表面によって仲介される。ある側面では、第1の表面は、1つまたはそれを上回る半導体要素が支持される、スタンプ上の転写表面であり、スタンプは、要素を標的基板上の受容表面に解放し、それによって、半導体要素をスタンプの転写表面から標的基板上の受容表面に転写することが可能である。ある側面では、印刷は、固体オブジェクトとスタンプ表面との間の接着力が速度感受性である、印刷可能半導体の乾式転写印刷である。
本明細書で使用されるように、「半導体要素」および「半導体構造」という表現は、同義的に使用され、半導体材料、構造、デバイス、またはデバイスの構成要素を広く指す。半導体要素は、高品質単結晶および多結晶半導体、高温処理を介して加工された半導体材料、ドープした半導体材料、有機および無機半導体、ならびに誘電体層もしくは材料および/または伝導層もしくは材料等の1つまたはそれを上回る付加的半導体構成要素ならびに/もしくは非半導体構成要素を有する、複合半導体材料および構造を含む。半導体要素は、トランジスタ、太陽電池を含む太陽光発電装置、ダイオード、発光ダイオード、レーザ、p-n接合部、フォトダイオード、集積回路、およびセンサを含むが、それらに限定されない、半導体デバイスおよびデバイス構成要素を含む。加えて、半導体要素は、最終機能的半導体を形成する部品または部分を指すことができる。
「半導体」は、非常に低い温度において絶縁体であるが、約300ケルビンの温度において感知され得る電気伝導度を有する材料である、任意の材料を指す。本説明では、半導体という用語の使用は、マイクロエレクトロニクスおよび電子デバイスの技術分野内の本用語の使用と一致することを意図している。本発明で有用な半導体は、シリコン、ゲルマニウム、およびダイヤモンド等の元素半導体、ならびにSiCおよびSiGe等のIV族複合半導体、AlSb、AlAs、Aln、AlP、BN、GaSb、GaAs、GaN、GaP、InSb、InAs、InN、およびInP等のIII-V族半導体、AlGa1-As等のIII-V族三元半導体合金、CsSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnS、およびZnTe等のII-VI族半導体、CuCl等のI-VII族半導体、PbS、PbTe、およびSnS等のIV-VI族半導体、PbI、MoS、およびGaSe等の層半導体、CuOおよびCuO等の酸化物半導体等の化合物半導体を含んでもよい。半導体という用語は、所与の用途もしくはデバイスに有用である有益な電子的性質を提供するように、p型ドーピング材料およびn型ドーピング材料を有する半導体を含む、1つまたはそれを上回る選択された材料でドープされる内在半導体ならびに外来半導体を含む。半導体という用語は、半導体および/またはドーパントの混合物を含む、複合材料を含む。本発明のいくつかの用途で有用な具体的半導体材料は、Si、Ge、SiC、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs、GaSb、InP、InAs、InSb、ZnO、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、PbS、PbSe、PbTe、AlGaAs、AlInAs、AlInP、GaAsP、GaInAs、GaInP、AlGaAsSb、AlGaInP、およびGaInAsPを含むが、それらに限定されない。多孔質シリコン半導体材料は、発光ダイオード(LED)およびソリッドステートレーザ等のセンサならびに発光材料の分野内で本発明の用途に有用である。半導体材料の不純物は、半導体材料自体または半導体材料の中で提供される任意のドーパント以外の原子、元素、イオン、もしくは分子である。不純物は、半導体材料の電子的性質に悪影響を及ぼし得る、半導体材料に存在する望ましくない材料であり、酸素、炭素、および重金属を含む金属を含むが、それらに限定されない。重金属不純物は、周期表上の銅と鉛との間の元素群、カルシウム、ナトリウム、ならびに全てのイオン、それらの化合物および/または錯体を含むが、それらに限定されない。
「基板」は、その上または中で、半導体要素のパターン化、組立、もしくは統合等のプロセスが行われる、構造または材料を指す。基板は、(i)半導体要素が加工され、堆積させられ、転写され、または支持される構造、(ii)デバイス基板、例えば、電子デバイス基板、(iii)後続の転写、組立、または統合のための半導体要素等の要素を有する、ドナー基板、および(iv)半導体要素等の印刷可能構造を受容するための標的基板を含むが、それらに限定されない。
本明細書で使用されるような「マイクロ」および「マイクロデバイス」という用語は、本発明の実施形態による、あるデバイスまたは構造の記述的サイズを指す。本明細書で使用されるように、「マイクロ」および「マイクロデバイス」という用語は、1~500μmの規模の寸法を有する、構造またはデバイスを指すように意図されている。具体的には、マイクロデバイスは、1~500ミクロン、50~500ミクロン、または10~250ミクロンの範囲内の幅もしくは長さを有することができる。マイクロデバイスの厚さは、典型的には、デバイスの幅もしくは長さのいずれか一方より小さく、例えば、20ミクロン未満、10ミクロン未満、または5ミクロン未満である。しかしながら、本発明の実施形態は、必ずしもそのように限定されず、実施形態のある側面は、より大きいまたは小さいサイズ規模に適用可能であり得ることを理解されたい。
本明細書で使用されるような「マイクロシステム」は、目標基板上にマイクロ転写印刷するために中間基板上に配列される2つまたはそれを上回るマイクロデバイスを指す。実施形態では、2つまたはそれを上回るマイクロデバイスは、ワイヤ等の導電体を用いて中間基板上で相互接続される。例えば、マイクロシステムは、プラスチックまたはガラス基板上に配列され、微細リソグラフィによって作製されたワイヤを使用して相互接続される、赤色マイクロLED、緑色マイクロLED、および青色マイクロLEDであってもよい。マイクロシステムは、マクロシステム(例えば、ディスプレイ)を形成するように、目標基板上に組み立てられる(例えば、マイクロ転写印刷される)ことができる。
「中間基板」は、2つまたはそれを上回るマイクロデバイスがマイクロシステムを形成するように配列される、基板を指す。具体的には、マイクロデバイスは、マイクロシステム全体(マイクロデバイスおよび中間基板を含む)が目標基板上にマイクロ組み立てされ得るように、中間基板上に配列される。
本明細書で使用されるような「目標」または「標的」基板は、半導体要素、マイクロデバイス、もしくはマイクロシステム等の印刷可能構造を受容するための基板を指す。例示的「目標」または「標的」基板は、種々のプラスチック、ガラス、サファイア、ならびに他の透明、半透明、可撓性、および半可撓性材料を含む。
本明細書で使用されるような「微細」相互接続およびリソグラフィは、本発明の実施形態による、あるデバイス、相互接続、または構造の記述的サイズを指す。本明細書で使用されるように、「微細」という用語は、例えば、10ミクロン、5ミクロン、2ミクロン、もしくは1ミクロン未満またはそれと等しい規模の構造もしくはデバイスを指すように意図されている。しかしながら、本発明の実施形態は、必ずしもそのように限定されず、実施形態のある側面は、より大きいまたは小さいサイズ規模に適用可能であり得ることを理解されたい。
本明細書で使用されるような「粗」相互接続およびリソグラフィは、本発明の実施形態による、あるデバイス、相互接続、または構造の記述的サイズを指す。本明細書で使用されるように、「粗」という用語は、10ミクロンを上回る、100ミクロンを上回る、または500ミクロンを上回る規模の構造もしくはデバイスを指すように意図されている。しかしながら、本発明の実施形態は、必ずしもそのように限定されず、実施形態のある側面は、より大きいまたは小さいサイズ規模に適用可能であり得ることを理解されたい。
「誘電体」および「誘電体材料」は、本説明で同義的に使用され、電流に対して高度に耐性がある物質を指す。有用な誘電体材料は、SiO、Ta、TiO、ZrO、Y、SiN、STO、BST、PLZT、PMN、およびPZTを含むが、それらに限定されない。
「ポリマー」は、典型的には、単量体と称される、複数の反復化学基を含む、分子を指す。ポリマーは、多くの場合、高分子量によって特徴付けられる。本発明で使用可能なポリマーは、有機ポリマーまたは無機ポリマーであり得、非晶質、半非晶質、結晶、もしくは部分的結晶状態にあり得る。ポリマーは、同一の化学組成を有する単量体を含むことができ、または共重合体等の異なる化学組成を有する複数の単量体を含むことができる。結合された単量体鎖を有する架橋ポリマーが、本発明のいくつかの用途のために特に有用である。本発明の方法、デバイス、およびデバイス構成要素で使用可能なポリマーは、プラスチック、エラストマー、熱可塑性エラストマー、エラストプラスチック、サーモスタット、熱可塑性物質、およびアクリレートを含むが、それらに限定されない。例示的ポリマーは、アセタールポリマー、生分解性ポリマー、セルロースポリマー、フッ素重合体、ナイロン、ポリアクリロニトリルポリマー、ポリアイミド・イミドポリマー、ポリイミド、ポリアクリレート、ポリベンゾイミダゾール、ポリブチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリエチレン共重合体および変性ポリエチレン、ポリケトン、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリメチルペンテン、ポリフェニレン酸化物およびポリフェニレン硫化物、ポリフタルアミド、ポリプロピレン、ポリウレタン、スチレン樹脂、スルホン系樹脂、ビニル系樹脂、またはこれらの任意の組み合わせを含むが、それらに限定されない。
図1は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、米国特許第7,622,367号で説明されるように、基板の受容表面上に印刷可能半導体要素を組み立てるための選択的乾式転写接触印刷方法を図示する、概略図を提供する。複数の印刷可能半導体要素100が、明確に画定された位置および空間的配向によって特徴付けられる印刷可能半導体要素100の第1のパターン110で母基板105上に加工される。複数の離散結合領域125を伴う接触表面120を有する、整合可能転写デバイス115が、母基板105上の印刷可能半導体要素100の少なくとも一部と整合して接触させられる。接触表面120上の結合領域125は、印刷可能半導体要素100に対する親和性によって特徴付けられ、PDMS層の表面から延在するヒドロキシル基を有する領域、もしくは1つまたはそれを上回る接着剤層でコーティングされる領域等の化学修飾領域であってもよい。整合した接触は、接触表面120上の結合領域125に接触する、印刷可能半導体要素100の少なくとも一部を転写する。接触表面120に転写される印刷可能半導体要素100は、プラスチック基板等のフレキシブル基板であり得る、基板135の受容表面130と接触させられる。半導体要素100および接触表面120の後続の分離は、基板135の受容表面130上の半導体要素100の組立をもたらし、それによって、印刷可能半導体要素100の第1のパターン110と異なる、明確に画定された位置および空間的配向によって特徴付けられる、印刷可能半導体要素100の第2のパターン140を生成する。図1に示されるように、母基板105上にとどまる印刷可能半導体要素100は、印刷可能半導体要素100の第1および第2のパターン110、140と異なる、印刷可能半導体要素100の第3のパターン145によって特徴付けられる。第3のパターン145を備える印刷可能半導体要素100は、後に、選択的乾式転写方法を含む、本発明の印刷方法を使用して、基板135もしくは別の基板に転写され、および/またはその上に組み立てられてもよい。
図2A-Dは、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、米国特許第8,506,867号で議論されるように、転写印刷スタンプの剥離を制御するための方法を図示する。第1に、スタンプ210は、公開された乾式転写印刷文献(例えば、Khangらの米国特許第7,622,367号を参照)で説明されるような標準手順を使用して、印刷可能半導体要素220のアレイを装着される。ある側面では、印刷可能半導体要素220は、レリーフ特徴274の3次元パターンの外面に対応する、印刷表面272上にある。スタンプは、受容基板表面230に近接近させられる(すなわち、100μm未満またはそれと等しい範囲内にある)(図2A)。受容基板230へのスタンプ210の精密な光学的整列後に、スタンプ210は、スタンプバッキング頂面240上への一様な空気圧235の印加によって、受容基板230と整合して接触させられる(図2B)。次いで、(例えば、x-y面と実質的に平行な方向に印加される)面内剪断力250が、(整列位置から離れた)精密変位オフセット265だけ(スタンプ210を保持する)ツールヘッド装置を移動させることによってスタンプに、または受容基板230の精密変位によって受容基板230に印加される(図2C)。本側面では、結果が、図2Cに示されるように、インク付きスタンプ210と受容表面230との間の整合した接触を早期に完全に断つことなく、スタンプ210と受容表面230との間の面内変位または剪断オフセット265である限り、剪断力または変位250は、スタンプ210、受容表面230、または両方に印加されることができる。本剪断力は、スタンプ底面に伝達され、スタンプ印刷支柱270のいくらかの弾性機械的変形を引き起こす。最終的に、スタンプ210は、受容表面230に対して垂直(Z)方向280にスタンプ210を移動させ、同時に、スタンプバッキング上に印加される空気圧235を減少させることによって、受容基板230から剥離される(図2D)。垂直運動は、垂直方向に矢印280によって示され、スタンプ210を移動させること、受容基板230を移動させること、または相互に対して両方を移動させることによって、垂直運動が制御されることができる。空気圧の減少は、図2Bと比較して矢印235の規模の減少によって表される。
図3は、複合マイクロアセンブリの例示的方法300の説明図である。いくつかの実装では、デバイスが、ネイティブ基板上に形成される(302)。これは、第1のネイティブ基板上に複数の第1のマイクロデバイスを形成するステップと、(例えば、第1のネイティブ基板と異なる)第2のネイティブ基板上に複数の第2のマイクロデバイスを形成するステップとを含んでもよい。次いで、マイクロデバイスは、中間基板上にマイクロ組み立てされる(304)。例えば、複数の第1のマイクロデバイスおよび複数の第2のマイクロデバイスは、中間基板上にマイクロ組み立てされてもよい。
中間基板上のマイクロデバイスは、マイクロシステムを形成するように相互接続される(306)。異なるマイクロデバイスの完全なセットが、個々のマイクロシステムを構成する。例えば、各第1のマイクロデバイスは、微細リソグラフィ(例えば、100nm~10μmの幅を伴う微細相互接続)を使用して、それぞれの第2のマイクロデバイスと電気的に接続/連結され、それによって、複数のマイクロシステムを形成してもよい。付加的マイクロデバイスが、中間基板に印刷され、マイクロシステムの一部を形成してもよい。デバイスは、相互に、または電源に、データ線に、行で、列で、もしくはマイクロシステムの動作のための必要に応じて他の方法で接続されてもよい。各マイクロシステムは、本実施例では、中間基板の一部と、第1のマイクロデバイスと、第2のマイクロデバイスと、それぞれの第1および第2のマイクロデバイスを(例えば、相互に、もしくは他のデバイス、源、線、ならびに同等物に)電気的に連結する1つまたはそれを上回る微細相互接続とを含む。
次いで、マイクロシステムは、目標基板上にマイクロ組み立てされ(308)、粗リソグラフィ(例えば、10μm~2mmの幅を伴う相互接続)を使用して、(例えば、用途/生産されているデバイスに特有の)適切な構成で電気的に接続され、それによって、マクロシステムを形成してもよい(310)。
一実施例では、複合マイクロアセンブリ技法が、マイクロLEDディスプレイを形成するために使用されてもよい。本実施例では、マイクロデバイスは、赤色、緑色、および青色LEDを含む。マイクロデバイスはまた、黄色LED、集積回路(例えば、シリコン駆動回路等の駆動回路)、センサ、アンテナ、および/または太陽電池を含んでもよい。集積回路、センサ、および太陽電池が、典型的には、シリコン基板において提供される一方で、発光体は、典型的には、他の半導体材料、例えば、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、ヒ化ガリウム、ガリウムヒ素リン、リン化ガリウム、インジウムガリウムヒ化物、またはインジウムガリウムリン化物において提供される。本実施例では、マイクロシステムは、ディスプレイを形成するように組み立てられる。マイクロシステムは、いくつかの実装では、適切な数のピクセルを目標基板に転写した後に相互接続される、個々のピクセルである。
別の実施例では、複合マイクロアセンブリ技法が、フェーズドアレイアンテナ(例えば、ビーム形成レーダ)を形成するために使用されてもよい。本実施例では、マイクロデバイスは、電力増幅器(例えば、GaN系)、低雑音増幅器(例えば、InP系)、移相器(例えば、GaAs系)、またはシリコン制御回路を含んでもよい。各マイクロシステムは、本実施例では、個々のアンテナまたはアンテナのクラスタのための制御システムである。結果として生じるマクロシステムは、ビーム形成フェーズドアレイを集合的に形成する、アンテナアレイおよび関連制御システムである。
別の実施例では、複合マイクロアセンブリ技法が、検出器アレイ(例えば、X線検出器)を形成するために使用されてもよい。マイクロデバイスは、本実施例では、フォトダイオード、光伝導体等の検出器と、典型的にはシリコン基板において提供される制御/読出回路(例えば、シリコン系回路)とを含む。マイクロシステムは、ともに配線された検出器および制御/読出要素を含む、検出器ピクセルである。マクロシステムは、相互接続されたピクセルのアレイから形成される、大面積検出器である。
図4は、複合マイクロアセンブリの例示的方法400を図示する。いくつかの実装では、デバイスが、ネイティブ基板上に形成される(402)。これは、第1のネイティブ基板上に複数の第1のマイクロデバイスを形成するステップと、(例えば、第1のネイティブ基板と異なる)第2のネイティブ基板上に複数の第2のマイクロデバイスを形成するステップとを含んでもよい。次いで、マイクロデバイスは、中間基板上にマイクロ組み立てされる(404)。例えば、複数の第1のマイクロデバイスおよび複数の第2のマイクロデバイスは、中間基板上にマイクロ組み立てされてもよい。
中間基板上のマイクロデバイスは、マイクロシステムを形成するように相互接続される(406)。マイクロシステムは、各マイクロシステムが完全に機能的であるように相互接続されてもよい。次いで、マイクロシステムは、それらが適切に機能していることを検証するように試験される(408)。複合マイクロアセンブリを使用して形成されるディスプレイの実施例では、ピクセルを目標基板(例えば、ガラス、サファイア、プラスチック)に転写することに先立って、各個別ピクセルが、不良ピクセルを識別するように試験されてもよい。任意の欠陥マイクロシステムが識別され、除去または(例えば、レーザで)照射され、もしくは転写デバイスによって取り上げられないように、真空コレット、エラストマースタンプ、または採集ツールによって機械的に除去されてもよい。
良品マイクロシステムは、目標基板上にマイクロ組み立てされてもよい(410)。次いで、マイクロシステムは、粗リソグラフィを使用して、(例えば、相互に、および/または他のデバイス、源、線、および同等物に)電気的に接続され、それによって、マクロシステムを形成してもよい(412)。粗リソグラフィは、いくつかの実装では、10μm~2mmの幅を伴う相互接続を提供する。
図5は、マイクロLEDディスプレイをマイクロ組み立てするための方法の略図である。マイクロアセンブリは、異種材料の機能性を不均一に統合されたシステムに組み込むための有利なストラテジである。結果として生じるシステムは、マイクロ組立ユニットの微細な規模により、モノリシックユニットの外観ならびに性質を有することができ、そうでなければ構成材料タイプまたは従来の手段によって組み立てられた構成物質の組み合わせからアクセス可能ではない性質を呈することができる。
図5は、高度に機能的なディスプレイ508を形成するように、集積回路504(例えば、シリコン)、赤色LED502c、緑色LED502b、および青色LED502a(例えば、III-V LED材料から形成されるRGB LED)、ならびにガラスまたはプラスチック基板506のマイクロアセンブリを図示する。結果として生じるシステムは、シリコン集積回路(IC)504の制御および論理能力、III-V LED502の効率的な光生成、ならびにガラス(またはプラスチック)の透明度を呈する。マイクロアセンブリは、事実上不可視であるために十分に小さい構成要素のアレイを非ネイティブ基板(例えば、ガラスまたはプラスチック)上に調製する実用的手段を提供することによって、透明度の外観を一意に保つ。したがって、結果として生じるシステム508は、モノリシックシステムに類似する均一な外観を有する。
電子的に操向可能なアンテナ(例えば、フェーズドアレイ)は、従来の手段によって実用的にアクセス可能ではない特性を伴うアレイを生産するように、RGB LED(例えば、III-IV族RGB LED)および他の高周波数デバイスの多様な組み合わせを、低費用、大面積、随意に可撓性のフレキシブル基板と組み合わせる、マイクロアセンブリから利益を得る別のタイプのシステムを表す。
図6A-6Bは、マイクロLEDディスプレイの複合マイクロアセンブリの説明図である。多様な機能性または材料を使用するマイクロアセンブリのいくつかの用途は、複合マイクロアセンブリプロセスから利益を得る。複合マイクロアセンブリプロセスは、マイクロ組立システム(マクロシステム)のアレイの機能的ユニットを提供する、多機能異種統合マイクロスケール要素(マイクロシステム)を生産する。
ディスプレイ用途では、図6Aに示されるようなマイクロアセンブリ技法は、RGB LED604(例えば、III-V族RGBマイクロ無機発光ダイオード)の追加によって、集積回路機能性を含むシリコンオンインシュレータ基板602上に多機能要素(マイクロシステム)606を形成する。図6Bに示されるような第2のマイクロアセンブリプロセスは、ディスプレイデバイス基板608上に多機能要素606のアレイを形成し、それによって、複合マイクロアセンブリによってディスプレイ(マクロシステム)610を形成する。複合マイクロアセンブリの利益は、削減された組立費用および増加したスループット、マクロシステムにおける削減されたI/O数、向上した透明度、ならびに向上した性能を含むが、それらに限定されない。また、マイクロシステムが、ウエハ上に加工されてもよく、最先端のウエハレベルリソグラフィ(例えば、10ミクロン未満またはそれと等しい、5ミクロン未満またはそれと等しい、2ミクロン未満またはそれと等しい、もしくは1ミクロン未満またはそれと等しい寸法を有する、微細リソグラフィ)を使用して、相互接続されることができる。微細リソグラフィは、目標基板に転写されることに先立って、マイクロシステムがウエハ上で高密度構成にあるという理由を含む、種々の理由で、マイクロシステムにとって費用効果的である。10ミクロンを上回る、100ミクロンを上回る、または1000ミクロンを上回る寸法を有する、粗リソグラフィが、目標基板に転写された後にマイクロシステムを配線するために使用されてもよい。これは、いくつかある理由の中で特に、より大型の導電線が、各マイクロデバイスに接続するために目標基板上で使用されることができ、マイクロシステムを目標基板に転写することに先立って形成されることができるため、可能にされる。
図7A-7Bは、マイクロLEDディスプレイの複合マイクロアセンブリの説明図である。図7Aに示されるような第1のマイクロアセンブリは、RGB LED704(例えば、III-V族RGBマイクロ無機発光ダイオード)の追加によって、集積回路機能性を含む基板702(例えば、シリコンオンインシュレータまたはガラス)上に多機能要素(マイクロシステム)706を形成する。
本実施例では、第1のマイクロアセンブリは、図7Aに示されるように、中間ウエハ上に作業超高解像度ディスプレイを生成する。欠陥マイクロ組立ピクセル(マイクロシステム)が検出され、欠陥ピクセルが最終基板(例えば、ディスプレイ)上に組み立てられることを防止するように、除去または(例えば、レーザで)照射される、もしくは真空コレット、エラストマースタンプ、または採集ツールによって機械的に除去される等のプロセスが行われる。
図7Bに示されるような第2のマイクロアセンブリプロセスは、ディスプレイデバイス基板708(例えば、ガラス、プラスチック、またはサファイア)上に多機能要素706のアレイを形成し、それによって、複合マイクロアセンブリによってディスプレイ(マクロシステム)710を形成する。いくつかの実装では、第2のマイクロアセンブリプロセスが、図7Bに示されるように、良品マイクロシステムを最終デバイス基板に転写する。したがって、複合マイクロアセンブリは、高収率ディスプレイを達成するようにピクセル試験を適用する新しい方法を可能にする。
図8A-8Bは、マイクロ無機LED(マイクロLED)ディスプレイをマイクロ組み立てする例示的方法を図示する。本実施例では、モノリシック多機能システム(LEDディスプレイ810)が、複合マイクロアセンブリによって形成される。マイクロアセンブリは、ポリマーフィルムを伴うガラスウエハまたはポリマーウエハ等の支持基板802上にマイクロLEDおよびマイクロIC804等の多様なマイクロスケール構成要素を配置することによって、多機能統合小型要素(マイクロシステム)を生産するために使用される。多機能統合転写可能要素806が、後に、例えば、支持基板上の多様なマイクロスケール構成要素の相互接続によって、支持基板上に形成されてもよい。マイクロシステムは、例えば、転写可能要素(マイクロシステム)を束縛および解放し、それによって、無機発光ダイオードディスプレイ(マクロシステム)の機能的ユニットを作成することによって、マイクロアセンブリのために準備されてもよい。マイクロシステムを束縛および解放するステップは、いくつかの実装では、マイクロシステムのマイクロシステム位置または配向がテザーによって維持されるように、マイクロシステムを支持する材料の少なくとも一部をエッチングするステップを含む。図8Bに示されるような第2のマイクロアセンブリプロセスは、例えば、エラストマースタンプをマイクロシステムの最上部に接触させることによって、複合マイクロアセンブリによるマイクロLEDディスプレイ(マクロシステム)810の形成中に、多機能統合要素(マイクロシステム)806のアレイを支持基板からディスプレイデバイス基板808(例えば、ガラスまたはポリマー)に転写する。
図9は、マイクロLEDディスプレイのためのマイクロシステムを図示する。いくつかの実装では、各マイクロシステムは、ディスプレイのためのピクセルを形成する。各ピクセルは、赤色マイクロLED、緑色マイクロLED、および青色マイクロLEDを含有してもよい。いくつかの実装では、各ピクセルは、黄色または他の付加的な色のマイクロLEDを含有することができる。いくつかの実装では、各ピクセルはまた、冗長マイクロLED(例えば、RGBディスプレイのための合計6個のマイクロLED)も含む。加えて、いくつかの実装では、各マイクロシステムは、不揮発性メモリ、メモリ、電力管理、入力/出力端子、データ線、電力線、および/または変調/復調システム等の制御回路(例えば、シリコン系制御回路)を含んでもよい。いくつかの実装では、付加的構成要素が、センサ、光学I/O、色変換器、および/またはIII-V電力管理構成要素等のマイクロシステム内に提供されてもよい。
図10は、多機能システムを形成するようにマイクロデバイスを複合マイクロ組み立てする例示的方法の説明図である。いくつかの実装では、多様なマイクロ構成要素が、ネイティブ基板上のマイクロアセンブリのために準備される。多機能支持基板が準備され、例えば、ワイヤまたは接触パッド等の相互接続、基板を通した相互接続(ビア)を形成すること、もしくは接着剤、硬化性、または絶縁コーティングを提供すること、もしくは支持基板上に受動構成要素または構造を提供することによって、機能性が多機能支持基板に付与される。多機能要素(すなわち、マイクロシステム)が、多機能支持基板上への多様なマイクロ構成要素のマイクロアセンブリによって形成される。次いで、多機能要素は、第2のマイクロアセンブリプロセスのために準備される。多機能要素のアレイが、システムデバイス基板上に形成される。アレイを形成した後、いくつかの実装では、相互接続および単体化等の用途特有の処理が行われる。次いで、完全なモノリシック多機能システムが、複合マイクロアセンブリによって形成される。
図11A-11Bは、例示的マイクロシステムの説明図である。図11Aは、原始的マイクロシステムの説明図であり、図11Bは、多様なマイクロシステムの説明図である。図11Aに示されるように、マイクロシステムは、支持構造を含む単一の能動構成要素、ならびに基板を通した相互接続等の相互接続特徴を含んでもよい。対照的に、図11Bに示されるように、マイクロシステムは、複数の能動構成要素と、支持構造とを含んでもよい。例えば、多様なマイクロシステムは、マイクロLED、コンデンサ、アンテナ、集積回路、メモリ、光電池、レーザ、RF I/O、フォトダイオード、フィルタ、および色変換器のうちの1つまたはそれを上回るものを含んでもよい。多様なマイクロシステムは、いくつかの実装では、(例えば、各マイクロシステム内のアンテナまたは太陽センサを利用する)マイクロLEDディスプレイのピクセルの非接触インラインおよびインフィールド診断のための能力を提供する。加えて、同一の特徴が、無線I/Oおよび電力I/Oを提供する。
図12は、フェーズドアレイ用途のための複合マイクロアセンブリの説明図である。複合マイクロアセンブリは、フェーズドアレイ用途のための製造フローの利益になる。これらの実施形態では、マイクロアセンブリ技法は、電力増幅器、低雑音増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から選択される、多様なマイクロ構成要素から、マイクロシステムを形成する。第2のマイクロアセンブリプロセスは、フェーズドアレイの放射要素(アンテナ)との統合のために、フェーズドアレイデバイス基板上にマイクロシステムのアレイを形成する。
図13は、ディスプレイピクセルである、例示的マイクロ組立マイクロシステム1300の説明図である。本実施例では、マイクロシステムは、赤色マイクロLEDと、緑色マイクロLEDと、青色マイクロLEDと、マイクロ集積回路(例えば、ドライバ回路)とを含む。いくつかの実装では、ディスプレイのためのマイクロシステムは、黄色マイクロLED、センサ、または冗長マイクロLEDを含んでもよい。相互接続は、微細リソグラフィ(例えば、100nm~10μmの幅を伴う微細相互接続)を使用して形成される。マイクロシステムは、試験中に、またはマイクロシステムが目標に転写された後に最終ディスプレイ内に、入力/出力のための接続パッドを含んでもよい。マイクロシステムが目標基板(例えば、ガラス、プラスチック、サファイア、樹脂、エポキシ、ガラス強化エポキシ積層板、またはFR4)に印刷された後に、例えば、10ミクロンを上回る特徴サイズを有する、粗リソグラフィが、マイクロシステムを配線してディスプレイを形成するために使用される(例えば、10μm~2mmの幅を伴う粗リソグラフィ相互接続)。
ディスプレイは、例えば、Quarter-VGA、4K、および/またはHDディスプレイであってもよい。ディスプレイ(したがって、マイクロシステム)内のピクセルの数は、生産されるディスプレイのタイプによって変動し得る。例えば、ディスプレイは、76,800個のピクセル、9,437,184個のピクセル、またはNTSCもしくは種々の高解像度規格等の標準ディスプレイサイズで見出される他の量のピクセルを含んでもよい。マイクロLEDの数もまた、ディスプレイのサイズ、および冗長マイクロLEDがあるかどうかに基づいて変動するであろうが、例示的ディスプレイは、460,800個のマイクロLEDまたは56,623,104個のマイクロLED、もしくはフルカラー冗長ピクセルを含む他の標準ディスプレイサイズを含んでもよい。各ピクセルは、10μm~1,000μmの幅または高さを有してもよい。
図14は、マイクロシステムの下にエッチングされており、壊れやすいテザーによってアンカに取り付けられたままである、例示的マイクロシステムの平面図である。壊れやすいテザーは、マイクロシステムが転写デバイスによって取り上げられるときに壊れるように設計される。いくつかの実装では、マイクロシステムは、複数の壊れやすいテザーを用いてアンカに接続される。他の実装では、単一のテザー(例えば、単一の偏心テザー)が、マイクロシステムをアンカに接続する。いくつかの実装では、マイクロシステムは、複数のアンカに接続される。
図15A-Bは、目標基板に印刷されたマイクロシステムの実施例である。マイクロシステムは、弛緩した金属化特徴(例えば、粗リソグラフィ)を使用して配線される。対照的に、マイクロシステムは、上記で議論されるように、はるかに微細なウエハレベル相互接続(例えば、100nm~10μm)を利用する。微細(ウエハレベル)相互接続特徴およびより大型のパネルレベル相互接続特徴の本組み合わせは、本複合マイクロアセンブリストラテジによって可能にされる。例えば、いくつかの実装では、微細リソグラフィが、各マイクロシステムを配線するために使用され、次いで、粗リソグラフィが、目標基板(例えば、マクロシステム基板)に印刷された後にマイクロシステムを配線するために使用される。図15Bに示されるように、マイクロシステムは、冗長配列で配列されてもよい。(冗長マイクロシステムを含む)マイクロシステムの全ては、同時に配線されてもよい。いくつかの実装では、冗長マイクロシステムは、欠陥マイクロシステムについて試験した後に配線されてもよい。欠陥マイクロシステムは、隣接冗長マイクロシステムを配線することによって修理されてもよい。
図16Aは、マイクロシステム1602の説明図であり、図16Bは、基板1604(例えば、バックプレーン、例えば、ガラス、プラスチック、サファイア)上にマイクロ組み立てされたマイクロシステム1602の説明図である。本実施例では、マイクロデバイス1602は、マイクロデバイス1602が基板1604に転写された後に、マイクロデバイス1602が線1608a-bによって相互接続されるように、マイクロシステム1602の最上部の上で露出される端子1606a-bを含む。端子1606a-bは、微細リソグラフィを使用して形成されてもよく、線1608a-bは、上記で説明されるように粗リソグラフィによって形成されてもよい。
図17Aは、マイクロシステム1702の説明図であり、図17Bは、基板1704(例えば、バックプレーン、例えば、ガラス、プラスチック、サファイア)上にマイクロ組み立てされたマイクロシステム1702の説明図である。本実施例では、マイクロデバイス1702は、マイクロシステム1702の最上部の上で接続パッド1710a-bに電気的に連結される、端子1706a-bを含む。相互接続線1708a-bは、その上にマイクロシステム1702をマイクロ組み立てすることに先立って、基板1704上に形成される。マイクロデバイス1702は、反転させられ、接続パッド1710a-bが相互接続線1708a-bに電気的に連結されるように、基板1704に転写される。本構成は、マイクロシステム1702を転写することに先立って、大面積/粗リソグラフィが最初に行われることを可能にする。加えて、図17Bに示されるマクロシステムは、マイクロシステム1702が基板1704に転写されるとすぐに試験可能である。また、いくつかの実装では、マイクロシステムは、パネルレベルで故障がある場合に外されて交換されてもよい。
図18Aは、マイクロシステム1802の説明図であり、図18Bは、基板1804(例えば、バックプレーン、例えば、ガラス、プラスチック、サファイア)上にマイクロ組み立てされたマイクロシステム1802の説明図である。本実施例では、マイクロデバイス1802は、マイクロシステム1802の底面上で露出された端子1806a-bを含む。相互接続線1808a-bは、その上にマイクロシステム1802をマイクロ組み立てすることに先立って、基板1804上に形成される。マイクロデバイス1802は、端子1806a-bが相互接続線1808a-bに電気的に連結されるように、基板1804に転写される。
図19A-Gは、マイクロシステムを作成するための例示的プロセスを図示する。ウエハ1904は、図19Aに示されるように、その上に形成された中間基板1902(例えば、ガラス、プラスチック、ポリマーフィルム、またはポリマーウエハ)を提供されることができる。いくつかの実装では、中間基板1902およびウエハ1904は、同一の材料で形成される。中間基板1902およびウエハ1904の一部は、図19Bに示されるように除去され、それによって、ウェル1906を残す。ウェル1906は、図19Cに示されるように、接続パッド1908を形成するように伝導性材料でコーティングされる。接続パッド1908は、マイクロシステムが目標基板に転写された後に、マイクロシステム内のマイクロデバイスをマクロシステム上の導電線に接続するために使用されることができる。図19Dに示されるように、マイクロデバイス1910a-bは、マイクロアセンブリによって中間基板1902上に堆積させられる。本実施例では、マイクロデバイス1910aは、図19Eに示されるように、微細導電線1912によって、接続パッド1908に電気的に連結される。本線は、上記で説明されるように微細リソグラフィを使用して形成されてもよい。接続パッド1908、微細導電線1912、およびマイクロデバイス1910a-bは、カプセル化層1914によって覆われてもよい(図19F)。カプセル化層1914は、マイクロシステムを保護すること、またはマイクロシステムを目標基板にマイクロ転写印刷することを促進する表面を提供することを含む、種々の機能性を提供してもよい。図19Gに示されるように、マイクロシステム(例えば、ウエハ1904の一部)の下方の面積は、マイクロシステムが目標基板上でマイクロ組み立てされるために準備されるように、エッチングされてもよい。加えて、中間基板1902の一部1916は、マイクロシステムが、1つまたはそれを上回るアンカおよび1つまたはそれを上回るテザー(例えば、中間基板の一部で形成される)によってウエハ1904に取り付けられるのみであるように、エッチングされてもよい。さらに、エッチングは、マイクロシステムが目標基板にマイクロ転写印刷されるときに、接続パッド1908が接触パッドに電気的に接続することができるように、接続パッド1908を露出することができる。
開示される技術の種々の実施形態を説明してきたが、概念を組み込む他の実施形態が使用され得ることが、当業者に明白となるであろう。したがって、これらの実施形態は、開示される実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、以下の請求項の精神および範囲のみによって限定されるべきであると考えられる。
本発明の種々の説明される実施形態は、技術的に不適合ではない限り、1つまたはそれを上回る他の実施形態と併せて使用され得る。
装置およびシステムが、具体的構成要素を有する、含む、または備えるとして表されている、もしくはプロセスおよび方法が、具体的ステップを有する、含む、または備えるとして表されている、説明の全体を通して、加えて、記載される構成要素から本質的に成る、または成る、開示される技術の装置およびシステムがあり、記載される処理ステップから本質的に成る、または成る、開示される技術によるプロセスおよび方法があることが考慮される。
ステップの順序またはある動作を行うための順序は、開示される技術が動作可能なままである限り、重要ではないことを理解されたい。また、2つまたはそれを上回るステップもしくは動作が、同時に行われ得る。

Claims (15)

  1. 目標非ネイティブ基板上の複数の印刷されたマイクロシステムであって、前記複数の印刷されたマイクロシステムのうちの各マイクロシステムは、
    中間非ネイティブ基板上に配置される複数のマイクロデバイスと、
    前記複数のマイクロデバイスを電気的に接続する、100nm~1μmの幅を有する、少なくとも部分的に前記中間非ネイティブ基板上にある1つまたはそれを上回る微細相互接続と、
    を備え、前記複数の印刷されたマイクロシステムのそれぞれは、テザーを備える、複数の印刷されたマイクロシステムと、
    2μm~2mmの幅を有する、少なくとも部分的に前記目標非ネイティブ基板上にある1つまたはそれを上回る粗リソグラフィ相互接続であって、各粗リソグラフィ相互接続は、前記目標非ネイティブ基板上の前記複数のマイクロシステムのうちの少なくとも1つに電気的に接続される、粗リソグラフィ相互接続と、
    を備え
    前記複数のマイクロデバイスのそれぞれは、2μm~50μmの長さ、幅、および高さのうちの少なくとも1つを有し、
    前記目標非ネイティブ基板は、100ミクロン~20mmの厚さを有する、複合マイクロ組立デバイス。
  2. 前記複数のマイクロデバイスは、
    赤色マイクロ無機発光ダイオードと、
    緑色マイクロ無機発光ダイオードと、
    青色マイクロ無機発光ダイオードと、
    マイクロ集積回路と、
    を備える、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記複数のマイクロデバイスは、第2の赤色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の青色マイクロ無機発光ダイオードと、第2の緑色マイクロ無機発光ダイオードとを備える、請求項2に記載のデバイス。
  4. 各マイクロシステムは、ピクセルを形成する、請求項2または3に記載のデバイス。
  5. 300,000個を超えるマイクロ無機発光ダイオードを備える、請求項1~4のいずれか1項に記載のデバイス。
  6. 前記複数のマイクロデバイスは、
    電力増幅器と、
    移相器と、
    マイクロ集積回路と、
    を備える、請求項1に記載のデバイス。
  7. 前記複数のマイクロデバイスは、低雑音増幅器、電力増幅器、アナログ・デジタル変換器、伝送/受信スイッチ、移相器、および周波数変換器から成る群から選択される、少なくとも1つの部材を備える、請求項1に記載のデバイス。
  8. 前記複数のマイクロデバイスは、
    検出器と、
    マイクロ集積回路と、
    を備える、請求項1に記載のデバイス。
  9. 前記目標非ネイティブ基板は、前記複数のマイクロデバイスのうちの1つに元来備わっていない、請求項1~8のいずれか1項に記載のデバイス。
  10. 前記目標非ネイティブ基板は、ポリマー、プラスチック、樹脂、ポリイミド、PEN、PET、金属、金属箔、ガラス、半導体、およびサファイアから成る群から選択される部材である、請求項1~9のいずれか1項に記載のデバイス。
  11. 前記デバイスは、前記目標非ネイティブ基板上に少なくとも50,000個のマイクロシステムの行列を備える、請求項1~10のいずれか1項に記載のデバイス。
  12. 目標非ネイティブ基板は、可視光に対して50%、80%、90%、もしくは95%を上回るまたはそれと等しい透明度を有する、請求項1~11のいずれか1項に記載のデバイス。
  13. 前記目標非ネイティブ基板は、隣接基板面積を有し、前記複数のマイクロデバイスはそれぞれ、デバイス面積を有し、前記複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、前記隣接基板面積の4分の1未満またはそれと等しい、請求項1~12のいずれか1項に記載のデバイス。
  14. 前記複数のマイクロデバイスの複合デバイス面積は、前記隣接基板面積の8分の1、10分の1、20分の1、50分の1、100分の1、500分の1、1000分の1、2000分の1、もしくは10000分の1未満またはそれと等しい、請求項13に記載のデバイス。
  15. 前記1つまたはそれを上回る微細相互接続は、微細リソグラフィ相互接続である、請求項1~14のいずれか1項に記載のデバイス。
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