KR102427231B1 - 마이크로-디바이스들의 무마스크 병렬 픽-앤-플레이스 이송 - Google Patents

마이크로-디바이스들의 무마스크 병렬 픽-앤-플레이스 이송 Download PDF

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KR102427231B1
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매니반난 토타드리
로버트 잔 비쎄르
Original Assignee
어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법은, 접착성 층을 이용하여 이송 표면에 도너 기판 상의 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 접착시키는 단계; 제1 복수의 마이크로-디바이스들이 이송 표면에 접착되어 유지되어 있으면서, 도너 기판으로부터 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 제거하는 단계; 이송 표면 상의 복수의 마이크로-디바이스들의 서브세트가 목적지 기판 상의 복수의 수용 위치들과 접하도록, 목적지 기판에 대하여 이송 표면을 위치시키는 단계 ― 서브세트는 복수의 마이크로-디바이스들의 모든 마이크로-디바이스들보다 더 적은 하나 또는 그 초과의 마이크로-디바이스들을 포함함 ―; 접착성 층으로부터 마이크로-디바이스들의 서브세트를 분리시키기 위해, 마이크로-디바이스의 서브세트에 대응하는, 이송 표면 상의 접착성 층의 구역들 중 하나 또는 그 초과를 광에 선택적으로 중화시키는 단계, 및 마이크로-디바이스들의 서브세트가 목적지 기판 상에 유지되도록, 목적지 기판으로부터 이송 표면을 분리시키는 단계를 포함한다.

Description

마이크로-디바이스들의 무마스크 병렬 픽-앤-플레이스 이송
본 개시내용은 일반적으로, 도너(donor) 기판으로부터 목적지(destination) 기판으로의 마이크로-디바이스들의 이송에 관한 것이다.
매우 다양한 제품들이 기판 상의 개별 디바이스들의 어레이를 포함하며, 그 디바이스들은 기판 상의 회로망에 의해 어드레싱가능(addressable)하거나 또는 제어가능하다. 개별 디바이스들이 미크론 스케일인 경우, 예컨대 폭이 100 미크론 미만인 경우, 디바이스들은 마이크로-디바이스들인 것으로 고려될 수 있다. 일반적으로, 마이크로-디바이스들은, 층들의 시퀀스를 증착 및 패터닝하기 위해 마이크로 제작 기법들, 이를테면 증착, 리소그래피 및 에칭의 시퀀스를 사용하여 제작될 수 있다.
개별 마이크로-디바이스들의 어레이를 포함하는 디바이스를 제작하기 위한 하나의 접근법은 제품의 일부를 형성하게 될 개별 마이크로-디바이스들을 기판 상에 직접적으로 제작하는 것이다. 이러한 기법은, 예컨대, 능동 매트릭스 액정 디스플레이(LCD)의 컬러 필터 패널들 및 TFT 패널을 제작하기 위해 사용되었다.
하나의 제안되는 디스플레이 패널 기술은 LED들의 어레이를 사용하며, 개별 LED들은 개별적으로 제어가능한 픽셀 엘리먼트들을 제공한다. 그러한 LED 패널은, 컴퓨터, 터치 패널 디바이스, PDA(personal digital assistant), 셀 폰, 텔레비전 모니터 등을 위해 사용될 수 있다.
유기 발광 다이오드(OLED) 패널들이 사용되고 있지만, III-V 반도체 기술을 기반으로 하는 미크론-스케일 LED들(마이크로LED들이라고 또한 호칭됨)을 사용하는 LED 패널은 부가적인 문제들에 직면해 있다. 특히, 최종 디스플레이 기판 상에 직접적으로 III-V 반도체 마이크로LED들을 증착하고 성장시키는 것은 기술적 및 제조적인 난관들을 제기한다. 더욱이, 마이크로LED 패널들은 곡면형 또는 벤더블(bendable) 디스플레이에서 제조하는 것이 어렵다.
본 개시내용은 일반적으로, 넓은 영역에 걸쳐 마이크로-디바이스들을 표면 탑재하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
일 양상에서, 목적지 기판 상에 마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치는, 목적지 기판을 홀딩하기 위한 제1 지지부; 접착성 층을 수용하기 위한 표면을 갖는 이송 바디를 제공 또는 홀딩하기 위한 제2 지지부; 제1 지지부와 제2 지지부 사이의 상대 운동을 제공하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 액추에이터들; 이송 바디 상의 접착성 층의 구역들을 선택적으로 그리고 무마스크로(masklessly) 노광(expose)시키도록 구성된 조명 시스템; 및 제어기를 포함한다. 제어기는, 하나 또는 그 초과의 액추에이터들로 하여금, 접착성 층에 부착된 복수의 마이크로-디바이스들이 목적지 기판과 접촉하도록 하는 상대 운동을 생성하게 하고; 조명 시스템으로 하여금, 하나 또는 그 초과의 중화된(neutralized) 부분들을 생성하기 위해, 접착성 층의 하나 또는 그 초과의 부분들을 선택적으로 노광시키게 하며; 그리고 하나 또는 그 초과의 액추에이터들로 하여금, 표면과 목적지 기판이 서로 멀어지게 이동되어, 접착성 층의 하나 또는 그 초과의 중화된 부분들에 대응하는 하나 또는 그 초과의 마이크로-디바이스들이 목적지 기판 상에 유지되도록 하는 상대 운동을 생성하게 하도록 구성된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
제3 지지부는 도너 기판을 홀딩할 수 있다. 하나 또는 그 초과의 액추에이터들은 제1 지지부와 제3 지지부 사이의 상대 운동을 제공하도록 구성될 수 있다. 제어기는, 하나 또는 그 초과의 액추에이터들로 하여금, 복수의 마이크로-디바이스들이 도너 기판 상에 있는 경우, 이송 기판의 표면 상의 접착성 층이 복수의 마이크로-디바이스들과 접촉하도록 하는, 도너 기판과 이송 바디 사이의 상대 운동을 생성하게 하여, 복수의 마이크로-디바이스들이 이송 바디 상의 접착성 층에 접착되게 하도록 구성될 수 있다. 제2 지지부는 이송 바디를 홀딩하기 위한 로봇 암을 포함할 수 있다. 로봇 암은 제3 지지부와 제1 지지부 사이에서 이송 바디를 이동시키도록 동작가능할 수 있다. 로봇 암은 제1 지지부 및 제3 지지부에 대하여 수직으로 이송 바디를 이동시키도록 동작가능할 수 있다.
이송 바디는 제2 지지부로부터 제거가능한 이송 기판일 수 있다. 제2 지지부는 이송 기판을 릴리즈가능하게(releasably) 홀딩하기 위한 엔드 이펙터를 갖는 로봇 암을 포함할 수 있다.
조명 시스템은 개별적으로 작동가능한 미러들의 어레이를 갖는 디지털 미러 디바이스를 포함할 수 있다. 디지털 미러 디바이스는 미러들의 2-차원 어레이를 포함할 수 있다. 조명 시스템의 시야(field of view)는 이송 바디의 일부에만 걸쳐 있을 수 있으며, 액추에이터는 2-차원 어레이와 하나 또는 그 초과의 지지부들 사이의 상대 운동을 발생시킬 수 있다. 디지털 미러 디바이스는 미러들의 선형 어레이일 수 있으며, 액추에이터는 선형 어레이와 하나 또는 그 초과의 지지부들 사이의 상대 운동을 발생시킬 수 있다.
다른 양상에서, 마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법은, 접착성 층을 이용하여 이송 표면에 도너 기판 상의 복수의 마이크로-디바이스들을 접착시키는 단계; 복수의 마이크로-디바이스들이 이송 표면에 접착되어 유지되어 있으면서, 도너 기판으로부터 복수의 마이크로-디바이스들을 제거하는 단계; 이송 표면 상의 복수의 마이크로-디바이스들 중 적어도 일부가 목적지 기판 상의 복수의 수용 위치들 중 적어도 일부와 접하도록, 목적지 기판에 대하여 이송 표면을 위치시키는 단계; 접착성 층으로부터 마이크로-디바이스들의 서브세트를 분리시키기 위해, 마이크로-디바이스들의 서브세트에 대응하는, 이송 표면 상의 접착성 층의 복수의 구역들을 광에 무마스크로 그리고 선택적으로 노광시키는 단계 ― 서브세트는 복수의 마이크로-디바이스들의 모든 마이크로-디바이스들보다 적은 다수의 마이크로-디바이스들을 포함함 ―; 및 마이크로-디바이스들의 서브세트가 목적지 기판 상에 유지되도록, 목적지 기판으로부터 이송 바디를 분리시키는 단계를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
복수의 마이크로-디바이스들은 도너 기판 상의 모든 마이크로-디바이스들을 포함할 수 있다. 도너 기판은 복수의 마이크로-디바이스들이 상부에 제작된 도너 기판일 수 있다.
복수의 마이크로-디바이스들은 이송 표면 상에서 제1 어레이로 배치될 수 있으며, 복수의 수용 위치들은 목적지 기판 상에서 제2 어레이로 배치될 수 있다. 제1 어레이의 공간 밀도는 제2 어레이의 공간 밀도보다 더 클 수 있다. 제1 어레이는, 제1 축을 따라 제1 피치(PX1)로 그리고 제1 축에 수직적인 제2 축을 따라 제2 피치(PY1)로 배치된 복수의 마이크로-디바이스들을 위한 셀들을 갖는 제1 직사각형 어레이일 수 있으며, 제2 어레이는, 제1 축을 따라 제3 피치(PX2)로 그리고 제1 축에 수직적인 제2 축을 따라 제4 피치(PY2)로 배치된 수용 위치들을 갖는 제2 직사각형 어레이일 수 있다. 제3 피치(PX2)는 제1 피치(PX1)의 정수배일 수 있으며, 제4 피치(PY2)는 제2 피치(PY1)의 정수배이다.
마이크로-디바이스들은 마이크로-LED들을 포함할 수 있다. 패시베이팅 층이 목적지 기판 상의 마이크로-디바이스들의 서브세트에 걸쳐 배치될 수 있다.
복수의 구역들을 선택적으로 노광시키는 것은, 디지털 미러 디바이스로 광을 지향시키고, 그리고 복수의 구역들로 광을 반사시키도록 디지털 미러 디바이스의 선택된 미러들을 작동시키는 것을 포함할 수 있다.
다른 양상에서, 목적지 기판 상에 마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치는, 목적지 기판을 홀딩하기 위한 제1 지지부; 접착성 층을 수용하기 위한 표면을 갖는 이송 바디를 제공 또는 홀딩하기 위한 제2 지지부; 이송 바디와 제1 지지부 사이의 상대 운동을 제공하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 액추에이터들; 광 빔을 생성하기 위한 광 소스; 이송 바디 상의 접착성 층 상에 시준된 광 빔을 조정가능하게 위치시키도록 구성된 미러를 포함한다. 제어기는, 하나 또는 그 초과의 액추에이터들로 하여금, 이송 바디 상의 접착성 층에 부착된 복수의 마이크로-디바이스들이 목적지 기판과 접촉하도록 하는 상대 운동을 생성하게 하고; 광 소스로 하여금 광 빔을 생성하게 하고, 그리고 하나 또는 그 초과의 중화된 부분들을 생성하도록 접착성 층의 하나 또는 그 초과의 부분들을 선택적으로 노광시키기 위해, 접착성 층 상에 광 빔을 위치시키도록 미러를 조정하며, 그리고 하나 또는 그 초과의 액추에이터들로 하여금, 표면과 목적지 기판이 서로 멀어지게 이동되어, 접착성 층의 하나 또는 그 초과의 중화된 부분들에 대응하는 하나 또는 그 초과의 마이크로-디바이스들이 목적지 기판 상에 유지되도록 하는 상대 운동을 생성하게 하도록 구성된다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
이송 바디는 제거가능 이송 기판일 수 있다. 제2 지지부는 이송 바디를 홀딩하기 위한 로봇 암을 포함할 수 있다. 로봇 암은 도너 기판을 홀딩하기 위한 제3 지지부와 목적지 기판을 홀딩하기 위한 제1 지지부 사이에서 적어도 측방향으로 바디를 이동시키도록 동작가능할 수 있다.
미러는 갈보(galvo) 미러 스캐너 내의 미러일 수 있다. 광 소스는 레이저일 수 있으며, 광 빔은 레이저 빔일 수 있다.
다른 양상에서, 마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법은, 도너 기판으로부터 제1 이송 표면으로 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 이송하는 단계 ― 이송하는 단계는 제1 이송 표면 상의 제1 접착성 층에 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 접착시키는 단계를 포함함 ―; 제1 이송 표면으로부터 제2 이송 표면으로 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 이송하는 단계 ― 이송하는 단계는, 제2 이송 표면 상의 제2 접착성 층에 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 접착시키는 단계, 제1 접착성 층으로부터 마이크로-디바이스들의 열을 분리시키기 위해, 제1 접착성 층의 구역들을 선택적으로 중화시킴으로써, 제1 이송 표면으로부터 한번에 하나의 열씩 복수의 마이크로-디바이스들을 릴리즈하는 단계, 및 제1 피치로 열들을 설정하기 위해, 각각의 열의 이송 사이에서 제2 이송 표면에 대하여 제1 이송 표면을 이동시키는 단계를 포함함 ―; 및 제2 이송 표면으로부터 목적지 기판으로 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 이송하는 단계 ― 이송하는 단계는, 제2 접착성 층으로부터 마이크로-디바이스들의 행을 분리시키기 위해, 제2 접착성 층의 구역들을 선택적으로 중화시킴으로써, 제2 이송 표면으로부터 한번에 하나의 행씩 복수의 마이크로-디바이스들을 릴리즈하는 단계, 및 제2 피치로 행들을 설정하기 위해, 각각의 행의 이송 사이에서 목적지 기판에 대하여 제2 이송 표면을 이동시키는 단계를 포함함 ― 를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다.
도너 기판으로부터 제1 이송 표면으로 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 이송하는 것은 도너 기판 상의 모든 마이크로-디바이스들을 제1 이송 표면으로 이송하는 것을 포함할 수 있다. 제1 복수의 마이크로-디바이스들은 도너 기판 상의 모든 마이크로-디바이스들보다 더 적을 수 있다. 제1 이송 표면으로부터 제2 이송 표면으로 제1 복수의 마이크로-디바이스들을 이송하는 것은 제1 복수의 마이크로-디바이스들만을 이송하는 것을 포함할 수 있다.
복수의 마이크로-디바이스들은 제1 이송 표면 상에서 제1 어레이로 배치될 수 있으며, 복수의 수용 위치들은 목적지 기판 상에서 제2 어레이로 배치될 수 있다. 제1 어레이의 공간 밀도는 제2 어레이의 공간 밀도보다 더 클 수 있다.
도너 기판은 복수의 마이크로-디바이스들이 상부에 제작된 도너 기판일 수 있다. 마이크로-디바이스들은 마이크로-LED들일 수 있다. 패시베이팅 층이 목적지 기판 상의 마이크로-디바이스들의 서브세트에 걸쳐 배치될 수 있다.
구역들을 선택적으로 중화시키는 것은 구역들을 광에 선택적으로 노광시키는 것을 포함할 수 있다. 복수의 구역들을 선택적으로 노광시키는 것은, 디지털 미러 디바이스로 광을 지향시키고, 그리고 복수의 구역들로 광을 반사시키도록 디지털 미러 디바이스의 선택된 미러들을 작동시키는 것을 포함할 수 있다.
구현들은 선택적으로, 다음의 이점들 중 하나 또는 그 초과를 제공할 수 있다(그리고 이에 제한되지는 않는다). 도너 기판 상의 마이크로-디바이스들은 목적지 기판에 대해 원하는 공간 밀도보다 더 높은 공간 밀도로 형성될 수 있고, 그에 의해, 마이크로-디바이스들을 형성할 때 웨이퍼 공간을 절약할 수 있고, 처리량을 증가시킬 수 있다. 다수의 마이크로 디바이스들이 도너 기판으로부터 목적지 기판으로 병렬로(in parallel) 이송될 수 있다. 이송은 높은 정밀도로 수행될 수 있다. 따라서, 수율이 증가될 수 있고, 제조 시간 및 비용이 감소될 수 있다. 도너 기판 상의 결함 마이크로-디바이스들이 식별될 수 있고, 이송에서 제외될 수 있다. 마이크로-디바이스들이 도너 기판과 상이한 피치로 목적지 기판 상에 배열되는 경우, 종래 기법들에 비하여 이송 단계들의 수가 감소될 수 있다.
마이크로-디바이스들이 마이크로-LED들인 경우, 기법은 멀티-컬러 디스플레이들, 이를테면 3개 또는 그 초과의 컬러 서브픽셀들을 갖는 디스플레이들을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 가요성 및/또는 스트레처블(stretchable) 디스플레이들이 더 쉽게 제작될 수 있다.
다른 양상들, 특징들, 및 이점들은 상세한 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
다양한 구현들이 아래에서 설명된다. 일 구현의 엘리먼트들 및 특징들이 추가적인 설명 없이 다른 구현들에 유익하게 포함될 수 있다는 것이 고려된다.
도 1은 마이크로-디바이스들의 어레이를 갖는 도너 기판의 개략적인 사시도이다.
도 2는 목적지 기판의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도너 기판으로부터 목적지 기판으로 다수의 마이크로-디바이스들을 이송하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 4 내지 도 10은 도너 기판으로부터 목적지 기판으로 다수의 마이크로-디바이스들을 이송하는 방법을 예시하는 개략적인 측단면도들이다.
도 11a는 도너 기판으로부터 목적지 기판으로 마이크로-디바이스들을 이송하기 위한 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 11b는 이송 기판 상의 접착성 층을 조명하기 위한 시스템의 개략적인 측단면도이다.
도 11c는 디지털 마이크로-미러 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 12는 마이크로-디바이스들의 어레이가 상부에 탑재된 목적지 기판의 개략적인 사시도이다.
도 13은 마이크로-디바이스들의 일부가 이송된 후의 이송 디바이스의 개략적인 사시도이다.
도 14는 셀마다 다수의 마이크로-디바이스들을 갖는 목적지 기판의 개략적인 사시도이다.
도 15는 마이크로-LED들이 상부에 탑재된 가요성 기판의 개략적인 사시도이다.
도 16은 다중-단계 이송 프로세스를 예시하는 개략적인 평면도이다.
다양한 도면들 내의 동일한 참조 기호들은 동일한 엘리먼트들을 표시한다.
일부 디바이스들을 제조하기 위해, 기판들, 이를테면 대면적 기판들 또는 가요성 기판들 상에 마이크로-디바이스들을 정밀하게 그리고 비용-효과적으로 제공하기 위한 새로운 기법들이 필요하다. 예컨대, III-V 반도체 기술에 기초하여 LED 패널을 제공하는 것이 바람직할 것인데, 이는 마이크로LED들이 유기 발광 다이오드(OLED) 디바이스들에 비하여 상당한 휘도, 수명, 및 효율 이점들을 갖기 때문이다.
개별 마이크로-디바이스들의 어레이를 포함하는 디바이스를 제작하기 위한 접근법은, 초기 기판 상에 일괄적으로 마이크로-디바이스들을 제작한 후, 제품의 일부를 형성하게 될 수용 또는 목적지 기판으로 마이크로-디바이스들을 이송하는 것이다. 초기 기판 상에 마이크로-디바이스들을 형성하는 하나의 이유는, 목적지 기판이, 마이크로-디바이스들을 형성하는 데 필요한 제작 프로세스들, 예컨대 에칭 및 증착과 양립가능하지 않는 재료일 수 있기 때문이다. 예컨대, LED들의 경우에, LED의 증착은, 사파이어 웨이퍼들 상에 단결정질 질화 갈륨(GaN) 막들이 성장되는 에피택셜 성장 프로세스이다(사파이어 웨이퍼들은 주로, 다른 웨이퍼 재료들에 비하여 GaN 성장에 대한 작은 격자 불일치로 인해 사용됨). 초기 기판 상에 마이크로-디바이스들을 형성하는 다른 이유는, 마이크로-디바이스들이 목적지 기판에 대해 요구되는 공간 밀도보다 더 높은 공간 밀도로 제작될 수 있고, 그에 의해, 마이크로-디바이스들을 형성할 때 웨이퍼 부지(real estate)를 절약할 수 있고 처리량을 증가시킬 수 있어서 결국 비용을 저감시킬 수 있기 때문이다.
초기 기판으로부터 목적지 기판으로 마이크로-디바이스들을 이송하기 위한 하나의 기법은 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 머신, 예컨대, 한번에 하나의 마이크로-디바이스를 이송하는 로봇이다. 그러나, 이러한 접근법은 처리량이 낮기 때문에, 특히, 이송될 필요가 있는 다수의 마이크로-디바이스들을 고려하면, 이러한 접근법은 생산에 적합하지 않다.
앞서 예시된 바와 같이, 마이크로-디바이스들을 제조하기 위한 개선된 방법이 필요하다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 넓은 영역에 걸쳐 마이크로-디바이스들을 표면 탑재하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 도너 기판 상의 마이크로-디바이스들 위로 접착성 층을 갖는 이송 기판을 배치하는 단계; 마이크로-디바이스들에 접착성 층을 접착시키는 단계; 마이크로-디바이스들이 접착성 층에 접착되어 있으면서, 도너 기판으로부터 마이크로-디바이스들을 제거하는 단계; 목적지 기판 상의 타겟 위치들에 마이크로-디바이스들을 정렬시키는 단계; 마이크로-디바이스들을 배치하는 단계; 이송 기판으로부터 마이크로-디바이스들을 분리시키기 위해, 광 소스에 이송 기판을 노광시키는 단계; 및 마이크로-디바이스들이 이송 기판 상에 유지되어 있으면서, 마이크로-디바이스들로부터 멀어지게 이송 기판을 이동시키는 단계를 포함한다. 이러한 방법을 활용하는 마이크로-디바이스들은, 폴리머 포토 층으로 이송된 후, 다수의 패턴들로 무마스크 리소그래피를 사용하여 목적지 기판으로 이송될 수 있고, 매우 다양한 기판들로 이송될 수 있다.
더욱이, 마이크로-디바이스들은, 무마스크 리소그래피 기법들을 사용하여, 접착성 층으로부터 선택적으로 릴리즈될 수 있다. 접착성 층 상으로의 광의 마스킹된 투영과 대조적으로, 무마스크 기법은 상이한 릴리즈 패턴들에 적응가능하고, 각각의 릴리즈 계획을 위한 새로운 마스크를 제조할 필요가 없기 때문에 더 낮은 비용이 들며, 마스크를 제작하기 위한 시간이 요구되지 않기 때문에 빠르다.
도 1은 마이크로-디바이스들(110)의 어레이를 갖는 도너 기판(100)을 예시한다. 마이크로-디바이스들(110)은 작은 전자 엘리먼트들, 예컨대 발광 다이오드(LED)들, 및 집적 회로 칩들, 이를테면 로직 IC들, 프로세서들, 메모리, 제어기들 등이다. 마이크로-디바이스들(110)은, 예컨대 약 1 미크론 내지 100 미크론의 최대 측방향 치수를 갖는 미크론-스케일 디바이스들이다. 예컨대, 디바이스들은 약 1 미크론 내지 50 미크론, 예컨대 5 미크론 내지 50 미크론, 예컨대 10 미크론 내지 30 미크론의 측방향 치수를 가질 수 있다. 마이크로-디바이스들(110)은 똑같을 수 있고, 즉 동일한 치수들, 회로 패턴 및 층 구조일 수 있다.
도 1이 도너 기판의 면에 평행한 2개의 수직 방향들로 피치(PX1 및 PY1)를 갖는 규칙적인 직사각형 어레이로 마이크로-디바이스들을 예시하지만, 다른 어레이 구성, 예컨대, 엇갈리게 배치된 행들이 가능하다.
마이크로-디바이스들(110)은 도너 기판(100) 상에 직접적으로 제작될 수 있거나, 또는 마이크로-디바이스들(110)은 다른 기판, 예컨대 디바이스 기판 상에 제작된 후, 마이크로-디바이스들(110)의 피치의 변화 없이, 도너 기판(100)으로 이송되었을 수 있다. 예컨대, 마이크로-디바이스들은 디바이스 기판 상에 비교적 높은 밀도로 제작될 수 있으며, 도너 기판(100)은 디바이스들과 접촉하게 배치되는 접착성 테이프일 수 있다. 이어서, 디바이스 기판이 제거 또는 단일화(singulate)될 수 있고, 그에 따라, 각각의 마이크로-디바이스(110)는 도너 기판, 예컨대 테이프에 개별적으로 부착된다.
도 2는 셀들(205)의 어레이를 갖는 목적지 기판(200)을 예시하며, 그 셀들(205) 각각은 마이크로-디바이스(110)를 수용하기 위한 스폿(210)을 갖는다. 따라서, 스폿들(210)이 또한, 어레이로 배열된다. 그러나, 목적지 기판(200) 상의 스폿들(210)의 어레이의 간격은 도너 기판(100) 상의 마이크로-디바이스들(110)의 간격과 상이할 수 있다. 전형적으로, 스폿들(210) 사이의 간격은 도너 기판(100) 상의 마이크로-디바이스들(110) 사이의 간격보다 더 크다. 예컨대, 도 2는 목적지 기판(200)의 면에 평행한 2개의 수직 방향들로 피치(PX2 및 PY2)를 갖는 직사각형 어레이로 스폿들(210)을 예시한다. 따라서, 피치(PX2)는 피치(PX1)보다 더 클 수 있으며, 피치(PY2)는 피치(PY1)보다 더 클 수 있다. 위에서 지적된 바와 같이, 다른 어레이 구성들, 예컨대 엇갈리게 배치된 행들이 가능하다. 스폿들(210) 사이의 간격이 마이크로-디바이스들(110) 사이의 간격과 상이하기 때문에, 단순히 도너 기판(100)이 목적지 기판(200)에 접하게 배치되어, 마이크로-디바이스들을 일괄적으로 이송하는 것이 가능하지 않다.
도 2에 예시되어 있지 않지만, 특히, 목적지 기판(100)이 제품의 일부를 형성하게 될 기판인 경우, 목적지 기판(100)은, 마이크로-디바이스들(110)이 스폿(210)에 정확하게 고정된 경우, 마이크로-디바이스들(110)에 전력을 전달하기 위한 그리고/또는 마이크로-디바이스들(110)을 어드레싱하기 위한 그리고/또는 마이크로-디바이스들(110)을 제어하기 위한 회로망 및 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예컨대, 각각의 스폿(210)은 마이크로-디바이스(110) 상의 하나 또는 그 초과의 본드 패드들에 전기적으로 연결될 하나 또는 그 초과의 본드 패드들을 포함할 수 있다.
도 11a는 도너 기판으로부터 목적지 기판으로 마이크로-디바이스들을 이송하기 위한 시스템의 개략적인 측단면도이다. 도 11a는 도너 기판(100)으로부터 목적지 기판(200)으로 마이크로-디바이스들을 이송하기 위한 시스템(600)을 예시한다. 논의의 목적을 위해, Z-축은 기판들(100, 200)의 평면에 수직적인 방향이며, X-축 및 Y-축은 기판들(400)의 평면에 평행한 2개의 수직 방향들이다. 전형적으로, Z-축은 수직 축, 즉 중력과 정렬된 수직 축일 것이지만, 이는 필수적인 것이 아니다.
장치(600)는 도너 기판(100)을 지지하기 위한 스테이지(610), 목적지 기판(200)을 지지하기 위한 스테이지(510), 및 이송 디바이스(630)를 포함한다. 이송 디바이스(630)는 표면(632)을 포함하며, 그 표면(632) 상에 접착성 층(420)이 배치될 수 있다. 이송 디바이스(630)는 교체가능 이송 기판(410)을 포함할 수 있으며, 그 교체가능 이송 기판(410) 상에 접착성 층(420)이 형성된다. 대안적으로, 표면(632)은 이송 디바이스(630)의 일체형 부분일 수 있다.
표면(632)은 평면형일 수 있고, 예컨대, 편평한 시트의 바닥일 수 있으며, 스테이지들(610, 510)의 상단 표면들에 평행할 수 있다. 대안적으로, 표면(632)은 원통형일 수 있고, 예컨대, 회전가능 드럼의 외측 표면일 수 있다.
하나 또는 그 초과의 액추에이터들이 이송 디바이스(630)와 스테이지들(610 및 510) 사이의 상대 운동을 제공한다. 예컨대, 이송 디바이스(630)는, X-축, Y-축 및 Z-축을 따라 표면(632)을 이동시킬 수 있는 3-축 로봇 암(512)을 포함할 수 있다. 그러나, 다수의 다른 배열들이 가능하다. 예컨대, 암(512)이 X-축 및 Y-축 이동만을 제공하면서 스테이지들(610, 510)이 수직으로 이동가능할 수 있거나, 또는 스테이지들이 Y-축을 따라 이동할 수 있거나, 기타 등등의 경우가 가능하다. 이송 디바이스(630)가 교체가능 이송 기판(410)을 포함하는 것으로 가정하면, 로봇 암(512)은 기판을 홀딩하기 위한 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터는 진공 척 또는 에지 파지 액추에이터일 수 있다.
장치(600)는 또한, 표면(632) 상의 접착성 층(420)의 부분들을 선택적으로 “중화”시키기 위한 시스템을 포함한다. 이러한 정황에서, “중화”는, 예컨대 용해 또는 용융에 의해, 접착성 층을 전부 제거하는 것, 또는 재료가 더 이상 접착성이 아니게 되도록 재료의 물리적 특성을 변형하는 것(“변성”이라고 또한 지칭됨)을 포함한다. 시스템은, 광 소스로부터, 표면(632)을 제공하는 바디의 배면 상으로 광을 선택적으로 지향시키기 위한 조명 시스템(530)일 수 있다. 대안적으로, 시스템은, 표면(632)을 제공하는 바디에 매립된 개별적으로 제어가능한 가열기들을 포함할 수 있다.
제어기(650), 이를테면 프로그래머블 컴퓨터는 장치의 다양한 컴포넌트들, 예컨대 액추에이터들 및 조명 시스템의 동작을 조정한다. 동작 시, 표면(632) 상의 접착성 층(420)은 도너 기판(100) 상의 마이크로-디바이스들(110)과 접촉하도록 하강되고, 마이크로-디바이스들과 함께 상승된다. 접착성 층(420) 상의 마이크로-디바이스들(110)은 목적지 기판(200)으로 측방향으로 이동되고, 목적지 기판(200) 상으로 하강된다. 이어서, 선택된 구역들에서 접착성 층이 중화되고, 그리고 접착성 층이 중화되었던 구역들에 대응하는 스폿들에서 목적지 기판 상에 마이크로-디바이스들을 유지된 상태로 남기면서, 나머지 접착성 층(420)을 갖는 표면(632)이 목적지 기판(200)으로부터 상승된다. 표면(632)이 상대 운동을 제공하는 것으로 위의 설명이 표현되지만, 스테이지들(610, 510)의 모션이, 필요한 상대 운동의 일부 또는 전부를 제공할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3은 도너 기판으로부터 목적지 기판으로 다수의 마이크로-디바이스들을 이송하기 위한 방법(300)의 흐름도이다. 도 4 내지 도 10은 도너 기판으로부터 목적지 기판으로 다수의 마이크로-디바이스들을 이송하는 방법을 예시하는 개략적인 측단면도들이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로-디바이스들(110)의 어레이를 갖는 도너 기판(100)이 제작 설비로부터 수용되거나 또는 제작된다(단계(304)).
도 5에 도시된 바와 같이, 도너 기판(100)은 이송 디바이스(630)의 표면(632)에 인접하게 위치된다(단계(308)). 도너 기판은, 이송 디바이스(630)와 대면하는, 도너 기판(100)의 면 상에 마이크로-디바이스들(110)이 있도록, 배향된다. 이송 디바이스는 접착성 층(420)을 포함한다. 접착성 층(420)은 제거가능 이송 기판(400)의 일부일 수 있다. 접착성 층(420)은 접착성 폴리머, 예컨대, 경화되지 않은 또는 부분적으로 경화된 포지티브 포토레지스트일 수 있다.
접착성 층(420)은, 마이크로-디바이스들(110)의 어레이에 대응하는, 표면(632)의 적어도 부분들에 걸쳐 연장된다. 일부 구현들에서, 접착성 층(420)은 모든 마이크로-디바이스들(110)에 걸쳐 있는 연속적인 단일 층이다. 그러한 층의 이점은 이송 디바이스(630)가 도너 기판(100)에 대하여 측방향으로 정밀하게 위치될 필요가 없다는 것이다. 일부 구현들에서, 접착성 층(420)은 복수의 별개의 아일랜드(island)들로 세그먼팅되며, 각각의 아일랜드는 마이크로-디바이스들(110) 중 하나에 대응한다. 그러나, 그러한 구현들에서, 이송 디바이스(630)는, 아일랜드들이 도너 기판(100) 상의 마이크로-디바이스들(110)과 접촉하도록, 측방향으로 위치될 필요가 있을 것이다.
접착성 층(420)은 스핀-코팅 또는 액적 프린팅(droplet printing)에 의해 이송 디바이스(630)의 표면(632)에 도포될 수 있다. 표면(632)을 제공하는 바디, 예컨대 배킹 기판(410)은, 접착성 층(420)을 경화 또는 용해시키는 데 사용될 광의 파장에 실질적으로 투명한 재료, 예컨대 유리 또는 석영이다.
도 5가 연속 층으로서 접착성 층(420)을 예시하고 있지만, 이는 필수적인 것이 아니다. 예컨대, 접착성 층(420)은 도너 기판(110) 상의 마이크로-디바이스들의 위치들에 대응하는 개별 스폿들로, 또는 스트라이프들 또는 다른 패턴들로 도포될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 이어서, 이송 디바이스(630)는, 마이크로-디바이스들(110)이 접착성 층(420)에 접착되도록, 도너 기판(100)에 인접하게 배치된다(단계(312)).
도 5 내지 도 6에 도시된 방법에 대한 대안으로서, 접착성 층(420)은, 접착성 재료가 적어도 마이크로-디바이스들(110)을 덮도록, 도너 기판(100) 상에 직접적으로 증착될 수 있다. 예컨대, 접착성 재료의 블랭킷 연속 층(420)이 적어도 마이크로-디바이스들(110)의 어레이에 걸쳐 증착될 수 있다. 이어서, 이송 디바이스(630)의 표면(632)은 접착성 층(420)과 접촉하도록 하강될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이제, 마이크로-디바이스들(110)이 이송 디바이스(630) 상의 접착성 층(420)에 부착된 상태로 남기면서, 도너 기판(100)이 제거될 수 있다(단계(316)). 예컨대, 각각의 마이크로-디바이스(110)가 도너 기판(100)에 부착된 구역을 용융시켜서, 마이크로-디바이스들(110)로부터 도너 기판(100)을 분리시키기 위해, 적외선 열 소스, 예컨대 레이저가 사용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 마이크로-디바이스들(110)을 목적지 기판(200)과 접촉하게 배치하도록, 이송 디바이스(630)가 위치될 수 있다(단계(320)).
도 8 및 도 9를 참조하면, 목적지 기판(200)으로 전달되기를 원하는 마이크로-디바이스들(110)에 대응하는, 접착성 층(420)의 선택된 구역들(430)이 중화, 예컨대 제거 또는 변성된다(단계(324)). 예컨대, 표면(632)을 제공하는 바디, 예컨대 배킹 기판(410)을 통해 구역들(430)로 광(450)이 선택적으로 지향될 수 있다. 광은 접착성 층(420)의 구역들(430)을 용융 또는 용해시킬 수 있거나, 또는 구역들(430)을 비-접착성 조성으로 경화시킬 수 있다. 일부 구현들에서, 광은 접착성 층(420)을 노광시키고, 그리고 노광된 부분이 현상제로 제거된다.
도 11b는 이송 기판(400)으로부터 목적지 기판(200)으로 마이크로-디바이스들을 이송하기 위한 장치(500)를 예시한다. 논의의 목적을 위해, Z-축은 이송 기판(400)의 평면에 수직적인 방향이며, X-축 및 Y-축은 이송 기판(400)의 평면에 평행한 2개의 수직 방향들이다. 전형적으로, Z-축은 수직 축, 즉 중력과 정렬된 수직 축일 것이지만, 이는 필수적인 것이 아니다.
장치(500)는 목적지 기판(200)을 지지하기 위한 스테이지(510), 및 이송 기판(400)을 홀딩하기 위한 홀더(520), 예컨대 에지 파지 액추에이터를 포함한다. 액추에이터(512), 이를테면 선형 액추에이터가 스테이지(510)와 홀더(520) 사이의 Z-축을 따르는 상대 운동을 제공할 수 있다. 예시된 바와 같이, 홀더(520)가 정지된 상태로 유지되면서, 액추에이터(512)가 스테이지(510)에 커플링되어, Z-축을 따라 스테이지(510)를 이동시키도록 구성될 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다.
일부 구현들에서, 하나 또는 그 초과의 부가적인 액추에이터들이 스테이지(510)와 홀더(520) 사이의 X-축 및 Y-축을 따르는 상대 운동을 제공한다. 다시, 홀더(520)가 정지된 상태로 유지되면서, 액추에이터가 스테이지(510)에 커플링되어, X-Y 평면에서 스테이지(510)를 이동시키도록 구성될 수 있거나, 또는 그 반대일 수 있다. 예컨대, 홀더(520)는 X-Y 평면 내의 모션을 제공하는 로봇 암 상에 위치될 수 있다.
장치(500)는 또한, 조명 시스템(530)을 포함한다. 조명 시스템(530)은 광 소스(532), 및 광 소스로부터 이송 기판(400)의 배면 상으로 광을 선택적으로 지향시키기 위한 메커니즘을 포함한다. 일 구현에서, 조명 시스템(530)은 독립적으로 제어가능한 미러들의 2-차원 어레이, 예컨대 디지털 마이크로-미러 디바이스(DMD)(534)를 포함한다. 조명 시스템(530)은 또한, 광 소스(532)로부터 DMD(534)로 광을 지향시키기 위한 조명 광학기(optics)(536), 및/또는 DMD(534)의 활성화된 미러들에 의해 반사된 광을 접착성 층(420) 상으로 지향시키기 위한 투영 광학기(538)를 포함할 수 있다. DMD(534)의 어떤 미러들이 활성화될지를 제어함으로써, 광(450)은 원하는 구역들(430)로 선택적으로 지향될 수 있다.
도 11c를 참조하면, DMD(534)는 복수의 독립적인 미러들(550)을 포함할 수 있다. 각각의 미러(550)는, 예컨대 미러(550a)에 의해 도시된 제1 포지션과 예컨대 미러(550b)에 의해 도시된 제2 포지션 사이에서 독립적으로 틸팅될 수 있으며, 그 제1 포지션에서, 광 소스(532)로부터의 입사 광은 반사되어 투영 광학기(538)로 전달되고, 이미징 평면(예컨대, 이송 기판(400) 상의 접착성 층) 내의 특정 픽셀을 조명하고, 그리고 그 제2 포지션에서, 광 소스(532)로부터의 입사 광은 반사된 광이 이미징 영역(예컨대, 이송 기판(400) 상의 접착성 층)에 도달하지 않도록 하는 경로를 따라 반사된다. 미러들(550)은 개별 미러들(550)을 제어하기 위한 회로망이 상부에 형성되어 있는 기판(554) 위에서 포스트(post)들(552) 상에 지지될 수 있으며; 다수의 다른 형태들의 DMD들이 가능하다.
광 소스(532)는 아크 램프, 예컨대 수은 아크 램프일 수 있거나, 또는 레이저, 예컨대 솔리드 스테이트 레이저 다이오드일 수 있다. 광 섬유들의 다발 그룹의 하나의 단부가 하나 또는 그 초과의 레이저 다이오드들에 커플링될 수 있으며; 광 섬유들의 다른 단부로부터의 광이 조명 광학기(536)로 지향될 수 있거나, 또는 DMD(534)로 직접적으로 전송될 수 있다.
DMD를 포함하는 조명 시스템의 추가적인 논의는 미국 특허 공개 번호 제2016/0282728호, 제2016/0219684호 및 제2016/0124316호에서 찾을 수 있다. 특히, 미국 특허 공개 번호 제2016/0124316호는, 광 소스(532)로부터 DMD(534) 상으로 광을 지향시키고, 반사된 광(450)을 분리시키기 위해 사용될 수 있는 조명-투영 빔 세퍼레이터를 포함하는 광학 시스템을 논의한다.
일부 구현들에서, 투영 광학기(538)의 시야는 전체 이송 기판(400)에 걸쳐 있다. 이러한 경우에, 광(450)과 이송 기판(400) 사이의 측방향 모션을 가질 필요가 없다. 그러나, 일부 구현들에서, 투영 광학기(538)의 시야는 이송 기판(400)의 일부에만 걸쳐 있다. 이러한 경우에, 이송 기판(400)의 노광들 사이에서, 이송 기판(400)과 조명 시스템(530) 사이의 X-Y 평면 내의 상대 운동을 액추에이터가 제공할 수 있다.
미러들의 2-차원 어레이 대신, 조명 시스템(530)은 미러들의 선형 어레이를 포함할 수 있으며, 이송 기판(400)에 걸쳐 미러들의 선형 어레이를 스캐닝하기 위해, 액추에이터가 조명 시스템(530)과 이송 기판(400) 사이의 X-Y 평면 내의 상대 운동을 제공할 수 있다. 대안적으로, 조명 시스템(530)은 미러들의 선형 어레이를 포함할 수 있으며, 이송 기판(400)에 걸쳐 결과적인 반사된 광을 스캐닝하기 위해, 액추에이터, 예컨대 갈보가 선형 DMD 어레이(534)를 회전시킬 수 있다.
다른 구현으로서, 예컨대 레이저로부터의 광 빔이 이송 기판(400)에 걸쳐 래스터 스캐닝될 수 있고, 그리고 DMD와 동일한 기능을 제공하기 위해 그 광 빔이 스캐닝됨에 따라 변조될 수 있다. 예컨대, 조명 시스템(530)은 2-축 미러 짐벌(gimbal)을 포함할 수 있으며, 그 2-축 미러 짐벌은 2개의 수직 축들을 중심으로 단일 미러를 회전시킬 수 있고, 그에 따라, 이송 기판 상에서 2개의 수직 축들을 따라 광 빔을 스캐닝할 수 있다. 다른 예로서, 조명 시스템(430)은 2개의 갈보 미러 스캐너들을 (광 빔의 경로를 따라) 직렬로 포함할 수 있으며, 그 2개의 갈보 미러 스캐너들은 광 빔이 이송 기판 상에서 2개의 수직 축들을 따라 스캐닝될 수 있게 한다.
도 10, 도 12, 및 도 13에 도시된 바와 같이, 선택된 구역들(430)이 조명되었으면, 이송 디바이스(630)가 상승되어, 선택된 마이크로-디바이스들(110a)을 목적지 기판(200) 상의 적소에 남길 수 있다(단계(328)). 접착성 층(430)이 노광되지 않은 위치의 나머지 마이크로-디바이스들(110b)은 이송 기판(400) 상에 유지된다.
도 1, 도 2, 도 12, 및 도 13을 참조하면, 도너 기판(100) 그리고 그에 따라 이송 디바이스(630) 상의 마이크로-디바이스들의 초기 공간 밀도는 목적지 기판(200) 상의 스폿들(210)의 공간 밀도보다 더 크다. 그러나, 스폿들(210)이 이송 기판 상의 특정 마이크로-디바이스들(110)과 정렬되는 것으로 가정하면, 스폿들(210)에 대응하는 그 마이크로-디바이스들(110)만이 이송될 수 있다. 예컨대, 피치(PX2)가 피치(PX1)의 정수배이고, 피치(PY2)가 피치(PY1)의 정수배인 경우, 모든 (PX2*PY2)/(PX1*PY1)개의 마이크로-디바이스들(110) 중 하나가 이송될 것이다. 직사각형 어레이의 경우, 이송되는 마이크로-디바이스들(110)은 모든 PX2/PX1개째의 열들마다 그리고 모든 PY2/PY1개째의 행들마다 위치될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 결과적인 이송 디바이스(630’)는 마이크로-디바이스들(110b)이 없는 셀들(440)을 가질 것이다. 그러나, 이송 디바이스(630’)는 부가적인 목적지 기판들(200)에 대해 재사용될 수 있다. 간단히 말하면, 단계들(320, 324, 328)이 반복될 수 있지만, 상이한 목적지 기판을 이용하고, 이송 디바이스(630)로부터의 마이크로-디바이스들의 상이한 세트를 사용하여 반복될 수 있다. 즉, 이송 디바이스(630’)는 새로운 목적지 기판에 인접하게 위치될 수 있지만, 마이크로-디바이스들의 상이한 세트가 스폿들(120)과 정렬된다. 예컨대, 이송 디바이스(630’)는 각각의 사이클에 대해 하나의 셀씩 시프트될 수 있다. 이상적으로, 직사각형 어레이의 경우, 이는 이송 디바이스(630)가 총 (PX2*PY2)/(PX1*PY1) 회 사용될 수 있게 할 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 일부 제품들은 각각의 셀(205)에 상이한 타입들의 다수의 마이크로-디바이스들(110i, 110j, 110k)을 필요로 할 수 있다. 예컨대, 컬러 LED 디스플레이는 적색, 청색, 및 녹색 각각에 대해 하나씩 3개의 마이크로-LED들을 필요로 할 수 있다. 각각의 마이크로-LED는 서브-픽셀을 제공할 수 있다. 서브-픽셀들에 대해 다양한 패턴들이 가능하다. 예컨대, 상이한 컬러의 서브-픽셀들이 단순히, 단일 행 또는 열에 배열될 수 있다. 대안적으로, 예컨대, 셀 내의 서브-픽셀들은, 2개의 컬러들, 예컨대 적색 및 녹색으로 각각 이루어진 2개의 서브-픽셀들, 및 제3 컬러, 예컨대 청색으로 이루어진 단일 서브-픽셀로 퀸컹스(quincunx) 패턴으로 배열될 수 있다(이러한 패턴은 펜타일 매트릭스(PenTile matrix)라고 또한 알려져 있음) . 이송 기법들은, 3개 초과의 컬러 서브-픽셀들을 갖는 디스플레이들, 예컨대, 적색, 녹색, 청색 및 황색 마이크로-LED들을 갖는 디스플레이를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
상이한 컬러 LED들은, 상이한 컬러의 광을 방출하는 인광체 층들을 갖는 LED들일 수 있거나, 또는 이들은 상이한 컬러의 필터 층들을 갖는 LED들일 수 있거나, 또는 이들은, 백색 광을 방출하지만, 백색 광을 흡수하여 상이한 컬러의 광을 재-방출하는 상부 인광체 재료(이 재료는 퀀텀닷(quantum dot)들일 수 있음)를 또한 포함하는 LED들일 수 있다.
상이한 마이크로-디바이스들, 예컨대 상이한 컬러 마이크로-LED들은, 목적지 기판에 대해 필요한 공간 밀도보다 더 높은 공간 밀도로, 상이한 도너 기판들 상에 제작될 수 있다. 이어서, 이송 프로세스가 각각의 도너 기판에 대해 수행될 수 있다. 즉, 각각의 특정 도너 기판으로부터의 마이크로-디바이스들이 그 특정 도너 기판 고유의 이송 기판으로 이송될 수 있다. 예컨대, 청색 마이크로-LED들을 갖는 이송 기판, 적색 마이크로-LED들을 갖는 이송 기판, 및 녹색 마이크로-LED들을 갖는 이송 기판이 있을 수 있다. 각각의 이송 기판에 대하여, 각각의 셀에 대해, 마이크로-디바이스가 목적지 기판으로 이송될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 일부 구현들에서, 목적지 기판(200)은 가요성 기판이다. 예컨대, 목적지 기판(200)은 가요성 회로일 수 있고, 마이크로-디바이스들(110)은 마이크로-LED들일 수 있으며, 그에 따라, 가요성 디스플레이 스크린이 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 부가하여, 목적지 기판(200)은 스트레처블 기판일 수 있다.
위의 논의는, 도너 기판(그리고 그에 따라 타겟 기판)이, 목적지 기판 상의 각각의 셀에 대한 목적지 스폿과 적절하게 정렬된 마이크로-디바이스를 갖는 것으로 가정하였다. 이는 단일 릴리즈 동작으로(즉, 접착성 층의 모든 대응 구역들을 동시에 노광시킴으로써), 모든 마이크로-디바이스들이 이송 기판으로부터 목적지 기판으로 이송될 수 있게 한다.
그러나, 도너 기판 상의 마이크로-디바이스들 사이의 간격이, 단일 릴리즈 동작으로, 모든 마이크로-디바이스들을 목적지 스폿들로 이송하는 것을 가능하지 않게 할 수 있다. 예컨대, 피치(PX2)는 피치(PX1)의 정수배가 아닐 수 있고, 그리고/또는 피치(PY2)는 피치(PY1)의 정수배가 아닐 수 있다.
그럼에도 불구하고, 적어도, 개별 마이크로-디바이스들을 픽-앤-플레이스해야만 하는 것과 비교하여, 제조 처리량의 상당한 증가를 달성하는 것이 여전히 가능하다. 도 16을 참조하면, 변형된 프로세스가, 도너 기판 상의 마이크로-디바이스들의 원래의 간격에 대하여 임의의 간격을 갖는 직사각형 어레이로 마이크로-디바이스들이 배치될 수 있게 한다.
초기에, 마이크로-디바이스들(110)은 도너 기판으로부터 제1 이송 디바이스, 예컨대 제1 이송 기판(400a)의 제1 표면으로 이송된다. 마이크로-디바이스들(110)은 X-축을 따라 피치(PX1)로 그리고 Y-축을 따라 피치(PY1)로 제1 이송 기판(400a) 상에 배열된다. 이어서, 제1 이송 기판(400a)은 제2 이송 디바이스, 예컨대 제2 이송 기판(400b)의 제2 표면에 인접하게 위치된다. 모든 마이크로-디바이스들을 제2 이송 기판으로 한꺼번에 이송하는 것이 아니라, 한번에 단일 열이 이송되며, 제1 이송 기판은 방향들 중 하나의 방향으로 적절한 간격을 제공하기 위해 각각의 이송 사이에 측방향으로 재-위치된다. 이어서, 마이크로-디바이스들이 한번에 하나의 행씩 제2 이송 기판으로부터 목적지 기판으로 이송되며, 제2 이송 기판은 다른 방향으로 적절한 간격을 제공하기 위해 각각의 이송 사이에 측방향으로 재-위치된다.
예컨대, 목적지 기판이 마이크로-디바이스들(110)을 수용하기 위한 셀들의 N개의 행들 및 M개의 열들을 갖는 것으로 가정한다. 제1 이송 기판(400a)이 제2 기판(400b)에 인접하게 위치되고, 조명 시스템은 단일 열 내의 N개의 마이크로-디바이스들(110)에 대응하는 구역들을 조명하도록 제어될 것이다. 따라서, N개의 마이크로-디바이스들(110)을 포함하는 단일 열이 제2 이송 기판(400b)으로 이송될 것이다. 이어서, 제1 이송 기판(400a)이 X-축을 따라 제2 이송 기판(400b)에 대하여 시프트되며, 조명 시스템은 다른 단일 열 내의 다른 N개의 마이크로-디바이스들(110)에 대응하는 구역들을 조명하도록 제어되고, 그에 따라, N개의 마이크로-디바이스들의 다른 열이 배치된다. 시프트와 배치의 이러한 프로세스는, 마이크로-디바이스들의 N개의 행들을 갖는 M개의 열들이 제2 이송 기판(400b)으로 이송될 때까지, M-1 회 반복된다. 제2 이송 기판(400b)에 대한 제1 이송 기판(400a)의 시프트의 양은, 제2 이송 기판(400b) 상의 X-축을 따르는 마이크로-디바이스들의 피치가 목적지 기판에 대한 원하는 피치(PX2)와 매칭하도록 하는 양이다. Y-축을 따르는 마이크로-디바이스들의 피치는 PY1일 수 있거나 또는 PY1의 정수배일 수 있다.
마이크로-디바이스들의 N개의 행들을 갖는 M개의 열들의 어레이가 제2 이송 기판(400b)으로 이송되면, 마이크로-디바이스들(110)은 목적지 기판(200)으로 이송될 수 있다. 제2 이송 기판(400b)이 목적지 기판(200)에 인접하게 위치되고, 조명 시스템은 단일 행 내의 M개의 마이크로-디바이스들(110)에 대응하는 구역들을 조명하도록 제어된다. 따라서, M개의 마이크로-디바이스들(110)을 포함하는 단일 행이 목적지 기판(200)으로 이송될 것이다. 이어서, 제2 이송 기판(400b)이 Y-축을 따라 목적지 기판(200)에 대하여 시프트되며, 조명 시스템은 다른 단일 행 내의 다른 M개의 마이크로-디바이스들(110)에 대응하는 구역들을 조명하도록 제어되고, 그에 따라, M개의 마이크로-디바이스들의 다른 행이 배치된다. 시프트와 배치의 이러한 프로세스는, 마이크로-디바이스들의 M개의 열들을 갖는 N개의 행들이 목적지 기판(200)으로 이송될 때까지, N-1 회 반복된다. 목적지 기판(200)에 대한 제2 이송 기판(400b)의 시프트의 양은, 목적지 기판(200) 상의 Y-축을 따르는 마이크로-디바이스들의 피치가 목적지 기판(200)에 대한 원하는 피치(PY2)와 매칭하도록 하는 양이다. 결과로서, 이제, 목적지 기판 상의 마이크로-디바이스들의 피치는 X-축을 따라 PX2이고, Y-축을 따라 PY2이며, PX1과 PX2 사이 그리고 PY1과 PY2 사이에 임의의 관계가 존재한다.
이러한 다중-단계 이송 프로세스의 이점은, 이송 단계들의 총 수가 대략 M+N개라는 것이다. 고 해상도 디스플레이의 경우, 이러한 총 M+N개가 여전히 많은 수일 수 있지만, 이는 개별 픽-앤-플레이스에 대해 요구될 이송 단계들의 수, 즉 M*N개보다 훨씬 더 적다.
일부 구현들에서, 마이크로-디바이스들은 목적지 기판으로 이송되기 전에 검사 또는 테스트된다. 마이크로-디바이스들이 여전히 도너 기판 상에 있는 동안 테스트가 이루어질 수 있거나, 또는 마이크로-디바이스들이 이송 기판 상에 있는 동안 검사가 이루어질 수 있다. 마이크로-디바이스에 결함이 있는 것으로 검사 또는 테스트가 나타내는 각각의 셀에 대해, 이송 시스템의 조명 시스템은 결함 마이크로-디바이스에 대응하는, 이송 기판의 구역을 조명하지 않도록 제어된다. 따라서, 식별된 결함 마이크로-디바이스들은 목적지 기판으로 이송되지 않는다. 그에 따라 마이크로-디바이스가 없는, 목적지 기판 상의 임의의 셀은 추후의 픽-앤-플레이스 동작에서 기능 마이크로-디바이스를 수용할 수 있다. 이는, 목적지 기판, 그리고 그에 따라 제품이 매우 높은 수율로 제작될 수 있게 한다.
일부 구현들의 경우, 목적지 기판과 접촉하도록 요구되는, 마이크로-디바이스의 면에 따라, 마이크로-디바이스들을 뒤집기 위해, 마이크로-디바이스들을 제3 이송 기판(제3 이송 기판은 제1 이송 기판 전에, 제2 이송 기판 후에, 또는 제1 이송 기판과 제2 이송 기판 사이에 있을 수 있음)으로 이송할 필요가 있을 수 있다.
위의 방법이 단일 마이크로 디바이스를 표면 탑재하는 방법을 설명하였지만, 방법은 하나 초과의 마이크로 디바이스를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
제어기는 디지털 전자 회로망으로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로, 또는 이들의 조합들로 구현될 수 있다. 제어기는, 데이터 프로세싱 장치, 예컨대 프로그래머블 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서들 또는 컴퓨터들에 의한 실행을 위한, 또는 그러한 데이터 프로세싱 장치의 동작을 제어하기 위한 하나 또는 그 초과의 컴퓨터 프로그램 제품들, 즉, 정보 캐리어, 예컨대 비-일시적 머신 판독가능 저장 매체 또는 전파 신호에 유형으로 구현된 하나 또는 그 초과의 컴퓨터 프로그램들을 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 또는 코드라고 또한 알려져 있음)은 컴파일형 또는 해석형 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램은, 독립형 프로그램 또는 모듈로서, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하는 데 적합한 다른 유닛을 포함하는 임의의 형태로 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 상에서, 또는 하나의 위치에 있거나, 또는 다수의 위치들에 걸쳐 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호연결되는 다수의 컴퓨터들 상에서 실행되도록 배포될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 프로세스들 및 논리 흐름들은, 입력 데이터에 대해 동작하여 출력을 생성함으로써 기능들을 수행하도록 하나 또는 그 초과의 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 하나 또는 그 초과의 프로그래머블 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 프로세스들 및 논리 흐름들은 또한, 특수 목적 논리 회로망, 예컨대 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)에 의해 수행될 수 있으며, 장치는 또한, 특수 목적 논리 회로망, 예컨대 FPGA 또는 ASIC로서 구현될 수 있다.
수직 및 측방향과 같은 위치에 대한 용어들이 사용되었다. 그러나, 그러한 용어들이 상대적인 위치를 지칭하는 것이고, 중력에 대한 절대적인 위치를 지칭하는 것이 아님이 이해되어야 한다. 예컨대, 측방향은 기판 표면에 평행한 방향인 반면, 수직은 기판 표면에 수직인 방향이다.
전술된 예들이 예시적인 것이고, 제한적인 것이 아니라는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다. 본 명세서를 읽고 도면들을 검토할 시 당업자에게 명백하게 되는 모든 치환물들, 향상물들, 등가물들, 및 이에 대한 개선들이 본 개시내용의 진정한 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 따라서, 다음의 첨부된 청구항들은 이들 교시들의 진정한 사상 및 범위 내에 속하는 모든 그러한 수정물들, 치환물들, 및 등가물들을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (16)

  1. 목적지(destination) 기판 상에 마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치로서,
    목적지 기판을 홀딩(hold)하기 위한 제1 지지부;
    접착성 층을 수용하기 위한 표면을 갖는 이송 바디(transfer body)를 제공 또는 홀딩하기 위한 제2 지지부;
    상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부 사이의 상대 운동(relative motion)을 제공하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터들;
    상기 이송 바디 상의 상기 접착성 층의 구역들을 선택적으로 그리고 무마스크로(masklessly) 노광(expose)시키도록 구성된 조명 시스템; 및
    제어기
    를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 하나 이상의 액추에이터들이, 상기 접착성 층에 부착된 복수의 마이크로-디바이스들이 상기 목적지 기판과 접촉하도록 하는 상대 운동을 생성하게 하고,
    하나 이상의 중화된(neutralized) 부분들을 생성하기 위해, 상기 조명 시스템이 상기 접착성 층의 하나 이상의 부분들을 선택적으로 노광시키게 하고,
    상기 하나 이상의 액추에이터들이, 상기 표면과 상기 목적지 기판이 서로로부터 멀어지게 이동되고 상기 접착성 층의 상기 하나 이상의 중화된 부분들에 대응하는 하나 이상의 마이크로-디바이스들이 상기 목적지 기판 상에 남도록 하는 상대 운동을 생성하게 하도록
    구성되는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    도너(donor) 기판을 홀딩하기 위한 제3 지지부를 더 포함하며,
    상기 하나 이상의 액추에이터들은 상기 제1 지지부와 상기 제3 지지부 사이의 상대 운동을 제공하도록 구성되고,
    상기 제어기가, 상기 하나 이상의 액추에이터들이, 상기 복수의 마이크로-디바이스들이 상기 도너 기판 상에 있을 때 이송 기판의 상기 표면 상의 상기 접착성 층이 상기 복수의 마이크로-디바이스들과 접촉하도록 하는 상기 도너 기판과 상기 이송 바디 사이의 상대 운동을 생성하게 하도록 구성되어, 상기 복수의 마이크로-디바이스들이 상기 이송 바디 상의 상기 접착성 층에 접착되는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 지지부는 상기 이송 바디를 홀딩하기 위한 로봇 암을 포함하며,
    상기 로봇 암은 상기 제3 지지부와 상기 제1 지지부 사이에서 상기 이송 바디를 이동시키도록 동작가능한,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 이송 바디는 상기 제2 지지부로부터 제거가능한 이송 기판을 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 조명 시스템은 개별적으로 작동가능한 미러들의 어레이를 갖는 디지털 미러 디바이스를 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 디지털 미러 디바이스는 미러들의 2-차원 어레이를 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 조명 시스템의 시야는 상기 이송 바디의 일부에만 걸쳐 있으며,
    액추에이터가 상기 2-차원 어레이와 상기 하나 이상의 지지부들 사이의 상대 운동을 발생시키는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 디지털 미러 디바이스는 미러들의 선형 어레이를 포함하며,
    액추에이터가 상기 선형 어레이와 상기 하나 이상의 지지부들 사이의 상대 운동을 발생시키는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  9. 마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법으로서,
    접착성 층을 이용하여, 도너 기판 상의 복수의 마이크로-디바이스들을 이송 표면에 접착시키는 단계;
    상기 복수의 마이크로-디바이스들이 상기 이송 표면에 접착되어 있는 동안 상기 도너 기판으로부터 상기 복수의 마이크로-디바이스들을 제거하는 단계;
    상기 이송 표면 상의 상기 복수의 마이크로-디바이스들 중 적어도 일부 마이크로-디바이스들이 목적지 기판 상의 복수의 수용 위치들 중 적어도 일부 수용 위치들에 접하도록, 상기 목적지 기판에 대해 상기 이송 표면을 위치시키는 단계;
    상기 접착성 층으로부터 마이크로-디바이스들의 서브세트를 떼어내기(detach) 위해, 상기 이송 표면 상의 상기 접착성 층에서 상기 마이크로-디바이스들의 서브세트에 대응하는 복수의 구역들을 광에 선택적으로 그리고 무마스크로 노광시키는 단계 ― 상기 서브세트는 다수의 마이크로-디바이스들을 포함하되, 그 수는 상기 복수의 마이크로-디바이스들의 모든 마이크로-디바이스들보다는 적음 ―; 및
    상기 마이크로-디바이스들의 서브세트가 상기 목적지 기판 상에 남아있도록 상기 목적지 기판으로부터 상기 이송 표면을 분리시키는 단계
    를 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로-디바이스들은 상기 도너 기판 상의 모든 마이크로-디바이스들을 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로-디바이스들은 상기 이송 표면 상에서 제1 어레이로 배치되며,
    상기 복수의 수용 위치들은 상기 목적지 기판 상에서 제2 어레이로 배치되는,
    마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 어레이의 공간 밀도는 상기 제2 어레이의 공간 밀도보다 더 큰,
    마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 마이크로-디바이스들은 마이크로-LED들을 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 구역들을 선택적으로 노광시키는 단계는, 광을 디지털 미러 디바이스로 지향시키는 단계 및 상기 복수의 구역들로 광을 반사시키도록 상기 디지털 미러 디바이스의 선택된 미러들을 작동시키는 단계를 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 표면 탑재하는 방법.
  15. 목적지 기판 상에 마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치로서,
    목적지 기판을 홀딩하기 위한 제1 지지부;
    접착성 층을 수용하기 위한 표면을 갖는 이송 바디를 제공하거나 홀딩하기 위한 제2 지지부;
    상기 이송 바디와 상기 제1 지지부 사이의 상대 운동을 제공하도록 구성된 하나 이상의 액추에이터들;
    광 빔을 생성하기 위한 광 소스;
    상기 이송 바디 상의 상기 접착성 층 상에 상기 광 빔을 조정가능하게 위치시키도록 구성된 미러; 및
    제어기
    를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 하나 이상의 액추에이터들이, 상기 이송 바디 상의 상기 접착성 층에 부착된 복수의 마이크로-디바이스들이 상기 목적지 기판과 접촉하도록 하는 상대 운동을 생성하게 하고,
    상기 광 소스가 상기 광 빔을 생성하게 하고, 그리고 상기 광 빔이 상기 접착성 층 상에 위치하도록 상기 미러를 조정하여 하나 이상의 중화된 부분들을 생성하기 위해 상기 접착성 층의 하나 이상의 부분들을 선택적으로 노광시키게 하고,
    상기 하나 이상의 액추에이터들이, 상기 표면과 상기 목적지 기판이 서로로부터 멀어지게 이동되고 상기 접착성 층의 상기 하나 이상의 중화된 부분들에 대응하는 하나 이상의 마이크로-디바이스들이 상기 목적지 기판 상에 남도록 하는 상대 운동을 생성하게 하도록
    구성되는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 광 소스는 레이저를 포함하며, 상기 광 빔은 레이저 빔을 포함하는,
    마이크로-디바이스들을 위치시키기 위한 장치.
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