KR102670593B1 - 선택가능한 표면 접착 전사 요소를 이용하는 전사 기판 - Google Patents

선택가능한 표면 접착 전사 요소를 이용하는 전사 기판 Download PDF

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KR102670593B1
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Abstract

장치는 2개 이상의 전사 요소를 갖는 전사 기판을 포함한다. 전사 요소들 각각은 제1 온도에서 제1 표면 접착력을 그리고 제2 온도에서 제2 표면 접착력을 갖는 접착 요소를 포함한다. 제2 표면 접착력은 제1 표면 접착력보다 작다. 각각의 전사 요소는 입력에 응답하여 접착 요소의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열 요소를 갖는다. 제어기가 2개 이상의 전사 요소의 열 요소에 입력들을 제공하도록 결합되어, 전사 요소들의 서브세트가 전사 요소들의 서브세트의 제1 표면 접착력과 제2 표면 접착력 사이의 변화에 응답하여 선택가능하게 전사 기판에 물체들을 보유하고 그로부터 물체들을 해제하게 한다.

Description

선택가능한 표면 접착 전사 요소를 이용하는 전사 기판{TRANSFER SUBSTRATE USING SELECTABLE SURFACE ADHESION TRANSFER ELEMENTS}
본 발명은 선택가능한 표면 접착 요소를 이용하는 전사 기판에 관한 것이다. 일 실시예에서, 장치는 2개 이상의 전사 요소를 갖는 전사 기판을 포함한다. 전사 요소들 각각은 제1 온도에서 제1 표면 접착력을 그리고 제2 온도에서 제2 표면 접착력을 갖는 접착 요소를 포함한다. 제2 표면 접착력은 제1 표면 접착력보다 작다. 각각의 전사 요소는 입력에 응답하여 접착 요소의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열(thermal) 요소를 갖는다. 제어기가 2개 이상의 전사 요소의 열 요소에 입력을 제공하도록 결합되어, 전사 요소들의 서브세트가 전사 요소들의 서브세트의 제1 표면 접착력과 제2 표면 접착력 사이의 변화에 응답하여 선택가능하게 전사 기판에 물체(object)들을 보유하고 그로부터 물체들을 해제하게 한다.
다른 실시예에서, 방법은 제1 입력을 전사 기판 상의 복수의 전사 요소들의 서브세트에 적용하는 단계를 포함한다. 복수의 전사 요소 각각은 열 요소, 및 접착 요소에 열적으로 결합되는 접착 요소를 갖는다. 제1 입력은 전사 요소들의 서브세트 내의 각각의 전사 요소가 제1 온도를 달성하게 하여, 서브세트 내의 각각의 전사 요소의 각각의 접착 요소가 제1 표면 접착력을 달성하도록 한다. 서브세트 내에 있지 않은 다른 전사 요소들은, 다른 전사 요소들의 각각의 접착 요소가 제1 표면 접착력보다 작은 제2 표면 접착력을 달성하게 하는 제2 온도에 있다. 적어도 전사 요소들의 서브세트는 도너 기판 상의 복수의 물체들 중 물체들의 각각의 서브세트와 접촉하게 된다. 전사 기판은 도너 기판으로부터 멀어지게 이동된다. 물체들의 서브세트는 제1 표면 접착력에서 전사 요소들의 서브세트에 접착되고, 전사 기판과 함께 이동한다. 전사 기판 상의 물체들의 서브세트는 타깃 기판과 접촉하게 되고, 물체들의 서브세트는 전사 기판으로부터 타깃 기판으로 전사된다.
다른 실시예에서, 방법은 복수의 전사 요소가 도너 기판 상의 대응하는 복수의 물체와 접촉하게 하는 단계를 포함한다. 전사 요소들 각각은 제1 온도에서 제1 표면 접착력을 그리고 제2 온도에서 제2 표면 접착력을 갖는 접착 요소를 포함한다. 제2 표면 접착력은 제1 표면 접착력보다 작다. 또한, 전사 요소들 각각은 접착 요소의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열 요소를 포함한다. 제1 입력은 복수의 전사 요소들의 서브세트의 열 요소에 적용되어, 전사 요소들의 서브세트 내의 각각의 전사 요소의 접착 요소가 제1 표면 접착력을 달성하게 한다. 서브세트 내에 있지 않은 다른 전사 요소들의 접착 요소는 제2 표면 접착력이다. 전사 기판은, 물체들의 대응하는 서브세트가 전사 요소들의 서브세트에 접착되고 전사 기판과 함께 이동하도록 도너 기판으로부터 멀어지게 이동된다. 전사 기판 상의 물체들의 서브세트는 타깃 기판과 접촉하게 된다. 물체들의 서브세트는 전사 기판으로부터 타깃 기판으로 전사된다.
다양한 실시예의 이들 및 다른 특징부 및 태양은 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면을 고려하여 이해될 수 있다.
이하의 논의는 다음의 도면을 참조하여 이루어지며, 여기서 동일한 참조 번호는 다수의 도면에서 유사한/동일한 구성요소를 식별하는 데 사용될 수 있다. 도면들은 반드시 일정한 축척으로 작성된 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 예시적인 실시예에 따른 조립 프로세스를 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 장치의 측면도이다.
도 4 및 도 5는 예시적인 실시예에 따른, 전사 기판을 위한 스위칭 매트릭스(matrix)의 개략도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 전사 기판의 측면도이다.
도 7 및 도 8은 다양한 예시적인 실시예에 따른 전사 기판의 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 예시적인 실시예에 따른 방법의 다이어그램이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른, 접착 요소에 사용되는 중합체의 접착 특성을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 물체의 조작 및 조립, 그리고 일부 실시예에서, 전사 기판을 통한 마이크로 물체(micro-object)의 대량 조립에 관한 것이다. 일부 전자 디바이스들은 서로의 상부에 작은 물체들을 기계적으로 오버레이(overlay)함으로써 제조된다. 마이크로 전자 및 마이크로 광학 구성요소는 때때로 층 침착, 마스킹, 및 에칭과 같은 웨이퍼 형성 기법을 사용하여 제조되지만, 소정 부류의 재료들은 서로 성장 호환(growth-compatible)이 가능하지 않다. 그러한 경우에, 조립은 제1 기판 상에 하나의 부류의 디바이스를 그리고 제2 기판 상에 제2 부류의 디바이스를 형성하는 것, 및 이어서, 예를 들어 플립-칩(flip-chip) 또는 전사 인쇄 기법을 통해 이들을 기계적으로 결합시키는 것을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 태양은, 다수의 마이크로 물체(예컨대, 입자(particle)/칩릿(chiplet)/미니 또는 마이크로 LED 다이)를 도너 기판으로부터 다른 기판으로 병렬로 전사하면서 개별 마이크로 물체의 높은 위치 정합(registration)을 유지할 수 있는 시스템에 관한 것이다. 이러한 시스템은 전사 기판으로부터 마이크로 물체를 선택적으로 전사하고, 그 마이크로 물체를 목적지 또는 타깃 기판에 선택적으로 배치하는 것을 허용한다. 이러한 시스템은 마이크로LED 디스플레이와 같은 디바이스를 조립하는 데 사용될 수 있다.
대체적으로, 마이크로LED 디스플레이는 개별 전사 요소를 형성하는 미세한 LED의 어레이로 제조된다. OLED와 함께, 마이크로LED는 주로 소형의 저에너지 모바일 디바이스를 목표로 한다. OLED 및 마이크로LED 둘 모두는 종래의 LCD 시스템에 비해 크게 감소된 에너지 요건을 제공한다. OLED와는 달리, 마이크로LED는 종래의 GaN LED 기술에 기초하며, 이는 OLED가 생성하는 것보다 더 높은 총 휘도를 제공할뿐 아니라, 전력 단위당 방출되는 광의 관점에서 더 높은 효율을 제공한다. 이것은 또한 OLED의 더 짧은 수명을 겪지 않는다.
마이크로LED를 이용하는 단일 4K 텔레비전은, 이어서 조립될 필요가 있는 약 2500만개의 작은 LED 서브픽셀을 갖는다. 칩릿의 대량 전사(mass transfer)는 마이크로LED 제조에 사용될 수 있는 하나의 기술이다. 마이크로LED를 높은 수율로 신속하고 정확하게 타깃 백플레인(target backplane)으로 전사하는 것은, 마이크로LED가 생존가능한 대량 시장 제품이 되기 위해서 제조자가 완벽하게 할 필요가 있는 기법들 중 하나일 것이다. 후술되는 기법들은, 마이크로LED 제조뿐만 아니라, 다수의 (전형적으로) 작은 물체가 한번에 이동될 필요가 있는 다른 조립 절차 및 그러한 디바이스의 서브세트를 전사 매체로 그리고/또는 그로부터 선택적으로 이동시키는 것이 필요할 수 있는 경우에 사용될 수 있다. 그러한 마이크로 물체는 잉크, 사전 침착된 금속 필름, 규소 칩, 집적 회로 칩, 비드(bead), 마이크로LED 다이, 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS) 구조체, 및 임의의 다른 사전 제작된 마이크로 구조체를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
임의의 패턴으로 칩릿을 선택적으로 전사할 수 있는 것은, 마이크로LED 디스플레이 제조를 위해 유효 전사 프로세스, 픽셀 보수, 정공/공실 리필(hole/vacancy refill)을 용이하게 하는 데 유용하며, 이는 높은 프로세스 수율을 초래할 것이다. 탄성중합체 스탬프가 이러한 유형의 응용을 위해 마이크로스케일 LED 칩을 결정론적으로(deterministically) 전사하는 데 사용되어 왔다. 그러나, 탄성중합체 스탬프는 고정 패턴을 가지며, 칩릿의 임의의 패턴을 전사할 수 없다. 불가피하게, 칩릿의 일부 서브세트는 결함이 있을 것이고, 따라서, 그러한 스탬프를 사용하여 그들 중 선택된 몇 개를 대체하기가 어려워진다.
도 1 및 도 2에서, 블록 다이어그램들은 예시적인 실시예에 따른 디바이스, 시스템, 및 방법을 사용하여 달성될 수 있는 조립 프로세스의 일례를 도시한다. 도 1에는, 기판(100) 상에 성장되었거나 배치되었을 수 있는 칩릿의 어레이(101)를 포함하는 도너 웨이퍼/기판(100)이 도시되어 있다. 어레이(101) 내의 음영화된(shaded) 칩릿은 결함있는 것으로 식별되었고, 칩릿이 타깃 기판(102)으로 전사되는 경우, 칩릿 어레이의 서브세트(101a)만이, 즉 음영화되지 않은 양호한 칩릿만이 전사된다. 이는, 일단 그들이 식별되면 도너 기판(100)으로부터 서브세트(101a)만을 선택적으로 픽업할 수 있는, 도 2에 도시된 바와 같은 전사 기판(200)으로 달성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전사 기판(202)은 후속하여 (예컨대, 상이한 도너 기판으로부터) 칩릿의 제2 세트(200)를 픽업한다. 세트(200) 내의 칩릿의 위치는 제1 도너 기판(100) 상의 결함있는 칩릿의 위치에 대응한다. 전사 기판(202)은 이러한 세트(200)를 타깃 기판(102)으로 이동시켜, 작동가능한 칩릿의 전체 세트(201)가 타깃 기판(102) 상에 위치되는 결과를 가져온다.
본 발명은, 특히, 마이크로 물체의 서브세트를 선택적으로 보유할 수 있는 한 세트의 전사 요소(예컨대, 전사 픽셀)를 갖는 전사 기판에 관한 것이다. 따라서, 모든 전사 요소들이 서브세트보다 더 큰 마이크로 물체들의 어레이와 접촉할 때에도, 서브세트만이 접착되고 전사될 것이고, 서브세트 밖의 물체들은 뒤에 남겨지거나 달리 영향을 받지 않을 것이다. 유사하게, 전사 기판은 기판에 현재 부착되어 있는 마이크로 물체들의 서브세트를 선택적으로 해제할 수 있어서, 전사 요소들 모두가 현재 마이크로 물체를 보유하고 있는 경우에도 그 서브세트만이 타깃으로 전사되게 할 수 있다. 이러한 프로세스는 반복가능하고 가역적이어서, 물체들의 선택적 보유 또는 해제에 영향을 미치는 영구적인 접합이 필요하지 않게 된다.
도 3에서, 측면도는 예시적인 실시예에 따른 장치(300)의 상세 사항을 예시한다. 장치는 2개 이상의 전사 요소(304)를 갖는 전사 기판(302)을 포함한다. 전사 요소(304)들 각각은 제1 온도에서 제1 표면 접착력을 그리고 제2 온도에서 제2 표면 접착력을 갖는 접착 요소(306)를 포함한다. 제2 표면 접착력은 제1 표면 접착력보다 작다. 전사 요소(304)들 각각은 또한, 입력에 응답하여, 예컨대 입력(310)을 통하여 접착 요소(306)의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열 요소(308)를 포함한다. 제어기(312)는 열 요소(308)에 입력(310)을 제공하도록 결합되고, 이에 의해 전사 요소들(304)의 서브세트가 선택가능하게 전사 기판(302)에 물체(314)를 픽업 및 보유하고 (선택적으로) 전사 기판(302)으로부터 물체(314)를 해제하게 한다. 특히, 물체(314)는 제2 표면 접착력에서 전사 요소(304)에 점착되지 않을 것이지만, 제1 표면 접착력에서 점착될 것이다.
장치(300)는 마이크로 물체(예컨대, 1 μm 내지 1 mm)를 전사 기판(302)으로부터 타깃 기판(316)으로 전사하는 데 사용되는 시스템인 마이크로 전사 시스템의 일부일 수 있다. 접착 요소(306)는 스테아릴 아크릴레이트계(SA)를 함유하는 다중 중합체로 형성될 수 있다. 그러한 경우에, 표면 접착에 있어서의 현저한 차이가 존재하도록 접착 요소(306)의 점착성(tackiness)을 조정하기 위해 제1 온도와 제2 온도 사이의 차이가 20℃ 미만일 수 있다(여기서, 제2 온도는 제1 온도보다 작다). 일부 재료는 상대적으로 더 높은 온도에서 표면 접착력을 상실할 수 있음이 이해될 것이다. 그러한 경우에, 본 명세서에 기술된 방법 및 장치는 제2 온도가 제1 온도보다 크도록 구성될 수 있다.
열 요소(308)는 가열 요소 및 냉각 요소 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 입력(310)은 전기 신호 및/또는 레이저 광을 포함할 수 있다. 입력(310)은 제어기(312)로 가는 라인들이 전사 요소들(304)의 총 개수보다 더 적도록 (예컨대, 매트릭스 회로를 사용하여) 구성될 수 있다. 전사 요소(304)는 접착 요소(306)와 전사 기판(302) 사이에 단열재(thermal insulator)(309)를 추가로 포함할 수 있다. 단열재(309)는 기판(302)으로의 열 전달을 방지하는 것을 돕고, 이에 의해 접착 요소(306)에서의 온도 변화에 영향을 주고 응답 시간을 감소시키는 데 필요한 에너지의 양을 감소시킨다.
대체적으로, 전사 요소(304)는 중간 전사 표면을 형성하며, 중간 전사 표면의 점착은 온도의 함수로서 조절될 수 있다(예를 들어, 강성으로부터 점착성으로 될 수 있음). 그러한 표면은 제어되고 선택가능한 방식으로 마이크로 물체의 그룹을 픽업 및 해제하는 데 사용될 수 있다. 각각의 전사 요소(304)는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 측방향 치수(W)를 가질 수 있다. 각각의 전사 요소(304)는 1 마이크로미터 미만 내지 수백 마이크로미터의 총 두께(T)를 가질 수 있다. 전사 어레이의 피치는 수 마이크로미터로부터 수 밀리미터까지 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 요소(308) 및 절연 층(309)은 서로 물리적으로 격리되지 않는 연속 층이다. 이와 같이, 전사 요소 "픽셀"은 가열/냉각 요소가 개별적으로 어드레스되고 제어될 수 있는 영역이다(도 6 참조). 기판(302) 재료는 유리, 석영, 규소, 중합체 및 탄화규소를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 기판(302)은 수십 마이크로미터 내지 수 밀리미터 범위의 두께 및 수 밀리미터 내지 1 미터의 측방향 치수를 가질 수 있다.
예시된 실시예가 2개 이상의 전사 요소(304)를 도시하지만, 일부 경우에, 단일 전사 요소가 사용될 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 단일 전사 요소(304)는 로봇 아암의 단부에 배치되는 조작기의 일부일 수 있다. 그러한 구성에서, 단일 전사 요소(304)는 집게(pincer), 진공, 자기(magnetic) 등의 사용을 필요로 하지 않고서 물체를 픽업하는 데 사용될 수 있다. 다른 구성에서, 보유되고 있는 물체 상에 과도한 압력을 적용할 필요 없이 파지에 도움을 주기 위해 하나 이상의 전사 요소가 집게 또는 다른 보유 부속물의 단부에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서와 같이, 열 요소는 보유 동작 동안 표면 접착력을 증가시킬 수 있고, 해제 동작 동안 표면 접착력을 감소시킬 수 있다.
스테아릴 아크릴레이트(SA)를 포함하는 상 변화 중합체가 접착 요소에 사용하기 위한 쌍안정성 전기활성 중합체(bistable electroactive polymer, BSEP)로서 연구되었다. BSEP 중합체는 그의 유리 전이 온도(Tg) 미만에서 강성 중합체이다. Tg 초과에서, 이것은 큰 파단 신율(elongation at break) 및 높은 유전장 강도(dielectric field strength)를 나타내는 탄성중합체가 된다. 전기적 작동은 유전체 탄성중합체로서 기능하는 고무질 BSEP를 사용하여 Tg 초과에서 수행될 수 있다. 중합체를 Tg 미만으로 냉각시킬 때 변형이 로킹(lock)된다. 형상 변화는 중합체가 Tg를 초과하여 재가열될 때 역전될 수 있다.
스테아릴 아크릴레이트(옥타데실 아크릴레이트, SA)계 중합체는 스테아릴 성분(moiety)의 결정질 상태와 용융 상태 사이의 그의 급격한 상 전이로 인해 형상 기억 중합체로서 연구되어 왔다. 스테아릴 성분의 결정질 응집체의 급격하고 가역적인 상 전이는 온도 사이클 동안 중합체의 강성 상태와 고무질 상태 사이에서 급격한 변화를 초래한다. SA의 전이는 전형적으로 50℃ 미만이며, 이때 좁은 상 변화 온도 범위는 10℃ 미만이다. 따라서, SA는 급격한 강성 대 고무질 전이를 부여하기 위한 이상적인 성분이다. 이 재료의 이러한 급격한 강성 대 고무질 전이는 또한, 급격한 비점착성 대 점착성 표면 전이에 상응하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 특성을 확인하기 위해 몇몇 예비 실험이 수행되었다.
한 실험에서, 파이렉스(Pyrex) 플라스크 바닥을 실온에서 파이렉스 접시(Pyrex dish) 내의 SA 중합체 상으로 가압하였다. 실온에서, 파이렉스 접시는 픽업될 수 없고, 중합체의 표면은 전혀 점착성이 없었다. 중합체의 온도가 약 65℃로 상승될 때, 표면은 강한 점착성을 나타내었으며, 그 결과, 파이렉스 접시는 플라스크에 의해 픽업될 수 있다. 실험은 반복가능하고, 접착력 스위칭은 가역적인 것으로 밝혀졌다. 점착성은 또한 상이한 온도 하에서 시험되었고, 온도에 대한 점착성 전이는 도 10의 그래프에 도시된 바와 같이 매우 급격한 것으로 밝혀졌다. 이러한 특성은 마이크로 입자 어셈블리(micro-particles assembly)를 위한 픽앤플레이스(pick-and-place) 기계에서, 잉크 및 톤 전사를 위한 전사 인쇄 시스템에서, 또는, 예컨대 마이크로LED 디스플레이를 조립하기 위한, 마이크로칩 어셈블리(microchips assembly)를 위한 마이크로 어셈블러 툴(micro-assembler tool)에서 사용될 수 있다. 실온 근처에서 점착성의 급격한 전이는 시스템이 접착력을 스위칭하기 위해 중합체를 가열/냉각시키는 데 사용되는 에너지를 최소화하게 한다.
접착 요소(306)는 스테아릴 아크릴레이트(옥타데실 아크릴레이트, SA)계 중합체, 스테아릴 아크릴레이트 및 우레탄 다이아크릴레이트 공중합체 또는 다른 유형의 중합체를 포함하지만 이로 한정되지 않는 재료로 제조될 수 있다. 접착 요소(306)는 바람직하게는 급격한 강성 대 고무질 전이를 가지며, 따라서, 접착력은 온도 변화에 의해 용이하게 조절될 수 있다. 열 요소(308)는 열전 가열/냉각 요소, 저항성 히터, 다이오드 히터, 유도 가열 요소, 광학 가열 요소 등일 수 있다. 열 요소(308)는 박막 레지스터, 다이오드 구조체, 및/또는 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 엔지니어링 나노입자 등과 같은 높은 광 에너지 흡수 효율 재료를 포함할 수 있다. 단열재(309)는 폴리이미드, PDMS, 파릴렌, 유리, 산화규소, AlxOy, 및 SixNy 및 이들의 조합과 같은 재료로 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 전사 기판(302)은 능동 전자장치 구성요소 어레이를 포함하고, 열 요소(308)는 그리드에서 그것들과 상호접속될 수 있다. 이는 도 4 및 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 가열 요소들(이들 예에서는 레지스터)의 2D 어레이가 도 4에 도시된 바와 같은 다이오드 또는 도 5에 도시된 바와 같은 트랜지스터에 의해 제어될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, 가열 요소들(R1 내지 R9)은 다이오드들(D1 내지 D9)의 매트릭스에 의해 제어된다. 이는 수동 스위칭 매트릭스로서 지칭될 수 있으며, 이는 가열 요소를 제어기 칩에 연결하는 데 필요한 전기 와이어의 수를 감소시킨다.
이 경우에, 가열 요소는 로우 단위로(row-by-row) 어드레스된다. 예를 들어, R1은 0V로 바이어스될 수 있는 반면, R2 및 R3은 5V로 바이어스된다. C1, C2 및 C3 바이어스 전압은, 가열 요소들(R1, R2 또는 R3)이 켜지는지(컬럼(column)이 5V로 바이어스됨) 또는 꺼지는지(컬럼 라인이 0V로 바이어스됨)를 결정할 것이다. 모든 다른 히터는 다이오드가 전류 흐름을 차단하기 때문에 꺼져 있다. 선택된 로우가 0V로 바이어스되고 다른 로우들 모두가 5V로 바이어스되기 때문에 로우들의 나머지 모두에 대해 프로세스가 반복된다. 가열 요소의 열 시간 상수(thermal time constant)는 각각의 어드레스가능 전사에 대해 준 상온(quasi constant temperature)이 유지되는 것을 보장하도록 2D 히터 스캐닝의 "프레임 레이트"보다 더 길도록 설계될 것이다.
도 5의 개략도는 히터 요소가 다이오드 대신에 트랜지스터에 의해 제어되는 다른 회로를 도시하고, 이는 "능동 매트릭스 스위칭"으로서 지칭될 수 있다. 트랜지스터를 사용하는 이점은 더 큰 전압 범위 및 더 우수한 절연이 달성될 수 있다는 것이다. 이 경우에, 선택되지 않은 모든 로우들은 트랜지스터를 끄기 위해, 예컨대 -5V로 바이어스될 것이다. 로우가 선택될 때, 로우 라인은 트랜지스터를 켜기 위해, 예컨대 20V로 바이어스된다. 컬럼 라인을 특정 전압으로 바이어스하는 것은 선택된 로우의 대응하는 가열 요소가 원하는 온도로 가열될 수 있게 한다. 도 4의 실시예와 유사하게, 프로세스는 나머지 다른 로우들에 대해 반복될 것이다.
도 6에서, 측면도는 다른 예시적인 실시예에 따른 전사 기판(602)을 도시한다. 도 3의 실시예에서와 같이, 전사 기판(602)은 온도에 따라 변화하는 표면 접착력을 갖는 접착 요소(606)를 각각 포함하는 2개 이상의 전사 요소(604)를 갖는다. 전사 요소(604)들 각각은 또한, 입력에 응답하여 국소적 접착 요소(606)(예컨대, 열 요소(608) 근처의 요소의 일부)의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열 요소(608)를 포함한다. 이 예에서, 접착 요소(604)는 하나 초과의 전사 요소(604), 이 경우에는 예시된 요소(604) 모두를 덮는 연속 층의 일부이다. 본 명세서에 기재된 실시예들 중 임의의 것은 도 6에 도시된 것과 유사한 복수의 요소를 덮는 단일 층으로 형성되는 접착 요소를 사용할 수 있다.
또한, 이러한 실시예는 전사 요소(604)와 기판(602) 사이의 단열재(609)의 사용을 도시하지만, 그러한 단열재(609)는 선택적일 수 있다는 것에 유의한다. 또한, 파선으로 나타낸 바와 같이, 열 요소(608) 및 단열재(609) 중 하나 또는 둘 모두는 하나 초과의 전사 요소(604)를 덮는 단일 층으로서 구현될 수 있다. 그러한 실시예에서, 개별 신호 라인(예컨대, 도 3의 라인(310) 및/또는 도 7의 도파관(1112))은 열 요소 층(608)에 부착될 수 있어서, 개별 전사 요소(608)의 크기 및 위치를 한정하는 영역 내에서 국소 온도 변화가 유도되게 한다.
도 7에서, 측면도는 다른 예시적인 실시예에 따른 전사 기판(1102)을 도시한다. 도 3의 실시예에서와 같이, 전사 기판(1102)은 온도에 따라 변화하는 표면 접착력을 갖는 접착 요소(1106)를 각각 포함하는 2개 이상의 전사 요소(1104)를 갖는다. 전사 요소(1104)들 각각은 또한, 입력에 응답하여 접착 요소(1106)의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열 요소(1108)를 포함한다. 이러한 예에서, 열 요소(1108)는 기판(1102) 내의 도파관(1112)을 통해 전달되는 레이저 광(1110)에 의해 활성화된다. 광은 하나 이상의 레이저(1116)로부터 제공되고, 가열되지 않아야 할 전사 요소로부터 광을 흡수하거나 그로부터 멀리 광을 방향전환시키는 광학 스위칭 요소(1114)를 통해 전사 요소(1104)를 선택적으로 활성화시킬 수 있다. 다수의 레이저(1116)가 전사 요소당 하나만큼 많이 사용될 수 있고, 이들은 기판(1102)에 통합되거나 외부에 장착될 수 있음에 유의한다. 광학 스위치(1114)는 전기적으로 활성화될 수 있고, 제어기에 대한 라인들의 수를 감소시키기 위해 도 4 및 도 5에 도시된 다이오드 및 트랜지스터와 유사한 매트릭스로 배열될 수 있다.
도 8에서, 측면도는 다른 예시적인 실시예에 따른 전사 기판(1202)을 도시한다. 도 3의 실시예에서와 같이, 전사 기판(1202)은 온도에 따라 변화하는 표면 접착력을 갖는 접착 요소(1206)를 각각 포함하는 2개 이상의 전사 요소(1204)를 갖는다. 전사 요소(1204)들 각각은 또한, 입력에 응답하여 접착 요소(1206)의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열 요소(1208)를 포함한다. 전사 요소(1204)들 각각은, 또한, 열 요소(1208)를 전사 기판(1202)으로부터 열적으로 절연시키는 단열재(1209)를 포함한다.
이 실시예에서, 전사 기판(1202)은 만곡되고, 타깃 기판(1216)에 대해 회전하는 롤러(1213)에 장착된다. 롤러(1213) 및 타깃 기판은 또한, 단지 전사 요소들의 서브세트(1204)(예컨대, 단일 요소(1204))만이 전사 기판(1216)과 한 번에 접촉하도록 서로에 대해 선형으로(이 예시에서는 수평으로) 이동한다. 전사 요소들의 서브세트(1204)는 물체(1214)를 보유 또는 해제하도록 선택적으로 활성화되어, 물체(1214)들 중 일부가 타깃 기판(1216)으로 선택적으로 전사되게 한다. 좌측에 있는 음영화된 물체(1214)가 타깃 기판(1216)으로 전사되지 않았음에 유의한다. 롤러(1213)의 다른 부분 및 기판(1202)이 도너 기판(도시되지 않음)과 접촉할 수 있어서, 물체의 전사는 물체(1214)가 도너로부터 픽업되어 타깃(1216)으로 전사되는 롤링 전사 프로세스일 수 있다는 것에 유의한다. 롤러(1213) 및 기판(1202)은 동일한 시간 또는 상이한 시간에 도너 기판 및 타깃 기판과 접촉할 수 있다. 그러한 경우에, 제2 전사 기판(도시되지 않음)이 폐기된 물체(1214)를 침착하는 데 사용될 수 있고, 이러한 제2 전사 기판은 또한 만곡된 기판을 사용할 수 있다. 본 명세서에 기술된 다른 실시예들 중 임의의 것이 도 8에 도시된 바와 같이 만곡된 전사 기판 및 롤링 전사 프로세스를 사용할 수 있다.
도 9a 및 도 9b에서, 블록 다이어그램은 예시적인 실시예에 따른 방법을 도시한다. 블록(1300)에서, 전사 기판(1302)이 전사 요소들(1304 내지 1307)의 어레이를 갖는 것으로 도시되어 있다. 전사 기판(1302)은, 전사 요소들(1304 내지 1307)의 어레이가 각각의 물체들(1309 내지 1312) 위에 정렬되도록 도너 기판(1308) 위에 위치되는 것으로 도시된다. 음영에 의해 나타낸 바와 같이, 물체들(1309, 1311)은 도너 기판(1308)으로부터 전사되도록 의도되는 물체들(1309 내지 1312)의 서브세트를 형성한다. 화살표로 나타낸 바와 같이, 전사 기판(1302)은 도너 기판(1308)을 향해 이동되거나, 또는 그 반대이다.
블록(1316)에서 도시된 바와 같이, 전사 요소들(1304 내지 1307)과 물체들(1309 내지 1312) 사이에 접촉이 이루어진 후에, 입력이 전사 요소들(1304)의 서브세트(1304, 1306)에 적용된다. 입력은 서브세트 내의 각각의 전사 요소(1304, 1306)가 제1 온도를 달성하게 하여, 서브세트 내의 각각의 전사 요소(1304, 1306)의 접착 요소가 제1 표면 접착력을 달성하도록 한다. 이러한 입력은, 전사 요소들의 서브세트(1304, 1306)가 물체들의 각각의 서브세트(1309)와 접촉하기 전에 또는 그 후에 적용될 수 있다. 물체들의 서브세트(1309)는 제1 표면 접착력에서 전사 요소들의 서브세트(1304, 1306)에 접착된다.
전사 요소들의 서브세트(1304, 1306) 내에 있지 않은 다른 전사 요소들(1305, 1307)이, 제2 표면 접착력을 갖는 전사 요소들(1305, 1307)을 생성하는 제2 온도에 있다는 것에 유의한다. 이러한 제2 표면 접착력에서, 다른 전사 요소(1305, 1307)는 각각의 물체(1310, 1312)에 접착되지 않을 것이다. 블록(1300)에 도시된 이전 단계에서, 전사 요소(1304 내지 1307)는 제1 및 제2 온도를 포함하는 임의의 온도에 있을 수 있음에 유의한다. 일부 실시예에서, 제2 온도에 있는 모든 요소들(1304 내지 1307)을 갖거나, 블록(1316)에 도시된 바와 같이 제1 온도 및 제2 온도로 설정된 모든 요소들(1304 내지 1307)을 갖는 것이 바람직할 수 있다.
블록(1318)에서 도시된 바와 같이, 전사 기판(1302)은 도너 기판(화살표로 표시됨)으로부터 멀어지게 이동되어, 다른 물체들(1310, 1312)이 도너 기판 상에 남아 있는 동안 물체들(1309, 1311)의 서브세트가 도너 기판(1308)으로부터 분리되게 한다. 도 9b의 블록(1320)에서 도시된 바와 같이, 전사 기판(1302)은 타깃 기판(1322)과 정렬되고 이를 향해 이동된다. 블록(1324)에서 도시된 바와 같이, 전사 기판(1302) 상의 물체들(1309, 1311)의 서브세트는 타깃 기판(1322)과 접촉한다.
선택적으로, 블록들(1324, 1326) 중 하나 또는 둘 모두에서, 제2 입력이 전사 요소들의 서브세트(1304, 1306)에 적용되어, 서브세트 내의 각각의 전사 요소가 제2 온도를 달성하게 하여, 서브세트 내의 각각의 전사 요소(1304, 1306)의 접착 요소가 더 낮은 제2 표면 접착력을 달성하게 할 수 있다. 제2 표면 접착력은 물체들의 서브세트(1309, 1311)가 타깃 기판(1322)으로 용이하게 전사되게 한다. 제2 온도가 제1 온도보다 낮은 경우에, 전사 기판(1302)의 일부 또는 전부는 주위 공기, 열전 냉각기, 증기 압축 냉각기, 및 냉각제로서 기체/액체를 사용하는 강제 대류 냉각 소자로 냉각될 수 있다. 또한, 물체(1309, 1311)가 제1 표면 접착력에서 해제될 수 있도록 물체들(1309, 1311)의 서브세트와 타깃 기판(1322) 사이에 내재적인 또는 능동적으로 생성된 인력이 있을 수 있고, 그에 의해 전사 요소(1304, 1306)의 온도를 상당히 변화시킬 필요가 없다(그러나, 가능한 경우, 온도를 변화시키는 것이 여전히 유익할 수 있음). 예를 들어, 접착력, 전기력, 자기력, 및 진공 생성 힘을 포함하지만 이로 제한되지 않는 반력(counter force)이 타깃 기판(1322)로부터 인가될 수 있다.
달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 특징부 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로서 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 종점(endpoint)에 의한 수치 범위의 사용은 그 범위 내의 모든 수(예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.
전술된 다양한 실시예는 특정 결과를 제공하도록 상호작용하는 회로부, 펌웨어, 및/또는 소프트웨어 모듈을 사용하여 구현될 수 있다. 당업자는 당업계에 대체적으로 알려진 지식을 사용하여, 모듈형 레벨에서 또는 전체적으로 그러한 기술된 기능을 용이하게 구현할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 예시된 흐름도 및 제어 다이어그램은 프로세서에 의한 실행을 위한 컴퓨터 판독가능 명령어/코드를 생성하는 데 사용될 수 있다. 그러한 명령어는 비일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장되고, 당업계에 알려진 바와 같은 실행을 위해 프로세서에 전달될 수 있다. 상기에 나타낸 구조 및 절차는 상기의 본 명세서에 기술된 기능을 제공하는 데 사용될 수 있는 실시예의 단지 대표적인 예일뿐이다.
예시적인 실시예의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이는 실시예가 개시된 정확한 형태로 철저하게 구현되거나 그것으로 제한하고자 하는 것은 아니다. 상기 교시 내용에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 개시된 실시예의 임의의 또는 모든 특징부는 개별적으로 또는 임의의 조합으로 적용될 수 있고, 제한적인 것으로 의도되지 않고, 순전히 예시적인 것이다. 본 발명의 범주는 이러한 상세한 설명으로 제한되는 것이 아니라, 오히려 본 명세서에 첨부된 청구범위에 의해 결정되는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 장치로서,
    2개 이상의 전사 요소를 포함하는 전사 기판으로서, 상기 전사 요소 각각은,
    제1 온도에서 제1 표면 접착력을 그리고 제2 온도에서 상기 제1 표면 접착력보다 작은 제2 표면 접착력을 갖는 접착 요소; 및
    입력에 응답하여 상기 접착 요소의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열(thermal) 요소를 포함하는, 상기 전사 기판; 및
    상기 2개 이상의 전사 요소의 열 요소에 입력들을 제공하도록 결합되어, 상기 전사 요소들의 서브세트가 상기 전사 요소들의 서브세트의 상기 제1 표면 접착력과 상기 제2 표면 접착력 사이의 변화에 응답하여, 선택가능하게 상기 전사 기판에 마이크로 물체(micro-object)들을 보유하고, 상기 전사 기판으로부터 상기 마이크로 물체들을 해제하게 하는 제어기로서, 상기 제1 표면 접착력과 상기 제2 표면 접착력 사이의 변화는 반복가능하고 가역적인, 상기 제어기를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 물체들은 서브밀리미터 전자 디바이스들을 포함하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 전사 요소는 1 μm 내지 1 mm 사이의 피치로 이격되는 전사 요소들의 어레이를 포함하는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 접착 요소는 스테아릴 아크릴레이트(SA) 중합체를 함유하는 다중 중합체로 형성되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도 사이의 차이는 20℃ 미만인, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 열 요소는 가열 요소를 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가열 요소는 저항성 가열 요소를 포함하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열 요소는 냉각 요소를 포함하는, 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 입력들은 전기 신호들을 포함하는, 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 입력들은 레이저 광을 포함하는, 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전사 요소들은 상기 접착 요소와 상기 전사 기판 사이에 단열재(thermal insulator)를 추가로 포함하는, 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 전사 요소의 상기 접착 요소들은 상기 2개 이상의 전사 요소들 모두를 덮는 연속 층을 포함하는, 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 접착 요소는 상기 제1 온도에서 점착성이고 상기 제2 온도에서 강성인, 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 전사 요소들은 만곡된 기판 또는 롤러 상에 구현되는, 장치.
  15. 방법으로서,
    전사 기판 상의 복수의 전사 요소들의 서브세트에 제1 입력들을 적용하는 단계로서, 상기 복수의 전사 요소들 각각은 열 요소 및 열 요소에 열적으로 결합되는 접착 요소를 가지며, 상기 제1 입력들은 상기 전사 요소들의 서브세트 내의 각각의 전사 요소가 제1 온도를 달성하게 하여, 상기 서브세트 내의 각각의 전사 요소의 각각의 접착 요소가 제1 표면 접착력을 달성하도록 하고, 상기 서브세트 내에 있지 않은 다른 전사 요소들은 상기 다른 전사 요소들의 각각의 접착 요소가 상기 제1 표면 접착력보다 작은 제2 표면 접착력을 달성하게 하는 제2 온도에 있고, 상기 제1 표면 접착력과 상기 제2 표면 접착력 사이에서 변화시키는 것은 반복가능하고 가역적인, 상기 적용하는 단계;
    적어도 상기 전사 요소들의 서브세트가 도너 기판 상의 복수의 마이크로 물체들 중 마이크로 물체들의 각각의 서브세트와 접촉하게 하는 단계;
    상기 전사 기판을 상기 도너 기판으로부터 멀어지게 이동시키는 단계로서, 상기 마이크로 물체들의 서브세트는 상기 제1 표면 접착력에서 상기 전사 요소들의 서브세트에 접착되고 상기 전사 기판과 함께 이동하는, 상기 이동시키는 단계;
    상기 전사 기판 상의 상기 마이크로 물체들의 서브세트가 타깃 기판과 접촉하게 하는 단계; 및
    상기 마이크로 물체들의 서브세트를 상기 전사 기판으로부터 상기 타깃 기판으로 전사하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 적어도 상기 전사 요소들의 서브세트가 상기 마이크로 물체들의 각각의 서브세트와 접촉하게 하는 단계는 상기 복수의 전사 요소들 모두가 상기 도너 기판 상의 상기 각각의 복수의 마이크로 물체들 모두와 접촉하게 하는 단계를 포함하고, 상기 다른 전사 요소들에 의해 접촉되는 다른 마이크로 물체들은 상기 전사 기판에 접착되지 않고 상기 전사 기판과 함께 이동하지 않는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 마이크로 물체들의 서브세트를 상기 전사 기판으로부터 상기 타깃 기판으로 전사하는 단계는 상기 전사 요소들의 서브세트가 제2 온도를 달성하게 하여 상기 서브세트 내의 각각의 전사 요소의 상기 접착 요소가 상기 제2 표면 접착력을 달성하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 타깃 기판은 상기 마이크로 물체들의 서브세트를 상기 전사 기판으로부터 상기 타깃 기판으로 전사하는 것을 용이하게 하는 반력(counter force)을 인가하는, 방법.
  19. 방법으로서,
    전사 기판 상의 복수의 전사 요소들이 도너 기판 상의 대응하는 복수의 마이크로 물체들과 접촉하게 하는 단계로서, 상기 전사 요소들 각각은 제1 온도에서 제1 표면 접착력을 그리고 제2 온도에서 상기 제1 표면 접착력보다 작은 제2 표면 접착력을 갖는 접착 요소; 및 상기 제1 표면 접착력과 상기 제2 표면 접착력 사이에서 반복적으로 및 가역적으로 변화시키기 위해 상기 접착 요소의 온도를 변화시키도록 작동가능한 열 요소를 포함하는, 상기 접촉하게 하는 단계;
    제1 입력들을 상기 복수의 전사 요소들의 서브세트의 상기 열 요소들에 적용하여, 상기 전사 요소들의 서브세트 내의 각각의 전사 요소의 상기 접착 요소가 상기 제1 표면 접착력을 달성하게 하는 단계로서, 상기 서브세트 내에 있지 않은 다른 전사 요소들의 접착 요소는 상기 제2 표면 접착력인, 상기 달성하게 하는 단계;
    대응하는 마이크로 물체들의 서브세트가 상기 전사 요소들의 서브세트에 접착되고 상기 전사 기판과 함께 이동하도록 상기 전사 기판을 상기 도너 기판으로부터 멀어지게 이동시키는 단계;
    상기 전사 기판 상의 상기 마이크로 물체들의 서브세트가 타깃 기판과 접촉하게 하는 단계; 및
    상기 마이크로 물체들의 서브세트를 상기 전사 기판으로부터 상기 타깃 기판으로 전사하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 마이크로 물체들의 서브세트를 상기 전사 기판으로부터 상기 타깃 기판으로 전사하는 단계는 상기 전사 요소들의 서브세트가 상기 제2 표면 접착력을 달성하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 타깃 기판은 상기 마이크로 물체들의 서브세트를 상기 전사 기판으로부터 상기 타깃 기판으로 전사하는 것을 용이하게 하는 반력을 인가하는, 방법.
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