TW202037496A - 高解析度雷射誘發向前轉移技術 - Google Patents

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Abstract

在用於雷射誘發向前轉移(LIFT)之一種方法及系統中，根據一非高斯強度分佈沈積能量，該強度分佈係跨供體材料之一界面來空間調諧以在一轉移週期期間使該供體材料自供體基體噴出，作為瞬間橋接該供體基體與受體基體之間的轉移距離之一延伸之射流。在該強度分佈之一中心處的一局部增大之強度尖峰使分支材料之一相對粗射流分支成在該供體基體與該受體基體之間的一分支位置處之一相對細射流。該粗射流允許一相對大的轉移距離，而該細射流沈積供體材料之一相對小的微滴。

Description

高解析度雷射誘發向前轉移技術
本揭露內容係關於雷射誘發向前轉移(LIFT)。
雷射誘發向前轉移為一種新興列印技術，其可在不使用噴嘴之情況下沈積廣泛範圍之結構及功能材料。在此過程中，脈衝式雷射起始噴出來自由一雷射透明基體支撐的一薄液體供體膜之少量墨水至固持於自數十微米至數毫米之一段距離處的一平行接收體基體上，且在極端情況中，雷射噴出之射流可甚至橋接按數公分間隔置放之供體與接收體。在適當條件下，藉由高速微射流來調節轉移，此達成在自供體膜拆開前之高縱橫比。
原則上，可預見，橋接供體與接收體基體之長雷射噴出之射流可實現廣泛範圍之應用，範圍自薄與相對厚組件之面朝上整合至保形列印。然而，較長且較細之射流對於穩定性非常有挑戰，需要非常嚴格之製程條件。更具體言之，高解析度LIFT列印典型地涉及使用對於塗佈為均勻層非常有挑戰性的高黏度墨水/膏狀物之薄供體層(>15 µm)。此外，在達成非常高解析度之經典LIFT列印中，需要使供體與接收體相互非常靠近(維持僅數十微米之一間隙)，因此使該製程在工業上不太相關。
仍然存在改良在實質上較大轉移距離上的LIFT中之高解析度之需求。
本發明之態樣係關於用於雷射誘發向前轉移之方法及系統。典型地，對一供體基體提供待轉移之一供體材料。將一受體基體佈置於距該供體基體一段轉移距離處，用於接受該供體材料。舉例而言，可佈置各別基體處置器以將該等基體固持於一段所要的轉移距離處。可藉由用一雷射脈衝撞擊該供體基體來初始化供體材料之該轉移，該雷射脈衝將其能量沈積至該供體材料內以用於初始化。
藉由根據一特定強度分佈沈積該能量，在一轉移週期期間，可自該供體基體噴出射流，作為橋接該供體基體與該受體基體之間的一相對較大轉移距離之一延伸之射流。具體言之，藉由在該供體材料上之一相對大的第一斑點大小上提供具有一第一強度範圍之該強度分佈，此可有助於該延伸之射流自該供體基體開始，作為一對應的相對粗射流。此外，藉由在其中心提供具有一局部增大之強度尖峰的該強度分佈，此可有助於該粗射流在該供體基體與該受體基體之間的一分支位置處藉由在該中心處之該局部增大之強度分支成一相對細射流。較佳地，僅該細射流到達該受體基體，用於在分裂前沈積其供體材料之一微滴。藉由組合一相對粗射流與一相對細射流，可改良轉移距離及解析度兩者。舉例而言，可使用不同大小之兩個或更多個重合雷射脈衝達成所要的強度分佈，該等雷射脈衝較佳地源自同一射束源。諸如相對強度、延遲、角度等之各種其他參數可用以判定射流形成及微滴沈積之各種態樣。
用於描述特定實施例之術語並不意欲限制本發明。如本文中所使用，單數形式「一(a及an)」及「該」意欲亦包括複數形式，除非上下文另有清晰指示。術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之一或多者之任何及所有組合。應理解，術語「包含(comprises及/或comprising)」指定所陳述特徵之存在，但並不排除一或多個其他特徵之存在或添加。應進一步理解，當一方法之一特定步驟被稱作在另一步驟後時，其可緊跟在該另一步驟後，或在進行該特定步驟前可進行一或多個中間步驟，除非另有指定。同樣地，應理解，當描述結構或組件之間的一連接時，可直接或經由中間結構或組件建立此連接，除非另有指定。
下文參看展示本發明之實施例之隨附圖式更充分地描述本發明。在圖式中，為了清晰起見，誇示了系統、組件、層及區域之絕對與相對大小。可參考本發明之可能理想化之實施例及中間結構之示意圖及/或橫截面圖示來描述實施例。在描述及圖式中，相似編號貫穿全文指代相似元件。相對術語以及其衍生詞應理解為指如接著描述或如在論述中之圖式中展示的定向。此等相對術語係為了便於描述，且並不要求該系統在一特定定向上建構或操作，除非另有陳述。
圖1展示在一供體基體11與受體基體12之間的供體材料11m之雷射誘發向前轉移中涉及的各種態樣之示意性橫截面圖。
典型地，對供體基體11提供待轉移之一供體材料11m。在展示之實施例中，將受體基體12佈置於距該供體基體11一段(受控制之)轉移距離「Zt」處，用於接受該供體材料11m。如本文中描述，供體基體11由一或多個雷射脈衝「L1」、「L2」撞擊(照射)，該等一或多個雷射脈衝將其能量「E1」、「E2」沈積至供體材料11m內用於初始化該轉移。
在一些實施例中，如在虛線俯視圖插圖中繪示，根據跨供體材料11m之一界面11xy來空間調諧的一強度分佈「Ixy」來沈積能量「E1」、「E2」。較佳地，強度分佈「Ixy」經組配以在轉移週期「Tt」期間使供體材料11m自供體基體噴出，作為瞬間橋接供體基體11與受體基體12之間的轉移距離「Zt」之一延伸之射流「Je」。在一個實施例中，強度分佈「Ixy」在該供體材料11m上之一相對大的第一斑點大小「Ds1」上具有一第一強度範圍「I1」，以使該延伸之射流「Je」自該供體基體11開始，作為一對應的相對粗射流「J1」。
在一較佳實施例中，強度分佈「Ixy」在一相對小的第二斑點大小「Ds2」(小於第一斑點大小「Ds1」)上具有高於該第一強度範圍「I1」之一第二強度範圍「I2」，在強度分佈「Ixy」之一中心處形成局部增大之強度尖峰「Is」，以使該粗射流「J1」藉由在中心處之局部增大之強度在供體基體11與受體基體12之間的一分支位置「J12」處分支成一相對細射流「J2」。在強度分佈「Ixy」中之局部增大之強度尖峰「Is」將通常被辨識為在法線之上的一實質偏差，例如，(單)高斯強度分佈。因此，經組合之強度範圍及斑點大小之總強度分佈將通常具有一非高斯形狀。可預見到量化尖峰之各種方式，例如，如稍後參看圖5B解釋。在性質上，與(周圍)強度分佈之其餘處中的一般趨勢相比，尖峰典型地具有相對高且窄之分佈。
在一些實施例(未展示)中，強度分佈可包含多個層級，例如，在第二尖峰之上居中的第一尖峰，第二尖峰在強度分佈之其餘處上居中。舉例而言，第一斑點大小可相對大，第二斑點大小可相對小，且第三斑點大小甚至更小。有利地，三個或更多個不同斑點大小之組合可適於產生一延伸之射流，該延伸之射流兩次或更多次地分支成更細之射流，及/或橋接更大之轉移距離「Zt」。
在一較佳實施例中，例如，如所展示，強度分佈中之尖峰係藉由使用具有實質上不同射束寬度或斑點大小「Ds1」、「Ds2」之至少兩個雷射脈衝「L1」、「L2」來實行。藉由使用兩個射束，在各別射束中可易於控制各斑點大小，例如，使用一或多個望遠鏡、鏡子、透鏡等。又，在各別射束中可易於控制各斑點之(相對)強度，例如，使用濾光器、分光鏡、偏光器等。在一些實施例(未展示)中，亦可使用多於兩個(例如，三個、四個、五個或更多個)脈衝。舉例而言，該等脈衝可產生在彼此之上居中的多個不斷減小之斑點大小。
典型地，供體基體11之載體部分11c可對雷射脈衝透光或至少半透光。較佳地，該等一或多個雷射脈衝之能量「E1」、「E2」沈積於供體材料11m中。舉例而言，供體材料可直接或間接吸收來自一或多個雷射脈衝之能量「E1」、「E2」，從而使材料加熱。加熱之供體材料及/或溶劑可形成初始化轉移之迅速擴大之氣泡11b。替代地，或另外，可在一犧牲層(未展示)中沈積能量「E1」、「E2」，例如，在供體材料11m與供體載體11c之間。犧牲層可類似地蒸發及/或分化以初始化該轉移。亦可使用其他LIFT技術。
在一個實施例中，例如，如所展示，在轉移週期「Tt」之至少某一部分期間，橋接供體基體11與受體基體12之間的轉移距離「Zt」之延伸之射流「Je」包含由在一粗射流長度「Zj1」上延伸的一(毗連)最小粗射流直徑「Dj1」界定之相對粗射流「J1」，及由在一(毗連)細射流長度Zj2上延伸的一最大細射流直徑「Dj2」界定之相對細射流「J2」。較佳地，最大細射流直徑「Dj2」比最小粗射流直徑「Dj1」小了至少二、三、四倍或更多倍(例如，高達十倍或甚至二十倍)。
較佳地，僅該細射流「J2」到達該受體基體12，用於在分裂前沈積其供體材料11m之一微滴「Jd」。原則上，與最小粗射流直徑「Dj1」相比，最大細射流直徑「Dj2」愈小，則解析度之可能增益愈高，且微滴「Jd」可愈小。另一方面，若細射流變得過窄，則其可過快地及/或按形成碎片之不同部分分裂。在一些實施例中，細射流之直徑因此較佳地在粗射流之直徑的兩倍小與十倍小之間。
在一些實施例中，粗射流長度「Zj1」多於轉移距離「Zt」之百分之三十，較佳地，多於百分之四十、五十或甚至六十。典型地，可轉移材料之最大轉移距離可主要地由粗射流「J1」之長度判定。因此，此粗射流愈長，則可獲得之轉移距離愈高。另一方面，延伸之射流「Je」之至少某一部分應由細射流「J2」形成，例如，以獲得所要的解析度且允許粗射流「J1」中之材料在射流分裂後縮回至供體材料11m之層。在一些實施例中，粗射流「J1」因此較佳地小於轉移距離之百分之九十，更佳地，小於百分之八十，例如，在百分之五十與七十五之間。
在其他或另外實施例中，細射流長度Zj2小於轉移距離「Zt」之百分之八十，較佳地小於百分之六十，例如，在轉移距離「Zt」之百分之二十五與百分之五十之間。典型地，觀察到，延伸之射流「Je」將在沿著細射流「J2」某處之一分裂點「Jb」處分裂，例如，在細射流「J2」之中間附近。當此發生時，在分裂點「Jb」下方形成細射流「J2」之粗子區段「J2b」的供體材料11m可仍然以沈積之微滴「Jd」而結束。細射流長度Zj2愈短，則該細子區段「J2b」中的此附加材料之量愈少，且微滴「Jd」可最終變得愈小。又，射流分裂「Tb」之附加位置可難以控制。因此，細射流長度Zj2愈小，則不確定性愈小。
在一較佳實施例中，供體基體11上之供體材料11m由至少一第一雷射脈衝「L1」及一第二雷射脈衝「L2」照射，以藉由雷射脈衝「L1」、「L2」之組合效應引起供體材料11m朝向受體基體12之轉移。如所展示，第一雷射脈衝「L1」具有撞擊供體材料11m之第一斑點大小「Ds1」，且第二雷射脈衝「L2」具有撞擊供體材料11m之第二斑點大小「Ds2」。在一較佳實施例中，第二斑點大小「Ds2」小於第一斑點大小「Ds1」，例如，小了至少二、三或五倍或更多倍。由於斑點大小可與射流粗度相關，因此兩個雷射斑點在大小上愈不同，則射流粗度愈不同。另一方面，可存在對穩定延伸之射流可形成自的相對粗度之某一限制。因此，在一些實施例中，相對斑點大小可較佳地小於十倍而不同。
在一些實施例中，第二雷射脈衝「L2」相對於第一雷射脈衝「L1」延遲，例如，按至少十或至少百奈秒之一時間差。較佳地，延遲並不過大，例如，在第一脈衝之吸收與射流形成之所得(實質上)實體表現之間的一時間窗。舉例而言，時間差dt可高達一微秒、五微秒、十微秒或更多。不受理論約束，本發明者發現，在撞擊供體材料之雷射脈衝與射流形成之起始之間可存在某一時間。藉由延遲第二雷射脈衝「L2」，其可在第一雷射脈衝「L1」之效應更顯現之時到達，因此第二雷射脈衝可對延伸之射流形成具有更多影響。替代地，該等脈衝同時到達或第一雷射脈衝「L1」可甚至在第二雷射脈衝「L2」之後到達亦可為足夠的。
在一個實施例中，在供體基體11上的供體材料11m之一層厚度Zm在一微米與五百微米之間，較佳地在十微米與二百微米之間，更佳地在二十微米與一百微米之間。本方法可允許使用相對厚供體層，同時仍然提供小解析度，例如，小於五十微米。舉例而言，可使用相對寬且有能量之第一雷射脈衝「L1」來起始甚至在厚供體層中之轉移，同時相對窄第二雷射脈衝「L2」可判定較小解析度。舉例而言，第一斑點大小「Ds1」典型地大於層厚度Zm，例如，大了至少二、三倍或更多倍。有利地，一相對厚供體層亦可允許較長延伸之射流形成，且因此提供較大轉移距離「Zt」。又，供體層若其不必如此薄，則可更易於塗覆。
在一個實施例中，第一脈衝「L1」按相對於層之法線之一第一角度θ1撞擊供體材料11m之層；其中第二雷射脈衝「L2」按相對於層之法線之一第二角度θ2撞擊供體材料11m之層。較佳地，角度θ1、θ2小於四十度、三十度、二十度、十度，例如，零度(垂直於層)。
射束相對於供體層之方向可影響所得射流之方向。因此角度愈低，則可愈直地轉移材料。在一些實施例中，該等射束在小於十度、小於五度之角差θ1+θ2內平行，或盡可能平行。替代地，對於一些應用，該等射束之間具有一相對高角度可為有利的，例如，以在一角度下沈積材料。舉例而言，可預見到，射流在粗射流與細射流之間按一角度形成一扭結。對於此等及其他應用，該等射束可具有一角差θ1+θ2，例如，大於十度、大於二十度或甚至大於四十度。
在一些實施例中，在操作期間控制重疊光點中之一或多個之大小，例如，作為基於延伸之射流「Je」之記錄影像或影片及/或基於所得微滴「Jd」之一量測(例如，大小)之回饋。舉例而言，若觀察到粗射流「J1」過細，則可增大第一斑點大小「Ds1」，直至達到所要的粗度。舉例而言，若觀察到細射流「J2」過粗，則可減小第二斑點大小「Ds2」，直至達到所要的粗度。舉例而言，觀測到所得微滴過大，或具有小但不可預測之大小，可調整兩個或更多個斑點中之任一點。
在其他或另外實施例中，在操作期間控制各斑點之(相對)強度，例如，作為基於延伸之射流「Je」之記錄影像及/或基於所得微滴「Jd」之一量測之回饋。舉例而言，若觀察到粗射流「J1」之粗射流長度「Zj1」過小及/或粗射流「J1」不充分地展開，則可增大第一斑點之強度I1及/或第一雷射脈衝「L1」之能量「E1」。舉例而言，若觀察到細射流「J2」之細射流長度Zj2過小及/或細射流「J2」不充分地展開，則可增大第二斑點之強度I2及/或第二雷射脈衝「L2」之能量E2。
又，可控制一或多個脈衝的諸如相對角度、脈衝長度及/或時序之其他參數，例如，作為所要的微滴大小Dx及/或此大小之方差之一函數。又，可變化諸如轉移距離「Zt」之其他參數。在一個實施例中，該方法或系統包含函數之一校準步驟，其中變化脈衝或其他系統參數中之一或多者，直至達成(一致)目標微滴大小Dx。替代地，或除了量測微滴大小Dx之外，亦可記錄在轉移週期「Tt」期間的延伸之射流「Je」之影像，且可直接量測長度以用作校準中之替代或額外回饋。
圖2A繪示射流形成「Tf」、轉移週期「Tt」及射流分裂「Tb」之連續階段之記錄影像，此處使用兩個脈衝之組合。在該等影像中，以黑色展示形成射流之供體材料11m。供體及受體基體分別安置於影像之頂部及底部(此處並不清晰可見)。
如在左影像中展示，在將能量沈積於供體材料中後，射流形成「Tf」可典型地藉由開始自以上材料層延伸之一相對粗射流起始。如在中間影像中展示，延伸之射流「Je」可形成，開始在供體與受體基體之間的轉移週期「Tt」之流程。在轉移週期「Tt」期間，延伸之射流「Je」可包含分支成一相對細射流「J2」之一相對粗射流「J1」。如在右影像中展示，在某一轉移週期後，射流分裂「Tb」開始。若分裂經良好地控制，則在粗射流「J1」中之大多數射流材料縮回至供體基體。
如將瞭解，可使用本方法及系統來調諧射流形成之各種性質。詳言之，可調諧形成以在相對大轉移距離上準確地沈積具有相對小的大小之微滴「Jd」。舉例而言，一或多個光脈衝之強度分佈可經空間及/或時間調適以按需要使射流形成製程成形。
典型地，微滴大小可由諸如以下各者之因素之組合判定：射流(詳言之，細射流「J1」)之直徑、每單位時間流過此射流的材料之量(轉移速率)、流持續的時間之週期(轉移週期)及分裂發生的沿著射流之位置。較佳地，射流分裂「Tb」經組配使得射流中之多數材料縮回至供體基體，從而僅留下供體材料之微滴「Jd」在受體基體上。精確分裂點可能難以控制，因此可存在微滴大小之某一變化。
典型地，觀察到，延伸之射流「Je」之分裂點「Jb」在沿著細射流「J2」之長度之某處。因此，鑒於細射流之相對小直徑，材料微滴「Jd」之絕對變化可小，即使並未完美地控制細射流中之準確分裂點。另外，分裂點有可能沿著細射流出現，典型地在粗射流「J1」與受體基體12之間的中間附近或周圍。因此，粗及細射流之劃分亦幫助具有比例如若延伸之射流將具有單一粗度將為之情況靠近受體基體12之分裂點「Jb」。
典型地，在到達受體基體12後，細射流「J2」分裂成作為微滴「Jd」之部分而沈積於受體基體12上的細子區段「J2b」之第一子區段「J2b」，及第二子區段，該第二子區段保持經由延伸之射流與供體基體11連接，且藉由材料性質朝向供體基體11收縮。
有利地，本發明者發現，若微滴材料之量主要地由材料流過延伸之射流的轉移週期/速率判定，則可將微滴大小之相對變化最小化。因此，在一個較佳實施例中，在轉移後的微滴「Jd」中之多數供體材料源自在材料轉移週期「Tt」期間的供體材料11m之流Jf，同時射流「Je」在供體基體11與受體基體12之間不破壞地延伸。另外或替代地，發現，較佳地，相對極少之微滴材料來自在射流分列「Tb」後朝向受體基體12落下的射流之一部分「J2b」。舉例而言，源自材料轉移週期「Tt」的微滴中之材料之百分比多於百分之五十、百分之七十五、百分之八十、百分之九十或更多。由材料流判定的材料之分率愈高，則未充分控制的分裂點「Jb」可對總微滴大小具有的影響愈小。因此，微滴大小可更一致地來控制。
在一些實施例中，受本教示啟發，供體基體11與受體基體12之間的轉移距離「Zt」比沈積之微滴「Jd」之大小Dx(例如，橫截面直徑)大了至少四倍，較佳地至少十倍，或甚至大於二十倍。舉例而言，微滴「Jd」之大小小於五十微米，且轉移距離「Zt」大於兩百微米。應瞭解，本方法及系統可允許相對大轉移距離，同時仍然提供相對良好解析度。舉例而言，為了藉由一單一射束達成小於五十微米之點，發現典型最大轉移距離小於一百五十微米。典型地，可能難以維持此小距離。藉由使用雙斑點之本方法，本發明者發現，用於列印四十微米點之轉移距離可增大，甚至直至五百微米，或更大。保持基體之間的距離為大約半毫米可相對容易。
圖2B繪示作為時間「T」之函數的與供體材料11m之動能「Ekin」有關的LIFT製程之典型階段。
不受理論約束，提供以下描述以有助於理解各種觀察。製程開始於時間「T0」，吸收供體材料中之該(該等)脈衝能量。此呆導致形成增長之氣泡11b，例如，如在圖1中繪示。舉例而言，氣泡可由蒸發及/或分化之供體材料、溶劑或例如犧牲層形成。大約在時間「T1」，例如，作為擴大之氣泡之結果，可藉由動能「Ekin」自供體層之其餘處向前推進供體材料11m之射流。舉例而言，在雷射脈衝之碰撞與射流之形成之間可存在數(此處，多於十)微秒。可注意到，材料之動能「Ekin」一開始較高，且可偶爾開始降低，例如，隨著材料之黏度或黏著性可部分消散能量。大約在時間「T2」，材料中之一些可開始拾取動能。大約在時間「T3」，材料中之一些可再次經拉回至供體層，例如，歸因於流體黏著性，同時另一部分繼續向下洩漏。最終，大約在時間「T4」，可形成材料之延伸之射流，從而到達受體基體。供體材料可流過供體基體11與受體基體12之間的延伸之射流，直至射流在稍後某一時間(此處未指示)分裂。
在一較佳實施例中，供體材料11m為流體，例如，糊狀物或墨水。更佳地，供體材料11m具有相對高黏度。舉例而言，(動態)黏度較佳地為至少一帕秒(Pa⋅s)，更佳地為至少兩帕秒，最佳地為至少三帕秒(=3000厘泊，cP)，或更多。舉例而言，黏度可高達十、二十、一百帕秒，或更大。藉由提供具有一特定黏度之供體材料，可合適地控制射流形成製程以按一所要的形狀來模製射流。舉例而言，在室溫(20℃或293開氏溫度)下量測黏度。舉例而言，按諸如每秒一(1 s-1 )或更小之一相對低剪切速率來量測黏度。更佳地，供體材料11m為剪切減黏液體，亦即，黏度隨著剪應變之速率降低。因此，當施加高剪切(例如，經由氣泡擴大)時，材料可變得相對「有流動性」(不太黏)。對於諸如本文中使用之穿隧及材料饋送之製程，此可為有利的。
在一些實施例中，供體材料11m包含傳導性材料。亦可使用半傳導性或非傳導性/隔離(介電)材料。舉例而言，本方法及系統可應用於形成電子電路。舉例而言，可藉由應用多個微滴「Jd」之經互連型樣在受體基體12上拉製(列印)相對細電路線或其他電氣組件/結構。在一個實施例中，傳導性材料包含焊料。在一些實施例中，供體材料11m(至少在其仍然塗覆至供體基體11時)包含其他組件或材料以有助於轉移。在一個實施例中，供體材料11m包含剪切減黏材料，例如，具有剪切減黏助焊劑或傳導性黏著劑之焊料膏狀物。
原則上，供體材料11m可包含為液體之任何材料，或可在一或多個雷射脈衝之影響下至液體狀態。舉例而言，亦可預見到將本方法應用於純金屬，視情況，使用脈衝之間的延遲。舉例而言，第一脈衝引起燒蝕及/或推力，且後續脈衝可實現將熔融附加射流進一步推進及/或成形。
圖3A至圖3C繪示自具有大斑點大小之一單脈衝、具有小斑點大小之一單脈衝及具有大與小斑點大小之兩個脈衝之一組合產生的射流形成之比較。如在圖3A中展示，具有相對寬之斑點大小之一單一脈衝可產生橋接顯著轉移距離之一相對寬射流。然而，可能難以藉由此粗射流寫高解析度特徵。如在圖3B中展示，具有相對窄之斑點大小之一單一脈衝可產生相對細射流橋接，原則上，該橋接可產生微滴。然而，細射流之轉移距離相對小，其可能難以控制。如在圖3C中展示，兩個重合脈衝及/或有尖峰之強度分佈之組合可產生分支成細射流之粗射流。如將瞭解，本教示可因此提供較之相對大轉移距離之協同優勢，包括相對小的微滴沈積。
圖4A及圖4B繪示用於供體材料11m在轉移距離「Zt」上自供體基體11至受體基體12之雷射誘發向前轉移LIFT之一系統100。
在一個實施例中，諸如平台及/或輥之基體處置器(未展示)經組配以將供體基體11及受體基體12佈置於由轉移距離「Zt」分開之各別位置處。舉例而言，供體基體11及/或受體基體12中之一或多者可為基於箔的。典型地，至少一個光源50經組配以用一或多個雷射脈衝「L1」、「L2」撞擊供體基體11，該等一或多個雷射脈衝「L1」、「L2」將其能量沈積至供體材料11m內用於初始化該轉移。較佳地，該系統經組配以根據如本文中所描述來空間調諧之一強度分佈「Ixy」來沈積能量。
在一較佳實施例中，例如，如在圖4A中所展示，強度分佈「Ixy」中之強度尖峰係藉由用至少兩個雷射脈衝「L1」、「L2」撞擊供體材料11m來引起。更佳地，該等至少兩個雷射脈衝「L1」、「L2」源自一單一雷射脈衝。舉例而言，原始雷射脈衝沿著一第一光徑及一第二光徑分裂，該等光徑再次與供體材料11m上之重疊雷射斑點會合。又，可將更多脈衝分裂成三個、四個或更多不同光徑。替代地，兩個或更多個分開雷射可用以(未展示)在供體基體11上產生重疊脈衝。
在一些實施例中，可使用在該等光徑中之至少一者中之一延遲級(未展示)將一個脈衝相對於另一脈衝延遲。若脈衝源自一個光源(例如，雷射50)，則此可特別有利。替代地，或另外，該等脈衝可源自不同源(未展示)，其中一個脈衝之脈衝產生相對於另一脈衝延遲。此可更易於允許相對大之脈衝延遲。
在一些實施例中，該系統包含一或多個分光鏡「BS」以將來自一個光源50之一光脈衝分裂於沿著一第一光徑行進之一第一雷射脈衝「L1」及沿著一第二光徑行進之一第二雷射脈衝「L2」中。在另一或再一實施例中，系統包含一光學組件T2以相對於第一雷射脈衝「L1」之射束直徑減小第二雷射脈衝「L2」之射束直徑，及/或相對於第二雷射脈衝「L2」增大第一雷射脈衝「L1」之射束直徑。
較佳地，該系統經組配以將射束路徑作為不同大小之重合斑點重疊至供體基體11上。舉例而言，可使用射束組合器「BC」重疊兩個射束位置及射束方向。舉例而言，可使用偏光分光鏡與射束組合器之組合。替代地或另外，可使用半透明鏡。替代地，或除了射束組合器之外，可僅藉由在供體基體上之重疊斑點來投射射束，例如，藉由不同角度或幾乎平行射束。替代地，或除了分裂射束路徑之外，在一些實施例中，該系統包含一射束成形器「SH」以幫助達成所要的強度分佈「Ixy」。舉例而言，如在圖4B中所示，射束成形器可允許相對簡單射束路徑。另一方面，使用兩個或多個分開脈衝可允許在將重疊雷射斑點之個別態樣成形時之更多靈活性，且亦允許諸如相對時序及角度之進一步最佳化。
在一些實施例中，一個(較佳地，兩個或更多個)雷射脈衝為奈米級脈衝，其可相對容易地產生且可提供所要的轉移特性。替代地，亦可使用其他脈衝長度。在一個實施例中，使用一單一皮秒脈衝。舉例而言，皮秒脈衝之非線性吸收可至少部分對在強度分佈「Ixy」之中心處的有尖峰之強度有影響，而不需要第二脈衝。然而，該過程可更難以控制。
又，其他或另外過程可起到作用。舉例而言，當使用具有足夠高能量之一單一脈衝時，該脈衝可對供體載體11c(例如，玻璃板)造成損壞。在一個實施例中，使用具有一能量及/或強度之一單脈衝，該能量及/或強度經調諧使得其不僅加熱供體材料11m，而且對供體載體11c與供體材料11m之間的供體載體11c之一界面造成一些損壞，例如，在界面處產生供體載體11c之電漿或燒蝕，較佳地，集中作為在射束斑點之中心處的尖峰。本發明者發現，此過程可提供額外「反沖」以起始次(更細)射流之形成，類似於本文中描述之其他機制。舉例而言，此可與一棄置式載體結合使用。較佳地，脈衝之能量及/或強度然而足夠小，使得損壞不擴展至大塊載體材料內，例如，損壞延伸至載體內不超過載體厚度之10%。否則，該損壞可例如阻礙光之透射。
在一些實施例中，例如，如所展示，在載體基體11之靜止表面上移動雷射束，以在受體基體12上產生微滴之圖案。此可允許雷射執行微滴沈積之迅速連續性，例如，其中射流形成最小限度地受到基體之移動影響。替代地，或另外，供體基體11及/或受體基體12可相對於一靜止雷射斑點移動，例如，在沈積之間。
雖然該等圖展示碰撞基體之一單一射束，但沈積亦可藉由多個射束執行。舉例而言，兩個或更多個射束可在不同位置平行地寫圖案。在一個實施例中，將一遮罩沈積於(寬射束)光源之間以同時寫下微滴之整個圖案。舉例而言，該遮罩包含一像素化之圖案，其中各像素充當一射束成形器，產生強度分佈「Ixy」，如本文中所描述。亦可使用多個遮罩產生圖案。舉例而言，第一遮罩具有相對大孔洞之圖案以產生第一斑點大小，且第二遮罩具有相同圖案，但具有相對小孔洞以產生第二斑點大小。兩個圖案可重疊於供體基體上。亦可預見到連續地置放遮罩，例如，其中至少較小孔洞遮罩之遮蔽材料係半透明的，因此經遮蔽光之部分將穿過至另一遮罩或供體基體。在一些實施例中，一或多個射束成形器可充當遮罩，各產生多個平行強度分佈，如本文中所描述。替代地，或除了雷射之外，亦可使用諸如閃光燈之其他光源。此特別適用於照射大遮罩圖案。
圖5A繪示具有相對大斑點大小「Ds1」之一第一雷射脈衝「L1」及具有相對小斑點大小「Ds2」之一第二雷射脈衝「L2」的單獨強度分佈。
較佳地，如本文中描述，第二斑點大小「Ds2」相對小。舉例而言，第二斑點大小「Ds2」小於一百微米、小於五十微米或小於三十微米，例如，在五微米與二十微米之間，或更小。應瞭解，相對小的第二斑點大小「Ds2」可與相對小的最大細射流直徑「Dj2」相關，因此有較好的解析度。較佳地，第一斑點大小「Ds1」相對大。舉例而言，第一雷射脈衝「L1」具有在三十微米與三百微米之間的斑點大小，或更大之斑點大小。如本文中描述，斑點大小可判定為例如在供體材料11m上的斑點強度之全寬半高值(FWHM)。
較佳地，第一雷射脈衝「L1」與第二雷射脈衝「L2」之雷射斑點在供體材料上重合，例如，斑點之中心在最大斑點大小之百分之五十、百分之三十、百分之二十或百分之十之距離內重合。最佳地，強度分佈「Ixy」為旋轉對稱。因此，強度分佈可沿著供體基體界面在X及Y方向上具有類似形狀。又，雷射斑點可具有實質上圓形重合分佈。
在一個實施例中，第一雷射脈衝「L1」具有比第二雷射脈衝「L2」高之脈衝能量，例如，高了至少二、三或四倍，例如，在二倍與十倍之間，或更多倍。第一雷射脈衝「L1」之相對高能量可幫助起始在大的供體區上之材料轉移。因為第一雷射脈衝「L1」之能量散佈於相對大照射區上，所以第一雷射脈衝「L1」之最大強度可仍然類似，或甚至比第二雷射脈衝「L2」之最大強度低。又，若需要，可使用較高強度第二雷射脈衝。
圖5B繪示一組合(增添)之強度分佈「Ixy」。舉例而言，此可對應於圖5A之兩個重疊雷射脈衝。替代重疊兩個同時脈衝，可藉由一單脈衝來達成所要的效應中之至少一些，該單脈衝經成形以有效地在供體層上提供與本文中描述之兩個脈衝相同的強度分佈。舉例而言，該單脈衝可經成形以具有在總斑點大小之小子區段中具有局部較高強度之一強度分佈。
在一些實施例中，可藉由比較在不同高度處的強度分佈「Ixy」之全寬來量化局部較高強度尖峰。舉例而言，將在四分之三最大值下之全寬(「FWTQM」)與在最大值之四分之一下之全寬(「FWOQM」)比較。如當比較圖4A與圖4B時可注意到，當使用類似最大強度但不同斑點大小或射束寬度之兩個脈衝時，FWOQM可粗略地對應於較寬第一脈衝「L1」之FWHM，亦即，Ds1，而FWTQM可粗略地對應於較窄第二脈衝「L2」之FWHM，亦即，Ds2。因此，在使用兩個脈衝時的相對斑點大小之考慮轉化至FWTQM及FWOQM之類似相對值。詳言之，較佳地，FWTQM比FWOQM小得多，例如，小了至少四、五、六、七、十、二十倍或更多倍。
不受理論約束，可將此與可寫為
Figure 02_image001
之高斯分佈比較，其中Imax 為最大強度，x 為距最大值之距離，且σ 為方差或標準差。因此，可得出，高斯具有FWTQM =
Figure 02_image003
，其為方差σ之約1.51倍，且FWOQM =
Figure 02_image005
，其為方差σ之約3.33倍。因此對於單高斯，FWTQM小於FWOQM僅2.19之因數(與以上提到之因數四或更大相比)。
當然，亦可預見到量化尖峰之其他方式。舉例而言，可將強度分佈「Ixy」中之總能量與在一中央子區段內的彼能量之百分比比較。舉例而言，在一典型高斯分佈中，約百分之六十八之能量含於距中心一個標準差(一σ)內，而添加中心尖峰可增大此百分比至大於百分之七十、大於百分之七十五、大於百分之八十或甚至大於百分之九十。中心尖峰愈顯著，則將位於其處之總能量之百分比愈大。
在解釋所附申請專利範圍時，應理解，詞語「包含」並不排除存在與給定申請專利範圍中列出之元件或動作不同之元件或動作；在一元件前之詞語「一(a或an)」並不排除存在多個此等元件；在申請專利範圍中之任何參考標號並不限制其範疇；若干「構件」可由相同或不同物品或實施結構或功能來表示；揭露之裝置或其部分中之任何者可組合在一起或分開成另外部分，除非另有具體地陳述。在一條請求項參考另一請求項之情況下，此可指示藉由其各別特徵之組合達成之協同優勢。但某些措施在相互不同之請求項中列舉之僅有實情並不指示此等措施之組合亦不能有利地使用。本實施例可因此包括請求項之所有工作組合，其中各請求項可原則上參考任一先前請求項，除非上下文有清晰的排斥。
11:供體基體 11b:氣泡 11c:供體載體 11m:供體材料 11xy:界面 12:受體基體 50:光源 100:系統 L1:第一雷射脈衝,第一脈衝 L2:第二雷射脈衝,第二脈衝 E1,E2:能量 Ixy:強度分佈 Is:局部增大之強度尖峰 θ1:第一角度,角度 θ2:第二角度,角度 dt:時間差 I1:第一強度範圍 I2:第二強度範圍 Ds1:第一斑點大小 Ds2:第二斑點大小 Tt:轉移週期 Tf:射流形成 Tb:射流分裂 Je:延伸之射流 J1:粗射流 J12:分支位置 J2:細射流 J2b:粗子區段 Dj1:最小粗射流直徑 Dj2:最大細射流直徑 Jb:分裂點 Jf:供體材料之流 Jd:微滴 Dx:微滴大小 Zj1:粗射流長度 Zj2:細射流長度 Zt:轉移距離 Zm:層厚度 Ekin:動能 T0,T1,T3,T4:時間 T2:時間,光學組件 BS:分光鏡 BC:射束組合器 SH:射束成形器
本揭露內容之設備、系統及方法之此等及其他特徵、態樣及優勢將自以下描述、所附申請專利範圍及隨附圖式變得更好理解，其中： 圖1繪示具有一成形之強度分佈的LIFT以使供體材料之相對粗射流分支成相對細射流； 圖2A繪示分別射流形成、轉移週期及射流分裂之連續階段之記錄影像； 圖2B繪示作為時間之函數的與供體材料之動能有關的LIFT製程之典型階段； 圖3A至圖3C繪示自具有大斑點大小之一單脈衝、具有小斑點大小之一單脈衝及具有大與小斑點大小之兩個脈衝之一組合產生的射流形成之比較； 圖4A及圖4B繪示用於雷射誘發向前轉移之系統； 圖5A繪示具有相對大斑點大小之一第一雷射脈衝及具有相對小斑點大小之一第二雷射脈衝的個別重疊之強度分佈； 圖5B繪示具有一尖峰之組合(增添)強度分佈，例如，自具有不同大小之兩個重疊雷射脈衝產生。
11:供體基體
11b:氣泡
11c:供體載體
11m:供體材料
11xy:界面
12:受體基體
100:系統
L1:第一雷射脈衝，第一脈衝
L2:第二雷射脈衝，第二脈衝
E1,E2:能量
Ixy:強度分佈
Is:局部增大之強度尖峰
θ1:第一角度，角度
θ2:第二角度，角度
dt:時間差
I1:第一強度範圍
I2:第二強度範圍
Ds1:第一斑點大小
Ds2:第二斑點大小
Tt:轉移週期
Je:延伸之射流
J1:粗射流
J12:分支位置
J2:細射流
J2b:粗子區段
Dj1:最小粗射流直徑
Dj2:最大細射流直徑
Jb:分裂點
Jf:供體材料之流
Jd:微滴
Dx:微滴大小
Zj1:粗射流長度
Zj2:細射流長度
Zt:轉移距離
Zm:層厚度

Claims (15)

  1. 一種用於雷射誘發向前轉移(LIFT)之方法，該方法包含： 對一供體基體提供待轉移之一供體材料； 將一受體基體佈置於距該供體基體一轉移距離處，以供接受該供體材料； 用一或多個雷射脈衝撞擊該供體基體，該等一或多個雷射脈衝將其能量沈積至該供體材料內以供初始化該轉移； 其中根據一強度分佈沈積該能量，該強度分佈係跨該供體材料之一界面來空間調諧以在一轉移週期期間使該供體材料自該供體基體噴出，作為瞬間橋接該供體基體與該受體基體之間的該轉移距離之一延伸之射流； 其中該強度分佈在該供體材料上之一相對大的第一斑點大小上具有一第一強度範圍，以使該延伸之射流自該供體基體開始，作為一對應的相對粗射流； 其中該強度分佈在比該第一斑點大小為小之一相對小的第二斑點大小上具有比該第一強度範圍高之一第二強度範圍，其中經組合之該等強度範圍及斑點大小之該強度分佈具有一非高斯形狀，在該強度分佈之一中心具有一局部增大之強度尖峰，以使該粗射流藉由在該中心處之該局部增大之強度來分支成在一分支位置處之一相對細射流，其中僅該細射流到達該受體基體以供在分裂前沈積其供體材料之一微滴。
  2. 如請求項1之方法，其中該供體基體由至少兩個雷射脈衝撞擊，其中第一雷射脈衝具有與第二雷射脈衝至少部分不同之一光徑，其中該等光徑在該供體基體處重組以藉由該等雷射脈衝之組合效應來引起供體材料朝向該受體基體之該轉移。
  3. 如請求項2之方法，其中該第一雷射脈衝具有撞擊該供體材料之一第一斑點大小，且該第二雷射脈衝具有撞擊該供體材料之一第二斑點大小，其中該第二斑點大小比該第一斑點大小小了至少兩倍。
  4. 如請求項2或3之方法，其中該第二雷射脈衝相對於該第一雷射脈衝延遲十奈秒與十微秒之間的一時間差。
  5. 如請求項2至4中任一項之方法，其中該第一雷射脈衝具有比該第二雷射脈衝高了至少兩倍之一脈衝能量。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中在操作期間基於該延伸之射流之記錄影像及/或基於所得微滴大小之一量測來控制該等重疊光斑點中之一或多者之一大小及/或強度。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中該供體基體與該受體基體之間的該轉移距離比該沈積之微滴之一大小大了至少十倍。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該供體基體上的該供體材料之一層厚度在二十微米與一百微米之間。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中在該轉移週期之至少某一部分期間，橋接該供體基體與該受體基體之間的該轉移距離之該延伸之射流包含： 由在一粗射流長度上延伸之一最小粗射流直徑來界定之該相對粗射流，及 由在一細射流長度上延伸之一最大細射流直徑來界定之該相對細射流； 其中該最大細射流直徑比該最小粗射流直徑小了至少兩倍； 其中該粗射流長度大於該轉移距離之百分之五十； 其中該細射流長度在該轉移距離之百分之二十五與百分之五十之間。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中在到達該受體基體後，該細射流分裂成作為一微滴之部分而沈積於該受體基體上的細子區段之一第一子區段，及一第二子區段，該第二子區段經由該延伸之射流與該供體基體保持連接，且藉由材料性質朝向該供體基體收縮。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中在轉移後的該微滴中之多數該供體材料源自在一材料轉移週期期間的該供體材料之一流，同時該射流在該供體基體與該受體基體之間不破壞地延伸。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中該供體材料包含一剪切減黏液體。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中該供體材料包含一傳導性材料，且該方法包含：藉由多個微滴之沈積，在該受體基體上列印一電子電路。
  14. 一種用於雷射誘發向前轉移(LIFT)之系統，其將供體材料在一轉移距離上自一供體基體轉移至一受體基體，該系統包含： 數個基體處置器，其經組配以將該供體基體及該受體基體佈置於按該轉移距離分開之各別位置處；及 至少一個光源，其經組配以用一或多個雷射脈衝撞擊該供體基體，該等一或多個雷射脈衝將其能量沈積至該供體材料內以供初始化該轉移；其中該系統經組配以根據一強度分佈沈積該能量，該強度分佈係跨該供體材料之一界面來空間調諧以使該供體材料自該供體基體噴出，作為瞬間橋接該供體基體與該受體基體之間的該轉移距離之一延伸之射流；其中該強度分佈具有在該供體材料上之一相對大的第一斑點大小上之一第一強度範圍，以使該延伸之射流自該供體基體開始，作為一對應的相對粗射流；其中該強度分佈在比該第一斑點大小為小之一相對小的第二斑點大小上具有比該第一強度範圍高之一第二強度範圍，其中經組合之該等強度範圍及斑點大小之該強度分佈具有一非高斯形狀，在該強度分佈之一中心具有一局部增大之強度尖峰，以使該粗射流藉由在該中心處之該局部增大之強度來分支成在該供體基體與該受體基體之間的一分支位置處之一相對細射流，其中僅該細射流到達該受體基體以供在分裂前沈積其供體材料之一微滴。
  15. 如請求項14之系統，其包含一分光鏡(BS)，以將來自一個光源之一光脈衝分裂於沿著一第一光徑行進之一第一雷射脈衝及沿著一第二光徑行進之一第二雷射脈衝中，其中該系統包含一光學組件，以相對於該第一雷射脈衝之一射束直徑來減小該第二雷射脈衝之一射束直徑，及/或相對於該第二雷射脈衝來增大該第一雷射脈衝之該射束直徑，其中該系統經組配以將該等射束路徑作為不同大小之重合斑點重疊至該供體基體上。
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