[发明专利]用于微转贴印刷的设备及方法

说明书

本发明描述一种用于使用微转贴印刷将半导体装置组装于目的地衬底上的设备和方法。例如弹性体或粘弹性体压印器等服贴式转贴装置(102)包含支柱阵列(114)，用于从用于制作可印刷半导体元件(104)的原生衬底(108)拾取所述可印刷半导体元件(104)且将所述可印刷半导体元件(104)转贴到目的地衬底(110)。在某些实施例中，所述可印刷半导体元件(104)在被拾取之前囊封于聚合物层(106)中。在某些实施例中，可在微转贴印刷期间执行等离子体处理(例如，大气等离子体)。可将所述等离子体应用于附接到弹性体转贴元件的装置的底部表面。可使用对底部表面的此处理以提供所述装置与目的地衬底之间的经改进结合，使用外延剥离方法清洁已制造的装置的所述底部表面，及移除薄氧化物层。在某些实施例中，如果所述装置具有背侧金属，那么使用已涂覆有助焊剂的配接金属垫而将所述半导体元件印刷到目的地衬底。在转贴所述装置之后，所述助焊剂可回流，借此留下所述垫与所述装置上的所述背侧金属之间的良好金属连接。在某些实施例中，本发明包含经设计以消除或减小关于凸起的问题的转贴装置。在某些实施例中，使用剃刀剪切所述凸起，使得可印刷半导体元件在印刷操作期间不由所述凸起拾取。

优先申请案

本申请案主张2014年7月20日申请的标题为“用于微转贴印刷的设备及方法(Apparatus and Method for Micro-Transfer Printing)”的第62/026,694号美国临时专利申请案及2014年7月21日申请的标题为“用于微转贴印刷的方法及工具(Methods andTools for Micro-Transfer Printing)”的第62/027,166号美国临时专利申请案的优先权及权利，所述临时申请案中的每一者的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于将可印刷装置微转贴印刷到目的地衬底的方法及工具。

背景技术

本发明大体上涉及用于微转贴印刷的方法及工具。使用此技术通常难以拾取及放置超薄及/或小型装置。微转贴印刷允许这些超薄、易碎及/或小型装置的选择及应用而不会导致对装置自身的损坏。

微转贴印刷允许将微尺度、高性能装置阵列决定性地组装及集成于非原生衬底上。在其最简单实施例中，微转贴印刷类似于使用橡胶压印器以将基于流体的墨水从印台转贴到纸上。然而，在微转贴印刷中，“墨水”是由高性能固态半导体装置组成且“纸”可为包含塑料及其它半导体的衬底。微转贴印刷工艺利用与高精度控制动作印刷头耦合的经设计弹性体压印器以选择性地将大阵列的微尺度装置拾取且印刷于非原生目的地衬底上。

可通过改变所述印刷头的速度而选择性地调谐所述弹性体转贴装置与所述可印刷元件之间的粘着性。此速率相依的粘着性是用以构造所述转贴装置的所述弹性体的粘弹性本质的结果。当快速地移动所述转贴装置远离结合界面时，所述粘着性足够大以“拾取”所述可印刷元件远离其原生衬底，且相反地，当缓慢地移动所述转贴装置远离结合界面时，所述粘着性足够低以“释放”或“印刷”所述元件于异质表面上。可执行此工艺于其中所述压印器可在单个拾取及印刷操作中转贴(例如)成百上千个离散结构的大规模并行操作中。

微转贴印刷还实现将高性能半导体装置并行组装于几乎任何衬底材料上，包含玻璃、塑料、金属或其它半导体。所述衬底可为柔性的，借此允许柔性电子装置的生产。可以大量配置集成柔性衬底，包含不可与易碎硅基电子装置一起使用的配置。另外，塑料衬底(例如)机械地坚固且可用于提供不易受由机械应力引起的损坏或电子性能降级的影响的电子装置。因此，可通过能够以低成本于大型衬底区域上产生电子装置的连续、高速印刷技术(例如，卷轮式薄膜输送制造)而使用这些材料制造电子装置。

此外，这些微转贴印刷技术可在与塑料聚合物衬底上组装兼容的温度下印刷半导体装置。此外，可将半导体材料印刷于大面积的衬底上，借此实现复杂集成电路在大衬底面积上的连续、高速印刷。而且，可提供在曲折或变形装置定向中具有良好电子性能的完全柔性电子装置以实现广泛范围的柔性电子装置。