(57)【要約】微小部材となる構造体の材料や構造に限定されず、基板上の任意の位置に配置された構造体を選択的に基板から分離し、高い位置精度および集積密度で被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させた微小構造体の集積方法，微小構造体およびマイクロデバイスを提供する。上面に第１の層５が形成され、さらにこの第１の層５の上面に第２の層６が形成された被転写基板４の上面に、基板１に一方の面が接着された構造体２の他方の面を押し付ける押印ステップと、構造体２を少なくとも第２の層６に保持する保持ステップと、基板１を構造体２から剥離する剥離ステップと、第２の層６を除去する除去ステップとを備えた集積方法により、微小構造体およびマイクロデバイスを製造した。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に第１の層が形成され、さらにこの第１の層の上面に第２の層が形成された被転写基板の上面に、基板に一方の面が接着された構造体の他方の面を押し付ける押印ステップと、
前記構造体を少なくとも前記第２の層に保持する保持ステップと、
前記基板を前記構造体から剥離する剥離ステップと、
前記第２の層を除去する除去ステップと
を備えたことを特徴とする微小構造体の集積方法。
【請求項２】
前記押印ステップの前に、前記第１の層または前記第２の層を外部の環境により変化させることによって、前記第１の層または前記第２の層の付着力を弱める変性ステップを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項３】
前記第１の層は、外部環境の変化または相変化により付着力が変化する物質からなることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項４】
前記第１の層は、常温で固体のハンダからなることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項５】
前記第２の層は、外部環境の変化または相変化により付着力が変化する物質からなり、前記第１の層に影響を与えることなく除去することが可能な物質からなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項６】
前記第２の層は、常温で固体のポリエチレングリコールからなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項７】
前記第２の層は、温度，光，紫外線，電子線またはＸ線により硬化する材料またはレジスト材料からなることを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項８】
前記変性ステップにおいて、加熱により前記第１の層を溶融することを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項９】
前記構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けることによって、前記保持部材の粘着力により前記構造体を保持して、前記第１の層から分離させる分離ステップを備えたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１０】
前記保持部材は、弾性を有することを特徴とする請求の範囲第９項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１１】
前記保持部材は、シリコンゴム，ポリイミド，ＰＥＴまたはＰＤＭＳからなることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１２】
前記保持部材は、前記構造体の幅よりも大きい幅を有する凹部を備えることを特徴とする請求の範囲第１０項または第１１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１３】
前記保持部材を保持された前記構造体に押し付けた後、前記第１の層を変性させ、前記分離ステップを行うことを特徴とする請求の範囲第９項〜第１２項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１４】
前記構造体を保持する前記第１の層を変性させた後に、前記分離ステップを行うことを特徴とする請求の範囲第９項〜第１２項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１５】
前記分離ステップにおいて、前記構造体の他方の面に、前記第１の層が付着することを特徴とする請求の範囲第９項〜第１４項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１６】
前記第１の層から分離した前記構造体を、別の被転写基板の上面に転写する転写ステップを備えたことを特徴とする請求の範囲第９項〜第１５項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１７】
前記第１の層から分離した前記構造体を、別の被転写基板の上面に形成された電極の上面に転写する転写ステップを備えたことを特徴とする請求の範囲第９項〜第１６項のいずれか１項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１８】
前記転写後において、前記構造体と前記別の被転写基板の上面とを固定する前記第１の層を溶融することによって、溶融した前記第１の層の表面張力を用いて前記構造体の位置を補正する位置補正ステップを備えたことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項１９】
前記転写後において、前記構造体と前記別の被転写基板の上面に形成された電極とを固定する前記第１の層を溶融することによって、溶融した前記第１の層の表面張力を用いて前記構造体の位置を補正する位置補正ステップを備えたことを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の微小構造体の集積方法。
【請求項２０】
基板に一方の面が接着された構造体は、被転写基板の上面に形成された第１の層または第１の層の上面に形成された第２の層の相または外部の環境を変化させることにより付着力を変化させて、前記被転写基板の上面に押し付けられ、前記第１の層および前記第２の層の付着力が強まることにより保持され、前記基板から剥離されて、前記第２の層を除去することにより前記第１の層に保持されたことを特徴とする微小構造体。
【請求項２１】
前記構造体は、前記構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、前記保持部材の粘着力により保持されて前記第１の層から分離され、別の被転写基板の上面に転写されることを特徴とする請求の範囲第２０項に記載の微小構造体。
【請求項２２】
基板に一方の面が接着された構造体は、被転写基板の上面に形成された第１の層または第１の層の上面に形成された第２の層の相または外部の環境を変化させることにより付着力を変化させて、前記被転写基板の上面に押し付けられ、前記第１の層および前記第２の層の付着力が強まることにより保持され、前記基板から剥離されて、前記第２の層を除去することにより前記第１の層に保持された構造体を備えたことを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項２３】
前記構造体は、前記構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、前記保持部材の粘着力により保持されて前記第１の層から分離され、別の被転写基板の上面に転写された構造体を備えたことを特徴とする請求の範囲第２２項に記載のマイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小構造体の製造方法に関し、特に基板と微小部材との付着力を制御して転写する微小構造体の集積方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）は、微細加工技術により形成した種々の機能を有する微小な構造体，アクチュエーター，センサーまたは回路などの構成部品を用いたデバイスであり、微細構造により得られる機能や付加価値を得ることができるという特徴をもつ。【０００３】
ＭＥＭＳの機能または付加価値をより高めるためには、ＭＥＭＳの構成部品を高集積化または複合化する必要がある。具体的には、種々のプロセスによって形成される異種材料からなる微小部材を１つの基板上に集積する必要がある。【０００４】
異種材料からなる微小部材を集積する方法として、ピックアンドプレイス（pick-and-place）法，積層造形法またはスタンプ転写法などがある。【０００５】
ピックアンドプレイス法は、対象となる微小部材を把持して目標位置まで移動させた後に基板上に配置する方法である。【０００６】
一方、積層造形法は、被転写体となる膜状の材料を基板に転写して積層する方法である。積層造形法により微小部材からなる微小構造体を製造する方法として、第１の基板上に形成した緩衝層または離型層上に微小構造体の一部となる薄膜を形成し、この薄膜を第２の基板（被転写基板）または他の薄膜に転写および接合して積層した後に薄膜を緩衝層または離型層から剥離することによって微小構造体を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。【０００７】
また、スタンプ転写法は、弾性材料からなるスタンプを用いて被転写体となる微小部材を基板に転写する方法である。スタンプ転写法により微小部材からなる微小構造体を製造する方法として、第１の基板上に形成した微小部材をＰＤＭＳ（polydimethylsilloxane
）などのスタンプを用いて第１の基板上から分離し、第２の基板上に転写することによって微小構造体を製造する方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２０７８４６号公報
【非特許文献１】MATTHEW A. MEITL, ZHENG-TAO ZHU, VIPAN KUMAR, KEON JAE LEE, XUE FENG, YONGGANG Y. HUANG, ILESANMI ADESIDA, RALPH G. NUZZO AND JOHN A. ROGERS, “Transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp”, nature materials, Vol. 5, pp. 33-38, 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ピックアンドプレイス法は、対象となる微小部材を把持して目標位置まで移動させた後に基板上に配置する方法であり、微小部材を基板上に集積することはできるが、短時間でかつ低コストで集積することは困難であった。【０００９】
また、特許文献１などの積層造形法により微小部材からなる微小構造体を製造する方法は、第１の基板上に形成した緩衝層または離型層上に微小構造体の一部となる微小部材を形成し、この微小部材を第２の基板または他の薄膜に転写および接合して積層した後に微小部材を緩衝層または離型層から剥離することによって微小構造体を製造する方法である。積層造形法により微小構造体を製造することによって、比較的短時間で微小部材を基板上に集積することができるが、微小部材を緩衝層または離型層から剥離するためには、積層する微小部材と第２の基板または他の薄膜との接合力が、積層する微小部材と緩衝層または離型層との密着力よりも大きくなるような緩衝層または離型層を用いる必要があった。したがって、緩衝層または離型層を効果的に用いることのできる微小部材の材料や構造などが限定されてしまうという問題があった。さらに、微小部材を積層して微小構造体を製造するために、一度に多数の微小構造体を形成するのが困難であり、効率や生産性が低いという問題点があった。【００１０】
一方、非特許文献１などのスタンプ転写法により微小部材からなる微小構造体を製造する方法は、第１の基板上に形成した微小部材をＰＤＭＳなどのスタンプを用いて第１の基板上から分離し、第２の基板上に転写することによって微小構造体を製造する方法である。スタンプ転写法により微小構造体を製造することによって、短時間でかつ低コストで微小部材を基板上に集積することができるだけでなく、緩衝層または離型層を用いる必要がないために、微小部材の材料や構造などを限定することなく集積することができる。また、スタンプから微小部材を分離する際の圧力または速度により、微小部材と基板との付着力を制御することができる。【００１１】
しかしながら、スタンプとしてＰＤＭＳなどの弾性部材を用いるために、微小部材を弾性部材に保持または分離する際の押圧力によって微小部材の配置がずれ、配置における位置精度が低下してしまうという問題があった。また、第１の基板からの分離および第２の基板への転写からなる２段階の転写を行う場合は、微小部材と第１の基板との付着力，微小部材と弾性部材との付着力および微小部材と第２の基板との付着力を考慮して制御する必要があるために、結局、微小部材の材料や構造などが限定されてしまうという問題があった。さらに、微小部材が第１の基板に強く密着または固定されている場合は、各部材同士の付着力の制御には限界があった。【００１２】
そこで、本発明は上記問題点に着目し、微小部材となる構造体の材料や構造に限定されず、基板上の任意の位置に配置された構造体を選択的に基板から分離し、高い位置精度および集積密度で被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させた微小構造体の集積方法，微小構造体およびマイクロデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の微小構造体の集積方法は、上面に第１の層が形成され、さらにこの第１の層の上面に第２の層が形成された被転写基板の上面に、基板に一方の面が接着された構造体の他方の面を押し付ける押印ステップと、前記構造体を少なくとも前記第２の層に保持する保持ステップと、前記基板を前記構造体から剥離する剥離ステップと、前記第２の層を除去する除去ステップとを備えたことを特徴とする。【００１４】
本発明の第２の微小構造体の集積方法は、上記において、前記押印ステップの前に、前記第１の層または前記第２の層を外部の環境により変化させることによって、前記第１の層または前記第２の層の付着力を弱める変性ステップを備えたことを特徴とする。【００１５】
本発明の第３の微小構造体の集積方法は、上記において、前記第１の層は、外部環境の変化または相変化により付着力が変化する物質からなることを特徴とする。【００１６】
本発明の第４の微小構造体の集積方法は、上記において、前記第１の層は、常温で固体のハンダからなることを特徴とする。【００１７】
本発明の第５の微小構造体の集積方法は、上記において、前記第２の層は、外部環境の変化または相変化により付着力が変化する物質からなり、前記第１の層に影響を与えることなく除去することが可能な物質からなることを特徴とする。【００１８】
本発明の第６の微小構造体の集積方法は、上記において、前記第２の層は、常温で固体のポリエチレングリコールからなることを特徴とする。【００１９】
本発明の第７の微小構造体の集積方法は、上記において、前記第２の層は、温度，光，紫外線，電子線またはＸ線により硬化する材料またはレジスト材料からなることを特徴とする。【００２０】
本発明の第８の微小構造体の集積方法は、上記において、前記変性ステップにおいて、加熱により前記第１の層を溶融することを特徴とする。【００２１】
本発明の第９の微小構造体の集積方法は、上記において、前記構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けることによって、前記保持部材の粘着力により前記構造体を保持して、前記第１の層から分離させる分離ステップを備えたことを特徴とする。【００２２】
本発明の第１０の微小構造体の集積方法は、上記において、前記保持部材は、弾性を有することを特徴とする。【００２３】
本発明の第１１の微小構造体の集積方法は、上記において、前記保持部材は、シリコンゴム，ポリイミド，ＰＥＴまたはＰＤＭＳからなることを特徴とする。【００２４】
本発明の第１２の微小構造体の集積方法は、上記において、前記保持部材は、前記構造体の幅よりも大きい幅を有する凹部を備えることを特徴とする。【００２５】
本発明の第１３の微小構造体の集積方法は、上記において、前記保持部材を保持された前記構造体に押し付けた後、前記第１の層を変性させ、前記分離ステップを行うことを特徴とする。【００２６】
本発明の第１４の微小構造体の集積方法は、上記において、前記構造体を保持する前記第１の層を変性させた後に、前記分離ステップを行うことを特徴とする。【００２７】
本発明の第１５の微小構造体の集積方法は、上記において、前記分離ステップにおいて、前記構造体の他方の面に、前記第１の層が付着することを特徴とする。【００２８】
本発明の第１６の微小構造体の集積方法は、上記において、前記第１の層から分離した前記構造体を、別の被転写基板の上面に転写する転写ステップを備えたことを特徴とする。【００２９】
本発明の第１７の微小構造体の集積方法は、上記において、前記第１の層から分離した前記構造体を、別の被転写基板の上面に形成された電極の上面に転写する転写ステップを備えたことを特徴とする。【００３０】
本発明の第１８の微小構造体の集積方法は、上記において、前記転写後において、前記構造体と前記別の被転写基板の上面とを固定する前記第１の層を溶融することによって、溶融した前記第１の層の表面張力を用いて前記構造体の位置を補正する位置補正ステップを備えたことを特徴とする。【００３１】
本発明の第１９の微小構造体の集積方法は、上記において、前記転写後において、前記構造体と前記別の被転写基板の上面に形成された電極とを固定する前記第１の層を溶融することによって、溶融した前記第１の層の表面張力を用いて前記構造体の位置を補正する位置補正ステップを備えたことを特徴とする。【００３２】
本発明の第２０の微小構造体は、基板に一方の面が接着された構造体は、被転写基板の上面に形成された第１の層または第１の層の上面に形成された第２の層の相または外部の環境を変化させることにより付着力を変化させて、前記被転写基板の上面に押し付けられ、前記第１の層および前記第２の層の付着力が強まることにより保持され、前記基板から剥離されて、前記第２の層を除去することにより前記第１の層に保持されたことを特徴とする。【００３３】
本発明の第２１の微小構造体は、上記において、前記構造体は、前記構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、前記保持部材の粘着力により保持されて前記第１の層から分離され、別の被転写基板の上面に転写されることを特徴とする。【００３４】
本発明の第２２のマイクロデバイスは、基板に一方の面が接着された構造体は、被転写基板の上面に形成された第１の層または第１の層の上面に形成された第２の層の相または外部の環境を変化させることにより付着力を変化させて、前記被転写基板の上面に押し付けられ、前記第１の層および前記第２の層の付着力が強まることにより保持され、前記基板から剥離されて、前記第２の層を除去することにより前記第１の層に保持された構造体を備えたことを特徴とする。【００３５】
本発明の第２３のマイクロデバイスは、上記において、前記構造体は、前記構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、前記保持部材の粘着力により保持されて前記第１の層から分離され、別の被転写基板の上面に転写された構造体を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の第１の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記基板上の２任意の位置に配置された前記構造体を前記基板から分離することができ、効率や生産性を向上させることができる。また、前記第１の層および前記第２の層により前記構造体を付着または保持する力を制御して、前記構造体と前記第２の層との付着力を前記構造体と前記基板との付着力より強くすることができる。【００３７】
本発明の第２の微小構造体の集積方法によれば、押印ステップ，保持ステップまたは剥離ステップをより確実に行うことができる。【００３８】
本発明の第３の微小構造体の集積方法によれば、間接的に前記第１の層を状態変化または相変化させ、前記構造体を付着する力を変化させることができるだけでなく、前記第１の層を液化して得られる表面張力を用いた前記構造体の位置補正を行うことができる。【００３９】
本発明の第４の微小構造体の集積方法によれば、間接的に前記第１の層を状態変化または相変化させ、前記構造体を付着する力を変化させることができるだけでなく、前記第１の層を液化して得られる表面張力を用いた前記構造体の位置補正および前記第１の層を介した電気的接続を同時に行うことができる。また、前記ハンダの組成により、液化温度を制御することができる。【００４０】
本発明の第５の微小構造体の集積方法によれば、間接的に前記第２の層を状態変化または相変化させ、前記構造体を付着する力を変化させることができるだけでなく、前記構造体と前記第２の層との付着力を前記構造体と前記基板との付着力より強くすることができる。また、前記第１の層と溶解性などの物性が異なるために、除去ステップにおいて前記第２の層のみを水や有機溶剤などに溶解させて除去することができる。【００４１】
本発明の第６の微小構造体の集積方法によれば、間接的に前記第２の層を状態変化または相変化させ、前記構造体を付着する力を変化させることができるだけでなく、前記構造体と前記第２の層との付着力を前記構造体と前記基板との付着力より強くすることができる。また、前記ポリエチレングリコールの平均分子量により、液化温度を制御することができる。【００４２】
本発明の第７の微小構造体の集積方法によれば、間接的に前記第２の層を状態変化または相変化させ、前記構造体を付着する力を変化させることができるだけでなく、前記構造体と前記第２の層との付着力を前記構造体と前記基板との付着力より強くすることができる。【００４３】
本発明の第８の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の他方の面を前記被転写基板の上面に押し付けた際に、前記構造体の他方の面およびその周面に前記第１の層を付着させることができる。【００４４】
本発明の第９の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記被転写基板上の任意の位置に配置された前記構造体を前記被転写基板から分離することができ、効率や生産性を向上させることができる。【００４５】
本発明の第１０の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記基板上の任意の位置に配置された前記構造体を前記基板から分離し、高い位置精度および集積密度で前記被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させることができる。【００４６】
本発明の第１１の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記基板上の任意の位置に配置された前記構造体を前記基板から分離し、高い位置精度および集積密度で前記被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させることができる。【００４７】
本発明の第１２の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記被転写基板の上面の任意の位置に配置された前記構造体を選択的に前記被転写基板上から分離し、高い位置精度および集積密度で前記別の被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させることができる。【００４８】
本発明の第１３の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体を保持する前記第１の層上または前記第１の層を上面に形成する被転写基板上から、より確実に前記構造体を分離することができる。【００４９】
本発明の第１４の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体を保持する前記第１の層上または前記第１の層を上面に形成する被転写基板上から、より確実に前記構造体を分離することができる。【００５０】
本発明の第１５の微小構造体の集積方法によれば、前記第１の層を液化して得られる表面張力を用いた前記構造体の位置補正および前記第１の層を介した電気的接続を同時に行うことができる。【００５１】
本発明の第１６の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記第１の層から選択的に分離した前記構造体を高い位置精度および集積密度で前記別の被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させることができる。【００５２】
本発明の第１７の微小構造体の集積方法によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記第１の層から選択的に分離した前記構造体を高い位置精度および集積密度で前記別の被転写基板の上面に形成された電極の上面に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させることができる。【００５３】
本発明の第１８の微小構造体の集積方法によれば、より高い位置精度で前記構造体を前記別の被転写基板に配置することができる。また、前記基板上または前記別の被転写基板に配置された前記構造体同士の間隔と異なる間隔で前記構造体を配置することができる。【００５４】
本発明の第１９の微小構造体の集積方法によれば、より高い位置精度で前記構造体を前記別の被転写基板の上面に形成された電極の上面に配置することができる。また、前記基板上または前記別の被転写基板に配置された前記構造体同士の間隔と異なる間隔で前記構造体を配置することができる。【００５５】
本発明の第２０の微小構造体によれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記構造体と前記被転写基板との付着力が、前記構造体と前記基板との接着力に比べて強く、前記基板から分離しやすい前記構造体により構成された微小構造体となる。【００５６】
本発明の第２１の微小構造体よれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、高い位置精度および集積密度で前記別の被転写基板に転写されて、一度に多数配置された前記構造体により構成し、前記構造体に応じた機能を有する微小構造体となる。【００５７】
本発明の第２２のマイクロデバイスによれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、前記被転写基板と前記構造体とが前記第１の層を介して電気的に接続することが可能な前記構造体により構成され、前記構造体に応じた機能を有するマイクロデバイスとなる。【００５８】
本発明の第２３のマイクロデバイスによれば、前記構造体の材料や構造に限定されず、高い位置精度および集積密度で前記別の被転写基板に転写されて、一度に多数配置された前記構造体により構成され、前記別の被転写基板または前記別の被転写基板上の前記電極と前記構造体とが前記第１の層を介して電気的に接続することが可能な前記構造体により構成された前記構造体に応じた機能を有するマイクロデバイスとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の微小構造体の集積方法の実施例１による構造体を基板上から被転写基板上に移動させるための方法を示す図である。
【図２】本発明の微小構造体の集積方法の実施例１による構造体を被点転写基板上から移動させるための方法を示す図である。
【図３】本発明の微小構造体の集積方法の実施例１による構造体を別の被転写基板上に移動させるための方法を示す図である。
【図４】本発明の微小構造体の集積方法の実施例１による各ステップにおける構造体および形成した微小構造体の写真である。
【図５】本発明の微小構造体の集積方法の実施例２によるＬＥＤチップおよびＬＥＤディスレプイの写真である。
【図６】本発明の微小構造体の集積方法の実施例３による複数の発光色のＬＥＤを転写法によって基板上に統合する際の概念図である。
【図７】本発明の微小構造体の集積方法の実施例３によるＬＥＤチップを使った転写の詳細プロセスを示す模式図と各プロセスにおける写真である。
【図８】本発明の微小構造体の集積方法の実施例４によるハンダリフローによるセルフアライメントの実験の模式図と、その結果を示す写真とグラフである。
【図９】本発明の微小構造体の集積方法の実施例５によるＬＥＤチップの転写法を繰り返すことで製作したデバイスの写真である。
【発明を実施すための最良の形態】
【００６０】
本発明の微小構造体の集積方法は、上面に第１の層が形成され、さらにこの第１の層の上面に第２の層が形成された被転写基板を加熱等、外部環境の変化により変性させる変性ステップと、基板に一方の面が接着された構造体の他方の面を前記被転写基板の上面に押し付ける押印ステップと、前記第１の層および前記第２の層を固化させ、前記構造体を前記第１の層および前記第２の層に保持する保持ステップと、前記基板を前記構造体から剥離する剥離ステップと、前記第２の層を除去する除去ステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００６１】
本発明の微小構造体の集積方法によれば、構造体の材料や構造に限定されず、基板上の任意の位置に配置された構造体を基板から分離することができ、効率や生産性を向上させることができる。また、第１の層および第２の層により構造体を付着または保持する力を制御して、構造体と第２の層との付着力を構造体と基板との付着力より強くすることができる。
【００６２】
本発明の第１の層は、外部環境の変化または相変化により付着力が変化する物質からなる層であれば、特定のものに限定されないが、温度に応じて状態が液体または固体となる材料からなるのが好ましい。ここでの外部環境は、可視光，紫外光，赤外光，Ｘ線などの電磁波、温度、電子線，放射線などのエネルギー波などの第１の層の状態または物性に影響を及ぼす周囲の状態を指す。また、第１の層は、常温で固体の一般的な合金からなるハンダからなるのが好ましい。ここでの常温は、１５〜２５℃程度の温度を指す。常温で固体のハンダからなることにより、間接的に第１の層となるハンダの温度を制御してハンダを状態変化させ、構造体を付着または保持する力を変化させることができるだけでなく、ハンダを液化して得られる表面張力を用いた構造体の位置補正およびハンダを介した電気的接続を同時に行うことができる。また、ハンダの組成により、液化温度を制御することができる。また、第１の層は、ビスマス合金などの低融点合金からなる低温ハンダからなってもよい。低温ハンダからなることにより、より低温でハンダの状態を変化させることができる。また、第１の層は、導電性ペーストからなってもよい。融点が比較的低い材料からなる導電性ペーストを用いれば、温度に応じて状態変化を起こさせることもできる。
【００６３】
本発明の第２の層は、外部環境の変化または相変化により付着力が変化する物質からなる層であれば、特定のものに限定されないが、温度に応じて状態が液体または固体となる材料からなる層または光または熱により固体となる材料からなるのが好ましい。さらに、第１の層に影響を与えることなく除去できる物質からなるのが好ましい。たとえば、第１の層と溶解性などの異なる材料からなるのが好ましい。また、第２の層は、常温で固体のポリエチレングリコール（ＰＥＧ），光、熱や温度により硬化する材料またはレジスト材料からなる層であるのが好ましい。第２の層が、常温で固体のポリエチレングリコールからなることにより、間接的にポリエチレングリコールの温度を制御してポリエチレングリコールを状態変化させ、構造体とポリエチレングリコールとの付着力を構造体と基板との付着力より強くすることができるだけでなく、第１の層となるハンダと溶解性が異なるために、除去ステップにおいてポリエチレングリコールのみを水に溶解させて除去することができる。また、ポリエチレングリコールの平均分子量により、液化温度を制御することができる。
【００６４】
また、第２の層が、光または熱により硬化する材料またはレジスト材料からなることにより、光により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層に照射する光を制御して、光により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層を硬化させるか、熱により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層の温度を間接的に制御して熱により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層を硬化させ、構造体と光または熱により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層との付着力を構造体と基板との付着力より強くすることができるだけでなく、第１の層となるハンダと溶解性が異なるために、除去ステップにおいて光または熱により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層のみを有機溶剤で溶解させて除去することができる。
【００６５】
さらに、第２の層となる光または熱により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層は、第１の層となるハンダに比べて構造体に対する付着力または保持力を強くすることができる。なお、光または熱により硬化する材料として、紫外線硬化性樹脂，熱硬化性樹脂を用いてもよい。
【００６６】
本発明の被転写基板は、特定のものに限定されないが、第１の層となるハンダが形成可能な材料からなる基板であるのが好ましく、金属，半導体，セラミックス，ガラス，樹脂またはこれらの組み合わせからなる基板であってもよい。
【００６７】
本発明の変性ステップは、第１の層または第２の層の付着力を弱めることができるステップであれば、特定のものに限定されないが、外部環境の変化により付着力を弱めるのが好ましい。なお、変性ステップは、例えば、第１の層または第２の層を加熱することによって行われてもよい。加熱により少なくとも第１の層を溶融することにより、構造体の他方の面を被転写基板の上面に押し付けた際に、構造体の他方の面およびその周面に第１の層を付着させることができる。
【００６８】
本発明の基板は、特定のものに限定されないが、各種半導体チップの基となる半導体材料を保持する粘着テープであってもよい。基板として粘着テープを用いた場合においても、本発明の微小構造体の集積方法によって、粘着テープの粘着力を紫外線などにより消失させることなく、粘着テープに接着された構造体を粘着テープより剥離して集積することができる。
【００６９】
本発明の構造体は、特定のものに限定されないが、各種材料からなる微小部材，ＳｉチップなどのＳｉからなる構造体，ＬＥＤチップなどの半導体チップからなる構造体であるのが好ましい。構造体として各種材料からなる微小部材またはＳｉからなる構造体を用いた場合は、組み合わせる材料に限定されない異種材料からなる微小構造体またはマイクロデバイスを形成することができる。また、構造体として半導体チップからなる構造体を用いた場合は、各種半導体チップからなるマイクロデバイスを形成することができる。また、構造体の一方の面または他方の面の材料は限定されることがないため、構造体の一方の面または他方の面の上面には電極などが形成されていてもよい。
【００７０】
本発明の剥離ステップは、基板から構造体を剥離できるステップであれば、特定のものに限定されない。
【００７１】
本発明の除去ステップは、第２の層のみを除去できるステップであれば、特定のものに限定されないが、第１の層を溶解させずに第２の層のみを溶解する水または有機溶剤などにより除去するのが好ましい。この除去ステップによれば、除去として水を用いた場合は、除去ステップにおいてポリエチレングリコールのみを溶解させて除去することができるし、除去として有機溶剤を用いた場合は、除去ステップにおいて光または熱により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層のみを溶解させて除去することができる。
【００７２】
本発明の分離ステップは、被転写基板から構造体を分離できるステップであれば、特定のものに限定されないが、構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けることによって、保持部材の粘着力により構造体を保持して、第１の層から分離させるのが好ましい。この分離ステップによれば、構造体の材料や構造に限定されず、基板上の任意の位置に配置された構造体を被転写基板から分離することができるだけでなく、微小構造体を集積する効率や生産性を向上させることができる。また、この分離ステップにおいて、構造体の他方の面に、第１の層が付着するようにしてもよい。構造体の他方の面に、第１の層が付着するようにすることにより、第１の層を液化して得られる表面張力を用いた構造体の位置補正および第１の層を介した電気的接続を同時に行うことができる。
【００７３】
また、構造体を保持する第１の層を溶融させた後に、分離ステップを行ってもよい。構造体を保持する第１の層を溶融させた後に、分離ステップを行うことにより、構造体を保持する第１の層上または第１の層を上面に形成する被転写基板上から、より確実に構造体を分離することができる。
【００７４】
本発明の保持部材は、構造体を保持できる材料からなる部材であれば、特定のものに限定されないが、弾性を有する部材であるのが好ましい。また、保持部材はシリコンゴム，ポリイミド，ＰＥＴまたはＰＤＭＳからなる部材であってもよい。保持部材がシリコンゴム，ポリイミド，ＰＥＴまたはＰＤＭＳからなることにより、構造体の材料や構造に限定されず、基板上の任意の位置に配置された構造体を基板から分離し、高い位置精度および集積密度で被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、微小構造体を集積する効率や生産性を向上させることができる。また、保持部材は、構造体の幅よりも大きい幅を有する凹部を備えてもよい。保持部材が構造体の幅よりも大きい幅を有する凹部を備えることにより、構造体の材料や構造に限定されず、基板または被転写基板上の任意の位置に配置された構造体を選択的に分離し、高い位置精度および集積密度で別の被転写基板に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、微小構造体を集積する効率や生産性を向上させることができる。なお、この凹部は、保持部材をマイクロモールディングなどのパターニングを施すことにより、任意の形状または寸法で形成されてもよい。
【００７５】
本発明の転写ステップは、構造体を別の転写基板の上面に転写できるステップであれば、特定のものに限定されないが、第１の層から分離した構造体を、別の被転写基板の上面または別の被転写基板の上面に形成された電極の上面に転写する転写ステップを備えるのが好ましい。この転写ステップによれば、構造体の材料や構造に限定されず、第１の層から選択的に分離した構造体を高い位置精度および集積密度で別の被転写基板の上面または別の被転写基板の上面に形成された電極の上面に転写することができるだけでなく、一度に多数配置された構造体により構成し、構造体に応じた機能を得ることができる。
【００７６】
本発明の電極は、導電性を有し、ハンダを載置することができる材料であれば、特定のものに限定されないが、ハンダの濡れ性が高い材料またはＡｕやＣｕなどの導電性物質からなる電極であるのが好ましい。電極を形成または配置する場所や電極の大きさを制御することにより、後述の位置補正ステップをより行いやすくすることもできる。
【００７７】
本発明の位置補正ステップは、構造体を被転写基板の上面に配置したのちに、構造体の位置を補正できるステップであれば、特定のものに限定されないが、転写後において、構造体と別の被転写基板または構造体と別の被転写基板の上面に形成された電極とを固定する前記第１の層を溶融することによって、溶融した第１の層の表面張力を用いて構造体の位置を補正する位置補正ステップを備えるのが好ましい。この位置補正ステップによれば、より高い位置精度で構造体を別の被転写基板に配置することができる。また、基板上または別の被転写基板に配置された構造体同士の間隔と異なる間隔で構造体を配置することができる。
【００７８】
本発明の微小構造体は、構造体からなる微小構造体であれば、特定のものに限定されないが、基板に一方の面が接着された構造体は、上面に第１の層が形成され、さらにこの第１の層の上面に第２の層が形成された被転写基板を加熱して、被転写基板の上面に押し付けられ、第１の層および第２の層が固化することにより保持され、基板から剥離されて、第２の層を除去することにより第１の層に保持された微小構造体であるのが好ましい。本発明の微小構造体によれば、構造体の材料や構造に限定されず、構造体と被転写基板との付着力または保持力が、構造体と基板との接着力に比べて弱いため、構造体を被転写基板から分離しやすい。
【００７９】
また、本発明の微小構造体は、構造体は、構造体を保持する第１の層を溶融させて、構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、保持部材の粘着力により保持されて第１の層から分離され、別の被転写基板の上面または別の被転写基板の上面に形成した電極の上面に転写される微小構造体であってもよい。本発明の微小構造体によれば、構造体の材料や構造に限定されず、高い位置精度および集積密度で別の被転写基板に転写されて、一度に多数配置された構造体により構成し、構造体に応じた機能を得ることができる。
【００８０】
本発明のマイクロデバイスは、構造体からなるマイクロデバイスであれば、特定のものに限定されないが、基板に一方の面が接着された構造体は、上面に第１の層が形成され、さらにこの第１の層の上面に第２の層が形成された被転写基板を加熱して、被転写基板の上面に押し付けられ、第１の層および第２の層が固化することにより保持され、基板から剥離されて、第２の層を除去することにより第１の層に保持された構造体を備えたマイクロデバイスであるのが好ましい。本発明のマイクロデバイスによれば、構造体の材料や構造に限定されず、被転写基板と構造体とが第１の層を介して電気的に接続することが可能な構造体により構成され、構造体に応じた機能を得ることができる。
【００８１】
また、本発明のマイクロデバイスは、構造体は、構造体を保持する第１の層を溶融させて、構造体に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、保持部材の粘着力により保持されて第１の層から分離され、別の被転写基板の上面または別の被転写基板の上面に形成した電極の上面に転写された構造体を備えたマイクロデバイスであってもよい。本発明のマイクロデバイスによれば、構造体の材料や構造に限定されず、高い位置精度および集積密度で別の被転写基板に転写されて、一度に多数配置された構造体により構成され、別の被転写基板または別の被転写基板上の電極と構造体とが第１の層を介して電気的に接続された構造体により構成された構造体に応じた機能を得ることができる。なお、マイクロデバイスは、異なる発光色を発するＬＥＤチップを複数個配置することにより得られるフルカラーＬＥＤなどであってもよい。
【００８２】
以下、具体的な実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、各実施例において、同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。
【実施例１】
【００８３】
本実施例では、基板に一方の面が接着された構造体，上面に第１の層が形成され、さらにこの第１の上面に第２の層が順次形成された被転写基板，保持部材および別の被転写基板を用いた。被転写基板に対して加熱による変性ステップを行った後に、構造体に対して押印ステップ，保持ステップ，剥離ステップを行い、第２の層に対して除去ステップを行うことにより、構造体を転写基板上に第１の層を用いて保持し、第１の層に保持した構造体に対して分離ステップ，転写ステップ，位置補正ステップを行い、構造体を別の転写基板上に集積した。【００８４】
図１〜３は、本実施例での微小構造体の集積方法を説明する図である。【００８５】
図１は、微小構造体の集積方法における構造体を基板上から被転写基板上に移動させるための方法を示す図であり、図１（Ａ）は加熱による変性ステップを示し，図１（Ｂ）は押印ステップおよび保持ステップを示し，図１（Ｃ）は剥離ステップを示し，図１（Ｄ）は除去ステップを示している。【００８６】
図１（Ａ）において、１は基板となるダイシングテープであり、当該ダイシングテープ１上に構造体となるＳｉ構造体２の一方の面が接着されている。また、このＳｉ構造体２の他方の面には、電極となるＡｕ電極３が形成されている。４は被転写基板であり、当該被転写基板４の上面には、Ｓｉ構造体２に対する保持力または付着力を制御して電気的な接続を得るための第１の層５となるハンダが形成されている。また、第１の層５の上面には、Ｓｉ構造体２に対する保持力または付着力を制御して第２の層６となるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が形成されている。本実施例における第１の層５は低温ハンダであり、融点が５０℃程度である。また、第２の層６は平均分子量２０００程度のＰＥＧであり、融点は３０〜４０℃程度である。この第１の層５および第２の層６を上面に備えた被転写基板４を、第１の層５および第２の層６の融点以上となる９０℃に加熱した。加熱により、第１の層５および第２の層６を溶融した。【００８７】
なお、第２の層６として、ＰＥＧの代わりに、光または熱により硬化する材料またはレジスト材料などの未反応時に常温で液体である材料の場合は、加熱による変性ステップにより第２の層を溶融する必要がなく、加熱による変性ステップをより低温で行うことが可能となる。【００８８】
第１の層５および第２の層６を溶融した後に、図１（Ｂ）に示すような押印ステップを行った。押印ステップにおいて、まず、Ｓｉ構造体２および被転写基板４を、Ｓｉ構造体２上のＡｕ電極３の上面と、被転写基板４上の第１の層５上の第２の層６の上面とが、略並行に対向するように配置した。次に、スタンプローラーを用いて、ダイシングシート１のＳｉ構造体２の一方の面を接着した面の裏面に対して、垂直方向圧力を加えることにより、Ｓｉ構造体２を被転写基板４上の第１の層５に押印した。【００８９】
なお、Ｓｉ構造体２は第１の層５を通じて被転写基板４に接するように押印されてもよい。また、本実施例での垂直方向圧力は、１．５Ｎ／ｍｍ２程度であるが、垂直方向圧力はＳｉ構造体２が破壊しないように被転写基板４上の第１の層５に押印される程度の圧力でよく、Ｓｉ構造体２，Ａｕ電極３，被転写基板４，第１の層５および第２の層６などの材料または物性に応じて変化させてもよい。【００９０】
この押印ステップを行った後に、Ｓｉ構造体２を被転写基板４に押印したままの状態で、保持ステップを行った。【００９１】
保持ステップにおいて、第１の層５および第２の層６を、第１の層５および第２の層６の融点以下まで冷却して固化した。第２の層６を固化させたことにより、Ｓｉ構造体２に対する第２の層６の付着または保持する力は、Ｓｉ構造体２に対する第１の層５の付着または保持する力およびＳｉ構造体２に対するダイシングテープ１の接着力に対して強くした。また、第２の層６を固化させたことによって、Ｓｉ構造体２を保持した。【００９２】
なお、第２の層６として、ＰＥＧの代わりに、光または熱により硬化する材料またはレジスト材料などを用いた場合は、保持ステップにおいて、第２の層６を硬化させた後に冷却してもよい。特に、第２の層６として光により硬化する材料を用いた場合は、保持ステップにおいて、冷却させた後に第２の層６を硬化させてもよい。これにより、被転写基板４などの材料または物性に応じて、Ｓｉ構造体２の位置ずれなどを起こすことなく、確実に保持することが可能となる。【００９３】
この保持ステップを行った後に、図１（Ｃ）に示すような剥離ステップを行った。【００９４】
剥離ステップにおいて、Ｓｉ構造体２が第１の層５または第２の層６に保持されたままの状態となるように剥離した。【００９５】
さらに、図１（Ｄ）に示すような除去ステップを行った。【００９６】
本実施例で用いた第２の層６は水に可溶するため、除去ステップとして、水を用いて第２の層６のみを除去した。【００９７】
なお、第２の層６として、ＰＥＧの代わりに、光または熱により硬化する材料またはレジスト材料などを用いた場合は、有機溶剤などを用いて第２の層６のみを除去することができる。【００９８】
図２は、本実施例の微小構造体の集積方法における構造体を被転写基板上から移動させるための方法を示す図であり、分離ステップを説明する図である。【００９９】
図２（Ａ）および（Ｂ）は、分離ステップを示している。【０１００】
図２（Ａ）において、７はＳｉ構造体２を保持するための粘着力を有する保持部材である。本実施例では、保持部材としてＰＤＭＳ（polydimethylsilloxane）シート７を用い
、当該ＰＤＭＳシート７の一方の面および他方の面が平坦なＰＤＭＳシート７を用いた。分離ステップにおいて、まず、ＰＤＭＳシート７の一方の面と、Ｓｉ構造体２を保持した被転写基板４とが略並行に対向するように配置した。次に、スタンプローラーを用いて、被転写基板４上のＳｉ構造体２の一方の面に対して、垂直方向圧力を加えた。この状態で第１の層５を加熱して溶融させ、Ｓｉ構造体２の一方の面をＰＤＭＳシート７の一方の面に保持したまま、被転写基板４上の第１の層５から分離した。この分離時に、Ｓｉ構造体２の他方の面に形成されたＡｕ電極３に第１の層５の一部が付着する。【０１０１】
なお、本実施例では、分離ステップにおいて、スタンプローラーを用いてＳｉ構造体２の一方の面に対して垂直方向圧力を加えてＳｉ構造体２を保持した後に第１の層５を加熱して溶融させたが、第１の層５を加熱して溶融させた後に、スタンプローラーを用いてＳｉ構造体２の一方の面に対して垂直方向圧力を加えてＳｉ構造体２を保持してもよい。また、本実施例での垂直方向圧力は、１．５Ｎ／ｍｍ２程度であるが、Ｓｉ構造体２が破壊しないようにＰＤＭＳシートに保持できる圧力でよく、Ｓｉ構造体２，Ａｕ電極３，被転写基板４などの材料または物性に応じて変化させてもよい。【０１０２】
また、ＰＤＭＳシート７のＳｉ構造体２の一方の面と接触する面は、平坦であってもよいが、凹凸または突起部を設けてもよい。この凹凸または突起部は、保持部材をマイクロモールディングなどのパターニングを施すことにより、任意の形状または寸法で形成してもよい。突起部を設けることにより、Ｓｉ構造体２を被転写基板４上または被転写基板４上の第１の層５から選択的に分離または転写することができる。この突起部の寸法，形状，個数や間隔などを制御することにより、寸法，形状の異なるＳｉ構造体２を一度に分離または転写して微小構造体を形成することができるようになる。この突起部の間隔となる幅はＳｉ構造体２の幅と同程度であってもよい。さらに、突起部の一部を位置合わせ用の目印（アライメントマーク）とすることもできる。【０１０３】
図３は、本実施例の微小構造体の集積方法における構造体を別の被転写基板上に移動させるための方法を示す図であり、転写ステップおよび位置補正ステップを説明する図である。【０１０４】
図３（Ａ）および（Ｂ）は転写ステップを示し、図３（Ｃ）および（Ｄ）は位置補正ステップを示している。【０１０５】
図３（Ａ）において、８は別の転写基板であり、当該別の被転写基板８上に電極となるＡｕ電極９が形成される。【０１０６】
転写ステップにおいて、まず、ＰＤＭＳシート７の一方の面またはＰＤＭＳシート７に保持されたＳｉ構造体２の他方の面と、別の被転写基板８の上面とが略並行に対向するように配置させ、さらに、別の被転写基板８上に形成されたＡｕ電極９上面の垂直方向の延長線上に、Ｓｉ構造体２の他方の面に形成されたＡｕ電極９が位置するように光学顕微鏡および超精密ステージにより位置合わせを行った。次に、Ｓｉ構造体２の他方の面に形成されたＡｕ電極９の少なくとも上面に付着した第１の層５を加熱して溶融させた。なお、分離ステップ直後に転写ステップを行う場合は、加熱して溶融させる必要がない。【０１０７】
さらに、スタンプローラーを用いて、ＰＤＭＳシート７のＳｉ構造体２の一方の面を接着した面の裏面に対して、垂直方向圧力を加え、Ｓｉ構造体２の他方の面に形成されたＡｕ電極３と、別の転写基板８上に形成されたＡｕ電極９とを接触させた。この状態で第１の層５を冷却して固化させた。第１の層５を固化させたことにより、Ｓｉ構造体２とＰＤＭＳシート７との付着力または保持力に比べて、Ｓｉ構造体２と第１の層５との付着力または保持力を大きくして保持した。【０１０８】
Ｓｉ構造体２を第１の層５により保持した後に、図３（Ｂ）に示すように、ＰＤＭＳシート７をＳｉ構造体２の一方の面から剥離した。【０１０９】
なお、転写ステップにおいて用いる別の被転写基板８として、ＰＤＭＳシートなどの保持部材を用いてもよい。【０１１０】
この転写ステップを行った後に、位置補正ステップを行った。【０１１１】
図３（Ｃ）に示すように、Ｓｉ構造体２の他方の面に形成されたＡｕ電極３と、別の被転写基板８上に形成されたＡｕ電極９との間にあり、Ｓｉ構造体２と別の被転写基板８とを保持する第１の層５を溶融した。第１の層５を溶融したことによって、第１の層５の表面張力およびＳｉ構造体２の自重を用いてＳｉ構造体２の配置における位置を補正した。【０１１２】
なお、Ａｕ電極３またはＡｕ電極９の間隔，寸法や形状を制御することにして、この位置補正ステップを行うことによって、ダイシングテープ１上に接着されていたＳｉ構造体２または被転写基板４上に保持されていたＳｉ構造体２の間隔を変えることもできる。【０１１３】
図４は、図１〜図３のステップにおける写真を示す。【０１１４】
図４（Ａ）は、図１（Ａ）におけるダイシングテープ１上に接着したＳｉ構造体２を示している。図４（Ｂ）は、図１（Ｄ）における被転写基板４上に形成された第１の層５上に保持されたＳｉ構造体２を示している。図４（Ｂ）より、Ｓｉ構造体２は図４（Ａ）時の配置のまま第１の層５に保持されたことを確認した。【０１１５】
また、図４（Ｃ）は、図２（Ｂ）におけるＰＤＭＳシート７上に保持されたＳｉ構造体２を示している。図４（Ｃ）より、Ｓｉ構造体２の他方の面に形成された電極３上には第１の層５の一部が付着したままであることを確認した。【０１１６】
さらに、図４（Ｄ）および図４（Ｅ）は、図３（Ｃ）および図３（Ｄ）における位置補正前後での別の転写基板８上でのＳｉ構造体２を示している。図４（Ｄ）および図４（Ｅ）より、位置補正によって、Ｓｉ構造体２の位置を補正して微小構造体を形成できることを確認した。【０１１７】
以上のように、本実施例の微小構造体の集積方法によれば、上面に第１の層５が形成され、さらにこの第１の層５の上面に第２の層６が形成された被転写基板４を加熱する加熱による変性ステップと、基板となるダイシングテープ１に一方の面が接着された構造体となるＳｉ構造体２の他方の面を被転写基板４の上面に押し付ける押印ステップと、第１の層５および第２の層６を固化させ、Ｓｉ構造体２を第１の層５および第２の層６に保持する保持ステップと、ダイシングテープ１をＳｉ構造体２から剥離する剥離ステップと、第２の層６を除去する除去ステップとを備えたことにより、Ｓｉ構造体２の材料や構造に限定されず、ダイシングテープ１上の任意の位置に配置されたＳｉ構造体２をダイシングテープ１から分離することができ、効率や生産性を向上させることができる。また、第１の層５および第２の層６によりＳｉ構造体２を付着または保持する力を制御して、Ｓｉ構造体２と第２の層６との付着力をＳｉ構造体２とダイシングテープ１との付着力より強くすることができる。【０１１８】
また、第１の層５は、常温で固体のハンダからなることにより、間接的に第１の層５の温度を制御して第１の層５を状態変化させ、Ｓｉ構造体２を付着または保持する力を変化させることができるだけでなく、第１の層５を液化して得られる表面張力を用いたＳｉ構造体２の位置補正および第１の層５を介した電気的接続を同時に行うことのできる微小構造体の集積方法を提供することができる。また、第１の層５となるハンダの組成により、液化温度を制御することができる。【０１１９】
また、第２の層６は、常温で固体のポリエチレングリコールからなることにより、間接的に第２の層６の温度を制御して第２の層６を状態変化させ、Ｓｉ構造体２と第２の層６との付着力をＳｉ構造体２とダイシングテープ１との付着力より強くすることができるだけでなく、第１の層５と溶解性が異なるために、除去ステップにおいて第２の層６のみを水に溶解させて除去することができる。また、ポリエチレングリコールの平均分子量により、液化温度を制御することができる。【０１２０】
また、第２の層６は、光または熱により硬化する材料またはレジスト材料からなることにより、間接的に第２の層６に照射する光または第２の層６の温度を制御して第２の層６を硬化させ、Ｓｉ構造体２と第２の層６との付着力をＳｉ構造体２とダイシングテープ１との付着力より強くすることができるだけでなく、第１の層５と溶解性が異なるために、除去ステップにおいて第２の層６のみを有機溶剤で溶解させて除去することができる。【０１２１】
また、保持ステップにおいて、Ｓｉ構造体２と第２の層６との付着力をＳｉ構造体２とダイシングテープ１との付着力より強くしてＳｉ構造体２を保持し、ダイシングテープ１からＳｉ構造体２を分離しやすくすることができる。【０１２２】
また、加熱による変性ステップにおいて、加熱により第１の層５を溶融することにより、Ｓｉ構造体２の他方の面を被転写基板４の上面に押し付けた際に、Ｓｉ構造体２の他方の面およびその周面に第１の層５を付着させることができる。【０１２３】
また、Ｓｉ構造体２に粘着力を備えた保持部材７を押し付けることによって、保持部材の粘着力によりＳｉ構造体２を保持して、第１の層５から分離させる分離ステップを備えたことにより、Ｓｉ構造体２の材料や構造に限定されず、被転写基板４上の任意の位置に配置されたＳｉ構造体２を被転写基板４から分離することができ、効率や生産性を向上させることができる。【０１２４】
また、Ｓｉ構造体２を保持する第１の層５を溶融させた後に、分離ステップを行うことにより、Ｓｉ構造体２を保持する第１の層５上または第１の層５を上面に形成する被転写基板４上から、より確実にＳｉ構造体２を分離することができる。【０１２５】
また、分離ステップにおいて、Ｓｉ構造体２の他方の面に、第１の層５が付着することにより、第１の層５を液化して得られる表面張力を用いたＳｉ構造体２の位置補正および第１の層５を介した電気的接続を同時に行うことのできる微小構造体の集積方法を提供することができる。【０１２６】
また、第１の層５から分離したＳｉ構造体２を、別の被転写基板８の上面に形成されたＡｕ電極９の上面に転写する転写ステップを備えたことにより、Ｓｉ構造体２の材料や構造に限定されず、第１の層５から選択的に分離したＳｉ構造体２を高い位置精度および集積密度で別の被転写基板８に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させることができる。【０１２７】
また、転写後において、Ｓｉ構造体２と別の被転写基板８の上面に形成されたＡｕ電極９とを固定する第１の層５を溶融することによって、溶融した第１の層５の表面張力およびＳｉ構造体２の自重を用いてＳｉ構造体２の位置を補正する位置補正ステップを備えたことにより、より高い位置精度でＳｉ構造体２を別の被転写基板８に配置することができる。また、ダイシングテープ１上または別の被転写基板８に配置されたＳｉ構造体２同士の間隔と異なる間隔でＳｉ構造体２を配置することができる。【０１２８】
また、保持部材は、シリコンゴム，ポリイミド，ＰＥＴまたはＰＤＭＳからなることにより、Ｓｉ構造体２の材料や構造に限定されず、ダイシングテープ１上の任意の位置に配置されたＳｉ構造体２をダイシングテープ１から分離し、高い位置精度および集積密度で被転写基板４に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができ、効率や生産性を向上させることができる。【０１２９】
また、保持部材は、Ｓｉ構造体２の幅よりも大きい幅を有する凹部を備えることにより、Ｓｉ構造体２の材料や構造に限定されず、被転写基板４の上面の任意の位置に配置されたＳｉ構造体２を選択的に被転写基板４上から分離し、高い位置精度および集積密度で別の被転写基板８に転写することができるだけでなく、一度に多数の微小構造体を形成することができる。【０１３０】
また、基板となるダイシングテープ１に一方の面が接着された構造体となるＳｉ構造体２は、上面に第１の層５が形成され、さらにこの第１の層５の上面に第２の層６が形成された被転写基板４を加熱して、被転写基板４の上面に押し付けられ、第１の層５および第２の層６が固化することにより保持され、ダイシングテープ１から剥離されて、第２の層６を除去することにより第１の層５に保持されたことにより、Ｓｉ構造体２の材料や構造に限定されず、Ｓｉ構造体２と被転写基板４との付着力または保持力が、Ｓｉ構造体２とダイシングテープ１との接着力に比べて強く、基板１から分離しやすいＳｉ構造体２により構成された微小構造体となる。【０１３１】
また、Ｓｉ構造体２は、Ｓｉ構造体２に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、保持部材の粘着力により保持されて第１の層５から分離され、別の被転写基板８の上面に形成したＡｕ電極９の上面に転写されることにより、Ｓｉ構造体２の材料や構造に限定されず、高い位置精度および集積密度で前記別の被転写基板８に転写されて、一度に多数配置された前記構造体により構成し、前記構造体に応じた機能を有する微小構造体となる。
【実施例２】
【０１３２】
本実施例では、実施例１における構造体となるＳｉ構造体２の代わりにＬＥＤチップ10を用いて、実施例１と同様のステップを行うことにより、マイクロデバイスとしてのＬＥＤディスレプイを形成した。【０１３３】
図５は、ＬＥＤチップ10およびＬＥＤチップ10を用いたＬＥＤディスプレイの写真である。【０１３４】
図５（Ａ）は、ダイシングテープ１上に接着されたＬＥＤチップ10を示している。また、図５（Ｂ）および（Ｃ）は、ＬＥＤチップ10を用いたＬＥＤディスプレイの動作を示している。【０１３５】
図５（Ａ）のＬＥＤチップ10は、ＬＥＤチップ10の一方の面となる発光面がダイシングテープ１に接着されており、ＬＥＤチップ10の他方の面となる電極面は被転写基板４または別の被転写基板８の上面に対向するように配置されている。なお、このＬＥＤチップ10はＡｕ電極を２極有するＬＥＤチップであるが、２極以上のＡｕ電極を有するＬＥＤチップであってもよい。また、発光色の異なる複数のＬＥＤチップ10であってもよい。さらに、発光色の異なる複数のＬＥＤチップ10から必要な発光色のＬＥＤチップ10のみを選択的に被転写基板４または別の被転写基板８上に複数回に分けて集積してもよく、ＬＥＤフルカラーディスプレイを形成してもよい。【０１３６】
図５（Ｂ）はＬＥＤチップ10を電気的に接続するＡｕ電極９間に通電した状態を示しており、図５（Ｃ）はＬＥＤチップ10を電気的に接続するＡｕ電極９間に通電しない状態を示している。図５（Ｃ）より、ＬＥＤチップ10はＡｕ電極９に電気的に接続され、通電により発光することを確認した。【０１３７】
本実施例のマイクロデバイスによれば、基板となるダイシングテープ１に一方の面が接着された構造体となるＬＥＤチップ10は、上面に第１の層５が形成され、さらにこの第１の層５の上面に第２の層６が形成された被転写基板４を加熱して、被転写基板４の上面に押し付けられ、第１の層５および第２の層６が固化することにより保持され、ダイシングテープ１から剥離されて、第２の層６を除去することにより第１の層５に保持されたＬＥＤチップ10を備えたことにより、ＬＥＤチップ10の材料や構造に限定されず、被転写基板４とＬＥＤチップ10とが第１の層５を介して電気的に接続することが可能なＬＥＤチップ10により構成され、ＬＥＤチップ10に応じた機能を有するマイクロデバイスとなる。【０１３８】
また、ＬＥＤチップ10は、ＬＥＤチップ10を保持する第１の層５を溶融させて、ＬＥＤチップ10に粘着力を備えた保持部材を押し付けられることによって、保持部材の粘着力により保持されて第１の層５から分離され、別の被転写基板８の上面に形成した電極となる電極９の上面に転写されたＬＥＤチップ10を備えたことにより、ＬＥＤチップ10の材料や構造に限定されず、高い位置精度および集積密度で別の被転写基板８に転写されて、一度に多数配置されたＬＥＤチップ10により構成され、別の被転写基板８または別の被転写基板８上のＡｕ電極９とＬＥＤチップ10とが第１の層５を介して電気的に接続されたＬＥＤチップ10により構成されたＬＥＤチップ10に応じた機能を有するマイクロデバイスとなる。
【実施例３】
【０１３９】
本実施例では、２色のＬＥＤを転写した。【０１４０】
図６に、２つの異なる発光波長を持つＬＥＤを転写する際の概念図を示す。それぞれのＬＥＤは粘着テープにある一定の間隔で付着した状態で提供される。ポリイミド基板上には銅配線が施され、さらに、この銅配線の上にはハンダがのせてあり、このハンダの上にＬＥＤを順番に転写していく。【０１４１】
ここでは、最初に緑色に発光するＬＥＤを、次に青色に発光するＬＥＤを転写した。緑と青のＬＥＤは、形状が全く同じで一辺の長さが２４０μm、高さ８０μmのものを使用した。【０１４２】
図７に、実際に転写した際の詳細なプロセスと、それに対応した写真を示す。【０１４３】
まず、粘着テープ上のＬＥＤ（豊田合成）を剥がすため、より保持力の強いＰＥＧ／ハンダがコーティングされたＡｕ／ガラスの基板を用意した（図７、リリース）。基板を９０℃にあたためることで、ＰＥＧ／ハンダが液体となった。そこにＬＥＤチップが配列されたシートを押し付けた。その後、室温まで冷却すると、ＰＥＧ／ハンダが固化し、チップが保持された。その状態で、粘着テープを剥がすと、ＬＥＤチップが、Ａｕ／ガラス基板上に転写された。【０１４４】
転写されたＬＥＤチップを、今度はＰＤＭＳのスタンプ上に転写した（図７、ピックアップ）。なお、ＰＤＭＳには凹凸を設けることが可能であり、選択的にＬＥＤチップをピックアップすることも可能である。ＰＤＭＳでピックアップする前に、ＬＥＤが保持された基板を純水に漬け、ＰＥＧを溶かして除去した。これにより、ＬＥＤはハンダでのみ保持されている状態となり、ＰＤＭＳの比較的弱い粘着力でのピックアップが可能となった。ＰＥＧを除去後、ＰＤＭＳシートをＬＥＤチップ上に密着させ、９０℃程度に加熱することでハンダを溶かした。これによりＬＥＤの保持力がなくなり、容易にＰＤＭＳ上にチップが転写された。【０１４５】
ＰＤＭＳスタンプ上のＬＥＤチップを、最後に回路基板に転写した（図７、転写）。回路基板はポリイミド上に銅の配線で作成した。ちょうどＬＥＤのコンタクトパッドが来る位置に、低温ハンダをパターンしておき、この低温ハンダを溶かして固めることで、ＬＥＤチップをＰＤＭＳ上から剥がし基板上へ転写した。基板を９０℃に熱した状態で、ＬＥＤチップを基板上に押し付けた。チップを押し付けた後、基板を室温まで下げ、低温ハンダを固化させＬＥＤチップを保持した。その後、ＰＤＭＳシートをはがすことで、ＬＥＤチップの基板上への配置が完了した。【０１４６】
配置されたＬＥＤチップは、０．１Ｍ塩酸中で９０℃に熱することで、ハンダをリフローさせ、電気的な接続を完了させた（図７、セルフアライン）。ハンダを溶かすことにより、表面張力がＬＥＤチップに働く。これを利用することで、基板上の配線から多少ＬＥＤチップが転写の誤差でずれていても、自動的にチップの位置が修正された（セルフアライン）。【０１４７】
上記のプロセスを繰り返すことで、複数種類のチップを同一の回路基板上に、多数配置することが可能となる。
【実施例４】
【０１４８】
本実施例では、転写の位置ずれの評価を行った。【０１４９】
図８は、上記のセルフアライメントが、どの程度の部品のズレに対応できるかを調べた実験結果を示したものである。実験にはＬＥＤのチップでなく、金のパッド（一辺２００μｍの長方形）が付いたシリコンのテスト用のブロックを用いた。図８（Ａ）に示すように、シリコンのブロックを基板上に意図的にずらして転写し、ＨＣｌ（０．１Ｍ）中で９０度に熱することで、位置がどの程度修正されるかを調べた。図８（Ｂ）は、セルフアライメントを行う前の基板とブロックの位置関係と、セルフアライメント後の位置関係を示したものである。ずれて配置されたブロックが、基板上の金のパターンの上に位置修正されて乗っているのが観察された。図８（Ｃ）は、縦軸に位置のずれの量、横軸に個々のブロックのサンプル番号を示したものである。黒丸がセルフアライン前、白丸がセルフアライン後のずれの量である。これにより、ずれの量がおよそ１８０μmまではセルフアライメントにより、平均およそ１５μmの距離以内にずれが修正された。これはパッドが２００μm角の長方形の大きさの場合、パッドの大きさのおよそ９０%程度の位置のずれであれば修正可能であり、修正の精度はパッドの大きさの約８％程度であることがわかった。
【実施例５】
【０１５０】
図９に、上記のＬＥＤチップの転写法をくりかえすことで製作したデバイスの写真を示す。図９（Ａ）はデバイスの全景、図９（Ｂ）はそれを発光させたものである。直径が１２．５mmの円柱に巻きつけて実験をおこなった。基板がポリイミドで曲げることが可能であり、曲げた状態においても、配線が断線せずに発光が可能であることが確認された。図９（Ｃ）は、緑一色のＬＥＤを転写した例である。写真の１５個のＬＥＤのうち、１４個において発光が確認された。図９（Ｄ）は、２色のＬＥＤを転写したものである。写真にある６個のＬＥＤは３個が青、３個が緑であり、それぞれに発光が確認された。【０１５１】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施例では、基板に構造体を保持する方法または基板から構造体を剥離する方法として、構造体に対する付着力または保持力が第１の層と異なる第２の層に、ポリエチレングリコールからなる層，光または熱により硬化する材料からなる層またはレジスト材料からなる層を用いたが、これに限らず、光や熱以外の要因に応じて状態が液体または固体に変化する材料からなる層などを用いてもよい。【０１５２】
また、構造体として、Ｓｉ構造体やＬＥＤチップを用いたが、これに限らず、各種材料からなる微小部材または半導体チップなどからなる構造体などを用いてもよい。【０１５３】
さらに、別の被転写基板は、金属，半導体，セラミックス，ガラス，樹脂またはこれらの組み合わせからなる基板や、集積回路やＭＥＭＳであってもよく、構造体を配置する位置に第１の層と同様な材料などがパターニングされて形成されていてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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