(57)【要約】      （修正有）【課題】３次元の表面上に可撓性のコンポーネント素子が取り付けられるデバイスを形成する方法を提供する。【解決手段】レンズの光学的特性を変えることが可能な可変の光学的部分を備える励起される眼科用レンズに、別個に薄層化された可撓性コンポーネントを含める。さらに電気接点を有する３次元基板の表面上に可撓性半導体デバイス１９１を組み入れることを含む。いくつかの態様では、形成されたデバイスは眼科用デバイスに組み入れることができる。【選択図】図１Ｂ
2014028141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスの製造方法であって、
少なくとも一表面領域を有する第１の基板を形成する工程において、前記表面領域が非平面である、工程と、
前記表面領域に電気接点を取り付ける工程と、
可撓性半導体を備える電子素子を前記電気接点に取り付ける工程において、前記非平面の表面とぴったり一致するように前記可撓性半導体を曲げる、工程と、を含む、方法。
【請求項２】
眼科用デバイスの内部に前記電子デバイスを定置する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記表面領域が、円筒形の電子素子の少なくとも一部のための支持部を形成する曲面を備えている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記円筒形の電子素子が、前記眼科用デバイスの光路の軸に沿ってその放射軸に配向される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電子デバイスの設計が、少なくとも１つの冗長素子を含むように行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記半導体が結晶質シリコンを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体が多結晶質シリコンを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記半導体が非晶質シリコンを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記表面領域が曲面を備え、それが、円錐形電子素子の少なくとも一部のための支持部を形成している、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記円錐形が、前記眼科用デバイスの光路の軸に沿ってその放射軸に概ね配向される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電子デバイスの設計が、少なくとも１つの冗長素子を含むように行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記表面領域が曲面を備え、それが、平らでないフラップ形の少なくとも一部を含む支持部を形成している、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記フラップ形が、前記眼科用デバイスの光路の方向にその面法線がある表面に配向される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記電子デバイスの設計が、少なくとも１つの冗長素子を含むように行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
眼科用デバイスであって、
少なくとも一表面領域を有する基板において、前記表面領域の少なくとも一部はその延在範囲にわたって非平面である、基板と、
前記表面領域に形成された電気接点と、
前記電気接点に取り付けられた可撓性半導体デバイスを備える少なくとも第１の電子素子において、前記可撓性半導体が前記非平面の表面にぴったりと一致している、電子素子と、を備える、眼科用デバイス。
【請求項１６】
前記第１表面領域が曲面を備え、それが円筒形の少なくとも一部を形成している、請求項１５に記載の眼科用デバイス。
【請求項１７】
前記第１表面領域が曲面を備え、それが円錐形の少なくとも一部を形成している、請求項１５に記載の眼科用デバイス。
【請求項１８】
前記第１表面領域が曲面を備え、それが平らでないフラップ形の少なくとも一部を形成している、請求項１５に記載の眼科用デバイス。
【請求項１９】
眼科用デバイスであって、
ヒドロゲル層を封入し形作っている重合された眼科用デバイスと、
少なくとも一表面領域を有する基板において、前記表面領域の一部がその延在範囲にわたって平面であり、かつ平らなフラップ形を形成している、基板と、
前記第１表面領域に形成された電気接点と、
前記電気接点に取り付けられた可撓性半導体デバイスを備える電子素子において、前記可撓性半導体が前記非平面の表面にぴったりと一致している、電子素子と、を備える、眼科用デバイス。
【請求項２０】
電気活性光学コンポーネントを更に備える、請求項１９に記載の眼科用デバイス。
【請求項２１】
電子デバイスの製造方法であって、
少なくとも１つの表面領域を有する第１基板を形成する工程において、前記表面領域がその延在範囲にわたって平面であり、平らなフラップ形を形成している、工程と、
電気接点を前記表面領域に取り付ける工程と、
薄い可撓性半導体を備える電子素子を前記電気接点に取り付ける工程と、を備える、方法。
【請求項２２】
前記薄い可撓性半導体が、絶縁体層上の半導体層を備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記可撓性半導体が、絶縁体層上の半導体層を備える、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は、２０１２年７月２４日付で出願された米国特許出願第６１／６７４，８８７号の利益を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、電気相互接続上に位置づけられる可撓性半導体素子を含むデバイスを形成する方法を記載する。より具体的には、この可撓性半導体素子は、３次元形状の領域に取り付けるために変形すること又は曲げることができる。本明細書に記載の方法は、例えば、励起される眼科用デバイスの分野で有用である。
【背景技術】
【０００３】
従来より、コンタクトレンズ、眼内レンズ、又は涙点プラグなどの眼科用デバイスとして、矯正的、美容的、又は治療的性質を有する生体適合性デバイスがある。コンタクトレンズは、例えば、視力矯正機能、美容増進、及び治療効果のうちの１つ又はそれ以上を提供することができる。それぞれの機能は、レンズの物理的特性によってもたらされる。レンズに屈折性質を組み込む設計は、視力矯正機能を提供することができる。レンズに組み込まれる顔料は、美容強化を提供することができる。レンズに組み込まれる活性薬剤は、治療的機能を提供することができる。こうした物理的特性は、レンズが励起された状態となることなく実現される。
【０００４】
更に近年では、コンタクトレンズに能動的要素を組み込み得ることが理論化されている。いくつかのコンポーネントは、半導体デバイスを含むことができる。動物の目に入れられるコンタクトレンズに埋め込まれた半導体デバイスを示したいくつかの例がある。こうした能動的要素をレンズ構造自体の内部で励起及び活性化する多くの方法についても、これまでに述べられている。レンズ構造により画定される空間のトポロジー及びサイズは、様々な機能を画定するための新規かつ挑戦的な環境を形成している。多くの実施形態において、眼科用デバイスの内部にコンポーネントを組み込むための信頼できるコンパクトでコスト効果の優れた手段を提供することは重要である。いくつかの実施形態では、薄層化すること及び可撓性にすることが可能なコンポーネントを含むことは有利な場合がある。その結果、いくつかのコンポーネントを薄層化し、可撓性にすることができる新規な方法及び形状要因的な解決策は、眼科用デバイスの製造の改善並びに非平坦な用途への電子コンポーネントの組み入れの一般的な進歩の両方にとって望ましいことである。これらの改善が眼科用以外の用途にも適用を見出し得ることに注意することは重要である。また、これらは３次元基板上の電子コンポーネントに関係しているので、眼科的及び非眼科的な要求に対処するために方法を生み出すこともまた望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明による薄層化された可撓性半導体素子は、上で端的に述べた先行技術に付随する欠点を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、薄層化された可撓性コンポーネントの利用に関係する方法及びデバイスについて記載する。いくつかの代表的な実施形態では、その結果得られるデバイスは、追加的な機能を有する励起される眼科用レンズに組み入れることができる。例えば、レンズの光学的特性を変えることが可能な可変の光学的部分を備える励起される眼科用レンズに、別個に薄層化された可撓性コンポーネントを含めることが可能である。更に、本発明は、薄層化された可撓性半導体デバイス及び素子を、空間を画定する構造体及び／又は機能性構造体に組み入れるための方法を教示する。いくつかの代表的な実施形態には、本発明の範囲内であり得る非半導体素子がある場合がある。例えば、いくつかの代表的な実施形態では、要素としてビアを有する薄い可撓性の二酸化ケイ素を含めることが望ましい場合がある。
【０００７】
いくつかの代表的な実施形態では、これらの構造体は、非平面の、したがって３次元形を有する領域を内部に有することになる。これらの実施形態では、それらの領域は堆積された金属配線の接点及び電気経路機構をその複雑な表面上に有する場合がある。薄層化された可撓性半導体コンポーネントは、金属配線の接点、電気経路機構、及び複雑な表面上に適用することができる。可撓性デバイスを取り付けるには、複雑な表面にぴったりと適合させるために場合によってはデバイスをそれらの通常の休止状態から曲げる又は変形する必要がある場合がある。
【０００８】
デバイスに求められる特徴に依存して、空間を画定する構造体及びそれらの内部の領域のための多くの異なる設計が存在し得る。それらの異なる設計は領域内部の複雑な３次元表面を結果としてもたらす場合があり、場合によっては、それらのデバイスのコンポーネントのいくつか又は全てに可撓性を要求する場合がある。例えば、眼科用デバイスコンポーネントの周囲に位置づけられるようにモデル化された円筒形の設計では、可撓性の表面は、その眼科用デバイスコンポーネントの放射状の経路の少なくとも一部の周囲の輪郭と一致する場合がある。円筒形を形成するために、その放射状の経路の周囲及び上に乗せるようにその平らな表面を曲げられると、円筒形の設計の軸は、その放射状の経路に対して垂直方向に画定され得る。
【０００９】
薄層化された可撓性半導体素子を異なる３次元表面の内部に又は上に位置づけるために使用できる数々の方法及び設計は、本開示に記載の方法及び例から当業者には明らかになるであろう。本発明のいくつかの態様では、方法及び設計は、追加的又は改善されたデバイス自体の機能性すなわち設計の特徴を提供する場合がある。特に眼科用レンズに関係するいくつかの代表的な実施形態では、半導体素子による不要な光の散乱を防ぐために使用される、デバイスの空間的要件に適合する設計例には、例えば、円筒形設計が含まれるが、これは、例えば、可変の光学的コンポーネントのようなコンポーネントの周囲に位置づけられ、その軸は、眼科用デバイスの少なくともいくつかの部分を光ビームが進んで眼の中に進むときに光ビームが採り得る方向を指す。この軸は、光路の軸と呼ばれる場合がある。
【００１０】
その他のタイプのデバイスの特徴は、可撓性デバイスが取り付けられる場合がある表面領域を支配する場合がある。いくつかの代表的な実施形態では、表面領域は円錐形すなわち錐体の形の設計を含む場合がある。円筒形の設計機構は錐体の機構といくつかの類似点を共有しているが、錐体機構では、曲げられた半導体の上部の放射路と下部の放射路の寸法が異なる場合がある点において異なる。このことは、単純に錐体を切頭すると一方の端の半径が他方の端の半径より小さくなるという特徴を考えれば理解される。薄層の半導体デバイスを曲げて錐体にすることは可能であるが、円筒形設計型式の機構と異なり、可撓性デバイスを曲げて錐体にするためには、直線ではない形、すなわち真っ直ぐな周辺を有さない形から始める。むしろそれは、湾曲した、つまり曲線状の辺を有する。
【００１１】
可撓性コンポーネントを取り付けることが可能な表面領域を説明することができる、眼科用デバイスに使用される異なる型式の機構は、フラップと呼ばれる形に由来する場合がある。フラップは、眼科用デバイスの全体的な表面の形に沿って配備され得る領域である。フラップは平らでも平らでなくてもよい。平らでないフラップの場合、そのフラップの表面トポロジーは複数の方向において変化する場合があるが、典型的には、眼科デバイスの放射方向及びその放射方向から垂直に外向きの方向の両方における変化として生じる。可撓性のデバイスは、これらのフラップの表面上に配備することができ、フラップ機構のより大きい表面上に形成される相互接続の使用による方法を含む数々の方法で相互接続することができる。本発明に関係する態様では、眼の酸素露出を増すために、異なるフラップ設計を眼科用デバイスに使用することができる。
【００１２】
本開示は、可撓性であることが利点となり得る、概して空間的な制限が存在する様々な型式のデバイスに数々の利点をもたらすことができる。１つの型式のデバイスは、上に又は内部に集積回路が埋め込まれている半導体デバイスを含む。結晶質、多結晶質、及び非晶質を含む様々な形態のシリコンで作られたものを含む数々の半導体デバイス、及びシリコンゲルマニウム並びに砒化ガリウムのような他の半導体があり得る。また、半導体層が有意に薄く、絶縁層の上に置くことが可能であるような方法で製造することが可能な半導体層の基板から、複雑なデバイス構造を形成することができる。そのような絶縁体上の半導体の薄層化されたバージョンは、半導体バルク又は絶縁体上の半導体デバイスのいずれかに関して、光の相互作用の性質がデバイスの性能に追加的な有意性をもたらし得る、有意に薄く比較的透明であるという特徴をもたらすことができる。例えば、いくつかの代表的な実施形態では、デバイスの性能の追加的な有意性には、光と相互作用する信号の機能を有するデバイスを構成する能力が含まれる場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の前述の特徴及び利点、並びに他の特徴及び利点は、以下の付属の図面に示される本発明の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図１Ａ】いくつかの眼科用デバイスに使用することが可能な代表的な３次元基板。
【図１Ｂ】いくつかの眼科用デバイスに使用することが可能な代表的な３次元基板。
【図２Ａ】半導体の薄層化及び絶縁基板上の半導体の代表的な態様。
【図２Ｂ】半導体の薄層化及び絶縁基板上の半導体の代表的な態様。
【図３Ａ】眼科用デバイスに組み込まれた代表的なフラップ構造体。
【図３Ｂ】眼科用デバイスに組み込まれた代表的なフラップ構造体。
【図４Ａ】眼科用デバイスの構造体上に位置づけられた代表的な垂直設計機構。
【図４Ｂ】眼科用デバイスの構造体上に位置づけられた代表的な垂直設計機構。
【図５Ａ】眼科用デバイスの構造体上に位置づけられた代表的な円錐形設計機構。
【図５Ｂ】眼科用デバイスの構造体上に位置づけられた代表的な円錐形設計機構。
【図６】眼科用デバイスの構造体上に位置づけられた代表的な放射トレンチ設計。
【図７】透明の半導体素子の代表的な実施形態を用いた眼科用デバイスの光学的領域。
【図８Ａ】フラップ、垂直、放射、トレンチ、及び円錐形の設計の静的曲げの代表的な態様を表現した図。
【図８Ｂ】フラップ、垂直、放射、トレンチ、及び円錐形の設計の静的曲げの代表的な態様を表現した図。
【図８Ｃ】フラップ、垂直、放射、トレンチ、及び円錐形の設計の静的曲げの代表的な態様を表現した図。
【図８Ｄ】フラップ、垂直、放射、トレンチ、及び円錐形の設計の静的曲げの代表的な態様を表現した図。
【図９Ａ】異なる設計型式の相互接続の態様。
【図９Ｂ】異なる設計型式の相互接続の態様。
【図９Ｃ】異なる設計型式の相互接続の態様。
【図９Ｄ】異なる設計型式の相互接続の態様。
【図１０Ａ】代表的な回路、及び回路素子の信頼性及びその設計態様。
【図１０Ｂ】代表的な回路、及び回路素子の信頼性及びその設計態様。
【図１０Ｃ】代表的な回路、及び回路素子の信頼性及びその設計態様。
【図１１Ａ】代表的な回路相互接続の信頼性及びその設計態様。
【図１１Ｂ】代表的な回路相互接続の信頼性及びその設計態様。
【図１１Ｃ】代表的な回路相互接続の信頼性及びその設計態様。
【図１２Ａ】眼科用インサートデバイスに組み込まれる代表的な立体螺旋構造。
【図１２Ｂ】眼科用インサートデバイスに組み込まれる代表的な立体螺旋構造。
【図１２Ｃ】眼科用インサートデバイスに組み込まれる代表的な立体螺旋構造。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、３次元表面上に配置される薄層化された可撓性半導体デバイスの利用に有用な方法及びデバイスに関する。以下の項において、本発明の例示的な実施形態がより詳細に説明される。好ましい実施形態及び代替実施形態の両方の説明は、代表的な実施形態の説明に過ぎず、当業者にとっては変形、修正、及び代替が明白であり得ることが理解される。したがって、例示的な実施形態は、基礎となる発明の範囲を限定するものではないと理解されるべきである。
【００１５】
用語解説
本発明を対象とする本説明文及び特許請求の範囲においては様々な用語が使用され得るが、これらには以下の定義が適用される。
【００１６】
本明細書で使用される「円筒形（Cylinder Shape）」（及び場合によっては「円筒形（Cylindrical Shape）」と称される）は、断面において円、楕円、又は卵形が直線円筒形の少なくとも一部を形成することができるように、放射路の少なくとも一部の周囲に沿って輪郭が作られる概ね平らな表面の可撓性のコンポーネントを指す。いくつかの円筒形では、円筒形設計の軸は放射路に対して垂直の方向により画定され得る。
【００１７】
本明細書で使用する場合、「励起された」は、電流を供給することができるか、又は内部に蓄積された電気的エネルギーを有することができる状態であることを指す。
【００１８】
本明細書で使用するとき、「エネルギー」は、仕事を行なうための物理的システムの能力を指す。本発明における多くの用途は、動作する際に電気的作用を行うことが可能な容量に関連し得る。
【００１９】
本明細書で使用するとき、「エネルギー源」とは、エネルギーを供給し又は論理デバイス若しくは電気的デバイスを励起された状態に置くことが可能なデバイス又は層を指す。
【００２０】
本明細書で使用するとき、「エネルギーハーベスター」は、環境からエネルギーを抽出し、これを電気エネルギーに変換することができるデバイスを指す。
【００２１】
本明細書で使用するとき、「機能化」は、例えば、励起、作動、又は制御を含めた機能を、層又はデバイスが実行することを可能にすることを指す。
【００２２】
本明細書で使用するとき、「フラップ」は、可撓性のコンポーネントが取り付けられる一表面領域を指す。異なる代表的な実施形態では、フラップは平らな場合もあり、平らでない場合もある。平らでないフラップの場合、そのフラップの表面トポロジーは複数の方向において変化する場合があるが、典型的には、放射方向及びその放射方向から垂直に外向きの方向の両方に変化が生じるであろうところに生じる。可撓性のデバイスは、これらのフラップの表面上に配備することができ、フラップ機構のより大きい表面上に形成される相互接続の使用による方法を含む数々の方法で相互接続することができる。例えば、励起された眼科用デバイスの様々な設計にフラップを使用して、眼科用デバイスが装着され得る眼表面の酸素露出の改善をもたらすことができる。
【００２３】
本明細書で使用するとき、「可撓性」は、第１の３次元形を有する状態から異なる第２の３次元形を有する状態に空間的に変形又は屈曲される品物の能力を指し、変形された品物は変形中に巨視的に壊れない。
【００２４】
本明細書で使用するとき、「レンズ」は、場合によっては「眼科用デバイス」とも呼ばれ、眼の中又は眼の上に置かれる任意の眼科用デバイスを表す。これらのデバイスは光学補正をもたらすことができるか、又は美容用であってよい。例えば、レンズという用語は、コンタクトレンズ、眼内レンズ、オーバーレイレンズ、眼用インサート、光学インサート、又は他の同様の、視力が補正若しくは変更されるデバイスか、又は視力を妨げることなく目の生理機能が美容的に拡張される（例えば、虹彩色）デバイスを指すことができる。一部の代表的な実施形態では、本発明の好ましいレンズは、一般に励起された、シリコーンエラストマー又はハイドロゲルから作製されるソフトコンタクトレンズであり、それらのシリコーンエラストマー又はハイドロゲルとしては、シリコーンハイドロゲル及びフルオロハイドロゲルが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２５】
「レンズ形成混合物」、「反応性混合物」、又は「ＲＭＭ」（反応性モノマー混合物）は、本明細書で使用するとき、硬化及び架橋することができるか、又は架橋して眼科レンズを形成することができる、モノマー又はプレポリマー材料を指す。様々な実施形態は、ＵＶ遮断剤、染料、光開始剤、又は触媒、及びコンタクト若しくは眼内レンズ等の眼科レンズに望まれ得る他の添加剤等の１つ又は２つ以上の添加剤を有するレンズ形成混合物を含んでよい。
【００２６】
「レンズ形成表面」とは、レンズを形成するために使用される表面を指す。いくつかの例示的な実施形態では、任意のそのような面は、光学品質面仕上げを有することができ、光学品質面仕上げとは、成形型の面に接触しているレンズ形成材料の重合によって作られるレンズ面が光学的に許容可能であるように形成されている、十分に滑らかな表面を示す。更に、いくつかの例示的な実施形態では、レンズ形成面は、レンズ表面に所望の光学特性を付与するのに必要な幾何学形状を有することができる。所望の光学特性としては、球面、非球面、及び円筒屈折力、波面収差補正、角膜トポグラフィ補正等に加えて、これらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００２７】
本明細書で使用するとき、「リチウムイオンセル」は、セル内を移動するリチウムイオンが電気的エネルギーを生成する、電気化学セルを指す。典型的には電池とよばれるこの電気化学セルは、その通常の状態に再付勢又は再充電され得る。
【００２８】
「基板インサート」は、本明細書で使用するとき、眼用レンズ内部の、エネルギー源を支持することができる、成形可能又は剛性の基板を指す。いくつかの例示的な実施形態では、基材インサートは１つ以上のコンポーネントも支持する。
【００２９】
本明細書で使用するとき、「成形型」は、未硬化配合物からレンズを形成するために使用され得る、剛性又は半剛性の物体を指す。いくつかの好ましい成形型は、前部湾曲成形型部分及び後部湾曲成形型部分を形成する２つの成形型部分を含む。
【００３０】
「光学ゾーン」は、本明細書で使用する場合、眼科用レンズの装用者がそこを通して見ることになる、眼科用レンズの区域を指す。
【００３１】
「出力」とは、本明細書で使用するとき、単位時間当たりに行われる仕事、又は移送されるエネルギーを指す。
【００３２】
「再充電式」又は「再励起可能」は、本明細書で使用するとき、仕事をするためにより高い容量を有する状態に回復する能力を指す。本発明においては多くの場合、特定の率で、特定の復旧された時間の間、電流を流す能力は復元可能な能力との関連で使用され得る。
【００３３】
「再励起する」及び「再充電する」は、本明細書で使用するとき、仕事をするためにより高い容量を有する状態にエネルギーを回復することを指す。本発明においては多くの場合、特定の率で、特定の復旧された時間の間、電流を流すことができるように、デバイスを復元することに関連して使用され得る。
【００３４】
本明細書で使用するとき、「成形型から取り外す」とは、レンズが、成形型から完全に分離した状態、又は穏やかな揺動によって取り外すか、若しくは綿棒を用いて押し外すことができるように、ほんの軽く付着した状態のいずれかとなることを意味する。
【００３５】
本明細書において使用するとき、「積層された」とは、少なくとも２層の構成層を、層のうちの１つの一方の面の少なくとも一部が、第２の層の第１の面と接触するように、互いに近接して配置することを意味する。いくつかの例示的な実施形態では、接着又は他の機能のためのフィルムが２つの層の間に存在し、これらの層は前記フィルムを介して互いに接触している。
【００３６】
本明細書で使用するとき、「積層一体型コンポーネントデバイス」は、場合によっては「ＳＩＣ−デバイス」と呼ばれ、電気的及び電気機械的デバイスを含んでもよい基材の薄層を、各層の少なくとも一部分を互いの上部に積み重ねる手段により、動作可能な一体型デバイスへと組み立て得るパッケージング技術の産物を指す。層は、様々な型式、材料、形状及びサイズのコンポーネントデバイスを含んでもよい。更に、層は、その層に所望され得る様々な輪郭に適合させ及びその輪郭をとらせる様々なデバイス生産技術により作製されてもよい。
【００３７】
本明細書で使用するとき、「３次元表面」は、その延在範囲の一部において非平面である、巨視的レベルでの表面の特性を指す。例えば、球体又は人の眼の表面は、そのような表面上の点が単一の平面内に一般に存在せず、したがって、３次元の表面ということになる。典型的な電子回路板の表面の場合、そのような板は顕微鏡レベルでは完璧な平面ではないとしても、典型的には性質上平面であるので、３次元ではない表面であり得る。
【００３８】
半導体デバイスが組み込まれた３次元のデバイス
薄層化された可撓性半導体の片を特定の３次元形が要求されるコンポーネント及びデバイスに統合して、数々の新規なデバイスを作ることができる。そのようなデバイスの型式の一例としては、電気活性のコンポーネントを組み込んだ眼科用デバイスが考慮される。
【００３９】
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、代表的な眼科用デバイスのための代表的な３次元基板１００が描かれている。異なる眼科用デバイスの実施形態を代表的な３次元の基板上に形成することができるが、有効な焦点合わせ素子を含むように機能化することができる。有効な焦点合わせデバイスは、１つ以上の励起素子内に貯蔵され得るエネルギーを利用している間に機能することができる。３次元基板上のトレースを使用して、励起素子を形成するための良好なベースを提供することができ、そのベース上に半導体を固着すること、取り付けること又は支持することができる。半導体デバイスは、３次元表面上に、よりぴったりと一致するようなやり方で適合するように屈曲されるか、他の何らかの方法で変形されるようなある程度の能力を有するように、十分に薄く作ることができる。加えて、これらの概念に関係する代表的な３次元のシステム、方法、装置、及び結果として得られる代表的なデバイスの一般的態様についても記載される。
【００４０】
図１の代表的な眼科用デバイスでは、３次元の基板は光学的に活性な領域１１０を含むことができる。デバイスが焦点合わせ素子である場合、領域１１０は、焦点合わせ素子を備えるインサートデバイスの正面を表すことができ、光はこの焦点合わせ素子を通ってユーザーの眼に入る。この領域の外には、典型的には、光学的に関係のある経路にはない眼科用デバイスの周辺領域があり得る。したがって、そのような周辺領域に、有効な焦点合わせ機能に関係するコンポーネントを定置することが適切であり得る。いくつかの代表的な実施形態では、これらのコンポーネントは薄層化された可撓性半導体から形成され得る。加えて、コンポーネントを金属又は他の導体トレースにより互いに電気接続することができる。トレースは、励起素子を眼科用デバイスに組み込むためにもまた使用することができる。
【００４１】
いくつかの代表的な実施形態では、励起素子は電池であり得る。例えば、電池は固体電池であり得、あるいは別の方法としては、湿電池であり得る。これらの例のいずれにおいても、少なくとも２つのトレースがあり得、それらは、電池の陽極と電池の陰極との間に電流をもたらすように導電性である。電池は、デバイス内の他の活性素子の励起のために、それらに電位及び電流を提供することができる。図１の代表的なデバイスでは、１つの電池接続を電気トレース１５０の領域に画定することができる。例示を目的として、電気トレース１５０は、陽極接続であり得、組み込まれた半導体デバイスへの励起素子の（−）電位の接続を表すことができる。別の電池又は励起素子接続１６０を含むことができる。再び例示を目的として、そのような接続は陰極接続を表すことができる。この接続１６０は、組み込まれたデバイスへの励起素子の（＋）電位の接続もまた表すことができる。
【００４２】
１００で、電気トレースは項目１５０及び１６０並びに項目１４０及び１７０にそれぞれ接続され得る。トレース１４０と１７０との両方が、近隣のトレースの近くにあり得る隔離されたトレースであり得ることが観察され得る。１４０の近隣のトレースは１３０であり得、１７０の近隣のトレースは１８０であり得る。これらのトレース上に電池素子が生成されたとき、近隣のトレース１３０及び１８０は反対の電池化学又は電極型を表し得る。したがって、トレース１３０は、それがトレース間の電池セルの陰極として機能することを可能にする化学層に接続され得る。
【００４３】
トレース１３０及び１８０は、領域１２０を通って互いに接続することができる。領域１２０は、いくつかの代表的な実施形態では、化学層でカバーされなくてもよいし又は部分的にカバーされてもよい。したがって、領域１２０は電気相互接続として機能することができる。この例では、電池として構成された電気セルの２つの対があり得、そのレイアウトと設計の性質がこれらの２つの電池を直列に接続していることは明らかであろう。接続１５０及び１６０にわたっての全体的な電気性能は、したがって、２つの電池セルの組み合わせであると考えることができる。
【００４４】
１９０の点線に沿って領域の断面を描くことができる。１００の下方の図には、薄層半導体の記述に関係する多くの機構が描かれている。この代表的な実施形態では、１６０に、上述の２つの励起接続の一方が描かれており、１５０で生じる励起接続は励起接続１６０の後側にあり、隠れている場合がある。チップ形状の半導体が図の１９１として表されている。例示を目的として、はんだ球又は導電性エポキシ接続を使用して、半導体を半導体パッケージ上の導電素子に接続することができる。半導体パッケージの内部には、半導体チップが配置されていてもよいし、又は半導体チップはむき出しのダイであってもよい。フリップチップダイ結合を使用することができる。この型式のデバイスは、代表的な眼科用デバイスの目的のためには良好に機能し得るが、他の用途においては、そのようなパッケージ化された厚い半導体チップが必要となり得る余分な厚さ及び面積寸法がある場合がある。３次元の基板への薄層半導体の直接の接続は、デバイスの厚みを少なくすること、より多くの半導体デバイスの組み込み、及びパッケージ化されていない薄層半導体の形状因子と可撓性の性質との両方に関係するその他の改善を可能にする場合がある。薄層の半導体片をチップ１９１の型式と同様の形に形成することが可能だが、薄層半導体の可撓性の性質を鑑みると、他の多くの型式の形状及び寸法も実際的であり得る。
【００４５】
参考として、１９２に、１００の上部に描かれている前側の光学片が後側の光学片に接合され得る光学デバイスの区域があってもよい。１９２には、前側の光学片と後側の光学片の組み合わせとして領域１９２とともに後側の光学片の一部が描かれており、そのトポロジーは、それらの２つの光学片の間のコンポーネントを封着するように１つ又は一式の機構を提供し得る。封着が行われるこの領域内の一式の機構は、接着溝と呼ばれる。以下の部分で更に詳細に説明するように、接着溝領域は、薄層半導体デバイスが他の３次元の構造体に組み込まれる場合のある他の代表的な実施形態にもまた関係する場合がある。
【００４６】
半導体素子の薄層化
ここで図２を参照すると、２００には、本発明のいくつかの代表的な実施形態に使用可能な、半導体デバイスの薄層化プロセスの全体的な性質が描かれている。２１０には、半導体製造ラインを通じて加工された完全な厚さの基板の一部の図が描かれている。典型的には、図中実物大では描かれていないが、当該技術分野で既知の多くの因子に依存して、そのような基板は５００〜９００マイクロメートルの厚さであってよい。基板２１０はモノリシック、すなわち「バルク」の半導体型式の基板であってよい。例として、基板２１０の厚さの大半は、純度の高い、ドープされた、結晶質のシリコンで構成されてよく、基板の薄い表面だけが、その上にデバイス及び相互接続を有する。
【００４７】
様々な理由から、加工ウェハー産業では、基板上のデバイスを使用する前に加工ウェハーを薄層化することが一般に標準である。２２０にて、薄層化の後に、基板は最初の厚さと比べてごくわずかな厚さになり得る。これは、非常に薄い基板をもたらす場合がある。したがって、薄層化された材料は、層２３５及び２３０で構成されている「拡大された」断面図に見出すことができる。製品の最終厚さが３０マイクロメートル又は更にはそれ未満であり得る非常に薄い製品を達成する方法は、現在利用可能であり、先端技術として既知である。そのような薄層化された製品の例において、それら２つの層は、半導体デバイスの非常に薄いバルク半導体層２３０と、金属配線又は相互接続２３５で構成されている層と、を表す場合がある。
【００４８】
図２Ｂを参照すると、同様の薄層化プロセスが描写されているが、ここでは、絶縁体にシリコンが乗っている型式の基板が使用されている。この基板には、層２５０、２５１及び２５２によって形成される、絶縁体に半導体が乗っている基板が描かれている。当該技術分野で既知のように、絶縁体に半導体が乗っている基板には多くの型式があり得る。一例として、非常に純度の高い結晶質シリコンのバルク層２５０の上に、例えば、二酸化ケイ素のような絶縁体の領域２５１が置かれているものが挙げられる。この絶縁体領域２５１の上に、例えば、２００オングストロームの厚さのシリコン層を含み得る別の半導体層２５２が置かれ得る。これらの層の組み合わせは、絶縁体（二酸化ケイ素）基板上の半導体（シリコン）の一例を提供する。
【００４９】
半導体（シリコン）の上位層は非常に薄い場合があるため、基板全体を薄くするために数々の方法を使用することがある。一例では、後側のシリコン層２５０を、その残りの名目厚さがゼロになるように、研磨動作により研磨して取り去ることができる。実際には、そのような研磨動作は固有の不均一性を有する場合があり、後側に残留シリコンの領域がある場合がある。結果として、二酸化ケイ素は取り除かずに選択的にシリコンを取り除くために、例えば、反応性イオンエッチングによる追加的な加工を行う場合がある。加工後、残っている基板２６０は、層２５１の残りである、デバイス層２７２と絶縁層２７１との非常に薄い組み合わせとなり得る。この薄い酸化層の上にあるのは、薄い半導体層２７２（薄層化の描写の前は２５２であったもの）であり得る。この層の上に、半導体デバイスの金属配線又は相互接続層２７５があり得る。
【００５０】
層２３０、及び２３５、又は層２７１、２７２、及び２７５を有するデバイスに図示されているようにデバイスが薄層化されると、結果として多くの特性が得られる場合がある。本明細書における最初の要点として、この薄い基板は、完全な厚さの基板では典型的ではない程度の可撓性を有することができる。特定の制限内で、他の３次元の基板にぴったり一致するようにこの薄い基板を固着するために、この薄い基板を変形させることが可能である。変形プロセスでは、いくらかの追加的なデバイスの欠陥がある場合があり、それは例えば、曲げ度の関数及び回路設計の性質などである場合がある。代表的な実施形態では、異なる設計機構を組み込むことにより、用途のために必要な変形の程度が小さいが許容範囲内の任意の欠陥の増加を結果としてもたらす場合に、補正することができる。
【００５１】
薄い基板の別の重要な態様は、可視スペクトルにおいてでさえも、光が薄層基板と相互作用し得る程度である。例えば、層２３０での場合のように、薄層化した後の基板半導体の厚さが入射光放射を吸収するためになお十分である場合でさえも、そのような層は、そのような吸収からの有意なレベルの光電流を有する場合があり、その薄層を光との相互作用から遮断するためには、設計変更又は他の作用を必要とする場合がある。限定的ではない例として、例えば、図１の機構１７０での場合にあり得るように、３次元の基板上に作られた相互接続機構のいくつかを使用することにより、設計の少なくとも一部を遮蔽することが可能である場合がある。
【００５２】
再び図２Ｂを参照すると、絶縁層２７１上に置かれる薄い半導体層である層２７２は、入射光を透過することができる。更に、入射光の有意な部分が絶縁層２７１と半導体層２７２との両方を通じて進むことも可能であり得る。例えば、インジウムスズ酸化物又は他の「透明な金属」から形成されるような特別の金属配線を使用すれば、可撓性であり得る電子層を生成し、非常に薄く透明である半導体層が基板上で絶縁体に乗っているような半導体を使用することが可能である場合がある。加えて、この型式の薄く透明のデバイスを使用すると、眼科用デバイスの一部に電子層を取り付けることが可能となる場合があり、光は眼科用デバイスを通り抜けて眼内に入ることができる。
【００５３】
半導体デバイスを薄層化することにより可撓性にすることができる。この可撓性は、本明細書の発明の技術の一部で説明されている因子である。にもかかわらず、デバイスを屈曲するにはいくらかの制限がある場合があるか、あるいはそうでなければ、デバイスが屈曲されたときにデバイスに何らかの付加的欠陥モードが生じる場合がある。したがって、デバイス半導体の屈曲の一部が記述され、かつ後の項でも言及されるが、かなりの程度の曲げが行われる場合には、その曲げられた片の後側支持体は、３次元の構造体の上で屈曲された後にデバイスを比較的剛性の片に安定させるために、重要である場合がある。
【００５４】
３次元の表面機構と一致するように薄層化された半導体素子を屈曲することに関係する様々な代表的な実施形態のいずれにおいても、屈曲されたデバイスは、その曲げられた構成を定置に係止するように取り付けられる必要がある。いくつかの代表的な実施形態では、相互接続技術を使用してデバイスを取り付けることができる。例えば、可撓性半導体素子上の接点を、３次元表面上に配置され得る一致する接点機構に付着するために、はんだ球を使用することができる。場合によっては、これらの接点は電気機能を提供することができ、他の場合には、可撓性の素子の取り付けのための手段を提供するために存在することができ、更に別の場合には、それら両方の機能を提供することができる。接触機構の結合の後に得られる構造体は、接着材アンダーコートを有する場合がある。アンダーコートされた接着剤は、可撓性の素子と３次元の基板との間の隙間に流れ込むことができる。いくつかの代表的な実施形態において、デバイスの可撓性の素子と電気相互接続との間の相互接続が、可撓性のデバイス表面と、３次元の基板上のその対応する表面機構との間で行われる場合、可撓性の基板を接着剤で３次元の表面に付着することは、素子の固着手段であり得る。数多くの結合手法及び接着手法を使用して、可撓性の薄層化された半導体片を固着すること及び安定させることができる。
【００５５】
可撓性の素子と眼科用３次元デバイスとの関係
ここで図３Ａ及び３Ｂを参照すると、３００には、眼科用デバイスに使用するための第２の３次元デバイスが描かれている。３０２には、眼科用デバイスを形成するために使用することが可能なヒドロゲルを好ましくは含むことができる材料が示されている。電気活性の光学的領域３０３を含むインサートを、重合されたヒドロゲル材料３０２内に含めることができる。相互接続デバイス３０１は、電気活性の光学的インサートの縁の周囲を包むことができる。いくつかの例では、相互接続デバイスはインサートの周囲を完全に包んでもよいし、又は他の例では、相互接続デバイスはインサートの一部の周囲を包んでもよい。相互接続デバイスは３次元形状の高分子材料片であってよく、その上に相互接続が堆積されている、又は別の何らかの方法で形成されている場合がある。片３０１が形成されるとき、片３０１は、フラップ３０４として記述され得る機構とともに形成され得る。フラップ３０４はまた、図３Ｂの３０６にて断面においても観察することができるが、形成された円筒デザイン３０５は電気活性デバイス３０７とともにインサートを取り巻いている。
【００５６】
フラップ及び堆積された相互接続は、可撓性の薄い半導体デバイスを取り付けるため及び接続するための良好な表面を形成することができる。図示されているように、可撓性半導体デバイス３４１は、フラップ機構の１つの上に取り付けることが可能な比較的大きいデバイスである場合がある。あるいは、いくつかの代表的な実施形態では、半導体デバイスの数多くの薄い片が、３２１及び３２２に示されているようにフラップ型式の機構上に接続され得る。これらのケースのそれぞれにおいて、フラップと電子デバイスとの両方の可撓性により、電子デバイスを曲げて３次元形にすることができる。そのような曲げが２つの次元にわたって、例えば、眼科用デバイスの中心から放射状に外向きの径方向に生じ、及びまた径方向に対して垂直にも生じるものと考えることは、有用であり得る。フラップ機構はそれら同士の間に有意な空間を有するので、そのような支持体及びアセンブリ設計の別の特徴には、眼科用レンズの本体の有意な部分が、眼の酸素貫通の利益を提供し得る酸素透過性のヒドロゲル材料から作られていることを挙げてもよい。
【００５７】
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、４００にて、薄い可撓性のデバイスのための異なる代表的な型式の実装スキームが示されている。これらの代表的な図において、薄い可撓性のデバイスは、放射状に眼科用レンズインサートの部分に沿って取り付けられる場合がある。すなわち、始まりから終わりまで届くように可撓性半導体が十分に長いと、管状の機構を形成している円形の機構の周囲を可撓性半導体で包むことができる。４１０にて、断面図は、前側の光学片（参考として項目１００を参照）の接着溝（参考として項目１９２を参照）の３次元の表面機構の周囲を包んでそれに付着している可撓性の薄い半導体の一部を示している。別の類似した代表的な実施形態では、４４０にて、より外側の縁４５０の周囲を可撓性半導体で包むことができ、それによって、増大した直径及びしたがって円周の影響により、より多くの面積へのアクセスを可能にすることができる。
【００５８】
半導体の片がそのような管状方式で巻かれていると、半導体を曲げることは、１次元に沿って生じるものとして特徴づけることができる。図４Ａ及び４Ｂの図は、半導体が垂直の配向に置かれている円筒状機構に配向されているものとして説明することができる。この垂直の配向において、可撓性半導体の表面に沿った点の任意の局所領域にて、表面は垂直方向には平坦に「見える」が、直交方向には表面は曲がっている。曲げの程度は半導体が実装され得る表面の局率半径の関数であり、したがって、４２０にて、半導体は４５０においてより「曲げられる」、すなわち屈曲される又は応力を受けることが可能である。顕微鏡的レベルでは、半導体バルクと、例えば、金属の相互接続のようなデバイスの他の対応する素子と、に、非対称の応力が生じる場合がある。
【００５９】
ここで図５Ａ及び５Ｂを参照すると、５００にて、可撓性に装着された別の型式の半導体が描かれている。断面５１０において５２０に描かれた配向と、断面５４０において５５０に描かれた配向との両方で、可撓性半導体を円錐形の配列で配置することができる。しかし、錐体を形成するためのシリコンの出発片は、直線状ではなく曲線状であり得る。半導体の層の曲げの程度は、上述の放射状に曲げられた半導体デバイスのそれと同様であり得る。しかし、適用される前の片は曲線形であるため、顕微鏡的レベルでの曲げの性質は異なることになり、いくつかの代表的な実施形態では、欠陥レベルの利点を提供する場合がある。
【００６０】
可撓性の薄層電子部品の円錐形の配置の他の物理的利点も生じる場合がある。薄層の半導体デバイスを受け入れる３次元の物体のいくつかの代表的な実施形態では、支持体及び取り付けられたデバイスの両方を含む３次元の物体の全体的な厚さが重要である場合がある。フラップ型の実施形態では、取り付けられた電子部品により基板フラップに付加される高さは最低限となり得、いくつかの実装では、この最低限の厚さの付加は電子デバイスの厚さに近い場合がある。フラップの実装においては、半導体デバイスの片のサイズのパラメータの制限は深刻ではない場合がある。一方、円筒形の可撓性半導体では、事実、デバイスの厚さ及び相互接続の影響が放射状に分配されるために、眼科用デバイスに加えられる正味厚さのない実施形態を有することが可能である場合がある。しかし、放射状の片の実装を含むいくつかの代表的な実施形態では、薄層化された半導体デバイスの最大幅（上記の縦寸法の次元として任意選択される）は、５０マイクロメートル未満となり、有意に制限される場合がある。円錐形の実施形態は、上記２つの実施形態の中間のこれらの型式の特徴を有することができる。円錐形部分の角度に基づいて、眼科用デバイスに付加される高さはいくらかある場合があり、一部の厚さは放射状に分配されない。あるいは、これと同じ円錐形部分の角度の影響によって、半導体デバイスの幅もまた、純粋に放射状又は円筒形の型式の実装より幅が大きくなる場合がある。
【００６１】
ここで図６を参照すると、６００にて、同じ発明エンティティの先行開示による、一体化されたデバイス積層体の例としての配向を、取り付けられた３次元の半導体デバイスという文脈において考慮することができる。本開示から当業者には明らかとなるように、ここまでに記載した代表的な実施形態の全ては、積層されたデバイスの実装に関係するものであるが、説明をわかりやすくするために、単層での実施形態を使用して本発明の性質を説明している。にもかかわらず、これらの説明に関係する技術は制限されるべきでなく、積層体デバイスの実装は当該技術と一貫している。
【００６２】
再び図６を参照すると、６１０にて、薄い可撓性半導体デバイスにより制御され、眼科用デバイスの内部で励起素子によって励起され得る活性の眼科用デバイスを表すことができるインサート部分があってもよい。６００に図示されている実装型式は、本開示ではトレンチ型式の実装と呼ばれる場合もある。これらの実施形態のいくつかでは、活性素子及び薄い半導体デバイスはメディアインサート６２０によって囲まれている。６６０に、薄層化された可撓性半導体デバイスが描かれている。これらの実施形態の型式では、半導体は眼科用デバイスのほぼ平面の表面に取り付けることができるので、半導体はおよそ平坦又は平面の配向を採ることができる。デバイスが薄いほど、全体的な眼科用デバイスに付加され得る高さは少ない。しかし、眼科用デバイスへの影響を最低限にするために、この環状半導体領域の場合は、その幅が制限される場合がある。いくつかの代表的な実施形態では、片は０．２５ｍｍの幅を達成しながらもなお、全体としての眼科用デバイスの寸法に有意に付加しないことが可能な場合がある。代替実施形態では、積層されたダイによる方法は、直径の増大及び／又は減少を伴う円錐形構造体を含む場合がある。しかし、錐体型式の実装と同様に、眼科用デバイスに装着される前にダイシングされる又は切断される必要のある未加工のシリコン片は、半導体デバイスの実装においてより一般的である直線状でなく、曲線状である。先に説明された実装型式とは異なり、これらの型式の実施形態では半導体の曲げは生じない場合があるので、基板における応力による影響はより少ない場合がある。
【００６３】
下の表は、様々な実装型式のいくつかの典型的な態様についてのいくつかの参考としての推定及び説明を記載している。これらの数字は典型であって、本発明の技術の範囲を制限するものではない。しかし、それらは、実施形態の型式による相違と相対的利点を特定のパラメーターに照らして実証することができる。
【００６４】
【表１】
2014028141.tif 000003
表には、「応力」パラメータが含まれている。これは、比較目的のための性能上の利点の尺度であり得る。一般に、このパラメータは、所与の実装型式で採用されたときに基板が有する曲げの程度を示すものであり、応力の尺度は、ある方向への所与の１ｍｍの移動に関して、基板がその通常の平坦な状態からどれだけ曲げられたかを示すものである。最大の曲げが生じる第１の方向を「Ｘ」とみなすことが最良であり得る。第２の応力パラメータ「Ｙ」は、「Ｘ」に関して言及したものと同じ尺度に基づくものであり得るが、「曲げられていない」基板を基準とした直交方向におけるものである。
【００６５】
「高さ」の尺度は、その配向により眼科用デバイスにどれだけの付加的高さを加えられるかを示唆することを意味する。高さへの実際の影響は、眼科用レンズの他のコンポーネントがどれだけの高さを必要とするかを含む他の因子により複雑化されるため、この尺度は相対的尺度である。例えば、円筒形型式の配向の半導体片の幅が、レンズインサート内の活性の眼科用コンポーネントに必要とされる高さに満たない場合、半導体片はその幅に関わらず眼科用デバイスに高さを付加しないことが可能である。
【００６６】
「形」パラメータは、薄層化された可撓性半導体が製品としてダイシングされる又は切り離される際のそれらの片の性質を示す。曲げられているが直線（straight line）である線が、デバイスを形成する基板のダイシング又は切断の性質を表す場合がある曲線状の切断とは対照的に、直線型式（rectilinear type）の切断の方が半導体にはより典型的である場合がある。「長さ」及び「幅」のパラメータは、薄層化されたシリコンの片が実装の所与の型式と一貫性を持つためにどれだけ長く、及びどれだけの幅にされ得るかについての、眼科用デバイスの型式の実装に関する予測である。面積の予測は、長さ及び幅の予測を用いた、片の面積の単純な計算である。最も右側の列は、特定のデザインが、眼科用デバイスが着用されたときに、眼科用デバイスの下で眼科用デバイスの光学的に活性な部分の中央領域に拡散する酸素の能力とどの程度相互作用できるか、の相対的予測を示す。
【００６７】
比較的透明な薄層化された可撓性半導体の特別な事例
本明細書に記載したように、絶縁体にシリコンを乗せた基板及びデバイスの金属配線に透明な導電性又は「金属の」フィルムを使用することを含む比較的透明なデバイスを製造するために、いくつかの方法を使用することができる。本明細書に記載の技法を使用して、そのようなデバイスを使用すると、眼科用デバイスの一領域において、眼科用デバイスの光路又はその一部に、可撓性デバイスのいくつか又は全てを配置することが可能である。いくつかの代表的な実施形態では、この型式の可撓性デバイスは、非限定的な例において、ここで図７の７００に描かれているようにトレンチが光学的ゾーン内に位置づけられているトレンチ型式の配置に位置づけることができる。
【００６８】
図７の１００には、眼科用デバイスの電気活性の光学的コンポーネントの前側の光学部品であり得る３次元の表面が描かれている。ここで、本明細書に記載の素子に加えて、円筒状の機構が、より光学的に活性な領域７１０に位置づけられてもよい。示されているように、片を錐体型式の形として構成すること、又は代替手段として、支持体７１０のための平坦な領域を有する３次元形７００を成形することを含む、可撓性の基材を位置づけるための多くの手段があり得る。上述のように、可撓性デバイスを透明にするための特別の技術を用いて、光路を妨害しないことが可能である。そのような薄層の、比較的透明なデバイスは、視覚を有意に妨害しないことが可能である。
【００６９】
可撓性半導体デバイスの曲げ及び取り付け後の応力
再び表１を参照すると、異なる実装型式の「予測される応力」パラメータが表に記載されている。これらのパラメータは、可撓性デバイスに沿った１ｍｍの距離についての、通常の平らなシリコンからの可能な曲げの変化を用いて得られたものである。図８は、別のやり方でそれらの概念を図示している。
【００７０】
ここで図８Ａ〜８Ｄを参照すると、８００に、フラップ、垂直、放射状、トレンチ、及び円錐形の設計の静的曲げの態様の代表的な図が示されている。８１０に、フラップ型式の実装が図示されている。この型式の実装では、可撓性の基板は２つの異なる直交方向において曲げによる応力を受けてもよい。領域８１１からフラップを表現することができるが、ここで、曲げ応力８１５及び８１６は２つの直交方向に見出すことができる。フラップの性質のために、いくつかの実施形態では、最も少ない空間を占めるようにするために、フラップは眼科用デバイス本体と一貫した形を採ることができる。そのような形はときには、場合によっては、放射状とまたそれに対する垂直方向との両方に曲がることになる。
【００７１】
８２０に、放射状の曲げとともに生じる曲げ応力の図が描かれている。可撓性の片が放射方向８２１の周囲で曲げられると、曲げ応力は放射状経路８２５に対して正接の方向に曲げ応力を有する。しかし、その方向に対して垂直な方向（ページの外の方向として表現され得る）に可撓性半導体を曲げることはできない場合がある。
【００７２】
８３０で、錐体形の曲げ８３１が平面図の観点で描かれているが、同様に、錐体８３５の半径に正接の方向において曲げ応力がある場合があり、垂直方向に沿って錐体が平坦で曲げられていない場合がある。しかし、いくらかの微妙な相違がある場合がある。例えば、錐体は、実際には、曲げの半径に関して２つの異なる端を有する。したがって、錐体に正接に生じ得る曲げの量は、ある程度、可撓性半導体片にわたって変化することができる。したがって、応力条件は、この型式の配向ではいくらか複雑さが増す場合がある。
【００７３】
８４０には、トレンチ型式の配向が図示されている。これらの配向では、基板は、典型的には、半導体片８４１の平らな装着を可能にする切り抜き部分を有することになる。この型式の平坦な配向では、基板は、他の配向のように曲げ応力にさらされない場合がある。しかし、表に記載しているように、この型式の配向は半導体片を円形又は半円形の片に形成することを必要とする場合がある。場合によっては、真っ直ぐな縁を有さない半導体の片を形成するプロセスは、デバイスの周辺の領域を特定のレベルの応力にさらす場合があるが、これは、他の配向の型式の曲げ形態によって引き起こされる応力とは別個であり得る。
【００７４】
相互接続の態様−利益
異なる配向の型式は、３次元デバイス内部の他のコンポーネントとの電気相互接続を形成するための異なる方法を提供し得る。既に述べたように、眼科用デバイスは、３次元の表面上の薄層化された可撓性半導体から得られる革新の性質のための好例を提供する。薄層化された可撓性半導体デバイスは、眼科用デバイス内の他の半導体デバイスの１つ以上を含む相互接続を、（例えば、励起素子と及び活性の光学的コンポーネントと）形成するために必要な場合がある。
【００７５】
図９Ａ〜９Ｄを参照すると、異なるデザイン型式に関しての代表的な相互接続の態様９００が図示されている。９１０は、フラップ型式の基板上のデバイスに関する相互接続戦略の図である。９１１に、隣接する構造体に比較的容易に接続することができる可撓性デバイスの領域が図示されている。図１Ａ及び１Ｂに関する説明の本質から当業者には明らかとなるように、電気相互接続を３次元の基板の表面上に堆積することが可能である。これに関して、電気相互接続は、可撓性半導体の周辺又はその区域に沿って可撓性半導体に作製されるので、いくらか複雑さが増す可能性がある。
【００７６】
９２０、９３０及び９４０に描かれている代表的なデバイスに形成される相互接続は同様の場所を有する。これらの場所は、それぞれ９２１、９３１、及び９４１に示されている。項目９２０と同様の円筒形型式の実装に関しては、１片の可撓性半導体を、半径に沿って機構に接続されている支持基板に接続することができる。この場合、相互接続は、所望により薄い可撓性半導体の周辺及び／又は上部及び底部の両方に沿って任意の場所に作製することができる。したがって、薄い半導体の層を互いに積み重ねることによって、いくつかの追加的な実施形態を創出することができる。
【００７７】
円筒形型式の配向では、薄い半導体デバイスの前側又は後側の一方又は両方で生じ得る相互接続の厚さは、一般に、眼科用デバイスの全体的な厚さに有意に寄与することはなく、このことは、いくつかの実施形態では有利であり得る。例えば、領域９２１の相互接続は、はんだ球接触、導電性エポキシ、配線結合戦略、及び他の相互接続の手段を含む多数の異なる型式を含む場合がある。前述のように、いくつかの代表的な実施形態では、相互接続は３次元表面上に直接に堆積することができる。加えて、場合によっては、薄い可撓性半導体デバイスが取り付けられる前に、薄い可撓性の相互接続基板を３次元表面に取り付けることができる。この型式の例では、次いで、可撓性半導体デバイスを、相互接続基板に取り付けることができる。これは、３次元基板表面上に堆積される相互接続に可撓性半導体デバイスが取り付けられる場合とは異なる場合がある。
【００７８】
９３０に描かれている例では、円錐形の実装が図示されている。この状況は、円筒形型式の実装と類似している場合がある。概して、薄い半導体層のデバイスは、円錐形の実装を用いると、それら自体の所与の半径に対してより多くの面積を有することができる。しかし、いくつかの代表的な実施形態では、この構成によると、眼科用デバイスはある程度厚くなる場合がある。あるいは、半導体デバイスに利用可能な面積は、眼科用デバイスの設計上の厚さによって制限される場合がある。デバイスを他のコンポーネントに相互接続する方法は、放射状の実装型式にも類似している場合があるが、結果的にもたらされる角度のついた表面のために、平坦な表面と他の機構との間の相互接続を考慮に入れることが必要となる場合がある。
【００７９】
９４０に示した例には、平坦なトレンチ型式の実装が図示されている。平坦なトレンチ型式の実装における相互接続は、その薄い可撓性半導体デバイスの平坦なトポロジーのために、半導体工業のパッケージングの規範と照らしたとき、一般に、より標準的である場合がある。更に、薄いデバイスの可撓性は、トレンチ型式の実装ではそれほど影響しない場合がある一方、その薄層化される高さの減少は、有意な利点を作り出す場合がある。例えば、複数のデバイスを積み重ねる場合である。
【００８０】
デバイスの薄層化の態様−光子の影響との関連
半導体デバイスを小さい領域内に収める能力の向上、及びそれらのデバイスが可撓性であり得ること、を含めて、半導体デバイスの薄層化に関しての多くの原則及び革新的な概念を説明してきたが、これにより、様々な新規な実施形態及び３次元表面上の半導体の配置がもたらされる。薄層の半導体の更に別の態様は、それらが光との相互作用によってどのように変化することができるかを含むことができる。結果として、いくつかの代表的な実施形態では、光と半導体デバイスとの相互作用を、それらの機能の活性な態様として使用することができる。例えば、デバイスがかなり薄いと、半導体片の後側（デバイスでない側）に入射する光を感知するそれらの能力は有意に改善され得る。これには多くの理由があり得る。概して、基板が厚い場合は、基板自体が、基板の後側の光がデバイスの前側に進むのを遮断することが可能である。十分に薄層化されていると、それほど吸収されない波長の光は、特に、基板を横断することができる。基板の半導体ドーピングレベルもまた、吸収特性に影響する場合がある。ドーピングレベルは、光の吸収により生成された電荷キャリアが基板内で移動することができる距離もまた変更する。基板が薄くされる際、これら全ての因子は、薄層化された半導体基板の後側への入射である光信号を検出することに関係する。別の因子として、デバイスが位置づけられている基板の前側の絶縁体と金属配線のレベルもまた関係する。これらのレベルは入射光と高度に相互作用する。したがって、基板の後側はこれらの層を有さなくてもよく、この場合も、後側を通じて光を感知する能力が改善され得る。しかし、基板が十分に薄くなっていると、前側と後側の表面の一方又は両方を通じて光を感知することが可能となり得る。加えて、周辺光源と比較したデバイスの外形の性質は、期待し得る照明の一般的な方向に対して最も垂直の輪郭を有する傾向があるので、フラップ型式及びトレンチ型式の両方の実装に対する影響を強めることができる。
【００８１】
反対の観点からは、半導体デバイスの後側への入射光による光電流を感知する能力は、光電流の存在が望ましくない場合があるデバイスの領域で同じ影響が生じる場合があること、及び半導体デバイスの性能に影響する意図されていない問題を結果としてもたらし得ることを示している場合がある。結果として、いくつかの代表的な実施形態では、薄いデバイスを遮蔽することが重要な場合がある。非制限的な例として、相互接続金属配線を使用して、光を遮蔽することができる。場合によっては、金属配線は、相互接続線の部分であり得る。他の場合には、薄層化されたデバイスへの入射光を遮蔽する機能のみのために、金属の機構を配置することができる。また、いくつかの実施形態では、光の感知が望まれる領域に窓又は開口部を有する金属配線で光を遮蔽するように金属配線を配置することも有用な場合がある。
【００８２】
信頼性の態様
いくつかの代表的な実施形態では、本明細書に開示される薄層半導体は、単結晶質の基板で形成され得る。基板が薄層化されるにつれて、結晶質基板の破壊なしに変形する能力は増大する場合がある。しかし、いくつかの実施形態における基板は、特に曲げの程度が大きい場合があるときは、屈曲の曲げからの有意な応力をもたらす場合があり、結果として、デバイスに様々な影響を及ぼす場合がある。デバイスへの影響の結果として、場合によっては、応力の存在によってその発生が加速され得る様々な欠陥モードがもたらされる場合がある。代表的な欠陥のタイプは、応力によって誘導される基板関係の欠陥であり得る。
【００８３】
別の例示的な欠陥のタイプは、半導体デバイス上に置かれた金属配線機構に関係する場合がある。金属配線は、エレクトロマイグレーションのような影響による早期故障の可能性をそれらが経験する前に、特定のレベルの電流密度を運ぶように、標準の条件下で設計及び検証することができる。場合によっては、曲げ応力の導入は、薄い半導体デバイスの設計及び製造のために従うべき追加的な方法を必要とする場合がある。
【００８４】
トランジスターマッチング、酸化物応力、閾電圧などを含む特定の影響を軽減するために、薄層の可撓性半導体の実施形態における設計態様を変更する多くの方法が可能である。ここで図１０Ａ〜１０Ｃを参照すると、１０００に、いくつかの代表的な方法が例示されている。１０１０に、冗長化の図が示されている。同じ素子（１０１１、１０１２、１０１３及び１０１４）の冗長複製が描かれており、図中、素子は単一のトランジスター、別の回路素子、又はデザインブロックであり得る。いくつかの代表的な実施形態では、１つ又は２つのみの冗長素子を使用することができ、他の実施形態では、冗長素子を並列又は直列に接続して、応力により誘導された欠陥に際しての回復を助けることができる。
【００８５】
１０２０は、冗長素子（１０２１、１０２２、１０２３、及び１０２４）が空間的に分離され得る、冗長を達成するための異なる方法の図を示している。この方法は、欠陥のタイプが結晶境界に沿って結晶格子を通じて伝播する場合、又は別の何らかの方法で、距離により隔離されていない冗長機構に影響する場合に、有用である場合がある。更に別の方法が１０３０に描かれており、薄層半導体デバイスに沿って異なる場所にある冗長素子の複製（１０３１、１０３２、及び１０３３）を実装することができる。
【００８６】
ここで図１１Ａ〜１１Ｃを参照すると、１１００に、応力により誘導される欠陥に対する堅牢性の設計のための方法の例が示されている。１１１０で、薄層半導体デバイス上の金属配線１１１１は、通常の条件下では有効であり得る。十分な曲げ応力が生じることにより金属配線のエレクトロマイグレーションに関する欠陥モードがもたらされる可能性のあるいくつかの代表的な実施形態では、１つの解決策として、１１２０に図示されている方法が含まれる場合がある。１１２１に、同じ電気接続機能だが元のものより幅広い配線の図が描かれている。そのような解決策は、付加的な断面積による電流密度の低減が有用であり得るそれらのモードに対して効果的であろう。あるいは、１１３０は別の方法を図示しており、図中、複数の配線１１３１、１１３２及び１１３３は横断線１１３５によって接続され得る。そのような回路網は電流密度に関係する欠陥に際しての回復性（有効な伝導断面を増やすことによって）、並びに冗長路がより重要となり得る、応力のみにより誘導され得る欠陥に関係する回復性を提供することができる。屈曲された及び曲げられた薄い半導体デバイスの欠陥の生成に関係する回路の態様の設計の多くの方法がある。
【００８７】
螺旋形の薄い半導体片
図１２Ａ〜１２Ｃを参照すると、３次元形を有する基板上に半導体を配置するための、別の３次元の実施形態である項目１２００が示されている。シリコンの薄い片は、１２１０で、環状形に製造することができる。１２２０で、ダイシング動作により、シリコンの薄い片を、例えば、螺旋形である、平らなままだが複雑な曲線形にすることができる。次いで、螺旋形を、１２３０に見られるように、例えば、インサートの３次元形状の表面に取り付けることができる。この３次元形の表面は立体螺旋の形状をとることができる。螺旋形のシリコンの片が、立体螺旋形の支持面上に置かれると、シリコン基板が立体螺旋形をとるように、比較的小さく弱い応力がシリコン基板に付与され得る。立体螺旋形によって放射状に巻かれているシリコンが空中に持ち上げられる（これは、１２３１と１２３２との間に観察され得る縦の場所の変化によって見られる場合がある）ことはないので、得られる立体螺旋は、眼科用レンズの典型的な形によりよく一致することができる。結果として、半導体基板そのものに付与される応力が最低限である立体螺旋３次元形をした電子コンポーネントを得ることができる。１２３０の図は、眼科用デバイスに含めるために有用であり得るインサート片に適合する単一の立体螺旋形の電気コンポーネントを示す。いくつかの実施形態では、立体螺旋形の片の積層体としての実装及び立体螺旋形の片の組み合わせとして基板上に取り付けることもまた可能である。
【００８８】
立体螺旋形は、より多くの回路面積を可能にするように複数の完全な回転が、インサートデバイス内に適合し得ることにおいて、トレンチ型式の実装より有益である場合がある。他の方法においては、この実施形態は、それがどのように３次元のインサートを備え得るか、この型式の複数のデバイスをどのように積み重ねることができるか、この形状の薄層半導体層がどのように光と相互作用し得るか、及び冗長又は他の応力補正のための設計の態様に方法をどのように利用することができるか、に関しては、前述の実施形態と同様の態様を共有することができる。螺旋状にダイシングされた半導体デバイスは、そのダイシングされた半導体を立体螺旋形の表面が支持するようにインサート内に置かれたときに、多くの眼科用の実施形態を可能にすることができる。
【００８９】
３次元の表面上の電気相互接続上に励起素子のような機能的な素子を形成するために有用であり得るフォーメーション、フォーメーションの方法、及びフォーメーションの装置に関して、発明の技術の態様を例示するために具体的な例を説明してきた。これらの例は、説明とともに具現化を提供する役割を果たすために含まれているのであって、いかなる場合にも、本開示の範囲を制限することを意図するものではない。したがって、本開示は、当業者には明らかであり得る全ての実施形態を抱持することを意図する。
【００９０】
図示及び説明されたものは、最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるが、当業者であれば、本明細書に説明及び図示した特定の設計及び方法からの変更はそれ自体当業者にとって自明であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく使用できることは明らかであろう。本発明は、説明及び図示される特定の構造に限定されるものではないが、付属の特許請求の範囲に含まれ得る全ての改変例と一貫性を有するものとして解釈されなければならない。
【００９１】
〔実施の態様〕
（１）  電子デバイスの製造方法であって、
少なくとも一表面領域を有する第１の基板を形成する工程において、前記表面領域が非平面である、工程と、
前記表面領域に電気接点を取り付ける工程と、
可撓性半導体を備える電子素子を前記電気接点に取り付ける工程において、前記非平面の表面とぴったり一致するように前記可撓性半導体を曲げる、工程と、を含む、方法。
（２）  眼科用デバイスの内部に前記電子デバイスを定置する工程を更に含む、実施態様１に記載の方法。
（３）  前記表面領域が、円筒形の電子素子の少なくとも一部のための支持部を形成する曲面を備えている、実施態様２に記載の方法。
（４）  前記円筒形の電子素子が、前記眼科用デバイスの光路の軸に沿ってその放射軸に配向される、実施態様３に記載の方法。
（５）  前記電子デバイスの設計が、少なくとも１つの冗長素子を含むように行われる、実施態様４に記載の方法。
【００９２】
（６）  前記半導体が結晶質シリコンを含む、実施態様４に記載の方法。
（７）  前記半導体が多結晶質シリコンを含む、実施態様４に記載の方法。
（８）  前記半導体が非晶質シリコンを含む、実施態様４に記載の方法。
（９）  前記表面領域が曲面を備え、それが、円錐形電子素子の少なくとも一部のための支持部を形成している、実施態様２に記載の方法。
（１０）  前記円錐形が、前記眼科用デバイスの光路の軸に沿ってその放射軸に概ね配向される、実施態様９に記載の方法。
【００９３】
（１１）  前記電子デバイスの設計が、少なくとも１つの冗長素子を含むように行われる、実施態様１０に記載の方法。
（１２）  前記表面領域が曲面を備え、それが、平らでないフラップ形の少なくとも一部を含む支持部を形成している、実施態様２に記載の方法。
（１３）  前記フラップ形が、前記眼科用デバイスの光路の方向にその面法線がある表面に配向される、実施態様１２に記載の方法。
（１４）  前記電子デバイスの設計が、少なくとも１つの冗長素子を含むように行われる、実施態様１３に記載の方法。
（１５）  眼科用デバイスであって、
少なくとも一表面領域を有する基板において、前記表面領域の少なくとも一部はその延在範囲にわたって非平面である、基板と、
前記表面領域に形成された電気接点と、
前記電気接点に取り付けられた可撓性半導体デバイスを備える少なくとも第１の電子素子において、前記可撓性半導体が前記非平面の表面にぴったりと一致している、電子素子と、を備える、眼科用デバイス。
【００９４】
（１６）  前記第１表面領域が曲面を備え、それが円筒形の少なくとも一部を形成している、実施態様１５に記載の眼科用デバイス。
（１７）  前記第１表面領域が曲面を備え、それが円錐形の少なくとも一部を形成している、実施態様１５に記載の眼科用デバイス。
（１８）  前記第１表面領域が曲面を備え、それが平らでないフラップ形の少なくとも一部を形成している、実施態様１５に記載の眼科用デバイス。
（１９）  眼科用デバイスであって、
ヒドロゲル層を封入し形作っている重合された眼科用デバイスと、
少なくとも一表面領域を有する基板において、前記表面領域の一部がその延在範囲にわたって平面であり、かつ平らなフラップ形を形成している、基板と、
前記第１表面領域に形成された電気接点と、
前記電気接点に取り付けられた可撓性半導体デバイスを備える電子素子において、前記可撓性半導体が前記非平面の表面にぴったりと一致している、電子素子と、を備える、眼科用デバイス。
（２０）  電気活性光学コンポーネントを更に備える、実施態様１９に記載の眼科用デバイス。
【００９５】
（２１）  電子デバイスの製造方法であって、
少なくとも１つの表面領域を有する第１基板を形成する工程において、前記表面領域がその延在範囲にわたって平面であり、平らなフラップ形を形成している、工程と、
電気接点を前記表面領域に取り付ける工程と、
薄い可撓性半導体を備える電子素子を前記電気接点に取り付ける工程と、を備える、方法。
（２２）  前記薄い可撓性半導体が、絶縁体層上の半導体層を備える、実施態様２１に記載の方法。
（２３）  前記可撓性半導体が、絶縁体層上の半導体層を備える、実施態様２２に記載の方法。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【外国語明細書】
2014028141000001.pdf