(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品を転写する方法であって、
レーザ透過キャリアの接着材層に物品を接着することと、
前記接着材層を変形させるブリスタリング層にブリスターを形成するために、低エネルギーレーザビームを、前記レーザ透過キャリアを通して前記接着材層に近接する前記キャリア内の前記ブリスタリング層に集中させることと、
前記ブリスターが膨張するときの前記物品の分離に応答して、前記物品を前記レーザ透過キャリアからごく近接に配置される受容基板へ転写することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記ブリスターは、前記低エネルギーレーザビームを受容することに応答して、実質的に一定の距離まで膨張する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ブリスタリング層は、所与の波長およびパルスエネルギーのレーザビームによる照射に応答して、制御されかつ非起爆性の様式でのアブレーションのために選択されて、ブリスターが破裂せずに形成されることができる充分な弾性がある挙動を呈するポリマー、ポリイミド、または無機材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ブリスタリング層は、前記ブリスターを破裂させることなしに前記ブリスターを形成するために、蒸気を発生させる非貫通アブレーションに限定されるアブレーションを受ける、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ブリスターは、前記低エネルギーレーザビームが、前記レーザ透過キャリアの前記接着材層を変形させるブリスターを前記キャリア内に生じさせるガスを発生する少量の材料を前記ブリスタリング層から蒸発させることに応答して形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記低エネルギーレーザビームは、紫外線波長を有するレーザビーム出力を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記低エネルギーレーザビームは、レーザからの単一のパルスまたは一連のパルスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記低エネルギーレーザビームは、連続するブリスターを生成するように選択される高い反復率および走査速度を備えた走査パターンを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記走査パターンは、直線、曲線、閉曲線、円、三角形、長方形、および他の幾何学的形状から成る走査パターンの群から選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記低エネルギーレーザビームは、前記ブリスターが前記物品の転写の間に破裂しないことを確実にするために、１ｍＪ未満のエネルギーを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記低エネルギーレーザは、１パルス当たり約２０μＪのエネルギーを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記低エネルギーレーザビームによって蒸発される材料は、前記ブリスタリング層内の前記ブリスターの内部に閉じ込められる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記極薄の物品は、１００μｍ未満の厚さを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記極薄の物品は、５０μｍ未満の厚さを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
極薄の物品をキャリアから受容基板へ転写する装置であって、
レーザ透過層、ブリスタリング層、および極薄の物品が転写動作に備えて取り付けられる接着材層を有するキャリアと、
レーザビームを出力するための手段と、
前記レーザビームをあるパターンの形に作るための手段と、
受容基板による受容のために前記キャリアからの前記極薄の物品の分離を誘起する、前記接着材層を変形させる前記ブリスタリング層にブリスターを形成するために、前記レーザビームを前記キャリアの前記レーザ透過層を通して前記接着材層に近接した前記ブリスタリング層に向けるための手段と、を備え、
ブリスタリング層の厚みは、ブリスタリング層の破裂を防止するためにレーザビーム吸収の深さを超える、装置。
【請求項１６】
前記極薄の物品は、１００μｍ未満の厚さを有する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記レーザビームは紫外線波長で出力される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記レーザビームは、レーザからの単一のパルスまたは一連のパルスを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
レーザビームを出力するための前記手段は、レーザビームを出力する少なくとも１つのレーザを備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記レーザビームをあるパターンの形に作るための前記手段は、半波長プレート、偏光子、ビーム拡大器、ビーム形成器、およびレンズからなる光学構成要素の群から選択される光学構成要素を備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記レーザビームを導くための手段は、前記極薄の物品が転写される前記キャリアの特定の位置に前記レーザビームを導くための走査ヘッドおよび／または並進ステージを備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】
前記キャリアの前記レーザ透過層を通して前記レーザビームを導くための手段は、前記キャリアで特定の極薄の物品に近接する前記ブリスタリング層に前記レーザを導くように構成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項２３】
前記ブリスタリング層は、前記ブリスターを破裂させることなしに前記ブリスターを形成するために、蒸気を発生させる非貫通アブレーションに限定されるアブレーションを受ける、請求項１５に記載の装置。
【請求項２４】
極薄の物品をキャリアから受容基板へ転写する装置であって、
レーザ透過層、ブリスタリング層、および極薄の物品が転写動作に備えて取り付けられる接着材層を有するキャリアと、
前記レーザの出力を所望のパターンの形に作るためのレーザ素子および光学素子と、
受容基板による受容のために前記キャリアからの前記極薄の物品の分離を誘起する、前記接着材層を変形させる前記ブリスタリング層にブリスターを形成するために、前記レーザビームを前記キャリアの前記レーザ透過層を通して前記接着材層に近接した前記ブリスタリング層に向けるための少なくとも１つの位置決め装置と、を備え、
前記ブリスタリング層は、前記ブリスターを破裂させることなしに前記ブリスターを形成するために、蒸気を発生させる非貫通アブレーションに限定されるアブレーションを受ける、装置。
【請求項２５】
前記極薄の物品は、１００μｍ未満の厚さを有する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記レーザビームは、紫外線波長で出力される、請求項２４に記載の装置。
【請求項２７】
前記レーザビームは、レーザからの単一のパルスまたは一連のパルスを含む、請求項２４に記載の装置。
【請求項２８】
前記レーザビームをあるパターンの形に作るための前記手段は、半波長プレート、偏光子、ビーム拡大器、ビーム形成器、およびレンズからなる光学構成要素の群から選択される光学構成要素を備える、請求項２４に記載の装置。
【請求項２９】
前記レーザビームを導くための手段は、前記極薄の物品が転写される前記キャリアの特定の位置に前記レーザビームを導くための走査ヘッドおよび／または並進ステージを備える、請求項２４に記載の装置。
【請求項３０】
前記レーザビームは、前記ブリスターを連続するブリスターとして生成するように選択される高い反復率および走査速度を備えた走査パターンを有する、請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１１年４月４日に出願された米国仮特許出願第６１／４７３，９８８号から優先権を主張するものであり、当該出願は、参照によりその全体が本願に組み込まれる。
【０００２】
［連邦政府により後援された研究または開発に関する記載］
本発明は、Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ（ＤＭＥＡ）、国防総省協力合意（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｄｅｆｅｎｓｅ  Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔｓ）番号Ｈ９４００３−０８−２−０８０５、Ｈ９４００３−０９−２−０９０５、およびＨ９４００３−１１−２−１１０２の下で政府の支援により行われた。政府は、本発明において特定の権利を有する。
【０００３】
［コンパクトディスクで提出される資料の参照による組み込み］
適用せず。
【０００４】
［著作権保護の対象となる資料の通知］
この特許文献の一部の資料は、米国および他の国の著作権法の下で著作権保護の対象となる。著作権権利の所有者は、特許文献または特許開示が米国特許商標庁の公表されているファイルまたは記録において見られるように、その誰による複製にも異議がないが、それ以外ではいかなるすべての著作権権利も保有する。著作権者は、この特許文献を秘密に維持するために、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．第１．１４項に従ってその権利を限定されずに含む、その権利のいずれも本書面をもって放棄しない。
【０００５】
発明の背景
１．発明の分野
【０００６】
本発明は、概して電子機器製造、より具体的には、小型構成要素のレーザ誘起前方転写非接触アセンブリに関する。
【０００７】
２．関連技術の説明
【０００８】
レーザ転写技術は業界において高まる注目を受けている。しかしながら、既存の技術には、それらの適用性を制限する重大な欠点がある。レーザ転写物品のために利用される手法のうちの１つは、（１）動的なリリース層（ＤＲＬ）によって転写物品を転写基板（キャリア）に付着させること、および（２）動的なリリース層（ＤＲＬ）から材料のプルームをアブレートして、その物品を受容基板に向かって強制的に放出することを含む。この方法は、転写物品を付着させるために、動的なリリース層および接着材層を組み込む。ＤＲＬは、転写物品を受容基板に放出するキャリアから放出される材料の急速で局所的なプルームを生じるエネルギー源への露出に応答して、ＤＲＬの物理的な状態を変えることによって、例えば、蒸発または溶解によって転写物品をリリースするとみなされる。レーザ促進転写のためのこのアブレーション機構は、その分野の多くの刊行物に記載されている。
【０００９】
しかしながら、材料のアブレートされたプルームによって転写物品を放出することは、転写物品配置の安全性および精度を厳格に制限する。具体的には、アブレーションレーザリリースにおいて、リリースの力学の確率的性質および飛行不安定性の組合せは、物品配置のいかなる整合性の達成も妨害する。比較的低密度のガスがより高密度の対象を押すために用いられるときに、位置決め精度の不足はこのプロセスに固有である。
【００１０】
より高い精度の転写が要求されるときに、実用的な応用では、すきまにおける物品の精度の低い転写（非接触転写）よりも好まれる接触転写の方が利用される。いくつかの提案されたレーザ転写機構では、３００μｍまでのすきまにおいての転写について議論されているが、接触転写のために得られる結果を例示しているにすぎない。
【００１１】
転写される物品の１つの非常に重要なカテゴリは、集積回路「ダイ」または複数の「ダイ」である。ベアダイは、「ＩＣ」または「チップ」とも呼ばれる集積回路であるマイクロエレクトロニクス半導体素子を含む半導体ウエハから切断される（例えば、通常は矩形の）小さい部分である。あるいは、これらのダイは、半導体ウエハから切り離された、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）および他の素子、または素子構成要素を含むことができる。
【００１２】
ベアダイを転写するための接触機構のうちの１つにおいて、「エッチングされたウエハ」は転写板と受入基板の間に挟まれる。別の接触転写機構において転写されるダイは下にあり、そしてそれが転写されるポリイミドリボンと接触している。接触転写には、（１）それを受入基板と接触させるときに、転写物品に機械的に損傷を与えるという可能性、（２）他の構成要素が基板にすでに配置されているときに、転写を実行することができないこと、（３）平坦面以外で転写を実行することができないこと、（４）それが、（ａ）転写物品を有する基板を所望の位置に置くこと、（ｂ）物品を有する基板を降ろすこと、（ｃ）物品を転写すること、（ｄ）基板を持ち上げることを必要とするので、高速で物品を転写することができないことを含む欠点がある。ステップ（ｂ）および（ｄ）は非接触転写において省略されることが認められる。
【００１３】
上でわかるように、非接触転写は接触転写を超える利点を概念的に有するけれども、これらは実際には実現されたことはない。
【００１４】
したがって、現在の実行の点で固有の位置決めの不正確を克服する非接触転写のレーザ転写方法が必要である。
【発明の概要】
【００１５】
改良されたレーザ誘起前方転写技術を利用するレーザ非接触アセンブリにおいて、電子構成要素のような、極薄（例えば、厚さ約５０μｍ未満）の物品を組み立てる方法。この方法は、極薄の物品（例えば、半導体ダイ）のアセンブリによく適している。特に、電子構成要素の用途に適切であるけれども、この方法は、他の素子、例えば、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の構成要素およびその他の小さい個別構成要素を組み立てるために利用できる。この方法は、本願明細書においてサーモメカニカル選択的レーザ促成ダイ転写（ｔｍＳＬＡＤＴ）方法と呼ばれる。
【００１６】
転写物品のサイズは、その（ａ）厚み、および（ｂ）長さ掛ける幅によって、または正方形の形状の場合は、正方形の辺の長さによって規定される面積により規定されることができることが理解されるべきである。
【００１７】
研究および経験によれば、シリコンのようなもろい材料が、材料厚が１００μｍ未満に減少するときに、可撓性になり始めることができて、厚みが約５０μｍ未満に減少するときに、より本当に可撓性になっていることが示された。１００μｍより厚い物品は、本願明細書に記載されている意味において、（例えば、フレックス回路などでの使用のために）可撓性でなくて、従来の方法によって容易にパッケージされることができる。本発明の長所は、極薄のダイ、および５０μｍ未満、特に３０μｍ未満の厚さを有する他の極薄の構成要素または物品のパッケージングを可能にする点にあり、この種の極薄のダイをパッケージする他の方法は今まで示されていない。
【００１８】
本発明は、広い面積範囲で、ダイのような物品を扱うために利用できる。複雑化がサイズスペクトルのいずれかの端でダイを扱うことによって生じうることが留意される。小さいサイズのダイ（例えば１平方ｍｍの面積の１００分のいくつか）は、キャリアからの分離のための不十分な質量を有し、そしてプロセスの運動量および重力に応答してすきまを超えて転写できる。極薄のダイが大きい、例えば、面積が数平方ｍｍ以上であるときに、それらは、曲げおよび反り引き綱を伴う問題のために扱うのが困難でありえる。６５μｍ、５０μｍ、および２５μｍの厚さを有する物品に対して本発明の転写を実行する実施例が、本願明細書において提供される。本発明は、これらの極薄の物品に適している穏やかな転写機構を提供し、実施例は、この方法および装置が１００μｍ未満のダイ厚の範囲にわたって制限なく実施されることができることを示している。
【００１９】
多くのレーザ誘起前方転写機構とは対照的に、本発明の方法は、物品を転写するために動的なリリース層（ＤＲＬ）からの蒸発材料のプルームの使用に依存しない。その代わりに、レーザビーム（例えば、パルスまたは複数のパルス）は、そのレーザ吸収深さより厚いＤＲＬのブリスターを引き起こし、したがって、蒸発材料をブリスター内に閉じ込める。動的なリリース層からの転写物品（ダイ）の穏やかな押しを施し、したがって、受容基板の方へ物品を切り離すのは、ブリスターである。ＤＲＬ、より詳しくはそのブリスタリング層は、限られた非貫通アブレーションだけを受けて、それは、ブリスターを破裂せずにブリスターを形成するために蒸気を生じさせる。レーザパワーおよびブリスタリング層の厚みは、アブレーション蒸気がブリスターを破裂させて、転写の物品と直接接触するのを防止するように選択される。従来の転写技術において、１〜５０ｍＪ／パルスＤＲＬ蒸発の高いレーザパワー値が、アブレーションレーザ転写を実行する際に利用された。本発明は、ブリスターがプロセスの間に破裂しないことを確実にするために、１ｍＪよりずっと小さいレーザパワー（エネルギー）を使用する。特に、本発明の実施形態は、成功した転写を達成する際に２０μＪ／パルス未満を利用した。本プロセスはアブレーションリリースプロセスと比較して穏やかなものであり、そのエネルギーレベルは極薄の半導体ダイを容易に粉砕できることが、このエネルギー値から認めることができる。
【００２０】
この方法の基本的概念は、転写される物品をレーザ透過キャリアに付着させるために、動的なリリース層（ＤＲＬ）、例えばデュアルポリマーリリース層を使用することを含む。本発明の一実施形態において、ＤＲＬはブリスタリング層および接着材層の両方から成る。ブリスタリング層は、好ましくは、特定の特性（例えば、波長およびパルスエネルギー）を有するレーザビームによって照射を受けるときに制御されるアブレーション（すなわち、爆発的にでなく）のために構成されるポリマー、ポリイミド、または無機材料から成り、そしてそれは、ブリスターが破裂せずに形成されることができるように、適切な弾性挙動および機械的強度を呈する。レーザ転写のプロセスの間、ＤＲＬは、レーザビーム、例えば、好ましくは、レーザ透過キャリアを通してのレーザパルスまたは複数のパルスによって照射を受ける。透過キャリアは、ブリスターのエネルギーが接着材層および保持された転写物品の方へ所望の方向に向けられること、ならびに反対方向のブリスター拡張を防止することを確実にするために、ＤＲＬ層より著しく可撓性が小さい材料から成ることが理解されるべきである。ＤＲＬインターフェースへのキャリアで吸収されるレーザエネルギーは、ブリスタリング層の少量の材料を蒸発させて、ブリスターを破壊せずにＤＲＬ内にブリスターを生じるガスを生成する。ブリスターは、それから、近接して置かれる受容基板の方へＤＲＬから転写物品を穏やかに押す。
【００２１】
転写プロセスの最適化を可能にするために、二重ＤＲＬが好ましくは利用される。ブリスター反応は、透過キャリア層に隣接するブリスタリング層により提供される。ブリスターサイズおよび完全性は、レーザビームパラメータならびにブリスタリング層の厚みおよび材料特性により制御される。レーザ転写の間にブリスターの破裂を回避するために、ブリスタリング層はそのレーザ吸収深さより厚い。第２層、接着材層は、物品を転写まで一時的に結合するのに役立つブリスタリング層上に堆積される。この接着材層の接着性および厚みは、好ましくは、それに損傷を与えずにそれに付着される物品の成功した非暴力的な転写を調整するために厳しく制御される。
【００２２】
層が適切なレーザ吸収、ブリスタリング、および接着特性を有する場合、ＤＲＬは単一の層または複数の層から成ることができることが理解されるべきである。これらの層、特に吸収層が無機材料から成ることができる点に留意する必要がある。
【００２３】
本発明は、ベアの半導体ダイのような極薄の物品の高いスループット処理および配置のための有益で新規な技術を提供する。これらの極薄の物品は１００μｍ未満であり、好ましくは約５０μｍ未満であって、本発明が、著しく小さい厚みの物品を処理することが示される。高速での標準サイズのダイの配置だけでなく極薄のダイの配置の機能もあるけれども、両方の機能が同時に必要とされるときに満たされないギャップがある。従来のピックアンドプレース装置に適合しない極薄の個別構成要素を配置するときに、本願明細書に記載されているレーザ促進転写方法は多くの利点を提供する。本発明は、極薄の半導体ベアダイの大量アセンブリを支えるその能力においてユニークであり、大量生産される高密度ミニチュア電子素子の次世代を製造する際に有益にみえる。これらの小型構成要素は、リリースが金属針を用いて一般に実行される標準「ピックアンドプレース」動作の間に容易に損傷を受けることがありえると認識される。これと対照してみると、本発明のレーザリリース動作は非接触プロセスを提供し、それは、適切に制御される場合、ピックアンドプレース機能より著しく小さい規模の部品の安全な構成要素アセンブリを提供する。前述の観点から、本願明細書に記載されているｔｍＳＬＡＤＴプロセスは、他の形では利用可能でない機能を提供するというような実現技術を表す。本願明細書に記載されているｔｍＳＬＡＤＴプロセスが、著しくより高い配置速度が可能であり、例えば、従来のピックアンドプレース機械では１秒につき２個の構成要素を配置することと比較して１秒につき１００個の構成要素を配置するということも認識されなければならない。速度の増大は、このように１桁以上、ほぼ２桁である。
【００２４】
本発明は、ＤＲＬに付着できる、いかなるＭＥＭＳ要素、または他の小さいサイズの個別構成要素も含む、他の素子、構成要素、および構造の配置を実行することに適していると認識しなければならない。
【００２５】
本発明の一態様において、小さい個別構成要素を転写する方法は、集中する低エネルギーレーザパルスを使用して局所的な加熱に応答してＤＲＬとレーザ透過キャリアの間のインターフェースのＤＲＬにブリスターを生じさせる。ブリスターの膨張に応答して、ＤＲＬの下側に置かれた物品は、受容基板上のエアギャップを通しての正確な配置および転写のために機械的に並進する。ブリスターは、接着力に打ち勝つのに十分な力によって物品を穏やかに押す。ブリスターによって及ぼされる力は、転写物品の重力に加えて、転写物品の運動量を変えて、ギャップ上の転写を開始する。
【００２６】
本発明の更なる態様が本明細書の以下の部分で明らかにされ、そこにおいて、詳細な説明は、そこに限界を置かずに本発明の好ましい実施形態を完全に開示するためにある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明は、例証目的だけのためである以下の図面を参照することでより完全に理解される。
【００２８】
【図１Ａ】本発明の実施形態による選択的レーザ促進転写の概略図であり、レーザエネルギーは、物品を転写するためにブリスター（図１Ｂ）を形成するＤＲＬ（図１Ａ）により吸収されることを示す。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による選択的レーザ促進転写の概略図であり、レーザエネルギーは、物品を転写するためにブリスター（図１Ｂ）を形成するＤＲＬ（図１Ａ）により吸収されることを示す。
【００２９】
【図２】螺旋状パターンの走査レーザビームにより照射されるときの本発明の実施形態によるＤＲＬの熱機械（ブリスター）反応の画像である。
【００３０】
【図３】転写物品をレーザ透過キャリア上のブリスタリング層に付着させる本発明の実施形態に従って利用されるポリマー接着材の化学構造図である。
【００３１】
【図４】固形の物品のレーザ促進転写を実行するために本発明の実施形態に従って利用される実験的なセットアップのブロック図である。
【００３２】
【図５】本発明の実施形態に従って配置される２つの厚さ６５μｍのシリコンダイの画像である。
【００３３】
【図６Ａ】本発明の実施形態による転写された厚さ２５μｍのＳｉダイのＸＹ散布図であり、それらのリリース位置からのレーザ単一化ダイおよびＲＩＥ単一化ダイの横方向変位（単位：マイクロメートル）を示す。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による転写された厚さ２５μｍのＳｉダイのＸＹ散布図であり、それらのリリース位置からのレーザ単一化ダイおよびＲＩＥ単一化ダイの横方向変位（単位：マイクロメートル）を示す。
【００３４】
【図７】本発明の実施形態に従って配置される半導体ベアダイとしての機能的な単一チップ素子（ＲＦＩＤタグ）の画像であり、回路およびクローズアップ挿入画像におけるダイを示す。
【００３５】
【図８】本発明の実施形態に従って製作される完全に機能する可撓性電子素子（ＲＦＩＤタグ）の画像表現であり、そのサイズおよび可撓性がユーザの手中で容易に処理されることを示す。
【００３６】
【図９】本発明の実施形態による極薄の物品の選択的レーザ促進転写のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
個別構成要素の選択的レーザ促進転写は、さまざまな固形の素子、構成要素、または要素を転写するのによく適している。本発明は、非常に薄い、そして／またはもろい（壊れやすい）マイクロエレクトロニクスのアセンブリ、例えば、この例に限らないが、可撓性基板上のアセンブリに特によく適している。
【００３８】
極薄の構成要素（半導体ダイを含む）の配置に基づいて可撓性基板に組み立てられるマイクロエレクトロニクス素子は、着用できるおよび低コストの使い捨ての電子機器、健康管理、宇宙応用、ＭＥＭＳ、太陽電池、文書セキュリティ、生医学、ならびに可撓性、フォームフィットメント、および／または操作ロバスト構造から利益を得る他の応用において新規で刺激的な応用が見出される。
【００３９】
可撓性エレクトロニクスは、個別電子構成要素が表面実装および／または貫通孔方法を使用して堅い積層体ベースの印刷回路基板に取り付けられる従来のエレクトロニクスパッケージング技術と比較してまだ進化している非常に動的な技術領域である。可撓性電子素子を製作することは、堅い配線板を可撓性基板に単に置き換えるだけであるより複雑である。大きくて重くて堅い構成要素、例えば多くの集積回路（ＩＣ）パッケージは、薄くて可撓性の基板で支えられるようには設計されない。これらを可撓性回路に取り付けることは、可撓性電子素子の典型の特性‐その可撓性を危うくする。可撓性基板は小型チップだけでなく可撓性チップも必要とする。シリコンの厚みが１００μｍ未満、好ましくは５０μｍ以下に減少する場合だけ、これを達成できる。
【００４０】
コストは、使い捨てのエレクトロニクスを製造するときにしばしば最も重要であり、シリコンのコストは、しばしば、ＲＦＩＤタグのような使い捨ての電子素子の総コストに対する最大要因である。半導体ダイのコストが面積に対応して、１．５〜２乗に高まることは取引では周知である。したがって、ダイのサイズを半分に減らすことは、シリコンのコストを１／１６〜１／８に減らす。コストはまたダイの厚みに依存する。より薄いウエハによって、製造者はインゴットからより多数のスライスを得ることができ、それによってウエハのコストは低下する。
【００４１】
現時点では、極薄（厚さ５０μｍ未満）のベアダイを処理するための適切な技術は利用できない。これらのダイは非常に壊れやすくて、直接的なチップ取り付けのために従来利用される「ピックアンドプレース」装置によって容易に損傷を受ける傾向がある。「ピックアンドプレース」機械によって極薄のダイをキャリアテープからピックすることは、難しい作業であり、そして極薄のダイを容易に破壊することがありえる。ダイがキャリアテープにどういうわけか固定しない場合、スティクションが、特に重力が表面引張力と同等になることができる３００μｍ未満の特性長を有する構成要素に対して問題になる可能性がある。ダイが接着剤でキャリアテープに固定される場合、スティクション問題を軽減することができる。そして、問題は、どのようにしてダイをそれに損傷を与えずに接着フィルムから持ち上げるかということである。文献に説明されているさまざまな手法は、さまざまな成功を伴って熱剥離テープだけでなく鋭い針エジェクタおよび鋭くない針エジェクタも使用する。問題は、ダイをテープからピックすることで終わらない。下方配置力は、基板上でダイバンプとパッドとの接触を確立するために用いる。極薄のダイは非常に壊れやすいので、それが基板に配置されるときに、配置ノズルの下方力はしばしばダイを割るかまたは機械的に破損する。
【００４２】
極薄のダイを含む可撓性電子製品は大量生産される装置において用いられ、そこでは、ロールツーロール（Ｒ２Ｒ）製造が費用対効果の高い生産のための業界標準である。製造プロセスにおける各ステップは、ウエハから最終のパッケージングまで、大量、低コストの製造に対して拡張可能でなければならない。ダイボンダーは、１時間につき３０００個の構成要素の速度で厚いダイを処理することができる。配置精度および速度が逆相関しているので、この速度は極薄のダイの正確なアセンブリに対してかなり低い。単一ノズル配置機械が小型電子構成要素を配置するために精度を有することができるけれども、この装置は、極薄のダイおよび類似の構成要素を高いスループットアセンブリに対して充分な速度で処理することができない。したがって、ダイ配置は、費用対効果の高い極薄の半導体ダイの広範囲にわたる採用においてますます制限要因になっている。
【００４３】
個別構成要素の転写および非接触配置のためのレーザの使用は、アブレーション手段によって、そして接着剤の領域を弱めるために漸進的な熱加熱によって、半導体ベアダイ（例えば、Ｓｉタイル、厚さ１５０μｍおよび２００×２００μｍ）の転写に適用されている。アブレーション技術において、高いフルエンスの単一レーザパルスは、高速でダイを放出する蒸発リリース材料の高速ジェットを生成する。ダイが重力の下で受容基板上に完全に落ちるまで、より激しくない熱プロセスは、ダイを保持するテープの領域の漸進的な加熱に応答してリリース材料を分解する。
【００４４】
既存のレーザ促進転写技術に関する大きな問題の１つは、配置精度および正確さである。アブレーションリリース方法は、非常に予測不可能な構成要素転写を提供するとわかっており、「限られたアブレーション」構成に応じて厳密にふるまうローカルシステムという結果が得られる。犠牲層がレーザにより加熱されるとき、それは蒸発する。蒸発材料は、キャリア基板とその表面上の接着された構成要素の間に閉じ込められない。蒸発材料の急速に膨張する局所的なプルームは、転写構成要素を隣接する受容基板に放出する。気体力学の本質上、より高い密度の構成要素、例えば半導体ダイを押すための比較的低い密度のガスを使用すると、初期条件に非常に影響されるプロセスとなる。熱吸収機構における小さい変化、犠牲層の厚みおよび均一性の不規則、汚染物質の存在、ならびに犠牲層をアブレートするために使用するレーザビームのプロフィールにおける時間ベースの変化の全てが、アブレーションリリースプロセスが非常に不安定であり、かつ結果が非常に予測不可能であることの原因となる。加えて、この手法を使用する弾道の構成要素転写速度は、損傷を受けずに受容基板に問題なく落ちる構成要素の能力に関して問題を提起する。
【００４５】
漸進的熱放出技術は、アブレーション転写プロセスで観察される転写の揮発性および予測不能性に対処することを目的とする。漸進的熱放出構成の下で転写される構成要素は、アブレーションリリースサンプルとして同様に準備されるが、犠牲層は異なる仕方でふるまう。この場合、犠牲層は、アブレーションリリースにおいて使用するより著しく低いレーザフルエンスによって比較的ゆっくり加熱される。アブレーション手法のように、ほとんどの場合、熱放出はまだ、レーザエネルギーが転写される半導体構成要素により吸収されることに依存する。結果として生じるプロセスは、犠牲層の漸進的加熱を含み、そしてより不揮発性でより予測可能な転写プロセスを提供する。熱放出機構に関する問題は、所望の効果を達成するために、プロセスを正確に制御する必要およびリリース材料特性である。軟化されたリリース層からのダイの分離は、ダイとリリース層の間のインターフェースに作用する引力に打ち勝たなければならない重力に依存する。この転写は、小さい質量または小さいアスペクト比（厚み対投影面積）を有するダイにとって問題があるか、または不可能でありえる。
【００４６】
レーザ促進転写技術の結果は、動的なリリース層（ＤＲＬ）として公知である、転写物品をリリース基板に結合する層の組成および特性に大いに依存する。アブレーション技術を使用する際に、吸収されたレーザエネルギーは、ＤＲＬの全体のまたは部分的な蒸発を引き起こし、蒸発材料の運動エネルギーは、構成要素転写を高速でドライブするために利用され、そして損傷および不正確を受ける。
【００４７】
本発明は、熱およびアブレーションレーザ転写技術の両方に関する問題を解決する。転写される物品に隣接する迅速な局所的な加熱が、転写を遂行するために受容基板に向って物品を機械的に並進させるＤＲＬにおけるガスのブリスターを生じさせるように、本発明のＤＲＬ組成物は選択される。
【００４８】
図１Ａ〜図１Ｂは、熱機械選択的レーザ促進ダイ転写（ｔｍＳＬＡＤＴ）プロセスについての例示の実施形態１０を示す。このｔｍＳＬＡＤＴプロセスは、以前のダイ転写プロセスの欠点を克服すると共に、極薄のベアダイおよび他の小型構成要素の剛性および可撓性基板上への高いスループット、低コストの非接触アセンブリのための電子パッケージング技術として特に適切である。
【００４９】
転写のための固形の物品１２（例えば、ダイ）はキャリア１４の接着材層２０に付着される。原材料の反対側はレーザ波長透過基板１６を有する。ブリスタリング層１８は透過基板１６と接着材層２０の間にある。ブリスタリング層１８および接着材層２０の組合せは、動的なリリース層（ＤＲＬ）２２を構成する。
【００５０】
レーザパルスエネルギーのようなレーザエネルギー２４は、ブリスタリング層１８の薄い吸収領域だけをアブレートするレーザ波長透過基板１６を通して印加されて、隣接層と同様に、層の残りを完全なままに残す。ブリスタリング層１８の閉じ込められたガスは、封じ込められた膨張力を周囲の構造（フィルムの非蒸発部分）に及ぼす。層内部の圧力がその降伏強度を超える周囲の層中の応力を発生させるときに、それは可塑的に変形し始め、そして物品１２を、図１Ｂに示すように、接着材層２０から分離するブリスター２６は形をなし、そして転写のためのその運動を別の基板へ向ける。
【００５１】
加熱した膨張ガスの圧力が低下するので、ブリスター量は定常平衡に達するまで増加する点が留意される。敏感なバランスが、吸収されるレーザエネルギー、吸収層の厚み、および材料特性に関して存在し、それは、ブリスターが形をなすか否か、ブリスターのサイズ、そして最後に、ブリスターが破裂するか否かを制御する。ブリスター破裂により、蒸発材料のジェットが、著しくかつ非常に可変的な運動量を転写される物品へ移し、ひいては不正確な位置転写に結果としてなるため、本発明がブリスター破裂を防止することは重要である。ブリスター誘発層が完全に囲まれて、封じ込められるので、転写のために印加される力はより容易に制御されて、的確である。加えて、半導体材料において呈される非線形吸収は、現在プロセスから取り除かれ、それにより、より反復可能で、転写プロセスを制御するのが容易になる。
【００５２】
比較的浅い紫外線（ＵＶ）吸収深さ（例えば、０．２〜０．５μｍ）を有する１〜１０μｍのブリスタリング層（例えば、ポリイミドから成る）を有するような、単一層ＤＲＬ構成は、ブリスターおよびリリース層の特性に非常に影響されるとわかった。吸収深さが層の厚みより小さくなければならない、さもなければ、アブレーション転写が生じる点に留意する必要がある。３種類の材料特性が、単一層ＤＲＬの動作を最適化するために正確に制御されなければならない：（１）レーザ吸収、（２）高い温度での機械的特性、および（３）接着性。したがって、レーザ透過キャリア１６に隣接する第１の層１８がブリスター機構を提供し、そして第２の層２０（接着剤）が転写構成要素を一時的に結合するために利用される、２部ＤＲＬ実施形態（例えば、図１Ａ〜図１Ｂに見られるような）が開発されて、実施された。二重層ＤＲＬ構成は、下にある吸収／作動層のブリスター形成の力学に対する最小の変化を生じるか、または生じないと共に、結合層の接着力を独自に定めることを可能にする。
【００５３】
適当な吸収および弾性特性を有する他のブリスタリング材料、例えばポリマー材料は、ポリイミドと置換できることを認識するべきである。ＤＲＬ構成は要望通り付加的な層から成ることができることも認識するべきである。例えば、高い吸収性の材料の層は、ガスを形成するブリスターを発生させるために、レーザ透過キャリアとブリスタリング層の間に配置されることができる。この吸収層の目的は、最適構成（高さ、形状、および幅）を有するブリスターを生成するために必要とする機械的弾性特性からＤＲＬのレーザ吸収特性を分離することである。
【００５４】
レーザ透過キャリアを説明することにおいて、本発明は、キャリアのレーザ透過材料は不透明でないことだけを必要とし、それによって、それは、適当なサイズのブリスターの形成を可能にするために、充分なレーザエネルギーが透過されることを可能にする。キャリアの特性がその波長に対して構成される限りにおいて、レーザ波長透過のいかなる所望の波長も選択することができる。例えば、キャリアのレーザ透過層の透過の波長およびブリスタリング層により吸収されるレーザ波長は、選択されたレーザ波長に適合しなければならない。換言すれば、レーザパルスエネルギーの大部分（例えば、５０％超、好ましくは７５％超）がブリスタリング層に透過されて、吸収される（例えば、ＤＲＬの０．２〜０．５μｍの深さで）ように、レーザ周波数およびキャリアの要素は選択される。典型的な透過損失は、９１％（０．９６×０．９９×０．９６）の透過率に対して１％未満の各表面およびバルク吸収度で約４％の反射率である。レーザパルスエネルギーは、適当なパルスエネルギーをＤＲＬの吸収層に到達させるために、レーザ透過基板の透過率に応じて増減することができる。吸収ＤＲＬ層の質量と比較してレーザ透過基板の大きい質量のため、基板の加熱は、基板の２５％までの減衰のための問題であってはならない。
【００５５】
１つの例示の実施形態において、レーザ透過キャリアは、３インチ×１／１６インチの溶融石英ディスク（Ｃｈｅｍｇｌａｓｓ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、部品番号ＣＧＱ‐０６００‐１０）から成る。ＤＲＬは、スピンオンポリイミド（ＰＩ‐２５２５、ＨＤ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ）の第１のブリスタリング層から成り、そして工場内で調整されて、ＰＥ７と呼ばれる低分子量のポリエステルの接着材層が続く。
【００５６】
図２は、螺旋状パターンの走査レーザビームによって照射を受けた場合のＤＲＬの熱機械（ブリスター）反応である。１０００倍の拡大写真が、約１００μｍの表示画面を有する画像に示される。
【００５７】
図３は、脂肪二量体二塩基酸およびバイオディーゼルを主成分とするこのＰＥ７低分子量ポリエステル接着材層の構造を表す。この実証において、ＰＥ７は、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）において５重量％の濃度に希釈された。ＰＥ７は、二量体脂肪酸（Ｃｒｏｄａ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇｓから）（０．０１モル、５．７０ｇ）、大豆バイオディーゼル（カーギル社から）（０．０２モル、５．５４ｇ）、ジブチル錫ジラウレート（Ｓｉｇｍａ‐ａｌｄｒｉｃｈから）（０．０５ｇ）、およびキシレン（２０ｍｌ）を磁気攪拌機、コンデンサ付きのディーン‐スタークトラップ、およびガス吸排気口を備えた３首の丸底フラスコに充填することにより合成されることができる。混合物は窒素雰囲気下で３時間の間１６０℃まで加熱された。キシレンおよび水は蒸留によってシステムから取り除かれた。それから、混合は、約９７％の収率を与える上記のプロセスによってＰＥ７の黄色の粘稠性液体を得るために、５時間の間２３０℃まで加熱された。
【００５８】
以下の説明は、例証によるものであり、本発明の実証を制限するものではない。当業者は、製作ステップが下記または他の文献に記載のものに限られていないと認識する。
【００５９】
ＤＲＬ材料は、ＳＵＳＳ  ＲＣ‐８スピンコーターで回転塗布される。溶融シリカディスクは最初にきれいにされて、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を使用してＳＵＳＳ  ＲＣ‐８で乾燥される。ＰＩ‐２５２５ポリイミド層の回転塗布は、以下の通り実行される。すなわち、ポリイミドを静止基板に施して、ポリイミドを弛緩させ、そして５００ｒｐｍで１０秒間（５００ｒｐｍ／分の加速度）、続いて５０００ｒｐｍで４０秒間（１０００ｒｐｍ／分の加速度）回転させる。硬化は、以下の通りに窒素雰囲気下、オーブン内で達成される。すなわち、１２０℃まで逓増して、３０分間保持し、そして３５０℃まで逓増して、３０分間保持し、室温にさらす前に５０℃以下に段階的に冷却する。これらの回転塗布および硬化パラメータによって得られたポリイミドフィルムの厚みは、ポリイミド製造業者により提供された回転曲線と合致する４μｍであった。ＰＥ７は静止基板にも施されるが、ポリイミドとは異なり、溶融シリカディスク全体が回転する前に溶液で被覆される。回転塗布のために使用するパラメータは、５００ｒｐｍで５秒回転（５００ｒｐｍ／分の加速度）、続いて４０秒間の４５００ｒｐｍ回転（１０００ｒｐｍ／分の加速度）であった。
【００６０】
商業的に機械的に５０μｍの厚さに研磨された（１００）ｐ型Ｓｉウエハが、この技術実証で利用された。ウエハの準備は、Ｃｕの改良された接着のためのＴｉの３００Åの厚さの層の後に、ウエハ上に厚さ２μｍのＣｕ層をスパッタすることから始まった。この実証において利用された個別構成要素は、ブランクのシリコンタイルであった。機能的なシリコンベースのＩＣの転写力学が、同じまたはほとんど同じ寸法を有するシリコンタイルと著しく異なるということは、予想されないことである。
【００６１】
Ｃｕ膜は、一致する寸法を有するダイを生産するために、標準リソグラフィー技術を使用して３５０、６７０、および１０００μｍの辺を有する正方形にパターン化される。ストリート（ダイの間のすきま）のＣｕおよびＴｉ層は、それから、ウエハを露出させるためにエッチングされて除去される。
【００６２】
次に、ウエハはリンスされて、乾燥されて、２５μｍまで裏面を薄くするために、Ｔｒｉｏｎ  Ｐｈａｎｔｏｍ  ＩＩ  ＲＩＥプラズマエッチャー内にＣｕ側を下にして配置された。次のステップにおけるウエハの薄層化およびストリートの開きの両方のパラメータは、表１に示される。
【００６３】
これらのパラメータから生じた測定されたエッチング速度は、０．２５μｍ／分であった。ウエハの厚さは、被処理ウエハに隣接してエッチャー内に配置される同じウエハの別の制御セクションの接触粗面計（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ  Ｐ‐１１）を使用して測定された。
【００６４】
ウエハが２５μｍまで薄くされた後、それは、レーザ透過キャリアとして役立つ溶融シリカキャリア上のＤＲＬに取り付けられた。スタックは、ＤＲＬとウエハの間に再現可能で均一に分布された結合圧力を確実にするために、Ｏｐｔｅｃ  ＤＰＬ‐２４ラミネート装置に通された。ラミネート装置のパラメータは以下の通りだった。すなわち、７分間真空状態にし、そして室に加圧して、さらに３分間留まる。使用するラミネート装置の圧力は、セットされて、調整不可能であった。
【００６５】
ウエハがＤＲＬに結合された後、ウエハはダイに単一化される。これは、２つの方法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）およびレーザアブレーションを利用して実行され、したがって、本発明によるそれらのそれぞれの結果が比較されることができることを可能にした。
【００６６】
ＲＩＥプロセスは、表１のＲＩＥパラメータを使用して露出ストリートを開くことを含んだ。サンプルの半分は、レーザ単一化およびエッチングされたＲＩＥとレーザ単一化ダイの間の比較実験のためのウエハ領域を残すために、ガラススライドにより保護されている。
【００６７】
３５５ｎｍで作動するＳｐｅｃｔｒａ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ＨＩＰＰＯ  Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザが、ウエハストリートに沿ってウエハの残り半分を単一化するために用いられる。レーザは、５０ｋＨｚの反復率にセットされて、約６０μＪのパルスエネルギーを有する３Ｗの平均パワーで用いられた。約４００ｍｍ／秒の走査速度を利用して、２０回の走査が、約２５μｍの厚さのダイを単一化するために必要であった。
【００６８】
レーザ単一化が完了した後、サンプルは、完全なダイシングが達成されたことを確認するために、バックライト付き光学顕微鏡を利用して検査された。場合によっては、Ｓｉの小さいタブがダイシングされたストリート全体に完全に残っているのに、ほとんど完全なダイシングが起こり、それは転写プロセスを妨げた。ウエハを単一化するために必要である以上のレーザ走査がＤＲＬの特性に影響を及ぼすので、完全な分離に対する要望は、ダイシングの間のオーバースキャンの有害な作用とバランスさせなければならず、そして監視されなければならない。
【００６９】
本発明の少なくとも１つの実施形態に従って極薄の物品の転写を実行するシステムまたは装置は、レーザ走査装置と組み合わせて基板（例えば、いかなる所望の材料も）への転写に備えて極薄の物品を保持するために構成されるキャリアを備える。システムは、概して、（ａ）レーザ透過層、ブリスタリング層、および極薄の物品が転写動作に備えて取り付けられる接着材層を有するキャリア、（ｂ）レーザビームを出力するための手段、（ｃ）レーザビームをあるパターンの形に作るための手段、（ｄ）キャリアからあらゆる所望の受容基板への物品（例えば、電子構成要素ダイ）の分離を誘起する、接着材層を変形させるブリスタリング層にブリスターを形成するために、レーザビームをキャリアのレーザ透過層を通して接着材層に近接したブリスタリング層に向けるための手段として説明されることができる。
【００７０】
レーザビームを出力するための手段は、レーザビームを出力するために構成される少なくとも１つのレーザ装置、および好ましくは、レーザ装置からのビームの発生を選択的に起動させるための制御電子機器を含む。レーザビームをあるパターンの形に作るための手段は、例えば、半波長プレート、偏光子、ビーム拡大器、ビーム形成器、レンズ、およびレーザ光学技術において公知であるその他から成る光学素子の群から選択される、ビーム成形のために構成される１つ以上の光学素子を備える。レーザビームをキャリアのレーザ透過層を通してブリスタリング層に向けるための手段は、ビームをキャリア上の位置に向けるように構成される、ビーム配向および／またはキャリア運動制御装置を備える。
【００７１】
以下は、例証として、この例に限らないが、システムおよび装置の特定の実施態様を説明する。
【００７２】
図４は、ｔｍＳＬＡＤＴの主要構成要素を示している実証セット３０を例示する。レーザ３２（例えば、Ｓｐｅｃｔｒａ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ＨＩＰＰＯ  Ｎｄ：ＹＶＯ４）は、３５５ｎｍの第三高調波を有して例証される。レーザビームは、回転ステージ３４に載置された半波長プレートおよび二色性偏光子３６から成る減衰器を通過する。回転ステージ３４の半波長プレートおよび伝播の方向に対して垂直なレーザビーム偏光方向は、回転ステージが回転するにつれて回転し、偏光は、波長プレートが回転する角度の２倍を通して回転する。ビーム偏光が偏光子の透過軸と平行であるときに、すべての光が透過される。ビーム偏光が透過軸と直角をなすときに、光は透過されない。間の角度の場合は、パワーは正確に減衰されることができる。回転ステージは、回転ステージ角位置を制御するための手段、例えば、ＬａｂＶｉｅｗ（登録商標）インターフェース（図示せず）（例証として利用されるが、これに限らない）によって電子制御される。
【００７３】
二色性偏光子は固定されて、一定の偏光透過軸を有し、それによって光透過はレーザビームの光の偏光方向と偏光子透過軸の間の角度のコサイン二乗として変化する。
【００７４】
パワーメーター３８は、二色性偏光子３６により透過されないパワーを表すために示される。
【００７５】
ビームはビーム拡大器４０により拡大されて、そしてシルクハットプロフィールを達成するために、屈折ビーム形成器４２を通過する。一対のリレーレンズ４４、４６は、ビームがレーザ走査ヘッド４８（ＳＣＡＮＬＡＢ  ＨｕｒｒｙＳＣＡＮ（登録商標）ＩＩ）に入る前に、シルクハットビームプロフィールの均一性を向上させる。
【００７６】
走査ヘッド４８はガントリーマウントに配置され、そして走査ビームは、ＸＹＺ運動制御ステージ５２上の対象５０（例えば、転写のための物品を含む本発明と関連したキャリア）に向って下方へ向けられる。レーザが、レーザビームを向け直すための手段、例えば走査ヘッドのタイプ、および／または、キャリアの位置を移動するための手段、例えば並進ステージ、好ましくは、図４に示すようにそれらの組合せを利用することによってキャリア上の位置に向けられることが可能であることを認識するべきである。
【００７７】
運動制御ステージの実施形態は、物品がキャリアと受容基板の間で転写される操作可能なすきまを保持すると共に、受容基板に関してキャリアを動かすことを提供する。好ましい運動制御ステージにおいて、キャリア基板上のいかなる特定位置にもある物品が、受容基板上のいかなる望ましい位置へも転写されることができるように、キャリアおよび受容基板はそれぞれに制御される。製造制御システムは、物品の一次および二次元アレイを処理して、あるソースからある行き先へのこれらの物品の転写の他の方式を実行することで周知である。通常は、これらの制御システムは、プロセッサと、メモリと、タイミングおよび制御動作が製造制御システムのプログラミングにより調整される、電子および電気機械センサにより感知される位置決めに応答して電気機械式アクチュエータを作動させることによってステップアンドリピートプロセスを実行するためのプロセッサで実行可能なプログラミングとを備える。例えば制御システムの制御の下で、すきまを保持して、ステップアンドリピートプロセスを実行することは、公知技術であり、そして詳細に述べる必要がないことはいうまでもない。
【００７８】
それぞれの使用の前に、第２のパワーメーターは、サンプルに関する波長プレート位置に対してビームパワーを調整するために、走査ヘッド後に配置されることができる。第２のパワーメーターをサンプル位置に配置することによって、サンプルに関するパワー（パルスエネルギー）は、半波長プレートの回転の角度に、そして／または第１のパワーメーターへ反映されるパワーに調整されることができる。
【００７９】
図４に示される特定の装置は、前節に記載されている手段要素の各々を提供する。具体的には、レーザビームを出力するための手段はレーザ３２を備えることができる。レーザビームをあるパターンに形づくるための手段は、光学素子３４、３６、４０、４２、４４、および４６の組合せから成ることができる。いろいろな光学素子およびいろいろな配置が、例えば、本願明細書に記載されているパターンのいずれかに応じて、レーザビームパターンを形づくるために利用できることが当業者により認識される。レーザビームを導くための手段は、走査ヘッド４８か運動制御ステージ５２の使用を含むことができるが、レーザビームパターンをキャリアに配置するための非常に柔軟で精密な機構を提供するために、走査ヘッド４８と運動制御ステージ５２の組合せとして、好ましくは、そして従来は実施される。前述のキャリアは、レーザビームのエネルギーを受容することに応答して、所望の位置でブリスターするために構成され、それによって、その位置に近位のキャリアの接着剤に取り付けた物品の転写は転写される。
【００８０】
キャリア基板および受容基板は、キャリア基板から受容基板までの物品のリリースを容易にするために、２つの間に所望のすきまを備えて互いに近接して取り付けられる。非常に簡単な実施形態において、転写されるダイは、静止レーザビームの下でキャリア基板を配置して、それからレーザを発射することにより選択され、この結果、レーザ走査ヘッドの必要性がない。
【００８１】
製造実施形態において、キャリア基板および受容基板の取り付けは、好ましくは、互いとの相対運動、例えばステップアンドリピートプロセスを提供することのために構成され、それによって、第１の間隔（例えば、第１のピッチおよび位置決め）のキャリアに含まれる物品は、キャリアから分離されて、物品が転写されることになっている第２の間隔（例えば、２回目のピッチおよび位置決め）を有する受容基板に転写される。例えば、キャリアおよび受容基板の運動制御は、好ましくは完全に独立していて、本発明によって転写動作を実行するために、レーザ、光学素子、およびステージの移動の組合せを制御するシステムにより制御される。
【００８２】
本発明の一実施形態において、キャリアに取り付けられたダイは、ロールツウロールシステムで可撓性基板に転写される。可撓性受容基板は、ロールツウロール動作およびレーザスキャナを使用して選択される転写する正しいダイにおいて前進する。キャリアは、役割に沿った線形位置決めのために、または完全な独立な位置制御のために構成されることができる。
【００８３】
システムの動作を実証するための一実施形態において、ウエハはレーザ転写用に供する治具に取り付けられる。この試験実施形態のウエハは、キャリアに取り付けられて、それから、あらゆる所望の材料の受容基板、例えば、可撓性回路基板、あるいは他の回路基板、および／または複数の基板への転写に備えて単一化される（単一ダイに分離される）。２６０μｍの厚さのシムが、受容基板とリリース基板を互いから間隔を置くためにこの実証のために用いられた（２つの基板間のシムまたは他のいかなる物理的コンタクトの使用も必要とせず、セットアップが単純化された）。
【００８４】
リリース基板は、ＤＲＬおよび単一化ウエハを下に向けて、受容基板上に配置される。取り付けの前に、受容基板は、感圧接着剤（ＰＳＡ）で回転塗布されて、転写されるタイルを捕える手段を提供するために硬化される。これらのサンプルで使用するウエハの平均厚さが２５μｍの厚さであるので、転写のすきまは約２３５μｍである。
【００８５】
回転塗布されたＰＳＡを有する受容基板は、レーザ転写プロセスの性能を決定するために、これらの実証において用いられた。典型的なエレクトロニクスパッケージング応用において、受容基板は、転写されたダイを回路の他の部分に相互接続するための手段を提供する、堅いかまたは可撓性の印刷回路基板、あるいは他の基板を含む。
【００８６】
さらに別の実施形態では、転写物品は、例えば、いろいろな基板上に製造された部品から作り上げられたＭＥＭＳのウエハスケールマイクロアセンブリの用に供する、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）の構成要素から成る。ＭＥＭＳの構成要素を転写する場合、受容基板は、ＭＥＭＳのいろいろな構成要素が発明の転写方法を使用して組み立てられる位置を提供する。例えば、個別ＭＥＭＳ構成要素は個々にキャリア基板に取り付けられることが可能であるか、またはそれらは、ダイ単一化のために利用される同じ方法によってキャリア基板に取り付けられるウエハから直接に作られることが可能である。
【００８７】
一旦基板が取り付けられると、治具は転写のための走査ヘッドの下に配置される。ＤＲＬを活性化するために使用するレーザパラメータは、転写速度を最適化するために重要であり、そして転写の間にダイの横方向または回転の変位を最小化する。構成された転写セットアップの破裂閾値の真っすぐ下のパルスエネルギーによって作動することで、蒸発ブリスタリング層材料（例えば、ポリイミド）によって発生する高温ガスをまだ含みつつ、最大ブリスター高さが確実なものとなる。
【００８８】
一実施形態において、円形レーザ走査パターンは、連続ブリスターを生じるために適当な走査速度で、高い反復率、複数のパルスレーザにより利用される。連続ブリスターが、レーザの単一パルスによって各々形成される一連の重なり合って連続するブリスターである点に留意される。複数の集中的なブリスターが、転写される物品のサイズに応じて加えられることが可能である。この実施形態において、使用するビームスポットのサイズは直径が２０μｍ未満であり、そして１パルス当たりのエネルギーは、ブリスター材料を破裂させることを回避するように選択され、通常は、２０μＪ／パルス未満である。リングブリスターの直径は、転写される物品のサイズ以下でありえる。３５５ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４またはＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波が、ポリイミドブリスター材料の０．２〜０．５μｍの深さの中で吸収されるこの実施形態において用いられる。
【００８９】
別の例示の実施形態において、転写物品のサイズより小さいサイズおよび転写物品の形状に相当する形状を有する個々のブリスターが、単一パルスレーザによって発生する。
【００９０】
別の例示の実施形態において、ブリスターは、転写物品および使用する接着材の特性で調整される正確な配置に寄与する形状で発生する。実施例は、螺旋ブリスター、直線ブリスター、曲線ブリスター、閉曲線ブリスター、円形ブリスター、三角形ブリスター、矩形ブリスター、および他の幾何学的な形状、ならびにそれらの組合せである。上記のブリスターは、直線、曲線、閉曲線、円、三角形、長方形、および他の幾何学的形状から成る走査パターンの群から選択される１つ以上の関連する走査パターンに応答して形をなした。本発明の少なくとも１つの実施形態が、リリース力学を最適化する方へブリスター作動のタイミングを調整するための制御回路を組み込むことも認識しなければならない。
【００９１】
別の例示の実施形態において、Ｎｄ：ＹＡＧレーザまたはファイバーレーザの他の高調波のような、キャリアを透過する他の波長で動作するレーザが、紫外（ＵＶ）レーザと置換されることができる。波長スペクトルの紫外線、可視、または赤外線の部分に出力を有するレーザが利用できることはいうまでもない。レーザからのパルスの波長およびエネルギーが、ブリスターの開始および成長のための蒸気を放出するために、ブリスタリング層の材料の一部をアブレートするのに十分なレーザエネルギーの吸収を提供する限りにおいて、レーザは本発明において利用できる。
【００９２】
別の例示の実施形態において、回析ビームスプリッターは、単一パルスレーザを使用して個々のブリスターのパターンを発生するために組み込まれる。回折光学素子は、レーザ転写を最適化するために、単一ビームを複数のビームにスプリットして、ブリスターの二次元アレイを生成するようにカスタマイズされることができる。
【００９３】
別の例示の実施形態において、環状リングブリスターは、２つの正アキシコンを使用して環状リングビームプロフィールを有する単一パルスレーザを使用して発生する。
【００９４】
利用される実証セットアップに対する制限により、単一パルス転写モードまたは上記の他の方法の大多数は可能ではなく、そこで、３つの連続同心円が、転写の実証のために選択されたダイの背側で走査された。円のサイズは転写されるダイのサイズに依存する。６８０×６８０μｍのダイの場合は、円のサイズは、直径が２００、４００、および６００μｍであった。走査パターンは、最初に最も小さい円から始めて、異なる直径の円を連結する線で各より大きな円を描画した。走査速度は、次のレーザパルスがほとんど重なり合う端を有するＤＲＬをヒットするのを可能にする３００ｍｍ／秒にセットされた。これは、レーザ走査のパターンに沿った連続ブリスターを提供した。レーザ反復率は１５ｋＨｚにセットされて、パワーはＤＲＬの特性に応じて１５０から２５０ｍＷまで変化した。これらのパラメータは、パルスエネルギーが１０μＪから１７μＪまで変動するという結果になった。
【００９５】
図５は、本発明のレーザ転写プロセスによる典型的な結果を例示し、受容基板上に適当な配列で転写された２つのダイを示す。この画像は透明な受容基板を通して撮られた。ダイが転写されたリリース基板はバックグラウンドにある。
【００９６】
図６Ａ〜図６Ｂは、辺が６７０μｍであり、厚みが２５μｍであるシリコンダイのレーザ単一化（図６Ａ）およびＲＩＥ単一化（図６Ｂ）を受けたダイのＸおよびＹ両方向の変位距離を示しているｔｍＳＬＡＤＴプロセスの評価を表す。これらの評価において、転写の精度、正確さ、および速度は、前述したように準備されたサンプルを使用して研究された。画像は、配置の正確さおよび精度を評価するために、転写されたダイを光学顕微鏡によって撮ったものである。その結果は、ｔｍＳＬＡＤＴプロセスの著しい転写の精度および正確さを明らかに示した。レーザ単一化ダイの平均半径方向変位は、３９．２μｍであり、標準偏差σは１４．５μｍであった。それらの第１の位置に関する転写されたダイの角変位（回転）はごくわずかであった。ＲＩＥ単一化ダイおよび１つのアウトライアー省略の場合は、これらの数は、それぞれ、５２．７μｍおよび１３．６μｍであった。これらの結果は、アブレーションレーザ促進転写によって得られたそれらを超える重要な改良であって、熱レーザ促進転写プロセスの結果と同等である。これらの実証における転写率は、レーザ単一化ダイおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）単一化ダイに対して、それぞれ、８５．７％および９３．５％であった。研ぎ澄まされた製造プロセスが１００％に近いより高い転写率を提供できると予想される。
【００９７】
図７は、本発明の更なる実証としての機能的なレーザ転写されて相互接続したＲＦＩＤダイの図である。ＲＦＩＤダイは回路に取り付けられて示される。その一方で、挿入画像はダイ位置決めのクローズアップを示す。例えば、この例に限らないが、装置はプロトタイプの受動ＲＦＩＤタグ（図８にも示す）であり、組み込まれた極薄のＲＦＩＤチップは本発明を使用して組み立てられる。これは、非接触レーザ誘起前方転写方法を使用してパッケージされる機能的な電子装置の文献に報告される第１の技術実証であるようである。
【００９８】
ダイおよびアンテナ相互接続のためのポケットレセプタを含む、基板の特徴は、２４８ｎｍＯｐｔｅｃエキシマレーザシステムを使用してこの例でレーザ加工された。基板をミクロ機械加工して、きれいにした後に、接着剤（例えば、直径約１００μｍのＬｏｃｔｉｔｅ（登録商標）３６２７ＴＭダイ接着エポキシの小さいビード）は、ダイレセプタポケットの底に施された。ＲＦＩＤダイ（例えば、Ａｌｉｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＨＩＧＧＳ‐３（登録商標）ＲＦＩＤダイ）は、その次に、本発明のｔｍＳＬＡＤＴ方法によってダイレセプタポケットにレーザ転写された。
【００９９】
ダイ接着エポキシは、それから、適所にダイを固定するために硬化された（例えば、１２５℃、６分間で）。次に、粘着テープ（例えば、ポリイミドテープ）は、そのポケット内にダイを固定するために使用された。ポリイミドテープは便宜のために用いられたが、異なるタイプの材料により置換されるかまたは省略できる。次のステップにおいて、銅エッチングされたアンテナ相互接続のためのレーザ加工された溝は、Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｔｈｉｃｋ  Ｆｉｌｍ−Ｉｎｌａｉｄ（ＰＴＦ‐Ｉ）と呼ばれるプロセスを使用して、社内で用意されたＡｇインクで充填されて、硬化された（例えば、１５０℃、４時間で）。
【０１００】
図８は、ＲＦＩＤタグの例示の実施形態を示し、これらのＲＦＩＤタグのうちの５つは、方法に従って、そして本出願に記載されている材料を使用して準備され、そしてそれらの全部は完全に機能的であって、ＲＦＩＤリーダーと通信することが可能である。
【０１０１】
図９は、本発明による物品転写プロセスのフローチャートである。フロー図は、分離を誘起して、転写プロセスを実行することに備えて、キャリアの接着材層に物品として構成要素またはダイを接着するステップ７０を示す。キャリアからの分離は、接着材層を変形させるブリスターを形成するために、接着材層に近接する、キャリア内のブリスタリング層上で、低エネルギーレーザパルス、または複数のパルスを集中させることに応答して物品７２に誘起される。ブリスタリング層および接着材層は動的リリース層（ＤＲＬ）から成る。物品がブリスターの膨張に応答して接着材層と分離するとき、キャリアから受容基板への物品７４の転写は起こる。
【０１０２】
本発明のレーザリリースが、適切に制御されるならば、著しくより小さい大きさの構成要素を問題なく組み立てる非接触プロセスである一方、極薄の構成要素は、金属針を使用する標準ピックアンドプレースリリースの間に容易に損傷を受けることがありえることが認識される。結果は、極薄の半導体ダイを含む、極薄の物品を組み立てるためのｔｍＳＬＡＤＴ方法および装置の固有の性能を実証する。
【０１０３】
上記の考察から、本発明は、以下を含むさまざまな方法で実施されることができることが認識される。
【０１０４】
１．物品を転写する方法であって、物品をレーザ透過キャリアの接着材層に接着することと、前記接着材層を変形させるブリスタリング層内にブリスターを形成するために、前記接着材層に近接する、前記キャリア内のブリスタリング層にレーザ透過キャリアを通して低エネルギーレーザビームを集中させることと、ブリスターが膨張するときに前記物品の分離に応答して、前記物品を前記レーザ透過キャリアから密接して置かれる受容基板へ転写することと、を含む、方法。
【０１０５】
２．前記ブリスターは、前記低エネルギーレーザビームを受容することに応答して、ほぼ一定の距離まで膨張する、実施形態１に記載の方法。
【０１０６】
３．前記ブリスタリング層は、所与の波長およびパルスエネルギーのレーザビームによる照射に応答して、制御されかつ非起爆性の様式でのアブレーションのために選択されて、ブリスターが破裂せずに形成されることができる充分な弾性がある挙動を呈するポリマー、ポリイミド、または無機材料を含む、実施形態１に記載の方法。
【０１０７】
４．前記ブリスタリング層は、前記ブリスターを破裂することなしに前記ブリスターを形成するために、蒸気を発生させる非貫通アブレーションに限定されるアブレーションを受ける、実施形態１に記載の方法。
【０１０８】
５．前記ブリスターは、前記低エネルギーレーザビームが、前記レーザ透過キャリアの前記接着材層を変形させるブリスターを前記キャリア内に生じさせるガスを発生する少量の材料を前記ブリスタリング層から蒸発させることに応答して形成される、実施形態１に記載の方法。
【０１０９】
６．前記低エネルギーレーザビームは、紫外線波長を有するレーザビーム出力を含む、実施形態１に記載の方法。
【０１１０】
７．前記低エネルギーレーザビームは、レーザからの単一のパルスまたは一連のパルスを含む、実施形態１に記載の方法。
【０１１１】
８．前記低エネルギーレーザビームは、連続するブリスターを生成するように選択される高い反復率および走査速度を備えた走査パターンを有する、実施形態１に記載の方法。
【０１１２】
９．前記走査パターンは、直線、曲線、閉曲線、円、三角形、長方形、および他の幾何学的形状から成る走査パターンの群から選択される、実施形態８に記載の方法。
【０１１３】
１０．前記低エネルギーレーザビームは、前記ブリスターが前記物品の転写の間に破裂しないことを確実にするために、１ｍＪ未満のエネルギーを有する、実施形態１に記載の方法。
【０１１４】
１１．前記低エネルギーレーザは、１パルス当たり約２０μＪのエネルギーを有する、実施形態１０に記載の方法。
【０１１５】
１２．前記低エネルギーレーザビームにより蒸発される材料は、前記ブリスタリング層内の前記ブリスターの内部に閉じ込められる、実施形態１に記載の方法。
【０１１６】
１３．前記極薄の物品は、１００μｍ未満の厚さを有する、実施形態１２に記載の方法。
【０１１７】
１４．前記極薄の物品は、５０μｍ未満の厚さを有する、実施形態１２に記載の方法。
【０１１８】
１５．極薄の物品をキャリアから受容基板へ転写する装置であって、レーザ透過層、ブリスタリング層、および極薄の物品が転写動作に備えて取り付けられる接着材層を有するキャリアと、レーザビームを出力するための手段と、前記レーザビームをあるパターンの形に作るための手段と、受容基板による受容のために前記キャリアからの前記極薄の物品の分離を誘起する、前記接着材層を変形させる前記ブリスタリング層にブリスターを形成するために、前記レーザビームを前記キャリアの前記レーザ透過層を通して前記接着材層に近接した前記ブリスタリング層に向けるための手段とを備え、ブリスタリング層の厚みは、ブリスタリング層の破裂を防止するためにレーザビーム吸収の深さを超える、装置。
【０１１９】
１６．前記極薄の物品は、１００μｍ未満の厚さを有する、実施形態１５に記載の装置。
【０１２０】
１７．前記レーザビームは紫外線波長で出力される、実施形態１５に記載の装置。
【０１２１】
１８．前記レーザビームは、レーザからの単一のパルスまたは一連のパルスを含む、実施形態１５に記載の装置。
【０１２２】
１９．レーザビームを出力するための前記手段は、レーザビームを出力する少なくとも１つのレーザを備える、実施形態１５に記載の装置。
【０１２３】
２０．前記レーザビームをあるパターンの形に作るための前記手段は、半波長プレート、偏光子、ビーム拡大器、ビーム形成器、およびレンズから成る光学構成要素の群から選択される光学構成要素を備える、実施形態１５に記載の装置。
【０１２４】
２１．前記レーザビームを導くための手段は、前記極薄の物品が転写される前記キャリアの特定の位置に前記レーザビームを向けるための走査ヘッドおよび／または並進ステージを備える、実施形態１５に記載の装置。
【０１２５】
２２．前記キャリアの前記レーザ透過層を通して前記レーザビームを導くための手段は、前記キャリアで特定の極薄の物品に近接する前記ブリスタリング層に前記レーザを導くように構成される、実施形態１５に記載の装置。
【０１２６】
２３．前記ブリスタリング層は、前記ブリスターを破裂することなしに前記ブリスターを形成するために、蒸気を発生させる非貫通アブレーションに限定されるアブレーションを受ける、実施形態１５に記載の装置。
【０１２７】
２４．極薄の物品をキャリアから受容基板へ転写する装置であって、レーザ透過層、ブリスタリング層、および極薄の物品が転写動作に備えて取り付けられる接着材層を有するキャリアと、前記レーザの出力を所望のパターンの形に作るためのレーザ素子および光学素子と、受容基板による受容のために前記キャリアからの前記極薄の物品の分離を誘起する、前記接着材層を変形させる前記ブリスタリング層にブリスターを形成するために、前記レーザビームを前記キャリアの前記レーザ透過層を通して前記接着材層に近接した前記ブリスタリング層に向けるための少なくとも１つの位置決め装置とを備え、前記ブリスタリング層は、前記ブリスターを破裂することなしに前記ブリスターを形成するために、蒸気を発生させる非貫通アブレーションに限定されるアブレーションを受ける、装置。
【０１２８】
２５．前記極薄の物品は１００μｍ未満の厚さを有する、実施形態２４に記載の装置。
【０１２９】
２６．前記レーザビームは紫外線波長で出力される、実施形態２４に記載の装置。
【０１３０】
２７．前記レーザビームは、レーザからの単一のパルスまたは一連のパルスを含む、実施形態２４に記載の装置。
【０１３１】
２８．前記レーザビームをあるパターンの形に作るための前記手段は、半波長プレート、偏光子、ビーム拡大器、ビーム形成器、およびレンズから成る光学構成要素の群から選択される光学構成要素を備える、実施形態２４に記載の装置。
【０１３２】
２９．前記レーザビームを導くための手段は、前記極薄の物品が転写される前記キャリアの特定の位置に前記レーザビームを向けるための走査ヘッドおよび／または並進ステージを備える、実施形態２４に記載の装置。
【０１３３】
３０．前記レーザビームは、前記ブリスターを連続するブリスターとして生成するように選択される高い反復率および走査速度を備えた走査パターンを有する、実施形態２４に記載の装置。
【０１３４】
上の説明が多くの詳細を含むにもかかわらず、これらは、本発明の範囲を制限するものではなくて、単に本発明の現に好ましい実施形態のいくつかの実例を提供するだけであるとして解釈しなければならない。したがって、本発明の範囲は当業者にとって明らかになる他の実施形態を完全に含み、そして本発明の範囲はしたがって添付の請求の範囲以外の何によっても制限されないことであることが認識され、そこにおいて、単数の要素への言及は、明確にそのように述べられない限り、「１つおよび唯一」を意味することを意図するものではなくて、むしろ「１つ以上」を意味する。当業者に公知である上記の好ましい実施形態の要素に対するすべての構造的、化学的、および機能的な等価物は、はっきりと本願明細書に引用したものとして、本特許請求の範囲に含まれるものとする。さらに、それが本特許請求の範囲に含まれるために、装置または方法が、本発明により解決されようとするどの問題にも対処することは必要でない。さらにまた、要素、構成要素、または方法ステップが特許請求の範囲に明確に詳述されるかどうかにかかわらず、本開示の要素、構成要素、または方法ステップは一般にささげられることを意図しない。要素がフレーズ「ための手段」を使用してはっきりと詳述されない限り、本願明細書における請求項要素は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１２、第６項の規定により解釈されないことになっている。
【表１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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