2023年1月10日　DINGBO CHEN、 YU-CHANG CHEN、 GUANG ZENG、 DAVID WEI ZHANG、 HONG-LIANG LU 

基板の剥離後、ピッキングとプレースメントが実施されます。このプロセスでは、高速で高精度な転写が実現するための2つの主要な技術的パラメーターである、高速転写と高精度転写について主に議論します。ここでは、エラストマー型スタンプとレーザー選択的解除について、転写性能が優れていることが証明されています。

エラストマースタンプ技術（Elastomer stamp technique）は、スタンプとフィルムの接着強度を可逆的に制御するためのRogersグループの研究に由来します。次図Aに示すように、スタンプとフィルムの材料が決定された場合、界面のエネルギー放出率（Gstamp/film）は剥離速度（V）と正の相関関係にあります。転写中、フィルムと基板の間の剥離速度はほぼゼロであるため、フィルム/基板界面のエネルギー放出率（Gfilm/substrate）は固定されます。臨界剥離速度（Vcrit）でGstamp/filmがGfilm/substrateに等しくなる場合、ピックアップおよび印刷ステップは、それぞれVcritより高速または低速で行うことができます。上記理論に基づき、エラストマースタンプは、スタンプとLED膜の接着強度を運動学的に制御してマイクロLEDアレイを転写印刷するために使用されました。

2009年、Parkらは平らなポリジメチルシロキサン（PDMS）スタンプを使用して、AlInGaPベースのマイクロLEDアレイをポリウレタン基板とガラス基板に転写し、変形可能で半透明のディスプレイを実現しました。

2010年、Kimらは、より鋭い可逆性窓を持つマイクロ構造化PDMSスタンプを製造しました。次図Bに示すように、スタンプの隅に配置された4つのマイクロティップは、転写印刷の反復性と収率を向上させることができます。一般的に、マイクロLEDアレイの印刷を容易にするために、受け手の基板には接着強度増強層が塗布されます。しかし、接着強度増強層は有機性のため熱伝導性が悪く、マイクロLEDの熱放散を妨げることがあります。また、接着強度増強層は屈折率を変え、発光効率を低下させることがあります。これらの問題を解決するために、Trindadeらは、揮発性液体（アセトン）の一時的な層を使用して、LEDを輸送スタンプから解放するのに役立てました。液体が蒸発した後、LEDは毛細管現象によって受け手の基板に接着されます。プロセスフローは図3Cに示されています。

(A) スタンプ速度に依存するエネルギー解放率を示す模式図。印刷とピックアップの間には臨界速度が存在する。(B) マイクロストラクチャード ポリジメチルシロキサン（PDMS）スタンプによる転写印刷の模式図。(C) キャピラリーボンディングを使用した転写印刷の模式図。浮遊デバイスは弾性スタンプを使用して取り上げられ、LEDの底面はアセトンに浸した布に圧縮され、湿潤LEDを受け手の基板に印刷する。最後に、LEDは熱硬化後、新しい基板に接合される。

次図Aに示されるように、Bohandyらによって最初に実証されたレーザー誘起転写に着想を得たレーザー選択的解放は、レーザー選択的前方転送によって初めて示されました。

その後、Holmesらは、ハイブリッドマイクロ電気機械システムのバッチアセンブリのために、基板と転写するフィルムの間に動的剥離層 （dynamic release layer ; DRL）と呼ばれるポリマー犠牲層を導入しました。透明なドナー基板の裏側をレーザービームが選択的に照射すると、DRLがレーザーのエネルギーを吸収して部分的に剥離されます。その結果、強い局所的膨張力または反発力が生成され、マイクロストラクチャメンブレンとドナーの剥離が誘導されます。最後に、ドナー基板に近接して配置された受け手の基板にダイが転写されます。

Saeidpourazarらは、PDMSスタンプをDRLとして直接採用しました(次図B参照）。PDMSスタンプは赤外線範囲で透明であるため、波長805 nmの赤外線レーザーを使用して、スタンプからフレキシブル基板へのマイクロLEDの転送を駆動しました。LEDを加熱すると、スタンプ-LED界面温度が上昇します。PDMSとLED材料の熱膨張係数（CTE）の不一致が大きいため（PDMSのαs=310 ppm/°C、シリコンのαs=2.6 ppm/°C）、スタンプ-LED界面の熱応力がマイクロLEDの解放を促します。

Marinovらは、アレイ化されたUVレーザーを使用した大量並列レーザー転写（MPLET）技術を実証しました。次図Cは、MPLETコンセプトの概略図です。DRLが部分的に剥離されると、DRLに水疱（blister）が発生し、次図Dに示されるように、拡大する水疱（expanding blister）と重力によって、マイクロLEDダイが10〜300μmのギャップを超えて受け手の基板に転写されます。

(A) 固相薄膜におけるレーザー誘起順方向転写プロセスの模式図 。 (B) レーザー支援PDMSスタンプによる転写印刷。 (C) MPLETコンセプトの模式図および(D)レーザー転写の模式図。

一般的に、これらの2つの手法は、マイクロLEDをピッキングする際に似たような方法を採用しています。つまり、マイクロLEDは、強化された接着力を持つ有機薄膜（SU-8やベンゾシクロブテンなど）の表面に一時的に転写されます。違いは配置または印刷にのみ存在します。前者は剥離によって生成される異なるバンデルワールス力によって配置されますが、後者はレーザーによって引き起こされる熱膨張に依存します。この方法は高速で大きなサイズを転写することができますが、エラストマースタンプ技術の欠点は明らかです。

微細構造のスタンプには、注意深いエンジニアリングプロセスと大量の材料消費が必要です。ウエハーの反りと、スタンプとマイクロLEDのCTE不一致は、ピッチの不均一性を引き起こすことがあり、歩留まりを低下させることさえあります。非接触転写技術としてのレーザー選択的剥離は、エラストマースタンプ技術の欠点をある程度補完しました。レーザー選択的解除は、欠落したLEDを補完したり、不良ダイを修理したりする利点を提供することができます。