JP6194002B2 - 大量転写ツール - Google Patents

Description

本発明は、マイクロデバイスに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、キャリア基板からマイクロデバイスを転写する（transfer）ためのシステム及び方法に関する。

集積化及びパッケージングの問題は、無線（ＲＦ）微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロスイッチ、発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイシステム、及びＭＥＭＳ発振器又は水晶発振器などのマイクロデバイスの商品化の主な障害の一つである。

デバイスを転写する従来の技術には、転写ウェーハから転写先ウェーハへのウェーハ接着による転写が含まれる。このような一実施方法として、デバイスのアレイを転写ウェーハから転写先ウェーハに接着させた後に転写ウェーハを除去する１つの工程を伴う「直接捺染」がある。このような実施の別の方法としては、２つの接着／剥離工程を含む「転写捺染」がある。転写捺染では、転写ウェーハがドナーウェーハからデバイスのアレイをピックアップし、次にデバイスのアレイを転写先ウェーハに接着した後に転写ウェーハを除去することができる。

転写工程においてデバイスを選択的に接着し剥離することのできる、幾つかの捺染工程の変型が開発されている。直接捺染及び転写捺染の従来技術及びその変型において共に、転写先ウェーハにデバイスを接着した後に、デバイスから転写ウェーハが剥離される。更に、デバイスのアレイを有する転写ウェーハ全体が転写工程に関わる。

大量転写ツール及び大量転写ツールを動作する方法が開示される。一実施形態では、大量転写ツールは、静電電圧源接続部と静電転写ヘッドアレイを支持する基板とを有する関節転写ヘッドアセンブリ（articulating transfer head assembly）を備える。基板は、転写ヘッドアセンブリの取付面に着脱自在に、及び静電電圧源接続部に電気的に接続することができる。例えば、取付面は、基板に吸引を適用する真空源に結合された真空ポートを備えることができる。一実施形態では、静電電圧源接続部は、基板を押し付ける弾性導体を含むことができる。大量転写ツールはまた、キャリア基板ホルダ、転写先基板ホルダ、及び、関節転写ヘッドアセンブリと、キャリア基板ホルダ又は転写先基板ホルダとの間の空間的関係を調整するためのアクチュエータアセンブリとを備えることができる。例えば、アクチュエータアセンブリは、少なくとも自由度６での空間的関係を調整することができる。より具体的には、アクチュエータアセンブリは、関節転写ヘッドアセンブリの位置を少なくとも自由度４で調整するために関節転写ヘッドアセンブリに結合された第１のアクチュエータサブアセンブリ、及びキャリア基板ホルダの位置を少なくとも自由度２で調整するためにキャリア基板ホルダに結合された第２のアクチュエータサブアセンブリを含むことができる。第２のアクチュエータサブアセンブリはまた、転写先基板ホルダの位置を少なくとも自由度２で調整するために、転写先基板ホルダに結合されてもよい。あるいは、転写先基板ホルダは、別のアクチュエータサブアセンブリに結合することができる。更により具体的には、第１のアクチュエータアセンブリは、静電転写ヘッドアレイの接触面に直交する方向に、関節転写ヘッドアセンブリの動きを制約する、関節転写ヘッドアセンブリに結合された第１のフレクシャ（flexure）を含むことができる。第１のアクチュエータアセンブリはまた、実質的に第１の屈曲面に平行に向き付けられた第２の屈曲面を含む関節転写ヘッドアセンブリに結合された第２のフレクシャを含むことができる。

一実施形態では、大量転写ツールは、基板、キャリア基板ホルダ、及び転写先基板ホルダを加熱するための１つ以上のヒータを含むことができる。例えば、関節転写ヘッドはヒータを含むことができ、キャリアと転写先基板ホルダはそれぞれヒータに結合することができる。

一実施形態では、大量転写ツールは、キャリア基板ホルダ上のキャリア基板の位置を検出するために取付面に対して固定された第１の位置センサを含むことができる。大量転写ツールはまた、関節転写ヘッドアセンブリの位置を検出するためにキャリア基板ホルダに対して固定された第２の位置センサを含むことができる。更にまた、大量転写ツールは、第１の屈曲面の撓みを検出するためにアクチュエータアセンブリに結合された第３の位置センサを含むことができる。これらの位置センサの各々は、スペクトル干渉レーザ変位計とすることができる。更に別の実施形態では、大量転写ツールは、キャリア基板ホルダに印加される力を測定するために、キャリア基板ホルダに結合された力計（force gauge）を含むことができる。

一実施形態では、大量転写ツールは、カメラのような１つ以上の撮像装置を含むことができる。例えば、関節転写ヘッドアセンブリに対して固定された第１の撮像装置は、第１の撮像面を有することができる。更に、大量転写ツールはまた、キャリア基板ホルダに固定され第２の撮像面を有する第２の撮像装置を含むことができる。基準マークは、撮像装置の第１の撮像面と第２の撮像面との間に配置されてもよい。一例として、基準マークは、透明板の一部である非対称のパターンとしてもよい。

一実施形態では、大量転写ツールを動作する方法は、ｘ軸及びｘ−ｙ平面を含む基準系（frame of reference）の確立と、静電転写ヘッドアレイを支持する基板と基準系との位置合わせと、を含む。一実施形態でｚは、基準系は、ｘ−ｙ原点（x-y datum）を設定し、ｚ原点（z-datum）することによって確立される。ｘ−ｙ原点は、第１の撮像装置と第２の撮像装置との間にある基準マークに対する第１撮像装置及び第２の撮像装置の位置合わせにより、設定してもよい。例えば、ｘ−ｙ原点は、第１の撮像面を有する第１の撮像装置及び第２の撮像面を有する第２の撮像装置とを、第１の撮像面と第２の撮像面との間に位置する基準マークに位置合わせすることにより、設定してもよい。一例として、撮像装置はカメラであり得る。第１の撮像面及び第２の撮像面は、ｘ−ｙ平面に平行とすることができる。ｚ原点は、第１の位置センサ及び第２の位置センサとの間にあってｘ−ｙ原点を有するｘ−ｙ平面に平行な同一平面上の第１の面及び第２の面をセンシングすることによって、設定することができる。例えば、ｚ原点は、それぞれ第１の位置センサ及び第２の位置センサを用いて、ｚゲージ（z-gauge）の第１の面及び第２の面を感知することによって、設定することができる。位置センサは共に、ｘ−ｙ平面に直交する感知方向を有し、第１の面及び第２の面はｘ−ｙ平面に平行な同一平面とすることができる。一例として、位置センサは、分光干渉レーザ変位センサ（spectral-interference laser displacement sensor）とすることができる。ｚゲージは、大量転写ツールの取付面に着脱自在に取り付けることができる。例えば、ｚ原点は静電転写ヘッドアレイの接触面から１００マイクロメートル以下の距離とすることができる。

一実施形態では、基板は、関節転写ヘッドアセンブリを関節動作させ、回転させることにより、基準系と位置合わせされる。関節転写ヘッドアセンブリは、静電転写ヘッドアレイをｘ−ｙ平面に平行に位置合わせするように関節動作（articulate）を行うこの関節動作は、基板上の４つの基準点のそれぞれまでの距離を検出すること、及び４つの基準点のそれぞれまでの距離が等しくなるまで、関節転写ヘッドアセンブリを移動させること、を含むことができる。基準点は、ｘ−ｙ平面に直交する感知方向を有する、分光干渉レーザ変位センサなどの、第１の位置センサを用いて検出することができる。関節転写ヘッドアセンブリは、基板の第１の基準マーク及び第２の基準マークを通過する基準線がｘ軸に平行になるように位置合わせするために回転させてもよい。この回転は、ｘ−ｙ平面に平行な第１の撮像面を有する、カメラなどの第１撮像装置を用いて、第１の基準マーク及び第２の基準マークを検出することを含むことができる。第１の基準マーク及び第２の基準マークは、静電転写ヘッドとしてもよい。

一実施形態において、後続の転写動作に使用される温度に関節転写ヘッドアセンブリをヒーティングすることを含む、基準系を確立すること。例えば、関節転写ヘッドアセンブリの取付面は、約１００〜３５０℃の温度範囲に加熱される。一実施形態では、基板を基準系に位置合わせするときに、静電転写ヘッドアレイを支持する基板は、約１００〜３５０℃の温度範囲に加熱される。

一実施形態では、大量転写ツールを動作させる方法は、関節転写ヘッドアセンブリとキャリア基板ホルダとの間の空間的関係をアクチュエータアセンブリを用いて調整することを含む。キャリア基板ホルダ上のキャリア基板の上にあるマイクロデバイスアレイに、関節転写ヘッドアセンブリに結合された静電転写ヘッドアレイが接触する。電圧が関節転写ヘッドアセンブリの静電電圧源接続部を介して静電転写ヘッドアレイに印加され、マイクロデバイスアレイは、キャリア基板からピックアップされる。

空間的関係を調整することは、キャリア基板ホルダ上のキャリア基板の向きを決定し、その向きに関節転写ヘッドアセンブリに結合された基板の向きを一致させることを含むことができる。キャリア基板の向きを決定することは、ｘ−ｙ平面に直交する第１の感知方向を有する、スペクトル干渉レーザ変位センサなどの第１の位置センサを用いて、キャリア基板上の４つの基準点のそれぞれまでの距離を検出することを含むことができる。更に、ｘ−ｙ平面に平行な第１の撮像面を有するカメラなどの第１の撮像装置は、キャリア基板上の第１の基準マーク及び第２の基準マークを検出することができる。一実施形態では、第１の撮像装置はまた、焦点距離を決定することにより、キャリア基板上の４つの基準点のそれぞれまでの距離を検出することができる。基板とキャリア基板の向きを一致させることは、関節転写ヘッドアセンブリを回転させ、関節動作させることを含む。関節転写ヘッドアセンブリは、基板の第１の基準マーク及び第２の基準マークを通る基準線をキャリア基板の第１の基準マーク及び第２の基準マークを通る線に平行になるように調整するために回転される。この回転は、ｘ−ｙ平面に平行な第１の撮像面及び第２の撮像面をそれぞれ有する第１及び第２の撮像装置で、第１の基準マーク及び第２の基準マークを検出することを含むことができる。関節転写ヘッドアセンブリは、静電転写ヘッドアレイをキャリア基板に平行に位置合わせするように関節動作する。この関節動作は、ｘ−ｙ平面に直交する第１の感知方向を有する第１の位置センサでキャリア基板上の４つの基準点それぞれまでの距離を検出すること、及び基板がキャリア基板に平行になるまで関節転写ヘッドアセンブリを移動させることを含むことができる。

一実施形態では、キャリア基板をマイクロデバイスアレイに接触させることは、接触を感知することを含む。例えば、接触は、スペクトル干渉レーザ変位センサなどの第１の位置センサを使用して、関節転写ヘッドアセンブリに結合されたフレクシャの撓みを感知することによって、感知することができる。一実施形態では、スペクトル干渉レーザ変位センサは、フレクシャの５０ナノメートルの撓みを識別することができる。あるいは、接触は、キャリア基板ホルダに結合された力計によって測定されるように、キャリア基板ホルダに印加される荷重の変化に基づいて感知することができる。一実施形態では、力計は、少なくともマイクログラムの分解能で測定することができる。

マイクロデバイスをピックアップすることは、関節転写ヘッドアセンブリに結合されたフレクシャの撓みに基づいて、キャリア基板からのマイクロデバイスアレイの除去を感知することを含むことができる。この撓みは、アクチュエータアセンブリに結合されたスペクトル干渉レーザ変位センサなどの第１の位置センサによって感知することができる。あるいは、キャリア基板からのマイクロデバイスアレイの除去は、キャリア基板ホルダに結合された力計によって測定されるように、キャリア基板ホルダに印加される荷重の変化に基づいて感知することができる。一実施形態では、力計は、少なくともマイクログラムの分解能で測定することができる。一実施形態では、キャリア基板からマイクロデバイスアレイをピックアップした後、静電転写ヘッドアレイへのマイクロデバイスアレイの付着は、例えば、静電転写ヘッド又はキャリア基板の光学的点検によって確認される。

一実施形態では、大量転写ツールを動作する方法は、マイクロデバイスアレイを使用して、転写先基板ホルダに結合された転写先基板を接触させることを含む。接触は、いくつかの方法で感知することができる。例えば、接触は、アクチュエータアセンブリに結合されたスペクトル干渉レーザ変位センサなどの第１の位置センサを使用して、関節転写ヘッドアセンブリに結合されたフレクシャの撓みを感知することによって感知することができる。あるいは、接触は、転写先基板ホルダに結合された力計によって測定されるように、転写先基板ホルダに印加される荷重の変化に基づいて感知することができる。一実施形態では、力計は、少なくともマイクログラムの分解能で測定することができる。

一実施形態では、電圧は、静電転写ヘッドアレイから除去することができる。静電転写ヘッドアレイは、次に、転写先基板上のマイクロデバイスアレイから除去されることができる。静電転写ヘッドのマイクロデバイスからの除去は、いくつかの方法で感知することができる。例えば、除去は、アクチュエータアセンブリに結合されたスペクトル干渉レーザ変位センサなどの第１の位置センサを使用して、関節転写ヘッドアセンブリに結合されたフレクシャの撓みを感知することによって、感知することができる。あるいは、除去は、転写先基板ホルダに結合された力計によって測定されるように、転写先基板ホルダに印加される荷重の変化に基づいて感知することができる。一実施形態では、力計は、少なくともマイクログラムの分解能で測定することができる。一実施形態では、静電転写ヘッドをマイクロデバイスから除去した後、マイクロデバイスアレイの静電転写ヘッドアレイからの解放は、例えば、静電転写ヘッド又は転写先基板の光学的点検によって確認される。

本発明の一実施形態に係る大量転写ツールの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリを有する大量転写ツールの上部アセンブリ部分の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリを有する大量転写ツールの上部アセンブリ部分の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリを有する大量転写ツールの上部アセンブリ部分を図２のＡ−Ａ線について見た断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係るフレクシャの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、静電電圧源接続部を有する大量転写ツールの関節転写ヘッドアセンブリの一部の断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、取付面に取り付けられ、１つ以上の静電電圧源接続部に電気的に接続された、静電転写ヘッドアレイを支持する基板の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係る、キャリア基板ホルダ及び転写先基板ホルダとを有する、大量転写ツールの下部アセンブリ部分の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、キャリア基板ホルダ及び転写先基板ホルダを有する大量転写ツールの下部アセンブリ部分を図７のＢ−Ｂ線について見た断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、三脚アクチュエータ（tripod actuator）を有する、大量転写ツールの上部アセンブリ部分の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、センサを有する、大量転写ツールの下部アセンブリ部分の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリを有する大量転写ツールの上部アセンブリの一部分の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係る、静電転写ヘッドアレイを支持する基板を基準系と位置合わせする方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る、基準系を確立する方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に従って示した、マイクロデバイスアレイを転写する大量転写ツールの動作方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る、ｘ−ｙ原点を設定する方法の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係る、ｘ−ｙ原点を設定する方法の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、ｚ原点を設定する方法の側面図である。 本発明の一実施形態に係る、ｚ原点を設定する方法の側面図である。 本発明の一実施形態に係る、基板を基準系に位置合わせする方法の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る、基板を基準系に位置合わせする方法の概略斜視図である。 本発明の一実施形態に従って示した、マイクロデバイスアレイをピックアップする大量転写ツールの動作方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリとキャリア基板ホルダとの間の空間的関係の調整の概略図である。 本発明の一実施形態に係る、大量転写ツールを使用して、向きを一致させ、基板をキャリア基板に接触させる方法の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係る、大量転写ツールを使用して、向きを一致させ、基板をキャリア基板に接触させる方法の概略側面図である。 本発明の一実施形態に係る、大量転写ツールを使用して、向きを一致させ、基板をキャリア基板に接触させる方法の概略側面図である。 関節転写ヘッドアセンブリとキャリア基板ホルダとの間の空間的関係が本発明の一実施形態に応じて調整された後、キャリア基板上のマイクロデバイスアレイの上に位置する静電転写ヘッドアレイの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、マイクロデバイスアレイと接触した静電転写ヘッドアレイの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、マイクロデバイスアレイをピックアップする静電転写ヘッドアレイの断面側面図である。 本発明の一実施形態に係る、転写先基板上に解放されたマイクロデバイスアレイの断面側面図である。 本発明の一実施形態に従って使用することができる例示的なコンピュータシステム１５０の概略図である。

本発明の実施形態は、キャリア基板からマイクロデバイス又はマイクロデバイスアレイを転写するためのシステム及び方法を説明する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のマイクロデバイス、又はマイクロデバイスアレイは、関連する米国特許出願第１３／３７２，２２２号、１３／４３６，２６０号、及び１３／４５８，９３２号に図示及び説明されたマイクロＬＥＤデバイス構造体のいずれかとすることができる。本発明のいくつかの実施形態は、特にマイクロＬＥＤデバイスについて説明しているが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、いくつかの実施形態は、他のマイクロＬＥＤデバイス、並びに、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ、及びＭＥＭＳのような他のマイクロデバイスにも適用できることを理解すべきである。

様々な実施形態において、図面を参照して説明する。しかし、いくつかの実施形態は、これらの具体的な詳細のうちの１つ以上を伴わずに、又はその他の既知の方法及び構成との組み合わせで実施することができる。以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、具体的な構成、寸法、及び工程などの数多くの具体的な詳細が明らかにされる。他の例では、本発明を不必要に曖昧とさせないために、周知のプロセスや製造技術は具体的に説明していない。本明細書を通じた「一実施形態（one embodiment）」、「一実施形態（an embodiment）」等への言及は、本実施形態と関連して述べる特定の機能、構造体、構成、又は特徴が、本発明に関する少なくとも一実施形態の中に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通じて各所にある「一実施形態（one embodiment）」、「一実施形態（an embodiment）」などの記述は、必ずしも本発明の同一の実施形態を指すものではない。更に、特定の機構、構造体、構成、又は特性は、１つ以上の実施形態の中で任意の好適な方法で組み合わせることができる。

本明細書内で使用される「マイクロ」デバイス又は「マイクロ」ＬＥＤ構造という言葉は、本発明の実施形態に係る特定のデバイス又は構造体の記述的大きさを指す場合がある。本明細書内で使用されるとき、「マイクロ」デバイス又は構造体という言葉は、１〜１００μｍの尺度を指すことが意図されている。しかし、本発明の実施形態は必ずしもこれに限定されず、これら実施形態の特定の態様はより大きな尺度、又は場合によってはより小さな尺度に適用できる場合があることを理解すべきである。一実施形態では、マイクロデバイスアレイ内の単一のマイクロデバイス、及び静電転写ヘッドアレイ内の単一の静電転写ヘッドは共に例えば、長さ又は幅が１〜１００μｍの最大寸法を有する。一実施形態では、各静電転写ヘッドの上部接触面は、１〜１００μｍの、又はより具体的には３〜１０μｍの最大寸法を有する。一実施形態では、マイクロデバイスアレイ及び対応する静電転写ヘッドアレイのピッチは、（１〜１００μｍの）×（１〜１００μｍ）、例えば、１０μｍ×１０μｍピッチ、又は５μｍ×５μｍピッチである。

一態様において、本発明の実施形態は、静電転写ヘッドアレイを用いて既製のマイクロデバイスアレイを大量転写する方法について説明する。例えば、既製のマイクロデバイスは、発光用ＬＥＤ、論理及びメモリ用シリコンＩＣ、並びに、無線（ＲＦ）通信用のガリウムヒ素（ＧａＡｓ）回路などであり、かつこれらに限定されない特定の機能を有し得る。実施形態によっては、ピックアップされる状態にあるマイクロＬＥＤデバイスアレイは、１０μｍ×１０μｍのピッチ又は５μｍ×５μｍなどのマイクロサイズのピッチを有する。これらの密度では、例えば６インチ基板であれば、１０μｍ×１０μｍのピッチで約１億６千５百万個のマイクロＬＥＤデバイス、又は５μｍ×５μｍのピッチで約６億６千万個のマイクロＬＥＤデバイスを収容することができる。マイクロＬＥＤデバイスアレイをピックアップして転写先基板に転写するために、対応するマイクロＬＥＤデバイスのアレイのピッチの整数倍に一致する静電転写ヘッドアレイを含む大量転写ツールを使用することができる。このようにして、マイクロディスプレイから大面積ディスプレイに至るどのような寸法の基板でも含む、異種統合システムに、マイクロＬＥＤデバイスを統合して組み立てることができ、しかも、高速な転写速度によりできる。例えば、１ｃｍ四方の静電転写ヘッドアレイは、１０万個を超えるマイクロデバイスをピックアップして転写することができ、静電転写ヘッドアレイが更に大きければ、更に多くのマイクロデバイスを転写することができる。

別の態様では、本発明の実施形態は、マイクロデバイスに静電気力を印加するための静電転写ヘッドアレイを支持する基板を用いたマイクロデバイスの大量転写を促進するシステム及び方法を記載する。一実施形態では、基板を除去し、そしてシステムに再度取り付ける、即ち、基板を交換可能とすることができる。基板が除去可能であるため、システムは、基板をより容易に、点検、清掃、及び修復することができる。基板が静電転写ヘッドアレイの摩耗率に対応する寿命を有することができることを考えると、基板の除去は、静電転写ヘッドアレイが壊れる前に、使用された基板の交換を可能にする。したがって、交換可能な基板を有するシステムは、システムの寿命を改善し、システムの信頼性を高めることができる。

別の態様では、本発明の実施形態は、室温より高い温度でのマイクロデバイスアレイを転写するシステム及び方法を記載する。いくつかの実施形態では、キャリア基板からのマイクロデバイスアレイのピックアップ及び／又は転写先基板上へのマイクロデバイスアレイの載置は、例えば、キャリア基板にマイクロデバイスアレイを接続する接着層に相変化を生成するか、又は、転写先基板上へのマイクロデバイスアレイの載置の間に接着層に相変化を生成するか若しくは接着層を合金化するために、高温で実施することができる。いくつかの実施形態では、キャリア基板から転写先基板への転写中に１つ以上の動作が高温で実施されるが、大量転写ツールの位置合わせ動作も又、熱膨張による転写ツールのずれを補償するために、高い運転温度で行われる。

別の態様では、本発明の実施形態は、アクチュエータアセンブリとシステム構成要素の位置に関するフィードバックを提供する様々なセンサを用いて、マイクロデバイスの大量転写を促進するシステム及び方法を記載する。アクチュエータアセンブリは、１つ以上の基準系と他のシステムコンポーネントに対するシステム構成要素の運動を生成することができる任意の数のアクチュエータを含むことができる。例えば、アクチュエータアセンブリは、静電転写ヘッドアレイを支持する基板とマイクロデバイスアレイとを、キャリア基板上で互いに対して少なくとも自由度６で移動させることができる。更に、アクチュエータアセンブリは、システム構成要素の正確な位置合わせ及び移動のために使用することができる。正確な運動制御を有効にするには、システム構成要素の場所及び位置に関連して、コンピュータシステム又はコントローラにフィードバックを提供するために、各種センサを使用することができる。例えば、センサは、約５０ナノメートルの解像度で、システム構成要素の場所を検出することができ、それらの場所に応じて、アクチュエータは制御され、即ち、作動させることができる。したがって、組み合わされたアクチュエータアセンブリ及びセンサは、マイクロメートルの尺度で、システム構成要素の空間的関係を調整することができる。一例として、静電転写ヘッドアレイは、約１マイクロメートルの範囲内で、マイクロデバイスアレイの場所に平行に位置合わせできる。これにより、アクチュエータアセンブリ及びセンサを備えたシステムは、以下に説明するように、高いプロセススループット及び歩留まりで、マイクロデバイスアレイを正確にピックアップし、転写することができることを理解されたい。

更に別の態様では、本発明の実施形態は、アプリケーション又はシステム構成要素間の接触の適用又は除去を感知するセンサを使用して、マイクロデバイスの大量転写を促進するシステム及び方法を記載する。例えば、位置センサ又は力計は、静電転写ヘッドアレイとマイクロデバイスアレイとの間の接触を感知することができる。また、アクチュエータは、接触に応じて制御され、即ち、作動させることができる。位置センサ又は力計は、同様に、キャリア基板からのマイクロデバイスアレイの除去を感知することができる。したがって、システム構成要素間の接触の適用を感知するセンサを備えたシステムは、高いプロセススループット及び歩留まりで、マイクロデバイスアレイを正確にピックアップし、転写することができることを理解されたい。

ここで、図１を参照すると、本発明の実施形態に係る大量転写ツールの斜視図が示されている。大量転写ツール１００は、上述の態様に従って動作する。そうするために、大量転写ツール１００は、静電転写ヘッドアレイを用いてマイクロデバイスの大量転写を促進する機能を有する様々な構成要素及びサブアセンブリを有する１つ以上のアセンブリを含む。例えば、大量転写ツール１００は、更に後述するように、静電転写ヘッドアレイを含む基板を受容する関節転写ヘッドアセンブリ１０６を有する上部アセンブリ１０２を含むことができる。関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、更に後述するように、基板の交換を可能にする特徴と、静電気力を用いてマイクロデバイスのピックアップを容易にするために静電転写ヘッドに電圧を提供可能にする特徴と、を含むことができる。

大量転写ツール１００はまた、キャリア基板ホルダ１０８及び転写先基板ホルダ１２４を有する下部アセンブリ１０４を含むことができる。キャリア基板ホルダ１０８は、マイクロデバイスアレイを支持するキャリア基板を保持するように構成することができる。また、転写先基板ホルダ１２４は、搬送されたマイクロデバイスを支持するための転写先基板を保持するように構成することができる。したがって、更に後述するように、マイクロデバイスアレイを、静電転写ヘッドアレイを使用して、キャリア基板から転写先基板に転写することができる。

上部アセンブリ１０２及び下部アセンブリ１０４への言及は、いずれも説明を簡単にするためにのみ行われ、大量転写ツール１００の構成要素とサブアセンブリは、上部アセンブリ１０２及び下部アセンブリ１０４のいずれか又は両方の一部であってもよいことを理解されたい。例えば、上部アセンブリ１０２及び下部アセンブリ１０４は共に、アクチュエータアセンブリ１１０の構成要素を含むことができる。アクチュエータアセンブリ１１０は、大量転写ツール１００の様々な構成要素を移動し、より具体的には、基板上の静電転写ヘッドアレイを用いて、マイクロデバイスの転写を容易にするために、構成要素間の空間的関係を調整することができる。例えば、関節転写ヘッドアセンブリ１０６及びキャリア基板ホルダ１０８及び転写先基板ホルダ１２４は、関節転写ヘッドアセンブリに取り付けられた基板によって支持された静電転写ヘッドアレイが、キャリア基板ホルダに保持されたキャリア基板、又は転写先基板ホルダに保持された転写先基板に密接に適合するように調整することができる。これらの種類の調整は、多自由度での正確な動きを必要とする。例えば、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、少なくとも自由度４を有するアクチュエータアセンブリ１１０の三脚アクチュエータ１１１によって移動させることができる。同様に、キャリア基板ホルダ１０８は、少なくとも自由度２を有するアクチュエータアセンブリ１１０のｘ−ｙステージ１１２によって移動させることができる。したがって、関節転写ヘッドアセンブリに取り付けられた基板に支持された静電転写ヘッドアレイと、キャリア基板ホルダに保持されたキャリア基板によって支持されたマイクロデバイスアレイ、並びに転写先基板ホルダに保持された転写先基板は、自由度６で互いに対して正確に移動させることができる。アクチュエータアセンブリ１１０は、多くの可能な構成のうちの１つであり、任意の数の構成要素を含むことができることを理解されたい。例えば、図１に説明された特定の実施形態は、下部アセンブリ１０４内だけにｘ−ｙステージ１１２を説明しているが、上部アセンブリ１０２の関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、ｘ−ｙステージ１１２に加えて、又はその代わりに、ｘ−ｙステージ上に取り付けできることが想到される。したがって、本発明の実施形態に係る、構成要素間の空間的関係を少なくとも自由度６で調整することが可能な種々の構成が想到される。

アクチュエータアセンブリ１１０の構成要素を共有することに加えて、上部アセンブリ１０２及び下部アセンブリ１０４はまた、例えば、システム構成要素間の接触などの空間的関係を感知すること、及び、システム構成要素の位置合わせを容易にするためにアクチュエータアセンブリ１１０と連携して動作すること、を意図されている様々なセンサを含むことができる。例えば、下向き撮像装置１２６及び上向き撮像装置１２８は、構成要素がその範囲内で調整することができる基準系を確立するために、位置合わせツール１３０を使用して相互に位置合わせできる。同様に、位置センサ（図示せず）は、大量転写ツール１００内に統合され、構成要素がその範囲内で調整され得る基準系を確立するために、キャリッジ１２０及び関節転写ヘッドアセンブリ１０６に対して取り付けることができる。各種センサは、基準系内の構成要素の位置を検出し、それに応じてシステム構成要素を制御する目的で、入力を受信し処理することができるコンピュータシステム１５０にフィードバックを提供するために使用することができる。これら及び他のセンサは、以下でより詳細に説明する。

様々な構成要素及びサブアセンブリは、例えば、ガントリ１１３、ベース１１４、側面支柱１１６、ブラケット１１８、及び他の構造の接合具の使用を介して、様々な方法で結合することができる。したがって、図１に示される大量転写ツール１００は、本発明の範囲に係るシステムの一部となり得る全ての構成要素を網羅するものではなく、また説明はこの点において限定的であると考慮すべきではないことを理解されたい。上位のレベルで大量転写ツール１００を説明してきたが、大量転写ツール１００の構成要素及び構造体についてより具体的に詳細に論じる。

図２を参照すると、本発明の実施形態に係る関節転写ヘッドアセンブリを含む大量転写ツールの上部アセンブリ部の底部斜視図が、示されている。上述のように、大量転写ツール１００は、静電転写ヘッドアレイ２０４を受容する交換可能な基板２００を支える関節転写ヘッドアセンブリ１０６を含むことができる。基板２００は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に取り付けられて示されている。より具体的には、基板２００は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２に取り付けられている。基板２００は、構造的な支持を提供することができるシリコン、セラミックス、及びポリマーなどの様々な材料から形成することができる。一実施形態において、基板２００は、更に、静電転写ヘッドアレイ２０４と接続する配線又はビアを含む。各転写ヘッドは、更に、メサ構造体及びメサ構造体上に形成されるか又はメサ構造体と一体的に形成することができる電極、並びに電極を覆う誘電体層を含むことができる。以下に説明するように、静電転写ヘッドアレイ２０４は、キャリア基板（図示せず）上に配置されたマイクロデバイスのピッチの整数倍に一致するように選択されたピッチで形成することができる。一実施形態では、静電転写ヘッドアレイ２０４は、関連する米国特許出願第１３／３７２，２７７号、１３／４６６，９６６号、１３／４８１，５９２号、１３／５４３，６７５号、及び１３／５４３，６８４号に記載された転写ヘッドアレイのいずれかであり、これらはそれぞれ参照により本明細書に組み込まれる。基板２００はまた、以下に説明するように、基板２００の正確な位置決め及び位置合わせを可能にするために１つ以上の基準マーク２０６を含むことができる。

関節転写ヘッドアセンブリは、筐体２１０に包含されることができる。筐体２１０は、外部の物体から関節転写ヘッドアセンブリ１０６を分離することによって、それを保護することができる。また、筐体２１０は、以下に更に説明するような、フレクシャ及び軸アクチュエータ等のアクチュエータアセンブリ１１０の構成要素を支持することができる。これらのアクチュエータアセンブリ１１０の構成要素は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の移動を容易にし得る。少なくとも一実施形態では、筐体２１０及び関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、相互に移動することができる。各種アクチュエータによって関節転写ヘッドアセンブリ１０６に結合されることに加えて、筐体２１０はまた、他のアクチュエータアセンブリ１１０の構成要素の一部であるか、又はそれに結合されるか、のいずれかである取付板２１２に結合することができる。例えば、取付板２１２は、筐体２１０及び関節転写ヘッドアセンブリ１０６の作動を可能にするために三脚１１１に結合することができる。

上述のように、大量転写ツール１００は、距離を測定して検出し、したがって、アクチュエータアセンブリ１１０の調整を支援する制御フィードバックを提供するための様々なセンサを含むことができる。図２は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に含まれるそのような一つのセンサ、即ち、位置センサ２０８を示している。位置センサ２０８は、コンピュータシステム１５０と直接的又は間接的に通信するための位置センサリード２１４を有し得る。位置センサ２０８は、取付面２０２とほぼ同一平面である先端部で終了することができる。また、位置センサ２０８の先端部は、取付面２０２に対して固定することができる。結果として、位置センサ２０８は、取付面２０２に対して面までの距離を検出することができる。例えば、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係が、アクチュエータアセンブリ１１０によって調整される際に、位置センサ２０８は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２とキャリア基板ホルダ１０８との間の距離に関するフィードバックを提供することができる。このフィードバックは、例えば、大量転写ツールの状態のユーザへの視覚的表示を提供するために情報であってもよいし又は、アクチュエータアセンブリ１１０の動きを制御するためのポジティブフィードバックループの一部であってもよい。

関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係の感知に加えて、位置センサ２０８は、他の構成要素間の空間的関係を感知するために使用することができる。例えば、位置センサ２０８は、取付面２０２に取り付けられた基板２００によって支持された静電転写ヘッドアレイ２０４と、キャリア基板ホルダ１０８に保持されたキャリア基板との間の距離を、直接的又は間接的に感知するために、使用することができる。

一実施形態では、位置センサ２０８は、日本の大阪のキーエンス社製マイクロヘッドスペクトル干渉レーザ変位計などの分光干渉レーザ変位計を含むことができる。スペクトル干渉レーザ変位計の使用は、計器の較正を必要とすることなく、絶対的な変位測定の利点を提供する。例えば、基板２００が動作中に交換される際、そのような機能は、大量転写ツールの位置合わせに要する時間がより少ないため、本明細書に記載の用途において効率が増大する利点を提供することができる。更に、スペクトル干渉レーザ変位計は、感知場所間の再校正を必要とせずに、複数の表面を感知することができる。それにもかかわらず、位置センサ２０８は、近接センサ、光センサ、及び超音波センサを含む、他のタイプのセンサを含むことができることを当業者は理解されたい。

図３を参照すると、本発明の実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリを有する大量転写ツールの上部アセンブリ部分の斜視図が、示されている。この図では、基板２００は、取付面２０２に取り付けられていない。したがって、上述のように、少なくとも一実施形態において、基板２００は、取付面２０２から着脱自在に取り付けられ、かつ取り外すことができる。一実施形態では、取付面２０２は、取付面２０２に対して配置された対象を吸引するための真空源（図示せず）と連結された少なくとも１つの真空ポート３０２を含むことができる。より具体的には、基板２００は、取付面２０２に対して配置されたとき、１つ以上の真空チャネル３０４内の負圧を生成するために、真空ポート３０２を通って吸引がなされる。図示のように、真空チャネル３０４は、吸引領域を生成するために、交差するラインのパターンに形成することができる。したがって、基板２００は、真空チャネル３０４と周囲の大気との圧力差によって、取付面２０２に押し付けられる。その結果、基板２００は、取付面２０２に取り付けられる。真空源が切断され、又は、真空チャネル３０４内の負圧が基板２００を保持するには不十分であるとき、取り付けが解放され、基板２００を除去することができる。

図３に示すように、取付面２０２は通常平坦とすることができるが、そうではなくて、取付面２０２は様々な輪郭を有してもよいことを理解されたい。例えば、一実施形態では、取付面２０２は、基板２００が載ることができる基準の外観を提供するために、楔形か、又は他の輪郭としてもよい。即ち、楔形の取付面２０２及び楔形の基板２００のとき、基板２００は、楔形の輪郭内に着脱するたびに、同じ角度向きに向き付けられていることが分かることになる。

図４を参照すると、本発明の実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリを有する大量転写ツールの上部アセンブリの一部を図２のＡ−Ａ線について見た断面斜視図が、示されている。基板２００は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２に取り付けられて示されている。一実施形態では、取付面２０２は、ヒータ４００に熱的に結合されている。例えば、ヒータ４００は、電流の印加に応答して熱を発生させるヒータ棒のような１つ以上の加熱要素４０２を含むことができる。加熱素子４０２は、基板２００に熱を伝達するために、温度を増加させることができる。例えば、熱は、金属ブロック（図示せず）を介して伝導させることができる。あるいは、熱は、介在する空隙を横切る対流又は放射の加熱によって基板２００に伝達することができる。一態様では、ヒータ４００は、取付面２０２の温度を約５０〜５００℃の範囲に上昇させるように構成することができる。より具体的には、ヒータ４００は、取付面２０２の温度を約１００〜３５０℃の範囲に上昇させるように構成することができる。他の温度及び温度範囲が、本開示の範囲内で想到され得ることを理解されたい。

取付面２０２の加熱が、基板２００によって支持された静電転写ヘッドアレイ２０４への熱伝達をもたらし、それ故に、静電転写ヘッドアレイが接触するマイクロデバイスアレイに熱が伝達されることを理解されたい。更に後述するように、この熱は、キャリア基板からのマイクロデバイスの除去、及び／又は転写先基板へのマイクロデバイスの載置を促進することができる。

上述のように、関節転写ヘッドアセンブリ１０６又はその一部は、アクチュエータアセンブリ１１０の１つ以上の構成要素を介して、筐体２１０などの大量転写ツール１００の周囲の構造体に結合してもよい。例えば、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、フレクシャ４０４により、大量転写ツール１００の筐体２１０に結合することができる。フレクシャ４０４は、フレクシャの内縁に沿って関節転写ヘッドアセンブリ１０６に固定することができる。同様に、フレクシャ４０４は、外側の縁に沿って、又は締結具の穴を通って、のいずれかによって、大量転写ツール１００の筐体２１０に固定してもよい。したがって、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、フレクシャ４０４の撓みを介して筐体２１０に対して移動可能である。例えば、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の上面を画定することができるプレート４１６は、筐体２１０に取り付けられた位置センサ４１４に対して移動することができる。更に、以下に説明するように、転写ヘッドアセンブリ１０６の移動は、少なくとも一実施形態において、取付面２０２が屈曲面に平行であり得るため、取付面２０２に直交する方向に拘束することができる。しかし、いくつかの実施形態では、取付面２０２は非平面状表面を形成することができる。したがって、少なくとも一実施形態では、フレクシャ４０４は、取付面２０２と平行か又は平行でない静電転写ヘッドアレイ２０４の接触面２０５のアレイ（図６Ｂ参照）と直交する方向に転写ヘッドアセンブリ１０６の移動を制限することができる。

一実施形態では、第２のフレクシャ４０４’は、以下のように、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の移動を更に制限するために使用することができる。フレクシャ４０４’は、フレクシャ４０４’と同様の形状及び構成を含むことができる。更に、フレクシャ４０４’は、フレクシャ４０４と同じ又は異なる構造体に結合することができる。一実施形態では、フレクシャ４０４’の屈曲面は、フレクシャ４０４の屈曲面に実質的に平行に向き付けることができる。その結果、フレクシャ４０４及びフレクシャ４０４’は、取付面２０２の動きを同じ方向に制約することができる。

転写ヘッドアセンブリ１０６の動きは、少なくとも２つの方法で行うことができることを理解されたい。まず、取り付けられた基板２００によって支持された静電転写ヘッドアレイが、駆動されて別の物体又は表面、例えば、キャリア基板に支持されたマイクロデバイスアレイに追突するように、関節転写ヘッドアセンブリ１０６が駆動される際、衝突の反力は取付面２０２にバイアス荷重をかけ、それがフレクシャ４０４の撓みに変わり得る。第２に、取付面２０２を有する関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、アクチュエータアセンブリ１１０の軸方向アクチュエータ４０６の構成要素などの、他のアクチュエータ構成要素によって駆動することができる。一実施形態では、軸方向アクチュエータ４０６は、リニアアクチュエータを含むことができる。例えば、軸方向アクチュエータ４０６は、ボイスコイルアクチュエータを含むことができる。ボイスコイルアクチュエータでは、電流は軸方向アクチュエータ４０６のボイスコイルを通過して、軸方向アクチュエータが直線的に延びるように永久磁石を駆動する磁場を発生させることができる。リニアモータ、油圧ピストン、及び軸方向運動を発生させる他のアクチュエータなどの他のアクチュエータを使用することができることを理解されたい。一態様では、フレクシャ４０４は、転写ヘッドアセンブリに大きな横荷重を付与するアクチュエータであっても、軸方向アクチュエータ４０６の機能を実行するために使用することができるように、単一の方向に沿って転写ヘッドアセンブリ１０６の移動を拘束する。

図５を参照すると、本発明の実施形態に係る、フレクシャの斜視図が、示されている。この実施形態では、フレクシャ４０４は、外縁５０２、内縁５０４、及びその間に挟まれた屈曲面５０６を含むディスク形状を有している。屈曲面５０６に沿って、スロット付き領域の局所的な柔軟性を増大させるために、一つ以上のスロット５０８を形成することができる。例えば、内縁５０４と外縁５０２との間の環状領域に配置された複数の同心円状に形成されたスロット５０８は、屈曲面５１０を生成することができる。屈曲面５１０は、フレクシャの撓みを一つの方向に制約することができる。より具体的には、屈曲面５１０は、外縁５０２に対する内縁５０４の動きを、内縁５０４及び外縁５０２の双方が同心円上に配置されている軸に沿った方向に制限することができる。

図６Ａに示すように、本発明の実施形態に係る、静電電圧源接続部を有する大量転写ツールの関節転写ヘッドアセンブリ部の一部の断面図が、示されている。静電電圧源接続部４１０は、静電転写ヘッドアレイ２０４を用いて静電気力を生成するために使用することができる。一実施形態では、静電電圧源接続部４１０は、コンタクト６０４、膝部６０６、及びベースクリップ６０８を有する弾性導体６０２を含むことができる。ベースクリップ６０８は、接点６０４に電圧を伝達するために、大量転写ツール１００の配線に取り付けることができる。ベースクリップ６０８及び接点６０４は、弾性導体６０２の末端に配置することができ、膝部６０６によって分かれている。膝部６０６は、弾性導体６０２用の屈曲面を提供することができる。膝部６０６の形状及び静電電圧源接続部４１０を構成するために使用される材料の選択により、膝部６０６は弾性的に圧縮できるものとする。つまり、基板２００は、取付面２０２に取り付けられ、接点６０４を押圧したとき、膝部６０６は撓むことができる。上述のように、基板２００は、取付面２０２に形成された真空ポート３０２を介して、基板２００を吸引することによって、取付面２０２に取り付けることができ、この吸引は、基板２００に印加される保持力並びに弾性導体６０２上の圧縮荷重の両方を提供することができる。したがって、基板２００に印加される保持力は、接点６０４で弾性導体６０２に伝達され、膝部６０６で材料の変形と撓みを引き起こすのに十分な荷重を発生させるために、膝部６０６が撓むのである。基板２００を除去すると、膝部６０６が緩み、接点６０４は、取付面２０２を越えて伸長し、ベースクリップ６０８から離れることができる。したがって、膝部６０６は、大量転写ツール１００の動作中に、接点６０４が電気的接触を維持するのに十分な力で基板２００を押圧することを可能にするエネルギーを格納する。結果として、少なくとも一実施形態において、膝部６０６はまた、真空ポート３０２を介した真空状態を中止することによって吸引が除去されたとき、基板２００を除去するための排出機構として、機能することができる。

膝部６０６は、弾性導体６０２が基板２００に適切に接触することを確実にするために、弾性構造体を提供する一つの方法を表すだけであることを理解されたい。弾力性のある構造体を提供する他のとりうる形状は、構造体全体の弾性変形を助長する螺旋状、弓状、ジグザグ及びその他の形状を含む。更に、バネ仕掛けの接触ピンなどの他の構造体が、適切な電気的接触が静電電圧源と基板との間になされることを確実にするために、弾性構造体の代わりに使用することができる。

一実施形態では、静電電圧源接続部４１０は、導電性材料から部分的に又は全体的に形成することができる。たとえば、静電電圧源接続部４１０は、ベリリウム銅合金から形成することができる。材料は、弾性導体６０２の弾性構造体を生成するために、型打ちされたり、曲げられたり、巻かれたり、又は他の処理をされてもよい。

図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る、取付面２０２に取り付けられ、一つ以上の静電電圧源接続部４１０と電気的に接続された静電転写ヘッドアレイ２０４の支持基板２００の概略側面図である。電圧源接続部４１０は、単一の電圧源又は別々の電圧源に接続されてもよい。一つ以上の電圧源は、定電流電圧又は交流電圧を印加することができる。一実施形態では、交流電圧が各静電転写ヘッド内の双極電極構造体に印加される。図示のように、一つ以上の静電電圧源接続部４１０の静電転写ヘッドアレイ２０４への電気的結合は、例えば、ビア構造体２０７を経由して、又は、接点６０４のポイントから基板２００の中を通って静電転写ヘッドアレイ２０４に至る配線を介して、なされることができる。あるいは、電気的結合は、接点６０４のポイントから基板２００の上を通って、静電転写ヘッドアレイ２０４に至る配線によって、なされることができる。

図７を参照すると、本発明の実施形態に係る、キャリア基板ホルダ及び転写先基板ホルダを有する大量転写ツールの下部アセンブリの斜視上面図が、示されている。下部アセンブリ１０４の部分は、大量転写ツール１００のキャリッジ１２０に連結されて、マイクロデバイスアレイを支持するキャリア基板７０６を保持するように構成することができるキャリア基板ホルダ１０８を含む。一実施形態では、キャリア基板７０６は、キャリア基板ホルダ１０８の凹部内に載置される。例えば、キャリア基板ホルダ１０８は、上面に形成された座ぐりを含むことができ、この座ぐりは、キャリア基板７０６の輪郭に適合し、それよりわずかに大きい輪郭を有する。

別の実施形態では、キャリア基板７０６は、能動的にキャリア基板ホルダ１０８内に保持されることができる。例えば、キャリア基板７０６は、更に後述するように、真空源に結合された真空ポートを含む保持面上に載置することができる。キャリア基板７０６が保持面上に載置されたときに、真空ポートによって、キャリア基板７０６に吸引を適用することができる。能動的にキャリア基板７０６を保持する別の方法が、本開示の範囲内で想到され得ることを理解されたい。例えば、キャリア基板ホルダ１０８は、キャリア基板ホルダ１０８内にキャリア基板７０６を保持するために、キャリア基板７０６の表面を押圧する把持部を有する万力のようなチャックを含むことができる。これらの代替実施形態のそれぞれは、キャリア基板ホルダ１０８内にキャリア基板７０６の位置を保持し、安定化させる機能を果たすことができる。

一実施形態では、キャリア基板ホルダ１０８に結合された力計７０４がある。例えば、キャリア基板ホルダ１０８は、様々な留め具を使用して、力計７０４のプレートに固定することができる。その結果、力計７０４は、キャリア基板ホルダ１０８に印加される力を測定することができる。荷重がキャリア基板ホルダ１０８に印加されていないとき、力計７０４は、キャリア基板ホルダ１０８の重量を測定することになる。キャリア基板７０６がキャリア基板ホルダ１０８上に載置されると、力計７０４は、ひいては、キャリア基板７０６とキャリア基板ホルダ１０８の累積重量を測定することになる。更に、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の静電転写ヘッドアレイ２０４が、軸方向アクチュエータ４０６によって駆動されて、キャリア基板７０６に追突するなどの追加の力が印加されたとした場合、次に、力計７０４は、累積重量及び関節転写ヘッドアセンブリ１０６によってキャリア基板ホルダ１０８に印加された力を測定することになる。様々な仕様の力ゲージは、本開示の範囲内で使用することができるが、少なくとも１つの実施形態では、力計７０４は、少なくともマイクログラムの分解能で測定することができることを理解されたい。

キャリア基板ホルダ１０８は、本明細書の範囲内で、追加の特徴を含むことができることを理解されたい。例えば、キャリア基板ホルダ１０８は、キャリア基板ホルダ１０８に保持されたキャリア基板７０６を傾斜させるか、そうでなければ、キャリア基板の向きを調整することができるジャックねじ（図示せず）を含むことができる。この特徴及び他の特徴は、本開示の範囲内で当業者によって想到されるであろう。

更に図７を参照すると、下部アセンブリ１０４の部分は、大量転写ツール１００のキャリッジ１２０に結合された転写先基板ホルダ１２４を含むことができる。一実施形態では、転写先基板７１４は、転写先基板ホルダ１２４の凹部内に載置される。例えば、転写先基板ホルダ１２４は、上面に形成された座ぐりを含むことができ、この座ぐりは、転写先基板７１４の輪郭に適合し、それよりわずかに大きい輪郭を有する。

別の実施形態では、転写先基板７１４は、能動的に転写先基板ホルダ１２４内に保持することができる。例えば、保持面は、更に後述するように、真空源に結合された真空ポートを含む。転写先基板７１４が保持面上に載置されたときに、真空ポートによって、転写先基板７１４に吸引を適用することができる。能動的に転写先基板を保持する別の方法が、本開示の範囲内で想到され得ることを理解されたい。例えば、転写先基板ホルダ１２４は、転写先基板ホルダ１２４内の転写先基板を保持するために、転写先基板７１４の表面を押圧する把持部を有する万力のようなチャックを含むことができる。これらの代替実施形態のそれぞれは、転写先基板ホルダ１２４内の転写先基板７１４の位置を保持し、安定化させる機能を果たすことができる。

一実施形態では、転写先基板ホルダ１２４に結合された力計７１２がある。例えば、転写先基板ホルダ１２４は、様々な留め具を使用して、力計７１２のプレートに固定することができる。その結果、力計７１２は、転写先基板ホルダ１２４に印加される力を測定することができる。荷重が転写先基板ホルダ１２４に印加されていないとき、力計７１２は、転写先基板ホルダ１２４の重量を測定することになる。したがって、転写先基板７１４が転写先基板ホルダ１２４上に載置されると、力計７１２は、転写先基板７１４と転写先基板ホルダ１２４の累積重量を測定することになる。更に、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の静電転写ヘッドアレイ２０４が、軸方向アクチュエータ４０６によって駆動されて、転写先基板７１４に追突するなどの追加の力が印加されたとした場合、力計は、累積重量及び関節転写ヘッドアセンブリ１０６によって転写先基板ホルダ１２４に印加された力を測定することができる。様々な仕様の力ゲージは、本開示の範囲内で使用することができるが、少なくとも１つの実施形態では、力計７１２は、少なくともマイクログラムの分解能で測定することができることを理解されたい。

転写先基板ホルダ１２４は、本明細書の範囲内で追加の特徴を含むことができることを理解されたい。例えば、転写先基板ホルダ１２４は、転写先基板ホルダ１２４に保持された転写先基板７１４を傾斜させるか、そうでなければ、転写先基板の向きを調整することができるジャックねじ（図示せず）を含むことができる。この特徴及び他の特徴は、本開示の範囲内で当業者によって想到されるであろう。

図８を参照すると、本発明の実施形態に係る、キャリア基板ホルダと転写先基板ホルダとを有する大量転写ツールの下部アセンブリ部分を図７のＢ−Ｂ線について見た断面斜視図が示されている。一実施形態では、キャリア基板ホルダ１０８は、保持面８０２上のキャリア基板７０６を受容する。保持面８０２は、溝であっても、又は他の形状又は形状の組み合わせであってもよい。例えば、保持面８０２は、平坦な表面であってもよい。また、上述のように、保持面８０２は、能動的にキャリア基板７０６を保持する真空を適用するための真空ポート（図示せず）を含むことができる。

キャリア基板ホルダ１０８によって保持されるときに、キャリア基板７０６は、熱分配プレート８０４の近くに置くことができる。熱分配プレート８０４は、熱伝導のために、例えばアルミニウム又はシリコンカーバイドなどの金属から、形成されてもよい。したがって、熱分配プレート８０４を介してヒータ８０６からキャリア基板７０６に熱を容易に伝達できることにより、キャリア基板７０６から静電転写ヘッドアレイ２０４へのマイクロデバイスの転写が容易になる。ヒータ８０６は、多数の異なる構成を有する加熱要素とすることができる。例えば、ヒータ８０６は、電気ディスクヒータ（electric disc heater）とすることができる。あるいは、ヒータ８０６は、放射加熱器とすることができる。一実施形態では、ヒータ８０６からキャリア基板７０６に伝達された熱は、約１００〜２００℃の温度範囲にキャリア基板７０６の温度を上昇させることができる。別の実施形態では、キャリア基板７０６の温度は、約１４０〜１８０℃の温度範囲に増加させることができる。更に別の実施形態では、転写先基板７１４の温度は約１５０℃の温度に増加させることができる。

一実施形態では、転写先基板ホルダ１２４は、保持面８１０上に転写先基板７１４を受容する。保持面８１０は、溝であっても、又は他の形状又は形状の組み合わせであってもよい。例えば、保持面８１０は、平坦な表面であってもよい。更に、上述のように、保持面８１０は、能動的にキャリア基板７０６を保持する真空を適用するための真空ポート（図示せず）を含むことができる。

転写先基板ホルダ１２４によって保持されるときに、転写先基板７１４は、熱分配プレート８１２の近くに置くことができる。熱分配プレート８１２は、良好な熱伝導特性を有する、例えばアルミニウム又はシリコンカーバイドなどの金属から形成されてもよい。したがって、ヒータ８１４から転写先基板７１４に熱を容易に伝達できることにより、静電転写ヘッドアレイ２０４から転写先基板７１４へのマイクロデバイスの転写が容易になる。ヒータ８１４は、多数の異なる構成を有する加熱要素とすることができる。例えば、ヒータ８１４は、電気ディスクヒータとすることができる。あるいは、ヒータ８１４は、放射加熱器とすることができる。一実施形態では、ヒータ８１４から転写先基板７１４に伝達された熱は、転写先基板７１４の温度を、室温と約２５０℃との間の温度範囲に上昇させることができる。別の実施形態では、転写先基板７１４の温度は約１００〜２００℃の温度範囲に増加させることができる。別の実施形態では、転写先基板７１４の温度は約１５０℃の温度に増加させることができる。

上述の説明に照らして、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に取り付けられた基板２００によって支持された静電転写ヘッドアレイ２０４を用いて、マイクロデバイスアレイを、キャリア基板ホルダ１０８に保持されたキャリア基板７０６から、転写先基板ホルダ１２４に保持された転写先基板７１４に転写するために、関節転写ヘッドアセンブリ１０６が基板ホルダに対して移動できることは明らかである。より具体的には、様々な大量転写ツール１００の構成要素間の相対運動及び空間的関係は、マイクロデバイスアレイの転写が容易になるように調整することができる。より具体的には、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係は自由度６で調整することができ、これによって、これらの構成要素に固定又は結合された任意の構成要素との間の完全な空間上の関節動作（articulation）を可能にする。空間的関係の調整は、様々なアクチュエータアセンブリ１１０の構成要素によって行うことができる。

上述のように、下部アセンブリ１０４は、ガントリ１１３、ベース１１４、又は側面支柱１１６などの基準点に対するキャリア基板ホルダ１０８の調整をするために、キャリア基板ホルダ１０８に結合されたアクチュエータアセンブリ１１０の構成要素を含むことができる。例えば、下部アセンブリ１０４は、２つの軸に沿って直線的に移動するアクチュエータを有するアクチュエータアセンブリ１１０の構成要素を含むことができる。これらのアクチュエータは、キャリッジ１２０に結合されたｘ−ｙステージ１１２とすることができる。これによって、キャリッジ１２０に搭載されたキャリア基板ホルダ１０８に保持されたキャリア基板２００は、自由度２の完全な制御下で、単一の平面内で平行移動することができる。ステージは、このようにして、キャリッジ及びこれに結合された構成要素に対して並進運動を付与することができる。このようなアクチュエータは、単独で、静電転写ヘッドアレイ２０４とキャリア基板７０６との間の調整を自由度２で可能にする。

図９を参照すると、本発明の実施形態に係る、三脚のアクチュエータを有する大量転写ツールの上部アセンブリ部分の斜視図が、示されている。一実施形態において、上部アセンブリ１０２は、ガントリ１１３、ベース１１４、又はサイドビーム１１６などの基準点に対する関節転写ヘッドアセンブリ１０６の調整をするために、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に結合されたアクチュエータアセンブリ１１０の構成要素を含むことができる。上部アセンブリ１０２の部分は、少なくとも一つの自由軸を提供する１つ以上のアクチュエータを含むことができる。例えば、アクチュエータは、３つのリニアアクチュエータ９０２を有する三脚アクチュエータ１１１の一部であってもよい。３つの線形アクチュエータの場合には、各リニアアクチュエータ９０２が後退又は伸長して、ベースプレート９０６に対する軸周りに取付板２１２を回転させることができる。同様に、全てのアクチュエータ９０２は、ベースプレート９０６に直交する軸に沿って取付板２１２の直線運動を引き起こすために連携して動くことができる。

直線運動の軸を追加することにより、取付板２１２はベースプレート９０６に対して、前後及び左右の傾斜（tilt, tip）、伸長、又は後退する方向に運動することができるだけではないことを理解されたい。例えば、６つのリニアアクチュエータ（図示せず）を有する六脚アクチュエータの場合には、回転運動は、ベースプレート９０６と直交する軸の周りに取付板２１２を回転させるように実現することができる。もちろん、この回転運動は、ベースプレート９０６と大量転写ツール１００の別の部分との間に、ステッピングモータなどの回転アクチュエータ（図示せず）を付加することによっても達成することができる。したがって、当業者であれば、任意の数のアクチュエータが、取付板２１２とベースプレート９０６との間の自由度を増加するために追加することができることを理解するであろう。

リニアアクチュエータ９０２は、直線運動を発生させることができるリニアモータ、油圧ピストン、及び他のアクチュエータを含むことができる。軸に沿った点の移動が軸上の位置に関して画定することができる、即ち、その軸方向の位置が自由度１を有するので、自由度の一つの軸は自由度１を提供することを当業者は理解するであろう。リニアアクチュエータ９０２は、また、取付板２１２と連結する端部と、ベースプレート９０６と連結する端部とを含むことができる。ベースプレート９０６は、ブラケット１１８を介してガントリ１１３に三脚アクチュエータ１１１を固定するために用いることができ、それによって、取付板２１２の移動のための基準点を生成する。リニアアクチュエータ９０２は、留め具、ヒンジ、又は他の結合を介してプレートに結合することができる。したがって、それぞれの軸に沿ったリニアアクチュエータ９０２の作動は、取付板２１２上の点と、ベースプレート９０６上の点との間の相対位置の変化を発生する。このように、各リニアアクチュエータ９０２は、ベースプレート９０６に対して取り付け板２１２に少なくとも自由度１を提供する。上述のように、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、取り付け板２１２に固定することができるので、三脚のアクチュエータ１１１は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６をベースプレート９０６、ガントリ１１３、又は他のシステム構成要素に対して移動するために使用することができる。

アクチュエータアセンブリ１１０は、本開示の範囲内で、上述したものとは異なるアクチュエータを含むことを理解されたい。例えば、上述の説明は、例えばフレクシャ４０４などのパッシブアクチュエータ、及び、例えば三脚アクチュエータ１１１、軸方向アクチュエータ４０６、ｘ−ｙステージ１１２などのアクティブなアクチュエータについて触れた。しかし、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係の更なる制御を提供するために、他のアクチュエータがアクチュエータアセンブリ１１０に含まれ得ることを、当業者は理解するであろう。限定ではなく例として、アクチュエータアセンブリ１１０は、電気モーター、空気圧アクチュエータ、油圧ピストン、リレー、櫛歯ドライブ、圧電アクチュエータ、熱バイモルフを含むことができる。

前述の説明から、システム構成要素間の運動、より具体的には、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８と転写先基板ホルダ１２４との間の運動は、アクチュエータアセンブリ１１０によって提供できることは分かるであろう。アクチュエータアセンブリ１１０によって提供される正確な動作は、大量転写ツール１００を通じた各種センサからのフィードバック入力に基づいて、コンピュータシステム１５０によって制御することができる。これらの各種センサやその動作モードは以下で更に説明される。

図１０を参照すると、本発明の実施形態に係る、センサを有する大量転写ツールの下部アセンブリの斜視図が、示されている。大量転写ツールは、１つ以上の撮像装置１２６、１２８を含むことができる。例えば、撮像装置１２６は、上部アセンブリ１０２に結合され、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の近くに位置することができる。一実施形態では、撮像装置１２６は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に対して固定することができる。更に、撮像装置１２８は、下部アセンブリ１０４に結合することができ、キャリア基板ホルダ１０８の近くに位置することができる。一実施形態では、撮像装置１２８は、キャリア基板ホルダ１０８に対して固定することができる。したがって、一実施形態においては、関心のある新しい場所を検視するためのいずれかの撮像装置の動きは、関連する関節転写ヘッドアセンブリ１０６又はキャリア基板ホルダ１０８の対応する動きを生じる。このように、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の相対運動は、撮像装置１２６、１２８の動きに基づいて決定することができる。

撮像装置１２８は、基板２００によって支持された静電転写ヘッドアレイ２０４内の単一の静電転写ヘッドを検視するために、十分な解像度及び焦点範囲を有するカメラを含むことができる。例えば、カメラは１マイクロメートル未満の寸法の解像を可能にする画像の解像度を有することができる。撮像装置１２６は、キャリア基板７０４によって支持される単一のマイクロデバイスを検視するために十分な解像度と焦点範囲を有するカメラを含むことができる。

別の実施形態では、上部及び下部アセンブリ１０２、１０４のそれぞれに配置された複数の撮像装置があってもよい。例えば、各サブアセンブリは、高倍率カメラ１２６、１２８と、低倍率カメラ１００２、１００４とを含むことができる。限定ではなく一例として、低倍率カメラの１１０２、１００４は、アクチュエータアセンブリ１１０の大まかな調整及び移動を制御するためにコンピュータシステム１５０へフィードバック入力を提供する目的で使用することができる一方で、高倍率カメラの１２６、１２８は、アクチュエータアセンブリ１１０の精細な調整及び移動を制御するためにコンピュータシステム１５０にフィードバック入力を提供する目的で使用することができる。

また、撮像装置１２６、１２８は、上下のサブアセンブリ１０２、１０４又はそれに付属した構成要素の位置に関するフィードバックを提供するための一つの代替手段表すのに過ぎないことを理解されたい。他のデバイスが本開示の範囲内で想到され得る。例えば、大量転写ツール１００は、撮像装置の利用よりもむしろ、関節転写ヘッドアセンブリ１０６及びキャリア基板ホルダ１０８を位置合わせするための容量性近接センサを含むことができる。他の代案は、大量転写ツール１００の機能に関する以下の説明から明らかになるであろう。

撮像装置１２６、１２８は、アクチュエータアセンブリ１１０のための基準点を確立しアクチュエータアセンブリ１１０の動作を制御するために使用できるデータを生成するために、システム構成要素上の関心のある特徴と場所、例えば、基板２００上の基準マーク２０６の識別を容易にし得る。一実施形態では、撮像装置１２６、１２８との間の基準点の確立する容易にするために、大量転写ツール１００は、位置合わせツール１３０を含むことができる。一実施形態では、位置合わせツールは、基準マーク１００６を含む。例えば、基準マーク１００６は、位置合わせブラケット１０１０によって支持される透明板１００８（例えば、ガラス）の一部とすることができる。より具体的には、基準マーク１００６を有する板１００８は、上方視野撮像装置（upward-viewing imaging device）１２８と下方視野撮像装置（downward-viewing imaging device）１２６との間に位置することができる。一実施形態では、板１００８は２つの平面の間に配置することができ、１つの面は、ほぼ上方視野撮像装置１２８の撮像面とほぼ合致し、他の面は、下方視野撮像装置１２６の撮像面とほぼ合致する。撮像面は、デジタルカメラの電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサ面と同一平面上にあるものとして画定することができる。したがって、基準マーク１００６は、上方視野撮像装置１２８と下方視野撮像装置１２６両方により、同時又は異なる時点で検視することができる。

基準マーク１００６は、いくつかの異なる方法を用いて形成することができることを理解されたい。例えば、基準マーク１００６は、インク又はレーザ印刷プロセスを用いて板１００８に印刷することができる。あるいは、基準マーク１００６は、例えば、フッ化物化合物などの酸性エッチング液を用いて、プレート１００８内にエッチングすることができる。また、苛性又は研磨エッチング剤が、基準マーク１００６を形成するために用いることができる。

一実施形態では、基準マーク１００６は非対称パターンを含む。例えば、基準マーク１００６は、数字の直立状態から左に曲がり右には曲がっていない番号「１」の上部に類似してもよい。また、基準マーク１００６は、垂直方向と水平方向のラインの中点以外の点で交差する十字パターンであってもよい。したがって、高倍率で検視するときに、基準マーク１００６はその向きに関連する情報を提供する。例えば、カメラで検視するとき、数字「１」の曲がりが大量転写ツール１００の前方に向くことが知られている場合、基準マーク１００６は、大量転写ツールの向きに対する画像の向きに関する情報を提供するであろう。

以下に更に説明するように、撮像センサ１２６、１２８が、構成部品を位置合わせするために、基準系を確立し、アクチュエータアセンブリ１１０の移動を可能にする目的で、基準マークの認識を容易にし得ることを以下で更に説明するが、大量転写ツールの構成要素の相対位置に関するフィードバックを提供するために、大量転写ツール１００の中に追加の位置センサが含まれ得ることを理解されたい。一つのそのような位置センサ２０８は既に上述である。別の実施形態では、位置センサ１０１１は、アクチュエータアセンブリ１１０の調整に役立つフィードバック入力を提供するために、キャリア基板ホルダ１０８の近くに取り付けることができる。例えば、位置センサ１０１１は、保持面８０２（図８）即ちキャリア基板ホルダ１０８の表面とほぼ同一平面上にある先端部で終端することができる。したがって、位置センサは、キャリア基板ホルダ１０８に対する表面までの距離を検出することができる。例えば、位置センサは、これらの構成要素が相互に調整されるときに、キャリア基板ホルダ１０８に保持されたキャリア基板７０６と、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に取り付けられた基板２００との間の距離に関するフィードバックを提供することができる。

システム構成要素の相対位置を検出することに加えて、大量転写ツールの各種センサは、システム構成要素の撓み及び接触を感知するために使用することもできる。図１１によれば、本発明の実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリを有する大量転写ツールの上部アセンブリ部分の概略側面図が、示されている。この図は、以前上記図４に示した大量転写ツール部分の概略図を示す。基板２００は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２に取り付けられている。関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、１つ以上のフレクシャ４０４、４０４’により大量転写ツールの筐体２１０に連結されたプレート４１６を含む。関節転写ヘッドアセンブリ１０６の両方の部分が移動できるが、フレクシャ４０４、４０４’は、以下のようにして、それらを遮断することを理解されたい。即ち、基板２００との接触は、移動プレート４１６を移動させるが、フレクシャ４０４、４０４’は、撓んで筐体２１０に伝達されるいかなる力も弱める。したがって、プレート４１６は、筐体２１０に対して移動することができる。更に、位置センサ４１４は、筐体２１０と結合することができる。位置センサ４１４は、検出光がプレート４１６を感知し、板とその周辺部との間の距離１１０２の変化に関するフィードバックを提供するように、筐体２１０に対して固定することができる。位置センサ４１４によって検出された距離１１０２が変化するとき、フレクシャ４０４、４０４’が撓んだことにより、基板２００と他の構造体、例えば、キャリア基板７０６又は転写先基板７１４などとの間で接触がなされたか又は解除されたことを示すものと判断できる。一実施形態では、位置センサ４１４は、５０ナノメートルのフレクシャ４０４の撓み、即ちプレート４１６と筐体２１０との間の５０ナノメートルの相対運動を検出することが可能な分光干渉レーザ変位センサとすることができる。

上述のように、別の実施形態では、キャリア基板ホルダ１０８と結合された力計７０４（図７）は、キャリア基板ホルダ１０８に印加された荷重を感知し、アクチュエータアセンブリ１１０を制御するために、これらの荷重に関するフィードバックを提供できる。例えば、キャリア基板ホルダ１０８に印加された荷重は、静電転写ヘッドアレイ２０４がキャリア基板７０６に接触するときに増加するであろう。この荷重の増加は、力計７０４によって測定することができ、力計７０４は、アクチュエータアセンブリ１１０を制御するために、コンピュータシステム１５０にフィードバック入力を提供できる。上述のように、力計７０４は、例えば、キャリア基板ホルダ１０８が搭載されているキャリッジ２１０と統合することができる。荷重がキャリア基板ホルダ１０８に保持されたキャリア基板７０６に印加されたときに感知する他の方法及び他の場所に力計７０４を取り付けることができることを当業者は認識するであろう。同様に、転写先基板ホルダ１２４に結合された力計７１２は、転写先基板ホルダ１２４に印加された荷重を感知し、アクチュエータアセンブリ１１０を制御するために、これらの荷重に関するフィードバックを提供することができる。

大量転写ツール１００の構成要素及び構造体のいくつかの態様を説明してきたが、大量転写ツール１００を動作させる方法のいくつかの実施形態について以下に説明する。より具体的には、大量転写ツール構成要素を位置合わせする方法、及び大量転写ツールを使用してマイクロデバイスを転写する方法が記載されている。本明細書の範囲内で、以下の方法が組み合わされて、任意の順序で実行され得ることを理解されたい。更に、すべての動作を行う必要はない。例えば、転写方法は、マイクロデバイスが転写されるたびに発生し得るが、位置合わせ方法は、それよりも少ない頻度で実行できる。

更に、大量転写ツールを動作させる次の方法の実施形態は、ハードウェア（例えば回路、専用ロジック、プログラム可能ロジック、マイクロコード等）、ソフトウェア（処理装置上で実行される命令等）、又はそれらの組み合わせを含む処理論理により、実行してもよい。一実施形態では、この方法は、大量転写ツール１００及びコンピュータシステム１５０を含む、大量転写ツールシステムによって実行される。コンピュータシステム１５０は、大量転写ツール１００の外部にあるか、又は大量転写ツールに統合されていてもよい。

次に、図１７を参照すると、本発明の実施形態に係る、マイクロデバイスアレイをピックアップする大量転写ツールの動作方法を示すフローチャートが、示されている。例示目的のために、図１７の以下の説明はまた、図１８〜１９Ｄに示す実施形態を参照して説明する。動作１７０１で、基板２００と結合された関節転写ヘッドアセンブリ１０６と、キャリア基板７０６を保持するキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係を調整することができる。関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係は、アクチュエータアセンブリ１１０を用いて調整することができる。空間的関係の調整は、線形又は回転アクチュエータなどの、関節転写ヘッドアセンブリ１０６及びキャリア基板ホルダ１０８に結合された１つ以上のアクチュエータの動作又は移動によって行うことができる。更に、この文脈での空間的関係は、キャリア基板ホルダ１０８に対する関節転写ヘッドアセンブリ１０６の場所のみならず、キャリア基板ホルダ１０８に対する関節転写ヘッドアセンブリ１０６の姿勢又は向きもさすことができる。より具体的には、空間的な関係は、大量転写ツール構成要素間の自由度によって画定することができる。

図１８は、本発明の実施形態に従って示された、関節転写ヘッドアセンブリとキャリア基板ホルダとの間の空間的関係の調整の概略図である。これは、図１７の動作１７０１の一態様を示す図である。関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、自由度４で移動可能であるとして示されている。具体的には、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、ｚ軸１８０２上に直線的に移動することができ、又は、ｘ軸１８０４及びｙ軸１８０６、並びにｚ軸１８０２の周りのｘ軸回転、ｙ軸回転、及びｚ回転を行うことができる。同様に、キャリア基板ホルダ１０８は、自由度２で移動可能であるように示されている。具体的には、キャリア基板ホルダ１０８は、ｘ’軸１８０８及びｙ’軸１８１０に沿って直線的に移動することができる。少なくとも一実施形態において、ｘ軸はｘ’軸と位置合わせでき、ｙ軸はｙ’軸と位置合わせできる。したがって、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の相対的な位置は、各構成要素の位置が示された自由度６内で知られている場合に、記述することができることを考慮して、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係は、自由度６を有するものとして示されている。したがって、この空間的関係は、いずれかの構成要素をそれぞれの自由度で移動させることによって、調整することができる。例えば、キャリア基板ホルダ１０８は、キャリア基板ホルダ１０８が接続されているｘ−ｙステージ１１２を移動させることにより、ｘ’軸１８０８に沿った１つの自由度で移動させることができる。このように、空間的な関係は、大量転写ツール１００のアクチュエータアセンブリ１１０の様々なアクチュエータのいずれかによって調整することができる。この調整により、関節転写ヘッドアセンブリ１０６と、キャリア基板ホルダ１０８と、それらに結合された基板２００及びキャリア基板７０６などの構成要素との間の空間的関係が調整されるであろうことを理解されたい。更に、図１８に記載された特定の実施形態は、本発明の実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の自由度４及びキャリア基板ホルダ１０８の自由度２を示すが、構成要素間の空間的関係を少なくとも自由度６で調整するための他の構成が、想到されることが理解される。例えば、関節転写ヘッドアセンブリ１０６も又、ｘ−ｙステージ上に取り付けることができる。

図１９は、本発明の一実施形態に係る、関節転写ヘッドアセンブリとキャリア基板ホルダとの間の空間的関係が、調整された後、キャリア基板７０６上のマイクロデバイスアレイ７０８の上に位置する静電転写ヘッドアレイ２０４の側面断面図である。再び図１７を参照すると、動作１７０５で、基板２００によって支持された静電ヘッドアレイ２０４が、キャリア基板７０６上のマイクロデバイスアレイと接触させられる。図１９Ｂは、本発明の実施形態に係る、マイクロデバイスアレイ７０８と接触している静電転写ヘッドアレイ２０４の側面断面図である。図示のように、静電転写ヘッドアレイ２０４のピッチは、マイクロデバイスアレイ７０８のピッチの整数倍である。接触は、アクチュエータアセンブリ１１０の一つ以上のアクチュエータを用いて、キャリア基板ホルダ１０８に向かって関節転写ヘッドアセンブリ１０６を移動させることによって達成できる。基板２００とキャリア基板７０６の正確な位置合わせによって、基板２００とキャリア基板７０６が互いに実質的に平行に向き付けられている間に、接触がなされることを理解されたい。したがって、接触点において、対向面での横荷重又は撓みは最小限である。これは、静電ヘッドアレイ２０４と、キャリア基板の表面上に載置された１つ以上のマイクロデバイスとの間の不一致を防ぐことができるので、有益である。それは、また、静電ヘッドアレイ２０４及び１つ以上のマイクロデバイスへの損傷の危険性を低減する。

静電転写ヘッドアレイ２０４の小さなサイズ及び構造的特徴を考慮すると、静電転写ヘッドアレイ２０４とキャリア基板７０６上のマイクロデバイスアレイとの間で接触がいつ行われたかを正確に感知することが重要であり得る。接触は、多数の方法で制御することができる。例えば、関節転写ヘッドアセンブリ１０６を、それらの構成要素間の計算された位置の差に基づいて、所定の距離だけ、キャリア基板７０６に向かって移動させるような接触駆動の手順を使用することができる。一実施形態では、接触がいつ行われるかを感知し、アクチュエータアセンブリ１１０の動きを制御するための関連する信号を提供するために、アクティブフィードバック制御を使用することができる。フレクシャの撓み又は関節転写ヘッドアセンブリの移動などの感知、及びキャリア基板ホルダに結合された力計によって測定された荷重の変化の感知などの、接触を感知するための種々の実施形態が上述されている。

動作１７１０で、静電転写ヘッドアレイ２０４は、静電電圧源接続部４１０を介して電圧を静電転写ヘッドアレイ２０４に印加されることによって活性化することができる。キャリア基板７０６に接触する前、最中、又は後に、静電転写ヘッド２０４の電極に電圧を印加できる。一実施形態では、電圧は、定電流電圧又は交流電圧とすることができる。電圧の印加は、マイクロデバイス上での把持圧力を生成してマイクロデバイスのピックアップを可能にする。一実施形態では、約２５Ｖと３００Ｖの間の動作電圧を印加することによって、マイクロデバイスをピックアップするために、１気圧より高い充分な把持圧力（例えば、２〜２０気圧）を生成することができる。

一実施形態では、熱は、必要に応じて、例えば、キャリア基板にマイクロデバイスアレイを保持する接着層に相変化を生成するために、キャリア基板上のマイクロデバイスアレイに印加することができる。例えば、熱は、関節転写ヘッド１０６内のヒータ４００、及び／又はキャリア基板ホルダ１０８に接続されたヒータ８０６から印加することができる。

更に図１７を参照すると、動作１７１５で、マイクロデバイスアレイをキャリア基板７０６からピックアップすることができる。図１９Ｃは、本発明の実施形態に係る、マイクロデバイスアレイ７０８をピックアップする静電転写ヘッドアレイの断面側面図である。一実施形態では、軸方向アクチュエータ４０６などのアクチュエータが、関節転写ヘッドアセンブリ１０６をキャリア基板７０６から離すために使用され、それ故に、取付面２０２に取り付けられた静電転写ヘッドアレイ２０４によって把持されたマイクロデバイスアレイのピックアップを生じさせる。あるいは、例えば、軸方向アクチュエータ４０６などの別のアクチュエータを非通電にしたときに後退力を印加するフレクシャ４０４などのパッシブアクチュエータを用いて、ピックアップを達成できる。このような実施形態では、非通電は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に印加される伸長力を除去し、したがって、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、フレクシャ４０４の固有のばね力に基づいて、キャリア基板表面８０６から後退する。

マイクロデバイスアレイのピックアップは、接触動作の感知について説明した上述と同様の方法で感知することができる。一実施形態では、アクチュエータアセンブリ１１０又は筐体２１０に結合された位置センサ４１４は、フレクシャ４０４の撓み、又は関節転写ヘッドアセンブリ１０６の移動を検出することができる。一実施形態では、キャリア基板ホルダに結合された力計によって測定された荷重の変化は、マイクロデバイスアレイのピックアップを示すことができる。

図１９Ｄは、本発明の実施形態に係る、転写先基板７１４上に解放されたマイクロデバイスアレイ７０８の側面断面図である。マイクロデバイスアレイ７０８は、マイクロデバイスアレイ７０８が解放される前に、転写先基板に接触するまで転写先基板７１４の上におろすことができる。転写先基板７１４とマイクロデバイスアレイ７０８との間の接触は、大量転写ツールの作動を介して行うことができる。更に、動作１７０５に関して上述のように、接触は、位置センサ又は力計を使用して感知できる。

転写先基板上へのマイクロデバイスアレイの載置は、高温で実施することができる。それは、例えば、マイクロデバイスアレイ７０８上及び／又は転写先基板７０６上の接着層に相変化を生成したり、又は転写先基板上へのマイクロデバイスアレイの載置中に接着層の相変化を生成したり、又は接着層を合金化したりするためである。

マイクロデバイスアレイが転写先基板７１４に接触した後、静電電圧源接続部４１０を介して静電転写ヘッドアレイ２０４に印加された電圧を除去するか又は変更することにより、マイクロデバイスアレイを転写先基板７１４上に解放することができる。

関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、次に、転写先基板７１４から離すことができる。マイクロデバイスアレイからの静電転写ヘッドアレイの除去は、転写先基板から離れて移動するときに、ピックアップ感知について上述したのと同様の方法で、感知することができる。更に、マイクロデバイスアレイからの静電転写ヘッドアレイの除去は、動作１７１５に関して上述のように、位置センサ又は力計を使用して感知することができる。

上方視野撮像装置１２８は、マイクロデバイスの存在について静電転写ヘッドアレイ２０４を点検するために、使用することができる。より具体的には、ピックアップの後、マイクロデバイスの存在は、アクチュエータアセンブリ１１０を用いて、撮像装置１２８の上の場所に関節転写ヘッドアセンブリ１０６及び基板２００を移動させることにより、上方視野撮像装置１２８によって検視することができる。この検視する動作は、当技術分野で知られているように、高及び低倍率の両方で行うことができる。

図１２Ａは、本発明の一実施形態に係る、静電転写ヘッドアレイを支持する基板を基準系に位置合わせする方法を示すフローチャートである。動作１２０１で、ｘ軸及びｘ−ｙ平面を含む基準系が確立される。基準系は、大量転写ツール１００内の様々な構成要素の位置合わせを可能にするために有用となり得る。具体的には、基準系は、基準の幾何形状に関する、及び互いに関する、システム構成要素の移動を可能にする。これらの構成要素の移動は監視され、アクチュエータアセンブリ１１０を制御するコンピュータシステム１５０に入力できる。動作１２２０において、静電転写ヘッドアレイ２０４を支持する基板２００は、大量転写ツール１００の様々なセンサを用いて、確立された基準系と位置合わせされる。一実施形態では、静電転写ヘッドアレイ２０４を支持する基板２００は、基板を基準系と位置合わせする前に、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２に着脱自在に取り付けられ、１つ以上の静電電圧源接続部４１０と接続される。

図１２Ｂは、本発明の実施形態に係る、基準系を確立する方法を示すフローチャートである。動作１２０３では、ｘ−ｙ原点は、第１の撮像装置及び第２の撮像装置を、第１の撮像装置と第２の撮像装置との間の基準マークに位置合わせすることにより、設定される。動作１２０５で、ｚ原点は、第１の位置センサと第２の位置センサとの間にあってｘ−ｙ原点を有するｘ−ｙ平面に平行な同一平面上の第１の面及び第２の面をセンシングすることによって、設定される。一実施形態では、ｘ−ｙ原点及びｚ原点は、基準系を画定するために使用される。

図１２Ｃは、本発明の実施形態に従って示した、マイクロデバイスアレイを転写する大量転写ツールの動作方法を示すフローチャートである。動作１２３０で、キャリア基板ホルダ１０８上のキャリア基板７０６の向きは、大量転写ツール１００の様々なセンサを使用して決定される。動作１２４０で、転写先基板ホルダ１２４上の転写先基板７１４の向きが決定される。動作１２４５で、基板２００の向きは、キャリア基板７０６に一致される。動作１２５０において、マイクロデバイスアレイは、キャリア基板７０６からピックアップされる。動作１２５５で、基板２００の向きは、転写先基板７１４に一致される。動作１２６０で、マイクロデバイスアレイが転写先基板上に解放される。図１２Ｃに記載された動作は、更に細分化、又は別の順序で実行できることを理解されたい。

以下の説明は、図１２Ａ〜図１２Ｂに示した位置合わせ処理及び図１２Ｃに示した転写処理の動作に関するさらなる詳細を提供する。説明は、時々、図１２Ａ〜図１２Ｃに戻って、追加の詳細がこれから提供される特定の動作を明確にする。しかし、以下の詳細は、この説明の範囲内で位置合わせと動作の別の方法に適用することができ、上述の動作の全体的な方法とは独立して行うことができることを理解されたい。

図１３Ａによれば、本発明の実施形態に係る、ｘ−ｙ原点を設定する方法の概略側面図が、示されている。この図は、図１２Ｂの動作１２０３の態様を記載している。図に示された大量転写ツールの部分は、下向き撮像装置１３０２及び上向き撮像装置１３０４を含み、共に例えばカメラを含むことができる。プレート１００８は、上向き撮像装置１３０４と下向きの撮像装置１３０２との間に配置することができる。より具体的には、板１００８は上向き撮像装置１３０４の撮像面１３０８と下向き撮像装置１３０２の撮像面１３１６との間に向き付けることができる。上述のように、板１００８は、基準マーク１００６を含み、上向き撮像装置１３０４及び下向き撮像装置１３０２は、アクチュエータアセンブリ１１０の一つ以上のアクチュエータの作動によって、同時に基準マーク１００６を検視するために移動させることができる。

上向き撮像装置１３０４及び下向き撮像装置１３０２は、同時に基準マーク１００６を検視し、基準マーク１００６は撮像装置からの各画像内で中央に位置され、集光されると、撮像装置は位置合わせされることになる。したがって、その位置で、基準マーク１００６は、撮像面に平行な面内で撮像装置の相対位置を決定するために、上向きカメラ１３０４又は下向きカメラ１３０２のいずれかの動きを比較することが可能な基準点となる。一実施形態では、上向き撮像装置１３０４は、キャリア基板ホルダ１０８に対して固定され、下向き撮像装置１３０２は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６に対して固定されると、基準マーク１００６は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６又はキャリア基板ホルダ１０８の移動が比較されてｘ軸及びｙ軸方向のこれらの構成要素の相対的な位置を決定するための基準点となる。

図１３Ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る、ｘ−ｙ原点を設定する方法の概略斜視図が示されている。この図はまた、図１２Ｂの動作１２０３の態様を説明している。上向き撮像装置１３０４及び下向き撮像装置１３０２は、図１３Ａに関して説明したように、それらの両方が、板１００８上の基準マーク１００６を検視するような位置に移動させることができる。図１３Ｂにおいて、基準マーク１００６は、撮像装置１３０２、１３０４によって中心に置かれて焦点を合わせると、ｘ−ｙ原点１３２０を確立する。更に、ｘ軸１３２２及びｙ軸１３２４は、ｘ−ｙ原点１３２０を介して交差すると決定される。一実施形態では、ｘ軸１３２２及びｙ軸１３２４は、上向き撮像装置が結合されるｘ−ｙステージの運動軸に対応する。更に、ｘ軸１３２２及びｙ軸１３２４は、ｘ軸１３２２、ｙ軸１３２４、及びｘ−ｙ原点１３２０を通るｘ−ｙ平面１３２６を画定する。したがって、ｘ軸１３２２及びｘ−ｙ平面１３２６を有する基準系は、上述の方法に従って確立できる。上述のように、いくつかの実施形態は、下部アセンブリ１０４だけにｘ−ｙステージ１１２を含むものとして記載され、説明されているが、上部アセンブリ１０２の関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、ｘ−ｙステージ１１２に追加された、又はその代わりの、ｘ−ｙステージ上に取り付けできることが想到される。このような実施形態では、ｘ軸１３２２及びｙ軸１３２４は、下向き撮像装置が結合されているｘ−ｙステージの運動軸に対応することができる。

図１４Ａを参照すると、本発明の実施形態に係る、ｚ原点を設定する方法の側面図が示されている。この図は、図１２Ｂの動作１２０５の態様を説明している。下向き位置センサ（downward-looking position sensor）１４０２は、基準系のｘ−ｙ平面１３２６に向けて下方向１４０４を検視している。同時に、上向き位置センサ（upward-looking position sensor）１４０６は、下方向とは逆の上方向１４０８を検視している。したがって、上向きセンサ１４０２及び下向き位置センサ１４０６の方向は、互いにほぼ平行であり、ｘ−ｙ平面１３２６とほぼ直交し得る。上述のように、位置センサは、対象の絶対距離を求めることができる分光干渉レーザ変位センサとすることができる。

ゲージ１４１０は、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２に着脱自在に取り付けられており、上向きセンサ１４０２と下向き位置センサ１４０６との間に位置することができる。ゲージ１４１０は、基準系内でのｚ原点を確立するために使用されるので、「ｚゲージ」と呼ぶことができる。ｚゲージ１４１０の取り付けは、取付面２０２への基板２００の取付けと同様な方法で達成することができる。例えば、吸引は、取付面２０２の真空ポートを介して、ｚゲージ１４１０に対して行うことができる。

図１４Ａに示すように、ｚゲージ１４１０は、ｘ−ｙ平面１３２６と平行でないとき、即ち、ｚゲージ１４１０が基準系内で傾いているときには、上向き位置センサ１４０６は第１の面１４１２までの距離を感知し、下向き位置センサ１４０２は第２の面１４１４までの距離を感知することができる。これらの表面は、例えば、ｚゲージ１４１０の外面に形成された２つの座ぐりの底面とすることができる。座ぐり面１４１２、１４１４は、互いに同一平面とすることができる。一実施形態では、座ぐりはそれぞれがｚゲージ１４１０の厚さの半分まで延びているので、表面は同一平面上にある。

一実施形態では、第１の面１４１２及び第２の面１４１４は、基準面（surface plane）１４１６と同一平面上にある。例えば、一実施形態では、ｚゲージ１４１０は貫通孔を有する２枚のシリコンウェーハから形成することができる。２枚のシリコンウェーハは、スルーホールの開口部が他方のウェーハの表面に隣接するように接合されている。したがって、貫通孔の底部は、他のウェーハの表面となり、ウェーハが互いに並置されているので、それらの接合面は同一平面上にある。したがって、貫通孔の底面も同一平面上にあり、ｚゲージ１４１０のための座ぐりとして使用することができる。別の実施形態では、第１の表面１４１２及び第２の表面１４１４は同一平面上にない。例えば、表面１４１２及び１４１４は、均一で既知の厚さの層によって分離することができる。

ｚゲージ１４１０がｘ−ｙ平面１３２６と平行でないとき、それぞれの上向き位置センサ１４０６及び下向き位置センサ１４０２からの第１の面１４１２及び第２の面１４１４までの距離は、それらが非平行面上の異なる点に存在するため、ｚに沿った異なる場所に対する距離になる。その結果、上向き位置センサ１４０６と下向き位置センサ１４０２との間には共通のｚ原点がない。

したがって、ｚゲージ１４１０を取り付ける前か後のいずれかの時点に、基準系のｚ原点の確立を容易にするために、関節ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２をｘ−ｙ平面１３２６に対して平行にすることができる。これを行うには、上方向きの位置センサ１４０６は、取付面２０２、ｚゲージ１４１０、又は取付面２０２に対して平行であることが知られている任意の他の構造体、の２つ以上の点までの距離を検出することができる。種々の測定点までの距離が上向き位置センサ１４０６から同じ距離になるまで、関節転写ヘッドアセンブリ１０６をアクチュエータアセンブリ１１０によって前後及び左右に傾斜させることができる。これが発生すると、取付面２０２は上向き位置センサ１４０６の検出方向に直交することができ、したがって、取付面２０２はｘ−ｙ平面１３２６にほぼ平行となる。取付面がｘ−ｙ平面１３２６に対して平行に向き付けられると、ｚ原点を確立することができる。

図１４Ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る、大量転写ツールの一部の側面図が示されている。この図は、図１２Ｂの動作１２０５の態様を説明している。ここでは、上述のように、関節転写ヘッドアセンブリ１０６を上向き位置センサ１４０６に対して移動させることにより、取付面２０２又はｚゲージ１４１０のいずれかがｘ−ｙ平面１３２６に対して平行に位置合わせされたので、基準面はｘ−ｙ平面１３２６に対して平行であることが知られている。したがって、基準面１４１６がｘ−ｙ平面１３２６に対して平行であると、上向き位置センサ１４０６から第１表面１４１２までの距離、及び下向き位置センサ１４０２から第２の表面１４１４までの距離は、基準面１４１６までの既知の距離として登録できる。第１の表面１４１２及び第２の表面１４１４が同一平面であることを考慮すると、基準面１４１６はこの向きのｚ原点１４２０として確立することができ、上向き位置センサ１４０６又は下向き位置センサ１４０２のいずれかを用いて、次にｚ原点１４２０までの距離を測定することができる。

ｘ軸１３２２とｘ−ｙ平面１３２６と共にｚ原点１４２０が確立されると、基準系は既知となり、大量転写ツール１００の構成要素を移動できる。例えば、ｚゲージ１４１０は、次に取付面から除去され、転写ヘッドアレイ２０４を支持する基板２００に取り換えることができる。基板２００は、上述した方法のいずれかを使用して、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面６０２に取り付けることができる。一実施形態では、真空は、取付面２０２に基板２００を保持し、１つ以上の電圧源接続部４１０及び基板２００を接続する接点６０４の膝部６０６を圧縮するために使用される。実施形態において、ｚゲージ１４１０は、基準面１４１６が、基板２００に支持された静電転写ヘッドアレイ２０４の接触面２０５（図６Ｂ）と合致する場所から約１００マイクロメートル以内にあるように、形成することができる。したがって、ｚゲージ１４１０を基板２００に取り替えると、ｚ原点１４２０は静電転写ヘッドアレイ２０４とほぼ合致し、上向きセンサ１４０２及び下向きセンサ１４０６を使用したその後の調整を実質的により容易にする。

図１５を参照すると、本発明の実施形態に係る、基板を基準系に位置合わせする方法の概略斜視図が示されている。これは、図１２Ａの動作１２２０の態様を示している。基準系が確立された後、基板２００は基準系に位置合わせできる。一実施形態において、基準系を確立した後、関節転写ヘッドアセンブリ１０６の取付面２０２に基板２００を取り付けることに続いて、基板２００は位置合わせされる。基準系は、上述した方法に基づいて知ることができる。より具体的には、基準系は、ｘ軸１３２２、ｙ軸１３２４、及びｘ−ｙ平面１３２６の識別又は割り当てに基づいて確立される。更に、基板２００の基準系１５０２に対する位置は、大量転写ツール１００の様々なセンサに基づいて決定できる。例えば、上向き撮像装置１４０６は、基板２００の第１の位置合わせマーカ１５０４を検視することができ、第１の位置合わせマーカ１５０４を検視する間と、ｘ−ｙ原点１３２０に合致する基準マーク１００６を検視する間の上向き撮像装置１４０６の位置の差に基づいて、ｘ軸１３２２及びｙ軸１３２４に沿っての第１の位置合わせマーカ１５０４の相対位置を決定することができる。このような位置の差は、例えば、アクチュエータサブアセンブリ１１０のエンコーダによって提供されるデータから、決定され得ることを理解されたい。より具体的には、上向き撮像装置１４０６、又は撮像装置が結合されているキャリッジ１２０を移動させるために使用されるｘ−ｙステージ１１２は、ｘ−ｙステージ１１２の位置、したがって、上向き撮像装置１４０６の位置に関するデータを提供するためのロータリーエンコーダを含むことができる。同様に、第２の位置合わせマーカ１５０６の位置は、ｘ−ｙ原点１３２０に対して決定できる。

基板表面上に少なくとも２つの位置合わせマーカ１５０４、１５０６を識別することにより、第１の位置合わせマーカ１５０４及び第２の位置合わせマーカ１５０６を通るように、位置合わせの軸１５０８を計算することができる。更に、位置合わせ軸１５０８と基準系の軸、例えば、ｘ軸１３２２との間を比較することにより、ｚ軸１５１０についての基準系１５０２に対する基板２００の向きを決定することができる。

これは、第１の位置合わせマーカ１５０４及び第２の位置合わせマーカ１５０６は、基板２００上に配置された任意の既知のマーカであり得ることを理解されたい。例えば、一実施形態では、位置合わせマーカは、インク若しくはレーザ印刷、又はエッチングを用いて基板２００に付加することができる。あるいは、位置合わせマーカは、静電転写ヘッドアレイ２０４からの２以上の静電転写ヘッドとすることができる。例えば、アレイ２０４の外縁に沿った２つの静電転写ヘッドは、アレイ２０４の外縁に合致しかつその基準とすることができる位置合わせの軸１５０８を生成できる。

基板２００とｘ−ｙ平面１３２６との間の角度関係はまた、上向き位置センサ１４０６を用いて決定できる。基板２００の表面上の２以上の点は、上向き位置センサ１４０６によって検出できる。例えば、一実施形態では、基板２００の表面上の４つの点が上向き位置センサ１４０６によって検出できる。これらの点までの距離は、その点を通る平面、即ち、基板２００の表面と合致する平面を計算するために使用することができる。この表面は、例えば、電極のアレイ上の誘電体層などの、静電転写ヘッドアレイ２０４上の接触面２０５とすることができる。したがって基板表面と基準系１５０２のｘ−ｙ平面１３２６との間で比較を行い、ｘ軸１３２２及びｙ軸１３２４についての基準系１５０２に対する基板２００の向きを決定することができる。

図１５Ｂを参照すると、本発明の実施形態に係る、基板と基準系を位置合わせする方法を示す概略斜視図が示されている。これは、図１２Ａの動作１２２０の態様を示している。基準系１５０２と基板２００との間の関係に基づいて、基板２００は基準系１５０２に位置合わせできる。より詳細には、基板２００の位置合わせの軸１５０８をｘ軸１３２２と平行に位置合わせし、基板表面をｘ−ｙ平面１３２６と平行に位置合わせするために、関節転写ヘッドアセンブリ１０６をいくつかの自由度の範囲内で調整することができる。これは、アクチュエータアセンブリ１１０の様々なアクチュエータを用いて、関節転写ヘッドアセンブリ１０６を前後及び左右に傾斜させ、回転させることによって達成できる。

別の実施形態では、基板２００と基準系１５０２の位置合わせは、基板２００上の２つ以上のポイント、例えば、位置合わせマーカ１５０４、１５０６を検視して、基板２００が撮像装置の撮像面に平行であるか判断することを含むことができる。具体的には、上方視野撮像装置は、基板２００上の少なくとも２点を検視して、それらの点を検出するための焦点距離を決定できる。例えば、撮像装置は、第１の静電ヘッド、又は位置合わせマーカ１５０４を検視して、焦点を合わせることができる。第１の静電ヘッドに焦点が合うと、画像は第１の焦点長さを有する。撮像装置は、次に、同じ平面内の新しい場所に撮像装置を移動させることにより、第２の静電ヘッド又は位置合わせマーカ１５０６を検視するために、使用できる。静電ヘッド又は位置合わせマーカ１５０４、１５０６は、撮像面から同じ距離にある場合、それぞれについて焦点距離が同じため、再び焦点を合わせる必要がないことになる。しかし、撮像装置は、第２の静電ヘッドに焦点を合わせるために、再び焦点を合わせる必要がある場合は、焦点距離が異なるので、静電ヘッドのアレイを支持する基板面は撮像面と平行でないことになる。したがって、撮像装置が、基板２００上の基準点を検視する場所との間で移動するときに、再び焦点を合わせる必要がなくなるまで、関節転写ヘッドアセンブリ１０６を前後及び左右に傾斜させることができる。これが起こると、再び焦点を合わせる必要がなく、したがって、基板２００は、基準系の対応する平面に平行であることになる。

今基板２００を基準系１５０２と位置合わせする方法を説明したので、基準系が、大量転写ツール１００内の様々な構成要素の位置合わせを可能にするのに有用であることが理解されるであろう。より具体的には、基準系は、基準の幾何形状に関する、及び互いに関する、システム構成要素の移動を可能にする。これらの構成要素の移動は監視され、アクチュエータアセンブリ１１０を制御するコンピュータシステム１５０に入力できる。一例として、基準系を確立した後、ｘ−ｙステージ１１２に取り付けられたキャリッジ１２０に搭載されたキャリア基板ホルダ１０８の運動は、ｘ−ｙステージ１１２のエンコーダによって決定できる。したがって、ｘ−ｙステージ１１２がｙ軸に沿って３インチ移動する場合、エンコーダは、キャリア基板ホルダ１０８がｙ軸方向に３インチだけ位置を変更したと判断することになる。同様に、キャリア基板ホルダ１０８と関節転写ヘッドアセンブリ１０６との間の位置の変化は、移動中に関節転写ヘッドアセンブリ１０６が静止したままである場合、ｙ軸方向に３インチであることが分かる。これは、基準系を確立することの重要性の基本的な説明であり、基準系は、システムの多くの異なる構成要素間の相対位置を決定するために使用できることを示す。このように、以下の説明は、図１２Ｃに示される方法の態様に関してより詳細に渡り、マイクロデバイスアレイをキャリア基板から転写先基板に転写するために、互いに対して部品を移動させる能力を利用している。

再び図１２Ｃに示すように、動作１２３０で、キャリア基板７０６の向きを決定できる。例えば、キャリア基板は、キャリア基板７０６を保持し、安定化させるために真空を適用する保持面８０２上に保持できる。あるいは、キャリア基板７０６を保持するために、機械的な把持機構又は摩擦嵌合（friction fits）を使用できる。キャリア基板７０６の向きは、取付面２０２に取り付けられた基板２００の向きを決定するための上述の方法と同様の方法を用いて、決定できる。例えば、下方視野撮像装置は、基準系のｘ−ｙ原点１３２０に対するマーカの相対距離を決定するために、キャリア基板７０６上のいくつかのマーカを検視できる。この決定は、基準系のｚ軸周についてのキャリア基板７０６の向きを決定するために使用できる。また、下向き視野位置センサ１４０２は、基準系のｘ軸とｙ軸についてのキャリア基板７０６の向きを決定する目的で、キャリア基板７０６の表面上の複数の点を検出するために使用できる。例えば、下向き視野位置センサ１４０２は、キャリア基板７０６の表面上の４つの点を検出するために使用できる。したがって、基準系内のキャリア基板７０６の関係を決定するために、キャリア基板７０６の位置合わせ軸及び面の向きを決定できる。

動作１２４０で、転写先基板７１４の向きは、図１２Ｃの動作１２３０に関して上述したのと同様の方法で決定できる。例えば、転写先基板７１４は、キャリア基板７０６に関して上述したのと同様の方法で、転写先基板ホルダ上に保持できる。

キャリア基板７０６及び転写先基板１２４の向きを決定した後、キャリア基板７０６から転写先基板１２４へのマイクロデバイスの転写を行うことができる。いくつかの実施形態では、キャリア基板から転写先基板へのマイクロデバイスアレイの移動は、例えば、キャリア基板にマイクロデバイスアレイを接続する接着層に相変化を生成するか、又は、転写先基板上へのマイクロデバイスアレイの載置の間に接着層に相変化を生成するか若しくは接着層を合金化するために、高温で実施することができる。

図１６Ａ〜図１６Ｃは、本発明の実施形態に係る、大量転写ツールを使用して、向きを一致させ、基板をキャリア基板に接触させる方法の概略側面図である。これらは、図１２Ｃの動作１２４０及び１２４５の追加の態様を例示する。例示目的のために、基板２００又はキャリア基板ホルダ１０８の保持面に関するキャリア基板７０６の向きの差が誇張されている。

次に図１６Ａを参照すると、基板２００が関節転写ヘッドアセンブリ１０６に取り付けられて示されている。基板２００の向きは、すでに基準系に位置合わせされて示されている。より具体的には、基準系のｘ軸及びｘ−ｙ平面とそれぞれ位置合わせされた位置合わせの軸及び表面を有する基板が示されている。少なくとも１つの実施形態において、基板は、基準系の他の基準幾何形状に位置合わせできることを理解されたい。

キャリア基板７０６が、キャリア基板ホルダ１０８に取り付けられて示されている。キャリア基板７０６の向きは、基板２００と異なり、基準系と位置合わせされていない。したがって、基板２００とキャリア基板７０６の向きは位置合わせされていない。しかし、これらの向きの不一致は解決できる。例えば、上述のように、基板２００とキャリア基板７０６の向きは、基準系との位置合わせに基づいて分かっている。したがって、キャリア基板７０６と基板２００との間の向きのオフセットを決定するための比較を行うことができる。

キャリア基板７０６の向きよりも、むしろキャリア基板ホルダ１０８の向きも決定できることを理解されたい。具体的には、キャリア基板７０６の表面にほぼ平行なキャリア基板ホルダ１０８上の表面点は、キャリア基板ホルダ１０８の向きを画定するために検出できる。キャリア基板ホルダ１０８と基板２００との間の向きのオフセットを決定するための比較を行うことができる。

１６Ｂ図を参照すると、関節転写ヘッドアセンブリ１０６とキャリア基板ホルダ１０８との間の空間的関係は、基板２００とキャリア基板７０６を位置合わせするために調整できる。これは、図１２Ｃの動作１２４５の態様を示している。より具体的には、図１６Ａに示すように、キャリア基板７０６の向きを決定した後、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、基板２００の向きが、キャリア基板７０６の向きに一致するように変換されるまで、１つ以上のアクチュエータによって移動させることができる。その結果、基板２００とキャリア基板７０６は互いに近接し、それらの対向する表面は平行となる。

図１６Ｃに示すように、基板２００によって支持された静電転写ヘッドアレイ２０４は、キャリア基板７０６上のマイクロデバイスアレイと接触させられる。これは、図１２Ｃのピックアップ動作１２５０の態様を示している。これは、アクチュエータアセンブリ１１０の１つ以上のアクチュエータを用いて、キャリア基板ホルダ１０８に向かって、関節転写ヘッドアセンブリ１０６を移動させることによって達成できる。基板２００とキャリア基板７０６の正確な位置合わせによって、基板２００とキャリア基板７０６が互いに実質的に平行に向き付けられる間に、接触がなされることを理解されたい。したがって、接触点において、対向面での横荷重又は撓みは最小限である。これは、静電ヘッドアレイ２０４と、キャリア基板の表面上に載置された１つ以上のマイクロデバイスとの間の不一致を防ぐことができるので、有益である。それは、また、静電ヘッドアレイ２０４及び１つ以上のマイクロデバイスへの損傷の危険性を低減する。ピックアップ動作１２５０は、様々な方法で、様々なセンサを用いて測定できる。例えば、ピックアップ動作１２５０は、図１７に関して上述したピックアップ動作と同様に行うことができる。

図１２Ｃを参照すると、動作１２５５及び１２６０は、ピックアップしたマイクロデバイスを転写先基板７１４に転写するために行うことができる。これらの動作は、上述の動作１２４５及び１２５０、並びに図１７と同様の方法で行うことができる。より具体的には、動作１２５５で、関節転写ヘッドアセンブリ１０６と転写先基板ホルダ１２４との間の空間的関係は、静電転写ヘッドアレイ２０４によってピックアップされたマイクロデバイスアレイを転写先基板７１４の表面に近接させるように調整することができる。また、転写先基板７１４とマイクロデバイスアレイとの間の接触は、大量転写ツール１００のさらなる動作を通して行うことができる。マイクロデバイスアレイ７０８及び転写先基板７１４との間の接触は、上述のものと同様の方法で、位置センサ、力計、及び他のセンサを用いて感知できる。いくつかの実施形態では、転写先基板上へのマイクロデバイスアレイの載置は、例えば、転写先基板上へのマイクロデバイスアレイの載置中に接着層に相変化を生成したり、又は接着層を合金化したりするために、高温で実施してもよい。

動作１２６０において、マイクロデバイスアレイが転写先基板７１４と接触するときに、静電電圧源接続部４１０を介して静電転写ヘッドアレイ２０４に印加された電圧を除去できる。このような除去は、また、把持圧力を除去するため、転写先基板７１４上にマイクロデバイスアレイを解放できる。

マイクロデバイスアレイを解放した後、キャリア基板７０６から転写先基板７１４へのマイクロデバイスの転写が達成される。その後、関節転写ヘッドアセンブリ１０６は、転写先基板７１４から離れることができる。マイクロデバイスアレイからの移動と、その除去の感知は共に、上述と同様の方法で達成できる。更に、静電転写ヘッドアレイ２０４は、上述と同様の方法で、マイクロデバイスアレイの解放を確認するために、上方視野撮像装置１２８によって点検できる。

大量転写ツールの様々な構成要素は、上述の動作中に加熱できることを理解されたい。例えば、一実施形態では、静電転写ヘッドアレイ２０４を支持する基板２００及び／又は取付面２０２は、動作１２０１から１２６０までのいずれかで、約１００〜３５０℃の温度範囲に加熱できる。例えば、感知、位置合わせ、一致動作のいずれも、キャリア基板から転写先基板にマイクロデバイスを転写するために使用される作動温度で行うことができる。一実施形態では、動作温度は、接着層の相変化又は合金化を生成するための高温である。一実施形態では、動作１２０３及び１２０５でのｘ−ｙ原点及びｚ原点を設定する際、取付面２０２は約１００〜３５０℃の温度範囲に加熱される。一実施形態では、基板を基準系に位置合わせする際、取付面２０２及び基板２００は約１００〜３５０℃の温度範囲に加熱される。一実施形態では、キャリア基板又は転写先基板の向きを決定し、基板の向きをキャリア又は転写先基板の向きに一致させる際、取付面２０２及び基板２００は約１００〜３５０℃の温度範囲に加熱される。一実施形態では、マイクロデバイスアレイに接触し、ピックアップし、又は解放する際、取付面２０２及び基板２００は、約１００〜３５０℃の温度範囲に加熱される。一実施形態では、動作１２０３及び１２０５において、ｘ−ｙ原点及びｘ軸原点を設定する際、キャリア基板は室温から約２００℃までの温度範囲に加熱される。一実施形態では、キャリア基板又は転写先基板の向きを決定し、基板の向きをキャリア又は転写先基板の向きに一致させる際、キャリア基板又は転写先基板は、室温から約２００℃までの温度範囲に加熱される。一実施形態では、静電転写ヘッドアレイ２０４がキャリア基板７０６上のマイクロデバイスアレイに接触している間に、キャリア基板７０６は室温から約２００℃までの温度範囲に加熱できる。一実施形態では、静電転写ヘッドアレイ２０４が転写先基板７１４に接触している間に、転写先基板７１４は約１００℃から約２００℃までの温度範囲に加熱できる。これらは単なる例であり、大量転写ツール１００のこれらの又は他の構成要素は、上述の方法の範囲内で、これらの又は異なる温度範囲に加熱することができることを理解されたい。

次に図２０を参照すると、本発明の実施形態の部分は、例えば、コンピュータ制御システムの機械使用可能媒体内に存在する、永続的な機械可読及び機械実行可能な命令から構成されるか又は制御される。図２０は、本発明の実施形態に従って使用できる例示的なコンピュータシステム１５０の概略図である。コンピュータシステム１５０は例示的であり、本発明の実施形態は、汎用ネットワークコンピュータシステム、埋め込みコンピュータシステム、ルータ、スイッチ、サーバ装置、クライアント装置、様々な中間デバイス／ノード、スタンドアロンコンピュータシステムなど、を含む多数の異なるコンピュータシステムの上で若しくは中で動作するか、又はそれらによって制御することができることを理解すべきである。

図２０のコンピュータシステム１５０は、情報を通信するためのアドレス／データバス２０１０と、情報及び命令を処理するための、バス２０１０に結合された中央処理装置（central processor unit）２００１と、を含む。システム１５０はまた、中央処理装置２００１のための情報及び命令を記憶するためにバス１２１０に結合された、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のようなコンピュータ使用可能な揮発性メモリ２００２と、中央処理装置２００１のための静的な情報及び命令を記憶するためにバス２０１０に結合された、例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）のようなコンピュータ使用可能な不揮発性メモリ２００３と、情報及び命令を記憶するためにバス２０１０に結合されたデータ記憶装置２００４（例えば、磁気ディスク又は光ディスク、及びそのディスクドライブ）、などのデータ記憶装置を含む。本実施形態のシステム２０１２は、また、中央処理装置２００１に情報及びコマンド選択を通信するためにバス２０１０に結合された英数字及びファンクションキーを含むオプションの英数字入力装置１２０６を含む。システム１５０はまた、選択によって、中央処理装置１２０１にユーザ入力情報及びコマンド選択を通信するためにバス２０１０に結合されたオプションのカーソル制御装置２００７を含む。本実施形態のシステム２０１２はまた、情報を表示するための、バス２１０に結合されたオプションの表示装置２００５を含む。

データ記憶装置２００４は、本明細書で説明される方法又は動作の中のいずれか１つ以上を具現化する命令（例えばソフトウェア２００９）の１つ以上のセットを記憶した永続的機械可読記憶媒体２００８を含むことができる。ソフトウェア２００９はまた、揮発性メモリ２００２、不揮発性メモリ２００３、及び／又はコンピュータシステム１５０によって実行されるときにプロセッサ２００１、の中に完全に、又は少なくとも部分的に存在することができ、揮発性メモリ２００２と、不揮発性メモリ２００３と、プロセッサ２００１とは、また、永続的機械可読記憶媒体を構成できる。

上述の明細書では、本発明は、その特定の例示的実施形態を参照して説明されている。以下の請求項に明記されているような本発明のより広い趣旨及び範囲から逸脱することなく、それらに対して種々の変更がなされてもよいことは明らかであろう。したがって、本明細書及び図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味で考慮されるべきである。

Claims (19)

1. 大量転写ツールであって、
   関節転写ヘッドアセンブリであって、
   取付面と、
   電気的コンタクトを有する静電電圧源接続部と、
   静電転写ヘッドアレイを支持する基板であって、前記基板は、前記取付面に着脱自在に取り付け可能であり、前記取付面に取り付けられるとき、前記電気的コンタクトに電気的に接続される、基板と、
   を含む、関節転写ヘッドアセンブリと、
   キャリア基板ホルダと、
   前記関節転写ヘッドアセンブリと前記キャリア基板ホルダとの間の空間的関係を調整するためのアクチュエータアセンブリと、
   を備える、大量転写ツール。
2. 前記取付面は、前記基板に吸引力を印加するために真空源に結合された真空ポートを含む、請求項１に記載の大量転写ツール。
3. 前記静電電圧源接続部は、前記電気的コンタクトを有する弾性導体を含み、前記弾性導体は前記基板を押圧する、請求項１に記載の大量転写ツール。
4. 前記アクチュエータアセンブリは、少なくとも自由度６での前記空間的関係を調整する、請求項１に記載の大量転写ツール。
5. 前記アクチュエータアセンブリは、前記関節転写ヘッドアセンブリに結合されて少なくとも自由度４で関節転写ヘッドアセンブリの位置を調整する第１のアクチュエータサブアセンブリと、前記キャリア基板ホルダに結合され少なくとも自由度２でキャリア基板ホルダ位置を調整する第２のアクチュエータサブアセンブリと、を含む、請求項４に記載の大量転写ツール。
6. 前記アクチュエータアセンブリは、前記関節転写ヘッドアセンブリに結合されて前記静電転写ヘッドアレイの接触面に直交する方向に前記関節転写ヘッドアセンブリの動きを制約する第１のフレクシャを含み、前記第１のフレクシャは第１の屈曲面を含む、請求項５に記載の大量転写ツール。
7. 前記アクチュエータアセンブリは、前記関節転写ヘッドアセンブリに結合された第２のフレクシャを更に含み、前記第２のフレクシャは前記第１の屈曲面に実質的に平行に向き付けられた第２の屈曲面を含む、請求項６に記載の大量転写ツール。
8. 前記関節転写ヘッドアセンブリの前記取付面に対して固定され、前記キャリア基板ホルダ上のキャリア基板の位置を検出する第１の位置センサを更に備える、請求項５に記載の大量転写ツール。
9. 前記キャリア基板ホルダに対して固定され、前記関節転写ヘッドアセンブリの位置を検出する第２の位置センサを更に備える、請求項８に記載の大量転写ツール。
10. 前記第１の位置センサと前記第２の位置センサは、共にスペクトル干渉レーザ変位計を含む、請求項９に記載の大量転写ツール。
11. 前記アクチュエータアセンブリに結合されて前記第１の屈曲面の撓みを検出する第３の位置センサを更に備える、請求項６に記載の大量転写ツール。
12. 前記キャリア基板ホルダに結合されて前記キャリア基板ホルダに印加される力を測定する力計を更に備える、請求項１に記載の大量転写ツール。
13. 転写先基板ホルダを更に備える、請求項１に記載の大量転写ツール。
14. 前記基板を加熱するヒータを更に備える、請求項１に記載の大量転写ツール。
15. 前記キャリア基板ホルダに結合されて前記キャリア基板ホルダを加熱するヒータを更に備える、請求項１に記載の大量転写ツール。
16. 前記転写先基板ホルダに結合されて前記転写先基板ホルダを加熱するヒータを更に備える、請求項１３に記載の大量転写ツール。
17. 前記関節転写ヘッドアセンブリに対して固定されて、第１の撮像面を有する第１の撮像装置と、
    前記キャリア基板ホルダに対して固定されて、第２の撮像面を有する第２の撮像装置と、
    前記第１の撮像面と前記第２の撮像面との間に位置する基準マークと、
    を更に備える、請求項１に記載の大量転写ツール。
18. 前記基準マークは、透明板の一部であり、非対称のパターンを含む、請求項１７に記載の大量転写ツール。
19. 前記第１の撮像装置及び前記第２の撮像装置は共にカメラを含む、請求項１７に記載の大量転写ツール。

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