质量转移工具操纵器组件和具有集成位移传感器的微型拾取阵列支座的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微型器件。更具体地，本发明的实施例涉及用于从承载衬底转移微型器件的系统和方法。
【背景技术】
[0002]商业化微型器件诸如射频(RF)微机电系统(MEMS)微动开关、发光二极管(LED)显示系统，以及MEMS或基于石英振荡器的可行性很大程度上受到与制造这些器件相关联的难度和成本的制约。制造工艺通常包括基于晶圆的加工和转移技术。
[0003]器件转移工艺包括从转移晶圆转移到接收晶圆。一种此类具体实施为“直印”，其涉及器件阵列从转移晶圆到接收晶圆的一个键合步骤，之后进行转移晶圆的移除。另一种此类具体实施为“转印”，其涉及两个键合/解键合步骤。在转印中，转移晶圆可从供体晶圆拾取器件阵列并将器件键合至接收晶圆。在转印之后，转移晶圆可使用包括激光剥离(LLO)、磨光或抛光以及蚀刻的技术来移除。
[0004]已将平衡环机构用于晶圆抛光设备以有助于对该晶圆均匀抛光。例如，抛光设备中的无源平衡环机构有助于晶圆与抛光垫的对准。
【发明内容】
[0005]本发明公开了一种质量转移工具操纵器组件以及使用质量转移工具操纵器组件来从承载衬底转移微型器件阵列的方法。在一个实施例中，质量转移工具操纵器组件包括外壳、翻转-倾斜-Z挠曲部、致动器组件和微型拾取阵列支座。微型拾取阵列可独立于质量转移工具操纵器组件提供或与质量转移工具操纵器组件一体化形成。翻转-倾斜-Z挠曲部可包括顶部挠曲部件，该顶部挠曲部件与外壳相接合并且通过柔性耦接件与底部挠曲部件连接。例如，顶部挠曲部件和底部挠曲部件可为由柔性耦接件连接的凸缘。致动器组件可与底部挠曲部件可操作地耦接，使得对致动器组件的致动使底部挠曲部件相对于顶部挠曲部件移动。例如，在一个实施例中，质量转移工具操纵器组件包括将致动器组件与底部挠曲部件耦接的分布板。微型拾取阵列支座还可与底部挠曲部件耦接。此外，微型拾取阵列支座可包括与柔顺性元件诸如横梁耦接的枢转平台。位移传感器可与柔顺性元件集成。在一个实施例中，具有支撑静电转移头部的衬底的微型拾取阵列可能够与枢转平台接合。
[0006]在一个实施例中，微型拾取阵列支座可进一步包括基部，该基部侧向地围绕枢转平台，其中柔顺性元件位于枢转平台和基部之间并且在枢轴处与枢转平台和基部耦接。例如，柔顺性元件可在位于基部边缘上的外枢轴处与基部耦接并且在位于枢转平台边缘上的内枢轴处与枢转平台耦接，该枢转平台边缘正交于基部边缘。柔顺性元件还可在第二内枢轴处与枢转平台耦接，并且在第二外枢轴处与基部耦接，其中该第二内枢轴跨枢转平台与内枢轴相对，并且该第二外枢轴跨枢转平台与外枢轴相对。在一个实施例中，微型拾取阵列支座可包括第二柔顺性元件，该第二柔顺性元件通过位于第二基部边缘上的第二外枢轴与基部耦接并且通过位于第二枢转平台边缘上的第二内枢轴与枢转平台耦接。此外，第二位移传感器可与第二柔顺性元件集成。
[0007]在一个实施例中，位移传感器可为附接至柔顺性元件的接近内枢轴或外枢轴的高应变区域的应变仪。例如，可将应变仪键合到高应变区域。另选地，可将应变仪沉积于高应变区域上。此外，应变仪可通过对高应变区域进行掺杂来形成。在一个实施例中，微型拾取阵列支座可包括与位于柔顺性元件上的位移传感器相邻的参考应变仪。位移传感器和参考应变仪可提供惠斯通半桥中的相邻桥臂。
[0008]在一个实施例中，微型拾取阵列支座可包括各种触件和电连接件。例如，微型拾取阵列支座可包括与位移传感器电连接的位于基部上的位移传感器触件。在一个实施例中，质量转移工具操纵器组件可包括通过位移传感器触件与位移传感器电连接的位置感测模块。例如，位移传感器触件可通过柔性电路或弹簧触件与位置感测模块电连接。在一个实施例中，微型拾取阵列支座可包括位于基部上的基部操作电压触件，该基部操作电压触件与位于枢转平台上的枢转平台操作电压触件电连接。此外，微型拾取阵列支座可包括位于基部上的基部钳位触件，该基部钳位触件与位于枢转平台上的键合位处的钳位电极电连接。在一个实施例中，微型拾取阵列支座可包括位于枢转平台上的键合位，该键合位包括金属诸如金、铜或铝。
[0009]在一个实施例中，微型拾取阵列支座还可包括位于枢转平台上的温度传感器和加热元件。加热元件可包括例如电阻合金或表面安装技术电阻器。此外，质量转移工具操纵器组件可包括位于加热元件和位置感测模块之间的绝缘板。微型拾取阵列支座的基部可与绝缘板耦接并且绝缘板可进一步与分布板耦接。
[0010]在一个实施例中，该方法包括朝承载衬底移动质量转移工具操纵器组件以及使位于承载衬底上的微型器件阵列接触与质量转移工具操纵器组件的枢转平台耦接的静电转移头部阵列。该方法还可包括感测与枢转平台耦接的柔顺性元件的变形。例如，感测变形可包括感测与柔顺性元件集成的位移传感器的应变。在一个实施例中，该方法进一步包括在感测变形之后并且在停止质量转移工具操纵器组件和承载衬底之间的相对移动之前，调整与柔顺性元件耦接的基部的位置。例如，调整位置可包括对耦接至基部的致动器组件进行致动以通过倾斜或翻转基部来进一步使基部与承载衬底的平面对准。该方法还可包括向静电转移头部阵列施加电压以在微型器件阵列上产生夹持压力以及从承载衬底拾取微型器件阵列。在一个实施例中，该方法包括在拾取微型器件阵列时向静电转移头部阵列施加热量。
[0011 ] 在一个实施例中，该方法包括朝接收衬底移动质量转移工具操纵器组件以及使接收衬底接触由与质量转移工具操纵器组件的枢转平台耦接的静电转移头部阵列所承载的微型器件阵列。该方法还可包括感测与枢转平台耦接的柔顺性元件的变形。例如，感测变形可包括感测与柔顺性元件集成的位移传感器的应变。在一个实施例中，该方法进一步包括在感测变形之后并且在停止质量转移工具操纵器组件和接收衬底之间的相对移动之前，调整与柔顺性元件耦接的基部的位置。例如，调整位置可包括对与基部耦接的致动器组件进行致动以通过倾斜或翻转基部来进一步使基部与接收衬底的平面对准。该方法还可包括从静电转移头部阵列移除电压，以及将微型器件阵列释放到接收衬底上。在一个实施例中，该方法包括在移除电压之前向静电转移头部阵列施加热量。
【附图说明】
[0012]图1是根据本发明的实施例的质量转移工具的透视图图示。
[0013]图2是根据本发明的实施例的保持微型拾取阵列的质量转移工具操纵器组件的透视图图示。
[0014]图3是根据本发明的实施例的相对于图2的剖面线A-A获取的质量转移工具操纵器组件的横截面透视图图示。
[0015]图4A是根据本发明的实施例的具有致动器和挠曲附接件的致动器组件的侧视图图示。
[0016]图4B是根据本发明的实施例的质量转移工具操纵器组件的翻转-倾斜-Z挠曲部的透视图。
[0017]图5A是根据本发明的实施例的具有与柔顺性元件集成的位移传感器的微型拾取阵列支座的透视图。
[0018]图5B是根据本发明的实施例的取自图5A的细节X的与微型拾取阵列支座的柔顺性元件集成的位移传感器的平面图。
[0019]图6是根据本发明的实施例的具有位于枢转平台上的加热元件的微型拾取阵列支座的透视图。
[0020]图7是根据本发明的实施例的具有支撑静电转移头部阵列的衬底的微型拾取阵列的侧视图。
[0021]图8是根据本发明的实施例的与微型拾取阵列接合的微型拾取阵列支座的侧视图图示。
[0022]图9是根据本发明的实施例的具有与柔顺性元件集成的位移传感器和位于枢转平台上的静电转移头部阵列的微型拾取阵列支座的透视图。
[0023]图10是根据本发明的实施例的具有位于枢转平台上的加热元件的微型拾取阵列支座的透视图。
[0024]图11是根据本发明的实施例的相对于图9的剖面线获取的与弹簧触件电连接的微型拾取阵列支座的横截面侧视图图示。
[0025]图12是根据本发明的实施例的具有柔性区域的微型拾取阵列支座的透视图图不O
[0026]图13是根据本发明的实施例的保持微型拾取阵列并且与控制系统互连的质量转移工具操纵器组件的侧视图图示。
[0027]图14是根据本发明的实施例的用于调整质量转移工具操纵器组件的控制回路的示意图。
[0028]图15是示出根据本发明的实施例的从承载衬底拾取微型器件阵列的方法的流程图。
[0029]图16是根据本发明的实施例的朝承载衬底移动的质量转移工具操纵器组件的示意图。
[0030]图17是根据本发明的实施例的与接触该承载衬底上的微型器件阵列的质量转移工具操纵器组件耦接的静电转移头部阵列的示意图。
[0031]图18是根据本发明的实施例的调整微型拾取阵列支座的位置的质量转移工具操纵器组件的示意图。
[0032]图19是根据本发明的实施例的从承载衬底拾取微型器件阵列的质量转移工具操纵器组件的示意图。
[0033]图20是示出根据本发明的实施例的将微型器件阵列置于接收衬底上的方法的流程图。
[0034]图21是根据本发明的实施例的朝接收衬底移动的质量转移工具操纵器组件的示意图。
[0035]图22是由与接触接收衬底的质量转移工具操纵器组件耦接的静电转移头部阵列所承载的微型器件阵列的示意图。
[0036]图23是根据本发明的实施例的调整微型拾取阵列支座的位置的质量转移工具操纵器组件的示意图。
[0037]图24是根据本发明的实施例的将微型器件阵列释放到接收衬底上的质量转移工具操纵器组件的示意图。
[0038]图25是可根据本发明的实施例使用的计算机系统的示意图。
【具体实施方式】
[0039]本发明的实施例描述了用于从承载衬底转移微型器件或微型器件阵列的系统和方法。例如，微型器件或微型器件阵列可以是在相关的美国专利申请13/372,222、13/436，260、13/458，932和13/625，825中举例说明并描述的微型LED器件结构中的任一种微型LED器件结构。尽管具体地针对微型LED器件描述了本发明的一些实施例，但本发明的实施例并不限于此，并且某些实施例还可适用于其他微型LED器件和微型器件诸如二极管、晶体管、集成电路(IC)芯片和MEM。
[0040]在各种实施例中，参照附图进行描述。然而，某些实施例可在不存在这些具体细节中的一个或多个具体细节或者与其他已知方法和配置相结合的情况下实施。在以下的描述中，示出许多具体细节诸如特定配置、尺寸和工艺以提供对本发明的透彻理解。在其他情况下，未对熟知的工艺和制造技术进行特别详细地描述，以免不必要地模糊本发明。整个本说明书中所提到的“一个实施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等是指结合实施例所描述的特定特征、结构、构型或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，整个本说明书中多处出现短语“一个实施例”(“one embodiment”，“an embodiment”)等不一定是指本发明的相同实施例。此外，特定特征、结构、构型或特性可以任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。
[0041]本文所使用的术语“在...上面”、“到”、“在...之间”和“在...上”可指一层或部件相对于其他层或部件的相对位置。一层在另一层“上面”或“上”或者键合“到”另一层可为与其他层直接接触或可具有一个或多个中间层。一层在层“之间”可为与该层直接接触或可具有一个或多个中间层。
[0042]本文所使用的术语“微型”器件或“微型” LED结构可指根据本发明的实施例的某些器件或结构的描述性尺寸。如本文所用，术语“微型”器件或结构是指Iym到100 μπι的尺度。然而，本发明的实施例并不一定限于此，并且实施例的某些方面可适用于更大和可能更小的尺度。在一个实施例中，微型器件阵列中的单个微型器件和静电转移头部阵列中的单个静电转移头部均具有I μπι到100 μπι的最大尺寸，例如长度或宽度。在一个实施例中，每个微型器件或静电转移头部的顶部接触面具有I μπι到100 μπι的最大尺寸。在一个实施例中，每个微型器件或静电转移头部的顶部接触面具有3 μπι到20 μπι的最大尺寸。在一个实施例中，微型器件阵列的节距和对应的静电转移头部阵列的节距可为(I μ m到100 μ m) X (I μ m至Ij 100 μ m)，例如20 μ mX 20 μ m或5 μ mX 5 μ m的节距。在——个方面，在不限于特定理论的情况下，本发明的实施例描述微型器件转移头和头阵列，所述微型器件转移头和头阵列根据静电夹使用异性电荷相吸来拾取微型器件的原理来操作。根据本发明的实施例，可向微型器件转移头施加吸合电压以便在微型器件上产生夹持压力并拾取微型器件。
[0043]在一个方面，本发明的实施例描述了使用质量转移工具操纵器组件进行微型器件的质量转移的系统和方法，该质量转移工具操纵器组件具有用于调整静电转移头部阵列与承载衬底上的微型器件阵列对准的反馈机构。在一个实施例中，质量转移工具操纵器组件包括翻转-倾斜-Z挠曲部、致动器组件和微型拾取阵列支座，该微型拾取阵列支座具有与一个或多个柔顺性元件集成的一个或多个位移传感器。例如，位移传感器可为附接至柔顺性元件的高应变区域的应变仪。这样，位移传感器可用于在静电转移头部阵列接触微型器件阵列时感测柔顺性元件的变形。在一个实施例中，基于来自一个或多个位移传感器的反馈，质量转移工具操纵器组件的致动器组件可调整微型拾取阵列支座的空间取向以在微型拾取阵列支座上改变压力的中心。因此，质量转移工具操纵器组件可基于闭环反馈回路来促成安装在微型拾取阵列支座上的静电转移头部阵列与微型器件阵列的主动对准。由于精对准可在拾取微型器件时以及类似地在释放微型器件时完成，因此主动对准可提高微型器件的转移速率。
[0044]在另一方面，本发明的实施例描述了使用与质量转移工具操纵器组件的致动器组件耦接的翻转-倾斜-Z挠曲部进行微型器件的质量转移的系统和方法。在一个实施例中，翻转-倾斜-Z挠曲部对致动器组件赋予无功负载以在由致动器组件进行调整期间进行微型拾取阵列支座的平滑运动。在一个实施例中，翻转-倾斜-Z挠曲部对微型拾取阵列支座赋予恢复性负载以从承载衬底拾取微型器件阵列。因此，质量转移工具操纵器组件可有助于接触并使用静电转移头部阵列拾取微型器件阵列，而不损坏微型器件或静电转移头部。
[0045]在另一方面，本发明的实施例描述了一种利用静电转移头部阵列进行预制造的微型器件阵列的质量转移的方式。例如，预制造的微型器件可具有特定