Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems mittels ultrakurzer Laserpulse eines Laserstrahls eines Ultrakurzpulslasers.

Stand der Technik

In modernen Displaysystem werden Mikro-LEDs als Lichtquellen eingesetzt, um eine herkömmliche, globale Hintergrundbeleuchtung des Displaypanels überflüssig zu machen. Hierfür werden die Mikro-LEDs auf einer sogenannten Aktivmatrix aufgebracht, so dass jede Mikro-LED individuell angesteuert werden kann. Die Displays mit Mikro-LEDs weisen daher den Vorteil auf, dass die Mikro-LEDs auf der Matrix lokal ansteuerbar sind. Dadurch können einzelne Mikro-LEDs an- und abgeschaltet werden wodurch beispielsweise ein hohes Kontrastverhältnis und ein sehr guter Schwarzwert erreicht werden kann. Zudem kann ein sogenanntes Bleeding der Hintergrundbeleuchtung durch die Displaypanels bauartbedingt vermieden werden.

Die Produktion solcher Displays mit Mikro-LEDs ist jedoch herausfordernd, da die Mikro-LEDs erst auf einem Substrat produziert werden und anschließend auf eine entsprechende Aktivmatrix übertragen werden müssen. Hierbei dürfen zudem nur funktionierende Mikro-LEDs auf die Aktivmatrix übertragen werden, um beispielsweise Pixelfehler zu vermeiden. Zur Übertragung der Mikro-LEDs auf eine entsprechende Aktivmatrix hat sich der Einsatz von Lasern bewährt. Insbesondere sind der Laser Lift-Off (LLO) Prozess, mit dem eine Mikro-LED von dem Substrat gelöst werden kann, und der sogenannte Laser Induced Forward Transfer (LIFT) Prozess, mit dem die Mikro-LED von dem Substrat auf die Aktivmatrix transferiert werden kann, relevant. In beiden Fällen wird die Grenzschicht zwischen dem Substrat und der Mikro-LED mit einem Laserpuls beaufschlagt, um eine entsprechende Verarbeitung der Mikro-LED zu erreichen. „Laser Processing of Micro-LED - a Coherent Whitepaper“ vom 23. Januar 2018 beschreibt, dass für die vorgenannten Prozesse typischerweise Excimerlaser eingesetzt werden.

Excimerlaser weisen jedoch eine geringe zeitliche Pulsqualität auf. Insbesondere beeinflusst das schwer kontrollierbare Ein- und Ausschwingverhalten der Laserpulse die Verarbeitungsqualität. Zudem liegt die Pulslänge von Excimerlasern im Bereich von einigen 10ns, so dass die Laserpulse über eine lange Zeit mit der Grenzschicht zwischen Substrat und Mikro-LED wechselwirken und dementsprechend die beaufschlagten Materialien thermisch beeinflussen. Dies kann insbesondere die Halbleiterübergänge, also insbesondere die pn-Übergänge, der Mikro-LEDs schädigen. Außerdem weist der Laserstrahl eines Excimerlasers keine definierte Polarisation auf, so dass diese sich insbesondere nicht für Hochleistungsanwendungen eignen, da die für hohe Laserleistungen notwendigen optischen Komponenten oft eine definierte Polarisation des Laserstrahls voraussetzen.

Um eine Vielzahl von Mikro-LEDs auf dem Substrat zu verarbeiten, muss der Laserstrahl über das Substrat verschoben werden, beziehungsweise zwischen den Laserpulsen muss die Fokusposition angepasst werden. Trägheitsbehaftete System wie beispielsweise X-Y-Z- Verschiebetische oder Galvano-Scanner ermöglichen typischerweise aber nicht die Flexibilität und die Geschwindigkeit, die für hochdynamische Prozessstrategien notwendig sind.

Darstellung der Erfindung

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems, sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.

Entsprechend wird ein Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, mittels ultrakurzer Laserpulse eines Laserstrahls eines Ultrakurzpulslasers vorgeschlagen, wobei der mindestens eine Teilbereich an einer Grenzschicht auf einem Substrat angeordnet ist, wobei das Substrat im Wesentlichen transparent für die Wellenlänge der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls ist, wobei die Grenzschicht durch das Substrat hindurch mit den ultrakurzen Laserpulsen des Laserstrahls beaufschlagt wird, wodurch der mindestens eine Teilbereich verarbeitet wird. Erfindungsgemäß wird die Fokusposition der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls in der Grenzschicht pulsgenau angepasst. Der Ultrakurzpulslaser stellt hierbei die Laserpulse des Laserstrahls zur Verfügung, wobei die einzelnen Laserpulse den Laserstrahl in der Strahlausbreitungsrichtung ausbilden. Die Pulsdauer der ultrakurzen Laserpulse kann hierbei zwischen 50fs und 1000ps liegen, bevorzugt zwischen 100fs und 100ps liegen, besonders bevorzugt zwischen 50fs und 20ps liegen.

Die Laserpulse können hierbei auch Teil eines sogenannten Laserbursts sein, wobei jeder Laserburst mehrere Laserpulse umfasst. Während der Länge des Laserbursts können die Laserpulse sehr dicht, beispielsweise im Abstand weniger Piko- bis Nanosekunden, aufeinander folgen. Bei den Laserbursts kann es sich insbesondere um GHz-Bursts handeln, bei denen die Abfolge der aufeinanderfolgenden Laserpulse des jeweiligen Bursts im GHz Bereich stattfindet.

Der Teilbereich des Schichtsystems kann insbesondere ein Teilbereich eines Mehrschichtsystems sein. Beispielsweise ist ein solcher Teilbereich eine Mikro-LED, eine Mini-LED oder eine sonstige LED. Ein Schichtsystem kann aber auch lediglich eine Schicht eines Materials umfassen. Im Folgenden wird das Verfahren überwiegend anhand einer Mikro-LED beschrieben.

Mikro-LEDs sind im Allgemeinen lokalisierte pn-Übergänge von Halbleitern, insbesondere von lll/V- Halbleitern, etwa Galliumnitrid GaN, die beim Anlegen einer Spannung oder eines Stroms Licht einer bestimmten Wellenlänge, bevorzugt einer sichtbaren Wellenlänge ausgeben. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Mikro-LED auch Licht im UV-Bereich oder im IR-Bereich abgibt.

Eine Mikro-LED hat hierbei äußere Abmessungen von wenigen Mikrometern. Beispielsweise können Mikro-LEDs rund oder rechteckig sein und ein Durchmesser oder Kantenlänge von einigen 10pm aufweisen. Beispielsweise kann eine Mikro-LED quadratisch und 20x20pm2 oder 30x30pm2 groß sein.

Die Mikro-LEDs werden typischerweise auf einem Substrat gefertigt. Hierzu werden die p- und n- dotierten Halbleiter nacheinander auf das Substrat abgeschieden. Die erste Schicht der Mikro-LED ist dementsprechend an einer Grenzschicht auf dem Substrat angeordnet. Zudem weist die erste Schicht auf dem Substrat beispielsweise eine p-Dotierung auf und die zweite Schicht auf der ersten Schicht weist eine n-Dotierung auf. An der Grenzfläche der p- und n-dotierten Schicht entsteht so ein pn-Übergang, der beim Anlagen einer Spannung oder eines Stroms Licht erzeugt. Die Schichten werden anschließend entlang der Schichtnormalen getrennt, so dass eine Vielzahl von Mikro-LEDs auf dem Substrat entsteht.

Problematisch ist hierbei insbesondere, dass das Substrat die Funktionalität der Mikro-LEDs beeinflussen kann, da beispielsweise durch das Substrat lediglich ein unzureichender Abtransport der entstehenden Wärme möglich ist, die beim Betrieb der Mikro-LEDs entsteht. Zudem kann das Substrat die optischen Eigenschaften verschlechtern, wenn das Licht der Mikro-LEDs erst durch das Substrat hindurchdringen muss, bevor es zum Beobachter gelangt. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, das Substrat von der Mikro-LED zu entfernen.

Zu diesem Zweck kann das Substrat ein im Wesentlichen transparentes Material wie beispielsweise Saphir oder ein Polymer oder ein Kunststoff sein oder umfassen, oder aus Silizium bestehen oder Silizium umfassen, wie beispielsweise Siliziumcarbid SiC. Im Wesentlichen transparent bedeutet dabei, dass das Material teilweise oder vollständig das Laserlicht der gegebenen Wellenlänge transmittieren kann, also beispielsweise mehr als 80% oder mehr als 85% oder mehr als 90% oder mehr als 95% oder mehr als 99% des Lichts transmittieren kann, sodass ein Durchdringen des Laserstrahls durch das Substrat möglich ist und somit auch ein Verarbeiten dea in Strahlausbreitungsrichtung unterliegenden Mikro-LED erfolgen kann. Der Laserstrahl kann also durch das mindestens teilweise transparente Substrat geführt werden.

In der Grenzschicht kann die Laserenergie schließlich mindestens teilweise absorbiert werden, da die Mikro-LED typischerweise nicht transparent für die Laserwellenlänge ist. Die Grenzschicht umfasst hierbei insbesondere einen substratseitigen Abschnitt der Mikro-LED der durch die Eindringtiefe des Laserstrahls in die Mikro-LED gegeben ist. Die Grenzschicht kann aber auch oder zudem eine Pufferschicht umfassen, die auf dem Substrat aufgetragen wurde, um die Gitterfehlanpassung zwischen Substrat und Mikro-LED zu reduzieren.

Beispielsweise kann im Falle einer Galliumnitrid GaN Mikro-LED durch die eingebrachte Laserenergie in der Grenzschicht das GaN in flüssiges Gallium und gasförmigen Stickstoff getrennt werden. Dadurch entsteht ein Dampfdruck in der Grenzschicht, der die Mikro-LED von dem Substrat trennt. Es kann aber auch sein, dass die Mikro-LED von dem Substrat gelöst wird und beispielsweise zu einem Trägersubstrat, beispielsweise zu einer unterliegenden Aktivmatrix oder einer Transferschicht überführt wird. Die Verarbeitung des Teilbereichs kann somit insbesondere die Laser-induzierte Vorwärtsübertragung des Teilbereichs und/oder dem Laser Lift-Off eines Teilbereichs von einem Substrat sein.

Erfindungsgemäß wird die Fokusposition der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls in der Grenzschicht pulsgenau angepasst. Insbesondere kann die Position der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls in der Grenzschicht pulsgenau an die Geometrie des Teilbereichs angepasst werden.

Der Begriff „Fokus“ im Allgemeinen wird als eine gezielte Intensitätsüberhöhung verstanden, wobei die Laserenergie in einen „Fokusbereich“ oder eine „Fokuszone“ konvergiert. Insbesondere wird daher im Folgenden der Ausdruck „Fokus“ unabhängig von der tatsächlich verwendeten Strahlform und den Methoden zur Herbeiführung einer Intensitätsüberhöhung verwendet. Durch eine „Fokussierung“ der Laserpulse kann der Ort der Intensitätserhöhung entlang der Strahlausbreitungsrichtung beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Intensitätsüberhöhung quasi punktförmig sein und der Fokusbereich einen Gauß-förmigen Intensitätsquerschnitt aufweisen, wie er von einem Gauß’schen Laserstrahl zur Verfügung gestellt wird. Die Intensitätsüberhöhung kann auch linienförmig ausgebildet sein, wobei sich um die Fokusposition ein Besselförmiger Fokusbereich ergibt, wie er von einem nicht-beugenden Strahl zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren sind auch andere komplexere Strahlformen möglich, deren Fokusposition sich in drei Dimensionen erstreckt, wie beispielsweise ein Multifokusverteilungen aus Gauß’schen Laserstrahlen und/oder nicht Gauß’schen Intensitätsverteilungen, wie weiter unten beschrieben.

Die Fokusposition ist hierbei der Ort oder die Koordinate der Fokuszone in der Ebene, insbesondere der Fokusebene, senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Laserpulse. Die Fokusposition kann beispielsweise die Schwerpunktskoordinate oder die Mittelpunktskoordinate sein.

Die Fokusposition kann pulsgenau angepasst werden, so dass jeder Laserpuls in eine andere Fokuszone geleitet wird und dementsprechend jeder Laserpuls einen anderen Ort der Grenzschicht beaufschlagen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass verschiedene Laserpulse denselben Ort beaufschlagen.

Durch eine solche pulsgenaue Anpassung der Fokusposition kann ein zu verarbeitender Teilbereich thermisch optimiert mit Laserpulsen abgerastert werden. Dementsprechend weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die Prozessqualität optimiert werden kann und dass der Verarbeitungsdurchsatz bei voller Flexibilität erhöht werden kann.

Zudem kann auf diese Weise aber auch ein bestimmter Teilbereich auf dem Substrat adressiert und verarbeitet werden. Insbesondere kann dadurch von Laserpuls zu Laserpuls von einem Teilbereich zu einem anderen Teilbereich auf dem Substrat gesprungen werden, um beispielsweise Teilbereiche im Verarbeitungsprozess zu überspringen und gleichzeitig eine hohe Prozessgeschwindigkeit beizubehalten.

In dem die Fokusposition pulsgenau angepasst werden kann, wird auch eine hochdynamische Verarbeitung der Teilbereiche auf dem Substrat ermöglicht. Insbesondere wird dann die Verarbeitungsgeschwindigkeit nur noch von der Repetitionsrate der Laserpulse beschränkt.

Die Wellenlänge des Laserstrahls kann zwischen 50nm und 300nm liegen, bevorzugt zwischen 250nm und 270nm liegen. Die Wellenlänge kann insbesondere so ausgelegt sein, dass der Teilbereich bei der Wellenlänge eine besonders hohe Absorption aufweist und das Substrat eine geringe Absorption aufweist. Dadurch kann der Teilbereich durch das Substrat hindurch verarbeitet werden. Zudem können mit kleinen Wellenlängen auch kleinere Fokuszonen ausgebildet werden, so dass besonders kleine Strukturen auf dem Substrat gezielt beaufschlagt werden können.

Der Ultrakurzpulslaser kann in seiner Grundmode betrieben werden, wobei die Beugungsmaßzahl M ² kleiner als 1 ,5 ist.

Dementsprechend kann als Lasermode die grundlegende Transversal-Elektrische Mode TEMOO verwendet werden, die im Strahlquerschnitt eine reine Gauß’sche Strahlform aufweist und dadurch prinzipiell die höchste Strahlqualität aufweist. Insbesondere ist bei der TEOO Mode der Strahlquerschnitt kleiner als bei den höheren Moden, so dass eine gezieltere Verarbeitung der Teilbereiche ermöglicht wird. Die Beugungsmaßzahl gibt hierbei die Abweichung des Laserstrahl von der idealen TEOO Mode an.

Die Fluenz kann zwischen 0,05J/cm2 und 10J/cm2 liegen, bevorzugt zwischen 0,1J/cm2 und 1J/cm2 liegen.

Durch die Fluenz kann die Verarbeitungsqualität eingestellt werden, da die in der Grenzschicht deponierte Energie direkt den LLO- oder LIFT-Prozess beeinflusst. Beispielsweise hat die deponierte Energie einen Einfluss auf die Größe des entstehenden Dampfdrucks, der die MikroLED vom Substrat löst.

Die Repetitionsrate der Laserpulse kann größer als 10kHz sein, bevorzugt größer als 1 MHz sein.

Durch die Repetitionsrate der Laserpulse kann insbesondere die Verarbeitungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Beispielsweise kann mit einem Laserpuls ein Teilbereich verarbeitet werden. Dementsprechend können mehr Teilbereiche verarbeitet werden, wenn eine hohe Repetitionsrate der Laserpulse gewählt wird.

Die Repetitionsrate der Laserpulse kann beispielsweise 10MHz sein, so dass pro Sekunde über zehn Millionen Teilbereiche verarbeitet werden können. Dadurch wird ein besonders hoher Durchsatz von Teilbereichen ermöglicht.

Der Laserstrahl des Ultrakurzpulslasers kann eine definierte Polarisation aufweisen, bevorzugt linear polarisiert sein. Die Polarisation beschreibt hierbei die Ausrichtung, insbesondere die räumlich oder zeitlich veränderliche Ausrichtung des elektrischen Feldvektors des Laserstrahls relativ zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls.

Beispielsweise kann ein Laserstrahl s-polarisiert, oder p-polarisiert, oder zirkular polarisiert oder elliptisch polarisiert sein. In dem der Laserstrahl eine definierte Polarisation aufweist, können insbesondere hochleistungstaugliche Bauelemente verwendet werden, die eine definierte Eingangspolarisation benötigen. In diesem Sinne kann das Verfahren durch die definierte Polarisation auch mit besonders hohen Laserleistungen angewandt werden.

Die Position der Laserpulse kann mit einer Strahlformungsvorrichtung angepasst werden, wobei die Strahlformungsvorrichtung ein diffraktives optisches Element und/oder ein Mikrolinsenarray und/oder bevorzugt ein akustooptischer Deflektor ist.

Ein diffraktives optisches Element ist dazu eingerichtet, den einfallenden Laserstrahl in zwei Raumdimensionen in einer oder mehreren Eigenschaften zu beeinflussen. Typischerweise ist ein diffraktives optisches Element ein speziell ausgeformtes Beugungsgitter, wobei durch die Beugung der einfallende Laserstrahl in die gewünschte Strahlform gebracht wird.

Mikrolinsenarrays umfassen Anordnungen von mehreren Mikrolinsen. Mikrolinsen sind hierbei kleine Linsen, insbesondere Linsen mit einem typischen Abstand Linsenmitte zu Linsenmitte („Pitch“) von 0,1 bis 10 mm bevorzugt 1 mm, wobei jede Einzellinse der Anordnung die Wirkung einer normalen, makroskopischen Linse aufweisen kann. Mit den mehreren Mikrolinsenarrays wird aus dem (zumindest im Wesentlichen) kollimierten Eingangslaserstrahl ein Winkelspektrum erzeugt, wobei je nach Abstand der Mikrolinsenarrays durch Interferenz- und Beugungseffekte eine Vielzahl an Teillaserstrahlen entstehen. Aus der variablen Veränderung des Interferenzmusters folgt eine Variation der Anzahl an Teillaserstrahlen.

In einer akustooptischen Deflektoren-Einheit wird mit einer Wechselspannung an einem Piezokristall in einem optisch angrenzenden Material eine akustische Welle erzeugt, die den Brechungsindex des Materials periodisch moduliert. Die Welle kann hierbei durch das optische Material propagieren, beispielsweise als propagierende Welle oder als Wellenpaket, oder als stehende Welle ausgebildet sein. Durch die periodische Modulation des Brechungsindex wird hierbei ein Beugungsgitter für einen einfallenden Laserstrahl realisiert. Ein einfallender Laserstrahl wird an dem Beugungsgitter gebeugt und dadurch zumindest teilweise unter einem Winkel zu seiner ursprünglichen Strahlausbreitungsrichtung abgelenkt. Die Gitterkonstante des Beugungsgitters und somit der Ablenkwinkel hängt dabei unter anderem von der Wellenlänge der akustischen Welle ab und dadurch von der Frequenz der angelegten Wechselspannung. Über eine Kombination von zwei akustooptischen Deflektoren in einer Deflektoren-Einheit lassen sich so beispielsweise Ablenkungen in x- und y-Richtung erzeugen.

Die akustooptische Deflektoren-Einheit kann insbesondere eine polarisationsabhängige akustooptische Deflektoren-Einheit sein und dadurch besonders leistungstauglich sein. Beispielswiese kann die aktusooptische Deflektoren-Einheit eine Deflektoren-Einheit auf Quarzbasis sein.

Durch die oben genannten Strahlformungsvorrichtungen ist eine besonders schnelle Umpositionierung der Laserpulse in der Grenzschicht möglich.

Aufeinanderfolgende Laserpulse können unterschiedliche Fokuspositionen in der Grenzschicht aufweisen, bevorzugt den größtmöglichen Abstand zueinander innerhalb der noch nicht beaufschlagten Geometrie des Teilbereichs aufweisen.

Indem die aufeinanderfolgenden Laserpulse in der Grenzschicht verteilt werden, kann der Wärmeeintrag besonders gut kontrolliert werden. Insbesondere wird dadurch die Gefahr verringert, dass ein Teilbereich durch einen zu großen Energieeintrag beschädigt wird. Insbesondere kann durch die optimierte Wärmeverteilung die unerwünschte Rissbildung reduziert werden.

Bevorzugt weisen aufeinander folgende Laserpulse den größtmöglichen Abstand zueinander auf. Wenn beispielsweise ein erster Laserpuls in die linke obere Ecke einer rechteckigen Grenzschicht eines Teilbereichs geführt wird, dann kann der zweite Laserpuls beispielsweise in die rechte untere Ecke geführt werden. Anschließend kann ein dritter Laserpuls in die linke untere Ecke geführt werden, und so weiter.

Insbesondere kann somit jeder einzelne Teilbereich mit einer Vielzahl von Laserpulsen abgerastert werden.

Die Laserpulse können mindestens teilweise eine unterschiedliche Strahlform aufweisen, bevorzugt eine Multifokusverteilung aufweisen.

Die Strahlform eines Laserstrahls kann beispielsweise durch die Intensitätsverteilung in der Ebene, in der die Fokuszone des Laserstrahls liegt, senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung charakterisiert werden. Diese Ebene ist die sogenannte Fokusebene. Die Strahlform kann ebenfalls durch die Intensitätsverteilungen in den Ebenen, in denen die Strahlausbreitung erfolgt, charakterisiert werden. Beispielsweise kann der Laserstrahl in der Fokusebene linienförmig ausgebildet sein. Es kann aber auch sein, dass der Laserstrahl in Strahlausbreitungsrichtung elongiert ist, wobei sich beispielsweise um die Fokusposition ein Besselförmiger Fokusbereich ergibt, wie er von einem nicht-beugenden Strahl zur Verfügung gestellt werden kann. Eine Strahlform kann auch durch die Grundmode oder eine höhere TE-Mode gegeben sein.

Des Weiteren umfasst die Strahlform auch komplexere Strahlformen, wie beispielsweise eine sogenannte Multifokusverteilung, bei der der Laserstrahl eine Vielzahl von Fokuszonen ausbildet.

Die Multifokusverteilung ist eine räumliche Verteilung von einzelnen Fokuszonen, sogenannten Einzelfoki. Die Multifokusverteilung umfasst mindestens zwei Einzelfoki, wobei die Einzelfoki räumlich getrennt voneinander sind. Die Einzelfoki können jedoch alle in derselben Fokusebene liegen, so dass die Einzelfoki alle in einer Ebene entlang der Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls anzutreffen sind, jedoch unterschiedliche Koordinaten in der Fokusebene senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung aufweisen.

Eine Multifokusverteilung wird durch eine sogenannte Strahlformungsvorrichtung bereitgestellt, wobei der einfallende Laserstrahl in eine Vielzahl von Teillaserstrahlen werden kann, die zu unterschiedlichen Einzelfoki geführt werden. Die Strahlformung umfasst hierbei die Ausgestaltung der Multifokusverteilung. Die Strahlformung kann hierbei aber auch die Ausgestaltung der Einzelfoki umfassen, wie beispielsweise das Ausbilden von Gauß’schen oder nicht-beugenden Laserstrahlen.

Indem die Laserenergie auf verschiedene Einzelfoki verteilt wird, wird auch die Laserenergie in der Grenzschicht verteilt. Dadurch kann insbesondere eine flächige Verarbeitung der Mikro-LED erreicht werden, wodurch laterale Materialspannungen verringert werden. Gewissermaßen kann mit der Multifokusverteilung eine homogene Flattopstrahlform mit den Einzelfoki imitiert werden, wobei jedoch jeder Einzelfokus beispielsweise Gaußförmig ist. Dementsprechend sind die Anforderungen etwa an die Phasenfront des Laserstrahls deutlich geringer als bei einem Flattopstrahl. So kann der Ultrakurzpulslaser beispielsweise in seiner Grundmode betrieben werden und benötigt keinen Multimode-Betrieb.

Insbesondere kann eine Multifokusverteilung eine gitterförmige Anordnung von Gauß’schen Fokuszonen sein. Beispielsweise kann eine erster Laserpuls in einer TE00 Mode propagieren, während ein zweiter Laserpuls eine Verteilung von 4x4 TE00 Moden aufweist und eine dritter Laserpuls eine in Strahlausbreitungsrichtung elongierte Fokuszone aufweist. Dementsprechend können mehrstufige Energiedepositionsprozesse eingesetzt werden, welche beispielsweise ein gezieltes Formen einer Druckwelle ermöglichen, die für den LLO und/oder LIFT Prozess vorteilhaft sind.

Beispielsweise kann für die Verarbeitung von Teilbereichen die Fokusposition der Multifokusverteilung pulsgenau angepasst werden. Beispielsweise kann mit einer Multifokusverteilung von 3 mal 3 Einzelfoki ein Substrat abgerastert werden. Dadurch kann die Grenzschicht der Teilbereiche räumlich homogen beaufschlagt werden, die Prozessgeschwindigkeit entspricht aber immer noch der Repetitionsfrequenz der Laserpulse.

Die zu beaufschlagenden Teilbereiche können durch eine Diagnostikvorrichtung ausgewählt werden.

Eine Diagnostikvorrichtung kann eine Datenbank enthalten, die die Koordinaten der funktionierenden Teilbereiche können zusammen mit einer Identifikationsnummer des Substrats enthält. Die Koordinaten der funktionierenden Teilbereiche können beispielsweise bei Funktionalitätstest festgestellt werden. Die Diagnostikvorrichtung mittelbar mit der Strahlformungsvorrichtung kommunizieren, so dass lediglich funktionierende Teilbereiche verarbeitet werden.

Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.

Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines Teilbereichs eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, vorgeschlagen, umfassend einen Ultrakurzpulslaser und eine Bearbeitungsoptik, wobei der Ultrakurzpulslaser dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl aus ultrakurzen Laserpulsen bereitzustellen, wobei der Teilbereich an einer Grenzschicht auf einem Substrat angeordnet ist, wobei das Substrat im Wesentlichen transparent für die Wellenlänge der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls ist, wobei die Bearbeitungsoptik dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in die Grenzschicht zu überführen und diese mit den ultrakurzen Laserpulsen zu beaufschlagen, wodurch der Teilbereich verarbeitet wird. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine Strahlformungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Fokusposition der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls in der Grenzschicht pulsgenau anzupassen.

Beispielsweise kann eine solche Bearbeitungsoptik eine Linse oder ein Spiegel oder ein Teleskop sein, mit dem insbesondere die Lage der Fokusebene in Strahlausbreitungsrichtung bestimmt werden kann. Dadurch kann die Fokusebene mit der Grenzschicht zwischen Substrat und Teilbereich zum Überlapp gebracht werden.

Der Ultrakurzpulslaser kann einen Grundlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1030nm bereitstellen und einen Frequenzverdopplungskristall umfassen, der dazu eingerichtet ist, die Frequenz des auftreffenden Laserstrahls zu verdoppeln, beziehungsweise die Wellenlänge zu halbieren.

Der Grundlaserstrahl kann zweimal durch den Frequenzverdopplungskristall geführt werden, , bevorzugt sequentiell durch einen ersten Frequenzverdopplungskristall und anschließend durch einen zweiten Frequenzverdopplungskristall geführt werden, wodurch die Frequenz des Grundlaserstrahls insgesamt vervierfacht wird, beziehungsweise die Wellenlänge des Grundlaserstrahls insgesamt geviertelt wird und somit ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge zwischen 250nm und 270nm bereitgestellt wird.

Die ultrakurzen Laserpulse eignen sich wegen ihrer hohen Pulsspitzenintensitäten besonders gut für solche Frequenzverdopplungen, da diese nicht-linearen Effekte typischerweise mit der verwendeten Intensität skalieren. Dadurch ist es auch besonders einfach mit ultrakurzen Laserpulsen Wellenlänge im UV-Bereich oder DUV (Deep UV) Bereich bereitzustellen.

Mindestens eine optische Komponente der Vorrichtung kann CaF oder kristallinen Quarz umfassen, oder aus CaF oder kristallinem Quarz sein und/oder als reflektives Element ausgestaltet sein.

Beispielsweise kann die Bearbeitungsoptik eine solche optische Komponente sein. Es ist aber auch möglich, dass ein Spiegel und/oder ein Linsensystem, welches den Laserstrahl vom Ultrakurzpulslaser zur Strahlformungsvorrichtung führt, eine solche optische Komponente ist.

Optische Komponenten aus CaF oder kristallinem Quarz eignen sich besonders für UV und/oder DUV Anwendungen, da sie für die kurzen Wellenlängen eine sehr geringe Absorption aufweisen. Reflektive Elemente haben hierbei den Vorteil, dass die UV Strahlen nicht in das Material der optischen Komponenten eindringen und mit ihm wechselwirken. Insbesondere können dadurch unerwünschte nichtlineare Effekte vermieden werden.

Die Vorrichtung kann eine Steuerung aufweisen, die kommunikativ mit dem Ultrakurzpulslaser und der Strahlformungsvorrichtung verbunden ist und dazu eingerichtet ist, den Ultrakurzpulslaser und die Strahlformungsvorrichtung zu steuern.

Beispielsweise kann die Steuerung ein FPGA und/oder ein Computer und/oder ein Mikrochip sein. In dem die Steuerung mit der Strahlformungsvorrichtung und dem Ultrakurzpulslaser kommunikativ verbunden ist, kann die Steuerung entsprechende Steuersignale senden und empfangen. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass die Pulsabgabe durch den Ultrakurzpulslaser gesteuert wird. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass Anpassung der Fokusposition durch die Strahlformungsvorrichtung gesteuert wird. Insbesondere ist es möglich, dass die Anpassung der Fokusposition und die Abgabe der Laserpulse miteinander koordiniert wird.

Die Steuerbefehle beziehungsweise deren Ausführung kann hierbei in allen angeschlossenen Vorrichtungen mit der Seed-Frequenz des Lasers synchronisiert werden, so dass eine gemeinsame Zeitbasis für alle Komponenten existiert.

Die Vorrichtung kann eine Vorschubvorrichtung aufweisen, bevorzugt einen Scanner, besonders bevorzugt einen Galvano-Scanner, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in der Fokusebene zu, wobei die Vorschubvorrichtung kommunikativ mit der Steuerung verbunden ist.

Sowohl die Vorschubvorrichtung als auch eine Scanner-Optik können über die Seed-Frequenz synchronisiert werden, so dass für den Vorschub, die Strahlablenkung, die Strahlformung und die Ansteuerung des gepulsten Lasers eine gemeinsame Zeitbasis existiert.

Die Vorrichtung kann auch eine Diagnostikvorrichtung aufweisen, die eine Datenbank mit den Koordinaten funktionierender Mikro-LEDs auf dem Substrat enthält, und die kommunikativ mit der Steuerung verbunden ist, oder als Teil der Steuerung ausgebildet ist.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1A, B, C eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 2A, B, C, D, E, F eine weitere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 3A, B eine weitere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen

Verfahrens;

Figur 4A, B eine weitere schematische Darstellung des erfindungsgemäßen

Verfahrens;

Figur 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und Figur 6A, B eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.

In Figur 1 A ist schematisch ein vereinfachtes Verarbeitungsverfahren, insbesondere ein LLO beziehungsweise LIFT Verfahren gezeigt, bei dem ein Teilbereich 1 in Form einer Mikro-LED 1 von einem Substrat 30 direkt auf eine Aktivmatrix 32 übertragen wird. Das vereinfachte Bearbeitungsverfahren gilt analog für allgemeine Teilbereiche 1 des Schichtsystems.

Hierfür wird von einem Ultrakurzpulslaser 2 (nicht gezeigt) ein Laserstrahl 20 bereitgestellt in dem die ultrakurzen Laserpulse laufen. Die Mikro-LED 1 ist hierbei im Ausgangszustand an einer Grenzschicht 130 auf dem Substrat 30 angeordnet.

Beispielsweise kann das Substrat 30 aus Saphir sein, welches ein Materialdicke zwischen 100pm und 5 mm aufweisen kann. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat 30 eine Trägerschicht ist, bzw. ein Trägersubstrat ist, etwa eine Folie, ein Klebstoff oder ein Wafer, von dem aus in einem weiteren Schritt die Mikro-LEDs 1 auf ein Displaypanel übertragen werden. Insbesondere sind die Schichtdicken in den Figur 1A, B nicht maßstabsgetreu gezeichnet.

Die Mikro-LEDs 1 können hierbei mehrere Schichten 11 , 12, 13 aufweisen, beispielsweise eine Schicht 11 aus n-dotiertem Galliumnitrid (GaN) und eine Schicht 13 aus p-dotiertem GaN. Zwischen den beiden Schichten 11 , 13 bildet sich hierbei ein pn-Übergang aus 12, in dem beim Anlegen eines Stroms oder einer Spannung Licht einer charakteristischen Wellenlänge entsteht. Die Schichten 11 , 13 können beispielsweise zwischen 1 nm und 1 Opm dick sein kann. Beispielsweise können die vertikalen Schnitte in dem Schichtsystem schon vorhanden sein, beziehungsweise durch einen vorherigen Verfahrensschritt in das Schichtsystem eingebracht worden sein, so dass die herauszulösenden Mikro-LEDs 1 nur noch über die Grenzschicht 130 mit dem Substrat verbunden sind.

Die Grenzschicht 130 zwischen der Mikro-LED 1 und dem Substrat 30 wird mit dem Laserstrahl 20 beziehungsweise mit den darin laufenden Laserpulsen 202 beaufschlagt. Da das Substrat 30 transparent für die Wellenlänge des Laserstrahl 20 ist, kann der Laserstrahl 20 durch das Substrat 30 zur Grenzschicht 130 geleitet werden.

Beispielsweise kann das GaN der ersten Schicht 11 der Mikro-LED 1 nicht transparent für die Wellenlänge des Laserstrahls 20 sein, so dass die eingebrachte Laserenergie der ultrakurzen Laserpulse dort absorbiert wird. Durch die eingebrachte Energie kann an der Grenzfläche das GaN zu flüssigem Gallium und gasförmigem Stickstoff getrennt werden, wodurch sich an der Grenzfläche 130 ein Dampfdruck ausbildet, der die Mikro-LED 1 von dem Substrat 30 löst. Gleichzeitig kann beispielsweise durch Laserablation an der Grenzfläche 130 die Mikro-LED 1 von dem Substrat getrennt werden. Gewissermaßen kann durch die Wechselwirkung des Laserstrahls 20 mit der ersten Schicht eine gezielte Schädigung entlang der Grenzschicht 130 erreicht werden, so dass die Mikro-LED 1 entlang der Grenzschicht 130 getrennt werden kann. Das Ablösen der Mikro-LED 1 von dem Substrat 30 wird hierbei Laser Lift-Off (LLO) genannt.

Gleichzeitig können die Mikro-LEDs 1 durch die entstehenden Kräfte auf ein Trägersubstrat 32 übertragen werden. Insbesondere können so Mikro-LEDs 1 direkt auf einem Trägersubstrat befestigt beispielsweise geklebt werden oder auf ein Trägersubstrat, beispielsweise einen weiteren Wafer, übertragen werden. Insbesondere kann die Mikro-LED 1 so auf eine Aktivmatrix als Trägersubstrat 32 aufgetragen werden, die dazu eingerichtet ist, eine Spannungs- und/oder Stromversorgung der Mikro-LED 1 zur Verfügung zu stellen.

In Figur 1 B ist das Trägersubstrat 32 etwa eine adhäsive Schicht. Da die Mikro-LEDs 1 von dem Substrat 30 an der Grenzschicht 130 getrennt wurde, und auf die adhäsive Schicht 32 übertragen wurde, verbleiben beim Entfernen des Substrats 30 die gewünschten Mikro-LEDs 1 auf dem Trägersubstrat 32.

In Figur 1C ist eine mögliche Bearbeitungsstrategie beziehungsweise Pulssequenz gezeigt, die nacheinander in die Grenzschicht 130 eingebracht werden. Dabei werden mehrere Laserpulse 202 mit unterschiedlicher Pulsenergie oder zeitlichen Abständen kombiniert.

Die ultrakurzen Laserpulse weisen eine Pulsdauer von zwischen 50fs und 1000ps auf, bevorzugt zwischen 100fs und 100ps auf, besonders bevorzugt zwischen 50fs und 20ps auf. Die Repetitionsrate der Laserpulse kann größer als 10kHz sein, bevorzugt größer als 1 MHz sein. In einem Laserburst 200 kann die Repetitionsrate jedoch deutlich größer sein. Die Wellenlänge des Laserstrahls 20 kann zwischen 50nm und 300nm, bevorzugt bei 257 oder 258nm liegen. Zudem kann der Laser 2 in seiner Grundmode betrieben werden. Die Fluenz kann zwischen 0,05J/cm2 und 10J/cm2 liegen, bevorzugt zwischen 0,1J/cm2 und 1J/cm2 liegen. Der Abschnitt der Pulssequenz in Figur 1 C besteht zunächst aus zwei Laserpulsen 202, wobei der erste Laserpuls 202 länger ist als der zweite Laserpuls 202. Der zweite Laserpuls 202 weist jedoch eine höhere Intensität auf. Der zweite Abschnitt der Pulssequenz ist eine spezifische Abfolge von Laserpulsen 202 die alle dieselbe Pulslänge aberwachsende Pulsabstände und sinkende Pulsintensitäten aufweisen. Der dritte Abschnitt der Pulssequenz zeigt einen GHz-Laserburst 200 in dem die Laserpulse 202 einen Abstand von wenigen Nanosekunden aufweisen oder wo der Abstand kleiner als 1 ns ist. Der vierte Abschnitt der Pulssequenz zeigt erneut zwei Laserpulse 202 mit gleicher Pulslänge, wobei der zweite Laserpuls 202 jedoch eine geringere Intensität aufweist als der erste Laserpuls 202.

Alle Laserpulse 200 haben einen zeitlichen Abstand, der beispielsweise der Seed-Frequenz des Ultrakurzpulslasers 2 entspricht. Dementsprechend können die Laserpulse 200 synchron zu einer Taktfrequenz des Ultrakurzpulslasers 2 sein.

In Figur 2A ist ein erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt, mit dem Teilbereiche 1 mittels mehrerer Laserpulse 202 verarbeitet werden können. Hierzu werden die Fokuspositionen zwischen jedem Laserpuls 202 in der Grenzschicht 130 angepasst. Die Laserpulse 202 sind hierbei beispielsweise Teil einer Pulssequenz, die beispielsweise zehn Laserpulse 200 umfasst, die von #1 bis #10 durchnummeriert sind. Jeder Laserpuls 202 kann eine andere Fokusposition in der Grenzschicht 130 aufweisen, so dass die Fokusposition der ultrakurzen Laserpulse 202 des Laserstrahls in der Grenzschicht 130 pulsgenau angepasst wird. Beispielsweise kann die Repetitionsrate der Laserpulse 202 hier zwischen 10kHz und 50MHz groß sein, etwa 25MHz groß sein. Beispielsweise kann die erste Fokusposition von den Laserpulsen #1 , #6 beaufschlagt werden, die zweite Fokusposition von den Laserpulsen #2, #7 beaufschlagt werden, die dritte Fokusposition von den Laserpulsen #3, #8 beaufschlagt werden, die vierte Fokusposition von den Laserpulsen #4, #9 beaufschlagt werden und die fünfte Fokusposition von den Laserpulsen #5, #10 beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung der Grenzschicht 130 in allen Fokuspositionen dauert bei einer Repetitionsrate von beispielsweise 10MHz, lediglich 1 ps.

Eine solche schnelle Umpositionierung der Fokuspositionen kann beispielsweise mit einem akustooptischen Deflektor ermöglicht werden, wie weiter unten beschrieben.

In Figur 2B ist ein weiters erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt. Hierfür wird die Grenzschicht 130 des Teilbereichs 1 mit 16 Laserpulsen 202 beaufschlagt, wobei die Fokusposition zwischen den Laserpulsen 202 angepasst wird. Somit entsteht ein Muster von 4 mal 4 Fokuszonen in der Grenzschicht 130, wo die Laserpulse 202 eingebracht werden. Durch dieses sequenzielle Abrastern des Teilbereichs 1 kann die thermische Energieeinbringung optimiert werden. In Figur 2C ist eine nach diesem Verfahren verarbeitete Mikro-LED 1 zu sehen, die die Signatur der 16 Laserpulse trägt.

In Figur 2D ist ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt. Hierbei werden sechs Laserpulse nacheinander in die Grenzschicht 130 eines Teilbereichs 1 eingebracht. Die sechs Laserpulse 202, durchnummeriert von #1 bis #6, werden hierbei nacheinander in verschiedenen Fokuspositionen eingebracht. Die nacheinander beaufschlagten Positionen sind hierbei nicht direkt benachbart, so dass die thermische Einwirkung über die gesamte Grenzschicht 130 verteilt wird und somit die thermische Einbringung optimiert wird.

Analog ist in Figur 2E eine Prozessstrategie gezeigt, wobei die Fokuspositionen der Laserpulse 202 immer möglichst weit voneinander entfernt sind. Beispielsweise ist die die Position #2 am weitesten von #1 entfernt. Ebenso ist die Position #3 am weitesten voneinander entfernt, und so weiter.

In Figur 2F ist ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt. Hierbei wird pro Teilbereich 1 lediglich ein Laserpuls 202 abgegeben, wobei aufeinanderfolgende Laserpulse 202 die Grenzschichten 130 unterschiedlicher Teilbereiche 1 beaufschlagen. Beispielsweise wird bei einem ersten Durchgang die erste Fokusposition der ultrakurzen Laserpulse 202 zunächst in die linke untere Ecke des Teilbereichs 1 gelegt. Erst wenn der Teilbereich 1 , oder auch nur ein Teil des Teilbereichs 1 eines Substrats 30, verarbeitet wurden, wird die Grenzschicht des ersten Teilbereichs 1 erneut beaufschlagt. Es ist dementsprechend möglich, dass der Laserstrahl 20 zwischen den Laserpulsen 202 zwischen den verschiedenen Teilbereichen hin- und herspringt und die Teilbereiche 1 gewissermaßen sequenziell an verschiedenen Fokuspositionen beaufschlagt. Dadurch kann insbesondere der Auf- und Abbau der Materialspannungen gesteuert werden, und somit die Prozessqualität optimiert werden. Für die Fokuspositionen auf den einzelnen Teilbereichen kann wiederum eine Prozessstrategie, wie in Figuren 2D, E gezeigt, angewendet werden.

In Figur 3 ist ein weiteres Verfahren gezeigt, mit dem Teilbereiche 1 mittels mehrerer Laserpulse 202 eines Laserbursts 200 verarbeitet werden können. Hierbei wird nicht nur die Fokusposition zwischen den Laserpulses 202 verändert. Die Laserpulse 202 weisen auch unterschiedliche Strahlformen auf, die von einer Strahlformungsoptik 4 (nicht gezeigt) aufgeprägt werden können. Die unterschiedlichen Strahlformen werden hierbei durch die unterschiedlichen Symbole (Kreis, Quadrat, Dreieck, Sechseck) repräsentiert. Beispielsweise kann eine erste Strahlform (Kreis) eine Gauß’sche TE00 Mode sein. Beispielsweise kann eine zweite Strahlform (Quadrat) eine höhere TE- Mode sein. Beispielsweise kann eine dritte Strahlform (Dreieck) eine komplexe Strahlform sein, die sich in drei Raumdimensionen erstreckt. Beispielsweise kann eine vierte Strahlform (Sechseck) eine Multifokusverteilung sein, die beispielsweise sechs einzelne Fokuszonen aufweist.

Beispielsweise kann jedem Laserpuls 200 eine eigene Strahlform aufgeprägt werden.

In Figur 3A wird hierbei ein Teilbereiche 1 mit vier verschiedenen Strahlformen und acht Laserpulses 202 beaufschlagt. Die verschiedenen Strahlformen werden hierbei in unterschiedlichen Fokuspositionen in die Grenzschicht 130 eingebracht. Es ist aber auch möglich, dass verschiedene Teilbereiche 1 mit verschiedenen Strahlformen beaufschlagt werden, wie in Figur 3B gezeigt.

In Figur 4A ist weiteres erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt, mit dem mehrere Teilbereiche 1 sukzessive verarbeitet werden können. Hierzu wird die Multifokusverteilung 22 zwischen jedem Laserpuls 202 des Ultrakurzpulslasers 2 neu auf dem Substrat 30 orientiert. Jeder Laserpuls 202 des Ultrakurzpulslasers 2 wird hierbei in je sechs Einzelfoki 220 aufgeteilt und in die Grenzschicht 130 eingebracht. Jeder Laserpuls weist einen Pulsenergie von mehr als 1 pJ auf, so dass pro Einzelfokus etwa ein Sechstel davon ankommt. Bei einem Durchmesser der Einzelfoki von 20pm beträgt die Fluenz somit etwa 0,05J/cm2. Insbesondere können hierbei die Teilbereiche 1 mit der Repetitionsfrequenz des Ultrakurzpulslasers 2 verarbeitet werden. Wenn die Repetitionsfrequenz etwa bei 10MHz liegt, so können damit in der Sekunde zehn Millionen Miko-LEDs 1 verarbeitet werden. Insbesondere können einer Diagnostikvorrichtung 8 (nicht gezeigt) die Positionen der funktionierenden Teilbereiche 1 auf dem Substrat 30 bekannt sein, so dass die Laserpulse 202 nur in die Grenzflächen 130 der Teilbereiche 1 eingebracht werden, die später in einem Display verwendet werden können. Dadurch kann die Qualität eines solchen Displays gesteigert und insbesondere Pixelfehler bereits bei der Herstellung vermieden werden. Ein solches Überspringen der fehlerhaften Teilbereiche 1 geht damit nicht mit einem Verlust an Prozessgeschwindigkeit einher, da der Laserstrahl 20 die Strecke zwischen zwei Pulsen überspringen kann.

In Figur 4B analog zu Figur 4A ist ein Verfahren gezeigt, bei dem eine Multifokusverteilung 22 aus 3 mal 3 Einzelfoki zwischen jedem Laserpuls 202 des Ultrakurzpulslasers 2 neu auf dem Substrat 30 positioniert wird um Mikro-LEDs zu verarbeiten. Die leeren Rasterstellen entsprechen hierbei beispielsweise den fehlerhaften Mikro-LEDs. Zum Verarbeiten der sechs Mikro-LEDs 1 werden hier leidglich sechs Laserpulse 202 benötigt.

In Figur 5 ist sehr schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt. Hierbei ist der Ultrakurzpulslaser 2 dazu eingerichtet, einen Laserstrahl 20 aus ultrakurzen Laserpulsen 202 bereitzustellen. Die Strahlformungsvorrichtung 4 ist dazu eingerichtet, dem Laserstrahl 20 eine Strahlform aufzuprägen, während die Bearbeitungsoptik 5 dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl 20 in die Grenzschicht 130 zwischen Teilbereich 1 und Substrat 30 zu überführen und diese mit den ultrakurzen Laserpulsen 202 zu beaufschlagen, wodurch der Teilbereich 1 verarbeitet wird. Der Ultrakurzpulslaser 2 kann insbesondere einen Grundlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1030nm bereitstellen und einen Frequenzverdopplungskristall (nicht gezeigt) umfassen, der dazu eingerichtet ist, die Frequenz des auftreffenden Laserstrahls zu verdoppeln, beziehungsweise die Wellenlänge zu halbieren, wobei der Grundlaserstrahl beispielsweise sukzessive durch zwei Frequenzverdopplungskristalle geführt wird. Dadurch wird die Frequenz des Grundlaserstrahls insgesamt vervierfacht, beziehungsweise die Wellenlänge des Grundlaserstrahls insgesamt geviertelt. Es wird also ein Laserstrahl 20 mit einer Wellenlänge zwischen 250nm und 270nm bereitgestellt.

Die Strahlformungsvorrichtung 4 kann insbesondere ein akustooptischer Deflektor und/oder ein Mikrolinsenarray und/oder ein diffraktives optisches Element sein, welches dem Laserstrahl 20 eine Strahlform aufprägt. Die Teillaserstrahlen die aus dem Laserstrahl 20 von der Strahlformungsvorrichtung 4 geformt werden, können über eine Bearbeitungsoptik 5 in die jeweiligen Fokuszonen überführt werden.

Insbesondere können die akustooptischen Deflektoren für eine schnelle Strahlablenkung verwendet werden, so dass die Laserpulse 202 schnell umpositioniert werden können. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Umpositionierung der Laserpulse 202 beispielsweise durch eine polarisationsabhängige Ablenkung, wie beispielsweise einem doppelbrechenden Kristall erfolgt, so dass für eine schnelle Umpositionierung lediglich die Polarisation des Laserpulses 202 eingestellt werden muss. Solche Umpositionierungselemente können hierbei als Teil der Strahlformungsvorrichtung ausgebildet sein.

Die optischen Komponenten der Vorrichtung können CaF oder kristallinen Quarz umfassen, oder aus CaF oder kristallinem Quarz sind und/oder als reflektive Elemente ausgestaltet sein, wodurch die optischen Komponenten besonders gut für UV- und DUV Anwendungen geeignet sind.

Zudem kann die Vorrichtung über eine Vorschubvorrichtung 6 verfügen, um den Laserstrahl 20 und/oder das Substrat 30 mit dem Teilbereich 1 relativ zueinander zu bewegen. Beispielsweise kann eine solche Vorschubvorrichtung ein x-y-z-Tisch sein.

Die Vorrichtung kann über eine Steuerung 7 verfügen, die die verschiedenen Komponenten der Vorrichtung miteinander koordiniert. Beispielsweise kann der Ultrakurzpulslaser 2 mit der Steuerung 7 verbunden sein, so dass die Steuerung 7 die Abgabe eines Laserpulses 202 oder eines Laserbursts 200 auslösen kann. Die Steuerung 7 kann weiter mit der Strahlformungsvorrichtung 4 verbunden sein, so dass eine schnelle Umpositionierung der Laserpulse 202 erfolgen kann. Hierüber können die Fokuspositionen auch an die geometrische Form des Teilbereichs 1 angepasst werden. Die Steuerung 7 kann zusätzlich auch mit einer Vorschubvorrichtung 6 verbunden sein, so dass die Vorschubvorrichtung 6 beispielsweise zwischen den Laserpulsen 202 verfahren werden kann, um eine Grobpositionierung des Substrats 30 unter der Bearbeitungsoptik 5 zu erreichen.

In Figur 6A ist schematisch ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Der Ultrakurzpulslaser 2 stellt hierbei einen Laserstrahl 20 zur Verfügung, in dem die Laserpulse 202 des Lasers 2 laufen.

In der gezeigten Ausführungsformen wird der Laserstrahl 20 typischerweise durch eine Strahlformungsvorrichtung 4 geleitet, welches beispielsweise eine akustooptische Deflektoren- Einheit ist. Der Laserstrahl 20 kann mittels einer angrenzenden Linse fokussiert und wird anschließend optional durch ein Filterelement 54 geleitet, wo das Strahlprofil des Laserstrahls 12 manipuliert und für den Verarbeitungsprozess optimiert werden kann. Insbesondere können dadurch Raumfrequenzen herausgefiltert werden, so dass die auf das Material 2 abgebildeten Laserpulse 10 einen hohen Kontrast aufweisen.

Das Bild des Filterelements 54 wird schließlich von der Bearbeitungsoptik 5 in die Grenzschicht 130 des Teilbereichs 1 abgebildet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Bearbeitungsoptik 5 etwa ein Teleskop ist.

Im gezeigten Fall steht das optionale Filterelement 54 hierbei in Strahlrichtung vor der ersten Linse 50 in einem Abstand, welcher Brennweite F1 der ersten Linse entspricht. In Strahlrichtung hinter der ersten Linse 50 befindet sich eine zweite Linse 52. Zwischen der ersten Linse 50 und der zweiten Linse 52 liegen der bildseitige Brennpunkt der ersten Linse 50 und der objektseitige Brennpunkt der zweiten Linse 52. Beide Brennpunkte fallen zusammen, sodass der Abstand der beiden Linsen 50, 52 der Summe der Brennweiten F1+F2 entspricht. Dementsprechend handelt es sich bei dem verwendeten Teleskop um eine Fourieroptik. Hinter der zweiten Linse 52 befindet sich die Fokusebene in der Grenzschicht 130 des Teilbereichs 1 . Die Fokusebene ist von der Linse 52 im Abstand F2 angeordnet, welcher der Brennweite der zweiten Linse 52 entspricht.

Die Laserpulse 202 des Laserstrahls 20 treffen in der Fokusebene auf die Grenzschicht 130 und werden dort zumindest teilweise absorbiert, wodurch der Teilbereich 1 verarbeitet wird. Während des Verarbeitungsvorgangs kann der Laserstrahl 20 relativ zum Material 2 mit der Vorschubvorrichtung 6 bewegt werden. Eine schnelle Ablenkung der einzelnen Laserpulse wird jedoch über den aktusooptischen Deflektor 4 realisiert.

Anstelle eines mittels der Vorschubvorrichtung 6 bewegten Substrats oder zusätzlich zu der Vorschubvorrichtung 6 kann ein Scanner, beispielsweise ein Galvano-Scanner 62, zwischen den Linsen 50, 52 der Bearbeitungsoptik 5 verwendet werden, wie in Figur 6B gezeigt. Insbesondere können über entsprechende Encoder Positions- und/oder Winkelinformationen des Galvano- Scanners 62 und/oder der Vorschubvorrichtung 6 mit einer hohen Messrate aufgenommen werden, so dass eine Synchronisation mit den Laserpulsen 202 möglich ist.

Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 Teilbereich

11 erste Schicht

12 pn-Übergang

13 zweite Schicht

2 Ultrakurzpulslaser

20 Laserstrahl

200 Laserburst

202 Laserpuls

22 Multifokusverteilung

220 Einzelfokus

30 Substrat

32 weiteres Substrat

4 Strahlformungsoptik

5 Bearbeitungsoptik

50 erste Linse

52 zweite Linse

54 Filterelement

6 Vorschubvorrichtung

62 Scanner

7 Steuerung

8 Diagnostikvorrichtung