Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, 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 aber 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. Zudem wird die Grenzschicht zwischen der Mikro-LED und dem Substrat typischerweise mit einem flächigen Flattopstrahl beaufschlagt. Eine reine Flattopstrahlformung ist jedoch unflexibel und erlaubt keine Anpassung an die tatsächliche Geometrie der Mikro-LED.

US8742289 offenbart ein Laser Lift-Off Verfahren, bei dem ein maskierter Laserstrahl die MikroLEDs verarbeiten soll, so dass eine individuelle Bearbeitung einzelner Mikro-LEDs nur schwer möglich ist. Insbesondere wird die Geometrie des abzulösenden Bauteils, beziehungsweise der Mikro-LED, nicht nachgebildet.

JP2017221969 offenbart eine Laser Lift-Off Vorrichtung, bei der der Laserstrahl eine Linienform aufweist, wobei die Linienform aus mehreren Strahlen geformt wird.

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 von 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 der Laserstrahl mittels einer Strahlformungsvorrichtung in eine Multifokusverteilung geformt und die Grenzschicht wird mit der Multifokusverteilung beaufschlagt.

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 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 der 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, insbesondere der Mikro- LED, kann somit insbesondere die Laser-induzierte Vorwärtsübertragung des Teilbereichs und/oder dem Laser Lift-Off eines Teilbereichs von einem Substrat sein. Der Laserstrahl kann durch eine Strahlformungsvorrichtung in eine Multifokusverteilung überführt werden, wobei diese Fokusverteilung in die Grenzschicht zwischen dem Substrat und den Teilbereich eingebracht wird.

Der Begriff „Fokus“ im Allgemeinen kann als eine gezielte Intensitätsüberhöhung verstanden werden, 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 Multifokusverteilung ist eine räumliche Verteilung von einzelnen Fokuszonen, sogenannten Einzelfoki. Unter der Fokuszone wird hierbei der Teil der Intensitätsverteilung des Laserstrahls verstanden, der größer als die Modifikationsschwelle des zu bearbeitenden Materials ist. Der Begriff Fokuszone verdeutlicht hierbei, dass dieser Teil der Intensitätsverteilung gezielt bereitgestellt wird und durch eine Fokussierung eine Intensitätsüberhöhung in Form der Intensitätsverteilung erreicht wird.

Eine Fokusverteilung bedeutet, dass die Multifokusverteilung mindestens zwei Einzelfoki umfasst, wobei die Einzelfoki räumlich getrennt voneinander sind. Die Einzelfoki können jedoch alle in einer 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 des Teilbereichs 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. Die kurze Pulsdauer von Ultrakurzpulslasern gegenüber Excimerlasern ermöglicht hierbei zudem das Verarbeiten der Teilbereiche mit einem deutlich reduzierten Wärmeeintrag.

Die Repetitionsrate der Laserpulse kann größer als 1 kHz sein, bevorzugt größer als 50kHz sein, besonders 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.

Die Wellenlänge des Laserstrahls kann zwischen 50nm und 300nm liegen, bevorzugt zwischen 250nm oder 270nm liegen.

Die Wellenlänge kann insbesondere so ausgelegt sein, dass die Teilbereiche bei der Wellenlänge eine besonders hohe Absorption aufweist und das Substrat eine geringe Absorption aufweist. Dadurch können die Teilbereiche 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 TEM00 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 Teilbereiche vom Substrat löst.

Vorzugsweise können alle Einzelfoki der Multifokusverteilung in der Grenzschicht liegen. Dadurch kann eine besonders effektive Verarbeitung der Teilbereiche erreicht werden.

Die Fokuszonen der Multifokusverteilung können innerhalb der geometrischen Ausdehnung der Teilbereiche angeordnet sein und/oder eine Einhüllende der Multifokusverteilung kann eine mit der geometrischen Ausdehnung des Teilbereichs korrespondierende Form aufweisen.

Beispielsweise kann ein Teilbereich eine Abmessung von 10x20pm2 aufweisen. Die Multifokusverteilung kann 6 Einzelfoki aufweisen, wobei vier in den Ecken des Teilbereichs und 2 in der Mitte der langen Seiten angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Teilbereich eine Abmessung von 5x10pm2 aufweisen. Die Multifokusverteilung kann 2 Einzelfoki umfassen, wobei beide Einzelfoki an den gegenüberliegenden Längsenden angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Teilbereich elliptisch sein und die Multifokusverteilung kann zwei Einzelfoki umfassen, die in den Brennpunkten der Ellipse angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Teilbereich rund sein, einen Durchmesser von 30pm aufweisen und die Multifokusverteilung kann 5 Einzelfoki umfassen, die in gleichmäßigem Abstand auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 20pm liegen. Beispielsweise kann zusätzlich ein weiterer Einzelfokus in der Mitte des Teilbereichs angeordnet werden. Beispielsweise kann eine Mikro-LED quadratisch sein und die Einzelfoki können auf einem quadratischen Gitter angeordnet sein.

Die Multifokusverteilung kann an verschiedene Teilbereichgeometrien angepasst werden. Beispielsweise kann die Verteilung der Einzelfoki in der Grenzschicht durch die Strahlformungsvorrichtung eingestellt werden. Dadurch können mit einer einzelnen Vorrichtung unterschiedliche Teilbereiche verarbeitet werden, so dass eine besonders effiziente Verarbeitung verschiedener Teilbereiche erreicht wird. Dadurch können insbesondere die Produktionskosten gesenkt werden. Insbesondere kann der Einzelfokus hierbei kleiner sein als die geometrischen Abmessungen des Teilbereichs, vorzugsweise kleiner als die Hälfte, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel, der geometrischen Abmessungen des Teilbereichs sein.

Beispielsweise kann ein Teilbereich 20x30pm2 groß sein, während ein Einzelfokus einen Durchmesser von weniger als 5pm beispielsweise 1 , 2, 3 oder 4 pm aufweisen kann. Beispielsweise kann eine elliptischer Teilbereich eine kleine und eine große Halbachse mit einer Länge von 5pm beziehungsweise 25pm aufweisen. Dann kann der Durchmesser der Einzelfoki beispielsweise kleiner als 2,5pm oder kleiner als 0,5pm sein.

Dadurch wird ermöglicht, dass der Teilbereich gezielt verarbeitet wird ohne, dass umliegende Strukturen auf dem Substrat geschädigt werden. Insbesondere können dadurch auch mehrere Einzelfoki in der Geometrie des Teilbereichs verteilt werden ohne, dass die Einzelfoki überlappen und die darin laufenden Laserstrahlen miteinander interferieren.

Der räumliche Abstand der Einzelfoki der Multifokusverteilung kann kleiner als der der fünffache Fokusdurchmesser sein, bevorzugt kleiner als der zweifache Fokusdurchmesser sein. Der Fokusdurchmesser wird hier insbesondere bestimmt durch die Strahltaille der Einzellaserstrahlen, die die Einzelfoki ausbilden. Die Strahltaille steht hierbei insbesondere in Beziehung mit der Wellenlänge des Laserstrahls, wobei eine kleinere Wellenlänge eine kleinere Strahltaille ermöglicht. Der räumliche Abstand der Einzelfoki der Multifokusverteilung kann kleiner als 1 Opm sein. Hierbei wird der Abstand der Einzelfoki von dem Mittelpunkt der jeweiligen Einzelfoki gerechnet.

Benachbarte Einzelfoki der Multifokusverteilung können eine zueinander orthogonale Polarisation aufweisen.

Die Polarisation beschreibt hierbei die Ausrichtung, insbesondere die räumlich oder zeitlich veränderliche Ausrichtung des elektrischen Feldvektors des Laserstrahls relativ zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls.

Eine Polarisation ist hierbei gegeben durch eine lineare Polarisation oder einer zirkulare oder eine elliptische Polarisation des Laserstrahlen. Orthogonal sind die Polarisationen, wenn die elektrischen Feldvektoren der Laserstrahlen zu jederzeit orthogonal zueinander sind. Beispielsweise sind Laserstrahlen, die senkrecht und parallel zur Einfallsebene polarisiert sind, orthogonal zueinander. Beispielsweise sind links- und rechtzirkular polarisierte Laserstrahlen senkrecht zueinander. Eine orthogonale Polarisation führt dazu, dass die Laserstrahlen der jeweiligen Einzelfoki bei kleinen Abständen nicht miteinander interferieren, so dass die Phasenfront der Laserstrahlen in den Einzelfoki erhalten bleibt. Dadurch kann die Verteilung der Laserenergie besonders homogen gestaltet werden, da gewissermaßen die Lücken zwischen den Einzelfoki einer ersten Polarisation mit Einzelfoki einer zweiten Polarisation aufgefüllt werden, wobei die erste und die zweite Polarisation orthogonal zueinander sind. Damit durch diese Art des Einbringens der Laserenergie können insbesondere Materialspannungen vermieden werden und somit die Prozessqualität gesteigert werden.

Die Multifokusverteilung kann einen Intensitätsgradienten aufweisen, insbesondere können die Einzelfoki mindestens teilweise verschiedene Intensitäten aufweisen.

Ein Intensitätsgradient kann hierbei verstanden werden als ein Ansteigen oder Abfallen der Intensität von einem Einzelfokus zu einem anderen Einzelfokus.

Beispielsweise kann eine Multifokusverteilung aus 3x3 Einzelfoki bestehen, wobei der mittlere Einzelfokus eine höhere Intensität aufweist als die benachbarten Einzelfoki. Es kann aber auch sein, dass der mittlere Einzelfokus eine geringere Intensität aufweist als die benachbarten Einzelfoki. Letzteres kann insbesondere vorteilhaft sein, da die in die Mitte des Teilbereichs deponierte Laserenergie sich gewissermaßen radial ausbreitet und den Teilbereich verarbeitet, während an dem Rand des Teilbereichs die deponierte Laserenergie über den Rand des Teilbereichs hinaus wirken kann. Dementsprechend kann durch eine höhere Intensität am Rand der Multifokusverteilung insgesamt eine bessere Verarbeitung des Teilbereichs ermöglicht werden.

Durch einen Intensitätsgradienten kann somit die Beaufschlagung der Grenzschicht mit der Laserenergie eingestellt werden, um insbesondere auch die geometrischen Eigenschaften des Teilbereichs zu berücksichtigen. Dabei kann beispielsweise auch der Abstand der Einzelfoki berücksichtigt werden.

Es ist aber auch möglich, dass die Einzelfoki eine homogene Intensitätsverteilung aufweisen.

Die Grenzschicht kann in den Einzelfoki der Multifokusverteilung gleichzeitig beaufschlagt werden, wobei die Beaufschlagung gleichzeitig erfolgt, wenn der maximale zeitliche Abstand der Beaufschlagung in den Einzelspots kürzer als 10ns, bevorzugt kürzer als 1 ns besonders bevorzugt kürzer als 100 ps ist.

Die Beaufschlagung der Grenzschicht in den Einzelfoki der Multifokusverteilung ist somit gleichzeitig, wenn die Laserpulse die Grenzschicht innerhalb der typischen Pulsdauer eines Excimerlasers erreichen.

Somit können die Laserstrahlen, die die Multifokusverteilung erzeugen, also auch auf unterschiedlichen Wegen die Grenzschicht erreichen. Beispielsweise kann bei einer Winkeldivergenz der einzelnen Teillaserstrahlen die Grenzschicht schon aus geometrischen Gründen zu unterschiedlichen Zeiten beaufschlagt werden, jedoch innerhalb der oben gesetzten Grenzen.

Es ist jedoch auch möglich, dass die Einzelfoki gezielt zu unterschiedlichen Zeiten mit der Laserenergie beaufschlagt wird. Beispielsweise kann der Laserpuls ein Laserburst sein, wie oben dargestellt. Die Einzelpulse des Laserbursts können einen zeitlichen Abstand aufweisen, der geringer als die oben genannte Grenze ist. Jedoch werden die Einzelpulse des Laserbursts definitionsgemäß immer noch gleichzeitig in die Grenzschicht eingebracht. Beispielsweise kann der Laserburst 5 Pulse in einem Abstand von 0,1 ns umfassen, wobei die Pulslänge 10ps beträgt. Die Einzelpulse des Laserbursts gelangen de facto also zu unterschiedlichen Zeiten in die Grenzschicht. Jedoch gelangen die Einzelpulse innerhalb von 0,5ns in die Grenzschicht, so dass sie definitionsgemäß gleichzeitig in die Grenzschicht eingebracht werden. Durch die definitionsgemäße Gleichzeitigkeit wird betont, dass die Einzelpulse nicht als separate Pulse wirken, sondern in der Grenzschicht als eine gemeinsame Einheit fungieren. Beispielsweise kann durch den geringen Abstand der Einzelpulse die Akkumulation der Laserenergie in der Grenzschicht schneller sein, als der Abtransport der Laserenergie durch materialspezifische Relaxationsprozesse.

Es ist auch möglich, dass jeder Einzelpuls des Laserbursts in einen bestimmten Einzelfokus geleitet wird, so dass jeder Einzelfokus mit einem anderen Einzelpuls beaufschlagt wird.

Ein solches zeitliches Versetzen der Laserpulse innerhalb der oben genannten Grenzen erlaubt es weiter, dass die Einzelfoki dicht gepackt werden können, also beispielsweise auch räumlich überlappen können. Dadurch, dass die Einzelpulse jedoch zeitlich nicht überlappen, können sie auch nicht miteinander interferieren und die Phasenfront des Laserstrahls verzerren. Da die Einzelpulse jedoch im Rahmen der gesetzten Grenzen gleichzeitig die Grenzschicht beaufschlagen, kann insgesamt eine weitere Homogenisierung des Strahlungsfeldes und somit auch eine Verbesserung der Prozessqualität erreicht werden.

Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines Teilbereichs eines Schichtsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 12 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, eine Strahlformungsvorrichtung 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 Strahlformungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dem Laserstrahl eine Multifokusverteilung aufzuprägen, wobei die Bearbeitungsoptik dazu eingerichtet ist, die Multifokusverteilung des Laserstrahls in die Grenzschicht zu überführen und diese mit den ultrakurzen Laserpulsen zu beaufschlagen, wodurch der Teilbereich verarbeitet wird.

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 Überlapp gebracht werden.

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

Der Grundlaserstrahl kann beispielsweise 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. Dadurch kann von dem Ultrakurzpulslaser insgesamt ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge zwischen 250nm und 270nm bereitgestellt werden.

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

Die Strahlformungsvorrichtung kann ein akustooptischer Deflektors und/oder ein Mikrolinsenarray und/oder ein diffraktives optisches sein.

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. 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 akutooptische Deflektoren-Einheit sein und dadurch besonders leistungstauglich sein. Beispielswiese kann die aktusooptische Deflektoren-Einheit eine Deflektoren-Einheit auf Quarzbasis sein.

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.

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

Kurze Beschreibung der Figuren

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

Figur 1A, B eine schematische Darstellung des Verfahrens;

Figur 2A, B, C, D schematische Darstellungen unterschiedlicher Multifokusverteilungen;

Figur 3 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens;

Figur 4 eine schematische Darstellung der Multifokusverteilung mit Einzelfoki mit zueinander orthogonalen Polarisationen; Figur 5 eine schematische Darstellung eines Laserbursts;

Figur 6A, B, C eine schematische Darstellung unterschiedlicher Multifokusverteilung;

Figur 7 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens;

Figur 8A, B eine Intensitätsverteilung einer Multifokusverteilung und eine damit

Verarbeitete Mikro-LED; und

Figur 9 eine 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 202 laufen. Die ultrakurzen Laserpulse 202 weisen hierbei eine Pulsdauer von zwischen 50fs und 1000ps auf, insbesondere zwischen 100fs und 10ps auf. Zudem liegt die Wellenlänge des Laserstrahl 20 zwischen 50nm und 300nm, bevorzugt zwischen 250 und 270nm. Die Repetitionsrate der Laserpulse 202 größer kann 10kHz sein, bevorzugt größer als 50kHz sein, besonders bevorzugt größer als 1 MHz sein und/oder die Fluenz kann zwischen 0,05J/cm2 und 10J/cm2 liegen, bevorzugt zwischen 0,1J/cm2 und 1J/cm2 liegen.

Zudem kann der Laser 2 in seiner Grundmode betrieben werden. Dementsprechend kann als Lasermode die grundlegende Transversal-Elektrische Mode TEM00 verwendet werden, die im Strahlquerschnitt eine reine Gauß’sche Strahlform aufweist und dadurch prinzipiell die höchste Strahlqualität aufweist. Insbesondere ist bei der TEM00 Mode der Strahlquerschnitt kleiner als bei den höheren Moden, so dass eine gezieltere Verarbeitung der Teilbereiche 1 ermöglicht wird.

Der Teilbereich 1 in Form einer Mikro-LED 1 ist hierbei im Ausgangszustand an einer Grenzschicht 130 auf dem Substrat 30 angeordnet. Beispielsweise kann das Substrat 30 aus Saphir ausgebildet sein und kann eine Materialdicke zwischen 100pm und 5 mm aufweisen. 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 1 A, 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 10pm 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.

Dem Laserstrahl 20 wird durch eine Strahlformungsvorrichtung 4 eine Multifokusverteilung 22 aufgeprägt, welche im gezeigten Beispiel drei verschiedene Einzelfoki aufweist, die alle in der Grenzschicht 130 liegen. Dadurch wird die Grenzschicht 130 zwischen dem Teilbereich 1 und dem Substrat 30 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 mit der Multifokusverteilung 22 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 202 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 die Mikro-LEDs 1 direkt auf einem Trägersubstrat befestigt beispielsweise geklebt werden oder auf ein Trägersubstrat, beispielsweise einen weiteren Wafer, übertragen werden. Insbesondere kann der 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.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Grenzschicht 130 mit der Multifokusverteilung 22. Die Multifokusverteilung 22 wird durch eine Strahlformungsvorrichtung 4 aus dem Laserstrahl 20 des Ultrakurzpulslasers 2 geformt und anschließend in die Grenzschicht 130 eingebracht. Insbesondere umfasst die Multifokusverteilung 22 mehrere Einzelfoki 220. Diese Einzelfoki können innerhalb der geometrischen Ausdehnung der Teilbereichs 1 angeordnet sein. Dadurch kann erreicht werden, dass die Grenzschicht 130 des Teilbereichs 1 gewissermaßen flächig mit der Laserenergie des Laserstrahl 20 beaufschlagt wird, so dass der Teilbereich 1 verarbeitet werden kann.

Figur 2A zeigt schematisch die Grenzschicht 130 eines rechteckigen Teilbereichs 1 , innerhalb der eine Multifokusverteilung 22 aus sechs Einzelfoki 220 angeordnet ist. Bevorzugt sind die Einzelfoki 220 gleichmäßig beabstandet und gleichmäßig über der Geometrie des Teilbereichs 1 verteilt, da dadurch ein besonders präzises und schonendes Verarbeiten des Teilbereichs 1 ermöglicht wird.

Figur 2B zeigt schematisch eine Grenzschicht 130 eines rechteckigen Teilbereichs 1 , innerhalb derer eine Multifokusverteilung 22 aus vier Einzelfoki 220 angeordnet ist, wobei die Einzelfoki 220 entlang einer Linie angeordnet sind.

Figur 2C zeigt schematisch eine Grenzschicht 130 eines runden Teilbereichs 1 , innerhalb dessen eine Multifokusverteilung 22 aus sechs Einzelfoki 220 angeordnet ist. Hierbei liegt ein Einzelfokus in der Mitte des Teilbereichs , während die fünf verbleibenden Einzelfoki radial vom Mittelpunkt beabstandet gleichmäßig angeordnet sind.

Figur 2D zeigt schematisch eine Grenzschicht 130 eines elliptischen Teilbereichs, innerhalb dessen eine Multifokusverteilung 22 aus zwei Einzelfoki 220 angeordnet ist. Die beiden Einzelfoki 220 stehen hierbei in den beiden Brennpunkten der Ellipse. Die Fokusdurchmesser der Einzelfoki sind hierbei deutlich kleiner als der Durchmesser des Teilbereichs 1 . Beispielsweise kann der Durchmesser der Einzelfoki etwa 6pm betragen, wenn der Teilbereich 1 geometrische Abmessungen in der Größenordnung von 30pm aufweist. In allen vorgenannten Beispielen ist der Mittelpunktabstand der Einzelfoki 220 kleiner als der fünffache Fokusdurchmesser der Einzelfoki. Dadurch kann eine besonders homogene, Beaufschlagung der Grenzschicht 130 erreicht werden. Insbesondere kann in den vorliegenden Fällen der Mittelpunktsabstand benachbarter Einzelfoki auch kleiner als 10pm sein. Insbesondere weist die Einhüllende der Multifokusverteilung eine mit der geometrischen Ausdehnung des Teilbereichs korrespondierende Form auf. In Figur 3 ist ein 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 202 weist einen Pulsenergie von mehr als 1 p J 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 Teilbereiche 1 verarbeitet werden. Eine Aktivmatrix 32 eines Displays mit 3840 mal 2160 Mikro-LEDs 1 könnte damit theoretisch in unter einer Sekunde bestückt werden.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gezeigt. Hierbei entspricht der Mittelpunktsabstand etwa einem Fokusdurchmesser der Einzelfoki 220 oder auch weniger. Die Einzelfoki 220 können daher teilweise überlappen, so dass die zugehörigen Teillaserstrahlen miteinander interferieren können und somit die Phasenfront verzerren. Insbesondere kann dies zu einer Abschwächung der Laserintensität in den Einzelfoki 220 führen. Wenn jedoch benachbarte Einzelfoki 220 unterschiedliche Polarisationen aufweisen, so findet keine solche unvorteilhafte Beeinflussung benachbarter Einzelfoki 220 statt. Insbesondere kann ein erster Einzelfokus 220 eine s-polarisation (als senkrecht zur Einfallsebene) aufweisen und ein benachbarter Einzelfokus 220 kann eine p-Polarisation (also parallel zur Einfallsebene) aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass ein erster Einzelfokus 220 eine r-Polarisation (als rechtszirkular) aufweist und ein benachbarter Einzelfokus 220 eine I-Polarisation (also linkszirkular) aufweist. In beiden Fällen ist die Polarisation benachbarter Einzelfoki 220 orthogonal zueinander. Dadurch können die Einzelfoki 220 dichter gepackt werden, so dass eine homogenere Beaufschlagung der Grenzschicht 130 erreicht werden kann und somit die Prozessqualität verbessert werden kann.

Die verschiedenen Multifokusverteilungen 22 können zudem auch Intensitätsgradienten aufweisen. Beispielsweise kann in Figur 2C die Grenzschicht 130 in dem mittleren Einzelfokus 220 mit einer geringeren Intensität beaufschlagt werden. Beispielsweise kann in Figur 2A eine homogene Intensitätsverteilung vorliegen, so dass die Grenzschicht 130 in jedem Einzelfokus 220 mit dergleichen Intensität beaufschlagt wird. Beispielsweise kann in Figur 3 zusätzlich ein Intensitätsgradient diagonal über die Grenzfläche 130 verlaufen, so dass die Intensität in den Einzelfoki 220 in der Ecke oben links am größten ist und zur rechten unteren Ecke hin abfällt. Durch einen solche maßgeschneiderten Intensitätsgradienten kann die Intensitätsverteilung und somit auch die Prozessqualität optimiert werden.

Figur 5 zeigt den zeitlichen Verlauf eines Laserbursts. Der Laserburst 200 umfasst mehrere Einzelpulse 202, wobei der Abstand der Einzelpulse 202 kleiner als 10ns ist. Indem die Einzellaserpulse 202 innerhalb dieses Zeitfensters definitionsgemäß gleichzeitig eingebracht werden, können weitere Maßnahmen ergriffen werden, um die Einzelfoki 220 noch dichter zu packen, wie in Figur 6 gezeigt.

Figur 6A zeigt eine Multifokusverteilung 22 aus 2 mal 3 Einzelfoki zu einer ersten Zeit t1 wobei der Mittelpunktsabstand etwa einen Fokusdurchmesser beträgt. Figur 6B zeigt eine weitere Multifokusverteilung 22 aus 2 mal 3 Einzelfoki zur einer zweiten Zeit t2. Die zweite Multifokusverteilung 22 ist zur ersten Multifokusverteilung 22 räumlich verschoben. In der Überlagerung der beiden Figuren in Figur 6C wird deutlich, dass die zweite Multifokusverteilung 22 die Lücken der ersten Multifokusverteilung 22 ausfüllt. Wenn die beiden Multifokusverteilungen in einem zeitlichen Abstand von weniger als 10ns, beispielsweise in weniger als 1 ps oder weniger als 1fs in die Grenzschicht eingebracht werden, dann wird die Grenzschicht 130 definitionsgemäß gleichzeitig in beiden Multifokusverteilungen 22 in Figur 6C beaufschlagt, so dass durch den tatsächlichen zeitlichen Versatz eine räumlich besonders dichte Packung der Einzelfoki 220 ermöglicht wird.

In Figur 7 ist gezeigt, wie ein solchen Verfahren zur Verarbeitung von mehreren Teilbereichen 1 verwendet werden kann. Hierbei wird, analog zur Figur 3, zwischen jedem Laserburst des eine Neupositionierung der Multifokusverteilung 22 vorgenommen. Für jeden Teilbereich 1 wird die Grenzschicht 130 hierbei gleichzeitig beaufschlagt, weil der zeitliche Abstand der Einzelpulse 202 deutlich kleiner als 10ns ist. Somit kann ein flächiges Verarbeiten der Teilbereiche 1 erreicht werden.

In Figur 8A ist die Intensitätsverteilung einer Multifokusverteilung 22 schematisch gezeigt, die aus 4 mal 4 Einzelfoki besteht. Weiß steht hierbei für eine hohe Intensität, während schwarz für eine geringe Intensität steht. In Figur 8B wurde mit der gezeigten Intensitätsverteilung eine Mikro-LED 1 abgelöst. Es ist deutlich zu sehen, dass die Grenzschicht 130 die Signatur der Intensitätsverteilung aus Figur 8A trägt und ein flächiges Ablösen und somit Verarbeiten der Mikro-LED 1 ermöglicht wurde. In Figur 9 ist 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 Multifokusverteilung aufzuprägen, während die Bearbeitungsoptik 5 dazu eingerichtet ist, die Multifokusverteilung 22 des Laserstrahls 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 sukzessivedurch 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 kann insbesondere ein akustooptischer Deflektor und/oder ein Mikrolinsenarray und/oder ein diffraktives optisches Element sein, welches aus dem Laserstrahl 20 ein Multifokusverteilung 22 erzeugt. Die Teillaserstrahlen die aus dem Laserstrahl 20 von der Strahlformungsvorrichtung geformt werden, können über eine Bearbeitungsoptik 5 in die jeweiligen Einzelfoki 220 der Multifokusverteilung 22 überführt werden.

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 eine Laserbursts auslösen kann. Die Steuerung 7 kann weiter mit der Strahlformungsvorrichtung 4 verbunden sein, so dass eine schnelle Umpositionierung der Multifokusverteilung 22 erfolgen kann. Es kann hierüber aber auch beispielsweise eine andere geometrische Form der Multifokusverteilung 22 eingestellt werden, so dass die Multifokusverteilung 22 an die geometrische Form des Teilbereichs 1 angepasst wird. Die Steuerung 7 kann zusätzlich auch mit der Vorschubvorrichtung 6 verbunden sein, so dass die Vorschubvorrichtung 6 beispielsweise zwischen den Laserbursts oder den Laserpulsen 202 verfahren werden kann, um eine Grobpositionierung des Substrats unter der Bearbeitungsoptik zu erreichen. 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.

Bezuqszeichenliste

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

6 Vorschubvorrichtung

7 Steuerung