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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das selektive Transferieren eines
oder mehrerer Elemente – generell
als Vignetten bezeichnet – von
einem Fertigungsträger
zu einem Empfangsträger.
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Sie
betrifft insbesondere das Transferieren von partiell oder komplett
fertigen Halbleiter-Chips von ihrem Anfangssubstrat, auf dem sie
gefertigt wurden, zu einem neuen Substrat (oder Empfangsträger), das
selbst durch die Techniken der Mikroelektronik behandelt worden
sein kann.
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Die
Erfindung ermöglicht
insbesondere das Transferieren von Chips, die elektrisch schon getestet
worden sein können – zum Beispiel
das Transferieren von Chips mit Flächenausdehnungen von 1 mm2 bis 1 cm2 –, von ihrem
Anfangssubstrat auf einen Träger
aus einem behandelten oder unbehandelten Halbleitermaterial, auf
einen Träger
aus transparentem Material wie zum Beispiel Glas, auf einen biegsamen
oder steifen Träger
zum Beispiel aus Kunststoff, oder auf einen Träger aus Keramikmaterial. Sie
ermöglicht
zum Beispiel auch das Transferieren von optoelektronischen Bauteilen
wie etwa Lasern des Typs VCSEL ("Vertical
Cavity Surface Emitting Laser")
oder kleinen Stücken
von III–V-Halbleitern
von ihrem Anfangssubstrat auf Siliciumplättchen, die nach den Techniken
der Mikroelektronik hergestellt worden sein können, um III–V-Halbleiter-auf-Silicium-Elemente
herzustellen.
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Sie
kann auch angewendet werden zum Übertragen
von eventuell elektrisch getesteten und dünn gemachten elektronischen
Schaltungen auf Plastikkarten mittels eines Klebers, um Chip-Karten herzustellen.
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Stand der
Technik
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Es
gibt zahlreiche Verfahren für
das Transferieren von Halbleiterchips oder Chip-Gruppen auf einen Empfangsträger. Man
kann die "Epitaxial lift-off"-Technik nennen,
das organische oder anorganische Kleben (durch Molekularadhäsion) und
die sogenannte "Flip-chip"-Technik. Dieses
letztere Verfahren erlaubt im Gegensatz zu den beiden vorhergehenden keine
individuelle Manipulation bzw. Handhabung einzelner Bauteile, die
sehr klein und sehr dünn sind.
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Die
Technik des anorganischen Klebens oder der Molekularadhäsion kennt
man für
zahlreiche Materialien. Die Molekularadhäsion umfasst zwei unterschiedliche
Klebarten: das hydrophile Kleben und das hydrophobe Kleben. Im Falle
des hydrophilen Klebens resultiert das Kleben aus der Entwicklung der
Wechselwirkung von OH-Gruppen mit der Oberfläche einer Struktur hin zur
Bildung von Si-O-Si-Bindungen im Falle von Siliciumoxid. Die mit
dieser Art Wechselwirkung verbundenen Kräfte sind stark. Die Klebenergie,
bei Umgebungstemperatur ungefähr 100
mJ/m2, erreicht 500 mJ/m2 nach
einem 30-minütigen
Tempern bei 400°C.
Im Falle des hydrophoben Klebens resultiert das Kleben aus der Entwicklung der
Wechselwirkung von H- oder F-Gruppen mit der Oberfläche der
Struktur hin zur Bildung von Si-Si-Bindungen im Falle der Haftung
von Silicium. Die Klebenergie ist bis zu Temperaturen der Größenordnung 500–600°C schwächer als
die der hydrophilen Klebungen. Die Klebenergie wird generell durch
die Plättchen-
bzw. Streifenmethode (méthode
de la lame) bestimmt, offenbart durch W. P. Maszara et al. in dem
Artikel "Bonding
of silicon wafers for silicon-on-insulator", erschienen in J. Appl. Phys. 64(10),
15. November 1988, Seiten 4943 bis 4950.
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Die
Steuerung der Klebenergien kann es möglich machen, reversible Molekularadhäsionen zu realisieren,
oder, wie offenbart in dem Dokument FR-A-2 781 925, die Adhäsionsenergie
der Elemente auf dem Transferträger
kann schwach sein und die zu übertragenden
Elemente können
behandelt werden, damit sie auf dem Empfangsträger eine stärkere Adhäsionsenergie haben als auf
dem Transferträger, was
ermöglicht,
selektiv ein Element unter n Elementen zu übertragen bzw. aufzubringen.
In diesem Dokument ist die Adhäsionsenergie
zwischen den zu transferierenden Elementen und dem Transferträger schwächer als
zwischen den Elementen und dem Empfangsträger. Nun ist die Energie, die
man beim Kleben zwischen den Elementen und dem Empfangsträger erhält, eine
Adhäsionsenergie
bei Umgebungstemperatur, enthalten zwischen 0 und 200 mJ/m2, je nach Oberflächenbehandlung und verwendeten
Materialien. Die Bindungsenergie zwischen den zu übertragenden
Elementen und dem Transferträger
ist folglich obligatorisch niedriger als 200 mJ/m2.
Die in diesem Dokument beschriebene Methode ermöglicht also nicht, Elemente
zu übertragen, die
stark auf dem Transferträger
haften, zum Beispiel mit Energien über 200 mJ/m2.
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Das
Dokument FR-A-2 796 491 offenbart das Übertragen individuell manipulierter
Chips auf ein Endsubstrat mit Hilfe eines Transferträgers, auf den
sie vorher geklebt worden sind. Die Chips werden auf dem Transferträger individuell
manipuliert dank Öffnungen,
die in ihm enthalten sind und ihn ganz durchqueren. Eine Aktion,
etwa eine mechanische (zum Beispiel mit Hilfe eines Stifts bzw.
Durchschlags), chemische oder pneumatische, oder eine Kombination
aus ihnen, ermöglicht,
einen Chip von dem Transferträger
zu lösen
und auf den Empfangsträger
festzumachen. Diese Lösung
ist anwendbar, wenn der Chip auf dem Transfersubstrat schwach und
auf dem Empfangssubstrat stark haftet. Sie erfordert die Realisierung
eines speziellen Transferträgers,
der konditioniert worden ist, um die Selektion jedes zu transferierenden
Elements zu ermöglichen. Außerdem ist
sie nicht kompatibel mit den Standardvorrichtungen der Mikroelektronik
wie etwa den "Pick and
place"-Vorrichtungen.
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Die
Dokumente US-A-6 027 958 und WO-A-98/02921 offenbaren das Übertragen
von Dünnschichtelementen,
realisiert auf SOI-Substrat mit dem Zweck, die Integrationsdichte
zu erhöhen und
die Bauteile weniger fragil zu machen. Zunächst werden die Bauteile durch
die klassischen Techniken der Mikroelektronik realisiert und dann
durch eine Metallabscheidung miteinander verbunden. Nach dieser
Methode werden die Elemente mittels eines haftenden Stoffs an einen
Transferträger
geklebt, auf dem eine chemische Stoppschicht abgeschieden worden
ist. Das Anfangssubstrat wird entfernt, um die Stoppschicht freizulegen.
Anschließend
werden die Bauteile kollektiv an einem Empfangsträger befestigt. Dann
wird der Transferträger
entfernt.
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Diese
Methode ermöglicht,
eine Gruppe von Dünnschichtbauteilen
auf ein Empfangssubstrat zu übertragen.
Die Bauteile werden beim Transferieren nicht vereinzelt. Es handelt
sich also um ein Kollektivverfahren. Die Bauteile werden bei dieser
Transfermethode von einem dicken Träger zusammengehalten, der ermöglicht,
sie zu manipulieren. Wegen der dicken Substrate (Anfangssubstrat,
Transferträger, Empfangsträger), die
immer mit den Bauteilen in Kontakt sind, kann kein Bauteil von den
anderen getrennt werden. Diese Methode ermöglicht also kein selektives Übertragen
eines Dünnschichtelements.
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Die
Technik des sogenannten "Epitaxial lift-of" ermöglicht,
ein Bauteil einzeln zu übertragen. Ein
erster Schritt besteht darin, die zu transferierenden Bauteile durch
Epitaxie herzustellen (s. das amerikanische Patent Nr. 4 883 561
im Falle des einfachen Transfers). Die Epitaxieschichten können invertiert
werden (s. das amerkanische Patent Nr. 5 401 983 im Falle des doppelten
Transfers). Vor der Bildung aller Schichten des Bauteils wird eine
Opferschicht auf das Wachstumssubstrat epitaxiert. Die Vignetten
werden durch Photolithographie definiert. Ein Resist wird auf den
Vignetten abgeschieden, um ihnen Halt und eine konkave Struktur
zu geben, zur Erneuerung der Unterätzungslösung (solution de sous-gravure)
und der Entleerung der Ätzrückstände. Die
Opferschicht wird anschließend
nasschemisch angegriffen. Da der durch die epitaxierten Schichten gebildete
Film dem Resist nachgeben muss, krümmt er sich nach und nach,
was der Ätzlösung ermöglicht, in
die sich bildenden Zwischenräume
zwischen dem Film und dem Substrat einzudringen. Wenn das Ätzen zu
Ende ist, kann der Film mit einer Saugpinzette erfasst werden, um
auf ein Zielsubstrat transferiert zu werden (s. das amerikanische
Patent Nr. 4 883 561) oder auf einen Transferträger übertragen zu werden (s. das
amerikanische Patent Nr. 5 401 983). Nach der Übertragung wird der Resist
chemisch entfernt, und dann werden die auf das Empfangssubstrat übertragenen
Vignetten thermisch unter Druck behandelt, um die an der Grenzfläche eingeschlossenen
Gase zu eliminieren.
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Bei
dieser Technik ist die Opferschicht eine Epitaxieschicht, daher
die Bezeichnung "Epitaxial lift-of". Die Elemente können einzeln
oder gemeinsam auf einem Transferträger transferiert werden, durch
Van-de-Waals-Kräfte
mit einem Empfangsträger
vereinigt werden und dann getempert werden, wenn der Transferträger entfernt
worden ist. Diese Technik hat den hauptsächlichen Vorteil, dass das Anfangssubstrat
zurückgewonnen
wird. Jedoch sind die Abmessungen der zu transferierenden Chips
wegen der seitlichen Unterätzung
begrenzt. Der Artikel von E. YABLONOVITCH et al., Appl. Phys. Lett. 56(24),
1990, Seite 2419, erwähnt
eine maximale Größe von 2
cm × 4
cm und ziemliche lange Ätzzeiten.
Die maximale Geschwindigkeit würde
im Falle von kleinen seitlichen Abmessungen (unter 1 cm) 0,3 mm/h
betragen. Zudem – da
diese Ätzgeschwindigkeit
von der Krümmung
der zu übertragenden
Elemente zur Entleerung der Ätzrückstände abhängt, begrenzt
sie die Dicke der transferierbaren Bauteile auf 4,5 μm (s. den
Artikel von K. H. CALHOUN et al., IEEE Photon. Technol. Lett, Februar
1993).
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Die
Technik des "Lift-off" ist seit vielen
Jahren bekannt (s. zum Beispiel das amerikanische Patent Nr. 3 943
003). Diese Technik umfasst das Abscheiden eines dicken Photoresists
auf einem Substrat, das Bestrahlen und Öffnen dieses Resists an Stellen,
wo man ein Material abscheiden möchte,
das im Allgemeinen ein Metall ist. Das Material wird durch eine
Kaltabscheidungsmethode auf der gesamten Oberfläche des Substrats abgeschieden
(im Allgemeinen durch Sputtern). Das abgeschiedene Material haftet
nur an den Stellen wirklich, wo der Resist geöffnet worden ist. Der Resist
wird anschließend
aufgelöst
in einem Lösungsmittel
(zum Beispiel Aceton) und zurück
bleiben nur die haftenden Teile des Materials.
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Weitere
Methoden werden in dem Dokument EP-A-1 041 620 vorgeschlagen. Sie
ermöglichen, dünne Chips
auf einen Wirt-Träger
zu transferieren. Diese Methoden basieren auf der Einzelbehandlung der
Chips. Die Chips werden Stück
für Stück auf einen
Transferträger
geklebt, werden einzeln dünn
gemacht und dann auf einen Wirt-Träger transferiert. Es handelt
sich bezüglich
des Dünnmachens
und dann der Einzelübertragung
ab dem Substrat um keine Kollektivbehandlung.
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Darstellung
der Erfindung
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Der
Gegenstand der Erfindung ist das selektive Transferieren von vorzugsweise
homogene oder heterogene dünne
Schichten umfassenden Vignetten (das heißt eines Elements oder einer
Gruppe von Elementen) von einem Anfangsträger, der ein Herstellungsträger sein
kann, auf einen Endträger.
Sie ermöglicht
insbesondere den Transfer von elektronischen Chips, die aus irgend
einem Halbleitermaterial sein können.
Es kann sich um einen oder mehrere Laser des Typs VCSEL, einen oder
mehrere Resonator-Photodetektoren
oder eine Kombination von Photodetektoren und Lasern handeln. Es
kann sich auch um ein oder mehrere elektronische Bauteile, Schaltungen
für Chip-Karten,
Transistoren zur Flachbildschirmsteuerung oder des Typs TFT (für "Thin Film Transistors"), Speichereinrichtungen
oder eine Kombination von Bauteilen handeln, die untereinander eine
optoelektronische, elektronische, mechanische (MEMS) usw. Funktion
haben.
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Die
Erfindung ermöglicht
den Transfer eines Chips mit einem oder mehreren Lasern des Typs
VCSEL, hergestellt und elektrisch getestet auf einem Fertigungssubstrat
(zum Beispiel aus GaAs oder InP), auf eine auf Silicium realisierte
Lese- und Ansteuerungsschaltung. Bei einer anderen Anwendung ermöglicht die
Erfindung den Transfer von optoelektronischen Bauteilen auf einen
Empfangsträger,
der nur eine optische Funktion hat, wie etwa ein Glas, ein Lichtwellenleiter
usw. Sie ermöglicht
auch das Übertragen
eines Halbleiterelements mit einer elektronischen Schaltung auf
einen Empfangsträger,
welcher der praktischen Umsetzung der durch die elektronische Schaltung
realisierten Funktionen dient, wie zum Beispiel eine Chip-Karte.
Diese Übertragung
hat mehrere Vorteile, deren größter darin
besteht, dass man eine elektronische oder optische oder optoelektronische
oder mechanische Funktion auf einem bzw. ein Substrat integrieren
kann, auf dem sie nicht mit der erforderlichen Qualität realisiert
werden kann, durch Epitaxie, durch Abscheidung oder durch irgend ein
anderes in der Mikroelektronik benutztes Realisierungsmittel.
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Es
ist klar, dass das Epitaxie-Wachstum von Bauteilen, das eine große Maschenparameterdifferenz
aufweist (mehrere Prozent), wegen des Vorhandenseins von Strukturmängeln nicht
mit einer Qualität
realisiert werden kann, mit der sich die Verschlechterung ihrer
elektrischen und optischen Eigenschaften vermeiden lässt. Auf
einem anderen Gebiet ist es klar, dass man mit den Verfahren der
Mikroelektronik keine Bauteile auf Kunststoffträgern realisieren kann, erstens
weil diese Letzteren nicht die angewendeten Temperaturen aushalten,
und zweitens, weil sie nicht von Natur aus kompatibel sind mit den
Reinheitskriterien der Eingangsschritte (im Englischen "front-end") der Halbleiterindustrie.
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Zudem
ermöglicht
die Erfindung, ein dünnes Bauteil
mit einem Träger
zu vereinigen, indem man eine Befestigung durch Molekularadhäsion benutzt, die
mit "front-end" kompatibel ist.
Dies ermöglicht, das
Bauteil nach dem Übertragen
mit Verfahren zu behandeln, deren Temperaturen zum Beispiel hoch sein
können.
So kann man zum Beispiel eine Epitaxie fortsetzen (reprendre) oder
die Verbindungen zwischen dem Bauteil und dem Träger realisieren.
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Das Übertragen
von Vignetten ermöglicht auch,
sich frei zu machen von Durchmesserunterschieden zwischen den Substraten,
auf denen die Bauteile realisiert werden. Dies ermöglicht insbesondere,
den anfänglichen
Materialverlust zu vermeiden, verglichen mit dem Übertragen
voller Platten, von denen zur Realisierung des Bauteil nur einige
transferierte Zonen verwendet werden.
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Ein
weiterer Vorteil des Transferierens von Vignetten hergestellter
Bauteile besteht darin, eine elektrisch getestete Schaltung übertragen
zu können und
folglich nur die guten Bauteile zu übertragen.
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Außerdem hat
das Übertragen
dünn gemachter
Bauteile den Vorteil, die vertikale Ausdehnung zu reduzieren, das
Gewicht dieser Bauteile zu verringern und sie zudem weniger fragil
zu machen. Aber das Übertragen
von Dünnschichten
oder Filmen wird schwierig gemacht durch ihre geringe Größe, die ihre
Manipulation bzw. Handhabung erschwert. Um diese Manipulation zu
erleichtern, ist es vorteilhaft, einen Transferträger zu verwenden,
der bei der Manipulation als Versteifer dieser Filme dient, so dass
sie sich unter der Einwirkung von Kräften nicht deformieren oder
sogar brechen. Unter Versteifer versteht man jeden organischen oder
anorganischen Träger, dessen
Steifigkeit das Brechen vorher angeschnittener Bereiche verhindert,
der der Gesamtheit der Chips Halt verleiht, und der verhindert,
dass zu transferierende Vignetten und Elemente auseinander brechen
oder reißen.
Dieser Versteifer kann zum Beispiel eine Platte aus monokristallinem
Silicium (001) sein, mit einer Dicke von wenigstens 200 μm. Er kann auch
aus Glas sein oder aus einem anderen Material, transparent zum Beispiel
für IR-,
UV- oder sichtbares Licht. Dies macht insbesondere die Ausrichtung
des Chips auf dem Träger
möglich.
Dies ermöglicht
auch die Behandlung der Adhäsionsschicht
(zum Beispiel UV-härtbarer
Klebstoff).
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Das
Dokument FR-A-2 781 925 offenbart eine selektive Übertragungsmethode
von Vignetten von einem Anfangsträger auf einen Endträger, wobei ein
Transferträger
benutzt wird.
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Der
zum Übertragen
der Vignetten benutzte Versteifer kann ein in der Mikroelektronik
häufig
benutzter Träger
sein (mono- oder polykristalline Substrate, Gläser usw.), oder es können auch
andere Träger
sein, zum Beispiel UV-empfindliche Kunststofffolien, beidseitige
Folien, Strechfolien, Teflon®-Folien usw. Es kann sich
um eine Kombination dieser verschiedenen Träger handeln, so dass die Eigenschaften
von jedem von ihnen genutzt werden können.
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Der
Versteifer muss die Manipulation bzw. Handhabung aller zu transferierenden
Chips während
der gemeinsamen Schritte ermöglichen.
Er muss auch selektiv ein Element unter den hergestellten freigeben.
Dazu erfolgt vorausgehend eine Durchtrennung der gesamten Dicke
der Schichten der zu transferierenden Elemente und eines Teils der Dicke
des Versteifers. Derart bleibt eine das Ganze zusammenhaltende Zone
erhalten, und es ist möglich,
die zu transferierenden Elemente selektiv abzutrennen, indem zum
Beispiel lokal mechanische und/oder thermische und/oder chemische
Energie zugeführt
wird.
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Die
Erfindung hat auch die Aufgabe, ein Verfahren für den kostengünstigen
Transfer von Bauteilen zu liefern.
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Die
Erfindung hat ein Verfahren für
den selektiven Transfer von Vignetten von einem Anfangsträger zu einem
Endträger
zum Gegenstand, wobei jede Vignette wenigstens ein Hauptelement
einer mikroelektronischen und/oder optoelektronischen und/oder akustischen
und/oder mechanischen Vorrichtung umfasst, die Elemente in einer
Oberflächenschicht
des Anfangsträgers
realisiert sind, das Verfahren dabei die folgenden Schritte umfasst:
- a) Befestigen eines Transferträgers an
der Oberflächenschicht
des Anfangsträgers,
- b) Eliminieren des nicht der Oberflächenschicht entsprechenden
Teils des Anfangsträgers,
- c) Definieren der Seiten der Vignetten bei dem durch den Transferträger und
die Oberflächenschicht
gebildeten Aufbau, indem man die Oberflächenschicht in der Richtung
ihrer Dicke durchtrennt,
- d) Greifen eines oder mehrerer für den Transfer vorgesehener
Vignetten und Loslösen
durch Energiezufuhr in die Zonen des genannten Aufbaus,
- e) Anbringen und Befestigen der in Schritt d) losgelösten Vignette
oder der Vielzahl von Vignetten auf dem Endträger,
dadurch gekennzeichnet:
dass
in Schritt c) das Durchtrennen der Oberflächenschicht über deren
gesamte Dicke und über
einen Teil der Dicke des Transferträgers erfolgt, um in dem genannten
Aufbau Zonen zu realisieren, die durchgebrochen werden können, und
dass
in Schritt d) die Energiezufuhr zum Brechen der genannten Zonen
des genannten Aufbaus führt.
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Unter
Hauptelement versteht man wenigstens eine Schicht aus einem Material,
das vor oder nach dem Transfer behandelt werden kann und so wie
es ist benutzt werden kann. Das Material kann ausgewählt werden
unter den Halbleitermaterialien (Si, SiC, GaAs, InP, GaN, HgCdTe),
den piezoelektrischen (LiNbo3, LiTaO3), pyroelektrischen, ferroelektrischen,
magnetischen oder sogar isolierenden Materialien.
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Wenn
die Oberflächenschicht
außerdem eine
Adhäsionsschicht
umfasst, welche die genannten Elemente bedeckt, kann der Schritt
a) die Befestigung des Transferträgers an der Adhäsionsschicht umfassen.
Die Adhäsionsschicht
kann ein beidseitiger Adhäsionsfilm
sein, oder durch ein Material gebildet werden, das ausgewählt wird
unter einem Klebstoff, zum Beispiel des polymeren Typs (zum Beispiel Polyimid,
BCB, Harz des Typs Epoxid oder Positivresist), einem Wachs, Siliciumoxid
(zum Beispiel des Typs SOG oder PECVD oder des thermischen Typs) oder
Silicium. Wenn sie die Elemente bedeckt, kann sie eine abgeschiedene
und polierte Schicht sein.
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In
Schritt a) kann die Befestigung durch Molekularadhäsion erfolgen,
wobei diese Molekularadhäsion
durch eine Wärmebehandlung
verstärkt
werden kann.
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In
Schritt b) erfolgt die Eliminierung des nicht der Oberflächenschicht
entsprechenden Teils des Anfangsträgers durch ein oder mehrere
Verfahren, die ausgewählt
werden unter dem mechanischen Schleifen, dem Polieren, einem trocken-
oder nasschemischen Ätzen,
dem Brechen längs
einer geschwächten
Schicht.
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In
Schritt c) kann das Durchtrennen durch trocken- oder nasschemisches Ätzen, durch
Sägen, durch
Ultraschall, durch Spalten oder durch einen Laserstrahl erfolgen.
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In
Schritt d) erfolgt das Greifen durch mechanische Einrichtungen,
Kapillarwirkung, elektrostatische Einrichtungen oder vorzugsweise
pneumatische Einrichtungen (Ansaugung) und/oder chemische Mittel.
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In
Schritt d) kann die Energiezufuhr eine Zuführung mechanischer und/oder
thermischer und/oder chemischer Energie sein. Das Loslösen wird
realisiert, indem man die auf die auf die Vignette(n) ausgeübten Druck-
und Saugeffekte kombiniert.
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In
Schritt e) erfolgt die Befestigung vorteilhafterweise durch Molekularadhäsion oder
durch Kleben. Das Kleben kann mittels eines Klebstoffs, eines Epoxidharzes
oder einer metallischen Schicht realisiert werden, reaktiv oder
nicht.
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Nach
dem Schritt e) kann der Teil des Transferträgers, welcher der übertragenen
Vignette oder der Vielzapf übertragener
Vignetten entspricht, wenigstens partiell eliminiert werden. Diese
Eliminierung kann durch ein oder mehrere Verfahren realisiert wird,
ausgewählt unter
der Lift-off-Technik, dem chemischen Ätzen oder dem selektiven Ätzen der Adhäsionsschicht,
dem Anwenden mechanischer Kräfte
und dem Brechen längs
einer geschwächten Schicht.
Die geschwächte
Schicht erhält
man zum Beispiel durch die Erzeugung von Mikrohohlräumen und/oder
Mikrogasblasen, realisiert durch Ionenimplantation oder zum Beispiel
durch das Vorhandensein einer vergrabenen porösen Schicht oder durch irgend
ein Mittel, das ermöglicht,
die Oberflächenschicht
von dem Anfangsträger
zu trennen.
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Eventuell
fügt man
vor dem Schritt c) dem Transferträger Einrichtungen hinzufügt, die
ihn während
des Schritts c) steif halten. Nach dem Schritt c) können die
Versteifungseinrichtungen des Transferträgers wenigstens partiell eliminiert
werden.
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Diese
Einrichtungen können
mechanisch verformbar sein, wobei die erzeugte Verformung das Brechen
der zum Brechen vorgesehenen Zonen begünstigt. Diese Einrichtungen
können
auch Kunststofffolien sein.
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Die
Oberflächenschicht
kann wenigstens eine Stoppschicht umfassen, die an den Teil des
Anfangsträgers
angrenzt, der nicht der Oberflächenschicht
entspricht. Diese Stoppschicht kann ebenfalls eliminiert werden.
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Vor
dem Schritt a) kann das genannte Hauptelement einer mikroelektronischen
und/oder optoelektronischen und/oder akustischen und/oder mechanischen
Vorrichtung getestet werden, um seinen Betriebsfähigkeitszustand festzustellen.
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In
Schritt a) kann das Befestigen des Transferträgers durch die Abscheidung
einer Materialschicht auf der Oberflächenschicht realisiert werden, wobei
diese Materialschicht den Transferträger bildet.
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In
Schritt c) kann das Durchtrennen ab der Oberflächenschicht und/oder ab dem
Transferträger erfolgen.
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Vor
der Befestigung der Vignette oder der Vielzahl von Vignetten auf
dem Endträger
kann eine Oberflächenvorbereitung
durchgeführt
werden, um die Befestigung zu verbessern (Reinigung, Eliminierung
einer Opferschicht, Politur usw.). Bei der Befestigung auf dem Endträger kann
die Vignette außerdem
auf diesem Träger
ausgerichtet werden, indem man entweder auf der Vignette und dem
Träger
vorgesehene Markierungen benutzt oder vorzugsweise einen Transferträger aus
einem transparenten Material.
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Nach
dem Schritt e) kann ein Schritt vorgesehen werden, der ermöglicht,
das genannte Hauptelement einer aktiven oder passiven mikroelektronischen
und/oder optoelektronischen Vorrichtung und/oder eines Sensors zu
entnehmen.
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Wenn
der Anfangsträger
vom SOI-Typ ist, das heißt
gebildet durch ein Siliciumsubstrat, das nacheinander eine Siliciumoxidschicht
und eine Siliciumschicht umfasst, in der das genannte Element realisiert
ist, dient die Siliciumoxidschicht als Stoppschicht.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Die
Erfindung und andere Vorteile und Besonderheiten gehen aus der nachfolgenden
beispielartigen, nicht einschränkenden
Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten Figuren:
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die 1A bis 1J sind
Querschnittansichten, die ein erstes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen selektiven
Transferverfahrens illustrieren,
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die 2A bis 2I sind
Querschnittansichten, die ein zweites Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen selektiven
Transferverfahrens illustrieren,
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die 3A bis 3E sind
Querschnittansichten, die ein drittes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen selektiven
Transferverfahrens illustrieren.
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Detaillierte
Beschreibung von Realisierungsarten der Erfindung
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Das
Verfahren betrifft generell Elemente, die durch die Techniken der
Mikroelektronik und/oder der Optoelektronik ganz oder teilweise
auf Substraten realisiert wurden. Die Elemente wurden eventuell
auf einer oder mehreren chemischen Stoppschichten realisiert. Sie
werden eventuell schon auf ihren Anfangsträgern einem elektrischen Test
unterzogen.
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Im
Falle einer starken Topologie bzw. Unebenheit der Oberfläche kann
diese geglättet
werden durch das Abscheiden eines Materials, das dann mechanisch-chemisch
poliert wird, oder durch das Füllen
der Volumen mit einem ausreichend glatten Material, das nicht unbedingt
später
poliert werden muss. Wenn die Füllmaterialschicht
ausreichend dick und steif ist, kann sie auch eine Versteifungsfunktion erfüllen und
den Transferträger
bilden. Außerdem kann
sie gegebenenfalls eine Haftfunktion erfüllen.
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Zur
Befestigung des Transferträgers
am Anfangsträger
können
verschiedene Techniken benutzt werden: Molekularhaftung, Klebstoff,
Epoxidharz usw. Die Molekularhaftung ist besonders geeignet, wenn
die in Kontakt zu bringenden Oberflächen glatt sind. Eine Haftschicht
kann nützlich
sein, um die Oberflächenschicht
auf dem Transferträger
zu befestigen. Sie kann aus einem Material sein, das ausgewählt wird
unter einer beidseitig klebenden Folie, einem zum Beispiel polymeren
Klebstoff (Polyimid, BCB, Harz des Typs Epoxid oder Positivresist, Wachs,
Glas, Siliciumoxid des "Spin
on glass"-Typs, abgeschieden
oder thermisch.
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Das
Greifen der Vignetten kann durch eine klassische "Pick and place"-Technik oder jede
andere Technik erfolgen, mittels der die Vignette festgehalten und
lokal eine Energie zugeführt
werden kann, die das Wegbrechen der zu transferierenden Vignette
bewirkt. Vorteilhafterweise wird die Vignette mit einem Werkzeug
manipuliert, das ermöglicht,
sie anzusaugen und dabei einen Druck auszuüben, um sie von den anderen
Vignetten zu trennen. Das Werkzeug ermöglicht dann, die abgetrennte
Vignette auf den Endträger
zu übertragen.
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Vorzugsweise
ist der Transferträger
ein in der Mikroelektronik verwendetes kostengünstiges Substrat, zum Beispiel
mono- oder polykristallines Silicium, Glas, Saphir usw.
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Die
Elemente können
auf einem Anfangsträger
realisiert werden, der mehrere Stoppschichten umfasst. Die Verwendung
von mehreren Stoppschichten ist vorteilhaft, um die Oberfläche zu glätten, die
aus einer Ätzung
des Anfangsträgers
resultiert. Die Verwendung von mehreren Stoppschichten kann auch
ermöglichen,
die Teilchen zu entfernen, die aus dem vertikalen Schwächermachen
bzw. Dünnermachen
der zu transferierenden Vignetten und eventuell des Transferträgers resultieren.
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Ein
erstes Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in den 1A bis 1J dargestellt,
die Teilschnittansichten sind.
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Die 1A zeigt
ein Substrat 10, zum Beispiel aus GaAs, das als Anfangssubstrat
dient und auf dem Halbleiter-Chips 11 (zum Beispiel optoelektronische
oder mikroelektronische Bauteile) nach dem Fachmann bekannten Techniken
realisiert wurden. Die Chips 11 sind von dem übrigen Anfangsträger durch
wenigstens eine Stoppschicht 12, zum Beispiel aus AlxGa(1-x)As, getrennt.
Diese Schicht sorgt für eine
bessere Homogenität
des Transfers, denn sie bildet eine Stoppschicht und eine Opferschicht,
zum Beispiel gegenüber
einer chemischen Trocken- oder Nassätzung.
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Wie
die 1B zeigt, ist die Oberfläche des Chips 11 tragenden
Substrats 10 geglättet,
um ein Kleben auf einen Transferträger zu ermöglichen. Diese Operation kann
realisiert werden durch die Aufbringung oder Ausbreitung einer Schicht 13,
die ein Klebstoff, ein Epoxidharz oder ein mineralisches Material
wie etwa ein Glas oder Siliciumdioxid oder Silicium sein kann. Eventuell
ist eine Planarisierung der Schicht 13 möglich. Die
Stoppschicht 12, die Halbleiterelemente oder -chips 11 und
die Schicht 13 bilden die Oberflächenschicht des Angangsträgers.
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In
der 1C ist ein Transferträger 14 auf die freie
Fläche
der Schicht 13 geklebt worden. Wenn die Schicht 13 eine
Epoxidharzschicht ist, wird sie anschließend polymerisiert. Wenn die
Schicht 13 eine mineralische Schicht ist, ermöglicht eine
thermische Behandlung eine Erhöhung
der Energie, mit der sie an dem Transferträger 14 haftet.
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Die 1D zeigt,
dass der Anfangsträger 10 oder
genauer ausgedrückt
der Teil des Anfangsträgers,
der nicht der Oberflächenschicht
entspricht, eliminiert worden ist. Diese Eliminierung kann durch eine
klassische Methode oder eine Kombination klassischer Methoden erfolgen:
mechanisches Schleifen, Polieren, Nass- oder Trockenätzen. Das
Substrat konnte vor dem Realisieren des Bauteils in der Tiefe schwächer bzw.
dünner
gemacht werden durch Implantation von Ionen oder gasförmigen Spezies.
Das Lösen
der Dünnschicht
von dem Substrat realisiert man dann durch die Zuführung von
mechanischer Energie (s. das Dokument FR-A-2 748 851).
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Wie
in der 1E zu sehen, ist ein Versteifungsstück 15 auf
der freien Fläche
des Transferträgers 14 befestigt
worden. Dieses Stück 15 kann
ein Zuschnittträger
sein. Die zu transferierenden Vignetten werden anschließend vertikal
mittels Gräben 17 vorgeschnitten.
Eine zu transferierende Vignette umfasst wenigstens einen Chip 11.
Das Vorschneiden der Vignetten erfolgt ganz in den Schichten 12 und 13 und
teilweise dem Transferträger 14.
Das Vorschneiden lässt
in dem Transferträger 14 Zonen
bzw. Bereiche ganz, die durchgebrochen werden können. Dieses Vorschneiden kann
durch chemische Ätzung, durch
eine Kreissäge,
eine Scheibensäge,
eine Drahtsäge
oder durch Ultraschall erfolgen. Je nach Anwendung kann die Vorrichtung
vor oder nach der Übertragung
auf den Endträger
fertiggestellt werden.
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Die
freie Fläche
der Stoppschicht 12 wird chemisch behandelt, um die Teilchen
und die Kontaminationsstoffe zu beseitigen, die bei den vorhergehenden
Operationen entstanden sein können
und dann die Molekularadhäsion
auf dieser Fläche
stören.
Wenn es mehrere Stoppschichten gibt, können eine oder mehrere trocken-
oder nasschemisch oder sogar durch mechanisch-chemische Politur
entfernt werden, um gleichzeitig die an der Oberfläche vorhandenen
Verunreinigungen zu eliminieren. Da das Versteifungsstück 15 (s. 1E)
eventuell nicht kompatibel ist mit den chemischen Behandlungen, denen
eine zur Molekularadhäsion
bestimmte Fläche unterzogen
wird, kann das Stück 15 direkt
nach der Realisierung der Gräben 17 eliminiert
werden, wie die 1F zeigt.
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Die
zu übertragenden
Vignetten 16 werden dann selektiv entnommen (s. die 1G und 1H),
wobei die Brechzonen durch Druck oder Ansaugung oder einer Aufeinanderfolge
von Druck und Ansaugung oder einer Aufeinanderfolge von Druck und
Nachlassen des Drucks oder einer Aufeinanderfolge von Ansaugung
und Nachlassen der Ansaugung brechen. Vorzugsweise realisiert man
den Bruch durch einen plötzlichen
Druck mittels eines Werkzeugs 18, mit dem man die Vignette
transferieren kann, zum Beispiel einer an die Dimensionen der Chips
angepassten Saugpinzette.
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Die
entnommene Vignette 16 wird anschließend durch Molekularadhäsion auf
einem Endträger 19 befestigt,
wie dargestellt in der 1I. Der die Oberfläche des Endträgers 19 kann
vorbereitet werden wie in der Mikroelektronik üblich, um die Molekularadhäsion der
Vignette 16 zu ermöglichen,
zum Beispiel durch eine chemische Reinigung des hydrophilen Typs
oder ein mechanisch-chemisches Polieren.
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Anschließend wird
das Material der Schicht 13 durch Unterätzung entfernt, was zur Folge
hat, dass der mit der übrigen
bzw. eigentlichen Vignette transferierte Transferträger abgetrennt
wird. Dieser Transferträger
kann auch durch Sägen
entfernt werden, wobei das Material 13 dann durch Ätzung eliminiert
wird. Man erhält
die in der 1J dargestellte Struktur.
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Ein
zweites Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in den 2A bis 2I dargestellt,
die Teilschnittansichten sind.
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Die 2A zeigt
ein Substrat 20, das als Anfangssubstrat dient. Das Substrat 20 ist
ein SOI-Substrat, das eine Siliciumdioxidschicht 22 umfasst,
die als chemische Stoppschicht dient, und eine Siliciumdünnschicht,
in der durch dem Fachmann bekannte Techniken Halbleiterchips 21 realisiert
worden sind. Die Siliciumdioxidschicht 22 und die Siliciumdünnschicht
bilden die Oberflächenschicht
des Anfangsträgers.
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In
diesem Beispiel sind die Chips (zum Beispiel mikroelektronische
Vorrichtungen, TFT-Ansteuerungsschaltungen usw.) dazu bestimmt,
selektiv transferiert zu werden. Dazu wird die freie Oberfläche der
Chips 21 an einem Transferträger 24 befestigt, wie
dargestellt in der 2B. Der Transferträger 24 wird
ohne eine zusätzliche
Schicht auf die freie Oberfläche
der Chips 21 geklebt.
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Durch
irgend ein Schneidverfahren, ausgewählt unter mechanischem Schneiden,
Laserschneiden, Teilspaltung, Realisierung von Defekten, Spaltanrissen,
werden in dem Anfangssubstrat 20 einschließlich der
Siliciumdioxidschicht 22 und der Dünnschicht und partiell in dem
Transferträger 24 Gräben 27 realisiert,
die bis zu einer Bruchzone reichen. Die Gräben 27 grenzen Vignetten 26 ab,
wobei jede Vignette einen Chips umfasst. Dies zeigt die 2C.
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Der
massive Teil des Anfangsträgers 20 wird anschließend eliminiert,
wie in 2D dargestellt. Diese Eliminierung
kann durch ein klassisches Verfahren oder eine Kombination klassischer
Verfahren erfolgen. Zum Beispiel kann man schleifen, polieren oder
nass oder trocken ätzen.
Bei diesem zweiten Anwendungsbeispiel kann man sich auf das Schleifen
beschränken,
denn die Übertragungsfläche jeder Vignette
muss nicht glatt sein, um festgeklebt zu werden.
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Die
zu übertragenden
Vignetten 26 werden selektiv entnommen (s. 2E und 2F),
wobei die Bruchzonen mittels einer der Methoden gebrochen werden,
die in dem ersten Anwendungsbeispiel genannt worden sind. Vorzugsweise
erfolgt das Brechen durch einen Druck eines Werkzeugs 28,
zum Beispiel einer Saugpinzette, die eine Handhabung der zu transferierenden
Vignette ermöglicht.
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Die
entnommene Vignette 26 wird anschließend mittels eines Klebstoffs 201 auf
einen Empfangsträger
oder Endträger 29 geklebt.
Dies zeigt die 2G. Der Endträger 29 kann
ein organisches Material sein. Es kann sich um eine Karte handeln,
die dazu bestimmt ist, eine elektronische Schaltung aufzunehmen,
um eine Chip-Karte zu realisieren. Man kann den Klebstoff so wählen, dass
man ihn mit einem Lösungsmittel
eliminiert werden kann (zum Beispiel ein handelsübliches Wachs oder Aceton).
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Der
noch vorhandene auf den Endträger 29 übertragene
Teil des Transferträgers 24 mit
dem Chip 21 kann durch eine der Methoden eliminiert werden, die
in dem ersten Anwendungsbeispiel genannt wurden. Man erhält die in
der 2H gezeigte Struktur.
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Der übertragene
Chip 21 kann anschließend durch
bekannte Techniken der Mikroelektronik noch mit zusätzlichen
Einrichtungen versehen werden, zum Beispiel, wie dargestellt in
der 2I, mit Metallkontakten 202 und 203.
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Ein
drittes Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in den 3A bis 3E dargestellt,
die Teilschnittansichten sind.
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Die 3A zeigt
ein Substrat 30, das als Anfangssubstrat dient. Es kann
sich um ein GaAs-Substrat handeln, auf dem durch dem Fachmann bekannte
Techniken Halbleiterchips realisiert worden sind. Wenigstens eine
Stoppschicht 32, zum Beispiel aus AlxGa(1-x)As, trennt die Halbleiterchips von dem Substrat 30.
Diese Stoppschicht (oder eventuell Stoppschichten) haben den Vorteil,
den Transfer homogener zu machen, denn sie bildet eine Stoppschicht
und eine Opferschicht, zum Beispiel gegenüber einer chemischen Trocken-
oder Nassätzung.
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Die
Halbleiterchips werden in diesem Anwendungsbeispiel durch Basiselemente 31 und
unter dem allgemeinen Bezugszeichen 34 zusammengefasste
Zusatzelemente gebildet. Man kann also sagen, dass die Stoppschicht 32 und
die Basiselemente 31 die Oberflächenschicht des Anfangsträgers bilden,
während
die Gesamtheit 34 der Zusatzelemente als Transferträger dient.
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Die 3B zeigt,
das der Anfangsträger durch
klassische Methoden oder eine Kombination von klassischen Methoden
eliminiert worden ist, zum Beispiel durch mechanisches Schleifen,
Polieren, Trocken- oder Nassätzen.
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Die
zu übertragenden
Vignetten werden anschließend
vorgeschnitten durch eine der in den vorangehenden Beispielen genannten
Methoden. Die 3C zeigt, dass die Schnitte
von beiden freien Flächen
bzw. Seiten der Struktur ausgehen. Gräben 37 und 337, jeweils
fluchtend, grenzen Vignetten 36 ab, die ein oder mehrere
Basiselemente 31 umfassen. Zwischen zwei fluchtenden Gräben 37 und 337 gibt
es jeweils eine Bruchzone.
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Die
zu übertragenden
Vignetten 36 werden selektiv entnommen (s. 3D),
wobei die Bruchzonen durch eine der in dem ersten Anwendungsbeispiel
genannten Methoden gebrochen wird. Vorzugsweise erfolgt das Brechen
durch einen plötzlichen Druck,
ausgeübt
mit einem Werkzeug 38, zum Beispiel einer Saugpinzette,
die ermöglicht,
die zu transferierende Vignette zu handhaben.
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Die
entnommene Vignette 36 wird anschließend durch Molekularadhäsion auf
einen Empfangsträger
oder Endträger 39 geklebt
und das Werkzeug 38 wird zurückgezogen. Dies zeigt die 3E.
Der Endträger 39 kann
in der Mikroelektronik üblichen Oberflächenvorbereitungen
unterzogen worden sein, um die Molekularadhäsion der Vignette 36 auf
diesem Träger
zu verbessern.