EP4329977A2

EP4329977A2 - Verfahren und system zur herstellung mikrostrukturierter komponenten

Info

Publication number: EP4329977A2
Application number: EP22725764.9A
Authority: EP
Inventors: Torsten Leichsenring; Kai Mittwoch; Claudia UNGER; Steffen LÖTZSCH
Original assignee: 3D Micromac AG
Current assignee: 3D Micromac AG
Priority date: 2021-04-29
Filing date: 2022-04-26
Publication date: 2024-03-06
Also published as: DE102021204313A1; WO2022229164A2; US20240367267A1; TW202247508A; KR20240001716A; WO2022229164A3

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer mikroelektronischen Komponente, die eine Vielzahl von Mikro-Funktionselementen auf einem Substrat aufweist, wird in wenigstens einer Verfahrensstufe in einer Laserbearbeitungsstation unter der Steuerung durch eine Steuereinheit eine Laserbearbeitung durchgeführt. Die Verfahrensstufe umfasst ein Positionieren eines zu bearbeitenden Werkstücks in einer Bearbeitungsposition der Laserbearbeitungsstation mittels eines Werkstück-Bewegungssystems in Reaktion auf Bewegungssignale der Steuereinheit. Dabei erfolgt ein kamerabasiertes Beobachten des Werkstücks mittels eines Kamerasystems, wobei wenigstens ein Bild eines im Objektfeld einer Kamera liegenden Ausschnitts des Werkstücks erzeugt wird. Das Bild wird mittels Bildverarbeitung zur Ermittlung von Positionsdaten ausgewertet, die die Ist-Position wenigstens eines Strukturelements des Werkstücks im Objektfeld repräsentieren. Die Ist-Position wird mit einer Soll-Position des Strukturelements verglichen und es werden Korrektursignale in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position erzeugt. Die Bearbeitungsposition wird auf Basis der Korrektursignale durch Ansteuern des Werkstück-Bewegungssystems korrigiert, um die Ist-Position an die Soll-Position anzugleichen. Dann wird zur lokalen Laserbearbeitung des Werkstücks wenigstens ein auf das Werkstück gerichteter Laserstrahl an wenigstens einer Bearbeitungsstelle des Werkstücks eingestrahlt.

Description

Verfahren und System zur Herstellung mikrostrukturierter Komponenten

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Herstellung einer mikrostrukturierten Komponente, die eine Vielzahl von Mikro-Funktionselementen auf einem Substrat aufweist, worin in wenigstens einer Verfahrensstufe in einer Laserbearbeitungsstation unter der Steuerung durch eine Steuereinheit eine Laserbearbeitung durchgeführt wird. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Herstellung eines Micro-LED-Displays, welches ein Substrat aufweist, das ein Array von Pixel bildenden Micro-Leuchtdioden trägt, die auf einer auf dem Substrat angeordneten elektrischen Versorgungsstruktur angeordnet sind.

Der Begriff Micro-LED - manchmal auch Mikro-LED oder pLED genannt - steht für eine Flachbildschirmtechnologie auf Basis von Leuchtdioden (light emitting diode, LED). Micro- LED-Displays sind mikroelektronische Komponenten, die auf Anordnungen (Arrays) mikroskopisch kleiner Leuchtdioden basieren, die die Bildelemente des Displays, auch als Pixel bezeichnet, bilden. Zwischen den einzelnen pLEDs liegen jeweils Zwischenräume, die auch als Straßen bezeichnet werden. Einzelne Pixel können aus drei Subpixeln, d.h. drei pLEDs für Rot (R), Grün (G) und Blau (B) bestehen. Damit können auch innerhalb eines Pixels Straßen zwischen den pLEDs bestehen. Die Micro-LEDs sind selbstleuchtend, dimmbar und komplett abschaltbar und benötigen deshalb keine Hintergrundbeleuchtung wie bei Flüssigkristallanzeigen (Liquid Crystal Displays, kurz: LCDs).

Im Zuge der Entwicklung der Micro-LED-Technologie als neue Display-Technologie bietet die Laserbearbeitung mehrere Möglichkeiten, u.a. Laser Lift-Off (LLO), um die fertigen pLEDs vom Saphir-Wachstumswafer zu trennen, Laser-Induced-Forward-Transfer (LIFT), um die pLEDs von einem Donor auf das Substrat zu übertragen und/oder Laser-Reparatur z.B. von pLED- Displays zur Behebung von Ausbeuteproblemen und Defektraten.

Laser-Lift-Off (LLO) ist ein Verfahren zum selektiven Abtragen eines Materials von einem anderen Material. Dabei wird ein Prozess genutzt, bei dem der Laserstrahl ein transparentes Grundmaterial durchdringt und in ein zweites Material stark einkoppelt. LLO wird häufig bei der LED-Herstellung verwendet, um den GaN-Halbleiter von einem Saphir-Basis-Wafer zu trennen. Der laserinduzierte Vorwärtstransfer (LIFT) ist eine Klasse von Verfahren, bei denen mittels Laserstrahlung Material von einem Ausgangssubstrat (Donor) auf ein Zielsubstrat (Akzeptor) übertragen wird.

Eine Übersicht zum Einsatz von laserbasierten Technologien bei der Fertigung von Micro-LEDs findet man in dem Whitepaper „MicroLEDs - Laser Processes for Display Production“ über die Homepage der Firma Coherent unter https://de.coherent.com/microled, betrieben von Coherent Shared Services B.V., Dieselstraße 5b, D-64807 Dieburg.

Für die Produktion existieren unterschiedliche Konzepte, die meist vom Hersteller und dessen spezifischer Verfahrensvariante abhängen und durch unterschiedliche Anpassung von LLO und LIFT Verfahren umgesetzt werden. In jedem Fall muss eine massive Parallelbearbeitung realisiert werden, um die große Anzahl an pLED wirtschaftlich übertragen zu können. Dazu werden Masken mit einer Vielzahl von Öffnungen bzw. Aperturen verwendet, die einen aufbereiteten Laserstrahl in eine entsprechende Vielzahl von Teilstrahlen aufteilen. Die Laserstrahlung emittierenden Maskenöffnungen werden dann auf die Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit abgebildet.

Die Anordnung der pLED auf dem EPI-Wafer kann sich dabei von derjenigen auf dem Display unterscheiden. Beispielweise können die lateralen Abstände unterschiedlich sein. Man kann z.B. nur jede n-te pLED übertragen und dadurch den gewünschten Abstand auf dem Display- Substrat erreichen. Es besteht die Möglichkeit, pLED in drei verschiedenen Farben, von drei verschiedenen EPI-Wafern zu verwenden. Alternativ können z.B. blaue pLED mit unterschiedlichen Farbkonversionslagen (z.B. Quantum Dots) eingesetzt werden.

Manche Hersteller definieren Micro-LED-Bildschirme als Bildschirme mit Leuchtdioden, die eine Leuchtbreite kleiner als 50 pm oder eine Leuchtfläche kleiner als 0,003 mm² haben. Die Breite (laterale Ausdehnung) einer pLED kann z.B. von über 30 pm (<100 pm) bis hinunter zu ca. 1 pm bis 3 pm reichen. Die Stege zwischen den pLED sind häufig nur ca. 6 pm bis 1 pm breit. Abweichungen von diesen aktuell typischen Dimensionen sind möglich, insbesondere in Richtung einer weiteren Miniaturisierung, z.B. um Bildschirme mit noch höherer Auflösung zu schaffen.

Die Kosten zur Bereitstellung der für solche Prozesse geeigneten Systeme steigen nahezu exponentiell mit den Anforderungen an die Möglichkeit, immer feinere Strukturen in stabilen Prozessen zu erzeugen. AUFGABE UND LÖSUNG

Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und ein System zur Herstellung mikrostrukturierter Komponenten bereitzustellen, die auch bei zunehmender Miniaturisierung der zu erzeugenden Strukturen eine wirtschaftliche Fertigung solcher Komponenten erlauben.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein System mit den Merkmalen von Anspruch 12 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Das Verfahren und das System sind zur Herstellung von mikrostrukturierten Komponenten vorgesehen, die eine Vielzahl von Mikro-Funktionselementen auf einem Substrat aufweisen. Es kann sich dabei z.B. um mikroelektronische und/oder um mikromechanische Funktionselemente handeln. Ein Beispiel ist die Herstellung eines Mikro-LED-Displays, das ein Substrat (Display- Substrat) aufweist, welches ein Array von Pixel bildenden Mikro-Leuchtdioden auf einer elektrischen Versorgungsstruktur (auch als Backplane bezeichnet) trägt.

In wenigstens einer Verfahrensstufe wird in einer Laserbearbeitungsstation unter der Steuerung durch eine Steuereinheit eine Laserbearbeitung durchgeführt. Dabei wird Laserstrahlung mit vorgebbaren Strahleigenschaften in vorgebbarer Weise auf das Werkstück eingestrahlt, um lokal begrenzte Veränderungen am Werkstück zu bewirken. Die Laserbearbeitung kann auch als Lasermikrobearbeitung bezeichnet werden, da Bearbeitungsgenauigkeiten im Mikrometerbereich (z.B. wenige Mikrometer, ggf. auch weniger als ein Mikrometer) gefordert sein können.

Bei dem Werkstück kann es sich um ein noch nicht bearbeitetes Substrat handeln oder um ein Substrat, das eine Beschichtung und/oder andere Funktionsstrukturen trägt.

In dieser Verfahrensstufe wird u.a. eine Positionier-Operation ausgeführt. In der Positionier- Operation wird ein zu bearbeitendes Werkstück in Reaktion auf Bewegungssignale der Steuereinheit in eine Bearbeitungsposition der Laserbearbeitungsstation bewegt. Die Positionier-Bewegung erfolgt derart, dass sich das Werkstück zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in einer angestrebten Position befindet. Das Werkstück kann sich dabei ständig bewegen und mit endlicher Geschwindigkeit so durch die angestrebte Position laufen, dass es sich zum Zielzeitpunkt an der angestrebten Position befindet („dynamische Positionierung“). Die Positionier-Bewegung kann auch so gesteuert werden, dass die Bewegung kurz angehalten wird, wenn sich das Werkstück in der Ziel-Position befindet („statische Positionierung“)

Zur Durchführung dieser Werkstückbewegung weist die Laserbearbeitungsstation ein Werkstück-Bewegungssystem auf. Ein Bewegungssystem ist ein elektrisch-mechanisches System für Bewegungs- und Positionierzwecke in der Automatisierung und erlaubt, einen damit bewegten Gegenstand nach einem bestimmten Bewegungsprofil in zwei oder drei Dimensionen zu bewegen und zu positionieren. Sie werden häufig auch als Bewegungs- und Positioniersysteme bezeichnet.

Es findet eine kamerabasierte Beobachtung des Werkstücks statt. Die Beobachtung wird mithilfe eines Kamerasystems durchgeführt, das wenigstens eine Kamera aufweist, und umfasst eine Bilderfassung, also das Erfassen mindestens eines im Objektfeld der Kamera liegenden Ausschnitts des Werkstücks sowie die Erzeugung eines den Ausschnitt repräsentierenden Bildes. Es kann sich um ein einzelnes Bild oder um mehrere Bilder handeln.

In einer Auswerteoperation wird mithilfe einer Auswerteeinheit des Systems das Bild mittels Bildverarbeitung ausgewertet, um Positionsdaten zu ermitteln, die die Ist-Position wenigstens eines Strukturelements des Werkstücks im Objektfeld zum Zeitpunkt der Bilderfassung repräsentieren. Das Strukturelement ist ein im Bild bezüglich seiner Position gut identifizierbares Element am Werkstück. Als Strukturelemente kommen z.B. Kontaktpads auf der Backplane, speziell an bestimmten Stellen angebrachte Justiermarken, eine oder mehrere LEDs oder andere Funktionselemente in Frage.

In einer Vergleichsoperation wird die Ist-Position mit einer vorgegebenen Soll-Position des Strukturelements verglichen. Basierend auf dem Vergleich werden Korrektursignale in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position erzeugt.

Wenn die durch kamerabasierte Beobachtung und Bildauswertung festgestellte Ist-Position eines ausgewählten Strukturelements des Werkstücks nicht oder nicht bis auf eine ggf. akzeptable kleine Abweichung der Soll-Position entspricht, werden Korrektursignale bzw. Korrekturwerte erzeugt, die das Ausmaß der Abweichung repräsentieren und eine Korrekturbedürftigkeit anzeigen. Wenn der Vergleich ergibt, dass die festgestellte Ist-Position bereits ausreichend gut der Soll-Position entspricht, kann ein entsprechendes Korrektursignal („keine Korrektur nötig“) erzeugt werden, welches einem Korrekturwert Null entsprechen würde. Basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs erfolgt im Rahmen einer Positionskorrektur durch Erzeugen einer Korrekturbewegung eine Korrektur der Bearbeitungsposition des Werkstücks durch Ansteuern des Werkstück-Bewegungssystems in der Weise, dass die Ist-Position des Strukturelements an die Soll-Position möglichst gut angeglichen wird. Dabei muss nicht exakt die Soll-Position erreicht werden, die Differenz zwischen Soll- und Ist-Position muss aber derart verringert werden, dass die Ist-Position nach der Positionskorrektur innerhalb des Toleranzbereichs zur Soll-Position liegt.

Schließlich wird wenigstens ein auf das Werkstück gerichteter Laserstrahl zur lokalen Laserbearbeitung des Werkstücks an wenigstens einer Bearbeitungsstelle des korrekt positionierten Werkstücks auf das Werkstück eingestrahlt.

Ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes und konfiguriertes System umfasst dementsprechend eine Steuereinheit, die Laserbearbeitungsstation mit der durch die Steuereinheit steuerbaren Laserbearbeitungseinheit sowie ein Werkstück-Bewegungssystem, welches in Reaktion auf Bewegungssignale der Steuereinheit ein Werkstück bewegen kann. Weiterhin ist ein Kamerasystem mit einer Kamera zur Beobachtung des Werkstücks und zur Erfassung von einem oder mehreren Bildern vorgesehen, die dann in der Auswerteeinheit ausgewertet werden. Die Auswerteeinheit ist zum Auswerten des Bilds mittels Bildverarbeitung zur Ermittlung von Positionsdaten konfiguriert, die die Ist-Position repräsentieren, und führt auch den Vergleich der Ist-Position mit der Soll-Position des Strukturelements zum eventuellen Erzeugen von Korrektursignalen bei zu großen Abweichungen durch. Abhängig vom Ergebnis der Auswertung wird die Steuereinheit veranlasst, die Bearbeitungsposition durch Ansteuern des Werkstück-Bewegungssystems zu korrigieren, um dadurch die Ist-Position an die Soll- Position auf Basis der Korrektursignale anzugleichen. Nach der Auswertung und der eventuellen Positionskorrektur liegt die Ist-Position mit hoher Genauigkeit auf oder nahe bei der Soll-Position. Wenn dies der Fall ist, kann die Steuereinheit die Laserbearbeitungseinheit dazu veranlassen, wenigstens einen auf das Werkstück gerichteten Laserstrahl zur lokalen Laserbearbeitung des Werkstücks an wenigstens einer Bearbeitungsstelle des positionierten Werkstücks einzustrahlen.

Die beanspruchte Erfindung beruht unter anderem auf Erkenntnissen der Erfinder aus Untersuchungen von kommerziell erhältlichen Werkstück-Bewegungssystemen, die häufig auch als Bewegungs- und Positioniersysteme bezeichnet werden. Dabei stellte sich überraschend heraus, dass auch bei hochwertigen und entsprechend teuren Werkstück-Bewegungssystemen die Absolut-Genauigkeit der Positionierung über relativ große Verfahrwege und gegebenenfalls über einen relativ langen Zeitraum, wie er zur Display-Herstellung für den Prozess zur genauen Positionierung sehr kleiner Mikro-LEDs erforderlich ist, nicht oder kaum ausreicht. Der absolute Positionsfehler kann bei Verfahrwegen in der Größenordnung von 500 mm durchaus mehrere Mikrometer betragen. Der nicht korrigierbare Wiederholfehler bei unter 50 mm Verfahrweg sollte dagegen in einem relativ kurzen Zeitraum nach einer Korrektur kleiner als 100 nm sein und somit im geforderten Genauigkeitsbereich liegen.

Gemäß dem Vorschlag der Erfinder kann ein Werkstück-Bewegungssystem selbst dann, wenn es beispielsweise bei großen Verfahrwegen relativ hohe absolute Positionsfehler generiert, für hochpräzise Laserbearbeitungen genutzt werden, da über die kamerabasierte Beobachtung inklusive Bildbearbeitung, Ermittlung eventueller Positionsfehler und daran orientierter Positionskorrektur dennoch die für die Lasermikrobearbeitung erforderliche Position des Werkstücks auch nach längeren Verfahrwegen mit höchster Präzision im Mikrometerbereich eingestellt werden kann. Insoweit wird eine kamerabasierte Positionsregelung implementiert, die eventuelle konstruktive oder prinzipbedingte Schwächen kommerzieller Werkstück- Bewegungssysteme mit relativ kostengünstigen Mitteln kompensieren kann.

Gemäß einer Weiterbildung kann eine massive Parallelbearbeitung realisiert werden, um z.B. eine große Anzahl an pLED wirtschaftlich übertragen zu können. Um eine Parallelbearbeitung an einer Vielzahl von Bearbeitungsstellen gleichzeitig zu ermöglichen, wird eine Maske mit einer Vielzahl von Maskenöffnungen verwendet. Die Maske teilt einen ggf. aufbereiteten Laserstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen auf. Die Laserstrahlung emittierenden Maskenöffnungen werden dann auf eine Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit abgebildet. Im System wird die Maske in einer zur Bearbeitungsebene optisch konjugierten Maskenebene angeordnet. Mittels eines optischen Abbildungssystems werden die Laserstrahlung emittierenden Maskenöffnungen auf eine Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit abgebildet. Vorzugsweise ist ein Masken-Bewegungssystem vorgesehen, welches die Maske trägt und unter der Steuerung durch die Steuereinheit eine Verlagerung der Maske in der Maskenebene sowie eine Drehung der Maske um eine zur Maskenebene senkrechte Achse erlaubt.

Gemäß einer Weiterbildung wird das Werkstück mittels des Bewegungssystems kontinuierlich bewegt und an den vorgegebenen Positionen jeweils ein Laserpuls ausgelöst. Damit ergeben sich eine Laserpulsfrequenz im Rahmen der Spezifikation des Lasersystems und ein Abstand der Bearbeitungspositionen sowie eine bestimmte Verfahrgeschwindigkeit des Substrats. Zur Bildaufnahme für die Korrektur erfolgt eine Positionierung mit kurzzeitigem Stillstand oder eine Positionierung mit einer sehr langsamen Bewegung durch die gewünschte Position, die nur über einen kurzen, aber ausreichenden Zeitraum vorliegt. Gemäß einer Weiterbildung wird schrittweise sektoriell gearbeitet. Ein Sektor ist ein Teilbereich oder ein Ausschnitt des gesamten Werkstücks, das virtuell in eine Vielzahl gleicher oder ungleicher Sektoren aufgeteilt werden kann. Ein Sektor kann z.B. Rechteckform mit gleichen oder ungleichen Seitenlängen haben. Das Verfahren umfasst dabei die Erzeugung und das Abspeichern eines Rasters von Korrekturwerten innerhalb eines vermessenen Sektors und eine nachfolgende Bearbeitung dieses Sektors. Dabei werden die korrigierten Werte für die Laserbearbeitung des Werkstücks genutzt. Gegebenenfalls wird eine Interpolation der Zwischenwerte an den nicht vermessenen Positionen durchgeführt.

Gemäß einer Weiterbildung wird für die Kamerabeobachtung und Bilderfassung schmalbandiges Licht verwendet bzw. genutzt. Dadurch kann ein weiterer Beitrag zur Erzielung höchster Positioniergenauigkeiten bzw. geringster Positionierfehler geleistet werden. Der Begriff „Licht“ wird in dieser Anmeldung allgemein sowohl für elektromagnetische Strahlung aus dem mit bloßem Auge sichtbaren Spektra Ibereich (VIS, visible spectral ränge) als auch für mit bloßem Auge nicht sichtbare elektromagnetische Strahlung, insbesondere aus den Ultravioletten Spektralbereich (UV), verwendet, Schmalbandiges Licht wird in dieser Anmeldung auch als „quasi-monochromatisches“ oder „einfarbiges“ Licht bezeichnet. Die Begriffe „schmalbandig“, „quasi-monochromatisch“ oder „einfarbig“ sind Synonyme und sollen verdeutlichen, dass es sich bei dem Licht um elektromagnetische Strahlung aus einem relativ engen Wellenlängenbereich bzw. aus einem schmalen Wellenlängenband handelt. Die spektrale Bandbreite des schmalbandigen Lichts bzw. der schmalbandigen Strahlung kann deutlich weniger als 100 nm betragen, wobei vorzugsweise die spektrale Bandbreite des für die Bilderfassung genutzten Lichts 50 nm oder weniger, insbesondere 10 nm oder weniger, betragen kann. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, dies umzusetzen.

Gemäß einer Weiterbildung wird für die Kamerabeobachtung und Bilderfassung wenigstens während der Erfassung eines Bildes ein das Objektfeld der Kamera umfassender Beleuchtungsbereich am Werkstück mit schmalbandigem Beleuchtungslicht beleuchtet. Dazu kann das System ein Beleuchtungssystem aufweisen, das eine per se bereits schmalbandige Beleuchtungslichtquelle und/oder optische Einrichtungen (z.B. Gitter oder Filter) zur Begrenzung des Beleuchtungslichtspektrums einer Beleuchtungslichtquelle auf einen engeren Wellenlängenbereich umfasst.

Als Lichtquelle zur Erzeugung des Beleuchtungslichts können beispielsweise geeignete lichtemittierende Dioden (LED) oder Laserdioden verwendet werden. In manchen Konstellationen kann auch das Licht des Lasers der Laserbearbeitungseinheit bei entsprechend geringerer Intensität zur Beleuchtung genutzt werden. Durch die Verwendung von quasi- monochromatischem Beleuchtungslicht kann die Entstehung von Farbfehlern bzw. chromatischen Aberrationen vermieden oder so weit vermindert werden, dass die Auflösung für Positionsmessungen dadurch nicht nennenswert beeinträchtigt wird. Die Verwendung von einfarbigem Beleuchtungslicht ermöglicht zur Strahlführung die Verwendung von optischen Systemen, wie zum Beispiel Laseroptiken, die im Allgemeinen nicht chromatisch korrigiert sind.

Alternativ oder zusätzlich kann zwischen der Objektebene der Kamera (bzw. der Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit) und dem Kamerasensor ein Filter, ein Gitter und/oder eine andere wellenlängenselektive Einrichtung angeordnet sein, die z.B. mit der Wirkung eines Bandpassfilters nur Licht aus einem schmalen Wellenlängenband zur Kamera durchlässt, so dass für die Erzeugung des für die Auswertung genutzten Bildes nur schmalbandiges bzw. quasi-monochromatisches Licht genutzt wird.

Um eine möglichst homogene Intensitätsverteilung in den beleuchteten Bereichen zu erreichen kann das Beleuchtungssystem so konfiguriert sein, dass das Prinzip der Köhlerbeleuchtung genutzt wird. Als Alternative kann z.B. ein Ringlicht als Beleuchtungslichtquelle genutzt werden.

In Kombination mit der kamerabasierten Positionsregelung wird ein System bereitgestellt, mit dem Laserbearbeitung mit höchster Positioniergenauigkeit der Bearbeitungsstellen zu wirtschaftlich vernünftig darstellbaren Bedingungen gewährleistet werden kann.

Die produktive Laserbearbeitung von Substraten erfolgt häufig „on-the-fly“, d.h. in der Bewegung des Substrats, so dass ein verfügbares Zeitfenster für die Belichtung und die Erstellung eines Bilds nur relativ klein wäre, sofern nicht ein gepulster Laser als Lichtquelle des Beleuchtungssystems verwendet wird. Eine vollständige „on-the-fly“-Korrektur könnte in manchen Situationen zu spät kommen, um größere Abweichungen auszugleichen. Daher ist gemäß bevorzugter Ausführungsformen vorgesehen, dass die Beobachtung und Bildverarbeitung innerhalb einer Korrekturoperation vor der Laserbearbeitung realisiert wird und der Laserbearbeitungsschritt (z.B. zur Realisierung eines LLO-, LIFT- oder Repair-Prozesses) erst nach Einstellen der korrigierten Bearbeitungsposition gestartet wird. Die Laserbearbeitung startet also möglichst zeitnah nach einer eventuellen Verlagerung des Werkstücks zur Korrektur eines Positionsfehlers. Vorzugsweise bewegt sich das Werkstück während der Bilderfassung nicht, so dass die Messung für die Korrektur bei ruhendem Werkstück erfolgen kann.

Die Korrektur sollte möglichst lokal erfolgen, also dort, wo die nächste Laserbearbeitung stattfindet, bei möglichst geringen Verfahrwegen. Mit anderen Worten sollte sich derjenige Bereich, in dem die zur Positionsmessung verwendeten Strukturelemente liegen, möglichst nah bei der nächsten Bearbeitungsstelle liegen. Hierzu hat sich die bevorzugte schrittweise sektorielle Bearbeitung bewährt, da nur Verfahrwege in der Größenordnung der Sektorquermaße (z.B. im Bereich von ca. 10 mm bis zu ca. 30 mm) zurückzulegen sind.

Außerdem wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Positionskorrektur zeitnah vor Beginn des nächsten Bearbeitungsschritts erfolgt, also insbesondere bevor aufgrund von Energieeintrag während der Bearbeitung möglicherweise ein zusätzlicher Fehler auftritt. Dieser kann kompensiert werden, wenn zuvor eine neue Messung durchgeführt wird. Die Zwischenzeiten können z.B. in der Größenordnung einer Sekunde oder darunter, z.B. bis hinunter zu einer Millisekunde liegen. Die Bearbeitung sollte somit unmittelbar nach der Positionskorrektur erfolgen, ohne weitere, nicht mit der Bearbeitung in Zusammenhang stehende Bewegungen, z.B. ohne eine zwischengeschaltete Strahlanalyse.

Die Laserbearbeitungseinheit umfasst ein Abbildungsobjektiv zur Abbildung einer Maskenebene in die Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit, die meist in oder in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks liegt. Bei bevorzugten Ausführungen ist vorgesehen, dass die kamerabasierte Beobachtung des zu positionierenden oder des positionierten Werkstücks mittels der Kamera durch dieses Abbildungsobjektiv hindurch erfolgt. Mit anderen Worten: Ein Beobachtungsstrahlengang verläuft vom Werkstück bzw. der werkstückseitigen Objektebene des Abbildungsobjektivs durch das Abbildungsobjektiv hindurch zur Kamera. Der Beleuchtungsstrahlengang, mit dem Beleuchtungslicht auf den zu beobachtenden Ausschnitt geleitet wird, verläuft vorzugsweise ebenfalls durch das Abbildungsobjektiv hindurch. Dies ist insbesondere dann gut möglich, wenn einfarbiges Beleuchtungslicht verwendet wird, für dessen Strahlführung auch chromatisch nicht korrigierte Optiken genutzt werden können. Mit einer kamerabasierten Beobachtung durch die Linse (Through the Lens, TTL) sind besonders präzise Messergebnisse bei kompakten Gesamtmaßen der für die Messung erforderlichen Komponenten möglich. Insbesondere können bei Nutzung der TTL-Beobachtung zusätzliche Fehler vermieden werden, die z.B. durch Verfahren zu einer außeraxial angeordneten Messkamera entstehen könnten.

Bei manchen Ausführungsformen wird der Beleuchtungsbereich am Werkstück mit quasi monochromatischem Beleuchtungslicht mit einer Beleuchtungswellenlänge im Ultraviolett- Bereich (UV-Beleuchtungslicht) beleuchtet. Das Beleuchtungssystem kann dazu eine Lichtquelle aufweisen, die im Ultraviolett-Bereich abstrahlt. Die Verwendung von Ultraviolettlicht zum Messen bietet gegenüber der Verwendung von sichtbarem Licht unter anderem den Vorteil einer höheren Auflösung aufgrund der kürzeren Wellenlänge. Damit können auch feinere Strukturen präziser mittels Kamera erfasst und ausgewertet werden als bei Verwendung längerer Wellenlängen. Insbesondere können Beleuchtungswellenlängen im Bereich von weniger als 300 nm verwendet werden, beispielsweise Beleuchtungswellenlängen im Bereich um ca. 270 nm oder Beleuchtungswellenlängen im Bereich um ca. 248 nm oder darunter.

Eine Beobachtung im UV-Bereich kann zwar aufgrund der höheren Preise für UV-sensitive Kameras etwas teurer sein, durch die höhere Auflösung können aber die angestrebten feineren Strukturen zuverlässiger hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Ultraviolettlicht zur Beleuchtung entsteht bei vielen Ausführungsbeispielen dadurch, dass zur Laserbearbeitung ebenfalls eine Laserwellenlänge im Ultraviolettbereich genutzt wird, z.B. bei 193 nm, 248 nm, 308 nm oder 355 nm Wellenlänge. Insbesondere kann als Laserquelle ein Excimerlaser genutzt werden, beispielsweise ein KrF- Excimerlaser mit einer Emissionswellenlänge von ca. 248 nm. Derartige Excimerlaser haben sich für die Laserbearbeitung bewährt. Durch Verwendung von Beleuchtungslicht mit ähnlichen Wellenlängen ist eine gute Anpassung an die Laserbearbeitungseinheit möglich. Wenn das Beleuchtungslicht eine Beleuchtungswellenlänge hat, die der Laserwellenlänge entspricht oder in deren Nähe liegt, so ist es besonders einfach möglich, bei transparenten optischen Komponenten deren Antireflexbeschichtung so auszulegen, dass sie sowohl für die Laserwellenlänge als auch für das Beleuchtungslicht entspiegelnd bzw. transmissionserhöhend wirken.

Es ist auch möglich, dass das Beleuchtungssystem so ausgelegt ist, dass Beleuchtungslicht mit einer Beleuchtungswellenlänge im sichtbaren Spektralbereich (VIS) genutzt wird, wobei vorzugsweise schmalbandiges Grünlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 490 nm bis 575 nm zur Beleuchtung verwendet wird. Damit ist ein guter Kompromiss zwischen Bereitstellungskosten und erzielbarer Auflösung realisierbar, da für Grünlicht empfindliche Kameras mit hoher Qualität auch zu günstigen Kosten verfügbar sind und da andererseits Versuche gezeigt haben, dass bei Beleuchtung mit schmalbandigem Grünlicht in vielen Fällen ausreichend gute örtliche Auflösungen erzielt werden können.

Um unterschiedliche Funktionalitäten bei insgesamt kompakter Baugröße des Systems realisieren zu können, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Laserbearbeitungseinheit eine Strahlumlenkeinrichtung aufweist, die ein Substrat und eine daran ausgebildete, schräg zu einer Hauptachse der Laserbearbeitungseinheit orientierte Strahlumlenkfläche zur Umlenkung des Laserstrahls in eine im Wesentlichen parallel zur Hauptachse verlaufende Ausbreitungsrichtung aufweist. Dadurch können die Laserstrahlungsquelle und die nachgeschalteten Strahlführungskomponenten so aufgebaut werden, dass die Einstrahlung im Wesentlichen in horizontaler Richtung erfolgt, während die Hauptachse der Laserbearbeitungseinheit vertikal orientiert ist. Als Hauptachse der Laserbearbeitungseinheit wird hier diejenige Achse bezeichnet, die durch die optische Achse des Abbildungsobjektivs definiert wird.

Um andererseits eine Beobachtung durch das Abbildungsobjektiv der Laserbearbeitungseinheit hindurch zu ermöglichen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein zwischen der Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit und der Kamera verlaufender Beobachtungsstrahlengang durch die Strahlumlenkfläche hindurchführt, wobei die Strahlumlenkeinrichtung so ausgelegt ist, dass sie Beleuchtungslicht wenigstens teilweise transmittiert. Mit anderen Worten soll die Strahlumlenkfläche eine gewisse Transmission für Beleuchtungslicht aufweisen, diese also nicht vollständig reflektieren und/oder absorbieren.

Das Substrat der Strahlumlenkeinrichtung kann mit einer dielektrischen Beschichtung beschichtet sein, die die Strahlumlenkfläche bildet. Die Beschichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie für das eintretende Laserlicht bei den vorliegenden Einfallswinkeln einen sehr hohen Reflexionsgrad (beispielsweise von mehr als 99 %) und für das zur Beleuchtung verwendete Beleuchtungslicht eine relativ hohe Transmission aufweist, z.B. im Bereich von 20% bis 70%.

Gemäß einer Weiterbildung ist das Substrat der Strahlumlenkeinrichtung als für Beleuchtungslicht transparente Planplatte ausgebildet, die gegenüber der Hauptachse um eine senkrecht zur Hauptachse orientierte erste Kippachse verkippt ist, z.B. um 45°. Das Substrat kann beispielsweise aus synthetischem Quarzglas (fused silica) oder einem anderen für Ultraviolettlicht und sichtbares Licht transparenten Material mit geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten bestehen.

Die Verwendung einer solchen Strahlumlenkeinrichtung bietet die Möglichkeit, im Bereich der Strahlumlenkeinrichtung den Laserstrahlengang und den Beobachtungsstrahlengang zu separieren. Allerdings haben Untersuchungen gezeigt, dass es je nach Auslegung der Strahlumlenkeinrichtung sein kann, dass dadurch die optischen Wege im Beobachtungsstrahlengang so verändert werden, dass astigmatische Aberrationen auftreten können, die das Auflösungsvermögen beeinträchtigen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist daher im Beobachtungsstrahlengang zwischen der Strahlumlenkeinrichtung und der Kamera eine Beleuchtungslicht transmittierende Astigmatismus-Kompensationseinheit angeordnet. Diese ist dazu ausgelegt, die eingeführten astigmatischen Aberrationsanteile wenigstens teilweise zu kompensieren, wodurch das Auflösungsvermögen des Beobachtungssystems insgesamt erhöht werden kann.

Für den Fall, dass das Substrat der Strahlumlenkeinrichtung als Beleuchtungslicht transmittierende Planplatte ausgebildet ist, die gegenüber der Hauptachse um eine senkrecht zur Hauptachse orientierte erste Kippachse verkippt ist, weist die Astigmatismus- Kompensationseinheit vorzugsweise eine für Beleuchtungslicht transparente Planplatte auf, die gegenüber der Hauptachse um eine senkrecht zur Hauptachse und zur ersten Kippachse orientierte zweite Kippachse verkippt ist. Die Planplatte der Strahlumlenkeinrichtung und der Astigmatismus-Kompensationseinheit sollten die gleiche oder im Wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, so dass sie in zwei zueinander senkrechten Richtungen astigmatische Verzerrungen einführen, die sich aufgrund der unterschiedlichen Orientierung der Kippachsen gegenseitig kompensieren. Somit kann das Beobachtungssystem so ausgelegt werden, dass zwischen der Objektebene der Kamera und dem lichtempfindlichen Sensor (zum Beispiel CCD- Sensor oder CMOS-Sensor) keine die Auflösung der Probenbeobachtung beeinträchtigenden astigmatischen Aberrationen verbleiben.

Eine exakte Positionierung des Werkstücks und der gegebenenfalls darauf angebrachten Funktionselemente im Raum ist ein wichtiger Beitrag zur Erzielung höchster Bearbeitungsgenauigkeiten. Weitere Beiträge ergeben sich auf Seiten der Laserbearbeitungseinheit, da für eine positionsgenaue Bearbeitung auch die Position der auftreffenden Laserstrahlen im Raum bekannt sein sollte. Zudem sind eine homogene Intensitätsverteilung über den gesamten Strahlquerschnitt sowie eine hohe Flankensteilheit am Rand der Maskenaperturen wichtige Voraussetzungen für eine hohe Bearbeitungsqualität.

Bei der Laserbearbeitung sollte idealerweise jedes einzelne Funktionselement, beispielsweise jede Mikro-LED einzelnen bestrahlt werden, und zwar vollständig und über die LED hinweg gleichmäßig, während benachbarte LEDs von der für eine LED vorgesehene Strahlung nicht getroffen werden, sondern lediglich durch die diesen zugeordneten Laserstrahlen.

Zur messtechnischen Erfassung geeigneter Messgrößen weisen bevorzugte Ausführungsformen ein in die Laserbearbeitungsstation integriertes kamerabasiertes Strahlanalysesystem zur in-situ-Analyse von Strahlparametern des Laserstrahls auf. Damit ist zeitnah zur Bearbeitung eine Strahldiagnose möglich, beispielsweise im Rahmen der Einrichtung der Laserbearbeitungsstation oder eine Kontrolle der Strahlqualität bei der Sicherstellung einer korrekten Abbildung der Maske auf das Werkstück. Vorzugsweise weist das Strahlanalysesystem wenigstens eine Strahlanalyseeinheit auf, die eine für die Laserwellenlänge empfindliche Kameraanordnung mit einer Kamera aufweist, welche ein Objektfeld aufweist, das in der Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit oder in einer zur Bearbeitungsebene optisch konjugierten Ebene liegt. Mit dieser Anordnung kann erreicht werden, dass die Kamera ein möglichst scharfes, gut aufzulösendes Bild der in der Bearbeitungsebene wirksamen Laserstrahlen oder z.B. ein Bild der ausgeleuchteten Aperturen der Maske erfassen kann. Daraus können dann in einer Auswerteeinrichtung Strahlparameter und Ausrichtungsparameter ermittelt und zur Korrektur eventueller Fehler durch die Steuereinheit verarbeitet werden.

Bei manchen Ausführungsformen hat die Kameraanordnung eine für die Laserwellenlänge empfindliche Kamera, vorzugsweise eine für Ultraviolettlicht empfindliche Kamera (UV-Kamera), die direkt das Laserlicht eines UV-Lasers verarbeiten kann. Alternativ ist es auch möglich, die Kameraanordnung mit einer für sichtbares Licht empfindlichen Kamera auszustatten und einen flächigen Wandler vorzusehen, der in einer Objektebene der Kamera angeordnet ist und dafür konfiguriert ist, Licht der Laserwellenlänge in Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich zu wandeln. Damit emittiert der Wandler sichtbares Licht genau mit der örtlichen Verteilung, die in der Bearbeitungsebene oder in der Maskenebene vorliegt.

In der Regel ist das Objektfeld der Kamera nicht groß genug, um alle Aperturen einer Maske gleichzeitig zu erfassen. Vielmehr werden jeweils nur Untergruppen der Aperturen erfasst. In diesem Fall wird zur Diagnose der kompletten Maskenstruktur die Kamera im Step-and-Repeat- Verfahren über die zu vermessenden Ebene bewegt und Einzelbilder werden in der Auswerteeinheit per Software zu einem Bild der kompletten Maske zusammengesetzt und mittels Bildverarbeitung ausgewertet. Alternativ können auch bereits die Einzelbilder ausgewertet werden.

Damit jederzeit eine Vermessung der Position der Masken möglich ist, kann das Strahlanalysesystem an der Positioniereinrichtung des Akzeptorsubstrats außerhalb des Substrattischs oder auf einer separaten Positioniereinheit montiert sein. Das begünstigt eine präzise Positionierung des Strahlanalysesystems im Sub-pm-Bereich, die Voraussetzung für die exakte Zusammensetzung der Einzelbilder und damit der korrekten Analyse des Laserstrahls in der Bearbeitungsebene ist.

Die Vermessung der Positioniereinrichtung kann dann unter Verwendung einer hochpräzisen lithografischen Maskenstruktur erfolgen, die unter Nutzung der Laseranlage in die Bearbeitungsposition abgebildet wird. Dabei ergibt sich an den Positionen, wo benachbarte Bilder aneinandergefügt werden, eine Abweichung von der originalen Struktur, die ein Maß für den relativen Positionierfehler in X- und Y-Richtung (jeweils die Summe aus den X- und Y- Fehlern an den zwei Positionen, wo die Bilder aufgenommen wurden) darstellt. Nach der Berechnung dieser Abweichungen kann der Fehler somit kompensiert werden.

Ein kamerabasiertes Strahlanalysesystem zur in-situ-Analyse von Strahlparametern des Laserstrahls der in dieser Anmeldung beschriebenen Art kann auch unabhängig von den sonstigen Merkmalen der beanspruchten Erfindung eine schutzfähige Erfindung darstellen. Offenbart ist somit auch ein Laserbearbeitungssystem mit einem integrierten Strahlanalysesystem, jedoch ohne kamerabasierte Positionskorrektur bzw. ohne kamerabasierte Positionsregelung.

Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, aus der Beobachtung von Vorgängen, die in unmittelbarer Nähe der Bearbeitungsstelle während der Laserbearbeitung ablaufen, Rückschlüsse auf Prozessoptimierungsmöglichkeiten zu ziehen und basierend darauf Prozessparameter zu optimieren. Bei manchen Ausführungsformen wird für diese Zwecke in die Laserbearbeitungsstation ein kamerabasiertes Schattenwurfbild-Analysesystem zur in-situ- Beobachtung und Analyse schnell ablaufender Vorgänge im Bereich der durch Laserstrahl beeinflussten Bearbeitungszone integriert. Damit können mittels „Shadowgraphy“ bzw. mittels Schattenwurfbilderzeugung und - analyse z.B. Kenntnisse der bei einer Laserablation ablaufenden Vorgänge gewonnen und bei ungünstigen Verläufen Korrekturen von Bearbeitungsparametern ermöglicht werden. Das Schattenwurfbild-Analysesystem wird im Folgenden auch als „Shadowgraphy-System“ bezeichnet.

Ein Schattenwurfbild-Analysesystem bzw. die Technik der Shadowgraphy kann beispielsweise im Rahmen der Prozessentwicklung und Prozesskontrolle genutzt werden. Ein anderes Anwendungsgebiet liegt im Bereich von Repair-Prozessen, also Prozessschritten, mit denen partiell defekte Komponenten, wie z.B. pLED-Displays, repariert werden können, um die Ausbeute insgesamt zu verbessern.

Das Schattenwurf-Analysesystem weist eine Kurzpuls-Lichtquelle bzw. Blitzlichtquelle zur zeitgesteuerten Einstrahlung von kurzen Beleuchtungslichtpulsen bzw. Blitzen in einer quer zum Laserstrahl orientierten Einstrahlrichtung auf. Weiterhin umfasst das System auf einer gegenüberliegenden Seite eine Kamera zur Erfassung von Schattenwurfbildern (Shadowgraphs) der mit dem Laserstrahl bestrahlten Bearbeitungszone. Weiterhin ist eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Kamerabildern der Kamera vorgesehen. Vorzugsweise erfolgt die Einstrahlung von Beleuchtungslichtpulsen in den Bereich der Bearbeitungszone parallel zur Bearbeitungsebene. Alternativ ist eine Einstrahlung unter einem relativ flachen bzw. spitzen Winkel möglich, der z.B. bei weniger als 30° oder weniger als 20° liegen kann.

Eine besonders kritische Prozessstufe beispielsweise bei der Herstellung von Micro-LED- Display ist die Übertragung von Micro-LEDs mit Hilfe des LIFT-Verfahrens. Dort wird in der Regel mit einem sehr geringen Donor-Akzeptor-Abstand gearbeitet. Eine in-situ Überwachung des Prozesses wäre wünschenswert. Ohne diese gestaltet sich die Parametersuche und Optimierung sowie die Fehlersuche bei Qualitätsproblemen schwierig.

Bei manchen Ausführungsformen ist eine LIFT-Bearbeitungsstation (d.h. eine für einen LIFT- Prozess eingerichtete Laserbearbeitungsstation) vorgesehen, die auf einer kleineren Fläche (Messfläche) hochauflösende Shadowgraphy gestattet. Damit kann jedenfalls im Bereich der kleinen Messfläche z.B. die Flugphase von Micro-LEDs nach dem Ablösen vom Donor genau charakterisiert werden.

Es ist den Erfindern außerdem gelungen, eine Konfiguration eines Schattenwurf- Analysesystems zu entwickeln, das Shadowgraphy auch dann ermöglicht, wenn die beobachtete Bearbeitungszone innerhalb eines seitlich schwer zugänglichen Bereichs liegt, beispielsweise in der Nähe der Oberfläche eines Donorsubstrats bei der Fertigung von Micro- LED-Displays. Eine hierfür geeignete Ausführungsform eines Schattenwurfbild-Analysesystems ist gekennzeichnet durch ein Strahlumlenksystem, insbesondere ein Spiegelsystem, mit einem zwischen der Kurzpuls-Lichtquelle und der Bearbeitungszone angeordneten Umlenkelement, insbesondere einem Umlenkspiegel, zur Umlenkung von Beleuchtungslicht aus einer schräg zur Bearbeitungsebene orientierten Richtung in eine parallel zur Bearbeitungsebene verlaufende Einstrahlrichtung und mit einem zwischen der Bearbeitungszone und der Kamera angeordneten Umlenkelement, insbesondere einem Umlenkspiegel, zur Umlenkung der parallel zur Bearbeitungsebene verlaufenden Strahlung in eine schräg zur Bearbeitungsebene orientierte Einfallsrichtung der Kamera. Damit ist es möglich, eine hochleistungsfähige Kamera an fast jeder x-y-Position des relativ großen Werkstückes relativ nah zu diesem schräg anzuordnen und dennoch im Bereich der Bearbeitungszone einen Shadowgraphy-Strahlengang zu erreichen, der parallel zur Bearbeitungsebene verläuft. Damit können auch Repair-Prozesse mittels Shadowgraphy überwacht werden. Zur Strahlumlenkung kann anstelle eines Spiegels z.B. auch ein Prisma genutzt werden. Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das Schattenwurfbild-Analysesystem dafür konfiguriert ist, getriggert durch Laserpulse des Laserbearbeitungs-Lasers eine Serie von Beleuchtungspulsen auszulösen, so dass das vom Werkstück abgelöste Teil mehrfach, zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Positionen, in einem Bild abgebildet wird, indem der Kamerasensor über die Serie von Beleuchtungspulsen integriert und das Bild auszuwerten. Es wird also eine Mehrfachbelichtung durchgeführt. Dadurch kann z.B. eine Flugbahnverfolgung realisiert werden, bei der die Flugbahn eines mittels eines Laserpulses vom Werkstück abgelösten Teils, z.B. einer pLED, ermittelt und analysiert wird. Die Prozessparameter können dann so optimiert werden, dass die Flugbahn am Ort des Ablösens mit ausreichender Präzision zum vorgesehenen Einbauort am Akzeptor führt.

Ein kamerabasiertes Schattenwurfbild-Analysesystem zur in-situ-Beobachtung und Analyse schnell ablaufender Vorgänge im Bereich der durch Laserstrahl beeinflussten Bearbeitungszone der in dieser Anmeldung beschriebenen Art kann auch unabhängig von den sonstigen Merkmalen der beanspruchten Erfindung eine schutzfähige Erfindung darstellen. Offenbart ist somit auch ein Laserbearbeitungssystem mit einem integrierten, kamerabasierten Schattenwurfbild-Analysesystem, jedoch ohne kamerabasierte Positionskorrektur bzw. ohne kamerabasierte Positionsregelung.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.

Fig. 1 zeigt eine Laserbearbeitungsstation, die für das Verfahren des Laser-Lift-Off (LLO) konfiguriert ist;

Fig. 2 zeigt eine Laserbearbeitungsstation, die für einen laserinduzierten Vorwärtstransfer (Laser-Induced Forward-Transfer, LIFT) konfiguriert ist;

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsstation, die mit Komponenten ausgestattet ist, die eine kamerabasierte Positionsregelung ermöglichen, worin mit schmalbandigem Grünlicht gearbeitet wird; Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsstation, die mit Komponenten ausgestattet ist, die eine kamerabasierte Positionsregelung ermöglichen, worin mit Ultraviolettlicht gearbeitet wird;

Fig. 5 zeigt eine Laserbearbeitungsstation für eine Laser-Lift-Off-Operation mit UV-Kamera und der Möglichkeit einer in-situ-Beobachtung der zu übertragenden Mikro-LEDs;

Fig. 6 zeigt Ausführungsbeispiele für Strahldiagnosesysteme, die in die Laserbearbeitungsstation integriert sind, wobei einige alternativ oder kumulativ nutzbare Strahlanalyseeinheiten in einer einzigen Darstellung schematisch dargestellt sind;

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsstation, in die ein

Shadowgraphy-System integriert ist;

Fig. 8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsstation, in die ein Shadowgraphy-System integriert ist;

Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsstation, in die ein

Shadowgraphy-System integriert ist, welches für die Beobachtung des probennahen Bereichs einschließlich der Probenoberfläche ausgelegt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele von Verfahren und Systemen zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten unter Verwendung von Laserbearbeitungsverfahren dargestellt. Die mikroelektronischen Komponenten weisen jeweils eine Vielzahl von Mikro- Funktionselementen auf, die auf einem Substrat aufgebracht sind. Das bei den

Ausführungsbeispielen im Vordergrund stehende Anwendungsgebiet ist die Herstellung eines Mikro-LED-Displays. Ein solches Display umfasst ein Substrat, das ein Array von Mikro- Leuchtdioden (pLEDs) trägt, die die einzelnen Bildelemente bzw. Pixel des Displays bilden sollen. Diese sind auf einer elektrischen Versorgungsstruktur aufgebracht. In wenigstens einer Verfahrensstufe wird in einer Laserbearbeitungsstation eine Laserbearbeitung durchgeführt, die auch als Lasermikrobearbeitung bezeichnet werden kann, da damit feine Strukturen mit typischen Strukturgrößen in der Größenordnung von einem oder wenigen Mikrometern bearbeitet und/oder erzeugt werden können. Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch einige Komponenten einer Laserbearbeitungsstation 100 gemäß dem Stand der Technik (SdT). Im Fall der Fig. 1 ist die Laserbearbeitungsstation für das Verfahren des Laser-Lift-Off (LLO) konfiguriert, im Fall von Fig. 2 für den laserinduzierten Vorwärtstransfer (Laser-Induced Forward-Transfer, LIFT).

Die Laserbearbeitungsstation 100 weist eine Laserbearbeitungseinheit 110 auf, die mit Laserstrahlung einer Laserstrahlungsquelle 112 in Form eines KrF-Excimerlasers arbeitet, der einen Laserstrahl 105 mit einer Laserwellenlänge von ca. 248 nm abgibt, also Laserstrahlung im tiefen Ultraviolettbereich (DUV). Der Laserstrahl wird in horizontaler Richtung parallel zur x- Achse des Systemkoordinatensystems eingestrahlt.

Der aufgeweitete und/oder auf andere Weise aufbereitete Laserstrahl durchtritt eine Maske 107, die in einer Maskenebene 108 angeordnet ist und eine Rasteranordnung von Aperturen bzw. Öffnungen 109 aufweist, die jeweils Teilbündel hindurchlassen, so dass eine Gruppe von Teilbündeln austritt, die eine Parallelbearbeitung (gleichzeitige Bearbeitungen an einer Vielzahl von Stellen am Werkstück) ermöglichen. Die Maske kann mehrere Hundert oder mehrere Tausend in der Regel gleichartig gestaltete Maskenöffnungen 109 aufweisen (vgl. Detail). Die Maskenöffnungen können unterschiedliche Form haben, z.B. quadratisch, ungleichseitig rechteckig o. dgl.

Die Strahlen der Teilbündel werden an einer Strahlumlenkeinrichtung 115 umgelenkt und propagieren dann im Wesentlichen vertikal bzw. parallel zu einer Hauptachse 116 der Laserbearbeitungseinheit 110 (parallel zur z-Richtung) oder in mehr oder weniger spitzen Winkeln dazu nach unten in Richtung eines zu bearbeitenden Werkstücks 150. Die Strahlumlenkeinrichtung 115 hat ein aus synthetischem Quarzglas bestehendes, planparalleles Substrat 117, an dem eine Planfläche als reflektive Strahlumlenkfläche 118 ausgebildet ist, indem sie mit einer für die Laserstrahlung hochreflektierenden dielektrischen Beschichtung beschichtet ist. Die Anordnung ausgeleuchteter Maskenöffnungen 109 in der Maskenebene 108 wird mithilfe eines Abbildungsobjektivs 120 in die Bearbeitungsebene 122 der Laserbearbeitungseinheit abgebildet. Die optische Achse des Abbildungsobjektivs 120 definiert die Hauptachse 116 der Laserbearbeitungseinheit bzw. entspricht dieser. Die Abbildung kann vergrößernd, verkleinernd oder größenerhaltend (1:1 -Abbildung) sein. Im Beispiel liegt in der Bearbeitungsebene die gleiche Intensitätsverteilung wie in der Maskenebene vor, allerdings im Maßstab verkleinert.

Die Laserbearbeitungsstation 100 umfasst ein Werkstück-Bewegungssystem 200, welches dafür eingerichtet ist, in Reaktion auf Bewegungssignale der Steuereinheit 190 ein zu bearbeitendes Werkstück in einer gewünschten Bearbeitungsposition der Laserbearbeitungsstation zu positionieren.

Bei der Konfiguration von Fig. 1 umfasst das Werkstück-Bewegungssystem 200 einen ersten Substrattisch 210, der parallel zur (horizontalen) x-y-Ebene des Systemkoordinatensystems sowie in Höhenrichtung (parallel zur z-Richtung) sehr genau auf eine gewünschte Position verfahren sowie um eine vertikale Rotationsachse gedreht werden kann (PHI-Achse). Hierzu sind im Beispielsfall präzise ansteuerbare elektrische Direktantriebe vorgesehen.

In der Konfiguration von Fig. 2 ist oberhalb des ersten Substrattisches 210 ein zweiter Substrattisch 220 angeordnet, der ebenfalls in beliebige Richtungen horizontal (parallel zur x-y- Ebene) sowie vertikal (parallel zur z-Richtung) gesteuert verfahren sowie um eine vertikale Achse gedreht werden kann. Die Laserbearbeitungsstation 100 kann beide Substrattische enthalten, in der Verfahrensstufe von Fig. 1 wird der zweite Substrattisch jedoch nicht genutzt und ist daher nicht dargestellt.

Die Maske 107 wird von einem nicht dargestellten Masken-Bewegungssystem getragen, welches unter der Steuerung durch die Steuereinheit eine Verlagerung der Maske 107 in der Maskenebene 108 (parallel zur y-z-Ebene) sowie eine Drehung der Maske um eine zur x- Richtung parallele Achse erlaubt.

In der Situation von Fig. 1 ist die Laserbearbeitungsstation 100 für einen Laser-Lift-Off (LLO) eingerichtet. Heutzutage werden unter anderem lichtemittierende Dioden (LEDs) häufig hergestellt, indem auf einem als Aufwachssubstrat dienenden Saphirwafer (EPI-Wafer) durch epitaktisches Wachstum p- und n-dotierte Halbleiterschichten aus Galliumnitrid (GaN) gebildet werden. Diese Schichten haben häufig nur Dicken im Mikrometerbereich und sind häufig mittels Laserbearbeitung schon strukturiert, um einzelne Funktionselemente 155 in Form von LEDs zu bilden. Auf den GaN-Schichtstapel wird eine dünne, meist metallische Verbindungsschicht zum Beispiel durch Aufdampfen aufgebracht. Mithilfe dieser Verbindungsschicht wird das Aufwachssubstrat, das die darauf befindlichen GaN-Schichtstapel trägt, mit einem weiteren flachen Trägersubstrat verbunden. Später wird die flächige Verbindung zwischen dem Aufwachssubstrat und dem GaN-Stapel gelöst. Dadurch wird der GaN-Stapel auf das Trägersubstrat transferiert.

Das Werkstück 150 in Fig. 1 zeigt die Anordnung vor dem Lösen der flächigen Verbindung. Das obere flache Substrat 152 ist das Aufwachssubstrat, das auch als Donor-Substrat 152 bezeichnet wird, weil es die darauf aufgebrachten Funktionselemente 155 später abgibt. Das auf dem ersten Substrattisch 210 aufliegende Trägersubstrat 154 wird auch als Akzeptor- Substrat 154 bezeichnet, weil es die Funktionselemente 155 akzeptiert bzw. aufnimmt. Das Akzeptor-Substrat mit den davon getragenen GaN-Stapeln dient dann als Basis für die weiteren Schritte der Herstellung der mikroelektronischen Komponente.

Beim Laser-Lift-Off-Verfahren wird das Werkstück so positioniert, dass die Bearbeitungsebene 122 in dem Bereich zwischen Donor-Substrat 152 und den GaN-Elementen 155 liegt, um die flächige Verbindung dazwischen mittels Laserbearbeitung zu lösen. Dabei wird die Pufferschicht, die sich im Grenzbereich zwischen dem Aufwachssubstrat und den GaN- Elementen befindet, durch Laserstrahlung zerstört oder entfernt. Die Laserbestrahlung erfolgt dabei durch das lasertransparente Aufwachssubstrat 152 hindurch.

In einer nachfolgenden LIFT-Operation (vgl. Fig. 2) werden die auf dem (Akzeptor-)Substrat 154 gehaltenen einzelnen Funktionselemente 155 dann auf ein weiteres flaches Substrat 156 übertragen bzw. transferiert. Dieses wird vom ersten Substrattisch 210 in Position gehalten und hat an seiner mit Mikro-LEDs zu bestückenden Oberseite bereits eine durch Bedampfen und Strukturieren aufgebrachte elektrische Versorgungsstruktur (backplane). Das unten liegende Substrat 156 dient nun als Akzeptor-Substrat. Das Akzeptor-Substrat 154 aus Fig. 1, welches die mikroelektronischen Funktionselemente 155 trägt, wird ausgehend von der dortigen Anordnung so umgedreht, dass nun die Funktionselemente 155 an der Unterseite des Substrats liegen. In dieser Orientierung wird das nun als Donor-Substrat dienende Substrat vom zweiten Substrattisch 220 der Fig. 2 so gehalten, dass die zu übertragenden Funktionselemente gegenüber dem Akzeptor-Substrat 156 liegen. Durch positionsgenaue Einstrahlung von Laserstrahlen werden dann die Mikro-LEDs vom Donor-Substrat 154 abgelöst und auf das Akzeptor-Substrat 156 übertragen. Der Laser wirkt dabei nicht unmittelbar durch Strahlungskräfte, sondern wird als Mittel zum kontrollierten Energieeintrag genutzt und löst den Materialtransfer in der Regel thermisch aus. Wenn die Mikro-LEDs direkt vom EPI-Wafer abgelöst werden, dann kommt die Energie aus dem Druck, der vom freiwerdenden Stickstoff durch die Zersetzung einer dünnen GaN Lage erzeugt wird.

Der Donor-Akzeptor-Abstand 158, der ein Maß für die Flugweite der zu übertragenden Funktionselemente 155 ist, beträgt in der Regel zwischen 30 pm und 500 pm, insbesondere zwischen 80 pm und 200 pm.

Beispielsweise bei der Herstellung von Mikro-LED-Displays muss das Werkstück- Bewegungssystem 200 in der Lage sein, das Werkstück gegebenenfalls über größere Verfahrwege in der Größenordnung einiger Hundert Millimeter mit hoher Positioniergenauigkeit (in der Größenordnung von 1 pm oder weniger) an einer vorgegebenen Soll-Position zu positionieren. Im Falle des LIFT-Verfahrens ist dies für beide Substrattische erforderlich, um den positionsrichtigen Transfer sicherstellen zu können. Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele erläutert, die derart hohe Positioniergenauigkeiten in wirtschaftlicher Weise ermöglichen.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 tragen einige Komponenten, die auch bei den Referenzbeispielen der Fig. 1 und 2 vorhanden sind, die dort verwendeten Bezugszeichen.

Die Laserbearbeitungsstation 300 in Fig. 3 ist zusätzlich mit optischen, mechanischen und softwaretechnischen Komponenten ausgestattet, die eine kamerabasierte Positionsregelung ermöglichen.

Dazu gehören Komponenten eines Beleuchtungssystems 310 zum Beleuchten eines Beleuchtungsbereichs 305 am Werkstück 150 mit schmalbandigem Beleuchtungslicht aus einem engen Wellenlängenbereich im sichtbaren Spektrum bei ca. 528 nm Wellenlänge, also mit Grünlicht. Das Beleuchtungssystem ist für Köhlerbeleuchtung eingerichtet, die eine homogene Beleuchtung der zu beleuchtenden Zonen im Beleuchtungsbereich 305 ohne Abbildung der Lichtquelle bietet.

Die Grünlichtquelle 312 kann eine oder mehrere LEDs umfassen. Ein horizontaler Ast des Beleuchtungsstrahlengangs führt durch eine Kollektorlinse 316 sowie eine nachgeschaltete Leuchtfeldblende 314 hindurch zu einem Strahlteilerwürfel 321, dessen ebene Strahlteilerfläche um 45° gegenüber der Hauptachse 116 der Laserbearbeitungseinheit 110 geneigt ist. Die Strahlteilerfläche reflektiert einen ersten Anteil des Beleuchtungslichts in Richtung parallel zur Hauptachse 116 nach unten auf das Werkstück 150. Dieser Anteil durchtritt das für grünes Licht transparente planparallele Substrat 317 der Strahlumlenkeinrichtung 315, deren dielektrische Beschichtung zwar für das UV-Laserlicht hochreflektierend wirkt, jedoch für grünes Licht eine hohe Transmission aufweist, so dass das Beleuchtungslicht durch das Laserobjektiv 120 hindurch auf den Beleuchtungsbereich 305 am Werkstück trifft.

Jeder Punkt der Lichtquelle 312 beleuchtet die gesamte beleuchtete Fläche am Werkstück, wodurch ein Homogenisierungseffekt erreicht wird. Die Apertur des Abbildungsobjektivs 120 stellt die Kondensorblende dar und das Abbildungsobjektiv fungiert gleichzeitig als Kondensor. Dies sollte bei der Auslegung des Systems berücksichtigt werden - so dass möglichst nur der Bereich, der in der Kamera sichtbar ist, beleuchtet wird und das Objektiv ausgeleuchtet aber nicht überstrahlt wird - dies ergibt wenig Streulicht und maximale Intensität der (nutzbaren) Beleuchtung.

Besonders günstig ist es, wenn die Beleuchtung so in die Apertur des Abbildungsobjektivs 120 (Laserobjektivs) abgebildet wird, dass diese zwischen 65% bis maximal 90 % ausgeleuchtet wird und die Leuchtfeldblende über das Laserobjektiv so verkleinert in die Bearbeitungsebene 122 abgebildet wird, das die beleuchtete Fläche nur geringfügig größer als der in der Kamera abgebildete Bereich ist.

Anteile von Beleuchtungslicht, die durch die Strahlteilerfläche hindurchgelassen bzw. transmittiert werden, werden mit einem Absorber 319 aufgefangen und absorbiert und können dadurch nicht zu unerwünschtem Streulicht führen.

Das vom Werkstück 150 zurückgehende Licht durchtritt nochmals das (nun als Objektiv für die Kamerabeobachtung fungierende) Abbildungsobjektiv 120, die Strahlumlenkeinrichtung 315 und den Strahlteilerwürfel 321 parallel zur Hauptachse 116 in Richtung einer Kamera 340, die im Beispielsfall für sichtbares Licht, insbesondere für Grünlicht, eine hohe Sensitivität aufweist. Vor der Kamera ist ein Tubus 325 angebracht, der im Innern eine lichtabsorbierende Eigenschaft aufweist und als Streulichtabsorber fungiert.

Die optische Anordnung ist so ausgelegt, dass mithilfe des Abbildungsobjektivs 120 (und ggf. weiterer optischer Komponenten) ein Bild der Bearbeitungsebene 122 auf den photosensitiven Sensor der Kamera 340 fällt. Der Kamerasensor liegt also in einer zur Bearbeitungsebene 122 optisch konjugierten Ebene.

Die Kamera 340 ist zur Signalübertragung mit der Steuereinheit 190 verbunden. Diese umfasst eine Auswerteeinheit 195 zum Auswerten von Bildern der Kamera mittels Bildverarbeitung. Diese Auswertung wird im Rahmen der später noch erläuterten kamerabasierten Positionsregelung genutzt.

Die Strahlumlenkeinrichtung 315 hat ein für sichtbares Licht transparentes Substrat 117 in Form einer z.B. aus Quarzglas bestehenden Planplatte, deren dem Laserstrahl zugewandte ebene Substratoberfläche mit einer dielektrischen Beschichtung beschichtet ist. Diese wirkt für die UV- Laserwellenlänge hochreflektierend (Reflexionsgrad R > 99%) und hat für das Grünlicht der Beleuchtung eine relativ hohe Transmission (Transmissionsgrad T mehr als 20%, z.B. 50% - 70%). Dadurch tritt das vom Werkstück kommende Beleuchtungslicht im Beobachtungsstrahlengang parallel versetzt durch die Strahlumlenkeinrichtung 315 hindurch. Die Erfinder haben festgestellt, dass dabei auch eine astigmatische Verzerrung des Bilds von Strukturelementen am Werkstück entstehen kann, die das örtliche Auflösungsvermögen begrenzen kann. Ursächlich dafür ist u.a., dass die Strahlen im Strahlenbündel nicht alle parallel zueinander verlaufen - eine Richtung „sieht“ für Strahlanteile mit unterschiedlichem Auftreffwinkel eine unterschiedliche Plattendicke (X-Richtung), die andere Richtung (Y) nicht. Dies führt zu einer Verzerrung des Bildes in einer Richtung.

Um dadurch verursachte Nachteile zu vermeiden, ist zwischen der Strahlumlenkeinrichtung 315 und der Kamera 340 im Beobachtungsstrahlengang eine für Beleuchtungslicht transmittierende Astigmatismus-Kompensationseinheit 330 angebracht, die in Fig. 3 aus der y-Richtung und in der Detailfigur 3A aus der x-Richtung dargestellt ist. Die Astigmatismus-Kompensationseinheit wird durch eine planparallele transparente Platte gebildet, die bezüglich der Hauptachse 116 der Laserbearbeitungseinheit 110 um 45° um eine parallel zur x-Achse verlaufende Kippachse gekippt ist. Die Strahlumlenkeinrichtung 315 ist dagegen um 45° um eine Kippachse gekippt, die parallel zur y-Richtung, also senkrecht zur Kippachse der Astigmatismus-

Kompensationseinheit, gekippt ist. Durch die Einfügung dieses zweiten Substrats (mit gleicher Dicke und aus dem gleichen Material und somit gleicher optischer Dicke) wird die Strahlung, die das Bild auf dem Kamerachip erzeugt, in beide Strahlachsen gleichartig behandelt, so dass die Kamera 340 ein im Wesentlichen astigmatismusfreies Bild der Bearbeitungsebene 122 erzeugen kann.

Die Anordnung kann auch so beschrieben werden, dass das Substrat der

Strahlumlenkeinrichtung 315 als Beleuchtungslicht transmittierende Planplatte ausgebildet ist, die unter einem Winkel von 45° im Laserstrahl steht und diesen somit um 90° umlenkt und dass die Astigmatismus-Kompensationseinheit eine für Beleuchtungslicht transparente Planplatte 330 aufweist, die unter einem Winkel von 45° im Beobachtungsstrahlengang steht, jedoch zum Substrat 317 der Strahlumlenkeinrichtung 315 in der Achse des Beobachtungsstrahlengangs um 90° gedreht angeordnet ist.

Ein schmalbandiges Bandpassfilter 335 vor der Kamera 340 begrenzt die zur Bilderzeugung genutzte Bandbreite der Beleuchtung auf ca. ±5 nm um die Zentralwellenlänge des grünen Beleuchtungslichts, das bereits vor der Filterung relativ schmalbandig war. Durch die zusätzliche Filterung um die Zentralwellenlänge am Bandpassfilter 335 geht somit nur relativ wenig Intensität verloren. Damit wird ein kontraststarkes Bild mit besonders guter Auflösung möglich - im Beispiel ca. 2 pm - obwohl das Abbildungsobjektiv 120 nicht beugungsbegrenzt für die genutzte grüne Wellenlänge ist und die beiden lichtdurchlässigen dicken Planplatten (Strahlumlenkeinrichtung und Astigmatismus-Kompensator) im Strahlengang stehen. Damit wird auch Umgebungslicht und ggf. Strahlung eines Laser-Plasma usw. ausgeblendet.

Eine Werkstück-Positionieroperation kann mithilfe der kamerabasierten Beobachtung wie folgt ablaufen. Zunächst positioniert das Werkstück-Bewegungssystem 200 in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinrichtung 190 einen Substrattisch so, dass für ein vorgegebenes Strukturelement oder mehrere vorgegebene Strukturelemente des Werkstücks eine vorgegebene Ist-Position erreicht werden sollte. Die Ist-Position muss im Erfassungsbereich bzw. im Objektfeld der Kamera 340 liegen. Mithilfe der Kamera wird dann wenigstens ein Bild desjenigen Ausschnitts des Werkstücks erzeugt, welches vom Beleuchtungssystem beleuchtet wird und welches im Erfassungsbereich der Kamera liegt. Das Bild bzw. die Bilder werden mittels Bildverarbeitung ausgewertet, um Positionsdaten zu ermitteln, die die Ist-Position des ausgewählten Strukturelements im Erfassungsbereich repräsentieren. Dazu umfasst die Steuereinrichtung 190 eine Auswerteeinheit 195 zum Auswerten von Bildern mittels Bildverarbeitung.

In der Auswerteeinheit ist auch (durch entsprechende Software) ein Vergleichsmodul implementiert, das die ermittelte Ist-Position mit einer vorgegebenen Soll-Position des Strukturelements vergleicht. Liegt eine nicht tolerierbare Lageabweichung bzw. Positionsabweichung vor, so werden Korrektursignale oder entsprechende Korrekturwerte erzeugt, die dem Werkstück-Bewegungssystem angeben, wie eine Korrekturbewegung auszuführen ist, um das beobachtete Strukturelement zur Soll-Position oder in ausreichend gute Nähe desselben zu bringen. Das Werkstück-Bewegungssystem 200 führt dann die Korrekturbewegung des Substrattisches aus.

Bei einer sektoriellen Bearbeitung werden innerhalb eines im nächsten Schritt zu bearbeitenden Sektors in einem vorgegebenen Raster Bilder des Substrats aufgenommen, verarbeitet und Positionswerte berechnet. Die Differenz zwischen Istwert und Sollwert wird jeweils in eine Korrekturtabelle geschrieben, die während der Bearbeitung zur Korrektur verwendet wird, wobei die Werte zwischen den Punkten des Rasters interpoliert werden. Wenn keine Positionsabweichung vorliegt, steht eine 0 in der Tabelle.

Das System ist so programmiert, dass die Laserbearbeitung durch Einstrahlung von Laserstrahlung erst dann beginnt, wenn die Positionierung in die Soll-Position (gegebenenfalls inklusive der erforderlichen Korrekturbewegung) abgeschlossen ist. Dabei ruht das Werkstück, wird also nicht bewegt. Anhand von Fig. 4 wird nun beispielhaft erläutert, wie die erreichbare örtliche Auflösung und die Positioniergenauigkeit durch einige Modifikationen am Aufbau von Fig. 3 noch verbessert werden können. Einige Elemente der Laserbearbeitungsstation 400, die in Fig. 3 und Fig. 4 gleich oder im Wesentlichen gleich sind, tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 3.

Eine Verbesserung ist unter anderem dann erzielbar, wenn die Kamerabeobachtung mit Strahlung aus dem Ultraviolettbereich erfolgt. Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 wird eine Kamera 440 verwendet, die im ultravioletten Wellenlängenbereich empfindlich ist (UV-Kamera). Weiterhin wird ein Beleuchtungssystem 410 mit einer Beleuchtungslichtquelle 412 verwendet, die innerhalb dieses ultravioletten Wellenlängenbereichs arbeitet. So kann beispielsweise als Beleuchtungslichtquelle eine LED mit einer Wellenlänge von 270 nm verwendet werden. Diese Wellenlänge liegt zwar nahe genug bei der Laserwellenlänge (248 nm), dass zum Beispiel die Antireflexbeschichtungen im Abbildungsobjektiv 120 auch für die Beleuchtungsstrahlung gut wirksam sind. Gleichzeitig kann aber an der Strahlumlenkeinrichtung 415 eine dielektrische Beschichtung vorgesehen sein, die für 248 nm hochreflektierend wirkt, während sie für die Beleuchtungswellenlängen von 270 nm bereits ausreichend transparent (hinreichender Transmissionsgrad) ist (vgl. Reflektivitätsdiagramm in Fig. 4B)

Die Fig. 5 zeigt eine Laserbearbeitungsstation 500 für eine Laser-Lift-Off-Operation mit UV- Kamera 540 und der Möglichkeit einer In-situ-Beobachtung der zu übertragenden Mikro-LEDs. Anhand dieses Ausführungsbeispiels wird erläutert, wie durch Verwendung einer im ultravioletten Wellenlängenbereich empfindlichen Kamera 540 die Beobachtung der Vorgänge in der Bearbeitungsebene 122 auch direkt bei der verwendeten Laserwellenlänge (hier 248 nm) erfolgen kann. Um dies zu erreichen, wird in der Strahlumlenkeinrichtung 515 ein dielektrischer Laserumlenkspiegel verwendet, der über eine ausreichende und definierte Transmission im verwendeten Ultraviolettbereich, z.B. bei 248 nm) verfügt. Dazu kann dieser Strahlumlenkspiegel als physikalischer Strahlteiler ausgelegt werden, der einen kleinen, definierten Teil der Laserstrahlung auf dem Weg vom Werkstück 150 zur Kamera 540 transmittiert. Dazu kann ausgenutzt werden, dass prinzipiell jeder dielektrische Spiegel eine Resttransmission für die verwendete Wellenlänge aufweist, die sich prinzipbedingt nicht vermeiden lässt. Bessere Spiegel, d.h. Spiegel mit hohem Reflexionsgrad, haben relativ wenig Resttransmission. Man kann einen dielektrischen Spiegel verwenden, dessen Resttransmission ausreicht, um mit einer UV-empfindlichen Kamera 540 ein Bild aufzunehmen. Vorzugsweise wird in der Strahlumlenkeinrichtung ein dedizierter physikalischer Strahlteiler verwendet, also eine dielektrische Beschichtung, die einen relativ hohen, definierten Reflexionsgrad für die Laserwellenlänge und gleichzeitig einen ebenfalls mit hoher Genauigkeit definierten Transmissionsgrad für diese Laserwellenlänge bei den vorkommenden Inzidenzwinkeln (um 45°) aufweist. Beispielsweise können Strahlteiler mit einer Transmission im Bereich von ca. 0,5% bis c. 5% genutzt werden (vgl. Reflektivitätsdiagramm in Fig. 5B).

Besonders effizient und präzise wird die Laserbearbeitung dann, wenn schrittweise und sektoriell gearbeitet wird. Solche Verfahrensvarianten umfassen die Erzeugung und das Abspeichern eines Rasters von Korrekturwerten innerhalb eines vermessenen Sektors und eine möglichst zeitnah danach folgende Bearbeitung dieses Sektors. Dabei werden die korrigierten Werte für die Laserbearbeitung des Werkstücks genutzt. Danach wird ein nächster Sektor entsprechend vermessen und bearbeitet etc.

In einem Beispielsfall erfolgt die Bearbeitung zunächst in einem definierten Ausschnitt (Sektor) des gesamten Verfahrbereichs der verschiedenen Bewegungssysteme. Dies kann z.B. heißen, dass ein 6 Zoll Wafer nicht in einem Schritt verarbeitet wird, sondern jeweils kleinere Sektoren von z.B. 25 x 25 mm² oder 16 x 16 mm² oder 22 x 27 mm² schrittweise bearbeitet werden. Vor der Bearbeitung in einem derartigen Sektor werden die Bewegungssysteme in diesem Sektor aktuell vermessen und korrigiert. Für die Bildverarbeitung sollte der Koordinatentisch stehen oder sich so langsam bewegen, dass keine störende Bewegungsunschärfe auftritt. Es wird jedoch nur ein Raster innerhalb des Sektors aufgenommen (z.B. 5 Positionen in X-Richtung mal 10 Positionen in Y-Richtung), nicht die gesamte Fläche des Werkstücks innerhalb des Sektors und auch nicht alle Bearbeitungspositionen. Dabei werden im vorgegebenen Raster kontinuierlich Bilder aufgenommen und die Bildverarbeitung und Berechnung der Korrekturwerte erfolgt parallel dazu während der Aufnahme der Bilder an den nächsten Positionen. Bei der Bearbeitung werden die Werte zwischen den gemessenen Positionen dann interpoliert. Die notwendige Anzahl der Messpositionen ist vom auftretenden Fehler abhängig und kann ggf. dynamisch angepasst werden.

Nach der Bearbeitung in einem ersten Sektor wird ein zweiter Sektor vermessen und dann bearbeitet, so dass die Vermessung und Bearbeitung immer zeitnah nacheinander erfolgen. Damit können Abweichungen, die erst innerhalb der vollständigen Bearbeitung auftreten, mit korrigiert werden. Das heißt, wenn die Korrektur fertig ist, wird bearbeitet und der Wechsel sollte automatisch erfolgen. Gegebenenfalls kann der Bediener informiert und zur Bestätigung aufgefordert werden, wenn ungewöhnliche, nicht plausible Abweichungen gemessen werden.

Neben einer exakten Positionierung des Werkstücks bzw. seiner Strukturelemente im Raum sind auch auf Seiten der Laserbearbeitungseinheit Eigenschaften der Laserstrahlen (z.B. Position im Raum, Flankensteilheit, Homogenität über den Strahlquerschnitt etc.) mitentscheidend, um höchste Präzision der Bearbeitung zu erreichen. Ebenso sind zum Beispiel für die LIFT-Operation eine exakte Ausrichtung der Maskenaperturen zu den Mikro LEDs auf dem Donorsubstrat sowie eine exakte Einstellung der Position der Abbildung wesentlich für eine korrekte Bearbeitung.

Anhand von Fig. 6 werden einige Möglichkeiten zur Strahlanalyse bzw. zum Beam Profiling in einer einzigen Darstellung schematisch dargestellt. Dabei entsprechen einige Grundkomponenten der Laserbearbeitungseinheiten denjenigen der Fig. 5, unter anderem der Laser, die Maske 107 in der Maskenebene 108, die Strahlumlenkeinrichtung 515 sowie die für UV-Strahlung empfindliche Kamera 540 und die zwischen dieser und der Strahlumlenkeinrichtung angeordnete Astigmatismus-Kompensationseinheit 530.

Zusätzlich sind Komponenten eines kamerabasierten Strahlanalysesystems 700 vorgesehen, die in die Laserbearbeitungsstation 600 integriert sind und dazu eingerichtet sind, eine in-situ- Analyse von Strahleigenschaften des Laserstrahls 105 durchzuführen. Dargestellt sind Komponenten einer ersten Strahlanalyseeinheit 720 sowie einer zweiten Strahlanalyseeinheit 740, die alternativ oder zusätzlich zur ersten Strahlanalyseeinheit vorgesehen sein kann.

Die Komponenten der ersten Analysegruppe 720 sind unterhalb der Bearbeitungsebene 122 in Verlängerung des dort auftreffenden Laserstrahls, also in Verlängerung der Hauptachse 116 der Laserbearbeitungseinheit 610 so angebracht, dass die Laserstrahlen die Strahlanalyseeinheit treffen können, wenn der Substrattisch 210 des Bewegungssystems 200 wie dargestellt seitlich so weit verfahren ist, dass er den Strahlweg nicht mehr blockiert. Mithilfe der ersten Strahlanalyseeinheit 720 wird die Intensitätsverteilung in der Bearbeitungsebene 122 mittels eines Objektivs 724 mit geeignetem Abbildungsmaßstab auf einen flächigen UV-VIS- Wandler 726 abgebildet. Dieser ist in einer zum Kamerasensor der Kamera 722 optisch konjugierten Ebene angeordnet. Das Bild des UV-VIS-Wandlers wird über ein weiteres Objektiv 728 auf den für sichtbares Licht empfindlichen Kamerachip der Kamera 722 (VIS-Kamera) abgebildet.

In einer alternativen Variante wird eine für UV-Licht empfindliche Kamera (UV-Kamera) verwendet. Dann können der zwischengeschaltete UV-VIS-Wandler sowie die diesen nutzende Zwischenabbildung entfallen.

Zur Diagnose der kompletten Maskenstruktur der Maske 107 wird die Kamera 722 im Step-and- Repeat-Verfahren schrittweise parallel zur Bearbeitungsebene 122 (d.h. parallel zur x-y-Ebene) in unterschiedliche Messpositionen über den bestrahlten Bereich der Bearbeitungsebene bewegt. Dabei werden jeweils Einzelbilder erfasst. Die Einzelbilder werden per Software zum Bild der kompletten Maske zusammengesetzt und mittels Bildverarbeitung ausgewertet.

Ein Vorteil dieser Variante besteht darin, dass der komplette Strahlweg vom Laser bis zur Bearbeitungsebene 122 in der Diagnose enthalten ist und dementsprechend jeder Fehler in einer der Komponenten vom Laser bis zur Bearbeitungsebene erkannt werden kann. Außerdem befinden sich im Bereich nach der Bearbeitungsebene, also in der ersten Analysegruppe 720, nicht mehr Komponenten als für die Messung unbedingt benötigt werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann eine Vermessung und Korrektur der Kamerapositionierung für die Strahlanalyse unter Nutzung einer hochpräzisen lithografischen Maskenstruktur erfolgen, die mit Hilfe der Laseranlage bzw. Laserbearbeitungseinheit 610 in die Bearbeitungsposition in der Bearbeitungsebene 122 abgebildet wird. Nach einer Aufnahme von Maskenaperturen an verschiedenen Positionen der Strahlanalysekamera und Zusammensetzung der einzelnen Bilder per Software zu einem Bild der kompletten Maske können Positionierfehler anhand der Fehler im Bild der Maske im Grenzbereich zwischen den Einzelbildern mittels Bildverarbeitung bestimmt und korrigiert werden. Dabei kann sich an den Positionen, wo benachbarte Bilder aneinandergefügt werden, eine Abweichung von der originalen Struktur ergeben, die ein Maß für den relativen Positionierfehler in X- und Y-Richtung (jeweils die Summe aus den X- und Y- Fehlern an den zwei Positionen (wo die Bilder aufgenommen wurden) darstellt. Nach der Berechnung dieser Abweichungen kann ein eventueller Fehler somit kompensiert werden.

Damit jederzeit eine Vermessung der Position einer Maske möglich ist, können die Komponenten des Strahlanalysesystems 720 an der Positioniereinrichtung 200 bzw. außerhalb des Substrathalters 210 oder auf einer separaten Positioniereinheit montiert werden. Dabei bildet die präzise Positionierung des Strahlanalysesystems im Sub-pm-Bereich die Voraussetzung für die exakte Zusammensetzung der Einzelbilder und damit der korrekten Analyse des Laserstrahls in der Bearbeitungsebene 122. Eine Fein-Kalibrierung der Positionierung ist deshalb in diesem Bereich sehr wichtig.

Alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Strahlanalyseeinheit 740 vorgesehen sein. Deren Komponenten sind in gerader Verlängerung der Laserstrahlen 105 hinter der als Strahlteiler wirkenden Strahlumlenkeinrichtung 515 angeordnet. Die optische Achse der zweiten Strahlanalyseeinheit 740 verläuft senkrecht zur Hauptachse 116 der Laserbearbeitungseinheit. Der Aufbau mit Kamera 742, optionalem Abbildungsobjektiv 748, optionalem UV-VIS-Wandler 746 und Objektivs 744 ist analog zu entsprechenden Komponenten ersten Strahlanalyseeinheit 720. Zwischen diesen Komponenten und der schräg gestellten transparenten Planplatte der Strahlumlenkeinrichtung 515 ist noch eine Astigmatismus-Kompensationseinheit 745 mit einer schräggestellten Planplatte analog zur Astigmatismus-Kompensationseinheit 530 eingefügt, da der in die zweite Strahlanalyseeinheit 740 einfallende Laserstrahl die schräggestellten Planplatte der Strahlumlenkeinrichtung 515 durchtreten und dabei astigmatische Veränderungen erfahren hat, die kompensiert werden sollen.

Ein Vorteil der zweiten Strahlanalyseeinheit 740 besteht darin, dass diese auch während der Laserbearbeitung zur Überwachung der Laserstrahlen und/oder der Maske 107 zum Beispiel zur Qualitätssicherung verwendet werden kann. Ein Nachteil besteht darin, dass eventuelle Fehler im Abbildungsobjektiv 520 mit der zweiten Strahlanalyseeinheit nicht festgestellt werden könnte.

Der auch bei anderen Ausführungsbeispielen vorhandene Aufbau mit UV-Kamera 540 gestattet ebenfalls die Durchführung einer Strahlanalyse bzw. eines Beam Profiling. Hierzu kann ein stark und gleichmäßig streuendes Hilfs-Substrat in die Bearbeitungsebene 122 gebracht werden. Die Energieverteilung auf dieser stark streuenden Ebene wird dann in die Kamera 540 abgebildet. Eine alternative Methode des Beam Profiling ist möglich, wenn ein ebener Spiegel in die Bearbeitungsebene 122 gebracht wird. Dann kann alternativ zur UV-Kamera 540 auch ein UV- VIS-Wandler in Kombination mit einer VIS-Kamera eingesetzt werden.

Die Strahldiagnose inklusive der Vermessung und gegebenenfalls Korrektur der Position der Maskenaperturen ist ein wichtiger Bestandteil von Maßnahmen, die getroffen werden können, um eine möglichst hohe Genauigkeit der Bearbeitung insgesamt zu gewährleisten.

Anhand der Figuren 7 und 9 werden nachfolgend weitere Möglichkeiten erläutert, eine Laserbearbeitungsstation z.B. für die Fertigung von Micro-LED-Displays so auszustatten, dass Displays mit hoher Präzision und hoher Ausbeute gefertigt werden können.

Fig. 7 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Laserbearbeitungsstation 750, die mit Komponenten eines Schattenwurfbild-Analysesystem 800 ausgestattet ist, welches auch als Shadowgraphy-System 800 bezeichnet werden kann. Damit können in-situ, d.h. während der Laserbearbeitung, schnell ablaufende Vorgänge im Bereich der Bearbeitungszone 106 beobachtet werden, also dort, wo Laserstrahlung auf das Werkstück 150 auftrifft und mit diesem wechselwirkt.

Fig. 7 zeigt dazu schematisch einen möglichen Aufbau für Shadowgraphy während einer LIFT- Operation für Reparaturprozesse. Bei dem dargestellten Reparaturprozess soll ein defektes Pixel bzw. ein defekter „Die“ 159, von einem mit einer Vielzahl von gleichartigen Pixeln bestückten Display-Substrat 156 entfernt und die Prozesse bei der Ablösung dabei beobachtet werden. Das Shadowgraphy-System weist dazu eine Kurzpuls-Lichtquelle bzw. Blitzlichtquelle 810 auf, die sehr kurze Lichtpulse (typische Länge bis hinunter zu 30ns bis 100ns) ausreichender Intensität emittieren kann. Dazu sind LEDs vorgesehen, die die notwendige Helligkeit der Beleuchtungspulse durch hohen Strom (ggf. mehr als 100 A) während der kurzen Belichtungszeit liefern können. Die kurzen Beleuchtungslichtpulse können durch die Laserpulse der Laserbearbeitungseinheit 760 getriggert werden. Dazu enthält die Steuereinheit 190 eine Verzögerungseinheit bzw. Delay-Einheit, die es ermöglicht, Lichtpulse erst nach vorgegebenen Verzögerungszeiten nach einem Laserpuls abzugeben, um innerhalb kurzer Zeiten nach Auftreffen des Laserpulses die Vorgänge beim Ablösen eines Dies beobachten zu können.

Der Kurzpuls-Lichtquelle 810 nachgeschaltet sind eine Kollektorblende 812 und eine Kollektorlinse 814 der Shadowgraphy-Beleuchtung. Der von der Lichtquelle ausgehende Beleuchtungsstrahlengang verläuft zunächst schräg zur Bearbeitungsebene 122, beispielsweise in einem Winkel von 20° bis 50° zu dieser, so dass die Kurzpuls-Lichtquelle und die nachgeschalteten Komponenten relativ nah an die Bearbeitungszone platziert werden können, ohne mit dem Werkstück zu kollidieren.

Um zu erreichen, dass das Beleuchtungslicht im Bereich der Bearbeitungszone 106 parallel zur Bearbeitungsebene 122 durch die Bearbeitungszone läuft, ist zwischen der Kurzpuls-Lichtquelle und der Bearbeitungszone ein erster Umlenkspiegel 822 eines Spiegelsystems 825 angeordnet. Das Spiegelelement ist keilförmig ausgebildet und erlaubt es damit, die der Bearbeitungszone nahe Endkante des Umlenkspiegels in sehr geringem Abstand zur Bearbeitungsebene anzuordnen. Der Abstand kann beispielsweise zwischen 50pm und 200pm liegen.

An der dem ersten Umlenkspiegel 822 gegenüberliegenden Seite weist das Spiegelsystem 825 einen zweiten Umlenkspiegel 824 auf, der bezüglich der Hauptachse 116 der Laserbearbeitungseinheit spiegelsymmetrisch zum ersten Umlenkspiegel 822 angeordnet sein kann und das werkstückparallel durch die Bearbeitungszone 106 gelaufene Licht in eine schräg zur Bearbeitungsebene 122 verlaufende Richtung zu einer Kamera 830 umlenkt. Wenn bei der Laserablation ein abgelöstes Teilchen im Bereich der Bearbeitungszone 106 durch den Beleuchtungsstrahlengang hindurchfliegt, wird Licht blockiert und innerhalb des Beleuchtungsstrahlengangs ein Schatten 826 erzeugt. Eine Absaugeinrichtung 840 dient zum Absaugen abgelöster Partikel aus der Bearbeitungszone. An der der Kurzpuls-Lichtquelle gegenüberliegenden Seite ist eine Kamera 830 zur Erfassung von Schattenwurfbildern der Bearbeitungszone vorgesehen. Die optische Achse der Kamera ist schräg zur Bearbeitungsebene (Winkel beispielsweise zwischen 30° und 60°) orientiert. Aufgrund der schrägen Orientierung kann die Kamera 830 sehr nahe an die Bearbeitungszone herangebracht werden, ohne mit dem Werkstück zu kollidieren. Zwischen der Kamera und dem Umlenkspiegel ist ein Objektiv 832 zur Abbildung des abgelösten Dies auf den Chip der Kamera angeordnet.

Das Schattenwurfbild-Analysesystem 800 kann so konfiguriert sein, dass getriggert durch Laserpulse des Lasers 112 Bilder mit einer Vielzahl zeitlich versetzter Beleuchtungspulse erzeugt und ausgewertet werden. Das System ist im Beispielsfall dafür ausgelegt, Teilchen mit typischen Größen zwischen 3pm und 30pm zu beobachten. Die mehrfache Belichtung erlaubt eine Verfolgung der Flugbahn in der Weise, dass das Partikel bzw. die Micro-LED mehrfach in den erfassten Bildern zu erkennen ist, und zwar zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Positionen. Bei einem experimentellen Setup konnten Teilchen mit Geschwindigkeiten von bis zu 8 m/s (80 m/s bei deutlicher Bewegungsunschärfe) beobachtet und deren Flugbahn erfasst und analysiert werden.

Ein Reparaturprozess bzw. Repair-Prozess kann beispielsweise wie folgt realisiert werden. Das zu begutachtende Display 150 (Werkstück 150) wird angesteuert, vermessen und jedes Pixel bzw. jede Micro-LED wird bewertet. Micro-LEDs, die beispielsweise dunkel bleiben oder deren Leuchtdichte außerhalb der Spezifikation liegt, gelten als defekt. Es wird eine Tabelle bzw. Matrix erzeugt, in der die Positionen aller defekten Dies gekennzeichnet sind.

Eine Recheneinheit der Steuereinheit 190 berechnet Bewegungen bzw. eine Kontur über das Display, die die Positionen aller defekten Pixel verbindet. Diese Kontur wird durch Ansteuerung des Bewegungssystems sukzessive abgefahren. An den jeweiligen Positionen defekter Dies werden Laserpulse ausgelöst. Dabei löst sich der Die 159 vom Displaysubstrat, wird beschleunigt und gelangt in die Absaugung 840. Dadurch ergeben sich an den Positionen der defekten Dies Leerstellen, die mit neuen Dies bestückt werden. Es erfolgt also kein Stapeln von neuen (defektfreien) Dies auf noch verbliebenen defekten Dies.

Das Shadowgraphy-System ermöglicht eine Beobachtung und Kontrolle dieser Verfahrensschritte. Die Realisierung einer 100%-Kontrolle wird u.a. durch das Spiegelsystem 825 ermöglicht, dessen werkstücknahe Komponenten in einem Abstand von z.B. ca. 50 -200pm über der Bearbeitungsebene (Probenoberfläche) positioniert sind und lateral beispielsweise fest zum Abbildungsobjektiv 120 der Laserbearbeitungseinheit angeordnet sein können, die für einen LIFT-Prozess konfiguriert ist.

Für die Qualitätssicherung in der Repair-Anwendung kann eine Lösung mit relativ niedriger optischer Auflösung benutzt werden, um einen größeren Bereich der Bearbeitungszone sichtbar zu machen und eine Beobachtung der Bearbeitungszone zu erlauben, während das bestückte Display-Substrat mithilfe des Bewegungssystems 200 unter der Laserbearbeitungseinheit 760 bewegt wird. Es kann u.a. geklärt werden, ob ein Die abgelöst und beschleunigt wurde, ggf. kann ein neuer Laserpuls getriggert werden, falls dies nicht der Fall ist. Die Beobachtung erlaubt auch festzustellen, ob die defekten Dies sicher in die Absaugung 840 gelangt sind, anderenfalls kann eine Notiz im Fehlerprotokoll erstellt werden. Die Nutzung einer Schattenwurfbild-Analyse im Rahmen von Reparaturprozessen beispielsweise bei der Herstellung von Micro-LED-Displays kann somit dazu beitragen, praktisch fehlerfreie Displays herzustellen.

Eine Reparatur kann auch schon auf einem Transfer-Substrat erfolgen. Das kann günstig sein, weil nicht die Gefahr besteht, die Backplane zu beschädigen.

Der hierdurch erzielbare hohe Nutzen kann wie folgt verstanden werden. Ein modernes 8K- Display enthält ca. 100 Millionen Micro-LEDs. Mit Einführung einer neuen Technologie kommt es erfahrungsgemäß bei der Fertigung zu einer reduzierten Ausbeute, dem sogenannten „yield loss“, der dann beim Hochfahren der Produktion im Rahmen einer Lernkurve erheblich reduziert wird. Anfangs kann ein fertiggestelltes Display beispielsweise einige Tausend defekte Pixel enthalten. Um dennoch ein fehlerfreies Produkt zu erhalten, werden Repair-Prozesse durchgeführt, um diese defekten Elemente auszutauschen. Die defekten Elemente werden zunächst wieder entfernt. Dies kann effizient mit einem LIFT-Prozess erfolgen. Auch bei völlig eingefahrenem Prozess werden Repair-Prozesse voraussichtlich dauerhaft eine sinnvolle Ergänzung für den Produktionsprozess sein.

Anhand von Fig. 8 wird eine andere Nutzungsmöglichkeit der Schattenwurfbild-Analyse im Rahmen von LIFT-Prozessen erläutert. Bei dieser Variante tragen die Komponenten des Schattenwurfbild-Analysesystems 800 aus Gründen der Übersichtlichkeit die gleichen Bezugszeichen wie die entsprechenden Komponenten in Fig 7. Im Unterschied zur Anordnung von Fig. 7 fehlt das Spiegelsystem. Die Kurzpuls-Lichtquelle 810 und die an der gegenüberliegenden Seite angebrachte Kamera 830 haben koaxial verlaufenden optische Achsen, die senkrecht zur Hauptachse der Laserbearbeitungseinheit 760 so verlaufen, dass der Beleuchtungsstrahlengang des Schattenwurfbild-Analysesystems vor und hinter der Bearbeitungszone parallel zur Bearbeitungsebene 122 verläuft. Die Anordnung kann für eine hochaufgelöste Shadowgraphy während einer LIFT-Operation zur Parameteroptimierung der Laserparameter genutzt werden. Dabei wird kein kompletter Wafer oder kein komplettes Display analysiert, sondern lediglich eine relativ kleinflächige Probe 750. Die Beobachtung verläuft parallel zur Probenoberfläche ohne Spiegel. Dabei ist eine Beobachtung beginnend unmittelbar mit dem Ablösen von der Donor-Oberfläche möglich, indem das Beleuchtungslicht praktisch keinen Abstand zur Probenoberfläche hat. Eine Beobachtung mit hoher Auflösung kann dadurch erreicht werden, dass zwischen der Kurzpuls-Lichtquelle 810 und der Kamera 830 auf der Erfassungsseite nur wenige Zentimeter Abstand liegen können. Der beobachtbare Bereich kann relativ klein sein, zweckmäßigerweise kann die Auslegung so sein, dass der Beobachtungsbereich nur geringfügig größer als der maximale Donor-Akzeptor-Abstand ist. Meist ist eine Beobachtung einer Strecke von maximal 500pm, ggf. auch deutlich weniger, beispielsweise bis hinunter bis 100pm oder darunter, ausreichend.

Da bei der Anordnung von Fig. 8 die Unterkante des Beleuchtungsstrahlengangs z.B. ca. 100 pm über der Probenoberfläche angeordnet ist, kann der abgelöste Die auch erst ab dieser Position beobachtet werden. Eine Weiterbildung des Schattenwurfbild-Analysesystem 900, dargestellt in Figur 9, ist dafür konfiguriert, den Bereich von der Probenoberfläche bis zu einer Höhe von ca. 500 pm zu beobachten. Hierfür wird die Strahlung der Kurzpuls-Lichtquelle 910 unter flachem Winkel (z.B. 10° bis 30°) auf die Probenoberfläche (Werkstückoberfläche) im Bereich der Bearbeitungszone 106 gerichtet, so dass die relativ gut reflektierende Probenoberfläche als Umlenkspiegel fungiert. Der hinter der Bearbeitungszone auf der Seite der Kamera 930 angeordnete Umlenkspiegel 924 wird (im Vergleich zum Umlenkspiegel 824) leicht nach unten geneigt, so dass die Dies in der Bearbeitungszone im unteren Bereich des Kamerabildes sichtbar werden. Die Strahlung der Kurzpuls-Lichtquelle 910 wird nun von der Probenoberfläche auf den Umlenkspiegel 924 der Kamera umgelenkt und danach auf den Chip der Kamera 930 abgebildet. Mit Anwendung dieses Aufbaus verläuft der Shadowgraphy- Strahlengang zwar nicht mehr exakt parallel zur Probenoberfläche, es kann jedoch der gesamte Bereich beginnend mit der Probenoberfläche bei nur geringer Verzerrung der Abbildung überwacht werden. Somit kann ebenfalls der Prozess des Ablösens des Die von der Probenoberfläche visualisiert und bewertet werden.

Mit Hilfe der Erkenntnisse aus der Schattenwurfbild-Analyse können die Laserparameter so eingestellt werden, dass die abzulösenden Teilchen (Dies, pLEDs o.dgl.) im Wesentlichen ohne Eigendrehung oder lateralen Versatz parallel zueinander zum Akzeptor fliegen, um die erforderliche Genauigkeit zu gewährleisten. Die Beobachtung des Flugverhaltens kann in Abhängigkeit von Laser-Parametern sowie von der Natur des EPI-Wafers und anderer Parameter erfolgen. Die Beobachtung innerhalb eines schmalen Streifens reicht hierfür in der Regel aus. Durch die Schattenwurfbild-Analyse können diejenigen Parameter identifiziert werden, die einen LIFT-Prozess mit hoher Qualität gewährleisten. Das Setup kann für eine stichprobenartige Kontrolle des Produktionsprozesses zur Erkennung eventueller Qualitätsprobleme genutzt werden.

Die Erfinder haben aufwändige Analysen und Betrachtungen potenzieller Fehler durchgeführt. Aus der Fehlerbetrachtung geht hervor, dass die Summe aller zu betrachtenden Fehler unterhalb von ca. 1,5 pm bleiben sollte, wenn aktuell absehbare höchste Bearbeitungsgenauigkeit erreicht werden sollen. Als maximal tolerierbarer Fehler kann als Richtwert die Breite der Straßen zwischen den pLEDs angesehen werden, da bei einem noch größeren Fehler die benachbarte pLED am Rand mitbestrahlt werden würde. Die Flankensteilheit der Abbildung, das heißt der Bereich an der Grenze der Maskenapertur, in dem die Laserenergie von 90% auf 10% abfällt, muss noch von diesem maximal tolerierbaren Fehler abgezogen werden. Diese hängt mit den Eigenschaften des verwendeten Objektivs zusammen und kann beispielsweise 1,6 pm betragen. Wenn die Breite der Straßen z.B. 3 pm beträgt, ergibt sich hier eine maximal zulässige Abweichung zwischen der Abbildung der Maskenaperturen in der Bearbeitungsebene und der Position der zugehörigen pLED von 1,4 pm. Es ist daraus ersichtlich, dass jeder die Präzision verbesserte Teilschritten wichtig sein kann, auch wenn er nur Fehler in der Größenordnung von Zehntelmikrometer vermeiden kann.

Zur weiteren Steigerung der Bearbeitungspräzision können ggf. weitere Maßnahmen nützlich sein. Bei Kamerasystemen kann es beispielsweise Empfindlichkeitsunterschiede der einzelnen Pixel geben. Dies kann insbesondere bei Erzeugung von zusammengesetzten Bildern aus Einzelbildern deren Qualität beeinträchtigen. Hier kann eine Korrektur der Pixelempfindlichkeit sinnvoll sein. Eine Korrektur kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der gleiche Bereich bekannter Intensität des Laserstrahls durch schrittweisen Versatz an der Kamera mehrfach mit unterschiedlichen Pixeln vermessen wird und die Unterschiede dann kompensiert werden. Beim Zusammensetzen (bzw. Stiching) zusammengesetzter Bilder aus Einzelbildern kann auch die Laserstabilität eine Rolle spielen. So können kleine Unterschiede zwischen den einzelnen Pulsen auftreten. Durch eine Mittelwertbildung mittels eines geeigneten Filters kann eine Genauigkeitssteigerung erreicht werden. Weiterhin kann es sein, dass die für die Kamerabeobachtung notwendige Beleuchtung zu einem lokalen Energieeintrag im System führt und es dadurch verursacht zur Wanderung von Bildern kommt. Das erwärmungsbedingte Bildwandern kann z.B. unterdrückt oder vermieden werden, indem anstelle einer kontinuierlichen Beleuchtung eine intermittierende Beleuchtung benutzt wird, z.B. über eine Pulsweitenmodulation bei der Beleuchtung. Eine andere Lösung sieht vor, ein zusätzliches, ggf. höher auflösendes Off-Axis-Kamerasystem mit Beleuchtung zu verwenden, welches räumlich neben dem Bearbeitungsobjektiv angeordnet ist. Die Beobachtung damit erfolgt dann vor oder nach der Bearbeitung.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer mikrostrukturierten Komponente, die eine Vielzahl von Mikro-Funktionselementen auf einem Substrat aufweist, insbesondere zur Herstellung eines Micro-LED-Displays, welches ein Substrat aufweist, das ein Array von Pixel bildenden Micro- Leuchtdioden auf einer elektrischen Versorgungsstruktur trägt, worin in wenigstens einer Verfahrensstufe in einer Laserbearbeitungsstation unter der Steuerung durch eine Steuereinheit eine Laserbearbeitung durchgeführt wird, wobei die Verfahrensstufe ein Positionieren eines zu bearbeitenden Werkstücks in einer Bearbeitungsposition der Laserbearbeitungsstation mittels eines Werkstück- Bewegungssystems in Reaktion auf Bewegungssignale der Steuereinheit umfasst, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Kamerabasiertes Beobachten des Werkstücks mittels eines Kamerasystems, wobei das Beobachten ein Erfassen mindestens eines im Objektfeld einer Kamera liegenden Ausschnitts des Werkstücks sowie die Erzeugung eines den Ausschnitt repräsentierenden Bildes umfasst;

Auswerten des Bildes mittels Bildverarbeitung zur Ermittlung von Positionsdaten, die die Ist-Position wenigstens eines Strukturelements des Werkstücks im Objektfeld repräsentieren;

Vergleichen der Ist-Position mit einer Soll-Position des Strukturelements und Erzeugen von Korrektursignalen in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Position von der Soll- Position;

Korrigieren der Bearbeitungsposition durch Ansteuern des Werkstück- Bewegungssystems zur Angleichung der Ist-Position an die Soll-Position auf Basis der Korrektursignale;

Einstrahlen wenigstens eines auf das Werkstück gerichteten Laserstrahls zur lokalen Laserbearbeitung des Werkstücks an wenigstens einer Bearbeitungsstelle des Werkstücks.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Parallelbearbeitung an einer Vielzahl von Bearbeitungsstellen, wobei eine Maske mit einer Vielzahl von Maskenöffnungen verwendet wird, die Maske einen Laserstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufteilt und die Laserstrahlung emittierenden Maskenöffnungen auf eine Bearbeitungsebene einer Laserbearbeitungseinheit abgebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück in eine Vielzahl Sektoren aufgeteilt wird und die Sektoren schrittweise nacheinander bearbeitet werden, wobei innerhalb eines vermessenen Sektors ein Raster von Korrekturwerten erzeugt und abgespeichert wird und eine nachfolgende Bearbeitung dieses Sektors die mithilfe der Korrekturwerte korrigierten Werte für die Laserbearbeitung des Werkstücks nutzt. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kamerabeobachtung und Bilderfassung schmalbandiges Licht genutzt wird, wobei vorzugsweise das für die Bilderfassung genutzte Licht eine spektrale Bandbreite von 10 nm oder weniger aufweist, wobei vorzugsweise mindestens während der Erfassung eines Bildes ein das Objektfeld der Kamera einschließender Beleuchtungsbereich am Werkstück mit schmalbandigem Beleuchtungslicht beleuchtet wird und/oder wobei mittels einer wellenlängenselektiven Einrichtung zwischen der Objektebene der Kamera und der Kamera nur Licht aus einem schmalen Wellenlängenband, insbesondere mit einer spektralen Bandbreite von 10 nm oder weniger, zur Kamera durchgelassen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beobachtung und Bildverarbeitung innerhalb eines Korrekturschrittes vor der Laserbearbeitung realisiert wird und der Laserbearbeitungsschritt erst nach Einstellen der korrigierten Bearbeitungsposition gestartet wird, wobei sich vorzugsweise das Werkstück während der Bilderfassung nicht bewegt, so dass die Messung für die Korrektur bei ruhendem Werkstück erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit ein Abbildungsobjektiv zur Abbildung einer Maskenebene in eine Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit aufweist und dass die Beobachtung des positionierten Werkstücks mittels der Kamera durch das Abbildungsobjektiv hindurch erfolgt, wobei vorzugsweise eine Strahlumlenkeinrichtung mit einer schräg zu einer Hauptachse der Laserbearbeitungseinheit orientierten Strahlumlenkfläche vorgesehen ist, die den Laserstrahl in eine im Wesentlichen parallel zur Hauptachse verlaufende Ausbreitungsrichtung umlenkt, wobei die Beobachtung des positionierten Werkstücks mittels der Kamera durch die Strahlumlenkfläche hindurch erfolgt, wobei vorzugsweise im Beobachtungsstrahlengang zwischen der Strahlumlenkfläche und der Kamera eine Astigmatismuskorrektur eingeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Laserbearbeitung eine Laserwellenlänge im Ultraviolettbereich, insbesondere bei ca. 248 nm, genutzt wird und dass Beleuchtungslicht verwendet wird, das eine Beleuchtungswellenlänge im Ultraviolettbereich aufweist, wobei vorzugsweise eine Beleuchtungswellenlänge im Bereich von weniger als 300 nm verwendet wird, wobei insbesondere für die Beleuchtung des Werkstücks abgeschwächtes Licht einer für die Laserbearbeitung genutzten Laserlichtquelle verwendet wird, oder dadurch, dass zur Laserbearbeitung eine Laserwellenlänge im Ultraviolettbereich, insbesondere bei ca. 248 nm, genutzt wird und Beleuchtungslicht verwendet wird, welches eine Beleuchtungswellenlänge im sichtbaren Spektralbereich (VIS) aufweist, wobei vorzugsweise schmalbandiges Grünlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 490 nm bis 575 nm zur Beleuchtung verwendet wird.

8. Verfahren nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine in die Laserbearbeitungsstation integrierte Strahlanalyse der Laserstrahlung in der Bearbeitungsebene zur Bestimmung der Positionen von Abbildungen der Maskenaperturen in der Bearbeitungsebene, wobei eine Steuerung des Werkstück-Bewegungssystems in der Weise durchgeführt wird, dass die Position und Orientierung jeder Maskenapertur in der Bearbeitungsebene bei jedem Laserpuls mit der Position und Orientierung eines zu bearbeitenden Strukturelements übereinstimmt und/oder wobei eine Vermessung und Korrektur der Kamerapositionierung für die Strahlanalyse unter Nutzung der Maskenstruktur erfolgt, die mit Hilfe der Laseranlage in die Bearbeitungsposition abgebildet wird, wobei nach einer Aufnahme von Maskenaperturen an verschiedenen Positionen der Strahlanalysekamera einzelne Bilder per Software zu einem Bild der kompletten Maske zusammengesetzt und Positionierfehler anhand der Fehler im Bild der Maske im Grenzbereich zwischen den Einzelbildern mittels Bildverarbeitung bestimmt und korrigiert werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in die Laserbearbeitungsstation integrierte Strahldiagnose der Laserstrahlung, worin das Kamerasystem zur Beobachtung des Werkstücks für die Strahldiagnose eingesetzt wird, indem in der Bearbeitungsebene ein die Laserstrahlung reflektierendes oder stark streuendes Hilfs- Substrat angebracht wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem zur Beobachtung des Werkstücks zusätzlich für die Kontrolle der Laserbearbeitung eingesetzt wird, indem das Kamerasystem mithilfe von Triggersignalen der Laserbearbeitung ausgelöst wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine in-situ- Beobachtung und Analyse schnell ablaufender Vorgänge im Bereich der durch Laserstrahl beeinflussten Bearbeitungszone mittels Schattenwurfbild-Analyse, wobei vorzugsweise eine Flugbahnverfolgung durchgeführt wird, bei der die Flugbahn eines mittels eines Laserpulses vom Werkstück abgelösten Teils ermittelt und analysiert wird.

12. System zur Herstellung einer mikrostrukturierten Komponente, die eine Vielzahl von Mikro-Funktionselementen auf einem Substrat aufweist, insbesondere zur Herstellung eines Micro-LED-Displays, welches ein Substrat aufweist, das ein Array von Pixel bildenden Micro- Leuchtdioden auf einer elektrischen Versorgungsstruktur trägt, umfassend: eine Steuereinheit (190); eine Laserbearbeitungsstation (100) mit einer durch die Steuereinheit steuerbaren Laserbearbeitungseinheit (110); ein Werkstück-Bewegungssystems (200) zum Positionieren eines zu bearbeitenden Werkstücks (150) in einer Bearbeitungsposition der Laserbearbeitungsstation in Reaktion auf Bewegungssignale der Steuereinheit (190); gekennzeichnet durch ein Kamerasystem mit einer Kamera (340) zur Beobachtung des Werkstücks (150), wobei das Kamerasystem eingerichtet ist, mindestens einen im Objektfeld der Kamera liegenden Ausschnitt des Werkstücks zu erfassen sowie ein den Ausschnitt repräsentierendes Bild zu erzeugen; einer Auswerteeinheit (195) zum Auswerten des Bildes mittels Bildverarbeitung zur Ermittlung von Positionsdaten, die die Ist-Position wenigstens eines Strukturelements des Werkstücks im Objektfeld repräsentieren, sowie zum Vergleichen der Ist-Position mit einer Soll- Position des Strukturelements und zum Erzeugen von Korrektursignalen in Abhängigkeit von einer Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position, wobei die Steuereinheit (190) konfiguriert ist, die Bearbeitungsposition durch Ansteuern des Werkstück-Bewegungssystems (200) zur Angleichung der Ist-Position an die Soll-Position auf Basis der Korrektursignale zu korrigieren, und die Laserbearbeitungseinheit (110) zu veranlassen, wenigstens einen auf das Werkstück (150) gerichteten Laserstrahl (105) zur lokalen Laserbearbeitung des Werkstücks an wenigstens einer Bearbeitungsstelle des Werkstücks (150) einzustrahlen.

13. System nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Maske (107) mit einer Vielzahl von Maskenöffnungen (109), wobei die Maske in einer Maskenebene (108) angeordnet und dafür konfiguriert ist, einen Laserstrahl in eine Vielzahl von Teilstrahlen aufzuteilen, wobei die Laserstrahlung emittierenden Maskenöffnungen auf eine Bearbeitungsebene der Laserbearbeitungseinheit abbildbar sind, wobei vorzugsweise zum Tragen der Maske (107) ein Masken-Bewegungssystem vorgesehen ist, welches unter der Steuerung durch die Steuereinheit (190 eine Verlagerung der Maske (107) in der Maskenebene (108) sowie eine Drehung der Maske um eine zur Maskenebene senkrechte Achse erlaubt.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch ein Beleuchtungssystem (310) zum Beleuchten eines Beleuchtungsbereichs (305) am Werkstück (150) mit schmalbandigem Beleuchtungslicht und/oder durch eine zwischen der Objektebene der Kamera (340) und der Kamera angeordnete wellenlängenselektive Einrichtung (335), die nur Licht aus einem schmalen Wellenlängenband zur Kamera durchlässt, vorzugsweise derart, dass das für die Bilderfassung genutzte Licht eine spektrale Bandbreite von 10 nm oder weniger aufweist.

15. System nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit eine Strahlumlenkeinrichtung (115) mit einem Substrat (117) und einer daran ausgebildeten, schräg zu einer Hauptachse (116) der Laserbearbeitungseinheit orientierten Strahlumlenkfläche (118) zur Umlenkung des Laserstrahls in eine im Wesentlichen parallel zur Hauptachse (116) verlaufende Ausbreitungsrichtung aufweist.

16. System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen der Bearbeitungsebene (122) der Laserbearbeitungseinheit (110) und der Kamera (340) verlaufender Beobachtungsstrahlengang durch die Strahlumlenkfläche (118) hindurchführt, wobei die Strahlumlenkeinrichtung (115) Beleuchtungslicht wenigstens teilweise transmittiert, wobei vorzugsweise das Substrat (117) der Strahlumlenkeinrichtung mit einer dielektrischen Beschichtung beschichtet ist, die vorzugsweise so ausgelegt ist, dass sie für das eintretende Laserlicht bei den vorliegenden Einfallswinkeln einen Reflexionsgrad von mehr als 99 % und für das zur Beleuchtung verwendete Beleuchtungslicht eine Transmission von mindestens 1 % aufweist, wobei die Transmission vorzugsweise im Bereich von 20 % bis 70 % liegt.

17. System nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Beobachtungsstrahlengang zwischen der Strahlumlenkeinrichtung (315) und der Kamera (340) eine Beleuchtungslicht transmittierende Astigmatismus-Kompensationseinheit (330) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Substrat (317) der Strahlumlenkeinrichtung als Beleuchtungslicht transmittierende Planplatte ausgebildet ist, die gegenüber der Hauptachse (116) um eine senkrecht zur Hauptachse orientierte erste Kippachse verkippt ist und dass die Astigmatismus- Kompensationseinheit (330) eine für Beleuchtungslicht transparente Planplatte aufweist, die gegenüber der Hauptachse um eine senkrecht zur ersten Kippachse orientierte zweite Kippachse verkippt ist.

18. System nach dem Oberbegriff von Anspruch 12, insbesondere nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch ein in die Laserbearbeitungsstation integriertes kamerabasiertes Strahlanalysesystem (700) zur in-situ-Analyse von Strahlparametern des Laserstrahls (105).

19. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlanalysesystem

(700) wenigstens eine Strahlanalyseeinheit (720, 740) aufweist, die eine für die

Laserwellenlänge empfindlichen Kameraanordnung mit einer Kamera (722, 742) umfasst, welche ein Objektfeld aufweist, wobei vorzugsweise die Kameraanordnung eine für die Laserwellenlänge empfindliche Kamera, insbesondere eine UV-Kamera aufweist oder wobei die Kameraanordnung eine für sichtbares Licht empfindliche Kamera sowie einen flächigen Wandler (726, 746) aufweist, der in einer Objektebene der Kamera angeordnet und dafür konfiguriert ist, Licht der Laserwellenlänge in Licht aus dem sichtbaren Spektralbereich zu wandeln.

20. System nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlanalysesystem wenigstens eine der folgenden Einheiten aufweist:

(i) eine erste Strahlanalyseeinheit (720) mit einer für die Laserwellenlänge empfindlichen Kameraanordnung, die eine Kamera (722) umfasst, welche ein Objektfeld aufweist, das in der Bearbeitungsebene (122) der Laserbearbeitungseinheit oder in einer zur Bearbeitungsebene optisch konjugierten Ebene liegt und an der der Laserbearbeitungseinheit (610) gegenüberlegenden Seite der Bearbeitungsebene (122) angeordnet ist;

(ii) eine zweite Strahlanalyseeinheit (740) mit einer für die Laserwellenlänge empfindlichen Kameraanordnung, die eine Kamera (742) umfasst, welche ein Objektfeld aufweist, das in einer zu einer Maskenebene (108) optisch konjugierten Ebene liegt, wobei die Kamera in Verlängerung einer senkrecht zur Hauptachse (116) der Laserbearbeitungseinheit (610) orientierten Einstrahlrichtung des Laserstrahls angeordnet ist.

21. System nach einem der Ansprüche 12 bis 20, gekennzeichnet durch ein in die Laserbearbeitungsstation (700) integriertes kamerabasiertes Schattenwurfbild-Analysesystem (800) zur in-situ-Beobachtung und Analyse schnell ablaufender Vorgänge im Bereich der durch Laserstrahlung beeinflussten Bearbeitungszone (106), wobei das Schattenwurfbild- Analysesystem eine Kurzpuls-Lichtquelle (810) zur zeitgesteuerten Einstrahlung von kurzen Beleuchtungslichtpulsen in einer quer zum Laserstrahl orientierten Einstrahlrichtung und an einer gegenüberliegenden Seite eine Kamera (830) zur Erfassung von Schattenwurfbildern der Bearbeitungszone aufweist und eine Auswerteeinheit zur Auswertung von Kamerabildern der Kamera vorgesehen ist.

22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Schattenwurfbild- Analysesystem (800, 900) ein Strahlumlenksystem, insbesondere ein Spiegelsystem (825), mit einem zwischen der Kurzpuls-Lichtquelle (810, 910) und der Bearbeitungszone (106) angeordneten Umlenkelement, insbesondere einem Umlenkspiegel (822), zur Umlenkung von Beleuchtungslicht aus einer schräg zur Bearbeitungsebene (122) orientierten Richtung in eine parallel zur Bearbeitungsebene (122) verlaufende Einstrahlrichtung und/oder mit einem zwischen der Bearbeitungszone (106) und der Kamera (830, 930) angeordneten

Umlenkelement, insbesondere einem Umlenkspiegel (824, 924), zur Umlenkung von parallel oder in spitzem Winkel zur Bearbeitungsebene verlaufende Strahlung in eine schräg zur Bearbeitungsebene orientierte Einfallsrichtung der Kamera aufweist.

23. System nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Schattenwurfbild-Analysesystem (800) dafür konfiguriert ist, getriggert durch einen Laserpuls der Laserstrahlungsquelle ein Bild mit einer Vielzahl zeitlich versetzt ausgelöster Beleuchtungspulse zu erzeugen, so dass das vom Werkstück abgelöste Teil mehrfach, zu verschiedenen Zeiten an verschiedenen Positionen, im Bild abgebildet wird und das Bild auszuwerten, wobei vorzugsweise eine Flugbahnverfolgung durchgeführt wird, bei der die Flugbahn eines mittels eines Laserpulses vom Werkstück abgelösten Teils ermittelt und analysiert wird.