KR20240001716A - 미세구조 컴포넌트를 생산하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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토르슈텐 라이히젠링
카이 미트보흐
클라우디아 웅거
슈테펜 뢰츠쉬
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쓰리디-마이크로막 아게
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Abstract

기판 상에 복수의 기능적 마이크로엘리먼트들을 갖는 마이크로전자 컴포넌트를 제조하기 위한 방법에서, 레이저 가공은 제어 유닛의 제어하에서 레이저 가공 스테이션에서 적어도 하나의 방법 단계에서 수행된다. 상기 방법 단계는 제어 유닛의 이동 신호들에 반응하여 공작물 이동 시스템에 의해 레이저 가공 스테이션의 가공 위치에 가공될 공작물을 위치시키는 단계를 포함한다. 카메라 시스템에 의해 공작물의 카메라 기반 모니터링이 수행되며, 여기서 카메라의 물체 필드에 놓여 있는 상기 공작물의 부분의 적어도 하나의 이미지가 생성된다. 그 이미지는 물체 필드에서의 공작물의 적어도 하나의 구조 엘리먼트의 현재 위치를 나타내는 위치 데이터를 결정하기 위해 이미지 처리에 의해 분석된다. 현재 위치가 구조 엘리먼트의 목표 위치와 비교되고 목표 위치로부터의 현재 위치의 편차에 기초하여 보정 신호들이 생성된다. 보정 신호들에 기초하여 현재 위치를 목표 위치에 정렬시키기 위해 공작물 이동 시스템을 작동시킴으로써 가공 위치가 보정된다. 공작물의 적어도 하나의 가공 포인트에서 공작물의 국부적 레이저 가공을 위해 공작물에 지향된 레이저 빔이 방사된다.

Description

미세구조 컴포넌트를 생산하는 방법 및 시스템
본 발명은 기판 위에 다수의 미세 기능 엘리먼트를 포함하는 미세구조 컴포넌트를 생산하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 레이저 가공은 제어 유닛의 제어 하에 레이저 가공 스테이션의 적어도 하나의 방법 단계에서 수행된다. 하나의 바람직한 응용 분야는 기판에 배열된 전기 공급 구조 상에 배열된 픽셀 형성 마이크로 발광 다이오드의 어레이를 지니고 있는 기판을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 생산이다.
μLED 라고도 불리는 마이크로 LED 라는 용어는 발광 다이오드(LED)를 기반으로 한 평면 스크린 기술을 의미한다. 마이크로 LED 디스플레이는 픽셀이라고도 하는, 디스플레이의 화소를 형성하는 매우 작은 발광 다이오드의 배열 (어레이) 을 기반으로 하는 마이크로전자 컴포넌트가다.
개별 μLED 사이에는 각각의 경우에 스트리트 (street) 라고도 불리는 인터스페이스 (interspace) 가 존재한다. 개별 픽셀은 3개의 서브픽셀, 즉 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 위한 3개의 μLED 로 구성될 수 있다. 이는 픽셀 내의 μLED 사이에도 스트릿이 있을 수 있음을 의미한다. 마이크로 LED는 자체 발광하고 밝기 조절이 가능하며 완전히 끌 수 있고, 따라서 액정 디스플레이 (간단히, LCD) 처럼 백라이트가 필요하지 않다.
새로운 디스플레이 기술로 마이크로 LED 기술을 개발하는 과정에서, 레이저 가공은 다수의 가능성들, 특히 사파이어 성장 기판에서 완성된 μLED 를 분리하기 위한 레이저 리프트 오프 (Lift-Off: LLO), 도너에서 기판으로 μLED 를 이송하기 위한 레이저 유도 순방향 이송 (Laser-Induced Forward Transfer: LIFT) 및/또는 수율 문제 및 결함률을 교정하기 위한 μLED 디스플레이의 레이저 수리를 제공한다.
레이저 리프트 오프 (LLO) 는 한 재료를 다른 재료에서 선택적으로 제거하는 방법이다. 이것은 레이저 빔이 투명한 베이스 재료를 통과하여 제2 재료에 높은 수준으로 결합되는 프로세스를 이용한다. LLO는 종종 사파이어 베이스 웨이퍼에서 GaN 반도체를 분리하기 위해 LED 생산에서 사용된다.
레이저 유도 순방향 이송(LIFT)는 레이저 방사선에 의해 재료가 시작 기판(도너)에서 대상 기판(억셉터)으로 이송되는 방법의 한 종류이다.
마이크로 LED 제조에서의 레이저 기반 기술의 사용에 대한 개요는 Coherent Shared Services B.V., Dieselstrasse 5b, D-64807 Dieburg 에 의해 관리되는 https://de.coherent.com/microled 에서 Coherent 사의 홈페이지를 통해 백서 "MicroLEDs - Laser Processes for Display Production"에서 확인할 수 있다.
생산에는 다양한 개념들이 존재한다; 그것들은 주로 제조업체와 특정 방법 변형에 따라 달라지며 LLO 및 LIFT 방법을 다양하게 적용하여 구현된다. 많은 수의 μLED 를 경제적으로 이송할 수 있기 위해 어떤 경우에도 대규모 병렬 처리가 실현되어야 한다. 이는 조정된 레이저 빔을 대응하는 다수의 부분 빔들로 분할하는 다수의 개구 또는 애퍼처를 갖는 마스크를 사용하여 수행된다.
그런 다음 레이저 방사선을 방출하는 마스크 개구가 레이저 가공 유닛의 가공 평면에 이미지화된다.
이 경우, 에피택셜 웨이퍼 상의 μLED 들의 배열은 디스플레이 상의 배열과 다를 수 있다. 예로서, 측방향 간격들이 상이할 수도 있다. 예를 들어 매 n 번째 μLED 만 이송하여 디스플레이 기판 상에서 원하는 간격을 얻는 것이 가능하다. 세 가지 서로 다른 에피택셜 웨이퍼들로부터 세 가지 상이한 색상들의 μLED 들을 사용하는 가능성이 존재한다. 대안적으로, 예를 들어 서로 다른 색 변환 층(예를 들어, 양자점)을 갖는 청색 μLED 들을 사용하는 것이 가능하다.
일부 제조업체는 마이크로 LED 스크린을 발광 폭이 50 μm 미만이거나 발광 면적이 0.003 mm2 미만인 발광 다이오드들을 갖는 스크린으로서 정의한다. μLED 의 폭(측방향 범위)은 예를 들어 30 μm 이상에서 (< 100 μm) 대략 1 μm 내지 3 μm 까지의 범위일 수 있다. μLED 들 사이의 웹 (web) 들은 종종 폭이 대략 6 μm 내지 1 μm 에 불과하다. 특히 예를 들어 훨씬 더 높은 분해능을 갖는 스크린들을 만들기 위한 추가의 소형화의 방향에서, 이들 현재 일반적인 치수들에서 벗어나는 것이 가능하다.
이러한 공정에 적합한 시스템을 제공하는 비용은 안정적인 공정에서 더욱 미세한 구조를 생산할 가능성에 대한 요구 사항이 증가함에 따라 거의 기하급수적으로 증가한다.
이러한 배경에서, 본 발명에 의해 해결되는 문제는 생산될 구조들의 소형화가 증가하더라도 그러한 컴포넌트의 경제적인 제조를 허용하는 미세구조 컴포넌트를 생산하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것으로 구성된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 청구항 1 에 기재된 특징들을 갖는 방법을 제공한다. 더욱이, 청구항 12 의 특징들을 갖는 시스템이 제공된다. 유리한 개발들은 종속 청구항들에서 특정된다. 모든 청구항들의 표현은 설명의 내용에 참조로 포함된다.
기판 상에 다수의 미세 기능 엘리먼트를 포함하는 미세 구조 컴포넌트를 생성하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 이들은 예를 들어 마이크로 전자 및/또는 마이크로기계 기능 엘리먼트들일 수 있다. 하나의 예는 (백프레인으로서도 지칭되는) 전기 공급 구조 상에 픽셀 형성 마이크로 발광 다이오드들의 어레이를 지니고 있는 기판 (디스플레이 기판) 을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 생성이다.
레이저 가공은 제어 유닛의 제어 하에 레이저 가공 스테이션의 적어도 하나의 방법 단계들에서 수행된다. 이것은 공작물에 국지적으로 제한된 변화를 가져오기 위해 미리 정의할 수 있는 방식으로 미리 정의할 수 있는 빔 특성을 갖는 레이저 방사선을 공작물에 방사하는 것을 수반한다. 레이저 가공은 또한 마이크로미터 범위(예를 들어, 수 마이크로미터, 가능하게는 1 마이크로미터 훨씬 미만)의 가공 정확도가 필요할 수 있으므로 레이저 마이크로 가공이라고도 한다.
공작물은 아직 가공되지 않은 기판이거나 코팅 및/또는 기타 기능적 구조를 지니는 기판일 수 있다.
이 방법 단계에서는 특히 포지셔닝 동작이 수행된다. 포지셔닝 동작에서, 가공될 공작물은 제어 유닛의 이동 신호에 반응하여 레이저 가공 스테이션의 가공 위치로 이동된다. 포지셔닝 이동은 공작물이 미리 정의된 시점에 원하는 위치에 위치되는 방식으로 수행된다. 이 경우, 공작물은 연속적으로 이동하고 유한한 속도로 원하는 위치를 통과하여 목표 시간에 원하는 위치에 위치될 수 있다("동적 포지셔닝"). 공작물이 목표 위치에 위치되는 경우 이동이 잠시 정지되도록 포지셔닝 이동을 또한 제어할 수 있다("정적 포지셔닝").
이러한 공작물 이동을 수행하기 위해 레이저 가공 스테이션은 공작물 이동 시스템을 포함한다. 이동 시스템은 자동화에서 이동 및 포지셔닝 목적을 위한 전기 기계 시스템이고, 이것에 의해 이동되는 물체가 2차원 또는 3차원의 특정 이동 프로필에 따라 이동 및 포지셔닝되는 것을 허용한다. 이들은 종종 이동 및 포지셔닝 시스템이라고도 한다.
공작물의 카메라 기반 관찰이 발생한다. 관찰은 적어도 하나의 카메라를 포함하는 카메라 시스템의 도움으로 수행되며 이미지 캡처, 즉 카메라의 물체 필드에 있는 공작물의 적어도 하나의 부분을 캡처하고 해당 부분을 나타내는 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 이것은 단일 이미지이거나 복수의 이미지들일 수 있다.
평가 동작에서, 시스템의 평가 유닛을 사용하여, 이미지가 이미지 캡처 시 물체 필드에서 공작물의 적어도 하나의 구조 엘리먼트의 실제 위치를 나타내는 위치 데이터를 확인하기 위해 이미지 처리에 의해 평가된다. 구조 엘리먼트는 그것의 위치와 관련하여 이미지에서 쉽게 식별할 수 있는 공작물의 엘리먼트이다. 적합한 구조 엘리먼트는 예를 들어 백플레인 상의 접촉 패드, 특정 위치에 특별히 적용된 정렬 마크, 하나 이상의 LED 또는 다른 기능 엘리먼트이다.
비교 동작에서, 실제 위치가 미리 정의된 구조 엘리먼트의 목표 위치와 비교된다. 비교를 바탕으로 목표 위치와 실제 위치의 편차에 따라 보정 신호가 생성된다.
카메라 기반 관찰 및 이미지 평가를 통해 확립된 공작물의 선택된 구조 엘리먼트의 실제 위치가 목표 위치에 대응하지 않거나 허용 가능한 작은 편차를 허용하더라도 대응하지 않는 경우, 편차의 정도를 나타내고 보정이 필요함을 나타내는 보정 신호 또는 보정 값이 생성된다. 비교를 통해 이미 확립된 실제 위치가 목표 위치와 충분히 대응한다는 것이 밝혀지면, 대응하는 보정 신호("보정 필요 없음")가 생성될 수 있으며, 이는 보정 값 0 에 해당할 것이다.
비교 결과에 기초하여, 보정 이동을 생성함으로써 위치 보정과 관련하여, 공작물의 가공 위치의 보정은 구조 엘리먼트의 실제 위치가 가능한 한 목표 위치와 일치되는 방식으로 공작물 이동 시스템을 제어함으로써 수행된다.
이 경우, 목표 위치를 정확히 달성할 필요는 없으나, 위치 보정 후의 실제 위치가 목표 위치에 대한 허용 범위 내에 있도록 목표 위치와 실제 위치의 차이를 줄여야 한다.
마지막으로, 공작물을 향하는 적어도 하나의 레이저 빔은 정확하게 위치된 공작물의 적어도 하나의 가공 위치에서 공작물의 국소 레이저 가공을 위해 공작물에 방사된다.
이에 따라 방법을 수행하기 위해 구성되고 적합한 시스템은 제어 유닛, 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 레이저 가공 유닛을 갖는 레이저 가공 스테이션, 및 또한 제어 유닛의 이동 신호에 반응하여 공작물을 이동시킬 수 있는 공작물 이동 시스템을 포함한다. 또한, 공작물을 관찰하고 하나 이상의 이미지를 캡처하기 위한 카메라를 갖춘 카메라 시스템이 제공되며, 후자는 평가 유닛에서 평가된다. 평가 유닛은 실제 위치를 나타내는 위치 데이터를 확인하기 위해 이미지 처리를 통해 이미지를 평가하도록 구성되며, 또한 편차가 지나치게 큰 경우 보정 신호를 생성할 목적으로 구조 엘리먼트의 목표 위치와 실제 위치의 비교를 수행한다. 평가 결과에 따라, 제어 유닛은 보정 신호에 기초하여 실제 위치를 목표 위치에 일치시키기 위해 공작물 이동 시스템을 제어하여 가공 위치를 보정하게 된다. 평가 및 가능한 위치 보정 후에 실제 위치는 높은 정확도로 목표 위치 또는 그 근처에 위치한다.
이러한 경우, 제어 유닛은 포지셔닝된 공작물의 적어도 하나의 가공 위치에서 공작물의 로컬 레이저 가공을 위해 공작물을 향해 지향되는 적어도 하나의 레이저 빔을 레이저 가공 유닛이 방사하도록 할 수 있다.
청구된 발명은 특히 이동 및 포지셔닝 시스템이라고도 불리는 상업적으로 이용 가능한 공작물 이동 시스템에 대한 조사로부터의 발명자의 통찰력에 기초한다. 놀랍게도 고품질 및 이에 상응하는 고가의 공작물 이동 시스템의 경우에도, 매우 작은 마이크로 LED 들의 정확한 포지셔닝을 위한 공정을 위해 디스플레이 생산을 위해 요구되는, 상대적으로 긴 이동 거리에 걸친, 그리고 적절하다면 상대적으로 오랜 시간 주기 동안의 포지셔닝의 절대 정확도가 충분하지 않거나 거의 충분하지 않다는 것이 발견되었다. 500 mm 크기 정도의 이동 거리의 경우, 절대 위치 오차는 실제로 수 마이크로미터에 달할 수 있다. 대조적으로, 이동 거리가 50 mm 미만인 경우 보정 불가능한 반복 오차는 100 nm 미만이어야 하며 따라서 보정 후 상대적으로 짧은 시간 주기 내에 필요한 정확도 범위에 있어야 한다.
발명자의 제안에 따르면, 예를 들어, 이미지 처리, 가능한 위치 오차의 확인 및 이것에 지향된 위치 보정을 포함하는 카메라 기반 관찰을 통해, 레이저 마이크로 가공에 필요한 공작물의 위치가 그럼에도 불구하고 상대적으로 긴 이동 거리 후에도 마이크로미터 범위에서 매우 높은 정밀도로 설정될 수 있기 때문에, 공작물 이동 시스템은 이동 거리가 큰 경우 상대적으로 높은 절대 위치 오차를 생성하더라도 고정밀 레이저 가공에 이용될 수 있다.
이러한 측면에서, 상대적으로 비용 효과적인 수단을 사용하여 상업용 공작물 이동 시스템의 구조적 또는 근본적인 약점을 보상할 수 있는 카메라 기반 위치 조정이 구현된다.
하나의 개발에 따르면, 예를 들어 많은 수의 μLED 를 경제적으로 이송할 수 있도록 대규모 병렬 가공이 실현될 수 있다. 다수의 마스크 개구를 갖는 마스크는 다수의 가공 위치에서 동시 병렬 가공을 가능하게 하는 데 사용된다. 마스크는 선택적으로 준비된 레이저 빔을 다수의 부분 빔으로 분할한다. 그런 다음 레이저 방사선을 방출하는 마스크 개구가 레이저 가공 유닛의 가공 평면에 이미지화된다. 시스템에서 마스크는 가공 평면과 광학적으로 공액인 마스크 평면에 배열된다. 광학 이미징 시스템은 레이저 가공 유닛의 가공 평면에 레이저 방사선을 방출하는 마스크 개구를 이미지화하는 데 사용된다. 바람직하게는, 마스크를 운반하고, 제어 유닛의 제어 하에 마스크 평면에서 마스크의 변위 및 마스크 평면에 수직인 축을 중심으로 한 마스크의 회전을 허용하는 마스크 이동 시스템이 제공된다.
하나의 개발에 따르면, 공작물은 이동 시스템에 의해 지속적으로 이동되고 레이저 펄스는 각각의 경우 미리 정의된 위치에서 트리거된다. 이는 레이저 시스템의 사양 범위 내의 레이저 펄스 주파수 및 가공 위치들의 간격 및 또한 기판의 특정 이동 속도를 초래한다. 보정을 위한 이미지 기록을 위해, 실행되는 것은 일시적인 정지 상태의 포지셔닝 또는 원하는 위치를 통과하는 매우 느린 이동의 포지셔닝이며, 이는 짧지만 충분한 시간 주기 동안만 존재한다.
한 가지 개발은 섹터별 단계별 작업이 포함된다. 섹터는 사실상 다수의 동일하거나 동일하지 않은 섹터들로 나누어질 수 있는 전체 공작물의 부분 영역 또는 일부이다. 섹터는 예를 들어 측면 길이가 동일하거나 동일하지 않은 직사각형 모양을 가질 수 있다. 이 경우, 방법은 측정된 섹터 내에서 보정 값들의 그리드를 생성 및 저장하고 이어서 이 섹터를 가공하는 것을 포함한다. 이 경우, 보정된 값은 공작물의 레이저 가공에 이용된다. 측정되지 않은 위치들에서의 중간값들의 보간이 선택적으로 수행된다.
한 가지 개발에 따르면, 카메라 관찰 및 이미지 캡처에 협대역 빛이 사용되거나 이용된다. 이로써 매우 높은 포지셔닝 정확도 또는 매우 작은 포지셔닝 오차를 달성하는 데 더욱 기여할 수 있다. 본 출원에서, 용어 "광"은 일반적으로 육안으로 볼 수 있는 스펙트럼 범위의 전자기 방사선과 특히 자외선 스펙트럼 범위 UV 로부터의, 육안으로 볼 수 없는 전자기 방사선 양자 모두에 대해 사용된다. 본 출원에서, 협대역 광은 또한 "준단색" 또는 "단색" 광으로도 지칭된다. "협대역", "준단색" 또는 "단색"이라는 용어는 동의어이며 빛이 상대적으로 좁은 파장 범위 또는 좁은 파장 대역으로부터의 전자기 방사선임을 명확히 하기 위한 것이다. 협대역 광 또는 협대역 방사선의 스펙트럼 대역폭은 100nm보다 훨씬 작을 수 있으며, 바람직하게는 이미지 캡처에 사용되는 광의 스펙트럼 대역폭은 50nm 이하, 특히 10nm 이하일 수 있다. 이를 구현하는 데는 다양한 가능성이 있다.
한 개발에 따르면, 적어도 이미지를 캡처하는 동안 카메라 관찰 및 이미지 캡처를 위해, 공작물 상의 - 카메라의 물체 필드를 둘러싸는 - 조명 영역이 협대역 조명광으로 조명된다. 이를 위해, 시스템은 조명 광원의 조명 광 스펙트럼을 더 좁은 파장 범위로 제한하기 위한 그 자체로 이미 협대역인 조명 광원 및/또는 광학 디바이스(예를 들어 격자 또는 필터)를 포함하는 조명 시스템을 포함할 수 있다.
예를 들어, 적절한 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드가 조명 광을 생성하기 위한 광원으로 사용될 수 있다. 일부 구성들에서, 레이저 가공 유닛의 레이저의 광은 또한 조명 목적으로 대응적으로 더 낮은 강도로 이용될 수 있다. 준단색 조명광을 사용함으로써, 색수차의 발생은 위치 측정에 대한 분해능이 결과적으로 크게 손상되지 않도록 하는 범위까지 회피되거나 감소될 수 있다. 빔 유도 목적으로, 단색 조명광의 사용은 예를 들어 일반적으로 색채 보정되지 않는 레이저 광학 유닛과 같은 광학 시스템을 사용하는 것을 가능하게 한다.
대안으로 또는 추가적으로, 카메라의 물체 평면(또는 레이저 가공 유닛의 가공 평면)과 카메라 센서 사이에는, 평가에 이용되는 이미지의 생성에 협대역 또는 준단색 광만이 이용되도록, 예를 들어 대역 통과 필터의 효과로, 좁은 파장 대역의 빛만 카메라로 전송하는 필터, 격자 및/또는 일부 다른 파장 선택 디바이스를 배열하는 것이 가능하다.
조명된 영역에서 가능한 한 균일한 강도 분포를 달성하기 위해 조명 시스템은 KOhler 조명의 원리가 이용되도록 구성될 수 있다. 대안으로서, 예를 들어 링 조명이 조명 광원으로 이용될 수 있다.
카메라 기반 위치 조정과 함께, 경제적으로 합리적으로 표현 가능한 조건에서 가공 위치의 매우 높은 포지셔닝 정확도를 갖는 레이저 가공을 보장할 수 있는 시스템이 제공된다.
기판의 생산적인 레이저 가공은 종종 "즉각적으로", 즉, 기판 이동 중에, 노출 및 이미지 생성에 이용할 수 있는 시간 창이 펄스 레이저가 조명 시스템의 광원으로 사용되지 않는 한 상대적으로 작도록 발생한다. 일부 상황들에서, 완전한 "즉시" 보정이 너무 늦게 이루어져 상대적으로 큰 편차를 보상할 수 없을 수도 있다. 따라서, 바람직한 실시형태에 따르면, 관찰 및 이미지 처리는 레이저 가공 이전의 보정 동작 내에서 실현되고, 레이저 가공 단계(예를 들어 LLO, LIFT 또는 수리 프로세스를 실현하기 위한)는 보정된 가공 위치가 설정된 후에만 시작된다. 따라서, 레이저 가공은 위치 오차를 보정하기 위한 공작물의 가능한 변위 후 가능한 한 빨리 시작된다. 바람직하게는, 보정을 위한 측정이 공작물이 정지된 상태에서 수행되도록, 이미지 캡처 중에는 공작물이 이동하지 않는다.
보정은 가능한 한 국부적으로, 즉 다음 레이저 가공이 이루어지는 곳에서 가능한 최소 이동 거리로 이루어져야 한다. 즉, 위치 측정에 사용되는 구조 엘리먼트가 놓여 있는 영역은 다음 가공 위치에 최대한 가깝게 놓여 있어야 한다. 이를 위해, 단계별로 섹터들을 채용하는 선호되는 가공은 섹터 횡단 치수의 크기의 이동 거리(예를 들어, 약 10mm에서 약 30mm 범위)만 다루져야 하기 때문에 가치가 있는 것으로 입증되었다.
더욱이, 다음 가공 단계가 시작되기 전, 즉 특히 가공 중 에너지 입력으로 인해 추가 오차가 발생할 가능성이 있기 전에 위치 보정이 즉시 수행되는 것이 유리한 것으로 간주된다. 상기 추가 오차는 사전에 새로운 측정을 수행하면 보상될 수 있다. 개재하는 시간들은 예를 들어 1초 이하, 예를 들어 1밀리초 이하의 크기일 수 있다. 따라서 가공은 가공과 연관되지 않은 추가 이동 없이, 예를 들어, 삽입된 빔 분석 없이, 위치 보정 직후에 수행되어야 한다.
레이저 가공 유닛은 마스크 평면을, 일반적으로 공작물의 표면에 또는 표면 근처에 있는, 레이저 가공 유닛의 가공 평면으로 이미징하기 위한 이미징 렌즈를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 포지셔닝될 공작물 또는 포지셔닝된 공작물의 카메라 기반 관찰은 상기 이미징 렌즈를 통해 카메라에 의해 수행되는 것이 제공된다. 즉, 관찰 빔 경로는 이미징 렌즈의 공작물 또는 공작물측 물체 평면에서 이미징 렌즈를 통해 카메라까지 전달된다. 조명광을 관찰될 부분으로 안내하는 관찰 빔 경로도 마찬가지로 이미징 렌즈를 통과하는 것이 바람직하다. 이는 특히 단색 조명광을 사용하는 경우 쉽게 가능하며, 색채 보정되지 않은 광학 유닛이 또한 그의 빔 안내를 위해 이용될 수 있다. 렌즈(TTL)를 통한 카메라 기반 관찰은 측정에 필요한 컴포넌트의 전체 크기를 콤팩트하게 유지하면서 특히 정밀한 측정 결과를 얻을 수 있다. 특히, TTL 관찰의 사용을 통해, 예를 들어 축에서 벗어나 배열된 측정 카메라에 대한 이동의 결과로서 발행할 수 있는 추가적인 오차를 피하는 것이 가능하다.
일부 실시형태들에서, 공작물상의 조명 영역은 자외선 범위 (UV 조명광) 에서의 조명 파장을 갖는 준 단색 조명광으로 조명된다. 이러한 목적으로, 조명 시스템은 자외선 범위에서 방출하는 광원을 포함할 수 있다. 가시광의 사용과 비교하면, 측정을 위한 자외광의 사용은 특히 더 짧은 파장으로 인한 더 높은 분해능의 이점을 제공한다. 이것은 카메라에 의해 더 긴 파장들을 사용하는 것보다 더 정밀하게 훨씬 더 미세한 구조들을 캡처 및 평가하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 특히, 300 nm 미만의 범위의 조명 파장들, 예를 들어 대략 270 nm 의 범위의 조명 파장들 또는 대략 248 nm 이하의 범위의 조명 파장들을 사용하는 것이 가능하다.
UV 범위에서의 관찰이 UV 감지 카메라에 대한 더 높은 가격으로 인해 다소 더 비쌀 수도 있지만, 더 미세한 구조 추구가 더 높은 분해능의 결과로서 더 신뢰성있게 생성될 수 있다.
조명을 위한 자외광의 사용의 추가의 이점은 레이저 가공의 목적으로 자외선 범위에서의 레이저 파장, 예를 들어 193 nm, 248 nm, 308 nm 또는 355 nm 의 파장이 마찬가지로 이용된다는 사실로 인해 다수의 예시적인 실시형태들에서 발생한다. 특히, 엑시머 레이저, 예를 들어 대략 248 nm 의 방출 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저는 레이저 소스로서 이용될 수 있다. 그러한 엑시머 레이저는 레이저 가공에 대해 가치있는 것으로 증명되었다. 유사한 파장을 갖는 조명광의 사용은 레이저 가공 유닛에 대한 양호한 적응을 가능하게 한다. 조명광이 레이저 파장에 대응하는 조명 파장을 갖거나 레이저 파장 근처에 있는 경우, 투명한 광학 컴포넌트들의 경우, 그것들이 레이저 파장 및 조명광 양자 모두에 대해 반사방지성 또는 투과 증가 효과를 갖도록 그들의 반사방지 코팅을 설계하는 것은 특히 용이하게 가능하다.
가시광 스펙트럼 범위 (VIS) 에서의 조명 파장을 갖는 조명광, 바람직하게는 조명에 사용되는 490 nm 내지 575 nm 의 범위 내의 파장을 갖는 협대역 녹색광이 이용되도록 조명 시스템이 설계되는 것이 또한 가능하다. 따라서, 녹색광에 민감한 고품질 카메라가 또한 저렴한 비용으로 이용가능하기 때문에 및 한편으로는 실험들이 충분히 양호한 공간 분해능이 협대역 녹색광을 갖는 조명으로 다수의 경우에 달성될 수 있다는 것을 보여주기 때문에 제공 비용들과 달성가능한 분해능 사이의 양호한 타협을 실현하는 것이 가능하다.
시스템의 전체적으로 컴팩트한 구조적 크기를 갖는 상이한 기능들을 실현할 수 있기 위해, 바람직한 실시형태들에서, 레이저 가공 유닛은 기판을 갖고, 기판 위에 구현된 빔 편향 디바이스, 레이저 가공 유닛의 주축에 대해 경사지게 배향되고 주축에 실질적으로 평행한 전파 방향으로 레이저 빔을 편향시키는 작용을 하는 빔 편향 표면을 포함하는 것이 제공된다. 결과적으로, 레이저 방사선 소스 및 다운스트림에 배치된 빔 안내 컴포넌트들은 방사선이 실질적으로 수평 방향으로 입사하지만, 레이저 가공 유닛의 주축은 수직으로 배향되도록 구성될 수 있다. 레이저 가공 유닛의 주축은 여기서 이미징 렌즈의 광학 축에 의해 정의되는 그러한 축을 나타낸다.
한편, 레이저 가공 유닛의 이미징 렌즈를 통한 관찰을 가능하게 하기 위해, 레이저 가공 유닛의 가공 평면과 카메라 사이의 관찰 빔 경로가 빔 편향 표면을 통해 리드하는 것이 제공되는 것이 바람직하고, 빔 편향 디바이스는 조명광을 적어도 부분적으로 투과시키도록 설계된다. 즉, 빔 편향 표면은 조명광에 대해 특정의 투과율을 갖도록, 즉 조명광을 완전히 반사하지 않고 및/또는 그것을 흡수하도록 의도된다.
빔 편향 디바이스의 기판은 빔 편향 표면을 형성하는 유전체 코팅으로 코팅될 수 있다. 그 코팅은 바람직하게는 존재하는 입사각의 코스에서의 진입하는 레이저광에 대해 매우 높은 반사율 (예를 들어, 99% 초과) 을 갖고 조명의 목적으로 사용되는 조명광에 대해, 예를 들어 20% 내지 70% 의 범위에서 상대적으로 높은 투과율을 갖도록 설계된다.
하나의 개발에 따르면, 빔 편향 디바이스의 기판은 조명광에 대해 투명한 평면 플레이트로서 구현되고, 예를 들어 45°만큼, 주축에 대해 수직으로 배향된 제 1 경사축 주위로 주축에 대해 경사진다. 기판은 예를 들어 낮은 열팽창계수를 갖는 자외광 및 가시광에 투명한 합성 용융 실리카 또는 일부 다른 재료로 구성될 수 있다.
그러한 빔 편향 디바이스의 사용은 빔 편향 디바이스의 영역에서 레이저 빔 경로 및 관찰 빔 경로를 분리하는 가능성을 제공한다. 그러나, 실험들은 빔 편향 디바이스의 설계에 따라 결과적으로 관찰 빔 경로의 광학 경로들은 분해능 능력을 손상시키는 비점수차들이 발생할 수 있도록 변경될 수 있는 경우가 있을 수도 있다는 것을 보여주었다. 바람직한 실시형태들에서, 조명광 투과 비점수차 보상 유닛은 따라서 빔 편향 디바이스와 카메라 사이의 관찰 빔 경로에 배열된다. 상기 비점수차 보상 유닛은 도입되는 비점수차 부분들을 적어도 부분적으로 보상하도록 설계되며, 그 결과로서 관찰 시스템의 분해능 능력이 전체적으로 증가될 수 있다.
빔 편향 디바이스의 기판이 주축에 대해 수직으로 배향된 제 1 경사축 주위로 주축에 대해 경사진 조명광 투과 평면 플레이트로서 구현되는 경우에 대하여, 비점수차 보상 유닛은 바람직하게는 조명광에 대해 투명하고 주축 및 제 1 경사축에 대해 수직으로 배향된 제 2 경사축 주위로 주축에 대해 경사진 평면 플레이트를 포함한다. 빔 편향 디바이스 및 비점수차 보상 유닛의 평면 플레이트는 동일하거나 실질적으로 동일한 두께를 가져, 2 개의 상호 수직인 방향들에서 비점수차 왜곡들을 도입하며, 그 왜곡들은 경사축들의 상이한 배향으로 인해 서로를 상호 보상해야 한다. 관찰 시스템은 따라서 카메라의 물체 평면과 감광 센서 (예를 들어, CCD 센서 또는 CMOS 센서) 사이에 샘플 관찰의 분해능을 손상시키는 비점수차가 유지되지 않도록 설계될 수 있다.
공간에서 공작물 및 가능하게는 그 위에 적용된 기능 엘리먼트들의 정확한 포지셔닝은 매우 높은 가공 정확도를 달성하는 것에 대한 중요한 기여이다. 추가의 기여들은 공간에서 충돌하는 레이저 빔들의 위치가 위치적으로 정확한 가공을 위해 알려져 있어야 하기 때문에 레이저 가공 유닛의 부분에서 발생한다. 게다가, 전체 빔 단면에 대한 균일한 강도 분포 및 또한 마스크 개구들의 마진에서의 높은 에지 스티프니스 (steepness) 는 높은 가공 품질에 대한 중요한 전제조건들이다.
레이저 가공 동안, 이상적으로 각각의 개개의 기능 엘리먼트, 예를 들어 각각의 마이크로 LED 는 그 LED 에 걸쳐 특정적으로 완전히 및 균일하게 개별적으로 조사되어야 하지만, 인접한 LED 들은 LED 를 위해 제공된 방사선에 의해 충돌되지 않고, 오히려 그것들에 할당된 레이저 빔들에 의해서만 충돌된다.
적합한 측정 변수들의 계측적 캡처를 위해, 선호되는 실시형태들은 레이저 가공 스테이션에 통합되고 레이저 빔의 빔 파라미터들의 인-시츄 분석을 위해 서빙하는 카메라 기반 빔 분석 시스템을 포함한다. 이것은 예를 들어 레이저 가공 스테이션을 설정하는 것, 또는 공작물상으로의 마스크의 정확한 이미징을 보장하면서 빔 품질의 모니터링의 맥락에서, 가공에 대해 즉각적으로 빔 진단을 가능하게 한다.
바람직하게는, 빔 분석 시스템은 레이저 파장에 민감한 카메라 배열을 포함하는 적어도 하나의 빔 분석 유닛을 포함하며, 카메라는 레이저 가공 유닛의 가공 평면에 또는 그 가공 평면에 광학적으로 공액인 평면에 놓여 있는 물체 필드를 갖는다. 이러한 배열로 달성될 수 있는 것은 카메라가 가공 평면에서 효과적인 레이저 빔들의 이미지를 캡처할 수 있다는 것이며, 상기 이미지는 가능한 한 선명하고 양호한 분해능을 허용하거나, 예를 들어 마스크의 조명된 개구들의 이미지이다. 이로부터, 평가 디바이스에서, 빔 파라미터들 및 정렬 파라미터들이 제어 유닛에 의해 가능한 오차를 보정하기 위해 확인되고 처리될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 카메라 배열은 레이저 파장에 민감한 카메라, 바람직하게는 UV 레이저의 레이저 광을 직접 처리할 수 있는 자외광에 민감한 카메라 (UV 카메라) 를 갖는다. 대안적으로, 카메라 배열에 가시광에 민감한 카메라를 장착하고, 카메라의 물체 평면에 배열되고 레이저 파장의 광을 가시광 스펙트럼 범위로부터의 광으로 변환시키도록 구성된 평면 변환기를 제공하는 것이 또한 가능하다. 따라서 변환기는 가공 평면 또는 마스크 평면에 존재하는 공간 분포로 정밀하게 가시광을 방출한다.
일반적으로, 카메라의 물체 필드는 마스크의 모든 개구들을 동시에 캡처하기에 충분히 크지 않다. 오히려, 개구들의 서브그룹들만이 각각 캡처된다. 이 경우, 완전한 마스크 구조의 진단을 위해, 카메라는 스텝-앤드-리피트 방법으로 측정될 평면 위로 이동되고, 평가 유닛에서 개개의 이미지들이 완전한 마스크의 이미지를 형성하기 위해 소프트웨어에 의해 결합되고 이미지 가공에 의해 평가된다. 대안적으로, 개개의 이미지들이 미리 평가되는 것도 가능하다.
마스크들의 위치의 측정이 어느 때라도 가능하도록 하기 위해, 기판 테이블 외부의 억셉터 기판의 포지셔닝 디바이스에 또는 별개의 포지셔닝 유닛상에 빔 분석 시스템을 장착하는 것이 가능하다. 그것은 개개의 이미지들의 정확한 결합 및 따라서 가공 평면에서의 레이저 빔의 정확한 분석에 대한 전제조건인 서브-㎛ 범위에서의 빔 분석 시스템의 정밀한 포지셔닝을 촉진한다.
포지셔닝 디바이스의 측정이 그후 레이저 장치를 사용하여 가공 위치로 이미징되는 고정밀 리소그래피 마스크 구조를 사용하여 실행될 수 있다. 인접한 이미지들이 함께 결합되는 위치들에서, 이것은 X- 및 Y-방향들에서의 상대적인 포지셔닝 오차의 척도 (각 경우에 이미지들이 기록된 2 개의 위치들에서의 X- 및 Y-오차들의 합) 를 나타내는 원래의 구조로부터의 편차를 나타낸다. 이들 편차들이 계산된 후, 오차가 보상될 수 있다.
본 출원에서 설명된 유형의 레이저 빔의 빔 파라미터들의 인-시츄 분석을 위한 카메라 기반 빔 분석 시스템은 또한 청구된 발명의 다른 특징들과 독립적으로 보호가능한 발명을 구성할 수 있다. 결과적으로, 통합된 빔 분석 시스템을 갖는 레이저 가공 시스템이 또한 개시되지만, 카메라 기반 위치 보정 또는 카메라 기반 위치 조정은 없다.
발명자들은 레이저 가공 동안 가공 위치에 직접 근접하여 진행하는 프로세스들의 관찰로부터, 프로세스 최적화 가능성에 대한 결론을 도출하고 그것에 기초하여 프로세스 파라미터들을 최적화하는 것이 가능하다는 것을 인식했다. 일부 실시형태들에서, 이들 목적을 위해, 레이저 빔에 의해 영향을 받는 가공 구역의 영역에서의 빠르게 진행되는 프로세스들의 인-시츄 관찰 및 분석을 위한 카메라 기판 섀도우그래프 분석 시스템이 레이저 가공 스테이션에 통합된다. 따라서, "섀도우그래피" 에 의해 또는 섀도우그래프 생성 및 분석에 의해, 예를 들어 레이저 절제 동안 진행되는 프로세스들에 대한 지식을 획득하는 것 및 바람직하지 않은 프로세스들의 경우에 가공 파라미터들의 보정을 가능하게 하는 것이 가능하다. 섀도우그래프 분석 시스템은 또한 이하 "섀도우그래피 시스템" 으로서 지칭된다.
섀도우그래프 분석 시스템 또는 섀도우그래피의 기법은 예를 들어 프로세스 개발 및 프로세스 모니터링의 맥락에서 이용될 수 있다. 다른 적용 분야는 수리 프로세서들, 즉 예를 들어 μLED 디스플레이들과 같은 부분적으로 결함이 있는 컴포넌트들이 전체 수율을 향상시키기 위해 수리되는 것을 가능하게 하는 프로세스 단계들의 영역에 있다.
섀도우그래프 분석 시스템은 레이저 빔에 대해 횡방향으로 배향된 입사 방향에서 짧은 조명광 펄스 또는 플래시의 시간 제어된 입사를 위한 단펄스 광원 또는 플래시 광원을 포함한다. 더욱이, 시스템은 레이저 빔에 의해 조사되는 가공 구역의 섀도우그래프를 캡처하기 위한 카메라를 반대쪽에 포함한다. 더욱이, 카메라의 카메라 이미지를 평가하기 위한 평가 유닛이 제공된다.
가공 평면에 평행한 가공 구역의 영역으로 조명광 펄스의 입사를 실행하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 상대적으로 얕거나 예리한 각도의 입사가 가능하며, 그 각도는 예를 들어 30°미만 또는 20°미만일 수 있다.
예를 들어 마이크로-LED 디스플레이의 제조 동안의 특히 중요한 프로세스 스테이지는 일반적으로 매우 작은 도너-억셉터 간격을 채용하는 LIFT 방법에 의한 마이크로-LED 의 이송이다. 프로세스의 인-시츄 모니터링이 바람직할 것이다. 그러한 모니터링 없이 파라미터 검색 및 최적화 및 또한 품질 문제의 경우의 결함 발견은 어려운 것으로 증명된다.
일부 실시형태들에서, LIFT 가공 스테이션 (즉, LIFT 프로세스를 위해 설계된 레이저 가공 스테이션) 이 제공되며, 이것은 상대적으로 작은 면적 (측정 면적) 상의 고분해능 섀도우그래피를 허용한다. 이것은 임의의 경우에 작은 측정 면적의 영역에서, 예를 들어 도너로부터의 분리 후의 마이크로-LED 의 비행 단계가 정확하게 특성화될 수 있다는 것을 의미한다.
발명자들은 추가적으로 관찰되는 가공 구역이 마이크로-LED 디스플레이의 제조 동안 예를 들어 도너 기판의 표면 근처에서, 측방향으로 액세스하기가 어려운 영역 내에 놓여 있는 경우에도 섀도우그래피를 가능하게 하는 섀도우그래프 분석 시스템의 구성을 개발하는데 성공했다. 이에 적합한 섀도우그래프 분석 시스템의 하나의 실시형태는 빔 편향 시스템, 특히 미러 시스템에 의해 특성화되며, 빔 편향 시스템, 특히 미러 시스템은 단펄스 광원과 가공 구역 사이에 배열되고 가공 평면에 대해 비스듬하게 배향된 방향으로부터 가공 평면에 평항한 입사 방향으로 조명광을 편향시키도록 작용하는 편향 엘리먼트, 특히 편향 미러 및 가공 구역과 카메라 사이에 배열되고 가공 평면에 평행하게 통과하는 방사선을 가공 평면에 대해 비스듬하게 배향된 카메라의 입사 방향으로 평향시키도록 작용하는 편향 엘리먼트, 특히 편향 미러를 갖는다. 따라서 상대적으로 큰 공작물에 상대적으로 가깝게 그 공작물의 거의 임의의 x-y-위치에서 고성능 카메라를 비스듬하게 배열하는 것과 그럼에도 불구하고 가공 평면에 평행한 섀도우그래피 빔 경로를 가공 구역의 영역에서 달성하는 것이 가능하다. 이것에 의해 수리 프로세스들이 또한 섀도우그래피에 의해 모니터링되는 것이 가능하다. 빔 편향 목적으로, 예를 들어 프리즘이 또한 미러 대신 이용될 수 있다.
특히 이로운 것은 섀도우그래프 분석 시스템이 레이저 가공 레이저의 레이저 펄스들에 의해 트리거되는 방식으로 일련의 조명 펄스들을 트리거하여, 공작물로부터 분리된 부분이 일련의 조명 펄스들에 대해 적분하는 카메라 센서에 의해, 상이한 시간에 상이한 위치에서, 이미지 배수로 이미징되고, 그 이미지를 평가하도록 구성되는 실시형태들이다. 이로 인해 레이저 펄스에 의해 공작물로부터 분리된, 예를 들어 μLED 의 부분의 궤적을 확인 및 분석하는 것을 수반하는 예를 들어 궤적 추적을 실현하는 것이 가능하다. 프로세스 파라미터들은 그후 분리 위치에서의 궤적이 충분한 정밀도로 억셉터에서의 예상된 설치 위치에 이르도록 최적화될 수 있다.
본 출원에 설명된 유형의 레이저 빔에 의해 영향을 받은 가공 구역의 영역에서의 빠르게 진행되는 프로세스들의 인-시츄 관찰 및 분석을 위한 카메라 기반 섀도우그래프 분석 시스템은 또한 청구된 발명의 다른 특징들과 독립적으로 보호가능한 발명을 구성할 수 있다. 결과적으로, 통합된, 카메라 기반 섀도우그래프 분석 시스템을 갖는 레이저 가공 시스템이 또한 개시되지만, 카메라 기반 위치 보정 또는 카메라 기반 위치 조정은 없다.
본 발명의 추가 이점들 및 양태들은 청구범위 및 도면들을 참조하여 하기에서 설명되는 본 발명의 예시적인 실시형태들의 설명으로부터 명백하다.
도 1은 레이저 리프트 오프 (LLO) 방법을 위해 구성된 레이저 가공 스테이션을 보여준다.
도 2는 레이저 유도 순방향 이송 (LIFT) 를 위해 구성된 레이저 가공 스테이션을 보여준다.
도 3 은 협대역 녹색광이 채용되는, 카메라 기반 위치 조정을 가능하게 하는 컴포넌트를 갖춘 레이저 가공 스테이션의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 4 는 자외광이 채용되는, 카메라 기반 위치 조정을 가능하게 하는 컴포넌트를 갖춘 레이저 가공 스테이션의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 5는 UV 카메라를 이용한 레이저 리프트-오프 동작을 위한 레이저 가공 스테이션 및 이송될 마이크로LED 의 인-시츄 관찰의 가능성을 보여준다.
도 6 은 레이저 가공 스테이션에 통합된 빔 진단 시스템에 대한 예시적인 실시형태를 도시하며, 여기서 대안적으로 또는 누적적으로 이용될 수 있는 일부 빔 분석 유닛들이 단일 일러스트레이션으로 개략적으로 도시된다.
도 7 은 섀도우그래피 시스템이 통합되는 레이저 가공 스테이션의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 8 은 섀도우그래피 시스템이 통합되는 레이저 가공 스테이션의 다른 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 9 는 샘플 표면을 포함하여 샘플 근처 영역의 관찰을 위해 설계되는 섀도우그래피 시스템이 통합되는 레이저 가공 스테이션의 예시적인 실시형태를 도시한다.
레이저 가공 방법을 사용하여 마이크로전자 컴포넌트를 생산하기 위한 방법 및 시스템의 일부 예시적인 실시형태가 아래에 제시되어 있다. 마이크로전자 컴포넌트 각각은 기판에 적용된 다수의 마이크로 기능 엘리먼트를 포함한다. 예시적인 실시형태에서 가장 중요한 적용 분야는 마이크로 LED 디스플레이의 생산이다. 이러한 디스플레이는 디스플레이의 개별 화소 또는 픽셀을 형성하도록 의도된 마이크로 발광 다이오드 (μLED) 들의 어레이를 지니는 기판을 포함한다. 후자는 전기 공급 구조에 적용된다. 레이저 가공은 레이저 가공 스테이션의 적어도 하나의 방법 단계에서 수행된다; 상기 레이저 가공은 또한 1 마이크로미터 또는 수 마이크로미터 크기 정도의 전형적인 구조 크기를 갖는 미세 구조를 처리 및/또는 생성하는 데 사용될 수 있기 때문에 레이저 마이크로 가공으로서 지칭될 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 레이저 가공 스테이션(100)의 일부 컴포넌트를 개략적으로 도시한다. 도 1의 경우 레이저 가공 스테이션은 레이저 리프트 오프 (LLO) 의 방법을 위해 구성되고, 도 2의 경우 레이저 가공 스테이션은 레이저 유도 순방향 이송 (LIFT) 를 위해 구성된다.
레이저 가공 스테이션(100)은 대략 248 nm의 레이저 파장을 갖는 레이저 빔(105), 즉 심자외선 범위 (DUV) 에서의 레이저 방사선을 방출하는, KrF 엑시머 레이저 형태의 레이저 방사선 소스 (112) 의 레이저 방사선과 함께 작동하는 레이저 가공 유닛 (110) 을 포함한다. 레이저 빔은 시스템 좌표계의 x축에 평행한 수평 방향으로 방사된다.
일부 다른 방식으로 확장 및/또는 조정된 레이저 빔은 마스크 평면(108)에 배열되고, 각 경우 부분 빔들의 그룹이 나타나도록 부분 빔들을 투과시키는 애퍼처들 또는 개구 (109) 들의 그리드 배열을 포함하는 마스크(107)를 통과하며, 이는 병렬 처리 (공작물의 다수의 위치들에서의 동시 가공들) 를 가능하게 한다. 마스크는 일반적으로 동일한 방식으로 형성된 수백 또는 수천 개의 마스크 개구(109)를 가질 수 있다(상세 참조). 마스크 개구는 다양한 형상, 예를 들어 정사각형, 부등변 직사각형 등일 수 있다.
부분 빔의 광선은 빔 편향 디바이스(115)에서 편향된 다음 (z 방향에 평행한) 레이저 가공 유닛(110)의 주축(116)에 대해 실질적으로 수직으로 또는 평행하게 또는 가공될 공작물 (150) 의 방향으로 아래쪽으로 주축에 대해 다소 예리한 각도로 전파된다. 빔 편향 디바이스(115)는 합성 용융 실리카로 구성된 평면 평행 기판(117)을 가지며, 이 기판의 평면 표면은 레이저 방사선에 대해 반사율이 높은 유전체 코팅으로 코팅되어 반사성 빔 편향 표면(118)으로 구현된다. 마스크 평면(108)의 조명된 마스크 개구(109)의 배열은 이미징 렌즈(120)에 의해 레이저 가공 유닛의 가공 평면(122)에 이미징된다.
이미징 렌즈(120)의 광축은 레이저 가공 유닛의 주축(116)을 정의하거나 그에 대응한다. 이미징은 확대, 축소 또는 크기 유지 (1:1 이미징) 가 가능하다. 이 예에서는 마스크 평면에서와 동일한 강도 분포가 가공 평면에 존재하지만 규모는 축소되었다.
레이저 가공 스테이션(100)은 제어 유닛(190)의 이동 신호에 반응하여 레이저 가공 스테이션의 원하는 가공 위치에 가공될 공작물을 위치시키도록 설계된 공작물 이동 시스템(200)을 포함한다.
도 1 의 구성의 경우, 공작물 이동 시스템(200)은 시스템 좌표계의 (수평) xy 평면에 평행하게 그리고 또한 높이 방향 (z 방향에 평행) 으로 매우 정확하게 원하는 위치로 이동될 수 있고, 수직 회전축(PHI 축)을 중심으로 회전될 수 있는 제1 기판 테이블(210)을 포함한다. 이러한 목적으로, 예시의 경우 정밀하게 제어 가능한 전기 직접 드라이브가 제공된다.
도 2의 구성에서, 제2 기판 테이블(220)은 제1 기판 테이블(210) 위에 배열되고 마찬가지로 수평으로 (xy 평면에 평행하게) 및 또한 수직으로 (z 방향에 평행하게) 임의의 원하는 방향으로 제어된 방식으로 이동될 수 있고 또한 수직 축을 기준으로 회전될 수 있다. 레이저 가공 스테이션(100)은 양 기판 테이블들을 포함할 수 있지만, 도 1의 방법 단계에서는 제2 기판 테이블이 이용되지 않고 따라서 도시되지 않는다.
마스크(107)는 제어 유닛의 제어 하에서 (yz-평면에 평행한) 마스크 평면(108)에서의 마스크(107)의 변위 및 x 방향에 평행한 축을 중심으로의 마스크의 회전을 허용하는 마스크 이동 시스템 (미도시) 에 의해 반송된다.
도 1 의 상황에서, 레이저 가공 스테이션(100)은 레이저 리프트 오프 (LLO) 를 위해 설계된다.
요즘 발광 다이오드(LED)는 특히 에피택시 성장에 의해, 성장 기판 역할을 하는 사파이어 웨이퍼(에피택셜 웨이퍼) 상에 형성되는 질화 갈륨(GaN)으로 구성된 p- 및 n-도핑 반도체들에 의해 종종 생성된다. 상기 층들은 종종 마이크로미터 범위의 두께만을 가지며 LED 형태의 개별 기능 엘리먼트(155)를 형성하기 위해 레이저 가공을 통해 종종 이미 구조화되어 있다. 얇은, 일반적으로 금속성의 연결 층이, 예를 들어, 기상 증착에 의해 GaN 층 스택에 적용된다. 이 연결층의 도움으로, 그 위에 위치한 GaN 층 스택을 지니는 성장 기판은 더욱 평평한 캐리어 기판에 연결된다. 성장 기판과 GaN 스택 사이의 면적 연결은 나중에 해제된다. 결과적으로, GaN 스택은 캐리어 기판로 이송된다.
도 1의 공작물(150)은 면적 연결이 해제되기 전의 배열을 도시한다. 상부 편평 기판(152)은 나중에 그 위에 적용되는 기능 엘리먼트(155)를 제공하기 때문에 도너 기판(152)이라고도 불리는 성장 기판이다. 제1 기판 테이블(210) 상에 지지되는 캐리어 기판(154)은 기능 엘리먼트(155)를 수락하거나 수용하기 때문에 억셉터 기판(154)이라고도 불린다. 그것에 의해 반송되는 GaN 스택들을 갖는 억셉터 기판은 그후 마이크로전자 컴포넌트를 생산하는 추가 단계의 기초 역할을 한다.
레이저 리프트 오프 방법에서, 공작물은 레이저 가공에 의해 그 사이의 면적 연결을 해제하기 위해 도너 기판(152)과 GaN 엘리먼트들(155) 사이의 영역에 가공 평면(122)이 놓이도록 위치된다. 이 경우, 성장 기판과 GaN 엘리먼트들 사이의 경계 영역에 위치한 버퍼층은 레이저 방사선에 의해 파괴되거나 제거된다. 이 경우, 레이저 조사는 레이저 투명 성장 기판(152)을 통과해 실행된다.
후속 LIFT 동작(도 2 참조)에서, (억셉터) 기판(154)에 유지된 개별 기능 엘리먼트(155)는 추가의 편평 기판(156)으로 이송된다. 후자는 제1 기판 테이블(210)에 의해 제 위치에 유지되며, 마이크로 LED가 장착되는 상단에는 이미 기상 증착 및 구조화에 의해 적용된 전기 공급 구조(백플레인)를 갖는다. 하부 기판(156)은 이제 억셉터 기판의 역할을 한다. 배열로부터 진행하는, 마이크로전자 기능 엘리먼트(155)를 지니는 도 1의 억셉터 기판(154)은 뒤집어져 이제 기능 엘리먼트(155)가 기판의 아래쪽에 놓이게 된다. 이러한 배향에서, 이제 도너 기판으로서 역할을 하는 기판은 이송될 기능 엘리먼트들이 억셉터 기판(156) 반대편에 놓이도록 도 2의 제2 기판 테이블(220)에 의해 유지된다. 위치적으로 정확하게 방사되는 레이저 빔에 의해 마이크로 LED는 도너 기판(154)에서 분리되어 억셉터 기판(156)으로 이송된다. 이 경우 레이저는 직접적으로 방사선 힘을 통해 영향을 미치지 않고, 오히려 제어된 에너지 입력을 위한 수단으로서 이용되고 일반적으로 열적으로 물질 이송을 트리거한다. 마이크로 LED가 에피택셜 웨이퍼에서 직접 분리되면 얇은 GaN 층의 분해의 결과로서 방출되는 질소에 의해 생성된 압력에서 에너지가 발생한다.
이송될 기능 엘리먼트(155)의 비행 범위의 척도인 도너-억셉터 간격(158)은 일반적으로 30 μm 에서 500 μm 사이, 특히 80 μm 에서 200 μm 사이이다.
예를 들어, 마이크로 LED 디스플레이의 생산에서 공작물 이동 시스템(200)은 (1 μm 이하의 크기 정도의) 높은 포지셔닝 정확도로 수백 밀리미터의 크기의 정도의 상대적으로 큰 이동 거리에 걸쳐 미리 정의된 목표 위치에 공작물을 위치시킬 수 있어야 한다. LIFT 방법의 경우, 위치적으로 올바른 이송을 보장할 수 있기 위해 양 기판 테이블들 모두에 대해 이것이 필요하다. 경제적인 방식으로 높은 포지셔닝 정확도를 가능하게 하는 일부 예시적인 실시형태에 대한 설명이 아래에 제공된다.
도 3의 예시적인 실시형태에서, 도 1 및 도 2의 참조 예에도 존재하는 일부 컴포넌트는 거기에 사용된 참조 기호가 표시되어 있다.
도 3의 레이저 가공 스테이션(300)에는 카메라 기반 위치 조정을 가능하게 하는 광학, 기계 및 소프트웨어 컴포넌트가 추가로 장착되어 있다.
이들은 대략 528 nm 파장의 가시 스펙트럼의 좁은 파장 범위로부터의 협대역 조명 광, 즉 녹색 광으로 공작물(150) 상의 조명 영역(305)을 조명하기 위한 조명 시스템(310)의 컴포넌트들을 포함한다. 조명 시스템은 광원의 이미징 없이 조명 영역(305)에서 조명될 구역의 균일한 조명을 제공하는 Kohler 조명을 위해 설계된다.
녹색 광원(312)은 하나 또는 복수의 LED를 포함할 수 있다. 조명 빔 경로의 수평 분기는 컬렉터 렌즈(316) 및 하류 발광 필드 조리개(314)를 통해 빔 분할기 큐브(321)로 이어지며, 그것의 평면 빔 분할기 표면은 레이저 가공 유닛 (110) 의 주축(116)에 대해 45° 기울어져 있다. 빔 분할기 표면은 주축(116)에 평행한 방향으로 조명광의 제1 부분을 공작물(150) 로 하류로 반사한다. 이러한 부분은 빔 편향 디바이스 (315)의 - 녹색광에 투명한 - 평면 평행 기판 (317) 을 통과하며, 그것의 유전체 코팅은 UV 레이저 광에 대해 높은 반사 효과를 가지지만 녹색 광에 대해서 높은 투과율을 가져서 조명광이 레이저 렌즈 (120) 를 통해 공작물의 조명 영역(305)에 충돌한다.
광원(312)의 각 지점은 공작물상의 전체 조명 영역을 조명하며, 그 결과 균질화 효과가 달성된다. 이미징 렌즈(120)의 개구는 콘덴서 조리개를 나타내며, 이미징 렌즈는 동시에 콘덴서로서 기능한다. 이것은 - 가능한 한 카메라에 보이는 영역만 조명되고 렌즈는 완전히 조명되지만 과다 노출되지 않도록 - 시스템의 설계에서 고려되어야 하며, 이것은 스트레이 광을 거의 초래하지 않고 (사용가능한) 조명의 최대 강도를 야기한다.
조명이 이미징 렌즈(120)(레이저 렌즈)의 개구로 이미징되어 상기 개구의 65%에서 최대 90% 사이가 조명되고 발광 필드 조리개가 가공 평면(122)에 레이저 렌즈를 통해 축소된 방식으로 이미징되어 조명된 영역이 카메라에 이미징된 영역보다 약간 더 크도록 하는 경우 특히 편리하다.
빔 분할기 표면을 투과하거나 통과하도록 허용되는 조명 광의 부분은 흡수체(319)에 의해 포획 및 흡수되어 결과적으로 원치 않는 스트레이 광으로 이어질 수 없다.
공작물(150)로부터 되돌아오는 빛은 이미징 렌즈(120)(이제 카메라 관찰을 위한 렌즈로 기능함), 빔 편향 디바이스(315) 및 예시의 경우 가시광선, 특히 녹색광에 대해 높은 감도를 갖는 카메라(340) 방향으로 주축(116)에 평행한 빔 분할기 큐브(321)를 다시 한 번 통과한다. 튜브(325)는 카메라의 상류에 장착되고 그 내부에 광흡수 특성을 가지며 스트레이 광 흡수체로서 기능한다.
광학 배열은 이미징 렌즈(120)(및 선택적으로 추가 광학 컴포넌트)의 도움으로 가공 평면(122)의 이미지가 카메라 (340) 의 감광 센서에 입사되도록 설계된다.
따라서 카메라 센서는 가공 평면(122)과 광학적으로 공액인 평면에 놓이게 된다.
카메라(340)는 신호 전달을 위해 제어 유닛(190)에 연결된다. 상기 제어 유닛은 이미지 처리에 의해 카메라의 이미지를 평가하기 위한 평가 유닛(195)을 포함한다. 이 평가는 나중에 설명할 카메라 기반 위치 조정의 맥락에서 활용된다.
빔 편향 디바이스(315)는 예를 들어 레이저 빔을 향하는 평면 기판 표면이 유전체 코팅으로 코팅된 용융 실리카로 구성된 평면 플레이트 형태의 - 가시광에 투명한 - 기판(117)을 갖는다. 후자는 UV 레이저 파장에 대한 높은 반사 효과 (반사율 R > 99%) 를 갖고, 조명의 녹색광에 대해서는 상대적으로 높은 투과율 (투과율 T 20% 이상, 예를 들어, 50% - 70%) 을 갖는다. 결과적으로, 관찰 빔 경로에서 공작물로부터 나오는 조명광은 빔 편향 디바이스(315)를 통해 오프셋 방식으로 평행하게 통과한다.
본 발명자들은 이 경우 공작물상의 구조 엘리먼트들의 이미지의 비점수차 왜곡이 발생할 수 있으며 공간 분해능이 제한될 수 있음을 확인했다. 이를 유발하는 것은 특히 광선 빔의 광선이 모두 서로 평행하게 통과하지는 않는다는 사실이며 - 한 방향은 다양한 충돌 각도를 갖는 빔 부분들에 대해 다양한 플레이트 두께(X 방향)를 "보고", 다른 방향(Y)은 그렇지 않다. 이로 인해 이미지가 한 방향으로 왜곡된다.
이로 인해 발생하는 불이익을 피하기 위해, 관찰 빔 경로에서 빔 편향 디바이스(315)와 카메라(340) 사이에 조명광에 대해 투과성인 비점수차 보상 유닛(330)이 피팅되며, 상기 비점수차 보상 유닛은 도 3 의 y 방향으로부터 및 세부 도 3A 의 x 방향으로부터 도시된다. 비점수차 보상 유닛은 레이저 가공부(110)의 주축(116)을 기준으로 x축에 평행한 경사축을 중심으로 45° 기울어진 평면 평행 투명 플레이트로 형성된다. 대조적으로, 빔 편향 디바이스(315)는 비점수차 보상 유닛의 경사축에 수직인, y 방향에 평행하게 기울어진 경사축을 중심으로 45° 기울어진다. 이러한 제2 기판 (동일한 두께를 갖고 및 동일한 재료로 구성되어 동일한 광학 두께를 가짐) 의 삽입의 결과로서, 카메라 칩에 이미지를 생성하는 방사선은 양 빔 축들에서 동일한 방식으로 처리되어, 카메라(340)가 가공 평면(122)의 실질적으로 비점 수차가 없는 이미지를 생성할 수 있도록 한다.
빔 편향 디바이스(315)의 기판이 레이저 빔에서 45° 각도로 위치하여 레이저 빔을 90° 편향시키는 조명 광 투과 평면 플레이트로서 구현되고 비점수차 보상 유닛이 관찰 빔 경로에서 45° 각도로 배치되어 있지만 관찰 빔 경로의 축에서 빔 편향 디바이스(315)의 기판(317)에 대해 90° 회전된 방식으로 배열된, 조명광에 투명한 평면 플레이트(330)를 포함하도록 하는 배열이 또한 설명된다.
카메라 (340) 의 업스크림의 협대역 대역통과 필터(335) 는
이미지 생성에 이용되는 조명 대역폭을 녹색 조명광의 중심 파장 주위로 약 ±5 nm로 제한하는데, 이는 필터링 전에 이미 상대적으로 협대역이었다. 결과적으로, 대역통과 필터(335)에서 중심 파장 주위의 추가 필터링의 결과로 손실되는 강도는 상대적으로 거의 없다. 따라서 이미징 렌즈(120)가 이용되는 녹색 파장에 대해 회절 제한되지 않고 두 개의 광 투과성 두꺼운 평면 플레이트들 (빔 편향 디바이스 및 비점수차 보상기) 이 빔 경로에 위치되더라도 특히 양호한 분해능을 갖는 고 콘트라스트 이미지가 가능하게 된다 - 본 예에서 대략 2 μm. 따라서 주변광과 레이저 플라즈마 등의 방사선도 마스킹된다.
카메라 기반 관찰을 통해 공작물 포지셔닝 동작이 다음과 같이 진행될 수 있다. 첫째로, 제어 디바이스(190)의 제어 신호에 반응하여, 공작물 이동 시스템(200)은 공작물의 하나의 미리 정의된 구조 엘리먼트 또는 미리 정의된 복수의 구조 엘리먼트에 대해 미리 정의된 실제 위치가 달성되도록 기판 테이블을 위치시킨다. 실제 위치는 캡처 범위 또는 카메라(340)의 개체 필드에 놓여 있어야 한다. 조명 시스템에 의해 조명되고 카메라의 캡처 범위에 놓여 있는 공작물의 해당 부분에 대한 적어도 하나의 이미지는 카메라의 도움으로 생성된다. 이미지 또는 이미지들은 캡처 범위에서 선택된 구조 엘리먼트의 실제 위치를 나타내는 위치 데이터를 확인하기 위해 이미지 처리를 통해 평가된다. 이를 위해, 제어 디바이스(190)는 이미지 처리를 통해 이미지를 평가하는 평가 유닛(195)을 포함한다.
비교 모듈은 또한 (해당 소프트웨어를 통해) 평가 유닛에서 구현되며, 상기 비교 모듈은 확인된 실제 위치를 구조 엘리먼트의 미리 정의된 목표 위치와 비교한다. 공차를 허용할 수 없는 로케이션 편차 또는 위치 편차가 있는 경우 보정 신호 또는 해당 보정 값이 생성되며, 이는 관찰된 구조 엘리먼트를 목표 위치로 또는 그에 충분히 근접한 위치로 가져오기 위해 보정 이동이 어떻게 수행되어야 하는지 공작물 이동 시스템에 나타낸다. 그 다음, 공작물 이동 시스템(200)은 기판 테이블의 보정 이동을 수행한다.
섹터를 채용하는 가공의 경우, 다음 단계에서 처리될 섹터 내에서, 미리 정의된 그리드에서, 기판의 이미지가 기록 및 처리되고 위치 값이 계산된다. 실제 값과 목표 값 사이의 차이는 각각의 경우 가공 동안 보정 목적으로 사용되는 보정 테이블에 기록되며, 그리드의 포인트들 사이의 값은 보간된다. 위치 편차가 없으면 테이블에 0 이 존재한다.
시스템은 목표 위치에 대한 포지셔닝(해당하는 경우 필요한 보정 이동 포함)이 완료된 경우에만 레이저 방사선의 방사를 통한 레이저 가공이 시작되도록 프로그래밍되어 있다. 이 경우 공작물은 고정되어 있으며, 즉 이동되지 않는다.
도 4를 참조하면, 예를 들어 이제 도 3의 설정을 일부 보정하여 달성 가능한 공간 분해능와 포지셔닝 정확도를 추가로 향상시킬 수 있는 방법에 대해 설명한다. 도 3 및 도 4에서 동일하거나 실질적으로 동일한 레이저 가공 스테이션(400)의 일부 요소는 도 3과 동일한 참조 부호를 갖는다.
특히 카메라 관찰이 자외선 범위로부터의 방사선으로 수행된다면 개선이 달성될 수 있다. 도 4의 예시적인 실시형태에서는 자외선 파장 범위에 민감한 카메라(440)(UV 카메라)가 사용된다. 또한, 상기 자외선 파장 범위 내에서 작동하는 조명 광원(412)을 갖는 조명 시스템(410)이 사용된다. 이와 관련하여, 예를 들어, 270nm의 파장을 갖는 LED가 조명 광원으로 사용될 수 있다. 이 파장은 실제로 예를 들어 이미징 렌즈(120)의 반사 방지 코팅이 조명 방사선에도 매우 효과적이라는 레이저 파장(248 nm)에 충분히 가깝다. 그러나 동시에, 빔 편향 디바이스(415)에서는 248nm에 대해 높은 반사 효과를 갖는 유전체 코팅을 제공하는 것이 가능하며, 이는 이미 270nm의 조명 파장에 대해 충분히 투명하다(충분한 투과율) (도 4B의 반사율 다이어그램 참조).
도 5는 UV 카메라(540)를 사용한 레이저 리프트 오프 동작을 위한 레이저 가공 스테이션(500)과 이송될 마이크로 LED의 인-시츄 관찰의 가능성을 보여준다. 이 예시적인 실시형태는 자외선 파장 범위에 민감한 카메라(540)를 사용하여 가공 평면 (122) 에서의 프로세스들의 관찰이 또한 사용된 레이저 파장(여기서는 248 nm)에서 직접 발생할 수 있는 방법을 설명하기 위한 기초로 사용된다.
이를 달성하기 위해, 유전체 레이저 편향 미러가 빔 편향 디바이스(515)에 사용되며, 상기 미러는 사용된 자외선 범위, 예를 들어 248 nm에서 충분하고 정의된 투과율을 갖는다. 이를 위해, 이 빔 편향 미러는 공작물(150)에서 카메라(540)까지의 경로에서 레이저 방사선의 작고 정의된 부분을 전송하는 물리적 빔 분할기로 설계될 수 있다. 이를 위해 원칙적으로 모든 유전체 미러에는 기본적으로 피할 수 없는 사용된 파장에 대한 잔류 투과율이 있다는 사실을 활용하는 것이 가능하다. 더 나은 미러, 즉 반사율이 높은 미러는 잔류 투과율이 상대적으로 적다. UV 감응 카메라(540)를 사용하여 이미지를 기록하는데 충분한 잔류 투과율을 갖는 유전체 미러를 사용하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 빔 편향 디바이스에서는 전용 물리적 빔 분할기, 즉 레이저 파장에 대해 비교적 높고 정의된 반사율과 동시에 발생하는 입사의 각도들에서 (약 45°) 이러한 레이저 파장에 대해 마찬가지로 높은 정확도로 정의된 투과율을 갖는 유전체 코팅이 사용된다. 예로서, 대략 0.5% 내지 대략 5% 범위의 투과율을 갖는 빔 스플리터가 활용될 수 있다(도 5B의 반사율 다이어그램 참조).
작업이 단계별로 수행되고 섹터들을 채용하면 레이저 가공이 특히 효율적이고 정밀해진다. 이러한 방법 변형은 측정된 섹터 내에서 보정 값의 그리드를 생성 및 저장하고 나중에 이 섹터를 가능한 한 신속하게 처리하는 것을 포함한다. 이 경우, 보정된 값은 공작물의 레이저 가공에 이용된다. 그 후, 다음 섹터가 이에 따라 측정되고 처리되는 등이다.
하나의 예시적인 경우에, 가공은 다양한 이동 시스템의 전체 이동 범위의 정의된 부분(섹터)에서 초기에 수행된다. 이는 예를 들어 6인치 웨이퍼가 한 단계로 처리되지 않고 각 경우에 25 x 25 mm2 또는 16 x 16 mm2 또는 22 x 27 mm2 와 같은 더 작은 섹터가 단계별로 가공됨을 의미할 수 있다. 그러한 섹터에서의 가공 전에, 이러한 섹터 내의 이동 이동 시스템이 현재 측정되고 보정된다. 이미지 처리를 위해, 좌표 테이블은 고정되어 있거나 방해가 되는 모션 블러가 발생하지 않도록 천천히 움직여야 한다. 그러나 섹터 내 그리드만 기록되고 (예를 들어, X 방향의 5개 위치 X Y 방향의 10개 위치), 섹터 내 공작물의 전체 영역 및 모든 가공 위치가 기록되는 것은 아니다. 이 경우, 이미지는 미리 정의된 그리드에 연속적으로 기록되며 이미지 처리 및 보정 값의 계산은 다음 위치에서 이미지를 기록하는 동안 이와 병렬로 수행된다. 측정된 위치 사이의 값은 가공 중에 보간된다. 필요한 측정 위치 수는 발생하는 오차에 따라 달라지며 선택적으로 동적으로 적응될 수 있다.
제1 섹터에서의 가공 후, 제2 섹터가 측정되고 가공되어, 측정 및 가공이 항상 차례로 신속하게 이루어진다. 따라서 완전한 가공 내에서만 발생하는 편차는 동시에 보정될 수 있다. 즉, 보정이 준비되면 가공이 실행되고 변경이 자동으로 발생해야 한다. 선택적으로 비정상적이고 믿을 수 없는 편차가 측정되면 운영자에게 알리고 확인을 요청할 수 있다.
공간 내 공작물 또는 그 구조 엘리먼트의 정확한 포지셔닝 외에도, 레이저 가공 유닛의 부분에서도 레이저 빔의 특성(예를 들어, 공간 내 위치, 가장자리 경사도, 빔 단면에 대한 균질성 등) 또한 가공의 매우 높은 정밀도를 달성하는 데 중요하다. 마찬가지로, 예를 들어 LIFT 작업의 경우 도너 기판의 마이크로 LED와 마스크 개구의 정확한 정렬과 이미징의 위치의 정확한 설정이 올바른 가공에 필수적이다.
도 6을 참조하면, 빔 분석 또는 빔 프로파일링에 대한 일부 가능성이 단일 일러스트레이션으로 개략적으로 설명된다. 이 경우, 레이저 가공 유닛의 일부 기본 컴포넌트는 도 5의 컴포넌트, 특히 레이저, 마스크 평면(108)의 마스크(107), 빔 편향 디바이스(515) 및 UV 방사선에 민감한 카메라(540) 및 상기 카메라와 빔 편향 디바이스 사이에 배치된 비점수차 보상 유닛(530)에 해당한다.
레이저 가공 스테이션(600)에 통합되고 레이저 빔(105)의 빔 특성에 대한 인-시츄 분석을 수행하도록 설계된 카메라 기반 빔 분석 시스템(700)의 컴포넌트가 추가로 제공된다. 그 일러스트레이션은 제1 빔 분석 유닛(720) 및 제1 빔 분석 유닛에 추가로 또는 대안으로서 제공될 수 있는 제2 빔 분석 유닛(740)의 컴포넌트를 도시한다.
제1 분석 그룹(720)의 컴포넌트는 거기에 충돌하는 레이저 빔의 연속으로, 즉 레이저 가공 유닛 (610) 의 주축(116)의 연속으로 가공 평면(122) 아래에 피팅되어 도시된 바와 같이 이동 시스템(200)의 기판 테이블(210)이 더 이상 빔 경로를 차단하지 않을 정도로 측방향으로 이동될 때 레이저 빔이 빔 분석 유닛에 충돌할 수 있다. 제1 빔 분석 유닛(720)의 도움으로, 가공 평면(122)의 강도 분포는 적절한 이미징 스케일을 갖는 렌즈(724)에 의해 평면형 UV-VIS 변환기(726) 상에 이미징된다. 상기 변환기는 카메라(722)의 카메라 센서에 대해 광학적으로 공액 평면에 배열된다. UV-VIS 변환기의 이미지는 추가 렌즈(728)를 통해 카메라(722)(VIS 카메라)의 - 가시광선에 민감한 - 카메라 칩상에 이미징된다.
대안적인 변형에서는 UV 광에 민감한 카메라(UV 카메라)가 사용된다. 삽입된 UV-VIS 변환기와 이를 활용하는 중간 이미징은 생략될 수 있다.
마스크(107)의 완전한 마스크 구조의 진단을 위해, 카메라(722)는 가공 평면(122)에 평행한(즉, xy 평면에 평행한) 단계별 스텝 앤드 리피트 방법으로 가공 편면의 조사된 영역에 걸쳐 서로 다른 측정 위치로 이동된다. 이 경우 각각의 개별 이미지가 캡처된다. 개별 이미지는 소프트웨어로 결합되어 완전한 마스크의 이미지를 형성하고 이미지 처리를 통해 평가된다.
이 변형의 한 가지 장점은 레이저로부터 가공 평면(122)까지의 전체 빔 경로가 진단에 포함되어 있으며 그에 따라 레이저로부터 가공 평면까지 컴포넌트 중 하나의 임의의 오차가 식별될 수 있다는 것이다. 또한 가공 평면의 하류 영역, 제1 분석 그룹(720)에는 측정에 절대적으로 필요한 것보다 더 많은 컴포넌트가 포함되어 있지 않다.
한 개발에 따르면, 레이저 장치 또는 레이저 가공 유닛 (610) 의 도움으로 가공 평면(122)의 처리 위치에 이미징되는 고정밀 리소그래피 마스크 구조를 사용하여 빔 분석을 위한 카메라 포지셔닝의 측정 및 보정이 이루어질 수 있다. 빔 분석 카메라의 다양한 위치에서 마스크 개구들의 기록 및 소프트웨어로 개별 이미지를 결합하여 완전한 마스크의 이미지를 형성한 후, 이미지 처리를 통해 개별 이미지 사이의 경계 영역에서의 마스크의 이미지의 오차를 기반으로 포지셔닝 오차를 결정하고 보정하는 것이 가능하다. 인접한 이미지가 함께 결합된 위치에서, 이는 X 및 Y 방향의 상대 포지셔닝 오차의 척도(각 경우 이미지들이 기록되는 두 위치들에서의 X 및 Y 오차의 합)를 나타내는 원래 구조로부터의 편차를 나타낼 수 있다. 이러한 편차를 계산한 후, 가능한 오차를 보상할 수 있다.
마스크의 위치의 측정이 언제든지 가능하도록 하기 위해, 빔 분석 시스템(720)의 컴포넌트는 포지셔닝 유닛(200)에 또는 기판 홀더(210) 외부에 또는 별도의 포지셔닝 유닛에 장착될 수 있다. 이 경우, 서브-μm 범위에서 빔 분석 시스템의 정확한 포지셔닝은 개별 이미지의 정확한 조합과 그에 따른 가공 평면(122)에서 레이저 빔의 정확한 분석을 위한 전제 조건을 형성한다. 따라서 이 범위에서는 포지셔닝의 미세한 교정이 매우 중요하다.
대안적으로 또는 추가적으로, 제2 빔 분석 유닛(740)이 제공될 수 있다. 그 컴포넌트는 빔 분할기 역할을 하는 빔 편향 디바이스(515) 뒤에 레이저 빔(105)이 직선 연속으로 배열되어 있다. 제2 빔 분석 유닛(740)의 광축은 레이저 가공 유닛의 주축(116)에 수직이다. 카메라(742), 선택적 이미징 렌즈(748), 선택적 UV-VIS 변환기(746) 및 렌즈(744)를 사용한 설정은 제1 빔 분석 유닛(720)의 해당 컴포넌트와 유사하다. 이들 컴포넌트와 빔 편향 디바이스(515)의 경사 투명 평면 플레이트 사이에는 비점수차 보상 유닛(530)와 유사한 경사 평면 플레이트를 갖는 비점수차 보상 유닛(745)도 삽입되는데, 이는 제2 빔 분석 유닛(740)에 입사된 레이저빔이 빔 편향 디바이스(515)의 경사진 평면 플레이트를 통과 했고 보상되도록 의도된, 프로세스에서의 비점수차 변화를 겪었기 때문이다.
제2 빔 분석 유닛(740)의 장점은 이것이 예를 들어 품질 보증 목적으로 레이저 빔 및/또는 마스크(107)를 모니터링하기 위해 레이저 가공 중에 사용될 수도 있다는 점이다. 단점은 이미징 렌즈(520)에서 가능한 수차가 제2 빔 분석 유닛에 의해 확인되지 않을 수 있다는 점이다.
다른 예시적인 실시형태에도 존재하는 UV 카메라(540)를 이용한 설정은 마찬가지로 빔 분석 또는 빔 프로파일링이 수행되도록 허용한다. 이를 위해, 강력하고 균일하게 산란하는 보조 기판을 가공 평면(122)으로 가져올 수 있다. 이렇게 강하게 산란되는 평면의 에너지 분포는 카메라(540)에 이미징된다. 빔 프로파일링의 대체 방법은 평면 미러를 가공 평면(122)으로 가져오면 가능하다. 이 경우, UV 카메라(540) 대신에 VIS 카메라와 조합하여 UV-VIS 변환기를 사용하는 것도 가능하다.
마스크 개구의 위치에 대한 측정 및 선택적인 보정을 포함하는 빔 진단은 가공의 가능한 최고 정확도를 전체적으로 보장하기 위해 취할 수 있는 조치의 중요한 부분이다.
도 7 및 도 9 를 참조하면, 디스플레이가 고정밀도 및 높은 수율로 제조될 수 있도록 마이크로 LED 디스플레이의 제조를 위한 레이저 가공 스테이션을 장비하기 위한 추가 가능성에 대한 설명이 아래에 제공된다.
도 7 은 섀도우그래피 시스템(800)으로도 지칭될 수 있는 섀도우그래프 분석 시스템(800)의 컴포넌트를 갖춘 레이저 가공 스테이션(750)의 예시적인 실시형태를 개략적으로 도시한다. 이에 따라 인 시츄로, 즉 레이저 가공 중에, 가공 구역(106)의 영역, 즉 레이저 방사선이 공작물(150)에 충돌하여 공작물과 상호 작용하는 영역에서 빠르게 진행되는 프로세스들을 관찰하는 것이 가능하다.
이와 관련하여, 도 7은 수리 프로세스를 위한 LIFT 작업 중 섀도우그래피에 대한 가능한 설정을 개략적으로 보여준다. 예시된 수리 프로세스에서, 의도는 동일한 유형의 다수의 픽셀이 장착된 디스플레이 기판(156)에서 결함이 있는 픽셀 또는 결함이 있는 "다이"(159)를 제거하는 동시에 분리 중에 프로세스를 관찰하는 것이다. 이를 위해, 섀도우그래피 시스템은 단펄스 광원 또는 플래시 광원(810)을 포함하며, 이것은 충분한 강도의 매우 짧은 광 펄스(일반적으로 30 ns 내지 100 ns 의 길이)를 방출할 수 있다. 이를 위해 짧은 노출 시간 동안 높은 전류(아마도 100A 이상)의 결과로 조명 펄스의 필요한 밝기를 공급할 수 있는 LED가 제공된다. 짧은 조명 광 펄스는 레이저 가공 유닛(760)의 레이저 펄스에 의해 트리거될 수 있다. 이를 위해, 제어 유닛(190)에는 레이저 펄스 이후 미리 정의된 지연 시간 후에만 광 펄스가 방출되는 것을 가능하게 하는 지연 유닛이 포함되어 있어 레이저 펄스의 충돌 후 짧은 시간 내에 다이의 분리 동안의 프로세스들을 관찰할 수 있다.
섀도우그래피 조명의 컬렉터 조리개(812)와 컬렉터 렌즈 엘리먼트(814)는 단펄스 광원(810)의 하류에 배치된다. 광원으로부터 진행하는 조명 빔 경로는 우선 가공 평면(122)에 대해 비스듬하게, 예를 들어 그에 대해 20° 내지 50° 의 각도로 진행하여, 단펄스 광원과 하류 컴포넌트가 공작물과 충돌하지 않고 가공 구역에 상대적으로 가깝게 위치될 수 있다.
가공 구역(106)의 영역의 조명 광이 가공 평면(122)에 평행한 가공 구역을 통과하는 효과를 달성하기 위해, 미러 시스템(825)의 제1 편향 미러(822)이 단펄스 광원과 가공 구역 사이에 배열된다. 미러 엘리먼트는 쐐기형 방식으로 구현되어 가공 구역 근처에 있는 편향 미러의 단부 가장자리가 가공 평면으로부터 매우 작은 거리에 배열되도록 허용한다. 예를 들어, 그 거리는 50 μm 와 200 μm 사이일 수 있다.
제1 편향 미러(822)에 대해 반대편에서, 미러 시스템(825)은 레이저 가공 유닛의 주축(116)과 관련하여 제1 편향 미러 (822) 에 대해 미러 대칭으로 배열될 수 있고 공작물에 평행하게 가공 구역(106)을 통과한 빛을 가공 평면(122)에 대해 비스듬하게 진행하는 방향으로 카메라 (830) 로 편향시키는 제2 편향 미러 (824) 를 포함한다.
레이저 절제 중에 가공 구역(106)의 영역 내의 분리된 입자가 조명 빔 경로를 통해 날아가는 경우, 광이 차단되고 조명 빔 경로 내에 도자(826)가 생성된다. 추출 디바이스(840)는 흡입에 의해 가공 구역에서 분리된 입자를 추출하는 역할을 한다.
단펄스 광원의 반대편에는 가공 구역의 섀도우그래프들을 캡처하기 위한 카메라(830)가 제공된다.
카메라의 광축은 가공 평면에 대해 비스듬하게 배향된다(예를 들어, 30° 와 60° 사이의 각도). 비스듬한 배향으로 인해 카메라(830)는 공작물과 충돌하지 않고 가공 구역에 매우 가깝게 가져올 수 있다.
카메라와 편향 미러 사이에는 분리된 다이를 카메라의 칩에 이미징하기 위한 렌즈(832)가 배치된다.
도자 그래프 분석 시스템(800)은 레이저(112)의 레이저 펄스들에 의해 트리거되는 방식으로 이미지들이 시간적으로 오프셋된 다수의 조명 펄스들로 생성되고 평가되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 시스템은 3 μm 와 30 μm 사이의 일반적인 크기를 갖는 입자를 관찰하도록 설계된다. 다중 노출은 입자 또는 마이크로 LED 가 캡처된 이미지에서 특히 서로 다른 시간들에 서로 다른 위치들에서 여러 번 인식될 수 있는 방식으로 궤적의 추적을 허용한다.
실험적 설정에서는, 최대 8 m/s (상당한 모션 블러를 갖는 80 m/s) 의 속도를 갖는 입자들을 관찰하고 그들의 궤적을 분석하는 것이 가능했다.
예를 들어 수리 프로세스는 다음과 같이 실현될 수 있다. 평가될 디스플레이(150)(공작물(150))는 제어 및 측정되고 각 픽셀 또는 각 마이크로 LED 는 등급이 부여된다. 예를 들어, 어둡게 유지되거나 휘도가 사양을 벗어나는 마이크로 LED는 결함이 있는 것으로 간주된다. 모든 결함이 있는 다이들의 위치들을 식별하는 테이블 또는 매트릭스가 생성된다.
제어 유닛(190)의 연산 유닛은 모든 결함이 있는 픽셀의 위치를 연결하는 디스플레이 상의 움직임이나 윤곽을 계산한다. 이 윤곽은 이동 시스템의 제어를 통해 점진적으로 이송된다.
결함이 있는 다이의 각 위치에서 레이저 펄스가 트리거된다. 이 경우, 다이(159)는 디스플레이 기판으로부터 분리되어 가속되어 추출 디바이스(840)에 도달한다. 이로 인해 결함이 있는 다이들의 위치들에 공석이 생기고 이 공석은 새로운 다이가 장착된다. 따라서, 아직 남아 있는 결함이 있는 다이 위에 새로운 (결함 없는) 다이가 적층되지 않는다.
섀도우그래피 시스템은 이러한 방법 단계들의 관찰 및 모니터링을 가능하게 한다.
100% 모니터링의 실현은 특히 공작물 근처의 컴포넌트가 가공 평면(샘플 표면) 위에서 약 50 - 200 μm 의 거리에 위치하며 예를 들어 LIFT 프로세스를 위해 구성된 레이저 가공 유닛의 이미징 렌즈(120)에 대해 고정되어 측면으로 배열될 수 있는 미러 시스템(825)에 의해 가능해진다.
수리 적용에서의 품질 보증을 위해, 가공 구역의 더 넓은 영역을 볼 수 있도록 하고 장착된 디스플레이 기판이 이동 시스템(200)의 도움으로 레이저 가공 유닛(760) 아래에서 이동되는 동안 가공 구역의 관찰을 허용하기 위해 상대적으로 낮은 광학 분해능을 가진 솔루션을 사용할 수 있다.
특히, 다이가 분리되어 가속되었는지 여부를 명확히 하는 것이 가능하며; 해당되는 경우, 그렇지 않은 경우 새 레이저 펄스가 트리거될 수 있다. 관찰을 통해 결함 있는 다이가 확실히 추출 디바이스(840)에 도달했는지 여부를 확립할 수 있고; 그렇지 않으면 오차 로그에 메모를 작성할 수 있다. 예를 들어 마이크로 LED 디스플레이 생산 중 수리 프로세스의 맥락에서 섀도우그래프 분석의 사용은 실질적으로 결함이 없는 디스플레이를 생산하는 것에 기여할 수 있다.
이송 기판에서는 또한 이미 수리가 수행될 수 있다. 백플레인이 손상될 위험이 없기 때문에 이는 편리할 수 있다.
결과적으로 얻을 수 있는 높은 이점은 다음과 같이 이해될 수 있다. 최신 8K 디스플레이에는 약 1억 개의 마이크로 LED가 포함되어 있다. 경험에 따르면 새로운 기술의 도입은 생산이 증가함에 따라 학습 곡선의 맥락에서 상당히 감소되는 소위 "수율 손실"이라고 불리는 제조 중 감소된 수율을 동반한다.
예를 들어 완성된 디스플레이에는 처음에 수천 개의 결함이 있는 픽셀들이 포함될 수 있다. 그럼에도 불구하고 결함 없는 제품을 얻기 위해 수리 프로세스가 수행되어 이러한 결함이 있는 엘리먼트들을 교환한다. 결함이 있는 엘리먼트들은 먼저 다시 제거된다. 이는 LIFT 프로세스를 사용하여 효율적으로 수행될 수 있다. 완전히 확립된 프로세스라 하더라도 수리 프로세스는 생산 과정 동안 영구적으로 편리한 보완인 것으로 예상된다.
LIFT 프로세스의 맥락에서 도자 그래프 분석의 이용의 또 다른 가능성은 도 8을 참조하여 설명된다.
이러한 변형예에서, 도자 그래프 분석 시스템(800)의 컴포넌트는 명확성을 이유로 도 7의 해당 컴포넌트와 동일한 참조 부호를 갖는다. 도 7의 배열과 달리 미러 시스템은 없다. 단펄스 광원(810) 및 반대편에 장착된 카메라(830)는 레이저 가공 유닛(760)의 주축에 수직인 동축 광축을 가져 도자 그래프 분석 시스템의 조명 빔 경로가 가공 구역의 상류 및 하류에서 가공 평면(122)에 평행하게 진행된다. 이 배열은 LIFT 작업 중 고분해능 섀도우그래피를 위한 레이저 파라미터의 파라미터 최적화에 활용될 수 있다. 이 경우에는 완전한 웨이퍼나 완전한 디스플레이가 아닌 상대적으로 작은 면적의 샘플(750)만이 분석된다. 관찰은 미러 없이 샘플 표면과 평행하게 진행된다. 이 경우, 조명광이 샘플 표면과 거의 거리가 없다는 사실 덕분에 도너 표면에서 분리되는 것부터 직접적으로 관찰이 가능하다. 단펄스 광원(810)과 캡쳐 측상의 카메라(830) 사이의 거리가 수 cm 에 불과하므로 고분해능의 관찰이 달성될 수 있다. 관찰 가능한 영역은 상대적으로 작을 수 있으며; 설계는 편의상 관찰 영역이 최대 도너-억셉터 간격보다 약간만 크도록 될 수 있다. 최대 500 ㎛, 선택적으로 또한 상당히 더 작은, 예를 들어 100 ㎛ 이하의 거리의 관찰이 일반적으로 충분하다.
도 8 의 배열의 경우, 조명 빔 경로의 하부 가장자리는 샘플 표면 위로 예를 들어 대략 100 ㎛ 위에 배열되기 때문에, 분리된 다이는 또한 이 위치로부터 시작하여 관찰될 수 있다. 도 9 에 도시된 섀도우그래프 분석 시스템 (900) 의 개발은 샘플 표면으로부터 대략 500 ㎛ 의 높이까지의 영역을 관찰하도록 구성된다. 이를 위해, 단펄스 광원 (910) 의 방사선은 얕은 각도 (예를 들어, 10°내지 30°) 로 가공 구역 (106) 의 영역에서 샘플 표면 (공작물 표면) 상으로 지향되어, 상대적으로 높은 반사성 샘플 표면이 편향 미러로서 기능한다. 카메라 (930) 측의 가공 구역 뒤에 배열된 편향 미러 (924) 는 (편향 미러 (824) 와 비교하여) 약간 아래방향으로 기울어져, 가공 구역 내의 다이들이 카메라 이미지의 하부 영역에서 보일 수 있게 된다. 단펄스 광원 (910) 의 방사선은 그 후 카메라의 편향 미러 (924) 로 샘플 표면에 의해 편향되고 그후 카메라 (930) 의 칩상으로 이미징된다. 이러한 설정의 적용을 통해, 섀도우그래피 빔 경로가 더 이상 샘플 표면에 정확하게 평행하게 진행하지 않더라도, 이미징의 단지 작은 왜곡을 갖는 샘플 표면으로 시작하여 전체 영역을 모니터링하는 것이 가능하다. 결과적으로, 샘플 표면으로부터의 다이의 분리의 프로세스는 마찬가지로 시각화되고 평가될 수 있다.
섀도우그래프 분석으로부터의 지식의 도움으로, 레이저 파라미터들은 분리될 입자들 (다이, μLED 등) 이 요구된 정확성을 보장하기 위해 고유의 회전 또는 측방향 오프셋 없이 실질적으로 서로 평행하게 억셉터로 비행하도록 설정될 수 있다. 비행 거동의 관찰은 레이저 파라미터들 및 또한 에피택셜 웨이퍼의 특성 및 다른 파라미터들에 의존하여 실행될 수 있다. 이를 위해 좁은 스트립 내의 관찰이면 일반적으로 충분하다. 섀도우그래프 분석은 고품질을 갖는 LIFT 프로세스를 보장하는 이들 파라미터들을 식별하는 것을 가능하게 한다. 그 설정은 가능한 품질 문제를 식별하기 위해 랜덤 샘플링의 방식으로 생산 프로세스를 모니터링하기 위해 이용될 수 있다.
발명자들은 잠재적인 오차의 복잡한 분석 및 고려를 행하였다. 오차 고려는 본 발명이 현재 예상가능한 가장 높은 가공 정확도를 달성해야 하는 경우 고려될 모든 오차들의 합이 대략 1.5 μm 아래에 유지되어야 하는 것을 보여준다. 최대 허용가능 오차로서, μLED 들 사이의 스트리트들의 폭은 가이드라인 값으로서 간주될 수 있으며, 이는 훨씬 더 큰 오차의 경우에 인접한 μLED 가 마진에서 동시에 조사될 것이기 때문이다. 이미징의 가장자리 스티프니스, 즉 레이저 에너지가 90% 로부터 10% 까지 떨어지는 마스크 개구의 경계에서의 해당 영역은 또한 이러한 최대 허용 오차로부터 감산되어야 한다. 상기 가장자리 스티프니스는 사용되는 렌즈의 특성과 연관되고 예를 들어 1.6 μm 일 수도 있다. 스트리트들의 폭이 예를 들어 3 μm 인 경우, 이것은 가공 평면에서의 마스크 개구들의 이미징과 1.4 μm 의 연관된 μLED 의 위치 사이의 최대 허용가능한 편차를 야기한다. 이로부터 정밀도를 향상시키는 임의의 서브단계는, 그것이 단지 수십 마이크로미터의 크기 정도의 오차들을 피할 수 있을지라도, 중요할 수 있다는 것이 분명하다.
추가의 조치들이 선택적으로 가공 정밀도를 더욱 증가시키기 위해 유용할 수 있다. 예를 들어, 카메라 시스템에 개개의 픽셀들의 감도에서의 차이들이 있을 수도 있다. 이것은 특히 결합된 이미지들이 개개의 이미지들로부터 생성될 때 이들의 품질을 손상시킬 수도 있다. 픽셀 감도 보정은 이 경우 이로울 것이다. 예로써, 보정은 레이저 빔의 알려진 강도의 동일한 영역이 카메라상의 증분적 오프셋의 결과로서 상이한 픽셀들을 사용하여 다수 회 측정되고 차이들이 그후 보상되는 덕분에 달성될 수 있다. 레이저 안정성은 또한 개개의 이미지들로부터 결합된 이미지들을 결합 (또는 스태칭) 할 대 역할을 할 수도 있다. 따라서, 개개의 펄스들 사이에 작은 차이들이 있을 수도 있다. 정확도에서의 증가는 적절한 필터에 의해 평균화함으로써 획득될 수 있다. 카메라 관찰에 필요한 조명은 시스템에서 에너지의 국부적 도입, 및 이로 인해 발생되는 이미지의 이동으로 이어진다. 가열로 인한 이미지 이동은 예를 들어 조명 펄스폭 변조를 통해 연속 조명 대신 간헐적 조명이 사용되는 것의 덕분으로 억제 또는 회피될 수도 있다. 다른 솔루션은 선택적으로 더 높은 분해능을 갖고 조명을 갖는 추가적인 축외 카메라의 사용을 제공하며, 상기 축외 카메라 시스템은 가공 렌즈에 공간적으로 옆에 배열된다. 그후, 관찰은 따라서 가공 전 또는 후에 구현된다.

Claims (23)

  1. 특히 전기 공급 구조 상에 픽셀 형성 마이크로 발광 다이오드들의 어레이를 지니는 기판을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위한, 기판 상에 다수의 마이크로 기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법으로서,
    레이저 가공은 제어 유닛의 제어하에서 레이저 가공 스테이션에서 적어도 하나의 방법 단계에서 수행되고, 상기 방법 단계는 상기 제어 유닛의 이동 신호들에 반응하여 공작물 이동 시스템에 의해 상기 레이저 가공 스테이션의 가공 위치에 가공될 공작물을 위치시키는 단계를 포함하며,
    카메라 시스템에 의해 카메라 기반 방식으로 상기 공작물을 관찰하는 단계로서, 상기 관찰하는 단계는 카메라의 물체 필드에 놓여 있는 상기 공작물의 적어도 하나의 부분을 캡처하고 또한 상기 부분을 나타내는 이미지를 생성하는 단계를 포함하는, 상기 공작물을 관찰하는 단계;
    상기 물체 필드에서의 상기 공작물의 적어도 하나의 구조 엘리먼트의 실제 위치를 나타내는 위치 데이터를 확인할 목적으로 이미지 처리에 의해 상기 이미지를 평가하는 단계;
    상기 실제 위치를 상기 구조 엘리먼트의 목표 위치와 비교하고 상기 목표 위치로부터의 상기 실제 위치의 편차에 따라 보정 신호들을 생성하는 단계;
    상기 보정 신호들에 기초하여 상기 실제 위치를 상기 목표 위치에 일치시킬 목적으로 상기 공작물 이동 시스템을 제어함으로써 상기 가공 위치를 보정하는 단계;
    상기 공작물의 적어도 하나의 가공 위치에서 상기 공작물의 국부적 레이저 가공의 목적으로 상기 공작물에 지향된 적어도 하나의 레이저 빔으로 방사하는 단계를 특징으로 하는, 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다수의 가공 위치들에서의 병렬 가공을 특징으로 하며, 다수의 마스크 개구들을 갖는 마스크가 사용되고, 상기 마스크는 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하고 상기 마스크 개구들은 레이저 가공 유닛의 가공 평면상으로 이미징되는 레이저 방사선을 방출하는, 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공작물은 다수의 섹터들로 분할되고 상기 섹터들은 단계별로 연속적으로 가공되며, 측정된 섹터 내에서 보정 값들의 그리드가 생성 및 저장되고 상기 섹터의 후속 가공은 상기 공작물의 레이저 가공을 위한 상기 보정 값들에 의해 보정되는 상기 값들을 이용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항에 있어서,
    협대역 광이 카메라 관찰 및 이미지 캡처를 위해 이용되며, 바람직하게는 상기 이미지 캡처를 위해 이용되는 상기 협대역 광은 10 nm 이하의 스펙트럼 대역폭을 갖고, 바람직하게는 적어도 이미지의 캡처 동안 상기 공작물상의 - 상기 카메라의 물체 필드를 포함하는 - 조명 영역은 상기 카메라의 물체 평면과 상기 카메라 사이의 파장 선택 디바이스에 의해 상기 카메라로 전송되는 협대역 조명광 및/또는 좁은 파장 대역으로부터의 광만으로, 특히 10 nm 이하의 스펙트럼 대역폭으로 조명되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관찰 및 이미지 처리는 상기 레이저 가공 전 보정 단계 내에서 실현되고 상기 레이저 가공 단계는 보정된 가공 위치가 설정된 후에만 시작되며, 바람직하게는 상기 공작물은 상기 이미지 캡처 동안 이동하지 않아 상기 보정을 위한 측정이 상기 공작물이 정지된 채로 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 가공 유닛은 마스크 평면을 상기 레이저 가공 유닛의 가공 평면으로 이미징하기 위한 이미징 렌즈를 포함하고, 포지셔닝된 공작물은 상기 이미지 렌즈를 통해 상기 카메라에 의해 관찰되고, 바람직하게는 상기 레이저 가공 유닛의 주축에 대해 비스듬하게 배향된 빔 편향 표면을 갖는 빔 폄향 디바이스가 제공되며, 상기 빔 평향 디바이스는 상기 레이저 빔을 상기 주축에 실질적으로 평행한 전파 방향으로 편향시키며, 상기 포지셔닝된 공작물은 상기 빔 편향 표면을 통해 상기 카메라에 의해 관찰되고, 비점수차가 바람직하게는 상기 빔 편향 표면과 상기 카메라 사이의 상기 관찰 빔 경로에 도입되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 가공의 목적으로 특히 대략 248 nm 에서의, 자외선 범위 내의 레이저 파장이 이용되고, 상기 자외선 범위에서 조명 파장을 갖는 조명광이 사용되며, 바람직하게는 300 nm 미만의 범위 내의 조명 파장이 사용되며, 상기 레이저 가공을 위해 이용되는 레이저 광원의 감쇠된 광이 특히 상기 공작물의 조명을 위해 사용되거나, 또는
    레이저 가공의 목적으로 특히 대략 248 nm 에서의, 자외선 범위 내의 레이저 파장이 이용되고, 가시 스펙트럼 범위 (VIS) 에서 조명 파장을 갖는 조명광이 사용되며, 바람직하게는 490 nm 내지 575 nm 의 범위 내의 파장을 갖는 협대역 녹색광이 조명을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공 평면 내의 상기 마스크 개구들의 이미지들의 위치들을 결정할 목적으로 상기 가공 평면 내의 레이저 방사선의 - 상기 레이저 가공 스테이션에 통합되는 - 빔 분석을 특징으로 하며, 상기 공작물 이동 시스템의 제어는 각 레이저 펄스의 경우의 상기 가공 평면 내의 각 마스크 개구의 위치 및 배향이 가공될 구조 엘리먼트의 위치 및 배향에 대응하는 방식으로 수행되고 및/또는 상기 빔 분석을 위한 카메라 포지셔닝의 측정 및 보정은 레이저 장치의 도움으로 상기 가공 위치로 이미징되는 마스크 구조를 사용하여 실행되며, 빔 분석 카메라의 상이한 위치들에서의 마스크 개구들의 기록 후에 개개의 이미지들이 완전한 마스크의 이미지를 형성하기 위해 소프트웨어에 의해 결합되고, 포지셔닝 오차들이 이미지 처리에 의해 개개의 이미지들 사이의 경계 영역에서의 마스크의 이미지에서의 오차들에 기초하여 결정 및 보정되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 방사선의 빔 진단을 특징으로 하며, 상기 빔 진단은 상기 레이저 가공 스테이션에 통합되며, 상기 공작물을 관찰하는 카메라 시스템은 상기 가공 평면에 피팅되는 레이저 방사선을 반사 또는 크게 산란시키는 보조 기판에 의해 빔 진단을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물을 관찰하기 위한 상기 카메라 시스템은 추가적으로 레이저 가공의 트리거 신호들의 도움으로 트리거되는 카메라 시스템에 의해 레이저 가공의 모니터링을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    섀도우그래프 분석에 의해 레이저 빔에 의해 영향을 받은 가공 구역의 영역에서 빠르게 진행되는 프로세스들의 인-시츄 관찰 및 분석을 특징으로 하며, 바람직하게는 레이저 펄스에 의해 공작물로부터 분리된 부분의 궤적을 확인 및 분석하는 것을 수반하는 궤적 추적이 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 방법.
  12. 특히 전기 공급 구조 상에 픽셀 형성 마이크로 발광 다이오드들의 어레이를 지니는 기판을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위한, 기판 상에 다수의 마이크로 기능 엘리먼트들을 포함하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템으로서,
    제어 유닛 (190);
    상기 제어 유닛에 의해 제어가능한, 레이저 가공 유닛 (110) 을 갖는 레이저 가공 스테이션 (100);
    상기 제어 유닛 (190) 의 이동 신호들에 반응하여 상기 레이저 가공 스테이션의 가공 위치에 가공될 공작물 (150) 을 위치시키는 공작물 이동 시스템 (200) 을 포함하고,
    상기 공작물 (150) 을 관찰하기 위한 카메라 (340) 를 갖는 카메라 시스템으로서, 상기 카메라 시스템은 카메라의 물체 필드에 놓여 있는 상기 공작물의 적어도 하나의 부분을 캡처하고 또한 상기 부분을 나타내는 이미지를 생성하도록 설계되는, 상기 카메라 시스템;
    상기 물체 필드에서의 상기 공작물의 적어도 하나의 구조 엘리먼트의 실제 위치를 나타내는 위치 데이터를 확인할 목적으로 이미지 처리에 의해 상기 이미지를 평가하고, 또한 상기 실제 위치를 상기 구조 엘리먼트의 목표 위치와 비교하고 상기 목표 위치로부터의 상기 실제 위치의 편차에 따라 보정 신호들을 생성하는 평가 유닛 (195);
    상기 제어 유닛 (190) 은 상기 보정 신호들에 기초하여 상기 실제 위치를 상기 목표 위치에 일치시킬 목적으로 상기 공작물 이동 시스템 (200) 을 제어함으로써 상기 가공 위치를 보정하고,
    상기 레이저 가공 유닛 (110) 으로 하여금, 상기 공작물 (150) 의 적어도 하나의 가공 위치에서 상기 공작물의 국부적 레이저 가공의 목적으로 상기 공작물 (150) 에 지향된 적어도 하나의 레이저 빔 (105) 으로 방사하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    다수의 마스크 개구들 (109) 을 갖는 마스크를 특징으로 하고, 상기 마스크는 마스크 평면 (108) 에 배열되고 레이저 빔을 다수의 부분 빔들로 분할하도록 구성되고, 상기 마스크 개구들은 레이저 가공 유닛의 가공 평면상으로 이미징 가능한 레이저 방사선을 방출하고, 상기 마스크 (107) 을 운반하기 위한 마스크 이동 시스템이 바람직하게는 제공되고, 상기 마스크 이동 시스템은, 상기 제어 유닛 (190) 의 제어 하에, 상기 마스크 평면 (108) 에서 상기 마스크 (107) 의 변위 및 상기 마스크 평면에 수직인 축 주위로 상기 마스크의 회전을 허용하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    협대역 조명광으로 상기 공작물 (150) 상의 조명 영역 (305) 을 조명하기 위한 조명 시스템 (310) 및/또는 상기 카메라 (340) 의 물체 평면과 상기 카메라 사이에 배열된 파장 선택 디바이스 (335) 를 특징으로 하며, 상기 파장 선택 디바이스 (335) 는 바람직하게는 이미지 캡처에 이용되는 광이 10 nm 이하의 스펙트럼 대역폭을 갖는 방식으로 좁은 파장 대역으로부터의 광만을 상기 카메라로 전달하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  15. 제 12 항, 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 레이저 가공 유닛은 기판 (117) 을 갖고, 상기 기판 위에 구현된 빔 편향 디바이스 (115), 상기 레이저 가공 유닛의 주축 (116) 에 대해 비스듬하게 배향되고 상기 주축 (116) 에 실질적으로 평행한 전파 방향으로 상기 레이저 빔을 편향시키도록 작용하는 빔 편향 표면 (118) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 가공 유닛 (110) 의 상기 가공 평면 (122)과 상기 카메라 (340) 사이의 관찰 빔 경로는 상기 빔 편향 표면 (118) 을 통과하여 이르고, 빔 편향 디바이스 (115) 는 조명광을 적어도 부분적으로 투과하며, 바람직하게는 빔 편향 디바이스의 기판 (117) 은 유전체 코팅으로 코팅되며, 이것은 바람직하게는 존재하는 입사의 각도들의 코스에 레이저광을 진입시키기 위해 99% 초과의 반사율을 갖고 바람직하게는 20% 내지 70% 의 범위 내에 있는, 조명을 위해 사용되는 조명광에 대해 적어도 1% 의 투과율을 갖도록 설계되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    조명광 투과 비점수차 보상 유닛 (330) 이 상기 빔 편향 디바이스 (315) 와 상기 카메라 (340) 사이의 상기 관찰 빔 경로에 배열되고, 바람직하게는 상기 빔 편향 디바이스의 기판 (317) 은 상기 주축에 수직으로 배향된 제 1 경사축 주위로 상기 주축 (116) 에 대해 경사진 조명광 투과 평면 플레이트로서 구현되고, 상기 비점수차 보상 유닛 (330) 은 조명광에 투명하고 상기 제 1 경사축에 수직으로 배향된 제 2 경사축 주위로 상기 주축에 대해 경사진 평면 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  18. 특히 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 12 항의 전제부에 따른 시스템으로서,
    상기 레이저 빔 (105) 의 빔 파라미터들의 상기 인-시츄 분석을 위해 상기 레이저 가공 스테이션으로 통합된 카메라 기반 빔 분석 시스템 (700) 을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 빔 분석 시스템 (700) 은 물체 필드를 갖는 카메라 (722, 742) 를 갖는 - 상기 레이저 파장에 민감한 - 카메라 배열을 포함하는 적어도 하나의 빔 분석 유닛 (720, 740) 을 포함하고, 바람직하게는 상기 카메라 배열은 상기 레이저 파장에 민감한 카메라, 특히 UV 카메라를 포함하거나, 상기 카메라 배열은 가시광에 민감한 카메라를 포함하고 또한 평면 변환기 (726, 746) 는 상기 카메라의 물체 평면에 배열되고 상기 레이저 파장의 광을 가시선 스펙트럼 범위로부터의 광으로 변환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 빔 분석 시스템은,
    (i) 상기 레이저 파장에 민감하고 상기 레이저 가공 유닛의 상기 가공 평면 (122) 에 또는 상기 가공 평면에 광학적으로 공액인 평면에 놓여 있고 상기 레이저 가공 유닛 (610) 에 대해 상기 가공 평면 (122) 의 반대측에 배열되는 물체 필드를 갖는 카메라 (722) 를 포함하는 카메라 배열을 갖는 제 1 빔 분석 유닛 (720);
    (ii) 상기 레이저 파장에 민감하고 마스크 평면에 광학적으로 공액인 평면에 놓여 있는 물체 필드를 갖는 카메라 (742) 를 포함하는 카메라 배열을 갖는 제 2 빔 분석 유닛 (740) 으로서, 상기 카메라는 상기 레이저 빔의 입사 방향의 연속선에 배열되고, 상기 입사 방향은 상기 레이저 가공 유닛 (610) 의 상기 주축 (116) 에 수직으로 배향되는, 상기 제 2 빔 분석 유닛 (740) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  21. 제 12 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    레이저 방사선에 의해 영향을 받은 상기 가공 구역 (106) 의 영역에서 빠르게 진행되는 프로세스들의 인-시츄 관찰 및 분석을 위해 상기 레이저 가공 스테이션 (700) 으로 통합된 카메라 기반 섀도우그래프 분석 시스템 (800) 을 특징으로 하며, 상기 섀도우그래프 분석 시스템은 레이저 빔에 대해 횡방향으로 배향된 입사 방향으로 짧은 조명광 펄스들의 시간 제어된 입사를 위한 단펄스 광원 (810), 및 반대측상에, 가공 구역의 섀도우그래프를 캡처하기 위한 카메라 (830) 를 포함하고 상기 카메라의 카메라 이미지들을 평가하기 위한 평가 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 섀도우그래프 분석 시스템 (800, 900) 은 단펄스 광원 (810, 910) 과 가공 구역 (106) 사이에 배열되고 상기 가공 평면 (122) 에 대해 비스듬하게 배향된 방향으로부터 상기 가공 평면 (122) 에 평행한 입사 방향으로 조명광을 편향시키도록 작용하는 편향 엘리먼트, 특히 편향 미러 (822) 및/또는 상기 가공 구역 (106) 과 상기 카메라 (830, 930) 사이에 배열되고 상기 가공 평면에 대해 평행하게 또는 예각으로 통과하는 방사선을 상기 가공 평면에 대해 비스듬하게 배향된 카메라의 입사 방향으로 편향시키도록 작용하는 편향 엘리먼트, 특히 편향 미러 (824, 924) 를 갖는 빔 편향 시스템, 특히 미러 시스템 (825) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 섀도우그래프 분석 시스템 (800) 은 레이저 방사선 소스의 레이저 펄스에 의해 트리거되는 방식으로 시간적으로 오프셋된 방식으로 트리거되는 다수의 조명 펄스들로 이미지를 생성하여, 상기 공작물로부터 분리된 부분이 상이한 시간에 상이한 위치에서, 이미지 배수로 이미징되고, 그 이미지를 평가하도록 구성되고, 바람직하게는 레이저 펄스에 의해 상기 공작물로부터 분리된 부분의 궤적을 확인 및 분석하는 것을 수반하는 궤적 추적이 수행되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조화된 컴포넌트를 제조하기 위한 시스템.

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