WO2023237613A1 - Method and device for processing at least one sub-region of a layer system - Google Patents

Method and device for processing at least one sub-region of a layer system Download PDF

Info

Publication number
WO2023237613A1
WO2023237613A1 PCT/EP2023/065254 EP2023065254W WO2023237613A1 WO 2023237613 A1 WO2023237613 A1 WO 2023237613A1 EP 2023065254 W EP2023065254 W EP 2023065254W WO 2023237613 A1 WO2023237613 A1 WO 2023237613A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
laser beam
focus
distribution
ultra
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/065254
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Grossmann
Marc Sailer
Original Assignee
Trumpf Laser Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser Gmbh filed Critical Trumpf Laser Gmbh
Publication of WO2023237613A1 publication Critical patent/WO2023237613A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B23K26/0624Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses using ultrashort pulses, i.e. pulses of 1ns or less
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/57Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece the laser beam entering a face of the workpiece from which it is transmitted through the workpiece material to work on a different workpiece face, e.g. for effecting removal, fusion splicing, modifying or reforming
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0093Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/54Glass
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0095Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for processing at least a portion of a layer system, in particular a micro-LED, using ultrashort laser pulses of a laser beam of an ultrashort pulse laser.
  • micro-LEDs are used as light sources to make conventional, global backlighting of the display panel unnecessary.
  • the micro-LEDs are applied to a so-called active matrix so that each micro-LED can be controlled individually.
  • the displays with micro-LEDs therefore have the advantage that the micro-LEDs on the matrix can be controlled locally. This means that individual micro-LEDs can be switched on and off, which means, for example, a high contrast ratio and a very good black level can be achieved.
  • so-called bleeding of the background lighting through the display panels can be avoided due to their design.
  • excimer lasers have a low temporal pulse quality.
  • the difficult to control transient response and decay behavior of the laser pulses influences the processing quality.
  • the pulse length of excimer lasers is in the range of a few 10ns, so that the laser pulses interact with the boundary layer between the substrate and the micro-LED over a long period of time and accordingly have a thermal influence on the exposed materials. This can damage the semiconductor junctions, in particular the pn junctions, of the microLEDs.
  • the laser beam of an excimer laser does not have a defined polarization, so that they are particularly not suitable for high-performance applications, since the optical components necessary for high laser powers often require a defined polarization of the laser beam.
  • the boundary layer between the micro-LED and the substrate is typically exposed to a flat-top beam.
  • pure flattop beam shaping is inflexible and does not allow adaptation to the actual geometry of the micro-LED.
  • US8742289 discloses a laser lift-off process in which a masked laser beam is intended to process the microLEDs, so that individual processing of individual microLEDs is difficult. In particular, the geometry of the component to be removed, or the micro-LED, is not replicated.
  • JP2017221969 discloses a laser lift-off device in which the laser beam has a line shape, the line shape being formed from multiple beams.
  • a method for processing at least a partial area of a layer system, in particular a micro-LED, by means of ultra-short laser pulses of a laser beam of an ultra-short pulse laser is proposed, wherein the at least one partial area on a Boundary layer is arranged on a substrate, wherein the substrate is essentially transparent to the wavelength of the ultra-short laser pulses of the laser beam, the boundary layer being acted upon by the ultra-short laser pulses of the laser beam through the substrate, whereby the at least one partial area is processed.
  • the laser beam is shaped into a multi-focus distribution by means of a beam shaping device and the boundary layer is exposed to the multi-focus distribution.
  • the ultra-short pulse laser provides the laser pulses of the laser beam, with the individual laser pulses forming the laser beam in the direction of beam propagation.
  • the pulse duration of the ultra-short laser pulses can be between 50fs and 1000ps, preferably between 100fs and 100ps, particularly preferably between 50fs and 20ps.
  • the laser pulses can also be part of a so-called laser burst, with each laser burst comprising several laser pulses. During the length of the laser burst, the laser pulses can follow one another very closely, for example at intervals of a few picoseconds to nanoseconds.
  • the laser bursts can in particular be GHz bursts, in which the sequence of successive laser pulses of the respective burst takes place in the GHz range.
  • the sub-area of the layer system can in particular be a sub-area of a multi-layer system.
  • a subarea is a micro-LED, a mini-LED or another LED.
  • a layer system can also only comprise one layer of a material. The method is described below primarily using a microLED.
  • Micro-LEDs are generally localized pn junctions of semiconductors, in particular III/V semiconductors, such as gallium nitride GaN, which emit light of a specific wavelength, preferably a visible wavelength, when a voltage or current is applied.
  • III/V semiconductors such as gallium nitride GaN
  • micro LED has external dimensions of a few micrometers.
  • micro-LEDs can be round or rectangular and have a diameter or edge length of a few 10pm.
  • a micro LED can be square and 20x20pm2 or 30x30pm2.
  • the micro-LEDs are typically manufactured on a substrate.
  • the p- and n-doped semiconductors are deposited one after the other onto the substrate.
  • the first layer of the micro-LED is accordingly arranged at a boundary layer on the substrate.
  • the first layer on the substrate has, for example, a p-doping and the second layer on the first layer has an n-doping. This occurs at the interface between the p- and n-doped layers a pn junction that produces light when a voltage or current is applied.
  • the layers are then separated along the layer normal, so that a large number of micro-LEDs are created on the substrate.
  • the substrate can influence the functionality of the micro-LEDs, since, for example, the substrate only allows insufficient removal of the heat generated when the micro-LEDs are operated.
  • the substrate can deteriorate the optical properties if the light from the microLEDs first has to penetrate through the substrate before it reaches the observer. For this reason, it is advantageous to remove the substrate from the micro LED.
  • the substrate can be a substantially transparent material such as sapphire or a polymer or a plastic, or consist of silicon or comprise silicon, such as silicon carbide SiC.
  • substantially transparent means that the material can partially or completely transmit the laser light of the given wavelength, for example more than 80% or more than 85% or more than 90% or more than 95% or more than 99% of the light , so that the laser beam can penetrate through the substrate and the micro-LED underlying the beam propagation direction can also be processed. The laser beam can therefore be guided through the at least partially transparent substrate.
  • the laser energy can be at least partially absorbed in the boundary layer, since the micro-LED is typically not transparent to the laser wavelength.
  • the boundary layer here comprises in particular a substrate-side section of the micro-LED, which is determined by the penetration depth of the laser beam into the micro-LED.
  • the boundary layer can also or additionally comprise a buffer layer that has been applied to the substrate in order to reduce the lattice mismatch between the substrate and the micro-LED.
  • the introduced laser energy in the boundary layer can separate the GaN into liquid gallium and gaseous nitrogen. This creates a vapor pressure in the boundary layer that separates the microLED from the substrate.
  • the micro-LED is detached from the substrate and, for example, transferred to a carrier substrate, for example to an underlying active matrix or a transfer layer.
  • the processing of the sub-area, in particular the micro-LED can therefore in particular be the laser-induced forward transmission of the sub-area and/or the laser lift-off of a sub-area of a substrate.
  • the laser beam can be converted into a multi-focus distribution by a beam shaping device, this focus distribution being introduced into the boundary layer between the substrate and the partial region.
  • the term “focus” in general can be understood as a targeted increase in intensity, whereby the laser energy converges into a “focus area” or a “focus zone”.
  • focus will be used below regardless of the beam shape actually used and the methods used to bring about an increase in intensity.
  • the location of the intensity increase along the beam propagation direction can be influenced.
  • the intensity increase can be quasi-point-shaped and the focus area can have a Gaussian-shaped intensity cross section, as provided by a Gaussian laser beam.
  • the intensity increase can also be designed in a line shape, resulting in a Bessel-shaped focus area around the focus position, as can be provided by a non-diffracting beam.
  • other more complex beam shapes are also possible, the focus position of which extends in three dimensions, such as a multi-focus distribution of Gaussian laser beams and/or non-Gaussian intensity distributions, as described below.
  • the multifocus distribution is a spatial distribution of individual focus zones, so-called individual foci.
  • the focus zone is understood to be the part of the intensity distribution of the laser beam that is greater than the modification threshold of the material to be processed.
  • the term focus zone makes it clear that this part of the intensity distribution is specifically provided and that an increase in intensity in the form of the intensity distribution is achieved through focusing.
  • a multi-focus distribution is provided by a so-called beam shaping device, whereby the incident laser beam can be divided into a plurality of partial laser beams that are guided to different individual foci.
  • Beam shaping includes the design of the multi-focus distribution.
  • the beam shaping can also include the design of the individual foci, such as the formation of Gaussian or non-diffractive laser beams.
  • the laser energy is also distributed in the boundary layer. In this way, in particular, a flat processing of the partial area can be achieved, whereby lateral material stresses are reduced.
  • the multifocus distribution can be used to imitate a homogeneous flattop beam shape with the individual foci, although each individual focus is, for example, Gaussian.
  • the requirements for the phase front of the laser beam are significantly lower than with a flattop beam.
  • the ultrashort pulse laser can be operated in its basic mode and does not require multimode operation.
  • the short pulse duration of ultra-short pulse lasers compared to excimer lasers also enables the partial areas to be processed with significantly reduced heat input.
  • the repetition rate of the laser pulses can be greater than 1 kHz, preferably greater than 50 kHz, particularly preferably greater than 1 MHz.
  • the processing speed in particular can be adjusted by the repetition rate of the laser pulses.
  • a partial area can be processed with a laser pulse. Accordingly, more partial areas can be processed if a high repetition rate of the laser pulses is selected.
  • the repetition rate of the laser pulses can be, for example, 10MHz, so that over ten million partial areas can be processed per second. This enables a particularly high throughput of partial areas.
  • the wavelength of the laser beam can be between 50nm and 300nm, preferably between 250nm or 270nm.
  • the wavelength can in particular be designed so that the subregions at the wavelength have a particularly high absorption and the substrate has a low absorption. This allows the partial areas to be processed through the substrate.
  • smaller focus zones can also be formed with small wavelengths, so that particularly small structures on the substrate can be targeted.
  • the ultrashort pulse laser can be operated in its basic mode, with the diffraction coefficient M 2 being less than 1.5.
  • the basic transversal electrical mode TEM00 can be used as the laser mode, which has a pure Gaussian beam shape in the beam cross section and therefore in principle has the highest beam quality.
  • TEOO fashion is... Beam cross section smaller than that of the higher modes, enabling more targeted processing of the partial areas.
  • the diffraction coefficient indicates the deviation of the laser beam from the ideal TEOO mode.
  • the fluence can be between 0.05J/cm2 and 10J/cm2, preferably between 0.1J/cm2 and 1J/cm2.
  • the processing quality can be adjusted using the fluence, as the energy deposited in the boundary layer directly influences the LLO or LIFT process.
  • the deposited energy has an influence on the magnitude of the resulting vapor pressure, which detaches the partial areas from the substrate.
  • all individual foci of the multifocus distribution can lie in the boundary layer. This allows particularly effective processing of the partial areas to be achieved.
  • the focus zones of the multi-focus distribution can be arranged within the geometric extent of the sub-regions and/or an envelope of the multi-focus distribution can have a shape that corresponds to the geometric extent of the sub-region.
  • a partial area can have a dimension of 10x20pm2.
  • the multifocus distribution can have 6 individual foci, with four in the corners of the sub-area and 2 in the middle of the long sides.
  • a partial area can have a dimension of 5x10pm2.
  • the multifocus distribution can include 2 individual foci, with both individual foci being arranged at the opposite longitudinal ends.
  • a partial area can be elliptical and the multi-focus distribution can include two individual foci that are arranged in the foci of the ellipse.
  • a sub-area can be round, have a diameter of 30pm and the multi-focus distribution can include 5 individual foci that are evenly spaced on a circle with a diameter of 20pm.
  • a further individual focus can also be arranged in the middle of the partial area.
  • a micro-LED can be square and the individual foci can be arranged on a square grid.
  • the multi-focus distribution can be adapted to different partial area geometries.
  • the distribution of the individual foci in the boundary layer can be adjusted by the beam shaping device.
  • the individual focus can be smaller than the geometric dimensions of the partial area, preferably smaller than half, particularly preferably smaller than a tenth, of the geometric dimensions of the partial area.
  • a partial area can be 20x30pm2, while an individual focus can have a diameter of less than 5pm, for example 1, 2, 3 or 4 pm.
  • an elliptical partial area can have a minor and a major semi-axis with a length of 5pm and 25pm respectively. Then the diameter of the individual foci can be, for example, smaller than 2.5pm or smaller than 0.5pm.
  • this allows several individual foci to be distributed in the geometry of the partial area without the individual foci overlapping and the laser beams running therein interfering with one another.
  • the spatial distance between the individual foci of the multifocus distribution can be smaller than five times the focus diameter, preferably smaller than twice the focus diameter.
  • the focus diameter here is determined in particular by the beam waist of the individual laser beams that form the individual foci.
  • the beam waist is in particular related to the wavelength of the laser beam, with a smaller wavelength enabling a smaller beam waist.
  • the spatial distance between the individual foci of the multifocus distribution can be smaller than 1 opm. The distance between the individual foci is calculated from the center of the respective individual foci.
  • Adjacent individual foci of the multifocus distribution can have polarization that is orthogonal to one another.
  • Polarization describes the alignment, in particular the spatially or temporally variable alignment of the electric field vector of the laser beam relative to the direction of propagation of the laser beam.
  • Polarization is given here by a linear polarization or a circular or an elliptical polarization of the laser beams.
  • the polarizations are orthogonal if the electric field vectors of the laser beams are orthogonal to one another at all times.
  • laser beams that are polarized perpendicular and parallel to the plane of incidence are orthogonal to each other.
  • left and right circularly polarized laser beams are perpendicular to each other.
  • Orthogonal polarization means that the laser beams of the respective individual foci do not interfere with one another at small distances, so that the phase front of the laser beams in the individual foci is preserved.
  • the multifocus distribution can have an intensity gradient; in particular, the individual foci can have at least partially different intensities.
  • An intensity gradient can be understood as an increase or decrease in intensity from one individual focus to another individual focus.
  • a multifocus distribution can consist of 3x3 individual foci, with the middle individual focus having a higher intensity than the neighboring individual foci.
  • the central individual focus has a lower intensity than the neighboring individual foci.
  • the latter can be particularly advantageous since the laser energy deposited in the middle of the sub-area spreads radially, so to speak, and processes the sub-area, while at the edge of the sub-area the laser energy deposited can act beyond the edge of the sub-area. Accordingly, a higher intensity at the edge of the multifocus distribution can enable better processing of the partial area overall.
  • the exposure of the boundary layer to the laser energy can thus be adjusted by means of an intensity gradient in order in particular to take into account the geometric properties of the partial area.
  • the distance between the individual foci can also be taken into account.
  • the individual foci it is also possible for the individual foci to have a homogeneous intensity distribution.
  • the boundary layer can be acted upon simultaneously in the individual foci of the multifocus distribution, the loading occurring simultaneously if the maximum time interval of the loading in the individual spots is shorter than 10 ns, preferably shorter than 1 ns, particularly preferably shorter than 100 ps.
  • the laser beams that generate the multi-focus distribution can also reach the boundary layer in different ways.
  • Angular divergence of the individual partial laser beams means that the boundary layer is acted upon at different times for geometric reasons, but within the limits set above.
  • the laser pulse can be a laser burst, as shown above.
  • the individual pulses of the laser burst can have a time interval that is less than the limit mentioned above.
  • the individual pulses of the laser burst are still introduced into the boundary layer at the same time.
  • the laser burst can comprise 5 pulses at a distance of 0.1 ns, with the pulse length being 10ps.
  • the individual pulses of the laser burst actually reach the boundary layer at different times. However, the individual pulses reach the boundary layer within 0.5 ns, so that by definition they are introduced into the boundary layer at the same time.
  • the definition of simultaneity emphasizes that the individual pulses do not act as separate pulses, but rather function as a common unit in the boundary layer. For example, due to the small distance between the individual pulses, the accumulation of laser energy in the boundary layer can be faster than the removal of the laser energy through material-specific relaxation processes.
  • each individual pulse of the laser burst is directed into a specific individual focus, so that each individual focus is subjected to a different individual pulse.
  • Such a temporal offset of the laser pulses within the above-mentioned limits further allows the individual foci to be tightly packed, i.e. also to overlap spatially, for example.
  • the individual pulses do not overlap in time, they cannot interfere with each other and distort the phase front of the laser beam.
  • the individual pulses simultaneously act on the boundary layer within the set limits, a further homogenization of the radiation field and thus an improvement in the process quality can be achieved.
  • a device for processing a portion of a layer system comprising an ultra-short pulse laser, a beam shaping device and processing optics
  • the ultra-short pulse laser also being used is set up to provide a laser beam made up of ultra-short laser pulses, the partial region being arranged at a boundary layer on a substrate, the substrate being essentially transparent to the wavelength of the ultra-short laser pulses of the laser beam
  • the beam shaping device being set up to impress a multi-focus distribution on the laser beam
  • the processing optics is set up to transfer the multi-focus distribution of the laser beam into the boundary layer and to apply the ultra-short laser pulses to it, whereby the partial area is processed.
  • such processing optics can be a lens or a mirror or a telescope, with which in particular the position of the focal plane in the beam propagation direction can be determined. This allows the focal plane to overlap with the boundary layer between the substrate and the partial area.
  • the ultrashort pulse laser can provide a basic laser beam with a wavelength of 1030 nm and include at least one frequency doubling crystal, which is designed to double the frequency of the incident laser beam or to halve the wavelength.
  • the basic laser beam can, for example, be guided twice through the frequency doubling crystal, preferably sequentially through a first frequency doubling crystal and then through a second frequency doubling crystal, whereby the frequency of the basic laser beam is quadrupled overall, or the wavelength of the basic laser beam is quartered overall.
  • the ultrashort pulse laser can provide a total laser beam with a wavelength between 250nm and 270nm.
  • the ultra-short laser pulses are particularly suitable for such frequency doubling due to their high pulse peak intensity, as these non-linear effects typically scale with the intensity used. This also makes it particularly easy to provide wavelengths in the UV range or DUV (deep-UV) range.
  • the beam shaping device may be an acousto-optical deflector and/or a microlens array and/or a diffractive optical one.
  • a diffractive optical element is designed to influence the incident laser beam in one or more properties in two spatial dimensions.
  • a diffractive optical element is a specially shaped diffraction grating, whereby the incident laser beam is brought into the desired beam shape through diffraction.
  • an acousto-optical deflector unit an acoustic wave is generated using an alternating voltage on a piezo crystal in an optically adjacent material, which periodically modulates the refractive index of the material.
  • the wave can propagate through the optical material, for example as a propagating wave or as a wave packet, or as a standing wave.
  • the periodic modulation of the refractive index creates a diffraction grating for an incident laser beam.
  • An incident laser beam is diffracted at the diffraction grating and thereby at least partially deflected at an angle to its original beam propagation direction.
  • the grating constant of the diffraction grating and thus the deflection angle depends, among other things, on the wavelength of the acoustic wave and therefore on the frequency of the applied alternating voltage. For example, deflections in the x and y directions can be created using a combination of two acousto-optical deflectors in a deflector unit.
  • the acousto-optical deflector unit can in particular be a polarization-dependent acousto-optical deflector unit and can therefore be particularly suitable for performance.
  • the actus-optical deflector unit can be a quartz-based deflector unit.
  • Microlens arrays include arrangements of multiple microlenses.
  • Microlenses are small lenses, in particular lenses with a typical distance from lens center to lens center (“pitch”) of 0.1 to 10 mm, preferably 1 mm, whereby each individual lens in the arrangement can have the effect of a normal, macroscopic lens.
  • Pitch lens center to lens center
  • an angular spectrum is generated from the (at least essentially) collimated input laser beam, with a large number of partial laser beams being created depending on the distance between the microlens arrays due to interference and diffraction effects.
  • the variable change in the interference pattern results in a variation in the number of partial laser beams.
  • At least one optical component of the device can comprise CaF or crystalline quartz, or can be made of CaF or crystalline quartz and/or can be designed as a reflective element.
  • the processing optics can be such an optical component.
  • a mirror and/or a lens system which guides the laser beam from the ultrashort pulse laser to the beam shaping device, to be such an optical component.
  • Optical components made of CaF or crystalline quartz are particularly suitable for UV and/or DUV applications because they have very low absorption for the short wavelengths.
  • Reflective elements have the advantage that the UV rays do not penetrate the material optical components penetrate and interact with it. In particular, undesirable non-linear effects can be avoided.
  • the device can have a controller that is communicatively connected to the ultrashort pulse laser and the beam shaping device and is set up to control the ultrashort pulse laser and the beam shaping device.
  • the controller can be an FPGA and/or a computer and/or a microchip. By communicatively connecting the controller to the beam shaping device and the ultrashort pulse laser, the controller can send and receive corresponding control signals.
  • the pulse output is controlled by the ultrashort pulse laser.
  • this makes it possible for the adjustment of the focus position to be controlled by the beam shaping device.
  • the adjustment of the focus position and the delivery of the laser pulses to be coordinated with one another.
  • control commands or their execution can be synchronized with the seed frequency of the laser in all connected devices, so that a common time base exists for all components.
  • the device can have a feed device, preferably a scanner, particularly preferably a galvano scanner, which is set up to direct the laser beam in the focal plane, the feed device being communicatively connected to the controller.
  • a feed device preferably a scanner, particularly preferably a galvano scanner, which is set up to direct the laser beam in the focal plane, the feed device being communicatively connected to the controller.
  • Both the feed device and scanner optics can be synchronized via the seed frequency, so that a common time base exists for the feed, beam deflection, beam shaping and control of the pulsed laser.
  • Figures 1A, B show a schematic representation of the method
  • FIG. 1A, B, C, D schematic representations of different multifocus distributions
  • Figure 3 shows a further schematic representation of the method
  • Figure 4 shows a schematic representation of the multi-focus distribution with individual foci with mutually orthogonal polarizations
  • Figure 5 shows a schematic representation of a laser burst
  • Figure 6A, B, C shows a schematic representation of different multi-focus distribution
  • Figure 7 shows a further schematic representation of the method
  • Figures 8A, B show an intensity distribution of a multi-focus distribution and one with it
  • Figure 9 is a schematic representation of the device according to the invention.
  • the simplified processing procedure applies analogously to general subareas 1 of the shift system.
  • a laser beam 20 is provided by an ultra-short pulse laser 2 (not shown), in which the ultra-short laser pulses 202 run.
  • the ultra-short laser pulses 202 have a pulse duration of between 50fs and 1000ps, in particular between 100fs and 10ps.
  • the wavelength of the laser beam 20 is between 50nm and 300nm, preferably between 250 and 270nm.
  • the repetition rate of the laser pulses 202 can be greater than 10 kHz, preferably greater than 50 kHz, particularly preferably greater than 1 MHz and/or the fluence can be between 0.05J/cm2 and 10J/cm2, preferably between 0.1J/cm2 and 1J /cm2.
  • the laser 2 can be operated in its basic mode.
  • the basic transversal electrical mode TEM00 can be used as the laser mode, which has a pure Gaussian beam shape in the beam cross section and therefore in principle has the highest beam quality.
  • the beam cross section is smaller than in the higher modes, so that a more targeted processing of the partial areas 1 is possible.
  • the partial area 1 in the form of a micro-LED 1 is arranged in the initial state at a boundary layer 130 on the substrate 30.
  • the substrate 30 can be made of sapphire and can have a material thickness between 100 pm and 5 mm.
  • the substrate 30 it is also possible for the substrate 30 to be a carrier layer or a carrier substrate, such as a film, an adhesive or a wafer, from which the micro-LEDs 1 are transferred to a display panel in a further step.
  • the layer thicknesses in Figures 1 A, B are not drawn to scale.
  • the micro-LEDs 1 can have several layers 11, 12, 13, for example a layer 11 made of n-doped gallium nitride GaN and a layer 13 made of p-doped GaN.
  • a pn junction 12 is formed between the two layers 11, 13, in which light of a characteristic wavelength is produced when a current or voltage is applied.
  • the layers 11, 13 can be between 1 nm and 10 pm thick, for example.
  • the vertical cuts may already be present in the layer system, or may have been introduced into the layer system in a previous process step, so that the micro-LEDs 1 to be removed are only connected to the substrate via the boundary layer 130.
  • a multi-focus distribution 22 is impressed on the laser beam 20 by a beam shaping device 4, which in the example shown has three different individual foci, all of which lie in the boundary layer 130.
  • the boundary layer 130 between the partial region 1 and the substrate 30 is exposed to the laser beam 20 or the laser pulses 202 running therein. Since the substrate 30 is transparent to the wavelength of the laser beam 20, the laser beam 20 can be guided with the multi-focus distribution 22 through the substrate 30 to the boundary layer 130.
  • the GaN of the first layer 11 of the micro-LED 1 may not be transparent to the wavelength of the laser beam 20, so that the laser energy introduced by the ultra-short laser pulses 202 is absorbed there.
  • the energy introduced can separate the GaN into liquid gallium and gaseous nitrogen at the interface, whereby a vapor pressure is formed at the interface 130, which detaches the micro-LED 1 from the substrate 30.
  • the micro-LED 1 can be separated from the substrate, for example by laser ablation at the interface 130.
  • targeted damage along the boundary layer 130 can be achieved through the interaction of the laser beam 20 with the first layer, so that the micro-LED 1 can be separated along the boundary layer 130.
  • the detachment of the micro-LED 1 from the substrate 30 is called laser lift-off (LLO).
  • the micro-LEDs 1 can be transferred to a carrier substrate 32 by the resulting forces.
  • the micro-LEDs 1 can be mounted directly on a carrier substrate attached, for example glued or transferred to a carrier substrate, for example another wafer.
  • the micro-LED 1 can be applied to an active matrix as a carrier substrate 32, which is designed to provide a voltage and/or power supply to the micro-LED 1.
  • the carrier substrate 32 is approximately an adhesive layer. Since the micro-LEDs 1 were separated from the substrate 30 at the boundary layer 130 and transferred to the adhesive layer 32, the desired micro-LEDs 1 remain on the carrier substrate 32 when the substrate 30 is removed.
  • Figure 2 shows a top view of the boundary layer 130 with the multi-focus distribution 22.
  • the multi-focus distribution 22 is formed by a beam shaping device 4 from the laser beam 20 of the ultra-short pulse laser 2 and then introduced into the boundary layer 130.
  • the multi-focus distribution 22 includes several individual foci 220. These individual foci can be arranged within the geometric extent of the partial area 1. This makes it possible for the boundary layer 130 of the partial region 1 to be exposed to the laser energy of the laser beam 20 over a certain area, so that the partial region 1 can be processed.
  • Figure 2A shows schematically the boundary layer 130 of a rectangular sub-region 1, within which a multi-focus distribution 22 made up of six individual foci 220 is arranged.
  • the individual foci 220 are preferably evenly spaced and evenly distributed over the geometry of the partial area 1, since this enables particularly precise and gentle processing of the partial area 1.
  • FIG. 2B shows schematically a boundary layer 130 of a rectangular subregion 1, within which a multifocus distribution 22 made up of four individual foci 220 is arranged, the individual foci 220 being arranged along a line.
  • FIG. 2C shows schematically a boundary layer 130 of a round partial area 1, within which a multi-focus distribution 22 made up of six individual foci 220 is arranged.
  • a multi-focus distribution 22 made up of six individual foci 220 is arranged.
  • an individual focus is located in the middle of the sub-area, while the five remaining individual foci are evenly spaced radially from the center.
  • FIG. 2D shows schematically a boundary layer 130 of an elliptical partial area, within which a multi-focus distribution 22 made up of two individual foci 220 is arranged.
  • the two individual foci 220 are in the two focal points of the ellipse.
  • the focus diameters of the individual foci are significantly smaller than the diameter of the partial area 1.
  • the diameter of the individual foci can be approximately 6pm if the partial area 1 has geometric dimensions of the order of 30pm.
  • the Center distance of the individual foci 220 smaller than five times the focus diameter of the individual foci. This allows a particularly homogeneous impact on the boundary layer 130 to be achieved.
  • the center distance between neighboring individual foci can also be smaller than 10pm.
  • the envelope of the multifocus distribution has a shape that corresponds to the geometric extent of the partial area.
  • 3 shows a method with which several partial areas 1 can be processed successively.
  • the multifocus distribution 22 is reoriented on the substrate 30 between each laser pulse 202 of the ultrashort pulse laser 2.
  • Each laser pulse 202 of the ultrashort pulse laser 2 is divided into six individual foci 220 and introduced into the boundary layer 130.
  • Each laser pulse 202 has a pulse energy of more than 1 pJ, so that about a sixth of it arrives per individual focus.
  • the fluence is approximately 0.05J/cm2.
  • the partial areas 1 can be processed with the repetition frequency of the ultra-short pulse laser 2. If the repetition frequency is around 10MHz, ten million partial areas 1 can be processed per second.
  • An active matrix 32 of a display with 3840 by 2160 micro-LEDs 1 could theoretically be populated in less than a second.
  • the center distance corresponds approximately to a focus diameter of the individual foci 220 or even less.
  • the individual foci 220 can therefore partially overlap, so that the associated partial laser beams can interfere with one another and thus distort the phase front. In particular, this can lead to an attenuation of the laser intensity in the individual foci 220.
  • neighboring individual foci 220 have different polarizations, no such unfavorable influence on neighboring individual foci 220 takes place.
  • a first individual focus 220 can have an s-polarization (as perpendicular to the plane of incidence) and an adjacent individual focus 220 can have a p-polarization (i.e. parallel to the plane of incidence).
  • first individual focus 220 may have an r-polarization (as right-hand circular) and an adjacent individual focus 220 to have an I-polarization (i.e. as left-hand circular).
  • r-polarization as right-hand circular
  • I-polarization i.e. as left-hand circular
  • the polarization of adjacent individual foci 220 is orthogonal to one another. This allows the individual foci 220 to be packed more densely, so that a more homogeneous impact on the boundary layer 130 can be achieved and thus the process quality can be improved.
  • the different multifocus distributions 22 can also have intensity gradients.
  • the boundary layer 130 in the central individual focus 220 can be subjected to a lower intensity.
  • FIG. 2A there may be a homogeneous intensity distribution, so that the boundary layer 130 is exposed to the same intensity in each individual focus 220.
  • an additional Intensity gradient runs diagonally across the interface 130 so that the intensity in the individual foci 220 is greatest in the top left corner and drops towards the bottom right corner.
  • FIG. 5 shows the time course of a laser burst.
  • the laser burst 200 comprises several individual pulses 202, the distance between the individual pulses 202 being less than 10 ns.
  • Figure 6A shows a multi-focus distribution 22 of 2 times 3 individual foci at a first time t1, where the center distance is approximately one focus diameter.
  • Figure 6B shows a further multi-focus distribution 22 of 2 times 3 individual foci at a second time t2.
  • the second multi-focus distribution 22 is spatially shifted to the first multi-focus distribution 22.
  • the second multi-focus distribution 22 fills the gaps in the first multi-focus distribution 22. If the two multifocus distributions are introduced into the boundary layer at a time interval of less than 10ns, for example in less than 1 ps or less than 1fs, then the boundary layer 130 is, by definition, simultaneously acted upon in both multifocus distributions 22 in FIG. 6C, so that through the actual Temporal offset enables a particularly dense packing of the individual foci 220.
  • FIG. 7 shows how such a method can be used to process several partial areas 1.
  • the multifocus distribution 22 is repositioned between each laser burst.
  • the boundary layer 130 is acted upon simultaneously because the time interval between the individual pulses 202 is significantly smaller than 10 ns. This means that the partial areas 1 can be processed over a large area.
  • FIG. 8A the intensity distribution of a multi-focus distribution 22 is shown schematically, which consists of 4 by 4 individual foci. White stands for high intensity, while black stands for low intensity.
  • FIG. 8B a micro-LED 1 was removed with the intensity distribution shown. It can be clearly seen that the boundary layer 130 carries the signature of the intensity distribution from FIG. 8A and that a flat detachment and thus processing of the micro-LED 1 was made possible.
  • a device according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the ultra-short pulse laser 2 is set up to provide a laser beam 20 made up of ultra-short laser pulses 202.
  • the beam shaping device 4 is set up to impose a multi-focus distribution on the laser beam 20, while the processing optics 5 is set up to transfer the multi-focus distribution 22 of the laser beam 20 into the boundary layer 130 between partial area 1 and substrate 30 and to apply the ultra-short laser pulses 202 to this, whereby partial area 1 is processed.
  • the ultra-short pulse laser 2 can in particular provide a basic laser beam with a wavelength of 1030 nm and include a frequency doubling crystal (not shown) which is designed to double the frequency of the incident laser beam or halve the wavelength, the basic laser beam being guided, for example, successively through two frequency doubling crystals .
  • a frequency doubling crystal not shown
  • the frequency of the basic laser beam is quadrupled overall, or the wavelength of the basic laser beam is quartered overall.
  • a laser beam 20 with a wavelength between 250nm and 270nm is therefore provided.
  • the beam shaping device can in particular be an acousto-optical deflector and/or a microlens array and/or a diffractive optical element which generates a multi-focus distribution 22 from the laser beam 20.
  • the partial laser beams, which are formed from the laser beam 20 by the beam shaping device, can be transferred via processing optics 5 into the respective individual foci 220 of the multi-focus distribution 22.
  • the optical components of the device can comprise CaF or crystalline quartz, or are made of CaF or crystalline quartz and/or can be designed as reflective elements, making the optical components particularly suitable for UV and DUV applications.
  • the device can have a feed device 6 in order to move the laser beam 20 and/or the substrate 30 with the partial region 1 relative to one another.
  • a feed device can be an xyz table.
  • the device can have a controller 7 which coordinates the various components of the device with one another.
  • the ultra-short pulse laser 2 can be connected to the controller 7, so that the controller 7 can trigger the delivery of a laser burst.
  • the controller 7 can further be connected to the beam shaping device 4, so that the multifocus distribution 22 can be quickly repositioned.
  • this can also be used, for example, to set a different geometric shape of the multi-focus distribution 22, so that the multi-focus distribution 22 is adapted to the geometric shape of the partial area 1.
  • the Control 7 can also be connected to the feed device 6, so that the feed device 6 can be moved, for example, between the laser bursts or the laser pulses 202 in order to achieve a rough positioning of the substrate under the processing optics.
  • all individual features shown in the exemplary embodiments can be combined and/or exchanged with one another without departing from the scope of the invention.

Abstract

The present invention relates to a method and a device for processing at least one sub-region (1) of a layer system, in particular a micro LED, by means of ultrashort laser pulses of a laser beam (20) of an ultrashort pulse laser (2), wherein the at least one sub-region (1) is positioned at a boundary layer (130) on a substrate (30), wherein the substrate (30) is substantially transparent to the wavelength of the ultrashort laser pulses of the laser beam (20), wherein the ultrashort laser pulses (200) of the laser beam (20) are applied to the boundary layer (130) through the substrate (30), as a result of which the at least one sub-region (1) is detached, wherein the laser beam (20) is shaped into a multifocus distribution (22) by means of a beam-shaping device (4), and the multifocus distribution (22) is applied to the boundary layer (130).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems Method and device for processing at least a portion of a layer system
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, mittels ultrakurzer Laserpulse eines Laserstrahls eines Ultrakurzpulslasers. The present invention relates to a device and a method for processing at least a portion of a layer system, in particular a micro-LED, using ultrashort laser pulses of a laser beam of an ultrashort pulse laser.
Stand der Technik State of the art
In modernen Displaysystem werden Mikro-LEDs als Lichtquellen eingesetzt, um eine herkömmliche, globale Hintergrundbeleuchtung des Displaypanels überflüssig zu machen. Hierfür werden die Mikro-LEDs auf einer sogenannten Aktivmatrix aufgebracht, so dass jede Mikro-LED individuell angesteuert werden kann. Die Displays mit Mikro-LEDs weisen daher den Vorteil auf, dass die Mikro-LEDs auf der Matrix lokal ansteuerbar sind. Dadurch können einzelne Mikro-LEDs an- und abgeschaltet werden wodurch beispielsweise ein hohes Kontrastverhältnis und ein sehr guter Schwarzwert erreicht werden kann. Zudem kann ein sogenanntes Bleeding der Hintergrundbeleuchtung durch die Displaypanels bauartbedingt vermieden werden. In modern display systems, micro-LEDs are used as light sources to make conventional, global backlighting of the display panel unnecessary. For this purpose, the micro-LEDs are applied to a so-called active matrix so that each micro-LED can be controlled individually. The displays with micro-LEDs therefore have the advantage that the micro-LEDs on the matrix can be controlled locally. This means that individual micro-LEDs can be switched on and off, which means, for example, a high contrast ratio and a very good black level can be achieved. In addition, so-called bleeding of the background lighting through the display panels can be avoided due to their design.
Die Produktion solcher Displays mit Mikro-LEDs ist jedoch herausfordernd, da die Mikro-LEDs erst auf einem Substrat produziert werden und anschließend auf eine entsprechende Aktivmatrix übertragen werden müssen. Hierbei dürfen zudem nur funktionierende Mikro-LEDs auf die Aktivmatrix übertragen werden, um beispielsweise Pixelfehler zu vermeiden. Zur Übertragung der Mikro-LEDs auf eine entsprechende Aktivmatrix hat sich der Einsatz von Lasern bewährt. Insbesondere sind der Laser Lift-Off (LLO) Prozess, mit dem eine Mikro-LED von dem Substrat gelöst werden kann, und der sogenannte Laser Induced Forward Transfer (LIFT) Prozess, mit dem die Mikro-LED von dem Substrat auf die Aktivmatrix transferiert werden kann, relevant. In beiden Fällen wird die Grenzschicht zwischen dem Substrat und der Mikro-LED mit einem Laserpuls beaufschlagt, um eine entsprechende Verarbeitung der Mikro-LED zu erreichen. „Laser Processing of Micro-LED - a Coherent Whitepaper“ vom 23. Januar 2018 beschreibt, dass für die vorgenannten Prozesse typischerweise Excimerlaser eingesetzt werden. However, the production of such displays with micro-LEDs is challenging because the micro-LEDs are first produced on a substrate and then have to be transferred to a corresponding active matrix. In addition, only functioning micro-LEDs may be transferred to the active matrix in order to avoid pixel errors, for example. The use of lasers has proven successful for transferring the micro-LEDs to a corresponding active matrix. In particular, the Laser Lift-Off (LLO) process, with which a micro-LED can be detached from the substrate, and the so-called Laser Induced Forward Transfer (LIFT) process, with which the micro-LED is transferred from the substrate to the active matrix can become relevant. In both cases, a laser pulse is applied to the boundary layer between the substrate and the micro-LED in order to achieve appropriate processing of the micro-LED. “Laser Processing of Micro-LED - a Coherent Whitepaper” from January 23, 2018 describes that excimer lasers are typically used for the aforementioned processes.
Excimerlaser weisen aber eine geringe zeitliche Pulsqualität auf. Insbesondere beeinflusst das schwer kontrollierbare Ein- und Ausschwingverhalten der Laserpulse die Verarbeitungsqualität. Zudem liegt die Pulslänge von Excimerlasern im Bereich von einigen 10ns, so dass die Laserpulse über eine lange Zeit mit der Grenzschicht zwischen Substrat und Mikro-LED wechselwirken und dementsprechend die beaufschlagten Materialien thermisch beeinflussen. Dies kann insbesondere die Halbleiterübergänge, also insbesondere die pn-Übergänge, der Mikro-LEDs schädigen. However, excimer lasers have a low temporal pulse quality. In particular, the difficult to control transient response and decay behavior of the laser pulses influences the processing quality. In addition, the pulse length of excimer lasers is in the range of a few 10ns, so that the laser pulses interact with the boundary layer between the substrate and the micro-LED over a long period of time and accordingly have a thermal influence on the exposed materials. This can damage the semiconductor junctions, in particular the pn junctions, of the microLEDs.
Außerdem weist der Laserstrahl eines Excimerlasers keine definierte Polarisation auf, so dass diese sich insbesondere nicht für Hochleistungsanwendungen eignen, da die für hohe Laserleistungen notwendigen optischen Komponenten oft eine definierte Polarisation des Laserstrahls voraussetzen. Zudem wird die Grenzschicht zwischen der Mikro-LED und dem Substrat typischerweise mit einem flächigen Flattopstrahl beaufschlagt. Eine reine Flattopstrahlformung ist jedoch unflexibel und erlaubt keine Anpassung an die tatsächliche Geometrie der Mikro-LED. In addition, the laser beam of an excimer laser does not have a defined polarization, so that they are particularly not suitable for high-performance applications, since the optical components necessary for high laser powers often require a defined polarization of the laser beam. In addition, the boundary layer between the micro-LED and the substrate is typically exposed to a flat-top beam. However, pure flattop beam shaping is inflexible and does not allow adaptation to the actual geometry of the micro-LED.
US8742289 offenbart ein Laser Lift-Off Verfahren, bei dem ein maskierter Laserstrahl die MikroLEDs verarbeiten soll, so dass eine individuelle Bearbeitung einzelner Mikro-LEDs nur schwer möglich ist. Insbesondere wird die Geometrie des abzulösenden Bauteils, beziehungsweise der Mikro-LED, nicht nachgebildet. US8742289 discloses a laser lift-off process in which a masked laser beam is intended to process the microLEDs, so that individual processing of individual microLEDs is difficult. In particular, the geometry of the component to be removed, or the micro-LED, is not replicated.
JP2017221969 offenbart eine Laser Lift-Off Vorrichtung, bei der der Laserstrahl eine Linienform aufweist, wobei die Linienform aus mehreren Strahlen geformt wird. JP2017221969 discloses a laser lift-off device in which the laser beam has a line shape, the line shape being formed from multiple beams.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen. Based on the known prior art, it is an object of the present invention to provide an improved method for processing at least a portion of a layer system and a corresponding device.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. The object is achieved by a method for processing at least a portion of a layer system with the features of claim 1. Advantageous further developments result from the subclaims, the description and the figures.
Entsprechend wird ein Verfahren zum Verarbeiten von mindestens eines Teilbereichs eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, mittels ultrakurzer Laserpulse eines Laserstrahls eines Ultrakurzpulslasers vorgeschlagen, wobei der mindestens eine Teilbereich an einer Grenzschicht auf einem Substrat angeordnet ist, wobei das Substrat im Wesentlichen transparent für die Wellenlänge der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls ist, wobei die Grenzschicht durch das Substrat hindurch mit den ultrakurzen Laserpulsen des Laserstrahls beaufschlagt wird, wodurch der mindestens eine Teilbereich verarbeitet wird. Erfindungsgemäß wird der Laserstrahl mittels einer Strahlformungsvorrichtung in eine Multifokusverteilung geformt und die Grenzschicht wird mit der Multifokusverteilung beaufschlagt. Accordingly, a method for processing at least a partial area of a layer system, in particular a micro-LED, by means of ultra-short laser pulses of a laser beam of an ultra-short pulse laser is proposed, wherein the at least one partial area on a Boundary layer is arranged on a substrate, wherein the substrate is essentially transparent to the wavelength of the ultra-short laser pulses of the laser beam, the boundary layer being acted upon by the ultra-short laser pulses of the laser beam through the substrate, whereby the at least one partial area is processed. According to the invention, the laser beam is shaped into a multi-focus distribution by means of a beam shaping device and the boundary layer is exposed to the multi-focus distribution.
Der Ultrakurzpulslaser stellt hierbei die Laserpulse des Laserstrahls zur Verfügung, wobei die einzelnen Laserpulse den Laserstrahl in der Strahlausbreitungsrichtung ausbilden. Die Pulsdauer der ultrakurzen Laserpulse kann hierbei zwischen 50fs und 1000ps liegen, bevorzugt zwischen 100fs und 100ps liegen, besonders bevorzugt zwischen 50fs und 20ps liegen. The ultra-short pulse laser provides the laser pulses of the laser beam, with the individual laser pulses forming the laser beam in the direction of beam propagation. The pulse duration of the ultra-short laser pulses can be between 50fs and 1000ps, preferably between 100fs and 100ps, particularly preferably between 50fs and 20ps.
Die Laserpulse können hierbei auch Teil eines sogenannten Laserbursts sein, wobei jeder Laserburst mehrere Laserpulse umfasst. Während der Länge des Laserbursts können die Laserpulse sehr dicht, beispielsweise im Abstand weniger Piko- bis Nanosekunden, aufeinander folgen. Bei den Laserbursts kann es sich insbesondere um GHz-Bursts handeln, bei denen die Abfolge der aufeinanderfolgenden Laserpulse des jeweiligen Bursts im GHz Bereich stattfindet. The laser pulses can also be part of a so-called laser burst, with each laser burst comprising several laser pulses. During the length of the laser burst, the laser pulses can follow one another very closely, for example at intervals of a few picoseconds to nanoseconds. The laser bursts can in particular be GHz bursts, in which the sequence of successive laser pulses of the respective burst takes place in the GHz range.
Der Teilbereich des Schichtsystems kann insbesondere ein Teilbereich eines Mehrschichtsystems sein. Beispielsweise ist ein solcher Teilbereich eine Mikro-LED, eine Mini-LED oder eine sonstige LED. Ein Schichtsystem kann aber auch lediglich eine Schicht eines Materials umfassen Im Folgenden wird das Verfahren überwiegend anhand einer Mikro-LED beschrieben. The sub-area of the layer system can in particular be a sub-area of a multi-layer system. For example, such a subarea is a micro-LED, a mini-LED or another LED. However, a layer system can also only comprise one layer of a material. The method is described below primarily using a microLED.
Mikro-LEDs sind im Allgemeinen lokalisierte pn-Übergänge von Halbleitern, insbesondere von lll/V- Halbleitern, etwa Galliumnitrid GaN, die beim Anlegen einer Spannung oder eines Stroms Licht einer bestimmten Wellenlänge, bevorzugt einer sichtbaren Wellenlänge ausgeben. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Mikro-LED auch Licht im UV-Bereich oder im IR-Bereich abgibt. Micro-LEDs are generally localized pn junctions of semiconductors, in particular III/V semiconductors, such as gallium nitride GaN, which emit light of a specific wavelength, preferably a visible wavelength, when a voltage or current is applied. However, it is also possible for a micro-LED to also emit light in the UV range or in the IR range.
Eine Mikro-LED hat hierbei äußere Abmessungen von wenigen Mikrometern. Beispielsweise können Mikro-LEDs rund oder rechteckig sein und ein Durchmesser oder Kantenlänge von einigen 10pm aufweisen. Beispielsweise kann eine Mikro-LED quadratisch und 20x20pm2 oder 30x30pm2 groß sein. A micro LED has external dimensions of a few micrometers. For example, micro-LEDs can be round or rectangular and have a diameter or edge length of a few 10pm. For example, a micro LED can be square and 20x20pm2 or 30x30pm2.
Die Mikro-LEDs werden typischerweise auf einem Substrat gefertigt. Hierzu werden die p- und n- dotierten Halbleiter nacheinander auf das Substrat abgeschieden. Die erste Schicht der Mikro-LED ist dementsprechend an einer Grenzschicht auf dem Substrat angeordnet. Zudem weist die erste Schicht auf dem Substrat beispielsweise eine p-Dotierung auf und die zweite Schicht auf der ersten Schicht weist eine n-Dotierung auf. An der Grenzfläche der p- und n-dotierten Schicht entsteht so ein pn-Übergang, der beim Anlagen einer Spannung oder eines Stroms Licht erzeugt. Die Schichten werden anschließend entlang der Schichtnormalen getrennt, so dass eine Vielzahl von Mikro-LEDs auf dem Substrat entsteht. The micro-LEDs are typically manufactured on a substrate. For this purpose, the p- and n-doped semiconductors are deposited one after the other onto the substrate. The first layer of the micro-LED is accordingly arranged at a boundary layer on the substrate. In addition, the first layer on the substrate has, for example, a p-doping and the second layer on the first layer has an n-doping. This occurs at the interface between the p- and n-doped layers a pn junction that produces light when a voltage or current is applied. The layers are then separated along the layer normal, so that a large number of micro-LEDs are created on the substrate.
Problematisch ist hierbei insbesondere, dass das Substrat die Funktionalität der Mikro-LEDs beeinflussen kann, da beispielsweise durch das Substrat lediglich ein unzureichender Abtransport der entstehenden Wärme möglich ist, die beim Betrieb der Mikro-LEDs entsteht. Zudem kann das Substrat die optischen Eigenschaften verschlechtern, wenn das Licht der Mikro-LEDs erst durch das Substrat hindurchdringen muss, bevor es zum Beobachter gelangt. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, das Substrat von der Mikro-LED zu entfernen. What is particularly problematic here is that the substrate can influence the functionality of the micro-LEDs, since, for example, the substrate only allows insufficient removal of the heat generated when the micro-LEDs are operated. In addition, the substrate can deteriorate the optical properties if the light from the microLEDs first has to penetrate through the substrate before it reaches the observer. For this reason, it is advantageous to remove the substrate from the micro LED.
Zu diesem Zweck kann das Substrat ein im Wesentlichen transparentes Material wie beispielsweise Saphir oder ein Polymer oder ein Kunststoff sein, oder aus Silizium bestehen oder Silizium umfassen, wie beispielsweise Siliziumcarbid SiC. Im Wesentlichen transparent bedeutet dabei, dass das Material teilweise oder vollständig das Laserlicht der gegebenen Wellenlänge transmittieren kann, also beispielsweise mehr als 80% oder mehr als 85% oder mehr als 90% oder mehr als 95% oder mehr als 99% des Lichts transmittieren kann, sodass ein Durchdringen des Laserstrahls durch das Substrat möglich ist und somit auch ein Verarbeiten der in Strahlausbreitungsrichtung unterliegenden Mikro-LED erfolgen kann. Der Laserstrahl kann also durch das mindestens teilweise transparente Substrat geführt werden. For this purpose, the substrate can be a substantially transparent material such as sapphire or a polymer or a plastic, or consist of silicon or comprise silicon, such as silicon carbide SiC. Substantially transparent means that the material can partially or completely transmit the laser light of the given wavelength, for example more than 80% or more than 85% or more than 90% or more than 95% or more than 99% of the light , so that the laser beam can penetrate through the substrate and the micro-LED underlying the beam propagation direction can also be processed. The laser beam can therefore be guided through the at least partially transparent substrate.
In der Grenzschicht kann die Laserenergie schließlich mindestens teilweise absorbiert werden, da die Mikro-LED typischerweise nicht transparent für die Laserwellenlänge ist. Die Grenzschicht umfasst hierbei insbesondere einen substratseitigen Abschnitt der Mikro-LED, der durch die Eindringtiefe des Laserstrahls in die Mikro-LED gegeben ist. Die Grenzschicht kann aber auch oder zudem eine Pufferschicht umfassen, die auf dem Substrat aufgetragen wurde, um die Gitterfehlanpassung zwischen Substrat und Mikro-LED zu reduzieren. Finally, the laser energy can be at least partially absorbed in the boundary layer, since the micro-LED is typically not transparent to the laser wavelength. The boundary layer here comprises in particular a substrate-side section of the micro-LED, which is determined by the penetration depth of the laser beam into the micro-LED. However, the boundary layer can also or additionally comprise a buffer layer that has been applied to the substrate in order to reduce the lattice mismatch between the substrate and the micro-LED.
Beispielsweise kann im Falle einer Galliumnitrid GaN Mikro-LED durch die eingebrachte Laserenergie in der Grenzschicht das GaN in flüssiges Gallium und gasförmigen Stickstoff getrennt werden. Dadurch entsteht ein Dampfdruck in der Grenzschicht, der die Mikro-LED von dem Substrat trennt. Es kann aber auch sein, dass die Mikro-LED von dem Substrat gelöst wird und beispielsweise zu einem Trägersubstrat, beispielsweise zu einer unterliegenden Aktivmatrix oder einer Transferschicht überführt wird. Die Verarbeitung des Teilbereichs, insbesondere der Mikro- LED, kann somit insbesondere die Laser-induzierte Vorwärtsübertragung des Teilbereichs und/oder dem Laser Lift-Off eines Teilbereichs von einem Substrat sein. Der Laserstrahl kann durch eine Strahlformungsvorrichtung in eine Multifokusverteilung überführt werden, wobei diese Fokusverteilung in die Grenzschicht zwischen dem Substrat und den Teilbereich eingebracht wird. For example, in the case of a gallium nitride GaN micro-LED, the introduced laser energy in the boundary layer can separate the GaN into liquid gallium and gaseous nitrogen. This creates a vapor pressure in the boundary layer that separates the microLED from the substrate. However, it can also be the case that the micro-LED is detached from the substrate and, for example, transferred to a carrier substrate, for example to an underlying active matrix or a transfer layer. The processing of the sub-area, in particular the micro-LED, can therefore in particular be the laser-induced forward transmission of the sub-area and/or the laser lift-off of a sub-area of a substrate. The laser beam can be converted into a multi-focus distribution by a beam shaping device, this focus distribution being introduced into the boundary layer between the substrate and the partial region.
Der Begriff „Fokus“ im Allgemeinen kann als eine gezielte Intensitätsüberhöhung verstanden werden, wobei die Laserenergie in einen „Fokusbereich“ oder eine „Fokuszone“ konvergiert. Insbesondere wird daher im Folgenden der Ausdruck „Fokus“ unabhängig von der tatsächlich verwendeten Strahlform und den Methoden zur Herbeiführung einer Intensitätsüberhöhung verwendet. Durch eine „Fokussierung“ der Laserpulse kann der Ort der Intensitätserhöhung entlang der Strahlausbreitungsrichtung beeinflusst werden. Beispielsweise kann die Intensitätsüberhöhung quasi punktförmig sein und der Fokusbereich einen Gauß-förmigen Intensitätsquerschnitt aufweisen, wie er von einem Gauß’schen Laserstrahl zur Verfügung gestellt wird. Die Intensitätsüberhöhung kann auch linienförmig ausgebildet sein, wobei sich um die Fokusposition ein Besselförmiger Fokusbereich ergibt, wie er von einem nicht-beugenden Strahl zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren sind auch andere komplexere Strahlformen möglich, deren Fokusposition sich in drei Dimensionen erstreckt, wie beispielsweise ein Multifokusverteilungen aus Gauß’schen Laserstrahlen und/oder nicht Gauß’schen Intensitätsverteilungen, wie weiter unten beschrieben. The term “focus” in general can be understood as a targeted increase in intensity, whereby the laser energy converges into a “focus area” or a “focus zone”. In particular, the term “focus” will be used below regardless of the beam shape actually used and the methods used to bring about an increase in intensity. By “focusing” the laser pulses, the location of the intensity increase along the beam propagation direction can be influenced. For example, the intensity increase can be quasi-point-shaped and the focus area can have a Gaussian-shaped intensity cross section, as provided by a Gaussian laser beam. The intensity increase can also be designed in a line shape, resulting in a Bessel-shaped focus area around the focus position, as can be provided by a non-diffracting beam. Furthermore, other more complex beam shapes are also possible, the focus position of which extends in three dimensions, such as a multi-focus distribution of Gaussian laser beams and/or non-Gaussian intensity distributions, as described below.
Die Multifokusverteilung ist eine räumliche Verteilung von einzelnen Fokuszonen, sogenannten Einzelfoki. Unter der Fokuszone wird hierbei der Teil der Intensitätsverteilung des Laserstrahls verstanden, der größer als die Modifikationsschwelle des zu bearbeitenden Materials ist. Der Begriff Fokuszone verdeutlicht hierbei, dass dieser Teil der Intensitätsverteilung gezielt bereitgestellt wird und durch eine Fokussierung eine Intensitätsüberhöhung in Form der Intensitätsverteilung erreicht wird. The multifocus distribution is a spatial distribution of individual focus zones, so-called individual foci. The focus zone is understood to be the part of the intensity distribution of the laser beam that is greater than the modification threshold of the material to be processed. The term focus zone makes it clear that this part of the intensity distribution is specifically provided and that an increase in intensity in the form of the intensity distribution is achieved through focusing.
Eine Fokusverteilung bedeutet, dass die Multifokusverteilung mindestens zwei Einzelfoki umfasst, wobei die Einzelfoki räumlich getrennt voneinander sind. Die Einzelfoki können jedoch alle in einer Fokusebene liegen, so dass die Einzelfoki alle in einer Ebene entlang der Strahlausbreitungsrichtung des Laserstrahls anzutreffen sind, jedoch unterschiedliche Koordinaten in der Fokusebene senkrecht zur Strahlausbreitungsrichtung aufweisen. A focus distribution means that the multifocus distribution includes at least two individual foci, with the individual foci being spatially separated from one another. However, the individual foci can all lie in one focal plane, so that the individual foci can all be found in one plane along the beam propagation direction of the laser beam, but have different coordinates in the focal plane perpendicular to the beam propagation direction.
Eine Multifokusverteilung wird durch eine sogenannte Strahlformungsvorrichtung bereitgestellt, wobei der einfallende Laserstrahl in eine Vielzahl von Teillaserstrahlen werden kann, die zu unterschiedlichen Einzelfoki geführt werden. Die Strahlformung umfasst hierbei die Ausgestaltung der Multifokusverteilung. Die Strahlformung kann hierbei aber auch die Ausgestaltung der Einzelfoki umfassen, wie beispielsweise das Ausbilden von Gauß’schen oder nicht-beugenden Laserstrahlen. Indem die Laserenergie auf verschiedene Einzelfoki verteilt wird, wird auch die Laserenergie in der Grenzschicht verteilt. Dadurch kann insbesondere eine flächige Verarbeitung des Teilbereichs erreicht werden, wodurch laterale Materialspannungen verringert werden. Gewissermaßen kann mit der Multifokusverteilung eine homogene Flattopstrahlform mit den Einzelfoki imitiert werden, wobei jedoch jeder Einzelfokus beispielsweise Gaußförmig ist. Dementsprechend sind die Anforderungen etwa an die Phasenfront des Laserstrahls deutlich geringer als bei einem Flattopstrahl. So kann der Ultrakurzpulslaser beispielsweise in seiner Grundmode betrieben werden und benötigt keinen Multimode-Betrieb. Die kurze Pulsdauer von Ultrakurzpulslasern gegenüber Excimerlasern ermöglicht hierbei zudem das Verarbeiten der Teilbereiche mit einem deutlich reduzierten Wärmeeintrag. A multi-focus distribution is provided by a so-called beam shaping device, whereby the incident laser beam can be divided into a plurality of partial laser beams that are guided to different individual foci. Beam shaping includes the design of the multi-focus distribution. The beam shaping can also include the design of the individual foci, such as the formation of Gaussian or non-diffractive laser beams. By distributing the laser energy to different individual foci, the laser energy is also distributed in the boundary layer. In this way, in particular, a flat processing of the partial area can be achieved, whereby lateral material stresses are reduced. In a sense, the multifocus distribution can be used to imitate a homogeneous flattop beam shape with the individual foci, although each individual focus is, for example, Gaussian. Accordingly, the requirements for the phase front of the laser beam are significantly lower than with a flattop beam. For example, the ultrashort pulse laser can be operated in its basic mode and does not require multimode operation. The short pulse duration of ultra-short pulse lasers compared to excimer lasers also enables the partial areas to be processed with significantly reduced heat input.
Die Repetitionsrate der Laserpulse kann größer als 1 kHz sein, bevorzugt größer als 50kHz sein, besonders bevorzugt größer als 1 MHz sein. The repetition rate of the laser pulses can be greater than 1 kHz, preferably greater than 50 kHz, particularly preferably greater than 1 MHz.
Durch die Repetitionsrate der Laserpulse kann insbesondere die Verarbeitungsgeschwindigkeit eingestellt werden. Beispielsweise kann mit einem Laserpuls ein Teilbereich verarbeitet werden. Dementsprechend können mehr Teilbereiche verarbeitet werden, wenn eine hohe Repetitionsrate der Laserpulse gewählt wird. The processing speed in particular can be adjusted by the repetition rate of the laser pulses. For example, a partial area can be processed with a laser pulse. Accordingly, more partial areas can be processed if a high repetition rate of the laser pulses is selected.
Die Repetitionsrate der Laserpulse kann beispielsweise 10MHz sein, so dass pro Sekunde über zehn Millionen Teilbereiche verarbeitet werden können. Dadurch wird ein besonders hoher Durchsatz von Teilbereichen ermöglicht. The repetition rate of the laser pulses can be, for example, 10MHz, so that over ten million partial areas can be processed per second. This enables a particularly high throughput of partial areas.
Die Wellenlänge des Laserstrahls kann zwischen 50nm und 300nm liegen, bevorzugt zwischen 250nm oder 270nm liegen. The wavelength of the laser beam can be between 50nm and 300nm, preferably between 250nm or 270nm.
Die Wellenlänge kann insbesondere so ausgelegt sein, dass die Teilbereiche bei der Wellenlänge eine besonders hohe Absorption aufweist und das Substrat eine geringe Absorption aufweist. Dadurch können die Teilbereiche durch das Substrat hindurch verarbeitet werden. Zudem können mit kleinen Wellenlängen auch kleinere Fokuszonen ausgebildet werden, so dass besonders kleine Strukturen auf dem Substrat gezielt beaufschlagt werden können. The wavelength can in particular be designed so that the subregions at the wavelength have a particularly high absorption and the substrate has a low absorption. This allows the partial areas to be processed through the substrate. In addition, smaller focus zones can also be formed with small wavelengths, so that particularly small structures on the substrate can be targeted.
Der Ultrakurzpulslaser kann in seiner Grundmode betrieben werden, wobei die Beugungsmaßzahl M2 kleiner als 1 ,5 ist. The ultrashort pulse laser can be operated in its basic mode, with the diffraction coefficient M 2 being less than 1.5.
Dementsprechend kann als Lasermode die grundlegende Transversal-Elektrische Mode TEM00 verwendet werden, die im Strahlquerschnitt eine reine Gauß’sche Strahlform aufweist und dadurch prinzipiell die höchste Strahlqualität aufweist. Insbesondere ist bei der TEOO Mode der Strahlquerschnitt kleiner als bei den höheren Moden, so dass eine gezieltere Verarbeitung der Teilbereiche ermöglicht wird. Die Beugungsmaßzahl gibt hierbei die Abweichung des Laserstrahl von der idealen TEOO Mode an. Accordingly, the basic transversal electrical mode TEM00 can be used as the laser mode, which has a pure Gaussian beam shape in the beam cross section and therefore in principle has the highest beam quality. In particular, TEOO fashion is... Beam cross section smaller than that of the higher modes, enabling more targeted processing of the partial areas. The diffraction coefficient indicates the deviation of the laser beam from the ideal TEOO mode.
Die Fluenz kann zwischen 0,05J/cm2 und 10J/cm2 liegen, bevorzugt zwischen 0,1J/cm2 und 1J/cm2 liegen. The fluence can be between 0.05J/cm2 and 10J/cm2, preferably between 0.1J/cm2 and 1J/cm2.
Durch die Fluenz kann die Verarbeitungsqualität eingestellt werden, da die in der Grenzschicht deponierte Energie direkt den LLO- oder LIFT-Prozess beeinflusst. Beispielsweise hat die deponierte Energie einen Einfluss auf die Größe des entstehenden Dampfdrucks, der die Teilbereiche vom Substrat löst. The processing quality can be adjusted using the fluence, as the energy deposited in the boundary layer directly influences the LLO or LIFT process. For example, the deposited energy has an influence on the magnitude of the resulting vapor pressure, which detaches the partial areas from the substrate.
Vorzugsweise können alle Einzelfoki der Multifokusverteilung in der Grenzschicht liegen. Dadurch kann eine besonders effektive Verarbeitung der Teilbereiche erreicht werden. Preferably, all individual foci of the multifocus distribution can lie in the boundary layer. This allows particularly effective processing of the partial areas to be achieved.
Die Fokuszonen der Multifokusverteilung können innerhalb der geometrischen Ausdehnung der Teilbereiche angeordnet sein und/oder eine Einhüllende der Multifokusverteilung kann eine mit der geometrischen Ausdehnung des Teilbereichs korrespondierende Form aufweisen. The focus zones of the multi-focus distribution can be arranged within the geometric extent of the sub-regions and/or an envelope of the multi-focus distribution can have a shape that corresponds to the geometric extent of the sub-region.
Beispielsweise kann ein Teilbereich eine Abmessung von 10x20pm2 aufweisen. Die Multifokusverteilung kann 6 Einzelfoki aufweisen, wobei vier in den Ecken des Teilbereichs und 2 in der Mitte der langen Seiten angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Teilbereich eine Abmessung von 5x10pm2 aufweisen. Die Multifokusverteilung kann 2 Einzelfoki umfassen, wobei beide Einzelfoki an den gegenüberliegenden Längsenden angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Teilbereich elliptisch sein und die Multifokusverteilung kann zwei Einzelfoki umfassen, die in den Brennpunkten der Ellipse angeordnet sind. Beispielsweise kann ein Teilbereich rund sein, einen Durchmesser von 30pm aufweisen und die Multifokusverteilung kann 5 Einzelfoki umfassen, die in gleichmäßigem Abstand auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 20pm liegen. Beispielsweise kann zusätzlich ein weiterer Einzelfokus in der Mitte des Teilbereichs angeordnet werden. Beispielsweise kann eine Mikro-LED quadratisch sein und die Einzelfoki können auf einem quadratischen Gitter angeordnet sein. For example, a partial area can have a dimension of 10x20pm2. The multifocus distribution can have 6 individual foci, with four in the corners of the sub-area and 2 in the middle of the long sides. For example, a partial area can have a dimension of 5x10pm2. The multifocus distribution can include 2 individual foci, with both individual foci being arranged at the opposite longitudinal ends. For example, a partial area can be elliptical and the multi-focus distribution can include two individual foci that are arranged in the foci of the ellipse. For example, a sub-area can be round, have a diameter of 30pm and the multi-focus distribution can include 5 individual foci that are evenly spaced on a circle with a diameter of 20pm. For example, a further individual focus can also be arranged in the middle of the partial area. For example, a micro-LED can be square and the individual foci can be arranged on a square grid.
Die Multifokusverteilung kann an verschiedene Teilbereichgeometrien angepasst werden. Beispielsweise kann die Verteilung der Einzelfoki in der Grenzschicht durch die Strahlformungsvorrichtung eingestellt werden. Dadurch können mit einer einzelnen Vorrichtung unterschiedliche Teilbereiche verarbeitet werden, so dass eine besonders effiziente Verarbeitung verschiedener Teilbereiche erreicht wird. Dadurch können insbesondere die Produktionskosten gesenkt werden. Insbesondere kann der Einzelfokus hierbei kleiner sein als die geometrischen Abmessungen des Teilbereichs, vorzugsweise kleiner als die Hälfte, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel, der geometrischen Abmessungen des Teilbereichs sein. The multi-focus distribution can be adapted to different partial area geometries. For example, the distribution of the individual foci in the boundary layer can be adjusted by the beam shaping device. This means that different sub-areas can be processed with a single device, so that particularly efficient processing of different sub-areas is achieved. This means that production costs in particular can be reduced. In particular, the individual focus can be smaller than the geometric dimensions of the partial area, preferably smaller than half, particularly preferably smaller than a tenth, of the geometric dimensions of the partial area.
Beispielsweise kann ein Teilbereich 20x30pm2 groß sein, während ein Einzelfokus einen Durchmesser von weniger als 5pm beispielsweise 1 , 2, 3 oder 4 pm aufweisen kann. Beispielsweise kann eine elliptischer Teilbereich eine kleine und eine große Halbachse mit einer Länge von 5pm beziehungsweise 25pm aufweisen. Dann kann der Durchmesser der Einzelfoki beispielsweise kleiner als 2,5pm oder kleiner als 0,5pm sein. For example, a partial area can be 20x30pm2, while an individual focus can have a diameter of less than 5pm, for example 1, 2, 3 or 4 pm. For example, an elliptical partial area can have a minor and a major semi-axis with a length of 5pm and 25pm respectively. Then the diameter of the individual foci can be, for example, smaller than 2.5pm or smaller than 0.5pm.
Dadurch wird ermöglicht, dass der Teilbereich gezielt verarbeitet wird ohne, dass umliegende Strukturen auf dem Substrat geschädigt werden. Insbesondere können dadurch auch mehrere Einzelfoki in der Geometrie des Teilbereichs verteilt werden ohne, dass die Einzelfoki überlappen und die darin laufenden Laserstrahlen miteinander interferieren. This makes it possible for the partial area to be processed in a targeted manner without damaging surrounding structures on the substrate. In particular, this allows several individual foci to be distributed in the geometry of the partial area without the individual foci overlapping and the laser beams running therein interfering with one another.
Der räumliche Abstand der Einzelfoki der Multifokusverteilung kann kleiner als der der fünffache Fokusdurchmesser sein, bevorzugt kleiner als der zweifache Fokusdurchmesser sein. Der Fokusdurchmesser wird hier insbesondere bestimmt durch die Strahltaille der Einzellaserstrahlen, die die Einzelfoki ausbilden. Die Strahltaille steht hierbei insbesondere in Beziehung mit der Wellenlänge des Laserstrahls, wobei eine kleinere Wellenlänge eine kleinere Strahltaille ermöglicht. Der räumliche Abstand der Einzelfoki der Multifokusverteilung kann kleiner als 1 Opm sein. Hierbei wird der Abstand der Einzelfoki von dem Mittelpunkt der jeweiligen Einzelfoki gerechnet. The spatial distance between the individual foci of the multifocus distribution can be smaller than five times the focus diameter, preferably smaller than twice the focus diameter. The focus diameter here is determined in particular by the beam waist of the individual laser beams that form the individual foci. The beam waist is in particular related to the wavelength of the laser beam, with a smaller wavelength enabling a smaller beam waist. The spatial distance between the individual foci of the multifocus distribution can be smaller than 1 opm. The distance between the individual foci is calculated from the center of the respective individual foci.
Benachbarte Einzelfoki der Multifokusverteilung können eine zueinander orthogonale Polarisation aufweisen. Adjacent individual foci of the multifocus distribution can have polarization that is orthogonal to one another.
Die Polarisation beschreibt hierbei die Ausrichtung, insbesondere die räumlich oder zeitlich veränderliche Ausrichtung des elektrischen Feldvektors des Laserstrahls relativ zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls. Polarization describes the alignment, in particular the spatially or temporally variable alignment of the electric field vector of the laser beam relative to the direction of propagation of the laser beam.
Eine Polarisation ist hierbei gegeben durch eine lineare Polarisation oder einer zirkulare oder eine elliptische Polarisation des Laserstrahlen. Orthogonal sind die Polarisationen, wenn die elektrischen Feldvektoren der Laserstrahlen zu jederzeit orthogonal zueinander sind. Beispielsweise sind Laserstrahlen, die senkrecht und parallel zur Einfallsebene polarisiert sind, orthogonal zueinander. Beispielsweise sind links- und rechtzirkular polarisierte Laserstrahlen senkrecht zueinander. Eine orthogonale Polarisation führt dazu, dass die Laserstrahlen der jeweiligen Einzelfoki bei kleinen Abständen nicht miteinander interferieren, so dass die Phasenfront der Laserstrahlen in den Einzelfoki erhalten bleibt. Dadurch kann die Verteilung der Laserenergie besonders homogen gestaltet werden, da gewissermaßen die Lücken zwischen den Einzelfoki einer ersten Polarisation mit Einzelfoki einer zweiten Polarisation aufgefüllt werden, wobei die erste und die zweite Polarisation orthogonal zueinander sind. Damit durch diese Art des Einbringens der Laserenergie können insbesondere Materialspannungen vermieden werden und somit die Prozessqualität gesteigert werden. Polarization is given here by a linear polarization or a circular or an elliptical polarization of the laser beams. The polarizations are orthogonal if the electric field vectors of the laser beams are orthogonal to one another at all times. For example, laser beams that are polarized perpendicular and parallel to the plane of incidence are orthogonal to each other. For example, left and right circularly polarized laser beams are perpendicular to each other. Orthogonal polarization means that the laser beams of the respective individual foci do not interfere with one another at small distances, so that the phase front of the laser beams in the individual foci is preserved. This allows the distribution of the laser energy to be particularly homogeneous be designed because, so to speak, the gaps between the individual foci of a first polarization are filled with individual foci of a second polarization, the first and the second polarization being orthogonal to one another. Material tensions in particular can be avoided by introducing laser energy in this way and the process quality can therefore be increased.
Die Multifokusverteilung kann einen Intensitätsgradienten aufweisen, insbesondere können die Einzelfoki mindestens teilweise verschiedene Intensitäten aufweisen. The multifocus distribution can have an intensity gradient; in particular, the individual foci can have at least partially different intensities.
Ein Intensitätsgradient kann hierbei verstanden werden als ein Ansteigen oder Abfallen der Intensität von einem Einzelfokus zu einem anderen Einzelfokus. An intensity gradient can be understood as an increase or decrease in intensity from one individual focus to another individual focus.
Beispielsweise kann eine Multifokusverteilung aus 3x3 Einzelfoki bestehen, wobei der mittlere Einzelfokus eine höhere Intensität aufweist als die benachbarten Einzelfoki. Es kann aber auch sein, dass der mittlere Einzelfokus eine geringere Intensität aufweist als die benachbarten Einzelfoki. Letzteres kann insbesondere vorteilhaft sein, da die in die Mitte des Teilbereichs deponierte Laserenergie sich gewissermaßen radial ausbreitet und den Teilbereich verarbeitet, während an dem Rand des Teilbereichs die deponierte Laserenergie über den Rand des Teilbereichs hinaus wirken kann. Dementsprechend kann durch eine höhere Intensität am Rand der Multifokusverteilung insgesamt eine bessere Verarbeitung des Teilbereichs ermöglicht werden. For example, a multifocus distribution can consist of 3x3 individual foci, with the middle individual focus having a higher intensity than the neighboring individual foci. However, it can also be the case that the central individual focus has a lower intensity than the neighboring individual foci. The latter can be particularly advantageous since the laser energy deposited in the middle of the sub-area spreads radially, so to speak, and processes the sub-area, while at the edge of the sub-area the laser energy deposited can act beyond the edge of the sub-area. Accordingly, a higher intensity at the edge of the multifocus distribution can enable better processing of the partial area overall.
Durch einen Intensitätsgradienten kann somit die Beaufschlagung der Grenzschicht mit der Laserenergie eingestellt werden, um insbesondere auch die geometrischen Eigenschaften des Teilbereichs zu berücksichtigen. Dabei kann beispielsweise auch der Abstand der Einzelfoki berücksichtigt werden. The exposure of the boundary layer to the laser energy can thus be adjusted by means of an intensity gradient in order in particular to take into account the geometric properties of the partial area. For example, the distance between the individual foci can also be taken into account.
Es ist aber auch möglich, dass die Einzelfoki eine homogene Intensitätsverteilung aufweisen. However, it is also possible for the individual foci to have a homogeneous intensity distribution.
Die Grenzschicht kann in den Einzelfoki der Multifokusverteilung gleichzeitig beaufschlagt werden, wobei die Beaufschlagung gleichzeitig erfolgt, wenn der maximale zeitliche Abstand der Beaufschlagung in den Einzelspots kürzer als 10ns, bevorzugt kürzer als 1 ns besonders bevorzugt kürzer als 100 ps ist. The boundary layer can be acted upon simultaneously in the individual foci of the multifocus distribution, the loading occurring simultaneously if the maximum time interval of the loading in the individual spots is shorter than 10 ns, preferably shorter than 1 ns, particularly preferably shorter than 100 ps.
Die Beaufschlagung der Grenzschicht in den Einzelfoki der Multifokusverteilung ist somit gleichzeitig, wenn die Laserpulse die Grenzschicht innerhalb der typischen Pulsdauer eines Excimerlasers erreichen. The impact on the boundary layer in the individual foci of the multifocus distribution is therefore simultaneous when the laser pulses reach the boundary layer within the typical pulse duration of an excimer laser.
Somit können die Laserstrahlen, die die Multifokusverteilung erzeugen, also auch auf unterschiedlichen Wegen die Grenzschicht erreichen. Beispielsweise kann bei einer Winkeldivergenz der einzelnen Teillaserstrahlen die Grenzschicht schon aus geometrischen Gründen zu unterschiedlichen Zeiten beaufschlagt werden, jedoch innerhalb der oben gesetzten Grenzen. This means that the laser beams that generate the multi-focus distribution can also reach the boundary layer in different ways. For example, one can Angular divergence of the individual partial laser beams means that the boundary layer is acted upon at different times for geometric reasons, but within the limits set above.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Einzelfoki gezielt zu unterschiedlichen Zeiten mit der Laserenergie beaufschlagt wird. Beispielsweise kann der Laserpuls ein Laserburst sein, wie oben dargestellt. Die Einzelpulse des Laserbursts können einen zeitlichen Abstand aufweisen, der geringer als die oben genannte Grenze ist. Jedoch werden die Einzelpulse des Laserbursts definitionsgemäß immer noch gleichzeitig in die Grenzschicht eingebracht. Beispielsweise kann der Laserburst 5 Pulse in einem Abstand von 0,1 ns umfassen, wobei die Pulslänge 10ps beträgt. Die Einzelpulse des Laserbursts gelangen de facto also zu unterschiedlichen Zeiten in die Grenzschicht. Jedoch gelangen die Einzelpulse innerhalb von 0,5ns in die Grenzschicht, so dass sie definitionsgemäß gleichzeitig in die Grenzschicht eingebracht werden. Durch die definitionsgemäße Gleichzeitigkeit wird betont, dass die Einzelpulse nicht als separate Pulse wirken, sondern in der Grenzschicht als eine gemeinsame Einheit fungieren. Beispielsweise kann durch den geringen Abstand der Einzelpulse die Akkumulation der Laserenergie in der Grenzschicht schneller sein, als der Abtransport der Laserenergie durch materialspezifische Relaxationsprozesse. However, it is also possible for the individual foci to be specifically exposed to the laser energy at different times. For example, the laser pulse can be a laser burst, as shown above. The individual pulses of the laser burst can have a time interval that is less than the limit mentioned above. However, by definition, the individual pulses of the laser burst are still introduced into the boundary layer at the same time. For example, the laser burst can comprise 5 pulses at a distance of 0.1 ns, with the pulse length being 10ps. The individual pulses of the laser burst actually reach the boundary layer at different times. However, the individual pulses reach the boundary layer within 0.5 ns, so that by definition they are introduced into the boundary layer at the same time. The definition of simultaneity emphasizes that the individual pulses do not act as separate pulses, but rather function as a common unit in the boundary layer. For example, due to the small distance between the individual pulses, the accumulation of laser energy in the boundary layer can be faster than the removal of the laser energy through material-specific relaxation processes.
Es ist auch möglich, dass jeder Einzelpuls des Laserbursts in einen bestimmten Einzelfokus geleitet wird, so dass jeder Einzelfokus mit einem anderen Einzelpuls beaufschlagt wird. It is also possible for each individual pulse of the laser burst to be directed into a specific individual focus, so that each individual focus is subjected to a different individual pulse.
Ein solches zeitliches Versetzen der Laserpulse innerhalb der oben genannten Grenzen erlaubt es weiter, dass die Einzelfoki dicht gepackt werden können, also beispielsweise auch räumlich überlappen können. Dadurch, dass die Einzelpulse jedoch zeitlich nicht überlappen, können sie auch nicht miteinander interferieren und die Phasenfront des Laserstrahls verzerren. Da die Einzelpulse jedoch im Rahmen der gesetzten Grenzen gleichzeitig die Grenzschicht beaufschlagen, kann insgesamt eine weitere Homogenisierung des Strahlungsfeldes und somit auch eine Verbesserung der Prozessqualität erreicht werden. Such a temporal offset of the laser pulses within the above-mentioned limits further allows the individual foci to be tightly packed, i.e. also to overlap spatially, for example. However, because the individual pulses do not overlap in time, they cannot interfere with each other and distort the phase front of the laser beam. However, since the individual pulses simultaneously act on the boundary layer within the set limits, a further homogenization of the radiation field and thus an improvement in the process quality can be achieved.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines Teilbereichs eines Schichtsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren. The above object is further achieved by a device for processing a partial area of a layer system with the features of claim 12. Advantageous developments of the method result from the subclaims as well as the present description and the figures.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines Teilbereichs eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, vorgeschlagen, umfassend einen Ultrakurzpulslaser, eine Strahlformungsvorrichtung und eine Bearbeitungsoptik, wobei der Ultrakurzpulslaser dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl aus ultrakurzen Laserpulsen bereitzustellen, wobei der Teilbereich an einer Grenzschicht auf einem Substrat angeordnet ist, wobei das Substrat im Wesentlichen transparent für die Wellenlänge der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls ist, wobei die Strahlformungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, dem Laserstrahl eine Multifokusverteilung aufzuprägen, wobei die Bearbeitungsoptik dazu eingerichtet ist, die Multifokusverteilung des Laserstrahls in die Grenzschicht zu überführen und diese mit den ultrakurzen Laserpulsen zu beaufschlagen, wodurch der Teilbereich verarbeitet wird. Accordingly, a device for processing a portion of a layer system, in particular a micro-LED, is proposed, comprising an ultra-short pulse laser, a beam shaping device and processing optics, the ultra-short pulse laser also being used is set up to provide a laser beam made up of ultra-short laser pulses, the partial region being arranged at a boundary layer on a substrate, the substrate being essentially transparent to the wavelength of the ultra-short laser pulses of the laser beam, the beam shaping device being set up to impress a multi-focus distribution on the laser beam , whereby the processing optics is set up to transfer the multi-focus distribution of the laser beam into the boundary layer and to apply the ultra-short laser pulses to it, whereby the partial area is processed.
Beispielsweise kann eine solche Bearbeitungsoptik eine Linse oder ein Spiegel oder ein Teleskop sein, mit dem insbesondere die Lage der Fokusebene in Strahlausbreitungsrichtung bestimmt werden kann. Dadurch kann die Fokusebene mit der Grenzschicht zwischen Substrat und Teilbereich Überlapp gebracht werden. For example, such processing optics can be a lens or a mirror or a telescope, with which in particular the position of the focal plane in the beam propagation direction can be determined. This allows the focal plane to overlap with the boundary layer between the substrate and the partial area.
Der Ultrakurzpulslaser kann einen Grundlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1030nm bereitstellen und mindestens einen Frequenzverdopplungskristall umfassen, der dazu eingerichtet ist, die Frequenz des auftreffenden Laserstrahls zu verdoppeln, beziehungsweise die Wellenlänge zu halbieren. The ultrashort pulse laser can provide a basic laser beam with a wavelength of 1030 nm and include at least one frequency doubling crystal, which is designed to double the frequency of the incident laser beam or to halve the wavelength.
Der Grundlaserstrahl kann beispielsweise zweimal durch den Frequenzverdopplungskristall geführt werden, bevorzugt sequentiell durch einen ersten Frequenzverdopplungskristall und anschließend durch einen zweiten Frequenzverdopplungskristall geführt werden, wodurch die Frequenz des Grundlaserstrahls insgesamt vervierfacht wird, beziehungsweise die Wellenlänge des Grundlaserstrahls insgesamt geviertelt wird. Dadurch kann von dem Ultrakurzpulslaser insgesamt ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge zwischen 250nm und 270nm bereitgestellt werden. The basic laser beam can, for example, be guided twice through the frequency doubling crystal, preferably sequentially through a first frequency doubling crystal and then through a second frequency doubling crystal, whereby the frequency of the basic laser beam is quadrupled overall, or the wavelength of the basic laser beam is quartered overall. As a result, the ultrashort pulse laser can provide a total laser beam with a wavelength between 250nm and 270nm.
Die ultrakurzen Laserpulse eignen sich wegen ihrer hohen Pulsspitzenintensität besonders gut für solche Frequenzverdopplungen, da diese nicht-linearen Effekte typischerweise mit der verwendeten Intensität skalieren. Dadurch ist es auch besonders einfach Wellenlänge im UV-Bereich oder DUV (deep-UV) Bereich bereitzustellen. The ultra-short laser pulses are particularly suitable for such frequency doubling due to their high pulse peak intensity, as these non-linear effects typically scale with the intensity used. This also makes it particularly easy to provide wavelengths in the UV range or DUV (deep-UV) range.
Die Strahlformungsvorrichtung kann ein akustooptischer Deflektors und/oder ein Mikrolinsenarray und/oder ein diffraktives optisches sein. The beam shaping device may be an acousto-optical deflector and/or a microlens array and/or a diffractive optical one.
Ein diffraktives optisches Element ist dazu eingerichtet, den einfallenden Laserstrahl in zwei Raumdimensionen in einer oder mehreren Eigenschaften zu beeinflussen. Typischerweise ist ein diffraktives optisches Element ein speziell ausgeformtes Beugungsgitter, wobei durch die Beugung der einfallende Laserstrahl in die gewünschte Strahlform gebracht wird. In einer akustooptischen Deflektoren-Einheit wird mit einer Wechselspannung an einem Piezokristall in einem optisch angrenzenden Material eine akustische Welle erzeugt, die den Brechungsindex des Materials periodisch moduliert. Die Welle kann hierbei durch das optische Material propagieren, beispielsweise als propagierende Welle oder als Wellenpaket, oder als stehende Welle ausgebildet sein. Durch die periodische Modulation des Brechungsindex wird hierbei ein Beugungsgitter für einen einfallenden Laserstrahl realisiert. Ein einfallender Laserstrahl wird an dem Beugungsgitter gebeugt und dadurch zumindest teilweise unter einem Winkel zu seiner ursprünglichen Strahlausbreitungsrichtung abgelenkt. Die Gitterkonstante des Beugungsgitters und somit der Ablenkwinkel hängt dabei unter anderem von der Wellenlänge der akustischen Welle ab und dadurch von der Frequenz der angelegten Wechselspannung. Über eine Kombination von zwei akustooptischen Deflektoren in einer Deflektoren-Einheit lassen sich so beispielsweise Ablenkungen in x- und y-Richtung erzeugen. A diffractive optical element is designed to influence the incident laser beam in one or more properties in two spatial dimensions. Typically, a diffractive optical element is a specially shaped diffraction grating, whereby the incident laser beam is brought into the desired beam shape through diffraction. In an acousto-optical deflector unit, an acoustic wave is generated using an alternating voltage on a piezo crystal in an optically adjacent material, which periodically modulates the refractive index of the material. The wave can propagate through the optical material, for example as a propagating wave or as a wave packet, or as a standing wave. The periodic modulation of the refractive index creates a diffraction grating for an incident laser beam. An incident laser beam is diffracted at the diffraction grating and thereby at least partially deflected at an angle to its original beam propagation direction. The grating constant of the diffraction grating and thus the deflection angle depends, among other things, on the wavelength of the acoustic wave and therefore on the frequency of the applied alternating voltage. For example, deflections in the x and y directions can be created using a combination of two acousto-optical deflectors in a deflector unit.
Die akustooptische Deflektoren-Einheit kann insbesondere eine polarisationsabhängige akutooptische Deflektoren-Einheit sein und dadurch besonders leistungstauglich sein. Beispielswiese kann die aktusooptische Deflektoren-Einheit eine Deflektoren-Einheit auf Quarzbasis sein. The acousto-optical deflector unit can in particular be a polarization-dependent acousto-optical deflector unit and can therefore be particularly suitable for performance. For example, the actus-optical deflector unit can be a quartz-based deflector unit.
Mikrolinsenarrays umfassen Anordnungen von mehreren Mikrolinsen. Mikrolinsen sind hierbei kleine Linsen, insbesondere Linsen mit einem typischen Abstand Linsenmitte zu Linsenmitte („Pitch“) von 0,1 bis 10 mm bevorzugt 1 mm, wobei jede Einzellinse der Anordnung die Wirkung einer normalen, makroskopischen Linse aufweisen kann. Mit den mehreren Mikrolinsenarrays wird aus dem (zumindest im Wesentlichen) kollimierten Eingangslaserstrahl ein Winkelspektrum erzeugt, wobei je nach Abstand der Mikrolinsenarrays durch Interferenz- und Beugungseffekte eine Vielzahl an Teillaserstrahlen entstehen. Aus der variablen Veränderung des Interferenzmusters folgt eine Variation der Anzahl an Teillaserstrahlen. Microlens arrays include arrangements of multiple microlenses. Microlenses are small lenses, in particular lenses with a typical distance from lens center to lens center (“pitch”) of 0.1 to 10 mm, preferably 1 mm, whereby each individual lens in the arrangement can have the effect of a normal, macroscopic lens. With the multiple microlens arrays, an angular spectrum is generated from the (at least essentially) collimated input laser beam, with a large number of partial laser beams being created depending on the distance between the microlens arrays due to interference and diffraction effects. The variable change in the interference pattern results in a variation in the number of partial laser beams.
Mindestens eine optische Komponente der Vorrichtung kann CaF oder kristallinen Quarz umfassen, oder aus CaF oder kristallinem Quarz sein und/oder als reflektive Element ausgestaltet sein. At least one optical component of the device can comprise CaF or crystalline quartz, or can be made of CaF or crystalline quartz and/or can be designed as a reflective element.
Beispielsweise kann die Bearbeitungsoptik eine solche optische Komponente sein. Es ist aber auch möglich, dass ein Spiegel und/oder ein Linsensystem, welches den Laserstrahl vom Ultrakurzpulslaser zur Strahlformungsvorrichtung führt, eine solche optische Komponente ist. For example, the processing optics can be such an optical component. However, it is also possible for a mirror and/or a lens system, which guides the laser beam from the ultrashort pulse laser to the beam shaping device, to be such an optical component.
Optische Komponenten aus CaF oder kristallinem Quarz eignen sich besonders für UV und/oder DUV Anwendungen, da sie für die kurzen Wellenlängen eine sehr geringe Absorption aufweisen. Reflektive Elemente haben hierbei den Vorteil, dass die UV Strahlen nicht in das Material der optischen Komponenten eindringen und mit ihm wechselwirken. Insbesondere können dadurch unerwünschte nichtlineare Effekte vermieden werden. Optical components made of CaF or crystalline quartz are particularly suitable for UV and/or DUV applications because they have very low absorption for the short wavelengths. Reflective elements have the advantage that the UV rays do not penetrate the material optical components penetrate and interact with it. In particular, undesirable non-linear effects can be avoided.
Die Vorrichtung kann eine Steuerung aufweisen, die kommunikativ mit dem Ultrakurzpulslaser und der Strahlformungsvorrichtung verbunden ist und dazu eingerichtet ist, den Ultrakurzpulslaser die Strahlformungsvorrichtung zu steuern. The device can have a controller that is communicatively connected to the ultrashort pulse laser and the beam shaping device and is set up to control the ultrashort pulse laser and the beam shaping device.
Beispielsweise kann die Steuerung ein FPGA und/oder ein Computer und/oder ein Mikrochip sein. In dem die Steuerung mit der Strahlformungsvorrichtung und dem Ultrakurzpulslaser kommunikativ verbunden ist, kann die Steuerung entsprechende Steuersignale senden und empfangen. For example, the controller can be an FPGA and/or a computer and/or a microchip. By communicatively connecting the controller to the beam shaping device and the ultrashort pulse laser, the controller can send and receive corresponding control signals.
Insbesondere ist es dadurch möglich, dass die Pulsabgabe durch den Ultrakurzpulslaser gesteuert wird. Insbesondere ist es dadurch möglich, dass Anpassung der Fokusposition durch die Strahlformungsvorrichtung gesteuert wird. Insbesondere ist es möglich, dass die Anpassung der Fokusposition und die Abgabe der Laserpulse miteinander koordiniert wird. In particular, it is possible for the pulse output to be controlled by the ultrashort pulse laser. In particular, this makes it possible for the adjustment of the focus position to be controlled by the beam shaping device. In particular, it is possible for the adjustment of the focus position and the delivery of the laser pulses to be coordinated with one another.
Die Steuerbefehle beziehungsweise deren Ausführung kann hierbei in allen angeschlossenen Vorrichtungen mit der Seed-Frequenz des Lasers synchronisiert werden, so dass eine gemeinsame Zeitbasis für alle Komponenten existiert. The control commands or their execution can be synchronized with the seed frequency of the laser in all connected devices, so that a common time base exists for all components.
Die Vorrichtung kann eine Vorschubvorrichtung aufweisen, bevorzugt einen Scanner, besonders bevorzugt einen Galvano-Scanner, die dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl in der Fokusebene zu, wobei die Vorschubvorrichtung kommunikativ mit der Steuerung verbunden ist. The device can have a feed device, preferably a scanner, particularly preferably a galvano scanner, which is set up to direct the laser beam in the focal plane, the feed device being communicatively connected to the controller.
Sowohl die Vorschubvorrichtung als auch eine Scanner-Optik können über die Seed-Frequenz synchronisiert werden, so dass für den Vorschub, die Strahlablenkung, die Strahlformung und die Ansteuerung des gepulsten Lasers eine gemeinsame Zeitbasis existiert. Both the feed device and scanner optics can be synchronized via the seed frequency, so that a common time base exists for the feed, beam deflection, beam shaping and control of the pulsed laser.
Kurze Beschreibung der Figuren Short description of the characters
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: Preferred further embodiments of the invention are explained in more detail by the following description of the figures. Show:
Figur 1A, B eine schematische Darstellung des Verfahrens; Figures 1A, B show a schematic representation of the method;
Figur 2A, B, C, D schematische Darstellungen unterschiedlicher Multifokusverteilungen; Figure 2A, B, C, D schematic representations of different multifocus distributions;
Figur 3 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens; Figure 3 shows a further schematic representation of the method;
Figur 4 eine schematische Darstellung der Multifokusverteilung mit Einzelfoki mit zueinander orthogonalen Polarisationen; Figur 5 eine schematische Darstellung eines Laserbursts; Figure 4 shows a schematic representation of the multi-focus distribution with individual foci with mutually orthogonal polarizations; Figure 5 shows a schematic representation of a laser burst;
Figur 6A, B, C eine schematische Darstellung unterschiedlicher Multifokusverteilung; Figure 6A, B, C shows a schematic representation of different multi-focus distribution;
Figur 7 eine weitere schematische Darstellung des Verfahrens; Figure 7 shows a further schematic representation of the method;
Figur 8A, B eine Intensitätsverteilung einer Multifokusverteilung und eine damitFigures 8A, B show an intensity distribution of a multi-focus distribution and one with it
Verarbeitete Mikro-LED; und Processed micro LED; and
Figur 9 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Figure 9 is a schematic representation of the device according to the invention.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele Detailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden. Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. The same, similar or identical elements in the different figures are given identical reference numbers, and a repeated description of these elements is partly omitted in order to avoid redundancies.
In Figur 1 A ist schematisch ein vereinfachtes Verarbeitungsverfahren, insbesondere ein LLO beziehungsweise LIFT Verfahren gezeigt, bei dem ein Teilbereich 1 in Form einer Mikro-LED 1 , von einem Substrat 30 direkt auf eine Aktivmatrix 32 übertragen wird. Das vereinfachte Bearbeitungsverfahren gilt analog für allgemeine Teilbereiche 1 des Schichtsystems. 1 A schematically shows a simplified processing method, in particular an LLO or LIFT method, in which a partial area 1 in the form of a micro-LED 1 is transferred from a substrate 30 directly to an active matrix 32. The simplified processing procedure applies analogously to general subareas 1 of the shift system.
Hierfür wird von einem Ultrakurzpulslaser 2 (nicht gezeigt) ein Laserstrahl 20 bereitgestellt, in dem die ultrakurzen Laserpulse 202 laufen. Die ultrakurzen Laserpulse 202 weisen hierbei eine Pulsdauer von zwischen 50fs und 1000ps auf, insbesondere zwischen 100fs und 10ps auf. Zudem liegt die Wellenlänge des Laserstrahl 20 zwischen 50nm und 300nm, bevorzugt zwischen 250 und 270nm. Die Repetitionsrate der Laserpulse 202 größer kann 10kHz sein, bevorzugt größer als 50kHz sein, besonders bevorzugt größer als 1 MHz sein und/oder die Fluenz kann zwischen 0,05J/cm2 und 10J/cm2 liegen, bevorzugt zwischen 0,1J/cm2 und 1J/cm2 liegen. For this purpose, a laser beam 20 is provided by an ultra-short pulse laser 2 (not shown), in which the ultra-short laser pulses 202 run. The ultra-short laser pulses 202 have a pulse duration of between 50fs and 1000ps, in particular between 100fs and 10ps. In addition, the wavelength of the laser beam 20 is between 50nm and 300nm, preferably between 250 and 270nm. The repetition rate of the laser pulses 202 can be greater than 10 kHz, preferably greater than 50 kHz, particularly preferably greater than 1 MHz and/or the fluence can be between 0.05J/cm2 and 10J/cm2, preferably between 0.1J/cm2 and 1J /cm2.
Zudem kann der Laser 2 in seiner Grundmode betrieben werden. Dementsprechend kann als Lasermode die grundlegende Transversal-Elektrische Mode TEM00 verwendet werden, die im Strahlquerschnitt eine reine Gauß’sche Strahlform aufweist und dadurch prinzipiell die höchste Strahlqualität aufweist. Insbesondere ist bei der TEM00 Mode der Strahlquerschnitt kleiner als bei den höheren Moden, so dass eine gezieltere Verarbeitung der Teilbereiche 1 ermöglicht wird. In addition, the laser 2 can be operated in its basic mode. Accordingly, the basic transversal electrical mode TEM00 can be used as the laser mode, which has a pure Gaussian beam shape in the beam cross section and therefore in principle has the highest beam quality. In particular, in the TEM00 mode the beam cross section is smaller than in the higher modes, so that a more targeted processing of the partial areas 1 is possible.
Der Teilbereich 1 in Form einer Mikro-LED 1 ist hierbei im Ausgangszustand an einer Grenzschicht 130 auf dem Substrat 30 angeordnet. Beispielsweise kann das Substrat 30 aus Saphir ausgebildet sein und kann eine Materialdicke zwischen 100pm und 5 mm aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat 30 eine Trägerschicht ist, bzw. ein Trägersubstrat ist, etwa eine Folie, ein Klebstoff oder ein Wafer, von dem aus in einem weiteren Schritt die Mikro-LEDs 1 auf ein Displaypanel übertragen werden. Insbesondere sind die Schichtdicken in den Figur 1 A, B nicht maßstabsgetreu gezeichnet. The partial area 1 in the form of a micro-LED 1 is arranged in the initial state at a boundary layer 130 on the substrate 30. For example, the substrate 30 can be made of sapphire and can have a material thickness between 100 pm and 5 mm. However, it is also possible for the substrate 30 to be a carrier layer or a carrier substrate, such as a film, an adhesive or a wafer, from which the micro-LEDs 1 are transferred to a display panel in a further step. In particular, the layer thicknesses in Figures 1 A, B are not drawn to scale.
Die Mikro-LEDs 1 können hierbei mehrere Schichten 11 , 12, 13 aufweisen, beispielsweise eine Schicht 11 aus n-dotiertem Galliumnitrid GaN und eine Schicht 13 aus p-dotiertem GaN. Zwischen den beiden Schichten 11 , 13 bildet sich hierbei ein pn-Übergang aus 12, in dem beim Anlegen eines Stroms oder einer Spannung Licht einer charakteristischen Wellenlänge entsteht. Die Schichten 11 , 13 können beispielsweise zwischen 1 nm und 10pm dick sein kann. Beispielsweise können die vertikalen Schnitte in dem Schichtsystem schon vorhanden sein, beziehungsweise durch einen vorherigen Verfahrensschritt in das Schichtsystem eingebracht worden sein, so dass die herauszulösenden Mikro-LEDs 1 nur noch über die Grenzschicht 130 mit dem Substrat verbunden sind. The micro-LEDs 1 can have several layers 11, 12, 13, for example a layer 11 made of n-doped gallium nitride GaN and a layer 13 made of p-doped GaN. A pn junction 12 is formed between the two layers 11, 13, in which light of a characteristic wavelength is produced when a current or voltage is applied. The layers 11, 13 can be between 1 nm and 10 pm thick, for example. For example, the vertical cuts may already be present in the layer system, or may have been introduced into the layer system in a previous process step, so that the micro-LEDs 1 to be removed are only connected to the substrate via the boundary layer 130.
Dem Laserstrahl 20 wird durch eine Strahlformungsvorrichtung 4 eine Multifokusverteilung 22 aufgeprägt, welche im gezeigten Beispiel drei verschiedene Einzelfoki aufweist, die alle in der Grenzschicht 130 liegen. Dadurch wird die Grenzschicht 130 zwischen dem Teilbereich 1 und dem Substrat 30 mit dem Laserstrahl 20 beziehungsweise mit den darin laufenden Laserpulsen 202 beaufschlagt. Da das Substrat 30 transparent für die Wellenlänge des Laserstrahl 20 ist, kann der Laserstrahl 20 mit der Multifokusverteilung 22 durch das Substrat 30 zur Grenzschicht 130 geleitet werden. A multi-focus distribution 22 is impressed on the laser beam 20 by a beam shaping device 4, which in the example shown has three different individual foci, all of which lie in the boundary layer 130. As a result, the boundary layer 130 between the partial region 1 and the substrate 30 is exposed to the laser beam 20 or the laser pulses 202 running therein. Since the substrate 30 is transparent to the wavelength of the laser beam 20, the laser beam 20 can be guided with the multi-focus distribution 22 through the substrate 30 to the boundary layer 130.
Beispielsweise kann das GaN der ersten Schicht 11 der Mikro-LED 1 nicht transparent für die Wellenlänge des Laserstrahls 20 sein, so dass die eingebrachte Laserenergie der ultrakurzen Laserpulse 202 dort absorbiert wird. Durch die eingebrachte Energie kann an der Grenzfläche das GaN zu flüssigem Gallium und gasförmigem Stickstoff getrennt werden, wodurch sich an der Grenzfläche 130 ein Dampfdruck ausbildet, der die Mikro-LED 1 von dem Substrat 30 löst. Gleichzeitig kann beispielsweise durch Laserablation an der Grenzfläche 130 die Mikro-LED 1 von dem Substrat getrennt werden. Gewissermaßen kann durch die Wechselwirkung des Laserstrahls 20 mit der ersten Schicht eine gezielte Schädigung entlang der Grenzschicht 130 erreicht werden, so dass die Mikro-LED 1 entlang der Grenzschicht 130 getrennt werden kann. Das Ablösen der Mikro-LED 1 von dem Substrat 30 wird hierbei Laser Lift-Off (LLO) genannt. For example, the GaN of the first layer 11 of the micro-LED 1 may not be transparent to the wavelength of the laser beam 20, so that the laser energy introduced by the ultra-short laser pulses 202 is absorbed there. The energy introduced can separate the GaN into liquid gallium and gaseous nitrogen at the interface, whereby a vapor pressure is formed at the interface 130, which detaches the micro-LED 1 from the substrate 30. At the same time, the micro-LED 1 can be separated from the substrate, for example by laser ablation at the interface 130. To a certain extent, targeted damage along the boundary layer 130 can be achieved through the interaction of the laser beam 20 with the first layer, so that the micro-LED 1 can be separated along the boundary layer 130. The detachment of the micro-LED 1 from the substrate 30 is called laser lift-off (LLO).
Gleichzeitig können die Mikro-LEDs 1 durch die entstehenden Kräfte auf ein Trägersubstrat 32 übertragen werden. Insbesondere können so die Mikro-LEDs 1 direkt auf einem Trägersubstrat befestigt beispielsweise geklebt werden oder auf ein Trägersubstrat, beispielsweise einen weiteren Wafer, übertragen werden. Insbesondere kann der die Mikro-LED 1 so auf eine Aktivmatrix als Trägersubstrat 32 aufgetragen werden, die dazu eingerichtet ist, eine Spannungs- und/oder Stromversorgung der Mikro-LED 1 zur Verfügung zu stellen. At the same time, the micro-LEDs 1 can be transferred to a carrier substrate 32 by the resulting forces. In particular, the micro-LEDs 1 can be mounted directly on a carrier substrate attached, for example glued or transferred to a carrier substrate, for example another wafer. In particular, the micro-LED 1 can be applied to an active matrix as a carrier substrate 32, which is designed to provide a voltage and/or power supply to the micro-LED 1.
In Figur 1 B ist das Trägersubstrat 32 etwa eine adhäsive Schicht. Da die Mikro-LEDs 1 von dem Substrat 30 an der Grenzschicht 130 getrennt wurde, und auf die adhäsive Schicht 32 übertragen wurde, verbleiben beim Entfernen des Substrats 30 die gewünschten Mikro-LEDs 1 auf dem Trägersubstrat 32. In Figure 1B, the carrier substrate 32 is approximately an adhesive layer. Since the micro-LEDs 1 were separated from the substrate 30 at the boundary layer 130 and transferred to the adhesive layer 32, the desired micro-LEDs 1 remain on the carrier substrate 32 when the substrate 30 is removed.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Grenzschicht 130 mit der Multifokusverteilung 22. Die Multifokusverteilung 22 wird durch eine Strahlformungsvorrichtung 4 aus dem Laserstrahl 20 des Ultrakurzpulslasers 2 geformt und anschließend in die Grenzschicht 130 eingebracht. Insbesondere umfasst die Multifokusverteilung 22 mehrere Einzelfoki 220. Diese Einzelfoki können innerhalb der geometrischen Ausdehnung der Teilbereichs 1 angeordnet sein. Dadurch kann erreicht werden, dass die Grenzschicht 130 des Teilbereichs 1 gewissermaßen flächig mit der Laserenergie des Laserstrahl 20 beaufschlagt wird, so dass der Teilbereich 1 verarbeitet werden kann. Figure 2 shows a top view of the boundary layer 130 with the multi-focus distribution 22. The multi-focus distribution 22 is formed by a beam shaping device 4 from the laser beam 20 of the ultra-short pulse laser 2 and then introduced into the boundary layer 130. In particular, the multi-focus distribution 22 includes several individual foci 220. These individual foci can be arranged within the geometric extent of the partial area 1. This makes it possible for the boundary layer 130 of the partial region 1 to be exposed to the laser energy of the laser beam 20 over a certain area, so that the partial region 1 can be processed.
Figur 2A zeigt schematisch die Grenzschicht 130 eines rechteckigen Teilbereichs 1 , innerhalb der eine Multifokusverteilung 22 aus sechs Einzelfoki 220 angeordnet ist. Bevorzugt sind die Einzelfoki 220 gleichmäßig beabstandet und gleichmäßig über der Geometrie des Teilbereichs 1 verteilt, da dadurch ein besonders präzises und schonendes Verarbeiten des Teilbereichs 1 ermöglicht wird. Figure 2A shows schematically the boundary layer 130 of a rectangular sub-region 1, within which a multi-focus distribution 22 made up of six individual foci 220 is arranged. The individual foci 220 are preferably evenly spaced and evenly distributed over the geometry of the partial area 1, since this enables particularly precise and gentle processing of the partial area 1.
Figur 2B zeigt schematisch eine Grenzschicht 130 eines rechteckigen Teilbereichs 1 , innerhalb derer eine Multifokusverteilung 22 aus vier Einzelfoki 220 angeordnet ist, wobei die Einzelfoki 220 entlang einer Linie angeordnet sind. 2B shows schematically a boundary layer 130 of a rectangular subregion 1, within which a multifocus distribution 22 made up of four individual foci 220 is arranged, the individual foci 220 being arranged along a line.
Figur 2C zeigt schematisch eine Grenzschicht 130 eines runden Teilbereichs 1 , innerhalb dessen eine Multifokusverteilung 22 aus sechs Einzelfoki 220 angeordnet ist. Hierbei liegt ein Einzelfokus in der Mitte des Teilbereichs , während die fünf verbleibenden Einzelfoki radial vom Mittelpunkt beabstandet gleichmäßig angeordnet sind. 2C shows schematically a boundary layer 130 of a round partial area 1, within which a multi-focus distribution 22 made up of six individual foci 220 is arranged. Here, an individual focus is located in the middle of the sub-area, while the five remaining individual foci are evenly spaced radially from the center.
Figur 2D zeigt schematisch eine Grenzschicht 130 eines elliptischen Teilbereichs, innerhalb dessen eine Multifokusverteilung 22 aus zwei Einzelfoki 220 angeordnet ist. Die beiden Einzelfoki 220 stehen hierbei in den beiden Brennpunkten der Ellipse. Die Fokusdurchmesser der Einzelfoki sind hierbei deutlich kleiner als der Durchmesser des Teilbereichs 1 . Beispielsweise kann der Durchmesser der Einzelfoki etwa 6pm betragen, wenn der Teilbereich 1 geometrische Abmessungen in der Größenordnung von 30pm aufweist. In allen vorgenannten Beispielen ist der Mittelpunktabstand der Einzelfoki 220 kleiner als der fünffache Fokusdurchmesser der Einzelfoki. Dadurch kann eine besonders homogene, Beaufschlagung der Grenzschicht 130 erreicht werden. Insbesondere kann in den vorliegenden Fällen der Mittelpunktsabstand benachbarter Einzelfoki auch kleiner als 10pm sein. Insbesondere weist die Einhüllende der Multifokusverteilung eine mit der geometrischen Ausdehnung des Teilbereichs korrespondierende Form auf. In Figur 3 ist ein Verfahren gezeigt, mit dem mehrere Teilbereiche 1 sukzessive verarbeitet werden können. Hierzu wird die Multifokusverteilung 22 zwischen jedem Laserpuls 202 des Ultrakurzpulslasers 2 neu auf dem Substrat 30 orientiert. Jeder Laserpuls 202 des Ultrakurzpulslasers 2 wird hierbei in je sechs Einzelfoki 220 aufgeteilt und in die Grenzschicht 130 eingebracht. Jeder Laserpuls 202 weist einen Pulsenergie von mehr als 1 p J auf, so dass pro Einzelfokus etwa ein Sechstel davon ankommt. Bei einem Durchmesser der Einzelfoki von 20pm beträgt die Fluenz somit etwa 0,05J/cm2. Insbesondere können hierbei die Teilbereiche 1 mit der Repetitionsfrequenz des Ultrakurzpulslasers 2 verarbeitet werden. Wenn die Repetitionsfrequenz etwa bei 10MHz liegt, so können damit in der Sekunde zehn Millionen Teilbereiche 1 verarbeitet werden. Eine Aktivmatrix 32 eines Displays mit 3840 mal 2160 Mikro-LEDs 1 könnte damit theoretisch in unter einer Sekunde bestückt werden. 2D shows schematically a boundary layer 130 of an elliptical partial area, within which a multi-focus distribution 22 made up of two individual foci 220 is arranged. The two individual foci 220 are in the two focal points of the ellipse. The focus diameters of the individual foci are significantly smaller than the diameter of the partial area 1. For example, the diameter of the individual foci can be approximately 6pm if the partial area 1 has geometric dimensions of the order of 30pm. In all of the above examples the Center distance of the individual foci 220 smaller than five times the focus diameter of the individual foci. This allows a particularly homogeneous impact on the boundary layer 130 to be achieved. In particular, in the present cases, the center distance between neighboring individual foci can also be smaller than 10pm. In particular, the envelope of the multifocus distribution has a shape that corresponds to the geometric extent of the partial area. 3 shows a method with which several partial areas 1 can be processed successively. For this purpose, the multifocus distribution 22 is reoriented on the substrate 30 between each laser pulse 202 of the ultrashort pulse laser 2. Each laser pulse 202 of the ultrashort pulse laser 2 is divided into six individual foci 220 and introduced into the boundary layer 130. Each laser pulse 202 has a pulse energy of more than 1 pJ, so that about a sixth of it arrives per individual focus. With a diameter of the individual foci of 20pm, the fluence is approximately 0.05J/cm2. In particular, the partial areas 1 can be processed with the repetition frequency of the ultra-short pulse laser 2. If the repetition frequency is around 10MHz, ten million partial areas 1 can be processed per second. An active matrix 32 of a display with 3840 by 2160 micro-LEDs 1 could theoretically be populated in less than a second.
In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform des Verfahrens gezeigt. Hierbei entspricht der Mittelpunktsabstand etwa einem Fokusdurchmesser der Einzelfoki 220 oder auch weniger. Die Einzelfoki 220 können daher teilweise überlappen, so dass die zugehörigen Teillaserstrahlen miteinander interferieren können und somit die Phasenfront verzerren. Insbesondere kann dies zu einer Abschwächung der Laserintensität in den Einzelfoki 220 führen. Wenn jedoch benachbarte Einzelfoki 220 unterschiedliche Polarisationen aufweisen, so findet keine solche unvorteilhafte Beeinflussung benachbarter Einzelfoki 220 statt. Insbesondere kann ein erster Einzelfokus 220 eine s-polarisation (als senkrecht zur Einfallsebene) aufweisen und ein benachbarter Einzelfokus 220 kann eine p-Polarisation (also parallel zur Einfallsebene) aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass ein erster Einzelfokus 220 eine r-Polarisation (als rechtszirkular) aufweist und ein benachbarter Einzelfokus 220 eine I-Polarisation (also linkszirkular) aufweist. In beiden Fällen ist die Polarisation benachbarter Einzelfoki 220 orthogonal zueinander. Dadurch können die Einzelfoki 220 dichter gepackt werden, so dass eine homogenere Beaufschlagung der Grenzschicht 130 erreicht werden kann und somit die Prozessqualität verbessert werden kann. A further embodiment of the method is shown in FIG. The center distance corresponds approximately to a focus diameter of the individual foci 220 or even less. The individual foci 220 can therefore partially overlap, so that the associated partial laser beams can interfere with one another and thus distort the phase front. In particular, this can lead to an attenuation of the laser intensity in the individual foci 220. However, if neighboring individual foci 220 have different polarizations, no such unfavorable influence on neighboring individual foci 220 takes place. In particular, a first individual focus 220 can have an s-polarization (as perpendicular to the plane of incidence) and an adjacent individual focus 220 can have a p-polarization (i.e. parallel to the plane of incidence). However, it is also possible for a first individual focus 220 to have an r-polarization (as right-hand circular) and an adjacent individual focus 220 to have an I-polarization (i.e. as left-hand circular). In both cases, the polarization of adjacent individual foci 220 is orthogonal to one another. This allows the individual foci 220 to be packed more densely, so that a more homogeneous impact on the boundary layer 130 can be achieved and thus the process quality can be improved.
Die verschiedenen Multifokusverteilungen 22 können zudem auch Intensitätsgradienten aufweisen. Beispielsweise kann in Figur 2C die Grenzschicht 130 in dem mittleren Einzelfokus 220 mit einer geringeren Intensität beaufschlagt werden. Beispielsweise kann in Figur 2A eine homogene Intensitätsverteilung vorliegen, so dass die Grenzschicht 130 in jedem Einzelfokus 220 mit dergleichen Intensität beaufschlagt wird. Beispielsweise kann in Figur 3 zusätzlich ein Intensitätsgradient diagonal über die Grenzfläche 130 verlaufen, so dass die Intensität in den Einzelfoki 220 in der Ecke oben links am größten ist und zur rechten unteren Ecke hin abfällt. Durch einen solche maßgeschneiderten Intensitätsgradienten kann die Intensitätsverteilung und somit auch die Prozessqualität optimiert werden. The different multifocus distributions 22 can also have intensity gradients. For example, in FIG. 2C, the boundary layer 130 in the central individual focus 220 can be subjected to a lower intensity. For example, in FIG. 2A there may be a homogeneous intensity distribution, so that the boundary layer 130 is exposed to the same intensity in each individual focus 220. For example, in Figure 3 an additional Intensity gradient runs diagonally across the interface 130 so that the intensity in the individual foci 220 is greatest in the top left corner and drops towards the bottom right corner. With such a tailored intensity gradient, the intensity distribution and thus also the process quality can be optimized.
Figur 5 zeigt den zeitlichen Verlauf eines Laserbursts. Der Laserburst 200 umfasst mehrere Einzelpulse 202, wobei der Abstand der Einzelpulse 202 kleiner als 10ns ist. Indem die Einzellaserpulse 202 innerhalb dieses Zeitfensters definitionsgemäß gleichzeitig eingebracht werden, können weitere Maßnahmen ergriffen werden, um die Einzelfoki 220 noch dichter zu packen, wie in Figur 6 gezeigt. Figure 5 shows the time course of a laser burst. The laser burst 200 comprises several individual pulses 202, the distance between the individual pulses 202 being less than 10 ns. By introducing the individual laser pulses 202 simultaneously within this time window, by definition, further measures can be taken to pack the individual foci 220 even more densely, as shown in Figure 6.
Figur 6A zeigt eine Multifokusverteilung 22 aus 2 mal 3 Einzelfoki zu einer ersten Zeit t1 wobei der Mittelpunktsabstand etwa einen Fokusdurchmesser beträgt. Figur 6B zeigt eine weitere Multifokusverteilung 22 aus 2 mal 3 Einzelfoki zur einer zweiten Zeit t2. Die zweite Multifokusverteilung 22 ist zur ersten Multifokusverteilung 22 räumlich verschoben. In der Überlagerung der beiden Figuren in Figur 6C wird deutlich, dass die zweite Multifokusverteilung 22 die Lücken der ersten Multifokusverteilung 22 ausfüllt. Wenn die beiden Multifokusverteilungen in einem zeitlichen Abstand von weniger als 10ns, beispielsweise in weniger als 1 ps oder weniger als 1fs in die Grenzschicht eingebracht werden, dann wird die Grenzschicht 130 definitionsgemäß gleichzeitig in beiden Multifokusverteilungen 22 in Figur 6C beaufschlagt, so dass durch den tatsächlichen zeitlichen Versatz eine räumlich besonders dichte Packung der Einzelfoki 220 ermöglicht wird. Figure 6A shows a multi-focus distribution 22 of 2 times 3 individual foci at a first time t1, where the center distance is approximately one focus diameter. Figure 6B shows a further multi-focus distribution 22 of 2 times 3 individual foci at a second time t2. The second multi-focus distribution 22 is spatially shifted to the first multi-focus distribution 22. In the superposition of the two figures in FIG. 6C it becomes clear that the second multi-focus distribution 22 fills the gaps in the first multi-focus distribution 22. If the two multifocus distributions are introduced into the boundary layer at a time interval of less than 10ns, for example in less than 1 ps or less than 1fs, then the boundary layer 130 is, by definition, simultaneously acted upon in both multifocus distributions 22 in FIG. 6C, so that through the actual Temporal offset enables a particularly dense packing of the individual foci 220.
In Figur 7 ist gezeigt, wie ein solchen Verfahren zur Verarbeitung von mehreren Teilbereichen 1 verwendet werden kann. Hierbei wird, analog zur Figur 3, zwischen jedem Laserburst des eine Neupositionierung der Multifokusverteilung 22 vorgenommen. Für jeden Teilbereich 1 wird die Grenzschicht 130 hierbei gleichzeitig beaufschlagt, weil der zeitliche Abstand der Einzelpulse 202 deutlich kleiner als 10ns ist. Somit kann ein flächiges Verarbeiten der Teilbereiche 1 erreicht werden. 7 shows how such a method can be used to process several partial areas 1. Here, analogous to FIG. 3, the multifocus distribution 22 is repositioned between each laser burst. For each partial area 1, the boundary layer 130 is acted upon simultaneously because the time interval between the individual pulses 202 is significantly smaller than 10 ns. This means that the partial areas 1 can be processed over a large area.
In Figur 8A ist die Intensitätsverteilung einer Multifokusverteilung 22 schematisch gezeigt, die aus 4 mal 4 Einzelfoki besteht. Weiß steht hierbei für eine hohe Intensität, während schwarz für eine geringe Intensität steht. In Figur 8B wurde mit der gezeigten Intensitätsverteilung eine Mikro-LED 1 abgelöst. Es ist deutlich zu sehen, dass die Grenzschicht 130 die Signatur der Intensitätsverteilung aus Figur 8A trägt und ein flächiges Ablösen und somit Verarbeiten der Mikro-LED 1 ermöglicht wurde. In Figur 9 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt. Hierbei ist der Ultrakurzpulslaser 2 dazu eingerichtet, einen Laserstrahl 20 aus ultrakurzen Laserpulsen 202 bereitzustellen. Die Strahlformungsvorrichtung 4 ist dazu eingerichtet, dem Laserstrahl 20 eine Multifokusverteilung aufzuprägen, während die Bearbeitungsoptik 5 dazu eingerichtet ist, die Multifokusverteilung 22 des Laserstrahls 20 in die Grenzschicht 130 zwischen Teilbereich 1 und Substrat 30 zu überführen und diese mit den ultrakurzen Laserpulsen 202 zu beaufschlagen, wodurch der Teilbereich 1 verarbeitet wird. In Figure 8A, the intensity distribution of a multi-focus distribution 22 is shown schematically, which consists of 4 by 4 individual foci. White stands for high intensity, while black stands for low intensity. In Figure 8B, a micro-LED 1 was removed with the intensity distribution shown. It can be clearly seen that the boundary layer 130 carries the signature of the intensity distribution from FIG. 8A and that a flat detachment and thus processing of the micro-LED 1 was made possible. A device according to the invention is shown schematically in FIG. Here, the ultra-short pulse laser 2 is set up to provide a laser beam 20 made up of ultra-short laser pulses 202. The beam shaping device 4 is set up to impose a multi-focus distribution on the laser beam 20, while the processing optics 5 is set up to transfer the multi-focus distribution 22 of the laser beam 20 into the boundary layer 130 between partial area 1 and substrate 30 and to apply the ultra-short laser pulses 202 to this, whereby partial area 1 is processed.
Der Ultrakurzpulslaser 2 kann insbesondere einen Grundlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1030nm bereitstellen und einen Frequenzverdopplungskristall (nicht gezeigt) umfassen, der dazu eingerichtet ist, die Frequenz des auftreffenden Laserstrahls zu verdoppeln, beziehungsweise die Wellenlänge zu halbieren, wobei der Grundlaserstrahl beispielsweise sukzessivedurch zwei Frequenzverdopplungskristalle geführt wird. Dadurch wird die Frequenz des Grundlaserstrahls insgesamt vervierfacht, beziehungsweise die Wellenlänge des Grundlaserstrahls insgesamt geviertelt. Es wird also ein Laserstrahl 20 mit einer Wellenlänge zwischen 250nm und 270nm bereitgestellt. The ultra-short pulse laser 2 can in particular provide a basic laser beam with a wavelength of 1030 nm and include a frequency doubling crystal (not shown) which is designed to double the frequency of the incident laser beam or halve the wavelength, the basic laser beam being guided, for example, successively through two frequency doubling crystals . As a result, the frequency of the basic laser beam is quadrupled overall, or the wavelength of the basic laser beam is quartered overall. A laser beam 20 with a wavelength between 250nm and 270nm is therefore provided.
Die Strahlformungsvorrichtung kann insbesondere ein akustooptischer Deflektor und/oder ein Mikrolinsenarray und/oder ein diffraktives optisches Element sein, welches aus dem Laserstrahl 20 ein Multifokusverteilung 22 erzeugt. Die Teillaserstrahlen die aus dem Laserstrahl 20 von der Strahlformungsvorrichtung geformt werden, können über eine Bearbeitungsoptik 5 in die jeweiligen Einzelfoki 220 der Multifokusverteilung 22 überführt werden. The beam shaping device can in particular be an acousto-optical deflector and/or a microlens array and/or a diffractive optical element which generates a multi-focus distribution 22 from the laser beam 20. The partial laser beams, which are formed from the laser beam 20 by the beam shaping device, can be transferred via processing optics 5 into the respective individual foci 220 of the multi-focus distribution 22.
Die optischen Komponenten der Vorrichtung können CaF oder kristallinen Quarz umfassen, oder aus CaF oder kristallinem Quarz sind und/oder als reflektive Elemente ausgestaltet sein, wodurch die optischen Komponenten besonders gut für UV- und DUV Anwendungen geeignet sind. The optical components of the device can comprise CaF or crystalline quartz, or are made of CaF or crystalline quartz and/or can be designed as reflective elements, making the optical components particularly suitable for UV and DUV applications.
Zudem kann die Vorrichtung über eine Vorschubvorrichtung 6 verfügen, um den Laserstrahl 20 und/oder das Substrat 30 mit dem Teilbereich 1 relativ zueinander zu bewegen. Beispielsweise kann eine solche Vorschubvorrichtung ein x-y-z-Tisch sein. In addition, the device can have a feed device 6 in order to move the laser beam 20 and/or the substrate 30 with the partial region 1 relative to one another. For example, such a feed device can be an xyz table.
Die Vorrichtung kann über eine Steuerung 7 verfügen, die die verschiedenen Komponenten der Vorrichtung miteinander koordiniert. Beispielsweise kann der Ultrakurzpulslaser 2 mit der Steuerung 7 verbunden sein, so dass die Steuerung 7 die Abgabe eine Laserbursts auslösen kann. Die Steuerung 7 kann weiter mit der Strahlformungsvorrichtung 4 verbunden sein, so dass eine schnelle Umpositionierung der Multifokusverteilung 22 erfolgen kann. Es kann hierüber aber auch beispielsweise eine andere geometrische Form der Multifokusverteilung 22 eingestellt werden, so dass die Multifokusverteilung 22 an die geometrische Form des Teilbereichs 1 angepasst wird. Die Steuerung 7 kann zusätzlich auch mit der Vorschubvorrichtung 6 verbunden sein, so dass die Vorschubvorrichtung 6 beispielsweise zwischen den Laserbursts oder den Laserpulsen 202 verfahren werden kann, um eine Grobpositionierung des Substrats unter der Bearbeitungsoptik zu erreichen. Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. The device can have a controller 7 which coordinates the various components of the device with one another. For example, the ultra-short pulse laser 2 can be connected to the controller 7, so that the controller 7 can trigger the delivery of a laser burst. The controller 7 can further be connected to the beam shaping device 4, so that the multifocus distribution 22 can be quickly repositioned. However, this can also be used, for example, to set a different geometric shape of the multi-focus distribution 22, so that the multi-focus distribution 22 is adapted to the geometric shape of the partial area 1. The Control 7 can also be connected to the feed device 6, so that the feed device 6 can be moved, for example, between the laser bursts or the laser pulses 202 in order to achieve a rough positioning of the substrate under the processing optics. To the extent applicable, all individual features shown in the exemplary embodiments can be combined and/or exchanged with one another without departing from the scope of the invention.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1 Teilbereich 1 section
11 erste Schicht 11 first layer
12 pn-Übergang 13 zweite Schicht 12 pn junction 13 second layer
2 Ultrakurzpulslaser2 ultra-short pulse lasers
20 Laserstrahl 20 laser beam
200 Laserburst 200 laser burst
202 Laserpuls 22 Multifokusverteilung202 laser pulse 22 multi-focus distribution
220 Einzelfokus 220 single focus
30 Substrat 30 substrate
32 weiteres Substrat32 additional substrate
4 Strahlformungsoptik 5 Bearbeitungsoptik4 Beam shaping optics 5 Processing optics
6 Vorschubvorrichtung6 feed device
7 Steuerung 7 Control

Claims

Ansprüche Expectations
1 . Verfahren zum Verarbeiten mindestens eines Teilbereichs (1) eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, mittels ultrakurzer Laserpulse eines Laserstrahls (20) eines Ultrakurzpulslasers (2), wobei der mindestens eine Teilbereich (1) an einer Grenzschicht (130) auf einem Substrat (30) angeordnet ist, wobei das Substrat (30) im Wesentlichen transparent für die Wellenlänge der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls (20) ist, wobei die Grenzschicht (130) durch das Substrat (30) hindurch mit den ultrakurzen Laserpulsen (200) des Laserstrahls (20) beaufschlagt wird, wodurch der mindestens eine Teilbereich (1) abgelöst wird, wobei der Laserstrahl (20) mittels einer Strahlformungsvorrichtung (4) in eine Multifokusverteilung (22) geformt wird und die Grenzschicht (130) mit der Multifokusverteilung (22) beaufschlagt wird. 1 . Method for processing at least one partial region (1) of a layer system, in particular a micro-LED, by means of ultra-short laser pulses of a laser beam (20) of an ultra-short pulse laser (2), the at least one partial region (1) being at a boundary layer (130) on a substrate ( 30), wherein the substrate (30) is essentially transparent to the wavelength of the ultra-short laser pulses of the laser beam (20), the boundary layer (130) passing through the substrate (30) with the ultra-short laser pulses (200) of the laser beam ( 20) is applied, whereby the at least one partial area (1) is detached, the laser beam (20) being shaped into a multi-focus distribution (22) by means of a beam shaping device (4) and the boundary layer (130) being acted upon by the multi-focus distribution (22). .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung des Teilbereichs (1) eine Laser-induzierte Vorwärtsübertragung des Teilbereichs (1) und/oder ein Laser-Lift-Off des Teilbereichs (1) ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the processing of the sub-area (1) is a laser-induced forward transmission of the sub-area (1) and / or a laser lift-off of the sub-area (1).
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that
- die Pulsdauer der ultrakurzen Laserpulse zwischen 50fs und 1000ps liegt, bevorzugt zwischen 100fs und 100ps liegt, besonders bevorzugt zwischen 50fs und 20ps liegt und/oder - the pulse duration of the ultra-short laser pulses is between 50fs and 1000ps, preferably between 100fs and 100ps, particularly preferably between 50fs and 20ps and/or
-die Repetitionsrate der Laserpulse größer als 10kHz ist, bevorzugt größer als 50kHz ist, besonders bevorzugt größer als 1 MHz ist und/oder, -the repetition rate of the laser pulses is greater than 10kHz, preferably greater than 50kHz, particularly preferably greater than 1 MHz and/or,
-die Fluenz zwischen 0,05J/cm2 und 10J/cm2 liegt, bevorzugt zwischen 0,1 J/cm2 und 1J/cm2 liegt und/oder -the fluence is between 0.05J/cm2 and 10J/cm2, preferably between 0.1 J/cm2 and 1J/cm2 and/or
- die Wellenlänge des Laserstrahls (20) zwischen 50nm und 300nm liegt, bevorzugt zwischen 250nm und 270nm liegt und/oder - The wavelength of the laser beam (20) is between 50nm and 300nm, preferably between 250nm and 270nm and/or
- der Laser (2) in seiner Grundmode betrieben wird, wobei die Beugungsmaßzahl M2 kleiner als 1 ,5 ist. - The laser (2) is operated in its basic mode, with the diffraction coefficient M 2 being less than 1.5.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfoki (220) der Multifokusverteilung (22) in der Grenzschicht (130) liegen. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfoki (220) der Multifokusverteilung (22) innerhalb der geometrischen Ausdehnung des Teilbereichs (1) angeordnet sind und/oder dass eine Einhüllende der Multifokusverteilung (22) eine mit der geometrischen Ausdehnung des Teilbereichs (1) korrespondierende Form aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Multifokusverteilung (22) an verschiedene Teilbereichsgeometrien angepasst wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfoki (220) der Multifokusverteilung (22) kleiner als die geometrischen Abmessungen des Teilbereichs(l) sind, vorzugsweise kleiner als die Hälfte, besonders bevorzugt kleiner als ein Zehntel, der geometrischen Abmessungen des Teilbereichs (1) ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der räumliche Abstand der Einzelfoki (220) der Multifokusverteilung (22) keiner als der der fünffache Fokusdurchmesser ist, bevorzugt kleiner als der zweifache Fokusdurchmesser ist und/oder der räumliche Abstand der Einzelfoki (220) der Multifokusverteilung (22) kleiner als 10pm ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Einzelfoki (220) der Multifokusverteilung (22) eine zueinander orthogonale Polarisation aufweisen. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual foci (220) of the multi-focus distribution (22) lie in the boundary layer (130). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual foci (220) of the multi-focus distribution (22) are arranged within the geometric extent of the sub-area (1) and/or that an envelope of the multi-focus distribution (22) corresponds to the geometric extent of the sub-area (1) has a corresponding shape. Method according to one of the preceding claims, characterized in that multi-focus distribution (22) is adapted to different partial area geometries. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the individual foci (220) of the multi-focus distribution (22) are smaller than the geometric dimensions of the partial area (l), preferably smaller than half, particularly preferably smaller than a tenth, of the geometric dimensions of the Partial area (1). Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spatial distance of the individual foci (220) of the multi-focus distribution (22) is less than five times the focus diameter, is preferably smaller than twice the focus diameter and/or the spatial distance of the individual foci (220) the multifocus distribution (22) is less than 10pm. Method according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent individual foci (220) of the multi-focus distribution (22) have polarization that is orthogonal to one another. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
- die Multifokusverteilung (22) einen Intensitätsgradienten aufweist, insbesondere die Einzelfoki (220) mindestens teilweise verschiedene Intensitäten aufweisen oder - the multifocus distribution (22) has an intensity gradient, in particular the individual foci (220) have at least partially different intensities or
- die Einzelfoki (220) eine homogene Intensitätsverteilung aufweisen. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzschicht (130) in den Einzelfoki (220) der Multifokusverteilung (22) gleichzeitig beaufschlagt wird, wobei die Beaufschlagung gleichzeitig erfolgt, wenn der maximale zeitliche Abstand der Beaufschlagung in den Einzelfoki (220) kürzer als 10ns, bevorzugt kürzer als 1 ns, besonders bevorzugt kürzer als 100 ps, ist. Vorrichtung zum Verarbeiten eines Teilbereichs (1) eines Schichtsystems, insbesondere einer Mikro-LED, umfassend einen Ultrakurzpulslaser (2) einer Strahlformungsvorrichtung (4) und eine Bearbeitungsoptik (5), wobei der Ultrakurzpulslaser (2) dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl (20) aus ultrakurzen Laserpulsen bereitzustellen, wobei der Teilbereich (1) an einer Grenzschicht (130) auf einem Substrat (30) angeordnet ist, wobei das Substrat (30) mindestens teilweise transparent für die Wellenlänge der ultrakurzen Laserpulse des Laserstrahls (20) ist, wobei die Strahlformungsvorrichtung (4) dazu eingerichtet ist, dem Laserstrahl (20) eine Multifokusverteilung (22) aufzuprägen, wobei die Bearbeitungsoptik (5) dazu eingerichtet ist, die Multifokusverteilung (22) des Laserstrahls (20) in die Grenzschicht (130) zu überführen und diese mit den ultrakurzen Laserpulsen zu beaufschlagen, wodurch der Teilbereich (1) verarbeitet wird. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultrakurzpulslaser (2) einen Grundlaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1030nm bereitstellt und mindestens einen Frequenzverdopplungskristall umfasst, der dazu eingerichtet ist die Frequenz des auftreffenden Laserstrahls zu verdoppeln, beziehungsweise die Wellenlänge zu halbieren, wobei der Grundlaserstrahl zweimal durch den Frequenzverdopplungskristall geführt wird, bevorzugt sequentiell durch einen ersten Frequenzverdopplungskristall und anschließend durch einen zweiten Frequenzverdopplungskristall geführt wird, wodurch die Frequenz des Grundlaserstrahls insgesamt vervierfacht wird, beziehungsweise die Wellenlänge des Grundlaserstrahls insgesamt geviertelt wird und somit ein Laserstrahl (20) mit einer Wellenlänge zwischen 250nm und 270nm bereitgestellt wird. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformungsvorrichtung (4) ein akustooptischer Deflektor und/oder ein Mikrolinsenarray und/oder ein diffraktives optisches Element ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine optische Komponente der Vorrichtung CaF oder kristallinen Quarz umfasst, oder aus CaF oder kristallinem Quarz ist und/oder als reflektives Element ausgestaltet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch eine Steuerung (7), die kommunikativ mit dem Ultrakurzpulslaser (2) und der Strahlformungsvorrichtung (4) verbunden ist und dazu eingerichtet ist, den Ultrakurzpulslaser und die Strahlformungsvorrichtung (4) zu steuern. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Vorschubvorrichtung (6), bevorzugt einen Scanner, besonders bevorzugt einen Galvano-Scanner (62), zur Bewegung des Laserstrahls (20) in der Fokusebene, wobei die Vorschubvorrichtung (6) kommunikativ mit der Steuerung (7) verbunden ist. - The individual foci (220) have a homogeneous intensity distribution. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the boundary layer (130) in the individual foci (220) of the multi-focus distribution (22) is acted upon simultaneously, the loading taking place simultaneously when the maximum time interval of the loading in the individual foci (220) shorter than 10 ns, preferably shorter than 1 ns, particularly preferably shorter than 100 ps. Device for processing a partial area (1) of a layer system, in particular a micro-LED, comprising an ultra-short pulse laser (2) of a beam shaping device (4) and processing optics (5), the ultra-short pulse laser (2) being set up to produce a laser beam (20). from ultra-short laser pulses, the partial region (1) being arranged at a boundary layer (130) on a substrate (30), the substrate (30) being at least partially transparent to the wavelength of the ultra-short laser pulses of the laser beam (20), the Beam shaping device (4) is set up to impose a multi-focus distribution (22) on the laser beam (20), the processing optics (5) being set up to transfer the multi-focus distribution (22) of the laser beam (20) into the boundary layer (130) and this with the ultra-short laser pulses, whereby the partial area (1) is processed. Device according to claim 12, characterized in that the ultra-short pulse laser (2) provides a basic laser beam with a wavelength of 1030nm and comprises at least one frequency doubling crystal which is set up to double the frequency of the incident laser beam or to halve the wavelength, the basic laser beam being used twice is guided through the frequency doubling crystal, preferably sequentially through a first frequency doubling crystal and then through a second frequency doubling crystal, whereby the frequency of the basic laser beam is quadrupled overall, or the wavelength of the basic laser beam is quartered overall and thus a laser beam (20) with a wavelength between 250 nm and 270nm is provided. Device according to one of claims 12 or 13, characterized in that the beam shaping device (4) is an acousto-optical deflector and/or a microlens array and/or a diffractive optical element. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that at least one optical component of the device comprises CaF or crystalline quartz, or is made of CaF or crystalline quartz and / or is designed as a reflective element. Device according to one of claims 12 to 15, characterized by a control (7) which communicates with the ultra-short pulse laser (2) and the beam shaping device (4). is connected and is set up to control the ultra-short pulse laser and the beam shaping device (4). Device according to claim 16, characterized by a feed device (6), preferably a scanner, particularly preferably a galvano scanner (62), for moving the laser beam (20) in the focal plane, the feed device (6) being communicative with the control (7 ) connected is.
PCT/EP2023/065254 2022-06-10 2023-06-07 Method and device for processing at least one sub-region of a layer system WO2023237613A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022114637.5 2022-06-10
DE102022114637.5A DE102022114637A1 (en) 2022-06-10 2022-06-10 Method and device for processing at least a portion of a layer system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023237613A1 true WO2023237613A1 (en) 2023-12-14

Family

ID=86904315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/065254 WO2023237613A1 (en) 2022-06-10 2023-06-07 Method and device for processing at least one sub-region of a layer system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022114637A1 (en)
WO (1) WO2023237613A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008078952A1 (en) * 2006-12-26 2008-07-03 Qmc Co., Ltd. System and method for deliverying laser beam and laser lift-off method using the same
US20110132549A1 (en) * 2009-12-07 2011-06-09 J.P. Sercel Associates, Inc. Laser lift off systems and methods
US8742289B2 (en) 2010-08-04 2014-06-03 Ushio Denki Kabushiki Kaisha Laser lift-off apparatus
JP2017221969A (en) 2016-06-17 2017-12-21 株式会社ブイ・テクノロジー Laser lift-off device
DE102020102077A1 (en) * 2020-01-29 2021-07-29 Pulsar Photonics Gmbh Laser machining device and method for laser machining a workpiece

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9138913B2 (en) 2005-09-08 2015-09-22 Imra America, Inc. Transparent material processing with an ultrashort pulse laser
US10843297B2 (en) 2008-07-24 2020-11-24 Stephen C Baer Cleaving thin waters from crystals
JP5446631B2 (en) 2009-09-10 2014-03-19 アイシン精機株式会社 Laser processing method and laser processing apparatus
DE102009057566A1 (en) 2009-12-09 2011-06-16 Osram Opto Semiconductors Gmbh Apparatus for a laser lift-off method and laser lift-off method
DE102015003193A1 (en) 2015-03-12 2016-09-15 Siltectra Gmbh Apparatus and method for continuously treating a solid by means of laser beams
US10471538B2 (en) 2015-07-09 2019-11-12 Orbotech Ltd. Control of lift ejection angle
DE102019217577A1 (en) 2019-11-14 2021-05-20 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Process for laser processing of a workpiece, processing optics and laser processing device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008078952A1 (en) * 2006-12-26 2008-07-03 Qmc Co., Ltd. System and method for deliverying laser beam and laser lift-off method using the same
US20110132549A1 (en) * 2009-12-07 2011-06-09 J.P. Sercel Associates, Inc. Laser lift off systems and methods
US8742289B2 (en) 2010-08-04 2014-06-03 Ushio Denki Kabushiki Kaisha Laser lift-off apparatus
JP2017221969A (en) 2016-06-17 2017-12-21 株式会社ブイ・テクノロジー Laser lift-off device
DE102020102077A1 (en) * 2020-01-29 2021-07-29 Pulsar Photonics Gmbh Laser machining device and method for laser machining a workpiece

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LASER PROCESSING OF MICRO-LED - A COHERENT WHITEPAPER, 23 January 2018 (2018-01-23)

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022114637A1 (en) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3221727B1 (en) System for asymmetric optical beam shaping
DE102014116958B4 (en) Optical system for beam shaping of a laser beam, laser processing system, method for material processing and use of a common elongated focus zone for laser material processing
DE102014106472B4 (en) Method for radiation scratching a semiconductor substrate
DE102020207715A1 (en) Processing optics, laser processing device and methods for laser processing
DE102019217577A1 (en) Process for laser processing of a workpiece, processing optics and laser processing device
DE112015002529T5 (en) Laser processing device and laser processing method
DE112015002536T5 (en) Laser processing device and laser processing method
DE112014001676T5 (en) LASER PROCESSING DEVICE AND LASER PROCESSING METHOD
DE112014001688T5 (en) Laser processing device and laser processing method
DE112014001710T5 (en) Laser processing device and laser processing method
DE102020102077B4 (en) Laser processing device and method for laser processing a workpiece
DE102008031937A1 (en) Multibeam laser device
DE112014001653T5 (en) Laser processing device and laser processing method
DE102019114191A1 (en) Laser processing device and method for the simultaneous and selective processing of a plurality of processing points on a workpiece
DE102020132797A1 (en) Device for processing a material
DE102020107760A1 (en) Laser machining device and method for laser machining a workpiece
EP4210896A1 (en) Method for separating a workpiece
WO2023237613A1 (en) Method and device for processing at least one sub-region of a layer system
DE112022002455T5 (en) METHOD AND DEVICE FOR LASER TEMPING
WO2023237610A1 (en) Method and device for processing at least one sub-region of a layer system
DE102022114645A1 (en) Method and device for processing at least a portion of a layer system
WO2022053273A1 (en) Method for separating a workpiece
DE102019112141A1 (en) Method and optical system for processing a semiconductor material
DE102020123785A1 (en) Method of processing a material
WO2023117293A1 (en) Device for generating a defined laser line on a working plane

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23733219

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1