WO2024052291A1

WO2024052291A1 - Transferstempel und verfahren zum erzeugen eines transferstempels

Info

Publication number: WO2024052291A1
Application number: PCT/EP2023/074190
Authority: WO
Inventors: Tobias Berthold
Original assignee: Ams-Osram International Gmbh
Priority date: 2022-09-05
Filing date: 2023-09-04
Publication date: 2024-03-14
Also published as: DE102022122478A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transferstempel zum Transferieren eines optoelektronischen Bauelements, welches einen Stempelkörper (10) umfasst, der eine Höhe sowie eine Stempelfläche (11) mit einer Kantenlänge aufweist, wobei ein Verhältnis der Höhe zu der Kantenlänge größer als 1,3 und insbesondere größer als 2 ist. Auf den Seiten des Stempelkörpers ist eine stabilisierende Schicht (101) aus einem vom Stempelkörper (10) verschiedenen Material aufgebracht, wobei die Stempelfläche (11) frei von dem Material bleibt, und das Material der stabilisierenden Schicht eine größere Steifigkeit aufweist als ein Material des Stempelkörpers.

Description

TRANSFERSTEMPEL UND VERFAHREN ZUM ERZEUGEN EINES TRANSFERSTEMPELS

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr . 10 2022 122 478 . 3 vom 05 . September 2022 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung auf genommen wird .

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transferstempel zum Transfer von Halbleiterbauelementen sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines derartigen Transferstempels .

HINTERGRUND

Beim parallelen Transfer von kleinen ( <20pm) Halbleiterbauelementen mittels eines Stempelprozess ( z . B . mit einer strukturierten Silikonmatte ) ergeben sich durch die mechanischen Eigenschaften des Stempelelastomers verschiedenartige Probleme beim Abnehmen und Absetzen der Bauteile . Zum einen ist der Stempel als solches mit einer gewissen Klebrigkeit ausgeführt , wobei die Stärke dieser sorgfältig gewählt sein muss .

Aktuelle Transferstempel bestehen aus einem Material , meist PDMS oder einem Silikon mit bestimmter Härte und Klebrigkeit . Durch unterschiedliche Materialmischungen können bereits j etzt die Klebrigkeit und die Härte verändert werden . Die Klebrigkeit und Härte von PDMS können aber nicht komplett unabhängig verändert werden .

Beim Absetzen der Halbleiterbauelemente werden diese oftmals unter Ausnutzung einer gewissen Scherkraft abgenommen, d . h . nicht nur mit einer senkrecht zur Oberfläche wirkenden Kraft . Gleiches gilt zumindest teilweise auch für den Prozess des Aufnehmens , wobei hier dies auch ohne den Einsatz von Scherkräften erfolgen kann . Dadurch sind für das Stempelkissen bestimmte Toleranzen in den Dimensionen und auch bestimmte Formen notwendig , um Halbleiterbauelemente möglichst eng setzen zu können . Ein Problem stellt dabei generell die Härte bzw . Steifigkeit eines elastomerbasierten Stempels dar . Eine höhere Steifigkeit ermöglicht zwar höhere Toleranzen beim Transfer von Halbleiterbauelementen insbesondere mit einer Kantenlänge kleiner als 10 pm oder auch kleiner als 5 pm, durch die Scherbewegung beim Ablegen der Bauelemente ergeben sich aber in der Praxis für Stempel einschränkende Grenzbereiche für deren Abmessungen .

So hat sich herausgestellt , dass sich für die bislang verwendeten Stempelmaterialien, -hauptsächlich elastomerbasierte Verfahren- , die Stempel ein Verhältnis der Höhe zur Kantenlänge in etwa 1 besitzen, insbesondere aber nicht größer wird, da andernfalls die Verbiegung zu stark wird . Zudem lassen sich auf diese Weise nur geringe Ablegekräfte erreichen .

Beim gleichzeitigen Übertragen einer Vielzahl von Bauelementen ergibt sich wegen der erforderlichen mechanischen Stabilität ein gewisser Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Stempel .

Es besteht demnach das Bedürfnis , ein Transferstempel anzugeben, bei dem wenigstens einige der oben genannten Schwierigkeiten überwunden sind, so dass ein gleichzeitiger Transfer einer größeren Menge an Bauteilen möglich wird .

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diesem Bedürfnis wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen . Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen des vorgeschlagenen Prinzips sind in den Unteransprüchen angegeben .

Der Erfinder schlägt vor, durch eine zusätzliche Schicht auf den Seitenflächen des eigentlichen Stempels diesen mechanisch insbesondere gegen weitere Scherkräfte zu stabilisieren . Die für den Transfer notwendige Kontaktfläche bleibt demgegenüber unverändert . Dadurch werden mit Vorteil verschiedene Effekte erreicht . Zum einen lassen sich dadurch unterschiedliche Interconnectmaterialen einsetzen, unter anderem auch solche die erhöhte Ablegekräfte benötigen . Die zusätzliche Stabilisierung erlaubt es zudem, das Verhältnis von Höhe des Stempels zur Kantenlänge zugunsten der Höhe zu verändern . Vereinfacht ausgedrückt werden durch die Stabilisierung längere Stempel möglich . Entsprechend lässt sich die Dichte der Transferstempel nach dem vorgeschlagenen Prinzip erhöhen, so dass mehr Bauelemente gleichzeitig übertragen werden können .

Nach dem vorgeschlagenen Prinzip lassen sich Bauteile mit einer Größe zwischen 1 pm bis 5 pm transferieren, ohne eine aufwendige Optimierung der Maschinengenauigkeiten durchführen zu müssen . Weitere Substrate bzw . Panels können verwendet werden, die vorher aufgrund der engen Höhentoleranzen nicht benutzt werden konnten .

In einigen Aspekten umfasst ein Transferstempel zum Transferieren eines optoelektronischen Bauelements einen bzw . mehrere Stempelkörper , die eine Höhe sowie eine Stempelfläche mit einer Kantenlänge aufweisen, wobei ein Verhältnis der Höhe zu der Kantenlänge größer als 1 , 2 und insbesondere größer als 2 ist . Der Stempel ist somit deutlich länger als seine entsprechende Kantenlänge , das Verhältnis kann daher insbesondere zwischen 1 , 5 und 5 liegen . In einigen Aspekten ist es größer als 2 und liegt zwischen 2 , 5 und 4 , 5 .

Nach dem vorgeschlagenen Prinzip ist eine stabilisierende Schicht aus einem von den Stempelkörpern verschiedenen Material auf den Seiten der Stempelkörper aufgebracht , wobei die Stempelflächen im Wesentlichen frei von dem Material bleiben . Das Material der stabilisierenden Schicht weist eine größere Steifigkeit auf als ein Material der Stempelkörper auf . Unter einem vom Stempelkörper verschiedenen Material wird in diesem Zusammenhang ein Material verstanden, welches entweder grundverschieden von dem Material des Stempelkörpers ist , aber auch ein Material , welches aus dem Material des Stempelkörpers durch chemische oder physikalische Reaktion ( z . B . Temperatur oder Druck oder Plasmabehandlung ) hervorgeht .

Mit dem vorgeschlagenen Prinzip wird somit ein Transferstempel geschaffen, bei dem die Scherbewegung eine Haftkraft zwischen Stempel und zu transferierendem Bauteil verringert und so ein zuverlässiges Ablegen der Bauteile auf der Empfängeroberfläche ermöglicht . Neben einem höheren Transfer Yield werden geringere Prozesszeiten erreicht . Zudem werden zusätzliche Freiheitsgerade oder ein größerer Prozessparameterraum bei verschiedenen Empfängeroberflächen möglich . Daneben wurde überraschend festgestellt , dass sich die Klebrigkeit entlang der Seitenflächen aufgrund der stabilisierenden Schicht drastisch verringert . Dies führt bei einem leichten Misalignment zu einem deutlich verringerten Verkippen der zu transferierenden Bauelemente , so dass auf diese Weise die Ablegetoleranzen und der Yield gesteigert werden . In einigen Aspekten umfasst der Transferstempel nach dem vorgeschlagenen Prinzip einen sich in Längsrichtung an den Stempelkörper anschließenden Stütz körper . Dieser kann in einigen Aspekten in eine breitere Basis übergehen und dient unter anderem zur Verbesserung der Stabilität . Der Stütz körper weist eine Oberfläche auf , auf welcher der Stempelkörper insbesondere mittig angeordnet ist . Die Oberfläche kann dabei größer sein als die Stempelfläche .

In der nachfolgenden Beschreibung ist oft nur von einem Stempelkörper und Stützkörper die Rede , es soll j edoch verstanden werden, dass dies in gleichbedeutender Weise auch für mehrere Stempelkörper und mehrere Stützkörper gilt .

In einigen Aspekten weist der Stützkörper ein anderes Material auf als der Stempelkörper . In diesem Zusammenhang kann für den Stütz körper ein Material verwendet werden, welches eine höhere Steifigkeit als das Material des Stempelkörpers besitzt . Der Stütz körper kann transparent ausgestaltet sein, um auf diese Weise ausgehend von dem Stützkörper den Transfer- bzw . das Ergebnis des Transferprozesses überprüfen zu können .

In einigen Aspekten ist der Stütz körper zumindest teilweise , insbesondere an den Seitenflächen mit dem Material der stabilisierenden Schicht bedeckt . Dies erlaubt zum einen eine eventuell einfachere Herstellung bzw . ermöglicht weitere Funktionalitäten hier unterbringen zu können .

Dabei kann das Material des Stempelkörpers ein Kunststoff sein, der weicher als das stabilisierende Material ist . Mögliche Materialien basieren beispielsweise auf PDMS . Als Material der stabilisierenden Schicht können verschiedene Komponenten zum Einsatz kommen . Unter anderem hat sich eine Beschichtung aus Si02 oder auch Graphit als zweckmäßig herausgestellt . In einigen anderen Aspekten bietet sich auch ein Metall an, welches als dünne Schicht auf den Seitenflächen, beispielsweise galvanisch oder auch bedampft aufgebracht ist . Metalle sind leitfähig, wodurch eventuell weitere Funktionalitäten möglich werden . Als Metalle eignen sich unter anderem Ag, Au, Ni , Ti oder Pt . Ebenfalls sind Zusammensetzungen wie TiN möglich . In einigen weiteren Aspekten kann das Material der Seitenflächen des Stempels mit einem Plasma (vor ) behandelt werden, so dass die Oberfläche chemisch/physikalisch verändert wird . So kann in einigen Aspekten eine Verglasung oder auch eine Oxidation der Oberfläche der Seitenflächen erfolgen .

Eine Aspekte beschäftigen sich mit der Dicke der stabilisierenden Schicht . Die Schicht sollte ausreichend dick sein, um die notwendige mechanische Steifigkeit gegenüber Scherkräften zu erzeugen . Es hat sich herausgestellt , dass die Dicke bei kleineren Kantenlängen im Verhältnis eher zunehmen sollte , um die notwendige Steifigkeit sicherzustellen . In einigen Aspekten wird daher vorgeschlagen, dass die Dicke der stabilisierenden Schicht im Bereich zwischen 1/ 1000 bis 1 /50 , insbesondere zwischen 1/ 800 bis 1/ 100 und insbesondere 1 /700 und 1 /200 einer Kantenlänge der Stempelfläche liegt . Mit anderen Worten ist die Dicke der stabilisierenden Schicht abhängig von der Kantenlänge der Stempelfläche . Bei Kantenlängen kleiner als 10 pm liegt in einigen Aspekten die Dicke der Schicht im Bereich von einigen 10 nm, d . h . beispielsweise zwischen 20 nm und 90 nm . In einigen Aspekten liegt die Dicke somit zwischen 5 nm und 100 nm, insbesondere zwischen 10 nm und 75 nm und insbesondere zwischen 20 nm und 50 nm.

Daneben kann das Material der stabilisierenden Schicht die notwendige Dicke beeinflussen . So kann SiO2 generell eine kleinere Dicke aufweisen als Schichten aus Metall . In einigen Aspekten weist eine Stempelfläche eine Kantenlänge im Bereich zwischen 2 pm und 50 pm auf . Insbesondere kann diese zwischen 2 pm und 30 pm und insbesondere kleiner als 10 pm sein . Beispielsweise liegt bei einer Kantenlänge von 10 pm eine Länge des Stempels im Bereich von 13 pm bis 50 pm, insbesondere zwischen 12 pm bis 25 pm . Ein Aspekt beschäftigt sich mit dem Bereich nahe der Stempelfläche . Diese Stempelfläche selbst bleibt grundsätzlich frei von dem Material der stabilisierenden Schicht und weist damit eine definierte Klebrigkeit auf . Dadurch haften Bauelemente vor allem auf der Stempelfläche , aber nicht mehr wie in konventionellen Transferstempel auch entlang der Seitenflächen, so dass ein Verkippen beim Absetzen aufgrund von Auslenkungstoleranzen reduziert wird .

Ein weiterer Aspekt ist aber auch die aufgewendete Ablegekraft , die in einigen Aspekten zu einer leichten Kompression des Stempels senkrecht zur Stempelfläche führt . Um hier auch bei einer leichten Kompression, oder einer thermischen Längenveränderung eine Berührung der Stempelfläche mit dem zu transferierendem Bauelement zu gewährleisten, kann in einigen Aspekten vorgesehen sein, dass ein kleiner Endbereich entlang der Seitenkanten zur Stempelfläche frei von dem Material der stabilisierenden Schicht verbleibt . Mit anderen Worten ist die stabilisierende Schicht leicht gegenüber der Stempelfläche zurückgesetzt . Dieser freie Bereich kann ausgehend von der Stempelfläche zwischen 1 nm bis 30 nm und insbesondere in einem Bereich zwischen 2 nm bis 10 nm auf den Seitenflächen liegen .

Einige Aspekte beschäftigen sich mit der Form des Stempelkörpers . So kann der Stempelkörper die Form eines Quaders aufweisen, wobei die Höhe die längste Kante des Quaders bildet . Alternativ können sich auch die Seitenflächen des Stempelkörpers in Richtung auf die Stempelfläche hin verj üngen . In einigen Aspekten bildet der Stempelkörper somit einen Pyramidenstumpf . In anderen Aspekten bildet der Stempelkörper einen Kegelstumpf .

Weitere Gesichtspunkte beschäftigen sich mit einem Verfahren zum Erzeugen eines Transferstempels oder einer Vielzahl von solchen . Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Stütz körper mit einem Stempelkörper bereitgestellt . Der Stempelkörper besitzt eine Höhe sowie eine Stempelfläche mit einer Kantenlänge , wobei ein Verhältnis der Höhe zu der Kantenlänge größer als 1 , 3 und insbesondere größer als 2 ist . Das Verfahren umfasst ebenso ein Erzeugen einer stabilisierenden Schicht , zumindest auf Seitenflächen des Stempelkörpers , wobei die Stempelfläche frei von der stabilisierenden Schicht bleibt und ein Material der stabilisierenden Schicht eine größere Steifigkeit aufweist als ein Material des Stempelkörpers .

Je nach Ausgestaltung und eventuell Designanforderungen kann die stabilisierende Schicht erzeugt werden, indem die Stempelfläche abgedeckt wird, z . B . mit einem Plättchen, einem Dummyhalbleiterkörper oder ähnlichem . Die Abdeckung sollte dabei mindestens so groß sein wie die Stempelfläche , um diese vollständig zu bedecken . In einigen Aspekten kann die Abdeckung auch größer sein und somit über die Stempelfläche hervorstehen . Sodann kann ein Metall insbesondere Ag , Au, PT , Ni oder Ti auf zumindest den Seitenflächen des Stempelkörpers aufgebracht werden . Ebenso lasst sich Graphit auf den Seitenflächen des Stempelkörpers aufbringen . Dies kann beispielsweise galvanisch, durch Bedampfen, Sputtern oder auch mittels Abscheidens erfolgen .

In einigen Aspekten können die Seitenflächen mit Plasma behandelt werden . Dadurch lassen sich j e nach Material des Stempelkörpers physikalische oder auch chemische Reaktionen triggern, die wiederum zu einer stabilisierenden und einer höheren Steifigkeit aufweisenden Schicht führen . In einigen Aspekten kann die Oberfläche ausgehärtet werden und auf diese Weise die stabilisierende Schicht bilden . Ebenso ist ein Verglasen möglich, d . h . ein Aufbringen oder Erzeugen eines Glases auf der Oberfläche . In einigen Aspekten ist dies Si02 .

Je nach Ausgestaltung bewirkt die auf der Stempelfläche aufgebrachte Abdeckung eine Abschattung . Auf diese Weise wird die stabilisierende Schicht nicht bis an den Rand der Stempelfläche erzeugt , sondern es verbleiben Bereiche der Seitenflächen des Stempelkörpers benachbart zur Stempelfläche hin frei von dem Material der stabilisierenden Schicht . Diese an der oberen Kante frei von Material verbleibenden Bereiche können eine Höhe von 1 nm bis 30 nm und insbesondere zwischen 2 nm bis 10 nm ausgehend von der oberen Kante in Richtung auf den Stützkörper hin aufweisen . In einigen Aspekten umfasst der Schritt des Bereitstellens eines Stützkörpers mit einem Stempelkörper ein Bereitstellen des Stütz körpers mit einer Absetzoberfläche , ein Bereitstellen eines Stempelkörpers mit einer Stempelfläche und ein Anbringen des Stempelkörpers auf dem Stützkörper . Stützkörper und Stempelkörper können aus dem gleichen, aber auch aus verschiedenen Materialien gefertigt sein . Insbesondere kann der Stützkörper ein steiferes Material aufweisen als der Stempelkörper . Alternativ können diese auch aus einem Stück gefertigt sein .

Um den Stempelkörper am Stützkörper zu befestigen, lässt sich ein Klebstoff einsetzen . Es ist aber auch möglich, die zu verbindenden Oberflächen zu aktivieren, beispielsweise durch eine Plasmabehandlung . Danach kann der Stempelkörper auf die aktivierte Absetzoberfläche aufgesetzt werden . In einigen Aspekten erflogt das Zusammenbringen der Oberflächen derart , dass die Absetzoberfläche des Stütz körpers mit einem flächigen Materialreservoir in Kontakt gebracht und anschließend diese wieder voneinander wegbewegt werden .

Dadurch wird ein den Stempelkörper bildendes Material aus einem Materialreservoir herausgerissen oder herausgenommen . Sollbruchstellen lassen sich hierfür vorsehen, um diesen Prozess zu vereinfachen . Es ist hierbei zweckmäßig, wenn das Stempelmaterial weicher bzw . elastischer ist als das Material des Stütz körpers . In einigen Aspekten kann auch eine zusätzliche Ablöseschicht zwischen dem Materialreservoir und einem temporären Träger vorgesehen sein, so dass das Stempelmaterial sich in einer gewünschten Form von dem Reservoir löst . Hierzu ist es auch möglich, den temporären Träger zu strukturieren und dann mit dem Materialreservoir zu präparieren . So kann ein Material des Stempelkörpers auf einem temporären Träger in dafür vorgesehene Vertiefungen bereitgestellt werden . Zum einfacheren Ablösen kann eine Ablöseschicht vorgesehen sein .

In einigen Aspekten wird der Stempelkörper auf einem temporären Träger bereitgestellt , dessen Haftkraft zu dem Stempelkörper geringer ist als eine Haftkraft zwischen Oberfläche des Stütz körpers und Stempelkörper . Dadurch lassen sich Stütz körper und Stempelkörper separat fertigen und anschließend miteinander verbinden . KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden .

Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Transferstempels mit einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip;

Figuren 2A bis 2C stellen verschiedene Verfahrensschritte zur Erzeugung eines Transferstempels gemäß einigen Aspekten nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar;

Figuren 3A bis 3D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines Transferstempels gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips ;

Figuren 4A bis 4C stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines Transferstempels gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips dar .

Figuren 5A und 5B zeigen Schritte eines weiteren weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines Transferstempels gemäß einigen Aspekten des vorgeschlagenen Prinzips .

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu . Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben . Es versteht sich von selbst , dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird . Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf . Es ist zu beachten, dass in der Praxis gering- fügige Abweichungen von der idealen Form auf treten können, ohne j edoch der erfinderischen Idee zu widersprechen .

Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt , und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein . Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden . Begriffe wie "oben" , "oberhalb" , "unten" , "unterhalb" , "größer" , " kleiner" und dergleichen werden j edoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt . So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten .

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Transferstempels nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Der Transferstempel ist auf einem elastomeren Träger 13 aufgebracht und umfasst im Wesentlichen neben dem Basiskörper 13 einen Stützkörper 12 sowie einen auf dem Stütz körper angeordneten Stempelkörper 10 . Der Stütz körper 12 ist in diesem vorliegenden Ausführungsbeispiel quadratisch mit einer Höhe H sowie einer Flächenlänge L ausgeführt . Länge L und Höhe H sind dabei derart gewählt , dass der Stützkörper 12 ausreichend weit beabstandet von benachbarten Stütz körpern 12 gelagert ist , sodass bei einem Transfer von Bauelementen und insbesondere einer dazu erforderlichen Scherbewegung die Stützkörper 12 nicht mit den zu transferierenden Halbleiterbauelementen agieren .

Zentral auf der Oberfläche 120 des Stützkörpers 12 ist ein Stempelkörper 10 angeordnet . Dieser umfasst ebenso eine quadratische Grundfläche , die an der Oberseite die Stempelfläche 11 bildet . Das Material des Stempelkörpers 10 ist PDMS , wobei sich aber auch ein anderer Kunststoff eignet . Gegebenenfalls kann das elastomere Material PDMS auch Zusatzstoffe beinhalten, welche die Elastizität oder die Steifigkeit verändern . Die Kantenlänge 1 der Stempelfläche 11 ist dabei kleiner als die Höhe h des Stempelkörpers 10 , sodass ein Verhältnis von h zu der Kantenlänge 1 größer 1 (h/1 > 1 ) beträgt und beispielsweise im Bereich wie hier dargestellt von 1 , 5 bis 2 , 5 liegt . An der Oberseite des Stempelkörpers 10 befindet sich die eigentliche Stempelfläche , die mit den zu transferieren Halbleiterbauelement interagiert und die zu diesem Zweck eine bezüglich des Materials der Halbleiterbauelemente leicht klebrige Oberfläche aufweist .

Nach dem vorgeschlagenen Prinzip sind nun die Seitenflächen des Stempelkörpers 10 mit einer stabilisierenden Schicht 101 bedeckt . Diese ist auf den Seitenflächen des Stempelkörpers 10 aufgebracht und besitzt eine Steifigkeit , die größer ist als eine Steifigkeit des elastomeren Material des Stempelkörpers 10 . Die stabilisierende Schicht 101 ist dabei insbesondere in Form einer dünnen Beschichtung auf die Seitenflächen des Stempelkörpers 10 aufgebracht .

Anders ausgedrückt , ist das stabilisierende auf den Seitenflächen des Stempelkörpers 10 aufgebrachte Material weniger elastisch und verhindert bzw . reduziert ein Verbiegen des Stempelkörpers 10 bei einer Scherbewegung während des Ablege- bzw . Abnahmeprozesses der Halbleiterkörper .

Auf diese Weise kann die Höhe h des Stempelkörpers 10 vergrößert werden, ohne dass die bei der Abnahme bzw . dem Ablegen der Halbleiterkörper auftretenden Scherkräfte zu einer Beschädigung des Stempelkörpers führen, oder benachbarte Transferstempel sich gegenseitig behindern . Durch die größere Höhe h ist zudem während des Abnahmeprozesses eine größere Entfernung der Halbleiterbauelemente zu dem Stütz körper 12 gewährleistet , sodass eine Fehlausrichtung der Stempelkörper während des Transfervorgangs eine geringere Auswirkung haben . Insbesondere wird durch die größere Höhe h des Stempelkörpers 10 gewährleistet , dass der Stützkörper 12 nicht versehentlich mit dem Halbleiterbauelement interagiert .

Das Material 101 auf den Seitenflächen des Stütz körpers kann sich zudem auch auf die Oberfläche 120 sowie die Seitenfläche des Stützkörpers 12 und die Oberfläche der Basis 13 erstrecken . In Ausführungsbeispielen kann dieses Material während der Fertigung des in der Figur 1 dargestellten Transferstempels auf die Oberfläche dieses Stempels aufgedampft , auf gesputtert oder anderweitig aufgebracht werden . Die Dicke des aufgebrachten Materials 101 ist dabei so gewählt , dass eine ausreichende Steifigkeit in Abhängigkeit des Materials des Stempelkörpers 10 erreicht wird .

Die dazu erforderliche Dicke ist somit abhängig von dem Material des Stempelkörpers 10 und dessen mechanischen bzw . elastischen Eigenschaften, aber auch von den Eigenschaften des aufgebrachten Materials selbst . Beispiele für derartige Materialien wären Siliziumdioxid SiO2 , welches in Form einer Verglasung als Material 101 auf den Seitenflächen aufgebracht ist . Die Dicke von Siliziumdioxid Si02 liegt dabei im Bereich von einigen Nanometern bis einigen 10 nm . Alternative Materialien zum Aufbringen mit einer erhöhten Steifigkeit bezüglich des Materials des Stempelkörpers 10 wären auch Graphit bzw . verschiedene Metalle . Letztere haben zudem den Vorteil , dass sie elektrisch leitend sind, sodass unbeabsichtigte elektrostatische Aufladungen während des Transfers vermieden werden können . Mögliche Materialien für Metalle sind beispielsweise Silber, Gold, Platin, aber auch Titan oder Nickel .

Die Figuren 2A bis 2C zeigen verschiedene Verfahrensschritte für die Herstellung von Transferstempeln 1 nach dem vorgeschlagenen Prinzip .

In Figur 2A ist das Material des Transferstempels auf einer transparenten soliden Basis 130 aufgebracht und bereits entsprechend strukturiert . Jeder Transferstempel 1 umfasst dabei einen Stütz körper 12 sowie einen auf dem Stütz körper angeordneten Stempelkörper 10 . Stützkörper 12 , Stempelkörper 10 sowie auch das Basismaterial 13 sind dabei aus einem Stück gefertigt und umfassen einen elastischen Kunststoff , beispielsweise PDMS Sylgard 184® . Dieses Material besitzt eine geringfügige Klebrigkeit gegenüber den zu transferierenden Halbleitermaterialien, sodass die Halbleiterbauelemente bei Berührung auf der Stempelfläche 11 gut an dem Stempelkissen anhaften und von diesem von einem Träger abgenommen werden können .

Wie in Figur 2A dargestellt , ist die Höhe h der Stempelkörper 10 deutlich größer als die entsprechende Kantenlänge 1 der Stempelfläche 11 . Das Verhältnis aus Höhe h zu Kantenlänge liegt in diesem Ausführungsbeispiel im Bereich 2 bis 3 . Auf der Stempelfläche 11 wird nun zum Schutz der Stempelfläche vor den weiteren Prozessschritten eine Abdeckung 25 aufgebracht , beispielsweise ein Plättchen aus Halbleitermaterial , sodass die freiliegende Stempelfläche 11 vollständig bedeckt ist . Anschließend werden, wie in Figur 2B gezeigt , die Seitenflächen des Stempelkörpers 10 sowie auch des Stütz körpers 12 und die Oberfläche der Basis 13 mit einem stabilisierenden Material 101 bedeckt . Die stabilisierende Schicht 101 wird dabei insbesondere in Form einer dünnen Beschichtung auf die Seitenflächen der Stempelkörper 10 aufgebracht , sodass Bereich zwischen den Stempelkörpern 10 bzw . Stütz körpern von dem stabilisierenden Material 101 frei bleiben . Das stabilisierende Material 101 füllt entsprechend nicht die Zwischenräume zwischen den Stempelkörpern auf , sondern bedeckt lediglich die Seitenflächen der Stempelkörper 10 .

Dieses Material besitzt wie bereits erwähnt eine höhere Steifigkeit als der verwendete Kunststoff des Stempelkörpers 10 . Die Dicke des aufgebrachten Materials liegt dabei im Bereich von ca . 20 nm bis 100 nm, und ist unter anderem abhängig von der Kantenlänge 1 der Stempelfläche . Generell gilt , dass bei größeren Verhältnissen von h/1 auch die Dicke des Materials der stabilisierenden Schicht zunehmen sollte . Der auf der Stempelfläche 11 aufgebrachte Schutz verhindert ein Abscheiden des stabilisierenden Materials 101 auf der Stempelfläche . Anschließend wird die Abdeckung auf der Stempelfläche 11 in Figur 2C wieder abgenommen, sodass nun die Stempelfläche freiliegt .

Während des Abscheidens des Materials 101 auf den Seitenflächen kann in einigen Aspekten der auf der Stempelfläche 11 aufgebrachte Schutz 25 leicht über den Rand der Stempelfläche hinausragen . Dies ist zum einen sinnvoll , um ein eventuelles Misalignment , d . h . die Auswirkung eines leicht versetzten Aufbringens der Abdeckung 25 auf die Fläche 11 oder ein Verrutschen während des Prozessvorganges zu reduzieren . Andererseits erzeugt ein überstehender Bereich der Abdeckung 25 eine Abschattung entlang der Endbereiche der Seitenflächen, d . h . der zu der Stempelfläche benachbarten Bereiche . Dadurch wird in diesem Bereich weniger stabilisierendes bzw . auch kein stabilisierendes Material aufgebracht , sodass eine Kante bzw . ein Randbereich der Seitenflächen nahe der Stempelfläche 11 von dem stabilisierenden Material frei bleibt . Vereinfacht ausgedrückt überragt die Höhe h des Stempelkörpers die Höhe der stabilisierenden Seitenflächen um einen geringfügigen Betrag im Bereich von einigen Nanometern bis einigen 10 nm. Oder das stabilisierende Material ist um diesen Betrag leicht zurückgesetzt . Dies hat den Vorteil , dass eine leichte Kompression der Stempelfläche bei einem Andrücken der Stempelfläche an die Halbleiterbauelemente nicht zu einer Berührung der stabilisierenden Seitenflächen mit dem Halbleiterbauelement führt . Dadurch lässt sich die Haftkraft der Stempelfläche 11 auf die Halbleiterbauelemente erhöhen, ohne dass hierbei die stabilisierenden Seitenflächen mit dem Halbleiterbauelement in Berührung kommen und dieses gegebenenfalls beschädigen . Die fertige in Figur 2C dargestellte Ausführungsform eines Transferstempel kann für einen mehrfachen Transfer von Elementen verwendet werden .

Figuren 3A bis 3D zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Herstellung von Transferstempeln nach dem vorgeschlagenen Prinzip . In dieser Ausführung wird ein Stempelgrundkörper mit der Basis 13 sowie darauf aufgebrachten Stütz körpern 12 ' vorgesehen . Der Stützkörper 12 ' und die Basis 13 umfasst ein Material , welches eine deutlich höhere Härte und Steifigkeit gegenüber dem späteren Material des Stempelkörpers 10 aufweist . In einem nächsten Schritt dargestellt in Figur 3B wird die Oberfläche 120 der Stützkörper 12 ' einem Plasmaprozess unterworfen, sodass die Oberfläche aktiviert wird . Die Aktivierung der Oberfläche erzeugt freie Bindungen, die ein besonders gutes anhaften einer zweiten deutlich weicheren Schicht 100 ermöglichen, die als Materialreservoir auf einem temporären Träger 20 befestigt ist .

Wie im Ausführungsbeispiel der Figur 3B dargestellt , wird die Plasma aktivierte Oberfläche 120 ' nun der Oberfläche des Materials 100 zugewandt angeordnet und auf diese fest auf gedrückt . Zusätzlich kann auch die Oberfläche des weicheren Materialreservoirs für den Stempelkörper 100 mit einem entsprechenden Plasmaprozess aktiviert werden . Nach dem Aufdrücken der Oberfläche 120 ' auf die Oberfläche des Reservoirs 100 haften diese aneinander und die plasmaaktivierte ( n) Oberflächen verkleben miteinander . Sodann werden die Stützkörper 12 ' wieder entfernt , sodass sich ein Teil des Materials des Stempelkörpers 100 ablöst und so eine einen Pyramidenstumpf bildende Struktur 10 ' als Stempelkörper auf der Oberfläche des Stütz körpers 12 ' verbleibt . Die pyramidenstumpf- förmige Struktur 10 ' ist mit dem Stütz körper 12 ' relativ fest verbunden und kann mittels weiterer Prozesse für den späteren Transfer von Bauelementen vorgesehen werden .

Je nach Prozessdesign kann hier auch eine kegelstumpf förmige Struktur gebildet werden .

In einem darauf folgenden Schritt werden wiederum die Stempelflächen der Strukturen 10 ' mit einer Abdeckung als Schutz bedeckt und anschließend das stabilisierende Material 101 auf den Seitenflächen der Stempelkörper 10 ' sowie der Stütz körper 12 ' aufgebracht . Die sich ergebende Struktur ist dann in Figur 3D dargestellt . Die stabilisierende Schicht 101 wird dabei insbesondere in Form einer dünnen Beschichtung auf die Seitenflächen der Strukturen 10 ' sowie der Stütz körper 12 ' aufgebracht , sodass Bereich zwischen den Strukturen 10 ' bzw . Stützkörpern von dem stabilisierenden Material 101 frei bleiben . Das stabilisierende Material 101 füllt entsprechend nicht die Zwischenräume zwischen den Stempelkörpern sowie der Stützkörper 12 ' auf , sondern bedeckt lediglich die Seitenflächen der Stempelkörper 10 ' sowie der Stützkörper 12 ' .

In diesem Ausführungsbeispiel verj üngt sich der Durchmesser der Stempelkörper 10 ' in Richtung auf die Stempelfläche 11 hin, sodass diese einen Pyramidenstumpf bzw . auch einen Kegelstumpf bilden . Der sich ergebende Stempel ist unterschiedlich zu der vorherigen Ausführungsform, in der die Kantenlänge im Wesentlichen gleich über die Höhe verbleibt , und die Stempelkörper aus quaderförmigen Strukturen aufgebaut sind .

Die in den Figuren 3A bis 3C dargestellte Ausführungsform mit verschiedenartigen Materialien für den Stütz körper 12 und dem Stempelkörper 10 kann zudem variiert werden, um unterschiedliche an die zu übertragenden Bauelemente angepasste Ausgestaltungsformen zu realisieren .

Die Figuren 4A bis 4C zeigen hierzu einige Verfahrensschritte für die Herstellung einer Vielzahl von Transferstempeln nach dem vorgeschlagenen Prinzip . In Figur 4A wird wiederum ein Basis körper 13 ' mit einem Stützkörper 12 ' bereitgestellt , der in Figur 4B über einen Plasmaprozess auf seinen Oberflächen aktiviert wird . Ebenso wird ein temporärer Träger 20 mit mehreren quaderförmigen Stempelkörpern 10 vorbereitet , deren Oberflächen ebenfalls durch den Plasmaprozess aktiviert wird .

Der Abstand zwischen den einzelnen Stempelkörpern 10 entspricht dabei dem Abstand zwischen den Zentren der j eweiligen Stütz körper 12 ' . Träger 20 und Basis körper 13 ' mit den j eweiligen Elementen werden einander gegenüberliegend angeordnet und die Oberflächen der Stempelkörper 10 mit den Stütz körpern 12 verbunden . Nach dem Abnehmen des Glasträgers 20 verbleiben die Stempelkörper 10 somit an den Stütz körpern 12 und können über die weiteren Prozessschritte mit dem stabilisierenden Material beaufschlagt werden . Auf diese Weise lässt sich beispielsweise die Ausführungsform nach Figur 1 realisieren .

Eine weitere Ausgestaltungsform sowie Transferstempel zeigen die Figuren 5A und 5B . In Figur 5A wird ein Basis körper bereitgestellt , der neben der Basis 13 ' und den Stützkörper 12 ' auch mittig angeordnete Stempelkörper 10 ' ' aufweist . Das Material der Stempelkörper 10 ' ' ist gleich dem Material der Stützkörper 12 ' , die Kantenlänge an der Ober bzw . Unterseite der Stempelkörper 10 ' ' ist deutlich geringer als die entsprechende Höhe bis zum Stütz körper 12 ' . Dadurch wird auch hier ein Verhältnis aus Höhe zu Kantenlänge geschaffen, welches größer als 1 ist und vorliegend im Bereich zwischen 2 bis 3 liegt .

Diese Anordnung wird nun gegenüber einem strukturierten Glasträger 20 angeordnet . Der strukturierte Glasträger 20 umfasst in gleichmäßigen Abständen eine Vielzahl von Vertiefungen, in der eine Ablöseschicht 30 und ein darin vorhandenes weiches Elastomermaterial 103 eingebracht ist . Die plasmaaktivierte Oberfläche des Stempelkörpers 10 ' ' wird nun in die Vertiefungen eingebracht , sodass sich das Material 103 mit der Oberfläche verbindet , sodass nach einer Abnahme sich das Material auch vereinfacht durch die Ablöseschicht 30 aus den Vertiefungen entnehmen lässt .

Das Ablösen erfolgt aufgrund des Abreißens des Elastomermaterial 103 an den Kanten der Vertiefungen . In einer alternativen Ausführung wird der Glasträger 20 so ausgeführt , dass sich die Ablöseschicht 30 , lediglich am Boden der Vertiefungen sowie an dessen Seitenrändern befindet . Die eingebrachte weiche Elastomerschicht wird dann an der Oberfläche mit der plasmaaktivierten Oberfläche des Stempelkörpers 10 ' ' in Kontakt gebracht und so verbunden . Beim Wegbewegen löst sich die Elastomerschicht in der Vertiefung leicht ab und reist an den Seitenkanten . Ein zusätzliches Strukturieren der Ablöseschicht passend zu den Vertiefungen bringt somit noch eine Verbesserung und führt zu definierten Stempeln aus weichem Elastomermaterial .

Auf diese Weise werden kleine elastomere Stempelkissen 103 aus weicherem PDMS Material auf der Oberseite des Stempelkörpers 10 ' ' erzeugt . Anschließend werden nach der Abnahme der Stempelkissen 103 die Seitenflächen des Stempelkissens 103 , die Seitenflächen des restlichen Kör- pers 10 ' ' sowie des Stützkörpers 12 ' mit einem stabilisierenden Material überzogen . Der so erzeugte Transferstempel ist in Figur 5B dargestellt .

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Transfer stempel

10 Stempel körper

10 ' Stempel körper

10 ' ' Stempel körper

11 Stempelt läche

12 Stütz körper

12 ' Stütz körper

13 Basis körper

20 temporärer Träger

25 Abdeckung

101 stabilisierende Schicht

103 Stempelkissen

120 Oberfläche

120 aktivierte Oberfläche

130 Basis

H, h Höhe

L, 1 Länge

Claims

PATENTANSPRÜCHE Transferstempel zum Transferieren einer Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen, umfassend:

Eine Vielzahl von Stempelkörpern (10, 10', 10' ') , die eine Höhe (h) sowie eine Stempelfläche (11) mit einer Kantenlänge (1) aufweisen, wobei ein Verhältnis der Höhe zu der Kantenlänge größer als 1,3 und insbesondere größer als 2 ist; eine stabilisierende Schicht (101) aus einem vom Stempelkörper (10, 10', 10' ') verschiedenen Material auf den Seiten des Stempelkörpers (10, 10', 10' ') , wobei die Stempelfläche (11) im Wesentlichen frei von dem Material bleibt, und das Material der stabilisierenden Schicht (101) eine größere Steifigkeit aufweist als ein Material des Stempelkörpers (10, 10', 10' ') ; und eine Vielzahl von sich in Längsrichtung jeweils an einen der Stempelkörper (10, 10', 10' ') anschließende Stützkörper (12, 12 ') , die eine Oberfläche (120) aufweisen, auf welcher der Stempelkörper (10, 10', 10' ') insbesondere mittig angeordnet ist, wobei die Oberfläche größer ist als die Stempelfläche (11) . Transferstempel nach Anspruch 1, wobei die Stützkörper (12, 12 ') ein anderes Material als die Stempelkörper (10, 10', 10' ') aufweisen, und insbesondere ein Material umfassen, welches eine höhere Steifigkeit als das Material der Stempelkörper aufweist. Transferstempel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stützkörper (12, 12 ') zumindest teilweise, insbesondere an den Seitenflächen mit dem Material der stabilisierenden Schicht (101) bedeckt sind. Transf erstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der stabilisierenden Schicht (101) wenigstens ein Material aus der folgenden Gruppe umfasst:

SiO2;

Graphit;

Metall, insbesondere Ag, Au, Ti; und TiN. Transf erstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der stabilisierenden Schicht (101) zwischen 1/1000 bis 1/50, insbesondere zwischen 1/800 bis 1/100 und insbesondere 1/700 und 1/200 einer Kantenlänge (1) der Stempelfläche (11) beträgt und/oder zwischen 5 nm und 100 nm, insbesondere zwischen 10 nm und 75 nm und insbesondere zwischen 20 nm und 50 nm liegt. Transf erstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Stempelfläche (11) eine Kantenlänge (1) im Bereich zwischen 2 pm und 50 pm und insbesondere zwischen 2 pm und 30 pm und insbesondere kleiner als 10 pm aufweist. Transf erstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Bereiche der Seitenflächen der Stempelkörper (10, 10', 10' ') benachbart zur Stempelfläche hin frei von dem Material der stabilisierenden Schicht sind, insbesondere ausgehend von der Stempelfläche in einem Bereich von 1 nm bis 30 nm und insbesondere in einem Bereich zwischen 2 nm bis 10 auf den Seitenflächen. Transf erstempel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Seitenflächen der Stempelkörper (10) sich in Richtung auf die Stempelfläche hin verjüngen. Verfahren zum Erzeugen eines Transferstempels, aufweisend die Schritte :

Bereitstellen einer Vielzahl von Stützkörpern (12) mit jeweils einem Stempelkörper der eine Höhe sowie eine Stempelfläche mit einer Kantenlänge aufweist, wobei ein Verhältnis der Höhe zu der Kantenlänge größer als 1,3 und insbesondere größer als 2 ist; Erzeugen einer stabilisierenden Schicht (101) , zumindest auf Seitenflächen der Stempelkörper (10, 10', 10' ') , wobei die Stempelflächen (11) frei von der stabilisierenden Schicht bleiben und ein Material der stabilisierenden Schicht (11) eine größere Steifigkeit aufweist als ein Material der Stempelkörper (10, 10', 10 ' ' ) aufweist . Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des Erzeugens der stabilisierenden Schicht (101) umfasst:

Abdecken der Stempelflächen (11) mit einer Abdeckung (25) , insbesondere einem Plättchen; und wenigstens einem der folgenden Schritte : o Abscheiden eines Metalls insbesondere Ag, Au oder Ti auf zumindest den Seitenflächen der Stempelkörper; o Abscheiden von Graphit auf den Seitenflächen der Stempelkörper; o Behandeln zumindest der Seitenflächen der Stempelkörper mit einem Plasma; o Verglasen zumindest der Seitenflächen der Stempelkörper. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem nach dem Erzeugen der stabilisierenden Schicht Bereiche der Seitenflächen der Stempelkörper (10, 10', 10' ') benachbart zur Stempelfläche (11) hin frei von dem Material der stabilisierenden Schicht (101) verbleiben, insbesondere ausgehend von der Stempelfläche in einem Bereich von 1 nm bis 30 nm und insbesondere in einem Bereich zwischen 2 nm bis 10 auf den Seitenflächen . Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, bei dem der Schritt des Bereitstellens der Vielzahl von Stützkörpern (12, 12') mit jeweils einem Stempelkörper (10, 10', 10' ') umfasst:

Bereitstellen der Stützkörper (12) mit jeweils einer Absetzoberfläche (120) ;

Bereitstellen einer Vielzahl von Stempelkörpern (10) mit einer Stempelfläche (11) ;

Anbringen der Stempelkörper (10) auf den Stützkörpern (12) . Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schritt des Anbringens der Stempelkörper auf den Stützkörpern umfasst:

Behandeln, insbesondere Plasmabehandeln der Absetzoberflächen (120) und einer den Stempelflächen (11) gegenüberliegenden Oberfläche ;

Zusammenbringen der behandelten Absetzoberflächen (120) und der der Stempelflächen (11) gegenüberliegenden Oberflächen, wobei optional durch Wegbewegen der Stützkörper (12) ein die Stempelkörper bildendes Material aus einem Materialreservoir (100) herausgerissen wird. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Stempelkörper

(10) auf einem temporären Träger (20) bereitgestellt werden, dessen Haftkraft zu den Stempelkörpern geringer ist als eine Haftkraft zwischen den Oberflächen der Stützkörper und der Stempelkörper. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei ein Material

(100) der Stempelkörper (10) auf einem temporären Träger (20) in dafür vorgesehenen Vertiefungen bereitgestellt wird, und der temporäre Träger optional eine Ablöseschicht (30) aufweist. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei das Material der

Stützkörper unterschiedlich zum Material der Stempelkörper ist, wobei das Material der Stützkörper eine höhere Steifigkeit als das Material der Stempelkörper aufweist.