DE102017009136A1 - Method of separating and detaching slices from a brittle of a brittle-hard material - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Trennen und Ablösen von Scheiben von einem Rohling aus einem sprödharten Material mit eingebrachten Defekten als eine ebene Schädigungszone.Die Verfahren zeichnen sich insbesondere durch ein schnelles und einfaches Abtrennen aus.Das erfolgt durch- Beaufschlagen der Oberfläche der vom Rohling abzulösenden Scheibe mit elektromagnetischen Wellen, wobei das Material des Rohlings für die elektromagnetischen Wellen transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone eine erhöhte Absorption aufweist, und- Erzeugen von thermisch induzierten mechanischen Spannungen in der Schädigungszone durch absorbierte elektromagnetische Wellen, so dass sich die Scheibe vom Rohling ablöst.Die Schädigungszone fungiert hierbei als Trennebene, in die ein gezieltes Einbringen von thermischer Energie erfolgt. Das kann entweder seriell durch ein Abscannen mit einem Laser hoher Leistung und geringer Intensität oder parallel durch großflächige Bestrahlung der Scheibe mit einer leistungsstarken Strahlungsquelle erfolgen. Die Scheibe ist dazu beispielsweise ein Wafer.The invention relates to methods for separating and detaching slices from a blank of a brittle-hard material with defects introduced as a planar damage zone. The methods are characterized in particular by a quick and easy separation. This is done by applying the surface of the disc to be detached from the blank with electromagnetic waves, wherein the material of the blank for the electromagnetic waves is transparent or partially transparent and the planar damage zone has an increased absorption, and - generating thermally induced mechanical stresses in the damage zone by absorbed electromagnetic waves, so that the disc separates from the blank The damage zone acts as a separation plane into which a targeted introduction of thermal energy takes place. This can be done either serially by scanning with a laser of high power and low intensity or in parallel by large-area irradiation of the disc with a powerful radiation source. The disk is, for example, a wafer.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Trennen und Ablösen von Scheiben von einem Rohling aus einem sprödharten Material mit eingebrachten Defekten als eine ebene Schädigungszone.The invention relates to methods for separating and detaching slices from a brittle of a brittle-hard material with defects introduced as a planar damage zone.

Beim großflächigen Trennen von sprödharten Materialien wird bei bekannten Verfahren in einem ersten Schritt mittels Laserbestrahlung eine Schädigungsebene eingebracht. In einem zweiten Schritt wird die Scheibe als Wafer durch mechanische Krafteinwirkung mittels Schrumpfwirkung einer aufgeklebten Schicht abgetrennt.In the large-area separation of brittle-hard materials, a damage level is introduced in a first step by means of laser irradiation in known methods. In a second step, the wafer is separated as a wafer by mechanical force by means of shrinkage effect of a glued layer.

Durch die Druckschrift DE 10 2015 000 134 A1 ist so ein laserbasiertes Festkörpertrennverfahren bekannt. Dazu sind die Arbeitsschritte Aufbringen, Aushärten, Tiefkühlen und Ablösen jeweils der Kunststoffschicht notwendig.Through the publication DE 10 2015 000 134 A1 Such a laser-based solid state separation method is known. For this purpose, the steps of applying, curing, freezing and peeling each of the plastic layer are necessary.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Scheiben von einem Rohling aus einem sprödharten Material einfach und schnell zu trennen.The specified in claim 1 invention has for its object to easily and quickly separate slices of a blank of a brittle-hard material.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features listed in claim 1.

Die Verfahren zum Trennen und Ablösen von Scheiben von einem Rohling aus einem sprödharten Material mit eingebrachten Defekten als eine ebene Schädigungszone zeichnen sich insbesondere durch ein schnelles und einfaches Abtrennen aus.The methods for separating and detaching slices of a brittle from a brittle-hard material with defects introduced as a flat damage zone are characterized in particular by a quick and easy separation.

Das erfolgt durch

  • - Beaufschlagen der Oberfläche der vom Rohling abzulösenden Scheibe mit elektromagnetischen Wellen, wobei das Material des Rohlings für die elektromagnetischen Wellen transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone eine erhöhte Absorption aufweist, und
  • - Erzeugen von thermisch induzierten mechanischen Spannungen in der Schädigungszone durch absorbierte elektromagnetische Wellen, so dass sich die Scheibe vom Rohling ablöst.
This is done by
  • - Impacting the surface of the disc to be detached from the blank with electromagnetic waves, wherein the material of the blank for the electromagnetic waves is transparent or partially transparent and the planar damage zone has an increased absorption, and
  • - Generating thermally induced mechanical stresses in the damage zone by absorbed electromagnetic waves, so that the disc detaches from the blank.

Die Schädigungszone fungiert hierbei als Trennebene, in die ein gezieltes Einbringen von thermischer Energie erfolgt. Das kann entweder seriell durch ein Abscannen mit einem Laser hoher Leistung und geringer Intensität oder parallel durch großflächige Bestrahlung der Scheibe mit einer leistungsstarken Strahlungsquelle erfolgen. Die Scheibe ist dazu beispielsweise ein Wafer.The damage zone acts as a separation plane into which a targeted introduction of thermal energy takes place. This can be done either serially by scanning with a laser of high power and low intensity or in parallel by large-area irradiation of the disc with a powerful radiation source. The disk is, for example, a wafer.

Vorteilhafterweise erfolgt damit ein thermisch induziertes großflächiges Trennen. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass das Volumen des Rohlings bis zur Schädigungszone zumindest teiltransparent ist, so dass die Strahlung zum Teil bis in die Schädigungszone vordringen kann. In der Schädigungszone liegt eine erhöhte Absorption vor, so dass die Strahlung vorzugsweise dort absorbiert wird. Da die Strahlung durch die erhöhte Absorption in der Schädigungszone kaum noch in den darunter liegenden Bereich des Rohlings vordringen kann, dehnt sich dieser zumindest weniger aus als der darüberliegende bestrahlte Bereich, der sich durch die Teiltransparenz und die daraus resultierende Absorption der Strahlung erwärmt hat. Dadurch entstehen vor allem in der Schädigungszone thermisch induzierte mechanische Spannungen, die zur Trennung der Scheibe vom Rohling führen. Der Rohling kann dazu auch eine Scheibe sein, so dass bei Anwendung des Verfahrens zwei Scheiben vorhanden sind.Advantageously, this is a thermally induced large-scale separation. In this case, the fact is exploited that the volume of the blank is at least partially transparent up to the damage zone, so that the radiation can partly penetrate into the damage zone. In the damage zone there is an increased absorption, so that the radiation is preferably absorbed there. Since the radiation can hardly penetrate into the underlying area of the blank due to the increased absorption in the damage zone, this at least expands less than the overlying irradiated area, which has been heated by the partial transparency and the resulting absorption of the radiation. As a result, especially in the damage zone thermally induced mechanical stresses that lead to the separation of the disc from the blank. The blank may also be a disc, so that there are two discs when using the method.

Das Verfahren zeichnet sich damit durch eine geringe Anzahl von Verfahrensschritten aus, so dass ein schnelles Trennen und Ablösen erfolgt.The process is characterized by a small number of process steps, so that a rapid separation and detachment takes place.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the claims 2 to 7.

Die Oberfläche der vom Rohling abzulösenden Scheibe wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 mit elektromagnetischen Wellen als Laserstrahlung wenigstens eines Lasers beaufschlagt, wobei das Material des Rohlings für die Laserstrahlung transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone eine erhöhte Absorption aufweist. Weiterhin werden thermisch induzierte mechanische Spannungen in der Schädigungszone durch absorbierte Laserstrahlung erzeugt, so dass sich die Scheibe vom Rohling ablöst. Die Strahlung kann so mit einem schwach fokussierten Laserstrahl genügender Leistung seriell eingebracht werden. Dabei wird die Wellenlänge so gewählt, dass genügend Strahlung bis zur Schädigungszone vordringen kann.The surface of the disc to be detached from the blank is subjected according to the embodiment of claim 2 with electromagnetic waves as laser radiation of at least one laser, wherein the material of the blank for the laser radiation is transparent or partially transparent and the planar damage zone has an increased absorption. Furthermore, thermally induced mechanical stresses are generated in the damage zone by absorbed laser radiation, so that the disc separates from the blank. The radiation can thus be introduced serially with a weakly focused laser beam of sufficient power. The wavelength is chosen so that enough radiation can penetrate to the damage zone.

In Fortführung wird die Laserstrahlung nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 mäanderförmig, spiralförmig oder reihenförmig über die Oberfläche der vom Rohling abzulösenden Scheibe geführt. Damit wird die ganze Fläche des Rohlings seriell bestrahlt.In continuation, the laser radiation according to the embodiment of claim 3 meander-shaped, spirally or in rows is performed over the surface of the disc to be detached from the blank. Thus, the whole surface of the blank is serially irradiated.

Die Oberfläche der vom Rohling abzulösenden Scheibe wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 mit elektromagnetischen Wellen als Strahlung wenigstens eines Halogenstrahlers, wenigstens einer Gasentladungsröhre, Lumineszenzdioden oder Laserdioden flächig beaufschlagt, wobei das Material des Rohlings für die elektromagnetischen Wellen transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone eine erhöhte Absorption aufweist. Dadurch werden thermisch induzierte mechanische Spannungen in der Schädigungszone durch absorbierte Strahlung erzeugt, so dass sich die Scheibe vom Rohling ablöst. Mit den Lumineszenzdioden oder den Laserdioden kann die Wellenlänge so gewählt werden, dass genügend Strahlung bis zur Schädigungszone vordringen kann. Mit dem Einschalten der jeweiligen Strahlungsquelle wird der Rohling vorzugsweise über und in der Schädigungszone schnell erwärmt, so dass ein schnelles Abtrennen der Scheibe erfolgt.According to the embodiment of claim 4, the surface of the disc to be detached from the blank is subjected to electromagnetic radiation as radiation of at least one halogen radiator, at least one gas discharge tube, light emitting diodes or laser diodes, wherein the material of the blank for the electromagnetic waves is transparent or partially transparent and the plane damage zone has an increased absorption. As a result, thermally induced mechanical stresses in the damage zone generated by absorbed radiation, so that the disc separates from the blank. With the light emitting diodes or the laser diodes, the wavelength can be selected so that sufficient radiation can penetrate to the damage zone. With the switching on of the respective radiation source, the blank is preferably heated rapidly above and in the damage zone, so that a rapid separation of the disc takes place.

Der Rohling ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ein Ingot aus einem Halbleiter- oder Isolatormaterial. Die vom Ingot getrennte und abgelöste Scheibe ist damit ein Wafer.The blank is according to the embodiment of claim 5 an ingot of a semiconductor or insulator material. The disc separated and detached from the ingot is thus a wafer.

Das Material des Rohlings und damit der getrennten und abgelösten Scheibe ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 Diamant, Silizium, Siliziumkarbid, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Indiumphosphit, Saphir, Quarz, Glas oder Keramik.The material of the blank and thus the separated and detached disc is according to the embodiment of claim 6 diamond, silicon, silicon carbide, germanium, gallium arsenide, gallium nitride, indium phosphide, sapphire, quartz, glass or ceramic.

Die Scheibe ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ein Substrat für elektronische Bauelemente.The disc is according to the embodiment of claim 7, a substrate for electronic components.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are illustrated in principle in the drawings and will be described in more detail below.

Es zeigen:

  • 1 eine Einrichtung zum Trennen und Ablösen von Scheiben von einem Rohling mit einem Laser und einer Scannereinrichtung und
  • 2 eine Einrichtung zum Trennen und Ablösen von Scheiben von einem Rohling mit einer Strahlungsquelle.
Show it:
  • 1 a device for separating and detaching slices from a blank with a laser and a scanner device and
  • 2 a device for separating and detaching disks from a blank with a radiation source.

In Verfahren zum Trennen und Ablösen von Scheiben 1 von einem Rohling 2 aus einem sprödharten Material mit eingebrachten Defekten als eine ebene Schädigungszone 3 wird die Oberfläche der vom Rohling 2 abzulösenden Scheibe 1 mit elektromagnetischen Wellen 4 beaufschlagt, wobei das Material des Rohlings 2 für die elektromagnetischen Wellen 4 transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone 3 als eine Trennebene eine erhöhte Absorption aufweist. Es werden thermisch induzierte mechanische Spannungen in der Schädigungszone 3 durch absorbierte elektromagnetische Wellen 4 erzeugt, so dass sich die Scheibe 1 vom Rohling 2 ablöst.In processes for separating and detaching slices 1 from a blank 2 from a brittle-hard material with defects introduced as a plane damage zone 3 becomes the surface of the blank 2 to be detached disc 1 with electromagnetic waves 4 subjected to the material of the blank 2 for the electromagnetic waves 4 transparent or partially transparent and the plane damage zone 3 as a parting plane has an increased absorption. There are thermally induced mechanical stresses in the damage zone 3 by absorbed electromagnetic waves 4 generated, so that the disc 1 from the blank 2 replaces.

Die 1 zeigt eine Einrichtung zum Trennen und Ablösen von Scheiben 1 von einem Rohling 2 mit einem Laser 5 und einer Scannereinrichtung 6 in einer prinzipiellen Darstellung.The 1 shows a device for separating and detaching discs 1 from a blank 2 with a laser 5 and a scanner device 6 in a schematic representation.

Die Oberfläche 7 der vom Rohling 2 abzulösenden Scheibe 1 wird in einem ersten Ausführungsbeispiel mit elektromagnetischen Wellen 4 als Laserstrahlung 4 wenigstens eines Lasers 5 beaufschlagt, wobei das Material des Rohlings 2 für die Laserstrahlung 4 transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone 3 eine erhöhte Absorption aufweist. Damit werden thermisch induzierte mechanische Spannungen in der Schädigungszone 3 durch absorbierte Laserstrahlung 4 erzeugt, so dass sich die Scheibe 1 vom Rohling 2 ablöst. Die Laserstrahlung 4 wird dazu mäanderförmig, spiralförmig oder reihenförmig über die Oberfläche 7 der vom Rohling 2 abzulösenden Scheibe 1 geführt.The surface 7 from the blank 2 to be detached disc 1 is in a first embodiment with electromagnetic waves 4 as laser radiation 4 at least one laser 5 subjected to the material of the blank 2 for the laser radiation 4 transparent or partially transparent and the plane damage zone 3 has an increased absorption. This thermally induced mechanical stresses in the damage zone 3 by absorbed laser radiation 4 generated, so that the disc 1 from the blank 2 replaces. The laser radiation 4 becomes meandering, spiraling or in rows over the surface 7 from the blank 2 to be detached disc 1 guided.

Die 2 zeigt eine Einrichtung zum Trennen und Ablösen von Scheiben 1 von einem Rohling 2 mit einer Strahlungsquelle in einer prinzipiellen Darstellung.The 2 shows a device for separating and detaching discs 1 from a blank 2 with a radiation source in a basic representation.

Die Oberfläche der vom Rohling 2 abzulösenden Scheibe 1 wird in einem zweiten Ausführungsbeispiel mit elektromagnetischen Wellen 4 als Strahlung 4 wenigstens eines Halogenstrahlers 8, wenigstens einer Gasentladungsröhre, Lumineszenzdioden oder Laserdioden flächig beaufschlagt, wobei das Material des Rohlings 2 für die elektromagnetischen Wellen 4 transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone 3 eine erhöhte Absorption aufweist. Damit werden thermisch induzierte mechanische Spannungen in der Schädigungszone 3 durch absorbierte Strahlung 4 erzeugt, so dass sich die Scheibe 1 vom Rohling 2 ablöst.The surface of the blank 2 to be detached disc 1 is in a second embodiment with electromagnetic waves 4 as radiation 4 at least one halogen spotlight 8th , At least one gas discharge tube, light emitting diodes or laser diodes applied areally, wherein the material of the blank 2 for the electromagnetic waves 4 transparent or partially transparent and the plane damage zone 3 has an increased absorption. This thermally induced mechanical stresses in the damage zone 3 by absorbed radiation 4 generated, so that the disc 1 from the blank 2 replaces.

Der Rohling 2 der Ausführungsbeispiele kann dazu beispielsweise ein Ingot aus einem Halbleiter- oder Isolatormaterial sein. Das Material ist dazu Diamant, Silizium, Siliziumkarbid, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Indiumphosphit, Saphir, Quarz, Glas oder Keramik. Die Scheibe 1 kann damit ein Wafer und damit ein Substrat für elektronische Bauelemente sein.The blank 2 For example, the embodiments may be an ingot made of a semiconductor or insulator material. The material is diamond, silicon, silicon carbide, germanium, gallium arsenide, gallium nitride, indium phosphide, sapphire, quartz, glass or ceramic. The disc 1 can thus be a wafer and thus a substrate for electronic components.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015000134 A1 [0003]DE 102015000134 A1 [0003]

Claims (7)

Verfahren zum Trennen und Ablösen von Scheiben (1) von einem Rohling (2) aus einem sprödharten Material mit eingebrachten Defekten als eine ebene Schädigungszone (3) mit den folgenden Schritten: - Beaufschlagen der Oberfläche der vom Rohling (2) abzulösenden Scheibe (1) mit elektromagnetischen Wellen (4), wobei das Material des Rohlings (2) für die elektromagnetischen Wellen (4) transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone (3) eine erhöhte Absorption aufweist, und - Erzeugen von thermisch induzierten mechanischen Spannungen in der Schädigungszone (3) durch absorbierte elektromagnetische Wellen (4), so dass sich die Scheibe (1) vom Rohling (2) ablöst.Method for separating and detaching disks (1) from a blank (2) made of a brittle-hard material with defects introduced as a plane damage zone (3) with the following steps: - Impacting the surface of the blank (2) to be detached disc (1) with electromagnetic waves (4), wherein the material of the blank (2) for the electromagnetic waves (4) is transparent or partially transparent and the planar damage zone (3) increased Has absorption, and - Generating thermally induced mechanical stresses in the damage zone (3) by absorbed electromagnetic waves (4), so that the disc (1) from the blank (2) detaches. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (7) der vom Rohling (2) abzulösenden Scheibe (1) mit elektromagnetischen Wellen (4) als Laserstrahlung (4) wenigstens eines Lasers (5) beaufschlagt wird, wobei das Material des Rohlings (2) für die Laserstrahlung (4) transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone (3) eine erhöhte Absorption aufweist, und dass thermisch induzierte mechanische Spannungen in der Schädigungszone (3) durch absorbierte Laserstrahlung (4) erzeugt werden, so dass sich die Scheibe (1) vom Rohling (2) ablöst.Method according to Claim 1 , characterized in that the surface (7) of the blank (2) to be detached disc (1) with electromagnetic waves (4) as laser radiation (4) at least one laser (5) is acted upon, wherein the material of the blank (2) for the laser radiation (4) is transparent or partially transparent and the plane damage zone (3) has an increased absorption, and that thermally induced mechanical stresses in the damage zone (3) are generated by absorbed laser radiation (4), so that the disc (1) from the blank (2) replaces. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung (4) mäanderförmig, spiralförmig oder reihenförmig über die Oberfläche (7) der vom Rohling (2) abzulösenden Scheibe 1 geführt wird.Method according to Claim 2 , characterized in that the laser radiation (4) is meander-shaped, spirally or row-shaped over the surface (7) of the blank (1) to be detached from the blank (2). Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (7) der vom Rohling (2) abzulösenden Scheibe (1) mit elektromagnetischen Wellen (4) als Strahlung (4) wenigstens eines Halogenstrahlers (8), wenigstens einer Gasentladungsröhre, Lumineszenzdioden oder Laserdioden flächig beaufschlagt wird, wobei das Material des Rohlings (2) für die elektromagnetischen Wellen (4) transparent oder teiltransparent ist und die ebene Schädigungszone (3) eine erhöhte Absorption aufweist, und dass thermisch induzierte mechanische Spannungen in der Schädigungszone (3) durch absorbierte Strahlung (4) erzeugt werden, so dass sich die Scheibe (1) vom Rohling (2) ablöst.Method according to Claim 1 , characterized in that the surface (7) of the blank (2) to be detached from the disc (1) with electromagnetic waves (4) as radiation (4) at least one halogen radiator (8), at least one gas discharge tube, light emitting diodes or laser diodes is applied surface, wherein the material of the blank (2) for the electromagnetic waves (4) is transparent or partially transparent and the plane damage zone (3) has an increased absorption, and that thermally induced mechanical stresses in the damage zone (3) by absorbed radiation (4) so that the disc (1) separates from the blank (2). Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling (2) ein Ingot aus einem Halbleiter- oder Isolatormaterial ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the blank (2) is an ingot of a semiconductor or insulator material. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material Diamant, Silizium, Siliziumkarbid, Germanium, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Indiumphosphit, Saphir, Quarz, Glas oder Keramik ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the material is diamond, silicon, silicon carbide, germanium, gallium arsenide, gallium nitride, indium phosphide, sapphire, quartz, glass or ceramic. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (1) ein Substrat für elektronische Bauelemente ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the disc (1) is a substrate for electronic components.
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