WO2018184851A1 - Verfahren und fertigungssystem zur herstellung mikroelektronischer komponenten mit schichtaufbau - Google Patents

Verfahren und fertigungssystem zur herstellung mikroelektronischer komponenten mit schichtaufbau Download PDF

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WO2018184851A1
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carrier
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Thomas Schmidt
Mike Lindner
Alexander BÖHM
René Boettcher
Sven Albert
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3D-Micromac Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing microelectronic components according to the preamble of claim 1 and to a manufacturing system suitable for carrying out the method according to the preamble of claim 9.
  • LEDs light-emitting diodes
  • GaN gallium nitride
  • the GaN layers can be patterned, for example by laser processing, in order to produce individual components or to prepare their production.
  • the GaN layer stack On the GaN layer stack, a thin, usually metallic compound layer is applied, for example by vapor deposition. With the aid of this bonding layer, the growth substrate with the GaN layer stack thereon is connected to a layered flat support. Later, the planar connection between the growth substrate and the GaN stack is released. As a result, the GaN stack is transferred to the carrier.
  • the carrier with the GaN stack carried thereupon serves as the basis for making the microelectronic component.
  • the separation of the functional layer stack comprising the carrier and the GaN layer stack from the growth substrate is nowadays usually carried out by means of the so-called laser lift-off method.
  • a buffer layer which is located in the boundary region between the growth substrate and the GaN layers, destroyed or removed by laser irradiation.
  • the irradiation takes place from the rear side of the growth substrate and through it, whereby the laser beam is focused on the buffer layer or the boundary region.
  • the growth substrate can be separated from the other layers by external force.
  • Such a method is described, for example, in the article "Laser Lift-Off: Lower Substructures in Microelectronics by Substrate Transfer” by R. Delmdahl in: Photonik 2 (2013, pages 54 to 56).
  • the invention has the object, a method and a manufacturing system of the generic type in such a way that the separation step, with which the serving as a temporary substrate growth substrate is separated from the other layers, reliable and gentle material than previously executable.
  • the invention provides a method having the features of claim 1. Furthermore, a manufacturing system with the features of claim 9 is provided. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
  • the method is used to produce microelectronic components which have a carrier and a microelectronic functional layer system applied to the carrier.
  • a functional layer system is formed on a front side of a growth substrate.
  • a layer-shaped carrier is applied to the side of the functional layer system facing away from the growth substrate so that a workpiece in the form of a layer composite is formed, which has the carrier, the functional layer system and the growth substrate in the form of a layer stack.
  • This workpiece is mounted on a workpiece carrier in such a way that the rear side of the growth substrate opposite the front side is accessible for subsequent laser processing.
  • At least one laser beam is irradiated from the back side of the growth substrate through the growth substrate in such a way that the laser beam is focused in a boundary region between the growth substrate and the functional layer system and weakens an initially existing connection between the growth substrate and the functional layer system in the boundary region or destroyed.
  • a functional layer stack comprising the carrier and the functional layer system applied thereto is separated from the growth substrate.
  • substrate transfer of the functional layer system from the growth substrate to the support takes place. Because of this Process is an economical production, especially of semiconductor structures on ever larger and more sensitive carriers possible.
  • a vacuum gripper which is placed on the rear side of the growth substrate with a sealing zone running around an inner surface. After placement, a negative pressure is generated in the inner region in such a way that a separation of the functional layer stack from the growth substrate is initiated by introducing a release force in the inner region. It usually comes to building a curvature of the sucked growth substrate in the sealed by the sealing zone on all sides inside the vacuum gripper. Subsequently, the growth substrate held on the vacuum gripper can be removed from the functional layer stack held on the workpiece carrier.
  • the two separate thin elements growth substrate and functional layer stack
  • this pneumatically assisted separation without it can lead to a function impairing damage to the functional layer system.
  • This is currently attributed to the fact that the separation forces required for separation due to the negative pressure attack very evenly and without local force peaks over the entire lying in the vacuum area of the growth substrate and this can gently stand out from the held on the workpiece holder functional layer stack, overcoming adhesion forces.
  • the separating forces initially cause a separation in the middle area of the inner area enclosed by the sealing zone, which then progresses on all sides outwards in the direction of the sealing zone.
  • the sealing zone may be circular, e.g. may be advantageous for workpieces in the form of round multilayer wafers.
  • Other forms of circumferential sealing zone are possible, e.g. an oval shape or a rectangular shape (possibly with rounded corners) or another polygonal shape. Rectangular shapes can e.g. be useful with rectangular workpieces.
  • each workpiece carrier can be used, which ensures a gentle support of the workpiece.
  • a vacuum clamping device can be used, which sucks the workpiece carrier over a large area on a flat bearing surface of the vacuum clamping device.
  • the workpiece carrier is designed as a vacuum clamping device with an encircling around an inner region sealing zone, wherein the workpiece can be placed on the workpiece carrier such that only in the region Sealing zone is a contact of the workpiece to the workpiece carrier, in which case a negative pressure is generated in the inner region.
  • the boundary region may not extend in a plane, but locally differs greatly from a reference plane.
  • a curvature of the workpiece may result from the production process of the growth substrate and / or the carrier and / or may be generated by stresses arising during the coating of the functional layer system.
  • the suction of the workpiece may cause a more or less severe curvature of the workpiece.
  • a measurement of the surface shape of the held by the workpiece holder workpiece prior to stoking and / or during the irradiation of the laser beam to determine the shape data is provided, wherein a control of the focusing of the laser beam upon irradiation depending on the shape data. It can thereby be ensured that the laser beam remains focused with sufficient accuracy in the border area over the entire irradiation process, even if it is not continuous in one plane.
  • the measurement can be carried out at a separate measuring station upstream of the laser processing station. It is also possible to integrate the measuring system in the laser processing station, so that the measurement is performed immediately before the laser processing and possibly overlapping with time and the focus position is controlled accordingly.
  • the measurement is preferably carried out without contact, for example by means of white light interferometry or laser triangulation.
  • a corresponding measuring system may be connected upstream of the laser processing station or integrated into the laser processing station.
  • growth substrates can be used which are separated from a larger substrate material block by mechanical separation processes.
  • sapphire aids useful as growth substrates today are typically cut with a saw from a larger sapphire block.
  • the resulting surfaces can be relatively rough. If such a rough surface is irradiated with a laser, scattering effects can lead to a deterioration in the focusability and the beam quality as well as a reduction in the laser power available for processing.
  • the liquid can be applied by a spin-coating process, whereby a particularly rapid and uniform coating or wetting with a liquid layer of sufficient thickness is possible.
  • a liquid for example, commercially available immersion liquids from aliphatic or alicyclic hydrocarbons or other liquids such as water (optionally with wetting-promoting additives), ethanol, isopropanol or liquid polymers can be used.
  • immersion liquids from aliphatic or alicyclic hydrocarbons or other liquids such as water (optionally with wetting-promoting additives), ethanol, isopropanol or liquid polymers.
  • the smallest possible refractive index difference to the material of the growth substrate at the laser wavelength used should be sought. If possible, this should not exceed 20%.
  • a laser beam is irradiated with a line profile and a relative movement takes place between the laser beam and the workpiece transversely, in particular perpendicular to a long axis of the line profile.
  • the workpiece can be irradiated over its entire width in a single pass in the scan direction so that thereafter the cohesion in the region of the boundary layer is dissolved and the separation can take place.
  • Other irradiation strategies for example in the step-and-repeat method are possible.
  • All process steps can in principle be carried out at ambient temperature, in particular at room temperature (typically around 20 ° C.). However, it may also be useful to thermally support one or more process steps by heating the workpiece and / or heating components of the manufacturing system to temperatures well above ambient temperature.
  • the workpiece mounted on the workpiece carrier is heated to a temperature above the ambient temperature. The temperature may e.g. be at least 50 °. To protect the workpiece and possibly components of the manufacturing system, it has proven to be useful to limit the temperature to a maximum of 150 °.
  • an external heater e.g. with infrared radiation
  • the workpiece is preferably heated by means of a heater integrated in the workpiece holder, e.g. a heater with electrical heating elements. This heating is preferably carried out without contact, in particular by means of heat radiation and / or convection. As a result, the workpiece can be heated particularly gently and evenly when needed.
  • the debonding station in which the separation step (separation of the growth substrate from the functional layer stack) is carried out, comprises a vacuum gripper with a sealing zone circulating around an inner region, which projects onto the back side of the growth substrate can be placed, that the inner region is sealed by the sealing zone to the outside and in the inner region, a distance between the vacuum gripper and the workpiece, wherein means for generating a Induction are provided in the interior with placed on the workpiece vacuum gripper.
  • the vacuum gripper works together with a workpiece carrier, which is designed as a vacuum clamping device and having an inner region surrounding sealing zone, wherein the workpiece is placed on the workpiece carrier so that only in the region of the sealing zone is in contact with the workpiece carrier and in the Indoors a negative pressure can be generated.
  • the workpiece carrier has a pot-like base body which has a recess surrounded by a raised edge.
  • an air-permeable body can be inserted, e.g. an open-porous structure and / or internal fluid channels for sucking air through the body has.
  • the workpiece carrier has an integrated heater for heating the workpiece received by the workpiece carrier.
  • process steps can be thermally supported, e.g. the evaporation of liquid from the workpiece surface after the laser irradiation.
  • the heating device comprises at least one electrically heatable, preferably metallic body having an open-porous structure and / or fluid channels, wherein the body is preferably inserted into the recess of a pot-like base body of the workpiece holder. If necessary, such a debonding station can be retrofitted in already existing generic production systems.
  • Fig. 1 shows schematically a section through an embodiment of a workpiece in the form of a layer composite before a laser beam machining
  • FIG. 2 shows the layers of the workpiece from FIG. 1 at a later stage of the method after separation of the workpiece into two layer stacks in a laser lift-off method
  • FIG. FIG. 3 shows the workpiece from FIG. 1 after turning over the workpiece during the application of a liquid layer to the rough back side of a growth substrate by means of spin coating
  • FIG. 2 shows the layers of the workpiece from FIG. 1 at a later stage of the method after separation of the workpiece into two layer stacks in a laser lift-off method
  • FIG. FIG. 3 shows the workpiece from FIG. 1 after turning over the workpiece during the application of a liquid layer to the rough back side of a growth substrate by means of spin coating
  • Fig. 4 shows the workpiece of Fig. 1 after application of the liquid layer during a laser processing operation
  • Fig. 5 schematically shows an embodiment of a workpiece carrier for holding the workpiece in a laser processing operation in a subsequent laser processing operation
  • FIG. 6A schematically shows some components of a laser processing system of the laser processing station, in FIG. 6B an oblique irradiation of a line profile on the workpiece during the laser processing operation, in FIG. 6C a schematic beam profile (illuminated area) on the surface of the workpiece
  • Fig. 6D shows an intensity profile of the laser beam perpendicular to the long axis
  • Fig. 6F an intensity profile of the laser beam parallel to the long axis of the line profile
  • Fig. 7 shows an embodiment of components of a debonding station with a vacuum gripper for lifting a part of the workpiece from a different part of the workpiece held by the workpiece holder in a separating operation;
  • FIG. 8 shows an embodiment of a workpiece holder with integrated electric heater
  • FIG. 9 shows the spatial distribution of electrical heating elements of the heating device of FIG. 8 in two concentric zones.
  • the microelectronic components resulting from the process have a generally relatively thin flat support and a microelectronic functional layer system applied to the support.
  • 1 shows a schematic section through a workpiece 100 in the form of a layer composite with an exemplary layer structure.
  • the workpiece 100 is an intermediate product produced in the course of the process, which is subjected inter alia to laser beam processing.
  • FIG. 2 shows a later stage of the method after separation of the workpiece into two layer stacks in a laser lift-off method.
  • the workpieces to be machined can be, for example, the wafer composites described above for producing LEDs, but other layer materials and sequences as well as wafer materials are also conceivable.
  • the process will be described with reference to LED manufacturing, but the applicability of the invention is not limited to this embodiment.
  • the workpiece 100 shown in FIG. 1 has a growth substrate 110 in the form of a flat sapphire wafer.
  • the epitaxial growth of p-doped and n-doped semiconductor layers 132, 134 of gallium nitride (GaN) is formed by epitaxial growth on the front surface 12 of the growth substrate, which has been precisely finished.
  • a thin buffer layer 120 is formed in the boundary region to the growth substrate.
  • the buffer layer may be a separate layer, e.g. of undoped GaN, or to act as a thin sublayer of the first GaN layer.
  • the GaN layers usually each have a thickness of a few ⁇ m, the total thickness of the various GaN layers may be e.g. less than 10 ⁇ amount.
  • the GaN layers can be patterned, for example by laser processing, in order to produce individual components or to prepare their production.
  • a usually ⁇ thick connecting layer 136 is applied, for example by vapor deposition.
  • This compound layer may consist of eg gold, platinum, chromium or other metals.
  • the growth substrate with the GaN layer stack thereon is connected to a layered flat support 140.
  • the carrier is formed in the example by a thin glass plate, but may also consist of another material, such as a semiconductor material such as silicon.
  • the connecting layer 136 and the adjacent GaN layers form, optionally with further layers, a functional layer system 130, which is essentially responsible for the functionality of the component to be produced and is carried in the finished component by the carrier or an associated section of the carrier 140.
  • the layer composite with the carrier 140 and the functional layer system 130 is referred to herein as the functional layer stack 150.
  • the sapphire wafers used as growth substrates are usually cut with a saw from a larger sapphire block (sapphire ingot). Sawing creates surfaces of high roughness.
  • the back side 14 of a sapphire growth substrate may have, for example, an average surface roughness (R a ) of up to about 2 ⁇ m and a roughness R z of up to about 20 ⁇ m. If such a surface is irradiated with a laser, a significant percentage of the irradiated laser power is lost due to scattering on the surface roughness and is no longer available for the actual lift-off process.
  • the beam quality deteriorates significantly, which can lead to problems in the lift-off process.
  • the back side 14 of the growth substrate 110 can be smoothed by polishing.
  • the rough back side 14 of the growth substrate is coated with a liquid 330 (FIG. 3) in order to prevent or diffuse the scattering of the laser radiation on the rough surface of the back side 14 in the subsequent laser processing (FIG. 4) to reduce an uncritical measure.
  • the workpiece 100 is placed after a turning operation with the rough back side 1 14 of the growth substrate up on a spin-coating device 300 and rotated in rotation about the vertical axis 310.
  • the speed can be up to 5000 revolutions per minute.
  • a liquid 330 is applied from a nozzle to the rough back side 1 14 of the growth substrate, which is distributed uniformly by its rotation over the entire surface.
  • the wetting of the rear side 14 is guided in such a way that the thickness of the liquid layer 330 (see FIG. 4) becomes at least so great that all surface roughnesses are completely covered.
  • the layer thickness can also be greater.
  • the layer thickness of the liquid layer 330 is e.g. at least 10 ⁇ .
  • the liquid used should have a refractive index close to the refractive index of the material of the growth substrate 10. Ideally, both refractive indices are identical or nearly identical, but this is often not possible for physical reasons. However, even a refractive index which is at most about 20% lower than that of the growth substrate material, a significant reduction of the stray radiation losses.
  • the coating could also be done by spraying the wafer with the liquid or by immersing it in a liquid reservoir.
  • the wetted workpiece 100 is transferred to a workpiece carrier 400 of a laser processing station 600 (see Fig. 5).
  • the workpiece for example, together with a plurality of other coated copies are introduced into a cassette, from which these are e.g. be brought by a robot on the workpiece carrier.
  • the liquid coating remains on the workpiece all the time.
  • the workpiece carrier 400 according to FIG. 5 is particularly adapted to the type of workpieces and the peculiarities of the manufacturing process.
  • the workpiece carrier 400 is designed as a vacuum clamping device (or vacuum chuck) in order to realize a gentle fixation of the workpiece on the workpiece carrier, if necessary without mechanically engaging the workpiece elements.
  • the workpiece carrier has a pot-like basic body 410, which has a recess 415 surrounded by a raised edge 412. In the recess of the main body, a flat body 420 of an open-porous material (such as a sintered metal or an open-porous ceramic) is received.
  • the upwardly facing surface 422 of the porous body is lower than the surrounding surface of the body by an amount of about 25 ⁇ - 100 ⁇ , e.g. is formed by the top of the peripheral edge 412.
  • the wetted workpiece 100 is placed with its bottom formed by the carrier so that it rests with its edge region over the entire circumference on the peripheral edge of the body. In this machining position, most of the workpiece 100 is kept free-floating at a distance above the porous body 412. Between the bottom of the workpiece and the porous surface, a corresponding gap of e.g. 25 ⁇ - 100 ⁇ .
  • a negative pressure is generated in this space, which sucks the workpiece onto the workpiece carrier (see force arrows).
  • the workpiece can be fixed by retaining clips on the body, but this is usually not required.
  • there where the workpiece 100 rests on the raised edge 412 of the base body, there is a sealed around an evacuatable inner region 470 sealing zone 460.
  • a contact between workpiece 100 and workpiece carrier 400 is only in the region of the sealing zone. It may be sufficient if the edge region of the workpiece rests directly on the edge of the base body. An absolute airtightness in the contact area is not absolutely necessary.
  • a negative pressure can be generated by means of the pump 450.
  • a slight curvature of the workpiece can form in the interior of the recess.
  • a non-contact measuring system 550 for example by a white light interferometer or a Lasertriangulationssensor, a measurement of the curvature or the surface shape of the workpiece 100 on the workpiece holder 400.
  • a curvature of the workpiece may, for example, originate from the production of the substrates and / or by voltages generated during the coating.
  • the curvature which is quantified here by the difference between the maximum and minimum height of the measured profile, can be, for example, up to 100 ⁇ , but possibly also up to 1000 ⁇ .
  • the measurement of the curvature takes place along a line extending centrally over the entire diameter of the workpiece. In this way, a height profile along this line is obtained.
  • shape data are determined which represent the surface shape of the workpiece to be subsequently processed by means of a laser beam. In the subsequent laser processing, the focusing of the laser beam when irradiated in response to the shape data can then be controlled and guided to the surface shape.
  • FIG. 6A shows a corresponding laser processing system 600.
  • the laser beam is generated in the exemplary embodiment by an excimer laser 610 and has a wavelength of 248 nm.
  • other wavelengths for example 308 nm or 351 nm, are also possible. Wavelengths in the visible and near infrared range are also possible.
  • the use of another type of laser, such as a diode-pumped solid-state laser is also possible.
  • the wavelength must be selected so that both the growth substrate 110 and the liquid 330 used for coating are complete at this wavelength or are largely transparent.
  • the laser beam penetrates the liquid coating 330 and the growth substrate without interaction or only with little interaction and is absorbed only in the buffer layer or in the boundary region between growth substrate 110 and GaN functional layers (see FIG.
  • the laser beam striking the buffer layer 120 has a long, linear profile (see Figures 6B to 6E). Ideally, the long axis of the beam profile is so long that it extends over the entire diameter of the workpiece.
  • a beam profile having a length of 155 mm or more and a width in the range of 0.2 mm to 0.5 mm can be used Under these conditions, the energy density in the focus region may be in the range of about 1100 - 1700 mJ / cm 2 , which is sufficient for weakening or destroying the bond in the boundary region.
  • the required beam profile may e.g. be generated by a Homogenisiereran remedy 620 of microlens arrays and cylindrical lenses.
  • the laser beam is homogenized so that the intensity i.W. is almost constant over the entire beam profile (FIG. 6E). It is also possible to homogenize the laser beam only along the long axis of the line profile, while in the short axis perpendicular to the beam is not homogenized, but only focused by a cylindrical lens. As a result, the beam has a Gaussian-like profile along the short axis (FIG. 6B).
  • the homogenization may e.g.
  • the raw beam is first divided into a number of elongated partial beams, which are then superimposed again by a cylindrical lens as a condenser lens.
  • a cylindrical lens as a condenser lens.
  • homogenization can be dispensed with and the laser beam can be expanded and collimated by a telescope arrangement of cylindrical lenses along the long axis.
  • the focus position of the laser line is corrected by shifting the focusing line or the workpiece such that the buffer layer 120 to be irradiated within the layer stack lies within the depth of field of the laser over the entire laser line.
  • the previously determined shape data from the upstream measurement are used.
  • the laser beam is directed onto the workpiece such that it strikes the workpiece surface at an angle of 5-10 ° to the perpendicular (compare FIGS. This serves to avoid a reflection of the laser beam from the workpiece surface or the interfaces within the workpiece back into the optical system, since this can lead to damage of the optical components.
  • a beam trap 660 is placed in the vicinity of the workpiece so that the reflected portion of the laser light impinges on it and is absorbed there.
  • the jet trap may consist, for example, of an absorber made of metal, eg aluminum, which may be water-cooled and which by its shaping (for example a periodic arrangement of cones, pyramids or ribs) prevents direct reflection of the jet.
  • the workpiece is linearly passed under the stationary laser beam (see Fig. 6B).
  • a control unit is used to synchronize the emission of the laser with the movement of the workpiece.
  • a connected to the linear guide unit or integrated in this sensor system reports at short intervals or continuously covered by the linear guide track to the control unit, which triggers a connected laser to the trigger unit after a defined distance traveled a single laser pulse or pulse train.
  • the covered distance is chosen so that the laser pulses partially overlap on the surface of the workpiece and the entire surface is thus irradiated completely without gaps. In the embodiment of the invention described here, the distance is about 200 - 300 ⁇ .
  • the liquid layer may be removed from the sapphire substrate (growth substrate). This can e.g. by aspirating the liquid from the surface via a nozzle and a suction device, by blowing the surface with an air stream or an inert gas, by rinsing with a solvent (for example acetone) or by heating the surface caused evaporation of the liquid.
  • a solvent for example acetone
  • the further processing can also be done without removal of the liquid layer.
  • the manufacturing system has a debonding station 700 connected downstream of the laser processing station. Parts of these are shown schematically in FIG. After the entire workpiece 100 has been irradiated, it is transported further by a linear guide system from the laser processing station to the debonding station 700.
  • the workpiece carrier 400 serves as a transport element, thus no transfer of the workpiece to another workpiece carrier takes place. A conversion to a separate workpiece carrier would be possible.
  • the debonding station has inter alia a vacuum gripper 710 with a sealing zone 730 surrounding an inner region 720.
  • the vacuum gripper is placed on the top side of the workpiece, ie on the back side 14 of the growth substrate.
  • the vacuum gripper consists essentially of a cup-shaped metallic base body 712 with a closed circumferential raised edge 714 and a circumferential on the front side of the edge seal 716, which may for example consist of rubber or silicone.
  • the body there are one or more channels with openings within the inner region 720 surrounded by the seal or sealing zone. Connected to these channels is a vacuum pump 760 for generating a negative pressure in the interior.
  • a vacuum pump 760 for generating a negative pressure in the interior.
  • the circumferential seal 716 is placed on the wafer assembly (the workpiece 100) so that the contact between the vacuum gripper 710 and the workpiece surface formed by the back side 14 of the growth substrate is made only via this seal and there is a gap in the inner region enclosed by the seal Workpiece surface and the body of the vacuum gripper forms.
  • the height of the gap or the distance 722 between the workpiece surface and the base body of the vacuum gripper can e.g. to 1 mm or more.
  • the functional layer stack 150 which has the carrier 140 and the functional layer system 130 mounted thereon (in the example, the carrier wafer together with the GaN layers thereon), is likewise slightly deformed by the negative pressure of the workpiece holder 400 and in the opposite direction downward drawn.
  • the growth substrate 1 10 is gently and finally separated from the functional layer stack 150 (layer composite with carrier and functional layer system). This is the separation Initially initiated in the central region of the greatest distance to the circumferential sealing zone and then progressing on all sides to the outside.
  • FIG. 8 shows schematically an exemplary embodiment of a workpiece holder with integrated electrical heating device 890.
  • FIG. 9 shows the spatial distribution of electrical heating elements of the heating device.
  • the electrically heatable workpiece carrier 800 in FIG. 8 can be regarded as a variant of the workpiece carrier 400 (FIG. 5).
  • the designed as a vacuum chuck workpiece carrier 800 has a flat, drip-like body 810 having a surrounded by a raised peripheral edge 812 recess 815, which appears circular in plan view.
  • a disc-shaped flat body 820 in the form of a relatively flat metal plate, in which a fluid channel system 830 is formed having on its underside an opening provided for connection to the pump 850 and at the top of the metal plate in a plurality of passage openings empties.
  • the upwardly directed surface 822 of the flat body 820 is about 25 to 100 ⁇ deeper than the top of the raised edge 812, at which the sealing zone 860 circulates in a circle.
  • the integrated heater 890 of the workpiece carrier includes heating elements 865 integrated into the metal plate, which in the example shown are inserted in corresponding recesses on the upper side of the metal plate facing the workpiece so that their upper sides terminate approximately flush with the upper side of the metal plate.
  • heating elements may also be mounted inside the flat body 820.
  • the heating elements are preferably arranged in two or more annular concentric zones within the flat plate-shaped body 820. As shown in FIG. 9, for example, a plurality of heating elements may be arranged at regular intervals along an inner ring corresponding to heating zone 1 and further heating elements along an outer ring of larger diameter (corresponding to heating zone 2).
  • the heating elements are electrical resistance heating elements.
  • the heating elements heat the metal plate by means of heat conduction. If the flat body has a good thermal conductivity material, such as e.g. Copper or aluminum is used, resulting in a relatively uniform heat distribution, possibly with flat temperature maxima in the heating elements.
  • the temperature of the metal plate, ie of the flat body 820 is measured in the example with the aid of one or more temperature sensor (s) 870, which in the example are attached to the workpiece-facing upper side of the flat body in good thermal contact therewith.
  • the temperature sensors for example in the form of thermocouples, are connected to an associated meter 875, which communicates with the controller 880.
  • the controller 880 adjusts the current of the heating elements based on the measured values of the temperature sensors so that the desired temperature of the metal plate is reached and maintained at the desired temperature level.
  • the metal plate is heated to a maximum of 150 ° C, since higher temperatures can damage the workpiece to be machined 100.
  • the workpiece is not directly on the metal plate (flat body 820), and therefore also has no physical contact with the heating elements takes place by means of thermal radiation and / or convection a good heat input into the workpiece 100, so that the workpiece with high precision of a few Degrees Celsius can be kept at the desired temperature. This contributes to the fact that only a small distance of significantly less than 1 mm exists between the heated upper side of the flat body and the facing lower side of the workpiece 100.
  • Light-emitting diodes or light-emitting diodes are produced inexpensively in high quality.
  • other functional layer systems and possibly other materials for support and / or growth substrate e.g., glass
  • other components e.g. Displays are produced.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten, die einen Träger und ein auf dem Träger aufgebrachtes mikroelektronisches Funktionsschichtsystem aufweisen, wird auf einer Vorderseite eines Aufwachssubstrats zunächst ein Funktionsschichtsystem gebildet und anschließend ein schichtförmige Trägers auf das Funktionsschichtsystem aufgebracht, um ein Werkstück in Form eines Schichtverbundes zu bilden, der den Träger, das Funktionsschichtsystem und das Aufwachssubstrat aufweist. Ein Befestigendes Werkstücks auf einem Werkstückträger erfolgt derart, dass die der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite des Aufwachssubstrats zugänglich ist. Dann erfolgt ein Einstrahlen eines Laserstrahls von der Rückseite des Aufwachssubstrats durch das Aufwachssubstrat hindurch derart, dass der Laserstrahl in einem Grenzbereich zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsystem fokussiert wird und eine Verbindung zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsysteme im Grenzbereich geschwächt oder zerstört wird. Schließlich erfolgt ein Trennen eines den Träger und das Funktionsschichtsystem aufweisenden Funktions- Schichtstapels von dem Aufwachssubstrat. Zum Trennen des Funktions-Schichtstapels (150) vom Aufwachssubstrat (110) wird ein Vakuumgreifer (710) mit einer um einen Innenbereich (720) umlaufenden Dichtzone (730) auf die Rückseite (114) des Aufwachssubstrats aufgesetzt. Nach dem Aufsetzen wird in dem Innenbereich (720) ein Unterdruck erzeugt derart, dass eine Trennung des Funktions-Schichtstapels (150) vom Aufwachssubstrat (110) unter Einwirkung einer Trennkraft auf das Aufwachssubstrat in dem Innenbereich initiiert wird. Dann wird das an dem Vakuumgreifer gehaltene Aufwachssubstrat (110) von dem an dem Werkstückträger (400) gehaltenen Funktions-Schichtstapel entfernt.

Description

Verfahren und Fertigungssystem zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten mit
Schichtaufbau
ANWENDUNGSGEBI ET UND STAND DER TECHNI K
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Fertigungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Bei der Herstellung von mikroelektronischer Komponenten, wie z.B. optoelektronischen Bauelementen, besteht oft die Aufgabe, einen aus einer Vielzahl von Schichten bestehenden Schichtstapel zwischen zwei definierten Schichten aufzutrennen, um so zwei einzelne Schichtstapel zu erhalten. Beispielsweise werden Lichtemittierende Dioden (LEDs) heutzutage häufig hergestellt, indem auf einem als Aufwachssubstrat dienenden Saphirwafer durch epitaktisches Wachstum p- und n-dotierte Halbleiterschichten aus Galliumnitrid (GaN) gebildet werden. Diese Schichten haben jeweils eine Dicke von wenigen μηι, die Gesamtdicke der verschiedenen GaN-Schichten kann z.B. weniger als 10 μηι betragen. Vor der weiteren Bearbeitung kann eine Strukturierung der GaN-Schichten, beispielsweise durch Laserbearbeitung, erfolgen, um einzelne Bauelemente herzustellen oder deren Herstellung vorzubereiten. Auf den GaN-Schichtstapel wird eine dünne, in der Regel metallische Verbindungsschicht beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht. Mit Hilfe dieser Verbindungsschicht wird das Aufwachssubstrat mit dem darauf befindlichem GaN-Schichtstapel mit einem schichtförmig flachen Träger verbunden. Später wird die flächige Verbindung zwischen dem Aufwachssubstrat und dem GaN-Stapel gelöst. Dadurch wird der GaN-Stapel auf den Träger transferiert. Der Träger mit dem davon getragenen GaN-Stapel dient als Basis zur Herstellung der mikroelektronischen Komponente.
Das Trennen des den Träger und den GaN-Schichtstapel aufweisenden Funktions- Schichtstapels vom Aufwachssubstrat erfolgt heutzutage meist mithilfe des sogenannten Laser- Lift-Off-Verfahrens. Dabei wird eine Pufferschicht, die sich im Grenzbereich zwischen dem Aufwachssubstrat und den GaN-Schichten befindet, durch Laserbestrahlung zerstört oder entfernt. Die Bestrahlung erfolgt dabei von der Rückseite des Aufwachssubstrats und durch dieses hindurch, wobei der Laserstrahl auf die Pufferschicht bzw. den Grenzbereich fokussiert ist. Anschließend kann das Aufwachssubstrat durch externe Krafteinwirkung von den anderen Schichten getrennt werden. Ein derartiges Verfahren ist z.B. in dem Artikel „Laser-Lift-Off: Geringere Bauhöhen in der Mikroelektronik durch Substrat-Transfer" von R. Delmdahl in: Photonik 2(2013, Seiten 54 bis 56 beschrieben.
Nach den Beobachtungen der Erfinder kann es gelegentlich Probleme beim Ablösen des auf dem Träger haftenden Funktionsschichtsystems vom Aufwachssubstrat geben. Dadurch könnte die Funktion der mikroelektronischen Komponente beeinträchtigt werden.
AUFGABE UND LÖSUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Fertigungssystem der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, dass der Trennschritt, mit dem das als temporäres Substrat dienende Aufwachssubstrat von den anderen Schichten getrennt wird, zuverlässiger und materialschonender als bisher ausführbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird ein Fertigungssystem mit den Merkmalen von Anspruch 9 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das Verfahren dient zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten, die einen Träger und ein auf dem Träger aufgebrachtes mikroelektronisches Funktionsschichtsystem aufweisen. Bei dem Verfahren wird auf einer Vorderseite eines Aufwachssubstrats ein Funktionsschichtsystem gebildet. Danach wird auf die dem Aufwachssubstrat abgewandte Seite des Funktionsschichtsystems ein schichtförmiger Träger aufgebracht, so dass ein Werkstück in Form eines Schichtverbundes gebildet wird, der den Träger, das Funktionsschichtsystem und das Aufwachssubstrat in Form eines Schichtstapels aufweist. Dieses Werkstück wird auf einem Werkstückträger derart befestigt, dass die der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite des Aufwachssubstrats für eine nachfolgende Laserbearbeitung zugänglich ist. Bei der Laserbearbeitung wird (mindestens) ein Laserstrahl von der Rückseite des Aufwachssubstrats durch das Aufwachssubstrat hindurch derart eingestrahlt, dass der Laserstrahl in einem Grenzbereich zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsystem fokussiert wird und eine zunächst noch vorhandene Verbindung zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsystem im Grenzbereich geschwächt oder zerstört wird. Anschließend wird ein Funktions-Schichtstapel, der den Träger und das darauf angebrachte Funktionsschichtsystem aufweist, von dem Aufwachssubstrat getrennt. Es findet also ein Substrat-Transfer des Funktionsschichtsystems von dem Aufwachssubstrat auf den Träger statt. Durch dieses Verfahren ist eine ökonomische Fertigung vor allem von Halbleiterstrukturen auf immer größeren und immer empfindlichen Trägern möglich.
Gemäß der beanspruchten Erfindung wird zum Trennen des Funktions-Schichtstapels vom Aufwachssubstrat ein Vakuumgreifer verwendet, der mit einer um einen Innenberiech herum umlaufenden Dichtzone auf die Rückseite des Aufwachssubstrats aufgesetzt wird. Nach dem Aufsetzen wird in dem Innenbereich ein Unterdruck derart erzeugt, dass eine Trennung des Funktions-Schichtstapels vom Aufwachssubstrat unter Einleitung einer Trennkraft im Innenbereich initiiert wird. Dabei kommt es in der Regel zum Aufbau einer Wölbung des angesaugten Aufwachssubstrats in das von der Dichtzone allseitig umschlossene Innere des Vakuumgreifers. Anschließend kann das an dem Vakuumgreifer gehaltene Aufwachssubstrat von dem an dem Werkstückträger gehaltenen Funktions-Schichtstapel entfernt werden.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass durch diese pneumatisch unterstützte Trennung die beiden voneinander zu trennenden dünnen Elemente (Aufwachssubstrat und Funktions- Schichtstapel) sehr schonend separiert werden können, ohne dass es zu einer die Funktion beeinträchtigenden Beschädigung des Funktionsschichtsystems kommen kann. Dies wird derzeit darauf zurückgeführt, dass die zum Separieren erforderlichen Trennkräfte aufgrund des Unterdrucks sehr gleichmäßig und ohne lokale Kraftspitzen über die gesamte im Unterdruckbereich liegende Fläche des Aufwachssubstrats angreifen und dieses schonend von dem am Werkstückhalter gehaltenen Funktions-Schichtstapel unter Überwindung von Adhäsionskräften abheben kann. Es wird zurzeit davon ausgegangen, dass die trennenden Kräfte dabei zunächst im Mittelbereich des von der Dichtzone umschlossenen Innenbereichs eine Trennung bewirken, die dann allseitig nach außen in Richtung Dichtzone fortschreitet.
Die Dichtzone kann kreisrund sein, was z.B. bei Werkstücken in Form von runden mehrschichtigen Wafern vorteilhaft sein kann. Auch andere Formen der umlaufenden Dichtzone sind möglich, z.B. eine ovale Form oder eine rechteckige Form (ggf. mit abgerundeten Eckbereichen) oder eine andere polygonale Form. Rechteckige Formen können z.B. bei rechteckigen Werkstücken sinnvoll sein.
Als Werkstückträger kann jeder Werkstückträger genutzt werden, der eine schonende Halterung des Werkstücks sicherstellt. Beispielsweise kann eine Vakuum-Spannvorrichtung benutzt werden, welche den Werkstückträger großflächig auf eine ebene Auflagefläche der Vakuum-Spannvorrichtung ansaugt. Vorzugsweise ist der Werkstückträger als Vakuum- Spannvorrichtung mit einer um einen Innenbereich umlaufenden Dichtzone ausgelegt, wobei das Werkstück derart auf dem Werkstückträger aufgelegt werden kann, dass nur im Bereich der Dichtzone ein Kontakt des Werkstücks zum Werkstückträger besteht, wobei dann in den Innenbereich ein Unterdruck erzeugt wird. Auf diese Weise kann mittels Unterdruck eine Gegenkraft zu der vom Vakuumgreifer bewirkten Trennkraft erzeugt werden, so dass die voneinander zu trennenden dünnen Elemente von beiden Seiten mittels Unterdruck voneinander weggezogen werden. Hier ist eine noch zuverlässigere Trennung der zu trennenden Elemente möglich.
Bei der Laserbearbeitungsoperation, bei der ein Laserstrahl sukzessive über eine gesamte zu trennende Fläche in dem relativ schmalen Grenzbereich zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsystem fokussiert werden soll, kann es aufgrund unterschiedlicher Ursachen dazu kommen, dass der Grenzbereich sich nicht in einer Ebene erstreckt, sondern lokal unterschiedlich stark von einer Referenzebene abweicht. So kann beispielsweise eine Krümmung des Werkstücks vom Herstellungsprozess des Aufwachssubstrats und/oder des Trägers herrühren und/oder durch während der Beschichtung des Funktionsschichtsystems entstehende Spannungen erzeugt werden. Außerdem kann gegebenenfalls das Ansaugen des Werkstücks eine mehr oder weniger starke Krümmung des Werkstücks verursachen. Um den hierdurch verursachten Ungenauigkeiten bei der Laserbearbeitungsoperation entgegen zu wirken, ist bei manchen Ausführungsformen eine Vermessung der Oberflächenform des durch den Werkstückhalter gehaltenen Werkstücks vor dem Einstahlen und/oder während des Einstrahlens des Laserstrahls zur Ermittlung von Form-Daten vorgesehen, wobei eine Steuerung der Fokussierung des Laserstrahls beim Einstrahlen in Abhängigkeit von den Form- Daten durchgeführt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Laserstrahl über den gesamten Bestrahlungsprozess mit ausreichender Genauigkeit im Grenzbereich fokussiert bleibt, auch wenn dieser nicht durchgängig in einer Ebene liegt.
Die Vermessung kann an einer der Laserbearbeitungsstation vorgeschalteten gesonderten Messstation durchgeführt werden. Es ist auch möglich, das Messsystem in die Laserbearbeitungsstation zu integrieren, so dass die Messung unmittelbar vor der Laserbearbeitung und ggf. zeitlich mit dieser überlappend durchgeführt und die Fokuslage entsprechend geregelt wird.
Die Vermessung erfolgt vorzugsweise berührungslos, beispielsweise mittels Weißlichtinterferometrie oder Laser-Triangulation. Ein entsprechendes Messsystem kann der Laserbearbeitungsstation vorgeschaltet sein oder in die Laserbearbeitungsstation integriert sein. Bei zahlreichen im Rahmen der Erfindung möglichen Prozessvarianten können Aufwachssubstrate verwendet werden, die durch mechanische Trennprozesse von einem größeren Substratmaterialblock abgetrennt werden. Beispielsweise werden als Aufwachssubstrate verwendbare Saphirhelfer heutzutage typischerweise mit einer Säge aus einem größeren Saphir-Block geschnitten. Die dadurch erhältlichen Oberflächen können relativ rau sein. Wird eine solche raue Oberfläche mit einem Laser durchstrahlt, können Streueffekte zu einer Verschlechterung der Fokussierbarkeit und der Strahlqualität sowie zu einer Verringerung der für die Bearbeitung zur Verfügung stehenden Laserleistung führen. Dem wird bei einer bevorzugten Ausgangsform dadurch entgegengewirkt, dass vor dem Einstrahlen des Laserstrahls eine Flüssigkeitsschicht aus einer für die Laserstrahlung transparenten Flüssigkeit in Kontakt mit der Rückseite des Aufwachssubstrats gebracht wird und die Einstrahlung des Laserstrahls durch die Flüssigkeitsschicht hindurch erfolgt. Ein ebenfalls mögliches Glätten der als Einstrahlfläche dienenden Rückseite des Aufwachssubstrats mittels Polieren oder auf andere Weise kann damit entfallen. Es können also ein oder mehrere zusätzliche Bearbeitungsschritte am Aufwachssubstrat eingespart werden, wodurch der Gesamtprozess zeitsparender und kostengünstiger durchgeführt werden kann.
Bei manchen Verfahrensvarianten kann die Flüssigkeit durch einen Spin-Coating-Prozess aufgebracht werden, wodurch eine besonders zügige und gleichmäßige Beschichtung beziehungsweise Benetzung mit einer Flüssigkeitsschicht mit ausreichender Dicke möglich ist. Als Flüssigkeit können beispielsweise, kommerzielle erhältliche Immersionsflüssigkeiten aus aliphatischen oder alizyklischen Kohlenwasserstoffen oder andere Flüssigkeiten wie Wasser (ggf. mit benetzungsfördernden Zusätzen), Ethanol, Isopropanol oder flüssige Polymere verwendet werden. Ein möglichst kleiner Brechungsindex-Unterschied zum Material des Aufwachsubstrats bei der verwendeten Laserwellenlänge ist anzustreben. Dieser sollte nach Möglichkeit nicht mehr als 20 % betragen.
Um bei Bedarf relativ große Trennflächen innerhalb kurzer Bearbeitungszeit mittels Laser zu bestrahlen, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass ein Laserstrahl mit einem Linienprofil eingestrahlt wird und eine relative Bewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück quer, insbesondere senkrecht zu einer langen Achse des Linienprofils erfolgt. Bei diesem Scan-Verfahren kann gegebenenfalls in einem einzigen Durchgang in Scan-Richtung das Werkstück über seine gesamte Breite so bestrahlt werden, dass danach der Zusammenhalt im Bereich der Grenzschicht aufgelöst ist und die Trennung erfolgen kann. Auch andere Bestrahlungsstrategien, beispielsweise im Step-and-Repeat-Verfahren sind möglich. Eine Einstrahlung des Laserstrahls senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Werkstückoberfläche (Rückseite des Aufwachssubstrats, ggf. benetzt mit einer Flüssigkeit) ist möglich. Es hat sich jedoch als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Laserstahl schräg auf die Rückseite des Aufwachssubstrats eingestrahlt wird, wobei vorzugsweise ein Winkel zwischen einer Oberflächennormalen der Rückseite und der Einstrahlrichtung im Bereich von 5° bis 10° liegt. Dadurch können Probleme, die durch Rückreflektion von Laserenergie in das optische System der Laserbearbeitungsanlage entstehen können, vermieden werden. Reflektierte Anteile des Laserstrahls werden in einem Bereich außerhalb der Optik des Laserbearbeitungssystems reflektiert und können dort mit Hilfe geeigneter Stahlfallen absorbiert werden.
Alle Verfahrensschritte können prinzipiell bei Umgebungstemperatur, insbesondere bei Raumtemperatur (typischerweise um ca. 20 °C) durchgeführt werden. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, einen oder mehrere Verfahrensschritte durch Aufheizen des Werkstücks und/oder Aufheizen von Komponenten des Fertigungssystems auf Temperauren deutlich über Umgebungstemperatur thermisch zu unterstützen. Bei manchen Verfahrensvarianten wird das auf dem Werkstückträger befestigte Werkstück auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur aufgeheizt. Die Temperatur kann z.B. bei mindestens 50° liegen. Zur Schonung des Werkstücks und ggf. von Komponenten des Fertigungssystems hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, die Temperatur auf maximal 150° zu begrenzen. Obwohl eine externe Heizung, z.B. mit Infrarotstrahlung, vorgesehen sein kann, wird das Werkstück vorzugsweise mittels einer in den Werkstückhalter integrierten Heizeinrichtung aufgeheizt, z.B. einer Heizeinrichtung mit elektrischen Heizelementen. Diese Aufheizung erfolgt vorzugsweise berührungslos, insbesondere mittels Wärmestrahlung und/oder Konvektion. Dadurch kann das Werkstück besonders schonend und bei Bedarf gleichmäßig aufgeheizt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein gattungsgemäßes Fertigungssystem, welches Einrichtungen zur Durchführung der Verfahrensschritte des gattungsgemäßen Verfahrens aufweist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung besteht eine Besonderheit darin, dass die Debonding-Station, in welcher der Trennschritt (Trennung des Aufwachssubstrats vom Funktions-Schichtstapel) ausgeführt wird, einen Vakuumgreifer mit einer um einen Innenbereich umlaufenden Dichtzone aufweist, die auf die Rückseite des Aufwachssubstrats derart aufsetzbar ist, dass der Innenbereich durch die Dichtzone nach außen abdichtbar ist und im Innenbereich ein Abstand zwischen dem Vakuumgreifer und dem Werkstück besteht, wobei Einrichtungen zur Erzeugung eines Unterdrucks im Innenbereich bei auf dem Werkstück aufgesetztem Vakuumgreifer vorgesehen sind.
Besonders wirksam arbeitet der Vakuumgreifer mit einem Werkstückträger zusammen, der als Vakuum-Spannvorrichtung ausgelegt ist und eine um einen Innenbereich umlaufenden Dichtzone aufweist, wobei das Werkstück auf den Werkstückträger so auflegbar ist, dass nur im Bereich der Dichtzone ein Kontakt zum Werkstückträger besteht und in dem Innenbereich ein Unterdruck erzeugbar ist.
Das kann besonders günstig dadurch erreicht werden, dass der Werkstückträger einen topfartigen Grundkörper aufweist, der eine von einem erhabenen Rand umgebene Ausnehmung aufweist. In diese kann ein luftdurchlässiger Körper eingelegt werden, der z.B. eine offen-poröse Struktur und/oder innere Fluidkanäle zum Ansaugen von Luft durch den Körper hindurch aufweist.
Bei manchen Ausführungsformen weist der Werkstückträger eine integrierte Heizeinrichtung zum Aufheizen des durch den Werkstückträger aufgenommenen Werkstücks auf. Dadurch können ggf. Prozessschritte thermisch unterstützt werden, z.B. das Verdampfen von Flüssigkeit von der Werkstückoberfläche nach der Laserbestrahlung. Vorzugsweise umfasst die Heizeinrichtung mindestens einen elektrisch aufheizbaren, vorzugsweise metallischen Körper mit einer offen-porösen Struktur und/oder Fluidkanälen, wobei der Körper vorzugsweise in die Ausnehmung eines topfartigen Grundkörpers des Werkstückhalters einlegbar ist. Eine solche Debonding-Station kann ggf. in bereits bestehenden gattungsgemäßen Fertigungssystemen nachgerüstet werden.
KURZBESCHREI BU NG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Werkstücks in Form eines Schichtverbundes vor einer Laserstrahlbearbeitung;
Fig. 2 zeigt die Schichten des Werkstücks aus Fig. 1 bei einer späteren Verfahrensstufe nach Auftrennung des Werkstücks in zwei Schichtstapel in einem Laser-Lift-Off-Verfahren; Fig. 3 zeigt das Werkstück aus Fig. 1 nach Wenden des Werkstücks beim Aufbringen einer Flüssigkeitsschicht auf die raue Rückseite eines Aufwachssubstrats mittels Spin- Coating;
Fig. 4 zeigt das Werkstück aus Fig. 1 nach Aufbringen der Flüssigkeitsschicht während einer Laserbearbeitungsoperation;
Fig. 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Werkstückträgers zum Halten des Werkstücks bei einer Laserbearbeitungsoperation in einer nachfolgenden Laserbearbeitungs-Operation;
Fig. 6 zeigt in Fig. 6A schematisch einige Komponenten eines Laserbearbeitungssystems der Laserbearbeitungsstation, in Fig. 6B eine schräge Einstrahlung eines Linienprofils auf das Werkstück während der Laserbearbeitungsoperation, in Fig. 6C ein schematisches Strahlprofil (ausgeleuchteter Bereich) auf der Oberfläche des Werkstücks, in Fig. 6D ein Intensitätsprofil des Laserstrahls senkrecht zur langen Achse und in Fig. 6F ein Intensitätsprofil des Laserstahls parallel zur langen Achse des Linienprofils; Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel von Komponenten einer Debonding-Station mit einem Vakuumgreifer zum Abheben eines Teils des Werkstücks von einem durch den Werkstückhalter gehaltenen anderen Teil des Werkstücks bei einer Trennoperation;
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Werkstückhalters mit integrierter elektrischer Heizeinrichtung; und Fig. 9 zeigt die räumliche Verteilung elektrischer Heizelemente der Heizeinrichtung aus Fig. 8 in zwei konzentrischen Zonen.
DETAI LLI ERTE BESCHREI BUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPI ELE
Nachfolgend werden anhand von Ausführungsbeispielen verschiedene Aspekte erfindungsgemäßer Verfahren und Fertigungssysteme zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten unter Verwendung eines Laser-Lift-Off-Verfahrens beschrieben. Die als Produkte des Verfahrens resultierenden mikroelektronischen Komponenten weisen einen in der Regel relativ dünnen flachen Träger und ein auf dem Träger aufgebrachtes mikroelektronisches Funktionsschichtsystem auf. Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein Werkstück 100 in Form eines Schichtverbunds mit einem beispielhaften Schichtaufbau. Das Werkstück 100 ist ein im Verlauf des Verfahrens erzeugtes Zwischenprodukt, das u.a. einer Laserstrahlbearbeitung unterzogen wird. Fig. 2 zeigt eine spätere Verfahrensstufe nach Auftrennung des Werkstücks in zwei Schichtstapel in einem Laser-Lift-Off-Verfahren.
Bei den zu bearbeitenden Werkstücken kann es sich beispielsweise um die eingangs beschriebenen Waferverbünde zur Herstellung von LEDs handeln, jedoch sind auch andere Schichtmaterialien und -abfolgen sowie Wafermaterialien denkbar. Im Folgenden wird der Prozess anhand der LED-Herstellung beschrieben, die Anwendbarkeit der Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel.
Das in Fig. 1 gezeigte Werkstück 100 weist ein Aufwachssubstrat 1 10 in Form eines flachen Saphir-Wafers auf. Auf die mit hoher Präzision eben bearbeitete Vorderseite 1 12 des Aufwachssubstrats werden durch epitaktisches Wachstum p-dotierte und n-dotierte Halbleiterschichten 132, 134 aus Galliumnitrid (GaN) gebildet. Im Grenzbereich zum Aufwachssubstrat wird eine dünne Pufferschicht 120 gebildet. Bei der Pufferschicht kann es sich um eine gesonderte Schicht, z.B. aus undotiertem GaN, oder um eine dünne Teilschicht der ersten GaN-Schicht handeln. Die GaN-Schichten haben in der Regel jeweils eine Dicke von wenigen μηη, die Gesamtdicke der verschiedenen GaN-Schichten kann z.B. weniger als 10 μηη betragen. Vor der weiteren Bearbeitung kann eine Strukturierung der GaN-Schichten, beispielsweise durch Laserbearbeitung, erfolgen, um einzelne Bauelemente herzustellen oder deren Herstellung vorzubereiten.
Auf den GaN-Schichtstapel wird eine in der Regel wenige μηη dicke Verbindungsschicht 136 aufgebracht, beispielsweise durch Aufdampfen. Diese Verbindungschicht kann z.B. aus Gold, Platin, Chrom oder anderen Metallen bestehen. Mit Hilfe dieser Verbindungsschicht wird das Aufwachssubstrat mit dem darauf befindlichem GaN-Schichtstapel mit einem schichtförmig flachen Träger 140 verbunden. Der Träger wird im Beispielsfall durch eine dünne Scheibe aus Glas gebildet, kann aber auch aus einem anderen Material bestehen, z.B. einem Halbleitermaterial wie z.B. Silizium. Die Verbindungsschicht 136 sowie die angrenzenden GaN- Schichten bilden, ggf. mit weiteren Schichten, ein Funktionsschichtsystem 130, das wesentlich für die Funktionalität der herzustellenden Komponente verantwortlich ist und in der fertigen Komponente von dem Träger oder einem zugehörigen Abschnitt des Trägers 140 getragen wird. Der Schichtverbund mit den Träger 140 und dem Funktionsschichtsystem 130 wird hier als Funktions-Schichtstapel 150 bezeichnet. Die als Aufwachssubstrate verwendeten Saphirwafer werden in der Regel mit einer Säge aus einem größeren Saphir-Block (Saphir-Ingot) geschnitten. Durch das Sägen entstehen Oberflächen hoher Rauigkeit. Die Rückseite 1 14 eines Aufwachssubstrats aus Saphir kann z.B. eine mittlere Oberflächenrauheit (Ra) bis etwa 2 μηη und eine Rautiefe Rz bis etwa 20 μηη aufweisen. Wird eine solche Oberfläche mit einem Laser bestrahlt, geht ein deutlicher Prozentsatz der eingestrahlten Laserleistung durch Streuung an den Oberflächenrauigkeiten verloren und steht nicht mehr für den eigentlichen Lift-Off-Prozess zur Verfügung. Außerdem verschlechtert sich die Strahlqualität dadurch merklich, was zu Problemen beim Lift-Off-Prozess führen kann. Um dies zu verhindern, kann die Rückseite 1 14 des Aufwachssubstrats 1 10 durch Polieren geglättet werden. Dies bedeutet allerdings, dass bei der Produktion der Bauelemente ein oder sogar mehrere zusätzliche Bearbeitungsschritte durchgeführt werden müssen, wodurch sich wiederum die Bauelemente verteuern.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wird die raue Rückseite 1 14 des Aufwachssubstrats mit einer Flüssigkeit 330 beschichtet (Fig. 3), um bei der nachfolgenden Laserbearbeitung (Fig. 4) die Streuung der Laserstrahlung an der rauen Oberfläche der Rückseite 1 14 zu verhindern oder auf ein unkritisches Maß zu reduzieren.
Dazu wird das Werkstück 100 nach einer Wende-Operation mit der rauen Rückseite 1 14 des Aufwachssubstrats nach oben auf einer Spin-Coating-Einrichtung 300 platziert und in Umdrehung um die senkrechte Achse 310 versetzt. Die Drehzahl kann dabei bis zu 5000 Umdrehungen pro Minute betragen. Gleichzeitig wird aus einer Düse eine Flüssigkeit 330 auf die raue Rückseite 1 14 des Aufwachssubstrats aufgebracht, die sich durch dessen Rotation über die gesamte Oberfläche gleichmäßig verteilt. Die Benetzung der Rückseite 1 14 wird dabei so geführt, dass die Dicke der Flüssigkeitsschicht 330 (vgl. Fig. 4) mindestens so groß wird, dass alle Oberflächenrauigkeiten vollständig bedeckt sind. Die Schichtdicke kann aber auch größer sein. Im Beispiel von Fig. 4 beträgt die Schichtdicke der Flüssigkeitsschicht 330 z.B. mindestens 10 μηη.
Die verwendete Flüssigkeit sollte einen Brechungsindex aufweisen, der dem Brechungsindex des Materials des Aufwachssubstrats 1 10 nahe kommt. Idealerweise sind beide Brechungsindizes identisch oder nahezu identisch, dies ist jedoch aus physikalischen Gründen oft nicht möglich. Allerdings ergibt bereits ein Brechungsindex, der höchstens um etwa 20% unter dem des Aufwachssubstrat-Materials liegt, eine deutliche Reduzierung der Streustrahlungsverluste. Beispielsweise kann als Flüssigkeit 330 zur Beschichtung eines Saphirwafers (mit einem Brechungsindex etwa im Bereich von n=1 .7 bis n=1 .8) eine Immersionsflüssigkeit mit einem Brechungsindex von etwa n=1 .5 verwendet werden, beispielsweise kommerziell erhältliche Immersionsflüssigkeiten aus aliphatischen und alizyklischen Kohlenwasserstoffen. Andere mögliche Flüssigkeiten sind Wasser, Ethanol, Isopropanol oder flüssige Polymere. Die Beschichtung könnte auch durch Besprühen des Wafers mit der Flüssigkeit oder durch Eintauchen in ein Flüssigkeitsreservoir erfolgen.
Nach Abschluss der Beschichtung wird das benetzte Werkstück 100 zu einem Werkstückträger 400 einer Laserbearbeitungsstation 600 transferiert (vgl. Fig. 5). Dazu kann das Werkstück beispielsweise zusammen mit einer Vielzahl weiterer beschichteter Exemplare in eine Kassette eingebracht werden, aus der diese z.B. von einem Roboter auf den Werkstückträger verbracht werden. Die flüssige Beschichtung verbleibt dabei die gesamte Zeit auf dem Werkstück.
Der Werkstückträger 400 gemäß Fig. 5 ist besonders an die Art der Werkstücke und die Besonderheiten des Fertigungsprozesses angepasst. Der Werkstückträger 400 ist als Vakuum- Spannvorrichtung (bzw. Vakuum-Chuck) ausgelegt, um eine schonende Fixierung des Werkstücks auf dem Werkstückträger ggf. ohne mechanisch am Werkstück angreifende Elemente zu realisieren. Der Werkstückträger weist einen topfartigen Grundkörper 410 auf, der eine von einen erhabenen Rand 412 umgebene Ausnehmung 415 aufweist. In der Ausnehmung des Grundkörpers ist ein flacher Körper 420 aus einem offen-porösen Material (wie z.B. einem Sintermetall oder einer offen-porösen Keramik) aufgenommen. Die nach oben gerichtete Oberfläche 422 des porösen Körpers liegt um einen Betrag von etwa 25 μηη - 100 μηη tiefer als die umgebende Oberfläche des Grundkörpers, die z.B. durch die Oberseite des umlaufenden Randes 412 gebildet wird. Das benetzte Werkstück 100 wird mit seiner durch den Träger gebildeten Unterseite so aufgelegt, dass es mit seinem Randbereich über den gesamten Umfang auf dem umlaufenden Rand des Grundkörpers aufliegt. In dieser Bearbeitungsposition befindet sich der größte Teil des Werkstücks 100 frei schwebend gehalten mit Abstand oberhalb des porösen Körpers 412. Zwischen der Unterseite des Werkstücks und der porösen Oberfläche verbleibt ein entsprechender Zwischenraum von z.B. 25 μηη - 100 μηη.
Durch eine Pumpe 450, die an eine Ansaugseite des porösen Körpers über Leitungen angeschlossen ist, wird in diesem Zwischenraum ein Unterdruck erzeugt, der das Werkstück auf den Werkstückträger ansaugt (siehe Kraftpfeile). Zusätzlich kann das Werkstück durch Halteklammern auf dem Grundkörper fixiert werden, was aber meist nicht erforderlich ist. Dort, wo das Werkstück 100 auf dem erhabenen Rand 412 des Grundkörpers aufliegt, befindet sich eine um einen evakuierbaren Innenbereich 470 geschlossen umlaufende Dichtzone 460. Ein Kontakt zwischen Werkstück 100 und Werkstückträger 400 besteht nur im Bereich der Dichtzone. Es kann ausreichen, wenn der Randbereich des Werkstücks direkt auf dem Rand des Grundkörpers aufliegt. Eine absolute Luftdichtheit im Kontaktbereich ist nicht unbedingt nötig. Es kann auf dem umlaufenden Rand eine umlaufende elastische Dichtung vorgesehen sein. In dem Innenbereich kann mittels der Pumpe 450 ein Unterdruck erzeugt werden. Dabei kann sich abhängig von der Steifigkeit des vielschichtigen Werkstücks eine leichte Wölbung des Werkstücks in das Innere der Ausnehmung ausbilden. Unmittelbar vor einer nachgeschalteten Laserbestrahlung erfolgt durch ein kontaktfreies Messsystem 550, beispielsweise durch ein Weißlichtinterferometer oder einen Lasertriangulationssensor, eine Vermessung der Krümmung bzw. der Oberflächenform des Werkstücks 100 auf dem Werkstückhalter 400. Eine Krümmung des Werkstücks kann z.B. von der Herstellung der Substrate herrühren und/oder durch während der Beschichtung entstehende Spannungen erzeugt werden. Außerdem kann durch das Ansaugen des Werkstücks auf dem Werkstückträger ebenfalls eine leichte Krümmung entstehen, da das Werkstück nur im umlaufenden Randbereich aufliegt und im Innenbereich nicht abgestützt wird. Die Krümmung, die hier durch die Differenz zwischen der maximalen und minimalen Höhe des gemessenen Profils quantifiziert wird, kann dabei z.B. bis zu 100 μηη, ggf. aber auch bis zu 1000 μηη betragen. Bei einer Ausführungsform erfolgt die Messung der Krümmung entlang einer mittig über den gesamten Durchmesser des Werkstücks verlaufenden Linie. Auf diese Weise wird ein Höhenprofil entlang dieser Linie gewonnen. Dadurch werden Form-Daten ermittelt, die die Oberflächenform des nachfolgend mittels Laserstrahls zu bearbeitenden Werkstücks repräsentieren. Bei der nachfolgenden Laserbearbeitung kann dann die Fokussierung des Laserstrahls beim Einstrahlen in Abhängigkeit von den Form-Daten gesteuert und der Oberflächenform nach geführt werden.
Im Anschluss wird das Werkstück in einer Laserbearbeitungsstation während einer Laserbearbeitungsoperation mit einem Laserstrahl 650 bestrahlt. Fig. 6A zeigt beispielhaft ein entsprechendes Laserbearbeitungssystem 600. Der Laserstrahl wird im Ausführungsbeispiel von einem Excimerlaser 610 erzeugt und hat eine Wellenlänge von 248 nm. Andere Wellenlängen, beispielsweise 308 nm oder 351 nm, sind jedoch ebenfalls möglich. Wellenlängen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich sind ebenfalls möglich. Auch die Verwendung eines anderen Lasertyps wie z.B. eines diodengepumpten Festkörperlasers ist möglich. Die Wellenlänge muss jedoch so gewählt sein, dass sowohl das Aufwachssubstrat 1 10 als auch die zur Beschichtung verwendete Flüssigkeit 330 bei dieser Wellenlänge vollständig oder weitgehend transparent sind. Dadurch durchdringt der Laserstrahl die flüssige Beschichtung 330 und das Aufwachssubstrat ohne Wechselwirkung oder nur mit einer geringen Wechselwirkung und wird erst in der Pufferschicht bzw. im Grenzbereich zwischen Aufwachssubstrat 1 10 und GaN-Funktionsschichten absorbiert (vgl. Fig. 4). Der auf die Pufferschicht 120 treffende Laserstrahl hat ein langgezogenes, linienförmiges Profil (vgl. Fig. 6B bis 6E). Im Idealfall ist die lange Achse des Strahlprofils so lang, dass dieses über den gesamten Durchmesser des Werkstücks reicht. Beispielsweise kann für einen Saphirwafer mit einem Durchmesser von 6" (152,4 mm) ein Strahlprofil mit einer Länge von 155 mm oder mehr und einer Breite im Bereich von 0.2 mm bis 0.5 mm (z.B. etwa 0,33 mm) verwendet werden. Die Energiedichte im Fokusbereich kann unter diesen Bedingungen im Bereich von etwa 1 100 - 1700 mJ/cm2 liegen, was ausreichend für die Schwächung oder Zerstörung der Verbindung im Grenzbereich ist.
Das benötigte Strahlprofil kann z.B. durch eine Homogenisiereranordnung 620 aus Mikrolinsenarrays und Zylinderlinsen erzeugt werden. Der Laserstrahl wird dabei homogenisiert, so dass die Intensität i.W. über das gesamte Strahlprofil nahezu konstant ist (Fig. 6E). Es ist ebenfalls möglich, den Laserstrahl nur entlang der langen Achse des Linienprofils zu homogenisieren, während in der kurzen Achse senkrecht dazu der Strahl nicht homogenisiert, sondern durch eine Zylinderlinse nur fokussiert wird. Dadurch weist der Strahl entlang der kurzen Achse ein gaußähnliches Profil auf (Fig. 6B). Die Homogenisierung kann z.B. erfolgen, indem durch eine oder zwei parallele, periodische Anordnungen von schmalen Zylinderlinsen (Breite wenige Millimeter, Länge 155 mm oder mehr) der Rohstrahl erst in eine Anzahl länglicher Teilstrahlen aufgeteilt wird, die anschließend durch eine Zylinderlinse als Kondensorlinse wieder überlagert werden. Bei Homogenisierung entlang beider Strahlachsen befinden sich zwei dieser beschriebenen Anordnungen im Strahlengang, wobei die Orientierungen der Linsen um 90° gegeneinander verdreht sind. Alternativ kann auf eine Homogenisierung verzichtet werden und der Laserstrahl durch eine Teleskopanordnung von Zylinderlinsen entlang der langen Achse aufgeweitet und kollimiert werden.
Während des Fortschreitens der Laserbearbeitung wird die Fokusposition der Laserlinie durch Verschieben der Fokussierlinie oder des Werkstücks so korrigiert, dass die zu bestrahlende Pufferschicht 120 innerhalb des Schichtstapels über die gesamte Laserlinie innerhalb des Schärfentiefe-Bereichs des Lasers liegt. Hierzu werden die vorab ermittelten Form-Daten aus der vorgeschalteten Messung genutzt. Der Laserstrahl wird beim Ausführungsbeispiel so auf das Werkstück gelenkt, dass er unter einem Winkel von 5-10° zur Senkrechten auf die Werkstückoberfläche trifft (vgl. Fig. 6A und 6B). Dies dient dazu, eine Reflektion des Laserstrahls von der Werkstückoberfläche bzw. den Grenzflächen innerhalb des Werkstücks zurück in das Optiksystem zu vermeiden, da dies zu einer Beschädigung der optischen Komponenten führen kann. Zum Auffangen reflektierter Strahlungsanteile wird eine Strahlfalle 660 so in der Nähe des Werkstücks platziert, dass der reflektierte Anteil des Laserlichts auf diese auftrifft und dort absorbiert wird. Die Strahlfalle kann z.B. aus einem Absorber aus Metall, z.B. Aluminium bestehen, der wassergekühlt sein kann und der durch seine Formgebung (beispielsweise eine periodische Anordnung von Kegeln, Pyramiden oder Rippen) eine direkte Reflektion des Strahls verhindert.
In der Laserbearbeitungsstation des Ausführungsbeispiels wird das Werkstück unter dem ortsfesten Laserstrahl linear hindurchgeführt (vgl. Fig. 6B). Eine Steuereinheit dient dazu, die Emission des Lasers mit der Bewegung des Werkstücks zu synchronisieren. Dazu meldet ein mit der Linearführungseinheit verbundenes oder in dieses integriertes Sensorsystem in kurzen Zeitabständen oder auch kontinuierlich die von der Linearführung zurückgelegte Strecke an die Steuereinheit, welche über eine mit dem Laser verbundene Triggereinheit nach einer definierten zurückgelegten Strecke einen einzelnen Laserpuls oder Pulszug auslöst. Die zurückgelegte Strecke ist dabei so gewählt, dass die Laserpulse auf der Oberfläche des Werkstücks teilweise überlappen und insgesamt so die gesamte Oberfläche lückenlos bestrahlt wird. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand etwa 200 - 300 μηι.
Optional kann vor der weiteren Bearbeitung die Flüssigkeitsschicht von dem Saphir-Substrat (Aufwachssubstrat) entfernt werden. Dies kann z.B. durch Absaugen der Flüssigkeit von der Oberfläche über eine Düse und eine Absaugeinrichtung erfolgen, durch Anblasen der Oberfläche mit einem Luftstrom oder einem inerten Gas, durch Abspülen mit einem Lösungsmittel (z.B. Aceton) oder durch Erwärmung der Oberfläche ausgelöste Verdampfung der Flüssigkeit. Die weitere Bearbeitung kann allerdings auch ohne Entfernung der Flüssigkeitsschicht erfolgen.
Zwar wird durch die Laserbestrahlung die Pufferschicht zerstört, jedoch haften das Aufwachssubstrat 1 10 und die GaN-Schichten durch Adhäsionskräfte weiterhin aneinander, so dass die endgültige Trennung durch die Einwirkung einer externen Kraft erfolgen muss. Es ist somit eine aktive Trennung unter Einwirkung einer die Trennung fördernden Kraft erforderlich. Hierzu hat das Fertigungssystem eine der Laserbearbeitungsstation nachgeschaltete Debonding-Station 700. Teile davon sind in Fig. 7 schematisch dargestellt. Nachdem das gesamte Werkstück 100 bestrahlt wurde, wird es durch ein Linearführungssystem von der Laserbearbeitungsstation weitertransportiert zu der Debonding- Station 700. Der Werkstückträger 400 dient dabei als Transportelement, es findet somit kein Umsetzen des Werkstücks auf einen anderen Werkstückträger statt. Ein Umsetzen auf einen gesonderten Werkstückträger wäre aber möglich. Die Debonding-Station weist u.a. einen Vakuumgreifer 710 mit einer um einen Innenbereich 720 umlaufenden Dichtzone 730 auf. Der Vakuumgreifer wird auf die Oberseite des Werkstücks, d.h. auf die Rückseite 1 14 des Aufwachssubstrats aufgesetzt. Der Vakuumgreifer besteht im Wesentlichen aus einem topfförmigen metallischen Grundkörper 712 mit einem geschlossen umlaufenden erhabenen Rand 714 sowie einer an der Stirnseite des Randes umlaufenden Dichtung 716, die z.B. aus Gummi oder Silikon bestehen kann.
Innerhalb des Grundkörpers befinden sich ein oder mehrere Kanäle mit Öffnungen innerhalb des von der Dichtung bzw. Dichtzone umgebenen Innenbereichs 720. An diese Kanäle ist eine Vakuumpumpe 760 zur Erzeugung eines Unterdrucks im Innenbereich angeschlossen. Alternativ ist es auch möglich, wie bei der Werkstückhalterung des Werkstücks einen in den Grundkörper eingelassenen Körper aus porösem Material zu verwenden, durch dessen Poren die Luft abgesaugt wird. Die umlaufende Dichtung 716 wird auf den Waferverbund (das Werkstück 100) so aufgesetzt, dass der Kontakt zwischen Vakuumgreifer 710 und der durch die Rückseite 1 14 des Aufwachssubstrats gebildeten Werkstückoberfläche nur über diese Dichtung erfolgt und sich in dem von der Dichtung umschlossenen Innenbereich ein Zwischenraum zwischen Werkstückoberfläche und dem Grundkörper des Vakuumgreifers bildet. Die Höhe des Zwischenraums bzw. der Abstand 722 zwischen Werkstückoberfläche und dem Grundkörper des Vakuumgreifers kann z.B. bis 1 mm oder mehr betragen.
In diesem Zwischenraum wird durch die Vakuumpumpe 760 ein Unterdruck erzeugt. Dadurch wird das Aufwachssubstrat nach oben gezogen und dabei leicht gewölbt bzw. schüsseiförmig deformiert. Gleichzeitig wird der Funktions-Schichtstapel 150, der den Träger 140 und das darauf angebrachte Funktionsschichtsystem 130 aufweist (im Beispiel also der Trägerwafer zusammen mit den darauf befindlichen GaN-Schichten), durch den Unterdruck des Werkstückhalters 400 ebenfalls leicht deformiert und in entgegengesetzter Richtung nach unten gezogen. Durch diese zwei gegeneinander wirkenden externen Kräfte wird das Aufwachssubstrat 1 10 schonend und endgültig vom Funktions-Schichtstapel 150 (Schichtverbund mit Träger und Funktionsschichtsystem) getrennt. Dabei wird die Trennung zunächst im mittleren Bereich der größten Entfernung zur umlaufenden Dichtzone initiiert und schreitet dann allseitig nach außen fort.
In manchen Fällen kann es nützlich sein, einzelne Verfahrensschritte durch thermische Unterstützung zu optimieren. Beispielsweise kann es gewünscht sein, die als Hilfsflüssigkeit für die Laserbearbeitung verwendete Flüssigkeit durch Verdunstung schonend vom Aufwachssubstrat zu entfernen. Dafür kann ein kontrolliert aufheizbarer Werkstückhalter verwendet werden. Fig. 8 zeigt hierzu schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Werkstückhalters mit integrierter elektrischer Heizeinrichtung 890. Fig. 9 zeigt die räumliche Verteilung elektrischer Heizelemente der Heizeinrichtung. Der elektrisch beheizbare Werkstückträger 800 in Fig. 8 kann als Variante des Werkstückträgers 400 (Fig. 5) angesehen werden. Der als Vakuum-Spannvorrichtung ausgelegte Werkstückträger 800 hat einen flachen, tropfartigen Grundkörper 810, der eine von einem erhabenen umlaufenden Rand 812 umgebene Ausnehmung 815 aufweist, die in Draufsicht kreisförmig erscheint. In der Ausnehmung liegt ein scheibenförmig flacher Körper 820 in Form einer relativ flachen Metall platte, in der ein Fluidkanalsystem 830 ausgebildet ist, das an seiner Unterseite eine zum Anschluss an die Pumpe 850 vorgesehen Öffnung aufweist und an der Oberseite der Metallplatte in einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen mündet. Die nach oben gerichtete Oberfläche 822 des flachen Körpers 820 liegt ca. 25 bis 100 μηι tiefer als die Oberseite des erhabenen Randes 812, an welchem die Dichtzone 860 kreisförmig umläuft. Wenn das flache Werkstück 100 so auf den Werkstückhalter aufgelegt wird, dass entlang der umlaufenden Dichtzone 860 eine weitgehend luftdichte Abdichtung vorliegt, kann mittels der Pumpe 850 im Zwischenraum zwischen Werkstückunterseite und flachem Körper ein Unterdruck erzeugt werden, der das Werkstück sicher auf dem Werkstückhalter festhält. Die durch Fluidkanäle durchsetze Metallplatte (flache Körper 820) ist insoweit funktionell ähnlich wie der offenporöse flache Körper 420 des anderen Ausführungsbeispiels.
Zu der integrierten Heizeinrichtung 890 des Werkstückträgers gehören in die Metallplatte integrierte Heizelemente 865, die im gezeigten Beispiel an der dem Werkstück zuzuwendenden Oberseite der Metallplatte in entsprechenden Ausnehmungen so eingefügt sind, dass ihre Oberseiten etwa bündig mit der Oberseite der Metallplatte abschließen. Alternativ oder zusätzlich können auch Heizelemente im Inneren des flachen Körpers 820 angebracht sein. Es versteht sich, dass anstelle des Metallkörpers mit integrierten Fluidkanälen auch ein gut wärmeleitfähiges offen- poröses Material mit integrierten Heizelementen genutzt werden kann, beispielsweise, ein offen poröses Sintermetall. Die Heizelemente sind dabei vorzugsweise in zwei- oder mehr ringförmigen konzentrischen Zonen innerhalb des flachen plattenförmigen Körpers 820 angeordnet. Wie Fig. 9 zeigt, können z.B. mehrere Heizelemente in regelmäßigem Abstand entlang eines inneren Ringes entsprechend Heizzone 1 und weitere Heizelemente entlang eines äußeren Ringes größeren Durchmessers (entsprechend Heizzone 2) angeordnet sein.
Bei den Heizelementen handelt es sich im Beispielsfall um elektrische Widerstandsheizelemente. Die Heizelemente erwärmen die Metall platte mittels Wärmeleitung. Wenn für den flachen Körper ein gut wärmeleitfähiges Material, wie z.B. Kupfer oder Aluminium verwendet wird, ergibt sich eine relativ gleichmäßige Wärmeverteilung, allenfalls mit flachen Temperaturmaxima im Bereich der Heizelemente. Die Temperatur der Metallplatte, also des flachen Körpers 820, wird im Beispielsfall mit Hilfe eines oder mehrerer Temperatursensor(en) 870 gemessen, die im Beispielsfall an der dem Werkstück zugewandten Oberseite des flachen Körpers in guten thermischen Kontakt mit diesem angebracht sind. Die Temperatursensoren, beispielsweise in Form von Thermoelementen, sind an ein dazugehöriges Messgerät 875 angeschlossen, welches mit dem Steuergerät 880 kommuniziert. Durch das Steuergerät 880 wird der Strom der Heizelemente basierend auf den Messwerten der Temperatursensoren so nachgeregelt, dass die gewünschte Temperatur der Metallplatte erreicht und auf dem gewünschten Temperaturniveau gehalten wird. Im Beispielsfall wird die Metallplatte dabei auf maximal 150°C aufgeheizt, da höhere Temperaturen das zu bearbeitende Werkstück 100 schädigen können. Obwohl das Werkstück nicht direkt auf der Metallplatte (flache Körper 820), aufliegt und dementsprechend auch keinen Berührungskontakt zu den Heizelementen hat, findet mittels Wärmestrahlung und/oder Konvektion eine gute Wärmeeinleitung in das Werkstück 100 statt, so dass das Werkstück mit hoher Präzision von wenigen Grad Celsius auf der gewünschten Temperatur gehalten werden kann. Hierzu trägt bei, dass zwischen der beheizten Oberseite des flachen Körpers und der zugewandten Unterseite des Werkstücks 100 nur ein geringer Abstand von deutlich unterhalb von 1 mm existiert.
Mithilfe des Verfahrens und des Fertigungssystem können z.B. Leuchtdioden bzw. Lichtemittierende Dioden in hoher Qualität kostengünstig hergestellt werden. Bei Nutzung andere Funktionsschichtsysteme und ggf. anderer Materialien für Träger und/oder Aufwachssubstrat (z.B. Glas) können auch andere Komponenten, z.B. Displays hergestellt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten, die einen Träger und ein auf dem Träger aufgebrachtes mikroelektronisches Funktionsschichtsystem aufweisen, mit folgenden Schritten:
Bilden eines Funktionsschichtsystems auf einer Vorderseite eines Aufwachssubstrats;
Aufbringen eines schichtformigen Trägers auf das Funktionsschichtsystem zur Bildung eines Werkstücks in Form eines Schichtverbundes, der den Träger, das Funktionsschichtsystem und das Aufwachssubstrat aufweist;
Befestigen des Werkstücks auf einem Werkstückträger derart, dass die der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite des Aufwachssubstrats zugänglich ist;
Einstrahlen eines Laserstrahls von der Rückseite des Aufwachssubstrats durch das Aufwachssubstrat hindurch derart, dass der Laserstrahl in einem Grenzbereich zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsystem fokussiert wird und eine Verbindung zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsystem im Grenzbereich geschwächt oder zerstört wird;
Trennen eines den Träger und das Funktionsschichtsystem aufweisenden Funktions- Schichtstapels von dem Aufwachssubstrat,
dadurch gekennzeichnet, dass
zum Trennen des Funktions-Schichtstapels (150) vom Aufwachssubstrat (1 10) ein Vakuumgreifer (710) mit einer um einen Innenbereich (720) umlaufenden Dichtzone (730) auf die Rückseite (1 14) des Aufwachssubstrats aufgesetzt wird,
nach dem Aufsetzen in dem Innenbereich (720) ein Unterdruck erzeugt wird derart, dass eine Trennung des Funktions-Schichtstapels (150) vom Aufwachssubstrat (1 10) unter Einwirkung einer Trennkraft auf das Aufwachssubstrat in dem Innenbereich initiiert wird; und
das an dem Vakuumgreifer gehaltene Aufwachssubstrat (1 10) von dem an dem Werkstückträger (400) gehaltenen Funktions-Schichtstapel (150) entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (400) als Vakuum-Spannvorrichtung mit einer um einen Innenbereich umlaufenden Dichtzone (460) ausgelegt ist, das Werkstück (100) derart auf den Werkstückträger aufgelegt wird, dass nur im Bereich der Dichtzone ein Kontakt zum Werkstückträger besteht und dass danach in dem Innenbereich (470) ein Unterdruck erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vermessung der Oberflächenform des durch den Werkstückhalter gehaltenen Werkstücks (100) vor dem
Einstrahlen und/oder während des Einstrahlens des Laserstrahls zur Ermittlung von Form- Daten und durch eine Steuerung der Fokussierung des Laserstrahls (650) beim Einstrahlen in Abhängigkeit von den Form-Daten, wobei vorzugsweise die Vermessung berührungslos durchgeführt wird, insbesondere mittels Weißlichtinterferometrie oder Laser-Triangulation.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einstrahlen des Laserstrahls (650) eine Flüssigkeitsschicht aus einer für die Laserstrahlung transparenten Flüssigkeit (330) in Kontakt mit der Rückseite (1 14) des Aufwachssubstrats (1 10) gebracht wird und dass die Einstrahlung des Laserstrahls durch die Flüssigkeitsschicht hindurch erfolgt, wobei vorzugsweise die Flüssigkeitsschicht mittels Spin- Coating oder Besprühen auf die Rückseite (1 14) des Aufwachssubstrats aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl (650) mit einem Linienprofil eingestrahlt wird und eine Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück quer, insbesondere senkrecht zu einer langen Achse des Linienprofils erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (650) schräg auf die Rückseite des Aufwachssubstrats eingestrahlt wird, wobei vorzugsweise ein Winkel zwischen einer Oberflächennormalen der Rückseite und der Einstrahlrichtung im Bereich von 5° bis 10° liegt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Werkstückträger (800) befestigte Werkstück (100) auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur aufgeheizt wird, wobei die Temperatur vorzugsweise mindestens 50° beträgt und/oder auf maximal 150° begrenzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mittels einer in den Werkstückhalter (800) integrierten Heizeinrichtung (890) aufgeheizt wird, wobei die Aufheizung vorzugsweise berührungslos, insbesondere mittels Wärmestrahlung und/oder Konvektion erfolgt.
9. Fertigungssystem zur Herstellung mikroelektronischer Komponenten, die einen Träger (140) und ein auf dem Träger aufgebrachtes mikroelektronisches Funktionsschichtsystem (130) aufweisen, mit:
einem Werkstückträger (400) zur Aufnahme eines Werkstücks (100) in Form eines Schichtverbundes, der einen Träger (140), ein mit dem Träger verbundenes Funktionsschichtsystem (130) und ein mit dem Funktionsschichtsystem verbundenes Aufwachssubstrat (1 10) aufweist;
einer Laserbearbeitungsstation zum Einstrahlen eines Laserstrahls (650) von einer Rückseite (1 14) des Aufwachssubstrats (1 10) durch das Aufwachssubstrat hindurch derart, dass der Laserstrahl in einem Grenzbereich zwischen dem Aufwachssubstrat und dem Funktionsschichtsystem fokussiert wird und eine Verbindung zwischen dem Aufwachssubstrat (1 10) und dem Funktionsschichtsystem (130) im Grenzbereich geschwächt oder zerstört wird; einer Debonding-Station (700) zum Trennen eines den Träger (140) und das Funktionsschichtsystem (130) aufweisenden Funktions-Schichtstapels (150) von dem Aufwachssubstrat (1 10),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Debonding-Station (700) einen Vakuumgreifer (710) mit einer um einen Innenbereich (720) umlaufenden Dichtzone (730) aufweist, die auf die Rückseite (1 14) des Aufwachssubstrats (1 10) derart aufsetzbar ist, dass der Innenbereich (720) durch die Dichtzone (730) nach außen abdichtbar ist und im Innenbereich ein Abstand (722) zwischen dem Vakuumgreifer (710) und dem Werkstück (100) besteht, wobei Einrichtungen zur Erzeugung eines Unterdrucks im Innenbereich bei auf dem Werkstück aufgesetztem Vakuumgreifer vorgesehen sind.
10. Fertigungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumgreifer (710) einen topfförmigen Grundkörper (712) mit einem geschlossen umlaufenden erhabenen
Rand (714) aufweist, wobei vorzugsweise an einer Stirnseite des Randes eine umlaufende Dichtung (716), insbesondere aus Gummi oder Silikon, angeordnet ist.
1 1 . Fertigungssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (400) als Vakuum-Spannvorrichtung ausgelegt ist und eine um einen
Innenbereich umlaufenden Dichtzone (460) aufweist, wobei das Werkstück (100) auf den Werkstückträger so auflegbar ist, dass nur im Bereich der Dichtzone ein Kontakt zum Werkstückträger besteht und in dem Innenbereich (470) ein Unterdruck erzeugbar ist.
12. Fertigungssystem nach Anspruch 9, 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (400) einen topfartigen Grundkörper (410) aufweist, der eine von einen erhabenen Rand (412) umgebene Ausnehmung (415) aufweist.
13. Fertigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückträger (800) eine integrierte Heizeinrichtung (890) zum Aufheizen des durch den Werkstückträger aufgenommenen Werkstücks (100) aufweist.
14. Fertigungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (890) einen elektrisch aufheizbaren, vorzugsweise metallischen Körper (820) mit einer offenporösen Struktur und/oder Fluidkanalen (830) aufweist, wobei der Körper vorzugsweise in eine Ausnehmung (815) eines topfartigen Grundkörpers des Werkstückhalters (800) eingelegt ist.
15. Fertigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112701195A (zh) * 2019-10-22 2021-04-23 成都辰显光电有限公司 微元件的转移装置以及转移方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107414289B (zh) * 2017-07-27 2019-05-17 京东方科技集团股份有限公司 一种激光剥离方法及激光剥离系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07240355A (ja) * 1994-02-28 1995-09-12 Sumitomo Sitix Corp 接着ウエーハの剥離方法及び剥離装置
US6033974A (en) * 1997-05-12 2000-03-07 Silicon Genesis Corporation Method for controlled cleaving process
US6468879B1 (en) * 1998-10-30 2002-10-22 S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technologies Method and device for separating a plate of material, in particular semiconductor material, into two wafers
US20060211159A1 (en) * 2003-06-24 2006-09-21 Georg Bruederl Method for the production of semi-conductor chips
US20070155129A1 (en) * 2006-01-03 2007-07-05 Erich Thallner Combination of a substrate and a wafer
US20070175384A1 (en) * 2006-01-31 2007-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method of fabricating a quasi-substarte wafer and semiconductor body fabricated using such a quasi-substarte wafer
EP2398040A1 (de) * 2010-06-21 2011-12-21 Brewer Science, Inc. Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen eines umgekehrt montierten Systemwafers von einem Trägersubstrat

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004349543A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Seiko Epson Corp 積層体の剥離方法、薄膜装置の製造法、薄膜装置、電子機器
US20090278287A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Yun Wang Substrate processing with reduced warpage and/or controlled strain
JP5314057B2 (ja) * 2011-01-07 2013-10-16 東京エレクトロン株式会社 剥離システム、剥離方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体
FR2980279B1 (fr) * 2011-09-20 2013-10-11 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'une structure composite a separer par exfoliation
WO2013126927A2 (en) * 2012-02-26 2013-08-29 Solexel, Inc. Systems and methods for laser splitting and device layer transfer
KR102075994B1 (ko) * 2014-03-25 2020-02-12 삼성전자주식회사 기판 분리 장치 및 기판 분리 시스템
JP6506520B2 (ja) 2014-09-16 2019-04-24 株式会社ディスコ ＳｉＣのスライス方法
US10468361B2 (en) * 2015-08-27 2019-11-05 Mikro Mesa Technology Co., Ltd. Method of manufacturing light emitting diodes having a supporting layer attached to temporary adhesive

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07240355A (ja) * 1994-02-28 1995-09-12 Sumitomo Sitix Corp 接着ウエーハの剥離方法及び剥離装置
US6033974A (en) * 1997-05-12 2000-03-07 Silicon Genesis Corporation Method for controlled cleaving process
US6468879B1 (en) * 1998-10-30 2002-10-22 S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technologies Method and device for separating a plate of material, in particular semiconductor material, into two wafers
US20060211159A1 (en) * 2003-06-24 2006-09-21 Georg Bruederl Method for the production of semi-conductor chips
US20070155129A1 (en) * 2006-01-03 2007-07-05 Erich Thallner Combination of a substrate and a wafer
US20070175384A1 (en) * 2006-01-31 2007-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method of fabricating a quasi-substarte wafer and semiconductor body fabricated using such a quasi-substarte wafer
EP2398040A1 (de) * 2010-06-21 2011-12-21 Brewer Science, Inc. Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen eines umgekehrt montierten Systemwafers von einem Trägersubstrat

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R. DELMDAHL: "Laser-Lift-Off: Geringere Bauhöhen in der Mikroelektronik durch Substrat-Transfer", PHOTONIK, vol. 2, 2013, pages 54 - 56

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112701195A (zh) * 2019-10-22 2021-04-23 成都辰显光电有限公司 微元件的转移装置以及转移方法

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Publication number Publication date
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