AT516786A2 - Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats - Google Patents

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AT516786A2 ATA50065/2016A AT500652016A AT516786A2 AT 516786 A2 AT516786 A2 AT 516786A2 AT 500652016 A AT500652016 A AT 500652016A AT 516786 A2 AT516786 A2 AT 516786A2
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Philip Kappe
Jürgen Butz
Jens Frey
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Julia Amthor
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Abstract

Vorrichtung (100) zum Bearbeiten eines Substrats, aufweisend: - wenigstens eine Vakuumkammer (10), in der ein definierter Gasdruck einstellbar ist; - eine Heizeinrichtung zum Ausheizen des Substrats; und - eine außerhalb der Vakuumkammer (1 0) angeordnete Lasereinrichtung (20), wobei die Lasereinrichtung (20) relativ zum Substrat bewegbar ist, wobei mittels der Lasereinrichtung (20) wenigstens eine Kaverne des in der Vakuumkammer (10) anordenbaren Substrats durch Aufschmelzen von Substratmaterial verschließbar ist.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind Laserbearbeitungsanlagen bekannt, bei denen ein zu bearbeitendes Substrat während der Bearbeitung mit gewünschten Gasen in einem offenen System gespült wird. Das Spülen mit Gasen kann der Kühlung des Substrats oder dem Abtransport von Prozessprodukten dienen. DE 42 38 826 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestrahlen eines Substrats mit einem Zweikammersystem, wobei ein Si-Substrat unter Ultrahochvakuum getempert wird. Eine Laserquelle ist dabei außerhalb der Vorrichtung angeordnet, das zu bearbeitende Si-Substrat befindet sich in einer ersten Vakuumkammer, bewegliche Spiegel zur Veränderung einer Position von Laserstrahlung relativ zum Si-Substrat befinden sich in einer zweiten Vakuumkammer. Durch zwei Fenster hindurch trifft Laserstrahlung von extern auf das in der ersten Vakuumkammer angeordnete Si-Substrat. Für die Herstellung von Dünnfilmtransistoren (TFT) ist die Verwendung von Laseraufschmelzen bekannt. In TFTs bildet polykristallines Silizium die aktive Schicht, die durch Aufheizen und Kristallisieren einer amorphen Siliziumschicht als Ausgangsmaterial gebildet wird. Aufgrund der Verwendung von Glas als Substratmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt sind Methoden mit einer niedrigen Temperaturbelastung des Substrats wie Laseraufschmelzen bevorzugt.
In US 6 797 651 B2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laseraufschmelzen von Silizium zur Herstellung polykristalliner Siliziumschichten mit glatten Oberflächen beschrieben. Dazu wird das Laseraufschmelzen in einer Vakuumkammer unter einem Druck zwischen 1,3 χ 103 Pa und 1,3 Pa durchgeführt. Dadurch lassen sich polykristalline Siliziumschichten mit geringer Oberflächenrauigkeit erzeugen. In der Vorrichtung wird fokussiertes Laserlicht durch ein Kammerfenster auf ein Objekt innerhalb der Kammer gerichtet. Die Kammer enthält eine Inertgas-Zuführung, eine Pumpe zur Vakuumerzeugung und eine Druckkontrolle, um den genannten Druckbereich zu regeln. Die verwendeten Inertgase werden aus der Gruppe Stickstoff (N2), Argon und Neon ausgewählt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst mit einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrats, aufweisend: - wenigstens eine Vakuumkammer, in der ein definierter Gasdruck einstellbar ist; - eine Heizeinrichtung zum Ausheizen des Substrats; und - eine außerhalb der Vakuumkammer angeordnete Lasereinrichtung, wobei die Lasereinrichtung relativ zum Substrat bewegbar ist, wobei mittels der Lasereinrichtung wenigstens eine Kaverne des in der Vakuumkammer anordenbaren Substrats durch Aufschmelzen von Substratmaterial verschließbar ist.
Auf diese Weise wird eine Kombination aus einer heizbaren Vakuumprozesskammer mit einer Laserbearbeitungseinrichtung bereitgestellt, mittels der ein hermetisches Verschließen von Zugangsöffnungen in dem Substrat unter einem genau definierten Umgebungsdruck ermöglicht ist. Dadurch sind MEMS-Elemente mit genau definierten Kaverneninnendrücken herstellbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizeinrichtung in der Vakuumkammer angeordnet ist. Auf diese Weise kann eine platzsparende Kombination aus Vakuumkammer und Heizeinrichtung bereitgestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Heizeinrichtung in einer separaten Heizkammer angeordnet ist. Auf diese Weise kann mehr Heizleistung bereitgestellt werden, wobei dadurch gegebenenfalls eine größere Anzahl von Substraten ausgeheizt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der Heizeinrichtung ein Substrat oder mehrere Substrate zugleich ausheizbar sind. Auf diese Weise ist eine effiziente und zeitsparende Bearbeitung der Substrate ermöglicht.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie ferner eine Halteeinrichtung zum Halten des Substrats aufweist.
Auf diese Weise kann eine hohe Justage- bzw. Positionierungsgenauigkeit des Substrats relativ zur Lasereinrichtung realisiert werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung zeichnen sich dadurch aus, dass die Halteeinrichtung als eine mechanische Halteeinrichtung, eine Vakuum-Halteeinrichtung oder eine elektrostatische Halteeinrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise werden unterschiedliche technische Möglichkeiten für die Halteeinrichtung bereitgestellt, mit denen unterschiedliche Fixierungskonzepte für das Substrat realisierbar sind.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass die Lasereinrichtung als ein Laser im nahen Infrarotbereich ausgestaltet ist. Dadurch wird eine effiziente Möglichkeit zum Laseraufschmelzen von Substratmaterial zum Zwecke des Verschließens von Zugangsöffnungen in Kavernen bereitgestellt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sehen vor, dass die Lasereinrichtung als ein gepulster Laser oder als ein Dauerstrich-Laser ausgestaltet ist. Dadurch ist das Verfahren des Verschließens von Kavernen von MEMS-Elementen vorteilhaft mit unterschiedlichen Typen von Lasern durchführbar.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Wellenlängenbereich der Lasereinrichtung vorzugsweise zwischen ca. 1000 nm und ca. 1100 nm, noch mehr bevorzugt zwischen ca. 1060 nm und ca. 1080 nm liegt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie weiterhin eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Substrats aufweist. Dadurch kann eine zur Laserbearbeitung optimierte definierte Temperatur des Substrats realisiert werden. Ein Verschließen der Kavernen bei unterschiedlichen definierten Temperaturen ist dadurch ermöglicht.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie weiterhin eine Transfereinrichtung aufweist, mittels der das Substrat zwischen den verschiedenen Einrichtungen transferierbar ist. Dadurch ist ein automatisiertes, örtliches Verlagern des Substrats zwischen einzelnen Einrichtungen und Kammern der Vorrichtung unterstützt, wodurch eine effiziente Fertigung von MEMS-Elementen aus dem Substrat unterstützt ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Substratmaterial Silizium ist.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand von mehreren Figuren im Detail beschrieben. Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale, unabhängig von ihrer Darstellung in der Beschreibung und in den Figuren, sowie unabhängig von ihrer Rückbeziehung in den Patentansprüchen den Gegenstand der Erfindung. Gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen.
In den Figuren zeigt:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Bearbeiten eines
Substrats;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer weiteren Vorrichtung zum
Bearbeiten eines Substrats;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Vorrichtung zum
Bearbeiten eines Substrats;
Fig. 4 eine Draufsicht einer weiteren Vorrichtung zum Bearbeiten eines
Substrats; und
Fig. 5 einen prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Bearbeiten eines
Substrats.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ein mikromechanisches Bauelement (MEMS-Element) kann ein erstes mikromechanisches Sensorelement (z.B. einen Drehratensensor) und ein zweites mikromechanisches Sensorelement (z.B. einen Beschleunigungssensor) umfassen. Mittels Bondmaterial kann ein Kappenelement in Form eines vorzugsweise aus Silizium ausgebildeten Kappenwafers gebildet sein, das zusammen mit dem MEMS-Element eine Bondverbindung realisiert. Über dem ersten Sensorelement kann eine Kaverne ausgebildet sein, in der ein definierter Innendruck eingeschlossen ist. Für einen Drehratensensor mit hoher Güte ist dafür ein sehr niedriger Innendruck erforderlich.
Auch über dem zweiten Sensorelement kann eine Kaverne angeordnet sein, in der ein definierter Druck eingeschlossen ist. Die beiden genannten Sensorelemente können unter dem gemeinsamen Kappenelement räumlich voneinander getrennt angeordnet sein und realisieren auf diese Art und Weise ein kostengünstiges, platzsparendes mikromechanisches Bauelement mit einem Drehratensensor und einem Beschleunigungssensor.
Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit der eines der genannten mikromechanischen Bauelemente aus einem Substrat gefertigt werden kann.
Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zum Bearbeiten eines Substrats zum Herstellen eines MEMS-
Elements. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Vakuumkammer 10 mit einem optischen, auf die Wellenlänge einer Lasereinrichtung 20 abgestimmtes Fenster 13, durch das die extern angeordnete Lasereinrichtung 20 in die Vakuumkammer 10 fokussiert einstrahlen kann und dadurch ein Aufschmelzen von Substratmaterial (z.B. Silizium, Glas) bewirkt, wodurch eine Zugangsöffnung in eine Kaverne des Substrats verschließbar ist. Das Aufschmelzen des Siliziums erfolgt vorteilhaft bei einem Druck von kleiner als ca. 100 Pa. Die Lasereinrichtung 20 kann als ein gepulster Laser oder als ein Dauerstrich-Laser (CW-Laser) im nahen Infrarotbereich ausgebildet sein.
In der Vakuumkammer 10 ist ferner eine Halteeinrichtung 30 angeordnet, mittels der das Substrat (nicht dargestellt) gehalten bzw. fixiert werden kann. Mittels der Halteeinrichtung 30 kann ferner eine Verbiegung des Substrats (engl, waferbow) kompensiert werden. Die Halteeinrichtung 30 kann zum Beispiel ein elektrostatisches, mechanisches oder Vakuum-Clamping realisieren. Eine erste Positioniereinrichtung 31 ist für das Substrat vorgesehen, um eine Position und eine Ausrichtung des Substrats relativ zu einem Koordinatensystem der Vorrichtung 100 einzustellen.
Das Substrat kann zu diesem Zweck über einen x/y-Tisch unter einer stationären Laseroptik verfahrbar und mit einer Positionierungsgenauigkeit im Bereich von +/- 10pm und weniger relativ zur Lasereinrichtung 20 positionierbar sein. Alternativ kann der Laserstrahl der Lasereinrichtung 20 mithilfe einer Scanoptik (nicht dargestellt) über das Substrat geführt werden. Alternativ kann der Laserstrahl der Lasereinrichtung 20 auch mithilfe von verfahrbaren Spiegeln (nicht dargestellt) über das fixierte Substrat verfahren werden („Fliegende Optik“). Die Justage des Laserstrahls der Lasereinrichtung 20 relativ zum Substrat kann alternativ über eine Kamera mit Bildverarbeitung (nicht dargestellt) erfolgen. Für eine höhere Positioniergenauigkeit bei gleichzeitig hoher Verfahrgeschwindigkeit kann eine Kombination von x/y-Tisch bzw. Drehtisch und einer Scanoptik vorgesehen sein.
In der Vakuumkammer 10 können ein Vakuumanschluss 11 und ein Gasanschluss 12 zum Einstellen eines definierten Drucks innerhalb der Vakuumkammer 10 vorgesehen sein. Ferner kann die Vakuumkammer 10 eine Vakuum sperre 14 umfassen, die ein vakuumtaugliches Be- und Entladen der Vakuumkammer 10 erlaubt.
Die Halteeinrichtung 30 ist zum Ausheizen des Substrats mittels einer Heizeinrichtung (nicht dargestellt) heizbar, vorzugsweise in einem Bereich von ca. 100°C bis ca. 500°C und vorzugsweise geregelt. Mittels der beheizbaren Halteeinrichtung 30 kann das Substratmaterial vor dem Laserverschlussprozess ausgeheizt bzw. ausgetrocknet bzw. ausgedampft werden. Auf diese Weise kann das Substrat in definierter Weise vorbehandelt werden, wodurch nach dem Verschließen ein definierter Innendruck gut beibehalten werden kann. Zu diesem Zweck kann es auch günstig sein, dass die Vakuumkammer 10 belüftet und abgepumpt wird (engl, pump-and-purge Prozess), damit auf diese Weise ein verbesserter Reinigungsprozess des Substratmaterials unterstützt ist.
Zum Verschließen der Zugangsöffnungen in die Kavernen wird das Silizium des mikromechanischen Bauelements örtlich begrenzt aufgeschmolzen. Für das Aufschmelzen des Siliziums kann vorzugsweise ein Dauerstrich-Laser (CW-Laser) im nahen Infrarotbereich vorgesehen sein. Günstig ist es, zum Verschließen der Zugangsöffnungen unter einer definierten Atmosphäre einen IR-Laser (Infrarot-Laser) mit einer Wellenlänge von ca. > 500 nm zu verwenden. Die Infrarotstrahlung derartiger Laser dringt besonders tief in das Siliziumsubstrat ein und ermöglicht dadurch einen besonders tiefen und zuverlässigen Verschluss der Zugangsöffnungen.
Weiterhin kann es günstig sein, als Lasereinrichtung 20 einen gepulsten Laser mit einer Pulslänge von weniger als ca. 100 ps mit einer gemittelten Leistung über Puls- und Pausezeiten von weniger als 60 kW vorzusehen, um die thermische Belastung der MEMS-Strukturen vorteilhaft möglichst gering zu halten.
Optional kann die Vorrichtung 100 eine weitere Laserkammer (nicht dargestellt) aufweisen, in der die Zugänge zu den MEMS-Kavernen mittels Laserbohren erzeugt werden (nicht dargestellt).
Fig. 2 zeigt eine weitere Variante einer Vorrichtung 100 zum Bearbeiten eines Substrats. In diesem Fall umfasst die Lasereinrichtung 20 eine zweite
Positioniereinrichtung 21 für die Lasereinrichtung 20, mittels der die Lasereinrichtung 20 relativ zum Substrat in der Vakuumkammer 10 positioniert werden kann. In diesem Fall ist eine Positioniereinrichtung 31 für die Halteeinrichtung 30 nicht erforderlich.
Es kann ferner günstig sein, mehr als eine MEMS-Struktur in mindestens zwei hermetisch getrennten Kavernen anzulegen und wenigstens eine der Kavernen mit einem Laserpuls der Lasereinrichtung 20 zu verschließen. In den Kavernen können unterschiedliche Drücke eingestellt werden. Entweder kann dabei in der ersten Kaverne der Druckeinschluss durch das Bondverfahren definiert werden und in der zweiten Kaverne durch den Laserverschluss-Prozess. Alternativ können die unterschiedlichen Innendrücke in den Kavernen jeweils durch einen Laserverschluss realisiert werden. GünstigerWeise sind in den beiden getrennten Kavernen mindestens jeweils ein Beschleunigungssensor oder ein Drehratensensor oder ein Magnetfeldsensor oder ein Drucksensor angeordnet.
Optional können für die Vorrichtung 100 eine vorgeschaltete, separate Heizkammer 50 und ein Transport der MEMS-Bauelemente unter definierter Atmosphäre bzw. Vakuumbedingungen vorgesehen sein. Durch die genaue Druckregelung und die Anschlussmöglichkeit verschiedener Gase an die Vakuumkammer 10 können auf einem MEMS-Chip mit verschiedenen, voneinander getrennten Kavernen unterschiedliche Kaverneninnendrücke und Gasatmosphären eingestellt werden. Durch das mit der separaten Heizkammer 50 ermöglichte zusätzliche Ausheizen des MEMS-Elements vor dem Verschließen kann eine Druckerhöhung nach Verschluss durch Ausgasen noch besser vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der separaten Heizkammer 50 ist, dass der Gesamtdurchsatz der Maschine erhöht wird. Durch die Vakuumsperren 14 zwischen den Kammern 10, 50 und 70 können die verschiedenen Prozessanforderungen der Kammern 10, 50 und 70 (z.B. Temperatur-, Zeit-, Druckparameter) getrennt eingestellt und geregelt werden.
Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer derart abgewandelten Vorrichtung 100. Die vorgeschaltete, separate Heizkammer 50 kann ein oder mehrere Substrate aufnehmen, wobei das Ausheizen unter Vakuum, unter einer definierten Atmosphäre oder durch Abpump- und Belüftungs-Zyklen (engl, pump and purge) erfolgen kann. Die vorgeschaltete Heizkammer 50 kann ebenfalls einen Vakuumanschluss 11 und einen Gasanschluss 12 zum Einstellen einer definierten Atmosphäre innerhalb der Heizkammer 50 aufweisen.
Die Heizkammer 50 dient vor allem dazu, ein gezieltes Ausgasen der Oberflächen des Substrats zu ermöglichen, um adsorbierte Spezies von der Oberfläche des Substrats unter Einwirkung von Temperatur und mit Hilfe von Prozessgasen zu entfernen. Dies ist erforderlich, um einen stabilen Innendruck über eine Lebensdauer des mikromechanischen Bauelements zu erreichen. In diesem Fall ist ein Transfer des Substrats von der Heizkammer 50 zur Vakuumkammer 10 unter Vakuum (oder Inertgas) zu gewährleisten. Zu diesem Zweck ist eine zusätzliche Transfereinrichtung 60 vorgesehen.
Optional kann die Vorrichtung 100 eine Kühlkammer 70 aufweisen, um das Substrat nach dem Ausheizen auf Bearbeitungstemperatur (engl, handling temperature) abzukühlen. Mittels der Kühlkammer 70 kann das Substrat auf diese Weise auf eine definierte Temperatur gebracht werden, um anschließend in der Vakuumkammer 10 per Laseraufschmelzen verschlossen zu werden.
Die Anlage kann bei Vorhandensein von mehreren Kammern eine automatisiert betreibbare Transfereinrichtung 60 aufweisen, die mit einem Substrat-Handhaber 61 (engl, substrate handler) zum Transferieren des Substrats zwischen den verschiedenen Kammern der Vorrichtung 100 ausgebildet sein kann.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht über eine derartig abgewandelte Vorrichtung 100. Erkennbar ist eine zentral angeordnete Transfereinrichtung 60, mittels der das Substrat in die und zwischen den einzelnen Kammern 10, 50, 70 verlagerbar ist. Zwischen der Transfereinrichtung 60 und den Kammern 10, 50 und 70 kann jeweils eine Vakuumsperre 14 vorgesehen sein.
Fig. 4 zeigt prinzipiell einen Ablauf eines Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung 100.
In einem ersten Schritt 200 wird ein Beladen des Substrats in die Vakuumkammer 10 vorgenommen.
In einem Schritt 210 erfolgt eine Einstellung eines Vakuums innerhalb der Vakuumkammer 10.
In einem Schritt 220 wird ein Ausrichten des Substrats gegenüber der Lasereinrichtung 20 durchgeführt.
In einem Schritt 230 erfolgt eine Positionierung einer Zugangsöffnung einer Kaverne eines MEMS-Elementes relativ zur Lasereinrichtung 20.
In einem Schritt 240 erfolgt eine Bearbeitung des Substrats mit der Lasereinrichtung 20 zum Zwecke eines Verschließens von Zugangsöffnungen in Kavernen des Substrats.
In einem Schritt 250 wird ein Entladen des Substrats aus der Vakuumkammer 10 der Vorrichtung 100 vorgenommen.
Die Schritte 230 und 240 können gegebenenfalls mehrfach hintereinander durchgeführt werden, bis alle Kavernen auf dem Substrat verschlossen sind, was durch einen rückwärts gerichteten Pfeil angedeutet ist.
Es versteht sich von selbst, dass eine Vielzahl von Abwandlungen des Verfahrens denkbar ist, wobei die einzelnen Bearbeitungsschritte und deren Abfolgen in den einzelnen Kammern je nach Anforderung geeignet angepasst werden.
Zusammenfassend wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bereitgestellt, mit dem es vorteilhaft möglich ist, eine Herstellung von MEMS Elementen durch ein Verschließen einer Zugangsöffnung in eine Kaverne mittels eines Laserstrahls bereitzustellen. Durch eine Kombination einer heizbaren Vakuumprozesskammer mit einem Laser kann auf diese Weise eine effiziente Fertigung der genannten Bauelemente durchgeführt werden.
Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgehend anhand von konkreten Ausführungsbeispielen offenbart wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit erkennen, dass die Vorrichtung in einer Vielzahl von Abwandlungen realisierbar ist, die vorgehend nicht oder nur teilweise offenbart sind. Er wird die beschriebenen Merkmale somit in geeigneterWeise abändern oder miteinander kombinieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

  1. Ϊ<ΜυΑ- Ansprüche
    1. Vorrichtung (100) zum Bearbeiten eines Substrats, aufweisend: - wenigstens eine Vakuumkammer (10), in der ein definierter Gasdruck einstellbar ist; - eine Heizeinrichtung zum Ausheizen des Substrats; und - eine außerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnete Lasereinrichtung (20), wobei die Lasereinrichtung (20) relativ zum Substrat bewegbar ist, wobei mittels der Lasereinrichtung (20) wenigstens eine Kaverne des in der Vakuumkammer (10) anordenbaren Substrats durch Aufschmelzen von Substratmaterial verschließbar ist.
  2. 2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung in der Vakuumkammer (10) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung in einer separaten Heizkammer (50) angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Heizeinrichtung ein Substrat oder mehrere Substrate zugleich ausheizbar sind.
  5. 5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Halteeinrichtung (30) zum Halten des Substrats.
  6. 6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (30) als eine mechanische Halteeinrichtung, eine Vakuum-Halteeinrichtung oder eine elektrostatische Halteeinrichtung ausgebildet ist.
  7. 7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinrichtung (20) als ein Laser im nahen IR-Bereich ausgestaltet ist.
  8. 8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Kühleinrichtung (70) zum Kühlen des Substrats.
  9. 9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, weiterhin aufweisend eine Transfereinrichtung (60), mittels der das Substrat zwischen den verschiedenen Einrichtungen (10, 50, 70) unter definierter Atmosphäre transferierbar ist.
  10. 10. Verwendung der Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements aus dem Substrat.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110085537B (zh) * 2019-04-15 2021-09-24 东莞市中镓半导体科技有限公司 温度可控的用于高温激光剥离的装置
TWI794589B (zh) * 2020-02-21 2023-03-01 海納光電股份有限公司 硬脆板材高溫環境加工裝置及方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4238826C1 (de) 1992-11-17 1994-04-28 Microlas Lasersystem Gmbh Vorrichtung zum Bestrahlen eines Substrates
JP3573811B2 (ja) * 1994-12-19 2004-10-06 株式会社半導体エネルギー研究所 線状レーザー光の照射方法
JP2001023918A (ja) * 1999-07-08 2001-01-26 Nec Corp 半導体薄膜形成装置
JP2002252181A (ja) 2001-02-22 2002-09-06 Sanyo Electric Co Ltd 多結晶半導体層の製造方法及びレーザアニール装置
US6762072B2 (en) * 2002-03-06 2004-07-13 Robert Bosch Gmbh SI wafer-cap wafer bonding method using local laser energy, device produced by the method, and system used in the method
US20050189621A1 (en) * 2002-12-02 2005-09-01 Cheung Kin P. Processes for hermetically packaging wafer level microscopic structures
GB0510873D0 (en) * 2005-05-27 2005-07-06 Univ Heriot Watt Laser assisted bonding of surfaces
KR100740462B1 (ko) * 2005-09-15 2007-07-18 주식회사 비에스이 지향성 실리콘 콘덴서 마이크로폰
US7599048B2 (en) * 2007-02-09 2009-10-06 Wafermasters, Inc. Optical emission spectroscopy process monitoring and material characterization
KR100859689B1 (ko) * 2007-03-27 2008-09-23 삼성에스디아이 주식회사 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법
CN101301993A (zh) * 2007-05-11 2008-11-12 北京大学 一种mems器件真空封装方法
NL1036460A1 (nl) * 2008-02-20 2009-08-24 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and device manufacturing method.
CN102530844B (zh) * 2012-02-03 2015-02-18 厦门大学 一种微器件的真空封装方法
JP2015084348A (ja) * 2012-02-13 2015-04-30 長州産業株式会社 光起電力素子及びその製造方法
TWI624862B (zh) * 2012-06-11 2018-05-21 應用材料股份有限公司 在脈衝式雷射退火中使用紅外線干涉技術之熔化深度測定
CN103521919B (zh) * 2013-10-15 2016-06-22 江苏大学 一种可实现水下激光焊接和激光喷丸的方法和组合装置

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