DE102019212400B4 - Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation - Google Patents

Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation Download PDF

Info

Publication number
DE102019212400B4
DE102019212400B4 DE102019212400.3A DE102019212400A DE102019212400B4 DE 102019212400 B4 DE102019212400 B4 DE 102019212400B4 DE 102019212400 A DE102019212400 A DE 102019212400A DE 102019212400 B4 DE102019212400 B4 DE 102019212400B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser beam
incidence
angle
substrate
reflectivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019212400.3A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102019212400A1 (en
Inventor
Peter Hartmann
Alexander Kabardiadi-Virkovski
Tobias Baselt
Stefan Schulz
Torsten Kannegiesser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INFINEON TECHNOLOGIES DRESDEN GMBH & CO. KG, DE
WESTSAECHSISCHE HOCHSCHULE ZWICKAU, DE
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Westsachsische Hochschule Zwickau
WESTSAECHSISCHE HOCHSCHULE ZWICKAU
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westsachsische Hochschule Zwickau, WESTSAECHSISCHE HOCHSCHULE ZWICKAU, Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG filed Critical Westsachsische Hochschule Zwickau
Priority to DE102019212400.3A priority Critical patent/DE102019212400B4/en
Publication of DE102019212400A1 publication Critical patent/DE102019212400A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019212400B4 publication Critical patent/DE102019212400B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching

Abstract

Bei dem Verfahren zur Entfernung von Werkstoffen eines Substrats weisen ein erster Werkstoff und ein zweiter Werkstoff eine unterschiedliche komplexe optische Brechzahl auf. Ein erster Laserstrahl mit einer Arbeitswellenlänge λ1, einer Polarisation, einer Pulsdauer, Pulsfrequenz und einem Einfallswinkel α1wird auf die Oberfläche des Substrats gerichtet, bei dem eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs auftritt und dabei ein Verhältnis der Reflektivität R2 des zweiten Werkstoffs in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs bei dem der Einfallswinkel α1, das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird. Alternativ kann der erste Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gerichtet werden, bei dem für den ersten Laserstrahl eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs auftritt, dass mit dem ersten Laserstrahl ein Plasma des ersten Werkstoffs generiert und mit dem einem zweiten Laserstrahl erste Werkstoff lokal definiert zumindest überwiegend durch Ablation entfernt wird.In the method for removing materials from a substrate, a first material and a second material have different complex optical refractive indices. A first laser beam with a working wavelength λ1, a polarization, a pulse duration, pulse frequency and an angle of incidence α1 is directed onto the surface of the substrate, at which a reflection occurs in the range of the minimum reflection coefficient of the first material and a ratio of the reflectivity R2 of the second material in Relation to the reflectivity R1 of the first material in which the angle of incidence α1, which is in the range from 100% to 75% of the angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio, is observed. Alternatively, the first laser beam can be directed onto the surface of the substrate, in which a reflection occurs for the first laser beam in the range of the minimum reflection coefficient of the first material that generates a plasma of the first material with the first laser beam and the first material with a second laser beam is locally defined at least predominantly removed by ablation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Werkstoffen eines Substrats mittels elektromagnetischer Strahlung. Dabei sind auf oder in dem Substrat mehrere unterschiedliche Werkstoffe vorhanden. Dabei soll mindestens ein Werkstoff selektiv lokal definiert entfernt werden. Die Erfindung kann insbesondere im Bereich der Oberflächenstrukturierung und Reinigung von Schichtstrukturen auf Halbleiter- und Glaswafern eingesetzt werden.The invention relates to a method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation. Several different materials are present on or in the substrate. At least one material should be selectively removed in a locally defined manner. The invention can be used in particular in the field of surface structuring and cleaning of layer structures on semiconductor and glass wafers.

Häufig sollen bei verschiedensten Substraten, die mit mehreren unterschiedlichen Werkstoffen und bei denen die unterschiedlichen Werkstoffe in verschiedenen Ebenen auch übereinander angeordnet sind, gebildet sind, Werkstoff(e) lokal definiert und der/die jeweilige(n) Werkstoff(e) selektiv entfernt werden.In the case of a wide variety of substrates, which are formed with several different materials and in which the different materials are also arranged one above the other in different levels, material (s) are to be defined locally and the respective material (s) to be selectively removed.

Dabei stellt sich das Problem, dass unterschiedliche Werkstoffe, die übereinander angeordnet sind, sehr schwer selektiv nacheinander entfernt werden können. Bei einem mechanischen Werkstoffabtrag bereitet das lokal definierte Entfernen ein Problem, das insbesondere bei kleinen filigranen Strukturen wenn überhaupt nur sehr aufwändig gelöst werden kann, da kleine Flächenbereiche oder Volumina nicht bzw. nur sehr schwer mit hoher Genauigkeit abgetragen werden können.The problem arises that different materials which are arranged one above the other can be very difficult to selectively remove one after the other. In the case of mechanical material removal, the locally defined removal creates a problem that can only be solved with great effort, if at all, especially in the case of small filigree structures, since small surface areas or volumes cannot be removed or can only be removed with high accuracy with great difficulty.

Eine chemische Entfernung führt zu einem hohen Aufwand, was insbesondere den erforderlichen apparativen Aufbau und die Zeit betrifft. Außerdem müssen häufig toxische Ätzmittel genutzt werden.Chemical removal leads to a high outlay, in particular with regard to the necessary equipment structure and the time. In addition, toxic caustic agents often have to be used.

Bei einer optischen Lösung, bei der insbesondere Laserstrahlung genutzt wird, kann man durch den Einsatz von Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlänge das unterschiedliche wellenlängenspezifische Absorptionsverhalten der jeweiligen Werkstoffe ausnutzen. Es hat sich aber gezeigt, dass auch bei dieser Vorgehensweise noch Defizite zu verzeichnen sind, die insbesondere den Wirkungsgrad beim Abtrag betreffen, da nicht der maximal mögliche Energieeintrag für einen Werkstoffabtrag genutzt werden kann.In the case of an optical solution in which laser radiation in particular is used, the different wavelength-specific absorption behavior of the respective materials can be used by using laser radiation of different wavelengths. It has been shown, however, that deficits are still to be noted with this procedure, which particularly affect the efficiency during the removal, since the maximum possible energy input cannot be used for material removal.

So sind in US 2005/0045604 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung einer thermischen Bearbeitung mit einem zweidimensionalen Array von Laserdioden beschrieben.So are in US 2005/0045604 A1 an apparatus and a method for performing thermal processing with a two-dimensional array of laser diodes are described.

DE 197 15 702 A1 betrifft ein Verfahren zum selektiven Abtragen einer oder mehrerer Schichten. DE 197 15 702 A1 relates to a method for the selective removal of one or more layers.

Ein System und ein Verfahren zur Erwärmung von Wafern durch Optimierung der Absorption elektromagnetischer Strahlung sind aus US 2002/0137311 A1 bekannt.A system and method for heating wafers by optimizing the absorption of electromagnetic radiation are off US 2002/0137311 A1 known.

IN DE 10 2013 216 121 A1 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart mit der das Absetzen von Fremdkörpern während einer Laserbearbeitung verhindert werden soll.IN DE 10 2013 216 121 A1 A laser processing device is disclosed with which the deposition of foreign bodies is to be prevented during laser processing.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung den selektiven lokal definierten Werkstoffabtrag an einem Substrat, das mit mehreren unterschiedlichen Werkstoffen gebildet ist, mit elektromagnetischer Strahlung effektiver und selektiver zu ermöglichen.It is therefore the object of the invention to enable the selective, locally defined material removal on a substrate, which is formed with several different materials, to be more effective and selective with electromagnetic radiation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention, this object is achieved with a method which has the features of claim 1. Advantageous refinements and developments can be implemented with features identified in the subordinate claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entfernung von Werkstoffen eines Substrats mittels elektromagnetischer Strahlung ist mindestens ein zweiter Werkstoff zumindest bereichsweise von mindestens einem ersten Werkstoff überdeckt. Der mindestens eine erste Werkstoff und der mindestens eine zweite Werkstoff weisen jeweils eine unterschiedliche komplexe optische Brechzahl auf.In the method according to the invention for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation, at least one second material is covered at least in some areas by at least one first material. The at least one first material and the at least one second material each have a different complex optical refractive index.

Bei einer ersten erfindungsgemäßen Alternative ist es ein Verfahren, bei dem ein erster Laserstrahl elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge, einer Polarisation und einem Einfallswinkel auf die Oberfläche des Substrats gerichtet wird, und bei dem für den ersten Laserstrahl eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs auftritt, und dabei ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs bei dem Einfallswinkel α1, das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird.In a first alternative according to the invention, it is a method in which a first laser beam of electromagnetic radiation with a working wavelength, a polarization and an angle of incidence is directed onto the surface of the substrate, and in which a reflection in the range of the minimum reflection coefficient of the first for the first laser beam Material occurs, and a ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material in relation to the reflectivity R1 of the first material at the angle of incidence α 1 , which is in the range of 100% to 75% of the angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio, is adhered to.

Dadurch kann eine selektive lokal definierte Entfernung des ersten Werkstoffs erreicht und eine möglichst geringe Menge eines jeweils anderen Werkstoffs entfernt werden.As a result, a selective, locally defined removal of the first material can be achieved and the smallest possible amount of another material can be removed.

Bei einer zweiten Alternative ist es ein Verfahren, bei dem ein erster Laserstrahl elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge, einer Polarisation und einem Einfallswinkel auf die Oberfläche des Substrats gerichtet wird, und bei dem für den ersten Laserstrahl eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs auftritt. Dabei wird/werden die Leistung, die jeweilige Pulsdauer, Pulsfrequenz, mit der der erste Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gerichtet wird, die Leistungsdichte im Brennfleck des Laserstrahls und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks des ersten Laserstrahls so gewählt, dass mit dem ersten Laserstrahl ein Plasma des ersten Werkstoffs im Bereich des Brennflecks des ersten Laserstrahls generiert und mit mindestens einem zweiten Laserstrahl, der mit einer Leistung, einer Pulsdauer, Pulsfrequenz und einer Leistungsdichte im Brennfleck auf das generierte Plasma gerichtet wird, der erste Werkstoff lokal definiert zumindest überwiegend durch Ablation entfernt wird.In a second alternative, it is a method in which a first laser beam of electromagnetic radiation with a working wavelength, a polarization and an angle of incidence is directed onto the surface of the substrate, and in which a reflection in the range of the minimum reflection coefficient of the first material for the first laser beam occurs. The power, the respective pulse duration, pulse frequency with which the first laser beam is directed onto the surface of the substrate, the power density in the focal point of the Laser beam and / or the feed speed of the focal spot of the first laser beam selected so that a plasma of the first material is generated with the first laser beam in the area of the focal spot of the first laser beam and with at least one second laser beam with a power, a pulse duration, pulse frequency and a Power density in the focal spot is directed to the generated plasma, the first material is locally defined at least predominantly removed by ablation.

Dabei wird eine Relativbewegung des Substrats zu den Auftreffpositionen der Brennflecke des ersten und des mindestens einen zweiten Laserstrahls auf der Oberfläche des Substrats und des generierten Plasmas durchgeführt.A movement of the substrate relative to the impact positions of the focal spots of the first and the at least one second laser beam on the surface of the substrate and the generated plasma is carried out.

Die Vorgehensweise bei dieser zweiten Alternative kann man auch als resonante Ablation bezeichnen.The procedure for this second alternative can also be referred to as resonant ablation.

Bei einer dritten erfindungsgemäßen Alternative ist es ein Verfahren, bei dem ein erster Laserstrahl elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge, einer Polarisation und einem Einfallswinkel und ein zweiter Laserstrahl elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge, einer Polarisation und einem Einfallswinkel auf die Oberfläche des Substrats gerichtet werden, und bei dem für den ersten Laserstrahl eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs auftritt sowie ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs bei dem der Einfallswinkel α1 des ersten Laserstrahls, das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird.In a third alternative according to the invention, it is a method in which a first laser beam of electromagnetic radiation with a working wavelength, a polarization and an angle of incidence and a second laser beam of electromagnetic radiation with a working wavelength, a polarization and an angle of incidence are directed onto the surface of the substrate, and in which a reflection occurs for the first laser beam in the range of the minimum reflection coefficient of the first material and a ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material in relation to the reflectivity R1 of the first material at which the angle of incidence α 1 of the first laser beam is in the range of 100% to 75% of the angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio, is maintained.

Für den zweiten Laserstrahl tritt dabei eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten für den zweiten Werkstoff auf. Dabei soll auch ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs bei dem Einfallswinkel α2 des zweiten Laserstrahls, das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten werden.For the second laser beam, a reflection occurs in the area of the minimum reflection coefficient for the second material. There should also be a ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material in relation to the reflectivity R1 of the first material at the angle of incidence α 2 of the second laser beam, which is in the range of 100% to 75% of the angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio , be respected.

Außerdem werden die Leistung der Laserstrahlen, die jeweilige Pulsdauer, Pulsfrequenz mit der die Laserstrahlen auf die Oberfläche des Substrats gerichtet werden, die Leistungsdichte in den Brennflecken der Laserstrahlen und/oder die Vorschubgeschwindigkeit der Brennflecke der Laserstrahlen so gewählt, dass mit dem ersten Laserstrahl der erste Werkstoff und mit dem zweiten Laserstrahl der zweite Werkstoff überwiegend durch Ablation lokal definiert entfernt wird.In addition, the power of the laser beams, the respective pulse duration, pulse frequency with which the laser beams are directed onto the surface of the substrate, the power density in the focal spots of the laser beams and / or the feed speed of the focal spots of the laser beams are selected so that the first laser beam is the first Material and with the second laser beam the second material is removed predominantly in a locally defined manner by ablation.

Für eine lokal definierte Werkstoffentfernung soll eine Relativbewegung des Substrats zu den Auftreffpositionen der Brennflecke des ersten und ggf. des mindestens einen zweiten Laserstrahls auf der Oberfläche des Substrats bei der zweiten Alternative durchgeführt werden. Die Durchführung einer entsprechenden Relativbewegung trifft sinngemäß auf alle drei erfindungsgemäßen Alternativen zu.In the case of the second alternative, a movement of the substrate relative to the impact positions of the focal spots of the first and possibly of the at least one second laser beam on the surface of the substrate is to be carried out for a locally defined material removal. The implementation of a corresponding relative movement applies analogously to all three alternatives according to the invention.

Das Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs, bei dem der Einfallswinkel α1 des ersten Laserstrahls im Bereich von 100% bis 75% des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, wird eingehalten.The ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material in relation to the reflectivity R1 of the first material, at which the angle of incidence α 1 of the first laser beam in the range from 100% to 75% of the angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio, is maintained.

Bei allen Alternativen kann ein Bereich ausgehend von 90 % des erreichbaren Maximums bis zum erreichbaren Maximum für das Verhältnis der Reflektivitäten vorteilhaft sein.In all alternatives, a range starting from 90% of the achievable maximum to the achievable maximum can be advantageous for the ratio of the reflectivities.

Diese Parameter treffen analog auf die anderen ggf. eingesetzten Laserstrahlen mit entsprechenden Wellenlängen λx ihrer Laserstrahlung zu.These parameters apply analogously to the other laser beams that may be used with corresponding wavelengths λ x of their laser radiation.

Dabei ist der jeweilige Einfallswinkel αx für den jeweiligen Laserstrahl mit der Wellenlänge λx der entsprechenden Laserstrahlung der Parameter, der entsprechend gewählt werden kann, um diesen optimalen Bereich zu erreichen, in dem mit den entsprechenden Reflektivitäten der verschiedenen Werkstoffe eine verbesserte Selektivität bei der lokal definierten Werkstoffentfernung vom Substrat erreicht werden kann.The respective angle of incidence α x for the respective laser beam with the wavelength λ x of the corresponding laser radiation is the parameter that can be selected accordingly in order to achieve this optimal range in which, with the corresponding reflectivities of the various materials, an improved selectivity for the local defined material distance from the substrate can be achieved.

Für die lokal definierte Entfernung eines Werkstoffs ist die Einhaltung eines Einfallswinkels eines jeweiligen Laserstrahls, bei dem der minimale Reflexionskoeffizient des zu entfernenden Werkstoffs eingehalten ist, besonders günstig. Für eine verbesserte selektive Werkstoffentfernung ist es vorteilhaft für diesen einen Einfallswinkel αx des jeweiligen Laserstrahls zu wählen, der eine möglichst große Abweichung zum minimalen Reflexionskoeffizienten eines anderen Werkstoffs ermöglicht, also möglichst eine geringe Differenz zu dessen Reflexionsmaximum ermöglicht oder besonders bevorzugt das Maximum sogar erreicht. Dieser Sachverhalt trifft besonders für Bereiche eines Substrats zu, an denen verschiedene Werkstoffe nebeneinander, insbesondere direkt nebeneinander angeordnet sind.For the locally defined removal of a material, it is particularly favorable to maintain an angle of incidence of a respective laser beam at which the minimum reflection coefficient of the material to be removed is observed. For improved selective material removal, it is advantageous to choose an angle of incidence α x of the respective laser beam that allows the greatest possible deviation from the minimum reflection coefficient of another material, i.e. allows the smallest possible difference to its reflection maximum or, particularly preferably, even reaches the maximum. This fact applies particularly to areas of a substrate in which different materials are arranged next to one another, in particular directly next to one another.

Vorteilhaft können die Einfallswinkel der Laserstrahlen auf die Substratoberfläche nahezu konstant gehalten werden und allein eine zweidimensionale Bewegung des Substrats durchgeführt werden, bei der die Laserstrahlbrennflecke gezielt auf Oberflächenbereichen bewegt werden, an bzw. in denen ein Werkstoffabtrag erfolgen soll.Advantageously, the angles of incidence of the laser beams on the substrate surface can be kept almost constant and only a two-dimensional movement of the substrate can be carried out in which the laser beam focal spots are specifically moved to surface areas on or in which material is to be removed.

Die Arbeitswellenlängen der elektromagnetischen Strahlung der Laserstrahlen sollten für die jeweiligen Werkstoffe so ausgewählt sein, dass eine hohe Absorption für den jeweiligen Werkstoff erreicht werden kann.The working wavelengths of the electromagnetic radiation of the laser beams should be selected for the respective materials in such a way that a high level of absorption can be achieved for the respective material.

Der jeweilige Werkstoff sollte überwiegend durch Ablation entfernt werden, wobei unter überwiegend mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 70 % des abgetragenen Werkstoffs verstanden werden sollen.The respective material should be removed predominantly by ablation, whereby predominantly at least 50%, preferably at least 70% of the removed material should be understood.

Außerdem sollte ein Bereich der gewählten Einfallswinkel αx von ± 20 %, bevorzugt von ± 10 % um den jeweiligen minimalen Reflexionskoeffizienten eingehalten werden. Bevorzugt ist jedoch der Einfallswinkel mit dem minimalen Reflexionskoeffizienten.In addition, a range of the selected angles of incidence α x of ± 20%, preferably of ± 10%, around the respective minimum reflection coefficient should be maintained. However, the angle of incidence with the minimum reflection coefficient is preferred.

Bei dem Substrat kann es sich um ein Substrat handeln, das mit einem ersten Werkstoff gebildet ist, in dem weitere Werkstoffe enthalten sein können. Es kann aber auch ein Substrat eine Beschichtung aufweisen, die mit einem ersten Werkstoff gebildet ist, in dem weitere Werkstoffe enthalten sind.The substrate can be a substrate which is formed with a first material in which further materials can be contained. However, a substrate can also have a coating which is formed with a first material in which further materials are contained.

Es können bei der Erfindung je nach Anzahl unterschiedlicher Werkstoffe, die lokal definiert selektiv entfernt oder abgetragen werden sollen, eine entsprechende Anzahl an Laserstrahlen, die für den jeweiligen Werkstoff spezifisch sind, eingesetzt werden. Für drei bzw. vier unterschiedliche Werkstoffe ist dies mit den Ansprüchen 7 bzw. 8 beispielhaft angegeben. Analog kann aber auch bei mehr als vier unterschiedlichen Werkstoffen mit einer entsprechenden Anzahl an werkstoffspezifischen Laserstrahlen vorgegangen werden.In the invention, depending on the number of different materials that are to be selectively removed or ablated in a locally defined manner, a corresponding number of laser beams that are specific for the respective material can be used. This is indicated by way of example for three or four different materials in claims 7 and 8, respectively. However, a similar procedure can also be used for more than four different materials with a corresponding number of material-specific laser beams.

Jeder Laserstrahl kann einzeln entsprechend beeinflusst werden, was durch eine Steuerung bzw. Regelung erreichbar ist. So können die Laserstrahlen über geeignete strahlformende und ablenkende optische Elemente auf die jeweilige Oberfläche des Substrats gerichtet werden. Dabei kann insbesondere mittels verschwenkbarer reflektierender optischer Elemente der jeweilige Einfallswinkel der Laserstrahlen beeinflusst werden.Each laser beam can be individually influenced accordingly, which can be achieved by a control or regulation. In this way, the laser beams can be directed onto the respective surface of the substrate via suitable beam-shaping and deflecting optical elements. The respective angle of incidence of the laser beams can be influenced in particular by means of pivotable reflective optical elements.

Die Leistungsdichte in den jeweiligen Brennflecken kann man durch gezielte Beeinflussung der Leistung des jeweiligen Laserstrahls sowie durch strahlformende Elemente, beispielsweise optische Linsen beeinflussen, in dem die Brennweite entsprechend angepasst werden kann.The power density in the respective focal spots can be influenced by targeted influencing of the power of the respective laser beam and by beam-shaping elements, for example optical lenses, in which the focal length can be adjusted accordingly.

Bei gepulstem Betrieb kann man neben der Frequenz auch die Pulsdauer entsprechend anpassen. Mindestens ein Laserstrahl kann aber auch im Continuous Wave (cw)-Betriebsmodus kontinuierlich betrieben werden.In the case of pulsed operation, the pulse duration can also be adjusted accordingly in addition to the frequency. However, at least one laser beam can also be operated continuously in the Continuous Wave (cw) operating mode.

Bei dem Verfahren kann so vorgegangen werden, dass in einer ersten Phase ausschließlich der erste Werkstoff, dann in einer zweiten Phase ausschließlich der zweite Werkstoff oder der erste und der zweite Werkstoff und in einer dritten Phase ausschließlich der erste Werkstoff lokal definiert entfernt wird. Dies ist dann der Fall, wenn lediglich zwei unterschiedliche Werkstoffe selektiv entfernt werden sollen.The procedure can be such that only the first material is removed in a first phase, then exclusively the second material or the first and second material in a second phase and exclusively the first material is removed in a locally defined manner in a third phase. This is the case when only two different materials are to be removed selectively.

Der Beginn der zweiten Phase sollte spätestens dann eingeleitet werden, wenn der erste Werkstoff soweit abgetragen worden ist, dass der zweite Werkstoff freigelegt worden ist.The beginning of the second phase should be initiated at the latest when the first material has been removed to such an extent that the second material has been exposed.

Bei drei oder vier unterschiedlichen Werkstoffen kann so vorgegangen werden, dass in einer ersten Phase ausschließlich der erste Werkstoff, in einer zweiten Phase ausschließlich der zweite Werkstoff oder der erste und der zweite Werkstoff, in einer Zwischenphase der dritte oder der vierte Werkstoff und in einer dritten Phase ausschließlich der erste Werkstoff entfernt wird.In the case of three or four different materials, the procedure can be that in a first phase exclusively the first material, in a second phase exclusively the second material or the first and second material, in an intermediate phase the third or fourth material and in a third Phase only the first material is removed.

Ein erster Laserstrahl und ein zweiter Laserstrahl sollten aus unterschiedlichen Richtungen, bevorzugt aus Richtungen, die einen Winkel von 90 ° in Bezug zur Oberflächennormale, einschließen auf die Oberfläche des Substrats gerichtet werden. Werden zwei Laserstrahlen aus Richtungen in einem Winkel von 90 °, also senkrecht zueinander auf die jeweilige Oberfläche gerichtet, können sie gleich, beispielsweise p-polarisiert sein.A first laser beam and a second laser beam should be directed onto the surface of the substrate from different directions, preferably from directions which include an angle of 90 ° with respect to the surface normal. If two laser beams are directed onto the respective surface from directions at an angle of 90 °, that is to say perpendicular to one another, they can be identical, for example p-polarized.

Insbesondere bei mehr als zwei unterschiedlichen Laserstrahlen können auch Richtungen mit anderen Winkeln genutzt werden. Zum Beispiel können verschiedene Laserstrahlen aus Richtungen mit Winkelabständen, die kleiner als 90 ° sind auf die jeweilige Substratoberfläche gerichtet werden.In particular with more than two different laser beams, directions with other angles can also be used. For example, different laser beams can be directed onto the respective substrate surface from directions with angular distances that are smaller than 90 °.

Vorteilhaft können während der Ablation gebildete Prozessabgase mittels einer Abgasabsaugung entfernt und dabei die Laserstrahlen durch ein Gehäuse der Abgasabsaugung auf die Oberfläche des Substrats gerichtet werden.Process exhaust gases formed during the ablation can advantageously be removed by means of an exhaust gas extractor and the laser beams can be directed through a housing of the exhaust gas extractor onto the surface of the substrate.

Ein Substrat oder eine Beschichtung auf dem Substrat kann mit Si als erstem Werkstoff gebildet sein. Weitere Werkstoffe können Metalle oder halbleitende Werkstoffe sein. So kann ein erster Werkstoff beispielsweise Si und ein zweiter Werkstoff kann Cu sein. Beispielsweise kann Cu oder ein anderer Werkstoff als eine Schicht bzw. eine Schichtstruktur in einer Ebene im Si eingebettet sein.A substrate or a coating on the substrate can be formed with Si as the first material. Other materials can be metals or semiconducting materials. For example, a first material can be Si and a second material can be Cu. For example, Cu or another material can be embedded as a layer or a layer structure in a plane in the Si.

Vorteilhaft kann ein Oberflächenbereich mit mindestens einem optischen Detektor, insbesondere einem für die laserinduzierte Plasmaspektroskopie ausgebildeten Detektor überwacht werden. Mit den erfassten Messsignalen kann dann der Einfallswinkel, die Polarisation, die Pulsfrequenz, die Pulsdauer, die Leistungsdichte im Brennfleck und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks mindestens eines der Laserstrahlen, mittels einer elektronischen Auswerte- und Regeleinheit geregelt werden. Dabei kann man aus wellenlängenaufgelöst erfassten Intensitäten erkennen, welcher Werkstoff und mit welcher Quantität dieser Werkstoff momentan abgetragen wird. Eine bestimmte Wellenlänge ist für den jeweiligen Werkstoff spezifisch und aus der Intensität, die für diese Wellenlänge erfasst wird, kann man auf die Menge an momentan abgetragenen Werkstoff schließen. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend kann man die Parameter, mit denen die jeweiligen Laserstrahlen auf die Oberfläche des Substrats auftreffen, entsprechend anpassen. Lediglich der werkstoffspezifische, den minimalen Reflexionskoeffizienten des jeweiligen Werkstoffs berücksichtigende Einfallswinkel des jeweiligen Laserstrahls sollte generell konstant gehalten werden.A surface area can advantageously be monitored with at least one optical detector, in particular a detector designed for laser-induced plasma spectroscopy. With the Acquired measurement signals, the angle of incidence, polarization, pulse frequency, pulse duration, power density in the focal spot and / or the advance speed of the focal spot of at least one of the laser beams can then be regulated by means of an electronic evaluation and control unit. From the intensities recorded in a wavelength-resolved manner, it is possible to identify which material and with which quantity this material is currently being removed. A certain wavelength is specific for the respective material and from the intensity that is recorded for this wavelength, one can deduce the amount of material removed at the moment. Building on this knowledge, the parameters with which the respective laser beams impinge on the surface of the substrate can be adjusted accordingly. Only the material-specific angle of incidence of the respective laser beam, which takes into account the minimum reflection coefficient of the respective material, should generally be kept constant.

Mit der Erfindung können neben dem lokal definierten Freilegen von Werkstoff(en) auch Verunreinigungen entfernt werden.With the invention, in addition to the locally defined exposure of material (s), impurities can also be removed.

Besonders vorteilhaft kann mit der Einhaltung der Bedingungen für den Betrieb der jeweiligen Laserstrahlen und insbesondere der Einfallswinkel die Energie der jeweils eingesetzten elektromagnetischen Strahlung zumindest nahezu optimal für einen Werkstoffabtrag genutzt werden. Positiv kann sich dabei auch eine jeweils gewählte angepasste p- oder s-Polarisation auswirken. With compliance with the conditions for the operation of the respective laser beams and in particular the angle of incidence, the energy of the electromagnetic radiation used in each case can be used at least almost optimally for material removal in a particularly advantageous manner. A respectively selected adapted p- or s-polarization can also have a positive effect.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail below by way of example.

Dabei zeigen:

  • 1 in schematischer Form ein Beispiel eines Substrats, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann;
  • 2 Diagramme des Einflusses der Einfallswinkel auf den Reflexionskoeffizienten für Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge;
  • 3 in schematischer Darstellung einen Aufbau, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;
  • 4 in schematischer Darstellung einen Aufbau, mit dem eine Absaugung realisiert werden kann;
  • 5 einen möglichen zeitlichen Ablauf bei der Durchführung des Verfahrens mittels resonanter Ablation und
  • 6 ein Diagramm mit möglichen Leistungen und Pulsdauern für zwei unterschiedliche Laserstrahlen.
Show:
  • 1 in schematic form an example of a substrate in which the method according to the invention can be used;
  • 2 Diagrams of the influence of the angles of incidence on the reflection coefficient for laser beams of different wavelengths;
  • 3rd a schematic representation of a structure with which the method according to the invention can be carried out;
  • 4th a schematic representation of a structure with which suction can be implemented;
  • 5 a possible time sequence when carrying out the method by means of resonant ablation and
  • 6th a diagram with possible powers and pulse durations for two different laser beams.

1 zeigt in schematischer Form ein Substrat S, das aus dem ersten Werkstoff 1 Si gebildet ist. Im Si sind Schichtstrukturen aus dem zweiten Werkstoff 2 Cu in einer Ebene ausgebildet. Der zweite Werkstoff 2 ist vom ersten Werkstoff 1 überdeckt. Der zweite Werkstoff 2 soll lokal definiert freigelegt und abgetragen werden. 1 shows in schematic form a substrate S made from the first material 1 Si is formed. In Si there are layer structures made of the second material 2 Cu formed in one plane. The second material 2 is from the first material 1 covered. The second material 2 should be exposed and removed in a locally defined manner.

Dazu werden zwei Laserstrahlen 3 und 4 von zwei Laserstrahlungsquellen 3.1 und 4.1 mit jeweils unterschiedlicher Arbeitswellenlänge auf den jeweiligen Oberflächenbereich lokal definiert gerichtet. Im Beispiel war die Arbeitswellenlänge des ersten Laserstrahls 3 mit λ= 1064 nm und die Arbeitswellenlänge des zweiten Laserstrahls 4 mit λ= 255 nm gewählt. Bedingt durch die Unterschiede in der komplexen Brechzahl der beiden Werkstoffe ist der Reflexionsgrad für p-polarisierte Laserstrahlung signifikant voneinander verschieden, was man den in 2 gezeigten Diagrammen entnehmen kann.This is done using two laser beams 3rd and 4th from two laser radiation sources 3.1 and 4.1 each with a different working wavelength directed locally defined on the respective surface area. In the example was the working wavelength of the first laser beam 3rd with λ = 1064 nm and the working wavelength of the second laser beam 4th chosen with λ = 255 nm. Due to the differences in the complex refractive index of the two materials, the degree of reflection for p-polarized laser radiation is significantly different from one another, which is what is called in 2 shown in the diagrams.

Die Laserstrahlen 3 und 4 wurden p-polarisiert auf die Oberfläche des Substrats S gerichtet.The laser beams 3rd and 4th were directed to the surface of the substrate S in p-polarized fashion.

Dabei kann ein Aufbau, wie er in 3 gezeigt ist, eingesetzt werden.A structure like the one in 3rd shown.

Es kann ein Aufbau mit einem Probentisch (nicht gezeigt) zur Steuerung des Bearbeitungsfeldes der beiden Laserstrahlen 3 und 4 eingesetzt werden, so dass durch Bewegung des Probentischs eine definierte Positionierung der jeweiligen Brennflecke der beiden Laserstrahlen 3 und 4 erreicht werden kann und dadurch ein lokal definierter Werkstoffabtrag möglich wird. Sowohl die Polarisation als auch der Einfallswinkel der beiden Laserstrahlen 3 und 4 sind variabel justierbar. Die Einfallsebenen der beiden Laserstrahlen 3 und 4 sind mit ihren Einfallsrichtungen gegeneinander versetzt (z.B. 90°).A structure with a sample table (not shown) for controlling the processing field of the two laser beams can be used 3rd and 4th can be used, so that a defined positioning of the respective focal points of the two laser beams by moving the sample table 3rd and 4th can be achieved and thereby a locally defined material removal is possible. Both the polarization and the angle of incidence of the two laser beams 3rd and 4th are variably adjustable. The planes of incidence of the two laser beams 3rd and 4th are offset from one another with their directions of incidence (e.g. 90 °).

Im Strahlengang der Laserstrahlen 3 und 4 sind strahlformende optische Elemente 5 und 6 sowie Polarisatoren 7 und 8 angeordnet. Mit den Polarisatoren 7 und 8 kann man die Polarisation und mit den strahlformenden Elementen 5 und 6 die Brennweite anpassen.In the beam path of the laser beams 3rd and 4th are beam-shaping optical elements 5 and 6th as well as polarizers 7th and 8th arranged. With the polarizers 7th and 8th one can do the polarization and with the beam-shaping elements 5 and 6th adjust the focal length.

In 4 ist ein Gehäuse 9 einer Absaugung gezeigt, durch das die Laserstrahlen 3 und 4 auf die Oberfläche des Substrats S gerichtet werden. Mittels der Absaugung können Prozessabgase also auch die verdampften Werkstoffe 1 und 2 abgesaugt und ggf. auch gefiltert werden. Es ist auch eine Zufuhr für ggf. erforderliche Prozessgase in das Gehäuse 9 möglich.In 4th is a housing 9 a suction shown through which the laser beams 3rd and 4th be directed to the surface of the substrate S. By means of the extraction process exhaust gases can also remove the evaporated materials 1 and 2 sucked off and, if necessary, also filtered. It is also a supply for any process gases that may be required into the housing 9 possible.

Mit 5 soll ein möglicher zeitlicher Ablauf bei der Durchführung des Verfahrens verdeutlicht werden.With 5 a possible time sequence for the implementation of the procedure should be clarified.

In Phase I arbeitet die Laserstrahlungsquelle 3.1, so dass mit dem ersten Laserstrahl 3 eine Leistungsdichte im Brennfleck oberhalb der Ablationsschwelle des ersten Werkstoffs 1 in p-Polarisation mit dem Einfallswinkel 74°, bei dem für Si ein minimaler Reflexionskoeffizient zu verzeichnen ist, erreicht wird. Durch die sehr geringe Reflektivität des Si unter diesen Bedingungen, ist eine Werkstoffablation mit vergleichsweise geringer Laserleistung für den ersten Werkstoff 1 möglich. Die Form und Länge der einzelnen Laserpulse können für die Anwendung optimiert werden.In phase I the laser radiation source works 3.1 so that with the first laser beam 3rd a power density in the focal point above the ablation threshold of the first material 1 in p-polarization with an angle of incidence of 74 °, at which a minimum reflection coefficient is recorded for Si, is achieved. Due to the very low reflectivity of the Si under these conditions, a material ablation with a comparatively low laser power is possible for the first material 1 possible. The shape and length of the individual laser pulses can be optimized for the application.

Phase II kann, je nach Zielwirkung, entweder beim Erreichen der vergrabenen Kupferstruktur, später oder eher beginnen.Phase II can, depending on the target effect, either begin later or earlier when the buried copper structure is reached.

Ziel kann es sein, die Kupferstruktur gleichmäßig zum Silizium oder stärker bzw. schwächer abzutragen.The aim can be to remove the copper structure evenly to the silicon or to a greater or lesser extent.

Dies kann durch resonante Ablation des Kupfers als zweiter Werkstoff erreicht werden. Für diese Anwendung werden in einem geeigneten Zeitregime und mit geeigneter Leistung p-polarisierte Pulse des zweiten Laserstrahls 4 (Arbeitswellenlänge λ = 255 nm) unter dem Einfallswinkel von 63 °, bei dem für Kupfer ein minimaler Reflexionskoeffizient zu verzeichnen ist, eingesetzt. Es können auch für den zweiten Laserstrahl 4 sowohl seine Leistung, wie auch die Leistungsdichte im Brennfleck und die Laserpulslänge beider Laserstrahlen 3 und 4 als auch deren relative zeitliche Lage dem Prozess entsprechend optimiert werden, was man 6 entnehmen kann.This can be achieved by resonant ablation of the copper as the second material. For this application, p-polarized pulses of the second laser beam are generated in a suitable time regime and with a suitable power 4th (Working wavelength λ = 255 nm) at the angle of incidence of 63 °, at which a minimum reflection coefficient is recorded for copper. It can also be used for the second laser beam 4th both its power and the power density in the focal point and the laser pulse length of both laser beams 3rd and 4th as well as their relative temporal position can be optimized according to the process 6th can be found.

Bei der_resonanten Ablation kann man so vorgehen, wie dies bei der ersten erfindungsgemäßen Alternative der Fall ist. Dabei wird der erste Laserstrahl 3, wie im Anspruch 1 lokal definiert, auf den ersten Werkstoff 1 gerichtet und im Bereich seines Brennflecks ein Plasma des ersten Werkstoffs 1 generiert. Auf das Plasma wird dann der zweite Laserstrahl 4 gerichtet, so dass der erste Werkstoff 1 im Plasmazustand weiter mit Energie beaufschlagt wird und dadurch dort der erste Werkstoff 1 zumindest überwiegend durch Ablation entfernt wird. Dabei kann für eine lokal definierte Entfernung des ersten Werkstoffs 1 eine Relativbewegung der Brennflecken der Laserstrahlen 3 und 4 und der Substratoberfläche durchgeführt werden.In the case of resonant ablation, one can proceed as is the case with the first alternative according to the invention. This is where the first laser beam 3rd , as defined locally in claim 1, on the first material 1 directed and in the area of its focal point a plasma of the first material 1 generated. The second laser beam is then applied to the plasma 4th directed so that the first material 1 in the plasma state is further applied with energy and thereby the first material there 1 is removed at least predominantly by ablation. It can be used for a locally defined removal of the first material 1 a relative movement of the focal spots of the laser beams 3rd and 4th and the substrate surface.

Claims (11)

Verfahren zur Entfernung von Werkstoffen eines Substrats mittels elektromagnetischer Strahlung, wobei mindestens ein zweiter Werkstoff (2) zumindest bereichsweise von mindestens einem ersten Werkstoff (1) überdeckt ist, wobei der mindestens eine erste Werkstoff (1) und der mindestens eine zweite Werkstoff jeweils eine unterschiedliche komplexe optische Brechzahl aufweisen, bei dem ein erster Laserstrahl (3) elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge λ1, einer Polarisation, einer Pulsdauer, Pulsfrequenz und einem Einfallswinkel α1 auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet wird, bei dem für den ersten Laserstrahl (3) eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs (1) auftritt und dabei ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs (2) in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs (1) bei dem der Einfallswinkel α1, das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird, oder der erste Laserstrahl (3) elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge, einer Polarisation und einem Einfallswinkel α1 auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet wird, bei dem für den ersten Laserstrahl (3) eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs (1) die Leistung, die jeweilige Pulsdauer, Pulsfrequenz, mit der der erste Laserstrahl (3) auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet wird, die Leistungsdichte im Brennfleck des Laserstrahls (3) und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks des ersten Laserstrahls (3) so gewählt wird/werden, dass mit dem ersten Laserstrahl (3) ein Plasma des ersten Werkstoffs (1) im Bereich des Brennflecks des ersten Laserstrahls (3) generiert und mit mindestens einem zweiten Laserstrahl (4), der mit einer Leistung, einer Pulsdauer, Pulsfrequenz und einer Leistungsdichte im Brennfleck auf das generierte Plasma gerichtet wird, der erste Werkstoff (1) lokal definiert zumindest überwiegend durch Ablation entfernt wird und dabei eine Relativbewegung des Substrats (S) zu den Auftreffpositionen der Brennflecke des ersten und des mindestens einen zweiten Laserstrahls (3 und 4) auf der Oberfläche des Substrats (S) und des generierten Plasmas durchgeführt wird oder der erste Laserstrahl (3) elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge λ1 einer Polarisation und einem Einfallswinkel α1 und der zweite Laserstrahl (4) elektromagnetischer Strahlung mit einer Arbeitswellenlänge λ2, einer Polarisation und einem Einfallswinkel α2 auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet wird, bei dem für den ersten Laserstrahl (3) eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten des ersten Werkstoffs (1) auftritt und ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs (2) in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs (1) bei dem der Einfallswinkel α1 des ersten Laserstrahls (3), das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird und für den zweiten Laserstrahl (4) eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten für den zweiten Werkstoff (2) sowie ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs (2) in Bezug zur Reflektivität R1 des ersten Werkstoffs (1) bei dem Einfallswinkel α2 des zweiten Laserstrahls (4), das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird und die Leistung der Laserstrahlen (3 und 4), die jeweilige Pulsdauer, Pulsfrequenz, mit der die Laserstrahlen (3 und 4) auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet werden, die Leistungsdichte in den Brennflecken der Laserstrahlen (3 und 4) und/oder die Vorschubgeschwindigkeit der Brennflecken der Laserstrahlen (3 und 4) so gewählt wird/werden, dass mit dem ersten Laserstrahl (3) der erste Werkstoff (1) und mit dem zweiten Laserstrahl (4) der zweite Werkstoff (2) lokal definiert überwiegend durch Ablation entfernt wird und dazu eine Relativbewegung des Substrats (S) zu den Auftreffpositionen der Brennflecke des ersten und des zweiten Laserstrahls (3 und 4) auf der Oberfläche des Substrats (S) durchgeführt wird.Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation, wherein at least one second material (2) is covered at least in some areas by at least one first material (1), the at least one first material (1) and the at least one second material each being different have complex optical refractive index, in which a first laser beam (3) of electromagnetic radiation with a working wavelength λ 1 , a polarization, a pulse duration, pulse frequency and an angle of incidence α 1 is directed onto the surface of the substrate (S), in which for the first laser beam (3) a reflection occurs in the range of the minimum reflection coefficient of the first material (1) and a ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material (2) in relation to the reflectivity R1 of the first material (1) at which the angle of incidence α 1 , that in the range of 100% to 75% of the angle of incidence, which is the maximum of the Ratio corresponds, is, is observed, or the first laser beam (3) of electromagnetic radiation with a working wavelength, a polarization and an angle of incidence α 1 is directed onto the surface of the substrate (S), in which a reflection for the first laser beam (3) in the area of the minimum reflection coefficient of the first material (1) the power, the respective pulse duration, pulse frequency with which the first laser beam (3) is directed onto the surface of the substrate (S), the power density in the focal point of the laser beam (3) and / or the feed speed of the focal spot of the first laser beam (3) is / are selected so that a plasma of the first material (1) is generated with the first laser beam (3) in the area of the focal spot of the first laser beam (3) and with at least one second laser beam (4), which is directed to the generated plasma with a power, a pulse duration, pulse frequency and a power density in the focal point, the first material (1) is locally defined, at least predominantly removed by ablation and a relative movement of the substrate (S) to the impact positions of the focal spots of the first and the at least one second laser beam (3 and 4) on the surface of the substrate (S) and the generated plasma is carried out or the first laser beam (3) electromagnetic radiation with a working wavelength λ 1 polarization and an angle of incidence α 1 and the second laser beam (4) electromagnetic radiation with a working wavelength λ 2 , a polarization and an angle of incidence α 2 on the surface of the substrate (S) is directed, in which a reflection occurs for the first laser beam (3) in the range of the minimum reflection coefficient of the first material (1) and a ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material (2) in relation to the reflectivity R1 of the first material (1) in which the angle of incidence α 1 of the first laser beam (3), which is in the range from 100% to 75% of the angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio, is maintained, and for the second laser beam (4) a reflection in the range of the minimum reflection coefficient for the second material (2) and a ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material (2) in relation to the reflectivity R1 of the first material (1) at the angle of incidence α 2 of the second laser beam (4), which is in the range from 100% to 75% of the angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio, is maintained and the power of the laser beams (3 and 4), the respective pulse duration, pulse frequency with which the laser beams (3 and 4) hit the surface of the substrate (S) are directed, the power density in the focal spots of the laser beams (3 and 4) and / or the feed speed of the focal spots of the laser beams (3 and 4) is / are selected so that the first laser beam (3) the first material (1) and with the second laser beam (4), the second material (2) is removed in a locally defined manner, predominantly by ablation, and for this purpose a relative movement of the substrate (S) to the impact positions of the focal spots of the first and second laser beam (3 and 4) is carried out on the surface of the substrate (S). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase ausschließlich der erste Werkstoff (1), in einer zweiten Phase ausschließlich der zweite Werkstoff (2) oder der erste und der zweite Werkstoff (1 und 2) und in einer dritten Phase ausschließlich der erste Werkstoff (1) entfernt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that in a first phase exclusively the first material (1), in a second phase exclusively the second material (2) or the first and second materials (1 and 2) and in a third phase exclusively the first material ( 1) is removed. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn der zweiten Phase spätestens dann eingeleitet wird, wenn der erste Werkstoff (1) soweit abgetragen worden ist, dass der zweite Werkstoff (2) freigelegt worden ist.Method according to the preceding claim, characterized in that the beginning of the second phase is initiated at the latest when the first material (1) has been removed to such an extent that the second material (2) has been exposed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Laserstrahl (3) und der zweite Laserstrahl (4) aus unterschiedlichen Richtungen, bevorzugt aus Richtungen, die einen Winkel von 90 ° in Bezug zur Oberflächennormale einschließen auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first laser beam (3) and the second laser beam (4) from different directions, preferably from directions which enclose an angle of 90 ° with respect to the surface normal, onto the surface of the substrate (S ) are directed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ablation gebildete Prozessabgase mittels einer Abgasabsaugung entfernt und die Laserstrahlen (3 und 4) durch ein Gehäuse (9) der Abgasabsaugung auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that process exhaust gases formed during the ablation are removed by means of exhaust gas suction and the laser beams (3 and 4) are directed through a housing (9) of the exhaust gas suction onto the surface of the substrate (S). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfallswinkel αx im Bereich von ± 20 % um den minimalen Reflexionskoeffizienten eingehalten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an angle of incidence α x in the range of ± 20% around the minimum reflection coefficient is maintained. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Laserstrahl mit einer Wellenlänge, einer Polarisation und einem Einfallswinkel auf die Oberfläche des Substrats gerichtet wird, bei dem für den dritten Laserstrahl eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten eines dritten Werkstoffs auftritt sowie ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs (2) und/oder eines weiteren Werkstoffs in Bezug zur Reflektivität R3 des dritten Werkstoffs bei dem Einfallswinkel α3 des dritten Laserstrahls, das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird, und mit einer Leistung, einer Pulsdauer, Pulsfrequenz, mit der der dritte Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gerichtet wird, die Leistungsdichte im Brennfleck des dritten Laserstrahls und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks des dritten Laserstrahls so gewählt wird/werden, dass mit dem dritten Laserstrahl der dritte Werkstoff überwiegend durch Ablation entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a third laser beam with a wavelength, a polarization and an angle of incidence is directed onto the surface of the substrate, in which a reflection occurs for the third laser beam in the range of the minimum reflection coefficient of a third material and a Ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material (2) and / or another material in relation to the reflectivity R3 of the third material at the angle of incidence α 3 of the third laser beam, which is in the range from 100% to 75% of the angle of incidence, which is the maximum the ratio corresponds, is, is maintained, and with a power, a pulse duration, pulse frequency with which the third laser beam is directed onto the surface of the substrate, the power density in the focal spot of the third laser beam and / or the feed rate of the focal spot of the third laser beam so is / are elected en that with the third laser beam, the third material is mainly removed by ablation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Laserstrahl mit einer Wellenlänge, einer Polarisation und einem Einfallswinkel α4 auf die Oberfläche des Substrats (S) gerichtet wird, bei dem für den vierten Laserstrahl eine Reflexion im Bereich des minimalen Reflexionskoeffizienten eines vierten Werkstoffs auftritt sowie ein Verhältnis der Reflektivität R2 des mindestens einen zweiten Werkstoffs (2) und/oder eines weiteren Werkstoffs in Bezug zur Reflektivität R4 des vierten Werkstoffs bei dem Einfallswinkel α4 des vierten Laserstrahls, das im Bereich von 100 % bis 75 % des Einfallswinkels, der dem Maximum des Verhältnisses entspricht, liegt, eingehalten wird, und mit einer Leistung, einer Pulsdauer, Pulsfrequenz mit der der vierte Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats gerichtet wird, die Leistungsdichte im Brennfleck des vierten Laserstrahls und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks des vierten Laserstrahls so gewählt wird/werden, dass mit dem vierten Laserstrahl der vierte Werkstoff überwiegend durch Ablation entfernt wirdMethod according to one of the preceding claims, characterized in that a fourth laser beam with a wavelength, a polarization and an angle of incidence α 4 is directed onto the surface of the substrate (S), in which a reflection in the range of the minimum reflection coefficient for the fourth laser beam fourth material occurs as well as a ratio of the reflectivity R2 of the at least one second material (2) and / or a further material in relation to the reflectivity R4 of the fourth material at the angle of incidence α 4 of the fourth laser beam, which is in the range of 100% to 75% of the Angle of incidence, which corresponds to the maximum of the ratio, is maintained, and with a power, a pulse duration, pulse frequency with which the fourth laser beam is directed onto the surface of the substrate, the power density in the focal point of the fourth laser beam and / or the feed rate of the focal point of the fourth laser beam is chosen as wi rd / that the fourth material is removed predominantly by ablation with the fourth laser beam Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Werkstoff (1) Si und als weiterer Werkstoff mindestens ein metallischer oder halbleitender Werkstoff abgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that Si is removed as the first material (1) and at least one metallic or semiconducting material is removed as the further material. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase ausschließlich der erste Werkstoff (1), in einer zweiten Phase ausschließlich der zweite Werkstoff (2) oder der erste und der zweite Werkstoff (1 und 2), in einer Zwischenphase der dritte oder der vierte Werkstoff und in einer dritten Phase ausschließlich der erste Werkstoff (1) entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a first phase exclusively the first material (1), in a second phase exclusively the second material (2) or the first and the second material (1 and 2), in an intermediate phase the third or fourth material and, in a third phase, only the first material (1) is removed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oberflächenbereich mit mindestens einem optischen Detektor, insbesondere einem für die laserinduzierte Plasmaspektroskopie ausgebildeten Detektor überwacht und mit den erfassten Messsignalen der jeweilige Einfallswinkel αx, die Polarisation, die Pulsfrequenz, die Pulsdauer, die Leistungsdichte im Brennfleck und/oder die Vorschubgeschwindigkeit des Brennflecks mindestens eines der Laserstrahlen (3, 4), mittels einer elektronischen Auswerte- und Regeleinheit geregelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a surface area is monitored with at least one optical detector, in particular a detector designed for laser-induced plasma spectroscopy, and the respective angle of incidence α x , the polarization, the pulse frequency, the pulse duration, the power density with the recorded measurement signals in the focal spot and / or the feed speed of the focal spot at least one of the laser beams (3, 4) is regulated by means of an electronic evaluation and control unit.
DE102019212400.3A 2019-08-20 2019-08-20 Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation Active DE102019212400B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019212400.3A DE102019212400B4 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019212400.3A DE102019212400B4 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019212400A1 DE102019212400A1 (en) 2021-02-25
DE102019212400B4 true DE102019212400B4 (en) 2021-05-12

Family

ID=74495467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019212400.3A Active DE102019212400B4 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102019212400B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021214980A1 (en) 2021-12-23 2022-12-08 Carl Zeiss Smt Gmbh Method and device for removing material and optical arrangement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19715702A1 (en) * 1997-04-15 1998-10-22 Fraunhofer Ges Forschung Process for the selective removal of one or more layers
US20020137311A1 (en) * 2000-12-21 2002-09-26 Mattson Technology, Inc. System and process for heating semiconductor wafers by optimizing absorption of electromagnetic energy
US20050045604A1 (en) * 2003-09-02 2005-03-03 Ultratech Stepper, Inc. Laser thermal processing with laser diode radiation
DE102013216121A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Disco Corporation Laser processing device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19715702A1 (en) * 1997-04-15 1998-10-22 Fraunhofer Ges Forschung Process for the selective removal of one or more layers
US20020137311A1 (en) * 2000-12-21 2002-09-26 Mattson Technology, Inc. System and process for heating semiconductor wafers by optimizing absorption of electromagnetic energy
US20050045604A1 (en) * 2003-09-02 2005-03-03 Ultratech Stepper, Inc. Laser thermal processing with laser diode radiation
DE102013216121A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 Disco Corporation Laser processing device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019212400A1 (en) 2021-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014213775B4 (en) Method and device for laser-based processing of flat, crystalline substrates, in particular of semiconductor substrates
DE69722633T2 (en) REMOVAL OF MATERIAL THROUGH RADIATION OF RADIATION
DE102004032184B4 (en) Laser beam processing method and laser beam processing machine or device
DE102014106472B4 (en) Method for radiation scratching a semiconductor substrate
DE102005020072B4 (en) Process for fine polishing / structuring heat-sensitive dielectric materials by means of laser radiation
DE102011119764B4 (en) Device and method for interference structuring of flat samples and their use
WO2021094072A1 (en) Method for laser processing a workpiece, optical processing system, and laser processing device
DE4429522A1 (en) Method for the production of printed circuit boards
EP1166358A1 (en) Device and method for removing thin layers on a support material
EP1465747B1 (en) Laser machining device
DE112007001246T5 (en) Micromachining with solid-state UV laser with short pulses
EP1598121A2 (en) Laser-based stripping method
DE102007012815A1 (en) Method and device for workpiece machining
DE10351775A1 (en) Laser processing method and laser processing apparatus
DE102004024475A1 (en) Method and device for separating semiconductor materials
DE102020102077B4 (en) Laser processing device and method for laser processing a workpiece
DE102015003193A1 (en) Apparatus and method for continuously treating a solid by means of laser beams
DE102019212400B4 (en) Method for removing materials from a substrate by means of electromagnetic radiation
DE10029110B4 (en) Method for material processing and use thereof
DE10307309B4 (en) Apparatus and method for processing electrical circuit substrates by means of laser
DE19715702A1 (en) Process for the selective removal of one or more layers
DE102020107760A1 (en) Laser machining device and method for laser machining a workpiece
DE102014103748A1 (en) Laser arrangement and method for removing material from the surface of a workpiece
WO2022053271A1 (en) Method for separating a workpiece
WO2021151925A1 (en) Laser-machining device and method for laser machining a workpiece

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: WESTSAECHSISCHE HOCHSCHULE ZWICKAU, DE

Free format text: FORMER OWNER: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V., 80686 MUENCHEN, DE

Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES DRESDEN GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V., 80686 MUENCHEN, DE

Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANG, DE

Free format text: FORMER OWNER: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V., 80686 MUENCHEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: PFENNING, MEINIG & PARTNER MBB PATENTANWAELTE, DE

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final