EP4533532A1 - Mehrschichtsystem aus dünnen schichten zum temporärbonden - Google Patents

Mehrschichtsystem aus dünnen schichten zum temporärbonden

Info

Publication number
EP4533532A1
EP4533532A1 EP22737755.3A EP22737755A EP4533532A1 EP 4533532 A1 EP4533532 A1 EP 4533532A1 EP 22737755 A EP22737755 A EP 22737755A EP 4533532 A1 EP4533532 A1 EP 4533532A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
multilayer system
substrate
laser
absorption
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.)
Pending
Application number
EP22737755.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Povazay
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.)
EV Group E Thallner GmbH
Original Assignee
EV Group E Thallner GmbH
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 EV Group E Thallner GmbH filed Critical EV Group E Thallner GmbH
Publication of EP4533532A1 publication Critical patent/EP4533532A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/20—Bonding
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
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    • H10P72/745—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support the bond interface between the auxiliary support and the wafer comprising two or more, e.g. multilayer adhesive or adhesive and release layer the bond interface between the auxiliary support and the wafer comprises three or more layers
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    • B23K2101/40—Semiconductor devices
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    • H10P72/744—Details of chemical or physical process used for separating the auxiliary support from a device or a wafer

Definitions

  • the substrates are in particular a product substrate and a carrier substrate, the carrier substrate enabling the handling, further processing and transport of the product substrate. After processing, the carrier substrate is separated from the product substrate.
  • the wavelength when determining in steps ii) and iv) is between 1,100 nm and 10,000 nm, preferably between 1,100 nm and 5,000 nm, even more preferably between 1,500 nm and 2,500 nm lies.
  • the absorption behavior can be influenced, particularly in certain wavelength ranges, by varying parameters.
  • Laser debonding of the multilayer systems according to the invention is preferably carried out in the infrared range.
  • the substrates are separated by debonding or delamination along the interface using laser irradiation.
  • laser irradiation occurs through the carrier substrate with light of a selected wavelength, intensity and pulse duration (AT in the range ps to fs).
  • the pulses are particularly preferably in the picosecond range.
  • the product substrate is detached from the carrier substrate in the process for debonding a substrate stack by focusing a laser radiation of a specific wavelength through the carrier substrate onto the multilayer system optimized via interference or thickness. As a result, at least one layer of the multilayer system is destroyed by melting, evaporation and/or sublimation with photo- or thermochemical conversion of the multilayer temporary bonding layer or its adhesion properties are greatly reduced.
  • An important aspect of the method for providing a multilayer system is the determination and provision of a multilayer system with the maximum possible absorption level, preferably with the same or lower overall thickness.
  • the degree of absorption of a multilayer system which has a layer structure with an interference-optimized layer thickness distribution, is therefore as large as possible or close to 1 (100%).
  • the layer thicknesses of the individual bonding and laser debonding layers depend in particular on the method (CVD, PVD, MBE, oxidation on the surface, etc.). These are in particular between 10 nm and 500 nm, preferably between 20 nm and 100 nm.
  • the layer thicknesses are reduced, meaning that less material has to be applied
  • the optimal layer thickness or layer thicknesses of the individual layers of the multi-layer system are determined.
  • the material layers are optimized in terms of their layer thickness, particularly in a simulation, so that maximum light absorption (absorptivity) is achieved and reflection losses are minimized.
  • Several layer thicknesses, preferably two, are varied simultaneously.
  • a substrate stack with the multilayer system optimized for layer thickness can then be laser debonded by laser irradiation with a selected wavelength, intensity and pulse duration (AT in the range ps to ps). The complete detachment or separation of the product substrate by debonding or delamination along the interface using laser irradiation takes place in the area of the multi-layer system.
  • An exemplary method for providing a multilayer system, in particular for temporarily bonding substrates comprising:
  • the (temporary) bond layer consists of a multi-layer system.
  • the multi-layer system serves simultaneously as a connecting layer and as a release layer in laser debonding.
  • the temporary bonding layer is preferably made up of several layers that are used for the bonding and debonding process.
  • the materials of the multilayer system are known to those skilled in the art.
  • the temporary bond layer consists of several layers, the thickness of which is optimized so that the multi-layer system leads to maximum absorption of the laser radiation.
  • the layer structure optimized via interference enables improved and simpler laser debonding, with no additional layers for protecting the substrates or for bonding the substrates, such as an anti-reflection (AR) protective layer and/or a relaxation layer and/or a bonding adhesive, being required.
  • AR anti-reflection
  • An exemplary method for temporarily bonding a product substrate to a carrier substrate made of silicon (Si) with at least the following steps:
  • connection is produced in particular using direct bonding processes or other known bonding techniques such as metal diffusion bonding or anodic bonding.
  • Multi-layer system with a layer structure optimized via interference for temporary bonding and laser debonding in the IR range
  • Silicon carrier wafer transparent for selected wavelengths in the middle and near IR.
  • An exemplary method for laser debonding a product substrate from a carrier substrate made of silicon, wherein the product substrate and the carrier substrate are connected via a multilayer system and form a substrate stack in particular has at least the following steps:
  • No anti-reflection layer is required as a protective layer on the product substrate.
  • an exemplary method for producing and processing a substrate stack may include the following steps:
  • a debond radiation in particular a laser beam from a laser source
  • the laser source is a pulsed laser source, in particular an ultra-short pulsed laser source.
  • the ultra-short pulsed laser source is a femtosecond laser source.
  • the system is additionally equipped with a scanner for scanning the pulsed laser beam.
  • the release agent is the substrate holder, on which the product substrate and the carrier substrate are each fixed or can be fixed.
  • the separation takes place, for example, by parallel displacement of the substrate and carrier substrate relative to one another or by lifting the substrate or carrier substrate. Both are known to those skilled in the art and will not be described in more detail. Other mechanical, physical and/or chemical aids can also be used for the separation.
  • the laser acts on the multilayer system and reduces the adhesion strength between the Si carrier substrate and the multilayer system.
  • the adhesion strength is reduced in particular by more than 50%, preferably more than 75%, even more preferably more than 90%.
  • the substrates and carrier substrates can have any shape, but are preferably circular.
  • the diameter of the substrates is standardized in particular industrially. For wafers, the industry standard diameters are 1 inch, 2 inches, 3 inches, 4 inches, 5 inches, 6 inches, 8 inches, 12 inches and 18 inches.
  • the Carrier substrates are matched in size and shape to the size and shape of the product substrates so that the handling technology used is as simple as possible. It is also conceivable to fix, process and detach non-circular substrates such as panels from the carrier substrate.
  • the carrier substrate consists predominantly, preferably entirely, of one or more of the following materials: glass, mineral (in particular sapphire), semiconductor material (in particular silicon), polymer, composite material (SiC). Glass carrier substrates are often preferred for laser debonding, since electromagnetic rays in the UV-VIS wavelength range can preferably be used in combination with a UV-VIS-transparent bonding adhesive in order to prevent heating as much as possible.
  • electromagnetic rays in the infrared (IR) wavelength range are required depending on the transparency of the Si carrier substrates.
  • the carrier substrate is made of silicon.
  • Si carrier substrates are compatible with CMOS processes or front-end processes.
  • the transparency of the carrier substrate for the electromagnetic radiation is described by the transmittance, which indicates the ratio of transmitted and irradiated radiation.
  • the degree of transmittance depends on the thickness of the body being irradiated and is therefore given based on a unit length of 1 cm.
  • the carrier substrate has in particular a transmittance greater than 60%, preferably greater than 70%, even more preferably greater than 80%, most preferably greater than 90%, most preferably greater than 95%.
  • the transparency is particularly preferably based on the wavelength of the debonding laser radiation.
  • the thermal conductivity of the carrier substrate is preferably between 0.1 W/(m*K) and 5000 W/(m*K), more preferably between 0.5 W/(m*K) and 2500 W/(m*K), even more preferred between 1 W/(m*K) and 1000 W/(m*K).
  • the thickness of the carrier substrate can vary depending on the diameter and the requirements for structural stability.
  • the laser radiation is selected in particular so that the interface to be separated is reached through the substrate and is strongly absorbed there by the multilayer coating.
  • the laser energy is supplied in the form of very short light pulses. In a preferred embodiment it is an ultra-short pulsed laser radiation.
  • the separation results from a multi-photon excitation caused by the laser radiation, in particular a femtosecond laser or a picosecond laser.
  • Laser radiation with picosecond (ps) pulses has proven to be the optimal parameter combination for processing thin metallic layers through silicon.
  • the multilayer coating is separated from the substrate by irradiating the carrier substrate with light, in particular laser radiation, which is strongly absorbed by the multilayer coating at the interface or near the interface between the materials to be separated.
  • the preferred silicon carrier substrate is opaque below a wavelength of 1.3 pm.
  • a pulsed solid-state laser preferably an Nd:YAG laser or a Ho:YAG laser
  • Pulsed solid-state lasers that operate in the infrared range above 1.3 pm use ions from Er3 + (1.55 pm), Tm3 + (1.9 pm), Ho3 + (2.09 pm) or Cr3+ (2.4 pm ) endowed.
  • laser wavelengths when used with Si carrier substrates are, for example, 1940 pm, 1960 pm, or 2030 pm.
  • the power of the laser that provides the laser radiation measured as light power, in particular radiation power, which can be continuously emitted on the substrate, is at least 2 W.
  • the preferred wavelength range of the laser is between >1,100 nm and 10,000 nm, preferably between >1,100 nm and 5,000 nm, even more preferably between 1,500 nm and 2,500 nm.
  • the total energy of the laser radiation per substrate is set in particular between 1 mJ and 500 kJ, preferably between 100 mJ and 200 kJ, particularly preferably between 500 mJ and 100 kJ.
  • the laser beam can be operated in continuous mode or preferably pulsed.
  • the pulse frequency is set in particular between 0.1 Hz and 300 MHz, preferably between 100 Hz and 500 kHz, particularly preferably between 1 kHz and 400 kHz, very particularly preferably between 1 kHz and 100 kHz.
  • the energy which hits the substrate stack per pulse of irradiation is set in particular between 0.1 nJ and 1 J, preferably between 1 nJ and 900 pj, particularly preferably between 1 nJ and 10 pj.
  • a beam spot size is in particular between 1 pm2 and 10 mm2, preferably between 5 pm2 and 1 mm2, particularly preferably between 400 pm2 and 1502 pm2 (measured at l/e2 of the irradiance distribution of the laser spot on the substrate).
  • the number of pulses per substrate stack is in particular between 10 million pulses and 10 billion pulses, preferably between 10 million pulses and 1000 million pulses, particularly preferably between 20 million pulses and 100 million pulses.
  • the total energy of the laser radiation per substrate is set in particular between 1 mJ and 500 kJ, preferably between 100 mJ and 200 kJ, particularly preferably between 500 mJ and 100 kJ.
  • the pulses have a length in the microseconds to femtoseconds range (ps-fs), preferably in the nanoseconds to femtoseconds range (ns-fs), in particular between 100 ns and 100 fs, preferably between 10 ps and 1 ps.
  • Very high power peaks can be achieved with short pulses without increasing the average laser power. Since the available pulse energy for shorter pulses is orders of magnitude lower at different pulse durations (in the range of J for high-power lasers compared to pJ for the “ultrafast” pico- and femtosecond lasers), the total energy input into the material to be processed is reduced , which generally leads to a smaller heat-damaged zone due to the shorter exposure time and the resulting lower heat diffusion. Thanks to a high power density, it is possible to heat the material within a very short time in such a way that removal or sublimation is achieved. The short exposure times therefore lead to a lower thermal energy input into the underlying material and thus to minimal damage to the unprocessed area.
  • pulse durations of less than a few picoseconds direct ablation by laser radiation is assumed for most materials, while with longer pulse durations, additional effects that arise from the interaction of laser, laser-induced plasma and matter in the different aggregate states promote thermally induced ablation.
  • ultra-short pulses in the ps range are preferred, so that linear and non-linear absorption takes place on the multilayer system.
  • a laser intensity of 10 12 W/cm2 the interaction between photons and atoms takes place not only through single-photon absorption but also through multiphoton absorption.
  • a linear or nonlinear process can be the dominant part of the absorption.
  • intensities between 10 12 to 10 14 W/cm2 that are achieved with ultrashort pulses multiphoton effects play a dominant role.
  • Pulses with high intensities and a pulse duration of less than 100 ps can initiate a plasma glow. Plasma lighting advantageously leads to a greatly increased local absorption on the multilayer system through the interaction of free electrons and ions with the remaining electromagnetic field.
  • the pulse energy and/or the pulse duration and/or the length of a pulse train is modulated in time by a control unit of a laser beam source generating the pulsed laser beam, the modulation preferably being controlled via an external signal generator.
  • the energy coupled into the process zone by the laser beam is preferably temporally modulated by modulating the pulse duration of the laser pulses, the pulse duration preferably being modulated between 0.1 ps and 20 ps.
  • laser light is coupled on the substrate side through a substrate that is as transparent as possible and is absorbed in the adjacent release layer on the back.
  • the laser light is preferably coupled in through a largely transparent carrier substrate made of silicon.
  • Si carrier substrates with usual thicknesses between 725 and 775 pm are increasingly transparent for wavelengths from 1,100 nm.
  • Ultrashort pulses in the ps range are used, so that wavelengths greater than 1300 nm are preferred, and wavelengths greater than 1900 nm are even more preferred because of the absorption caused by non-linear interactions of silicon in the range below 1300 nm. Shorter pulse durations require higher wavelengths for extensive transparency of the Si carrier substrates.
  • Optical and physical processes play a role in the interaction of the laser beam with matter. These are, for example, the numerical aperture (NA) of the lens when focusing the laser beam into the material and the energy of the laser beam or the laser power density.
  • NA numerical aperture
  • the following parameters of the multilayer system can be determined: Thickness of the individual layers using simulation and testing,
  • the multi-layer systems are known to those skilled in the art, which means that no material optimization takes place.
  • the materials of the multilayer systems are coatings known to those skilled in the art that are used in bonding and whose layer thickness is optimized for interference for the highest possible absorption of the laser radiation. In many cases, the selection of layer thicknesses makes laser debonding possible.
  • the idea behind the patent is to provide a multi-layer, interference-optimized layer structure for bonding and laser debonding of substrates.
  • the interaction is influenced by both the properties of the laser light and those of the matter.
  • the most important are the wavelength, polarization, angle of incidence as well as the spatial and temporal properties of the radiation, whereas when it comes to matter, it is primarily the chemical composition and the microscopic or macroscopic properties that have an influence.
  • the multilayer design optimization uses existing materials and coatings known to those skilled in the semiconductor industry, which are optimized in particular in terms of their layer thickness so that maximum absorption is achieved via interference of the electromagnetic radiation on the multilayer system.
  • the layer thicknesses are in the sub-wavelength range, so that for an incident wave the multilayer system has a different wave impedance than that of the individual materials used in the individual layers. This greatly improves the absorption of the multilayer system.
  • the strength of the absorption is described by a material parameter, the degree of absorption, which usually depends on a variety of parameters (temperature, wavelength, etc.).
  • the absorption or the degree of absorption is given between 0 and 1.
  • the degree of absorption also absorption coefficient or spectral absorption coefficient SAK indicates which fraction of the incident radiation is absorbed. It can take values between 0 and 1.
  • the degree of absorption can depend on the direction of irradiation and the frequency of the incident radiation
  • absorption is primarily a lossy interaction of the electromagnetic field in matter, which can (usually) be described via the electrical susceptibility and thus via the complex-valued refractive index n+iK. Even non-linearities, such as those that play a role in short pulses, e.g. if the response to an increase in the electric field increases proportionally to a higher power, can be represented like this.
  • simulations are used to show that by changing the thin layer thicknesses in the nm range, an increase in the absorption of the entire multilayer system can be achieved by creating multiple interferences at the boundaries between the individual layers of the multilayer system.
  • the laser wavelength is preferably constant and two parameters, in particular the layer thicknesses dl and d2 of two layers from the multilayer system, are varied simultaneously and the absorption is calculated.
  • two parameters in particular the layer thicknesses dl and d2 of two layers from the multilayer system, are varied simultaneously and the absorption is calculated.
  • the layer thicknesses are optimized for each individual layer LI to Ln of a multilayer system consisting of the layers LI to Ln, preferably LI to L3, whereby the absorption of the entire multilayer system is determined numerically and also measured experimentally.
  • the individual influences of the layers are examined and optimized in terms of efficiency and stability of the effect.
  • the multilayer system is separated from the substrate by irradiating the substrate with light, in particular laser radiation, which is strongly absorbed by the multilayer coating at the interface or near the interface between the materials to be separated.
  • light in particular laser radiation
  • the following exemplary effects on the adjacent layers are exploited: constructive interference, scattering, diffraction and phase shifts.
  • the layers of the multilayer system can be applied by means of chemical or physical vapor deposition, sputtering, vapor deposition, epitaxy and/or spin coating, as well as combinations thereof or other suitable techniques.
  • an antireflective layer is advantageously not necessary to greatly reduce the Fresnel reflection.
  • the at least one layer of the multilayer system preferably consists of the following compounds or elements, individually or in combination:
  • Metals for example Ti, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Al, Cr, Pt, Sn
  • nitride compounds in particular TiN, TaN, AlN, GaN, InN, SiN, Si3N4
  • Ceramic material especially silicon carbide (SiC) and aluminum oxide (A12O3)
  • the individual layers of the multilayer system can consist of one material or a combination of materials from one of the main groups 3 (boron group), 4 (carbon group) and 5 (nitrogen group) of the periodic table of the elements.
  • the material is not applied over the entire surface, but rather for individual layers of the multilayer system as 2D structures, for example graphene, or 3D structures.
  • At least one compound or one element is applied alternately several times.
  • a sacrificial layer and/or an anti-reflection layer and/or a relaxation layer and/or a bonding adhesive are not necessary and are omitted.
  • the individual layers of the multilayer coating have thicknesses between 1 nm and 10 pm, preferably between 1 nm and 1 pm, even more preferably between 5 nm and 500 nm. Due to the very thin layer sequence a high level of interaction with electromagnetic radiation is possible. This high interaction with very thin layers is used for simplified laser debonding. By optimizing the individual layer thicknesses of a multi-layer system, the layer thicknesses (nm range) are reduced, which advantageously means that less material has to be applied.
  • the thickness of the multilayer system is preferably between 1 nm and 10 pm, more preferably between 5 nm and 1 pm, most preferably between 10 nm and 1 pm.
  • An optimization process for separation by debonding or delamination along the interface using laser irradiation includes, for example, the following steps:
  • Silicon as a carrier substrate is predominantly transparent at a wavelength X > 1300 nm or at show linear absorption;
  • the multi-layer system enables interference-controlled optimization the absorption required for laser debonding.
  • the individual layers of the multilayer system can, for example, serve as selective absorber layers or as phase shifters or as mirrors and thus maximize the overall absorption on the multilayer system.
  • absorbers are metals such as aluminum (Al) or gold (Au).
  • silicon dioxide (SiO2) and aluminum nitride (AIN) can be used as phase shifter layers to position the field maximum of the wavelength within the selective absorber.
  • the layer thicknesses are in the lower nm range. Thicker coatings can act as a mirror if necessary.
  • a metal layer can be used as a mirror layer (layer thickness > 100 nm) or as a selective absorber layer (layer thickness ⁇ 10 pm).
  • Laser throughput and laser quality optimization In a preferred embodiment it is an ultra-short pulsed laser radiation.
  • Laser source and laser wavelength are fixed parameters. For example, the following laser parameters are optimized: pulse duration, pulse repetition frequency, energy, shape of the irradiation area per pulse, multispot laser.
  • the layer thicknesses are optimized in particular through simulation and/or laser debonding tests on the substrate stack with the layer thicknesses selected from the simulation.
  • the test examines the remaining bonding force, ablation shape and homogeneity during laser debonding.
  • the system produced is also examined with regard to the stability of the manufacturing and processing parameters.
  • Figure 1a a cross-sectional view of a substrate stack consisting of a carrier substrate, a multilayer system with three layers and a product substrate with functional units.
  • Figure 1b a cross-sectional view of a substrate stack consisting of a carrier substrate, a multilayer system with three layers and a product substrate with structuring.
  • Figure 1 c a cross-sectional view of a substrate stack consisting of a carrier substrate, a multilayer system with two layers and a product substrate.
  • Figure 2 a cross-sectional view of a product substrate-carrier substrate stack with a schematic representation of optical components for irradiating the multilayer system with laser radiation.
  • Figure 3 a Schematic representation of the absorption spectrum A of a multilayer system.
  • the illustration shows the absorption of a multilayer system consisting of three layers LI, L2, and L3, whereby the thickness dl of the layer LI and the wavelength are changed, while the thickness of the layers L2 and L3 remain unchanged.
  • Figure 3b Schematic representation of the absorption spectrum A of a multilayer system. The illustration shows the absorption of a multilayer system consisting of two layers LI and L2, whereby the thickness dl of layer LI and the thickness d2 of layer L2 are changed while the laser wavelength remains unchanged.
  • the multilayer system 4 thus consists of several layers 5, 6, 7, which are selected so that the multilayer system 4 leads to maximum absorption of the laser radiation in a laser debonding process.
  • the layer structure 4 optimized via interference enables improved and simpler laser debonding, with no additional layers being required to protect the substrates or to bond the substrates, such as an anti-reflective coating and/or a relaxation layer and/or a bonding adhesive.
  • the individual layers 5, 6, 7 of the multilayer system 4 have thicknesses between 1 nm and 1 pm, preferably between 1 nm and 500 nm, even more preferably between 1 nm and 250 nm.
  • the very thin layer sequence means there is a high level of interaction with the electromagnetic wave laser irradiation possible.
  • the thickness of the multilayer system 4 is preferably between 1 nm and 10 pm, more preferably between 5 nm and 2 pm, most preferably between 10 nm and 1 pm, most preferably between 10 nm and 500 nm.
  • the product substrate 2 is bonded to the carrier substrate 3 in a (temporary) bonding process by aligning, contacting and bonding, as shown in Figure 1a.
  • the (temporary) bonding technologies are known to those skilled in the art.
  • FIG. 1a and 1b three coatings L I to L3 are shown (5, 5', 6, 6', 7, 7'), but any other number n of coatings can also be formed.
  • Figure 1 c shows, for example, an embodiment of the multilayer system with two coatings 5′′, 6′′.
  • the layer thicknesses are optimized for each individual layer L I to Ln of a multilayer system consisting of the layers L I to Ln, with the absorption of the entire multilayer system being measured.
  • two layer thicknesses d l and d2 are preferably first varied simultaneously in a simulation with a constant wavelength and the resulting absorption is determined according to FIG. 3b.
  • the layer thicknesses d l max and d2max of the coatings 5", 6" which lead to maximum, efficient and stable absorption are selected.
  • Further changeable laser parameters are optimized in particular through analysis during laser debonding of the substrate stack in the test.
  • Figure 1b shows a further embodiment of a substrate stack 1' consisting of carrier substrate 3', multilayer system 4' with three layers LI to L3 (5', 6', 7') and a product substrate 2' with structuring.
  • Figure 1 c shows another embodiment of a substrate stack s 1′′ consisting of carrier substrate 3′′, multilayer system 4′′ with two layers LI (5′′) and L2 (6′′) and a product substrate 2′′.
  • Multilayer systems for example layers L I - L2 - L3 or L I - L2 are given based on the multi-layer systems from Figures 1 a to 1 c.
  • Multilayer systems that are known to those skilled in the art and that are used in the semiconductor industry, in particular for CMOS-compatible or front-end compatible processes, consist, for example, of:
  • Metal 1 (layer thickness d l ) - oxide or nitride compound (for example SiO2) - metal 1 (layer thickness d2) (L I - L2 - L3),
  • Nitride compound - SiO2 (L I - L2)
  • Oxide or nitride compound for example SiO2 - metal 1 - metal 2 (L I - L2 - L3),
  • the TEOS layer is a layer of amorphous silicon dioxide (SiO2) and is preferably finely polished by chemo-mechanical polishing (CMP).
  • SiO2 amorphous silicon dioxide
  • CMP chemo-mechanical polishing
  • the 300 mm silicon carrier substrate also has a thickness of 725 ⁇ m.
  • the bonded product substrate also made of silicon.
  • the laser first penetrates the 775 pm silicon carrier substrate, then the layers L I and L2.
  • the laser wavelength is determined by the selection of the carrier substrate and is not changed.
  • the laser entry angle (angle of incidence) also remains constant.
  • TEOS 50-250 nm
  • TiN 20- 100 nm
  • TEOS 50-400 nm
  • L 1 -L2-L3 TEOS (50-400 nm)
  • Metals for example Ti, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Al, Cr, Pt, Sn
  • Ceramic material especially silicon carbide (SiC) and aluminum oxide (A12O3)
  • Highly absorbent non-metals especially polymers with nanoparticles (for example polymers with Al or C particles).
  • the individual layers of the multilayer system can, for example, serve as selective absorber layers, auxiliary layers and/or as phase shifter layers or as mirror layers and thus maximize the overall absorption on the multilayer system.
  • a metal layer can be used as a mirror layer (layer thickness > 100 nm) or as a selective absorber layer (layer thickness ⁇ 10 pm).
  • silicon dioxide (SiO2) and aluminum nitride (AIN) can be used as phase shifter layers.
  • the absorptive layer is usually the middle layer. If there are two layers, the absorptive layer is usually the first layer. The absorptive layer accepts the energy of the laser radiation.
  • the absorptive layer consists of SiN and the auxiliary layer consists of SiO2.
  • the interaction of the SiN and SiO2 layers creates NOx gases which lead to layer splitting and thus debonding.
  • the layer thickness of the absorptive layer is between 10 nm and 200 nm and the thickness of the auxiliary layer(s) is between 1 and 1000 nm.
  • Figure 2 shows a cross-sectional view of a product substrate-carrier substrate stack 1 during laser debonding by irradiating the multilayer system 4 with a laser radiation 11.
  • a suitable light source is, for example, a light source that emits ultra-short light pulses with a duration of 10 ps to 50 ps and a repetition frequency of 1000 Hz emits.
  • the ultra-short pulsed laser beam 11 is focused into the process zone 12 via optics 9. With a substrate stack and/or beam positioning, a relative movement between substrate stack 1 and laser beam 11 takes place (not shown).
  • Other optical elements include, for example, beam-shaping elements, scanners, modulators, etc. and are known to those skilled in the art.
  • Figure 3 a describes a process sequence for optimizing an exemplary multilayer system 4 consisting of three layers L I, L2 and L3 (5, 6, 7) according to Figure la, which is to be used for temporary bonding and laser debonding of product substrate 2 and carrier substrate 3.
  • the product substrate 2, 2', 2" has no topography, either because no structures 8 are present or because the structures 8 were manufactured directly in the product substrate 2, 2', 2".
  • the structures can be, for example, chips or structured coatings and form a topography.
  • the thickness dl of the first layer LI is varied between 0 and 100 nm in order to determine the maximum absorption of the multilayer system at different wavelengths.
  • Area 1 in Figure 3 a shows the maximum absorption.
  • Areas in Figure 3 a with increasing numbers show a decreasing absorption of the multilayer system.
  • the thickness d2 and d3 of the other two layers L2 and L3 are kept constant. The individual thicknesses of the layers influence the interference pattern and thus the absorption of the multilayer system.
  • the optimal layer thicknesses dl, d2 and d3 the maximum absorption of the multilayer system is determined for improved and simplified laser debonding. Representations according to Figure 3 a are shown with simulations and determined with series of measurements.
  • the absorption can be shown as a function of two layer thicknesses dl and d2 according to Figure 3b.
  • the layer thickness d of the individual layers of the multilayer system is easiest to control and change.
  • the layer thickness d of the individual layers of the multilayer system is thus primarily optimized.
  • the laser wavelength and the laser angle (angle of incidence) remain unchanged.
  • both layer thicknesses dl and d2 can be varied simultaneously according to Figure 3b.
  • the selected parameters are varied and the degree of absorption in the debond structure is calculated.
  • the degree of absorption in the debond structure must be as high as possible. Up to a maximum of three layers are preferably used to maximize absorption. Analogous to Figure 3a, area 1 in Figure 3b shows the maximum absorption. Areas with increasing numbers show decreasing absorption of the multilayer system. Area 1 with high absorption in the graph shown must be large enough to not be too sensitive to changes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Mehrschichtsystems, ein Mehrschichtsystem sowie ein Verfahren zum Bonden und Debonden.

Description

B e s c h r e i b u n g
Mehrschichtsystem aus dünnen Schichten zum Temporärbonden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Mehrschichtsystems, einen Substratstapel sowie ein Verfahren zum Bonden und Debonden mit einem Mehrschichtsystem.
Im Stand der Technik sind mehrere Verfahren zum Lösen bzw. Debonden von zwei temporär gebondeten Substraten bekannt. Bei den Substraten handelt es sich insbesondere um ein Produktsub strat und ein Trägersubstrat, wobei das Trägersubstrat die Handhabung, Weiterbearbeitung und Transport des Produktsubstrats ermöglicht. Nach der Verarbeitung wird das Trägersubstrat vom Produktsubstrat getrennt.
Sehr verbreitet ist die Verwendung von Bondingadhäsiven, um eine temporäre, relativ leicht lösbare Verbindung zweier Sub strate zu ermöglichen. Diese temporäre, adhäsive Beschichtung dient insbesondere als Zwischenschicht in einem Substratstapel . Bei den Bondingadhäsiven handelt es sich meistens um Polymere, insbesondere Thermoplaste. Das Debonden beider Substrate erfolgt beispielsweise durch einen Scherprozess bei erhöhter Temperatur. Das Debonden kann auch durch zusätzliche mechanische Einwirkung oder chemische Behandlung des Bondingadhäsivs erfolgen.
Eines der neuesten und wichtigsten Verfahren zur Trennung von Sub stratstapeln ist das Laserdebonden. Beim Laserdebonden wird Laserlicht substratseitig durch ein möglichst transparentes Substrat eingekoppelt und in der angrenzenden Beschichtung (Löseschicht) auf der Rückseite absorbiert. Das Laserlicht wird bevorzugt durch ein weitgehend transparentes Trägersubstrat eingekoppelt. Die Transparenz des Trägersubstrats für eine spezifische elektromagnetische Strahlung erlaubt den weitestgehend ungehinderten Zugang der Photonen zu der Löseschicht.
Eine Methode, zwei Substrate voneinander zu trennen, besteht darin, eine spezielle Löseschicht in Kombination mit einem Bondingadhäsiv auf ein, insbesondere transparentes, Trägersubstrat einzusetzen und aufzubringen. Die Transparenz des Trägersub strats für eine spezifische elektromagneti sche Strahlung erlaubt den ungehinderten Zugang der Photonen zu der Löseschicht. Die Löseschicht wird durch die Photonen entsprechend verändert und reduziert die Haftkraft zum Bondingadhäsiv. Die Druckschrift US 10,468,286B2 beschreibt ein derartiges Verfahren. Je nachdem wo das Bondingadhäsiv aufgetragen wurde - d.h. direkt am Trägersubstrat oder nach der Löseschicht - muss das Bondingadhäsiv auch weitgehend transparent für die ausgewählte elektromagnetische Strahlung sein.
Beim Laserdebonden können Polymere, insbesondere Polyimid-basierte Polymere als Löseschicht verwendet werden da diese mit einer UV- Laserstrahlquelle selektiv abgetragen werden können. Die Trennung erfolgt am Trägersubstrat-Bondingadhäsiv interface. Die dafür eingesetzte UV- Laserstrahlquelle erfordert Trägersubstrate aus Glass, welche die notwendige Transparenz für die spezifische elektromagnetische Strahlung im UV-Bereich haben. US9, 827,740B2 zeigt ein System bestehend aus einem Bondingadhäsiv und einer Löseschicht aus Polyimid, die direkt am Trägersub strat aus Glas aufgebracht wurde. In US 10,703 , 945B2 enthält das Bondingadhäsiv ein lichtabsorbierendes Material, wodurch nur eine Polymer-Schicht zum gleichzeitigen Verbinden und Lösen verwendet wird. Die Löseschicht kann insbesondere auch eine Metallschicht sein. In WO201 1/ 159456A2 wird beispielsweise eine adhäsive Schicht mit einer Metallschicht für Laserdebonden verwendet. Durch eine starke Absorption der Laserstrahlung durch die Metallbeschichtung ist eine Trennung von Produktsubstrat und Trägersub strat möglich. Ein Verbinden zweier Substrate ist aber in WO201 1/159456A2 ohne Bondingadhäsiv nicht möglich. Auch die Druckschrift US9,269, 561B2 zeigt eine Löseschicht bestehend aus einem Bondingadhäsiv und einer Metallbeschichtung zwischen einem Si- Trägersubstrat und einem Produktsubstrat.
Die Druckschrift US 10, l 12,377B2 offenbart unterschiedliche Materialien, die für eine Löseschicht für das Laserdebonden verwendet werden können, bestehend aus einer einzelnen Schicht. Auch hier wird neben der Löseschicht ein Bondingadhäsiv benötigt zum temporären Verbinden der Substrate.
Die Verwendung von polymere Bondingadhäsive hat den Nachteil, dass nach dem UV-Laser-Debonden eine Reinigung der Oberflächen notwendig ist, um Bondingadhäsiv-Reste zu entfernen. Weiters führen die Anforderungen von 3D-stapeln und CMO S-kompatible Prozesse dazu, dass hochqualitative Silizium-Trägersubstrate benötigt werden und diese sind nicht transparent im UV-Bereich. Zudem sind polymerbasierte Bondingadhäsive bei höheren Temperaturen nicht hitzebeständig.
Wird eine Metallschicht am Produktsubstrat und/oder am Trägersubstrat aufgetragen und als Bondschicht verwendet, sind im Stand der Technik vorab weitere Schichten notwendig, um ein schonendes und weitgehend zerstörungsfreies Laserdebonden zu ermöglichen, da die Oberfläche der Beschichtung destruktiv abgetragen wird. Diese mindestens eine weitere Schicht dient als Schutz für das Produktsubstrat und ist insbesondere eine Antireflektionsbeschichtung (AR-Beschichtung). Weitere Schutzschichten sind bei spielsweise Relaxationsschichten. In WO2015/014265A1 werden eine solche AR-Beschichtung und eine Relaxationsschicht offenbart zusätzlich zur Metallschicht die als Löseschicht verwendet wird.
Ein Problem im Stand der Technik besteht darin, dass durch die Beaufschlagung mit Laserstrahlen eine Zerstörung der Substrate, insbesondere von teuren funktionalen Bauteilen der Substrate, erfolgen kann. Dadurch werden zusätzlich zur Löseschicht weitere Schichten, insbesondere polymerbasierte Adhäsivschichten benötigt. Ferner sind die im UV-Bereich aushärtbaren Bondingadhäsive für das Laserdebonden nicht mit Trägersubstraten aus Silizium kompatibel . Zusätzliche Schichten sind somit im Stand der Technik notwendig und dienen entweder zum Schutz der Sub strate und/oder als adhäsive Schicht zum Verbinden der Substrate.
Viele Produkte aus der Halbleiterindustrie wie beispielsweise elektronische und optoelektronische Bauelemente bestehen zum Teil aus Schichtfolgen von ungleichen Materialien. Viele dieser Mehrschichtsysteme werden bei Bondprozessen eingesetzt, sind aber gleichzeitig für viele Herstellungsprozesse, in welchen gebondet sowie debondet wird, erforderlich. Insbesondere beim Laserdebonden können nur Laser bestimmter Wellenlängen effizient betrieben werden.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die im Stand der Technik aufgeführten Nachteile zumindest zum Teil zu beseitigen, insbesondere vollständig zu beseitigen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bereitstellung und Verwendung von Mehrschichtsystemen zum Bonden und Debonden aufzuzeigen.
Die vorliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei in der Beschreibung, in den Ansprüchen und/oder den Zeichnungen angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte al s Grenzwerte offenbart gelten und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bereitstellung eines Mehrschichtsystems aus mindestens zwei Schichten, insbesondere zum Temporärbonden von Substraten zu einem Substratstapel, mit den folgenden Schritten in der folgenden Reihenfolge: i) Bereitstellung eines Mehrschichtsystems, ii) Bestimmung eines Absorptionsgerades des Mehrschichtsystems für Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, iii) Variierung mindestens eines Parameters des Mehrschichtsystems, iv) Bestimmung des Absorptionsgerades des Mehrschichtsystems für die Laserstrahlung der bestimmten Wellenlänge mit dem mindestens einen nach Schritt iii) variiertem Parameter, v) Wiederholung der Schritte i) bis iv) bis der Absorptionsgrad am größten ist, wobei in Schritt i) j eweils das Mehrschichtsystem mit dem größerem Absorptionsgerad bereitgestellt wird.
Ein Mehrschichtsystem besteht aus mindestens zwei Schichten. Die Schichten weisen vorzugsweise eine gleichmäßige Schichtdicke auf und sind flächig übereinander angeordnet, wobei die Schicht auch statt flächig strukturiert aufgetragen sein kann. Dabei befindet sich innerhalb der Schichten des Mehrschichtsystems das gleiche Material . Bei den Schichten handelt es sich um sogenannte dünne Schichten (eng. : thin film), besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke im Nanometerbereich. Dabei können vorteilhaft bekannte Mehrschichtsysteme im Bezug auf Aufbau und Anordnung der Schichten verwendet werden.
Das Bereitstellen in Schritt i) umfasst auch die Bereitstellung von Materialdaten des Mehrschichtsystems, so dass bei der Bestimmung ebenfalls eine rechnergestützte Berechnung bzw. Simulation für den j eweiligen Parameter erfolgen kann. In anderen Worten wird der Parameter des Mehrschichtsystems in Bezug auf einen Absorptionsgrad in unterschiedlichen Kombinationen bestimmt und j eweils der größte ausgewählt. Bei dem Wiederholen werden abhängig vom Parameter technisch sinnvolle Werte bei der erneuten Variierung bzw. Anpassung des Mehrschichtsystems gewählt. Die Wellenlänge der Laserstrahlung, auf dessen Basis der j eweilige Absorptionsgrad bzw. Adsorptionsgradvergleich durchgeführt wird, bleibt konstant.
Parameter können beispielsweise die Reihenfolge bzw. der Aufbau der Schichten des Mehrschichtsystems sein sowie die Schichtdicken. Bei der Bestimmung des Absorptionsgrades kann dieser für den j eweiligen Fall gemessen oder berechnet werden. Bevorzugt findet eine Simulation der Mehrschichtsysteme in Bezug auf den j eweiligen Parameter statt.
Bei der Suche nach Lösungen für die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile, hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass bei bestimmten Parametern die j eweilig bereitgestellten Mehrschichtsysteme stark in ihrem Absorptionsverhalten verbessert werden können, insbesondere bei etablierten Mehrschichtsystemen. Auf diese Weise können Mehrschichtsysteme bzw. Materialkombinationen in anderen Einsatzbereichen verwendet werden. Weiterhin können dünnere Schichten zum Debonden verwendet werden und Mehrschichtsysteme ohne weitere polymere Adhäsiv/Klebeschichten und ohne Antireflexionsschichten zum Bonden und zum gleichzeitigen Debonden verwendet werden. Ferner wird durch einen größeren Absorptionsgrad der Energieeintrag und somit der Hitzeeintrag in hinter dem Mehrschichtsystem angeordneten Substraten minimiert. Somit kann vorteilhaft die Zerstörung im Rahmen von Laserdebonden verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen eines Mehrschichtsystems ist vorgesehen, dass der mindestens eine Parameter des Mehrschichtsystems eine Schichtdicke einer Schicht des Mehrschichtsystems ist. In anderen Worten wird also die Schichtdicke einer bestimmten Schicht des Mehrschichtsystems variiert, also vergrößert bzw. verringert, um einen möglichst großen Grad an Absorption zu erreichen. Dabei hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch die Schichtdickenänderung in einem Mehrschichtsystem aus dünnen Schichten durch Interferenzeffekte ein größerer Absorptionsgrad erreicht werden kann. Somit kann durch das Verfahren vorteilhaft durch eine Änderung der Dicke einer Schicht, der Absorptionsgrad signifikant erhöht werden. Durch das systematische Variieren bleiben dabei sonst unbemerkte Effekte bezüglich des Absorptionsverhaltens unerkannt. Vorteilhaft wird durch das Verfahren somit ein insbesondere interferenzoptimierter Schichtaufbau für ein Mehrschichtsystem ermittelt. Dabei bleibt die Wellenlänge der Laserstrahlung, für welche der Absorptionsgrad maximal werden soll, gleich.
Beim Laserdebonden ist man auf Laserstrahlung bestimmter Wellenlängen eingeschränkt, da nur diese effizient erzeugt werden können. Insoweit hat sich somit zudem überraschender wei se herausgestellt, dass für bestimmte Wellenlängen ein größerer Ab sorptionsgrad durch Variation der Schichtdicke erreicht werden kann. Durch systematische Änderung der Schichtdicke der einzelnen Schichten der Beschichtung in einem Mehrschichtsystem kann überraschender Weise eine größere Ab sorption erreicht werden, wodurch ein Mehrschichtsystem nicht nur als Bondschicht, sondern auch gleichzeitig als Löseschicht beim Laserdebonden eingesetzt werden kann. Die Bereitstellung des Mehrschichtsystems kann vorteilhaft ohne einen Wechsel bzw. Austausch der Materialien erfolgen und ermöglicht somit bestehende Systeme (i .e. in der Halbleiterindustrie dem Fachmann bekannte Beschichtungen bzw. Mehrschichtsysteme) zu verwenden. Die vorhandenen Mehrschichtsysteme beziehungsweise Materialien können teilweise auch in der Anordnung der Materialien geändert werden. Insbesondere werden j edoch die Schichtdicken in Bezug auf das Absorptionsverhalten, insbesondere Absorptivität und Reflektivität des gesamten Mehrschichtsystems, angepasst, da sich überraschender Weise herausgestellt hat, dass bei gleicher bzw. geringerer Gesamtdicke des Mehrschichtsystems, gleich große bzw. größere Absorptionsgrade erreicht werden können. Auf diese Weise kann ein schichtdickenoptimiertes Mehrschichtsystem vorteilhaft nicht nur zum Bonden, sondern auch zum Debonden verwendet werden. Dabei kann vorteilhaft der Energieeintrag in andere Materialien geringgehalten werden. Zudem kann Material gespart und die Dicke des Mehrschichtsystems verringert werden. Durch ein gezieltes Herabsetzen der Haltekräfte des Mehrschichtsystems des zu debondenden Substratstapels durch Bestrahlen mit Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge, kann vorteilhaft das Mehrschichtsystem auch als Debondschicht verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen eines Mehrschichtsystems ist vorgesehen, dass der mindestens eine Parameter des Mehrschichtsystems eine Schichtdicke einer weiteren Schicht des Mehrschichtsystems ist. Somit wird zusätzlich zu der Schichtdicke der einen Schicht auch die Schichtdicke einer weiteren Schicht des Mehrschichtsystems gleichzeitig variiert. Vorteilhaft ist so ein effizientes und schnelles Bereitstellen eines Mehrschichtsystems mit möglichst großem Absorptionsgrad, in Bezug auf Laserstrahlung der bestimmten Wellenlänge und Schichtaufbau, durch Dickenänderung möglich. Weist das Mehrschichtsystem drei Schichten auf, wird vorzugsweise eine Schichtdicke konstant gehalten und die Simulation bzw. die Testreihe für zwei benachbarte Schichten ermittelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen eines Mehrschichtsystems ist vorgesehen, dass die Wellenlänge bei dem Bestimmen in Schritt ii) und iv) zwischen 1 100 nm und 10000 nm, vorzugsweise zwischen 1 100 nm und 5000 nm, noch bevorzugter zwischen 1500 nm und 2500 nm liegt. Bei der Forschung an Mehrschichtsystemen hat sich zudem herausgestellt, dass für das Laserdebonden mit den aus dünnen, insbesondere polymerfreien, Schichten bestehenden Mehrschichtsystemen das Absorptionsverhalten besonders in bestimmten Wellenlängenbereichen durch Variation von Parametern beeinflusst werden kann. Das Laserdebonden der erfindungsgemäßen Mehrschichtsysteme wird bevorzugt im Infrarotbereich durchgeführt.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Substratstapel, aufweisend zumindest ein, nach dem Verfahren zum Bereitstellen eines Mehrschichtsystem, bereitgestelltes Mehrschichtsystem mit mindestens zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien. Das Mehrschichtsystem ist dabei vorzugsweise als Zwischenschicht ausgebildet und verbindet zwei Substrate zu dem Sub stratstapel . Das Mehrschichtsystem weist dabei einen Schichtdicken optimierten Schichtaufbau auf, wobei die Schichtdicken so ausgewählt werden, dass das Mehrschichtsystem für eine bestimmte Wellenlänge den größten Absorptionsgrad aufweist, wobei gleichzeitig die Schichten möglichst dünn gehalten werden können. Das Mehrschichtsystem ist also optimal in Bezug auf die Schichtdicke oder einen anderen Parameter für eine möglichst hohe Absorption von elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge angepasst. Somit kann das Mehrschichtsystem vorteilhaft als Bondschicht und als Debondschicht im Substratstapel verwendet werden. Somit ist der Substratstapel mittels Laserstrahlung zerstörungsfrei, effizient und einfach trennbar bzw. insbesondere ein Produktsubstrat ablösbar. Das Mehrschichtsystem ist vorzugsweise auf einem Substrat erzeugt worden und dann mit einem weiteren Substrat verbunden worden, so dass das Mehrschichtsystem als Bondschicht und gleichzeitig al s Debondschicht verwendet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass das Mehrschichtsystem eine Gesamtdicke zwischen 1 nm und 10 pm, noch bevorzugter zwischen 5 nm und 2 pm, am bevorzugtesten zwischen 10 nm und 1 pm, am allerbevorzugtesten zwischen 10 nm und 500 nm aufweist. Auf diese Weise ist der Substratstapel stabil und klein. Zudem ist ein Debonden entlang bzw. im Bereich des Mehrschichtsystems vorteilhaft einfach und effizient durchführbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass die j eweiligen Schichten des Mehrschichtsystems j eweils eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 1 nm und 500 nm, noch bevorzugter zwischen 1 nm und 250 nm aufweisen. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass auch bei sehr dünnen Schichten ein hoher Absorptionsgrad durch Optimierung der Schichtdicken erreicht werden kann. Die Interferenzen können in Mehrschichtsystemen daher besonders gut für dünne Schichten mit Schichtdicken im Sub-Wellenlängenbereich in Bezug auf die Laserstrahlung erzeugt werden. Insbesondere kann durch die Kombination der Schichtdicken vorteilhaft ein hoher Grad an konstruktiver Interferenz der Laserstrahlung im Mehrschichtsystem erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass das Mehrschichtsystem zumindest eine Schicht mit einer Schichtdicke zwischen 10 nm und 100 nm, bevorzugt zwischen 20 nm und 100 nm, noch bevorzugter zwischen 25 nm und 75 nm, am bevorzugtesten zwischen 35 und 65 nm, aufweist. Im Zuge der Entwicklung des Verfahrens zum Bereitstellen eines Mehrschichtsystems und des das Mehrschichtsystem aufweisenden Sub stratstapels hat sich herausgestellt, dass eine besonders hohe Steigerung des Ab sorptionsgrades erreicht werden kann, wenn zumindest eine Schicht die entsprechende Schichtdicke aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass zumindest eine Schicht des Mehrschichtsystems Titan (Ti), Aluminium (Al), Aluminiumnitrid (AIN), Tantalnitrid (TaN), (Germanium) Ge, (Zinn) TiN oder Kupfer (Cu) umfasst, bevorzugt besteht. Dabei beträgt die Schichtdicke besonders bevorzugt zwischen 25 und 75 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass zumindest eine Schicht des Mehrschichtsystems aus amorphem Siliziumdioxid (SiO2) besteht. Die Schichtdicke dieser Schicht des Mehrschichtsystems ist bevorzugt größer als die anderen Schichten bzw. die andere Schicht. Bevorzugt beträgt die Schichtdicke mehr al s l OOnm, bevorzugter mehr als 200 nm.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass der Substratstapel zumindest ein Trägersubstrat und ein Produktsub strat aufweist, wobei das Trägersubstrat durch das Mehrschichtsystem mit dem Produktsubstrat verbunden ist. Das Mehrschichtsystem ist somit als Zwischenschicht gleichzeitig als Bondschicht zwischen dem Trägersubstrat und dem Produktsubstrat angeordnet. Auf diese Weise kann mit dem Sub stratstapel besonders schnell und effizient debondet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass das Mehrschichtsystem, bevorzugt der Substratstapel, kein polymerbasiertes Bondingadhäsiv aufweist. In anderen Worten kann auf eine zusätzliche Bondschicht bzw. Hilfsschicht durch den hohen Absorptionsgrad des Mehrschichtsystems verzichtet werden. Besonders bevorzugt ist der Sub stratstapel frei von polymerbasierten Materialien, so dass der Sub stratstapel bei besonders hohen Temperaturen bearbeitet werden kann. Zudem kann vorteilhaft auf die Klebeschicht und somit ein nachträgliches und aufwendiges Entfernen von Rückständen verzichtet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass das Mehrschichtsystem, bevorzugt der Substratstapel, keine Antireflexionsschicht aufweist. Auf die üblicherweise auf der dem Laserstrahl abgewandten Seite des Mehrschichtsystems bzw. der Bondschicht angeordneten Seite der Zwi schenschicht beim Laserdebonden angeordnete Antireflexionsschicht, kann auf Grund des hohen Absorptionsgrades des optimal aufgebauten Mehrschichtsystems verzichtet werden. Zudem kann eine Zerstörung auch ohne Antireflexionsschicht vorteilhaft durch das Mehrschichtsystem verhindert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass das zumindest ein an dem Mehrschichtsystem angeordnetes Substrat, insbesondere ein Trägersubstrat, aus Silizium besteht. Auf diese Weise kann das Mehrschichtsystem vorteilhaft mit Lasterstrahlung mit einer Wellenlänge größer 1300 nm durch das Substrat bestrahlt werden. Das Laserdebonden ist somit vorteilhaft von der Rückseite des Substratstapel durchführbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass der Absorptionsgrad des Mehrschichtsystems bezüglich der Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge größer als 0.5 ist, bevorzugt größer als 0.65, bevorzugter größer als 0.75, noch bevorzugter größer als 0.85, am bevorzugtesten größer als 0.9 ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine Zerstörung des hinter dem Mehrschichtsystem angeordneten anderen Substrats, insbesondere Produktsub strats, beim Debonden des Substratstapels verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Sub stratstapels ist vorgesehen, dass das Mehrschichtsystem genau drei Schichten aufweist, wobei zwei der drei Schichten aus dem gleichen Material bestehen und durch eine verbleibende Schicht voneinander getrennt sind. Die an den Substraten anliegenden Schichten des Mehrschichtsystems sind somit aus dem gleichen Material und schließen bevorzugt eine kleinere Schicht ein, welche vorzugsweise eine Schicht aus Metall ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Substratstapels ist vorgesehen, dass der Substratstapel durch Bestrahlung des Mehrschichtsystems mit Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge debondbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bonden von Substraten zu einem erfindungsgemäßen Substratstapel mit den folgenden Schritten,
1 ) Bereitstellung eines ersten Substrates, insbesondere eines Trägersubstrates,
2) Bonden eines zweiten Substrates, insbesondere eines Produktsubstrats, an das erste Substrat.
Das in Schritt 1 ) bereitgestellte Substrat fungiert insbesondere als Bondschicht. Mit dem Mehrschichtsystem ist ein Bonden besonders einfach und effizient möglich. Die Schichten des Mehrschichtsystems können am ersten Substrat und/oder am zweiten Substrat angeordnet sein.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Debonden eines Sub stratstapels mit den folgenden Schritten, a) Bereitstellung eines Substratstapels nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13 , b) Bestrahlen des Mehrschichtsystems durch mindestens ein Substrat des Substratstapels hindurch mit Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge und danach, c) Trennen des Substratstapels im Bereich des Mehrschichtsystems.
Das Debonden bzw. Laserdebonden ist mit einem Substratstapel bzw. einem ein dickenoptimiertes Mehrschichtsystem aufweisenden Sub stratstapel besonders einfach, sicher und schnell möglich.
Da die Anordnung der Schichten häufig prozess- beziehungsweise einsatzzweckbedingt und von den j eweiligen Nutzsubstraten vorgegeben wird, ist die Schichtdickenoptimierung bezüglich des Ab sorptionsgrades ein unerwarteter und äußerst nützlicher Effekt. Besonders, da sie eine bisher unerkannte Möglichkeit zur Anpassung des Absorptionsverhaltens von dünnen Schichten zum Laserbonden bereitstellt. Die Reihenfolge der Materialien in dem Mehrschichtsystems wird dabei meist zweckbedingt beibehalten.
In einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens zum Bereitstellen eines Mehrschichtsystems wird zunächst eine Optimierung der Schichtdicken für j ede einzelne Schicht L I bis Ln eines gegebenen Mehrschichtsystems bestehend aus den Schichten L I bi s Ln, bevorzugt mit drei (L I bis L3), besonders bevorzugt mit zwei Schichten (L I , L2), durchgeführt wobei die Absorption des gesamten Mehrschichtsystems numerisch ermittelt und auch experimentell gemessen wird.
Dabei sind Parameter wie Trägersubstrat (bevorzugt Si), Wellenlänge (bevorzugt im IR Bereich passend zum Si Trägersubstrat) sowie der Laser- Eintrittswinkel (beispielsweise im Hauptstrahl als 0° i .e. senkrecht zur Oberfläche) konstant. Die Schichtdicken können in der Simulation gleichzeitig variiert werden bei gleichbleibender Laser-Wellenlänge. In der Simulation wird somit eine Dickenverteilung mit der maximalen Absorptivität des Mehrschichtsystems ermittelt. Im Test wird der Substratstapel mit Mehrschichtsystem bei definierten Schichtdicken getestet hinsichtlich verbleibende Bondkraft, Ablationsform, Homogenität sowie Stabilität der Fertigungs- und Bearbeitungsparameter.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass die Materialschichten des Mehrschichtsystems in der Anordnung der Materialien zuerst bestätigt werden und dann in ihrer Schichtdicke so optimiert werden, dass eine maximale Lichtabsorption erreicht wird sowie Reflexionsverluste minimiert werden. Dadurch kann der durch Bonden erzeugte und für Laserdebonden optimierte Substratstapel mit dem Mehrschichtsystem (insbesondere als Zwischenschicht) in einem späteren Prozessschritt durch Laserdebonden wieder getrennt werden.
Die Trennung der Substrate erfolgt dabei durch Debonden bzw. Delaminierung entlang der Grenzfläche mittels Laserbestrahlung. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt beim Debonden eine Laserbestrahlung durch das Trägersub strat mit Licht einer ausgewählten Wellenlänge, Intensität und Pulsdauer (AT im Bereich ps bis fs). Dabei liegen besonders bevorzugt die Pulse im Pikosekunden Bereich. Die Ablösung des Produktsubstrats vom Trägersubstrat erfolgt im Verfahren zum Debonden eines Substratstapels durch Fokussierung einer Laserstrahlung einer bestimmten Wellenlänge durch das Trägersubstrat hindurch auf das über Interferenz bzw. Dicken optimierte Mehrschichtsystem. Dadurch wird zumindest eine Schicht des Mehrschichtsystems durch Aufschmelzung, Verdampfung und/oder Sublimierung mit photo- oder thermochemischer Umwandlung der mehrschichtigen Temporärbondschicht zerstört bzw. deren Haftungseigenschaften stark herabgesetzt.
Ein wichtiger Aspekt des Verfahrens zum Bereitstellen eines Mehrschichtsystems ist die Ermittlung und Bereitstellung eines Mehrschichtsystems mit maximal möglichem Absorptionsgrad, vorzugsweise bei gleicher bzw. geringerer Gesamtdicke. Der Absorptionsgrad eines Mehrschichtsystems, welches einen Schichtaufbau mit einer Interferenz optimierten Schichtdickenverteilung aufweist, ist somit möglichst groß bzw. nahe 1 ( 100%). Durch die Anpassung der Schichtdicken der einzelnen Schichten in einem Mehrschichtsystem kann eine höhere Absorption erreicht werden, die es ermöglicht ein bestehendes Mehrschichtsystem als Bondschicht und gleichzeitig als Löseschicht beim Laserdebonden einzusetzen.
Die Anordnung der einzelnen Schichten ist meist durch das Bondverfahren und die in der Halbleiterindustrie üblichen, dem Fachmann bekannten, gebondeten Substratstapel gegeben. Die Optimierung des Mehrschichtsystems erfolgt somit bevorzugt ohne Materialwechsel und ermöglicht bestehende Systeme zu verwenden. Die vorhandenen Materialien werden in der Schichtdicke optimiert in Bezug auf Absorptivität und Reflektivität des gesamten Mehrschichtsystems. Wird beispiel sweise eine optimale Schichtdicke über- oder unterschritten, verändern sich die Interferenzen und damit verringert sich die Ab sorption des Mehrschichtsystems. Die Schichtdicke der einzelnen Schichten liegt im nm-Bereich und ermöglicht somit eine hohe Interaktion mit den elektromagnetischen Wellen. Weiters ermöglicht ein über Interferenz optimierter Schichtaufbau ein vereinfachtes Laserdebonden da das Produktsub strat nicht mit einer zusätzlichen Antireflektionsbeschichtung (AR) geschützt werden muss. Da das Mehrschichtsystem zum Bonden und Laserdebonden verwendet wird, ist bevorzugt kein zusätzliches Bondingadhäsiv für das Bonden notwendig.
Die Schichtdicken der einzelnen Bond- und Laserdebond-Schichten sind insbesondere Methodenabhängig (CVD, PVD, MBE, Oxidation an Oberfläche, usw.). Diese liegen insbesondere zwischen 10 nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 20 nm und 100 nm.
Die Optimierung der Mehrschichtsysteme ist insbesondere eine graphische Optimierung mit bevorzugt zwei Parametern, die optimiert werden. Eine multi-dimensionale (i .e. mehr als zwei Parameter) Optimierung ist möglich, aber weniger bevorzugt. Die Schichtdicken werden in der Optimierung insbesondere durch Simulationen bestimmt. Im Test werden weitere Kriterien für das Laserdebonden mit den aus der Simulation ausgewählten Schichtdicken überprüft, insbesondere Prozess-Effizienz und -Stabilität sowie verbleibende Bondkraft, Ablationsform und Homogenität.
Sind die Schichten, das Substrat und das Trägersub strat aus einem gegebenen Sub stratstapel bekannt, ist die Schichtdicke d der einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems am leichtesten zu kontrollieren und zu verändern. Die Schichtdicke d der einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems wird somit primär verändert bzw. variiert. Die Laser-Wellenlänge und der Laser-Winkel (engl . : angle of incidence) bleiben insbesondere unverändert. Besteht ein Mehrschichtsystem aus zwei Schichten können beide Schichtdicken d l und d2 gleichzeitig variiert werden. Dabei bestehen die Mehrschichtsysteme aus mehrere Schichten L I bis Ln, bevorzugt L I bis L3 Schichten. Die ausgewählten Parameter, insbesondere beispielsweise zwei Schichtdicken d l und d2 werden variiert und der Absorptionsgrad in der Debond-Struktur berechnet und graphisch dargestellt. Der Absorptionsgrad in der Debond- Struktur soll möglichst hoch sein. Bevorzugt werden bis zu maximal drei Schichten verwendet, um die Absorption zu maximieren. Der Bereich mit hoher Absorption in der dargestellten Graphik muss groß genug sein, um nicht zu empfindlich auf Veränderungen zu sein. Die Schichtdicken d l und d2 aus dem Bereich mit hoher Absorption werden ausgewählt für die Dicke der Schichten L I und L2.
Dabei sind das Verfahren zur Bereitstellung eines Mehrschichtsystems, das Mehrschichtsystem sowie das Verfahren zum Bonden und Debonden insbesondere vorteilhaft da:
Ein Laserdebonden wird für manche Bondschichten durch ein optimiertes Mehrschichtsystem erst möglich,
Die Kombination mehrerer sehr dünner Schichten ermöglicht eine über Interferenzen der Schichten des Mehrschichtsystems erreichbare hohe Absorption,
Durch die Optimierung der einzelnen Schichtdicken eines Mehrschichtsystems reduzieren sich die Schichtdicken (nm-Bereich) wodurch weniger Material aufgetragen werden muss,
Die zur Verfügung stehende Pulsenergie ist bei kürzeren Pulsen um Größenordnungen geringer (im Bereich von J für High-Power-Laser verglichen mit pJ für die „ultraschnellen“ Pico- und Femtosekundenlaser), somit reduziert sich der Gesamtenergieeintrag in das zu bearbeitende Material, was aufgrund der kürzeren Einwirkzeit und der dadurch geringeren Wärmediffusion zu einer kleineren wärmegeschädigten Zone führt,
Höhere Effizienz der Trennung durch Debonden bzw. Delaminierung entlang der Grenzfläche mittels Laserbestrahlung mit ultra-kurze Laserpulse, Keine weiteren Schichten notwendig zum Schutz vom Produktsubstrat (Antireflektions-( AR)- Schicht) und es ist kein Bondingadhäsiv notwendig.
Die Herstellung des Substratstapels mit Mehrschichtsystem ist somit nicht nur geeignet zum Bonden sondern auch für das Laserdebonden eines Sub stratstapels. Dabei werden insbesondere vorhandene Materialien einer mehrschichtigen Bondschicht (Mehrschichtsystem) zwischen Trägersubstrat und Produktsubstrat eingesetzt. Im Anschluss findet die Auswahl des transparenten Trägersubstrats für die substratseitige Bestrahlung mit Laserstrahlung statt. Silizium als Trägersubstrat ist beispielsweise transparent bei einer Wellenlänge X > 1300 nm bzw. bei X > 1900 nm somit werden hier Laser im nahen infrarot (NIR) und mittleren infrarot (MIR) ausgewählt. Daher ist Silizium vorliegend als Trägersubstrat bevorzugt und Laserdebonden im Infrarotbereich möglich. Das Trägersubstrat (Si) und die Laserquelle mit Laserwellenlänge (Auswahl bei der Anwendung mit Si Trägersub strate : beispielsweise 1940 pm, 1960 pm, oder 2030 pm) sind somit festgelegt.
Dann wird die optimale Schichtdicke bzw. Schichtdicken der einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems, die nicht über- oder unterschritten werden sollen, ermittelt. Die Materialschichten werden in ihrer Schichtdicke insbesondere in einer Simulation so optimiert, dass eine maximale Lichtabsorption (Absorptivität) erreicht wird und Reflexionsverluste minimiert werden. Mehrere Schichtdicken, bevorzugt zwei, werden dabei gleichzeitig variiert. Ein Substratstapel mit dem Schichtdicken optimierten Mehrschichtsystem kann dann durch Laserbestrahlung mit einer ausgewählten Wellenlänge, Intensität und Pul sdauer (AT im Bereich ps bis ps) laserdebondet werden. Die vollständige Ablösung bzw. Trennung des Produktsubstrats durch Debonden bzw. Delaminierung entlang der Grenzfläche mittels der Laserbestrahlung erfolgt im Bereich des Mehr schichtsy stems. Ein beispielhaftes Verfahren zur Bereitstellung eines Mehrschichtsystems, insbesondere zum Temporärbonden von Sub straten, umfassend:
-eine erste Schicht aus einem ersten Material mit einer ersten Schichtdicke und
-eine zweite Schicht aus einem zweiten Material mit einer zweiten Schichtdicke, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte in der folgenden Reihenfolge aufweist: a) Bestimmung des Absorptionsgrades des Mehrschichtsystems für Laserstrahlung einer bestimmten für verschiedene erste Schichtdicken, wobei die zweite Schichtdicke konstant ist, b) Auswahl der ersten Schichtdicke, so dass der Absorptionsgrad des Mehrschichtsystems maximal ist, c) Bestimmung des Absorptionsgrades des Mehrschichtsystems für Laserstrahlung der bestimmten Wellenlänge für verschiedene zweite Schichtdicken, wobei die erste Schichtdicke konstant die in Schritt b) ausgewählten ersten Schichtdicke ist, d) Auswahl der zweiten Schichtdicke, so dass der Ab sorptionsgrad des Mehrschichtsystems maximal ist, e) Bereitstellung des Mehrschichtsystems mit einer ersten Schichtdicke gemäß Schritt b) und einer zweiten Schichtdicke gemäß Schritt d).
Insoweit wird durch dieses beispielhafte Verfahren beschrieben, auf welche Weise die j eweiligen optimalen Schichtdicken zum Erreichen eines möglichst hohen Absorptionsgerades des Mehrschichtsystems ermittelt werden können. Dabei hat sich überraschend herausgestellt, dass die dünnen Schichten des Mehrschichtsystems trotz der geringen Dicken der Schichten, hohe Absorptionsgerade aufweisen, da die Schichtdicken optimal zum Laserdebonden angeordnet bzw. gestaltet werden. Dabei ist insbesondere das Auftreten von Interferenzen in den Mehrschichtsystemen bei dünnen Schichten mit bestimmten Schichtdickenverteilungen für den höheren Absorptionsgrad verantwortlich. Wird bei spielsweise eine optimale Schichtdicke über- oder unterschritten, verändern sich die Interferenzen und die Absorption des Mehrschichtsystems verringert sich. Die Schichtdicke der einzelnen Schichten liegt im nm-Bereich und ermöglicht somit eine hohe Interaktion mit den elektromagneti schen Wellen. Weiters ermöglicht ein über Interferenz optimierter Schichtaufbau ein vereinfachtes Laserdebonden, da das Produktsubstrat nicht mit einer Antireflektionsbeschichtung (AR) geschützt werden muss. Da das Mehrschichtsystem zum Bonden und Laserdebonden verwendet wird, ist bevorzugt kein zusätzliches Bondingadhäsiv für das Bonden notwendig.
Dabei besteht die (Temporär-)Bondschicht aus einem Mehrschichtsystem. Das Mehrschichtsystem dient gleichzeitig als Verbindungsschicht und als Löseschicht beim Laserdebonden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Temporärbondschicht um mehrere Schichten, die für das Bond- und Debondverfahren verwendet werden. Dabei sind die Materialien des Mehrschichtsystems dem Fachmann bekannt. Die Temporärbondschicht besteht aus mehreren Schichten, die so in ihrer Dicke optimiert werden, dass das Mehrschichtsystem zu einer maximalen Ab sorption der Laserstrahlung führt. Der über Interferenz optimierter Schichtaufbau ermöglich ein verbessertes und einfacheres Laserdebonden, wobei keine zusätzlichen Schichten zum Schutz der Substrate oder zum Bonden der Substrate wie beispielsweise eine Antireflektions- (AR)-Schutzschicht und/oder eine Relaxationsschicht und/oder ein Bondingadhäsiv benötigt werden. Die einzelnen Schichten können beispielsweise als selektive Absorber Schichten oder als Phasenverschieber dienen. Dabei wird das Produktsubstrat von dem Trägersubstrat über das optimierte Mehrschichtsystem beim Laserdebonden getrennt, wobei die Schäden am Produktsubstrat und/oder am Trägersubstrat weitgehend minimiert werden beziehungswei se möglichst eliminiert werden. Voraussetzung ist insbesondere die starke Absorption des Laserlichts durch das über Interferenz optimierte Mehrschichtsystem. Die Wärmeleitung beim Abtrag ist durch den Einsatz von ultrakurzen Laserpulsen minimiert beziehungsweise weitgehend zu vernachlässigen. Die Verteilung der absorbierten Laserenergie wird durch die Absorption im mehrschichtigen Materialsystem bestimmt, die durch lineare und nichtlineare Prozesse bei der Bestrahlung des Materialsystems durch ultra-kurze Laserpulse, bevorzugt im ps-Bereich, ausgelöst werden. Aufgrund der hohen Photonendichten, die beim Einsatz sehr kurzer Pulse erzeugt werden können, kommt es zu einem schnellen Abtrag des Materials, so dass kein oder nur ein geringer Wärmeeintrag in das verbleibende angrenzende Sub strat erfolgt.
Die Trennung durch Debonden bzw. Delaminierung entlang der Grenzfläche mittels Laserbestrahlung erfordert eine maximale Strahlungsabsorption einer Löseschicht, die aus einem Mehrschichtsystem besteht, durch lineare und/oder nichtlineare Prozesse. Das Debonden erfolgt hauptsächlich thermi sch, insbesondere durch die Entstehung von Gasen, aber auch teilweise chemisch. Die mittlere Schicht ist meistens die absorptive Schicht und nimmt die Energie der Laserstrahlung an. Die Hilfsschicht(en) reagiert/interagiert mit der absorptiven Schicht.
Die Transparenz des Trägersubstrats für eine spezifische elektromagnetische Strahlung erlaubt den weitgehend ungehinderten Zugang der Photonen zum Mehrschichtsystem. Trägermaterialien sind beispielsweise Silizium (Si), Glas, Saphir und Siliziumcarbid. Die Verwendung von Trägersubstraten aus Glas ermöglicht zwar den Einsatz von UV-Laser, hat aber mehrere Nachteile wie schlechte Wärmeleitfähigkeit und Inkompatibilität mit bestimmten Halbleiterprozessen und Halbleiterbearbeitungsanlagen. Daher werden Trägersubstrate aus Silizium (Si) bevorzugt. Da Si-Substrate für das UV- Spektrum nicht transparent sind, werden Laser im Infrarot (IR)-Bereich, bevorzugt im mittleren und nahem Infrarot (MIR und NIR) verwendet, da die Trägerwafer aus Silizium transparent für ausgewählte Wellenlängen im mittleren und nahem IR sind. Laser mit hoher Effizienz und hoher Wirtschaftlichkeit sind bi slang nur bei bestimmten Wellenlängen verfügbar. Darüber hinaus ist aufgrund anderer Materialeigenschaften der zugängliche Wellenlängenbereich deutlich eingeschränkt. Die Laserquelle und die Laserwellenlänge sind somit konstant.
Ein beispielhaftes Verfahren zum temporären Bonden eines Produktsubstrats mit einem aus Silizium (Si) bestehenden Trägersubstrats mit mindestens folgenden Schritten:
Herstellung eines Mehrschichtsystems als Bond- und Löseschicht zum temporären Bonden am Trägersubstrat und/oder am Produktsubstrat, Bonden des Produktsubstrats mit dem Trägersub strat.
Dabei werden keine Bondingadhäsive für das temporäre Bonden benötigt. Die Verbindung wird insbesondere mittels Direktbondverfahren oder weitere bekannte Bondtechniken wie beispielsweise Metalldiffusionsbonden oder anodischem Bonden hergestellt.
Weiter kann ein Substratstapel, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren, aufweisend ein Produktsubstrat und ein Trägersubstrat, wobei das Produktsubstrat und das Trägersub strat durch ein Mehrschichtsystem als Temporärbondschicht verbunden sind, vereinfacht durch Laserdebonden mittels Laserbestrahlung des Mehrschichtsystems getrennt werden kann. Der Substratstapel umfasst bevorzugt folgende Komponenten :
Produktsubstrat,
Mehrschichtsystem mit einem über Interferenz optimierten Schichtaufbau zum temporären Bonden und Laserdebonden im IR- Bereich,
Trägerwafer aus Silizium, transparent für ausgewählte Wellenlängen im mittleren und nahem IR.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schichten des Mehrschichtsystems vollflächig hergestellt. In einer weniger bevorzugten Ausführungsform wird mindestens eine der Schichten strukturiert aufgetragen.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Laserdebonden eines Produktsubstrats von einem aus Silizium bestehenden Trägersub strat, wobei das Produktsub strat und das Trägersubstrat über ein Mehrschichtsystem verbunden sind und einen Sub stratstapel bilden, weist insbesondere zumindest die folgenden Schritte auf:
Aufnahme und Befestigung des Substratstapels auf einem Substrathalter,
Fokussierung einer Debondstrahlung, insbesondere eines Laserstrahls einer Laserquelle, durch das Trägersub strat auf das über Interferenz optimierte Mehrschichtsystem und dadurch Aufschmelzung, Verdampfung und/oder Sublimierung der mehrschichtigen Temporärbondschicht,
Ablösung des Produktsub strats vom Trägersubstrat.
Dabei wird keine Antireflektionsschicht als Schutzschicht am Produktsubstrat benötigt. Durch einen gezielten Energieeintrag und Energieumsetzung im Mehrschichtsystem der Bondschicht wird die, insbesondere thermische und/oder photothermische, Belastung der Substrate, insbesondere der funktionalen Bauteile der Substrate minimiert.
Ferner kann ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen und Verarbeiten eines Substratstapels die folgenden Schritte aufweisen :
Bereitstellen eines Trägersub strats, das für Licht einer vorbestimmten Wellenlänge weitgehend transparent ist, insbesondere ein Silizium Trägerwafer,
Herstellung eines optimierten Mehrschichtsystems als Bond- und Löseschicht zum temporären Bonden am Trägersubstrat und/oder am Produktsubstrat,
Bonden des Produktsubstrats mit dem Trägersub strat,
Prozessieren des Produktsubstrats,
Ablösung des Produktsub strats vom Trägersubstrat durch Fokussierung einer Debondstrahlung, insbesondere eines Laserstrahls einer Laserquelle, durch das Trägersubstrat auf das über Interferenz optimierte Mehrschichtsystem und dadurch Aufschmelzung, Verdampfung und/oder Sublimierung der mehrschichtigen Temporärbondschicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Laserquelle um eine gepulste Laserquelle, insbesondere um eine ultra-kurz gepulste Laserquelle.
In Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der ultra-kurz gepulsten Laserquelle um eine Femtosekunden- Laserquelle. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das System zusätzlich mit einem Scanner zum Scannen des gepulsten Laserstrahls ausgestattet.
Je nach Einwirkung der Laserstrahlung bei der Absorption durch das Mehrschichtsystem wird das Mehrschichtsystem durch Delaminierung/Lift-off und/oder Ablation vom Substrat getrennt. Bevorzugt erfolgt das Debonden entlang der Grenzfläche zwischen Trägersubstrat und Mehrschichtsystem (Delaminierung).
In einer bevorzugteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Ablösemittel um die Sub strathalter, auf denen das Produktsubstrat und das Trägersubstrat j eweils fixiert sind oder fixiert werden können. Die Trennung erfolgt beispielsweise durch Parallelverschiebung von Substrat und Trägersubstrat gegeneinander oder durch Abheben von Substrat oder Trägersub strat. Beide sind dem Fachmann bekannt und werden nicht näher beschrieben. Für die Trennung können auch weitere mechanische, physikalische und/oder chemische Hilfsmittel eingesetzt werden.
Der Laser wirkt auf das Mehrschichtsystem und reduziert die Haftfestigkeit zwischen dem Si-Trägersubstrat und das Mehrschichtsystem. Die Haftfestigkeit wird insbesondere um mehr als 50%, vorzugsweise mehr als 75%, noch bevorzugter mehr als 90% reduziert.
Sub strate und Trägersubstrat
Die Substrate und Trägersubstrate können j ede beliebige Form besitzen, sind aber bevorzugt kreisrund. Der Durchmesser der Substrate ist insbesondere industriell genormt. Für Wafer sind die industrieüblichen Durchmesser, 1 Zoll, 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 5 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll, 12 Zoll und 18 Zoll . Die Trägersubstrate werden in der Größe und Form an die Größe und Form der Produktsubstrate angepasst, damit die verwendete Handhabungstechnologie möglichst einfach ist. Dabei ist es auch denkbar, nicht-kreisrunde Substrate wie beispiel sweise Paneele zu fixieren, zu prozessieren und vom Trägersubstrat zu lösen.
Das Trägersubstrat besteht vorwiegend, vorzugsweise vollständig, aus einem oder mehreren der nachfolgend genannten Materialien : Glas, Mineral (insbesondere Saphir), Halbleitermaterial (insbesondere Silizium), Polymer, Verbundmaterial (SiC). Oft werden beim Laser-Debonden Trägersubstrate aus Glas bevorzugt, da hier vorzugswei se elektromagneti sche Strahlen im UV- VlS-Wellenlängenbereich in Kombination mit einem UV-VIS-transparenten Bondingadhäsiv verwendet werden können, um eine Erwärmung möglichst zu verhindern.
Werden Trägersubstrate aus Silizium bevorzugt, werden elektromagnetische Strahlen im Infrarot (IR)-Wellenlängenbereich, insbesondere im Nahem und Mittlerem IR benötigt entsprechend der Transparenz der Si-Trägersubstrate.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Trägersubstrat aus Silizium hergestellt. Si-Trägersubstrate sind kompatibel mit CMOS-Prozesse oder Front-End Prozesse.
Die Transparenz des Trägersubstrats für die elektromagnetische Strahlung wird durch den Transmissionsgrad beschrieben, der das Verhältnis aus transmittierter und eingestrahlter Strahlung angibt. Der Transmissionsgrad ist allerdings von der Dicke des durchstrahlten Körpers abhängig und werden daher auf eine Einheitslänge von 1 cm bezogen angegeben. Das Trägersubstrat besitzt in Bezug auf die gewählte Dicke von 1 cm und für die j eweils gewählte Wellenlänge insbesondere einen Transmissionsgrad größer 60%, vorzugsweise größer 70%, noch bevorzugter größer 80%, am bevorzugtesten größer als 90%, am allerbevorzugtesten größer 95%. Besonders bevorzugt wird die Transparenz auf die Wellenlänge der Debond- Laserstrahlung bezogen.
Die Wärmeleitfähigkeit des Trägersubstrates liegt bevorzugt zwischen 0.1 W/(m*K) und 5000 W/(m*K), weiter vorzugsweise zwischen 0, 5 W/(m*K) und 2500 W/(m*K), noch bevorzugter zwischen 1 W/(m*K) und 1000 W/(m *K).
Die Dicke des Trägersub strats kann variieren abhängig vom Durchmesser und von den Anforderungen an die strukturelle Stabilität.
Laserstrahlung
Die Laserstrahlung wird insbesondere so ausgewählt, dass die zu trennende Grenzfläche durch das Sub strat hindurch erreicht wird und dort von der mehrschichtigen Beschichtung stark ab sorbiert wird.
Dabei wird die Laserenergie in Form sehr kurzer Lichtpulse zugeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine ultra-kurz gepulsten Laserstrahlung.
Die Trennung resultiert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aus einer von der Laserstrahlung, insbesondere einem Femtosekunden-Laser oder einem Pikosekunden-Laser, bewirkten multi-Photonen Anregung. Laserstrahlung mit Pikosekunden (ps)-pulse hat sich bei dünnen metallischen Schichten als optimale Parameterkombination für die Bearbeitung durch Silizium gezeigt.
Die Trennung der mehrschichtigen Beschichtung vom Sub strat erfolgt durch trägersubstratseitige Bestrahlung mit Licht, insbesondere Laserstrahlung, das an der Grenzfläche oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen den zu trennenden Materialien von der mehrschichtigen Beschichtung stark absorbiert wird.
Das bevorzugte Silizium-Trägersubstrat ist unterhalb einer Wellenlänge von 1 ,3 pm undurchsichtig. Besonders bevorzugte Laser und deren Wellenlängen, die für die Bestrahlung durch Si-Trägersub strate geeignet sind:
Nd:YAG ( 1 ,064 pm; 1 ,320 pm; 1 ,444 pm)
Ho:YLF (2,05 pm)
Ho:YAG (2,09 pm)
C ZnSe, Cr:ZnS (MIR)
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein gepulster Festkörperlaser, bevorzugt ein Nd:YAG-Laser oder ein Ho:YAG-Laser verwendet. Gepulste Festkörperlaser, die im infraroten Bereich oberhalb 1 ,3 pm operieren werden mit Ionen aus Er3 + (1 ,55 pm), Tm3 + ( 1 ,9 pm), Ho3 + (2,09 pm) oder Cr3+ (2,4 pm) dotiert.
Weitere bevorzugte Laser-Wellenlängen bei der Anwendung mit Si Trägersubstrate sind beispielsweise 1940 pm, 1960 pm, oder 2030 pm. Die Leistung des Lasers, welcher die Laserstrahlung bereitstellt, gemessen als Lichtleistung, insbesondere Strahlungsleistung, welche kontinuierlich am Sub strat abgegeben werden kann, beträgt mindestens 2 W.
Der bevorzugte Wellenlängenbereich des Lasers liegt zwischen > 1 100 nm und 10000 nm, vorzugswei se zwischen > 1 100 nm und 5000 nm, noch bevorzugter zwischen 1500 nm und 2500 nm.
Dabei können auch Laserstrahlen mit mindestens zwei Wellenlängen verwendet werden. Die Schichtdickenoptimierung erfolgt dann für beide Wellenlängen für ein Mehrschichtsystem.
Die Gesamtenergie der Laserstrahlung pro Substrat wird insbesondere zwischen 1 mJ und 500 kJ, bevorzugt zwischen 100 mJ und 200 kJ, besonders bevorzugt zwischen 500 mJ und 100 kJ eingestellt.
Der Laserstrahl kann im kontinuierlichen Modus oder bevorzugt gepulst betrieben werden. Die Pulsfrequenz wird insbesondere zwischen 0, 1 Hz und 300 MHz, bevorzugt zwischen 100 Hz und 500 kHz, besonders bevorzugt zwischen 1 kHz und 400 kHz, ganz besonders bevorzugt zwischen 1 kHz und 100 kHz, eingestellt.
Die Energie, welche pro Puls Bestrahlung den Substratstapel trifft, wird insbesondere zwischen 0, 1 nJ und 1 J, bevorzugt zwischen 1 nJ und 900 pj, besonders bevorzugt zwischen 1 nJ und 10 pj eingestellt.
Eine Strahlfleckgröße liegt insbesondere zwischen 1 pm2 und 10 mm2, bevorzugt zwischen 5 pm2 und 1 mm2, besonders bevorzugt zwischen 400 pm2 und 1502 pm2 (gemessen bei l/e2 der Bestrahlungsstärkeverteilung des Laserflecks am Substrat).
Der örtliche Ab stand der Laserpulse am Substrat (pitch) liegt insbesondere zwischen 0, 1 pm und 1000 pm, bevorzugt zwischen 1 pm und 500 pm, besonders bevorzugt zwischen 10 pm und 200 pm, am bevorzugtesten zwischen 20 und 100 pm.
Die Anzahl der Pulse pro Substratstapel beträgt in Abhängigkeit der benötigten Gesamtenergie insbesondere zwischen 10 Mio. Pulse und 10 Mrd. Pulse, bevorzugt zwischen 10 Mio. Pulse und 1000 Mio. Pulse, besonders bevorzugt zwischen 20 Mio. Pulse und 100 Mio. Pulse.
Die Gesamtenergie der Laserstrahlung pro Substrat wird insbesondere zwischen 1 mJ und 500 kJ, bevorzugt zwischen 100 mJ und 200 kJ, besonders bevorzugt zwischen 500 mJ und 100 kJ eingestellt.
Die Pulse haben eine Länge im Mikrosekunden bis Femtosekunden Bereich (ps-fs), bevorzugt im Nanosekunden bis Femtosekunden Bereich (ns-fs), insbesondere zwischen 100 ns und 100 fs, bevorzugt zwischen 10 ps und 1 ps.
Mit kurzen Pulsen können sehr hohe Leistungsspitzen erreicht werden, ohne die durchschnittliche Laserleistung anzuheben. Da bei verschiedenen Pulsdauern die zur Verfügung stehende Pulsenergie bei kürzeren Pulsen um Größenordnungen geringer ist (im Bereich von J für High-Power-Laser verglichen mit pJ für die „ultraschnellen“ Pico- und Femtosekundenlaser), reduziert sich der Gesamtenergieeintrag in das zu bearbeitende Material, was aufgrund der kürzeren Einwirkzeit und der dadurch geringeren Wärmediffusion generell zu einer kleineren wärmegeschädigten Zone führt. Durch eine hohe Leistungsdichte ist es möglich, das Material innerhalb kürzester Zeit so zu erhitzen, dass damit einen Abtrag bzw. eine Sublimation erreicht wird. Somit führen die kurzen Einwirkzeiten zu einem geringeren thermischen Energieeintrag in das darunter liegende Material und dadurch zu einer minimalen Schädigung des nicht bearbeiteten Bereichs.
Bei Pulsdauern unterhalb von wenigen Pikosekunden geht man bei den meisten Materialien von direkter Ablation durch die Laserstrahlung aus, während bei längeren Pulsdauern zusätzliche Effekte, die durch die Interaktion von Laser, laserinduziertem Plasma und Materie in den verschiedenen Aggregatzuständen entstehen, einen thermisch induzierten Abtrag begünstigen.
Bei hohen Strahlungsstärken setzt bei der Material-Ablation mit Laserstrahlung das Plasmaleuchten ein. Nach dem Einsetzen des Plasmaleuchtens kommt es zu Lawinenionisation und thermischer Ionisation in einem solchen Umfang, dass sich Materialschäden nicht mehr auf den Laserfokus beschränken. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Energieschwelle für die Bildung leuchtender Plasmen mit sinkender Pulsdauer stark abnimmt.
Insgesamt werden Ultrakurzpul se im ps-Bereich bevorzugt, sodass lineare und nicht-lineare Absorption am Mehrschichtsystem stattfindet. Ab einer Laserintensität von 1012 W/cm2, findet die Wechselwirkung zwischen Photonen und Atomen neben der Ein-Photon-Ab sorption auch durch die Multiphoton-Absorption statt. Je nach Intensitätsgröße kann somit ein linearer oder nichtlinearer Prozess der dominante Anteil der Absorption sein. Bei Intensitäten zwischen 1012 bis 1014 W/cm2 die bei ultrakurzpulse erreicht werden, spielen multiphotonen Effekte eine dominante Rolle. Pulse mit hohen Intensitäten und einer Pulsdauer kleiner als 100 ps können ein Plasmaleuchten initiieren. Das Plasmaleuchten führt vorteilhaft zu einer stark erhöhten lokalen Absorption am Mehrschichtsystem durch die Interaktion von freien Elektronen und Ionen mit dem restlichen elektromagnetischen Feld.
Bevorzugt wird die Pulsenergie und/oder die Pulsdauer und/oder die Länge eines Pulszugs durch eine Steuereinheit einer den gepulsten Laserstrahl erzeugenden Laserstrahlquelle zeitlich moduliert, wobei die Modulation bevorzugt über einen externen Signalgeber angesteuert wird. Bevorzugt wird die durch den Laserstrahl in die Prozesszone eingekoppelte Energie durch eine Modulation der Pulsdauer der Laserpulse zeitlich moduliert, wobei die Pulsdauer bevorzugt zwischen 0, 1 ps und 20 ps moduliert wird.
Synonyme für die Bestrahlungsfläche sind als Fleckgröße oder Strahl fleck (engl . laser spot size) für den Fachmann bekannt.
Die Form der Bestrahlungsfläche ist insbesondere kreisförmig, in anderen bevorzugten Ausführungsformen elliptisch oder rechteckförmig.
Beim Laserdebonden wird Laserlicht substratseitig durch ein möglichst transparentes Substrat eingekoppelt und in der angrenzenden Löseschicht auf der Rückseite absorbiert. Das Laserlicht wird bevorzugt durch ein weitgehend transparentes Trägersubstrat aus Silizium eingekoppelt. Si Trägersubstrate mit üblichen Dicken zwischen 725 und 775 pm sind für Wellenlängen ab 1 100 nm zunehmend transparent. Dabei werden Ultrakurzpulse im ps-Bereich eingesetzt, sodass Wellenlängen größer 1300 nm bevorzugt werden, noch bevorzugter sind Wellenlängen größer als 1900 nm, wegen der Ab sorption durch nicht-lineare Wechselwirkungen von Silizium im Bereich unterhalb von 1300 nm. Kürzere Pulsdauer erfordern höhere Wellenlängen für weitgehende Transparenz der Si-Trägersubstrate.
Bei der Wechselwirkung des Laserstrahls mit der Materie spielen optische und physikalische Prozesse eine Rolle. Das sind zum Beispiel die Numerische Apertur (NA) der Linse beim Fokussieren des Laserstrahls in das Material und die Energie des Laserstrahl s beziehungsweise die Laserleistungsdichte.
Folgende Parameter führen zu unterschiedlichen Wechselwirkungen von Ultrakurzpulsen-Laser mit der Materie :
Pulsenergie
Numeri sche Apertur NA
Pulsdauer
Pulsfolgefrequenz
Laser-Wellenlänge
Strahlprofil
Pulsform.
Dabei werden folgende Kriterien j e nach Parametereinstellungen für ein Mehrschichtsystem ausgewertet:
Ablationsfläche pro Beschuss
Debondfläche bzw. Delaminierungsfläche pro Beschuss
Pulsenergie für Ablationsschwelle pro Beschuss
Pulsenergie für Delaminierungsschwelle pro Beschuss
Beispielsweise können folgende Parameter des Mehrschichtsystems bestimmt werden: Dicke der einzelnen Schichten mittels Simulation und im Test,
Falls notwendig Anordnung/ Reihenfolge der einzelnen Schichten, Materialien der zusätzlichen Schicht(en) falls weitere Schichten notwendig sind.
Dabei sind die Mehrschichtsysteme dem Fachmann bekannt, wodurch keine Material-Optimierung stattfindet. Die Materialien der Mehrschichtsysteme sind dem Fachmann bekannte Beschichtungen, die beim Bonden eingesetzt werden und die in Ihrer Schichtdicke auf Interferenz für eine möglichst hohe Absorption der Laserstrahlung optimiert werden. In vielen Fällen macht die Auswahl der Schichtdicken ein Laserdebonden erst möglich.
Mehrschichtsystem und Mehrschichtdesignoptimierung
Die dem Patent zu Grunde liegende Idee ist es, einen mehrschichtigen, über Interferenz optimierten, Schichtaufbau zum Bonden und Laserdebonden von Sub straten bereitzustellen.
Bei der Absorption von Strahlung spielt eine Vielzahl von Faktoren eine Rolle. Die Wechselwirkung wird dabei sowohl durch die Eigenschaften des Laserlichts als auch die der Materie beeinflusst. Beim Laserlicht sind die wichtigsten die Wellenlänge, Polarisation, Einfallswinkel sowie die räumlichen und zeitlichen Beschaffenheiten der Strahlung, wohingegen bei der Materie vor allem die chemische Zusammensetzung und die mikroskopische bzw. makroskopische Beschaffenheit einen Einfluss hat.
Bei unterschiedlichen Beschichtungen wird im Stand der Technik der Effekt der Streuung, Reflexion und Absorption empirisch eingesetzt. Auch eine Optimierung der Einzelparameter ist üblich, aber die Anpassung der Schichtdicken, um die Absorption optimal zu erhöhen, dabei die Verluste durch Reflektion oder Transmission zu minimieren und die Pulsdauer mit der Schichtdicke abzugleichen ist bisher im Stand der Technik nicht bekannt. Dabei werden Faktoren wie beispielsweise Laser-Wellenlänge, Einfallswinkel und Material der Schichten konstant gehalten.
Die Mehrschichtdesignoptimierung verwendet vorhandene, dem Fachmann im Bereich der Halbleiterindustrie bekannte Materialien und Beschichtungen, die insbesondere in ihrer Schichtdicke so optimiert werden, dass eine, über Interferenz der elektromagnetischen Strahlung am Mehrschichtsystem, maximale Absorption erreicht wird.
Die Schichtdicken liegen im Sub-Wellenlängenbereich, sodass für eine einfallende Welle das Mehrschichtsystem eine andere Wellenimpedanz aufweist als die der einzelnen verwendeten Materialien der einzelnen Schichten. Dadurch wird die Absorption des Mehrschichtsystems stark verbessert.
Wenn elektromagnetische Strahlung in einem Material absorbiert werden kann, wird die Stärke der Absorption durch einen Materialparameter beschrieben, den Absorptionsgrad, der in der Regel von einer Vielzahl von Parametern (Temperatur, Wellenlänge usw.) abhängig ist. Die Absorption bzw. der Absorptionsgrad wird zwischen 0 und 1 angegeben. Von der auf die Oberfläche eines Körpers treffenden Strahlung wird in der Regel ein Teil reflektiert, ein Teil durch den Körper durchgelassen und der Rest ab sorbiert. Die absorbierte Energie vermehrt die innere Energie des Körpers. Der Absorptionsgrad (auch Absorptionskoeffizient bzw. spektraler Absorptionskoeffizient SAK) gibt an, welcher Bruchteil der auftreffenden Strahlung absorbiert wird. Er kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Der Absorptionsgrad kann von der Einstrahlrichtung und der Frequenz der einfallenden Strahlung abhängen
Wird die Absorption für unterschiedliche Wellenlängen und unterschiedliche Schichtdicken einer ausgewählten Schicht aus einem Mehrschichtsystem in einer Graphik dargestellt, ist eine Darstellung von Bereichen unterschiedlicher Absorption möglich. Im Allgemeinen ist die Absorption primär eine verlustbehaftete Wechselwirkung des elektromagnetischen Feldes in Materie, die (üblicherweise) über die elektrische Suszeptibilität und damit über den komplexwertigen Brechungsindex n+iK beschrieben werden kann. Selbst Nichtlinearitäten, wie sie gerade bei kurzen Pulsen eine Rolle spielen, z.B . wenn die Antwort auf eine Steigerung des elektrischen Feldes proportional zu einer höheren Potenz steigen, können so dargestellt werden. Zudem werden Simulationen verwendet, um zu zeigen, dass durch Änderung der dünnen Schichtdicken im nm-Bereich eine Erhöhung der Absorption des gesamten Mehrschichtsystems erreicht werden kann, durch Entstehung von mehrfachen Interferenzen an den Grenzen zwischen den einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems.
Bevorzugt ist die Laser-Wellenlänge konstant und zwei Parameter, insbesondere die Schichtdicken d l und d2 von zwei Schichten aus dem Mehrschichtsystem werden gleichzeitig variiert und die Absorption errechnet. Durch die Optimierung der Schichtdicken im Mehrschichtsystem kann eine höhere Absorption sowie eine Reduktion von Verluste durch Streuung oder Reflektion und somit eine höhere Laserdebond-Effizienz erreicht werden. Streuungs- oder Beugungseffekte können auch ausgenutzt werden, um die Ausbreitungsrichtung des Lichtes zu verändern und somit die Wechselwirkungsdauer zu erhöhen. Streuungs- oder Beugungseffekte können auch ausgenutzt werden, um die nächste, darunterliegende Schicht oder das darunterliegende Produktsubtrat zu schützen. Es wird eine Optimierung der Schichtdicken für j ede einzelne Schicht L I bis Ln eines Mehrschichtsystems bestehend aus den Schichten L I bis Ln, bevorzugt L I bis L3 , durchgeführt wobei die Absorption des gesamten Mehrschichtsystems numerisch ermittelt und auch experimentell gemessen wird. Die einzelnen Einflüsse der Schichten werden untersucht und hinsichtlich Effizienz und Stabilität des Effekts optimiert.
Die Trennung des Mehrschichtsystems vom Substrat erfolgt durch substratseitige Bestrahlung mit Licht, insbesondere Laserstrahlung, dass an der Grenzfläche oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen den zu trennenden Materialien von der mehrschichtigen Beschichtung stark absorbiert wird. Die beispielhaft folgenden Effekte an den angrenzenden Schichten werden ausgenutzt: Konstruktive Interferenzen, Streuung, Beugung und Phasenverschiebungen.
Die Schichten des Mehrschichtsystems können mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenab scheidung, Sputtern, Aufdampfen, Epitaxie und/oder mittels Spin-coating aufgetragen werden sowie Kombinationen davon oder anderen geeigneten Techniken.
Durch die erhöhte, optimierte lokale Absorption der Beschichtung ist vorteilhaft eine Antireflexbeschichtung (engl . antireflective layer, AR) nicht notwendig, um die Fresnel Reflektion stark zu verringern.
Vorteilhaft ist auch eine zusätzliche Verbindungsschicht, insbesondere ein Bondingadhäsiv, nicht notwendig, da das Mehrschichtsystem, das eine insbesondere metallische oder Metall enthaltende photothermische mehrschichtige Konversionsschicht enthält, gleichzeitig auch eine Verbindungsschicht ist. Eine zusätzliche Opferschicht wird auch nicht benötigt. Die dabei absorbierte Energie induziert eine Zersetzung der mehrschichtigen Beschichtung wobei es zu einer Trennung an der Grenzfläche zwischen Sub strat und Beschichtung kommt. Zersetzungsmechanismen können beispielsweise Sublimation oder chemische Reaktionen sein. Die Zersetzung kann dabei sowohl thermisch wie photochemisch initiiert werden. Die Trennung wird besonders unterstützt, wenn bei der Zersetzung gasförmige Produkte entstehen.
Bevorzugt besteht die mindestens eine Schicht des Mehrschichtsystems aus folgenden Verbindungen oder Elemente, einzeln oder in Kombination:
Metalle, beispielsweise Ti, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Al, Cr, Pt, Sn
Legierungen
Halbleiter (z.B . Ge)
Verbindungen, insbesondere Nitridverbindungen, insbesondere TiN, TaN, AIN, GaN, InN, SiN, Si3N4
Verbindungen, insbesondere Oxidverbindungen, insbesondere SiO2, TiO2
Verbindungen, insbesondere Dielektrika
Keramikmaterial, insbesondere Siliziumkarbid (SiC) und Aluminiumoxid (A12O3)
Hochabsorbierende nicht-metalle, insbesondere Polymere mit Nanopartikeln (Polymere mit Al- oder C-Partikel)
Dabei können die einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems aus einem Material oder eine Materialkombination aus einer der Hauptgruppen 3 (Borgruppe), 4 (Kohlenstoffgruppe) und 5 (Stickstoffgruppe) des Periodensystems der Elemente bestehen. In einer weniger bevorzugten ausführungsform wird das Material nicht vollflächig, sondern für einzelne Schichten des Mehrschichtsystems als 2D- Strukturen, beispielsweise Graphen, oder 3D-Strukturen aufgetragen.
Das Mehrschichtsystem wird als eine Schichtfolge unterschiedlicher Verbindungen oder Elemente auf dem Produktsubstrat und/oder auf dem Trägersubstrat aufgetragen. Dabei kann j ede Anzahl n an Beschichtungen als Mehrschichtsystem ausgebildet sein (L I bis Ln). Bevorzugt werden bis zu drei Schichten im Mehrschichtsystem verwendet (L I bis L3).
In einer weiteren Ausführungsform wird mindestens eine Verbindung oder ein Element mehrmals alternierend aufgetragen.
Die einzelnen Schichten können beispielsweise als selektive Absorber Schichten oder als Phasenverschieber dienen. Beispiele für Absorber sind Metalle wie Aluminium (Al) oder Gold (Au). Siliziumdioxid (SiO2) kann beispielsweise als Hilfsschicht und/oder Phasenverschieber eingesetzt werden, um das Feldmaximum der Wellenlänge innerhalb des selektiven Absorbers zu positionieren. Dabei liegen die Schichtdicken im unteren nm- Bereich. Dickere (Metall-)Beschichtungen können bei Bedarf als Spiegel dienen.
Vorzugswei se sind weitere Schichten wie eine Opferschicht und/oder eine Antireflektionsschicht und/oder eine Relaxationsschicht und/oder ein Bondingadhäsiv nicht notwendig und entfallen.
Die einzelnen Schichten der mehrschichtigen Beschichtung haben Dicken zwischen 1 nm und 10 pm, bevorzugt zwischen 1 nm und 1 pm, noch bevorzugter zwischen 5 nm und 500 nm. Durch die sehr dünne Schichtenfolge ist eine hohe Interaktion mit der elektromagnetischen Strahlung möglich. Diese hohe Interaktion bei sehr dünnen Schichten wird für ein vereinfachtes Laserdebonden verwendet. Durch die Optimierung der einzelnen Schichtdicken eines Mehrschichtsystems reduzieren sich die Schichtdicken (nm-Bereich) wodurch vorteilhaft weniger Material aufgetragen werden muss.
Metalle sind starke Absorber und können die Laserstrahlung bereits ab einer Schichtdicke von < 100 nm aufhalten. Im Vergleich benötigen organi sche Absorber meist eine Schichtdicke von > 3 pm um 67% des einfallenden Lichtes zu absorbieren.
Die Dicke des Mehrschichtsystems liegt vorzugsweise zwischen 1 nm und 10 pm, noch bevorzugter zwischen 5 nm und 1 pm, am bevorzugtesten zwischen 10 nm und 1 pm.
Laserdebond Optimierungsprozess für einen Substratstapel mit einem Mehrschichtsystem und einem Silizium-Trägersubstrat
Ein Optimierungsprozess für die Trennung durch Debonden bzw. Delaminierung entlang der Grenzfläche mittels Laser-Bestrahlung umfasst beispielsweise folgende Schritte :
Laser Auswahl . Silizium als Trägersub strat ist vorwiegend transparent bei einer Wellenlänge X > 1300 nm bzw. bei X > 1900 nm somit werden hier Laser im nahen infrarot (NIR) und mittleren infrarot (MIR) ausgewählt, die im Si-Trägersubstrat eine niedrige lineare und nicht-lineare Absorption zeigen;
Vorhandene Materialien einer mehrschichtigen Bond-Schicht zwischen einem Si-Trägersubstrat und einem Produktsubstrat werden eingesetzt; das Mehrschichtsystem ermöglicht eine über Interferenzen gesteuerte Optimierung der für Laserdebonden notwendigen Absorption. Die einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems können beispielsweise j e nach Schichtdicke als selektive Absorber-Schichten oder als Phasenverschieber oder als Spiegel dienen und somit insgesamt die Absorption am Mehrschichtsystem maximieren. Beispiele für Absorber sind Metalle wie Aluminium (Al) oder Gold (Au).
Siliziumdioxid (SiO2) und Aluminiumnitrid (AIN) können beispielsweise als Phasenverschieber-Schichten eingesetzt werden, um das Feldmaximum der Wellenlänge innerhalb des selektiven Absorbers zu positionieren. Dabei liegen die Schichtdicken im unteren nm-Bereich. Dickere Beschichtungen können bei Bedarf als Spiegel dienen. Eine Metallschicht kann beispielsweise j e nach Schichtdicke als Spiegel-Schicht (Schichtdicke > 100 nm) oder als selektive Ab sorber-Schicht (Schichtdicke < 10 pm) eingesetzt werden.
Laserdurchsatz- und Laserqualitäts-Optimierung. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine ultra-kurz gepulste Laserstrahlung. Laserquelle und Laserwellenlänge sind fixe Parameter. Dabei werden beispielsweise folgende Laserparameter optimiert: Pul sdauer, Pulsfolgefrequenz, Energie, Form der Bestrahlungsfläche pro Puls, Multispot- Laser.
Optimierung der Materialschichten. Die Materialschichten werden in ihrer Schichtdicke so optimiert, dass über Interferenz eine maximale Lichtabsorption erreicht wird und Reflexionsverluste minimiert werden. Die Zunahme an Absorption durch die Optimierung der Schichtdicken i st räumlich lokalisiert und verstärkt innerhalb des Mehrschichtsystems. Ein Über- oder Unterschreiten der optimalen Schichtdicken der einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems würde zu einer starken Reduzierung der Absorption führen.
Die Optimierung der Schichtdicken erfolgt insbesondere durch Simulation und/oder Laserdebond-Versuche am Substratstapel mit der aus der Simulation ausgewählten Schichtdicken. Im Test werden die beim Laserdebonden verbleibende Bondkraft, Ablationsform und Homogenität untersucht. Das hergestellte System wird auch hinsichtlich Stabilität der Fertigungs- und Bearbeitungsparameter untersucht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen schematisch in:
Figur l a: eine Querschnittsansicht eines Substratstapels bestehend aus Trägersubstrat, Mehrschichtsystem mit drei Schichten und Produktsubstrat mit funktionalen Einheiten.
Figur 1b : eine Querschnittsansicht eines Substratstapels bestehend aus Trägersubstrat, Mehrschichtsystem mit drei Schichten und Produktsubstrat mit Strukturierung.
Figur 1 c : eine Querschnittsansicht eines Substratstapel s bestehend aus Trägersubstrat, Mehrschichtsystem mit zwei Schichten und Produktsubstrat.
Figur 2 : eine Querschnittsansicht eines Produktsubstrat-Trägersubstrat- Stapels mit einer schematischen Darstellung von optischen Komponenten zur Bestrahlung des Mehrschichtsystems mit Laserstrahlung.
Figur 3 a: Schematische Darstellung des Ab sorptionsspektrum A eines Mehrschichtsystems. Die Darstellung zeigt die Ab sorption eines Mehrschichtsystems bestehend aus drei Schichten L I , L2, und L3 , wobei die Dicke d l der Schicht L I und die Wellenlänge verändert werden, während die Dicke der Schichten L2 und L3 unverändert bleiben. Figur 3b : Schematische Darstellung des Absorptionsspektrum A eines Mehrschichtsystems. Die Darstellung zeigt die Ab sorption eines Mehrschichtsystems bestehend aus zwei Schichten L I und L2, wobei die Dicke d l der Schicht L I und die Dicke d2 der Schicht L2 verändert werden, während die Laser-Wellenlänge unverändert bleibt.
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Gemäß Figur l a sind bei spielhaft drei Schichten L I (5), L2 (6) und L3 (7) ganzflächig auf dem Produktsub strat 2 und/oder dem Trägersubstrat 3 aufgebracht worden. Die Strukturen 8 befinden sich in und/oder auf dem Produktsubstrat 2. Dabei werden die Schichtdicken d l , d2 und d3 der j eweiligen Beschichtungen L I (5), L2 (6) und L3 (7) optimiert. Das Mehrschichtsystem 4 besteht somit aus mehreren Schichten 5, 6, 7, die so ausgewählt werden, dass das Mehrschichtsystem 4 zu einer maximalen Absorption der Laserstrahlung bei einem Laserdebond-Prozess führt. Der über Interferenz optimierter Schichtaufbau 4 ermöglich ein verbessertes und einfacheres Laserdebonden, wobei keine zusätzlichen Schichten zum Schutz der Sub strate oder zum Bonden der Substrate wie beispielsweise eine Antireflexbeschichtung und/oder eine Relaxationsschicht und/oder ein Bondingadhäsiv benötigt werden.
Die einzelnen Schichten 5, 6, 7 des Mehrschichtsystems 4 haben Dicken zwischen 1 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 1 nm und 500 nm, noch bevorzugter zwischen 1 nm und 250 nm. Durch die sehr dünne Schichtenfolge ist eine hohe Interaktion mit der elektromagnetischen Welle der Laserbestrahlung möglich. Die Dicke des Mehrschichtsystems 4 liegt vorzugsweise zwischen 1 nm und 10 pm, noch bevorzugter zwischen 5 nm und 2 pm, am bevorzugtesten zwischen 10 nm und 1 pm, am allerbevorzugtesten zwischen 10 nm und 500 nm.
Nach dem Beschichten des Mehrschichtsystems 4 auf dem Produktsubstrat 2 und/oder dem Trägersubstrat 3 wird das Produktsubstrat 2 in einem (temporären) Bondverfahren durch Ausrichten, Kontaktieren und Bonden, zum Trägersubstrat 3 gebondet gemäß Figur l a. Dem Fachmann auf dem Gebiet sind die (temporären) Bondingtechnologien bekannt.
In Figuren l a und 1b sind drei Beschichtungen L I bis L3 dargestellt (5, 5 ‘ , 6, 6‘ , 7, 7‘), aber es kann auch j ede andere Anzahl n an Beschichtungen ausgebildet sein. Figur 1 c zeigt beispielsweise eine Ausführungsform des Mehrschichtsystems mit zwei Beschichtungen 5“ , 6“ . Dabei wird eine Optimierung der Schichtdicken für j ede einzelne Schicht L I bis Ln eines Mehrschichtsystems bestehend aus den Schichten L I bis Ln durchgeführt, wobei die Absorption des gesamten Mehrschichtsystems gemessen wird. Bevorzugt werden beispielsweise zuerst zwei Schichtdicken d l und d2 in einer Simulation gleichzeitig variiert bei gleichbleibender Wellenlänge und die resultierende Absorption ermittelt gemäß Figur 3b . Die Schichtdicken d l max und d2max der Beschichtungen 5“ , 6“ die zu einer maximalen, effizienten und stabilen Absorption führen werden ausgewählt. Weitere veränderbare Laserparameter werden insbesondere durch Analyse beim Laserdebonden des Substratstapels im Test optimiert.
Figur 1b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Substratstapels 1 ‘ bestehend aus Trägersubstrat 3 ‘ , Mehrschichtsystem 4‘ mit drei Schichten L I bis L3 (5 ‘ , 6 ‘ , 7‘) und einem Produktsubstrat 2‘ mit Strukturierung. Figur 1 c zeigt eine andere Ausführungsform eines Substratstapel s 1“ bestehend aus Trägersubstrat 3“ , Mehrschichtsystem 4“ mit zwei Schichten L I (5“) und L2 (6“ ) und einem Produktsubstrat 2“ .
Im folgenden Abschnitt werden Anhand der Mehrschichtsysteme aus Figuren l a bis 1 c mehrere nicht einschränkende Beispiele von Mehrschichtsysteme (beispielsweise Schichten L I - L2 - L3 oder L I - L2) angegeben. Mehrschichtsysteme, die dem Fachmann bekannt sind und die in der Halbleiterindustrie, insbesondere auch für CMOS-kompatible oder Front-End- kompatible Prozesse eingesetzt werden bestehen beispielswei se aus:
SiO2 - Metall - SiO2 (L I - L2 - L3),
SiO2 - Metall 1 (L I - L2)
Metall 1 (Schichtdicke d l ) - Oxid- oder Nitridverbindung (beispielsweise SiO2) - Metall 1 (Schichtdicke d2) (L I - L2 - L3),
SiO2 - Nitridverbindung - SiO2 (L I - L2 - L3),
Nitridverbindung - SiO2 (L I - L2)
Oxid- oder Nitridverbindung (beispielsweise SiO2) - Metall 1 - Metall 2 (L I - L2 - L3),
Metall 1 - Metall 2 - Metall 3 (L I - L2 - L3),
Metall 1 - Metall 2 (L I - L2),
Metall 1 - Metall 2 - Metall 1 (L I - L2 - L3).
Insbesondere werden folgende Mehrschichtsysteme zum Laserdebonden angegeben, die auf einem 300 mm Siliziumträgersubstrat (mit einer Dicke von 775 pm mit beidseitig polierten Oberflächen) aufgetragen werden:
Die TEOS-Schicht ist eine Schicht aus amorphem Siliziumdioxid (SiO2) und wird bevorzugt durch chemo-mechanisches Polieren (CMP) fein poliert.
Das 300 mm Siliziumträgersubstrat hat in einer alternativen Ausführungsform auch eine Dicke von 725 pm .
Nach der Schicht L2 folgt das gebondete Produktsub strat (auch aus Silizium). Beim Debonden durchdringt der Laser als erstes das 775 pm Siliziumträgersub strat, dann die Schichten L I und L2.
Die Laserwellenlänge wird durch die Auswahl des Trägersubstrats bestimmt und wird nicht verändert. Auch der Lasereintrittswinkel (angle of incidence) bleibt konstant.
Weitere konkrete Beispiele für Schichtsysteme: SiN - SiO2 (L I - L2)
TEOS (50-250 nm) - TiN (20- 100 nm) - TEOS (50-400 nm) (L 1 -L2-L3)
TiN (50 nm) - TEOS (400 nm) (L 1 -L2)
SiO2 (thermisch, 50- 100 nm) - TiN (50 nm) - TEOS (400 nm) (L 1 -L2-L3)
Bevorzugt besteht die mindestens eine Schicht des Mehrschichtsystems aus folgenden Verbindungen oder Elemente, einzeln oder in Kombination:
Metalle, beispielsweise Ti, Au, Ag, Cu, Fe, Ni, Al, Cr, Pt, Sn
Legierungen
Halbleiter (z.B . Ge)
Verbindungen, insbesondere Nitridverbindungen, insbesondere TiN, TaN, AIN, GaN, InN, SiN, Si3N4
Verbindungen, insbesondere Oxidverbindungen, insbesondere SiO2, TiO2
Keramikmaterial, insbesondere Siliziumkarbid (SiC) und Aluminiumoxid (A12O3)
Hochabsorbierende nicht-metalle, insbesondere Polymere mit Nanopartikeln (beispielsweise Polymere mit Al- oder C-Partikel).
Die einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems können beispielsweise j e nach Schichtdicke und Material als selektive Absorber-Schichten, Hilfsschichten und/oder als Phasenverschieber-Schichten oder als Spiegel- Schichten dienen und somit insgesamt die Absorption am Mehrschichtsystem maximieren. Eine Metallschicht kann beispielsweise j e nach Schichtdicke als Spiegel-Schicht (Schichtdicke > 100 nm) oder als selektive Absorber-Schicht (Schichtdicke < 10 pm) eingesetzt werden. Siliziumdioxid (SiO2) und Aluminiumnitrid (AIN) können beispielsweise al s Phasenverschieber- Schichten eingesetzt werden. Die absorptive Schicht ist bei drei Schichten meist die mittlere Schicht. Bei zwei Schichten ist die absorptive Schicht meist die erste Schicht. Die absorptive Schicht nimmt die Energie der Laserstrahlung an.
In einem Beispiel besteht die ab sorptive Schicht aus SiN und die Hilfsschicht aus SiO2. Durch die Interaktion der SiN und SiO2 Schichten entstehen NOx Gase die zu Schichtenspaltung und somit Debonding führen.
In einer bevorzugten ausführungsform beträgt die Schichtdicke der absorptiven Schicht zwischen 10 nm und 200 nm und die Dicke der Hilfsschicht(en) zwischen 1 und 1000 nm.
Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Produktsubstrat-Trägersubstrat- Stapels 1 beim Laserdebonden durch Bestrahlung des Mehrschichtsystems 4 mit einer Laserstrahlung 1 1. Eine geeignete Lichtquelle ist beispielsweise eine Lichtquelle, die ultrakurze Lichtpulse mit einer Dauer von 10 ps bis 50 ps und einer Wiederholfrequenz von 1000 Hz aussendet.
Der ultrakurz gepulste Laserstrahl 1 1 wird über eine Optik 9 in die Prozesszone 12 fokussiert. Dabei findet mit einer Substratstapel- und/oder Strahlpositionierung eine Relativbewegung zwischen Substratstapel 1 und Laserstrahl 1 1 statt (nicht dargestellt). Weitere optische Elemente umfassen beispielsweise strahlformende Elemente, Scanner, Modulatoren usw. und sind dem Fachmann bekannt.
Der relevante Wellenlängenbereich für Si als Trägersubstrat liegt bei 1940 bis 2140 nm, weil Si sehr starke Nichtliniarität aufweist und die nichtlineare Absorption/Brechung bis über 1700nm reicht, was zu einer Selbstfokussierung führt. Wichtig i st hier auch die für die Ablation benötigte Energie- und Leistungsdichte. Bei anderen Trägermaterialien (beispielsweise Saphir) ist die Wellenlängen und Laserauswahl häufig eine andere.
Figur 3 a beschreibt einen Verfahrensablauf zur Optimierung eines beispielhaften Mehrschichtsystems 4 bestehend aus drei Schichten L I , L2 und L3 (5, 6, 7) gemäß Figur l a, was zum temporären Bonden und Laserdebonden von Produktsubstrat 2 und Trägersubstrat 3 verwendet werden soll . Denkbar ist, dass das Produktsubstrat 2, 2‘ , 2“ über keine Topographie verfügt, entweder weil keine Strukturen 8 vorhanden sind oder weil die Strukturen 8 direkt im Produktsubstrat 2, 2‘ , 2“ gefertigt wurden. Alternativ können die Strukturen beispiel sweise Chips oder strukturierte Beschichtungen sein und bilden eine Topographie.
Gemäß Figur 3 a wird die Dicke d l der ersten Schicht L I zwischen 0 und 100 nm variiert, um die maximale Absorption des Mehrschichtsystems bei unterschiedlichen Wellenlängen zu ermitteln. Der Bereich 1 in Figur 3 a zeigt die maximale Absorption. Bereiche in Figur 3 a mit zunehmender Zahl zeigen eine geringer werdende Absorption des Mehrschichtsystems. Dabei wird die Dicke d2 und d3 der anderen zwei Schichten L2 und L3 konstant gehalten. Die einzelnen Dicken der Schichten beeinflussen das Interferenzmuster und somit die Ab sorption des Mehrschichtsystems. Durch Ermittlung der optimalen Schichtdicken d l , d2 und d3 wird die maximale Absorption des Mehrschichtsystems ermittelt für ein verbessertes und vereinfachtes Laserdebonden. Darstellungen gemäß Figur 3 a werden mit Simulationen dargestellt und mit Messreihen ermittelt. Dabei wird auf eine Optimierung bzw. Wechsel von Materialien der einzelnen Schichten verzichtet und bei bestehende Mehrschichtsysteme durch Optimierung der Schichtdicken ein vereinfachtes Laserdebonden durch maximale Absorption erreicht. Die Absorption kann von < 10% auf >90% erhöht werden. Primär wird die Absorptivität mit bekannten Lösungsalgorithmen berechnet mittels linearer Abschätzung durch Fresnel-Gleichungen von Mehrschichtsystemen, aufbauend auf Schichtdicken und (linearen, aber komplexwertigen) Brechungsindizes. Darüber hinaus können die nichtlinearen Eigenschaften in komplexere Simulationen verwendet werden, die auch die Feldstärkenverteilungen berücksichtigen.
In einer alternativen Ausführungsform zu Figur 3 a kann beispielswei se für ein System bestehend aus zwei Schichten L I und L2 bei einer ausgewählten Laser-Wellenlänge die Ab sorption in Abhängigkeit zweier Schichtdicken d l und d2 dargestellt werden gemäß Figur 3b . Sind die Schichten, das Substrat und das Trägersubstrat aus einem gegebenen Sub stratstapel bekannt, ist die Schichtdicke d der einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems am leichtesten zu kontrollieren und zu verändern. Die Schichtdicke d der einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems wird somit primär optimiert. Die Laser-Wellenlänge und der Laser-Winkel (angle of incidence) bleiben insbesondere unverändert. Besteht ein Mehrschichtsystem aus zwei Schichten können beide Schichtdicken d l und d2 gleichzeitig variiert werden gemäß Figur 3b . Die ausgewählten Parameter, insbesondere beispielsweise zwei Schichtdicken d l und d2 werden variiert und der Ab sorptionsgrad in der Debond-Struktur berechnet. Der Absorptionsgrad in der Debond-Struktur muss möglichst hoch sein. Bevorzugt werden bis zu maximal drei Schichten verwendet, um die Absorption zu maximieren. Analog zur Figur 3 a zeigt der Bereich 1 in Figur 3b die maximale Absorption. Bereiche mit zunehmender Zahl zeigen eine geringer werdende Absorption des Mehrschichtsystems Der Bereich 1 mit hoher Absorption in der dargestellten Graphik muss groß genug sein, um nicht zu empfindlich auf Veränderungen zu sein. B e z u g s z e i c h e n l i s t e
Substratstapel
Produktwafer
Trägerwafer
Mehrschichtsy stem
Schicht LI
Schicht L2
Schicht L3
Struktur
Optik
Optisches Element
Laserstrahl
Prozesszone

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Bereitstellung eines Mehrschichtsystems (4) aus mindestens zwei Schichten (5, 6, 7), insbesondere zum Temporärbonden von Substraten zu einem Substratstapel (1), mit den folgenden Schritten in der folgenden Reihenfolge: i) Bereitstellung eines Mehrschichtsystems (4), ii) Bestimmung eines Absorptionsgrades des Mehrschichtsystems (4) für Laserstrahlung (11) einer bestimmten Wellenlänge, iii) Variierung mindestens eines Parameters des Mehrschichtsystems (4), iv) Bestimmung des Absorptionsgrades des Mehrschichtsystems (4) für die Laserstrahlung (11) der bestimmten Wellenlänge mit dem mindestens einen nach Schritt iii) variiertem Parameter, v) Wiederholung der Schritte i) bis iv) bis der Absorptionsgrad am größten ist, wobei in Schritt i) jeweils das Mehrschichtsystem (4) mit dem größerem Absorptionsgrad bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der mindestens eine Parameter des Mehrschichtsystems (4) eine Schichtdicke einer Schicht (5, 6, 7) des Mehrschichtsystems (4) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Parameter des Mehrschichtsystems (4) zusätzlich eine Schichtdicke einer weiteren Schicht (5, 6, 7) des Mehrschichtsystems (4) ist.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlänge bei dem Bestimmen in Schritt ii) und iv) zwischen 1 100 nm und 10000 nm, vorzugswei se zwischen 1 100 nm und 5000 nm, noch bevorzugter zwischen 1500 nm und 2500 nm liegt.
5. Substratstapel ( 1 ), aufweisend zumindest ein nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 bereitgestelltes Mehrschichtsystem (4) mit mindestens zwei Schichten (5 , 6, 7) aus unterschiedlichen Materialien.
6. Substratstapel ( 1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mehrschichtsystem (4) eine Gesamtdicke zwischen 1 nm und 10 pm, noch bevorzugter zwischen 5 nm und 2 pm, am bevorzugtesten zwischen 10 nm und 1 pm, am allerbevorzugtesten zwischen 10 nm und 500 nm aufweist.
7. Substratstapel ( 1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die j eweiligen Schichten (5, 6, 7) des Mehrschichtsystems (4) j eweils eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 1 nm und 500 nm, noch bevorzugter zwischen 1 nm und 250 nm aufweisen.
8. Substratstapel ( 1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mehrschichtsystem (4) zumindest eine Schicht (5 , 6, 7) mit einer Schichtdicke zwischen 25 nm und 75 nm aufweist.
9. Substratstapel ( 1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Schicht (5, 6, 7) des Mehrschichtsystems (4) Titan (Ti), Aluminium (Al), Aluminiumnitrid (AIN), Tantalnitrid (TaN), (Germanium) Ge, (Zinn) TiN oder Kupfer (Cu) umfasst, bevorzugt besteht.
10. Substratstapel (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Schicht (5, 6, 7) des Mehrschichtsystems (4) aus amorphem Siliziumdioxid (SiO2) besteht.
1 1 . Substratstapel (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Substratstapel (1 ) zumindest ein Trägersubstrat (3 ) und ein Produktsubstrat (2) aufweist, wobei das Trägersubstrat (3) durch das Mehrschichtsystem (4) mit dem Produktsub strat (2) verbunden ist.
12. Substratstapel (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mehrschichtsystem (4), bevorzugt der Sub stratstapel ( 1 ), kein polymerbasiertes Bondingadhäsiv aufweist.
13. Substratstapel (1 ) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mehrschichtsystem (4), bevorzugt der Sub stratstapel ( 1 ), keine Antireflexionsschicht aufweist.
14. Verfahren zum Bonden von Substraten zu einem Substratstapel ( 1 ) gemäß mindestens einem der Ansprüche 5- 13 mit den folgenden Schritten,
1 ) Bereitstellung eines ersten Substrates, insbesondere eines Trägersubstrates (3),
2) Bonden eines zweiten Substrates, insbesondere Produktsubstrat (2), an das erste Substrat.
15. Verfahren zum Debonden eines Substratstapels (1) mit den folgenden Schritten, a) Bereitstellung eines Substratstapels (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 13, b) Bestrahlen des Mehrschichtsystems (4) durch mindestens ein Substrat des Substratstapels (1) hindurch mit Laserstrahlung (11) einer bestimmten Wellenlänge und danach, c) Trennen des Substratstapels (1) im Bereich des Mehrschichtsystems (4).
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