KR102388994B1

KR102388994B1 - 분리될 고형체의 결합된 레이저 처리 방법

Info

Publication number: KR102388994B1
Application number: KR1020217027958A
Authority: KR
Inventors: 랄프 리스케; 마르코 스보보다; 얀 리히터
Original assignee: 실텍트라 게엠베하
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2022-04-22
Also published as: US11130200B2; EP3433048A1; KR20180125532A; EP4166271A1; JP6703617B2; CN108883502B; WO2017167614A9; EP4166270B1; JP2019511122A; KR102300061B1; US20190099838A1; CN108883502A; KR20210112400A; EP4166270A1; EP3433048B1; WO2017167614A1; KR20200102550A

Abstract

본 발명은 고형체(1)로부터 하나 이상의 고형체 층(14)을 분리하는 방법에 관한 것으로, 고형체 부분(6), 특히 고형체 층을 고형체(1)로부터 분리시키기 위해 균열을 유도하는 균열 유도 영역(4)이 변형(2)에 의해 제공된다. 본 발명은 바람직하게는: 레이저 적용 장치(8)에 대해 고형체(1)를 이동시키는 단계와, 레이저 적용 장치(8)에 의해 레이저 빔들(10)을 연속적으로 생성하여 하나 이상의 변형(2)을 각각 생성하는 단계와, 고형체 층(14)을 고형체(1)로부터 제거하는 단계를 포함하며, 여기서 레이저 적용 장치(8)는 하나 이상의 파라미터, 특히 정의된 위치에서 및 정의된 고형체 깊이에 대한 고형체의 투과에 따라 변형의 정의된 생성을 위해 조정되며, 여기서 고형체 내의 영향받은 체적의 영역에서 및/또는 영향받은 표면의 영역에서 고형체(1)의 불균일은 레이저 적용 장치(8)의 조정에 의해 보상될 수 있다.

Description

분리될 고형체의 결합된 레이저 처리 방법{COMBINED LASER TREATMENT OF A SOLID BODY TO BE SPLIT}

본 발명은 청구항 1, 6, 9, 11, 13, 15의 각각의 경우와 같이 고형체(solid body)로부터 하나 이상의 고형체 층을 분리하는 방법 및 청구항 4과 같이 적어도 부분적으로 돔형 또는 곡선형인 하나 이상의 고형체 층을 생성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 재료는 예를 들면 결정질 재료의 큰 원통, 소위 잉곳(ingot)으로 성장되는 반면, 산업 공정들은 상이한 두께 및 표면 품질을 갖는 웨이퍼 재료를 빈번하게 요구한다. 부서지기 쉬운 반도체 재료의 웨이퍼 제조는 종종 다이아몬드 또는 슬러리 기반의 와이어 톱질(slurry-based wire sawing) 공정을 사용하여 수행된다. 이러한 톱질 공정은 잠재적으로 가치있는 재료의 절삭 갭 손실뿐만 아니라 표면 거칠기 및 표면 아래에서 결정에 손상을 초래하기도 한다. 톱질 공정을 사용하는 웨이퍼 제조의 이러한 측면들은 웨이퍼 제조 공정에서 필요한 폴리싱(polishing) 및 그라인딩(grinding) 단계를 요구하며, 이는 추가적인 손상 및 처리 비용을 야기한다.

종래의 웨이퍼 가공 및 반도체의 박형화에서 이러한 문제를 해결하기 위해, 이들 손실뿐만 아니라 표면 아래의 손상 및 그라인딩 공정 단계들의 제거가 아니라면 절삭 갭 손실의 감소를 약속하는 소위 커프리스(kerf-less) 기술이 개발되었다. 특히, 외부적으로 적용되는 소위 스폴링(spalling) 공정은 잘-정의된(well-defined) 두께를 가진 결정면을 따라 결정질 재료를 분리하기 위해 온도에 의해 자주 유발되는 응력(stress)을 사용한다. 스폴링은 니켈-크롬 합금, 은 알루미늄 페이스트, 에폭시 수지, 알루미늄 및 니켈로 수행될 수 있다. 커프-프리(Kerf-free) 웨이퍼 가공 기술은 반도체 제조 공정에서의 손상을 획기적으로 줄일 가능성이 있다. 소위 스폴링(또는 분할)과 같은 응력 기반 분리 방법은 잘 정의된 두께를 가진 결정면을 따라 결정질 재료를 분리하기 위해 외부에서 가해진 응력을 사용한다. 그러나 스폴링 후에, 기재(substrate)는 결정 내 균열 전파로부터 기인하는 소위 월너 라인(Wallner lines)을 나타낸다.

스폴링은 취성 재료와 재료의 표면에 부착하는 중합체 사이의 열 팽창 계수의 차이를 이용하여 가능하게 되었다. 상기 중합체의 유리 전이 온도 아래로 관련 재료를 냉각하면 응력이 유도되고 이것이 균열 평면을 따라 재료의 분리를 야기한다. 다른 종류의 스폴링과 비교하여 이 특별한 방법의 장점은, 냉각 과정의 결과로서 스폴링에서도 사용되는 고온 공정들에 비해서 원하지 않는 화학 성분의 재료 내 확산이 증가하지 않는다는 것이다.

그러나 스폴링 공정은 달성되는 웨이퍼 두께의 제어가 제한되는 경향이 있고 균열 전파의 수직 위치를 조정하는 것이 복잡하다. 또한, 스폴링 동안 매우 두드러진 패턴의 월너 라인이 표면에 형성된다. 이 패턴은 반도체 재료 내 균열 전파에 기인하여 기재 내 균열 동역학을 추론하는 것을 가능하게 하는 스트립(strip) 모양의 그루브(grooves)와 융기(elevations)로 구성된다. 일반적으로 상기 균열은 에지의 특정 지점에서 시작하여 상기 기재의 에지로부터 빠르게 전파된다. 종래의 스폴링 표면의 월너 라인은 종종 추가의 처리 및 기재상의 회로의 생성 전에 추가의 폴리싱 또는 그라인딩 단계가 요구되는 지점까지 결과적인 표면 거칠기를 실질적으로 증가시킨다.

실제 스폴링 공정 전에 이루어지는 레이저 시스템을 사용한 공정 단계가 월너 패턴을 제거하기 위한 솔루션으로 도입되었다. 이 방법은 레이저-이용 스폴링(LAS: Laser-Assisted Spalling)으로 지칭된다. 여기서 균열 전파의 수평면은 짧은 레이저 펄스와 광학계의 높은 개구수(nemerical aperture)로 재료의 처리 면에 의해 형성된다. 레이저 광자 에너지는 재료 밴드 갭 에너지 미만으로 선택되기 때문에, 재료는 레이저 방사선에 대해 투명하므로 재료 내 깊은 침투가 달성될 수 있다. 광학 축을 따르는 집속 광학기기의 이동(translation)에 의해, 레이저 변형의 평면은 임의로 특정될 수 있고, 마이크로미터 정밀도로 조정될 수 있는 집속 광학기기의 초점 평면에 의해 형성된다.

본 발명의 목적은 공지된 제조 방법을, 특히 더욱 효율화하거나 고속화하여, 개선하는 것이다.

전술한 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 본 발명에 따라 해결된다. 따라서, 본 발명은 바람직하게는 고형체 내에 변형(modifications)을 생성하는 방법에 관한 것이며, 여기서 상기 변형에 의해, 고형체로부터 고형체 부분, 특히 고형체 층을 분리하기 위해 균열을 유도하기 위한 균열 유도 영역(crack guiding region) 또는 분리 평면(detachment plane)이 제공된다. 바람직하게는 본 발명에 따른 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다: 레이저 적용 장치에 대해 고형체를 이동시키는 단계, 하나 이상의 변형을 각각 생성하기 위해 상기 레이저 적용 장치에 의해 레이저 빔들을 연속적으로 생성하는 단계- 여기서, 여기서 상기 레이저 적용 장치는 하나 이상의 파라미터에 따라, 특히 복수의 파라미터에 따라, 특히 연속해서, 레이저 빔의 정의된 집속(focussing) 및 레이저 에너지의 적응 중 하나 이상을 위해 조정된다.

따라서, 바람직하게는, 샘플 또는 고형체 또는 기재의 비균질에 적응을 위해 위치-종속 레이저 파워 조정이 이루어진다.

제조 방법에 따라, 예를 들어, 상기 해결책에 의해 유리하게 보상될 수 있는 도핑 불균일이 고형체에서 발생한다. 예: 도핑 가스(N₂)를 블로잉하여 SiC를 기상 분리하는 동안 탄화규소(SiC)의 도핑이 생성되며, 이 경우에, 눈으로 명확하게 보이는 도핑 스폿이 형성된다. 성공적인 레이저 변형(특히 바람직하게는 균열을 유발하지 않는 충분한 손상)을 위해서, 이들 비균질은 다른 균일하게 가정된 워크피스/샘플에 대한 평균적인 레이저 파라미터와 상이한 레이저 파라미터를 종종 필요로 한다. 대부분의 샘플들에 대해, 평균적인 균질 샘플에 대한 평균적인 레이저 파라미터로 성공적으로 변형시키기 위해 공정 파라미터는 견고하다(즉, 공정 윈도우(process window)가 충분히 크다). 재료 특성의 더 큰 국부적 편차에 대해서, 국부적으로 적응된 레이저 파라미터가 사용되어야 한다. 따라서 사전 지식에 의한 적응 또는 인라인(in-line) 적응이 가능하다.

이 해결책은, 일부 재료(예, SiC)가 국부 굴절률과, 레이저 작용의 위치-종속 조정에 의해 보상될 수 있는 다른 재료 특성 차이(예를 들어, 흡수, 투과, 산란)를 갖기 때문에, 유리하다. 바람직하게는 개개의 또는 몇몇 재료 특성, 즉 흡수, 투과, 산란, 굴절률 등이 각각의 경우 가능한 파라미터로 사용된다. 여기서 위치-종속은 처리될 고형체의 상대 운동이 상기 레이저 적용 장치와 관련하여 이루어진다는 것을 의미한다. 따라서, 레이저 적용 장치 및 고형체 중 하나 이상은 이동되는 것이 가능하다. 상기 하나 이상의 파라미터는 바람직하게는 분석 단계 동안 레이저 빔을 고형체에 적용하기 전에 기록된다. 조사 표면(irradiation surface) 및 방사선이 작용하는 고형체의 체적 중 하나 이상에 대한 파라미터의 변화는 바람직하게는 특성 프로파일 데이터 형태의 데이터 형태로 검색 가능하게 준비 상태로 유지되고, 특히 바람직하게는 고형체에 대한 위치-종속 레이저 적용을 위해 레이저 적용 장치를 작동시키기 위해 사용된다. 또한, 고형체가 배열되는 이동 장치, 특히 X/Y 테이블 또는 회전 테이블이 특성 프로파일 데이터에 따라 작동되거나 동작되는 것이 가능하다. 대안으로서, 상기 특성 프로파일 데이터는 실시간으로 생성되고 평가되는 것이 가능하다. 즉 레이저 적용 장치 및 이동 장치 중 하나 이상을 작동시키기 위해 직접 사용되는 것이 가능하다.

따라서, 인라인 적응은 바람직하게는 실시간으로 (처리 위치 이전의 센서 입력으로) 검출될 수 있는 변화에 기초한다. 예를 들어, 스펙트럼 반사와 같은 비접촉의 일방적(즉, 투과성 대신 반사성) 측정 방법이 특히 적합하다. 사전 지식에 의한 적응을 위해, 바람직하게는, 처리 이전에 사전 지식으로서 보정 계수 K(x, y)를 가지고 카드를 판독하고 이를 이용하여 레이저 파라미터를 국부적으로(x, y) 조정하는 레이저 시스템이 필요하다. 샘플들은, 이 사전 지식이 기계의 척/캐리어에 등록될 수 있도록 바람직하게는 정확한 방향으로 바람직하게는 이동 장치 특히 척/캐리어 상에 고정되는 동안, 제공되는 것이 바람직하다. 국부 에너지 밀도의 적응을 위해, 예를 들어, 파워 트래킹, 적응된 기록 패턴 (다른 천공 밀도) 또는 상이한 기록 패턴을 갖는 다중 오버런(multiple overrun)이 적합하다.

추가의 바람직한 실시 예에 따르면, 7추가 또는 대안 파라미터는, 바람직하게는 후방 산란 광(바람직하게는 라만 산란)의 분석에 의해 결정되는 고형체 재료의 도핑도(degree of doping)이고, 여기서 후방 산란 광은 후방 산란을 트리거링하도록 형성된 방출 광과 상이한 파장 또는 상이한 파장 범위를 가지며, 상기 후방 산란 광은 소정의 위치로부터 또는 소정의 영역으로부터 후방 산란되고, 여기서 라만 기구는 상기 장치의 일부이고 상기 도핑도는 라만 기구에 의해 결정되며, 이들 파라미터 중 하나 이상 또는 모두는 바람직하게는 공통 검출 헤드에 의해, 특히 동시에 검출된다. 라만 분광법(Raman spectroscopy)은 바람직하게는 유리, 사파이어 및 산화알루미늄 세라믹에도 사용된다. 라만 방법은 재료의 깊이를 한 측면으로부터만 측정하기때문에 유리하며, 높은 투과가 필요하지 않고 라만 스펙트럼에 순응(fit)하여 레이저 파라미터와 상관될 수 있는 전하 캐리어 밀도/도핑을 출력한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따른 추가 또는 대안의 파라미터는 미리 결정된 위치에서 또는 미리 결정된 영역 내, 특히 상기 고형체 내부, 특히 고형체 표면으로부터의 일정 거리에서 고형체의 도핑도이다. 바람직하게는, 도핑도는 처리 맵(treatment map)이 생성되거나 공간적으로 분해된 처리 명령이 제공되는 방식으로 위치 정보에 링크되며, 이는 위치-종속된 방식으로 레이저 파라미터, 특히 레이저 집속 및 레이저 에너지 중 하나 이상, 및/또는 추가의 기계 파라미터, 특히 전진 속도를 미리 정의한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 도핑도는 비탄성 산란(라만 산란)을 갖는 후방 산란 광의 분석에 의해 결정되며, 여기서 후방 산란 광은 후방 산란을 트리거링 하기 위해 형성된 방출 광과 상이한 파장 또는 상이한 파장 범위를 가지며, 상기 후방 산란 광은 소정의 위치로부터 또는 소정의 영역으로부터 후방 산란된다.

이 실시 예는, 특히 SiC(뿐만 아니라 다른 재료들)에 대한 레이저 공정에서, 상기 공정이 위치-적응 방식으로 (예를 들어, 상이한 레이저 에너지 등이) 유도되어야 하므로 유리하다. 본 발명에 따르면, 예를 들어 SiC의 경우, 특히 도핑은 이것을 위해 중요한 것으로 확인되었는데, 그 이유는 이것이 처리 파장에 대한 재료의 투명도를 변화시키고 더 높은 도핑도가 더 높은 레이저 에너지를 요구하기 때문이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 도핑도는 편광해석법(ellipsometric) 측정(예를 들어, 후면 반사에 의한 뮐러 매트릭스 편광해석법(Muller matrix ellipsometry))에 의해 결정된다. 편광해석법 측정은 바람직하게는 재료의 광 투과에 기초한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 도핑도는 순전히 광학적으로 보정된 투과 측정에 의해 결정되며, 여기서 보정은 홀(Hall) 측정 및 4-지점 측정에 의해 이루어진다. 이 방법은 또 재료 내 자유 전하 캐리어의 도핑/수를 결정할 수 있으며, 이는 이후에 공정에 필요한 레이저 에너지를 결정할 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 도핑도는 와전류(eddy current) 측정에 의해 결정되며, 바람직하게 고형체 재료 내 전도도 차이가 결정되고 평가된다.

와전류 측정에서 또는 와전류 센서를 사용할 때 또는 와전류 측정 기술에서, 바람직하게는 송신 및 수신 코일이 국부 전도도 차이를 검출하기 위해 사용된다. 고주파 1차 교번 전자장(alternating electromagnetic field)이 송신 코일에서 생성된다. 그 다음 와전류(국부적으로 흐르는 전류)가 전도성 재료 내에 유도되고, 차례로 반대 방향의 2차 전자기 교번 전자장을 생성한다. 따라서, 이 전자장들의 중첩은 측정, 분리 및 평가될 수 있다. 원칙적으로 얇은 전도성 층뿐만 아니라 벌크 재료의 다양한 품질 특성(층 두께, 층 저항, 재료 균질성)을 측정될 수 있다. 전송 배열(샘플이 송신 코일과 수신 코일 사이에 위치)에서, 최적의 분해능을 얻을 수 있지만 반사 측정을 위해 샘플 측면에 두 코일을 배열할 수도 있다. 코일들의 적응된 설계와 주파수 선택을 통해 다양한 침투 깊이와 민감도가 사용될 수 있다.

따라서 원칙적으로 도핑을 측정할 수 있는 다수의 측정 방법이 존재한다. 여기서는 신속하고 비접촉식이며 비파괴적인 방법이 중요하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 제1 파라미터는 고형체의 재료의 평균 굴절률 또는 정의된 변형을 생성하기 위해 레이저 빔이 횡단해야 할 고형체의 영역에서 고형체 재료의 굴절률 또는 고형체의 정의된 지점들에서 및 바람직하게는 정의된 고형체 깊이에서 고형체의 투과이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 제2 파라미터는 레이저 빔의 정의된 변형을 생성하기 위해 횡단해야 하는 고형체의 영역 내 처리 깊이(processing depth)이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제1 파라미터는 굴절률 결정 수단에 의해, 특히 분광 반사(spectral reflection )에 의해 결정되고 및/또는 상기 제2 파라미터는 토포그래피 결정 수단, 특히 공초점 크로마틱(confocal chromatic) 거리 센서에 의해 결정된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 제1 파라미터와 관련된 데이터 및 제2 파라미터와 관련된 데이터는 데이터 저장 장치에 제공되고 적어도 변형을 생성하기 전에 제어 장치에 공급되며, 상기 제어 장치는 생성될 변형의 각각의 위치에 따라 레이저 적용 장치를 조정한다.

본 발명은 고형체로부터 하나 이상의 고형체 층을 분리하는 방법에 관한 것으로, 상기 변형에 의해 고형체로부터 고형체 부분, 특히 고형체 층을 분리하기 위해 균열을 유도하기 위한 균열 유도 영역이 제공된다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 바람직하게는 다음 단계를 적어도 포함한다: 레이저 적용 장치에 대해 상기 고형체를 이동시키는 단계, 하나 이상의 변형을 각각 생성하기 위해 상기 레이저 적용 장치에 의해 레이저 빔들을 연속적으로 생성하는 단계 - 여기서, 상기 레이저 적용 장치는 하나 이상의 파라미터에 따라, 특히 정의된 위치에서 및 정의된 고형체 깊이에 대한 고형체의 투과에 따라, 정의된 변형의 생성을 위해 조정되며, 고형체의 표면 또는 영향을 받은 표면의 영역 및/또는 고형체 체적 또는 고형체의 영향을 받은 체적의 영역의 불균질이 레이저 적용 장치의 조정에 의해 보상되며 -, 고형체 층을 고형체로부터 분리하는 단계. 상기 영향을 받은 체적의 영역은 여기서는 바람직하게는 레이저 방사선이 관통하는 영역을 나타낸다. 바람직하게는 이 영역은 반경 방향으로 최대 1 mm 또는 최대 0.5 mm 또는 최대 0.1 mm까지 레이저 방사선 주변으로 확장된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 파라미터 또는 복수의 파라미터에 관련된 데이터는 데이터 저장 장치에 제공되고 적어도 변형을 생성하기 전에 제어 장치에 공급되며, 상기 제어 장치는 생성될 변형의 각각의 위치에 따라 레이저 적용 장치를 조정한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 변형을 생성하는 레이저 빔은 높은 투과를 갖는 영역보다 낮은 투과를 갖는 영역에서 더 많은 에너지를 가지며, 레이저 적용 장치는 바람직하게는 레이저 빔 에너지를 조정하기 위한 수단 또는 조정 장치 특히 음향-광 변조기를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 고형체 층은 변형 생성의 결과로서 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리되거나 또는 고형체가 변형의 생성 후에 열적으로 작용되고 특히 냉각되고, 열적 작용의 결과로서 고형체 층이 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리되거나, 중합체 층이 고형체 상에 배열되거나 생성되며, 여기서 중합체 층은 바람직하게는 분리될 고형체 층의 표면상에 배열되거나 생성되며, 중합체 층은 열적으로 작용하고, 특히 냉각되며, 여기서 중합체 층은 열적 작용에 따라 강도의 변화를 겪고, 그 결과 중합체 층의 강도 변화의 결과로서, 기계적 응력이 고형체 내에 얻어지며, 여기서 기계적 응력은 고형체로부터 고형체 층을 분리하기 위해 균열 유도 영역을 따라 균열 전파를 야기한다.

본 발명은 바람직하게는 고형체 부분, 특히 고형체 층을 고형체로부터 분리하기 위한 분리 영역을 상기 고형체 내에 생성하는 방법에 관한 것이며, 여기서 분리될 고형체 부분은 바람직하게는 상기 고형체 부분에 의해 감소된 고형체보다 더 얇다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다: 처리될 고형체를 제공하는 단계 - 여기서, 고형체는 화학적 화합물로 이루어짐-, 레이저 광원을 제공하는 단계, 레이저 광원의 레이저 방사선을 고형체에 적용하는 단계 - 여기서, 레이저 빔은 분리될 고형체 부분의 표면을 거쳐 고형체 내로 침투하고 및/또는 레이저 방사선 온도는 고형체 내부의 고형체의 미리 정의된 부분을 정의된 방식으로 제어하여 분리 영역 또는 복수의 부분 분리 영역들을 형성한다. 바람직하게는, 레이저 빔에 의해 고형체의 미리 정의된 부분에 생성된 온도는 상기 미리 정의된 부분을 형성하는 재료가 미리 결정된 재료 변환의 형태로 변형될 만큼 높다. 특히 바람직하게는 상기 변형은 고형체 내 압력 상승을 가져온다.

추가로 또는 대안으로, 본 발명은 고형체로부터 하나 이상의 고형체 층을 분리하는 방법에 관한 것이다. 이 경우에 이러한 분리 방법은 바람직하게는 적어도 다음의 단계를 포함한다: 처리될 고형체를 제공하는 단계 - 여기서, 고형체는 화학적 화합물로 이루어짐 -, 레이저 광원을 제공하는 단계, 레이저 광원의 레이저 방사선을 고형체에 적용하는 단계 - 여기서, 레이저 빔은 분리될 고형체 부분의 표면을 거쳐 고형체 내로 침투하며, 상기 레이저 방사선 온도는 고형체 내부의 고형체의 미리 정의된 부분을 정의된 방식으로 제어하여 분리 영역 또는 복수의 부분 분리 영역들을 형성한다. 바람직하게는, 레이저 빔에 의해 고형체의 미리 정의된 부분에 생성된 온도는 상기 미리 정의된 부분을 형성하는 재료가 미리 결정된 재료 변환의 형태로 변형될 정도로 높다. 특히 바람직하게는 상기 변형은 고형체 내 압력 상승을 가져온다.

이 경우, 바람직하게는 고형체 층이 압력 상승의 결과로서 균열의 전파로 인해 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리된다.

또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 레이저 빔은 고형체의 길이 방향으로 또는 고형체의 길이 방향에 대해 최대 60°의 각도로 기울어져 바람직하게는 고형체 층의 일부인 특히 평탄한 표면을 거쳐 고형체 내로 침투한다. 균열 유도 영역은 바람직하게는 몇 개의 변형 층으로부터 형성되며, 여기서 상기 층들은 서로 간격을 두고 또는 길이 방향에서 오프셋되어 생성되고, 및/또는 적어도 복수의 상기 변형은 길이 방향으로 1 내지 50 ㎛ 또는 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 사이로 확장되고, 및/또는 변형을 생성하기 위한 레이저 빔은 개구수가 0.8 미만, 특히 0.5 이하인 방식으로 고형체에 도입된다.

본 발명은 또한 적어도 부분적으로 돔형 또는 곡선형인 하나 이상의 고형체 층을 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다: 레이저 적용 장치에 대하여 고형체를 이동시키는 단계, 고형체 내부에 각각 하나 이상의 변형을 생성하기 위해 레이저 적용 장치에 의해 레이저 광선들을 연속적으로 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형의 결과로서 고형체 부분, 특히 고형체 층을 고형체로부터 분리시키기 위해 균열을 유도하기 위한 균열 유도 영역이 제공되고, 상기 변형은 고형체 내 압력 상승을 가져오고, 상기 고형체 층은 압력 상승의 결과로서 균열의 전파로 인해 상기 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 분리되고, 상기 고형체 층의 일부로서 상기 변형의 적어도 일부는 상기 고형체로부터 분리되고, 상기 고형체 층은 상기 변형의 결과로서 곡선 또는 돔 모양으로 변환되고, 상기 균열 유도 영역으로부터 얻어지는 상기 고형체 층의 추가 표면 부분은 적어도 부분적으로 볼록하게 성형된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 레이저 빔은 고형체의 길이 방향으로 또는 고형체의 길이 방향에 대해 최대 60°의 각도로 기울어져 바람직하게는 고형체 층의 일부인 특히 평탄한 표면을 거쳐 고형체 내로 침투하고 상기 균열 유도 영역은 바람직하게는 몇 개의 변형 층으로부터 형성되며, 상기 층들은 서로 간격을 두고 또는 길이 방향에서 오프셋되어 생성되고, 및/또는 적어도 복수의 상기 변형은 길이 방향으로 1 내지 50 ㎛ 또는 5 ㎛ 내지 50 ㎛ 사이로 확장되고, 및/또는 상기 변형을 생성하기 위한 레이저 빔은 개구수가 0.8 미만, 특히 0.5 이하인 방식으로 고형체에 도입된다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 고형체 층, 특히 고형체 웨이퍼를 고형체 또는 도너 기재(donor substrate)로부터 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체를 제공하는 단계, 레이저 빔에 의해 고형체 내부에 변형을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형의 결과로서 분리 영역 또는 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 고형체 층은 상기 분리 영역 또는 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 분리됨-, 및 고형체의 재료를 제거하여 특히 주위의 리세스(circumferenctial recess)를 생성하는 단계. 여기서 재료의 제거는 고형체의 길이 방향으로 발생하고, 상기 분리 영역은 상기 재료 제거의 결과로서 노출된다.

고형체로부터 고형체 층의 분리. 바람직하게는, 재료 제거의 결과로서 고형체 층이 고형체로부터 분리되는 방식으로 고형체가 균열 유도 영역 내의 변형에 의해 약화되거나, 또는 고형체 층이 고형체로부터 분리되는 방식으로 재료의 제거 후에 다수의 변형이 발생되어 균열 유도 영역에서 고형체가 약화되거나, 또는 주위 표면에 대해 경사지게 정렬된 상기 고형체의 특히 평탄한 표면상에 응력 발생 층이 생성 또는 배열되고 상기 응력 발생 층에 대한 열적 작용의 결과로서, 고형체 내에 기계적 응력이 발생되며, 여기서 고형체 층을 분리하기 위한 균열이 기계적 응력의 결과로서 생성되고, 이 균열이 재료 제거에 의해 노출된 고형체의 표면으로부터 시작하여 변형을 따라 전파하거나, 또는 상기 고형체가 열적으로 작용되고 특히 변형의 생성 후에 냉각되고 상기 열적 작용의 결과로서 고형체 층이 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리되는 것에 의해, 고형체 층은 고형체로부터 분리된다.

결과적으로, 고형체 상에 수용층을 배열 또는 생성하는 단계는 바람직하게는, 상기 수용층이 중합체 재료, 특히 폴리메틸 실록산 또는 엘라스토머 또는 에폭시 수지 또는 이들의 조합을 포함하거나 또는 이것들로 이루어지고, 상기 수용층 상의 열적 작용의 결과로서, 특히 기계적으로, 고형체 내에 균열 전파 응력을 생성하는 특징을 가지며, 상기 중합체 재료는 유리 전이를 겪고, 여기서 균열 전파 응력의 결과로서 균열이 고형체 내에서 균열 유도 영역을 따라 전파된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현 예에 따르면, 상기 수용층은 중량으로 적어도 대부분 그리고 바람직하게는 완전히 중합체 재료를 포함하거나 또는 그것으로 이루어지며, 여기서 중합체 재료의 유리 전이는 -100℃와 0℃ 사이, 특히 -85℃와 10℃ 사이 또는 -80℃와 -20℃ 사이 또는 -65℃와 -40℃ 사이 또는 -60℃와 -50℃ 사이에 있다.

상기 수용층은 바람직하게는 중합체 하이브리드 재료로 이루어지거나, 그러한 재료를 포함하며, 이것은 특히 바람직하게는 중합체 매트릭스를 형성하고, 여기서 필러(filler)가 중합체 매트릭스 내에 위치하며, 중합체 매트릭스는 바람직하게는 폴리메틸실록산 매트릭스이고, 상기 중합체 매트릭스 재료 중의 중합체 매트릭스의 질량 분율은 바람직하게는 80% 내지 99%이고, 특히 바람직하게는 90% 내지 99%이다.

상기 수용층은 바람직하게는 사전 제작된 필름으로 준비되어 고형체에 결합되며, 구체적으로는 부착되거나 접착된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 적어도 2개의 고형체 부분 조각이 고형체 출발 재료로부터 생성되는 분할 방법에서 사용하기 위한 중합체 하이브리드 재료가 특정된다. 본 발명에 따른 중합체 하리브리드 재료는 중합체 매트릭스 및 그 안에 매립된 하나 이상의 제1 필러를 포함한다. 이하 필러에 대해 언급되는 경우에서, 동시에 복수의 필러의 가능성도 포함해야 한다. 예를 들어, 필러는 상이한 재료들의 혼합물, 예컨대 금속 입자 및 무기 섬유를 포함할 수 있다. 임의의 중합체 또는 상이한 중합체들의 혼합물이, 고형체 출발 재료의 분할에 필요한 응력의 생성을 도울 수 있는 중합체 매트릭스로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 중합체 매트릭스는 엘라스토머 매트릭스로서, 바람직하게는 폴리디오가노실록산 매트릭스로서, 특히 바람직하게는 폴리디메틸 실록산 매트릭스로서 구성될 수 있다. 이러한 중합체 재료는 필러와 조합된 매트릭스 재료로서 특히 쉽게 사용될 수 있는데, 이는 가변 가교 결합도(degree of cross-linking)의 결과로서 특성이 유연하게 조정될 수 있고 각 필러 및 분할될 고형체 출발 재료에 적응될 수 있기 때문이다. 일 실시 예에 따르면, 중합체 하이브리드 재료 내의 중합체 매트릭스의 질량 분율은 80% 내지 99%, 바람직하게는 90% 내지 99% 일 수 있다.

제1 필러는 유기 또는 무기 성질을 가질 수 있고, 화학적 요소(element) 및 화학적 화합물 또는 물질 혼합물 예를 들면 합금으로 이루어질 수 있다.

제1 필러는 분할 후 고형체 부분 조각으로부터 중합체 하이브리드 재료의 분리 동안 반응물, 개시자, 촉매 또는 촉진제로서 작용하고 그에 의해 제1 필러가 없는 중합체 재료와 비교하여 분할 후에 고형체 부분 조각으로부터의 중합체 하이브리드 재료를 더 신속하게 분리시키도록 구성된다.

제1 필러의 특정 화학적 조성 및 구성과 그의 질량 분율은 이 경우에 분리될 중합체 매트릭스의 특정 재료와, 이 목적을 위해 사용된 용매, 및 사용된 반응물에 따라 특히 좌우된다. 또한, 고형체 출발 재료 및 분리될 고형체 출발 재료의 치수도 또한 역할을 한다.

중합체 매트릭스에서 제1 필러의 특정 분율은 필러의 재료 및 그 작용 방식에 강하게 의존한다. 한편으로, 필러에도 불구하고 중합체 매트릭스는 여전히 응력을 발생시키는 과제를 수행해야 한다. 반면에, 제1 필러의 분율은 중합체 제거의 바람직한 효과를 달성하기에 충분히 높아야만 한다. 당해 기술분야의 통상의 기술자는 간단한 농도-의존 시험의 과정에서 제1 필러의 최적의 질량 분율을 각각 결정할 수 있다.

기계적 성질을 개선시키기 위해, 중합체 내의 무기 망상 형태의 발열성 규산과 같은 추가 필러가 추가로 기여할 수 있다. 망상 형태의 이러한 강력한 상호 작용 외에도, 순전히 유체역학적인 보강물로 인한 덜 강력한 상호 작용도 개선에 기여할 수 있다. 예를 들어, 목표한 점도의 증가가 여기에서 언급될 수 있으며, 이는 분할 방법에서 개선된 처리를 가능하게 하고, 따라서 제조 공차의 개선에 기여할 수 있다. 또한, 이러한 상호 작용의 결과로서 보강의 증가에 따른 구조적 재배향에 대한 내부 자유도의 감소가 어렵게 된다. 이것에 의해 결국 중합체 하이브리드 재료에 사용되는 중합체의 유리 전이 온도에서 원하는 감소가 달성되며, 이는 분할 방법에서보다 낮은 온도의 이점을 가능하게 한다. 본 발명에 따르면, 중합체 하이브리드 재료 내의 제1 필러는 고형체 부분 조각으로부터 중합체 하이브리드 재료의 분리를 촉진하는데 사용되며, 이것은 고형체 출발 재료가 2개 이상의 고형체 부분 조각들로 분할되는 분할 방법에 의해 분할하여 얻어진다.

제1 필러는, 그 질량 분율이 분할 방법 동안에 고형체 출발 재료에 연결되는 중합체 하이브리드 재료의 외부면 즉 하부 경계면으로부터 시작하여 상기 하부 경계면에 평행하게 배열된 중합체 하이브리드 재료의 추가 경계면의 방향으로 감소하는 방식으로, 중합체 매트릭스 내에 분포될 수 있다. 이는 고형체 출발 재료 또는 부분 조각 근처에서의 필러의 질량 분율이 중합체 하이브리드 재료의 나머지 영역에서보다 더 크다는 것을 의미한다. 제1 필러의 이러한 분포는 분리 후에 중합체 하이브리드 재료의 특히 효과적인 제거를 가능하게 하는데, 그 이유는 제1 필러가 고형체 부분 조각에 대한 경계면에 가까이 위치되어 거기에서 그 작용을 발현할 수 있기 때문이다. 동시에, 중합체 하이브리드 재료의 나머지 영역은 중합체의 기능이 가능한 한 영향을 적게 받도록 제1 필러 분율이 거의 없거나 심지어 전혀 없다.

일 실시 예에서, 중합체 하이브리드 재료는 층 형태로 구성되며, 여기서 고형체 출발 재료에 면하는 단지 하나의 층만이 제1 필러를 포함하고, 나머지 중합체 하이브리드 재료는 제1 필러가 없다. 또한, 하부 경계면에 직접 인접한 중합체 하이브리드 재료의 하부 영역은 제1 필러가 없을 수 있다. 따라서, 일련의 영역들이 다음과 같이 얻어질 수 있다: 제1 필러가 없는 영역이 고형체 출발 재료에 인접하여 초기에 위치되고, 이어서 제1 필러의 비율이 높은 영역 및 제1 필러의 비율이 낮거나 필러가 없는 영역이 뒤따른다.

이하에서 설명되는 모든 영역은 층의 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상기 영역은, 중합체 하이브리드 재료가 도포되고 적어도 이 경계면의 영역 내에 길이 방향의 횡단하는 확장을 갖는 고형체 출발 재료의 경계면에 대부분 평행하게 확장된다. 제1 필러가 없는 하부 영역은, 특히 제1 필러가 고형체 출발 재료에 대한 중합체 하이브리드 재료의 접착성을 저하시키는 경우에, 제공될 수 있다. 이를 피하기 위해, 우선 필러가 없는 영역이 제공된 후 이어서 제1 필러의 비율이 높은 영역이 그 다음에 제공되어 제1 필러가 그 기능을 완수할 수 있도록 한다. 제1 필러가 없는 하부 층은 예를 들어 10 ㎛ 내지 500 ㎛ 사이, 예를 들어 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

또한, 상부 경계면에 직접 인접한 중합체 하이브리드 재료의 상부 영역은 제1 필러가 없을 수 있다. 여기에서 상기 상부 경계면은 하부 경계면에 대향하는 중합체 하이브리드 재료 및 고형체 출발 재료를 주변을 향하여 한정하는 것으로 이해되어야 한다. 상부 및 하부 경계면은 서로 평행하게 배열될 수 있다.

제1 필러가 없는 이러한 상부 영역은 특히, 제1 필러가 주변 및 중합체 하이브리드 재료 사이의 열 전달에 불리하게 영향을 줄 때, 예를 들어 중합체 하이브리드 재료의 냉각이 지연될 때 제공될 수 있다.

제1 필러는 기체 생성물을 방출시키기 위해 반응물 바람직하게는 산화제와 반응할 수 있는 재료를 포함하거나 또는 그런 재료로 이루어질 수 있다.

이 수단에 의해 중합체 매트릭스에 공극들(cavities)이 생성될 수 있으며, 이것들은 중합체 매트릭스 및 임의의 기존 희생 층에 대한 반응물 및 용매의 더 신속한 접근을 가능하게 하고 부가적으로 추출물 및 용해된 성분의 더 신속한 제거를 가능하게 한다.

기체 반응 생성물의 생성의 결과로서, 중합체 하이브리드 재료의 제거를 추가로 보조하는 추가적인 구동력이 도입될 수 있다. 부가적인 공극들의 형성 및 기체 반응 생성물의 생성은 중합체의 제거를 촉진시키고, 따라서 분할 방법의 전체 수율의 증가에 기여한다. 제1 필러의 비율을 변화시킴으로써, 고형체 부분 조각과 중합체 하이브리드 재료 사이 또는 희생층과 중합체 하이브리드 재료 사이의 경계 영역 내 공극 밀도가 특히 영향을 받을 수 있다.

제1 필러는 금속, 특히 알루미늄 철, 아연 및 구리 중 하나 이상을 포함하거나, 금속, 특히 상기 금속들로 이루어질 수 있다. 여기서 "이루어질 수 있다"는 것은 현재 기술된 재료를 모두 포함하는 외에, 기술적으로 유도된 불순물 또는 기술적으로 유도된 첨가물로서 예를 들어 필러의 제조 또는 중합체 매트릭스에 대한 그의 분포 또는 결합에 사용되는 것도 포함한다

금속 필러는 예를 들어 염산, 질산, 시트르산, 포름산 또는 술파민산과 같은 산화제와 반응하여 기체 생성물을 방출하고 그것에 의해 중합체 하이브리드 재료로부터 제거된다.

예를 들어, 알루미늄은 농축된 염산과 반응하여 다음 식에 따라 용매화된 금속 이온 및 수소를 형성한다: 6HCl + 2Al + 12H₂O!2[AlCl₃*6H₂O] + 3H₂.

유사하게, 농축된 염산과의 반응에 의한 필러로서 아연의 반응은 5개의 추가 공극을 생성한다: Zn + 2HCl!ZnCl₂ + H₂. 상기 예들에서, 수소의 생성에 의해 추가 구동력이 도입되며 이것은 중합체 하이브리드 재료의 제거를 추가로 지원한다. 또한, 제1 필러는, 예를 들어 중합체 매트릭스의 중합체보다 높은 열 확산성(thermal diffusivity)을 갖는 제1 필러에 의해 중합체 하이브리드 재료 내부의 열 전도율을 개선시킬 수 있다. 예를 들어 제1 필러가 금속을 포함하는 경우의 추가의 이점은 중합체 하이브리드 재료 내에서 향상된 열 확산성이다. 개선된 열 확산성으로 인해, 냉각에 의해 고형체 출발 재료의 분할을 위해 생성된 응력은 결과적으로 더 효과적으로, 즉 더 신속하게 그리고 적은 냉각제의 소비로 생성될 수 있다. 이는 분할 방법의 전체 수율을 증가시킬 수 있다.

또한, 제2 필러가 없는 중합체 하이브리드 재료에 비해 고형체 출발 재료상의 중합체 하이브리드 재료의 접착을 향상시키는 제2 필러가 중합체 하이브리드 재료에 제공될 수 있다. 바람직하게는 상기 접착은 필러가 없는 중합체 재료와 비교하여 향상된다.

예를 들어, 제2 필러는 플라즈마에 의해 활성화될 수 있는 필러를 포함할 수 있다. 플라즈마 활성화는 새로운 표면 종(species)을 생성하며, 이는 고형체 출발 재료의 표면과 더 강한 상호 작용이 일어나고 결과적으로 중합체 하이브리드 재료의 접착이 개선되도록 생성될 수 있다.

플라즈마 처리에 의해 달성될 수 있는 표면 종의 유형은 주로 플라즈마 공정의 공정 제어에 의존한다. 예를 들면, 플라즈마 처리 동안 질소, 산소, 실란 또는 클로로실란과 같은 기체가 첨가될 수 있으며, 이에 의해 예를 들어 고형체 출발 재료의 표면과 보다 강하게 상호 작용할 수 있는 극성기(polar group)가 형성될 수 있다.

제2 필러는, 제2 필러의 질량 분율이 하부 경계면의 방향으로 증가하도록 중합체 매트릭스 내에 분포될 수 있다. 예를 들어, 중합체 하이브리드 재료는 하부 경계면에 인접한 영역에만 제2 필러를 함유할 수 있으며, 여기서 상기 영역은 또 전술 한 정의의 의미로 층으로서 구성될 수 있다.

이것은 바람직하게는 중합체 하이브리드 재료와 고형체 출발 재료 사이의 경계면 근방에 제2 필러의 배열을 가능하게 하여, 접착이 개선되고 따라서 분리될 고형체 출발 재료 내로의 더 큰 힘의 전달이 가능하게 된다. 예를 들어, 제2 필러는 코어-쉘(core-shell) 중합체 입자를 포함할 수 있다.

이 경우 중합체 조성이 중합체 하이브리드 재료의 중합체 매트릭스와 상이한 입자들이 바람직한데, 이는 특히 표면, 즉 코어-쉘 입자의 쉘이 예를 들어 저온 플라즈마에 의해 보다 강하게 활성화 될 수 있기 때문이다.

이것의 예는, 아크릴레이트 쉘과 폴리실록산 코어를 포함하거나, 에폭시 쉘과 나노크기 실리케이트 코어를 포함하거나, 에폭시 쉘과 고무 입자 코어를 포함하거나, 에폭시 쉘과 니트릴고무 입자 코어를 포함하는 코어-쉘 입자들이 있다. 제2 필러는 저온 플라즈마(예를 들어, 냉 플라즈마)에 의해 활성화될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마는 유전체 장벽 방전(DBE: dielectric barrier discharge)에 의해 생성될 수 있다. 이 경우, 10¹⁴ 내지 10¹⁶m^-3 범위의 전자 밀도가 생성될 수 있다. DBE에 의해 생성된 "냉(cold)" 비평형 플라즈마(플라스마 체적)의 평균 온도는 주변 압력에서 약 300±40K이다. DBE에 의해 생성된 비 열적(non-thermal) 플라즈마의 평균 온도는 주변 압력에서 약 70℃이다.

DBE 처리 동안, 표면은 예를 들어 수 마이크로 초에서 수십 나노초의 펄스 듀레이션 및 한 자리 내지 두 자리의 킬로볼트 범위의 진폭을 갖는 단극 또는 양극 펄스에 노출된다. 이 경우 방전 공간에 금속 전극이 없어서 금속 불순물이나 전극 마모가 예상되지 않는다.

또한, 전하 캐리어가 전극에서 빠져나가거나 들어갈 필요가 없으므로 고효율이 유리하다.

유전체 표면은 저온에서 변형되고 화학적으로 활성화될 수 있다. 표면 변형은 예를 들어 이온 충격에 의한 표면 종의 상호 작용 및 반응에 의해 달성될 수 있다. 또한, 특정 표면에 화학 그룹들(chemical groups)을 생성하기 위해, 공정 가스 예를 들어, 질소, 산소, 수소, 실란 또는 클로로실란, 예를 들어 E = F, Cl, Br, I, O, H이고 x = 0 내지 10, z = 0 내지 10을 갖는 SixHyEz, SiH₄, Si(EtO)₄ 또는 Me₃SiOSiMe₃ 등이 플라즈마 처리 동안 첨가될 수 있다. 제2 필러는 코로나 처리, 화염 처리, 불소화, 오존 처리 또는 UV 처리 또는 엑시머 조사에 의해 추가로 활성화될 수 있다. 이러한 활성화의 결과로서, 예를 들어, 극성 그룹이 제2 필러의 표면상에 생성되며, 이는 고형체 출발 재료의 표면과 상호 작용하여 접착을 향상시킬 수 있다. 중합체 하이브리드 재료는 제1 필러를 갖는 중합체 하이브리드 재료에 비해 또는 제1 및 제2 필러를 갖는 중합체 하이브리드 재료에 비해 제3 필러를 추가로 포함할 수 있다. 이제 제3 필러는 중합체 매트릭스의 중합체에 비해 더 높은 열 확산성 및 더 높은 탄성 계수 중 하나 이상을 갖는다.

예를 들어, 저온 조건하에서 중합체의 탄성 계수는 더 낮은 한 자리 기가파스칼(gigapascal) 범위 (약 1 내지 3 GPa)에 놓이는 반면, 예를 들어 금속 필러는 2 자리 내지 3 자리의 기가파스칼 범위의 탄성 계수를 갖는다. 상응하는 높은 필러 분율로, 퍼콜레이션 필러 네트워크(percolating filler network)가 가능하며, 이는 고형체 출발 재료 내로 개선된 "힘 결합(force coupling-in)"을 가능하게 한다.

퍼콜레이션은 각각의 필러들의 부피 충전 정도(예를 들어, 종횡비(aspect ratio)에 따라 0.1 부피%, 1 부피% 내지 10 부피%)에 의해 실질적으로 영향을 받는다. 힘의 도입이 증가함에 따라, 중합체 구조의 점탄성 층 구조는 잠길 수 있고 다수의 퍼콜레이션 경로가 효과적이게 된다. 여기서, 고형체 출발 재료의 표면과 필러의 접촉이 개선될 수 있기 때문에 개선된 열 전달이 가능해진다.

또한, 중합체 하이브리드 재료의 기계적 안정성이 저온에서 더 신속하게 달성된다. 전체적으로 이것은 예를 들어, 중합체 하이브리드 재료의 파괴 응력(breaking stress) 및 인장 강도(breaking strain)과 같은 대응하는 구조적 특성 프로파일의 표준 편차를 더 낮아지게 하여 분할 방법의 전체 수율을 증가시킨다. 공간적으로 분해된 특성 프로파일 변화(중합체 하이브리드 재료 내 응력 피크) 및 그에 따라 고형체 내에서 더 작아지며, 이는 분할 방법의 전체 수율을 높이고 생성되는 고형체 부분 조각의 품질을 향상시킨다.

제3 필러는 주위와 중합체 하이브리드 재료 사이의 개선된 열 전달 및 중합체 하이브리드 재료 내부의 더 빠른 열 전도를 초래하여, 중합체 하이브리드 재료가 더 신속하게 냉각될 수 있고 상기 분할 방법이 전체적으로 더 신속하게 그리고 더 효과적으로 수행될 수 있게 한다.

탄성 계수의 증가로 인하여, 고형체 출발 재료의 분할을 위한 더 높은 응력이 생성될 수 있어서 특히 높은 응력이 요구되는 고형 출발 재료도 분리될 수 있다.

또한, 제3 필러는 열팽창 계수에 영향을 주기 위해 사용될 수 있다. 여기에서의 목적은 분할에 필요한 응력을 달성할 수 있도록 중합체 하이브리드 재료와 분리될 고형체 출발 재료의 열팽창 계수 사이의 가장 큰 가능한 차이이다. 바람직하게는, 제3 필러는 높은 열 팽창 계수를 갖는다. 즉 중합체 매트릭스의 팽창 계수보다 높은 팽창 계수를 갖는다. 예를 들어, 제3 필러의 열팽창 계수는 300 ppm/K을 초과할 수 있다.

특히 주위에 대한 특히 경계면에서 더 신속한 열 전달을 가능하게 하기 위해 제3 필러의 질량 분율이 상부 경계면의 방향으로 증가하도록, 제3 필러는 중합체 매트릭스 내에 분포될 수 있다.

제3 필러는 금속, 특히 알루미늄, 철, 아연 및 구리 중 하나 이상을 포함할 수 있거나, 상기 금속들 중 하나로 이루어질 수 있다. 금속은 일반적으로 높은 열전도율 및 열 확산성을 특징으로 한다.

기술된 필러(제1, 제2, 제3 필러)는 중합체 매트릭스 중에 미립자 형태로 분포되어 존재할 수 있고, 여기서 입자 크기는 입자의 1 이상의 차원(dimension)에 대하여 ㎛ 및 nm 범위일 수 있다. 구형 이외에, 필러 입자는 또한 예를 들어 막대 형상 또는 디스크 형상과 같은 상이한 구성을 가질 수 있다.

필러 입자는 모든 특정한 분포, 예를 들어 단일모드(monomodal) 분포 또는 이중모드(bimodal) 분포, 특히 단분산(monodisperse) 분포 또는 넓은(broad) 분포를 가질 수 있다. 필러는 물리적으로 예를 들어 중합체 네트워크에 내장하여 그리고 화학적으로도 구속될 수 있다. 또한, 전술한 필러 중 하나 이상은 무기 또는 유기 섬유, 예를 들어 탄소, 유리, 현무암 또는 아라미드 섬유를 포함하거나 전술한 기능이 이들과 조화될 수 있다면 이것들로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 상기 섬유들을 포함하거나 그것들로 이루어진 추가 추가의 필러가 첨가될 수 있다.

섬유는 대개 매우 이방성(anistropic) 성질을 갖는다. 중합체 하이브리드 재료 내에서 필러의 방향-종속적 위치 설정에 의해, 고형체 출발 재료를 분할하는데 요구되는 응력에 특별히 영향을 주는 것이 가능하다. 이는 분할 방법의 전체 수율을 증가시키는 데 도움이 될 수 있다. 중합체 하이브리드 재료 내부의 기계적 특성의 향상이 달성될 수 없으면서 유기 또는 무기 필러가 높은 이방성 구조를 갖는 섬유 재료로서 사용되는 경우에 추가적인 이점이 있다.

전술한 필러들은 추가로 코어-쉘 입자를 포함하거나 이들로 이루어질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 코어-쉘 입자를 포함하거나 이로부터 이루어진 추가의 필러가 중합체 하이브리드 재료 내에 제공될 수 있다.

개선된 활성화능(activatability) 이외에, 코어-쉘 중합체 입자의 사용은 또한 에너지 흡수 메카니즘의 새로운 구성을 허용하며, 이것은 전체적으로 분할 방법에서 사용될 때 충격 강도 및 파괴 인성의 증가, 특히 저온에서의 중합체 하이브리드 재료의 충격 강도의 증가를 초래하여 분할 방법의 전체 수율을 높이는 데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 중합체 하이브리드 재료로 제조된 필름의 기계적 파손이 낮은 확률로 발생할 수 있으므로 필름의 재사용 가능성이 선호될 수 있다.

예를 들면, 코어-쉘 중합체 입자의 결과로서 균열 전파를 방지함으로써, 분할 방법에서 필름의 파괴가 방지되고 재사용 방법이 열린다.

이 경우, 얻어진 엘라스토머 입자는 소성 변형을 일으켜 공극을 형성할 수 있어 추가 에너지가 흡수될 수 있다. 또한, 매트릭스의 전단 흐름에 의한 추가적인 에너지 흡수가 보상될 수 있으며 이는 전반적으로 기계적 특성을 향상시킨다. 코어-쉘 입자는 하나의 재료의 일반적으로 구형인 코어가 제2 재료의 쉘로 둘러싸이는 것을 특징으로한다. 쉘은 코어를 완전히 감싸거나 투과(transmitting)할 수 있다. 재료들은 예를 들어 금속과 같은 무기 재료 또는 예를 들어 중합체와 같은 유기 재료일 수 있다. 예를 들어, 2개의 서로 다른 금속이 결합될 수 있다. 그러나 중합체로 제조된 코어를 금속 또는 제2 중합체로 제조된 쉘로 에워싸는 것도 가능하다.

코어-쉘 입자는 제1 및 제2 재료의 특성을 조합하는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 필러 입자의 크기 및 밀도는 저렴한 중합체 코어에 의해 특정될 수 있지만, 금속 쉘은 전술한 바와 같이 반응할 수 있다. 이들의 빈번하게 단분산 입자 크기 분포의 결과로서, 코어-쉘 입자의 특성 또한 정확하게 예측되고 조정될 수 있다.

또한, 하나 이상의 필러(제1, 제2 및 제3 필러 중 하나 이상)는 공업적 그을음(카본 블랙), 그래파이트, 조각 탄소 섬유, 탄소 나노섬유의 형태, 바람직하게는 예를 들어 다층 벽 탄소 나노튜브(MWCNT: multi-walled carbon nanotubes) 및 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT: single-walled carbon nanotubes)와 같은 탄소 나노튜브(CNT)의 형태의 탄소를 포함하거나, 이들로 이루어질 수 있다. 탄소 나노튜브는 상이한 수의 실린더로 구성되는 실린더형 그래파이트 층들로 이루어진다.

이들 튜브가 하나의 실린더로만 구성되는 경우, 이들은 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT)로 지칭된다. 두 개 이상의 실린더가 있는 경우, 이중 벽 탄소 나노튜브(DWCNT) 또는 다중 벽 탄소 나노튜브(MWCNT)가 형성된다. 이들은 바람직하게는 서로 내부에 동심원적으로 포개질 수 있다.

다양한 실시 예에 따르면, 제3 필러는 MWCNT를 포함할 수 있거나 또는 이들로부터 이루어질 수 있는데, 이는 이것들이 특히 높은 열 전도율(3000W*(m*K)-1 초과)을 가지며, 동시에 5-60 GPa의 범위의 매우 높은 인열 강도(tearing strength)을 가지기 때문이다. 높은 기계적 안정성은 여기서 높은 찢김 값, 극한의 탄력성 및 필러의 매우 우수한 복원성으로 나타난다.

이에 대한 기초는 3개의 이웃하는 탄소 원자에 대한 비편재된(delocalized) p-궤도 ss π-결합과 관련된 sp2 혼성화된 강한 σ-C-C- 결합이다. 여기서 90°까지 편향이 가능하다.

SWCNT로 훨씬 더 높은 특성 값이 얻어질 수 있다(탄성 계수: 410 GPa 내지 4150 GPa 대 흑연: 1000 GPa, SWCNT: 약 6000 W*(m*K)-1의 열 전도율). 그러나 MWCNT와 비교할 때 성능/비용 비율이 더 낮다. MWCNT의 실린더 직경은 전형적으로 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 5 내지 50 nm 범위이고, 길이는 500 nm 내지 1000 ㎛이다.

추가의 실시 예에 따르면, 제3 필러는 MWCNT를 포함할 수 있고, 동시에 제1 및 제2 필러 중 하나 이상은 카본 블랙을 포함하거나 이것으로 이루어질 수 있으며 이는 열 전도율의 개선(예를 들어, 200W*(m*K)-1까지)이 또한 달성될 수 있기 때문이다. 예를 들어 카본 블랙의 사용은 찢김 강도를 0.4GPa 미만의 값으로 현저히 낮추기 때문에, 두 개 이상의 필러의 조합이 가능하고 그 결과 전체 분할 수율을 향상시키고 분할 방법의 전체적인 비용을 개선할 수 있다.

이 경우, 그을음 입자(카본 블랙)의 평균 직경은 5 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 20 nm 내지 200 nm 범위이고, 특히 바람직하게는 40 nm 내지 100 nm이다.

또한, 필러는 규산, 예를 들면, 발열성 규산이거나 이것으로 이루어질 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 규산을 포함하거나 이것으로 이루어진 추가의 필러가 중합체 하이브리드 재료 내에 제공될 수 있다.

발열성(pyrogenic) 규산은 3차원 네트워크를 형성할 수 있고 그에 의해 기계적 안정성의 향상에 기여할 수 있다. 따라서, 이러한 필러는 중합체 하이브리드 재료의 기계적 특성의 목표한 조정을 위해 사용될 수 있다. 상기 필러(제1, 제2, 제3 필러) 중 하나 이상은 그것들에 부여된 기능과 조화될 수 있다면 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3 필러는 모두 알루미늄을 포함하거나 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 알루미늄은 공극을 생성하여 고형체 부분 조각으로부터 중합체 하이브리드 재료의 분리를 가속시키고 또한 열 확산성을 증가시키기 위해 전술한 바와 같이 사용될 수 있다. 이러한 구성은 모든 기능을 충족시키기 위해 하나 또는 두 필러만을 첨가하는 것으로 충분하기 때문에 제조 공정을 단순화한다.

제1 및 제2 및 선택적으로 제3 필러는 또한 상이한 재료로 이루어질 수 있다. 이것은 필러의 개별적인 적응을 가능하게 하여 더 양호한 적응을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 필름은 전술한 바와 같은 중합체 하이브리드 재료를 포함한다. 필름은 예를 들어, 0.5 내지 5 mm의 두께를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 중합체 하이브리드 재료 또는 필름은 대응하는 복합 구조가 얻어지도록 적어도 이 표면에 적용되어진다. 적용된 중합체 하이브리드 재료 또는 적용된 필름은 이하에서 수용층으로 지칭된다. 이러한 수용층의 두께는 예를 들어 0.5 mm 내지 5 mm 사이, 특히 1 mm 내지 3 mm 사이일 수 있다. 선택적으로, 중합체 하이브리드 재료 또는 필름은 여러 개의 노출된 표면, 특히 서로 평행하게 배열된 표면에 적용될 수 있다.

상기 열적 작용은 바람직하게는 10℃ 이하, 특히 바람직하게는 0℃ 이하, 더욱 바람직하게는 -10℃ 이하 또는 -40℃ 이하로의 수용층의 냉각을 포함한다.

수용층의 냉각은 수용층의 적어도 일부가 유리 전이되는 방식으로 수행되는 것이 가장 바람직하다. 여기서의 냉각은 -100℃ 아래로의 냉각일 수 있는데, 이것은 예를 들어 액체 질소에 의해 달성될 수 있다. 이 실시 예는 온도 변화에 의존하여 수용층이 수축하거나 유리 전이를 겪고 그로 인해 생성된 힘이 고형체 출발 재료에 전달되어 결과적으로 고형체 내에 기계적 응력이 생성되어 균열을 촉발하거나 균열의 전파를 초래하기 때문에 유리하며, 여기서 균열은 초기에 제1 분리 평면을 따라 전파하여 고형체 층을 쪼갠다.

추가 단계에서, 중합체 하이브리드 재료 또는 필름은 예를 들어 화학 반응, 물리적 분리 공정 및 기계적 제거 중 하나 이상에 의해 고형체 부분 조각으로부터 제거된다.

고형체 부분 조각으로부터 중합체 하이브리드 재료를 분리하는 공정은 적당한 주위 온도, 예를 들면, 20℃ 내지 30℃의 범위, 바람직하게는 30℃ 내지 95℃의 더 높은 온도 범위, 예를 들어 50℃ 에서 90℃ 사이에서 일어날 수 있지만, 1℃ 내지 19℃ 사이의 더 낮은 온도 범위에서도 가능하다.

증가된 온도 범위는, 예를 들어 중합체 하이브리드 재료와 고형체 사이에 희생 층을 사용하는 경우에, 반응 속도의 증가의 결과로서 화학적 분리 반응의 단축을 가능하게 할 수 있다. 희생 층이 사용될 때, 분리는 바람직하게는 pH가 2-6 범위인 수용액에서 일어날 수 있다. 다양한 실시 예에서, 예를 들어, 분리 공정은 적합한 무극성 용매로부터의 용액으로 처리하는 형태로 일어날 수 있으며, 여기서 1℃ 내지 50℃ 범위의 적당한 주변 온도가 바람직하고, 20℃ 내지 40℃가 특히 바람직하다.

여기서 특히 유리한 점은 필름상에 어떤 온도의 작용이 없는 분리이다. 유리하게는 지방족 및 방향족 탄화수소, 예컨대 톨루엔, n-펜탄, n-헥산뿐만 아니라 할로겐화된 용매, 예를 들어 사염화탄소가 사용될 수 있다. 이 경우, 중합체 하이브리드 재료의 매우 강한 가역적인 팽윤이 용매 처리로 인해 발생할 수 있기 때문에, 고형체 부분 조각에 대한 경계면 및 분리될 중합체 하이브리드 재료에 부가적인 힘이 도입될 수 있으며, 그 결과로 분리가 전체적으로 단순화된다.

추가 실시 예에 따르면, 전술한 희생 층의 분리 메커니즘과 적절한 무극성 용매로의 처리의 조합이 역시 필름상에 어떠한 온도 작용도 없이 일어날 수 있다. 여기서 상기 재료는 바람직하게는 고형체의 길이 방향으로 제거된다.

본 발명은 하나 이상의 고형체 층, 특히 고형체 웨이퍼를 고형체 또는 도너 기재로부터 분리하는 방법에 추가로 관련이 있다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체를 제공하는 단계, 레이저 빔에 의해 고형체 내부에 변형을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형에 의해 분리 영역 또는 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 고형체로부터 고형체 층의 분리가 상기 분리 영역 또는 균열 유도 영역을 따라 일어남-, 상기 고형체의 재료를 제거하여 특히 주위 리세스를 생성하는 단계. 여기서 상기 재료의 제거는 고형체의 길이 방향에서 일어나고, 상기 분리 영역은 상기 재료의 제거에 의해 노출된다.

고형체로부터 고형체 층의 분리. 바람직하게는, 고형체 층이 재료 제거의 결과로서 고형체로부터 분리되는 방식으로 고형체가 균열 유도 영역 내 변형에 의해 약화되거나, 또는 고형체 층이 고형체로부터 분리되는 방식으로 재료 제거 후에 다수의 변형이 생성되어 고형체가 균열 유도 영역에서 약화되거나, 또는 응력-발생 층이 주위 표면에 경사지게 정렬된 고형체의 특히 평탄한 표면상에 생성되거나 배열되고 응력 발생 층에 대한 열적 작용의 결과로서, 기계적 응력이 고형체 내에 생성되며, 여기서 고형체 층을 분리하는 균열은 기계적 응력의 결과로서 생성되고, 균열은 재료의 제거에 의해 노출된 고형체의 표면으로부터 시작하여 변형을 따라 전파하거나, 또는 고형체가 열적으로 작용되고 특히 변형의 생성 후에 냉각되고 열적 작용의 결과로서 고형체 층이 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리되는 것에 의해, 고형체로부터 고형체 층의 분리가 완성된다.

고형체로부터의 분리는 외력을 도입하는 다른 방법을 사용하여 달성될 수 있다. 구체적으로는, 음파 및 특히 초음파가 워크피스에 충분한 힘을 가하기 위해 사용될 수 있다. 다른 힘은 워크피스의 전방 및 후방으로부터 대항하는 회전력에 의해 가해지는 중력뿐만 아니라 개방력(opening force press), 목표한 국부적 힘 적용(망치 및 정)에 필적하는 인장력(tensile force)이다. 이러한 힘의 외부적 적용은 레이저 방사선에 의해 생성된 미세균열을 연결하여 레이저 평면을 따라 고형체를 완전히 분리할 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 재료의 제거는 고형체의 노출된 특히 평탄한 표면으로부터 시작하여, 특히 고형체의 주위 표면에 평행하게, 고형체의 길이 방향으로 그리고 적어도 부분적으로 고형체의 주위 표면으로부터 이격되어 일어난다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 재료의 제거는 적어도 부분적으로 연속적으로 진행하는 트렌치(trench)의 형태로 발생하며, 여기서 트렌치는 원주 표면으로부터 바람직하게는 적어도 30 ㎛ 또는 적어도 100 ㎛ 또는 적어도 500 ㎛ 또는 적어도 1 ㎜ 이격되고, 바람직하게는 그에 평행하게 확장된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 고형체 층의 분리 후에, 트렌치와 주위 표면 사이에 형성된 고형체의 적어도 고형체 부분이 적어도 부분적으로, 특히 이전에 분리된 고형체 층 또는 고형체 층들의 두께만큼, 특히 그라인딩, 랩핑, 에칭 또는 폴리싱에 의해 제거된다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 재료의 제거는 레이저 애블레이션(laser ablation) 또는 물 분사 절삭(water jet cutting) 또는 에칭(etching)에 의해 이루어진다.

본 발명은 고형체 부분 특히 고형체 층을 고형체로부터 분리하기 위한 분리 영역을 고형체 내에 생성하는 방법에 또한 관련이 있으며, 여기서 분리될 고형체 부분은 바람직하게는 고형체 부분에 의해 감소되는 고형체보다 더 얇다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체를 제공하는 단계, 레이저 방사선의 영역 내 먼지 축적을 방지하기 위해 가스 특히 고형체와 레이저 적용 장치 사이에 위치된 공기의 유동 거동을 조정하는 단계, 및/또는 레이저 적용 장치의 레이저 빔에 의해 고형체 내부에 변형을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형에 의해 분리 영역 또는 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 분리 영역 또는 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 상기 고형체 층의 분리가 일어남.

또한, 본 발명은 고형체 또는 도너 기재로부터 하나 이상의 고형체 층 특히 고형체 웨이퍼를 분리하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체를 제공하는 단계, 레이저 방사선의 영역 내 먼지의 축적을 방지하기 위해, 특히 방사선 경로의 영역에서, 가스 특히 고형체와 레이저 적용 장치 사이에 위치한 공기의 유동 거동을 조정하는 단계, 및 레이저 적용 장치의 레이저 빔에 의해 고형체 내부에 변형을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형에 의해 분리 영역 또는 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 분리 영역 또는 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 상기 고형체 층의 분리가 일어남.

고형체로부터 고형체 층의 분리. 여기서 구체적으로 고형체는 바람직하게는, 고형체 층이 재료의 제거의 결과로서 고형체로부터 분리되는 방식으로 균열 유도 영역 내 변형에 의해 약화되거나, 또는 고형체 층이 고형체로부터 분리되는 방식으로재료의 제거 후에 다수의 변형이 생성되어 고형체가 균열 유도 영역에서 약화되가나, 또는 응력 발생 층이 주위 표면에 경사지게 정렬된 고형체의 특히 평탄한 표면상에 생성되거나 배열되고 고형체 층에 대한 열적 작용의 결과로서, 기계적 응력이 고형체 내에 발생되며, 여기서 고형체 층을 분리하는 균열이 기계적 응력의 결과로서 생성되고, 균열이 재료의 제거에 의해 노출된 고형체의 표면으로부터 시작하여 변형을 따라 전파하거나, 또는 고형체가 열적으로 작용되고 특히 변형의 생성 후에 냉각되고 열적 작용의 결과로서, 고형체 층이 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 유동 거동의 조정은 대안렌즈와 고형체 사이의 빔 경로 영역에 유체, 특히 이온화된 가스를 공급하여 이루어지거나 또는 유동 거동의 조정은 대물렌즈와 고형체 사이의 빔 경로 영역에 부압 특히 진공을 생성함으로써 이루어진다.

또한, 본 발명은 고형체 또는 도너 기재로부터 하나 이상의 고형체 층 특히 고형체 웨이퍼를 분리하는 방법에 관한 것으로서, 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체를 제공하는 단계 - 여기서, 고형체는 하나 이상을 코팅을 가지며 코팅의 굴절률은 코팅이 위에 배열되는 고형체 표면의 굴절률과 상이하거나, 또는 코팅이 고형체 위에 생성되고 코팅의 굴절률은 코팅이 배열되는 고형체의 표면의 굴절률과 상이한 굴절률을 가짐-, 및 레이저 적용 장치의 레이저 빔에 의해 고형체 내부에 변형을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형에 의해 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 상기 고형체 층의 분리가 이루어진다.

고형체로부터 고형체 층을 분리하는 단계, 여기서 고형체는 바람직하게는 고형체 층이 재료 제거의 결과로서 고형체로부터 분리되는 방식으로 균열 유도 영역 내 변형에 의해 약화되거나, 또는 고형체 층이 고형체로부터 분리되는 방식으로 재료 제거 후에 다수의 변형이 생성되어 고형체가 균열 유도 영역에서 약화되거나, 또는 응력 발생 층이 주위 표면에 경사지게 정렬된 고형체의 특히 평탄한 표면상에 생성되거나 배열되고 응력 발생 층에 대한 열적 작용의 결과로서, 기계적 응력이 고형체 내에 발생되며, 여기서 고형체 층을 분리하는 균열이 기계적 응력의 결과로서 생성되고, 이 균열이 재료의 제거에 의해 노출된 고형체의 표면으로부터 시작하여 변형을 따라 전파하거나, 또는 고형체가 열적으로 작용되고 특히 변형의 생성 후에 냉각되고 열적 작용의 결과로서, 고형체 층이 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 코팅은 스핀 코팅에 의해 이루어지며, 여기서 코팅은 나노 입자, 특히 적어도 실리콘, 탄화규소, 산화 티타늄, 유리, 특히 석영 유리 또는 Al₂O₃이를 포함하는 목록에서 선택된 하나 이상의 재료를 포함한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 복수의 코팅이 서로 위에 배열되거나 생성되며, 여기서 굴절률은 서로 상이하며, 바람직하게는 고형체상에 배열되거나 생성되는 제1 코팅은 제1 코팅 상에 생성되는 추가의 코팅보다 큰 굴절률을 갖는다.

그러므로 코팅은 바람직하게는, 각 층의 굴절률이 고형체로부터 각각의 층의 거리에 따라 더 작거나 감소하는 방식으로 선택되고 생산되거나 배열된다. 따라서, 1. 고형체, 2. 제1 코팅, 3. 제2 코팅, 4. 제3 코팅과 같은 코팅의 경우에서, 고형체의 굴절률은 바람직하게는 제1 코팅의 굴절률보다 크고, 제1 코팅의 굴절률은 바람직하게는 제2 코팅의 굴절률보다 크고, 제2 코팅의 굴절률은 제3 코팅의 굴절률보다 크다. 굴절률들 사이의 단계는 여기에서 연속적으로 또는 불연속적으로 진행될 수 있다. 또한, 상이한 코팅은 상이한 두께를 가질 수 있다. 그러나 여기서 2개 또는 3개 이상의 코팅이 동일한 두께를 갖는 것도 실현 가능하다. 바람직하게는 코팅은 각각의 경우에 50-400 nm 사이의 범위의 두께를 갖는다. 이것은, 예를 들어, 제1 코팅이 100 nm의 두께 (또는 평균 두께)를 가질 수 있음을 의미한다. 따라서 제2 코팅 및 제3 코팅의 두께는 실질적으로 동일하거나 완전히 동일할 수 있으며, 여기서 코팅들 중 하나 이상, 바람직하게는 양자는 다른 두께를 갖는다. 따라서, 제2 코팅은 예를 들어 150 nm의 두께(또는 평균 두께)를 가질 수 있다. 또한, 제3 코팅은 제1 코팅 및 제2 코팅 중 하나 이상보다 두껍거나 더 얇을 수 있고 예를 들어 75 nm, 110 nm 또는 300 nm의 두께(또는 평균 두께)를 가질 수 있다.

본 발명은 또한 고형체로부터 고형체 부분 특히 고형체 층을 분리하기 위해 고형체 내에 분리 영역을 생성하는 방법에 관한 것이며, 여기서 분리될 고형체 부분은 바람직하게는 고형체 부분에 의해 감소되는 고형체보다 더 얇다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체를 제공하는 단계, 레이저 적용 장치의 레이저 빔에 의해 고형체 내부에 변형을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형에 의해 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 상기 고형체 층의 분리가 이루어지며, 상기 레이저 방사선은 브루스터 각도에서 또는 브루스터 각으로부터 -5°에서 +5°범위의 편차로 고형체에 입사된다.

또한, 본 발명은 고형체 또는 도너 기재로부터 하나 이상의 고형체 층 특히 고형체 웨이퍼를 분리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 이 경우에 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체를 제공하는 단계, 레이저 적용 장치의 레이저 빔에 의해 고형체 내부에 변형을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형에 의해 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 상기 고형체 층의 분리가 이루어지며, 상기 레이저 방사선은 브루스터 각도에서 또는 브루스터 각으로부터 -5°에서 +5°범위의 편차로 고형체상에 입사함-, 및 고형체 층을 고형체로부터 분리하는 단계. 바람직하게는, 고형체로부터 고형체 층의 분리는 균열 유도 영역을 따라 발생하며, 고형체 층이 재료의 제거의 결과로서 고형체로부터 분리되는 방식으로 고형체가 변형의 결과로서 균열 유도 영역에서 약화되거나, 또는 고형체 층이 고형체로부터 분리되는 방식으로 재료 제거 후에 다수의 변형이 생성되어 고형체가 균열 유도 영역에서 약화되거나, 또는 응력 발생 층이 주위 표면에 경사지게 정렬된 고형체의 특히 평탄한 표면상에 생성되거나 배열되고 응력 발생 층에 대한 열적 작용의 결과로서, 기계적 응력이 고형체 내에 발생되며, 여기서 고형체 층을 분리하는 균열이 기계적 응력의 결과로서 생성되고, 이 균열은 재료의 제거에 의해 노출된 고형체의 표면으로부터 시작하여 변형을 따라 전파하거나, 또는 고형체가 열적으로 작용되고 특히 변형의 생성 후에 냉각되고 열적 작용의 결과로서, 고형체 층이 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리된다.

레이저 방사선은 여기서 바람직하게는 본원에 기재된 모든 실시 예에서 편향된 방사선(polarized radiation)이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 보상 장치 특히 회절 광학 요소 또는 연속 쐐기(wedge)와 같은 광학 요소가 브루스터 각도 조사로부터 생성된 레이저 적용 장치에서의 구면 수차를 보상하기 위해 제공된다.

본 발명은 또한 고형체로부터 하나 이상의 고형체 층을 분리하는 방법에 관한 것으로, 여기서 변형에 의해 고형체로부터 고형체 부분 특히 고형체 층을 분리하기 위한 균열 유도 영역이 미리 정의된다. 바람직하게는, 상기 방법은 이하에 언급된 단계들 중 하나 이상을 포함한다: 레이저 적용 장치에 대해 고형체를 이동시키는 단계, 하나 이상의 변형을 각각 생성하기 위해 레이저 적용 장치에 의해 레이저 빔들을 연속적으로 생성하는 단계, 고형체로부터 고형체 층을 분리하는 단계.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 고형체 층이 재료의 제거의 결과로서 고형체로부터 분리되는 방식으로 고형체는 변형의 결과로서 균열 유도 영역에서 약화되거나, 또는 고형체 층이 고형체로부터 분리되는 방식으로 재료의 제거 후에 다수의 변형이 생성되어 고형체가 균열 유도 영역에서 약화되거나, 또는 응력 발생 층이 주위 표면에 경사지게 정렬된 고형체의 특히 평탄한 표면상에 생성되거나 배열되고 응력 발생 층에 대한 열적 작용의 결과로서, 기계적 응력이 고형체 내에 발생되며, 여기서 고형체 층을 분리하는 균열이 기계적 응력의 결과로서 생성되고, 이 균열이 재료의 제거에 의해 노출된 고형체의 표면으로부터 시작하여 변형을 따라 전파하거나, 또는 고형체가 열적으로 작용되고 특히 변형의 생성 후에 냉각되고 열적 작용의 결과로서, 고형체 층이 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 레이저 적용 장치는 하나 이상의 파라미터, 즉 정의된 지점에서 및 정의된 고형체 깊이에 대한 고형체의 투과에 따라 변형의 정의된 생성을 위해 조정되고 및/또는 변형은 고형체 내 압력 상승을 야기하며, 여기서 고형체 층은 압력 상승의 결과로서 균열 전파에 기인한 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리되며, 바람직하게는 상기 변형의 적어도 한 부분이 고형체 층의 일부로서 고형체로부터 분리되며, 상기 고형체 층은 바람직하게는 변형의 결과로서 곡선형 또는 돔형으로 변환되며, 균열 유도 영역으로부터 발생된 고형체 층의 추가의 표면 부분은 그러므로 적어도 부분적으로 볼록하게 형성되고 및/또는 고형체는 하나 이상의 코팅을 가지며 상기 코팅의 굴절률은 코팅이 배열되는 고형체의 표면의 굴절률과 상이하거나 또는 코팅이 고형체 위에 생성되고 그 굴절률은 코팅이 배열되는 고형체의 표면의 굴절률과 상이하고, 및/또는 레이저 방사선은 브루스터 각도에서 또는 브루스터 각으로부터 -5°에서 +5°범위의 편차로 고형체에 입사되며, 추가로 또는 대안적으로 본 방법은 이하에 언급된 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다: 특히 주위 리세스를 생성하기 위해 상기 고형체의 재료를 제거하는 단계 - 여기서, 상기 재료는 고형체의 길이 방향에서 제거되며, 상기 균열 유도 영역은 재료 제거의 결과로서 노출됨 - 및/또는 상기 레이저 방사선의 영역 내 먼지의 축적을 방지하기 위해, 특히 방사선 경로의 영역에서, 가스 특히 고형체와 레이저 적용 장치 사이에 위치한 공기의 유동 거동을 조정하는 단계.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 고형체의 초기에 노출된 표면에 또는 상부에 층들 및/또는 컴포넌트를 배열 또는 생성함으로써 복합 구조를 생성하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 노출된 표면은 분리될 고형체 층의 일부이다.

분리 평면을 형성하기 위한 변형은 특히 바람직하게는 상기 복합 구조를 생성하기 전에 생성된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 후속하는 얇은 평면 또는 분리 평면을 정의하는 고형체 또는 기재 내 레이저 변형 층의 생성은 상기 컴포넌트들의 처리 전에 일어난다. 층들을 구성하거나 생성하고 및/또는 컴포넌트를 생성하는 추가 공정들(리소그래피 등)이 그 후 일어난다.

고형체 층과 함께 복합 구조를 형성하는 층들 및/또는 컴포넌트는 바람직하게는 리소그래프(lithograph)에 의해, 구체적으로는, 예를 들어 금속 화합물로 코팅, 바니싱(varnishing), 노광(예를 들어, 포토마스크를 통한 스캐닝), 광 바니시(photovarnish) 현상(특히, 70℃ 미만의 온도, 특히 50℃ 미만 또는 30℃ 미만 또는 주변 온도 미만 또는 20℃ 이하 또는 5℃ 미만 또는 0℃ 미만과 같은 저온에서), 구조물 에칭에 의해 생성된다. 회로, 특히 최종 회로를 생성하기 위해, 이들 공정들 중 하나 이상, 특히 리소그래피 공정들은 10회 이상 또는 최대 10회 또는 20회 이상 또는 최대 20회 또는 40회 이상 또는 최대 40회 또는 80회 이상 또는 최대 80회 반복될 수 있다.

고형체 층을 분리한 후에 잔존하는 고형체는 바람직하게는 상기 분리된 고형체 층의 두께보다 큰, 특히 상기 분리된 고형체 층의 두께보다 몇 배 더 큰 두께를 갖는다. 고형체 재료는 바람직하게는 반도체 재료이거나 반도체 재료를 포함한다.

여기서 분리될 고형체의 표면의 "위 또는 상부"에는, 변형을 생성하기 위한 레이저 처리에 선행하는 고온 단계의 경우에, 고온 방법에 의해 생성된 표면의 코팅이 달성될 수 있고, 그 위에 복합 구조를 생성하기 위한 추가의 층 또는 추가의 층들 및/또는 컴포넌트가 배열되거나 또는 생성되는 방식으로 이해될 수도 있다. 상기 복합 구조는 정의에 의해 레이저 처리 후에만 생성되며, 레이저 처리 전에 존재할 수 있는 다층 배열은 본 특허 출원의 과정에서 복합 구조로 언급되지 않고 다층 배열로 언급된다.

본 명세서에서 박형화는 컴포넌트가 제공되는 고형체, 특히 웨이퍼의 통상적인 제조 방법에서 밀링 또는 연마되는 재료 부분에 의한 바람직하게는 웨이퍼인 고형체의 두께 감소를 의미한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 분리 평면을 생성하기 전에 고형체는 하나 이상의 고온 방법을 사용하여 처리되며, 여기서 고온 방법은 70℃와 고형체의 재료의 용융점 또는 증발 온도 사이의 온도에서 실행된다.

따라서, 부분적으로 처리된 웨이퍼에 대한 레이저 단계의 실행은 또 다른 가능성을 형성하며, 본 발명에 따르면 이것은 고온 단계 후에 그러나 나머지 공정들 전에 수행되는 것이 특히 바람직하다. 이 솔루션은 레이저 방법에 의해 손상될 수 있는 모든 구조물이 아직 형성되지 않았기 때문에 유리하다.

이 경우, 레이저 방법의 파라미터는, 고형체 내의 응력이 예를 들어 고형체에 대한 부드러운 다중 작용에 의해, 더 큰 라인 간격 및 각 횡단을 위한 에너지 감소를 통해, 가능한 한 최소화되도록 하는 방식으로 최적화될 수 있다.

레이저 공정은 바람직하게는 기재의 결정학적 배향에 따라 수행된다. 즉, 레이저 변형은, 처리 과정에서 형성된 미세균열이 리소그래피를 방해하지 않고 변형 평면으로부터 초임계적으로 벗어나 분리 균열의 개시 후에 기재의 손실을 초래하지 않도록, 가능한 한 멀리 유도되는 것이 특히 바람직하다. 이 경우에, 예를 들어 SiC에서 첫 번째 라인들은 상기 평면에 평행하게 및 바람직한 균열 방향에 평행하게 유도되어 균열 평면을 형성한 후 제2 단계 라인들에서 그것에 90°방향으로 최종적으로 균열을 개시하고 분할 평면을 형성할 수 있다.

70℃를 초과하는 온도의 현저한 증가는 도핑 원자들의 증가된 이동도, 금속 오염물의 원자들 및 전위 또는 다른 결정 구조 결함과 관련되기 때문에, 분리 평면을 생성하기 전에 고온 단계를 수행하는 것이 가장 바람직하다. 분리 평면이 고온 단계 전에 생성되었거나 부분적으로 생성된 경우, 결과적으로 생성된 미세균열은 예를 들어 분리될 고형체 층 내로 더 확장되거나 성장할 수 있으며, 그 결과 더 많은 재료가 제거되어야 하므로 더 큰 손실이 발생할 것이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 하나 이상의 고온 방법은 에피택시 방법, 도핑 방법 또는 플라즈마를 사용하는 방법이다. 고온 방법들은 모든 방법, 특히 70℃ 이상의 온도에서 수행되는 재료-증착 방법으로 이해된다. 생성된 온도는 바람직하게는 2000℃ 미만 또는 고형체 재료의 용융 또는 증발 온도보다 낮다. 바람직하게는, 고형체 재료와 하나 이상의 생성된 또는 배열된 층의 다층 배열이 고온 방법에 의해 생성된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 하나 이상의 층이 고온 방법에 의해 고형체상에 생성되고, 여기서 상기 하나 이상의 생성된 층은 미리 정의된 파라미터를 가지며, 하나 이상의 미리 정의된 파라미터는 레이저 광파의 광 효과에 의한 최대 굴절 정도 및/또는 흡수 및/또는 반사 및/또는 전하 캐리어 생성을 규정하며, 여기서 광 효과에 의한 굴절 정도 및/또는 흡수 및/또는 반사 및/또는 전하 캐리어 생성은 5% 미만, 바람직하게는 1% 미만, 특히 바람직하게는 0.1% 미만이다. 이 실시 예는 회로의 모든 금속 요소와 레이저 광의 상호 작용이 방지되기 때문에 유리하다. 금속층 또는 금속 컴포넌트와 레이저 광 또는 레이저 방사선 사이의 상호 작용의 결과로서, 금속층 및/또는 컴포넌트, 특히 전기 배선이 손상될 수 있다.

또한, 이 실시예는, 금속 구조물 또는 컴포넌트(예컨대, 20 nm 초과 길이 방향 확장 또는 레이저 침투 방향에서의 확장)이 기재 위에 생성될 때 레이저 평면을 도입하는 동안의 추가 문제를 해결하며, 여기서 레이저 공정은 기재에서의 후방 반사에 의해 또는 기재 자체에 의해 방해되는데, 이는 예를 들어 투과가 이상적이 아니기 때문이다. 재료 변형을 생성하기 위해 바람직하게는 다중광자 공정이 사용되기 때문에, 원하는 높은 강도와 동시에 가능한 한 방해받지 않은 파면을 갖기 위해 재료 내 포커스는 매우 정밀, 특히 이상적이어야 한다. 따라서 이러한 이점은 최종 구조물 특히 층들 및/또는 컴포넌트들의 처리 또는 생성 전에 레이저 치료를 지지한다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 변형은 바람직하게는 다중광자 여기에 의해, 특히 2-광자 여기 또는 다중광자 여기(3개 이상의 광자로)에 의해 생성된다.

바람직하게는 초기에 적어도 복수의 기본 변형이 적어도 부분적으로 특히 균질하게 진행하는 부분에서 균질하게 진행하는 특히 곡선상에 생성된다. 이들 기본 변형은 바람직하게는 미리 정의된 공정 파라미터로 또는 그에 따라 생성된다. 미리 정의된 공정 파라미터는 바람직하게는 적어도 펄스 듀레이션, 펄스 에너지, 라인 내 펄스 간격, 서로에 대한 라인들의 간격, 깊이 및/또는 개구수를 포함한다. 바람직하게는 이 공정 파라미터들 중 하나 이상의 값과 바람직하게는 이 공정 파라미터들 중 여러 값들 또는 모든 값들 또는 이 공정 파라미터들 중 3개 이상의 값들이 고형체의 결정 격자 안정도에 따라 특정된다. 상기 값은 특히 바람직하게는 결정 격자가 각각의 기본 변형 주위에 그대로 남도록 선택된다. 즉 바람직하게는 추가의 트리거 변형(trigger modifications)이 임계 미만의 균열을 촉발하기 위해 생성되어, 20 ㎛ 미만 또는 10 ㎛ 미만 또는 5 ㎛ 미만 또는 1 ㎛ 미만 들어간다.

본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 트리거 변형은 임계 미만의 균열을 개시하기 위해 생성되며, 여기서 트리거 변형을 생성하기 위한 하나 이상의 공정 파라미터는 기본 변형을 생성하기 위한 하나 이상의 공정 파라미터와 다르고, 바람직하게는 복수의 공정 파라미터는 서로 다르다. 추가로 또는 대안적으로, 트리거 변형은 기본 변형이 생성되는 라인의 경로 방향에 경사지거나 또는 그것으로부터 이격된 방향으로 생성될 수 있으며, 여기서 상기 임계 미만의 균열은 바람직하게는 5 mm 미만, 특히 4 mm 미만 또는 3 mm 미만 또는 2 mm 미만 또는 1 mm 미만 또는 0.5 mm 미만 전파한다. 경사진 정렬은 여기서 예를 들어 5°와 90°사이의 각도 바람직하게는 85°와 90°사이의 각도 및 특히 바람직하게는 90°각도에 대응할 수 있다.

이것은 임계 강도(즉, 파워/면적)가 초과될 때 촉발되는 임계 공정이다. 즉, 짧은 펄스는 더 적은 에너지/펄스가 필요하고, 더 높은 개구수는 에너지를 더 작은 지점에 집중하므로, 임계 강도에 도달하기 위해 더 적은 에너지를 필요로 한다.

더 큰 깊이는 보통 흡수 손실을 의미하며 이는 에너지가 다시 적응되어야 하는 이유이다. 예를 들면 SiC: NA = 0.4, 180 ㎛ 깊이, 3ns 펄스 길이, 펄스 에너지 약 7μJ, 350 ㎛ 깊이에서 9μJ.

일반적으로, 더 단단한 재료가 필요하고(사파이어, 산화알루미늄 세라믹, SiC, GaN), 라인들 내 더 큰 펄스 오버랩, 즉 더 작은 펄스 간격(1 ㎛ 이하), 그 결과 상기 라인 간격은 더 크게(예컨대, 5 ㎛ 초과) 선택되는 경향이 있지만 GaAs 및 Si와 같은 더 부드러운 재료는 더 큰 펄스 간격(1 ㎛ 초과)과 더 작은 라인 간격(5 ㎛ 미만)을 요구하는 경향이 있다.

예시적인 샘플 SiC - fs 펄스에서; 펄스 에너지 약 800 nJ, 펄스 간격 50 nm 내지 200 nm, 다음과 같은 라인 패턴: 1 ㎛ 간격을 가진 30개 라인들, 이어서 20 ㎛ 갭, 이어서 또 다른 30개의 라인들, 이어서 96 ㎛ 갭과 이어서 전면으로부터, 30개 라인, 20 ㎛ 갭 및 30개 라인(라인들 사이에 1 ㎛ 간격을 여전히 가짐)에 의해 교차되고, 이어서 300 ㎛ 갭 및 이어서 또 다른 30/20/30 라인 블록, 깊이 180 ㎛, SiC의 도핑도(표면 저항 > 21 mOhm cm에 의해 특징지어짐), 펄스 길이 400 fs, 개구수 0.65.

더 바람직한 실시예에 따르면, 고형체 재료는 실리콘이며, 여기서 객구수는 0.5와 0.8 사이 특히 0.65이고, 조사 깊이는 200 ㎛와 400 ㎛ 사이 특히 300 ㎛이고, 펄스 간격은 1 ㎛와 5 ㎛ 사이 특히 2 ㎛이고, 라인 간격은 1 ㎛와 5 ㎛ 사이, 특히 2 ㎛이고, 펄스 듀레이션은 50 ns 와 400 ns 사이 특히 300 ns이고, 펄스 에너지는 5μJ와 15μJ 사이 특히 10μJ이다.

더 바람직한 실시예에 따르면, 고형체 재료는 SiC이며, 여기서 개구수는 0.5와 0.8 사이 특히 0.4이고, 조사 깊이는 100 ㎛와 300 ㎛ 사이 특히 180 ㎛이고, 펄스 간격은 0.1 ㎛와 3 ㎛ 사이 특히 1 ㎛이고, 라인 간격은 20 ㎛와 100 ㎛ 사이, 특히 75 ㎛이고, 펄스 듀레이션은 1 ns 와 10 ns 사이 특히 3 ns이고, 펄스 에너지는 3μJ와 15μJ 사이 특히 7μJ이다.

예시적인 샘플 산화알루미늄 세라믹: 펄스 간격 500 nm, 라인 간격 10 ㎛, 펄스 에너지 22 μJ, NA=0.4.

예시적인 샘플 사파이어: 평면에 대해 0°, 45°, 90°에 3회 쓰여진 라인들, 각 경우에 라인 간격 1.5 ㎛, 펄스 간격 300 nm, 펄스 에너지 제1 통과 350 nJ, 제2 통과 300nJ, 제3 통과 250 nJ, NA = 0.65 및 펄스 듀레이션 250 fs.

일반적으로, 표면 거칠기는 펄스가 짧을수록 감소하며, 나노초 펄스에서(거칠기가 3 ㎛ 초과하는 경향이 있음)보다 펨토초 펄스에서(거칠기가 3 ㎛미만임) 더 나은 표면이 생성될 수 있으며, 그 결과 공정이 고비용이고 더 오래간다. 피코초 펄스는 중간 경로를 형성한다. 더 짧은 펄스의 이점은 위상 변환이 비열적으로(athermally) 일어나는 것이다. 즉, 레이저 펄스와 결정 격자 사이에 커플링이 이루어져, 더 적은 진동(포논(phonons))이 여기되며 - 따라서 그 공정은 전체적으로 더 차갑다. 그 결과, 균열을 개시하는 임계 응력이 형성되도록 더 큰 영역이 비정질화(위상 변환)되어야 한다.

본 발명의 추가의 더 바람직한 실시예에 따르면, 임계 미만의 균열은 고형체 내에서 5 ㎛와 200 ㎛ 사이, 특히 10 ㎛와 100 ㎛ 사이 또는 10 ㎛와 50 ㎛ 사이 또는 10 ㎛와 30 ㎛ 사이 또는 20 ㎛와 100 ㎛ 사이 또는 20 ㎛와 50 ㎛ 사이 또는 20 ㎛와 30 ㎛ 사이를 전파한다. 이 실시예는 더 적은 균열 전파가 재작업에 더 적은 비용을 요구하기 때문에 유리하다. 상기 임계 미만의 균열은 결정 격자 경계를 따라 전파하지만 고형체의 결정 격자는 분리 평면에 대해 경사를, 특히 2°와 6°사이의 각도로, 이루기 때문에, 톱니 형상의 프로파일을 갖는 표면이 얻어진다. 균열 전파가 더 넓을수록, 이 톱니 형상 표면의 골과 정점 사이의 거리가 더 커지며, 그 결과, 80 nm 미만 또는 50 nm 미만 또는 20 nm와 50 nm 사이의 표면 거칠기가 생성되어야 한다면 더 많은 재료가 제거되어야 한다.

본 발명의 추가의 더 바람직한 실시예에 따르면, 임계 미만의 균열의 균열 전파는 따라서 90°의 각도와 다른 경사진 방향으로 레이저 빔의 입사 방향에 대해서 진행하다. 특히 균열 전파 방향은 바람직하게는 93°와 95°사이, 특히 정확히는 방출 방향에 대해 94°경사진다.

본 발명의 추가의 더 바람직한 실시예에 따르면, 섹션들은 예를 들어 유리 전이 또는 초음파 처리로 인해 생성되는 외력의 도입 또는 응력의 결과로서 임계 미만의 균열이 전파된 몇몇 라인들의 영역들 사이에서 찢어진다. 이 실시 예는, 특히 상기 임계 미만의 균열의 결과로서 고형체 내부에서 이전에 야기된 예비 손상의 결과로서 요구되는 응력이 상당히 낮아질 수 있기 때문에, 유리하다. 또한, 균열은 매우 정확하게 유도된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현 예에 따르면, 상기 수용층은, 층들 및/또는 컴포넌트가 배열되어 복합 구조를 형성하는 고형체 표면의 반대쪽에 놓이는 고형체 표면상에 마련되거나 생성된다.

바람직하게는 변형은, 3ns보다 짧고, 특히 2ns 또는 1ns보다 짧은 레이저 펄스를 사용하여, 각각 생성된다. 특히 바람직하게는, 개별 레이저 펄스의 듀레이션은 50ps와 1500ps 사이 또는 50ps와 1200ps 사이 또는 50ps와 1000ps 사이, 특히 50ps와 900ps 사이 또는 50ps와 700ps 사이 또는 50 ps와 500ps 사이 또는 50 ps 300ps사이 또는 300 ps와 900ps 사이 또는 500ps와 900ps 사이 또는 700ps와 900ps 사이 또는 300ps와 500ps 사이 또는 500ps와 700ps 사이 또는 300ps와 700ps 사이에 있거나 또는 900 ps보다 짧거나 또는 700 ps보다 짧거나 또는 500 ps보다 짧거나 또는 300 ps보다 짧거나 100 ps보다 짧거나 50 ps보다 짧다.

"실질적으로"라는 단어의 사용은 바람직하게는, 이 단어가 본 발명의 틀 내에서 사용되는 모든 경우에 있어서, 이러한 단어를 사용하지 않고 주어지는 규격으로부터, 1% - 30%, 특히 1% - 20%, 특히 1% - 10%, 특히 1% - 5%, 특히 1% - 2% 범위의 편차를 정의한다. 이하에 기술된 도면의 개개의 또는 모든 표현은 바람직하게는 설계 도면으로 보아야 한다. 즉, 도면으로부터 얻어지는 치수, 비율, 기능적 관계 및/또는 배열은 바람직하게는 본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 제품의 것과 정확히 또는 바람직하게는 실질적으로 일치한다. 본 발명의 다른 장점들, 목적들 및 특성들은, 본 발명에 따른 장치들이 예시로서 도시된 첨부된 도면들의 다음의 설명을 참조하여 설명된다. 그 기능과 관련하여 적어도 실질적으로 일치하는 본 발명에 따른 장치 및 방법의 구성 요소는 도면에서 동일한 참조 번호로 지칭될 수 있으며, 이들 컴포넌트 또는 구성 요소는 모든 도면에서 번호 부여되거나 설명될 필요가 없다. 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 순전히 예시로서 이후에 상세히 설명된다.

도 1은 재료의 로컬 특성 차이에 따른 레이저 작용의 적응에 의한 재료 특성에 대한 보상을 개략 도시하고;
도 2(a)는 균열을 유도하기에 충분한 변형의 생성을 개략 도시하고;
도 2(b)는 도 2(a)의 변형과 비교하여 고형체의 길이 방향으로 현저히 더 강한 확장을 갖고 또한 고형체 층의 분리 후에 고형체 층이 만곡되는 결과를 갖는 변형의 생성을 개략 도시하고;
도 3은 고형체 내 트렌치의 생성을 개략 도시하고, 이 트렌치는 바람직하게는 고형체의 외부 주위 표면(circumferential surface)으로부터 이격되며;
도 4(a)는 예를 들어 먼지 등의 입자가 레이저 방사의 과정에서 특히 반사된 빔들의 교차점에서 모이는 도식을 개략 도시하고;
도 4(b)는 반사된 빔들의 교차점으로부터 입자들을 제거하는, 특히 예를 들어 이온화된 가스 등의 가스에 의해 제공되는 세척(flushing)의 도식을 개략 도시하고;
도 5는 하나 이상의 코팅이 고형체상에 배열되는 도식을 개략 도시하고, 여기서 코팅(들)은 바람직하게는 고형체와 다른 하나 이상의 광학 특성을 가지며;
도 6(a)는 브루스터 각도에서 레이저 빔의 방출을 개략 도시하고;
도 6(b)는 입사각과 반사 사이의 관계를 보여주는 도면이고;
도 7 내지 도 18은 표면 반사의 굴절률 종속을 고려하여 1/e² 가우시안 프로파일 및 상이한 개구수들에 대한 최적 입사각을 계산하는 예를 각각 도시하며;
도 19(a)는 냉각 분할 방법의 과정을 개략 도시하고;
도 19(b)는 레이저를 이용한 스폴링 방법의 과정을 개략 도시하고;
도 19(c)는 도 19(a)의 방법에 따른 고형체 층의 노출된 표면의 사진이고;
도 19(d)는 도 19(b)의 방법에 따른 고형체 층의 노출된 표면의 사진이고;
도 20(a) 내지 20(f)는 표면들의 SEM 사진이고;
도 21(a)는 스폴링 후 표면들의 현미경 사진이고,
도 21(b)는 6H-탄화규소 내 3개의 다른 위치의 Raman 스펙트럼을 도시하고;
도 22는 레이저 빔 프로파일의 예를 도시하고;
도 23(a)는 제1 개수의 변형 및/또는 변형 층들의 결과로서 생성된 고형체 층의 만곡에 대한 예를 개략 도시하고;
도 23(b)는 제2 개수의 변형 및/또는 변형 층들의 결과로서 생성된 고형체 층의 만곡에 대한 추가의 예를 개략 도시하고, 여기서 제2 개수는 제1 개수보다 더 크며;
도 24a는 바람직하게는 본 발명에서 사용되고, 특히 바람직하게는 본 발명에 따른 장치의 일부인 라먼(Raman) 기구의 개략적인 구조를 도시하고;
도 24b는 SiC의 격자 진동의 다양한 예시적인 진동 상태를 도시하고;
도 25a 및 도 25b는 고형체 내 도핑 농도를 보여주는 2개의 다이어그램을 도시하고;
도 26a는 본 발명에 따른 피드포워드(feedforward) 공정을 도시하고;
도 26b는 본 발명에 따른 피드백 공정을 도시한다.
도 27(a) 내지 27(i)는 균열을 개시하기 위해 추가 재료 층들 또는 컴포넌트(150)를 생성한 후에 제공될 수 있는 다양한 배열을 도시한다.
도 28은 X-Y 처리로 패턴을 기록하는 예를 도시한다.
도 29(a) 내지 29(d)는 다양한 냉각 장치(174)를 도시한다.
도 30은 결정 격자 배향과 변형의 생성 사이의 바람직한 관계에 대한 3가지 예를 보여준다.
도 31은 본 발명에 따른 추가 방법으로부터의 개략 도시된 도면이다.

도 1은 고형체(1)로부터 하나 이상의 고형체 층(14)을 분리하는 방법을 실행하기 위한 구조를 개략적으로 도시한다. 변형(modifications)(2)으로 인해 고형체(1)로부터 고형체 부분(14), 특히 고형체 층을 분리하기 위한 균열을 유도하는 균열 유도 영역(4)이 미리 정의된다. 레이저 빔(10)이 고형체(10)의 다양한 위치들에서 보이기 때문에, 고형체(1)는 레이저 적용 장치(8)에 대해 이동되는 것이 분명하다. 따라서 레이저 빔(10, 11)은 다른 시간에서의 상황을 나타낸다. 원칙적으로, 레이저 빔(10)은 하나 이상의 변형(2)을 각각 생성하기 위해 레이저 적용 장치(8)에 의해 생성되며, 여기서 레이저 적용 장치(8)는 하나 이상의 파라미터, 즉 정의된 위치들에서 및 정의된 고형체 깊이에 대한 고형체(1)의 투과(transmission)에 따라 변형의 정의된 생성을 위해 조정된다. 도 1에서 레이저 빔(10, 11)은 다른 특성들을 가지거나 또는 하나 이상의 다른 특성을 갖는 레이저 빔을 나타낸다. 레이저 빔(10)과 레이저 빔(11) 사이에서 변경된 특성은 고형체(1)의 각각의 영향을 받은 영역 내 변경된 재료 특성을 고려한다. 예시된 경우에서, 레이저 빔(11)은, 예를 들어 도핑 스폿(doping spot)으로부터 야기될 수 있는 변경된 투과를 갖는, 고형체(1)의 영역에 작용한다.

바람직하게는 변형(2)이 생성된 후에 고형체 층(14)은 도 19(b)의 다이어그램에 따라 고형체(1)로부터 분리된다.

도 2(a)는 제1 확장을 가지는 변형(2)이 고형체(1)의 길이 방향(L)에서 생성되는 상황을 도시한다. 여기서 길이 방향 확장(L)은 바람직하게는 고형체(1)의 조사된(irradiated) 표면(17)에 직각으로 또는 실질적으로 직각으로 확장하며, 고형체(1)의 조사된 표면(17)은 고형체 층(14)의 분리 후에 고형체 층(14)의 일부이다. 이것은 특히 바람직하게는 이 단계에서 설명되는 모든 실시 예들에 관련된다. 도 2(a)에 따라 생성된 변형(2)은 고형체 층(14)을 분리하기 위한 균열을 유도하는데 충분하다.

도 2(b)는 생성된 변형(2)이 도 2(a)에 비교하여 길이 방향(L)에서 더 큰 확장을 가지는 변형을 도시한다. 추가로 또는 대안으로, 복수의, 특히 2개 이상 층들의 변형(2)이 적어도 부분적으로(at least in sections) 생성될 수 있다.

이는, 빔 방향(깊이 또는 고형체 길이)에서 레이저 층의 필요한 것보다 더 큰 확장의 결과로서, 변형되지 않은 재료 내에 레이저 층에 의해 생성된 응력이 증가될 수 있기 때문에 유리하다. 따라서, 바람직하게는 중합체 분할에 필요한 것보다 더 많은 재료가 다른 방법으로 상 변환하거나 비정질화하거나 또는 변형될 수 있다(도 19(b) 참조). 이러한 증가된 응력은 재료(중합체 없는)의 자발적인(spontaneous) 분할을 촉진시키는 역할을 한다. 레이저 파라미터 또는 레이저 빔 파라미터 또는 레이저 적용 장치가 - 자발적 분할 및 중합체 공정을 위해 - 구성되는 파라미터는 결과적으로 상당히 다를 수 있다. 여기서 레이저 층의 더 큰 확장은 고형체 내에 더 높은 압력을 야기하며, 결과적으로 자발적 분할 가능성이 증가된다. 또한, 본 실시 예는 고형체 층(14)이 휘어진 고형체 층(14)으로서 생성될 수 있기 때문에 유리하다. 따라서, 이 방법은 또한 바람직하게는 적어도 부분적으로 휘어진 하나 이상의 고형체 층(14)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 휘어진 고형체 층(또는 휘어진 웨이퍼)를 생성하기 위해, 상기 방법은 바람직하게는 적어도 다음 단계를 포함한다: 레이저 적용 장치(8)에 대해 고형체(1)를 이동시키는 단계, 고형체 내부에 하나 이상의 변형(2)을 각각 생성하기 위해 레이저 적용 장치(8)에 의해 레이저 빔들(10)을 연속적으로 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 변형(2)의 결과로서, 고형체(1)로부터 고형체 부분(14) 특히 고형체 층을 분리하기 위한 균열을 유도하는 균열 유도 영역(4)이 제공되며, 여기서 상기 변형은 고형체(1) 내부에 압력 상승을 야기하고, 압력 상승의 결과로서 균열 유도 영역(4)을 따라 균열의 전파로 인해 고형체(1)로부터 고형체 층(14)이 분리되며, 변형(2)의 적어도 일부가 고형체 층(14)의 일부로서 고형체(1)로부터 분리되고, 고형체 층(1)은 변형(2)의 결과로서 휘어진 또는 돔 모양으로 변환되고, 균열 유도 영역(4)으로부터 생성된 고형체 층(14)의 추가 표면 부분은 따라서 적어도 부분적으로 볼록하게 형성된다.

도 3은 바람직하게는 균열 유도 영역(4)이 고형체(1) 내에 생성된 후, 트렌치(26)가 적어도 부분적으로 그리고 바람직하게는 조사된 표면(17)으로부터 시작하여 고형체(10)의 길이 방향(L)으로 주위에(circumferentially) 생성되는 도식을 도시한다. 트렌치(26)를 생성한 후에, 고형체 층(14)은, 바람직하게는 조사된 표면(17)을 통해 역시 도입되는 레이저 빔(10)에 의해 추가의 변형(2)을 생성함으로써, 고형체로부터 분리될 수 있다. 대안으로, 바람직하게는 트렌치(26)에 의해 둘러싸이거나 한정된 영역 상에 특히 다음 고형체 층(14)의 표면상에, 응력 발생 층(18)이 배열되거나 생성된다.

응력 발생 층은 바람직하게는 중합체 재료, 특히 PDMS로 이루어지고, 추가 단계에서 열적으로 작용된다. 특히, 적어도 부분적으로 및 특히 바람직하게는 완전히 그것의 유리 전이 온도 미만으로 냉각된다. 이것은 바람직하게는 응력 발생 층이 사용되거나 배치되는 본 명세서에 기재된 모든 실시 예에 관련된다.

응력 발생의 결과로서, 균열은 고형체 층(14)을 나머지 고형체(1)로부터 분리시킨다.

바람직하게는, 고형체(1)의 표면 처리가 추가 단계에서 일어난다. 트렌치(26)와 고형체 층(14)의 분리에 의해 노출된 고형체(1)의 표면 및/또는 주위 표면 사이에서 얻어지는 프레임(28)은, 특히 그라인딩(grinding), 랩핑(lapping), 폴리싱(polishing) 또는 에칭(etching)에 의해 평활화된다. 바람직하게는, 프레임(28) 및 상기 노출된 표면은, 특히 표면들이 동일한 평면에 놓이는 절삭 처리(cutting treatment)에 의한, 방식으로 처리된다.

따라서, 하나 이상의 고형체 층, 특히 고형체 웨이퍼(14)를 특히 고형체 또는 도너 기재(1)로부터 분리하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 바람직하게는 적어도 이하에 언급된 단계들을 포함한다: 고형체(1)를 제공하는 단계, 레이저 빔(10)에 의해 고형체(1) 내부에 변형(2)을 생성하는 단계 - 여기서, 여기서 변형(2)의 결과로서 분리 영역 또는 균열 유도 영역(4)이 미리 정의되되, 상기 분리 영역 또는 균열 유도 영역(4)을 따라 상기 고형체(1)로부터 상기 고형체 층(14)이 분리됨-, 특히 주위의 리세스(12)를 생성하기 위해 고형체(1)의 재료를 제거하는 단계 - 여기서, 재료의 제거는 고형체의 길이 방향에서 일어나고, 분리 영역은 재료 제거의 결과로서 노출됨 -, 및 고형체로부터 고형체 층(14)을 분리하는 단계.

이것은, 에지까지의 레이저 처리가 문제가 되고 따라서 생성된 고형체 층(14)이 역시 에지 영역에서 매우 균일한 특성을 갖기 때문에 유리하다. 따라서 여기에 제시된 기본 개념은 바람직하게는 노치 또는 트렌치를 생성하기 위해 위에서부터 레이저 애블레이션/그라인딩/재료의 제거를 포함하며, 그 결과로서 이전에 생성된 레이저 층이 개방되거나 노출된다. 마지막으로, 고형체 층(14) 또는 타겟(target) 웨이퍼가 응력 발생 층(18)과 함께 제거된다. 그 다음 나머지 에지 또는 프레임(28)은 추가의 표면 준비 동안 다시 그라인딩될 수 있다. 따라서, 중합체 분할 동안 위에서부터의 애블레이션(ablation)에 의해, 특히 물 분사 절삭(water jet cutting) 또는 레이저 애블레이션에 의해 레이저 층은 노출되고 에지 효과를 피할 수 있다.

도 4(a)는 예를 들어, 먼지 등 입자가 참조 번호 '30'으로 특정된 반사된 방사선의 교차점에 모이고 따라서 변형의 생성에 부정적인 영향을 주는 도식을 도시한다.

도 4(b)는 세척 장치(32) 또는 세척이 제공되는 도식을 도시한다. 따라서, 교차점(30)에 모이는 입자들을 유체 흐름에 의해 세척하기 위해 유체 특히 가스 및 바람직하게는 이온화된 가스가 교차점(30)에 공급된다.

따라서, 하나 이상의 고형체 층, 특히 고형체 웨이퍼(14)를 고형체 또는 도너 기재(2)로부터 분리하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 바람직하게는 적어도 다음 단계들을 포함한다: 고형체(1)를 제공하는 단계; 레이저 방사의 영역 내 먼지 축적을 방지하기 위해, 고형체와 레이저 적용 장치(8) 사이에, 특히 방사선 경로(radiation course)의 영역에, 가스 특히 공기의 유동 거동을 조정하는 단계, 레이저 적용 장치(8)의 레이저 빔(10)에 의해 고형체(1) 내부에 변형(2)을 생성하는 단계 - 여기서 상기 변형(2)에 의해 분리 영역 또는 균열 유도 영역이 미리 정의되되, 상기 분리 영역 또는 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체(1)로부터 상기 고형체 층(14)의 분리가 일어남-, 및 고형체(1)로부터 고형체 층(14)을 분리시키는 단계. 이 해결책은, 높은 레이저 강도가 정적으로 먼지를 충전하고 이 먼지는 세척에 의해, 특히 이온화된 가스로 대물렌즈(objective)와 워크피스(workpiece) 사이의 영역으로부터 세척될 수 있기 때문에 유리하다. 따라서 가스 세척은 레이저 적용 장치(8)의 대물렌즈(9)와 워크피스 또는 고형체(10)(1) 사이의 중간 공간으로부터 먼지를 제거한다. 추가로 또는 대안적으로 유체 유동, 특히 가스 유동은 대물렌즈를 통해 안내되어 흡수된 파워를 향해 냉각 효과를 생성할 수 있다. 따라서, 상기 대물렌즈는 바람직하게는 유체, 특히 세척 유체를 안내하도록 구성된다.

또한, 부가적으로, 대물렌즈에서의 구면 수차의 보상이 달성될 수 있다. 이것은 표면상의 초점을 변화시키며(다른 굴절률을 가진 통과한 재료의 혼입), 결과적으로 공기 중의 초점이 악화되어 더 낮은 강도를 가지게 되며 그 결과 입자 흡인 효과또는 먼지 흡입 효과가 저하된다. 추가로 또는 대안적으로, 표면에서의 반사가 감소될 수 있다. 이것은 예를 들어, 특히 스핀 코팅에 의해 및/또는 편광에 의한 브루스터(Brewster) 조사에 의해, 특정 층 또는 코팅을 도포함으로써 일어날 수 있다.

도 5는 고형체(1)에 하나 이상의 코팅(34)이 제공되는 개략적인 도식을 도시한다. 코팅(34)은 단층 또는 다층일 수 있다. 바람직하게는 코팅은 고형체(1)의 재료의 굴절률과 다른 굴절률을 가지며, 특히 고형체(1)의 재료의 굴절률은 바람직하게는 코팅(34)의 굴절률보다 높다. 또한, 코팅(34)은 수 개의 층으로 구성될 수도 있으며, 바람직하게는 수 개의 층드 중 2개가 굴절률 차이를 갖는 것이 가능하다. 바람직하게는, 고형체에 가장 가깝게 배치된 각각의 층의 굴절률은 고형체(1)로부터 더 멀리 이격된 층의 굴절률보다 더 크다.

따라서,이 개략적인 구조는 하나 이상의 고형체 층, 특히 고형체 웨이퍼(14)를 고형체 또는 도너 기재(1)로부터 분리하기 위한 본 발명에 따른 방법을 제공하는 것을 가능하게 한다. 바람직하게는 이 방법은 다음 언급된 단계들을 적어도 포함한다: 고형체(1)를 제공하는 단계 - 여기서, 상기 고형체(1)는 하나 이상의 코팅(34)을 갖고 상기 코팅의 굴절률은 코팅(34)이 배열되는 고형체(1)의 표면의 굴절률과 다르거나, 또는 코팅(34)이 고형체(1) 상에 생성되고 상기 코팅의 굴절률은 코팅(34)이 배열되는 고형체(1)의 표면의 굴절률과 다름-, 레이저 적용 장치(8)의 레이저 빔(10)에 의해 고형체(1) 내부에 변형(2)을 생성하는 단계 - 여기서, 상기 변형(2)에 의해 균열 유도 영역(4)(도 1 참조)이 미리 정의되되, 상기 균열 유도 영역(4)을 따라 상기 고형체(1)로부터 상기 고형체 층(14)의 분리가 이루어진다.

상기 코팅은 예를 들어 스핀 코팅에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 높은 굴절률을 갖는 재료들의 혼합된 나노 입자들인 용매가 고형체(1) 또는 워크피스(1)에 다소 더 높은 굴절률을 갖는 하나 이상의 얇은(서브 파장) 층을 적용한다 - 이것에 의해 감소된 굴절률 차이, 표면에서의 더 낮은 반사, 더 낮은 오염, 더 효율적인 재료 가공을 위한 재료 내 더 많은 파워를 가진 중간 표면이 얻어진다. 스핀 코팅은 빠르고 적합하므로, 다른 것과 함께 또는 다른 것에 추가로 저렴하고 빠르며 가능한 나노 입자들 예를 들어, 실리콘(n = 3.55), 탄화규소(n = 2.6), 산화 티타늄(n = 1.8), 유리(n = 1.5), Al₂O₃(n = 1.72)가 있으므로 유리하다. 굴절률이 점차적으로 증가하는 여러 층들의 경우, 훨씬 효율적인 굴절률 매칭 및 반사 방지 효과를 구현할 수 있는 다층 공정이 실현 가능하다. 순전히 일례로서, 제1층: Si, 제2층: SiC, 제3층: TiO₂ 층으로 이루어진 위에서 언급된 층들의 배열이 생성될 수 있으며, 바람직하게는 각 층은 50-400 나노 미터 두께를 가진다. 이 방법은, 그러한 층들의 스핀 코팅에 의해 재료 표면상의 극히 작은 거칠기가 보상될 수 있고(더 나은 재료 결합(coupling-in)), 계면에서의 더 적은 산란에 의해 깊은 초점에서의 더 나은 파면 중첩(wavefront overlapping)과 그에 따라 더 낮은 레이저 파워가 요구되며, 이것에 의해 결국 다중광자 전이 확률(multiphoton transition probability)이 높아지므로 더욱 효과적인 프로세싱이 가능해지는 점에서, 더욱 유리하다. 스핀 코팅층 또는 코팅(34)의 생성은 고형체 층(14)의 분리 또는 분할 후에 잉곳 또는 고형체(1) 상의 표면의 재준비 및 표면 컨디셔닝을 위한 단계의 과정에서 적용될 수 있다. 따라서 먼저 그라인딩/랩핑/에칭 또는 폴리싱 단계가 달성될 수 있으며, 이어서 또는 선행 단계들 중 하나와 결합하여, 스핀 코팅 단계 또는 얇은 층 또는 코팅(34)을 적용하는 코팅 단계가 달성될 수 있다.

도 6은 레이저 빔들(10)을 결합(coupling-in)하는 배열을 개략적으로 도시하며, 이 배열에서는 반사가 감소된다. 바람직하게는, 레이저 빔들(10)은 브루스터 각도로 결합된다. 브루스터 각은 반사가 발생하지 않는 특정 편향의 광(E 벡터는 표면을 따르지 않고 재료 내로 향함)에 대한 입사각이다. 이것에 대한 요구사항은 빛이 공기와 재료 사이의 굴절률 차이에 따라 특정 각도로 입사되는 것이다. 또한, 빛은 편향되어야 한다(보통 레이저 광의 경우 주어지며, 싱글 모드 레이저와 광 결정 섬유를 필요로하지 않는다). 따라서 브루스터 각도에서의 결합은 후방 반사를 최소화하는 데 사용된다. 브루스터 각도에서 조사가 발생하면, 30%의 표면 반사가 재료 깊이에서 재료 처리를 위해 거의 완벽하게 사용될 수 있다.

브루스터 각도에서의 조사는 상이한 빔 성분들이 고 굴절성 매체에서 상이한 길이의 경로를 커버하기 때문에 복잡하다. 따라서 초점은 더 높은 에너지 및/또는 빔 성형에 의해 적응되어야 한다. 빔 성형은 바람직하게는, 예를 들어 레이저 빔 프로파일에 따라 이러한 차이를 보상하는 하나 이상의 회절 광학 요소(들)(DOE: diffractive optical elements)를 통해 달성된다. 브루스터 각도는 비교적 크며, 이것은 높은 개구수의 경우 광학기기 및 그 치수뿐만 아니라 작동 거리에 대해 요구 사항을 부과한다. 그럼에도 불구하고, 이 해결책은, 광 강도가 재료 내에 더 잘 결합되어 표면에서의 감소된 반사가 표면 손상의 감소에 기여하기 때문에, 유리하다. 본 발명의 의미에서, 레이저 빔(10)은 또한 본 명세서에 기재된 모든 다른 실시예에서 브루스터 각도에서 또는 실질적으로 브루스터 각도에서 방출될 수 있다. 브루스터 각도에서의 결합에 대해서는 다음 문헌을 참고한다: "Optical Properties of Spin-Coated TiO2 Antireflection Films on Textured Single-Crystalline Silicon Substrates"(Hindawi Publishing Corporation International Journal of Photoenergy, Volume 2015, 문헌 ID 147836, 8 페이지, http://dx.doi.org/10.1155/2015/147836). 이 문헌은 참고로 전체 범위에서 본 특허 출원의 주제가 된다. 전술한 및 포함된 문헌은 특히 상이한 재료에 대한 최적의 입사각 및 굴절률의 계산을 개시한다. 레이저 또는 레이저 적용 장치(8)의 에너지는 재료에 의존하지 않고 오히려 특정 각도에서 가능한 투과에 의존하여 적응된다. 따라서 만일 최적의 투과가 예를 들어 93%인 경우, 이들 손실은 수직 조사 및 그로 인한, 예를 들어 17% 손실과 비교하여 고려되어야 하며, 이에 따라 레이저 파워도 조정되어야 한다.

예: 일정 각도에서 93%와 비교하여 83% 투과 수직은, 동일한 에너지를 깊이에서 달성하기 위해, 수직 조사에 사용된 레이저 파워의 89%만이 요구된다는 것을 의미한다(0.83/0.93 = 0.89). 따라서, 본 발명의 의미에서, 비스듬한 조사의 부분은 바람직하게는 표면 반사로 인한 광 손실을 줄이고 더 깊이 가져가는 역할을 한다. 특정 배열에서 결과로서 발생할 수 있는 가능한 후속 문제는, 초점이 깊이에서 "왜곡(skew)" 프로파일을 얻을 수 있으므로 실현된 강도- 다 광자 처리를 위한 주요 양 -가 다시 낮아지며, 심지어는 모든 빔 성분이 재료 내 동일한 광 경로를 커버하는 수직 조사의 경우에서보다 훨씬 더 낮아질 수도 있다는 것이다. 이는 바람직하게는 빔 경로 내의 회절 광학 요소에 의해 또는 몇몇 회절 요소들 또는 연속 쐐기 또는 몇몇 연속 쐐기들- 및/또는 다른 광학 요소들 -에 의해 달성될 수 있으며, 이들은 이들 추가 경로들 및/또는 개별 빔들에 대한 영향 - 특히 빔 프로파일에 대한 다른 구면 수차들에 대해 보상한다. 이들 회절 광학 요소(DOE)는 적절한 소프트웨어 솔루션(예: Jena에 소재한 Lighttrans의 Virtuallab)을 사용하여 수치로 계산된 다음, 제조되거나 준비될 수 있다.

따라서, 본 발명은 고형체 또는 도너 기재(1)로부터 하나 이상의 고형체 층, 특히 고형체 웨이퍼(14)를 분리하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 여기서 바람직하게는 적어도 다음 단계를 포함한다: 고형체(1)를 제공하는 단계와, 레이저 적용 장치(8)의 레이저 빔(10)에 의해 고형체(1) 내부에 변형(2)을 생성하는 단계를 포함하며, 여기서, 균열 유도 영역이 상기 변형(2)에 의해 미리 정의되되, 상기 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체(1)로부터 상기 고형체 층(14)의 분리가 이루어지며, 상기 레이저 방사선은 브루스터 각도로 또는 브루스터 각도로부터 -10°내지 +10°범위의 편차로 고형체(1)에 입사된다. 상기 방법은 고형체(1)로부터 고형체 층(14)을 분리하는 단계를 더 포함한다.

따라서, 본 발명의 과정에서 공기/재료 사이의 높은 굴절률 차이는 수직 조사 시 최대 30%의 파워 손실을 의미한다는 것이 확인되었다. 따라서, 100W 레이저의 경우, 30W는 재료 처리를 위해 사용할 수 없거나 다른 효과를 갖는다. 따라서, 예를 들어, 소위 "광학 집게(optical pincers)"의 경우에서와 같이, 오염물이 광학기기 상에 형성될 수 있음이 추가로 확인되었다. 이 경우 공기와 액체 모두의 극히 작은 입자가 항상 레이저 빔의 초점(최고 강도)으로 이동하며 - 표면의 반사된 파워는 대기 중 또는 광학기기 근처에서 초점을 가지며, 먼지가 광학기기에 유인된다. 또한, 동시에 대물렌즈에서 97%의 투과와 100 MW 레이저 파워에서 상당한 열(3W)이 대물렌즈에 들어갈 수 있으며, 이는 공정에 대한 열적 손상/변형을 방지하기 위해 제거/보상되어야 함을 확인했다. 또한, 높은 파워는 표면 손상의 위험을 가져온다는 것이 추가로 확인되었다. 이는 표면상의 표면 상태로 인해 재료의 흡수가 증가할 수 있어서, 매우 작은 먼지 입자가 레이저 빔(10)에서 연소되어 흡수 핵을 형성하고 그 결과 흡수로 인해 더 많은 손상을 초래할 수 있기 때문이다. 또한, 높은 파워는 회절 광학 요소(DOE)에 의해 초점 평면의 여러 초점들에 분포된다는 것이 확인되었다. DOE는 초점 평면 앞에서도 간섭 효과를 나타내며, 초점 평면 앞의 표면상의 간섭이 국부 간섭 최대를 생성할 수 있고 이것은 결과적으로 표면을 손상시킬 수 있으며 결rh과적으로 깊은 곳에서의 처리를 위한 레이저 방사에 대한 감소된 투과로 귀결될 수 있다는 것이 확인되었다. 또한, 예를 들어 재료 도핑(빈번한 발생: 도핑 스폿)으로 인해, 일부 재료(예: SiC)는 국부 굴절률 및 다른 재료 특성 차이(예를 들어, 흡수, 투과, 산란)를 갖는다는 것이 확인되었다. 또한, 레이저가 결합하는 표면상의 재료의 표면 거칠기에 따라, 레이저의 파면이 재료의 깊은 곳에서 현저하게 손상되어 초점은 감소된 강도(더 낮은 다중광자 전이 확률)를 갖게 되며 이것은 이어서 앞서 언급 한 문제들을 가진 더 높은 강도를 수반하게 될 것이다.

이들 문제 중 하나 이상은 본원에 개시된 방법들의 각각 또는 조합에 의해 처리될 수 있다. 따라서, 본 발명은 바람직하게는 고형체로부터 하나 이상의 고형체 층을 분리하는 방법으로 이해될 수 있으며, 바람직하게는 이 방법에서 고형체(1)로부터 고형체 부분(6) 특히 고형체 층을 분리하기 위해 균열을 유도하기 위한 균열 유도 영역(4)이 변형(2)에 의해 제공된다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 적어도: 레이저 적용 장치(8)에 대해 고형체(1)를 이동시키는 단계, 하나 이상의 변형(2)을 각각 생성하기 위해 레이저 적용 장치(8)에 의해 레이저 빔들(10)을 연속적으로 생성하는 단계, 상기 고형체 층을 상기 고형체로부터 분리하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 특히 300 mm 이하 또는 300 mm 초과의 직경을 갖는 대면적 반도체 기재에 적합하게 크기 조정되는 스폴링(spalling) 공정이 기술된다. 월너 라인 패턴(Wallner line pattern)을 제거하기 위해, 특히 높은 개구수에서, 바람직하게는 재료 밴드 갭 에너지보다 낮은 광자 에너지에 의한, 레이저 컨디셔닝 공정이 사용된다. 이 공정에 의해 재료 내에서 다중광자 상호 작용이 일어나고, 스폴링 공정 후에 바람직하게는 1 ㎛ 미만의 표면 거칠기(Ra)가 얻어진다.

바람직하게는 본 발명에 따른 상기 해결책들 중 하나 이상은 조합될 수 있는데, 이는 결과적으로 훨씬 더 양호한 고형체 층 제조 또는 고형체 층 분리가 일어날 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명의 방법에 따르면, 레이저 적용 장치(8)는 하나 이상의 파라미터, 즉 정의된 지점들에서 및 정의된 고형체 깊이에 대한 고형체의 투과에 따라 변형의 정의된 생성을 위해 조정되고, 및/또는 상기 변형은 고형체 내에 압력 상승을 일으키며, 고형체 층은 압력 상승의 결과로서 균열 전파에 기인한 균열 유도 영역을 따라 고형체로부터 분리되며, 바람직하게는 상기 변형의 적어도 일부는 고형체 층의 일부로서 고형체로부터 분리되고, 상기 고형체 층은 바람직하게는 상기 변형의 결과로서 곡선 또는 돔 모양으로 변환되고, 여기서 균열 유도 영역(4)으로부터 생성되는 고형체 층(14)의 추가 표면 부분은 적어도 부분적으로 볼록하게 성형되며 및/또는 고형체(1)는 하나 이상의 코팅(34)을 갖고 코팅(34)의 굴절률은 코팅(34)이 배열되는 고형체의 표면의 굴절률과 다르거나 또는 코팅(34) 고형체 상에 생성되고 코팅(34)의 굴절률은 코팅(34)이 배열되는 고형체의 표면의 굴절률과 다르며 및/또는 레이저 방사선은 브루스터 각도에서 또는 브루스터 각도로부터 -5°내지 +5°범위의 편차, 특히 -4°내지 +4°범위의 편차 또는 -3°내지 +3°범위의 편차 또는 -2°내지 +2°범위의 편차를 갖고 고형체에 입사하고 및/또는 상기 방법은 추가로 또는 대안으로 다음 단계들 중 하나 이상을 포함한다: 특히 주위의 리세스(12)를 생성하기 위해 고형체(1)의 재료를 제거하는 단계 - 여기서, 상기 재료는 고형체의 길이 방향으로 제거되고, 상기 재료 제거의 결과로서 또는 고형체(1)와 레이저 적용 장치(8) 사이, 특히 방사 경로의 영역에 위치하는 가스 특히 공기의 유동 거동을 조정하여 레이저 방사선(10)의 영역 내 먼지의 축적을 방지함으로써 균열 유도 영역 (4)이 노출된다.

도 7 내지 도 18은 표면 반사의 굴절률 의존성을 고려한 상이한 개구수 및 1/e² 가우시안 프로파일에 대한 최적 입사각의 계산을 위한 예를 도시한다.

도 7 내지 도 10은 탄화규소(n = 2.7)를 사용할 때의 프로파일을 도시한다.

목적: p-편향된 광으로 표면 반사를 최소화하기 위해 브루스터 각도를 이상적으로 사용하는 것에 의해 샘플에 결합되는 레이저 파워를 최대화함. 결과: NA = 0.8에 대해 브루스터 결합은 가치가 없다(방사 콘은 거의 브루스터 각도로 외부에서 결합한다), 더 작은 NA, 특히 NA = 0.2는 이것으로부터 이익을 얻을 수 있으며, 더 높은 NA는 중간의 이상적인 각도를 가진다.

도 7의 위 도면은 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA = 0.2(녹색), 최적 입사각 63.8°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 8의 위 도면은 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA = 0.4(녹색), 최적 입사각 52.5°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 9의 위 도면은 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA = 0.6(녹색), 최적 입사각 35.6°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 10의 위 도면은 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA = 0.8(녹색), 최적 입사각 0°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 11 내지 도 14는 실리콘(n=3.6)을 사용할 때의 프로파일을 도시한다.

여기에서의 목적은 p-편향된 광으로 표면 반사를 최소화하기 위해 브루스터 각도를 이상적으로 사용하는 것에 의해 샘플에 결합되는 레이저 파워를 최대화하는 것이다. 결과: NA = 0.8에 대해 브루스터 결합은 가치가 없다(방사 콘은 거의 브루스터 각도로 외부에서 결합한다), 더 작은 NA, 특히 NA = 0.2는 이로부터 이익을 얻을 수 있으며, 더 높은 NA는 중간의 이상적인 각도를 가진다.

도 11의 위 도면은 실리콘에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.2(녹색), 최적 입사각 67.9°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 12의 위 도면은 실리콘에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.4(녹색), 최적 입사각 57.4°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 13의 위 도면은 실리콘에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.6(녹색), 최적 입사각 43.6°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 14의 위 도면은 실리콘에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.8(녹색), 최적 입사각 0°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 15 내지도 18은 사파이어/ALO(n=1.72)를 사용할 때의 프로파일을 도시한다.

여기에서의 목적은 p-편향된 광으로 표면 반사를 최소화하기 위해 브루스터 각도를 이상적으로 사용하는 것에 의해 샘플에 결합되는 레이저 파워를 최대화하는 것이다. 결과: NA=0.8에 대해 브루스터 결합은 가치가 없다(방사 콘은 거의 브루스터 각도로 외부에서 결합한다), 더 작은 NA, 특히 NA=0.2는 이로부터 이익을 얻을 수 있고, 더 높은 NA는 중간의 이상적인 각도를 가지며, 여기서 NA=0.6은 조사를 위한 각도를 거의 필요로 하지 않는다.

도 15의 위 도면은 ALO에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.8(녹색), 최적 입사각 54.9°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 16의 위 도면은 ALO에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.4(녹색), 최적 입사각 41.2°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 17의 위 도면은 ALO에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.6(녹색), 최적 입사각 14.5°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 18의 위 도면은 ALO에 대한 가우시안 프로파일에서 입사각에 대한 상대적 결합 파워를 도시하고 아래 도면은 p-(적색) 및 s-(청색) 편광에 대한 반사계수와 매핑된 NA=0.8(녹색), 최적 입사각 0°에 대한 각도 가우시안 프로파일을 도시한다.

도 19(a)는 대면적 기재의 레이저-프리(laser-free) 스폴링에 대한 표준 방법을 개략적으로 도시한다. 일반적으로 사용되는 웨이퍼 샘플은 둥근 에지로 인한 복잡성을 피하기 위해 날카로운 에지를 가진다. 둥근 에지는 종래의 웨이퍼에서 사용되는데, 이는 내부로 진행한 후 기재 및 이에 대한 제조 공정을 교란시킬 수 있는 웨이퍼 모서리에서의 균열의 발생을 방지하기 위해서이다.

공정은 바람직하게는 다음과 같이 진행된다: 표준 세척 공정 후에 웨이퍼는 표면 접착력을 향상시키기 위한 1차 층과, 단부에서 중합체-웨이퍼 분리를 향상시키기 위한 희생 층으로 코팅된다. 그런 다음 웨이퍼는 두께가 다른 PDMS(polydimethyl siloxane) 중합체 필름과 백금 중합화 촉매를 가진 PDMS 접착제로 코팅된다.

이어서, 샘플들은 액체 질소에 침지되기 전에 중합체 유리 전이 온도 바로 위의 온도로 사전-냉각된다. 샘플의 크기에 따라, 샘플은 최대 20초 후에 액체 질소의 온도에 도달할 것이다. 이때 시스템은 열적 평형 상태에 있다. 그 다음, 반도체 층은 자발적으로 발생하는 스폴링 이벤트에서 분리된다. 스폴링 방법은 중합체 유리 전이에 의해 유도되고 결과적으로 중합체 내 영률(Young's modulus)이 상당히 증가한다. 그러면 반도체와 중합체 사이의 열팽창계수(CTE)의 추가적인 차이는 결정을 수평으로 분리하기에 충분한 응력을 유도한다. 상기 방법은 반도체와 관련하여 중합체의 상대적인 수축을 필요로하는 것이 중요하다. 다음 단계는 고정된 PDMS 필름을 갖는 반도체 부품을 분리용 조 내에 침지시키는 것이며, 상기 분리용 조는 최종적으로 희생 층을 용해시키고 그에 의해 중합체의 재활용뿐만 아니라 후속 공정 단계를 위한 반도체 웨이퍼의 준비를 가능하게 한다.

따라서, 도 19(a)는 바람직하게는 2개의 응력 층, 즉 중합체 필름의 앙상블을 갖는 기재의 통상적인 스폴링을 보여준다. 필름들이 기재의 양면에 고정된 후, 온도 변화 응력을 유도하기 위해 급격한 냉각 단계를 거친 다음 균열 형성 및 기재의 분리가 진행된다.

도 19(b)에 도시된 레이저-이용 스폴링 공정은 현저하게 유사하다. 주요 차이점은 추가 레이저 처리 단계인데, 이 단계에서는 레이저 빔이 샘플의 정의된 평면상에 또는 정의된 프로파일 상에 집속된 다음 샘플을 스캔한다. 이러한 방식으로 생성된 레이저 층은 균열 형성 평면과 그에 따라 후속 스폴링 공정에서의 분리를 정의한다.

*따라서, 도 19(b)는 레이저-이용 스폴링 공정을 도시한다. 도 19(a)에 도시된 공정 단계에 추가하여, 레이저 빔 또는 레이저 시스템에 의해 생성된 변형 층에 의해, 추가의 공정 단계에서, 스폴링 균열 전파를 위한 바람직한 평면을 정의하는 구조적으로 약화된 층이 재료 내에 생성된다.

레이저-프리 스폴링으로부터 생성되는 전형적인 최종 웨이퍼 표면이 도 19c에 도시되어 있다. 월너 라인의 패턴이 재료 내부의 균열 전파로부터 얻어진다. 재료 내의 분리 평면을 따라 균열 거동을 재현하는 그루브들(grooves)이 재료의 표면에 만들어질 수 있다. 균열이 샘플의 가장자리에 형성되고 안쪽으로 이동하며, 그 결과 그림 19c와 같은 상세한 패턴이 형성된다. 패턴의 4중 대칭은 실리콘 내 4중 결정 대칭의 결과이며, 샘플의 중심에 균열 파동의 특이점(singularity) 또는 중심점이 있다. 그러나 와이어 소잉(wire sawing) 공정와 기술적으로 경쟁하기 위해, 분리 후 표면 품질이 각 스폴링 공정에서 결정적으로 중요하다. 그러나 레이저 공정이 없이 생성된 스폴링 표면의 결과적인 총 두께 변화(TTV: total thickness variation)는 일반적으로 섹터 요구사항을 훨씬 초과한다. 스폴링 공정의 일반적인 TTV는 50 ㎛의 크기이며, 추가 처리 전에 그라인딩 단계가 필요할 수 있으므로 비용을 크게 상승시킬 수 있다. 대신, LAS(laser-assisted spalling) 공정을 사용하면 표면 거칠기(Sa)가 < 1 ㎛ 값을 갖게 된다. Sa는 표면 좌표 z(x,y)의 절대값들의 산술 평균이다.

도 19c는 종래의 스폴링(spalling)을 사용하여 분리한 후의 30 mm 실리콘 웨이퍼의 절반의 사진을 도시한다. 월너 라인은 균열 그루브로 명확하게 볼 수 있으며 높은 표면 높이 편차(TTV)를 나타낸다.

도 19d는 레이저-이용 스폴링 후의 300 mm 실리콘 웨이퍼의 절반의 사진을 도시한다. 표면은 1 ㎛ 미만의 표면 거칠기로 균질하고 균열 전파로 인한 스트립(strips)이 보이지 않는다. 기재의 좌측면 상의 수직선은 레이저 시스템의 기재 지지 테이블의 이동 제한으로부터 기인한다.

도 20(a) 내지 20f는 레이저-이용 스폴링 후의 재료 표면의 개요를 도시한다. 도 20(a)는 19b에 도시된 샘플의 실리콘 표면을 도시하며, Sa = 0.79 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다. 도 20(b)는 레이저-이용 스폴링 후에 사파이어(Al₂O₃) 기재 표면(C 평면)을 도시하며, Sa = 1.96 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다. 도 20(c) 및 도 20(d)는 레이저-이용 스폴링 후에 탄화규소 다형체(polymorph) 4H 및 6H(둘 다 N 도핑됨)의 표면들을 도시하며, Sa = 1.85 ㎛ 및 Sa = 1.29 ㎛의 표면 거칠기를 각각 갖는다. 도 20(e)는 비결정성 재료의 스폴링에 대한 예로서, 다결정질 Al₂O₃의 표면을 도시하며, Sa = 3.89 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다. 도 20(f)는 석영 유리, 원리 연구, 레이저-이용 스폴링 실험을 도시하며, Sa = 6.89 ㎛의 표면 거칠기를 갖는다.

도 21(a)는 스폴링 후 표면의 현미경 사진을 도시한다. 도 21(b)는 6H 탄화규소에서 3개의 상이한 지점의 라만 스펙트럼을 도시한다. 어두운 영역(도 21(a)의 우측)의 라만 스펙트럼은 곡선 K1 및 곡선 K2이고, 곡선 K3는 도 21(a)의 좌측의 더 밝은 영역의 라만 스펙트럼이다. 더 어두운 영역에 대한 피크 높이는 거의 모든 피크에 대해 감소하고 더 어두운 영역의 위치 2에서는 라만 피크를 볼 수 없다.

도 22는 추가의 또는 대안적인 빔 프로파일을 도시한다. 높은 개구수를 갖는 브루스터 적용의 경우에, 레이저의 빔 프로파일은 본 발명에 따라 적응될 수 있다. 따라서, 높은 NA에서 이것은 방출된 레이저 빔 프로파일의 측면에서 더 높은 강도를 야기할 수 있다. 극단적인 경우들에서 이것은 중심에서 명확한 강도가 최소인 도넛 타입 프로파일이다. 그러나 레이저 빔 프로파일은 중앙에서 평평한 가우시안 프로파일로서 구성되는 것도 가능하다. 바람직하게는 높은 NA에서 레이저 프로파일의 에지 구역들이 이미 브루스터 각도 근처로 들어갈 수 있는 환경이 사용된다. 따라서 도 22에 도시된 예시적인 프로파일은 바람직하게는 플랭크에서 (다른 실시 예와 비교하여) 상대적으로 더 높은 강도 분율을 가지고 생성될 수 있다.

도 23(a)는 제1 고형체 생성 구성을 설명한다. 이 구성에 따르면, 고형체(1)로부터 고형체 층(14)을 분리하는 것이 가능하다. 이 구성에 따르면, 제1 개수의 변형(2)이 고형체 내에 생성된다. 변형(2)은 여기서 바람직하게는 쪼개진 고형체 층(14)의 처짐을 야기한다.

도 23(b)는 제2 고형체 생성 구성을 도시한다. 이 구성에 따르면, 고형체(1)로부터 고형체 층(14)을 분리하는 것도 가능하다. 그러나 이 구성에 따르면, 고형체(1) 내에 제2 개수의 변형(2)이 생성된다. 바람직하게는 제2 개수의 변형은 제1 개수의 변형보다 크다. 추가로 또는 대안으로, 상기 구성은 여러 변형 층이 역시 제공될 수 있는 제1 구성보다 여러 변형 층(2.1, 2.2) 또는 더 많은 변형 층 (2.1, 2.2)을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 구성에 따른 개개의 변형 또는 다수의 변형(2)이 제1 구성에서보다 더 강하게 구성되는 것이 또한 가능하다. 여기에서 더 강하게 구성되는 것은 바람직하게는 각각의 경우에서의 개개의 변형이 제1 구성에서보다 더 큰 체적에 걸쳐 확장되는 것을 의미한다. 레이저 빔(10)은 바람직하게는 고형체(1)의 길이 방향으로 또는 고형체(1)의 길이 방향(L)에 대해 60°이하의 비스듬한 각도로, 특히 바람직하게는 고형체 층의 일부인 평평한 표면을 통해 고형체(1) 내로 침투하며 그 다음에 균열 유도 영역(4)이 바람직하게는 여러 개의 변형 층(2)으로 형성된다. 상기 층들은 바람직하게는 서로 간격을 두고 또는 길이 방향(L)으로 오프셋 되어 생성된다. 바람직하게는 변형(2)의 적어도 몇몇은 1 내지 50 ㎛ 사이의 길이 방향(L)에서의 확장을 가지고 및/또는 레이저 빔(20)은 바람직하게는 고형체(1) 내에 도입되어 개구수가 1 미만, 바람직하게는 0.9 미만 또는 0.7 미만 또는 0.6 미만 또는 0.5 미만인 방식으로 변형(2)을 생성한다.

따라서, 본 발명은 고형체로부터 하나 이상의 고형체 층을 분리하는 방법에 관한 것이며, 변형으로 인하여 고형체 부분, 특히 고형체 층을 고형체로부터 분리하기 위한 균열 유도 영역이 미리 정의되고, 적어도 다음 단계를 포함한다: 레이저 적용 장치에 대해서 고형체를 이동시키는 단계와, 하나 이상의 변형을 각각 생성하기 위해 레이저 적용 장치에 의해 레이저 빔들을 연속적으로 생성하는 단계 - 여기서, 상기 레이저 적용 장치는 하나 이상의 파라미터, 즉 정의된 지점에서 및 정의된 고형체 깊이에 대한 고형체의 투과에 따라 변형의 정의된 생성을 위해 조정되며, 레이저 적용 장치의 조정에 의해, 고형체의 불균일은 영향을 받은 표면의 영역에서 및/또는 고형체의 영향을 받은 체적의 영역에서 보상됨 -, 및 고형체 층을 고형체로부터 분리하는 단계.

도 24a는 라만 기구(58)를 도시한다. 여기에 도시된 라만 기구(58)는 방사선을 방출하는 레이저(60)를 갖는다. 바람직하게는 방사선은 여기를 위해 하나 이상의 광섬유(61)에 의해 바람직하게는 광학 시스템에 공급되고, 바람직하게는 이 광학 시스템, 특히 렌즈(64)로부터 집속되고, 특히 고형체 내에 집속된다. 이 방사선은 적어도 부분적으로 산란되며, 바람직하게는 필터 장치 또는 여기 필터(62)에 의해, 레이저에 의해 방출된 방사선과 동일한 파장을 갖는 광 성분이 필터링된다. 그 다음, 다른 방사선 성분들은 분광기(68)에 공급되어 카메라 장치 특히 CCD 검출기(70)에 의해 기록되고, 제어 장치(14, 72) 특히 컴퓨터에 의해 평가되거나 준비된다.

따라서, 결정 내 원자 진동은 바람직하게는 외부 또는 특히 바람직하게는 추가의 레이저에 의해 여기된다. 이들 진동은 결정 원자에서의 광 산란에 의해 발생되며, 이는 진동 에너지의 양만큼 변화된 광자 에너지를 가진 관찰 가능한 산란 광을 야기한다. 몇 가지 여기 가능한 진동의 경우, 산란 광의 스펙트럼에도 몇몇 피크가 나타난다. 생성된 라만 산란 스펙트럼은 분광계(격자 분광계)(소위 라만 분광학)를 사용하여 자세하게 조사할 수 있다. 이 방법에서 결정 내의 국부적인 상태는 각각의 라만 선상에 그 모양이 나타나고 도핑도는 라만 선의 형태 분석에 의해 결정될 수 있다.

도 24b는 가능한 격자 진동이 SiC에서 어떻게 나타나는지를 도시하며, 이들 모드는 결정 대칭 및 방향에 의해 미리 정의되고 또한 동시에 여기될 수 있다. 도시 된 그림들은 결정 축 A를 따른 확장을 보여준다. 이 경우에, 원자들의 진동은 특정 방향에서만 가능하며, 방향달은 결정의 대칭에 의해 미리 정의된다.

도 25a는 질소로 도핑된 4H 탄화규소 고형체의 라만 프로파일의 일부를 도시한다(도핑된 SiC에 대한 예시적인 라만 스펙트럼). 여기서 LO(PC) 모드의 형태는 도핑 농도의 측정에 사용되고 정합된다. 하단 패널: 적합한 잔여물.

도 25b는 라만 프로파일의 더 작은 부분을 도시한다.

도시된 바와 같이, 형상의 측정 및 LO(PC) 모드에 대한 후속 정합으로부터의 라만 측정을 사용하여 도펀트 농도를 결정하는 직접적인 방법이 얻어진다.

따라서, 일반적으로, 목적은 레이저 파라미터를 조정하여, 그렇지 않으면 모든 재료 손실을 최소화하거나 감소시켜(심지어 그라인딩 단계에서도) 균열 전파의 결과로서 성공적인 분리를 여전히 초래하는 재료 내 최적의(가능한 한 최소의, 가능한 한 최단의) 균열 프로파일을 조정하는 것이 목적이다.

도 26a 및 도 26b는 부울/잉곳(boule/ingot)으로부터 개개의 웨이퍼들의 리프팅(lifting)을 구성하기 위한 두 가지 가능성을 도시한다.

도 26a에 따르면 피드포워드 루프로서 구성되고, 도 26b에 따르면 피드백 루프로서 구성된다.

피드포워드의 경우, 분포는 레이저 공정 이전에 특성화되며, 이로부터 맵 또는 처리 명령 또는 파라미터 적응, 특히 위치-의존성이 레이저 공정, 특히 변형의 생성에 대해 계산된다. 피드포워드는 바람직하게는 잉곳/부울에 대해 수행된다.

대안으로, 도 26b에 도시된 바와 같이, 각각의 분리 단계 후에 형성된 웨이퍼가 특성화되고 다음 웨이퍼를 위한 템플릿으로서 역할을 하는 피드백 루프가 구현될 수 있다.

재료 및 도핑에 따라, 레이저 공정 동안 상이한 적응이 이루어질 수 있다:

SiC 재료의 경우, 결과적인 도핑에 따라 상이한 깊이에서 레이저 파라미터의 상이한 조정이 이루어질 수 있다. 후술하는 경계 조건하에서, 이는 마찬가지로 이후에 언급되는 기능들을 가져올 수 있다.

깊이 180 ㎛, 펄스 듀레이션 3ns, 개구수 0.4

낮은 도핑: 7μJ - 21 mOhmcm

높은 도핑: 8μJ - 16 mOhmcm

*깊이 350 ㎛, 펄스 듀레이션 3ns, 개구수 0.4

낮은 도핑: 9.5μJ - 21 mOhmcm

높은 도핑: 12μJ - 16 mOhmcm

180 ㎛ 깊이에 대한 공식:

E 에너지(μJ)

E0 최저 도핑에서의 오프셋 에너지

*K 에너지 환산계수(scaling factor)

R 측정된 도핑도

B 기본 도핑도(21 mOhmcm)

E = E0+(B-R)*K

여기서,

K=1/(21-16)μJ/mOhmcm = 0.2μJ/mOhmcm

E0 = 7μJ

B = 21 mOhmcm

예: 19 mOhmcm의 측정된 도핑도: E = 7.4μJ

350 ㎛ 깊이에 대한 공식 :

E 에너지(μJ)

E0 가장 낮은 도핑에서의 오프셋 에너지

K 에너지 환산 계수

R 측정된 도핑도

B 기본 도핑도(21 mOhmcm)

E = E0+(B-R)*K

여기서,

K = 2.5/(21-16)μJ/mOhmcm = 0.5μJ/mOhmcm

E0 = 9.5μJ

B = 21 mOhmcm

예: 19 mOhmcm : E = 10.5 μJ

도 27(a) 내지 27i는 균열을 개시하기 위해 추가 재료 층들 또는 컴포넌트(150)를 생성한 후에 제공될 수 있는 다양한 배열을 도시한다.

도 27(a) 내지 27i는 균열 유도의 개시 및/또는 균열 개시 응력을 위해 유리한 다양한 고형체 배열(176)을 도시한다.

도 27(a)는 처리된 고형체(1) 또는 구조들 또는 컴포넌트들(150)을 갖는 웨이퍼를 도시한다.

도 27(a)에 도시된 고형체(1)와 비교하여, 도 27(b)에 도시된 고형체(1)에서, 수용층(140)이 컴포넌트 측, 특히 컴포넌트(150) 또는 추가의 재료 층 위에 배열된다. 수용층(140)은 바람직하게는 분리될 고형체 층 상에 배열된다. 이 경우 수용층(140)은 분리막으로 지정될 수 있으므로 바람직하게는 구조물 측면 상에 적층된다. 다음 단계에서 전체 배열이 냉각되고, 그 결과 분할 또는 균열 개시 및/또는 균열 유도가 일어난다.

도 27(b)의 다이어그램과 비교하여, 도 27(c)에 따르면, 유지 층/접착 웨이퍼가 고형체의 아래 측 또는 고형체의 노출된 표면상에 배열된다. 상기 유지 층은 또한 공구 캐리어 또는 척(300)일 수 있다. 다음 단계에서 전체 배열이 냉각되고, 그 결과 분할 또는 균열 개시 및/또는 균열 유도가 일어난다.

도 27(d)는 도 27(b)와 비교하여 고형체에 양면 수용층(140, 146)이 제공되는 배열을 도시한다. 추가의 수용층(146)은 이 경우에 나중에 잔류하는 잔류 고형체의 표면상에 배열되며, 접착 촉진 층(148) 및/또는 희생 층(149) 및/또는 보호 층(142)이 추가 수용층(146)과 고형체(1) 사이에 배열되거나 생성될 수 있다. 2개의 수용층(140, 146)은 바람직하게는 적층된다. 다음 단계에서 전체 배열이 냉각되며, 그 결과 분할 또는 균열 개시 및/또는 균열 유도가 일어난다.

도 27(e)는 도 27(d)에 도시된 배열과 비교하여, 추가 수용층(146)과 고형체(1) 사이에 접착 촉진 층(148) 및/또는 희생 층(149) 및/또는 보호 층(142)이 배열되거나 생성되지 않은 배열을 도시한다. 다음 단계에서, 전체 배열이 냉각되고, 결과적으로 분할 또는 균열 개시 및/또는 균열 유도가 일어난다.

도 27(f)는 도 27(d)에 도시된 배열에 반대로 구성된 배열을 도시한다. 즉, 접착 촉진 층(146) 및/또는 희생 층(149) 및/또는 보호 층(142)은 추가 수용층(146)과 고형체(1) 사이가 아니라 수용층(140)과 고형체(1) 사이에 배열되거나 생성되고, 따라서 분리될 고형체 층 상에 생성되거나 배열된다. 하나 이상의 층이 예를 들어 스핀 코팅에 의해 컴포넌트(150) 또는 구조물들 상에 생성될 수 있다. 다음 단계에서 전체 배열이 냉각되고, 그 결과 분할 또는 균열 개시 및/또는 균열 유도가 일어난다.

도 27(g)는도 27(d) 및도 27(f)의 배열들의 조합에 대응하는 배열 또는 구현을 도시한다. 고형체는 바람직하게는 양 측면에 분할막이 적층되고, 또한 양 측면에 분할막 아래에 보호층 및/또는 접착 촉진 층 및/또는 희생층이 제공될 수 있다. 또한, 예를 들어, 스핀 코팅이 구조물들 위에 가능하다. 다음 단계에서 전체 배열이 냉각되고, 그 결과 분할 또는 균열 개시 및/또는 균열 유도가 일어난다.

도 27(h)는 도 27(b)에 도시된 배열과 유사한 배열을 나타내지만, 수용층은 분리될 고형체 층의 표면상의 한 측면 상이 아니라, 분리 후에 남는 잔여 고형체 상에 배열되거나 적층된다. 분리는 잉곳으로부터의 분리와 유사한 냉각의 결과로서 또는 잉곳 공정에서와 같이 일어난다.

도 27(i)는 도 27(c)에 도시된 배열과 유사한 배열을 나타내며, 여기서 후술되는 하나 이상의 층 또는 장치는 고형체의 컴포넌트 측에 또는 컴포넌트(150) 상에 배열되거나 생성된다. 이들 층 또는 장치는 바람직하게는 이 경우에: 적어도 또는 정확히 하나의 접착 촉진 층(148) 및/또는 적어도 또는 정확히 하나의 희생 층(149) 및/또는 적어도 또는 정확히 하나의 보호 층(142) 및/또는 적어도 또는 정확히 하나의 안정화 장치(3), 특히 공구 캐리어(tool carrier) 또는 척(300)(바람직하게는 냉각 장치) 또는 다른 웨이퍼이다. 다음 단계에서 전체 배열이 냉각되며, 그 결과 분할 또는 균열 개시 및/또는 균열 유도가 일어난다.

도 28은 X-Y 처리로 패턴을 기록하는 예를 도시한다:

화살표(170, 172)는 레이저 공급 장치를 나타내고, 검은색 원들은 여기에서 재료 내 손상 효과와 중첩되지 않는 상이한 레이저 샷(shots) 또는 변형(9)을 나타낸다. 레이저가 초기에 한 방향으로 이동하여 변형(9)을 생성한 후 그것이 역전되어 제2 (하부의) 방향에서 변형(9)을 기록하는 것이 여기에서 바람직하다.

도 29(a) 내지 29d는 다양한 냉각 장치(174)를 도시한다. 이러한 냉각 장치(174)에서 처리되는 고형체 배열(176)은, 도 27(a) 내지 27i에 도시되고 설명된 하나 이상의 수용층(140, 146)을 구비한 고형체(1)의 상이한 구현 또는 구성으로부터 얻어진다. 본 명세서에 도시된 냉각 장치(174)는 모두 냉각을 위한 초기 냉각 매체로서 액화 가스(178)를 사용한다. 이 초기 냉각 매체는 실시 예에 따라 분무되거나 기화된다. 바람직하게는 초기 냉각 매체는 액체 질소이다. 예컨대 압전소자에 의한 대체 냉각 방법 또한 생각할 수 있고 가능하다.

여기서 냉각장치(174)는 바람직하게는 수용층(140, 146)을 -85℃와 -10℃ 사이의 온도까지, 특히 -80℃와 -50℃ 사이의 온도까지 냉각하는데 사용된다.

도 29(a)에 따르면, 냉각장치(174)는 질소 조(bath)를 포함하며, 수용층은, 특히 조정 가능한 위치설정 장치(180)에 의해, 상기 질소 조에 담긴 액화 질소에 대해 얼마간 떨어져 위치된다. 따라서, 상기 고형체 배열은 바람직하게는 위치설정 장치상에 또는 질소 조 위의 용기 상에 배열된다. 따라서 챔버 높이에 따른 온도 변화도(gradient)가 생기고 고형체 배열에서의 온도는 고형체 배열(176)의 위치(챔버의 저부로부터의 거리)의 초기 냉각 매체에 의한 충전 레벨을 통해 조정 가능하다.

도 29(b) 내지 29d의 실시예에 따르면 냉각장치는 바람직하게는 분무수단을, 특히 액화 질소를 분무하기 위한 구멍이 뚫린 적어도 또는 정확히 하나의 도관 또는 액화 질소를 분무하기 위한 분무 수단을 포함할 수 있으며 냉각 효과는 분무된 또는 기화된 질소에 의해 생성될 수 있다.

도 29(b)에 따르면, 분사 또는 분무를 위해 균질한 스프레이 장치/분무기가 제공된다. 상기 스프레이 또는 분무는 바람직하게는 고형체 배열(176) 위에 이루어진다. 또한, 바람직하게는 온도 모니터링을 위한 온도 측정이 이루어지고, 초기 데이터가 밸브 특히 질소 밸브를 조절하기 위해 출력된다. 온도 측정은 바람직하게는 기재 위에서 또는 고형체(1) 위에서 또는 수용층(140) 위에서 이루어진다.

기재 또는 고형체(1) 또는 고형체 배열(176)은 바람직하게는 챔버의 바닥에 질소 피착을 피하기 위해 챔버 바닥 위에 머무른다.

도 29(c)에 따르면, 바람직하게는 구멍 뚫린 도관이 균질한 스프레이 장치로서 사용된다. 또한, 바람직하게는 온도 모니터링을 위해 온도 측정이 이루어지고, 초기 데이터가 밸브, 특히 질소 밸브를 조절하기 위해 출력된다. 온도 측정은 바람직하게는 기재 위에서 또는 고형체(1) 위에서 또는 수용층(140) 위에서 이루어진다.

기재 또는 고형체(1) 또는 고형체 배열(176)은 바람직하게는 챔버의 바닥에 질소 피착을 피하기 위해 챔버 바닥 위에 머무른다. 도 29(d)에 따르면, 이것은 바람직하게는 몇몇 또는 각 측면을 냉각하기 위한 균질한 스프레이 장치/분무기(182)를 포함하는 냉각 장치(174)을 도시한다. 또한, 바람직하게는 온도 모니터링을 위해 온도 측정이 이루어지고, 초기 데이터가 밸브, 특히 질소 밸브를 조절하기 위해 출력된다. 온도 측정은 바람직하게는 기재 위에서 또는 고형체(1) 위에서 또는 수용층(140) 위에서 이루어진다.

냉각 장치(174)의 챔버(184)는 바람직하게는 격리에 의해 가능한 한 온도 변화도를 감소시키기 위해 폐쇄된다.

도 30은 결정 격자 배향과 변형의 생성 사이의 바람직한 관계에 대한 3가지 예를 보여준다. 이 방법은 SiC로 이루어지거나 SiC를 포함하는 고형체로부터 고형체 층들의 분리에 특히 적절하다. 이들 관계는 본 발명에 따른 추가의 방법으로 귀결된다. 본 발명에 따른 이 추가의 방법은 바람직하게는 하나 이상의 고형체(1)로부터 하나 이상의 고형체 층을, 특히 잉곳으로부터 웨이퍼를 분리하기 위해 또는 웨이퍼를 박형화를 위해 사용된다. 본 발명에 따른 이 추가의 방법은 바람직하게는 적어도 다음 단계들을 포함한다: 분리 평면(4)을 형성하기 위해 고형체(1) 내부에 레이저 빔에 의해 복수의 변형(2)을 생성하는 단계, 및 고형체(1) 내부에 외력을 도입하여 고형체(1) 내에 응력을 생성하는 단계. 여기서 상기 외력은 응력이 분리 평면(4)을 따라 균열 전파를 야기할 정도로 강하다.

본 발명에 따르면, 변형들은 적어도 한 줄(line or row)로 연속적으로 생성되며, 한 줄로 생성된 변형(2)은 바람직하게는 일정 거리(X)에 높이(H)로 생성되어, 2개의 연속하는 변형들 사이에서 전파하는 균열, 특히 결정 격자 방향으로 전파하는 균열- 상기 전파 방향은 분리 평면에 대해서 일정 각도(W)로 정렬됨 -이 2개의 변형을 상호 연결하게 한다. 여기서 각도(W)는 바람직하게는 2°와 6°사이, 특히 4°이다. 바람직하게는 균열은 제1 변형의 중심 아래의 영역으로부터 제2 변형의 중심 위의 영역까지 전파한다. 따라서 여기서 중요한 관계는 변형의 크기가 변형들의 거리 및 각도(W)에 따라 변할 수 있거나 변해야 한다는 것이다.

또한 이 방법은 기재(1)의 초기에 노출된 표면 위 또는 상부에 층들 및/또는 컴포넌트(150)를 배열하거나 생성하여 복합 구조물을 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 노출된 표면은 바람직하게는 분리될 고형체 층의 일부이다. 특히 바람직하게는 분리 평면(4)을 형성하기 위한 변형은 상기 복합 구조물을 생성하기 전에 형성된다.

외력을 도입하기 위해, 예를 들어 전술한 방법에서 유추하여 수용층(140)이 고형체 또는 복합 구조물의 노출된 표면상에 배열될 수 있다.

3개의 다이어그램(30a-30c)은 레이저에 의해 비정질화/위상-변환된 손상/변형 구역의 크기가 어떻게 균열의 톱니 패턴에 의해 커버된 높이에 영향을 미치는지를 도시하기 위한 것이다. 일반적으로, 균열은 결정의 개별 원자들 사이의 결정면을 따라서 진행한다. 변형된 구역 내에서 이들 깨끗한 면들은 더 이상 존재하지 않으므로 정지한다.

빔 방향을 따르고 또한 측면으로 초점 평면 내의 손상 구역은 바람직하게는 가능한 높은 개구수에 의해 감소될 수 있다. 문턱 강도만 도달되어야 하기 때문에, 여기서 더 작은 펄스 에너지로 충분한다.

만일 손상 구역이 이제 적당히 더 작게 구성되면, 레이저 변형은 더욱 조밀하게 설정될 수 있으며, 이것은 톱니가 더 짧게 진행하게 하고 전체적으로 변형된 평면의 더 작은 높이 확장을 초래한다(제1 다이어그램).

한편, 손상 구역이 더 크게 설정되면(더 높은 에너지 및/또는 더 낮은 개구수 - 도 3b), 더 큰 미세 균열이 비정질화 구역의 증가된 압력에 의해 개시되며 이것은 더 큰 거리에서의 더 큰 확장의 손상 구역에 의해 차단될 수 있다(즉, 통제된 방식으로 중지됨).

마지막으로, 도 30c는 손상 구역이 충분히 크지 않고 너무 넓게 진행하는 균열이 레이저 변형에 의해 촉발된다면, 균열이 한편으로 너무 넓게 진행하고 - 즉, 균열에 의해 생성된 높이 차이가 원하는 것보다 더 크고 - 다른 한편으로 균열이 추가의 손상 구역하에서 촉진되고 비정질화된 재료에 의해 중지되지 않는 위험을 보여준다. 이것은 다음에 다시 재료 손실을 초래하는데, 이는 모든 균열된 재료 층이 최종 제품 또는 재개된 레이저 처리를 위해 제거되어야 하기 때문이다.

도 31은 본 발명에 따른 추가 방법으로부터의 개략 도시된 도면이다. 이 추가 방법은 바람직하게는 하나 이상의 고형체(1)로부터 하나 이상의 고형체 층을, 특히 잉곳으로부터 웨이퍼를 분리하기 위해 또는 웨이퍼를 박형화하기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 상기 추가 방법은 바람직하게는 적어도 다음 단계들을 포함한다: 분리 평면(4)을 형성하기 위해 고형체(1) 내부에 레이저 빔에 의해 복수의 변형(2)을 생성하는 단계 및 외력을 고형체(1) 내로 도입하여 고형체(1) 내에 응력을 생성하는 단계. 여기서 상기 외력은 상기 응력이 분리 평면(4)을 따라 균열 전파를 일으킬 만큼 강하다.

본 발명에 따르면, 제1 단계에서 변형들은 라인(103) 상에 그리고 바람직하게는 서로에게서 동일한 거리에 생성된다. 또한, 제1 단계에서 생성된 이들 복수 라인이 생성되는 것을 생각할 수도 있다. 이들 제1 라인은 특히 바람직하게는 균열 전파 방향에 평행하게 그리고 바람직하게는 직선으로(rectilinearly) 또는 원호 형상으로 특히 동일한 평면에 생성된다. 이들 제1 라인들을 생성한 후, 바람직하게는 임계 미만(subcritical)의 균열을 촉발 및/또는 구동하기 위해 바람직하게는 제2 라인들(105)이 생성된다. 제2 라인들은 또한 바람직하게는 직선으로 생성된다. 특히 바람직하게는 제2 라인들은 제1 라인들에 대해서 기울어지며, 특히 직각으로 정렬된다. 제2 라인들은 바람직하게는 제1 라인들과 같은 평면에서 또는 특히 바람직하게는 제1 라인들이 확장하는 평면에 평행한 평면에서 확장한다. 바람직하게는 임계 미만 균열들을 연결하기 위해 제3 라인들이 그 다음에 생성된다.

이 방법은 SiC로 이루어지거나 SiC를 포함하는 고형체로부터 고형체 층을 분리하는데 특히 적절하다.

또한 변형들은 적어도 한 줄(line or row)로 연속적으로 생성되며, 한 줄로 생성된 변형(2)은 바람직하게는 일정 거리(X)에 높이(H)로 생성되어, 2개의 연속하는 변형들 사이에서 전파하는 균열, 특히 결정 격자 방향으로 전파하는 균열- 상기 전파 방향은 상기 분리 평면에 대해서 각도(W)로 정렬됨 -이 상기 2개의 변형을 상호 연결하게 한다. 여기서 각도(W)는 바람직하게는 2°와 6°사이, 특히 4°이다. 바람직하게는 균열은 제1 변형의 중심 아래의 영역으로부터 제2 변형의 중심 위의 영역까지 전파한다. 따라서 여기서 중요한 관계는 변형의 크기가 변형들의 거리 및 각도(W)에 따라 변할 수 있거나 변해야 한다는 것이다.

또한 상기 방법은 또한 기재(1)의 초기에 노출된 표면 위 또는 상부에 층들 및/또는 컴포넌트(150)를 배열하거나 생성하여 복합 구조물을 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 노출된 표면은 바람직하게는 분리될 고형체 층의 일부이다. 특히 바람직하게는 분리 평면(4)을 형성하기 위한 변형은 상기 복합 구조물을 생성하기 전에 형성된다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 추가 레이저 방법에서, 균열 전파 방향에 평행한 라인들(바람직하게는 가로 방향 라인이라 함)은 바람직하게는, 길이 방향 라인들이 균열을 구동하기 전에 바람직한 균열 개시(균열 초기화)를 위한 평면을 초기에 형성하기 위해 SiC(다른 재료도 가능) 상에 생성된다. 이 경우에, 균열은 먼저 가로 방향으로 그 다음 길이 방향으로 개시된 후에, 최종 단계가 제2 단계의 길이 방향 라인들 사이에 라인들을 설정하여 균열을 광범위하게 개시한다. 이것은 최종 표면 거칠기를 최소화하는 더 짧은 균열 경로를 가능하게 한다.

가로 방향 라인들(톱니) 및 균열 개시 라인들(톱니의 파고점 상의)에 대한 예시적 다이어그램.

1 고형체
2 변형
3 변형이 생성된 위치
4. 균열 유도 영역
6 고형체 부분
8 레이저 적용 장치
9 대물렌즈
10 레이저 빔
11 변형된 레이저 빔
12 리세스
14 고형체 층
16 고형체 층의 표면
17 조사된 표면
18 응력 발생 층 또는 수용층(140)
19 접착 또는 추가 응력 발생 층
24 고형체의 국부 특성 변화(예, 투과)
26 트렌치
28 프레임
30 반사된 빔의 교차점
32 세척
34 코팅
300 척
L 고형체의 길이 방향

Claims

고형체 또는 도너 기재(donor substrate)로부터 적어도 하나의 고형체 층을 분리하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
고형체를 제공하는 단계 - 상기 고형체는, i) 적어도 하나의 코팅을 갖되, 상기 적어도 하나의 코팅의 굴절률은 상기 코팅이 위에 배열되는 상기 고형체의 표면의 굴절률과 상이하거나, 또는 ii) 코팅이 상기 고형체 위에 생성되되 상기 코팅의 굴절률은 상기 코팅이 배열되는 상기 고형체의 표면의 굴절률과 상이한 굴절률을 가짐 - 와,
레이저 적용 장치의 레이저 빔에 의해 상기 고형체의 내부에 변형을 생성하는 단계 - 상기 변형에 의해 균열 유도 영역(crack guiding region)이 미리 정의되되, 상기 균열 유도 영역을 따라 상기 고형체로부터 상기 고형체 층의 분리가 이루어짐 -
를 포함하고,
상기 레이저 빔은 브루스터 각도로 상기 고형체 상에 입사되거나, 상기 브루스터 각도로부터 -5°내지 +5°범위의 편차로 상기 고형체에 입사되고,
상기 브루스터 각도의 조사로부터 야기되는 상기 레이저 적용 장치의 구면 수차를 보상하기 위한 보상 장치가 제공되는, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅은 스핀 코팅된 것이거나 스핀 코팅에 의해 생성된 것이며, 상기 코팅은 나노 입자들을 포함하고, 및/또는
복수의 코팅이 서로 적층되어 배열 또는 생성되고, 굴절률은 서로 상이하고, 및/또는,
상기 고형체 상에 배열 또는 생성된 제1 코팅은, 상기 제1 코팅 상에 생성되는 추가 코팅에 비해 더 높은 굴절률을 가지는, 방법.
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