KR20160068863A - 레이저 처리 및 온도에 의한 스트레스에 의해 웨이퍼를 생산하는 방법 - Google Patents

레이저 처리 및 온도에 의한 스트레스에 의해 웨이퍼를 생산하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고상 재료 층들을 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 방법은, 하나 이상의 고상 재료 층(4)을 분리하기 위해 고상 본체(2)를 제공하는 단계, 분리 면을 결정하기 위해 하나 이상의 방사선 광원, 특히 레이저에 의해 상기 고상 본체의 내부 구조체 내에 결함을 생성하는 단계, 상기 고상 본체(2) 내에 특히 기계적으로 스트레스를 생성하기 위해 상기 고상 본체(2) 위에 배치된 폴리머 층(10)에 열을 가하는 단계를 포함하고, 상기 고상 재료 층은 상기 분리 면을 따라 상기 고상 본체로부터 분리되고, 상기 스트레스로 인해 균열이 상기 분리 면(8)을 따라 상기 고상 본체(2) 내에서 전파되고, 상기 균열은 상기 고상 본체(2)로부터 상기 고상 재료 층(4)을 분리한다.

Description

레이저 처리 및 온도에 의한 스트레스에 의해 웨이퍼를 생산하는 방법{COMBINED WAFER PRODUCTION METHOD WITH LASER TREATMENT AND TEMPERATURE-INDUCED STRESSES}
본 발명은 청구항 1의 주제에 따른 고상 재료의 층들을 생성하는 방법과 이 방법(청구항 13)에 의해 생산된 웨이퍼에 관한 것이다.
많은 기술 영역에서(예컨대, 마이크로전자공학 또는 광기전 기술) 예컨대 실리콘, 게르마늄 또는 사파이어와 같은 재료들이 디스크 및 플레이트(plate)(소위 웨이퍼)의 형태에서 종종 필요하다. 표준으로서, 그와 같은 웨이퍼들은 현재 잉곳으로부터 톱질에 의해 생산되며, 상대적으로 큰 손실[커프 손실(kerf loss)]이 발생한다. 사용된 소스 재료는 때로는 매우 비싸기 때문에, 더 적은 재료를 소비하면서 더 효율적이고 저비용으로 그러한 웨이퍼를 생산하기 위해 엄청난 노력이 이루어지고 있다.
예를 들면, 현재의 일반적인 방법에서, 태양전지만을 위해 실리콘 웨이퍼를 생산할 때 사용되는 재료의 거의 50%가 커프 손실로서 소실된다. 전세계적으로 보면, 이것은 연간 20억 유로 이상의 손실에 해당한다. 웨이퍼의 비용은 완성된 태양전지의 원가 중에서 가장 큰 비율을 구성하기 때문에(40% 이상), 태양전지의 원가는 웨이퍼 생산의 적절한 개선에 의해 현저히 감소될 수 있다.
예를 들어 온도에 의한 스트레스를 사용함으로써, 종래의 톱질을 제거하고 두꺼운 워크피스(workpiece)로부터 직접 얇은 웨이퍼들을 분리할 수 있는 방법들은 커프 손실 없는 이런 유형의 웨이퍼 생산("커프 없는 웨이퍼 제조")을 위해 특히 매력적으로 보인다. 이것들은 구체적으로는 예를 들어 PCT/US2008/012140 및 PCT/EP2009/067539에 기재된 방법들을 포함하며, 이 방법들에서는 스트레스를 생성하기 위해 워크피스에 도포된 폴리머 층(polymer layer)이 사용된다.
전술한 방법들에서 폴리머 층은 워크피스에 비해 약 100배 이상 더 큰 열팽창계수를 가진다. 또한, 유리 전이(glass transition)를 이용함으로써, 폴리머 층 내에 상대적으로 큰 탄성계수가 얻어질 수 있으므로, 워크피스로부터 웨이퍼의 분리를 가능하게 하기 위해 냉각에 의해 워크피스 층 시스템인 폴리머 층 내에 충분히 큰 스트레스가 생길 수 있다.
워크피스로부터 웨이퍼를 분리할 때, 전술한 방법들에서 폴리머는 웨이퍼의 각각의 측면에 여전히 부착되어 있다. 이때 웨이퍼는 이 폴리머 층을 향해 매우 강하게 구부러지며, 이것은 통제된 방식으로 분리를 실행하는 것을 어렵게 만들고, 그 결과 예를 들면 분리된 웨이퍼의 두께에 편차(variations)를 초래할 수 있다. 또한, 강한 굴곡이 후속 처리를 어렵게 만들고 심지어 웨이퍼 동요(wafer shattering)를 일으킬 수도 있다.
이전 선행 기술에 따른 방법들을 사용할 때, 생산된 웨이퍼들은 일반적으로 더 큰 두께 편차를 각각 가지며, 공간적인 두께 분포는 종종 4회 대칭(four-fold symmetry)을 가진 패턴을 보여준다. 전체 웨이퍼에 걸쳐서 보이는 총 두께 편차(TTV: Total Thickness Variation)는 종종 종래의 방법들을 사용할 때 평균 웨이퍼 두께의 100%를 종종 초과한다. (예컨대 평균 두께가 100㎛, 즉 가장 얇은 지점에서 두께가 50㎛이고 가장 두꺼운 지점에서 두께가 170㎛인 웨이퍼는 170-50 = 120㎛의 TTV를 가지며, 이것은 평균 두께에 대해서 120%의 총 두께 편차에 해당한다). 이러한 현저한 두께 편차를 가진 웨이퍼는 다수의 응용에서 부적합하다. 또한, 가장 빈번하게 발생하는 4회 두께 분포 패턴에서, 가장 큰 편차를 가진 영역들은 안타깝게도 그것들이 가장 큰 파열을 초래하는 웨이퍼의 중앙에 자리한다.
또한, 현재의 선행 기술에 따른 방법에서, 관련된 층 시스템들 내의 바람직하지 않은 진동(oscillations)이 분리 시 균열 전파 동안 일어나며, 이러한 진동은 균열 전선(break front)의 전개에 부정적인 영향을 주고 특히 분리된 웨이퍼의 상당한 두께 편차를 초래할 수 있다.
또한, 이전의 방법들에 의해, 폴리머 층의 전체 표면에 걸쳐 재생 가능하게 우수한 열 접촉(heat contact)을 보장하는 것은 어렵다. 그러나 국부적으로 불충분한 열 접촉은 사용된 폴리머들의 낮은 열 전도성으로 인해 층 시스템 내에 바람직하지 않은 상당한 국부적인 온도 편차를 초래할 수도 있으며, 이것은 그 부분에서 생성된 스트레스 필드(stress fields)의 통제 가능성에 그리고 나아가 생산된 웨이퍼의 품질에 부정적인 영향을 준다.
또한, 광에 의한 경계면 분해(decomposition)로 반도체 재료를 분리하는 방법과 이런 식으로 생산된 장치들, 예컨대 구조적인 및 독립적인 반도체 층들 및 컴포넌트들이 독일공개공보 DE 196 40 594 A1로부터 알려져 있다. DE 196 40 594 A1에 따른 방법은 기판과 반도체 층 사이 또는 반도체 층들 사이의 경계면의 조명을 포함하며, 이것에 의해 경계면상의 또는 이 목적으로 제공된 흡수층 내의 광 흡수는 재료 분해를 초래한다.
분해를 초래할 수 있는 경계면 또는 반도체 층의 선택은 재료 생산 동안의 광 파장 및 광 강도, 조사 방향 또는 얇은 희생 층의 삽입을 선택함으로써 이루어진다. 이 방법의 단점은 전체 층들을 파괴하기 위해 많은 양의 에너지가 사용되어야 한다는 것이며, 이것으로 인해 에너지 요구량과 그에 따른 프로세스의 비용이 매우 높다.
또한, 공개공보 EP000002390044B1, EP000001498215B1, EP000001494271B1 및 EP000001338371B1는 워크피스의 수직 분리를 위해 레이저가 사용되는 방법을 개시하고 있다.
또한, 웨이퍼 내에 손상 영역들을 생성하는 레이저 이용 방법이 알려져 있다. 집속된 레이저에 의해 다광자 여기(multi-photon excitations)가 그것에 의해 깊은 곳에서 달성되며, 이것에 의해 재료 진입에 손상을 초래하지 않으면서 깊은 곳에서 손상을 일으키는 것이 가능하다.
통상적으로, 이때, 가열된 재료와 레이저의 강한 상호작용이 일어날 수 있도록, ns의 펄스 듀레이션(나노초 펄스 지속시간)을 가진 레이저가 사용된다. 통상, 이것은 상기 다광자 여기보다 분명히 더 높은 흡수를 갖는 광자/광자 상호작용에 의해 일어난다.
이 유형의 방법은 예를 들면 오무라(Ohmura) 등의 "Journal of Achievments in Materials and Manufacturing Engineering (2006년)" 제17호 381페이지 이하에 개시되어 있다. 오무라 등에 의해 제안된 웨이퍼 처리는, 웨이퍼 플레이트의 웨이퍼 요소들을 분리함으로써 부분적으로 제공될 수 있는 것과 같은 결함(defects)을 웨이퍼 내에 생성함으로써 균열 방향 지정선들(crack directing lines)을 생성하는 역할을 한다. 이때 이 방법에 의해 생성된 결함들은 수직 방향으로 연장되며, 이것에 의해 개개의 웨이퍼 요소들 사이의 접속 구조체는 웨이퍼 요소들의 주 표면까지 직각으로 길이방향으로 약해진다. 이러한 길이방향 약화는 > 50㎛의 연장부를 가진다.
웨이퍼 요소들을 분리하기 위해 이용된 이점, 즉 > 50㎛의 수직 연장부를 가진 연장부의 생성은, 고상 본체(solid body)로부터 하나 이상의 웨이퍼 층을 분리하는 방법에 이런 유형의 결함 생성의 적용을 차단한다. 한편, 웨이퍼 표면에 걸쳐 분포된 이들 길이방향 결함들의 생성에 의해, 균열을 유도하기 위해서만 사용될 수 있는 재료 층이 상기 고상 본체 내에 생산되지만, 후속적 이용에 적합하지 않으므로, 폐기물이 된다. 다른 한편으로, 이 폐기물은 예를 들면 폴리싱(polishing) 처리에 의해 제거되어야 하며, 이것에 의해 추가 비용이 있을 수 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 원하는 두께 분포를 가진 고상 본체 플레이트 또는 평탄하지 않은 고상 본체들의 저렴한 생산을 가능하게 하고 수직 손상이 균열 면에 의해 최소화되는 고상 재료 또는 고상 본체들의 층을 생성하는 방법을 제공하는 것이다.
그러므로 본 발명의 목적은 균일한 두께, 구체적으로는 120 ㎛ 미만의 TTV를 가진 고상 본체 플레이트 또는 웨이퍼의 저렴한 생산을 가능하게 하는 고상 재료의 층들을 생성하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 측면에 따른 목적은 고상 재료의 하나 이상의 층을 생성하는 방법을 제공하는 것이며 이 경우에 균열 전파 면이 레이저에 의해 고상 본체 내에 생성되며, 상기 균열 전파 면을 형성하는 개개의 결함들은 50 ㎛ 미만의 수직 연장부를 가진다.
전술한 목적은 고상 재료의 층들을 제조하는 청구항 1의 방법에 의해 달성된다. 이 방법은 바람직하게는 적어도 하나의 고상 재료의 층을 분리하기 위해 워크피스 또는 고상 본체를 제공하는 단계, 상기 고상 재료의 층이 상기 고상 본체로부터 분리되는 분리 면을 결정하기 위해 적어도 하나의 방사선 광원(radiation source), 특히 레이저, 특히 fs(femtosecond) 레이저에 의해 상기 고상 본체의 내부 구조체 내에 결함을 생성하는 단계, 상기 고상 본체에 상기 고상 재료의 층을 유지하는 수용층(receiving layer)을 제공하는 단계, 상기 고상 본체 내에 특히 기계적으로 스트레스를 생성하기 위해 상기 수용층에 열을 가하는 단계를 적어도 포함하고, 상기 스트레스로 인해 균열이 상기 분리 면을 따라서 상기 고상 본체 내에 전파되고, 상기 균열은 상기 고상 본체로부터 상기 고상 재료의 층을 분리한다.
이 해법은 방사선 광원으로 인해 상기 분리 층 또는 결함 층이 고상 본체 내에 생성될 수 있고 이것에 의해 균열이 균열 전파 동안 관리되거나 방향 지정되며, 이것은, 구체적으로는 200 ㎛ 또는 100 ㎛ 미만 또는 80 ㎛ 미만 또는 60 ㎛ 미만 또는 40 ㎛ 미만 또는 20 ㎛ 미만 또는 10 ㎛ 미만 또는 5 ㎛ 미만, 구체적으로는 4, 3, 2, 1 ㎛의 매우 작은 TTV를 생성하는 것을 가능하게 하기 때문에 유리하다. 이렇게 웨이퍼를 방사선에 노출하면 제1 단계에서 상기 고상 본체 내에 일종의 천공을 생성하며, 제2 단계에서, 이것을 따라서 균열 전파가 일어나거나, 이것을 따라서 고상 재료의 층이 고상 본체로부터 분리된다.
추가의 유리한 실시예는 다음 설명과 종속 청구항들의 주제이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 레이저는 10 ps 미만, 바람직하게는 1 ps 미만, 더 바람직하게는 500 fs 미만의 펄스 지속기간(duration)을 가진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 수용층, 특히 폴리머 층에 열을 가함으로써 고상 재료의 층들을 분리하기 위한 스트레스가 상기 고상 본체에 의해 생성된다. 상기 가열은 바람직하게는 주위 온도 이하, 바람직하게는 10℃ 미만이고 더 바람직하게는 0℃ 미만이며 가장 바람직하게는 -10℃ 미만으로 상기 수용층 또는 폴리머 층을 냉각하는 것을 포함한다. 특히 바람직하게는 폴리머 층의 냉각은, 바람직하게는 PDMS로 만들어진 폴리머 층의 적어도 일부가 유리 전이를 경험하도록, 일어난다. 이와 관련하여 상기 냉각은 -100℃ 미만까지 냉각시키는 것이며 이것은 예컨대 액체 질소에 의해 초래될 수 있다. 이 실시예는 폴리머 층이 온도 변화에 따라 수축하거나 유리 전이를 겪고, 이렇게 생성된 힘을 상기 고상 본체에 전달하기 때문에 유리하며, 이것에 의해 기계적 스트레스가 고상 본체 내에 생성될 수 있고 이것은 균열 또는 균열 전파를 초래하며, 상기 균열은 가장 먼저 제1 분리 면을 따라서 전파되어 상기 고상 재료의 층을 분리한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 고상 본체를 유지하는 유지층 위에 상기 고상 본체가 배치되며, 상기 유지층은 상기 고상 본체의 제1 수평면부(first level surface portion) 위에 배치되고, 상기 고상 본체의 상기 제1 수평면부는 상기 고상 본체의 제2 수평면부((second level surface portion)로부터 이격되며, 상기 폴리머 층은 상기 제2 수평면부 위에 배치되고, 상기 분리 면은 상기 제1 수평면부 및 상기 제2 수평면부 중 적어도 하나에 평행하게 정렬되거나 평행하게 생성된다.
이 실시예는 상기 고상 본체가 상기 유지층과 상기 폴리머 층 사이에 적어도 부분적으로 및 바람직하게는 전체에 배치되기 때문에 유리하며, 이것에 의해 균열을 생성하거나 균열을 전파하는 스트레스가 이 층들 중 하나 또는 둘 다에 의해 상기 고상 본체 내에 도입될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 상기 고상 본체 내에 도입될 방사선을 제공하는 하나 이상의 방사선 광원은, 방사된 광선이 상기 고상 본체 내의 미리 결정된 위치들에서 결함을 생성하도록 구성된다. 이 실시예는, 방사선 광원에 의해 특히 레이저에 의해 극히 정밀하게 상기 고상 본체 내에 결함을 생성할 수 있기 때문에, 유리하다.
구체적으로, 상기 방법에 대해 2개의 응용이 있으며, 이것들은 이하에서 "웨이퍼링" 및 "박형화(thinning)"라고 지칭된다. "웨이퍼링"에서 상기 방법은, 훨씬 더 두꺼운 반도체 블록으로부터 두꺼운 층을, 전형적으로는 잉곳으로부터 웨이퍼(특정 업종용 두께를 가진)를 분리하기 위해 일반적으로 사용된다. "박형화"에서 상기 방법은 웨이퍼로부터 매우 얇은 층을 분리하기 위해 사용되며, 이것은 오늘날의 그라인딩(grinding) 프로세스에 해당하지만, 필요없는 재료는 손대지 않고 재사용될 수 있는 이점이 있다. "박형화"와 "웨이퍼링" 사이를 명확히 분리하는 것은 복잡한데, 그 이유는, 예를 들면, 얇은 층이 생성되도록 웨이퍼의 후면에 작용함으로써 "박형화"가 일어날 수도 있지만, 레이저는 재료 안으로 깊숙히 침투하기 때문이다.
" 박형화 "의 경우에 대해서:
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 방사선 광원은, 분리 면을 생성하기 위해 상기 방사선 광원에 의해 방사된 광선이 정의된 깊이, 특히 < 100㎛까지 고상 본체 내로 침투하도록, 설정된다. 바람직하기로는, 상기 분리 면은 상기 고상 본체의 외측 바람직하게는 수평면으로부터 이격되어 평행하게 형성되는 것이다. 바람직하게는, 상기 분리 면은 상기 고상 본체 내 상기 고상 본체의 수평면으로부터 100 ㎛ 미만, 바람직하게는 50 ㎛ 미만, 특히 바람직하게는 20, 10, 5, 또는 2 ㎛ 미만 또는 정확하게 이격되는 것이다. 그러므로 상기 분리 면은 바람직하게는 결함으로부터 생성된 평면의 형태로 만들어지며, 상기 결함은 상기 고상 본체 내 상기 고상 본체의 수평면으로부터 100 ㎛ 미만, 바람직하게는 50 ㎛ 미만, 특히 바람직하게는 20, 10, 또는 2 ㎛ 미만 이격되어 형성된다.
" 웨이퍼링 "의 경우에 대해서:
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 방사선 광원은, 분리 면을 생성하기 위해 상기 방사선 광원에 의해 방사된 광선이 정의된 깊이, 특히 > 100㎛까지 고상 본체 내로 침투하도록, 설정된다. 바람직하게는, 상기 분리 면은 상기 고상 본체의 외측 및 바람직하게는 수평면으로부터 이격되어 평행하게 형성된다. 바람직하게는, 상기 분리 면은 상기 고상 본체 내 상기 고상 본체의 수평면으로부터 100㎛ 초과하여, 바람직하게는 200㎛ 초과하여, 특히 바람직하게는 400 또는 700㎛ 초과하여 이격되어 형성되는 것이다. 그러므로, 상기 분리 면은 바람직하게는 결함에 의해 생성된 평면 형태로 만들어지며, 상기 결함은 상기 고상 본체 내 상기 고상 본체의 수평면으로부터 100㎛ 초과하여, 바람직하게는 200㎛ 초과하여, 특히 바람직하게는 400 또는 700㎛ 초과하여 이격되어 형성된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 고상 본체는 미리 결정된 파장 및 출력 중 적어도 하나에 노출되며, 상기 미리 결정된 파장은 바람직하게는 각각의 재료 또는 기판에 적응된다. 이 실시예는 상기 결함의 크기가 상기 파장 및 출력 중 적어도 하나에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 유리하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 고상 본체는 실리콘 및 갈륨 중 하나 이상 또는 페로브스카이트(perovskite)를 포함하고, 상기 폴리머 층과 상기 유지층 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전체적으로, 또는 75% 초과해서 PDMS(polydimethylsiloxane)로 만들어지며, 상기 유지층은 적어도 부분적으로 적어도 하나의 금속으로 만들어지는 안정화 장치(stabilization device)의 적어도 부분적으로 평평한 표면 위에 배치된다. 상기 안정화 장치는 바람직하게는 플레이트(plate)이고, 구체적으로는 알루미늄을 포함하거나 후자에 의해 만들어진 플레이트이다. 이 실시예는 상기 안정화 장치 및 상기 유지층에 의해 상기 고상 본체가 획정되거나 안전하게 유지되기 때문에 유리하며, 이것에 의해 스트레스가 상기 고상 본체 내에 매우 정밀하게 생성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 고상 본체 내의 스트레스는, 균열 면 내에 생성되는 표면의 토포그래피(topography)를 생성하기 위해, 균열 개시 및 균열 전파 중 적어도 하나가 제어될 수 있도록 설정 또는 생성될 수 있다. 그러므로 바람직하게는 상기 스트레스는 다른 강도를 갖도록 상기 고상 본체의 상이한 영역들 내에 생성되는 것이다. 이 실시예는, 상기 균열 개시 및 상기 균열 전개 중 하나 이상을 제어함으로써, 생성되거나 분리되는 고상 재료 층의 토포그래피가 유리하게 영향을 받을 수 있기 때문에, 유리하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 결함은 적어도 하나의 균열유도층(crack directing layer)을 결정하며, 상기 적어도 하나의 균열유도층은 평평한 형태와 다른 형태를 가진다. 이 해법은 생성된 상기 고상 재료 층들 또는 생성된 고상 본체들이 평평한 층과 다른 형태를 가질 수 있기 때문에 유리하다. 그러므로 균열 전파에 의해 워크피스로부터 평평한 층들만이 아니라 3차원 본체들도 생성된다. 상기 생성 방법에 기초하여 이런 식으로 생성된 고상 본체들은 작은 정도만이 재가공될 필요가 있거나 전혀 재가공될 필요가 없는 매우 유리한 표면을 가진다. 따라서 예컨대 프리즘 또는 렌즈와 같은 광학 소자들이 1 단계 또는 다단계, 특히 2단계 또는 3단계 분리 프로세스로 생산될 수 있다.
그러므로 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 균열유도층의 형태는 적어도 부분적으로 3차원 물체, 특히 렌즈 또는 프리즘의 외형을 가진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 결함은 결함생성장치 또는 방사선 광원에 의해 생성되고, 상기 결함생성장치는 상기 결함이 결함생성장치로부터 일정한 거리 떨어져 워크피스 내에 생성되도록 구성되고, 상기 워크피스 및 상기 결함생성장치는 결함생성장치에 의해 생성된 결함이 균열유도층 내에 생성되도록 서로에 대해 경사를 이루고, 상기 결함생성장치 및 상기 워크피스는 결함생성 중에 서로에 대해서 2차원적으로 재배치된다. 그러므로 바람직하게는 상기 결함생성장치가 워크피스에 대해서 재배되거나, 상기 워크피스가 결함생성장치에 대해서 재배치되거나, 상기 결함생성장치 및 상기 워크피스가 둘 다 서로에 대해서 재배치된다.
이 실시예는 결함을 생성하기 위해 단지 상기 방사선 광원 또는 상기 결함생성장치가 재배치될 필요가 있고, 상기 결함생성장치에 수정이 가해질 필요가 없으며, 특히 변경된 결함 도입 깊이가 결정되거나 설정될 필요가 없기 때문에 유리하다.
또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 결함은 결함생성장치 또는 방사선 광원에 의해 생성되며, 상기 결함생성장치는 때때로 변하는 결함생성장치로부터의 이격 거리에서 상기 워크피스 내에 생성되도록 구성되며, 상기 결함생성장치의 수정은 상기 결함생성장치와 생성될 결함 사이의 거리에 따라 적어도 때때로 일어나며, 특히 변경된 결함 도입 깊이가 결정되고 설정된다. 이 실시예는 바람직하게는 상기 워크피스를 기울어지게 하기 위해 경사장치가 설치될 필요가 없기 때문에 유리하다.
상기 고상 본체는 바람직하게는, 예컨대 Si, SiC, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al2O3(사파이어), AlN과 같은 원소들의 주기율표의 주요 그룹들 3, 4 및 5 중 하나의 재료 또는 재료 화합물을 포함한다. 특히 바람직하게는, 상기 고상 본체는 주기율표의 제3 및 제5 그룹에서 일어나는 원소들의 화합물을 가진다. 여기서 생각할 수 있는 재료들 또는 재료 화합물들은 예컨대, 갈륨비소, 실리콘, 탄화규소 등이다. 또한, 상기 고상 본체는 세라믹(예컨대, Al2O3 - 알루미늄 산화물)을 포함하거나 세라믹으로 만들어질 수 있으며, 여기서 선호되는 세라믹은 예를 들면, 일반적으로는 페로브스카이트(예컨대, Pb, O, Ti/Zr을 포함하는 세라믹) 그리고 납 마그네슘 니오베이트, 티탄산 바륨, 티탄산 리튬, 이트륨 알루미늄 가넷, 특히 고상 본체 레이저 응용을 위한 이트륨 알루미늄 가넷 결정, 특히 예컨대 리튬 니오베이트, 갈륨 오르토인산염, 석영, 티탄산 칼슘 등과 같은 SAW(Surface Acoustic Wave) 세라믹이 있다. 그러므로 상기 고상 본체는 바람직하게는 반도체 재료 또는 세라믹 재료를 포함하며, 특히 바람직하게는 상기 고상 본체는 반도체 재료와 세라믹 재료 중 하나 이상으로 만들어진다. 또한, 상기 고상 본체는 투명한 재료를 포함하거나 사파이어와 같은 투명한 재료로 만들어지거나 적어도 부분적으로 투명한 재료로부터 생산될 수 있다. 여기서 독립적으로 또는 다른 재료와 함께 고상 재료로서 생각될 수 있는 추가의 재료들은 예를 들면, "와이드 밴드 갭(wide band gap)" 재료, InAlSb, 고온 초전도체, 특히 희토류 큐프레이트(cuprate)(예컨대, YBa2Cu3O7)가 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 방사선 광원 또는 방사선 광원의 일부는 fs 레이저의 형태이다. 이 해법은 fs 레이저를 사용함으로써 결함 재료의 수직 전파가 최소화되기 때문에 유리하다. fs 레이저를 사용함으로써 워크피스 내에 매우 정밀하게 결함을 도입하고 생성하는 것이 가능하다. fs 레이저의 파장 또는 에너지는 바람직하게는 재료에 따라서 선택되는 것이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 방사선 광원, 특히 레이저 빔, 구체적으로는 fs 레이저의 에너지는 고상 본체 내에서 또는 결정 내에서의 손상 전파가 레일리(Rayleigh) 길이의 3배 미만, 바람직하게는 레일리 길이 미만, 그리고 특히 바람직하게는 레일리 길이의 1/3 미만으로 선택된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서 상기 레이저 빔, 특히 fs 레이저의 파장은, 상기 고상 본체 또는 상기 재료의 흡수가 10cm-1 미만, 바람직하게는 1cm-1 미만, 그리고 특히 바람직하게는 0.1cm-1 미만으로 선택된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의하면, 상기 개개의 결함들은 상기 방사선 광원 특히 레이저, 구체적으로는 fs 레이저에 의해 발생된 다광자 여기로부터 각각 생성된다.
또한, 본 발명은 청구항 1 내지 청구항 12의 어느 하나에 의한 방법에 의해 생산된 웨이퍼에 관한 것이다.
또한, PCT/US2008/012140 특허공보 및 PCT/EP2009/067539 특허공보의 주제는 본 발명의 주제를 참조함으로써 완전하게 된다. 마찬가지로, 본 특허출원의 출원일에 동일 출원인에 의해 제출되고 고상 재료 층들의 범위에 관련된 다른 특허출원들 모두의 주제는 본 특허출원의 주제에 그 전체가 포함된다.
본 발명의 다른 이점, 목표 및 특성은 본 발명에 따른 웨이퍼 생산이 예로서 도시되는 첨부된 도면들에 대한 이하의 상세한 설명에 의해 설명된다. 그 기능에 있어서 적어도 실질적으로 대응하는 본 발명에 의한 웨이퍼 생산의 컴포넌트 또는 요소는 도면들에서 동일한 참조 부호에 의해 식별될 수 있으며, 이들 컴포넌트 또는 요소는 모든 도면에서 설명되거나 번호를 부여할 필요는 없다.
아래 설명된 도면들의 모든 또는 개개의 도해들은 바람직하게는 설계 도면으로 간주되는 것이다. 즉 도면 또는 도면들에 의해 도시된 치수, 비율, 기능 관계 및/또는 배열이 바람직하게는 본 발명에 따른 제품 또는 본 발명에 따른 장치에 정밀하게 또는 바람직하게는 실질적으로 대응한다.
도 1(a)는 고상 본체 내에 결함을 생성하는 구성을 도시하고;
도 1(b)b는 고상 본체로부터 고상 재료 층을 분리하기 전의 층 배열을 도시하며;
도 1(c)는 고상 본체로부터 고상 재료 층을 분리한 후의 층 배열을 도시하고;
도 2(a)는 광파(light waves)에 의해 결함을 생성하는 제1 변형예를 도시하며;
도 2(b)는 광파에 의해 결함을 생성하는 제2 변형예를 도시하고;
도 3은 분리 면을 도시한다.
도 1(a)는 방사선 광원(radiation source), 특히 레이저의 영역 내에 배치되어 있는 고상 본체(solid body)(2) 또는 기판을 도시한다. 고상 본체(2)는 바람직하게는 제1 수평면부(14) 및 제2 수평면부(16)를 가지며, 제1 수평면부(14)는 바람직하게는 제2 수평면부(16)에 대해 실질적으로 또는 정확하게 평행하게 정렬되어 있다. 제1 수평면부(14) 및 제2 수평면부(16)는 바람직하게는 수직으로 정렬되어 있는 Y 방향에서 고상 본체(2)를 바람직하게 제한한다. 제1 수평면부(14) 및 제2 수평면부(16)는 바람직하게는 각각 X-Z 평면에서 연장하며, X-Z 평면은 바람직하게는 수평으로 정렬되어 있다. 또한, 방사선 광원(18)이 고상 본체(2) 위로 광선(6)을 조사하는 것을 도면으로부터 알 수 있다. 광선(6)은 구성에 따라 고상 본체(2) 내로 소정의 깊이로 침투하여 각각의 위치에 또는 미리 결정된 위치에 결함을 생성한다.
도 1(b)는 다층 배열체를 도시하며, 고상 본체(2)는 분리 면(8)을 포함하고 제1 수평면부(14)의 영역에 유지층(holding layer)(12)이 제공되며, 바람직하게는 그 다음에 유지층(12) 위에는 부가층(20)이 놓인다. 부가층(20)은 바람직하게는 안정화 장치(stabilization device)로서, 구체적으로는 금속판이다. 고상 본체(2)의 제2 수평면부(16) 위에는 바람직하게는 폴리머 층(10)이 배치된다. 폴리머 층(10) 및/또는 유지층(12)은 바람직하게는 적어도 부분적으로 특히 바람직하게는 전체적으로 PDMS로 만들어진다.
도 1(c)는 균열 개시 및 후속 균열 방향 지정(subsequent crack directing) 후의 상태를 도시한다. 고상 재료 층(4)은 폴리머 층(10)에 부착하거나 고상 본체(2)의 나머지 부분으로부터 이격될 수 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 광선에 의해 고상 본체(2) 안으로 결함을 도입함으로써, 도 1(a)에 도시한 분리 면(8)의 생성을 예시한다.
따라서, 본 발명은 고상 재료 층들을 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 이 방법은, 적어도 하나의 고상 재료의 층(4)을 분리하기 위해 고상 본체(2)를 제공하는 단계, 상기 고상 재료의 층이 분리 면을 따라 상기 고상 본체로부터 분리되는 상기 분리 면을 결정하기 위해 적어도 하나의 방사선 광원, 특히 적어도 하나의 레이저, 특히 적어도 하나의 fs(femtosecond) 레이저에 의해 상기 고상 본체의 내부 구조체 내에 결함을 생성하는 단계, 및 상기 고상 본체(2) 내에 스트레스 특히 기계적인 스트레스를 생성하기 위해 상기 고상 본체(2) 위에 배치된 폴리머 층(10)에 열을 가하는 단계를 최소한 포함하고, 상기 스트레스로 인해 균열이 상기 분리 면(8)을 따라 상기 고상 본체(2) 내에 전파되고, 상기 균열은 상기 고상 본체(2)로부터 상기 고상 재료의 층(4)을 분리한다.
따라서, 도 2(a)는 결함(34)이 어떻게, 방사선 광원(18), 특히 하나 이상의 레이저, 특히 하나 이상의 fs 레이저에 의해 분리 면(8)을 생성하기 위해 고상 본체(2) 내에 생성될 수 있는지를 도시한다. 이때 방사선 광원(18)은 제1 파장(30)과 제2 파장(32)을 가진 방사선(6)을 방출한다. 이때 파장(30, 32)이 고상 본체(2) 내의 분리 면(8)에서 실질적으로 또는 정밀하게 수렴하고 이것에 의해 두 파장(30, 32)의 에너지의 결과로서 일치하는 점(34)에서 결함이 생성되도록, 파장(30, 32)이 여기서 서로 매칭되거나 방사선 광원(18)과 생성될 분리 면(8) 사이의 거리가 매칭된다. 이때 상기 결함의 생성은 예컨대 승화 또는 화학반응과 같은 상이하거나 결합된 분해 메커니즘들에 의해 여기서 일어날 수 있으며, 이때 상기 분해는 예컨대 열적으로 및/또는 광화학적으로 여기서 개시될 수 있다.
도 2(b)는 집속된 광선(6)을 도시하며, 그 초점은 바람직하게는 분리 면(8)에 놓이는 것이다. 이때 광선(6)은 하나 이상의 집속체, 특히 렌즈(미도시)에 의해 집속되는 것을 생각할 수 있다. 이 실시예에서 고상 본체(2)는 다층 형상이며 바람직하게는 사파이어로 만들어지거나 사파이어를 포함하는 재료 층 또는 부분적으로 투명하거나 또는 투명한 기판 층(3)을 가지는 것이 바람직하다. 광선(6)은 기판층(3)을 통과하여 바람직하게는 희생 층(5)에 의해 형성되는 분리 면(8) 위에 도달하며, 희생 층(5)은 희생 층(5)의 부분적인 또는 완전한 파괴가 초점에서 또는 초점의 영역에서 열적으로 및/또는 광화학적으로 일어나도록 방사선에 노출된다. 또한 두 층(3, 4) 사이의 경계면상에 정확히 또는 경계면의 영역 내에 분리 면(8)의 생성을 위한 결함이 생성되는 것을 생각할 수 있다. 그러므로 유지층 상에 특히 기판 층(3) 상에 고상 재료(4)의 층이 생성되는 것과, 고상 재료의 층(4)의 분리를 위해 분리 면(8)이 하나 이상의 희생 층(5)에 의해 및/또는 경계면 내 특히 고상 재료의 층(4)과 상기 유지층 사이의 결함의 생성에 의해 생성될 수 있는 것도 생각할 수 있다.
도 3은 상이한 결함 농도(82, 84, 86)를 가진 영역들을 가지는 분리 면(8)을 도시한다. 이때 상이한 결함 농도를 가진 복수의 영역들이 분리 면(8)을 형성하는 것을 생각할 수 있으며, 또한 분리 면(8) 내의 결함들(34)이 표면에 걸쳐 실질적으로 또는 정확히 균일하게 분포되는 것을 생각할 수 있다. 면적당 상이한 결함 농도는 같은 레벨이거나 다른 레벨일 수 있다. 바람직하게는, 증가된 제1 결함 농도는 바람직하게는 가장자리의 영역 내에 또는 상기 자장자리를 향해 연장되는 영역 내에 또는 상기 가장자리에 인접한 영역 내에 생성되는 균열 개시 농도(82)를 구성한다. 추가로 또는 대안으로, 균열 방향지정 농도(crack directing concentration)(84)는 고상 본체(2)로부터 고상 재료의 층(4)을 분리하는 균열이 제어 또는 조정될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 추가로 또는 대안으로, 고상 본체(2)의 중심 영역에서 바람직하게는 매우 평평한 표면을 가능하게 하는 중심에서의 농도(86)가 생성된다. 바람직하게는, 균열 방향지정 농도(84)는 부분적으로 또는 전체적으로 환형이거나 에워싸며, 따라서 바람직하게는 부분적으로 그리고 특히 바람직하게는 전체적으로 고상 본체(2) 또는 고상 재료의 층(4)의 중심을 에워싼다. 또한, 균열 방향지정 농도(84)가 단계적으로, 일정하게 또는 완만하게 고상 본체(2)의 가장자리부터 고상 본체(2)의 중심을 향해 통과하는 방향으로 감소하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 균열 방향지정 농도(84)가 띠 형태로 그리고 균질하게 또는 실질적으로 또는 정확히 균질하게 형성되는 것을 생각할 수 있다.
그러므로 본 발명에 의한 방법은 바람직하게는:
적어도 하나의 고상 재료 층 및/또는 적어도 하나의 고상 본체의 분리를 위해 워크피스를 제공하는 단계; 방사선 광원, 특히 레이저, 특히 fs 레이저, 또는 결함 생성장치에 의해 상기 워크피스 내에 결함을 생성하는 단계; 복합 구조체를 형성하기 위해 상기 워크피스의 노출된 표면 위에 수용층(receiving layer)을 적용하거나 생성하는 단계; 상기 워크피스 내에 스트레스를 생성하기 위해 상기 수용층을 템퍼링하는 단계;를 포함하며, 상기 워크피스는 적어도 하나의 노출된 표면을 갖고, 상기 결함은 균열 방향지정 층을 결정하고, 상기 스트레스는 상기 워크피스 내에 균열 전파를 일으키고, 상기 균열 전파에 의해 고상 재료 층은 상기 균열 방향지정 층을 따라 상기 워크피스로부터 분리된다.
2: 고상 본체 3: 기판
4: 고상 재료 층 5: 희생층
6: 방사선(광선) 8: 분리 면
10: 폴리머 층 12: 유지층
14: 제1 수평면부 16: 제2 수평면부
18: 방사선 광원 20: 안정화 장치
30: 제1 방사선부 32: 제2 방사선부
34: 결함 생성 위치 82: 균열 개시 농도
84: 균열 방향지정 농도 86: 중심에서의 농도
X: 제1방향
Y: 제2방향
Z: 제방향

Claims (13)

  1. 고상 재료 층을 생성하는 방법에 있어서,
    하나 이상의 고상 재료 층(4)을 분리하기 위해 고상 본체(2)를 제공하는 단계;
    상기 고상 재료 층이 상기 고상 본체로부터 분리되는 분리 면을 결정하기 위해 하나 이상의 방사선 광원(18), 특히 레이저에 의해 상기 고상 본체의 내부 구조체 내에 결함을 생성하는 단계;
    상기 고상 본체(2) 위에 상기 고상 재료 층(4)을 유지하는 수용층(10)을 제공하는 단계; 및
    상기 고상 본체(2) 내에 특히 기계적으로 스트레스를 생성하기 위해 상기 수용층(10)에 열을 가하는 단계;를 최소한 포함하고,
    상기 스트레스로 인해 균열이 상기 분리 면(8)을 따라 상기 고상 본체 내에서 전파되고, 상기 균열은 상기 고상 본체(2)로부터 상기 고상 재료 층(4)을 분리하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고상 본체(2) 내로 도입되는 방사선(6)을 제공하는 상기 하나 이상의 방사선 광원(18)은 방출된 방사선(6)이 상기 고상 본체(2) 내의 미리 결정된 위치들에 결함들을 생성하도록 구성되는, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    분리 면(8)을 생성하기 위해 상기 방사선 광원(18)에 의해 방출된 방사선(6)이 200㎛ 미만, 바람직하게는 100㎛ 미만, 더 바람직하게는 50㎛ 미만, 특히 바람직하게는 20㎛ 미만의 소정의 깊이까지 상기 고상 본체(2) 내로 침투하도록 상기 방사선 광원(18)이 설정되는, 방법.
  4. 분리 면(8)을 생성하기 위해 상기 방사선 광원(18)에 의해 방출된 방사선(6)이 100㎛ 초과, 바람직하게는 200㎛ 초과, 더 바람직하게는 400㎛ 초과, 특히 바람직하게는 700㎛ 초과의 소정의 깊이까지 상기 고상 본체(2) 내로 침투하도록 상기 방사선 광원(18)이 설정되는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고상 본체(2)는 상기 고상 본체(2)를 유지하는 유지층(12) 위에 배치되고,
    상기 유지층(12)은 상기 고상 본체(2)의 제1 수평면부(14) 위에 배치되고,
    상기 고상 본체(2)의 제1 수평면부(14)는 상기 고상 본체(2)의 제2 수평면부(16)로부터 이격되어 있고,
    상기 제2 수평면부(16) 위에는 폴리머 층(10)이 배치되고,
    상기 분리 면(8)은 상기 제1 수평면부(14) 및 상기 제2 수평면부(16) 중 적어도 하나에 평행하게 정렬되는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고상 본체(2)는 탄화규소, 갈륨비소 및 세라믹 재료 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 수용층은 폴리머 층(10)으로 만들어지고,
    상기 폴리머 층(10) 및 상기 유지층(12) 중 하나 이상은 적어도 부분적으로 PDMS로 만들어지고,
    상기 유지층(12)은 적어도 부분적으로 하나 이상의 금속으로 만들어지는 안정화 장치(20)의 적어도 부분적으로 수평면 위에 배치되는, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 균열 면 내에 생성되는 상기 표면의 미리 결정된 토포그래피(topography)를 생성하기 위해 상기 균열 개시 및 상기 균열 전파 중 하나 이상이 제어될 수 있도록 상기 고상 본체(2) 내의 스트레스가 설정 가능한, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 광원은 fs(femtosecond) 레이저인, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사선 광원, 특히 상기 레이저는 10 ps 미만, 바람직하게는 1 ps 미만, 특히 바람직하게는 500 fs 미만의 펄스 지속기간을 갖는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저, 특히 상기 fs 레이저 빔의 에너지는 상기 고상 본체 내의 손상 전파가 레일리(Rayleigh) 길이의 3배 미만, 바람직하게는 레일리 길이 미만, 그리고 특히 바람직하게는 레일리 길이의 1/3 미만으로 선택되는, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저, 특히 상기 fs 레이저 빔의 파장은 상기 고상 본체의 흡수가 10cm-1 미만, 바람직하게는 1cm-1 미만, 그리고 특히 바람직하게는 0.1cm-1 미만으로 선택되는, 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개개의 결함들은 상기 fs 레이저에 의해 발생된 다광자 여기로부터 각각 생성되는, 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의해 생산된 웨이퍼.
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