KR20220019299A - 유리한 토포그래피를 갖는 고체 바디 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 바디(solid body)(1)의 내부에서 변형(modification)(9)을 생성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 레이저(29)의 레이저 방사선(14)을 고체 바디(1)의 제 1 표면(8)을 통해 고체 바디(1)의 내부로 도입하는 단계를 포함한다. 고체 바디(1)는 결정 구조를 형성한다. 변형(9)은 레이저 방사선(14)에 의해 고체 바디(1) 내부에서 생성 평면(4) 내의 미리 정의된 지점에서 생성된다. 변형(9)은 제 2 표면보다 제 1 표면(8)에 더 가까우며, 제 2 표면은 제 1 표면(8)에 평행하다. 변형(9)에 의해 복수의 선형 형태(linear form)(103)가 생성될 수 있다. 고체 바디(1)는 각각의 변형(9)의 영역에서 아임계적으로 균열된다. 아임계 균열은 해당 선형 형태의 세로 범위의 방향과 직교하는 150㎛ 미만의 평균 균열 길이를 갖는다. 동일한 선형 형태(103)에 속하고 차례로 생성되는 변형(9)은 함수 (d-x)/d < -0.31에 의해 정의되는 서로간의 거리로 생성되며, 여기서 x > d 이다.

Description

유리한 토포그래피를 갖는 고체 바디{SOLID BODY WITH AN ADVANTAGEOUS TOPOGRAPHY}
본 발명의 주제는, 각각 고체 바디(solid bidy)의 내부에서 변형(modification)을 생성하는 방법, 고체 바디로부터 적어도 하나의 고체 바디 층을 분리하는 방법, 및 유리한 토포그래피(topography)를 갖는 고체 바디에 관한 것이다.
문헌 DE 102017206178 A1은 원통형 SiC 단결정 잉곳(이는 제 1 정렬 평면 및 제 1 정렬 평면보다 짧고 제 1 정렬 평면에 수직인 제 2 정렬 평면을 갖는 원통형 원주 표면, 및 원형 상단면을 가지며, 상기 원통형 SiC 단결정 잉곳은 제 2 정렬 평면의 방향으로 원형 상단면에 수직인 수직축으로부터 경사진 c 축을 가지며, c-축에 수직인 c-평면과 상단면 사이에 형성되는 편차 각을 갖는다)으로부터 웨이퍼를 제조하는 것을 포함하는 웨이퍼 제조 방법을 개시하고 있으며, 여기서 상기 웨이퍼 제조 방법은, c 축이 경사진 방향과 제 2 정렬 평면이 서로 수직인지 여부를 확인하고, c 축이 경사진 방향과 수직인 처리 공급 방향을 검출하는 처리 공급 방향을 위한 검출 단계; 원통형 SiC 단결정 잉곳의 깊이에서 원형 상단면으로부터 레이저 빔의 초점을 위치시키는 감소된 강도의 영역을 위한 형성 단계(여기서, 상기 깊이는 제조되는 웨이퍼의 두께에 대응하고, 원통형 SiC 단결정 잉곳 및 처리 공급 방향에 대한 검출 단계에서 검출된 처리 공급 방향의 초점의 상대적 이동 동안에, 원통형 SiC 단결정 잉곳에 SiC를 전달하는 파장을 갖는 레이저 빔을 조사하여 원형 상단면에 평행한 변형 층으로 구성되는 감소된 강도의 직선 영역, 및 제조될 웨이퍼의 두께에 대응하는 c-평면을 따라 깊이로 변형 층으로부터 연장되는 균열을 형성한다); 처리 공급 방향에 수직인 방향으로 사전-결정된 간격으로 감소된 강도를 갖는 영역에 대해 형성 단계를 반복하여 수행함으로써 원통형 SiC 단결정 잉곳에서 박리 평면을 형성하는 단계를 포함하는 박리 평면 형성 단계; 및 박리 평면 형성 단계 후, 경계 표면으로서 제공하는 박리 평면으로부터 원통형 SiC 단결정 잉곳의 일부를 박리시킴으로써 원통형 SiC 단결정 잉곳으로부터 웨이퍼를 제조하는 단계를 포함하는 웨이퍼 제조 단계를 포함하고; 상기 처리 공급 방향에 대한 검출 단계는 원통형 SiC 단결정 잉곳의 사전-결정된 깊이에서 원형 상단면으로부터 레이저 빔의 초점을 위치시키고, 원통형 SiC 단결정 잉곳과 서로에 대한 초점의 이동 중에, 원통형 SiC 단결정 잉곳에서 감소된 강도의 다수의 샘플링된 직선 영역(여기서, 상기 감소된 강도의 각각의 샘플링된 직선 영역은 원형 상단면에 평행한 변형 층 및 c-평면을 따라 변형 층으로부터 연장되는 균열로 구성된다)을 형성하기 위하여 제 2 정렬 평면에 평행한 방향 및 상기 제 2 정렬 평면으로부터 각각 사전-결정된 각도만큼 시계 방향 및 반시계 방향으로 경사진 다수의 방향을 따라 SiC를 전달하는 파장을 가진 레이저 빔을 원통형 SiC 단결정 잉곳에 조사하기 위한 샘플링 조사를 수행하는 것을 포함하는 샘플링 단계, 및 이미징 수단에 의해 감소된 강도의 샘플링된 직선 영역의 개개의 이미지를 캡처하고, 상기 이미지 중 하나에서 감소된 강도의 각각의 샘플링된 직선 영역에서 단위 길이 당 존재하는 노드의 수를 측정하고, 상기 측정된 노드의 수가 0인 감소된 강도의 샘플링된 직선 영역이 처리 공급 방향으로 연장확장되는 방향을 결정하는 것을 포함하는 결정 단계를 포함한다.
문헌 DE102016208958A1은 육각형 단결정 잉곳으로부터 육각형 단결정 웨이퍼를 제조하는 웨이퍼 제조 방법을 개시하고 있다. 상기 웨이퍼 제조 방법은 잉곳에 대한 투과 파장을 가진 레이저 빔의 초점을 잉곳 내부에서 잉곳의 상단면으로부터 사전-결정된 깊이(여기서, 깊이는 제조될 웨이퍼의 두께에 해당한다)로 설정하고, 다음 단계로, 잉곳의 상단면에 평행한 변형 층 및 상기 변형 층으로부터 연장되는 균열을 형성함으로써 분리 시작점을 형성하기 위해 초점 및 잉곳의 상대적 이동 중에 잉곳의 상단면에 레이저 빔을 적용하는 것을 포함하는 분리 시작점 형성 단계를 포함한다. 변형 층을 형성하기 위해, 레이저 빔은 -0.3 ≤ (d - x)/d ≤ 0.5의 관계가 유지되는 상태에서 적용되며, 여기서 d 는 레이저 빔의 초점의 직경이고 x 는 레이저 빔의 인접 초점들 사이의 거리이다. 이 경우: d = 1.22 * 람다 / Na(여기서, 람다는 레이저의 파장을 나타내며, Na는 이미지의 개구 수를 나타낸다)이다.
전술된 방법은 초점이 너무 가깝게 선택되어 후속 초점이 상-변환된 부분에 놓이기 때문에 불리하다. 그러나, 이는 흡수율을 매우 크게 증가시키는 효과가 있다. 예를 들어 결함, 개재물 또는 도핑과 같은 재료 파라미터 변동이 발생하는 경우, 흡수율이 추가로 크게 증가함으로써 재료 변환 과정을 제어할 수 없게 되거나 고체 바디의 내부에서 제어되지 않는 크기의 일부가 변환된다. 결과적으로 포지티브 피드백이 존재한다. 이러한 포지티브 피드백의 결과로, 더 많은 양의 재료가 변환되어 고체 바디의 내부에서 더 큰 압축 응력이 생성된다. 이러한 더 큰 압축 응력은 균열 전파를 더 많이 발생시키는 효과가 있다. 탄화 규소의 경우에는 균열 전파는 일반적으로 결정 격자 평면 방향으로 발생하고 탄화 규소 잉곳 또는 부울(boule)의 경우의 결정 격자는 일반적으로 4°의 각도로 경사져 있기 때문에, 광범위한 균열은 고체 바디의 주변 구조에 손상을 초래한다. 이러한 손상된 부분은 분쇄 공정을 통해 제거되어야 한다. 따라서, 손상 감소는 생산량을 증대시키고 재작업 노력을 줄여주는 직접적인 결과를 가져온다.
따라서, 본 발명의 목적은 고체 바디의 재료에 대한 손상을 줄이는 방안을 제공하는 것이다.
전술한 목적은 예를 들면 본원 발명에 따른 고체 바디의 내부에 변형을 생성하는 방법에 의해 달성된다. 이 방법은 바람직하게는, 적어도, 레이저의 레이저 방사선을 고체 바디의 제 1 표면을 통해 고체 바디의 내부로 도입하는 단계를 포함하며, 이때 고체 바디는 결정 구조를 형성하고, 상기 변형은 레이저 방사선에 의해 고체 바디 내부의 생성 평면상의 사전-결정된 위치에서 생성된다. 이 경우, 변형은 바람직하게는 제 2 표면보다 제 1 표면에 더 가깝고, 제 2 표면은 바람직하게는 제 1 표면에 평행하게 형성된다. 여기서, 상기 변형을 생성하기 위한 레이저 방사선은 바람직하게는 제 1 표면 또는 제 2 표면을 통해 고체 바디 내로 침투한다.
그러나, 대안적으로, 상기 변형이 제 1 표면보다 제 2 표면에 더 가까운 것이 또한 가능하다. 여기서, 상기 변형을 생성하기 위한 레이저 방사선은 바람직하게는 제 1 표면 또는 제 2 표면을 통해 고체 바디 내로 침투한다.
결과적으로, 레이저 빔은 바람직하게는 제 1 표면을 통해 고체 바디 내로 침투할 수 있으며, 이어서, 제 2 표면보다는 제 1 표면으로부터 더 멀리 변형이 생성된다. 생성 평면은 제 1 표면보다 제 2 표면에 더 가깝게 놓인다.
바람직하게는, 다수의 선형 형상, 특히 기록 라인이 상기 변형에 의해 생성된다. 선형 형상은 바람직하게는 대부분 곡선 또는 직선으로 연장된다. 고체 바디는 바람직하게는 각각의 변형 영역에서 아임계적으로 균열된다. 아임계 균열은 바람직하게는 각각의 선형 형상의 길이 방향에 대해 직교성(orthogonality)을 가지며, 평균 균열 길이는 150㎛ 미만, 특히 120㎛ 미만 또는 110㎛ 미만 또는 90㎛ 미만 또는 75㎛ 미만 또는 60㎛ 미만이다. 바람직하게는 아임계 균열은 라인 간격(= 해치(hatch))의 두 배보다 짧다.
동일한 선형 형상에 속하고 연속적으로 생성되는 변형은 바람직하게는 함수 (d-x)/d < -0.31, 특히 < -0.4에 의해 정의되는 서로간의 거리로 생성되며, 여기서 바람직하게는 x > d가 적용된다.
생성 평면의 높이에서 또는 바람직하게는 그에 평행하게, 아임계 균열이 전파되어 분리 평면(detachment plane)을 형성할 수 있다. 따라서 분리 평면은 생성 평면보다 제 1 표면에 더 가까울 수 있거나 분리 평면은 생성 평면보다 제 1 표면으로부터 더 멀리 떨어져 있을 수 있다.
변형의 "영역에서"는 본원에서 변형된 또는 특히 변환된 재료 분획 및 그에 인접한 고체 바디 재료 분획에서 고체 바디가 균열을 겪는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 마찬가지로, 변형된 영역이 균열을 겪지 않고 대신에 변형(들)의 위 또는 아래에서 고체 바디의 길이 방향으로 균열이 발생하는 것이 가능하다. 고체 바디가 변형(들) 위 또는 아래에서 균열을 겪는 경우, 균열(특히 아임계 균열)과 생성 평면 사이의 거리는 바람직하게는 20㎛ 미만, 특히 15㎛ 미만 또는 10㎛ 미만 또는 5㎛ 미만 또는 4㎛ 미만 또는 3㎛ 미만 또는 2㎛ 미만 또는 1㎛ 미만이다.
이 해결책은, 언급된 조건 (d-x)/d < -0.31이, 동일한 선형 형상의 연속적으로 생성된 변형의 초점이 서로 떨어져 있어 미리 생성된 재료의 변환이 다음의 재료의 변환에서 거의 또는 전혀 영향을 주지 않으며, 특히 흡수의 증가를 거의 또는 전혀 일으키지 않는다는 것을 정의하기 때문에 유리하다. 이는, 변형이 결과적으로 매우 정밀하게 생성될 수 있고, 이에 의해 아임계 균열이 더 강하게 전파되는 경향이 더 잘 제어될 수 있기 때문에 유리하다.
추가의 바람직한 실시형태는 종속 청구항 및 다음의 상세한 설명 부분의 주제이다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 레이저 방사선은 정의된 편광이다. 레이저 방사선의 편광 방향은 이 경우 바람직하게는 고체 바디의 결정 축에 대해 정의된 각도, 특히 0°또는 90°의 고정된 각도, 또는 정의된 각도 범위, 특히 -20°내지 20°또는 -10°내지 10°또는 -5°내지 5°또는 -1°내지 1°또는 70°내지 110°또는 80°내지 100°또는 85°내지 95°또는 89°내지 91°로 배향된다. 대안적으로, 레이저 빔에 의해 고체 바디의 내부에서 생성된 변형의 길이 방향 범위는 교차 라인, 특히 생성 평면과 결정 격자 평면 사이의 교차점에서 얻은 가상 교차 평면에 대해 정의된 각도, 특히 0°또는 90°의 고정된 각도, 또는 정의된 각도 범위, 특히 -20°내지 20°또는 -10°내지 10°또는 -5°내지 5°또는 -1°내지 1°또는 70°내지 110°또는 80°내지 100°또는 85°내지 95°또는 89°내지 91°로 배향될 수 있다.
주 평탄면(major flat)에 평행한 레이저의 편광의 경우, SiC 기판의 C면에 레이저 가공할 때 이 구성에서 주 평탄면에 수직인 레이저 편광과 비교하여 유사한 손상 패턴을 형성하기 위해서는 약 50% 정도 더 큰 레이저 에너지가 필요하다는 것이 밝혀졌다. 원형 편광이 사용되는 경우, 편광자에서 투과 편광에 비해 1/3 감소된 투과 레이저 파워가 측정된다. 이는, 원형 편광의 경우, 사용되는 레이저 에너지가 선형의 이상적인 편광과 비교하여 아마도 최대 50%의 양만큼 증가해야 한다는 것을 의미한다. 그러나, 이 차이는 특히 공정의 비선형성과 원형 편광에 대한 SiC에서의 다광자(multiphoton) 효과에 대한 유효 단면의 결과로서 더 작을 수 있다. 이상적인 레이저 편광을 위한 임계 에너지와 90°회전된 레이저 편광 사이의 값이 또한 가능하며, 이는 양 편광은 회전하는 레이저 편광 과정에서 일시적으로 통과하기 때문이다. 그러나 다광자 효과는 일반적으로 선형 편광에 대해 더 효과적인 단면을 가지므로, 완벽하게 원형으로 편광된 광에 대해 훨씬 더 많은 에너지가 소비되어야 한다.
전술한 목적은, 마찬가지로, 본원 발명에 따른 고체 바디의 내부에 변형을 생성하는 방법에 의해 달성될 수 있다. 이 방법은 바람직하게는, 적어도, 레이저의 레이저 방사선을 고체 바디의 제 1 표면을 통해 고체 바디의 내부로 도입하는 단계를 포함하며, 이때 고체 바디는 결정 구조를 형성하고, 상기 변형은 레이저 방사선에 의해 고체 바디 내부의 생성 평면상의 사전-결정된 위치에서 생성된다. 이 경우 상기 변형은 바람직하게는 제 2 표면보다 제 1 표면에 더 가깝고, 제 2 표면은 바람직하게는 제 1 표면에 평행하게 형성된다. 여기서, 상기 변형을 생성하기 위한 레이저 방사선은 바람직하게는 제 1 표면 또는 제 2 표면을 통해 고체 바디 내로 침투한다.
그러나, 대안적으로, 상기 변형이 또한 제 1 표면보다 제 2 표면에 더 가까울 수도 있다. 여기에서, 상기 변형을 생성하기 위한 레이저 방사선은 바람직하게는 제 1 표면 또는 제 2 표면을 통해 고체 바디로 침투한다.
결과적으로, 레이저 빔은 바람직하게는 제 1 표면을 통해 고체 바디 내로 침투할 수 있으며, 이어서, 제 2 표면보다 제 1 표면으로부터 더 멀리 변형이 생성된다. 생성 평면은 제 1 표면보다 제 2 표면에 더 가깝게 놓인다.
바람직하게는, 다수의 선형 형상, 특히 기록 라인이 상기 변형에 의해 생성된다. 선형 형상은 바람직하게는 대부분 곡선 또는 직선으로 연장된다. 고체 바디는 바람직하게는 각각의 변형 영역에서 아임계적으로 균열된다. 아임계 균열은 바람직하게는 각각의 선형 형상의 길이 방향에 대해 직교성을 가지며, 평균 균열 길이는 150㎛ 미만, 특히 120㎛ 미만 또는 110㎛ 미만 또는 90㎛ 미만 또는 75㎛ 미만 또는 60㎛ 미만이다. 바람직하게는, 아임계 균열은 해치의 두 배보다 짧다.
레이저 방사선은 바람직하게는 정의된 편광이거나 정의된 방식으로 편광된다. 레이저 방사선의 편광 방향은 바람직하게는 고체 바디의 결정 축에 대해 정의된 각도, 특히 0°또는 90°의 고정 각도, 또는 정의된 각도 범위, 특히 -20°내지 20°또는 -10°내지 10°또는 -5°내지 5°또는 -1°내지 1°또는 70°내지 110°또는 80°내지 100°또는 85°내지 95°또는 89°내지 91°로 배향된다. 대안적으로, 레이저 빔에 의해 고체 바디의 내부에서 생성된 변형의 길이 방향 범위는 생성 평면과 결정 격자 평면 사이의 교차점에서 얻은 교차 라인에 대해 정의된 각도, 특히 0°또는 90°의 고정된 각도, 또는 정의된 각도 범위, 특히 -20°내지 20°또는 -10°내지 10°또는 -5°내지 5°또는 -1°내지 1°또는 70°내지 110°또는 80°내지 100°또는 85°내지 95°또는 89°내지 91°로 정렬될 수 있다.
평균 균열 길이는 본원에서 바람직하게는 하나의 평면에서 결정되며, 즉, 한편으로는 선형 형상의 길이 방향에 직교하는 방향으로의 균열 전파 및 다른 한편으로는 선형 형상이 검출되고 바람직하게는 변형-분리된(modification-resolved) 방식으로 평가 또는 결정된다.
본원에서, 고체 바디는 탄화 규소를 포함하거나 탄화 규소, 특히 도핑된 탄화 규소로 구성될 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 동일한 선형 형상에 속하고 연속적으로 생성되는 변형은 함수 (d-x)/d < 0, 특히 < -0.3 또는 < -0.31 또는 < -0.4 또는 < -0.45 또는 < -0.5 또는 < -0.55 또는 < -0.6 또는 < -0.65 또는 < -0.7 또는 < -0.75에 의해 정의되는 서로간의 거리로 생성되며, 여기서 바람직하게는 x > d가 적용된다. 여기서 < -0.31은 -0.31 미만을 의미하며, 이들은 예를 들면 -0.5와 같이 양적으로 더 큰 숫자이다. 반대로 -0.1은 -0.31보다 양이 적으며, 따라서 -0.1은 포함되지 않는다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 연속적으로 생성된 선형 형상의 변형은 고체 바디의 변형되지 않은(unmodified) 재료에 의해 서로 분리된다. 즉, 레이저 변형에 의해 야기되는 상 변화는 바람직하게는 개별 변형들 사이에서 발생하지 않는다. 따라서, 선형 형상의 개별적인 변형은 바람직하게는 사전에 발생한 재료 변환(transformation)이 동일한 선형 형상에 대해 이후에 직접 생성된 변형의 경우 흡수에 영향을 미치지 않을 정도로 서로 공간적으로 분리된다. 따라서 이것에 의해 점 패턴이 생성되거나, 선형 형상이 점 패턴에 의해 형성된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 각각의 경우에 2개의 직접 인접한 선형 형상 사이의 거리는 50㎛ 미만, 특히 40㎛ 미만 또는 30㎛ 미만 또는 25㎛ 미만 또는 20㎛ 미만 또는 15㎛ 미만 또는 10㎛ 미만이다. 이 해결책은, 잔여 고체 바디의 노출된 표면과 분리된 고체 바디 층의 노출된 표면에 특징적인 형상을 부여하는 균열 프론트(front)를 생성하기 때문에 유리하다. 이러한 특징적인 형상은 바람직하게는 고체 바디 층 및/또는 잔여 고체 바디 상에 지그재그 형상의 융기부 및/또는 함몰부를 형성한다. 이것은 결정 평면 및/또는 슬립 평면, 즉 바람직한 균열 평면이 제 1 표면에 대해 경사진 모든 고체 바디에 적용되며, 이를 통해 레이저 방사선이 고체 바디 내로 도입된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 고체 바디에서 생성된 변형의 제 1 부분은 레이저의 광학에 대해 고체 바디의 제 1 상대적 이동 중에 생성되고, 제 2 부분은 레이저의 광학에 대해 고체 바디의 제 2 상대적 이동 중에 생성된다. 제 1 상대적 이동은 이 경우에 바람직하게는 제 1 방향으로의 직선 이동이고, 제 2 상대적 이동은 이 경우에 바람직하게는 제 2 방향으로의 직선 이동이며, 횡단 경로는 바람직하게는 서로 평행하다. 바람직하게는, 전체 이동 경로는 사행(meander) 형상, 또는 X-Y 테이블에 의해 발생하는 행정(travel) 이동을 형성한다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 적어도 제 1 상대적 이동 중의 하나의 레이저 파라미터, 특히 편광의 설정은 제 2 상대적 이동 중의 설정에서 벗어나고, 제 1 상대적 이동은 제 1 방향에서의 선형 이동에 대응하고, 제 2 상대적 이동은 제 2 방향에서의 선형 이동에 대응하며, 여기서 제 1 방향 및 제 2 방향은 서로에 대해 평행한 오프셋(offset)으로 배향된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 레이저 방사선은 선형 편광 또는 타원 편광 또는 원형 편광이다. 이 실시형태는 레이저 방사선의 정의된 편광이 아임계 크랙의 매우 짧은 균열 전파를 가능하게 하는 (특히 100㎛보다 짧은) 변형이 생성되게 하기 때문에 유리하다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 이 방법은 마찬가지로 바람직하게는 고체 바디의 침투 전에 레이저 빔의 빔 특성을 변경하는 단계를 포함하며, 여기서 빔 특성은 초점에서의 강도 분포이고, 여기서 빔 특성의 변경 또는 적응은 적어도 또는 정확히 하나의 공간 광 변조기 및/또는 적어도 또는 정확히 하나의 DOE에 의해 발생되며, 공간 광 변조기 및/또는 DOE는 고체 바디와 방사선원 사이의 레이저 방사선의 빔 경로에 배열된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 회절 광학 요소(DOE)는 레이저 방사선이 도너 기판으로 또는 레이저 방사선의 경로에서 고체 바디로 침투하기 전에 배열된다. DOE는 복수의 초점을 생성하기 위해 복수의 광 경로에 걸쳐 레이저 방사선을 분할한다. DOE는 바람직하게는 200㎛의 길이에 걸쳐 50㎛ 이하, 특히 30㎛ 이하 또는 10㎛ 이하 또는 5㎛ 이하 또는 3㎛ 이하의 이미지 필드 곡률을 초래하며, DOE는 적어도 2 개, 바람직하게는 적어도 또는 정확히 3 개, 또는 적어도 또는 정확히 4 개, 또는 적어도 또는 정확히 5 개, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 10 개, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 20 개, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 50 개, 또는 최대 100 개의 초점을 동시에 생성하여 도너 기판 또는 고체 바디의 재료 특성을 변경한다. 이 실시형태는 공정의 상당한 가속화가 달성될 수 있기 때문에 유리하다.
따라서, 회절 광학 요소(DOE)에 의해 고출력이 초점 평면의 다수의 초점 사이에서 분할된다는 것이 인식되었다. DOE는 초점 평면 전에도 간섭 현상을 나타내며; 초점 평면 전의 표면에서의 간섭은 국소적인 최대 강도를 생성하여 표면에 손상을 줄 수 있으며 깊이 작업을 위한 레이저 방사선의 투과율을 감소시킬 수 있다는 것이 인식되었다. 또한 일부 재료(예를 들면, SiC)는 예를 들면 재료 도핑(빈번한 발생: 도핑 스팟)의 결과로 굴절률 및 기타 재료 특성(예를 들면, 흡수, 투과, 산란)에 국소적인 차이를 가진다는 것이 인식되었다. 또한 레이저 인커플링(incoupling)의 표면에서의 재료의 표면 거칠기에 따라 재료 깊이에서 레이저의 파면(wavefront)이 크게 손상되어 초점의 강도가 감소될 수 있으며 (다광자 전이 확률이 낮아짐), 이는 다시 앞서 언급한 문제와 함께 더 높은 강도로 이어질 것이다.
레이저 빔을 브류스터(Brewster) 각도로 고체 바디 또는 도너 기판 상에 또는 내에 조사하는 것은 복잡하고 어려울 수 있으며, 이는 다른 빔 구성요소들이 고 굴절률 매체에서 다른 길이의 경로를 이동하기 때문이다. 그에 따라 초점은 더 높은 에너지 및/또는 빔 형상화(shaping)에 의해 조정되어야 한다. 빔 형상화는 여기서 바람직하게는 예를 들어 하나 이상의 회절 광학 요소(DOE)에 의해 수행되며, 이는 레이저 빔 프로파일에 따라 상기 차이를 보상한다. 브루스터 각도는 상대적으로 커서 높은 개구 수에 의해 광학 장치와 그 치수 및 작동 거리에 대한 요구 사항이 부과된다. 그럼에도 불구하고, 이 해결책은 유리한데, 이는 표면에서의 반사 감소는 또한 광 강도가 재료에 더 잘 결합되기 때문에 표면 손상 감소에 기여하기 때문이다. 본 발명의 의미에서, 레이저 빔이 브루스터 각도로, 또는 우세하게 또는 대부분 브루스터 각도로 조사될 수 있다는 것이 본 명세서에 개시된 다른 모든 실시형태의 경우이다. 브루스터 각도 인커플링과 관련하여 문헌 ["Optical Properties of Spin-Coated TiO2 Antireflection Films on Textured Single-Crystalline Silicon Substrates" (Hindawi Publishing Corporation International Journal of Photoenergy, Volume 2015, Article ID 147836, 8 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2015/147836)]을 참조한다. 이 문헌은 그 전체가 참고로 포함되어 본 특허출원의 내용이 된다. 앞서 언급되고 포함된 문헌은 특히 다양한 재료에 대한 이상적인 조사 각도의 계산 및 이에 따라 굴절률을 개시한다. 레이저 또는 레이저 적용 장치의 에너지는 재료에 따라 크게 조정되는 것이 아니라, 오히려 어떤 각도에서 가능한 투과에 따라 조정된다. 따라서, 최적의 투과가 예를 들어 93%인 경우, 수직 조사를 사용한 실험과 관련하여 이러한 손실이 고려되어야 하며 예를 들어 17%의 손실이 고려되어 하며, 그에 따라 레이저 출력이 조정되어야 한다.
예를 들어, 소정 각도에서 93%와 비교하였을 때 수직으로 83%의 투과율은, 깊이에서 동일한 에너지를 달성하기 위해 수직 조사하는 경우 사용되는 레이저 출력의 89%만이 필요하다는 것을 의미한다(0.83/0.93 = 0.89). 따라서, 본 발명의 의미에서, 경사 조사의 일부는 바람직하게는 표면 반사로 인한 광 손실을 감소시키고 더 많은 광을 깊이로 가져 오는 역할을 한다. 이것이 특정 시나리오에서 발생할 수 있는 하나의 가능한 후속 문제는 깊이에서의 초점이 "비뚤어진(skewed)" 프로파일을 획득할 수 있다는 것이며, 그 결과 달성된 강도 (다광자 작업의 핵심 변수)가 다시 낮아지고, 따라서 심지어 수직 조사의 경우(여기서 모든 빔 구성요소는 재료에서 동일한 광학 경로를 이동한다)보다 더 낮을 수 있다. 이것은 바람직하게는 회절 광학 요소 또는 다수의 회절 요소 또는 연속 쐐기 또는 다수의 연속 쐐기 (및/또는 다른 광학 요소)에 의해 빔 경로에서 발생하며, 이는 이러한 추가 경로 및/또는 개별 빔에 대한 영향 (특히 빔 프로파일에 대한 상이한 구면 수차(spherical aberrations))을 보상한다. 이러한 DOE는 적절한 소프트웨어 해결책 (예를 들면, 예나 소재의 라이트트란스(Lighttrans)로부터의 버츄얼랩(Virtuallab))을 사용하여 수치적으로 계산된 다음 제작되거나 제공될 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 변형은 바람직하게는 다광자 여기, 특히 2-광자 여기에 의해 생성된다.
이 방법은 다음 단계들 중 하나 이상 또는 모두를 포함할 수 있다:
레이저-적용 장치와 관련하여 고체 바디를 이동시키는 단계, 상기 레이저-적용 장치에 의해 다수의 레이저 빔을 연속적으로 생성하여, 각각의 경우에 적어도 하나의 변형을 생성하는 단계 (여기서, 상기 레이저-적용 장치는 레이저 빔의 정의된 포커싱 및/또는 레이저 에너지의 적응을 위해 적어도 하나의 파라미터, 특히 다수의 파라미터에 따라 특히 연속적으로 설정된다).
레이저 빔은 바람직하게는 도너 기판의 평면 표면을 통해 도너 기판 내로 침투한다. 레이저 빔은 바람직하게는 도너 기판의 길이 방향 축에 대해 0°또는 180°와 동일하지 않은 각도로 도너 기판 내로 침투하는 방식으로 도너 기판 또는 고체 바디의 표면, 특히 평면 표면에 대해 경사진다. 바람직하게는, 레이저 빔은 도너 기판에서 변형을 생성하기 위해 집중된다.
고체 바디는 바람직하게는 평면 주 표면에 대해 경사진 결정 격자 평면을 가지며, 고체 바디의 주 표면은 고체 바디의 길이 방향으로 하나의 경계를 형성하고, 여기서 결정 격자 평면 법선(normal)은 주 표면 법선에 대해 제 1 방향으로 경사지며, 변형은 도너 기판의 재료 특성의 변경이다. 재료 특성의 변경은 고체 바디에서 레이저 방사선의 침투 위치를 변경함으로써 적어도 부분적으로 선형 형상을 형성하며, 선형 형상은 점선, 파선 또는 연속 선으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 선형 형상 또는 다수의 선형 형상, 또는 선형 형상의 전부 또는 대부분은 1mm 초과 또는 5mm 초과 또는 10mm 초과 또는 20mm 초과 또는 30 mm 초과의 길이, 또는 최대 1 mm 또는 최대 5 mm 또는 최대 10 mm 또는 최대 20 mm 또는 최대 30 mm 또는 최대 50 mm 또는 최대 100 mm의 길이를 갖는다. 재료 특성의 변경은 바람직하게는 생성 평면, 특히 적어도 하나의 생성 평면 또는 정확히 하나의 생성 평면에서 생성된다. 바람직하게는, 고체 바디의 결정 격자 평면은 생성 평면에 대해 경사진 방식으로 정렬된다. 선형 형상은 바람직하게는 생성 평면과 결정 격자 평면 사이의 교차점에서 얻어진 교차 라인에 대해, 특히 각도, 특히 2°내지 30°, 특히 3°내지 9°의 각도, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 3°의 각도, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 4°의 각도, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 5°의 각도, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 6°의 각도, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 7°의 각도, 또는 적어도 또는 정확히 또는 최대 8°의 각도, 또는 정확히 또는 최대 15°의 각도로 경사진다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 레이저 방사선은 5 ns 미만 또는 2 ns 미만, 특히 1 ns 미만 또는 700 ps 미만 또는 500 ps 미만 또는 400 ps 미만 또는 300 ps 미만 또는 200 ps 미만 또는 150 ps 미만 또는 100 ps 미만 또는 50 ps 미만 또는 10 ps 미만의 펄스 길이로 생성된다.
재료 특성의 변경 또는 변형은 바람직하게는 각각의 경우 5 ns 미만, 특히 2 ns 또는 1 ns 미만의 레이저 펄스로 생성된다. 특히 바람직하게는 개별 레이저 펄스의 시간적 지속 기간은 50 ps 내지 4000 ps 또는 50 ps 내지 2000 ps 또는 50 ps 내지 1000ps, 특히 50 ps 내지 900 ps 또는 50 ps 내지 700 ps 또는 50 ps 내지 500 ps 또는 50 ps 내지 300 ps 또는 300 ps 내지 900 ps 또는 500 ps 내지 900 ps 또는 700 ps 내지 900 ps 또는 300 ps 내지 500 ps 또는 500 ps 내지 700 ps 또는 300 ps 내지 700ps, 또는 900 ps 미만 또는 700 ps 미만 또는 500 ps 미만 또는 300 ps 미만 또는 100 ps 미만 또는 50 ps 미만이다.
다른 바람직한 실시형태에 따르면, 레이저 방사선은 펄스 에너지로 생성되며, 여기서 펄스 에너지는 100 nJ 내지 1 mJ 또는 500 nJ 내지 100 μJ 또는 1 μJ 내지 50 μJ이다. 개별 샷(shot)당 펄스 에너지는 대물 렌즈(objective) 후 또는 마지막 광학 준비 수단 후 및 레이저 방사선의 고체 바디로의 침투 전 바람직하게는 0.1 내지 50 μJ이다. 예를 들어 DOE에 의해 다수의 초점이 생성되는 경우, 대물렌즈 후 또는 마지막 광학 준비 수단 이후 및 고체 바디로의 레이저 방사선의 침투 전에 각 개별 초점에 할당된 레이저 방사선은 0.1 내지 50 μJ의 펄스 에너지를 갖는다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 정의된 열 컨디셔닝을 위해 및/또는 변형을 생성하기 위해 및/또는 도너 기판의 재료 특성을 변경, 특히 국소적으로 변경하기 위해, 레이저 방사선이 0.1 nJ/㎛2 내지 10,000 nJ/㎛2, 바람직하게는 1 nJ/㎛2 내지 1000 nJ/㎛2, 특히 바람직하게는 3 nJ/㎛2 내지 200 nJ/㎛2의 펄스 밀도로 고체 바디 내로 도입된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 아임계 균열을 개시하기 위한 개시 변형(initiating modifications)이 생성되고, 여기서 개시 변형을 생성하기 위한 적어도 하나의 공정 파라미터는 기본 변형(basic modifications)을 생성하기 위한 적어도 하나의 공정 파라미터와 상이하며; 바람직하게는, 다수의 공정 파라미터가 서로 다르다. 추가적으로 또는 대안적으로, 개시 변형은 기본 변형이 생성되는 라인의 주행 방향과 떨어져 있거나 그에 대해 경사진 방향으로 생성될 수 있다.
특히 개시 변형에 의해 및/또는 분리 범위 또는 분리 평면을 정의하는 변형에 의해, 선형 형상을 형성하는 변형에 의해 생성된 아임계 균열은 바람직하게는 5mm 미만, 특히 3mm 미만 또는 1mm 미만 또는 0.5mm 미만 또는 0.25mm 미만 또는 0.1mm 미만 전파된다. 여기서 경사 정렬은 예를 들면 0°내지 90°의 각도, 바람직하게는 85°내지 90°의 각도, 특히 바람직하게는 90°의 각도에 대응할 수 있다.
이는 임계 강도(즉, 파워/면적)가 초과될 때 촉발되는 역치 공정(threshold process)이다. 즉, 짧은 펄스는 더 적은 에너지/펄스를 필요로 하고; 더 큰 개구 수는 에너지를 더 작은 지점에 집중시키며, 따라서 역치 강도를 달성하는데 더 낮은 에너지가 필요하다.
이 방법은 바람직하게는 마찬가지로 다음 단계들 중 하나 이상을 포함한다: 도너 기판을 제공하고/하거나 평면 주 표면에 대해 경사진 결정 격자 평면을 포함하는 도너 기판(또는 고체 바디)을 제공하는 단계 (이 경우, 도너 기판의 주 표면은 바람직하게는 도너 기판의 길이 방향으로 하나의 경계를 형성하며, 여기서 결정 격자 평면 법선은 주 표면 법선에 대해 제 1 방향으로 경사진다), 적어도 하나의 레이저를 제공하는 단계, 적어도 하나의 레이저 초점 영역에서 고체 바디의 재료 특성을 변경하기 위해, 바람직하게는 주 표면을 통해 고체 바디의 내부로 레이저의 레이저 방사선을 도입하는 단계 (여기서, 레이저 초점은 바람직하게는 레이저에 의해 방출된 레이저의 레이저 빔에 의해 형성된다. 재료 특성의 변경은 레이저 방사선의 도너 기판으로의 침투 위치를 변경하여 선형 형상을 형성한다. 재료 특성의 변경은 바람직하게는 주 표면에 평행하게 진행되는 생성 평면에서 생성되는 것이 바람직하다. 선형 형상은 바람직하게는 적어도 부분적으로 직선 또는 곡선으로 연장된다. 도너 기판의 결정 격자 평면은 바람직하게는 생성 평면에 대해 경사진 방식으로 정렬된다. 선형 형상, 특히 적어도 직선으로 연장되는 부분 또는 곡선으로 연장되는 부분은 생성 평면과 결정 격자 평면 사이의 교차점에서 얻어진 교차 라인에 대해 경사지고, 결과적으로 변경된 재료 특성은 아임계 균열의 형태로 도너 기판의 균열을 유발한다). 고체 바디 층을 분리하는 단계는 바람직하게는 아임계 균열을 연결하기 위해 도너 기판에 외력을 도입함으로써 수행되거나, 아임계 균열을 연결하면서 도너 기판으로부터 고체 바디 층을 분리하는 생성 평면상의 충분한 재료는 레이저 방사선에 의해 변경된다. 여기서 주 표면은 바람직하게는 이상적으로 평평한 표면으로 간주/정의된다.
이 방법은, 생성 평면과 결정 격자 평면의 교차점에서 얻어지는 교차 라인에 대해 선형 형상이 경사진 사실로 인해 기록 방향에 수직인 균열 성장이 제한되기 때문에 유리하다. 따라서 기록 라인 당 변형은 동일한 결정 격자 평면에서 생성되지 않는다. 예를 들면, 기록 라인 당 변형의 처음 1-5%는 결과적으로 단지 일부, 특히 동일한 기록 라인의 변형의 마지막 1-5%의 75% 미만 또는 50% 미만 또는 25% 미만 또는 10% 미만 교차하거나 또는 결정 격자 평면과 교차하지 않을 수 있다. 여기서 기록 라인은 바람직하게는 1cm 초과 또는 10cm 초과 또는 20cm 초과의 길이이거나 또는 최대 20cm 길이 또는 최대 30cm 길이 또는 최대 40cm 또는 최대 50cm 길이이다. 따라서, 동일한 결정 격자 평면에서 기록 라인 당 훨씬 적은 변형이 생성되므로 이러한 결정 격자 평면을 따라 균열 전파가 제한된다. 경사는 여기서 비-평행 또는 비-중첩을 의미하는 것으로 이해되어야 하며, 따라서 예를 들어 단지 0.05°의 각도로 존재할 수 있으며, 심지어 매우 작은 각도, 특히 1°미만에서도 선형 형상의 범위의 길이에 걸쳐 서로 다른 결정 격자 평면, 특히 슬립 평면은 변형 또는 변형들에 의해 국소적으로 절단되거나 변형되거나 변경된다.
이는 제2의 이점으로 이어지며, 특히 생성된 추가 균열이 마지막으로 생성된 균열에 중첩되어야 하는 방식으로 기록 방향이 반드시 구현될 필요는 없다는 점이다. 이제 기록 방향이 반대가 될 수도 있다. 이것은, 균열이 짧아질 수 있는 결과로 마지막으로 발생한 균열에 의한 음영이 없기 때문이다. 이것은 반대의 기록 방향에도 불구하고, 예를 들면 100㎛ 미만, 특히 75㎛ 미만 또는 50㎛ 미만 또는 30㎛ 미만 또는 20㎛ 미만 또는 10㎛ 미만 또는 5㎛ 미만 또는 2㎛ 미만의 라인 간격을 실현하는 것을 가능하게 한다.
본원에서 재료 특성의 변경은 바람직하게는 재료 변형의 생성 또는 결정 격자 결함의 생성, 특히 국소적으로 제한된 상 변화의 생성을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
제 1 바람직한 실시형태에 따르면, 선형 형상 또는 기록 라인은 0.05°내지 87°의 각도 범위, 특히 3°또는 5°내지 60°의 각도 범위, 바람직하게는 10°내지 50°, 특히 10°내지 30°, 예를 들면 12°내지 20°또는 13°내지 15°, 또는 20°내지 50°, 특히 25°내지 40°또는 30°내지 45°또는 28°내지 35°의 각도 범위로 교차 라인에 대해 경사진다. 이 해결책은, 경사가 충분히 많은 수의 상이한 결정 격자 평면이 동일한 선형 형상 또는 기록 라인의 각각의 추가 변형의 구성요소이기 때문에 유리하다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 선형 형상 또는 다수의 선형 형상을 형성하면서, 도너 기판의 충분한 양의 재료가 변경되어, 고체 바디 층의 분리의 결과로서 노출되는 개별 결정 격자 평면의 단부 및 재료 변경이 모아레 패턴을 생성하도록 하고, 이를 위해, 선형으로 바람직하게는 직선으로 연장되고 서로 평행하게 정렬되는 다수의 재료 변경 영역이 생성된다.
본원에서 선형 형상은 바람직하게는 직선 또는 곡선을 형성하는 일련의 점으로 간주된다. 개별 지점의 중심들 사이의 거리는 바람직하게는 250㎛ 미만, 특히 150㎛ 미만 또는 50㎛ 미만 또는 15㎛ 미만 또는 10㎛ 미만 또는 5㎛ 미만 또는 2㎛ 미만이다.
바람직하게는 다수의 선형 형상이 동일한 생성 평면에서 생성된다. 바람직하게는, 적어도 다수의 선형 형상이 서로로부터 동일한 거리에 배열된다. 선형 형상은 바람직하게는 호, 특히 원호 또는 직선의 형태를 가질 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 이 방법은 레이저에 대해 고체 바디를 이동시키는 단계를 포함할 수 있으며, 이때 상기 레이저는 레이저 방사선의 정의된 초점을 위해 및/또는 레이저 에너지의 적응을 위해, 바람직하게는 연속적으로, 적어도 하나의 파라미터 및 바람직하게는 다수의 파라미터, 특히 적어도 두 개의 파라미터에 의존하여 설정되며, 하나의 파라미터는 바람직하게는 고체 바디의 사전-결정된 위치 또는 사전-결정된 영역, 특히 내부, 특히 고체 바디의 표면으로부터의 거리에서 고체 바디의 도핑 정도이다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 추가적인 또는 대안적인 파라미터는 고체 바디 재료의 도핑 정도이며, 이는 바람직하게는 후방 산란된 광(바람직하게는 라만(Raman) 산란)의 분석에 의해 결정되며, 여기서 후방 산란된 광은 후방 산란을 촉발하기 위해 정의된 방식으로 조사된 광과 상이한 파장 또는 상이한 파장 범위를 가지며; 라만 기기는 바람직하게는 장치의 구성요소이고, 도핑의 정도는 바람직하게는 라만 기기에 의해 결정되며; 이들 파라미터 중 하나 이상 또는 모두는 바람직하게는 공통 검출 헤드에 의해 특히 동시에 캡처된다. 라만 분광법은 바람직하게는 유리, 사파이어 또는 알루미늄 산화물 세라믹의 경우에 마찬가지로 사용된다. 라만 방법은 유리한데, 이는 재료의 깊이로 측정하지만 단지 한쪽에서 높은 투과를 필요로 하지 않으며, 라만 스펙트럼에 대한 맞춤에 의해 전하 캐리어 밀도/도핑을 산출하며, 이는 레이저 파라미터와 관련될 수 있기 때문이다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 추가적인 또는 대안적인 파라미터는 고체 바디의 사전-결정된 위치 또는 사전-결정된 영역, 특히 내부에서, 특히 고체 바디의 표면으로부터의 거리에서 고체 바디의 도핑 정도이다. 도핑의 정도는 바람직하게는 처리(treatment) 카드를 생성하거나 위치-분리된(resolved) 처리 지침을 제공하는 (이는 또는 이들은, 레이저 파라미터, 특히 레이저 초점 및/또는 레이저 에너지, 및/또는 추가의 기계 파라미터, 특히 진행 속도를 위치-의존적으로 특정한다) 방식으로 위치 정보와 연결된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 도핑의 정도는 비탄성(inelastic) 산란(라만 산란)을 갖는 후방 산란된 광의 분석에 의해 결정되며, 여기서 후방 산란된 광은 후방 산란을 촉발하기 위해 정의된 방식으로 조사된 광과 다른 파장 또는 다른 파장 범위를 가지며, 후방 산란된 광은 사전 정의된 위치 또는 사전 정의된 영역으로부터 후방 산란된다.
본 실시형태는, 레이저 공정에서, 특히 SiC (또는 다른 재료) 상에서 공정이 위치에 적합한 방식(예를 들면, 다른 레이저 에너지 등)으로 수행되어야 하기 때문에 유리하다. 예를 들면, SiC의 경우 도핑은, 재료의 투명성을 작업 파장으로 변경하고 더 높은 레이저 에너지를 필요로 하기 때문에, 이를 위해 특히 중요하다는 것이 인식되었다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 도핑의 정도는 타원해석 측정(ellipsometric measurement) (예를 들면 후면 반사를 갖는 뮐러 매트릭스 타원측정법)에 의해 결정된다. 타원해석 측정은 바람직하게는 재료의 광학적 투과를 기반으로 한다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 도핑의 정도는 순전히 광학적으로 보정된 투과 측정에 의해 결정되며, 보정은 홀 측정 및 4-포인트 측정에 의해 수행된다. 이 방법은 마찬가지로 재료에서 자유 전하 캐리어의 도핑/수를 확인할 수 있고, 이는 공정에 필요한 레이저 에너지를 결정할 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 도핑 정도는 와전류(eddy current) 측정에 의해 결정되며, 바람직하게는 고체 바디 재료의 전도도 차이가 결정되고 평가된다.
와전류 측정에서 또는 와전류 센서를 사용할 때 또는 와전류 측정 기술에서, 전도도의 국소적 차이를 검출하기 위해 전송(transmitting) 및 수신 코일이 바람직하게는 사용된다. 전송 코일에서 고주파 전자기 1차 교류 필드가 생성된다. 그 다음, 전도성 재료에서 와전류(국소적으로 흐르는 전류)가 유도되어 반대 방향의 2차 전자기 교류 필드를 유발한다. 이러한 필드의 중첩은 측정, 분리 및 평가될 수 있다. 따라서, 주로 얇은 전도 층이지만 또한 벌크 재료의 다양한 품질 특성(층 두께, 층 저항, 재료의 균질성)을 측정할 수 있다. 전송(transmission) 배열(전송 코일과 수신 코일 사이의 테스트 바디)에서 최적의 분해능(resolution)이 달성되지만, 반사 측정을 위해 샘플의 한쪽 면에 양 코일을 배치하는 것도 가능하다. 코일의 적응된 설계와 주파수 선택에 의해 다양한 깊이의 침투 및 감도를 사용할 수 있다.
따라서, 근본적으로, 도핑을 원칙적으로 측정할 수 있는 많은 측정 방법이 있다. 여기서 중요한 것은 빠르고 비접촉식이며 비파괴적인 방법이다.
여기서 제 1 파라미터는 재료의 정의된 변경을 생성하기 위해 레이저 방사선이 통과해야 하는 도너 기판의 영역에서 도너 기판의 재료의 평균 굴절률 또는 도너 기판의 재료의 굴절률일 수 있으며, 제 2 또는 대안적인 제 1 파라미터는 재료의 정의된 변경을 생성하기 위해 레이저 방사선이 통과해야 하는 도너 기판의 영역에서의 작업 깊이일 수 있다. 제 1 파라미터는 바람직하게는 굴절률 결정 수단, 특히 스펙트럼 반사에 의해 결정되고/되거나, 제 2 파라미터는 바람직하게는 토포그래피 결정 수단, 특히 공초점 색채 거리 센서에 의해 결정된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 파라미터는 고체 바디 재료의 평균 굴절률이거나, 또는 정의된 변형을 생성하기 위해 레이저 빔이 통과해야 하는 고체 바디의 영역에서 고체 바디의 재료의 굴절률이거나, 또는 고체 바디의 정의된 위치에서, 바람직하게는 정의된 고체 바디 깊이에 대한 고체 바디의 투과이다. 추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 2 또는 대안적인 제 1 파라미터는 정의된 변형을 생성하기 위해 레이저 빔이 통과해야 하는 고체 바디 영역에서의 작업 깊이이다. 추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 파라미터는 굴절률 결정 수단에 의해, 특히 스펙트럼 반사에 의해 결정되고/되거나, 제 2 파라미터는 토포그래피 결정 수단에 의해, 특히 공초점 색채 거리 센서에 의해 결정된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 파라미터는 생성 평면에서의 변형의 결과로서 선형 형상이 형성되는 전진 방향, 특히 외부로의 및/또는 복귀 이동(journey)이다. 결과적으로, 제 1 파라미터는 외부로의 이동의 경우 레이저 파라미터를 나타낼 수 있고, 제 2 파라미터는 복귀 이동의 경우, 특히 X-Y 테이블에 의한 사행 작업(meanderlike working)의 경우 레이저 파라미터를 나타낼 수 있다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 파라미터, 특히 제 1 파라미터 및 제 2 파라미터에 대한 데이터가 데이터 저장 장치에 제공되고, 적어도 재료 변경의 생성 전에 제어 장치에 공급되고, 여기서 제어 장치는 생성될 재료 변경의 각 위치에 따라 레이저를 설정하며; 레이저를 설정하기 위해, 제어 장치는 바람직하게는 마찬가지로 거리 파라미터와 관련된 거리 데이터를 처리하며, 거리 파라미터는 재료 변경의 생성을 위한 레이저 방사선이 재료 변경시 도너 기판에 도입되는 각 위치의 거리를 재현하며, 레이저와 관련하여 거리 데이터는 센서 장치에 의해 캡처된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 파라미터, 특히 제 1 파라미터 및 제 2 파라미터에 대한 데이터가 데이터 저장 장치에 제공되고, 적어도 변형의 생성 전에 제어 장치에 공급되며, 제어 장치는 생성될 변형의 각 위치에 따라 레이저 적용 장치를 설정한다.
전술한 목적은 마찬가지로 고체 바디로부터 적어도 하나의 고체 바디 층을 분리하는 방법에 의해 달성된다. 이 방법은 바람직하게는 다음 단계를 포함한다: 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법 또는 본원에 기술된 방법을 수행하여 고체 바디에서 변형을 생성하는 단계, 및 고체 바디에서 응력을 생성하고/하거나 고체 바디에서 내력을 생성하기 위해 고체 바디 내에 외력을 도입하는 단계 (이때, 상기 외력 및/또는 내력은 분리 영역을 따라 균열 전파를 일으킬 정도로 강하다). 아임계 균열을 연결하는 주 균열은 내력 및/또는 외력에 의해 발생하거나 개시된다.
추가의 바람직한 실시형태에 따르면, 외력을 도입하기 위해, 억셉터(acceptor) 층이 분리될 고체 바디 층의 노출된 표면 상에 배열되고, 여기서 억셉터 층은 중합체 재료, 특히 PDMS를 포함하고, 응력을 생성하기 위해, 특히 기계적으로 응력을 생성하기 위해, 고체 바디에서 열 작용이 억셉터 층에 적용되며, 여기서 열 작용은 억셉터 층을 주변 온도 아래의 온도, 특히 0°아래의 온도 또는 -10°아래의 온도 또는 -20°내지 -200°C의 온도로 냉각하는 형태를 취하며, 여기서 냉각이 발생하여 억셉터 층의 중합체 재료가 유리 전이를 겪고, 응력의 결과로서, 고체 바디에서 고체 바디로부터 제 1 고체 바디 층을 분리하는 균열은 분리 영역을 따라 전파되고/되거나, 외력, 소리, 특히 초음파를 도입하기 위해 고체 바디에 적용되고/되거나, 외력을 도입하기 위해 열 작용 및/또는 가공 작용이 분리 평면의 높이에서 고체 바디의 주변 표면에 적용되고/되거나, 내력을 생성하기 위해, 아임계 균열이 연결되어 고체 바디 층을 분리하는 균열을 형성하는 많은 변형이 고체 바디의 내부에서 생성된다.
또한, 본 발명의 주제는 특히 본원 발명에 따른 방법에 의해 생성된 고체 바디 층에 관한 것이다. 고체 바디 층 또는 웨이퍼는 바람직하게는 SiC를 포함하거나 그것으로 구성된다. 바람직하게는, 고체 바디 층은 표면을 형성하고, 표면은 토포그래피를 형성하며, 여기서 토포그래피는 신장된(elongated) 지그재그 형상 또는 물결 모양의 융기부(elevation)를 가지며, 신장된 지그재그 형상 또는 물결 모양의 융기부는 대부분의 경우에 및 각각의 경우에 전체적으로 결정 격자 평면에 평행하고 표면에 평행한 방향과는 다른 방향 또는 다수의 방향으로 연장되고, 특히 거기에 2°내지 30°, 특히 3°내지 15°, 특히 4°내지 9°의 각도로 경사지며, 지그재그 형상 또는 물결 모양의 융기부의 평균 높이, 또는 표면의 가장 깊은 위치에 대한 지그재그 형상 또는 물결 모양의 융기부의 최대 높이는 100㎛ 미만, 특히 75㎛ 미만 또는 50㎛ 미만 또는 30㎛ 미만이다. 이 경우, 바람직하게는 고체 바디 층 또는 웨이퍼의 마진으로부터 적어도 1mm 또는 적어도 5mm 또는 적어도 10mm의 위치만이 가장 깊은 위치로 간주된다. 고체 바디 층은 바람직하게는 SiC 잉곳 또는 SiC 부울(boule)로부터 분리된 웨이퍼이다.
이 해결책은, 제어되지 않은 균열 전파를 줄이거나 방지하는 표면 구조의 고체 바디 층을 생성하기 때문에 유리하다.
또한, 발명의 주제는 특히 본원 발명에 따른 방법에 의해 생성된 고체 바디 층에 관한 것이다. 이 경우에 고체 바디 층은 바람직하게는 SiC를 포함하거나 그것으로 구성된다. 고체 바디 층은 표면을 형성하고, 상-변환된 재료 성분은 표면의 성분으로서 및 서로 평행하고 표면을 따라 연장되며 서로 떨어져 있는 범위의 방향을 따라 존재하며, 서로 평행하고 서로 떨어져 있는 범위의 방향은 결정 격자 평면에 평행하고 표면에 평행하게 배향된 방향에 대해 2°내지 30°, 특히 3°내지 15°의 각도로 경사진다. 바람직하게는, 상기 표면은 토포그래피를 형성하고, 여기서 토포그래피는 신장된 지그재그 형상의 융기부를 가지며, 신장된 지그재그 형상의 융기부는 대부분의 경우에 및 각각의 경우에 전체적으로 결정 격자 평면에 평행하고 상기 표면에 평행한 방향과는 다른 방향 또는 다수의 방향으로 연장되고, 특히 거기에 2°내지 30°, 특히 3°내지 15°, 특히 4°내지 9°의 각도로 경사지며, 지그재그 형상의 융기부의 평균 높이, 또는 표면의 가장 깊은 위치에 대한 지그재그 형상의 융기부의 최대 높이는 100㎛ 미만, 특히 75㎛ 미만 또는 50㎛ 미만 또는 30㎛ 미만이다.
설명된 발명 또는 설명된 발명들의 추가 장점, 목적 및 특성은 분리 방법이 예로서 표현되는 첨부 도면을 따르는 설명을 참조하여 설명된다. 이 방법에서 바람직하게 사용되고/되거나 도면에서의 기능 측면에서 적어도 대부분 일치하는 구성요소 또는 요소는 여기서 동일한 참조 부호로 식별될 수 있으며, 이러한 구성요소 또는 요소에 대해 모든 도면에서 번호를 매기거나 설명할 필요는 없다.
도 1a는 기록 라인(writing line)과 편광된 레이저 방사선(polarized laser radiation) 사이의 관계의 제 1 개략도를 도시하고;
도 1b는 기록 라인과 편광된 레이저 방사선 사이의 관계의 제 2 개략도를 도시하고;
도 2a 내지 2e는 상이한 편광의 다양한 예시적 도면을 도시하고;
도 3a는 기록 라인과 편광된 레이저 방사선 사이의 관계의 제 3 개략도를 도시하고;
도 3b는 기록 라인과 편광된 레이저 방사선 사이의 관계의 제 4 개략도를 도시하고;
도 4는 세로 축에 대해 90°와 다른 각도로 정렬된 결정 격자 평면 및 생성된 레이저 기록 라인을 갖는 도너 기판을 도시하고;
도 5는 세로 축에 대해 90°와 다른 각도로 정렬된 결정 격자 평면 및 생성된 레이저 기록 라인을 갖는 추가의 도너 기판을 도시한 것으로, 여기서 상기 레이저 기록 라인 또는 선형 형상(linear shape)의 정렬은 평면에 의해 정의되고;
도 6은 선형 형상의 변형이 다수의 상이한 결정 격자 평면과 교차하는 것을 도시하고;
도 7은 4HSiC에 대한 슬립 평면(slip plane)을 갖는 결정 격자의 예를 도시하고;
도 8a는 Si에 대한 슬립 평면(110)을 갖는 결정 격자의 예를 도시하고;
도 8b는 Si에 대한 슬립 평면(100)을 갖는 결정 격자의 예를 도시하고;
도 8c는 Si에 대한 슬립 평면(111)을 갖는 결정 격자의 예를 도시하고;
도 9a 내지 10a는 도너 기판이 회전 장치에 의해 레이저 장치 아래로 이동될 때 결정 평면의 단부에 대한 선형 형상의 기울기 변화를 도시하고;
도 10b는 예시적인 회전 장치의 평면도를 도시하고;
도 10c는 작업 시스템의 측면도를 도시한 것으로, 여기서 상기 작업 시스템은 바람직하게는 선형으로 이동될 수 있는 레이저 요소를 갖고, 그 위에 배치된 다수의 도너 기판을 갖는 회전 장치를 가지며;
도 11a는 식 (d-x)/x의 이론적 관계를 개략적으로 도시하고;
도 11b는 분리된 고체 바디 층의 고체 바디의 표면의 전형적인 표면 구조를 도시하고;
도 11c는 상이하게 정의된 파라미터의 결과로서 생성된 기록 라인을 도시하고;
도 11d는 다양한 지그재그 라인을 도시하고;
도 12는 아임계 균열의 전파를 제한하기 위한 고체 바디의 내부에서 발생하는 기계적 응력의 개략도를 도시하고;
도 13은 아임계 균열의 전파를 제한하기 위한 고체 바디의 내부에서 발생하는 기계적 응력의 추가의 개략도를 도시하며;
도 14a 내지 14c는 레이저 빔 특성을 변경하기 위한 광학 수단을 도시한다.
도 1a는, 처리 도중, 특히 고체 바디(1)의 내부에서의 변형(9) 생성 도중의 고체 바디(1)의 개략도를 도시한다. 변형(9)은 바람직하게는 다광자 여기(multiphoton excitation)에 의해 생성되는 고체 바디의 재료, 특히 SiC의 상-변환(phase transformation)을 나타낸다. 이러한 도면에 따르면, 변형(9)은 서로 멀리 떨어져 있는 방식으로 생성된다. 이러한 솔루션은 결과적으로 이미 생성되어 있는 변형(9)이 레이저 빔의 흡수를 변경하거나 영향을 미치지 않거나 또는 단지 약간만 변경하거나 영향을 미치기 때문에 유리하다. 변형(9)은 바람직하게는 선형 형상 또는 기록 라인(103)의 형태로 생성된다. 이런 경우 기록 라인(103)은 바람직하게는 직선 형태이다. 이러한 도면에 따르면, 기록 라인(103)은 바람직하게 교차 라인(10)에 평행하게 배향된다. 이러한 교차 라인(10)은 바람직하게는 생성 평면(4)과 결정 격자 평면(6) 사이의 교차의 결과이다(도 4 참조). 이러한 도면에 따르면, 변형(9)은 또한 항상 동일한 방향으로 정렬된다는 것을 알 수 있다. 이는 레이저 방사선의 정의된 편광의 결과이다. 따라서, 도 1a에 따르면 제 1 편광이 사용되는 반면, 도 1b에 따르면 상이한 편광이 사용된다. 상이한 편광도 또한 바람직하게는 상이한 손상 패턴을 초래한다.
도 2a 내지 2e는 상이하게 편광된 레이저 방사선의 다수의 예를 도시한다. 도 2a의 예는 도 1a의 예에 상응하며, 도 2b의 예는 도 1b의 예에 상응한다.
또한, 기록 라인(103) 중의 다수 또는 모두에 대한 편광은 기록 라인(103)의 세로 범위의 방향에 대해 정의된 각도를 형성하도록 설정될 수 있다. 이 경우, 각도는 바람직하게는 0°내지 90°, 특히 5°내지 85°, 특히 15°내지 75°, 특히 30°내지 60°, 특히 40°내지 50°일 수 있거나, 또는 45°또는 약 45°일 수 있다. 이는 예를 들면 도 2c 내지 2e로 도시된다.
도 2d는 상이한 기록 라인(103)의 변형(9)이 상이한 방향을 가질 수 있음을 도시한다. 마찬가지로, 하나의 기록 라인의 변형(9)은 여러 지점 또는 부분에서 상이한 정의로 편광될 수 있다.
도 2e는 2개 초과, 특히 3개 또는 3개 초과의 상이한 편광된 기록 라인(103)이 생성되는 이형을 도시한다.
마찬가지로, 선형 형상의 개별 변형 또는 다수의 변형 또는 대부분의 변형의 정렬 R이 서로 편차가 있는 것으로 생각할 수 있다. 특히, 곡선형 또는 나선형 선형 형상의 경우, 변형의 정렬 R은 서로 상이할 수 있다. 따라서, 변형의 정렬 R은, 예를 들면, 연속적으로 또는 단계적으로 또는 블록으로 변경될 수 있으며, 이때 블록은 바람직하게는 다수의 변형, 특히 2 내지 200 개 또는 2 내지 100 개 또는 2 내지 50 개의 변형으로 구성된다.
도 3a는 기록 라인이 교차 라인(10)에 대해 경사질 수 있음을 도시한다. 기록 방향에 대한 편광의 정렬에 따라, 이렇게 생성된 변형(9)은 교차 라인(10)에 대해 경사진 정렬을 가질 수 있다. 도 3b는, 변형은 교차 라인(10)에 대해 90°정렬로 생성될 수 있는 반면, 기록 라인은 교차 라인(10)에 대해 평면에서 경사지거나 회전된다.
도 4는 적어도 하나의 레이저 초점의 영역에서 고체 바디(1)의 재료 특성을 변화시키기 위해 레이저의 레이저 방사선(14)(도 10c 참조)이 주 표면(8)을 통해 상기 고체 바디(1)의 내부로 도입되는 것을 개략적으로 도시한 것으로, 여기서 상기 레이저 초점은 레이저에 의해 방출된 레이저의 레이저 빔에 의해 형성된다. 재료 특성을 변화시키면 도너 기판(1) 내로 침투하는 레이저 방사선의 침투 부위를 변경시킴으로써 선형 형상(103)을 형성하며, 여기서 재료 특성에 있어서의 변화는 적어도 하나, 특히 동일한 생성 평면(4) 상에서 생성된다. 여기서, 도너 기판(1)의 결정 격자 평면(6)은 생성 평면(4)에 대해 경사지는 방식으로, 특히 0.1°내지 9°, 바람직하게는 2°또는 4°또는 8°의 각도로 경사지는 방식으로 정렬된다. 여기서, 선형 형상(103) 또는 기록 라인은 생성 평면(4)과 결정 격자 평면(6) 사이의 계면에서 생성되는 교차 라인(10)에 대해 경사져 있다. 변화된 재료 특성의 결과로서, 도너 기판(1)은 아임계 균열의 형태로 균열을 초래한다. 아임계 균열을 연결하기 위해 도너 기판(1)에 외력을 도입함으로써 고체 바디 층(2)을 분리하는 단계는 여기에 도시되지 않았다. 이에 대한 대안으로, 생성 평면(4) 상의 충분한 양의 재료는, 아임계 균열을 연결하는 동안 고체 바디 층(2)을 도너 기판(1)으로부터 분리하는 레이저 방사선에 의해 변화될 수 있다. 생성 평면(4)은 바람직하게는 주 표면(8)에 평행하다.
작업은 선형 형상(103) 또는 기록 라인 또는 정의된 거리에 개별 레이저 샷(laser shot)을 배치함으로써 형성되는 라인을 생성하는 형태로 일어난다.
구체적으로는, 예를 들면, 결정 축에서 0°초과 (산업 표준은 주 축의 방향에 대해 4°또는 8°이다)의 오프-각도(off-angle)로 도핑된/도핑되지 않은 0001 표면을 가진 폴리타입(polytype) 4H의 탄화 규소 웨이퍼의 제조가 가능하다. 육각형 결정 구조의 슬립 평면은 0001 평면과 평행하게 진행되기 때문에, 0001 결정 평면이 웨이퍼 표면과 교차하는 교차 라인이 있는데, 이는 웨이퍼 표면이 결정 평면에 대해 오프-각도로 경사져 있기 때문이다.
따라서, 새로운 방법의 기본적인 고려 사항은 레이저 라인(103)의 작업 방향이 이러한 교차 라인의 방향과 편차가 있다는 사실이다. 작업 방향은 또한 바람직하게는 결정의 주요 방향들 중의 하나의 방향을 따라 또는 결정의 표면과 교차하는 결정의 바람직한 슬립 평면의 교차 라인을 따라 연장하지 않는다.
또한, 예를 들면, 폴리타입 4H의 탄화 규소의 웨이퍼를 제조할 수도 있다. 폴리타입 4H의 탄화 규소는 0001 평면에서 우르차이트(wurtzite) 구조 및 6 배 대칭(six-fold symmetry)을 갖는 육각형 결정 시스템을 갖는다. 따라서, 결정의 새로운 장축이 60°마다 나타난다. 작업 레이저(working laser)가 작업할 재료의 조각 내로 관통하는 표면이 0001 평면을 따라 절단되는 경우, 표면 법선을 중심으로 회전할 때 6 배 대칭이 다시 발견된다. 따라서, 본원에서는, 개개의 장축에 대해 30°회전하고 따라서 두 개의 장축 사이에서 배향되는 라인 기록 방향이 수득된다. 이는 가능한 한 기록된 라인이 결정의 단위 셀을 횡단하는 것을 보장하며, 상당한 영역에 걸쳐 있고 동시에 다수의 단위 셀에 영향을 미치는 균열이 형성되기가 더 어려워진다. 폴리타입 4H의 탄화 규소는 종종 후속 작업에서 에피택시 단계를 단순화하기 위해 0001 평면에 대해 4°의 오프-각도로 절단된다. 여기서, 서로에 대한 결정의 장축의 투영도 또한 실질적으로 서로에 대해 60°이므로, 따라서 작업에 바람직한 기록 각도는 30°± 3°인 것으로 밝혀졌다.
또한, 예를 들면, 입방정 SiC(cubic SiC)(3C 라고도 함)의 웨이퍼를 제조할 수도 있다. 입방정 SiC는 입방정 결정 시스템과 유사하게 행동하며, 따라서 입방정 SiC는 22.5°± 3°의 바람직한 라인 기록 방향을 생성하는 바람직한 슬립 평면으로서 111 평면을 가지고 있다.
또한, 예를 들면, 0°의 결정 축의 오프-각도로 도핑된/도핑되지 않은 100 표면을 갖는 실리콘의 웨이퍼를 제조할 수도 있다.
입방정 구조(다이아몬드 구조)를 갖는 실리콘에 대한 바람직한 슬립 평면은 결정의 장축에 대해 45°각도로 웨이퍼 표면과 교차하는 111 평면이다. 따라서, 이는 결정의 장축, 및 서로에 대해 45°각도로 배향되는 슬립 평면과 웨이퍼 표면과의 교차 라인에 대해 22.5°± 3°의 목표 라인 기록 각도를 생성한다.
규소 기판도 또한 오프-각도로 절단될 수 있기 때문에, 여기서는 다시 상이한 작업 각도가 바람직할 수 있다. 장축에 대해 각도 a 만큼 틸팅되는 경우, 기판의 표면에서 대칭은 틸팅의 결과로서 4 배 대칭에서 2 배 대칭으로 파괴된다. 틸팅이 발생하지 않는 장축의 투영 길이는 cos(a)에 비례하여 배율이 조정되며, 이는 슬립 평면과 표면과의 교차 라인과 장축 사이에서 이상적인 각도의 변화를 초래한다. 대칭의 파괴의 결과로서 가능할 수 있는 2 개의 라인 기록 각도(b)는 b1 = tan-1(cos a)/2 또는 b2 = tan-1(1/cos a)/2 이다.
0001 평면에서 6 배 결정 대칭을 가진 육각형 우르차이트 구조를 갖는 질화 갈륨의 경우, 바람직한 슬립 평면은 0001 평면으로, 그에 후속하는 결정의 장축에 대한 60°의 각도는 장축에 대해 30°± 3°의 바람직한 라인 방향을 생성한다.
0001 평면에서 6 배 결정 대칭을 가진 육각형 코런덤(corundum) 구조를 갖는 사파이어 또는 산화 알루미늄의 경우, 그에 후속하는 결정의 장축에 대한 60°의 각도는 소위 C-평면 사파이어에 대한 장축에 대해 30°± 3°의 바람직한 라인 방향을 생성한다.
A 평면-절단 사파이어의 경우, 장축 배향은 90°각도로서 180°대칭이므로, 따라서 45°± 3°의 바람직한 라인 기록 각도를 생성한다.
사파이어의 C- 평면 기판은 표면 상에서 6 배 대칭이 분명하게 나타나고 표면이 슬립 평면과 일치하도록 절단하여 바람직한 각도를 30°± 3°로 만든다.
M 평면-절단 사파이어의 경우, 장축 배향은 90°각도로서 180°대칭이므로, 따라서 45°± 3°의 바람직한 라인 기록 각도를 생성한다.
R-평면 사파이어는 회전 대칭을 갖지는 않지만 슬립 평면의 투영 라인에 대해 45°에서 장축 투영을 가지며, 따라서 여기서도 또한 바람직한 기록 방향은 22.5°± 3°이다.
육각형 결정 시스템과 관련된 삼사정계 결정 구조를 갖는 리튬 탄탈레이트의 경우, 생성되는 기록 방향은, 기판의 배향에 따라, 개별 장축 및 기판 표면내로의 그들의 투영에 대해 10°± 3°내지 45°± 3°이다.
100 평면에서 4 배 결정 대칭을 가진 섬아연광 구조(zincblende structure)를 갖는 비화 갈륨의 경우, 그의 바람직한 슬립 평면은 111 평면으로, 그에 후속하는 결정의 장축에 대한 90°의 각도는 100 표면을 갖는 기판 또는 도너 기판(1)의 장축에 대해 22.5°± 3°에서 바람직한 라인 방향을 생성한다.
100 평면에서 4 배 결정 대칭을 가진 단사정계 입방정 구조를 갖는 산화 갈륨의 경우, 그의 바람직한 슬립 평면은 111 평면으로, 그에 후속하는 결정의 장축에 대한 90°의 각도는 100 표면을 갖는 기판의 장축에 대해 22.5°± 3°에서 바람직한 라인 방향을 생성한다.
100 평면에서 4 배 결정 대칭을 가진 다이아몬드 구조를 갖는 게르마늄의 경우, 그의 바람직한 슬립 평면은 111 평면으로, 그에 후속하는 결정의 장축에 대한 90°의 각도는 100 표면을 갖는 기판의 장축에 대해 22.5°± 3°에서 바람직한 라인 방향을 생성한다.
100 평면에서 4 배 결정 대칭을 가진 섬아연광 구조를 갖는 인화 인듐의 경우, 그의 바람직한 슬립 평면은 111 평면으로, 그에 후속하는 결정의 장축에 대한 90°의 각도는 100 표면을 갖는 기판의 장축에 대해 22.5°± 3°에서 바람직한 라인 방향을 생성한다.
100 평면에서 4 배 결정 대칭을 가진 입방정 구조를 갖는 이트륨 알루미늄 가넷의 경우, 그의 바람직한 슬립 평면은 111 평면으로, 그에 후속하는 결정의 장축에 대한 90°의 각도는 100 표면을 갖는 기판의 장축에 대해 22.5°± 3°에서 바람직한 라인 방향을 생성한다.
도 5는 도너 기판(1)으로부터 적어도 하나의 고체 바디 층(2)을 분리하기 위한 방법의 단계 및 기록 라인(103)의 정렬 또는 선형 형상의 정렬의 기하학적 도출 방법을 도시한다.
이러한 도면에 따르면, 본 발명의 방법은 또한 또는 대안적으로 다음 단계들을 포함할 수 있다:
도너 기판(1)을 제공하는 단계 (여기서, 도너 기판(1)은 평면의 주 표면(8)에 대해 경사진 결정 격자 평면(6)을 갖고, 주 표면(8)은 도너 기판(1)의 세로 방향(L)으로 도너 기판(1)의 하나의 경계를 형성하며, 결정 격자 평면 법선(60)은 주 표면 법선(80)에 대해 제 1 방향으로 경사져 있다);
적어도 하나의 레이저(29)를 제공하는 단계;
주 표면(8)을 통해 고체 바디 또는 도너 기판(1)의 내부로 레이저의 레이저 방사선(14)을 도입하여 적어도 하나의 레이저 초점의 영역에서 고체 바디의 재료 특성을 변화시키는 단계 (여기서, 레이저 초점은 레이저에 의해 방출된 레이저로부터의 레이저 빔에 의해 형성되고, 재료 특성의 변화는 도너 기판(1) 내로 침투하는 레이저 방사선의 침투 위치를 변화시킴으로써 선형 형상을 형성하며, 선형 형상은 바람직하게는 적어도 부분적으로 직선으로 연장되고, 선형 형상, 특히 적어도 직선으로 연장되는 부분은 주 표면(8)에 평행하게 생성되어 제 1 방향에 대해 90°가 아닌 다른 각도로 경사진 제 2 방향으로 연장되며, 변화된 재료 특성의 결과로서 도너 기판(1)은 아임계 균열의 형태로 균열을 초래한다); 및
도너 기판 내에 외력을 도입하여 아임계 균열을 연결하거나, 또는 레이저 방사선에 의해 생성 평면 상의 충분한 양의 재료를 변화시켜 아임계 균열을 연결하면서 고체 바디 층을 도너 기판으로부터 분리시킴으로써 고체 바디 층을 분리하는 단계.
이 경우, 주 표면은 바람직하게는 분리되는 고체 바디 층(2)의 일부이다.
이 경우, 제 2 방향은 바람직하게는 45°내지 87°의 각도 범위 내에서, 특히 70°내지 80°의 각도 범위 내에서, 바람직하게는 76°에서 제 1 방향에 대해 경사져 있다.
도 6은, 선형 형상(103) 또는 기록 라인이 결정 격자 평면의 단부들에 대해 경사져 있거나 또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 생성 평면(4)과 결정 격자 평면(6) 사이의 교차점에서 얻어지는 교차 라인(10)에 대해 경사져 있음을 도시한다. 이러한 정렬의 결과로서, 결정 격자 평면(6)(특히 슬립 평면) 방향의 균열 전파(crack propagation)가 제한된다. 따라서, 기록 라인에 대한 변형(9)은 동일한 결정 격자 평면(6) 내에서 생성되지 않는다. 따라서, 예를 들면, 기록 라인(103)에 대한 변형의 처음 1 내지 5%는 단지 일부, 특히 75% 미만 또는 50% 미만 또는 25% 미만 또는 10% 미만의 결정 격자 평면과 교차할 수 있거나 또는 전혀 교차하지 않을 수 있는 반면, 변형의 마지막 1 내지 5%는 세로 기판 방향(L)에서 동일한 기록 라인(103)과 교차할 수 있다. 이러한 관계는 특히 결정 격자 평면(6a 내지 6c)과 교차하는 변형(9a), 및 결정 격자 평면(6a, 6d 및 6e)과 교차하는 변형(9b)에 의해 개략적으로 예시된다. 따라서, 2개의 변형(9a 및 9b)는 그들이 동일한 선형 형상(103) 또는 기록 라인의 일부임에도 불구하고 상이한 결정 격자 평면과 교차한다. 또한, 변형(9c 및 9d)는, 예를 들면, 변형(9a) 보다는, 바람직하게는 다른 결정 격자 평면, 특히 대부분 다르거나 또는 완전히 다른 결정 격자 평면과 교차한다는 것이 명백하다.
주 표면(8)에서 끝나는 결정 격자 평면(6)의 단부(7)는 바람직하게는 현미경적 단면도에서 일종의 톱니 패턴을 형성한다.
개별 결정 격자 평면(6)은 바람직하게는 세로 축(L)에 대해 0.1°내지 10°, 특히 2°내지 9°, 예를 들면 4°또는 8°의 각도로 경사져 있다. 도너 기판(1)의 개별 결정 격자 평면은 바람직하게는 서로 평행하게 정렬된다.
도 7은, 4HSiC에 대한 슬립 평면을 갖는 결정 격자의 예를 도시하고; 도 8a는, Si에 대한 슬립 평면(110)을 갖는 결정 격자의 예를 도시하고; 도 8b는, Si에 대한 슬립 평면(100)을 갖는 결정 격자의 예를 도시하며; 도 8c는, Si에 대한 슬립 평면(111)을 갖는 결정 격자의 예를 도시한다.
결정 격자 평면(6)은 바람직하게는 특정 유형의 슬립 평면이다. 결정 구조가 면심 입방 구조(cubic facecentered)인 경우, 슬립 평면은 바람직하게는 {111} 평면이고 슬립 방향은 <110> 방향이다. 결정 구조가 공간 중심 입방 구조(cubic space centered)인 경우, 슬립 평면은 바람직하게는 {110} 평면이고 슬립 방향은 <111> 방향이거나, 또는 슬립 평면은 바람직하게는 {112} 평면이고 슬립 방향은 <111> 방향이거나, 또는 슬립 평면은 바람직하게는 {123} 평면이고 슬립 방향은 <111> 방향이다. 결정 구조가 육방정계인 경우, 슬립 평면은 바람직하게는 {0001} 평면이고 슬립 방향은 <1120> 방향이거나, 또는 슬립 평면은 바람직하게는 {1010} 평면이고 슬립 방향은 <1120> 방향이거나, 또는 슬립 평면은 바람직하게는 {1011} 평면이고 슬립 방향은 <1120> 방향이다.
도 9a 내지 도 10a는, 도너 기판(1)에서 레이저 또는 레이저 장치에 의한 선형 형상(103)의 생성을 개략적으로 도시한다. 이 경우, 선형 형상(103)은 원호 또는 만곡된 형태로 생성된다. 이 경우, 바람직하게는 레이저 장치에서 또는 변형 생성 위치에서 전혀 변경되지 않는다. 다시 말해, 변형 생성 위치 및 회전 장치(45)의 회전 중심(50)은 서로에 대해 동일한 정렬 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 단지 도너 기판(1)만이 레이저 장치(29)를 지나치거나 레이저 방사선(32)을 위한 출구를 지나쳐 이동한다. 도너 기판(1)은 바람직하게는 결정 격자 평면(6)의 라인 형성 단부(7)가 회전 장치(45)의 회전 중심(50)과 도너 기판(1)의 중심(49) 사이에서 연결 섹션(51)에 직교하여 연장되는 방향(52)에 대해 경사져 정렬되는, 특히 3°내지 87°의 각도, 바람직하게는 10°내지 60°또는 14°내지 45°의 각도로 경사져 정렬되는 방식으로 회전 장치 상에 배치된다.
도 9a 내지 도 10a를 전반적으로 고려하여 보았을 때, 회전 장치(45)가 점진적으로 회전함에 따라, 도너 기판(1)은 레이저 장치를 지나쳐 이동하고, 선형 형상(103)이 생성되거나 연장된다는 것을 알 수 있다. 선형 형상의 시작 지점(도 9a)에서, 이는 교차 라인(10) 또는 결정 격자 평면의 단부에 의해 형성된 라인에 대해 각도(e)에서 생성된다. 선형 형상의 중간 지점(도 9b)에서, 이는 교차 라인(10) 또는 결정 격자 평면의 단부에 의해 형성된 라인에 대해 각도(m)에서 생성된다. 선형 형상의 종결 지점(도 10a)에서, 이는 교차 라인(10) 또는 결정 격자 평면의 단부에 의해 형성된 라인에 대해 각도(s)에서 생성된다. 여기서, 각도(e)는 바람직하게는 각도(m)보다 크고, 각도(m)은 바람직하게는 각도(s)보다 크다. 그러나, 여기서도 마찬가지로, 각도(s)가 각도(m)보다 더 큰 것을 생각할 수 있다.
각도는 바람직하게는 2개의 인접한 변형의 중심이 개념적으로 서로 연결되고, 생성되는 섹션의 각도가 교차 라인(10)에 대해 또는 결정 격자 평면(6)의 단부(7)에 의해 형성되는 라인에 대해 결정되도록 결정된다.
도 9a 내지 도 10a에 따르면, 회전 기판의 배열에서 이상적인 기록 각도는 웨이퍼의 가장자리에서의 탄젠트(tangent) 각도와 웨이퍼의 중간부에서의 탄젠트 각도 사이의 평균 각도로 선택되며; 달리 말하면, SiC의 경우, 30°의 평균 각도는, 예를 들면, 턴테이블의 반경 및 기판의 반경에 따라 25°내지 35°의 각도 간격(angle interval)을 의미할 수 있으며, 이에 따라 예를 들면 육방정계 시스템에 대해 평균 30°의 바람직한 기록 각도를 유지한다.
도 10b는 순전히 일례로서 회전 장치(45)의 평면도를 도시한다. 이러한 회전 장치(45) 상에는, 다수, 특히 2개 초과 또는 3개 초과 또는 5개 초과 또는 10개 초과, 바람직하게는 15개 이하 또는 20개 이하 또는 30개 이하의 도너 기판, 특히 부울(boule) 또는 잉곳 또는 웨이퍼가 동시에 배치될 수 있다.
도 10c는, 도너 기판(1) 또는 고체 바디 내에 변형(9)을 생성하기 위한 시스템의 개략적인 측면도를 도시한다. 바람직하게는, 레이저 장치의 요소(29), 특히 레이저 헤드 또는 레이저에 연결된 빔 가이드는 바람직하게는 공간적으로 고정된 위치에 배치된 이동 장치 또는 위치조정 장치(30) 상에 배치된다. 이동 장치 또는 위치조정 장치(30)는 바람직하게는 레이저 장치의 요소(29)의 이동 또는 바람직하게는 회전 장치(45)의 선형 방향, 특히 반경 방향으로 레이저 장치의 이동을 가능하게 한다. 따라서, 하나 이상의 정의된 기록 라인(103)이 생성된 후, 레이저 장치의 요소(29) 또는 레이저 장치는 바람직하게는 다수 또는 모든 도너 기판(1) 상에서 위치조정된다. 위치조정의 결과로서, 방출된 레이저 빔은 변형 생성을 위해 상이한 위치(5)에서 개개의 도너 기판(1)내로 도입된다.
도 11a는 조건 (d-x)/d < y 에 대한 이론적 근거를 도시하며, 여기서 y는 바람직하게는 -0.31 또는 0.31 미만 또는 0.35 미만 또는 0.4 미만이다. 여기서, 바람직하게는 또한, d = 1.22 * 람다/NA - 회절-제한된(diffraction-limited) 초점 크기이다. x 는 바람직하게는 선형 형상에서 연속적으로 생성되는 2개의 초점의 중심점의 거리 또는 중심의 거리이다. 바람직하게는, 또한 x > d 이다. 바람직하게는, 0.5 초과 또는 0.6 초과 또는 0.65 초과 또는 0.7 초과 또는 0.75 초과 또는 0.8 초과 또는 0.85 초과의 개구수(numerical aperture)가 사용된다.
도 11b는, 분리 단계에 의해 노출된, 고체 바디로부터 분리된 고체 바디 층의 표면(200)을 도시한다. 이 경우, 표면(200)은 토포그래피를 가지며, 이러한 토포그래피는 신장된 지그재그 융기부(zigzag elevation)를 특징으로 한다. 신장된 지그재그 융기부는 주로, 각각의 경우 전체적으로, 방향(204) 또는 둘 이상의 방향(204)로 연장되며, 여기서 각각의 방향(204)은 결정 격자 평면에 평행하고 표면에 평행한 방향과는 상이하며, 특히 2°내지 30°, 특히 3°내지 15°, 특히 4°내지 9°의 각도로 경사진다. 특히 표면의 가장 낮은 지점에 대한 지그재그 융기부의 평균 높이 또는 지그재그 융기부의 최대 높이는 바람직하게는 100㎛ 미만, 특히 75㎛ 미만 또는 50㎛ 미만 또는 30㎛ 미만이다.
동등한 균열 패턴 또는 흑화(blackening), 즉 상-변환/레이저 변형을 생성하기 위한 레이저 에너지 임계값은 주요 평탄면에 대한 기록 라인의 각도가 0이 아닌 경우 이동 방향에 의존하기 때문에, 개개의 작업 방향에 대해 레이저 에너지를 조정하는 것이 유리할 수 있다. 이는 도 11c에 도시되어 있으며, 여기서는 작업을 위해 사행 이동(meandering travel)이 수행되었으며, 모든 제 2 라인(210)(작업 방향 1)은 각각의 인접 라인(212)(작업 방향 2)와 다른 변형 정도를 갖는다. 따라서, 손상 패턴을 가능한 한 균일하게 만들고 따라서 각각의 선형 이동에서 균열이 동등한 확률로 형성되도록 하기 위해 더 약하게 형성된 라인은 상응하게 더 높은 레이저 에너지로 조정될 수 있다.
도 11d는 4 가지의 상이한 지그재그 라인 (1) 내지 (4)를 도시한다. 이들 라인은 융기부(202) 또는 함몰부(depression)를 가질 수 있는 예를 개략적으로 명시한다. 융기부(202) 또는 함몰부는 부분적으로 균일하게 또는 대략 균일하게 반복될 수 있다. 균일하게 반복되는 지그재그 패턴은 패턴(1) 및 (2)로 도시된다. 이 경우, 융기부 및 함몰부는 바람직하게는 항상 제 1 방향으로 연장되는 제 1 성분 및 제 2 방향으로 연장되는 제 2 성분을 갖는다. 이러한 성분은 바람직하게는 방향(204)을 따라, 특히 기록 방향을 따라 또는 선형 형상의 변형이 생성되는 방향을 따라 반복된다. 그러나, 여기에서 제 1 성분은 "지그 또는 재그에 대해" 또는 "개별 지그 또는 재그"의 경우에 평균 길이보다 더 길거나 짧게 연장될 수 있다. 그러나, 여기에서 추가적으로 또는 대안적으로 제 2 성분은 "지그 또는 재그에 대해" 또는 "개별 지그 또는 재그"의 경우에 평균 길이보다 더 길거나 짧게 연장될 수도 있다. 제 1 방향은 바람직하게는 0°내지 45°의 각도 범위, 특히 0°내지 20°또는 0°내지 5°의 각도 범위에서 지그 또는 재그에 대해 변경될 수 있다. 바람직하게는, 추가적으로 또는 대안적으로, 제 2 방향은 0°내지 45°의 각도 범위, 특히 0°내지 20°또는 0°내지 5°의 각도 범위에서 지그 또는 재그에 대해 변경될 수 있다. 예(3) 및 (4)는 가변 길이 성분 및 각도를 갖는 균열 프로파일을 도시한다.
도 12는 추가의 바람직한 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에 따르면, 고체 바디(1)의 내부에 변형(9)을 생성하는 방법은 바람직하게는 적어도 레이저(29)의 레이저 방사선(14)이 고체 바디(1)의 제 1 표면(8)을 통해 고체 바디(1)의 내부로 도입되는 특징을 갖는데, 여기서 고체 바디(1)는 결정 구조를 형성하며 레이저 방사선(14)은 고체 바디(1)의 내부에서 생성 평면(4) 상의 사전-결정된 위치에서 변형(9)을 생성한다. 이 경우, 변형(9)은 바람직하게는 제 2 표면보다 제 1 표면(8)에 더 근접하게 생성되며, 제 2 표면은 바람직하게는 제 1 표면(8)에 평행하게 형성된다. 또한, 방법은 바람직하게는 변형(9)이 많은 선형 형상(103), 특히 기록 라인을 생성하고, 고체 바디(1)는 개개의 변형(9)의 영역에서 아임계적으로 균열되는 특징을 갖는다.
또한, 상기 방법은 또한 바람직하게는 고체 바디(1)가 캐리어 유닛(115)의 곡면(117) 상에 배치되는 특징을 가질 수도 있다. 캐리어 유닛(115) 상에 배치된 결과, 고체 바디(1)는 만곡된 상태로 변환된다. 이 경우, 표면(117)은 바람직하게는 홈통의 형태로 만곡된다. 고체 바디는 바람직하게는 대부분 만곡되며, 특히 바람직하게는 완전히 만곡된다. 이 경우, 표면(117)의 곡률은 바람직하게는 궤도(orbit)의 세그먼트의 곡률에 대응한다. 이 경우, 궤도는 바람직하게는 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트(root)) * 0.25 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 100의 범위, 특히 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 0.5 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 75의 범위, 특히 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 1 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 50의 범위, 특히 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 2 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 25의 범위 내에 있는 반경을 갖는 것이 바람직하다.
고체 바디(1)는 예를 들면 진공에 의해 캐리어 유닛(112)에 결합될 수 있으며; 추가적으로 또는 대안적으로, 고체 바디(1)는 캐리어 유닛(112)에 접착 결합될 수 있다.
곡률은 고체 바디 내에서 아임계 균열의 전파를 제한하는 응력(13)을 생성한다.
그러나 대안적으로, 고체 바디(1)가 또한 볼록한 캐리어 유닛의 표면에 결합되는 것을 생각할 수도 있다. 이 경우, 표면의 곡률은 바람직하게는 궤도의 세그먼트의 곡률에 대응한다. 이 경우, 궤도는 바람직하게는 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트(root)) * 0.25 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 100의 범위, 특히 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 0.5 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 75의 범위, 특히 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 1 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 50의 범위, 특히 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 2 내지 (고체 바디(1)의 제 1 표면(8)의 루트) * 25의 범위 내에 있는 반경을 갖는 것이 바람직하다.
도 13은 추가의 실시형태를 도시한다. 이러한 실시형태에 따르면, 변형을 생성하기 위한 레이저 방사선은 고체 바디(1)에 유입되기 전에 레이저 방사선에 적어도 부분적으로 투명한 가압 바디(122)를 통과한다. 이 경우, 가압 바디(122)는 바람직하게는 제 1 표면(8)을 지지한다. 이 경우, 고체 바디(1)는 바람직하게는 캐리어 유닛(115)에 결합되고, 특히 진공에 의해 접착 결합 및/또는 고정되고/되거나 가압된다.
가압 바디는 바람직하게는 고체 바디의 굴절률에 대응하는 굴절률을 갖는다.
변형 생성 도중에, 가압 바디는 고체 바디에서 추가의 응력을 생성하며, 이러한 추가의 응력은 아임계 균열의 전파를 방해한다.
또한, 도 12 및 도 13의 실시형태는 서로 조합될 수도 있다. 이 경우, 가압 바디는 또한 가압 표면과 접촉을 초래하는 고체 바디의 곡면에 대응하는 가압 표면의 형태를 갖는 만곡된 가압 표면을 갖는다.
도 14a는, 고체 바디(1)에서 초점(5701)을 생성하는 입사광 콘(incident light cone)(5700)을 도시한다. 여기에 도시된 것은 가우스 빔 프로파일을 가진 레이저가 통과하는 대물 렌즈의 초점 이미지이다.
도 14b는, 예를 들면 빔이 SLM에 의해 변경된 후 비-가우스 빔 프로파일을 가진 레이저가 통과하는 대물 렌즈의 초점 이미지(5702)를 개략적으로 도시한다. 공간 광 변조기(spatial light modulator)(SLM)는 광에 대한 공간 변조기로서, 광에 공간 변조를 부여할 수 있는 장치이다. 가우스 빔 프로파일과 비교하였을 때, 초점의 Z- 범위는 유의미하게 감소되거나 감소될 수 있다.
도 14c는, 예를 들면 빔이 회절 광학 요소(diffractive optical element)(DOE)에 의해 변경된 후 비-가우스 빔 프로파일을 가진 레이저가 통과하는 대물 렌즈의 초점 이미지(5703)를 개략적으로 도시한다. 이 경우, 빔은 바람직하게는 DOE에 의해 분할되어 다중 초점을 형성한다. DOE는 바람직하게는 초점의 공간 이미지를 변화시키기 위해 레이저 빔을 회절시키는 역할을 한다.
회절 광학 소자(DOE)는 레이저 방사선에 대한 회절에 의해 작동한다. 여기서 사용되는 구조는 크기에서 레이저 파장의 규모이다. 회절 구조에서 광 회절을 수치 시뮬레이션함으로써, 요소를 계산한 다음 이를 더 큰 단위수로 생성할 수 있다. 일반적으로, 레이저 빔 프로파일에서 광의 공간 분포는 요소 바로 다음 또는 포커싱 요소 하류의 초점에서 변경된다. 이는, 예를 들면, 빔이 다수의 빔으로 분할될 수 있거나, 일반적으로 발생하는 가우스 빔 강도 프로파일이 다른 형태로 전환되거나, 또는 초점에서 레이저 방사선의 강도 분포가 종래의 렌즈, 예를 들면 원하는 레이저 상호 작용에 필요한 2차 최대값의 의도적인 도입 또는 억제에 의해 달성될 수 없는 방식으로 변화되는 것을 의미한다.
이와 대조적으로, 공간 광 변조기(SLM)는 광에 공간 변조를 부여하기 위한 장치이다.
SLM은 일반적으로는 광 빔의 강도를 변조하지만, 위상 또는 위상과 강도가 동시에 변조될 수도 있다.
이러한 공간 변조는 요소의 구조에 의해 DOE의 경우에 수행되는 반면, SLM의 경우에는 SLM의 개별 픽셀에 의해 수행된다. 특히, 강도-변조 및 위상-변조된 빔을 이미지화하거나 또는 집속한 후, 초점에서의 프로그램 가능한 강도 분포가 이러한 방식으로 달성될 수 있다. 따라서, DOE가 레이저 빔에 대해 정적이고 재현가능하게 작동하는 동안, 예를 들면 SLM을 사용하여 빔의 개수 또는 레이저 작업 장치에서 사용되는 레이저 빔 프로파일의 동적 전환을 수행할 수 있다. 예를 들면, 공정 진행을 동시에 모니터링하여 피드백한 후 공정 과정 중에 동적으로 적응시킬 수도 있다.
본원에서 제안된 방법은 레이저 빔이 고체 바디 내로 침투하기 전에 빔 특성을 변경하는 단계를 포함하며, 여기서 빔 특성은 초점에서의 강도 분포이고, 빔 특성의 변경 또는 조정은 적어도 하나 또는 정확히 하나의 공간 광 변조기 및/또는 적어도 하나 또는 정확히 하나의 DOE에 의해 초래되며, 상기 공간 광 변조기 및/또는 DOE는 고체 바디와 방사선원 사이의 레이저 방사선의 빔 경로 내에 배치된다.
DOE 및 공간 광 변조기의 기능에 대한 설명은 하기 간행물을 참조한다: 문헌 [레이저 초정밀 미세 가공기의 차세대 공정 개발을 위한 가요성 빔 형상 예측 시스템(Flexible beam shaping system for the next generation of process development in laser micromachining), LANE 2016, 9th International Conference on Photonic Technologies LANE 2016, Tobias Klerks, Stephan Eifel].
일반적으로 통상적인 가우스 형태와 다른 레이저 빔 강도 프로파일은 비-가우스 빔 프로파일이라 지칭되며, 다른 작업 결과를 얻기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 2 차원에서 보다는 빔 전파 방향에 수직인 차원에서 유의미하게 다른 범위를 갖는 라인 초점을 생각할 수 있다. 이를 통해 작업 단계에서 레이저 빔으로 공작물의 더 넓은 영역을 커버할 수 있다. 여기서, "탑 햇(top-hat)" 프로파일은 빔의 중심에서 일정한 강도를 갖는 프로파일이며, 따라서 이는 작업시에 상이한 강도를 갖는 영역이 전혀 없거나, 또는 레이저 작동 임계값 이상의 적어도 동등한 강도를 갖는 영역만이 존재한다는 이점을 제공한다. 이는 예를 들면 분리 후 마모 손실을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 주제는 바람직하게는 고체 바디(1)의 내부에서 변형(9)을 생성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 바람직하게는 고체 바디(1)의 제 1 표면(8)을 통해 고체 바디(1) 내로 레이저(29)의 레이저 방사선(14)을 도입하는 단계를 포함한다. 고체 바디(1) 내로 침투하는 레이저 방사선(14)이 통과하는 표면(8)은 바람직하게는 분리될 고체 바디 층의 일부이다. 분리될 고체 바디 층은 바람직하게는 고체 바디의 나머지 잔류 부분보다 더 얇다.
고체 바디(1)는 바람직하게는 결정 구조를 형성하며, 레이저 방사선(14)은 고체 바디(1)의 내부에 있는 생성 평면(4) 상의 사전-결정된 위치에서 변형(9)을 생성한다. 이 경우, 생성 평면은 바람직하게는 제 1 표면(8)에 평행하다. 변형(9)은 바람직하게는 제 2 표면 보다 제 1 표면(8)에 더 근접해 있으며, 제 2 표면은 바람직하게는 제 1 표면(8)에 평행하게 형성된다. 변형(9)은 다수의 선형 형상(103), 특히 산재된 또는 연속적인 기록 라인을 생성하고, 고체 바디(1)는 개개의 변형(9)의 영역에서 아임계 균열을 일으키며, 개개의 선형 형상의 세로 범위의 방향에 직교하는 아임계 균열은 150㎛ 미만, 특히 120㎛ 미만 또는 110㎛ 미만 또는 90㎛ 미만 또는 75㎛ 미만 또는 60㎛ 미만의 균열 길이 또는 평균 균열 길이를 갖는다.
동일한 선형 형상(103)에 속하고 연속적으로 생성되는 변형(9)은 바람직하게는 함수 (d-x)/d < -0.31, 특히 < -0.4에 의해 정의되는 서로 떨어져 있는 거리로 생성된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 레이저 방사선은 정의된 편광일 수 있다. 이 경우, 레이저 방사선(14)의 편광 방향이 바람직하게는 고체 바디(1)의 결정 축에 대해 정의된 각도 또는 정의된 각도 범위로 배향되거나, 레이저 빔(14)에 의해 고체 바디(1)의 내부에서 생성된 변형(9)의 세로 범위의 방향(R)이 생성 평면(4)과 결정 격자 평면(6) 사이의 교차점에서 수득되는 교차 라인(10)에 대해 정의된 각도 또는 정의된 각도 범위로 배향된다.
또한, 본 발명의 주제는 적어도 하나의 고체 바디 층을 제조하는 방법, 특히 고체 바디로부터 적어도 하나의 고체 바디 층을 분리하는 방법에 관한 것일 수 있다. 이러한 방법은 바람직하게는 적어도 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 단계; 및 고체 바디(1)에서 응력을 생성시키고/시키거나 고체 바디(1)에서 내력을 생성시키기 위해 고체 바디(1) 내에 외력을 도입하는 단계를 포함하며, 이때 상기 외력 및/또는 내력은 분리 영역(8)을 따라 균열 전파를 초래하기에 충분히 강하다.
1: 고체 바디/도너 기판
2: 고체 바디 층
4: 생성 평면
5: 변형 생성 위치
6: 결정 격자 평면
6a/b/c: 결정 격자 평면
7: 결정 격자 평면의 단부
8: 주 표면/제 1 표면
9: 변형
9a/b: 변형
10: 교차 라인
12: 아임계 균열
11: 평탄면
13: 기계적 응력
14: 레이저 방사선
29: 레이저
30: 위치조정 장치
32: 레이저 방사선
45: 회전 장치
49: 중심
50: 회전 중심
51: 연결 섹션
52: 방향
60: 결정 격자 평면 법선
80: 주 표면 법선
90: 법면
92: 법면에 대한 직교 평면
94: 결정 격자 평면의 단부 범위의 방향
103: 레이저 라인/기록 라인
115: 척/캐리어 유닛
117: 곡면
120: 연결 위치
122: 레이저 방사선에 적어도 부분적으로 투명한 바디
200: 분리에 의해 노출된 고체 바디 층의 표면
202: 지그재그-형상 융기부
204: 지그재그-형상 융기부(들) 범위의 방향
210: 제 1 방향
212: (제 1 방향(210)에 대향하는) 제 2 방향
5700: 광 콘
5702: 초점 이미지
5703: 초점 이미지
R: 변형의 세로 범위의 방향

Claims (2)

  1. 고체 바디 층(solid body layer)(2)으로서,
    상기 고체 바디 층(2)은 SiC를 포함하거나 그로 구성되고, 토포그래피를 형성하는 표면(200)을 형성하며,
    상기 토포그래피는 신장된(elongated) 지그재그 형상의 융기부(elevation)를 갖고,
    상기 신장된 지그재그 형상의 융기부는 각각의 경우에 전체적으로, 결정 격자 평면에 평행하고 상기 표면에 평행한 방향과는 다르며 경사진 방향(204) 또는 다수의 방향(204)으로 연장되며,
    상기 지그재그 형상의 융기부의 평균 높이, 또는 상기 표면의 가장 깊은 위치에 대한 상기 지그재그 형상의 융기부의 최대 높이는 100㎛ 미만인 것을 특징으로 하는,
    고체 바디 층(2).
  2. 고체 바디 층(2)으로서,
    상기 고체 바디 층(2)은 SiC를 포함하거나 그로 구성되고, 표면(200)을 형성하며,
    표면(200)의 성분으로서 및 서로 평행하고 상기 표면을 따라 연장되며 서로 떨어져 있는 범위의 방향들(directions of extent)을 따라, 상-변환된 재료 성분이 존재하며,
    상기 서로 평행하고 서로 떨어져 있는 범위의 방향은, 결정 격자 평면에 평행하고 상기 표면에 평행하게 배향된 방향에 대해 2°내지 30°의 각도로 경사진 것을 특징으로 하는,
    고체 바디 층(2).
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