TW201946722A - 從由ＳｉＣ及金屬塗層或電氣元件製成的複合結構中分離固體層的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種在複合結構(83)內部製造微裂縫(9)的方法。該方法較佳為至少包含下列步驟：提供或製造複合結構(83)，其中複合結構(83)具有固體(1)、及位於或提供於固體(1)一側上的至少一金屬塗層及/或電氣元件(82)，且在另一側上形成平坦表面(8)，其中固體(1)含有或係由碳化矽(SiC)製成；及在固體(1)內部製造修飾(9)，其中將雷射輻射(14)經由平坦表面(8)引入固體(1)中，其中雷射輻射(14)造成多光子激發，其中該多光子激發造成電漿產生，其中該修飾係藉電漿以材料轉變形式進行，其中該材料轉變在固體(1)中產生壓縮應力，其中固體(1)在特定修飾(9)的周圍區 域發展次臨界裂縫，其中在距金屬塗層及/或電氣元件(82)小於150微米處製造修飾(9)，其中將雷射輻射(14)以脈衝引入固體(1)中，其中該脈衝的脈衝強度在特定脈衝啟動後10奈秒內達到最大脈衝強度。(參見第11圖)

Description

從由SiC及金屬塗層或電氣元件製成的複合結構中分離固體層的方法
本發明依照請求項1及14在各情形關於一種在固體內部製造修飾(modification)的方法，及依照請求項15關於一種從固體分離至少一固體層的方法。
DE 102017206178 A1號公告揭示一種從具有圓柱形外圍表面(其具有第一定向面、及比第一定向面短且垂直第一定向面的第二定向面)之圓柱形SiC單晶塊製造晶圓的晶圓製造方法，其中該圓柱形SiC單晶塊具有從垂直第二定向面方向之圓形上表面的垂直軸傾斜的c軸，及具有在垂直c軸的c面與上表面之間形成的偏移角，其中該晶圓製造方法包括：切削進料方向的偵測步驟，其確認是否c軸為傾斜方向與第二定向面是否彼此垂直，並偵測切削進料方向是否垂直c軸傾斜方向；強度降低區域的形成步驟，其在該圓柱形SiC單晶塊與該焦點依切削進料方向(已在偵測步驟中偵測切削進料方 向)的相對移動期間，將雷射光束的焦點對準該圓柱形SiC單晶塊的一定深度(從圓形上表面起算)，其中該深度對應欲製造晶圓的厚度；將該圓柱形SiC單晶塊以一定波長之雷射光束照射，其傳輸通過SiC而形成由平行圓形上表面之修飾層製成的直線強度降低區域、及從該修飾層沿c面延伸對應欲製造晶圓的厚度的一定深度之裂縫；在該圓柱形SiC單晶塊中形成剝離面的剝離面形成步驟，其將該形成步驟依垂直切削進料方向的方向按預定距離對強度降低區域進行多次；在剝離面形成步驟之後為從該圓柱形SiC單晶塊製造晶圓的晶圓製造步驟，其將該圓柱形SiC單晶塊從作為邊界面的剝離面剝除一部分；其中切削進料方向的偵測步驟包括：掃描步驟，其進行掃描照射以將雷射光束的焦點對準該圓柱形SiC單晶塊的預定深度(從圓形上表面起算)，及在將該圓柱形SiC單晶塊與焦點彼此相對移動時，將該圓柱形SiC單晶塊以一定波長之雷射光束沿平行第二定向面的方向、及複數個從第二定向面傾斜各按順時鐘及逆時鐘方向之修飾角的方向照射，其傳輸通過SiC而在該圓柱形SiC單晶塊中形成複數個經掃描的直線強度降低區域、及從該修飾層沿c面延伸之裂縫，其中各直線強度降低區域係由平行圓形上表面之修飾層製成；以及測定步驟，其使用成像手段記錄各經掃描的直線強度降低區域之圖像，對每單位長度之各經掃描的直線強度降低區域測量存在於其圖像之一中的之節點數，及測定其中節點測量數為零之經掃描的直線強度降低區域隨切削進料方 向延伸的方向。
現已認知，脈衝能量在最初雷射損壞期間部分被傳輸到底下材料區域。然而，現有許多情形為這些區域必須不或僅有限暴露於雷射輻射。
尤其是傳輸的輻射能量會損壞電子元件，主要由於其金屬元件吸收大部分雷射輻射。例如在其中金屬中間層及半導體產生所欲的二極體效應之肖特基(Schottky)二極體中，如此造成損壞其本身的金屬結構及中間層。由於雷射能量而改變中間層造成元件失效。
當不需要的下部從所謂的裝置晶圓(即具有成品及半成品電子元件結構之晶圓)分離時，發生此問題。一方面，如此節省研磨成本，其由經濟觀點非常適宜，尤其是對於非常堅硬的材料，如SiC。
因此，本發明之目的為提供一種可製造非常薄的複合結構的方法，其從複合結構分開SiC固體部分或固體層，尤其是SiC層，其中該複合結構具有至少一金屬層及/或電氣元件。
上述目的係依照本發明之請求項1，藉一種在複合結構內部製造微裂縫的方法完成。本發明的方法較佳為至少包括下列步驟：提供或製造複合結構，其中該複合結構具有固體、及位於或提供於該固體一側上的至少一金屬塗層及/或電氣元件，且在另一側上形成平坦表面，其中該固體較佳為含有或係由碳化矽(SiC)製成；在該固體內部製造修飾，其中將雷射輻射經由該平坦表 面引入該固體中，其中該雷射輻射造成多光子激發，其中該多光子激發造成電漿產生，其中該修飾係藉電漿以材料轉變形式進行，其中該材料轉變在該固體中產生壓縮應力，其中該固體在特定修飾的周圍區域發展次臨界裂縫。該修飾較佳為在距該金屬塗層及/或電氣元件小於150微米處製造。該雷射輻射較佳為以脈衝引入該固體中，其中該脈衝的脈衝強度在特定脈衝啟動後10奈秒內，尤其是在8奈秒或6奈秒或5奈秒或4奈秒或3奈秒或2奈秒或1.5奈秒或1奈秒內，達到最大脈衝強度。脈衝啟動係定義為超過最大脈衝強度之1%。脈衝結束較佳為定義為下降到小於最大脈衝強度之1%，其條件為在脈衝啟動之後及在下降到小於最大脈衝強度之1%之前，達到最大脈衝強度。脈衝期間因此為脈衝啟動至脈衝結束之間的時間。
此方法由於快速啟動高強度電漿產生，結果限制或防止雷射輻射被傳輸到金屬層或到電氣元件，而為有利的。如此較少的輻射，因此較小的能量到達金屬層或電氣元件，故避免金屬塗層及/或到電氣元件損壞，甚至為距金屬塗層及/或電氣元件小於150微米處。
該方法亦由於最先對個別雷射脈衝指定非常精確的能量分布，而為有利的。
本發明方法之另一優點為，由於基於裂縫分離固體部分，其可一再作為裝置晶圓。如此造成顯著的生產力增益。一方面，其相較於藉由研磨而減小的厚度，造成更少的器具磨損。另一方面，欲分離的固體部分不 被轉化成為碎片，而是可同樣地作為固體層或晶圓。
該金屬層可具有本質上或完整的全表面設計，亦可設計成金屬條狀導體，其厚度為數微米，尤其是1微米至100微米、尤其是1微米至10微米，到數奈米，尤其是1奈米至100奈米、尤其是1奈米至10奈米。
基本上，在本發明之固體雷射處理中將光集中在焦點，如此藉多光子吸收而製造自由電荷載體。其造成代表自由電荷載體之電子被釋放。已存在的自由電荷載體因此吸收更多雷射能量，且將能量傳輸到固體材料，進而同時隨多光子吸收持續而釋放更多電子。如此造成快速增加的電子密度崩瀉，結果點燃電漿，其進而產生高溫而發生SiC相轉變成為非晶成分。SiC因此被轉化成為Si與C。關於此點，在電漿點燃之後大幅抑制雷射輻射傳輸為重要的。其係藉由吸收該電漿中的自由電子及/或藉由以電漿反射及散射該輻射而發生。
電漿點燃涉及膨脹程序，其中為了啟動電子崩瀉，必需達到多光子程序的臨界強度，然後在電子崩瀉造成電漿點燃之前必須將大於膨脹能量的能量堆積在焦點。因此，本發明方法的結果為雷射脈衝具有非常急變的最初邊緣而超過強度底限，及電漿儘可能快地點燃。
「次臨界」表示在裂縫將該固體分割成至少二部分之前，裂縫傳播中止或停止。次臨界裂縫較佳為在固體中傳播小於5毫米，尤其是小於1毫米或小於500微米或小於250微米或小於100微米。該修飾較佳為以從平坦固體板分離時，例如次臨界裂縫較佳為大多在同 一平面中，尤其是在平行、或以相對雷射光束穿透到固體中的固體表面為界定方式定向的平面中傳播的方式製造。該修飾較佳為以如下的方式製造：在從不均勻固體分離時，例如次臨界裂縫較佳為以界定方式，例如在球面夾層或層中，以分離區域取為界定(尤其是球面)形狀的方式傳播。
進一步較佳具體實施例為附屬項之標的、及以下的說明部分。
依照本發明之一較佳具體實施例，各脈衝將能量E引入該固體中，其中電漿產生及/或已製造的微裂縫造成特定脈衝的能量E之最大20%，尤其是最大15%或最大10%或最大5%或最大1%或最大0.5%，被傳輸通過固體直到金屬塗層及/或電氣元件。此具體實施例由於對金屬層或金屬結構或電氣元件限制每次脈衝的能量輸入，如此防止金屬層或金屬結構或電氣元件因雷射輻射傳輸而損壞，而為有利的。該電氣元件可為例如肖特基(Schottky)二極體，及該複合結構可具有複數個肖特基二極體或其元件或部分。
依照本發明之另一較佳具體實施例，各脈衝之電漿在脈衝啟動後的時間x內產生。x較佳為比脈衝期間y短。x尤其是小於10奈秒，尤其是小於7.5奈秒或小於5奈秒或小於3奈秒或小於2奈秒或小於1奈秒或小於0.75奈秒或小於0.5奈秒。另外或任選，其可應用x<0.5*y，尤其是x<0.2*y或x<0.1*y或x<0.05*y或x<0.01*y。此具體實施例由於早期電漿產生造成保護金 屬層或金屬結構或電氣元件，而為有利的。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該光束品質(M2)小於1.4，尤其是小於1.3或小於1.2或小於1.1。此具體實施例由於多光子激發，以及因此電漿產生可以非常精確地控制，而同樣為有利的。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該雷射輻射係以小於9奈秒，尤其是小於8奈秒或小於7奈秒或小於6奈秒或小於5奈秒或小於4奈秒或小於3奈秒或小於2奈秒或小於1.8奈秒或小於1.6奈秒或小於1.4奈秒或小於1.1奈秒或小於0.9奈秒或小於0.75奈秒或小於0.6奈秒或小於0.5奈秒或小於0.4奈秒的脈衝期間產生。
依照本發明之另一較佳具體實施例，其將10-200奈焦/微米2的表面能量提供0.9奈秒至10奈秒之間的脈衝期間，或將0.1-50奈焦/微米2的表面能量提供10皮秒至1.1奈秒之間的脈衝期間，或將0.01-0.1奈焦/微米2的表面能量提供100飛秒至11皮秒之間的脈衝期間。
依照本發明之另一較佳具體實施例，脈衝的輻射強度達到最大之後的最短期間為10皮秒，尤其是至少50皮秒或至少100皮秒或500皮秒或1奈秒，尤其是用於產生熱程序，及輻射強度超過50%的最長期間為25奈秒，尤其是15奈秒或10奈秒或7.5奈秒或5奈秒或3.5奈秒或2.5奈秒或2奈秒。此具體實施例由於對於熱處理(尤其是對於製造該修飾)有充分的時間，而為有利 的。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該雷射輻射係以界定方式偏光，尤其是線性偏光。該雷射輻射的偏光方向較佳為相對該固體的晶軸按界定角度，尤其是0°或90°的固定角度，或按界定角範圍，尤其是-20°至20°或-10°至10°或-5°至5°或-1°至1°或70°至110°或80°至100°或85°至95°或89°至91°，或按角度<30°或按角度<20°或按角度<15°或按角度<10°或按角度<5°定向。
在平行主面之雷射偏光期間，對於雷射切削成為SiC基板的C側，相較於以此組態垂直主面之雷射偏光，其確定需要大約多50%的雷射能量以提供相近的損壞樣式。當使用圓偏光時，直接偏光反側的偏光片測得傳輸的雷射功率少1/3。其表示對於圓偏光，相較於線性理想偏光，利用的雷射能量顯然必須增加至多50%。然而，此差異可甚至更低，尤其是由於該程序的非線性，及SiC中多光子效應對圓偏光的有效橫切面。理想雷射偏光與相對轉動90°的雷射偏光的膨脹能量之間之值因此亦可行，因為兩種偏光在轉動雷射偏光過程中均瞬時掃測通過。然而，多光子效應通常對線性偏光具有較佳的有效橫切面，故完美的圓偏光必須消耗甚至更高能量。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該雷射輻射被線性偏光或橢圓偏光或圓偏光。此具體實施例由於該修飾可藉界定的雷射輻射偏光製造，其造成次臨界裂縫之非常短的裂縫傳播，尤其是可能比100微米短，而為有利的。
藉雷射光束在該固體內部製造的修飾的縱向延伸方向係相對在尤其是製造該修飾的平面(產生面)之間的假想或虛擬界面處生成的交叉線、及尤其是在晶格面中生成的假想或虛擬交叉線，按界定角度，尤其是0°或90°之固定角度，或按界定角範圍，尤其是-20°至20°或-10°至10°或-5°至5°或-1°至1°或70°至110°或80°至100°或85°至95°或89°至91°定向。
平均裂縫長度較佳為在一平面中測定；即在線性形狀的同一平面中、在一側上、或在另一側上，偵測相對線性形狀的縱向延伸方向的正交方向之裂縫傳播，及較佳為解析修飾而評估或測定。
該固體可含有碳化矽，或者可由碳化矽製成，尤其是摻雜碳化矽。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該雷射輻射係經由至少一光學組件引入該固體中，其中該光學組件，尤其是透鏡，具有大於0.4，尤其是大於0.5或0.6或0.7或0.8或0.9之數值孔徑(NA)。另外或任選，在穿透到該固體中之前，該雷射輻射可較佳為經引導通過浸漬流體，尤其是浸漬溶液，其中當使用浸漬流體時，NA較佳為大於1，尤其是大於1.1或1.2或1.3，且較佳為至多2。
依照本發明之另一較佳具體實施例，個別修飾在該固體的縱向方向(Z)具有最大延伸，其中該修飾之最大延伸在各情形較佳為小於100微米，尤其是小於80微米或小於70微米或小於60微米或小於50微米或小於 40微米或小於30微米或小於20微米或小於15微米或小於10微米或小於8微米或小於6微米或小於5微米或小於4微米或小於3微米或小於2微米或小於1微米或小於0.5微米。在該固體的延伸方向，該固體的第一表面(雷射光束經其穿透到該固體中)及第二表面(金屬層及/或電氣元件所在或提供處)彼此分開。
依照本發明之另一較佳具體實施例，其製造複數個修飾而形成一線性形狀或多個線性形狀，尤其是一切割線或多條切割線。次臨界裂縫在正交特定線性形狀的縱向延伸方向具有小於150微米，尤其是小於120微米或小於110微米或小於90微米或小於75微米或小於60微米或小於50微米或小於40微米或小於30微米或小於25微米的平均裂縫長度。
依照本發明之另一較佳具體實施例，在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31，尤其是<-0.4定義處，其中x>d，製造包括於同一線性形狀且連續製造的修飾。此方法由於所述條件(d-x)/d<-0.31界定同一線性形狀之連續製造的修飾的焦點間隔彼此夠遠，使得先前產生的材料轉變造成在後續材料轉變中的吸收為些微或無影響，尤其是極小或不增加，而為有利的。其由於因此可非常精確地製造該修飾，結果可較佳地控制次臨界裂縫更強烈地傳播之趨勢，而為有利的。
依照本發明之另一較佳具體實施例，2個緊鄰線性形狀之間的距離在各情形均小於400微米，尤其是小於300微米或小於250微米或小於200微米或小於 150微米或小於100微米或小於75微米或小於50微米或小於40微米或小於30微米或小於25微米或小於20微米或小於15微米或小於10微米。
此具體實施例由於製造裂縫前緣，其對其餘固體的暴露表面、及對分離固體層的暴露表面賦與特徵形狀，而為有利的。此特徵形狀較佳為在固體層側上及/或其餘固體側上形成鋸齒形高地及/或谷。其適用於所有晶面及/或滑動面(即較佳的裂縫面)相對雷射輻射經由其被引入固體中的第一表面為傾斜的之固體。
依照本發明之另一較佳具體實施例，在該固體相對雷射光學系統的第一相對移動期間對第一部分，及在該固體相對雷射光學系統的第二相對移動期間對第二部分產生在該固體中製造的修飾。第一相對移動較佳為按第一方向的線性移動，及第二相對移動較佳為按第二方向的線性移動，行進路徑較佳為彼此平行。全部行進路徑較佳為形成蜿蜒形狀，或按X-Y滑台發生行進移動。
依照本發明之另一較佳具體實施例，繞射光學組件(DOE)位於在雷射輻射穿透到施體基板中或到固體中上游的雷射輻射路徑中。該雷射輻射被DOE分割成多條光路徑而製造多焦點。DOE製造小於或等於50微米，尤其是小於或等於30微米或小於或等於10微米或小於或等於5微米或小於或等於3微米，較佳為長200微米的像場曲度，其中DOE同時產生至少2，且較佳為至少或正好3或至少或正好4或至少或正好5或至少或 正好或至多10或至少或正好或至多20或至少或正好或至多50或至多100個用以改變施體基板的材料性質的焦點。此具體實施例由於該程序可顯著加速而為有利的。
因此，在本發明之範圍內已認知，高功率位準的繞射光學組件(DOE)在焦點面被分割成多焦點。DOE顯示即使是在焦點面前緣仍有干涉現象，且已認知在焦點面前緣之表面處干涉可產生局部最大強度，其可造成表面損壞及降低雷射輻射對深度切削的傳輸率。另外已認知，某些材料(如SiC)由於材料摻雜(例如經常發生摻雜斑點)而具有局部折射率差及其他的材料性質(如吸收、傳輸、散射)。此外已認知，依在雷射偶合表面處的材料表面粗度而定，雷射在材料路徑中的波前會顯著受損，故焦點強度降低(多光子轉移機率較低)，其再度涉及上述的較高強度問題。
將雷射光束以布魯斯特(Brewster)角照射到固體上或其中或施體基板為複雜的且可能艱難，因為各光束分量在高折射率介質中長度不同的路徑上行進。焦點因此必須藉高能量及/或藉光束成形調適。光束成形較佳為例如經由一個或以上的繞射光學組件(DOE)發生，其平衡此雷射光束外形差異。布魯斯特角相當大，其對於大數值孔徑施加光學系統及其尺寸以及作業距離的要求。然而，此方法仍為有利的，因為由於光強度較佳地偶合到材料中，表面反射減少亦促成表面損壞降低。在本發明之涵義內，在本文所揭示的所有其他具體實施例中，雷射光束亦可以布魯斯特角或本質上布魯斯特角照 射。關於布魯斯特角偶合，在此參考文件“Optical Properties of Spin-Coated TiO2 Antireflection Films on Textured Single-Crystalline Silicon Substrates”(Hindawi Publishing Corporation,International Journal of Photoenergy，第2015卷，章節ID 147836，第8頁，http：//dx.doi.org/10.1155/2015/147836)。此文件有關本專利申請案之標的全部納入此處作為參考。引用、納入的文件特別揭示對各種材料之最適照射角、因此及折射率的計算。雷射或雷射處理裝置的能量不太依材料函數，而是依在指定角度之可能傳輸率函數調適。因此，如果最適傳輸率為例如93%，則針對垂直照射測試必須考量這些損失，且例如損失為17%，則因而必須調整雷射功率。
實施例：垂直傳輸率83%相對某角度傳輸率93%表示為了得到相同的深度能量，僅需要用於垂直照射的雷射功率之89%(0.83/0.93=0.89)。在本發明之涵義內，偏斜照射因此較佳地造成因表面反射的光損失較少，及將較多光引入該深度中。一種在特定組態可能引起的可能次級問題為，深度焦點會取得「歪斜」外形，因此所得強度-多光子切削的關鍵變數-較低，可能甚至低於垂直照射，其中全部光束分量均行進通過材料中的同一光學路徑。其可在補償這些額外路徑及/或對個別光束影響(尤其是光束外形上的不同球面像差)的光束路徑中，因繞射光學組件或藉多個繞射組件、或一連續楔或多個連續楔、及/或其他光學組件而較佳地發生。這些 DOE可使用合適的軟體解決方法(例如得自德國Jena之Lighttrans公司的Virtuallab)完成數值計算，然後結束或提供該材料。
依照本發明之另一較佳具體實施例設定以下參數：NA>0.6，在10奈秒內脈衝強度從1%增加到最大強度，二線性形狀之間的距離小於100微米，光束品質小於1.4，損壞深度(到金屬層或金屬結構握電氣元件的距離)小於115微米，相鄰修飾之間的點對點距離=5微米，1064奈米雷射，5至20微焦/脈衝之間的脈衝能量，及10至50毫歐姆/公分之間的摻雜。其已證明，此SiC設定產生非常有利的結果。
上述目的亦依照本發明之請求項14，藉一種在複合結構內部製造微裂縫的方法達成。此方法較佳為至少包括下列步驟：提供複合結構，其中該複合結構具有固體、及位於或提供於該固體一側上的至少一金屬塗層及/或電氣元件，且在另一側上形成平坦表面，其中該固體含有或係由碳化矽(SiC)製成；在該固體內部製造修飾，其中將雷射輻射經由該平坦表面引入該固體中，其中該雷射輻射造成多光子激發，其中該多光子激發造成電漿產生，其中該修飾係藉電漿以材料轉變形式進行，其中該材料轉變在該固體中產生壓縮應力，其中該固體在特定修飾的周圍區域發展次臨界裂縫，其中該修飾係在距該金屬塗層及/或電氣元件小於150微米處製造，其中該雷射輻射係以脈衝引入該固體中。
各偶合到固體中的雷射脈衝較佳為將能量E 引入該固體中，其中電漿產生及/或已製造的微裂縫造成特定脈衝的能量E之最大20%，尤其是最大15%或最大10%或最大5%或最大1%或最大0.5%，被傳輸通過固體直到金屬塗層及/或電氣元件。
另外或任選，本發明亦關於一種在複合結構內部製造微裂縫的方法。此方法較佳為至少包括以下步驟：提供複合結構，其中該複合結構具有固體、及位於或提供於該固體一側上的至少一金屬塗層及/或電氣元件，且在另一側上形成平坦表面。雷射輻射經其穿透到該固體中的平坦表面或表面較佳地被當作第一表面或主表面。相距一段距離且較佳為平行第一表面，及金屬層及/或電氣元件所在或製造處的表面較佳為稱為第二表面。該固體含有或係由碳化矽(SiC)製成。在該固體內部製造修飾，其中將雷射輻射經由該平坦表面引入該固體中，其中該雷射輻射造成多光子激發，其中該多光子激發造成電漿產生，其中該修飾係藉電漿以材料轉變形式進行，其中該材料轉變在該固體中產生壓縮應力，其中該固體在特定修飾的周圍區域發展次臨界裂縫，其中該修飾係在距該金屬塗層及/或電氣元件小於150微米處製造。
該雷射輻射較佳為以脈衝引入該固體中。各脈衝之電漿較佳為在脈衝啟動後的時間x內產生。x較佳為比脈衝期間y短。x特佳為小於10奈秒，尤其是小於5奈秒或小於3奈秒或小於2奈秒或小於1.5奈秒或小於1奈秒或小於0.8奈秒或小於0.5奈秒。另外，較佳 為應用x<0.5*y，尤其是x<0.2*y或x<0.1*y或x<0.05*y或x<0.01*y。
本發明進一步關於一種從複合結構分離至少一固體層的方法。該方法較佳為至少包括下列步驟：進行本發明的方法以在複合結構內部製造微裂縫，及將外力引入該複合結構中，尤其是該固體中，在該固體中產生應力，及/或在該固體中產生內力，該外及/或內力強到足以沿分離區域造成裂縫傳播或次臨界裂縫結合。
本發明進一步關於一種製造至少一固體層，尤其是從固體分離至少一固體層的方法。該方法較佳為至少包括下列步驟：進行在此所述方法，尤其是在複合結構內部製造微裂縫的方法；將外力引入固體中而在該固體中產生應力，及/或在該固體中產生內力，該外及/或內力強到足以沿分離區域造成裂縫傳播或次臨界裂縫結合。
依照本發明之另一較佳具體實施例，在欲分離的固體層的暴露表面將外力引入接收層，其中該接收層包括聚合物材料，尤其是PDMS，及尤其是在該固體中產生機械應力，該接收層接受熱效應，其中該熱效應為將該接收層冷卻到低於周溫的溫度，尤其是低於0℃的溫度或低於-10℃的溫度或-20℃至-200℃之間的溫度，其中該冷卻以該接收層之聚合物材料進行玻璃轉移的方式發生，及其中應力造成裂縫在該固體中沿分離區域傳播，其將第一固體層從該固體分離，及/或以音波，尤其是超音波，進行將外力引入該固體中，及/或為了引 入外力而使該固體的外圍表面在分離面高度接受熱效應及/或切削，及/或為了產生內力而在該固體內部製造許多修飾，其造成次臨界裂縫結合成為單一裂縫而分離該固體層。
本發明進一步關於一種固體層，尤其是藉在此所述的本發明方法製造。該固體層或晶圓較佳為含有或係由SiC製成。該固體層較佳為形成表面，其中該表面形成地形，其中該地形為長鋸齒形或波狀高地，其中該長鋸齒形或波狀高地大多(在各情形均為其全體)按異於平行晶格面且平行該表面的方向之一個方向或多個方向延伸，尤其是對其傾斜2°至30°之間，尤其是3°至15°之間，尤其是4°至9°之間的角度，其中該鋸齒形或波狀高地的平均高度、或該鋸齒形或波狀高地的最大高度，相對表面的最深位置處小於100微米，尤其是小於75微米或小於50微米或小於30微米。該最深位置較佳為僅考量一位於距該固體層或距該晶圓的邊緣至少1毫米或至少5毫米或至少10毫米的位置。該固體層較佳為從SiC晶塊或SiC人造胚晶分離的晶圓、或薄化複合結構，其中該複合結構之SiC固體部分已被分開、分割、或分離，或為從複合結構分離的固體層，其中該複合結構之SiC固體部分已被分開、分割、或分離。
該複合結構具有至少一固體或一施體基板，其中該固體或施體基板含有或係由SiC製成。另外，該複合結構具有至少一金屬層及/或電氣元件。
此方法由於製造其表面結構降低或防止裂縫 傳播不受控制的複合結構及固體層，而為有利的。
另外或任選，上述目的可藉一種在固體內部製造修飾的方法達成，其較佳為至少包括以下步驟：將雷射的雷射輻射經由該固體的第一表面引入固體內部，其中該固體形成晶體結構且較佳為由SiC製成，及該雷射輻射在固體內部的產生面上的預定位置處製造修飾而指定分離面，其中用於各修飾的雷射輻射造成電漿調節以修改該固體，其中在修飾製造時期保持該電漿，其中從雷射脈衝開端到恰在電漿調節之前有該雷射輻射至少部分通過該固體的傳輸時期，其中該電漿調節在電漿調節時期內發生，其中對電漿作用的雷射輻射至少大多且較佳為被該電漿完全吸收及/或反射及/或散射，其中在修飾製造期間，包含修飾製造時期、傳輸時期、及電漿調節時期(尤其是電漿點燃與加熱)的總時間相當於雷射輻射脈衝期間之至少70%，其中脈衝期間小於100奈秒，其中該雷射輻射在焦點產生界定輻射強度而造成界定電子密度，其中在修飾製造時期內的焦點中電子密度超過預先界定的底限值，其中修飾製造時期短於70奈秒。修飾製造時期可較佳為短於4奈秒，尤其是短於3奈秒或2奈秒或1奈秒。
本發明之其他優點、目的、及特徵基於以下附圖的說明而解釋，其描述本發明分離方法之實施例。可較佳地用於本發明方法及/或在圖式中至少本質上功能相配的元件或組件可以同一元件符號(reference numeral)表示；然而，這些元件或組件在全部圖式中未 必以號碼表示或經解釋。
1‧‧‧固體/施體基板
2‧‧‧固體層
4‧‧‧產生面
5‧‧‧製造修飾的位置
6‧‧‧晶格面
6a/b/c‧‧‧晶格面
7‧‧‧晶格面末端
8‧‧‧主表面/第一表面
9‧‧‧修飾
9a/b‧‧‧修飾
10‧‧‧交叉線
12‧‧‧次臨界裂縫
11‧‧‧平面
13‧‧‧機械應力
14‧‧‧雷射輻射
29‧‧‧雷射
30‧‧‧重新定位裝置
32‧‧‧雷射輻射
45‧‧‧轉動裝置
49‧‧‧中心
50‧‧‧轉動中心
51‧‧‧連接段
52‧‧‧方向
60‧‧‧晶格面法線
80‧‧‧主表面法線
81‧‧‧第二表面
82‧‧‧金屬層或電氣元件
83‧‧‧複合結構
90‧‧‧法面
92‧‧‧正交法面的平面
94‧‧‧晶格面末端的延伸方向
103‧‧‧雷射線/切割線/線性形狀
200‧‧‧因分離而暴露的固體層表面
202‧‧‧鋸齒形高地
204‧‧‧鋸齒形高地的延伸方向
210‧‧‧第一方向
212‧‧‧第二方向(與第一方向210相反)
400‧‧‧焦點的輻射強度
401‧‧‧時間
402‧‧‧IMP-發生多光子程序開始的焦點中輻射強度
403‧‧‧傳輸時期
404‧‧‧IBD-發生電子電漿崩潰的焦點中輻射強度
405‧‧‧用於電子產生的能量(大部分被傳輸)
406‧‧‧ION-發生修改開始的焦點中輻射強度
408‧‧‧脈衝啟動
409‧‧‧多光子程序開始
410‧‧‧tmp-脈衝啟動之後發生多光子程序開始的時間
412‧‧‧脈衝啟動408之後發生修改開始的時間
413‧‧‧修改開始
414‧‧‧修改時期
416‧‧‧由於吸收BD>吸收ON而造成電子電漿崩潰IBD<ION
418‧‧‧修改崩潰
420‧‧‧脈衝結束
450‧‧‧焦點中電子密度
451‧‧‧電漿開始(突崩潰；相當於最大電子密度之半)
452‧‧‧電子電漿隨雷射輻射振盪
453‧‧‧已存在的非晶晶體區域進行
5700‧‧‧光錐
5702‧‧‧焦點圖像
5703‧‧‧焦點圖像
R‧‧‧修飾的縱向延伸方向
在圖式中，第1a圖係顯示切割線與偏光雷射輻射之間的關係之第一示意圖；第1b圖係顯示切割線與偏光雷射輻射之間的關係之第二示意圖；第2a-e圖係顯示不同偏光之各例示圖；第3a圖係顯示切割線與偏光雷射輻射之間的關係之第三示意圖；第3b圖係顯示切割線與偏光雷射輻射之間的關係之第四示意圖；第4a圖係顯示具有以相對縱軸不等於90°之角度定向的晶格面之施體基板，及所製造的雷射切割線；第4b圖係顯示由第4a圖得知的固體，其附有金屬層及/或電氣元件；第5圖係顯示另一具有以相對縱軸不等於90°之角度定向的晶格面之施體基板，及所製造的雷射切割線，其中雷射切割線或線型形狀的定向係藉平面界定；第6圖係顯示線性形狀的修飾交叉複數個不同的晶格面；第7圖係顯示4H-SiC之具有滑動面的晶格之一實例；第8a圖係顯示Si之具有滑動面110的晶格之一實例； 第8b圖係顯示Si之具有滑動面100的晶格之一實例；第8c圖係顯示Si之具有滑動面111的晶格之一實例；第9a圖係顯示式(d-x)/x的理論關係之示意圖；第9b圖係顯示使用本發明方法分離的固體層的固體表面之典型表面結構；第9c圖係顯示以不同的界定參數製造的切割線之圖；第9d圖係顯示各種鋸齒形線；第10a-c圖係顯示用以改變雷射光束性質之光學裝置；第11圖係示意地顯示雷射脈衝的輻射強度如時間函數之曲線；第12圖係示意地顯示雷射脈衝期間的焦點中電子密度；及第13圖係示意地顯示理想雷射脈衝的輻射強度(尤其是頂蓋外形)如時間函數之曲線。
第1a圖顯示固體1在處理(尤其是在固體1內部製造修飾9)期間之示意圖。修飾9代表藉多光子激發製造的固體材料(尤其是SiC)之相轉變。依照此圖，修飾9係以其彼此分開的方式製造。此方法由於因已製造的修飾9對雷射光束吸收無或僅有無足輕重的改變或影響，而為有利的。修飾9較佳為被製成線性形狀之形式 或切割線103。切割線103較佳為被設計成直線。依照此圖，切割線103較佳為平行交叉線10而定向。交叉線10較佳為由產生面4與晶格面6之間的界面生成(參見第4圖)。依照此圖，亦顯然修飾9始終按同一方向定向。結果雷射輻射被以界定方式偏光。因此依照第1a圖使用第一偏光，而依照第1b圖使用不同的偏光。由不同的偏光亦較佳地生成不同的損壞樣式。
第2a至2e圖顯示數個不同地偏光的雷射輻射之實例。第2a圖之實例對應得自第1a圖之實例，及第2b圖之實例對應得自第1b圖之實例。
另外，其必須設定多或全部切割線103之偏光，以形成相對切割線103的縱向延伸方向之界定角。該角度可較佳為0°至90°之間，尤其是5°至85°之間，尤其是15°至75°之間，尤其是30°至60°之間，尤其是40°至50°，或45°或本質上45°。其示於例如第2c至2e圖。
第2d圖顯示不同切割線103之修飾9可被不同地定向。切割線之修飾9亦可分部或在點處以界定方式不同地偏光。
第2e圖顯示其中製造超過2，尤其是3或超過3種不同偏光的切割線103之變式。
亦可理解，線性形狀之個別或多修飾或大部分修飾的各定向R彼此不同。該修飾的各定向R可彼此不同，尤其是彎曲或螺旋線性形狀。該修飾的定向R因此可連續或分段或分區改變，例如其中一區較佳為由多 個，尤其是2至200或2至100或2至50個修飾製成。
第3a圖顯示切割線可相對交叉線10為傾斜的。依偏光相對切割方向的定向而定，如此製造的修飾9可具有相對交叉線10為傾斜的之定向。第3b圖顯示該修飾可以相對交叉線10為90°定向，而切割線係相對交叉線10為傾斜的或在平面中轉動而製造。
第4a圖示意地顯示將雷射的雷射輻射14(參見第10c圖)經由主表面8引入固體1內部，而改變固體1在至少一雷射焦點區域的材料性質，其中該雷射焦點係藉雷射發射的雷射光束形成。該材料性質變化因改變雷射輻射到施體基板1中的穿透位置而形成線性形狀103，其中係在至少一，尤其是同一產生面4上產生該材料性質變化。施體基板1的晶格面6傾斜相對產生面4為尤其是0.1°至9°之間，較佳為2°或4°或8°之角度。線性形狀103或切割線相對交叉線10為傾斜的，其生成產生面4與晶格面6之間的界面。改變材料性質的結果為施體基板1發展次臨界裂縫形式的裂縫。其未描述將外力引入施體基板1中使次臨界裂縫結合而分離固體層2的步驟。或者可藉雷射輻射在產生面4上改變足夠的材料，使得固體層2因次臨界裂縫結合而從施體基板1分離。產生面4較佳為平行主表面8。固體或施體基板1或複合結構在固體或施體基板1或複合結構的另一側上形成第二表面。
切削係以製造線性形狀103或切割線、或按界定空間間隔施加個別的雷射射擊而形成之線之形式發 生。
尤其是可製造由碳化矽，尤其是晶軸之傾斜角>0°(產業標準為圍繞主軸方向4°或8°)的具有0001表面且/未摻雜之多型體4H製成的晶圓。由於六方晶體結構的滑動面平行0001面延伸，因為晶圓表面晶格相對其傾斜該傾斜角，故生成0001晶面與晶圓表面的交叉直線。
因此，該新穎方法的基本理念為，雷射線103的切削方向與這些交叉直線的方向不同。同樣地，切削方向應較佳為不沿晶體的主方向之一、或不沿晶體的較佳滑動面與晶體表面的交叉線延伸。
另外，製造由例如多型體4H碳化矽製成的晶圓為可行的。多型體4H碳化矽具有六方晶體系統，其具有纖鋅礦結構且0001面中為六方對稱性。因而每60°出現一新的主晶軸。當沿0001面切割切削雷射通過而穿透到欲切削材料工件中的表面時，圍繞表面法線轉動再度出現六方對稱性。然後生成相對各主軸轉動30°，如此在二主軸之間定向的線切割方向。如此確保所切割線較佳地交叉晶體之單位晶格，及形成包含相當大區域且涉及多單位晶格之裂縫同時發生更為困難。為了簡化後續切削的磊晶步驟，多型體4H碳化矽經常以相對0001面為4°傾斜角切割。顯然主晶軸彼此相對的投射仍為實際上60°，因此30°±3°為依照本發明進行切削之較佳切割角。
另外，例如其可由立方SiC(所謂的3C)製造 晶圓。立方SiC具有立方晶體系統的行為，因此具有111面作為較佳滑動面，而造成較佳線切割方向為22.5°±3°。
亦可例如以晶軸之傾斜角為0°，製造具有100表面且/未摻雜之矽晶圓。
具有立方結構(鑽石結構)之矽的較佳滑動面為111面，其以相對主晶軸為45°角交叉晶圓表面。如此造成相對主晶軸為22.5°±3°之所欲線切割角，且滑動面與晶圓表面的交叉線以彼此相對45°角定向。
因為亦可以傾斜角切割矽基板，故不同的切削角在此再度較佳。當圍繞主軸以一定角度傾斜時，在基板表面對稱性由於傾斜而從四方瓦解成為二方對稱性。未傾斜的主軸投射長度然後按cos(a)的比例縮放，而造成主軸及滑動面與表面的交叉直線之間的理想角度改變。由於對稱性瓦解而可行的二線切割角度b則為b1=tan-1(cosa)/2或b2=tan-1(1/cosa)/2。
對於具有六方纖鋅礦結構且0001面中為六方晶體對稱性之氮化鎵，生成的主晶軸60°角造成較佳線方向相對主軸為30°±3°。
對於藍寶石，即具有六方剛玉型結構且0001面中為六方晶體對稱性之氧化鋁，所謂的C-面藍寶石之生成主晶軸60°角造成較佳線方向相對主軸為30°±3°。
對於A-面切割藍寶石，180°對稱性的主軸定向為90°角，而造成較佳線切割角為45°±3°。
藍寶石之C-面基板係以表面顯然為六方對稱性，且該表面與滑動面一致，即較佳為30°±3°角的方 式切割。
對於M-面切割藍寶石，180°對稱性的主軸定向為90°角，而造成較佳線切割角為45°±3°。
R-面藍寶石無轉動對稱性，但是具有相對滑動面之投射直線為45°之主軸投射，故切割方向在此亦較佳為22.5°±3°。
對於具有與六方晶體系統有關的三斜結構之鉭酸鋰，依基板定向而定，其生成相對個別主軸及其在基板表面中的投射為10°±3°至45°±3°之間的切割方向。
對於具有閃鋅礦結構且100面中為四方晶體對稱性之砷化鎵，其較佳滑動面為111面，生成的主晶軸90°角造成較佳線方向相對具有100表面之基板或施體基板1的主軸為22.5°±3°。
對於具有單斜立方結構且100面中為四方晶體對稱性之氧化鎵，其較佳滑動面為111面，生成的主晶軸90°角造成較佳線方向相對具有100表面之基板的主軸為22.5°±3°。
對於具有鑽石結構且100面中為四方晶體對稱性之鍺，其較佳滑動面為111面，生成的主晶軸90°角造成較佳線方向相對具有100表面之基板的主軸為22.5°±3°。
對於具有閃鋅礦結構且100面中為四方晶體對稱性之磷化銦，其較佳滑動面為111面，生成的主晶軸90°角造成較佳線方向相對具有100表面之基板的主軸為22.5°±3°。
對於具有立方結構且100面中為四方晶體對稱性之釔-鋁石榴石，其較佳滑動面為111面，生成的主晶軸90°角造成較佳線方向相對具有100表面之基板的主軸為22.5°±3°。
第4b圖顯示距金屬層及/或電氣元件82非常接近，尤其是小於150微米而製造修飾9。該雷射輻射較佳為經由第一表面8引入固體1中。非常小量的特定雷射脈衝能量到達金屬層或電氣元件為重要的。由於修飾9鄰近金屬層82，故在非常短的時間內選擇經其產生材料轉變所需電漿的雷射參數。該電漿具有部分吸收及部分反射雷射輻射的性質，因而顯著減少被傳輸到金屬層及/或電氣元件82的能量之量。其可因此非常接近金屬層及/或電氣元件82而製造修飾9。元件符號83表示固體1及金屬層及/或電氣元件整體，其稱為複合結構。
第5圖顯示本發明方法從施體基板1分離至少一固體層2的重要步驟，及切割線103的定向或線性形狀的定向之幾何導算。
依照此圖，本發明方法可另外或任選包括以下步驟：提供施體基板1，其中施體基板1具有相對平坦主表面8為傾斜的之晶格面6，其中主表面8將施體基板1限定在施體基板的縱向方向L中一側上，其中晶格面法線60在第一方向相對主表面法線80為傾斜的；提供至少一雷射29；將該雷射之雷射輻射14經由主表面8引入固體或施體基板1內部，而改變該固體在至少一雷射 焦點區域的材料性質，其中該雷射焦點係藉該雷射發射的雷射光束形成，其中材料性質變化因改變雷射輻射在施體基板1中的穿透位置而形成線性形狀，其中該線性形狀至少部分較佳為以直線延伸，及其中平行主表面8而製造該線性形狀，尤其是至少以直線延伸的部分，且按相對第一方向傾斜不為90°之一定角度的第二方向延伸，其中施體基板1由於經改變的材料性質而發展次臨界裂縫形式的裂縫；將外力引入該施體基板中以結合次臨界裂縫，或者藉雷射輻射在產生面上改變足夠的材料，使得該固體層因次臨界裂縫結合而從該施體基板分離，而分離固體層。該主表面較佳為已分離固體層2的構件。
第二方向較佳為相對第一方向傾斜45°至87°之間的角範圍，尤其是70°至80°之間的角範圍，且較佳為76°。
第6圖顯示線性形狀103或切割線相對晶格面末端，或者如第5圖所示，相對交叉線10、或在產生面4與晶格面6之間的界面處生成的交叉直線為傾斜的。此定向的結果為裂縫生長限於晶格面6(尤其是滑動面)的方向。因此，在同一晶格面6中未製造各切割線之修飾9。例如在基板縱向方向L，同一切割線103之修飾的前1-5%可如此僅為切割一部分晶格面，尤其是同一切割線103之修飾的後1-5%之小於75%或小於50%或小於25%或小於10%或零。此關係尤其是示意為修飾9a切割晶格面6a-6c，及修飾9b切割晶格面6a、6d、與6e而 敘述。因此，二修飾9a與9b切割不同的晶格面，雖然其為同一線性形狀103或切割線的分量。此外，顯然例如修飾9c與9d較佳為切割與修飾9a不同，尤其是大多或完全不同的晶格面。
在主表面8上終止之晶格面6的末端7在顯微切面圖中較佳為形成一型鋸齒樣式。
個別晶格面6較佳為相對縱軸傾斜0.1°至10°之間，尤其是2°至9°之間，例如4°或8°之角度。施體基板1的個別晶格面較佳為彼此平行而定向。
第7圖顯示4H-SiC之具有滑動面的晶格之一實例；第8a圖顯示Si之具有滑動面110的晶格之一實例；第8b圖顯示Si之具有滑動面100的晶格之一實例；及第8c圖顯示Si之具有滑動面111的晶格之一實例。
晶格面6較佳為指定型式的滑動面。如果晶體結構為面心立方，則滑動面較佳為{111}面且滑動方向為<110>方向。如果晶體結構為體心立方，則滑動面較佳為{110}面且滑動方向為<111>方向，或者滑動面較佳為{112}面且滑動方向為<111>方向，或者滑動面較佳為{123}面且滑動方向為<111>方向。如果晶體結構為六方，則滑動面較佳為{0001}面且滑動方向為<1120>方向，或者滑動面較佳為{1010}面且滑動方向為<1120>方向，或者滑動面較佳為{1011}面且滑動方向為<1120>方向。
第9a圖顯示條件(d-x)/d<y的理論基礎，其 中y較佳為-0.31或小於0.31或小於0.35或小於0.4。另外，較佳為應用式「d=1.22*λ/NA-繞射極限焦點大小」。x較佳為在線性形狀上連續製造的點間距離、或2個焦點中心之間的距離。另外，x>d。依照本發明，較佳為使用大於0.5或大於0.6或大於0.65或大於0.7或大於0.75或大於0.8或大於0.85之數值孔徑。
第9b圖顯示在分離步驟中暴露的固體層表面200，其係從固體分離。表面200具有長形鋸齒形高地的地形。該長形鋸齒形高地大多(且在各情形均為其全體)按異於平行晶格面且平行該表面的一個方向204或多個方向204延伸，尤其是對其傾斜2°至30°之間，尤其是3°至15°之間，尤其是4°至9°之間的角度。該鋸齒形高地的平均高度、或該鋸齒形高地的最大高度，尤其是相對表面的最深位置處，較佳為小於100微米，尤其是小於75微米或小於50微米或小於30微米。
因為用以在相對主平面不為零之切割線角度製造均勻裂縫樣式或光學密度(即相轉變/雷射修飾)的雷射能量底限為行進方向的函數，故對特定切削方向調適雷射能量可為有利的。其示於第9c圖，其中為了切削而進行蜿蜒行進，且每隔一條線210(切削方向1)具有異於各相鄰線212(切削方向2)的修飾強度。因而將較微弱的線以對應較高雷射能量調適，而提供儘可能均勻的損壞樣式，如此在各線橫切得到相等的裂縫形成可能性。
第9d圖顯示4條不同的鋸齒形線(1)-(4)。這些線示意地指定高地202或凹處可具有的[形狀]實例。 高地202或凹處可一段一段均勻或大約均勻地重複。均勻重複之鋸齒樣式由樣式(1)及(2)顯示。高地及凹處較佳為始終具有按第一方向延伸的第一分量，及按第二方向延伸的第二分量。這些分量較佳為沿方向204，尤其是沿切割方向或沿製造線性形狀修飾的方向重複。然而，相較於平均長度，第一分量亦可為「各鋸齒」或「個別鋸齒」延伸較長或較短的距離。然而，相較於平均長度，第二分量另外或任選可為「各鋸齒」或「個別鋸齒」延伸較長或較短的距離。第一方向可較佳為各鋸齒改變0°至45°之間的角範圍，尤其是0°至20°之間或0°至5°之間的角範圍。另外或任選，第二方向可較佳為各鋸齒改變0°至45°之間，尤其是0°至20°之間或0°至5°之間的角範圍。實例(3)及(4)顯示長度分量及角度變動的裂縫樣式。
第10a圖顯示入射光錐5700，經其在固體1中製造焦點5700(sic；5701)。該圖顯示以具有高斯光束外形之雷射照射的透鏡焦點圖像。
第10b圖示意地表示以具有非高斯光束外形之雷射照射的透鏡焦點圖像5702，例如在光束已經SLM修改之後。空間光調變器(SLM)為光之空間調變器，因此為可經其對光施加空間調變之裝置。相較於高斯光束外形，焦點之Z延伸大為減小或可減小。
第10c圖示意地表示具有非高斯光束外形之雷射照射的透鏡焦點圖像5703，例如在光束已經繞射光學組件(DOE)修改之後。光束較佳為被DOE分開形成多 焦點。較佳為使用DOE將雷射光束繞射而改變焦點之空間成像。
繞射光學組件(DOE)藉雷射輻射繞射作用。其用於雷射波長規模的結構。藉由對繞射結構進行光繞射之數值模擬而計算組件，然後可以大量製造。其通常在緊接組件下游、或在聚焦組件的焦點下游改變雷射光束外形中的光空間分布。其表示例如可將光束分開成為多光束，可將(一般出現的)高斯光束強度外形轉化成為某種其他形式，或者將焦點之雷射輻射強度分布以習知透鏡無法達成的方式修改，例如故意引入或抑制所欲的雷射相互作用所需的第二最大值。
相反地，空間光調變器(SLM)為對光施加空間調變之裝置。
SLM一般調變光束強度；然而，其亦可調變相，或同時調變相及強度。
對於DOE，空間調變係由組件中的結構實行，而對於SLM，其係由SLM上的個別像素實行。尤其是在將經強度及相調變光束成像或聚焦之後，可如此得到可設計的焦點中強度分布。DOE係如此對雷射光束靜態及再現地作用，但例如使用SLM，則可動態切換用於雷射切削裝置之光束數量或亦及雷射光束外形。另外，例如依照來自同時監測程序進度的反饋，在程序過程中進行動態調適為可行的。
依照本發明，在此提議的方法包括在雷射光束穿透到固體中之前改變光束性質的步驟，其中光束性 質為焦點中強度分布，其中光束性質之變化或調適均藉至少一個或正好一個空間光調變器及/或藉至少一個或正好一個DOE發生，其中該空間光調變器及/或DOE位於雷射輻射的光束路徑中，在固體與輻射來源之間。
至於DOE及空間光調變器的操作原理的解釋，請參考以下刊物：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。
異於常態高斯形狀之雷射光束強度外形稱為非高斯光束外形，且可用以得到一些其他的切削結果。因此，例如其可理解在垂直光束傳播方向的維度延伸與第二維度極為不同的線焦點。如此可在切削步驟中以雷射光束掃測相當大的工件面積。「高帽」外形亦為已知的，其在光束中心具有固定強度，而提供在切削中無焦點中強度不同的區域，或至少僅有高於雷射切削底限之強度相同區域的優點。其可用以例如將分離後的研磨損失最小化。
本發明因此較佳為關於一種在固體1內部製造修飾9的方法。該方法較佳為包括將雷射29之雷射輻射14經由固體1的第一表面8引入固體1內部的步驟。雷射輻射14經其穿透到固體1的表面8較佳為欲分離固體層的構件。欲分離的固體層較佳為比剩餘固體部分薄。
固體1較佳為形成晶體結構，且由於雷射輻 射14而在固體1內部的產生面4上的預定位置處製造修飾9。該產生面較佳為平行第一表面8。修飾9較佳為位於距第一表面8比第二表面近，第二表面較佳為平行第一表面8而提供。修飾9製造多個線性形狀103，尤其是虛線或實心切割線，其中固體1在特定修飾9的區域中發展次臨界裂縫，其中正交特定線性形狀的縱向延伸方向之次臨界裂縫具有小於150微米，尤其是小於120微米、或小於110微米、或小於90微米、或小於75微米、或小於60微米的裂縫長度或平均裂縫長度。
應了解，在修飾9的「區域中」表示固體1在經修改或材料轉變部分，及在固體鄰接部分形成裂縫。然而，其亦可為不在經修改區域，而是在固體縱向方向的修飾上下形成裂縫。如果固體在修飾上下發展裂縫，則裂縫(尤其是次臨界裂縫)距產生面較佳為小於20微米，尤其是小於15微米或小於10微米或小於5微米或小於4微米或小於3微米或小於2微米或小於1微米。
包括於同一線性形狀103且連續製造的修飾9較佳為在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31，尤其是<-0.4定義處製造。
另外或任選，雷射輻射可以界定方式偏光。雷射輻射14的偏光方向較佳為相對固體1的晶軸按界定角度或以界定角範圍定向，或者藉雷射光束14在固體1內部製造的修飾9的縱向延伸方向R係按相對在產生面4與晶格面之間的界面處生成的交叉線10之界定角度或以界定角範圍定向。
第11圖顯示在焦點400中的輻射強度分布如時間401函數。
元件符號402表示IMP，即發生多光子程序開始的焦點中輻射強度。多光子程序開始係以元件符號409表示。元件符號410表示tmp，即脈衝啟動408之後發生多光子程序開始的時間。應了解，傳輸時期403表示從脈衝啟動408起到製造修飾的時間。傳輸時期403可包含電漿調節時期。
元件符號404表示IBD，即發生電子電漿崩潰的焦點中雷射強度。即從此刻起引發電子電漿。元件符號405表示用於電子產生的能量，其大部分被傳輸。其在本發明之涵義內表示此時間縮短。元件符號406表示ION，即發生修改開始413的焦點中輻射強度。即從此刻起發生材料轉變或相轉變。類似地，元件符號412表示脈衝啟動408之後發生修改開始的時間。元件符號411表示修改時期，即發生材料轉變的時期。
元件符號416表示由於吸收BD>吸收ON而造成電子電漿崩潰IBD<ION。電子電漿崩潰造成緊接的修改崩潰418。元件符號420表示雷射脈衝之脈衝結束。
如此生成本發明的方法。本發明的方法較佳為用以在固體1內部製造修飾9，且較佳為至少包括以下步驟：將雷射29之雷射輻射14經由固體1的第一表面8引入固體1內部，其中固體1形成晶體結構，及其中雷射輻射14在固體1內部的產生面4上的預定位置處製造修飾9而指定分離面，其中用於各修飾的雷射輻射 造成電漿調節以修改該固體，其中在修飾製造時期414保持該電漿，其中從雷射脈衝開端起到恰在電漿調節之前有該雷射輻射至少部分通過該固體的傳輸時期403，其中該電漿調節在電漿調節時期412內發生，其中對電漿作用的雷射輻射至少大多且較佳為被該電漿完全吸收及/或反射及/或散射，其中在修飾製造期間，包含修飾製造時期414、傳輸時期403、及電漿調節時期(尤其是電漿點燃與加熱)的總時間相當於雷射輻射脈衝期間之至少70%，其中脈衝期間小於100奈秒，尤其是小於10奈秒或小於5奈秒或小於3奈秒或小於2奈秒或小於1奈秒。該雷射輻射在焦點產生界定輻射強度而造成界定電子密度，其中在修飾製造時期內的焦點中電子密度超過預先界定的底限值，其中傳輸時期短於70奈秒。傳輸時期可較佳為短於2奈秒，尤其是短於1奈秒或0.75奈秒或0.5奈秒。
第12圖顯示電子密度450如時間401函數之曲線。元件符號451表示電漿開始點，即形成電漿且吸收、反射、及散射雷射輻射的時刻，即電漿啟動而降低或防止雷射光束被傳輸到金屬層或金屬結構或電氣元件的時刻。此元件符號表示最大電子密度。電子電漿較佳為隨雷射輻射振盪。
在有吸收核的情況，電子密度在脈衝啟動後較急劇增加，結果傳輸時期403變短。在此情形，元件符號453表示已存在的非晶晶體區域進行線性吸收。
因此，一種在固體1內部製造修飾9的進一 步方法亦為可行的。此進一步方法較佳為包括將雷射29之雷射輻射14經由固體1的第一表面8引入固體1內部的步驟。固體1較佳為形成晶體結構。雷射輻射14在固體1內部的產生面4上的預定位置處製造修飾9。第二表面81較佳為平行第一表面8而提供。較佳為由修飾9製造多個線性形狀103，尤其是切割線。固體1較佳為在特定修飾9的區域中發展次臨界裂縫，其中正交特定線性形狀的縱向延伸方向之次臨界裂縫具有小於150微米，尤其是小於120微米或小於110微米或小於90微米或小於75微米或小於60微米的平均裂縫長度。雷射輻射較佳為以界定方式偏光，尤其是線性偏光，其中雷射輻射14的偏光方向特佳為相對固體1的晶軸按界定角度或以界定角範圍定向。另外或任選，藉雷射光束14在固體1內部製造的修飾9的縱向延伸方向R係按相對在產生面4與晶格面6之間的界面處生成的交叉線10之界定角度或以界定角範圍定向。
用於各修飾的雷射輻射較佳為造成電漿調節以修改該固體。較佳為在修飾製造時期414保持該電漿，其中從雷射脈衝開端起到恰在電漿調節之前有該雷射輻射至少部分通過該固體的傳輸時期403，其中該電漿調節在電漿調節時期內發生，其中對電漿作用的雷射輻射至少大多且較佳為被該電漿完全吸收及/或反射及/或散射。電漿調節時期的長度較佳為在傳輸時期到修改時期之間，且可為非常小，尤其是短於1奈秒或短於0.1奈秒或短於0.01奈秒。包含修飾製造時期414、傳輸時 期403、及電漿調節時期(未描述)(尤其是電漿點燃與加熱)的總時間較佳為小於10奈秒，尤其是小於4奈秒。該雷射輻射因此較佳為在焦點產生界定輻射強度而造成界定電子密度，其中焦點中電子密度大到足以使傳輸時期特佳地比修飾製造時期短。因此，在修飾製造時期期間，電漿發生相轉變，尤其是由於熱效應，尤其是將該固體加熱到相轉變溫度之值或以上。
其較佳為非常精確地設定雷射脈衝邊緣，即雷射脈衝增加到其最大值或從最大值下降到低於限度值之時序範圍，以及以個別雷射脈衝曲線設定個別雷射強度分布。對於光譜擴大脈衝，例如由於所謂的「線性變頻(chirp)」而可得到偏離高斯外形的不對稱強度分布，其為即時補償之個別雷射輻射頻率的陣列。
第13圖顯示此替代性焦點400中輻射強度曲線如時間401函數，即具有有利性質之理想脈衝形狀。由於輻射強度急劇增加，傳輸時期403非常短，結果相當少的輻射可被傳輸到金屬層或金屬結構或電氣元件。由於修改時期的長度，其較佳為同樣非常精確地設定，而可非常精確地控制修飾設計。
本發明因此關於一種在複合結構83內部製造微裂縫9的方法。本發明的方法較佳為至少包括下列步驟：提供或製造複合結構83，其中複合結構83具有固體1、及位於或提供於固體1一側上的至少一金屬塗層及/或電氣元件82，且在另一側上形成平坦表面8，其中固體1含有或係由碳化矽(SiC)製成；在固體1內部製 造修飾9，其中將雷射輻射14經由平坦表面8引入固體1中，其中雷射輻射14造成多光子激發，其中該多光子激發造成電漿產生，其中該修改係藉電漿以材料轉變形式進行，其中該材料轉變在固體1中產生壓縮應力，其中固體1在特定修飾9的周圍區域發展次臨界裂縫，其中修飾9係在距金屬塗層及/或電氣元件82小於150微米處製造，其中雷射輻射14係以脈衝引入固體1中。脈衝的脈衝強度較佳為在特定脈衝啟動後10奈秒內達到最大脈衝強度。

Claims (15)

  1. 一種在複合結構(83)內部製造微裂縫(9)的方法，其至少包含下列步驟：提供或製造複合結構(83)，其中複合結構(83)具有固體(1)、及位於或提供於固體(1)一側上的至少一金屬塗層及/或電氣元件(82)，且在另一側上形成平坦表面(8)，其中固體(1)含有或係由碳化矽(SiC)製成；及在固體(1)內部製造修飾(9)，其中將雷射輻射(14)經由平坦表面(8)引入固體(1)中，其中雷射輻射(14)造成多光子激發，其中該多光子激發造成電漿產生，其中該修改係藉電漿以材料轉變形式進行，其中該材料轉變在固體(1)中產生壓縮應力，其中固體(1)在特定修飾(9)的周圍區域發展次臨界裂縫，其中在距金屬塗層及/或電氣元件(82)小於150微米處製造修飾(9)，其中將雷射輻射(14)以脈衝引入固體(1)中，其中該脈衝的脈衝強度在特定脈衝啟動後10奈秒內達到最大脈衝強度。
  2. 如請求項1的方法，其中 各脈衝將能量E引入固體(1)中，其中電漿產生及/或已製造的微裂縫造成特定脈衝的能量E之最大20%，尤其是最大15%或最大10%或最大5%或最大1%或最大0.5%，被傳輸通過固體直到該金屬塗層及/或電氣元件。
  3. 如請求項1或2的方法，其中各脈衝之電漿在脈衝啟動後的時間x內產生，其中x比脈衝期間y短，及x小於10奈秒，尤其是小於7.5奈秒或小於5奈秒或小於3奈秒或小於2奈秒或小於1奈秒或小於0.75奈秒或小於0.5奈秒，及其較佳為應用x<0.5*y，尤其是x<0.2*y或x<0.1*y或x<0.05*y或x<0.01*y。
  4. 如以上請求項中任一項的方法，其中該光束品質(M 2)小於1.4，尤其是小於1.3或小於1.2或小於1.1。
  5. 如請求項3的方法，其中雷射輻射(14)係以小於9奈秒，尤其是小於8奈秒或小於7奈秒或小於6奈秒或小於5奈秒或小於4奈秒或小於3奈秒或小於2奈秒或小於1.8奈秒或小於1.6奈秒或小於1.4奈秒或小於1.1奈秒或小於0.9奈秒或小於0.75奈秒或小於0.6奈秒或小於0.5奈秒或小於0.4奈秒的脈衝期間產生。
  6. 如以上請求項中任一項的方法，其中脈衝的輻射強度達到最大之後的最短期間為10皮秒，尤其是至少50皮秒或至少100皮秒或500皮秒或1奈秒，尤其是用於產生熱程序，及輻射強度超過50%的最長期間為25奈秒，尤其是15奈秒或10奈秒或7.5奈秒或5奈秒或3.5奈秒或2.5奈秒或2奈秒。
  7. 如以上請求項中任一項的方法，其中雷射輻射(14)係以界定方式偏光，尤其是線性偏光，其中該雷射輻射的偏光方向係相對該固體的晶軸按界定角度，尤其是0°或90°的固定角度，或按界定角範圍，尤其是-20°至20°或-10°至10°或-5°至5°或-1°至1°或70°至110°或80°至100°或85°至95°或89°至91°，或按角度<30°或按角度<20°或按角度<15°或按角度<10°或按角度<5°定向。
  8. 如以上請求項中任一項的方法，其中藉雷射光束(14)在固體(1)內部製造的修飾(9)的縱向延伸方向(R)係相對在尤其是製造該修飾的平面(產生面)之間的假想或虛擬界面處生成的交叉線(10)、及尤其是在晶格面(6)中生成的假想或虛擬交叉線(10)，按界定角度，尤其是0°或90°之固定角度，或按界定角範圍，尤其是-20°至20°或-10°至10°或-5°至5°或-1°至1°或70°至110°或80°至100°或85°至95°或89°至 91°定向。
  9. 如以上請求項中任一項的方法，其中雷射輻射(14)經由至少一光學組件引入固體(1)中，其中該光學組件，尤其是透鏡，具有大於0.4，尤其是大於0.5或0.6或0.7或0.8或0.9之數值孔徑，其中在穿透到固體(1)中之前，雷射輻射(14)較佳為經引導通過浸漬流體，尤其是浸漬溶液，其中當使用浸漬流體時，NA較佳為大於1，尤其是大於1.1或1.2或1.3，且較佳為至多2。
  10. 如以上請求項中任一項的方法，其中個別修飾(9)在該固體的縱向方向(Z)具有最大延伸，其中修飾(9)之最大延伸在各情形較佳為小於100微米，尤其是小於80微米或小於70微米或小於60微米或小於50微米或小於40微米或小於30微米或小於20微米或小於15微米或小於10微米或小於8微米或小於6微米或小於5微米或小於4微米或小於3微米或小於2微米或小於1微米或小於0.5微米。
  11. 如以上請求項中任一項的方法，其中其製造複數個修飾(9)以形成一線性形狀(103)或多個線性形狀(103)，尤其是一切割線或多條切割線，其中該次臨界裂縫在正交特定線性形狀(103)的縱向延伸方向具有小於150微米，尤其是小於120微米或 小於110微米或小於90微米或小於75微米或小於60微米或小於50微米或小於40微米或小於30微米或小於25微米的平均裂縫長度。
  12. 如以上請求項中任一項的方法，其中2個緊鄰線性形狀(103)之間的距離在各情形均小於400微米，尤其是小於300微米或小於250微米或小於200微米或小於150微米或小於100微米或小於75微米或小於50微米或小於40微米或小於30微米或小於25微米或小於20微米或小於15微米或小於10微米。
  13. 如以上請求項中任一項的方法，其中將繞射光學組件(DOE)置於在雷射輻射(14)穿透到固體(1)中上游的雷射輻射(14)路徑中，雷射輻射(14)被DOE分割成多條光路徑而製造多焦點，其中DOE製造小於或等於50微米，尤其是小於或等於30微米或小於或等於10微米或小於或等於5微米或小於或等於3微米，較佳為長200微米的像場曲度，其中DOE同時產生至少2，且較佳為至少或正好3或至少或正好4或至少或正好5或至少或正好或至多10或至少或正好或至多20或至少或正好或至多50或至多100個用以改變固體(1)的材料性質的焦點。
  14. 一種在複合結構(83)內部製造微裂縫的方法達成，其至少包含下列步驟： 提供複合結構(83)，其中複合結構(83)具有固體(1)、及位於或提供於固體(1)一側上的至少一金屬塗層及/或電氣元件(82)，且在另一側上形成平坦表面，其中固體(1)含有或係由碳化矽(SiC)製成；及在固體(1)內部製造修飾(9)，其中將雷射輻射(14)經由該平坦表面引入固體(1)中，其中雷射輻射(14)造成多光子激發，其中該多光子激發造成電漿產生，其中修改(9)係藉電漿以材料轉變形式進行，其中該材料轉變在固體(1)中產生壓縮應力，其中固體(1)在特定修飾(9)的周圍區域發展次臨界裂縫，其中修飾(9)係在距該金屬塗層及/或電氣元件(82)小於150微米處製造，其中雷射輻射(14)係以脈衝引入固體(1)中，其中各脈衝將能量E引入固體(1)中，其中電漿產生及/或已製造的微裂縫造成特定脈衝的能量E之最大20%，尤其是最大15%或最大10%或最大5%或最大1%或最大0.5%，被傳輸通過固體(1)直到金屬塗層及/或電氣元件(82)。
  15. 一種從複合結構(83)分離至少一固體層(2)的方法，其至少包含下列步驟： 進行如以上請求項中任一項的方法，將外力引入該複合結構中，尤其是固體(1)中，以在固體(1)中產生應力，及/或在固體(1)中產生內力，該外及/或內力強到足以沿分離區域(8)造成裂縫傳播或次臨界裂縫結合。
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