TW202235242A - 製造基板的方法及其系統 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種製造基板(10)的方法及系統(1)，特別是用於製造半導體基板。以一雷射(11)照射在一毛胚(20)內形成具有複數空穴(13)的一預設斷裂層(12)(S1)。使一分離介質(15)進入空穴(13) (S2)，同時空穴(13)因分離介質(15)的膨脹而變大(S3)。

Description

製造基板的方法及其系統

本發明涉及一種製造基板的方法及系統，特別是製造半導體基板的方法及系統。

基板，特別是半導體基板（例如半導體晶圓），是半導體元件的基本組成部分，例如應用於開關電源部件、變壓器、電動汽車及充電站的驅動、及／或高速通訊、自動駕駛、雷達應用、及／或其他類似場合的半導體元件。

通常是從毛胚（例如矽晶錠）分離出一個層來製造基板，特別是半導體基板，例如半導體晶圓。為此有多種已知的磨損分離方法，這些方法是利用金屬線鋸或孔鋸從毛胚中切割出基板。視所使用的切割方法而定，因金屬線或孔鋸的厚度造成的材料損失（也稱為「截口損失」）相當於一厚度約150 µm至200 µm的薄片。如果基板的厚度在380 µm左右的厚度，也就是製造半導體基板典型的厚度，則這個材料損失是很顯著的。此外，切割的一個風險是可能損及毛胚或從毛胚切割出的基板的邊緣。

與上述缺點無關的另一個缺點是已知的分離方法通常非常耗時。特別是切割堅硬的材料，例如碳化矽 (SiC) 或其他化合物半導體材料，光是切割過程可能就需要好幾個小時。接著可能還需要進行同樣非常耗時的打磨過程，以使基板表面的切割損傷至少減輕一部分。

在這樣的背景下，本發明的目的的是改良基板的製造，特別是半導體基板的製造，特別是縮短製造時間及／或提高製造效率。

採用本發明之獨立項的方法及系統即可達到上述目的。

附屬項及以下之說明的標的為本發明的較佳實施例。

根據本發明的第一態樣提出一種製造基板的方法，特別是製造半導體基板的方法，是以一雷射照射在一毛胚內形成具有複數空穴的一預設斷裂層。本發明的方法是使一分離介質進入空穴，空穴會因分離介質的膨脹而變大。特別是空穴因分離介質的膨脹，可以構成一個穿過整個毛胚的連續的預設斷裂面。

在本發明中，所謂分離介質的膨脹較佳是指分離介質的內壓升高。換句話說，分離介質的膨脹並非一定導致分離介質的體積變大，或至少是不只會導致分離介質的體積變大。分離介質的膨脹可能同時導致分離介質的內壓升高及體積變大。

在本發明中，所謂預設斷裂層較佳是指一個比其相鄰層脆弱的材料層。例如，只需以較小的力就可以將預設斷裂層內的材料連接分開或破壞。

本發明的採用一個手段是在毛胚內部產生一個壓力，以進一步削弱預設斷裂層，或甚至將一部分毛胚在預設斷裂層上分離出來作為基板。一種合理的作法是在預設斷裂層的範圍使分離介質進入毛胚，然後改變分離介質的體積，例如使分離介質的體積突然增大。這個過程在毛胚內產生的壓力，特別是突然變大的壓力，可以削弱仍存在於預設斷裂層內的材料連接。此處所稱的削弱相當於損壞材料連接，或至少是使材料連接部分分離。在某些情況下，削弱也可以達到材料連接完全分離的程度。換句話說，一種可能的方式是透過分離介質在預設斷裂層的體積改變，在毛胚的一個端面和預設斷裂層之間「炸開」一個材料層。透過削弱預設斷裂層至少可以使後續的機械分離變得比較容易，例如施加拉力產生分離。

與此無關的是，不論預設斷裂層是否只是被所產生的內壓削弱，或預設斷裂層上方的是材料層整個被分離，相較於傳統的（磨損）分離方法，本發明的方法的造成的材料損失都明顯較小，因此可以獲得的產量（產出）明顯較高。同時也可以降低製造成本。

此外，削弱預設斷裂層還可以更好的將預設斷裂層上方的材料層分離。這樣做可以避免或至少是減少所謂的晶圓斷裂，因此也可以減少在分離的基板上需要進行的研磨工作。這也有助於產量的明顯提升。

較佳是以雷射照射到毛胚內形成預設斷裂層。例如，將雷射的照射到毛胚內的方式可以使預設斷裂層的走向大致平行於毛胚的一個端面。預設斷裂層較佳是定義毛胚內的一個材料層，這個材料層是在從毛胚材料分離出一個基板後形成的，其中從毛胚材料分離出基板是透過分離介質的膨脹削弱預設斷裂層來達成，或至少是在透過分離介質的膨脹削弱預設斷裂層的協助下達成。

預設斷裂層較佳是具有複數個因照射雷射形成的空穴。換句話說，雷射照射的方式較佳是可以形成複數空穴。這複數個空穴構成預設斷裂層或至少有一部分空穴位於預設斷裂層內。預設斷裂層和端面（之後的基板）之間的材料層較佳是經由空穴之間的材料與毛胚的其他部分連接。

可以使分離介質進入這些空穴，然後使空穴膨脹，這樣空穴就會變大。空穴變大可以削弱預設斷裂層。

例如，照射過雷射後，殘留在預設斷裂層內的材料連接被削弱，因而導致預設斷裂層被削弱。材料連接較佳是連接毛胚位於預設斷裂層上方的部分（之後的基板）和毛胚位於預設斷裂層下方的部分。因此在照射過雷射後，材料連接可以在一定程度上作為不同的毛胚部分之間的連接橋樑。分離介質的膨脹可以進一步削弱材料連接，例如稀釋材料連接或至少使材料連接部分分離。特別是可以經由膨脹在材料連接中形成更多裂縫。這些裂縫較佳是擴大原先已存在的空穴。

可以將空穴理解為在毛胚內形成的封閉空間。為了使分離介質進入，較佳是形成一個與空穴的連接，例如利用雷射打開空穴。但較佳的方式是直接形成「開放體積」的空穴，也就是與毛胚的周圍有連接的空穴。接著就可以從毛胚周圍使分離介質進入空穴。

較佳是將本發明的方法用於以碳化矽製造均勻的基板，特別是晶圓。但是也可以將本發明的方法用於以其他對電磁輻射具有適當波長之透明材料製造基板。例如應用於氮化鎵(GaN)、藍寶石(Al ₂O ₃)、或其他化合物半導體的毛胚。以本發明的方法分離出的基板可以用於製造發光二極體、二極體、以及電晶體，也可以用於高頻應用，但如G5天線或微波發射器。

較佳是利用本發明的方法製造特別薄的基板，也就是最小厚度目前受限於傳統切割製程無法再降得更小的基板。例如一種可能的方式是，利用本發明的方法製造用於移動通訊或其他光學應用的藍寶石攝像機透鏡，例如封裝CCD傳感器。

以下將說明本發明的各種較佳的實施例及其改良方式，如果沒有特別說明，這些實施例及改良方式都可以彼此任意組合，以及與以下描述的本發明的特徵組合在一起。

於一較佳實施例中，分離介質是一種流體。換句話說，分離介質可以是氣態或液態。因此很容易就可以使分離介質進入空穴。例如，只要設定好濃縮梯度，分離介質很容易就可以流入空穴，而且不會對毛胚造成任何影響。特別是分離介質也可以擴散進入空穴。

於再一較佳實施例中，空穴形成後，使分離介質進入空穴，以取代存在於空穴內的氣體。例如，照射雷射形成空穴後，空穴可能會被周圍空氣填滿，然後這些周圍空氣再被分離介質取代。這樣做是有利的，因為體積變化通常是由介質來完成。以分離介質取代可能會有疑慮的未知氣體混合物，也就是周圍空氣，可以確保空穴是被具有特定的行為特性的分離介質填滿。特別是這樣做可以預測及／或控制分離介質在毛胚內膨脹產生的內壓。換句話說，以分離介質取代周圍空氣後，就能夠可靠的達到在毛胚內產生特定內壓的特定膨脹。

例如，為了取代存在於空穴內的氣體，可以將分離介質吹入空穴，以便使分離介質將空穴內的氣體擠出。但較佳的方法是將空穴內的氣體抽出，然後再使分離介質流入或擴散入基本上已被抽空的空穴。這樣就可以確保空穴內基本上只有分離介質，及／或分離介質非常均勻的分佈在空穴內。

於再一較佳實施例中，在照射過雷射後，殘留在預設斷裂層內的材料連接因分離介質的膨脹至少被部分分離。分離介質較佳是快速膨脹，特別是突然膨脹。例如，所謂快速膨脹是指在恆溫下，分離介質的體積在數秒內膨脹兩倍。快速膨脹可以是在10秒內、較佳是在5秒內、或最佳是在2秒內完成。特別是膨脹的速度可以大於分離介質經由毛胚邊緣的開口從空穴流出的速度。由於殘留的材料連接至少被部分分離，因此能夠可靠的達到削弱預設斷裂層的目的。

在某些情況下，膨脹造成的材料連接分離也會將預設斷裂層上方的材料層「炸開」。此時空穴會一直膨脹到空穴之間形成連接為止。這樣就可以有效的降低將毛胚在預設斷裂層分離或從毛胚分離出基板所需的力。

於再一較佳實施例中，分離介質的膨脹是因為溫度變化所造成。例如，可以將分離介質加熱或冷卻。如果是以氣體作為分離介質，較佳是加熱使這種氣體膨脹。如果分離介質是水 (H ₂O)，較佳是將水冷卻（充分利用水的變態）使其膨脹。

一種合理的方式是快速產生溫度變化。換句話說就是冷卻速度或加熱速度非常快。冷卻速度或加熱速度較佳是在30 K/s至70 K/s之間，或最佳是大約50 K/s。例如，可以使冷卻裝置或加熱裝置與基板直接接觸，及／或以來自適當的輻射源的電磁輻射照射基板，以達到快速改變溫度的目的。這樣就可以可靠的削弱預設斷裂層。特別是可以將基板大致整個從毛胚分離出來。

透過溫度變化使分離介質膨脹的優點是可以用很低的成本達到目的。此外，溫度變化可以使分離介質均勻的膨脹。

也可以利用超音波及／或微波附加或替代溫度變化，使分離介質膨脹。換句話說，一種可能的方式是照射超音波及／或微波附加或替代溫度變化。特別是可以用超音波及／或微波照射毛胚，以使空穴內的分離介質膨脹。超音波及／或微波可以在很短的時間內將很高的能量輸入分離介質，因此能夠達到快速膨脹、特別是突然膨脹的效果。使用超音波及／或微波可以在數秒內達到膨脹的效果，也就是說可以在10秒內、較佳是5秒內、或最佳是2秒內達到膨脹的效果。這樣就可以可靠的削弱預設斷裂層，或甚至是在預設斷裂層將毛胚分離。

於再一較佳實施例中，雷射的一個焦點較佳是連續沿著預設斷裂層上的許多線條移動。由於能量是沿著這些線輸入毛胚，因此會在毛胚內形成可被分離介質填滿的通道。毛胚內的空穴或通道較佳是「在一個渠道中」形成。這樣就可以縮短製程時間，以提高生產效率。此外，這樣還可以使通道達到均勻的分佈及／或大小，特別是使整個預設斷裂面具有均勻的空穴結構。

導引雷射焦點的方式較佳是使通道對毛胚的周圍環境打開。換句話說，通道較佳是通到毛胚的外表面進入周圍環境。這樣就可以很容易的使分離介質進入毛胚。

為了進一步縮短製程時間，可以另外設置至少一個雷射源，新設雷射源的雷射可以是平行於原有雷射源的雷射，也可以是以與原有雷射源的雷射夾一適當角度的方式射入毛胚。

於再一較佳實施例中，射入的雷射具有下列參數值或是由下列參數值所形成：

(i) 功率在10 mW至10 W之間，例如7 W，較佳是0.1 W；(ii) 波長在900至1100 nm之間，例如1064 nm，較佳是1030 nm；(iii) 能量密度在10 ¹⁰W/cm ²至10 ⁷W/cm ²之間，例如1.78·10 ⁷W/cm ²，較佳是2.55·10 ⁷W/cm ²；(iv) 最大強度在10 ¹⁰W/cm ²至 10 ¹⁴W/cm ²之間，例如1.37∙10 ¹¹W/cm ²，較佳是5.24∙10 ¹³W/cm ²；(v) 雷射直徑在3 mm至5 mm之間，較佳是4 mm；(vi) 焦點直徑在1 µm至3 µm之間，較佳是2 µm；(vii) 移動速度在30 mm/s至200 mm/s之間，較佳是在30 mm/s至100 mm/s之間，或最佳是在40 mm/s至50 mm/s之間；(viii) 脈衝寬度在10 fs至10 ns之間，例如4 ns，較佳是在100 fs至200 fs之間； (ix) 脈衝頻率在1 kHz至10 MHz之間，例如10 kHz，特別是10 kHz至1000 kHz之間；及／或 (x) 脈衝到脈衝間距在1 µm至10 µm之間，例如5 µm。例如，可以利用奈秒纖維雷射或具有脈衝串的飛秒固體雷射獲得這些參數。這些參數值能夠可靠的在毛胚內形成供分離介質填滿的開放空間。特別是以這種方式產生的雷射可以影響毛胚材料的晶格。晶格這種可以被定義的局部損壞導致毛胚內形成裂縫狀的通道。

於再一較佳實施例中，分離介質是一種在溫度上升時會大幅膨脹，但同時也具有很高的黏滯性的流體。使用這樣的流體可以使因分離介質膨脹產生的壓力需要經過更長的時間延遲後才能消退，例如經由打開毛胚邊緣的空穴使壓力消退。換句話說，可以使用一種使空穴的電導很低的流體作為分離介質，其中這種流體是由大的原子或分子（特別是長鏈分子）構成。較佳是使用密度大於0.6 g/ml及／或黏滯性大於0.7 mN·s·m ^-2的流體作為分離介質。

一種替代的作法是以具有異常現象的流體（例如水）作為分離介質，此處所稱的異常現象是指流體在一特定溫度下的體積大於在更高溫度下的體積，因而在空穴內形成內壓力，這個內壓力導致殘留在所形成的空穴之間的材料連接分離。

於再一較佳實施例中，經過雷射照射後，使毛胚處於真空。換句話說就是降低毛胚周圍的環境壓力。例如可以將壓力降低到大約10 ^-2mbar。這樣空穴內的（氣體）壓力就會下降，或是在形成預設斷裂層後，將留在空穴內的氣體“吸出去“。這樣就可以使所形成的空穴不會含有氣體分子。

接著將分離介質導入真空，以使分離介質進入空穴。由於空穴內的壓力大幅降低，分離介質可以毫無困難的流入空穴。

理論上另一種可能的替代作法是使分離介質在大氣壓力或高於大氣壓力的狀態下擴散到空穴內。這樣做的優點是可以省下之前使毛胚處於真空的步驟。不過這樣做要使分離介質在空穴內的濃度達到足以使分離介質膨脹的程度，可能需花費較長的時間。

於再一較佳實施例中，在照射過雷射後，將毛胚放到一個可抽真空的處理室內。處理室內可以形成真空，因而使毛胚處於真空。在處理室內形成真空後，較佳是將分離介質引入處理室，直到達到預定的分離介質壓力為止。例如較佳是將壓力為1200 mbar的氣態分離介質引入真空度為10 ^-1mbar的處理室。一種替代作法是將液態分離介質（例如水）引入處理室。這樣就可以確保有足量的分離介質流入空穴及／或分離介質均勻的分佈在空穴內。

在空穴被分離介質填滿後，將毛胚從處理室中取出，然後加熱或冷卻毛胚，使空穴內的分離介質膨脹。一種替代作法是將毛胚留在處理室中。

於再一較佳實施例中，空穴因重複膨脹的分離介質而逐步變大。特別是這樣可以逐步削弱預設斷裂層。一種合理的作法是使分離介質膨脹多次，但每一次都僅使空穴內的壓力升高一點。這樣可以產生一個謹慎的分離過程，以避免分離出的基板受損，或至少是減輕受損的程度。

於再一較佳實施例中，在空穴因分離介質的體積改變而變大後，以機械分離力將基板分離出來，而且較佳是整個分離出來。此處所謂的機械分離力是指施加在毛胚上的外部作用力。與此相反的是，因分離介質膨脹產生的作用力是一種熱力分離力。

在分離介質發生膨脹後，機械分離力較佳是作用在殘留在預設斷裂層的材料連接。特別是機械分離力可以破壞材料連接，因而使基板分離出來。

機械分離力較佳是由以下方式產生：(i) 將毛胚平行於預設斷裂層剪開，(ii) 將毛胚繞一垂直於預設斷裂層的軸扭轉，特別是繞（圓柱形）毛胚的一個縱軸扭轉，(iii) 垂直於預設斷裂層的方向的拉力，(iv) 照射超音波，及／或(v) 對預設斷裂層施加分離力，例如壓入分離楔。

於本發明的一種替代實施例，直接以機械分離力將基板分離出來，無需利用分離介質的膨脹將空穴變大。原則上可以先以雷射照射在毛胚內形成具有複數空穴的一預設斷裂層。接著可以用如前面描述的機械分離力將預設斷裂層和毛胚的一個端面之間的一個材料層分離出來作為基板。另一種可能的方式是以下列方式將毛胚「直接」分離：(i) 剪開，(ii) 扭轉，(iii) 拉力，(iv) 超音波，及／或(v) 在形成預設斷裂層後，施加分離力。因此無需使用分離介質。

於再一較佳實施例中，將毛胚的第一端面與一個基板支架連接，毛胚位於第一端面對面的第二端面與一個毛胚支架連接。這個連接可以是在預設斷裂層形成之前進行，或是在預設斷裂層形成之後進行。例如，在形成預設斷裂層之後，在基板支架及／或毛胚支架的協助下，很容易就可以把毛胚放入處理室或是從處理室取出。此外，在分離介質膨脹後，基板支架可以將分離出來的基板固定住，而且不會傷及基板。

毛胚較佳是經由黏合與基板支架及／或毛胚支架連接。毛胚較佳是與基板支架及／或毛胚支架黏合。也就是說，作用在毛胚與基板支架及／或毛胚支架之間的整個連接面上的黏膠的黏合力大致相同。這樣就可以可靠的分離出很薄的基板，例如厚度小於150 µm的基板，而且不會出現裂紋。

機械分離力較佳是經由基板支架或毛胚支架的變形而產生。基板支架或毛胚支架的變形較佳是同心的，以確保這個變形在預設斷裂層的邊緣產生分離力，並向中央傳播。例如，可以將一個槓桿作用在基板支架或毛胚支架上的適當區域，以產生這樣的變形，其中這個適當區域是指基板支架或毛胚支架從側面伸出毛胚之外的區域。一種替代方式是以一個作用在基板支架中心的壓力產生這樣的變形。例如，可以將基板支架拉緊在一個凸起的拱形表面上，以產生這個壓力。

於再一較佳實施例中，利用一個傳感器裝置偵測形成預設斷裂層時被反射的雷射，並根據獲得的傳感器數據計算出基板的品質。例如可以利用傳感器數據找出毛胚中的夾雜物或其他缺陷位置。此外還可以從傳感器數據繪出圖形，再利用已知的演算法進行處理。必要時可以根據計算出的品質剔除不良的基板或整個毛胚。

本發明第二態樣提出一種製造基板的系統，特別是製造半導體基板的系統，此系統具有一個雷射裝置，其作用是將雷射照射到毛胚，使毛胚內形成具有複數空穴的預設斷裂層。此外，系統還具有一個供給裝置及一個活化裝置，其中供給裝置的作用是使分離介質進入空穴，活化裝置的作用是使分離介質在空穴內膨脹，以使空穴變大。例如，活化裝置可以使空穴內的分離介質膨脹，以使照射雷射後殘留在預設斷裂層的材料連接至少被削弱，也就是說至少被部分分離。

這個系統可以使利用拉力將基板與毛胚完全機械分離的作法變得更簡單。相較於傳統的（磨損）分離方法，這個系統造成的材料損失都明顯較小，因此可以相應的提高從毛胚分離出基板的產量。

除了雷射裝置、供給裝置及活化裝置外，還可以設置一個分離裝置，其作用是將在預設斷裂層中的毛胚分離，特別是整個分離。

以下將配合圖式對本發明做進一步的說明。在以下的說明中，具有相同作用的元件均以相同的元件符號標示。本發明的範圍不受限於附圖說明的實施例，包括功能性的特徵亦不受限制。前面以及下面配合圖式的說明有許多特徵會在附屬項中形成多種組合並重複出現。熟習該項技術者也可單獨看待這些特徵及前面和以下附圖揭露的所有其他特徵，並從中發展出許多有意義的組合。特別是所有提及的特徵都能夠單獨或以任意適當的組合與本發明的第一態樣的製造方法和本發明的第二態樣的系統組合在一起。

圖1顯示一個製造基板的系統1，特別是用於製造半導體基板。系統1具有一個雷射裝置2、一個供給裝置3、以及一個活化裝置4。此外，可以選擇性地為系統配置一個分離裝置5。

雷射裝置2的作用是將雷射射入毛胚，例如矽晶錠。雷射裝置2可以將雷射射入毛胚，目的是在毛胚內形成一個預設斷裂層。預設斷裂層具有複數空穴，其中至少有一部分空穴位於預設斷面層12內。

供給裝置3的作用是使分離介質進入空穴。為此供給裝置3具有一個處理室6，以便將經過雷射處理的毛胚置於處理室內，並使其處於真空。特別是，供給裝置3的作用是在處理室6內形成真空，然後使分離介質進入（真空的）處理室6。

活化裝置4的作用是使空穴內的分離介質膨脹，因而使空穴變大。較佳是將活化裝置4設置於處理室6內，及／或能夠作用在處理室6內的分離介質上，特別是作用在毛胚的空穴內的分離介質上。

特別是，活化裝置4可以透過分離介質的膨脹，使毛胚在預設斷裂層分離。換句話說，活化裝置4的作用是使空穴內的分離介質膨脹，直到空穴的體積變大到使一個材料層（基板）從毛胚分離出來為止。

例如，利用系統1可以執行以下的製程：

將毛胚6放入處理室6，其中處理室6被透明封蓋封住，例如玻璃板。接著使雷射裝置2產生的雷射穿過透明封蓋照射到毛胚。接著將處理室6抽真空，直到達到預定的負壓（例如10 ^-2mbar）為止。然後將分離介質引入真空的處理室，較佳是直到處理室6內的壓力大致達到大氣壓力的程度為止。接著利用活化裝置4使毛胚內的分離介質膨脹，例如加熱膨脹。例如，可以將活化裝置4設置在處理室內，且活化裝置4具有一個鹵素燈。一種替代方式是將毛胚急速冷卻，特別是冷凍，以使分離介質膨脹。為此活化裝置4可以具有一個穿過處理室6的冷卻劑管路，特別是穿過處理室6內的毛胚所在的底部的冷卻劑管路。接著就可以利用經冷卻劑管路抽送的冷卻劑將這個底部冷卻，例如冷卻到-10°C。

選擇性的分離裝置5的作用是使毛胚整個從預設斷裂層分離，因此如果活化裝置3僅能進一步削弱預設斷裂層，就可以考慮設置分離裝置5。分離裝置5可以產生機械分離力，以便將分離介質膨脹後殘留在預設斷裂層的材料連接分離。

圖2顯示製造基板10（特別是半導體基板）的方法的第一個步驟S1的實施例。第一個步驟S1是以雷射11照射此圖中僅部分顯示的毛胚20，目的是在毛胚20內形成一個預設斷裂層12。預設斷裂層12較佳是具有複數空穴13。在這個例子中，圖式中如通道般的虛線代表預設斷裂層12內的空穴13。

雷射11較佳是具有基本上能通過毛胚材料的波長。例如，雷射波長為1064 nm，毛胚材料對雷射11的吸收係數是1062 m ^-1。這樣雷射11就可以有效的到達應從毛胚20分離出來的材料層（以下稱為基板10）所在的深度，並形成預設斷裂層12。

例如，波長為1064 nm的雷射，特別是1030 nm的雷射11，基本上能夠以未被削弱的380 µm，特別是最多到1000 µm，進入碳化矽(SiC) 製的毛胚20。與此相應的，可以形成一個能夠在其上從毛胚20分離出厚度在150 µm至300 µm之間（必要時可以更厚）的基板10的預設斷裂層12。

為了形成空穴13，雷射11的焦點14（特別是雷射射束）較佳是沿著預設斷裂層12上的許多線條移動。這些線的走向較佳是平行於毛胚20的第一端面。較佳地，這些線也彼此平行，例如由延伸的空穴13，特別是通道，構成一個均勻的條紋圖案。相鄰線條之間的距離或第一個步驟S1形成的通道較佳是在50及200 µm之間，特別是125 µm。

如同前面描述的毛胚材料對雷射波長的透明性，雷射11聚焦在預設斷裂層12上使能量得以輸入毛胚20。這個能量輸入會影響毛胚材料的晶格結構，也就是材料結構。這樣就可以改變能量輸入區域的毛胚材料的光學特性，特別是進一步提高對雷射11的吸收係數，以達到更高的能量輸入。

對晶格結構的影響導致毛胚材料的局部膨脹，因而產生垂直於預設斷裂層12的壓應力，也就是與入射的雷射11平行的壓應力。與此相應的，在這個方向上也會形成拉應力，而且是形成於受雷射11影響的區域之間，特別是焦點14沿著移動的線條之間。

拉應力最後導致毛胚材料分離，也就是在毛胚20內部形成裂紋。由於焦點14是沿著線條移動，因此可以形成通道狀的裂紋。

雷射11的焦點14通過毛胚20所形成的通道較佳是延伸到毛胚20的一個側面，例如延伸到圓柱形毛胚20的外表面。特別是雷射11的入射方式使所形成的通道延伸到毛胚的周圍環境，並能夠在下一個步驟被分離介質填滿，因此無需將空穴13鑽孔。此部分將在後面配合圖4說明。

雖然圖2僅顯示一道雷射，但事實上可以用多道大致彼此平行的雷射照射，以形成空穴13。這樣就可以加速形成預設斷裂層12。此外，這樣還可以避開使單一雷射射束照射在相當大的面積上（例如直徑特別大的毛胚20）會碰到的困難。

同樣的，另一種可行的方式是，以至少另一個雷射或至少另一道雷射射束照射毛胚20，而且其焦點是以另一個角度射入毛胚20。一種附加或替代方式是，使雷射的焦點及／或至少另外一個雷射的焦點以同心圓的方式穿過毛胚20。交叉穿過已形成的空穴13可能出現更高的吸收率，因而使空穴13進一步擴大。

圖3顯示毛胚20內的空穴13的一實施例的剖面圖。此圖中僅部分顯示的毛胚20具有一個預設斷裂層12。預設斷裂層12具有複數空穴13，這些空穴13較佳是在毛胚20內形成彼此平行的通道。在3圖3中，這些通道與圖面垂直。

如在圖2中已詳細說明過，以雷射照射毛胚20可以形成這些通道。例如在雷射焦點區域的毛胚材料23會受到雷射的影響，特別是因雷射而受損，因而在毛胚20內形成通道，也就是空穴13。此圖中的陰影區顯示被雷射損傷的毛胚材料23。受損區的寬度（平行於毛胚20的一個端面21）大約為5 µm至20 µm，特別是15 µm至18 µm，及／或高度（參見圖2，平行於入射的雷射）大約為2 µm至3 µm。通道狀的裂紋通常出現在受損的毛胚材料23周圍，特別是出現在其上方或下方。

以這種方式可以形成寬度大約為50 µm至200 µm，例如125 µm，及／或長度最多為2 µm，特別是最多為3 µm的通道。與寬度或長度無關，所有的通道大致都位於雷射的焦平面上，或至少是直接與雷射的焦平面相鄰，並定義預設斷裂層12。這些通道較佳是位於端面21下方70 µm至80 µm的深度，及／或彼此相距大約125 µm。但是必要時也可以形成位於更深處的通道，例如位於深度在350 µm的通道。

圖4顯示製造基板20，特別是半導體基板的方法的第二個步驟S2的實施例。在步驟S2中，分離介質15（例如一種氣體或液體）被送入毛胚20內的空穴。這些空穴較佳是位於預設斷裂層12，而且是在第一個步驟中因雷射射入毛胚20而形成（參見圖2）。這些空穴較佳是朝毛胚20的周圍環境張開。因此這些空穴可以在毛胚20內形成一個「張開的空間」。

在這個實施例中，為了使分離介質15進入空穴，首先要使毛胚20處於真空。然後將分離介質15引入真空，並將空穴填滿。

較佳是將毛胚20設置在處理室6內。處理室6可以是供給裝置的一部分，或是構成供給裝置（參見圖1）。處理室6較佳是經由一個排放閥7與一個幫浦8連接。同時可以設置一個進入處理室6的分離介質管路。較佳是經由分離介質管路內的一個輸入閥9控制分離介質15的輸入。

當輸入閥9關閉，排放閥7打開，幫浦8可以將處理室6抽真空。例如可以利用幫浦8將處理室內的壓力，也就是毛胚20的環境壓力，降低到10 ^-2mbar或更低。這樣空穴內基本上就不存在殘留氣體，例如在預設斷裂層12形成後滲入空穴的大氣氣體。

當排放閥7關閉，可以打開輸入閥9，將分離介質15引入處理室6。在達到預設的負壓時，例如10 ^-2mbar，較佳是將排放閥7關閉，及／或將輸入閥9打開。接著分離介質15就可以順利的流入空穴，如圖中以虛線繪出的箭頭所示。

圖5顯示製造基板10，特別是半導體基板的方法的第三個步驟S3的實施例。在步驟S3中，先前進入毛胚20之空穴的分離介質（參見圖4）在空穴內膨脹，因而使毛胚20內的空穴變大。由於空穴變大，使毛胚20在預設斷裂層12被有效的分離。

為此毛胚20較佳是仍位於處理室6內，也就是仍位於先前分離介質進入空穴時的處理室內。處理室6較佳是具有一個能夠使空穴內的分離介質膨脹的活化裝置4。

在這個實施例中，活化裝置4是一個加熱裝置，例如加熱線圈、鹵素燈（特別是輻射場）、或陶瓷加熱器。活化裝置4可以改變溫度，目的是使分離介質膨脹。例如，使毛胚20的表面溫度在數秒內升高到500°C或更高。由於毛胚材料（特別是碳化矽之類的半導體材料）的導熱性，熱能可以直接進入預設斷裂層12，並傳輸到分離介質15。空穴內的分離介質突然大幅膨脹在毛胚20內部形成的壓力至少可以進一步削弱預設斷裂層12。特別是這個壓力至少可以將預設斷裂層12內的材料連接部分分離，也就是將基板10與仍與毛胚20的殘留（下方）部分連接的材料分離。這樣在下一個步驟（未繪出）就可以比較容易及／或基板表面受損風險較低的將基板12從毛胚20分離出來。

為了在下一個步驟將基板10從毛胚20分離出來，可以使毛胚20的第一端面21與一個基板支架30連接，同時在第一端面21對面的第二端面22與一個毛胚支架31連接。較佳是在第二個步驟S2（參見圖4）之前就將基板支架30及／或毛胚支架31與毛胚20的端面21，22連接，例如以黏著或其他適當的方法連接。特別是可以在第一個步驟（參見圖2）之前或之後將基板支架30及／或毛胚支架31與毛胚20黏合。

在基板支架30及／或毛胚支架31的幫助下，不只可以對毛胚施加機械分離力，將預設斷裂層12內被削弱的材料連接完全分離，還能夠很容易的將毛胚20放入處理室6，或是從處理室6取出，而且可以降低毛胚20在放入或取出的過程中受損的風險。

例如，可以作用在基板支架30及／或毛胚支架31上，以扭轉或剪開毛胚20。一種附加或替代方式是，可以作用在基板支架30及／或毛胚支架31上，以產生一個垂直於預設斷裂層12的拉力。

同樣的，可以作用在基板支架30及／或毛胚支架31上，以「去除」預設斷裂層12。一種替代方式是，可以將一個凸出的表面拉緊，以使基板支架30或毛胚支架31變形，這樣預設斷裂層12內被削弱的材料連接就會從邊緣開始分離，然後一直分離到中央。透過這種同心作用的分離力，可以非常謹慎的將基板10從毛胚20分離出來。

為了使基板支架30或毛胚支架31能夠產生這樣的變形，基板支架30或毛胚支架31較佳是彈性的，特別是比其他的支架30，31具有更大的彈性。例如，要產生變形的基板支架30或毛胚支架31的彈性模數大約為70 GPa，而其他支架30，31的彈性模數至少是其兩倍，也就是至少是140 GPa。為了產生變形而施力於其中一個支架30，31時，可以將另一個剛性較大的支架31，30固定住。

另一種可行的方式是使分離介質膨脹到將預設斷裂層12內的材料連接大致全完分離的程度，因而使基板10從毛胚20分出來。例如，可以透過足夠快速的溫度變化使分離介質膨脹，將基板10從毛胚20炸開。例如，從以來自適當輻射源（例如鹵素輻射器）的電磁輻射照射，使溫度在數秒內升高到1000°C。在這種情況下就無需進行前面提及的基板12的分離步驟。

較佳是以超音波及／或微波使分離介質膨脹。這種作法可以使分離介質快速膨脹，以便在預設斷裂層12的空穴內形成很高的壓力。因此除了加熱裝置外，可以附加或替代設置一個產生超音波的超音波裝置及／或一個產生微波的微波裝置。

執行圖2、圖4及圖5顯示的S1、S2及S3等步驟可以製造基板，特別是半導體基板，本發明的方法可以改善傳統的製造基板（特別是半導體基板）的方法，特別是以更省事及／或更有效率的方式製造基板。整體而言，S1、S2及S3等步驟可以取傳統的磨損分離方法，例如以金屬線鋸或孔鋸切割毛胚20。本發明的方法不僅可以節省時間，還可以減少材料損耗，也就是所謂的「無截口損失」。

例如，一片直徑150 mm的未經處理的晶圓大約價值1200至1500美金。經過第三個步驟S3削弱預設斷裂層，以避免截口損失後，從毛胚20製成基板10的「產量」提高50%以上。

另外一個優點是可以避開傳統分離方法產生的應力造成的基板厚度限制。目前以傳統分離方法製造的基板10的厚度通常為350 µm，以降低分離時材料內部產生的應力造成斷裂的風險。反之，在分離過程中，透過分離介質的受控制的膨脹，減輕作用在基板10上的力，可以將基板厚度降低30%左右。

這表示避免切割過程中的材料損失，加上基板的厚度變薄，從一片毛胚20獲得的基板產量可以變成原來的兩倍以上。

圖6顯示毛胚20內一個被膨脹的分離介質削弱的預設斷裂層12的一個實施例。分離介質的膨脹較佳導致毛胚20在預設斷裂層12上方的部分與毛胚20在預設斷裂層12下方的部分之間的材料連接16被削弱（參見圖3）。可以將毛胚20在預設斷裂層12上方的部分，特別是毛胚20的第一端面21和預設斷裂層12之間的之間一個材料層，理解為要從毛胚20分離出來的基板10。

特別是分離介質的膨脹還可以使先前因照射雷射在毛胚20內形成的空穴13（特別是彼此平行的通道狀裂紋）變大。換句話說，空穴13的膨脹會導致空穴13之間構成材料連接16的分隔壁變薄。特別是空穴13可以在預設斷裂層12內膨脹。這樣很容易就可以在下一個步驟將基板10分離出來。

在適當的情況下，分離介質的膨脹還可以使毛胚20內的空穴13（特別是彼此平行的通道狀裂紋）彼此連接。因此只需分離介質的膨脹就可以將基板10分離出來。

1:系統 2:雷射裝置 3:供給裝置 4:活化裝置 5:分離裝置 6:處理室 7:排放閥 8:幫浦 9:輸入閥 10:基板 11:雷射 12:預設斷裂層 13:空穴 14:焦點 15:分離介質 16:材料連接 a 20:毛胚 21:第一端面 22:第二端面 23:受損的毛胚材料 30:基板支架 31:毛胚支架 S1:第一個步驟 S2:第二個步驟 S3:第三個步驟

以下至少有部分圖式是僅以示意方式繪出： 圖1顯示製造基板的系統的一實施例。 圖2顯示製造基板的方法的第一個步驟的一實施例。 圖3顯示毛胚內的空穴的一實施例的剖面圖。 圖4顯示製造基板的方法的第二個步驟的實施例。 圖5顯示製造基板的方法的第三個步驟的實施例。 圖6顯示被膨脹的分離介質削弱的預設斷裂層的一實施例。

10:系統

11:雷射

12:預設斷裂層

13:空穴

14:焦點

21:第一端面

S1:第一個步驟

Claims (15)

1. 一種製造基板(10)的方法，特別是製造半導體基板的方法，其中以一雷射(11)照射在一毛胚(20)內形成具有複數空穴(13)的一預設斷裂層(12)(S1)，其特徵為：使一分離介質(15)進入該空穴(13)(S2)，同時該空穴(13)因該分離介質(15)的膨脹而變大(S3)
2. 如請求項1所述的方法，其中，該分離介質(15)是一種流體。
3. 如請求項1或2中任一項所述的方法，其中，在該空穴(13)形成後，使該分離介質(15)進入該空穴(13)，以取代存在於該空穴(13)內的氣體。
4. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，在照射該雷射(11)後，殘留在該預設斷裂層(12)內的一材料連接(16)因該分離介質(15)的膨脹至少被部分分離。
5. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，透過溫度變化使該分離介質(15)膨脹。
6. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，該雷射(11)的一焦點(14)連續沿著該預設斷裂層(12)上的許多線條移動，由於輸入能量到該毛胚(20)，因而在該毛胚(20)內形成可被該分離介質(15)填滿的通道。
7. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，射入的該雷射(11)具有下列參數值或是由下列參數值所形成： - 功率在10 mW至10 W之間，較佳是0.1 W； - 波長在900至1100 nm之間，較佳是1030 nm； - 能量密度在10 ¹⁰W/cm ²至10 ⁷W/cm ²之間，較佳是2.55·10 ⁷W/cm ²； - 最大強度在10 ¹¹W/cm ²至 10 ¹⁴W/cm ²之間，較佳是5.24∙10 ⁷W/cm ²； - 雷射直徑在3 mm至5 mm之間，較佳是4 mm； - 焦點直徑在1 µm至3 µm之間，較佳是2 µm； - 移動速度在30 mm/s至200 mm/s之間，較佳是在30 mm/s至100 mm/s之間，或最佳是在40 mm/s至50 mm/s之間； - 脈衝寬度在10 fs至10 ns之間，較佳是在100 fs至200 fs之間； - 脈衝頻率在1 kHz至10 MHz之間，特別是10 kHz至1000 kHz之間；及／或 - 脈衝到脈衝間距在1 µm至10 µm之間。
8. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，在溫度為273 K時，分離介質(15)的密度為0.5 kg·m ^{− 3}或更大。
9. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，經過該雷射(11)照射後，使該毛胚(20)處於真空 ，然後將該分離介質(15)引入真空，以使該分離介質(15)進入該空穴(13)。
10. 如請求項9所述的方法，其中，經過該雷射(11)照射後，將該毛胚(20)放到可抽真空的一處理室(6)內，並在該處理室(6)內形成真空後，將該分離介質(15)引入該處理室(6)，直到達到一預定的分離介質壓力為止。
11. 如請求項中任一項所述的方法，其中，該分離介質(15)重複膨脹，使該空穴(13)逐步變大。
12. 如請求項中任一項所述的方法，其中，在該分離介質(15)膨脹使該空穴(13)變大後，以機械分離力將該基板(10)整個分離出來。
13. 如請求項12所述的方法，其中，該毛胚(20)的一第一端面(21)與一基板支架(30)連接，同時該毛胚(20)位於該第一端面(21)對面的一第二端面(22)與一毛胚支架(31)連接，並經由該基板支架(30)或該毛胚支架(31)的變形產生機械分離力。
14. 如前述請求項中任一項所述的方法，其中，利用一傳感器裝置偵測形成該預設斷裂層(12)時被反射的該雷射(11)，並根據獲得的傳感器數據計算出該基板(10)的品質。
15. 一種製造基板(10)的系統(1)，特別是用於製造半導體基板，具有： 一雷射裝置(2)，其作用是將一雷射(11)照射到一毛胚(20)，使該毛胚(20)內形成具有複數空穴(13)的一預設斷裂層(12)； 一供給裝置(3)，其作用是使一分離介質(15)進入該空穴(13)； 一活化裝置(4)，其作用是使該分離介質(15)在該空穴(13)內膨脹，以使空穴(13)變大。

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