TWI708651B - 固體層及在固體中產生短次臨界裂縫的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種在固體(1)內部產生修飾(9)的方法。該方法包含將雷射(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)造成在固體(1)內部的產生面(4)上的預定位置處產生修飾(9)，其中平行第一表面(8)而提供第二表面，其中藉修飾(9)產生多個線性形狀(103)，尤其是切割線，其中固體(1)在特定修飾(9)的區域發展次臨界裂縫，其中該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微米的平均裂縫長度，其中包括於同一線性形狀(103)且連續產生的修飾(9)係在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31，尤其是<-0.4定義處產生，其中x>d。

Description

固體層及在固體中產生短次臨界裂縫的方法
本發明依照請求項1及3在各情形關於一種在固體內部產生修飾(modification)的方法，及依照請求項14關於一種從固體分離至少一固體層的方法，依照請求項15及16在各情形關於一種具有有利地形的固體。
DE 102017206178 A1號公開案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)及圓形上表面之圓柱形SiC單晶塊，製造晶圓的晶圓製造方法，其中該圓柱形SiC單晶塊具有從與第二定向面方向上之圓形上表面垂直的垂直軸傾斜的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(machining feed direction)的偵測步驟，其確認c軸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，其穿透通過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面對應欲製造晶圓的厚度延伸一定深度之裂縫；剝離面形成步驟，其在該圓柱形SiC單晶塊中形成剝離面，其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該形成步驟；在剝離面形成步驟之後為晶圓製造步驟，其從該圓柱形SiC單晶塊製造晶圓，其從作為邊界面的剝離面剝除一部分的該圓柱形SiC單晶塊；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了各按順時鐘及逆時鐘方向之修飾角的方向照射，其穿透通過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。
DE 102016208958 A1號公開案揭示一種從六方單晶塊製造六方單晶晶圓的晶圓製造方法。該晶圓製造方法包括分離起點形成步驟，其設定具有一定波長的雷射光束之焦點而穿透通過晶塊到晶塊內部的預定深度(從晶塊上表面起算)，其中該深度對應欲製造晶圓的厚度，繼而在該焦點相對晶塊的相對移動期間將雷射光束施加於晶塊上表面，而形成平行晶塊上表面之修飾層、及從該修飾層延伸形成分離起點之裂縫。施加該雷射光束而形成符合關係-0.3
Figure 107144071-A0305-02-0006-1
(d-x)/d
Figure 107144071-A0305-02-0006-2
0.5的狀態之修飾層，其中d為雷射光束焦點的直徑，及x為雷射光束相鄰焦點之間的距離。應用式d=1.22 *λ/Na，其中λ表示雷射波長，及Na表示成像的數值孔徑。
上述方法由於焦點經選擇為彼此足夠接近之事實，然而後續焦點在相轉變部分造成吸收大為增加，而為不利的。如果發生材料參數波動，如缺陷、內含物、或摻雜，則吸收會增加更多，結果材料轉變程序變成無法控制，或者固體內部大部分被以不受控制方式轉變。因此發生正向反饋。由於此正向反饋，大量材料被轉變而在固體內部造成相當大的壓縮應力。這些相當大的壓縮應力造成裂縫傳播增強。因為碳化矽，裂縫傳播通常在晶格面的方向發生，且碳化矽晶塊或人造胚晶的晶格通常傾斜4°角，廣大的裂縫造成周圍固體結構損壞。然後必須藉研磨程序移除這些損壞部分。因此，減少損壞直接造成產量增加及再加工的工作量降低。
因此，本發明之目的為提供一種較不損壞固體材料的方法。
上述目的係依照本發明之請求項1，藉一種在固體內部產生修飾的方法完成。本發明的方法較佳為至少包括將雷射之雷射輻射經由固體的第一表面引入固體內部的步驟，其中該固體形成晶體結構，及該雷射輻射造成在該固體內部的產生面上的預定位置處產生修飾。該修飾較佳為位於距第一表面比第二表面近，第二表面較佳為平行第一表面而提供。為了產生該修飾，該雷射輻射較佳為經由第一表面或第二表面穿透到固體中。
然而，一替代方案亦可使該修飾距第二表面比第一表面近。為了產生修飾，該雷射輻射較佳為經由第一表面或第二表面穿透到固體中。
因此，該雷射光束可較佳為經由第一表面穿透到固體中，然後在距第一表面比第二表面遠之處產生修飾。然後該產生面位於距第二表面比第一表面近。
較佳為藉該修飾產生多個線性形狀，尤其是切割線。該線性形狀較佳為主要以彎曲方式或以直線延伸。裂縫(較佳為次臨界)在固體中之特定修飾的區域發展。該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，其與特定線性形狀的縱向延伸方向呈正交。該次臨界裂縫較佳為比線間隔(剖面線 (hatch))兩倍短。
包括於同一線性形狀且連續產生的修飾較佳為在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31，尤其是<-0.4定義處產生，其中較佳為x>d。
次臨界裂縫可在產生面高度，或較佳為平行其而傳播，如此形成分離面。該分離面因此可位於距第一表面比產生面近，或者該分離面可位於距第一表面比產生面遠。
應了解，在修飾的「區域中」表示固體在經修飾或材料轉變部分，及在固體鄰接部分形成裂縫。然而，其亦可為不在經修飾區域，而是在固體縱向方向的修飾之上或之下形成裂縫。如果固體在修飾之上或之下發展裂縫，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。
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產生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產生該修飾，結果可更良好地控制次臨界裂縫更強烈地傳播之趨勢，而為有利的。
進一步較佳具體實施例為依附項之標的、及以下的說明部分。
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。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°定向。或者，在固體內部藉雷射光束產生的修飾的縱向延伸方向可相對在產生面與晶格面之間的界面生成的交叉線，尤其是交叉面，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°定向。
在平行於主面之雷射偏光期間，對於雷射切削(machining)成為SiC基板的C側，相較於以此組態垂直主平面之雷射偏光，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穿透的雷射功率少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。
上述目的亦依照本發明之請求項3，藉一種在固體內部產生修飾的方法完成。本發明的方法較佳為 至少包括將雷射之雷射輻射經由固體的第一表面引入固體內部的步驟，其中該固體形成晶體結構，及該雷射輻射在該固體內部的產生面上的預定位置處產生修飾。該修飾較佳為位於距第一表面比第二表面近，第二表面較佳為平行第一表面而提供。為了產生該修飾，該雷射輻射較佳為經由第一表面或第二表面穿透到固體中。
然而，一替代方案亦可使該修飾位於距第二表面比第一表面近。為了產生修飾，該雷射輻射較佳為經由第一表面或第二表面穿透到固體中。
因此，該雷射光束可較佳為經由第一表面穿透到固體中，然後距第一表面比第二表面遠而產生修飾。然後該產生面位於距第二表面比第一表面近。
較佳為藉該修飾產生多個線性形狀，尤其是切割線。該線性形狀較佳為主要以彎曲方式或以直線延伸。裂縫(較佳為次臨界)在固體中之特定修飾的區域發展。該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，其與特定線性形狀的縱向延伸方向呈正交。該次臨界裂縫較佳為比剖面線(hatch)兩倍短。
該雷射輻射較佳為以界定方式偏光，或者以界定方式變成偏光。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°定向。或者，在固體內部藉雷射光束產生的修飾的縱向延伸方向可相對在產生面4與晶格面6之間生成的交叉線10，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°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，包括於同一線性形狀且連續產生的修飾較佳為在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31，尤其是<-0.3或<-0.31或<-0.4或<-0.45或<-0.5或<-0.55或<-0.6或<-0.65或<-0.7或<-0.75定義處產生，其中較佳為x>d。陳述“<-0.31”表示關於絕對值較大的數字(例如-0.5)為小於-0.31。相反地，-0.1的絕對值小於-0.31的絕對值，故-0.1不被包括。
依照本發明之另一較佳具體實施例，將連續產生的線性形狀的修飾以未修飾的固體材料彼此分離。即較佳為不發生雷射修飾造成個別修飾之間的相變化。線性形狀的各別修飾因此較佳地被彼此空間分離遠到足以使事先發生的材料變形，不影響緊接同一線性形狀而產生的修飾的吸收。如此造成點圖，或由點圖形成線性 形狀。
依照本發明之另一較佳具體實施例，2個緊鄰的線性形狀之間的距離在各情形均小於50微米，尤其是小於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。此方法由於產生裂縫前緣，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產生的修飾。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。
依照另一較佳具體實施例，至少在第一相對移動期間的雷射參數(尤其是偏光)設定異於在第二相對移動期間的設定，其中第一相對移動對應第一方向之線性移動，及第二相對移動對應第二方向之線性移動，其中第一方向與第二方向係彼此平行而偏位。
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產生，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。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該方法較佳亦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繞射光學組件(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。
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之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產生多焦點。DOE產生小於或等於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，較佳為涵蓋200微米長度的像場曲線(image field curvature)，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穿透率。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、穿透、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，雷射在材料深度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)角照射到固體或施體基板之上或其中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以上的繞射光學組件(DOE)發生，其平衡此雷射光束廓形(profile)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，因為由於光強度更良好地偶合到材料中，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穿透率函數調適。因此，如果最適穿透率為例如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：垂直穿透率83%相對某角度穿透率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」廓形(profile)，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(尤其是光束廓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，該修飾較佳為藉多光子激發，尤其是二光子激發產生。
本發明的方法可包括一個以上的以下步驟：將固體相對雷射處理裝置而移動，且藉該雷射處理裝置連續產生複數個雷射光束而在各情形產生至少一個修飾，該雷射處理裝置被設定成對雷射光束界定聚焦及/或(尤其是連續地)調整雷射能量如至少一參數(尤其是複數個參數)的函數。
該雷射光束較佳為經由施體基板的平坦表面穿透到施體基板中。該雷射光束較佳為以相對施體基板縱軸不等於0°或180°之角度穿透到施體基板中的方式，相對施體基板或固體的表面(尤其是平坦表面)為傾斜的。為了產生修飾，該雷射光束較佳為聚焦在施體基板。
該固體較佳為具有相對平坦主表面為傾斜的之晶格面，其中該固體的主表面被限定在該固體的縱向方向中一側上，其中晶格面法線在第一方向相對主表面法線為傾斜的，及該修飾改變施體基板的材料性質。藉由改變雷射輻射在固體中的穿透位置，材料性質改變至少部分形成線性形狀，其中該線性形狀可被設計成點線、虛線、或實心線。該線性形狀或多線性形狀、或全部、或大部分線性形狀，較佳為具有大於1毫米或大於5毫米或大於10毫米或大於20毫米或大於30毫米的長度，或至多1毫米或至多5毫米或至多10毫米或至多20毫米或至多30毫米或至多50毫米或至多100毫米的長度。較佳為在產生面上產生材料性質改變，尤其是在至少一產生面上或正好一產生面上。本發明之固體的晶格面較佳為具有相對產生面為傾斜的之定向。該線性形 狀較佳為相對在產生面與晶格面之間的界面處生成的交叉線為傾斜的，尤其是以2°至30°之間的角度，尤其是以3°至9°之間的角度，或至少或正好或至多3°的角度、或至少或正好或至多4°的角度、或至少或正好或至多5°的角度、或至少或正好或至多6°的角度、或至少或正好或至多7°的角度、或至少或正好或至多8°的角度、或至少或正好或至多15°的角度。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該雷射輻射係以短於5奈秒或短於2奈秒，尤其是短於1奈秒或短於700皮秒或短於500皮秒或短於400皮秒或短於300皮秒或短於200皮秒或短於150皮秒或短於100皮秒或短於50皮秒或短於10皮秒的脈衝長度產生。
材料性質或修飾的改變在各情形較佳為以短於5奈秒，尤其是短於2奈秒或1奈秒的雷射脈衝產生。個別雷射脈衝期間特佳為在50皮秒至4000皮秒之間或50皮秒至2000皮秒之間或50皮秒至1000皮秒之間，尤其是在50皮秒至900皮秒之間或50皮秒至700皮秒之間或50皮秒至500皮秒之間或50皮秒至300皮秒之間或300皮秒至900皮秒之間或500皮秒至900皮秒之間或700皮秒至900皮秒之間或300皮秒至500皮秒之間或500皮秒至700皮秒之間或300皮秒至700皮秒之間，或短於900皮秒或短於700皮秒或短於500皮秒或短於300皮秒或短於100皮秒或短於50皮秒。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該雷射輻射係以脈衝能量產生，該脈衝能量在100奈焦至1毫 焦、或500奈焦至100微焦、或1微焦至50微焦之間。單次脈衝能量較佳為在透鏡下游處，或在至少一光學處理裝置下游處，及在雷射輻射穿透到固體中的上游處，為0.1-50微焦。如果欲藉DOE產生多焦點，則例如個別焦點帶來的雷射輻射在透鏡下游處，或在至少一光學處理裝置下游處，及在雷射輻射穿透到固體中的上游處，具有0.1-50微焦的脈衝能量。
依照本發明之另一較佳具體實施例，為了界定溫度控制或為了產生該修飾或為了改變(尤其是局部改變)施體基板的材料性質，雷射輻射係以0.1奈焦/微米2至10,000奈焦/微米2之間，較佳為1奈焦/微米2至1000奈焦/微米2之間，且特佳為3奈焦/微米2至200奈焦/微米2之間的脈衝密度引入固體中。
依照本發明之另一較佳具體實施例，其產生用以判定次臨界裂縫之解析修飾，其中用以產生該解析修飾的至少一程序參數異於用以產生基本修飾的至少一程序參數，且較佳為多個程序參數彼此不同。另外或任選，該解析修飾可在相對沿其產生基本修飾之線的方向為傾斜的或分開的方向產生。
依照本發明，次臨界裂縫，尤其是藉解析修飾及/或藉界定分離區域或分離平面之修飾，或藉形成線性形狀的修飾所產生者，較佳為傳播小於5毫米，尤其是小於3毫米或小於1毫米或小於0.5毫米或小於0.25毫米或小於0.1毫米。傾斜定向可對應例如0°至90°之間的角度，較佳為85°至90°之間的角度，且特佳為90°的 角度。
其涉及當超過臨界強度(即功率/表面積)時觸發的膨脹程序。即短脈衝之每次脈衝需要較少的能量，及大數值孔徑將能量集中在相當小的點上，如此為了達到膨脹強度亦需要較低程度的能量。
本發明的方法較佳為亦包括以下步驟之一以上：提供該施體基板，或提供具有相對平坦主表面為傾斜的之晶格面之施體基板(或固體)。該施體基板的主表面較佳為被限定在施體基板的縱向方向中一側上，其中晶格面法線在第一方向相對主表面法線為傾斜的；提供至少一雷射；將該雷射之雷射輻射引入固體內部，較佳為經由主表面，而在至少一雷射焦點的區域改變該固體的材料性質。該雷射焦點較佳為藉雷射發射的雷射光束形成。藉由改變雷射輻射在施體基板中的穿透位置，該材料性質改變形成線性形狀。該材料性質改變較佳為在平行主表面延伸的產生面上發生。該線性形狀較佳為至少部分以直線或曲線延伸。該施體基板的晶格面較佳為具有相對產生面為傾斜的之定向。該線性形狀，尤其是至少以直線延伸的部分、或至少以曲線延伸的部分，相對交叉線、或在產生面與晶格面之間的界面處生成的交叉直線為傾斜的，其結果為被改變的材料性質在施體基板中造成次臨界裂縫形式的裂縫。分離固體層的步驟較佳為藉由將外力引入施體基板中結合次臨界裂縫，或者藉雷射輻射在產生面上改變足以使固體層從施體基板分離的材料且次臨界裂縫結合而發生。主表面較佳為被視 為/界定為理想平坦表面。
本方法由於線性形狀相對於交叉線、或相對於在產生面與晶格面之間的界面處生成的交叉直線為傾斜的，及將裂縫生長限於垂直切割方向，而為有利的。因此，在同一晶格面中未產生各切割線之修飾。例如同一切割線之修飾的前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。切割線較佳為超過1公分或超過10公分或超過20公分，或至多20公分長或至多30公分長或至多40公分長或至多50公分長。因此，各切割線在同一晶格面中產生極少的修飾，如此限制沿這些晶格面的裂縫傳播。關於此點應了解，「傾斜」表示「不平行」或「不重疊」，且可因此表示甚至開頭為例如0.05°之角度，其中可藉線性形狀延伸長度之修飾局部切割、修飾、或改變彼此不同的晶格面，尤其是滑動面，即使是非常小的角度，尤其是小於1°。
如此造成重要的本發明第二優點，即切割方向未必被設計成額外產生的裂縫重疊最新產生的裂縫。現在切割方向亦可按相反方向定向。即因為本發明方法造成的可行裂縫縮短，最新產生的裂縫不造成屏蔽。如此可得到例如小於100微米，尤其是小於75微米或小於50微米或小於30微米或小於20微米或小於10微米或小於5微米或小於2微米的線間隔，儘管切割方向被相反定向。
應了解，材料性質改變可較佳為表示產生材 料修飾或產生晶格缺陷，尤其是產生局部限定的相變化。
依照本發明之第一具體實施例，該線性形狀或切割線係相對交叉線傾斜0.05°至87°之間的角範圍，尤其是3°或5°至60°之間的角範圍，且較佳為10°至50°之間，尤其是10°至30°之間，例如12°至20°之間或13°至15°之間或20°至50°之間，尤其是25°至40°之間或30°至45°之間或28°至35°之間。此方法由於傾斜大到足以使充分數量的不同晶格面成為同一線性形狀或切割線之任何其他修飾的構件，而為有利的。
依照本發明之另一較佳具體實施例，其改變足夠的施體基板材料而形成一線性形狀或多個線性形狀，由因固體層分離及材料改變而暴露的個別晶格面末端形成疊紋(moiré)樣式；因此，其產生複數個線性(較佳為以直線)延伸且彼此平行而定向的材料改變區域。
線性形狀較佳為視為一組形成直線或曲線之點。個別點中心彼此之間的距離較佳為小於250微米，尤其是小於150微米或小於50微米或小於15微米或小於10微米或小於5微米或小於2微米。
其較佳為在同一產生面上產生多個線性形狀，及至少數個線性形狀較佳為彼此相距相同的距離。線性形狀可較佳為拱形，尤其是圓弧形，或直線設計。
依照本發明之另一較佳具體實施例，本發明的方法可包括將該固體相對雷射移動的步驟，其中為了界定雷射輻射之聚焦及/或調整雷射能量，該雷射較佳為以如至少一參數且較佳為複數個參數，尤其是至少二參 數的函數而連續調整，其中一參數較佳為該固體在預定位置或在預定區域，尤其是在內部，尤其是距固體表面一定距離的固體摻雜程度。
依照另一較佳具體實施例，一額外或任選參數為該固體材料的摻雜程度，其較佳為藉由分析反向散射光(較佳為拉曼散射)而測定，其中該反向散射光之波長或波長範圍異於為了解析反向散射而以界定方式照射之光，其中拉曼儀器較佳為該裝置的整合部分，且摻雜程度較佳為藉拉曼儀器測定，其中一種以上的或所有的這些參數較佳為藉共用偵測頭偵測，尤其是同時。拉曼光譜術較佳為同樣用於眼鏡、藍寶石、及氧化鋁陶瓷。拉曼方法由於其僅從一側測量材料深度故不需要高穿透率，且其藉拉曼光譜的擬合而提供與雷射參數相關的電荷載體密度/摻雜，而為有利的。
依照本發明之另一較佳具體實施例，一額外或任選參數為該固體在預定位置或在預定區域，尤其是在內部，尤其是距固體表面一定距離的固體摻雜程度。摻雜程度較佳為以生成處理地圖，或提供解析位置的處理指示(其以位置函數指示雷射參數，尤其是雷射焦點及/或雷射能量)，及/或其他機械參數(尤其是進料速率)的方式，關聯位置資訊。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該摻雜程度係藉由以非彈性散射分析反向散射光(拉曼散射)而測定，其中該反向散射光之波長或波長範圍異於為了解析反向散射而以界定方式照射之光，其中該反向散射光 係從預先界定位置或從預先界定區域開始反向散射。
此具體實施例由於在雷射程序中，尤其是在SiC(以及其他材料)上，該程序必須調整位置進行(例如不同的雷射能量等)，而為有利的。依照本發明現已認知，對於例如SiC，尤其是摻雜對於此程序為重要的，因為其改變材料對切削波長的透明性，而需要較高的雷射能量。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該摻雜程度係藉橢圓測量(例如後反射式穆勒(Müller)矩陣橢圓偏光術)測定。該橢圓偏光測量較佳為基於材料的光學穿透。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該摻雜程度係藉純光學校正的穿透測量測定，該校正係藉霍爾(Hall)量測及四點測量實行。此方法可同樣測定材料中的自由電荷載體摻雜/數量，然後使用其測定程序所需的雷射能量。
依照本發明之另一較佳具體實施例，該摻雜程度係藉渦流測量測定，較佳為並測定及評估固體材料中的導電度差異。
在渦流測量中，或者當使用渦流感測器時，或者在渦流測量技術中，較佳為使用發射器線圈及接收線圈偵測局部導電度差異。其在發射器線圈中產生高頻一級交流電磁場。然後在導電性材料中誘發渦流(局部流動電流)，在此產生反向二級交流電磁場。這些場的重疊可被測量，分離，及評估。以此方式可測量主要為薄導 電層，亦可為材料整體的各種品質特徵(層厚、層電阻、材料均勻性)。在測試樣本位於發射器線圈與接收器線圈之間的穿透系統中得到最適解析度，但是亦可將兩種線圈均排列在反射測量用之樣品的一側上。藉客製設計線圈及頻率選擇可利用不同的穿透深度及敏感度。
因此，原則上有許多種可測量摻雜的測量方法。在此重要因素為快速、無接觸、非破壞性方法。
第一參數可為施體基板材料的平均折射率、或在雷射輻射橫越而產生界定材料變化之施體基板區域中的施體基板材料折射率，及第二或替代性第一參數可為雷射輻射橫越而產生界定材料變化之施體基板區域的切削深度。第一參數較佳為使用折射率測定裝置測定，尤其是經由光譜反射，及/或第二參數較佳為使用地形測定裝置測定，尤其是共焦色度距離感測器。
依照本發明之另一較佳具體實施例，第一參數為固體材料的平均折射率、或在產生界定修飾之從雷射光束所穿越的固體區域的固體材料折射率，或者為對固體上界定位置處的固體的穿透率，且較佳為界定固體深度的穿透率。依照本發明之另一較佳具體實施例，第二或替代性第一參數為產生界定修飾之從雷射光束所穿越的固體區域的切削深度。依照本發明之另一較佳具體實施例，第一參數係使用折射率測定裝置測定，尤其是經由光譜反射，及/或第二參數係使用地形測定裝置測定，尤其是共焦色度距離感測器。
依照本發明之另一較佳具體實施例，第一參 數為進料方向，其中線性形狀如產生面中修飾的結果而定向，尤其是向前行進及/或返回行進。因此，第一參數可代表向前行進期間的雷射參數，及第二參數可代表返回行進期間的雷射參數，尤其是用於使用X-Y滑台的蜿蜒切削。
依照本發明之另一較佳具體實施例，以資料儲存裝置提供有關該參數的資料，尤其是第一參數及第二參數，並至少在產生材料改變前供應給控制裝置，其中該控制裝置以欲產生材料改變之特定位置的函數調整雷射，其中為了調整雷射，該控制裝置較佳地亦可處理有關距離參數的距離資料，其中該距離參數代表從將產生材料改變之雷射輻射引入施體基板之特定位置，到材料改變時的雷射的距離，該距離資料係藉感測裝置記錄。
依照本發明之另一較佳具體實施例，以資料儲存裝置提供有關該參數的資料，尤其是第一參數及第二參數，並至少在產生材料改變前供應給控制裝置，其中該控制裝置以欲產生修飾之特定位置的函數調整雷射處理裝置。
以上目的同樣藉一種從固體分離至少一固體層的方法達成。該方法較佳為包括以下步驟：進行依照請求項13的方法，或在此所述的在固體中產生修飾的方法，及將外力引入固體中而在該固體中產生應力的步驟，及/或在該固體中產生內力的步驟，該外及/或內力強到足以沿分離區域造成裂縫傳播。藉該內力及/或外力造成或觸發結合次臨界裂縫的主要裂縫。
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，為了將外力引入而提供接收層，其中該接收層包括聚合物材料，尤其是PDMS，及尤其是為了在該固體中產生機械應力，該接收層接受熱效應，其中該熱效應代表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產生許多修飾，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，尤其是藉請求項14的方法製造。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，其中該地形為延長的鋸齒形或波狀高地，其中該延長的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的邊緣或距該晶圓至少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。
此方法由於製造其表面結構降低或防止不受控制的裂縫傳播之固體層，而為有利的。
本發明進一步關於一種固體層，尤其是藉請求項14的方法製造。該固體層或晶圓較佳為含有或係由SiC製成。該固體層形成表面，其中相轉變材料成分係如表面的成分，及沿相互平行的延伸方向(其沿該表面延伸)而存在，且其彼此分開，其中該彼此分開的相互平行的延伸方向相對平行晶格面且平行該表面而定向的方向傾斜2°至30°之間，尤其是3°至15°之間的角度。
該表面較佳為形成地形，其中該地形為延長的鋸齒形或波狀高地，其中該延長的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。
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一參考號碼表示；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:產生修飾的位置
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
11:平面
12:次臨界裂縫
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
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
115:夾體/載體單元
117:彎曲表面
120:結合位置
122:對雷射輻射為至少部分透明之物體
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)
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圖顯示不同偏光之各例示圖；第3a圖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圖顯示切割線與偏光雷射輻射之間的關係之第四示意圖；第4圖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，及所產生的雷射切割線；第5圖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，及所產生的雷射切割線，其中雷射切割線或線型形狀的定向係藉平面界定；第6圖顯示線性形狀的修飾交叉複數個不同的晶格面；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；第8c圖顯示Si之具有滑動面111的晶格之一實例；第9a-10a圖顯示當施體基板藉轉動裝置通過雷射單元下方時，線性形狀相對晶體面末端傾斜的變化； 第10b圖顯示例示性轉動裝置之上視圖；第10c圖顯示切削單元之測視圖，該切削單元具有較佳為線性移動雷射組件、及其上有複數個施體基板之轉動裝置；第11a圖顯示式(d-x)/x的理論關係之示意圖；第11b圖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11c圖顯示以不同的界定參數產生的切割線之圖；第11d圖顯示各種鋸齒形線；第12圖顯示在固體內部產生機械應力以限制次臨界裂縫傳播之示意圖；第13圖顯示另一在固體內部產生機械應力以限制次臨界裂縫傳播之示意圖；及第14a-c圖顯示用以改變雷射光束性質之光學裝置。
第1a圖顯示固體1在處理(尤其是在固體1內部產生修飾9)期間之示意圖。修飾9代表藉多光子激發產生的固體材料(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產生。此方法由於因已產生的修飾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圖顯示其中產生超過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因此可連續或分步驟或分區改變，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，如此產生的修飾 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。
第4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，其中在產生面4與晶格面6之間的界面生成交叉線10。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。
切削係以產生線性形狀103或切割線、或產生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表面有/未摻雜之多型體4H由碳化矽所製成的晶圓。由於六方晶體結構的滑動面平行0001面延伸，因為晶圓表面 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在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表面有/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。如此造成相對於晶體的主軸，及相對於滑動面與晶圓表面的交叉線的主軸，為22.5°±3°之所欲線切割角，其中該滑動面與晶圓表面彼此相對以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(cos a)/2或b2=tan-1(1/cos a)/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而產生該線性形狀，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在晶格面6(尤其是滑動面)的方向受限。因此，在同一晶格面6中未產生各切割線之修飾9。例如在基板縱向方向L，各切割線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切割了晶格面6a-6c，及修飾9b切割了晶格面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或切割線的組分。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L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{113}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至10a圖示意地顯示藉雷射或雷射單元在施體基板1中產生線性形狀103。線性形狀103被製成拱形或彎曲形狀。雷射單元或產生修飾的位置較佳為不改變。即產生修飾的位置、及轉動裝置45的轉動中心50較佳為彼此保持相同的定向。較佳為僅施體基板1移動通過雷射單元29或通過雷射輻射32的出口。施體基板1較佳為以晶格面6之線形成末端7相對轉動裝置45的轉動中心50與施體基板1的中心49之間的連接段51正交延伸的方向52為傾斜的之方式，尤其是3°至87°之間的角度，且較佳為10°至60°或14°至45°之間的角度，位於轉動裝置上。
由第9a-10a圖的概觀明顯可知，隨著轉動裝置45逐漸轉動，施體基板1移動通過雷射單元，及產生或延長該線性形狀103。在線性形狀開端(第9a圖)，其以相對交叉線10或相對由晶格面末端所形成之線為角 度e產生。在線性形狀中間(第9b圖)，其以相對交叉線10或相對由晶格面末端所形成之線為角度m產生。在線性形狀末端(第10a圖)，其以相對交叉線10或相對由晶格面末端所形成之線為角度s產生。角度e較佳為大於角度m，及角度m較佳為大於角度s。然而亦可理解，角度s的輻度大於角度m。
該角度較佳為以2個結合修飾的中心在概念上鄰接在一起，及相對交叉線10或相對由晶格面6末端7所形成之線指定生成段之角度的方式指定。
依照第9a-10a圖，對於轉動基板排列，依轉動台半徑及基板半徑而定，選擇晶圓邊緣正切至晶圓中心正切之間的角度作為理想切割角(如平均角度)，即對於SiC(30°)，平均角度可表示例如25°至35°之間的角度間隔，如此確保例如六方系統為平均30°之較佳切割角。
第10b圖狹義舉例顯示轉動裝置45之上示圖。其可將複數個，尤其是超過2個或超過3或超過5或超過10個，較佳為至多15或至多20或至多30個施體基板，尤其是人造胚晶或晶塊或晶圓，同時置於轉動裝置45上。
第10c圖顯示在施體基板1或固體內部產生修飾9的單元之示意圖。雷射單元的組件29，尤其是雷射頭或連接雷射之光束導體，較佳為位於位移或重新定位裝置30上，其較佳為固定安裝。位移或重新定位裝置30較佳為可移動雷射單元的組件29或移動雷射單元，較佳為按線性方向，尤其是轉動裝置45的徑向方向。在 產生一條以上的界定切割線103之後，較佳為在多個或全部施體基板1上將雷射單元的組件29或雷射單元重新定位。重新定位的結果為將發射的雷射光束在不同的位置5引入特定施體基板1中，而產生修飾。
第11a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產生的點間距離、或2個焦點中心之間的距離。另外，較佳為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11b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具有延長的鋸齒形高地的地形。該延長的鋸齒形高地大多(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。
因為用以按相對主平面不為零之所切割線角度產生均勻裂縫樣式或光學密度(即相轉變/雷射修飾)的雷射能量底限為橫越方向的函數，故對特定切削方向調適雷射能量可為有利的。其示於第11c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11d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產生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12圖顯示本發明之另一較佳具體實施例。依照此具體實施例，為了在固體1內部產生修飾9，本發明的方法較佳為至少具有將雷射29之雷射輻射14經由固體1的第一表面8引入固體1內部的特徵，其中固體1形成晶體結構，及其中在產生面4上的修飾位置處藉雷射輻射14在固體1內部產生修飾9。修飾9較佳 為距第一表面8比第二表面近而產生，其中第二表面較佳為平行第一表面8而提供。另外，本發明的方法具有藉修飾9產生多個線性形狀103，尤其是切割線的特徵，其中次臨界裂縫係在固體1中特定修飾9的區域發展。
另外，本發明的方法可較佳為亦具有將固體1安裝在載體單元115的彎曲表面117的特徵。固體1因被安裝在載體單元115上而被轉化成彎曲狀態。表面117較佳為彎曲成槽形。該固體較佳為大多，特佳為完全彎曲。表面117的曲度較佳為對應一段圓形路徑。該圓形路徑較佳為具有較佳為以下範圍的半徑：(固體1的第一表面8之平方根)*0.25至(固體1的第一表面8之平方根)*100之間，尤其是(固體1的第一表面8之平方根)*0.5至(固體1的第一表面8之平方根)*75之間，尤其是(固體1的第一表面8之平方根)*1至(固體1的第一表面8之平方根)*50之間，尤其是(固體1的第一表面8之平方根)*2至(固體1的第一表面8之平方根)*25之間。
固體1可藉例如真空偶合載體單元112。另外或任選，固體1可黏結載體單元112。
該曲度造成在固體中發展限制次臨界裂縫傳播之應力13。
或者亦可理解，固體1偶合凸曲載體單元的表面。該表面的曲度對應一段圓形路徑。該圓形路徑較佳為具有較佳為以下範圍的半徑：(固體1的第一表面8之平方根)*0.25至(固體1的第一表面8之平方根)*100之間，尤其是(固體1的第一表面8之平方根)*0.5至(固 體1的第一表面8之平方根)*75之間，尤其是(固體1的第一表面8之平方根)*1至(固體1的第一表面8之平方根)*50之間，尤其是(固體1的第一表面8之平方根)*2至(固體1的第一表面8之平方根)*25之間。
第13圖顯示本發明之另一較佳具體實施例。依照此具體實施例，在進入固體1之前，用以產生修飾之雷射輻射穿透對該雷射輻射為至少部分透明之壓迫體122。壓迫體122較佳為靠在第一表面8。固體1較佳為偶合載體單元115，尤其是黏結及/或藉真空及/或壓迫固定。
該壓迫體的折射率較佳為對應該固體的折射率。
在產生修飾期間，壓迫體造成固體中產生額外應力，其中這些額外應力抵抗次臨界裂縫傳播。
另外，亦可組合第12及13圖的具體實施例。在此情形，壓迫體同樣具有彎曲壓迫表面，其中該壓迫表面被設計成對應接觸壓迫表面的彎曲固體表面。
第14a圖顯示入射光錐5700，經其在固體1中產生焦點5701。該圖顯示以具有高斯光束廓形之雷射照射的透鏡焦點圖像。
第14b圖示意地表示以具有非高斯光束廓形之雷射照射的透鏡焦點圖像5702，例如在光束已經SLM修飾之後。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。相較於高斯光束廓形，焦點之Z延伸大為減小或可減小。
第14c圖示意地表示具有非高斯光束廓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)修飾之後。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)藉雷射輻射之繞射而作用。其用於雷射波長尺度的結構。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廓形中的光空間分布。其表示例如可將光束分開成為多光束，可將(一般為自然)高斯光束強度廓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飾，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。
對比之下，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，可如此得到可程式化的焦點中強度分布。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廓形。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廓形稱為非高斯光束廓形，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」廓形亦為已知的，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內部產生修飾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上的預定位置處產生修飾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產生多個線性形狀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。
包括於同一線性形狀103且連續產生的修飾9較佳為在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31，尤其是<-0.4定義處產生。
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內部產生的修飾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。
9:修飾
10:交叉線
11:平面

Claims (15)

  1. 一種在固體(1)內部產生修飾(9)的方法，其至少包含：將雷射(29)之雷射輻射(14)經由該固體(1)的第一表面(8)引入該固體(1)內部，其中該固體(1)形成晶體結構，及其中由於雷射輻射(14)，在該固體(1)內部的產生面(4)上的預定位置處產生修飾(9)，其中平行該第一表面(8)而提供第二表面，其中藉該修飾(9)產生多個線性形狀(103)，其中該固體(1)在特定修飾(9)的區域中發展次臨界裂縫，其中該次臨界裂縫具有小於150微米的平均裂縫長度，其與特定線性形狀的縱向延伸方向呈正交；其中包括於同一線性形狀(103)且連續產生的該修飾(9)係在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31定義之距離處產生，其中x>d。
  2. 如請求項1的方法，其中該雷射輻射(14)係以界定方式偏光，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，或按界定角範圍-20°至20°或70°至110°定向；或其中在該固體(1)內部藉該雷射光束(14)產生的該 修飾(9)的縱向延伸方向(R)係相對於在該產生面(4)與晶格面(6)之間的界面處生成的交叉線，按界定角度，或按界定角範圍-20°至20°或70°至110°定向。
  3. 一種在固體(1)內部產生修飾(9)的方法，其至少包含：將雷射(29)之雷射輻射(14)經由該固體(1)的第一表面(8)引入該固體(1)內部，其中該固體(1)形成晶體結構及其中由於該雷射輻射(14)，在該固體(1)內部的產生面(4)上的預定位置處產生修飾(9)，其中平行該第一表面(8)而提供第二表面，其中藉該修飾(9)產生多個線性形狀(103)，其中該固體(1)在特定修飾(9)的區域中發展次臨界裂縫，其中該次臨界裂縫具有小於150微米的平均裂縫長度，其與特定線性形狀的縱向延伸方向呈正交；其中該雷射輻射(14)的偏光方向係相對該固體(1)的晶軸按界定角度或按界定角範圍定向；或其中在該固體(1)內部藉該雷射光束(14)產生的該修飾(9)的縱向延伸方向(R)係相對在該產生面(4)與晶格面(6)之間的界面處生成的交叉線(10)，按界定角度或按界定角範圍定向，其中包括於同一線性形狀(103)且連續產生的修飾(9)係在彼此相距由函數(d-x)/d<-0.31定義之距離處產生，其中x>d。
  4. 如請求項3的方法，其中將該連續產生的線性形狀的修飾以未經修飾的固體材料彼此分離。
  5. 如請求項3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50微米。
  6. 如請求項3的方法，其中在該固體(1)相對雷射光學系統(29)的第一相對移動期間對第一部分，及在該固體(1)相對雷射光學系統(29)的第二相對移動期間對第二部分，產生在該固體(1)中產生的該修飾(9)。
  7. 如請求項6的方法，其中至少在該第一相對移動期間的雷射參數設定異於在該第二相對移動期間的設定，其中該第一相對移動對應第一方向之線性移動，該第二相對移動對應第二方向之線性移動，其中該第一方向與該第二方向係彼此平行而定位。
  8. 如請求項3的方法，其中該雷射輻射(14)係被線性偏光或 被橢圓偏光或被圓偏光。
  9. 如請求項3的方法，其中繞射光學組件(DOE)位於在該雷射輻射(14)穿透到該固體(1)中之上游的雷射輻射(14)路徑中，該雷射輻射(14)被該DOE分割成多條光路徑而產生多個焦點，其中該DOE產生小於或等於50微米的像場曲線(image field curvature)，其中該DOE同時產生至少2個用以改變該固體(1)的材料性質的焦點。
  10. 如請求項3的方法，其中該固體(1)具有相對該第一表面(8)為傾斜的該晶格面(6)，其中該固體(1)的該第一表面(8)被限定在該固體(1)的縱向方向中一側上，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，其中在產生面(4)上產生材料性質改變，其中該固體(1)的該晶格面(6)具有相對該產生面(4)為傾斜的之定向，其中該線性形狀(103)相對在該產生面(4)與該晶格面(6)之間的界面處生成的交叉線以2°至30°之間的角度傾斜。
  11. 如請求項3的方法， 其中改變了足夠的該固體(1)材料而形成線性形狀(103)，由因固體層分離及材料改變而暴露的個別晶格面(6)末端，形成疊紋(moiré)樣式，其中因此，其產生複數個線性延伸且彼此平行而定向的材料改變區域。
  12. 如請求項3的方法，其進一步包含步驟：將該固體(1)相對於雷射而移動，其中為了界定雷射輻射之聚焦及/或調整雷射能量，該雷射係以如至少一參數的函數進行連續調整，其中一個參數為該固體(1)在預定位置或在預定區域，距該固體表面(8)一定距離的固體(1)摻雜程度。
  13. 一種產生至少一固體層的方法，其至少包含步驟：進行如請求項1至12中任一項的方法，將外力引入該固體(1)中，而在該固體(1)中產生應力，及/或在該固體(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。
  14. 一種固體層，藉請求項13的方法製造，其特徵為該固體層(2)含有或係由SiC製成，並形成表面(200)，其中該表面(200)形成地形，其中該地形具有延長的鋸齒形高地，其中該延長的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方向之一個方向(204)或多個方向(204)延伸，對其傾斜2°至30°之間的角度，其中該鋸齒形高地的平均高度、或該鋸齒形高地的最大高度，相對表面的最深位置處係小於100微米。
  15. 一種固體層，藉請求項13的方法製造，其特徵為該固體層(2)含有或係由SiC製成，並形成表面(200)，其中相轉變材料成分係以該表面(200)的成分，並沿相互平行的延伸方向而存在，且彼此分開，其中該延伸方向沿該表面延伸；其中該彼此分開的相互平行延伸方向相對於該平行晶格面且平行該表面而定向的方向傾斜了2°至30°之間，其中該相轉變材料的平均高度、或該相轉變材料成分的最大高度，相對表面的最深位置處係小於100微米。
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