WO2015165552A1 - Kombiniertes festkörperherstellungsverfahren mit laserbehandlung und temperaturinduzierten spannungen zur erzeugung dreidimensionaler festkörper - Google Patents

Kombiniertes festkörperherstellungsverfahren mit laserbehandlung und temperaturinduzierten spannungen zur erzeugung dreidimensionaler festkörper Download PDF

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WO2015165552A1
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Jan Richter
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Siltectra Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing solids according to the subject matter of claim 1 and to a wafer and / or solid produced by means of this method.
  • wafers In many technical fields (e.g., microelectronics or photovoltaic technology), materials such as e.g. Silicon, germanium or sapphire, often used in the form of thin discs and plates (so-called wafers). By default, such wafers are currently produced by sawing from an ingot, resulting in relatively large material losses (“kerf-loss"). Since the starting material used is often very expensive, there are strong efforts to produce such wafers with less material and thus more efficient and cost-effective.
  • kerf-loss material losses
  • kerf-free wafering are methods that do without conventional sawing and, for example. by using temperature-induced voltages can directly split thin wafers from a thicker workpiece. These include, in particular, methods such as e.g. in PCT / US2008 / 012140 and PCT / EP2009 / 067539, where a polymer layer applied to the workpiece is used to generate these stresses.
  • the polymer layer has in the mentioned method a compared to the workpiece by about two orders of magnitude higher thermal expansion coefficient.
  • a relatively high modulus of elasticity in the polymer layer can be achieved, so that sufficiently high voltages can be induced in the layer system polymer layer workpiece by cooling in order to enable the removal of wafers from the workpiece.
  • the wafers produced usually each have larger variations in thickness, wherein the spatial thickness distribution often shows a pattern with fourfold symmetry.
  • the regions of greatest variability unfortunately lie in the middle of the wafer where they are most disturbing.
  • DE 196 40 594 A1 discloses a process for separating semiconductor materials by means of light-induced interfacial decomposition and devices produced therewith, such as structured and freestanding semiconductor layers and components.
  • the method according to DE 196 40 594 A1 involves the illumination of interfaces between substrate and semiconductor layer or between semiconductor layers, whereby the light absorption at the interface or in an absorption layer provided for this leads to material decomposition.
  • the choice of interface or Semiconductor layer, which is brought to decomposition takes place by the choice of the light wavelength and light intensity, the direction of irradiation or the incorporation of a thin sacrificial layer during material production.
  • This method has the disadvantage that high energy doses must be used to destroy entire layers, whereby the energy requirements and thus the cost of the process are very high.
  • the above object is achieved by a method for producing at least one solid state layer and / or at least one three-dimensional solid, in particular for use as a wafer, disc, lens or spat.
  • the method according to the invention preferably comprises the following steps:
  • a flat solid layer but also an uneven solid as a result of a fracture or a crack guide from a workpiece can be dissolved out by the present invention.
  • the shape of the crack guiding layer thus has, according to a preferred embodiment of the present invention, at least in sections the contour of a three-dimensional object, in particular a lens or a spade
  • a defect generation device in particular an ion gun or a laser, is used to generate the defects.
  • the attachment or generation of the recording layer on the exposed surface of the workpiece is according to a further preferred embodiment of the present invention prior to the creation of the defect, wherein the recording layer has at least one locally varying property, wherein the defects are generated by laser beams of a laser, wherein the laser beams be influenced by the recording layer so that the defects are generated in dependence on at least one locally varying property.
  • the laser beams are thus preferably guided directly through the recording layer.
  • the crack guiding layer which describes at least a three-dimensional contour, can be produced in such a way that first the recording layer, in particular in film form, is produced in a desired manner in a 3D form or with a 3D structuring ( eg injection molding).
  • the receiving layer preferably consists of a polymer, in particular an elastomer or a plurality of elastomers, which are preferably optically stable, such as e.g. some representatives of silicones.
  • the applied to the solid, in particular adhered receiving layer causes in the defect production, i. in the laser application, by their 3D structuring or 3D shape, the optical path of the laser is suitably changed in such a way that the desired defects through which the crack guiding layer is formed are produced.
  • the locally varying property of the recording layer is preferably the thickness of the recording layer.
  • an immersion liquid is applied to the exposed surface, and the defects are produced by subjecting the workpiece through the immersion liquid.
  • the refractive index of the immersion liquid preferably at least substantially coincides with the refractive index of the workpiece.
  • the immersion liquid is covered with a cover plate in such a way that the same refractive index is present between the crack guide layer to be produced and the cover plate, in particular no air pockets occur between the exposed surface and the cover plate.
  • the cover plate at least on the side facing away from the exposed surface of the workpiece surface roughness, which is less than the surface roughness of the exposed surface.
  • the immersion liquid is applied as a droplet to the exposed surface and the droplet is brought into contact with the defect generator such that relative movement between the workpiece and the defect generator causes the droplet to reposition.
  • the defects are produced in a crack guiding layer according to a further preferred embodiment of the present invention, wherein the crack guiding layer is generated inclined with respect to the longitudinal axis of the workpiece and wherein the crack guiding layer and the longitudinal axis are oriented at an angle which deviates from 90 °,
  • the defects are generated by a defect generation device, wherein the defect generation device is configured to generate the defects at a constant distance from the defect generation device in the workpiece, whereby the workpiece and the defect generation device are tilted relative to each other the defects generated in the crack-guiding layer are generated by the defect-generating device, wherein the defect-generating device and the workpiece are repositioned to each other only two-dimensionally during the defect generation.
  • the defect generating device is thus preferably repositioned relative to the workpiece or the workpiece is repositioned with respect to the defect generating device or the defect generating device and the workpiece are both repositioned to each other.
  • This embodiment is advantageous because the defect-generating device only has to be repositioned for defect generation and no modification of the defect-generating device has to be effected, in particular no changed defect-introduction depth has to be determined and set.
  • the defects are generated by a defect generating device according to another preferred embodiment, wherein the defect generating device is configured to generate the defects at a temporally varying distance to the defect generating device in the workpiece, depending on the distance of the defect generating device to the defect to be generated at least temporarily a modification of the defect generating device is effected, in particular an altered defect introduction depth is determined and adjusted.
  • This embodiment is advantageous because preferably no tilting device has to be provided for tilting the workpiece.
  • the defect generating device is repositioned in a repositioning plane extending at right angles to the longitudinal axis of the workpiece, and the modification of the defect generating device is performed depending on the position of the defect generating device relative to the workpiece such that defects differ depending on the position of the defect generating device be created far from the defect generating device spaced.
  • the crack guiding layer is according to a further preferred embodiment of the present invention at an angle between 88 ° and 45 ° and preferably between 87 ° and 60 ° and more preferably between 86 ° and 80 * inclined relative to the longitudinal axis.
  • This embodiment is advantageous because in crystal growing, the crystal (an ingot) does not always grow exactly in the desired direction, but the crystal growth has tolerances in the degree range and some crystals are outside the desired specification.
  • Crack-guiding layers can preferably be produced by the solution according to the invention, as a result of which suitable solid-state layers can be produced despite the problems occurring during crystal growth, as a result of which the rejection can be significantly reduced.
  • defects are generated within the workpiece to form at least a first crack guiding layer and a second crack guiding layer, wherein a plurality of defects constituting the first crack guiding layer form defects in the second one
  • a defect of the first crack guide layer and the respectively corresponding to the defect of the first crack guide layer defect of the second crack guide layer from the same direction are generated, preferably by the crack propagation, a solid layer of the workpiece along the first crack guiding layer and / or the second crack guiding layer is separated.
  • the two crack guiding layers which are preferably produced as planes, can be formed such that, during splitting, first a crack guiding layer (eg the second crack guiding layer) and then the other or another crack guiding layer (eg the first crack guiding layer) splits.
  • a defect generating device in particular an ion gun or a laser, is used to generate the defects, wherein the mutually corresponding defects of the first crack guiding layer and the second crack guiding layer are respectively generated one after another.
  • the defect generating device and the surface of the workpiece are aligned relative to each other according to another preferred embodiment of the present invention for generating at least two mutually corresponding defects.
  • the defect generation device and the surface of the workpiece are reoriented relative to one another in accordance with a further preferred embodiment of the present invention such that at least two further mutually corresponding defects are produced.
  • the defects of the first crack-guiding layer are further spaced from the surface of the workpiece than the respective corresponding defects of the second crack-guiding layer according to a further preferred embodiment of the invention, of two corresponding defects first of all the first crack-guiding layer with defect and then the second crack-guiding layer is generated with training defect.
  • the first crack guiding layer and / or the second crack guiding layer have the shape of a plane or have an at least partially deviating shape, in particular partially the shape of a spade or a lens.
  • the solid or workpiece preferably comprises a material or combination of materials from one of the major groups 3, 4 and 5 of the Periodic Table of the Elements, such as e.g. Si, SiC, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al 2 O 3 (sapphire), AlN. Particularly preferably, the solid has a combination of elements occurring in the third and fifth group of the periodic table. Conceivable materials or material combinations are e.g. Gallium arsenide, silicon, silicon carbide, etc. Further, the solid may comprise a ceramic (e.g., Al 2 O 3 - alumina) or may be made of a ceramic, preferred ceramics being e.g.
  • Perovskite ceramics such as Pb, O, Ti / Zr containing ceramics
  • lead magnesium niobates barium titanate, lithium titanate, yttrium aluminum garnet, especially yttrium aluminum garnet crystals for solid state laser applications, SAW ceramics ( surface acoustic wave), such as Lithium niobate, gallium orthophosphate, quartz, calcium titanate, etc. in particular.
  • the solid body thus preferably has a semiconductor material or a ceramic material or particularly preferably the solid body consists of at least one semiconductor material or a ceramic material. It is further conceivable that the solid body comprises a transparent material or partially made of a transparent material, such as e.g. Sapphire, exists or is made.
  • solid material alone or in combination with another material
  • materials which may be used here as solid material alone or in combination with another material are e.g. "Wide band gap” materials, InAISb, high-temperature superconductors, in particular rare earth cuprates (eg YBa2Cu307)
  • the solid body is a photomask, with the photomask material known in the present case preferably being any photomask material known to the filing date, and particularly preferably Combinations thereof can be used.
  • the invention further relates to a wafer which is produced by a method according to one of claims 1 to 5.
  • defects are generated by means of at least one defect generation device, in particular a laser, in the internal structure of the workpiece for predetermining a crack guiding layer along which the solid layer or the solid is separated from the workpiece, wherein the defects are generated spaced apart from each other a locally occurring in the respective defect generation heating the workpiece of others in the generation of further defect successive heating of the workpiece is decoupled, wherein preferably each local in the respective defect generation taking place heating of the workpiece is decoupled from the other in the generation of further defect heating of the workpiece.
  • a defect generation device in particular a laser
  • This embodiment is advantageous because the individual local heats can cool unimpeded and no additional heating of a part of the workpiece is caused by defects produced side by side, whereby the generation of high local stresses is prevented.
  • the present invention can also relate to a process for producing solid-state layers or uneven solids, which preferably comprises at least the following steps:
  • This solution is advantageous because the individual local heating can cool down unhindered and not caused by side by side defects additional heating of
  • the defects are generated according to a predetermined pattern.
  • the order of the defects is generated by an algorithm. Furthermore, the subjects of the printing steps PCT / US2008 / 012140 and PCT / EP2009 / 067539 are fully incorporated by reference into the subject of the present patent application.
  • Fig. 1a shows a schematic structure for generating local voltages in a
  • FIG. 1b shows a schematic representation of a layer arrangement before the separation of a solid layer from a solid body
  • 1c a schematic representation of a layer arrangement after the separation of a solid layer from a solid body
  • FIG. 2a shows a first schematically illustrated variant for generating local voltages by means of radiation, in particular light waves
  • 2b shows a second schematically illustrated variant for generating local voltages by means of radiation, in particular by means of light waves
  • FIG. 3a shows the generation of a three-dimensional crack-guiding layer
  • FIG. 3b shows the production of a further crack guiding layer for producing a three-dimensional solid body
  • 4a-4c show examples of different 3D contours of the crack-guiding layer; 4d an example of a solid produced according to the invention.
  • Fig. 5 shows another arrangement for producing a crack guiding layer with a
  • a workpiece 2 and a substrate is shown, which is arranged in the region of a radiation source 18, in particular a laser.
  • the workpiece 2 preferably has a first, in particular flat, surface portion 14 and a second, in particular planar, surface portion 16, wherein the first planar surface portion 14 is preferably aligned substantially or exactly parallel to the second planar surface portion 16.
  • the first planar surface portion 14 and the second planar surface portion 16 preferably define the workpiece 2 in a Y-direction, which is preferably oriented vertically or vertically.
  • the planar surface portions 14 and 16 preferably each extend in an X-Z plane, wherein the X-Z plane is preferably aligned horizontally.
  • the radiation source 18 emits steel 6 at the same time or with a time delay to the workpiece 2.
  • the beams 6 penetrate deeply into the workpiece 2 and generate local stresses at the respective position or at a predetermined position.
  • a multilayer arrangement is shown, wherein the workpiece 2 includes the crack guiding layer 8 and is provided in the region of the first planar surface portion 14 with a holding layer 12, which in turn is preferably superimposed by a further layer 20, wherein the further layer 20 is preferred a stabilizing device, in particular a metal plate, is.
  • a polymer layer 10 is preferably arranged at the second planar surface portion 16 of the workpiece 2.
  • the receiving layer or polymer layer 10 and / or the holding layer 12 preferably consist at least partially and particularly preferably completely of PDMS.
  • Fig. 1c a state after a crack triggering and subsequent cracking is shown.
  • the solid state layer 4 adheres to the polymer layer 10 and is spaced from the remainder of the workpiece 2.
  • FIGS. 2a and 2b show examples of the generation of a crack guiding layer 8 shown in FIG. 1a by the introduction of local stresses into a workpiece 2, in particular by means of light beams.
  • the present invention thus relates to a method for producing solid-state layers.
  • the inventive method comprises at least the steps of providing a workpiece 2 for separating at least one Solid state layer 4, the generation of preferably defined local stresses or local stresses by means of at least one radiation source, in particular a laser, in the internal structure of the solid to specify a crack guiding layer along which the solid state layer is separated from the solid, and the thermal impacting a on the workpiece 2 arranged polymer layer 10 for, in particular mechanical, generating release stresses in the workpiece 2, wherein a tear propagates in the workpiece 2 along the crack guide layer 8, which separates the solid state layer 4 from the workpiece 2 by the separation stresses , Diel local stresses in this case preferably cause the crack propagation takes place in the desired crack guiding layer 8.
  • Fig. 2a is thus shown schematically how local stresses 34 in a workpiece 2, in particular for generating a crack guiding layer 8 by means of a radiation source 18, in particular one or more lasers, can be generated.
  • the radiation source 18 emits radiation 6 having a first wavelength 30 and a second wavelength 32.
  • the wavelengths 30, 32 are preferably matched to one another or the distance between the radiation source 18 and the crack-guiding layer 8 to be generated is preferably tuned such that the Waves 30, 32 substantially or exactly on the crack guide layer 8 in the workpiece 2 meet, whereby at the location of the meeting 34 due to the energies of both waves 30, 32 local voltages or defects are generated.
  • the generation of the local voltages can be effected by different or combined mechanisms, e.g. Sublimation, melting and / or chemical reaction.
  • FIG. 2 b shows a focused light beam 6 whose focal point lies preferably in the crack guiding layer 8. It is conceivable here that the light beam 6 is focused by one or more focusing bodies, in particular lens / s (not shown).
  • the workpiece 2 is formed in this embodiment, multi-layered and preferably has a partially transparent or transparent substrate layer 3 or material layer, which preferably consists of sapphire or has sapphire.
  • the light beams 6 pass through the substrate layer 3 on the crack guiding layer 8, which is preferably formed by a sacrificial layer 5, wherein the sacrificial layer 5 is acted upon by the radiation such that the generation of local stresses in the sacrificial layer 5 in the focal point or Focal area is effected.
  • the local stresses for generating the crack guiding layer 8 in the region or exactly on an interface between two layers 3, 4 are generated.
  • the solid state layer 4 is produced on a carrier layer, in particular a substrate layer 3, and by means of one or more sacrificial layers 5 and / or by means of the production of Local stresses in an interface, in particular between the solid state layer 4 and the carrier layer, a crack guiding layer 8 for detaching or separating the solid layer 4 can be generated.
  • the defect generating device 18 is designed such that it generates the defects 34 at least in sections in mutually different planes, whereby at least sections the one or more crack guide layers 8 are generated corresponding to the surface or the contour of the surface of a three-dimensional body.
  • an immersion liquid 54 is applied as drops or, as shown, as a liquid layer on the exposed surface of the workpiece 2. If the immersion liquid 54 is provided as a liquid layer, then preferably a wall means 50 is provided for forming a receptacle so that the liquid is held at the desired position. Furthermore, a cover plate 52 may be applied to the liquid, in particular laid on or immersed.
  • the immersion liquid 54 preferably has substantially or exactly the same refractive index as the workpiece 2.
  • the refractive index of the cover plate may deviate from the refractive index of the immersion liquid or may also coincide therewith. It is therefore particularly preferably conceivable that, in particular to compensate for surface roughness, the defect is generated by the immersion liquid 54 and particularly preferably by the immersion liquid 54 and the cover plate 52 therethrough.
  • the focus of the laser 18 is preferably computer-controlled for defect generation.
  • FIG. 3 b shows a further arrangement according to which a crack guiding layer 8 is produced in an inclined workpiece 2, in particular an ingot, for detaching an uneven solid layer 4 or an uneven solid 40.
  • an immersion liquid 54 is preferably provided. The as drops or, as shown, as a liquid layer on the exposed surface of the workpiece 2 is applied. If the immersion liquid 54 is provided as a liquid layer, then preferably a wall device 50 is also used to form a Receptacle provided so that the liquid is held in the desired position. Furthermore, a cover plate 52 may be applied to the liquid, in particular laid on or immersed.
  • the immersion liquid 54 preferably has substantially or exactly the same refractive index as the workpiece 2. The immersion liquid 54 causes the same refractive index to always be present in the path between the cover plate 52 and the crack guide layer 8 to be generated, so that the defect generation is as error-free as possible can be done.
  • FIG. 4a shows a workpiece 2 which preferably consists of sapphire or has sapphire and in which a crack guiding layer 8, formed by defects 34, is formed.
  • the crack guiding layer 8 in this case has a flat and a curved contour portion.
  • the first contour portion 41 may be e.g. correspond to the contour of a lens. It is also conceivable that the crack guiding layer 8 has no flat, but exclusively curved or inclined to each other contour components.
  • the crack guiding layer 8 is formed such that the second 3D contour is narrower and higher than the first 3D contour 41 is formed. It is conceivable here that a 3D contour, a plurality, in particular 2, 3, 4, 5, 6, 7 or more than 7 3D contours, forms a crack guiding layer 8. Furthermore, it is conceivable that a 3D contour 41/42 is generated in the center or outside the center of the crack guiding layer 8.
  • the 3D contour 42 can in this case be e.g. partially or completely have the shape of a sensor, in particular a touch sensor, or a portion of a sensor housing.
  • FIG. 4c shows a representation according to which the crack guiding layer 8 has several, in particular two, 3D contours.
  • An example of how the resulting solid 40 may look is shown in FIG. 4d.
  • FIG. 4d shows a one-piece solid which has planar portions and several, in particular two, identical or different 3D body portions 43, 44.
  • FIG. 5 shows a representation according to which a structured film is arranged on the workpiece 2. It is conceivable here that the film is prestructured or that the film is patterned on the workpiece. Preferably, the film is made structured and adhered to the workpiece 2. The structure of the film is preferably selected such that the laser beams of a defect generator device 18 are deflected by the shape of the film so as to produce a predetermined 3D contour of a crack guide layer 8. List of reference parts

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von mindestens einer dreidimensionalen Festkörperschicht (4), insbesondere zur Verwendung als Wafer, und/oder mindestens einem dreidimensionalen Festkörper (40). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Werkstücks (2) zum Ablösen der Festkörperschichten (4) und/oder der Festkörper (40), wobei das Werkstück (2) zumindest eine exponierte Oberfläche aufweist, Erzeugen von Defekten (34) innerhalb des Werkstücks (2), wobei die Defekte (34) mindestens eine Rissführungsschicht (8) vorgeben, wobei die Rissführungsschicht (8) zumindest eine dreidimensionale Kontur beschreibt Anbringung oder Erzeugung einer Aufnahmeschicht (10) an der exponierten Oberfläche des Werkstücks (2) unter Bildung einer Kompositstruktur, Temperieren der Aufnahmeschicht zum Erzeugen von Spannungen innerhalb des Werkstücks (2), wobei die Spannungen eine Rissausbreitung innerhalb des Werkstücks (2) bewirken, wobei durch die Rissausbreitung eine dreidimensionale Festkörperschicht (4) oder ein dreidimensionaler Festkörper (40) von dem Werkstück (2) entlang der Rissführungsschicht (8) abgetrennt wird, wobei eine Oberfläche der Festkörperschicht (4) oder des Festkörpers der dreidimensionalen Kontur der Rissführungsschicht (8) entspricht.

Description

Kombiniertes Festkörperherstellungsverfahren mit Laserbehandlung temperaturinduzierten Spannungen zur Erzeugung dreidimensionaler Festkörper
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörpern gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1 und auf einen mittels dieses Verfahrens hergestellten Wafer und/oder Festkörper.
In vielen technischen Bereichen (z.B. Mikroelektronik- oder Photovoltaiktechnologie) werden Materialien, wie z.B. Silizium, Germanium oder Saphir, häufig in der Form dünner Scheiben und Platten (so genannte Wafer) gebraucht. Standardmäßig werden solche Wafer derzeit durch Sägen aus einem Ingot hergestellt, wobei relativ große Materialverluste ("kerf-loss") entstehen. Da das verwendete Ausgangsmaterial oft sehr teuer ist, gibt es starke Bestrebungen, solche Wafers mit weniger Materialaufwand und damit effizienter und kostengünstiger herzustellen.
Beispielsweise gehen mit den derzeit üblichen Verfahren allein bei der Herstellung von Siliziumwafem für Solarzellen fast 50% des eingesetzten Materials als "kerf-loss" verloren. Weltweit gesehen entspricht dies einem jährlichen Verlust von über 2 Milliarden Euro. Da die Kosten des Wafers den größten Anteil an den Kosten der fertigen Solarzelle ausmachen (über 40%), könnten durch entsprechende Verbesserungen der Waferherstellung die Kosten von Solarzellen signifikant reduziert werden.
Besonders attraktiv für eine solche Waferherstellung ohne kerf-loss ("kerf-free wafering") erscheinen Verfahren, die auf das herkömmliche Sägen verzichten und z.B. durch Einsatz von temperaturinduzierten Spannungen direkt dünne Wafer von einem dickeren Werkstück abspalten können. Dazu gehören insbesondere Verfahren, wie sie z.B. in PCT/US2008/012140 und PCT/EP2009/067539 beschrieben sind, wo zum Erzeugen dieser Spannungen eine auf das Werkstück aufgetragene Polymerschicht verwendet wird.
Die Polymerschicht weist bei den erwähnten Verfahren einen im Vergleich zum Werkstück um ungefähr zwei Größenordnungen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Außerdem kann durch Ausnutzen eines Glasübergangs ein relativ hoher Elastizitätsmodul in der Polymerschicht erreicht werden, so dass im Schichtsystem Polymerschicht-Werkstück durch Abkühlen genügend große Spannungen induziert werden können, um die Abspaltung von Wafer vom Werkstück zu ermöglichen. Beim Abspalten eines Wafers vom Werkstück haftet bei den erwähnten Verfahren jeweils auf einer Seite des Wafers noch Polymer an. Der Wafer krümmt sich dabei sehr stark in Richtung dieser Polymerschicht, was ein kontrolliertes Abspalten erschwert, und z.B. zu Dickenschwankungen des abgespaltenen Wafers führen kann. Außerdem erschwert die starke Krümmung die weitere Verarbeitung und kann sogar zum Zerbrechen des Wafers führen.
Bei Verwendung der Verfahren nach bisherigem Stand der Technik weisen die hergestellten Wafer üblicherweise jeweils größere Dickenschwankungen auf, wobei die räumliche Dickenverteilung häufig ein Muster mit vierzähliger Symmetrie zeigt. Die totale Dickenschwankung über den ganzen Wafer gesehen ("total thickness Variation", TTV) beträgt bei Verwendung der bisherigen Verfahren häufig mehr als 100% der mittleren Waferdicke (ein Wafer von bspw. 100 Mikrometer mittlerer Dicke, der z.B. an seiner dünnsten Stelle 50 Mikrometer dick und an seiner dicksten Stelle 170 Mikrometer dick ist, hat ein TTV von 170-50=120 Mikrometer, was relativ zu seiner mittleren Dicke einer totalen Dickenschwankung von 120% entspricht). Wafer mit solch starken Dickenschwankungen sind für viele Anwendungen nicht geeignet. Außerdem liegen bei den am häufigsten auftretenden vierzähligen Dickenverteilungsmustern die Bereiche mit den größten Schwankungen unglücklicherweise in der Mitte des Wafers, wo sie am meisten stören.
Außerdem entstehen beim Verfahren nach aktuellem Stand der Technik während der Bruchpropagation beim Abspalten selbst unerwünschte Oszillationen in den beteiligten Schichtsystemen, die den Verlauf der Bruchfront ungünstig beeinflussen und insbesondere zu signifikanten Dickenschwankungen des abgespaltenen Wafers führen können.
Zudem ist es bei den bisherigen Verfahren schwierig, einen reproduzierbar guten Wärmekontakt über die ganze Fläche der Polymerschicht sicherzustellen. Lokal ungenügender Wärmekontakt kann aber aufgrund der geringen thermischen Leitfähigkeit der verwendeten Polymere zu ungewollten, signifikanten lokalen Temperaturabweichungen im Schichtsystem führen, was sich seinerseits negativ auf die Kontrollierbarkeit der erzeugten Spannungsfelder und damit die Qualität der hergestellten Wafer auswirkt.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 196 40 594 A1 ein Verfahren zur Trennung von Halbleitermaterialien mittels licht-induzierter Grenzflächenzersetzung und damit hergestellter Vorrichtungen, wie strukturierte und freistehende Halbleiterschichten und Bauelemente, bekannt. Das Verfahren gemäß der DE 196 40 594 A1 beinhaltet die Beleuchtung von Grenzflächen zwischen Substrat und Halbleiterschicht oder zwischen Halbleiterschichten, wodurch die Lichtabsorption an der Grenzfläche oder in einer dafür vorgesehenen Absorptionsschicht zur Materialzersetzung führt. Die Auswahl der Grenzfläche oder Halbleiterschicht, welche zur Zersetzung gebracht wird, erfolgt durch die Wahl der Lichtwellenlänge und Lichtintensität, die Einstrahlrichtung oder den Einbau einer dünnen Opferschicht während der Materialherstellung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass zur Zerstörung ganzer Schichten hohe Energiedosen verwendet werden müssen, wodurch der Energiebedarf und somit die Kosten des Verfahrens sehr hoch sind.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Festkörperschichten und/oder Festkörpern bereitzustellen, das die kostengünstige Herstellung von unebenen Festkörperplatten oder Festkörpern mit einer gewünschten Dickenverteilung ermöglicht.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von mindestens einer Festkörperschicht und/oder mindestens einem dreidimensionalen Festkörper, insbesondere zur Verwendung als Wafer, Scheibe, Linse oder Spat, gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei bevorzugt die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Werkstücks zum Ablösen der Festkörperschichten und/oder der Festkörper, wobei das Werkstück zumindest eine exponierte Oberfläche aufweist, Erzeugen von Defekten innerhalb des Werkstücks, wobei die Defekte mindestens eine issführungsschicht vorgeben, wobei die Rissführungsschicht zumindest eine dreidimensionale Kontur beschreibt, Anbringung oder Erzeugung einer Aufnahmeschicht an der exponierten Oberfläche des Werkstücks unter Bildung einer Kompositstruktur, Temperieren der Aufnahmeschicht zum Erzeugen von Spannungen innerhalb des Werkstücks, wobei die Spannungen eine Rissausbreitung innerhalb des Werkstücks bewirken, wobei durch die Rissausbreitung eine dreidimensionale Festkörperschicht oder ein dreidimensionaler Festkörper von dem Werkstück entlang der Rissführungsschicht abgetrennt wird, wobei eine Oberfläche der Festkörperschicht oder des Festkörpers der dreidimensionalen Kontur der Rissführungsschicht entspricht. Es kann somit durch die vorliegende Erfindung nicht nur eine ebene Festkörperschicht, sondern ebenfalls ein unebener Festkörper in Folge eines Bruchs oder einer Rissführung aus einem Werkstück herausgelöst werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind nachfolgend genannt und/oder Gegenstand der Unteransprüche.
Die Gestalt der Rissführungsschicht weist somit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest abschnittsweise die Kontur eines dreidimensionalen Objektes, insbesondere einer Linse oder eines Spats, auf Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Defekterzeugungsvorrichtung, insbesondere eine lonenkanone oder ein Laser, zum Erzeugen der Defekte verwendet wird.
Die Anbringung oder Erzeugung der Aufnahmeschicht an der exponierten Oberfläche des Werkstücks erfolgt gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor der Erzeugung der Defekt, wobei die Aufnahmeschicht mindestens eine lokal variierende Eigenschaft aufweist, wobei die Defekte durch Laserstrahlen eines Lasers erzeugt werden, wobei die Laserstrahlen derart von der Aufnahmeschicht beeinflusst werden, dass die Defekte in Abhängigkeit der mindestens einen lokal variierenden Eigenschaft erzeugt werden. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Laserstrahlen somit bevorzugt direkt durch die Aufnahmeschicht geführt. Bei geeigneter Wahl der Aufnahmeschicht, kann die Rissführungsschicht, die zumindest eine dreidimensionale Kontur beschreibt, so erzeugt werden, dass zuerst die Aufnahmeschicht, insbesondere in Folienform, in gewünschter Art und Weise in einer 3D-Form bzw. mi einer 3D-Strukturierung hergestellt wird (z.B. Spritzguss). Aufnahmeschicht besteht dabei bevorzugt aus einem Polymer, insbesondere einem Elastomer oder mehreren Elastomeren, welche bevorzugt optisch stabil sind, wie z.B. einige Vertreter der Silikone. Die auf den Festkörper aufgebrachte, insbesondere aufgeklebte, Aufnahmeschicht bewirkt bei der Defekterzeugung, d.h. bei der Laserbeaufschlagung, durch ihre 3D-Strukturierung bzw. 3D-Form, dass sich der optische Weg des Lasers in geeigneter Art und Weise so verändert, dass die gewünschten Defekte, durch welche die Rissführungsschicht ausgebildet wird, erzeugt werden. Die lokal variierenden Eigenschaft der Aufnahmeschicht ist dabei bevorzugt die Dicke der Aufnahmeschicht.
Vor der Erzeugung der Defekte wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Immersionsflüssigkeit auf die exponierte Oberfläche aufgebracht und zur Erzeugung der Defekte erfolgt eine Beaufschlagung des Werkstücks durch die Immersionsflüssigkeit hindurch. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stimmt der Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit bevorzugt mit dem Brechungsindex des Werkstücks zumindest im Wesentlichen überein. Diese Lösung ist vorteilhaft, da durch die Verwendung einer Immersionsflüssigkeit, insbesondere eines Öls oder Wasser, die beim Absplitten oder einer sonstigen Oberflächenbehandlung entstehende Rauigkeit der Oberfläche des Werkstücks ausgeglichen wird. Es ist durch die Verwendung der Immersionsflüssigkeit somit möglich, insbesondere ohne ein vor der Defekterzeugung und nach einem ersten Abspalten einer Festkörperschicht in der Regel übliches Polieren der exponierten Oberfläche, Defekte in dem Werkstück sehr genau einzubringen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Immersionsflüssigkeit bevorzugt in einer solchen Menge auf der exponierten Oberfläche aufgebracht, dass durch sie zumindest mehr als die Hälfte und bevorzugt vollständig die exponierte Oberfläche benetzt wird
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Immersionsflüssigkeit mit einer Abdeckplatte derart abgedeckt, dass zwischen der zu erzeugenden Rissführungsschicht und der Abdeckplatte derselbe Brechungsindex vorliegt, insbesondere keine Lufteinschlüsse zwischen der exponierten Oberfläche und der Abdeckplatte auftreten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Abdeckplatte zumindest auf der von der exponierten Oberfläche des Werkstücks abgewandten Seite eine Oberflächenrauheit auf, die geringer ist als die Oberflächenrauheit der exponierten Oberfläche.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Immersionsflüssigkeit als Tropfen auf die exponierte Oberfläche aufgebracht und der Tropfen derart mit der Defekterzeugungsvorrichtung in Kontakt gebracht wird, dass eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Defekterzeugungsvorrichtung eine Umpositionierung des Tropfens bewirkt.
Die Defekte werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Rissführungsschicht erzeugt, wobei die Rissführungsschicht gegenüber der Längsachse des Werkstücks geneigt erzeugt wird und wobei die Rissführungsschicht und die Längsachse in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind, der von 90° abweicht,
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Defekte mittels einer Defekterzeugungsvorrichtung erzeugt, wobei die Defekterzeugungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Defekte mit einem konstanten Abstand zur Defekterzeugungsvorrichtung in dem Werkstück erzeugt werden, wobei das Werkstück und die Defekterzeugungsvorrichtung derart relativ zueinander geneigt werden, dass die von der Defekterzeugungsvorrichtung erzeugten Defekte in der Rissführungsschicht erzeugt werden, wobei die Defekterzeugungsvorrichtung und das Werkstück während der Defekterzeugung lediglich zweidimensional zueinander umpositioniert werden. Die Defekterzeugungsvorrichtung wird somit bevorzugt gegenüber dem Werkstück umpositioniert oder das Werkstück wird gegenüber der Defekterzeugungsvorrichtung umpositioniert oder die Defekterzeugungsvorrichtung und das Werkstück werden beide zueinander umpositioniert. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Defekterzeugungseinrichtung zur Defekterzeugung lediglich umpositioniert werden muss und keine Modifikation der Defekterzeugungsvorrichtung bewirkt werden muss, insbesondere keine veränderte Defekteinbringtiefe bestimmt und eingestellt werden muss.
Die Defekte werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mittels einer Defekterzeugungsvorrichtung erzeugt, wobei die Defekterzeugungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Defekte mit einem sich zeitweise veränderndem Abstand zur Defekterzeugungsvorrichtung in dem Werkstück erzeugt werden, wobei in Abhängigkeit von dem Abstand der Defekterzeugungsvorrichtung zu dem zu erzeugenden Defekts zumindest zeitweise eine Modifikation der Defekterzeugungsvorrichtung bewirkt wird, insbesondere eine veränderte Defekteinbringtiefe bestimmt und eingestellt wird. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da bevorzugt keine Neigungsvorrichtung zum Neigen des Werkstücks vorgesehen werden muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Defekterzeugungsvorrichtung in einer sich rechtwinklig zur Langsachse des Werkstücks erstreckenden Umpositionierebene umpositioniert und die Modifikation der Defekterzeugungsvorrichtung erfolgt derart in Abhängigkeit von der Position der Defekterzeugungsvorrichtung gegenüber dem Werkstück, dass Defekte in Abhängigkeit von der Position der Defekterzeugungsvorrichtung unterschiedlich weit von der Defekterzeugungsvorrichtung beabstandet erzeugt werden.
Die Rissführungsschicht ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Winkel zwischen 88° und 45° und bevorzugt zwischen 87° und 60° und besonders bevorzugt zwischen 86° und 80* gegenüber der Längsachse geneigt.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da bei der Kristallzucht das Kristall (ein Ingot) nicht immer gleich genau in der gewünschten Richtung wächst, vielmehr hat die Kristallzucht Toleranzen im Gradbereich und einige Kristalle sind außerhalb der gewünschten Spezifikation. Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich Rissführungsschichten bevorzugt erzeugen, wodurch trotz der bei der Kristallzucht auftretenden Probleme geeignete Festkörperschichten herstellbar sind, wodurch der Ausschuss signifikant verringert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Defekte innerhalb des Werkstücks zum Ausbilden von mindestens einer ersten Rissführungsschicht und einer zweiten Rissführungsschicht erzeugt, wobei eine Vielzahl der die erste Rissführungsschicht bildenden Defekte korrespondierende Defekt in der zweiten Rissführungsschicht aufweisen, wobei jeweils ein Defekte der ersten Rissführungsschicht und der jeweils mit dem Defekt der ersten Rissführungsschicht korrespondierende Defekt der zweiten Rissführungsschicht aus derselben Richtung erzeugt werden, bevorzugt wird durch die Rissausbreitung eine Festkörperschicht von dem Werkstück entlang der ersten Rissführungsschicht und/oder der zweiten Rissführungsschicht abgetrennt wird. Diese Lösung ist vorteilhaft, da bei einer Beaufschlagung von zwei, drei, vier oder mehr ebenen gleichzeitig bzw. unmittelbar nacheinander Fehler z.B. bei Verwendung eines Lasers durch den Lasereintritt in die Oberfläche minimiert, da nur die Differenz der beiden Fokuswerte wichtig ist und die Oberfläche diese Differenz nicht beeinflusst. Damit können (insbesondere sehr dünne) Wafer mit sehr genauem TTV und deutlich minimierten bow und warp erzeugt werden. Die beiden Rissführungsschichten, die bevorzugt als Ebenen erzeugt werden, können so ausgebildet werden, dass beim Absplitten erst eine Rissführungsschicht (z.B. die zweite Rissführungsschicht) und dann die andere bzw. eine weitere Rissführungsschicht (z.B. die erste Rissführungsschicht) splittet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Defekterzeugungsvorrichtung, insbesondere eine lonenkanone oder ein Laser, zum Erzeugen der Defekte verwendet, wobei die miteinander korrespondierenden Defekte der ersten Rissführungsschicht und der zweiten Rissführungsschicht jeweils nacheinander erzeugt werden.
Die Defekterzeugungsvorrichtung und die Oberfläche des Werkstücks werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen von mindestens zwei miteinander korrespondierenden Defekten relativ zueinander ausgerichtet.
Nach dem Erzeugen von mindestens zwei miteinander korrespondierenden Defekten werden die Defekterzeugungsvorrichtung und die Oberfläche des Werkstücks gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart neu relativ zueinander ausgerichtet, dass mindestens zwei weitere miteinander korrespondierende Defekte erzeugt werden.
Die Defekte der ersten Rissführungsschicht sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiter von der Oberfläche des Werkstücks beabstandet als die jeweils korrespondierenden Defekte der zweiten Rissführungsschicht, wobei von zwei miteinander korrespondierenden Defekten zunächst der die erste Rissführungsschicht mit ausbildende Defekt und danach der die zweite Rissführungsschicht mit ausbildende Defekt erzeugt wird. Die erste Rissführungsschicht und/oder die zweite Rissführungsschicht weisen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Gestalt einer Ebene auf oder weisen eine zumindest teilweise von einer ebenen Gestalt abweichende Gestalt, insbesondere teilweise die Gestalt eines Spats oder einer Linse, auf.
Der Festkörper bzw. das Werkstück weist bevorzugt ein Material oder eine Materialkombination aus einer der Hauptgruppen 3, 4 und 5 des Periodensystems der Elemente auf, wie z.B. Si, SiC, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, AI203 (Saphir), AIN. Besonders bevorzugt weist der Festkörper eine Kombination aus in der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems vorkommenden Elementen auf. Denkbare Materialien oder Materialkombinationen sind dabei z.B. Galliumarsenid, Silizium, Siliziumcarbid, etc. Weiterhin kann der Festkörper eine Keramik (z.B. AI203 - Alumiumoxid) aufweisen oder aus einer Keramik bestehen, bevorzugte Keramiken sind dabei z.B. Perovskitkeramiken (wie z.B. Pb-, 0-, Ti/Zr-haltige Keramiken) im Allgemeinen und Blei-Magnesium-Niobate, Bariumtitanat, Lithiumtitanat, Yttrium-Aluminium-Granat, insbesondere Yttrium-Aluminium- Granat Kristalle für Festkörperlaseranwendungen, SAW-Keramiken (surface acoustic wave), wie z.B. Lithiumniobat, Galliumorthophosphat, Quartz, Calziumtitanat, etc. im Speziellen. Der Festkörper weist somit bevorzugt ein Halbleitermaterial oder ein Keramikmaterial auf bzw. besonders bevorzugt besteht der Festkörper aus mindestens einem Halbleitermaterial oder einem Keramikmaterial. Es ist weiterhin denkbar, dass der Festkörper ein transparentes Material aufweist oder teilweise aus einem transparenten Material, wie z.B. Saphir, besteht bzw. gefertigt ist. Weitere Materialien, die hierbei als Festkörpermaterial alleine oder in Kombination mit einem anderen Material in Frage kommen, sind z.B. „Wide band gap"- Materialien, InAISb, Hochtemperatursupraleiter, insbesondere seltene Erden Cuprate (z.B. YBa2Cu307). Es ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass der Festkörper eine Photomaske ist, wobei als Photomaskenmaterial im vorliegenden Fall bevorzugt jedes zum Anmeldetag bekannte Photomaskenmaterial und besonders bevorzugt Kombinationen daraus verwendet werden können.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Wafer, der nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden Defekten mittels mindestens einer Defekterzeugungsvorrichtung, insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Werkstücks zum Vorgeben einer Rissführungsschicht, entlang der die Festkörperschicht oder der Festkörper vom Werkstück abgetrennt wird, erzeugt, wobei die Defekte derart voneinander beabstandet erzeugt werden, dass eine bei der jeweiligen Defekterzeugung lokale erfolgende Erhitzung des Werkstück von weiteren bei der Erzeugung weiterer Defekt erfolgender Erhitzungen des Werkstücks entkoppelt ist, wobei bevorzugt jede bei der jeweiligen Defekterzeugung lokale erfolgende Erhitzung des Werkstück von den weiteren bei der Erzeugung weiterer Defekt erfolgender Erhitzungen des Werkstücks entkoppelt ist.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die einzelnen lokalen Erhitzungen ungehindert abkühlen können und sich nicht durch nebeneinander erzeugte Defekte eine zusätzlich Erhitzung eines Teils des Werkstücks bewirkt wird, wodurch die Erzeugung hoher lokaler Spannungen verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung kann sich ferner auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten oder unebenen Festkörpern beziehen, das bevorzugt mindestens die nachfolgend genannten Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Festkörpers zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht oder eines unebenen Festkörpers, Erzeugen von Defekten mittels mindestens einer Defekterzeugungsvorrichtung, insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Werkstücks zum Vorgeben einer Rissführungsschicht, entlang der die Festkörperschicht oder der Festkörper vom Werkstück abgetrennt wird, wobei die Defekte derart voneinander beabstandet erzeugt werden, dass eine bei der jeweiligen Defekterzeugung lokale erfolgende Erhitzung des Werkstück von weiteren bei der Erzeugung weiterer Defekt erfolgender Erhitzungen des Werkstücks entkoppelt ist, wobei bevorzugt jede bei der jeweiligen Defekterzeugung lokale erfolgende Erhitzung des Werkstück von den weiteren bei der Erzeugung weiterer Defekt erfolgender Erhitzungen des Werkstücks entkoppelt ist, Anbringung oder Erzeugung einer Aufnahmeschicht an der exponierten Oberfläche des Werkstücks unter Bildung einer Kompositstruktur, Temperieren der Aufnahmeschicht zum Erzeugen von Spannungen innerhalb des Werkstücks, wobei die Spannungen eine Rissausbreitung innerhalb des Werkstücks bewirken, wobei durch die Rissausbreitung eine Festkörperschicht oder ein Festkörper von dem Werkstück entlang der Rissführungsschicht abgetrennt wird. Diese Lösung ist vorteilhaft, da die einzelnen lokalen Erhitzungen ungehindert abkühlen können und sich nicht durch nebeneinander erzeugte Defekte eine zusätzlich Erhitzung eines Teils des Werkstücks bewirkt wird, wodurch die Erzeugung hoher lokaler Spannungen verhindert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Defekte nach einem vorgegebenen Muster erzeugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Reihenfolge der Defekte von einem Algorithmus erzeugt. Weiterhin werden die Gegenstände der Druckschritten PCT/US2008/012140 und PCT/EP2009/067539 vollumfänglich durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gemacht.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft die erfindungsgemäße Waferherstellung dargestellt ist. Bauteile oder Elemente der erfindungsgemäßen Waferherstellung, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile oder Elemente nicht in allen Figuren beziffert oder erläutert sein müssen.
Einzelne oder alle Darstellungen der im Nachfolgenden beschriebenen Figuren sind bevorzugt als Konstruktionszeichnungen anzusehen, d.h. die sich aus der bzw. den Figuren ergebenden Abmessungen, Proportionen, Funktionszusammenhänge und/oder Anordnungen entsprechen bevorzugt genau oder bevorzugt im Wesentlichen denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Produkts.
Darin zeigt:
Fig. 1a einen schematischen Aufbau zum Erzeugen von Lokal-Spannungen in einem
Festkörper;
Fig. 1b eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung vor dem Abtrennen einer Festkörperschicht von einem Festkörper;
Fig. 1c eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung nach dem Abtrennen einer Festkörperschicht von einem Festkörper;
Fig. 2a eine erste schematisch dargestellte Variante zur Erzeugung von Lokal- Spannungen mittels Strahlung, insbesondere Lichtwellen;
Fig. 2b eine zweite schematisch dargestellte Variante zur Erzeugung von Lokal- Spannungen mittels Strahlung, insbesondere mittels Lichtwellen;
Fig. 3a die Erzeugung einer dreidimensionalen Rissführungsschicht;
Fig. 3b die Erzeugung einer weiteren Rissführungsschicht zur Erzeugung eines dreidimensionalen Festkörpers;
Fig.4a-4c Beispiele verschiedener 3D-Konturen der Rissführungsschicht; Fig. 4d ein Beispiel für einen erzeugten erfindungsgemäßen Festkörper; und
Fig. 5 eine weitere Anordnung zur Erzeugung einer Rissführungsschicht mit einer
3D-Kontur.
In Fig. 1 a ist ein Werkstück 2 bzw. ein Substrat gezeigt, das im Bereich einer Strahlungsquelle 18, insbesondere einem Laser, angeordnet ist. Das Werkstück 2 weist bevorzugt einen ersten, insbesondere ebenen, Flächenanteil 14 und einen zweiten, insbesondere ebenen, Flächenanteil 16 auf, wobei der erste ebene Flächenanteil 14 bevorzugt im Wesentlichen oder genau parallel zu dem zweiten ebenen Flächenanteil 16 ausgerichtet ist. Der erste ebene Flächenanteil 14 und der zweite ebene Flächenanteil 16 begrenzen bevorzugt das Werkstück 2 in einer Y-Richtung, die bevorzugt vertikal bzw. lotrecht ausgerichtet ist. Die ebenen Flächenanteile 14 und 16 erstrecken sich bevorzugt jeweils in einer X-Z-Ebene, wobei die X-Z-Ebene bevorzugt horizontal ausgerichtet ist. Weiterhin lässt sich dieser Darstellung entnehmen, dass die Strahlungsquelle 18 Stahlen 6 zeitgleich oder zeitversetzt auf das Werkstück 2 ausstrahlt. Die Strahlen 6 dringen je nach Konfiguration definiert tief in das Werkstück 2 ein und erzeugen an der jeweiligen Position bzw. an einer vorbestimmten Position Lokal-Spannungen.
In Fig. 1b ist eine mehrschichtige Anordnung gezeigt, wobei das Werkstück 2 die Rissführungsschicht 8 beinhaltet und im Bereich des ersten ebenen Flächenanteils 14 mit einer Halteschicht 12 versehen ist, die wiederum bevorzugt von einer weiteren Schicht 20 überlagert wird, wobei die weitere Schicht 20 bevorzugt eine Stabilisierungseinrichtung, insbesondere eine Metallplatte, ist. An dem zweiten ebenen Flächenanteil 16 des Werkstücks 2 ist bevorzugt eine Polymerschicht 10 angeordnet. Die Aufnahmeschicht bzw. Polymerschicht 10 und/oder die Halteschicht 12 bestehen bevorzugt zumindest teilweise und besonders bevorzugt vollständig aus PDMS.
In Fig. 1c ist ein Zustand nach einer Rissauslösung und anschließender Rissführung gezeigt. Die Festkörperschicht 4 haftet an der Polymerschicht 10 und ist von dem verbleibenden Rest des Werkstücks 2 beabstandet bzw. beabstandbar.
In den Figuren 2a und 2b sind Beispiele für die in Fig. 1 a gezeigte Erzeugung einer Rissführungsschicht 8 durch die Einbringung von Lokal-Spannungen in ein Werkstück 2, insbesondere mittels Lichtstrahlen, gezeigt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei mindestens die Schritte des Bereitstellens eines Werkstücks 2 zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht 4, des Erzeugens von bevorzugt definierten Lokal-Spannungen bzw. von lokalen Spannungen mittels mindestens einer Strahlungsquelle, insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Festkörpers zum Vorgeben einer Rissführungsschicht, entlang der die Festkörperschicht vom Festkörper abgetrennt wird, und des thermischen Beaufschlagens einer an dem Werkstück 2 angeordneten Polymerschicht 10 zum, insbesondere mechanischen, Erzeugen von Ablöse-Spannungen in dem Werkstück 2, wobei sich durch die Ablöse-Spannungen ein Riss in dem Werkstück 2 entlang der Rissführungsschicht 8 ausbreitet, der die Festkörperschicht 4 von dem Werkstück 2 abtrennt. Diel Lokal-Spannungen bewirken hierbei bevorzugt, dass die Rissausbreitung in der gewünschten Rissführungsschicht 8 erfolgt.
In Fig. 2a ist somit schematisch gezeigt, wie Lokal-Spannungen 34 in einem Werkstück 2, insbesondere zur Erzeugung einer Rissführungsschicht 8 mittels einer Strahlungsquelle 18, insbesondere einem oder mehrerer Laser, erzeugbar sind. Die Strahlungsquelle 18 emittiert dabei Strahlung 6 mit einer ersten Wellenlänge 30 und einer zweiten Wellenlänge 32. Die Wellenlängen 30, 32 sind dabei bevorzugt derart aufeinander abgestimmt bzw. die Distanz zwischen der Strahlungsquelle 18 und der zu erzeugenden Rissführungsschicht 8 ist bevorzugt derart abgestimmt, dass die Wellen 30, 32 im Wesentlichen oder genau auf der Rissführungsschicht 8 in dem Werkstück 2 zusammentreffen, wodurch am Ort des Zusammentreffens 34 infolge der Energien beider Wellen 30, 32 Lokal-Spannungen bzw. Defekte erzeugt werden. Die Erzeugung der Lokal-Spannungen kann dabei durch unterschiedliche oder kombinierte Mechanismen, wie z.B. Sublimation, Aufschmelzen und/oder chemische Reaktion, erfolgen.
In Fig. 2b ist ein fokussierter Lichtstrahl 6 gezeigt, dessen Brennpunkt bevorzugt in der Rissführungsschicht 8 liegt. Es ist hierbei denkbar, dass der Lichtstrahl 6 durch eine oder mehrere fokussierende Körper, insbesondere Linse/n (nichtgezeigt), fokussiert wird. Das Werkstück 2 ist in dieser Ausführungsform mehrschichtig ausgebildet und weist bevorzugt eine teiltransparente oder transparente Substratschicht 3 bzw. Materialschicht auf, die bevorzugt aus Saphir besteht oder Saphir aufweist. Die Lichtstrahlen 6 gelangen durch die Substratschicht 3 auf die Rissführungsschicht 8, die bevorzugt durch eine Opferschicht 5 gebildet wird, wobei die Opferschicht 5 durch die Strahlung derart beaufschlagt wird, dass die Erzeugung von Lokal-Spannungen in der Opferschicht 5 in dem Brennpunkt bzw. im Bereich des Brennpunkts bewirkt wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Lokal-Spannungen zur Erzeugung der Rissführungsschicht 8 im Bereich oder genau auf einer Grenzfläche zwischen zwei Schichten 3, 4 erzeugt werden. Somit ist ebenfalls denkbar, dass die Festkörperschicht 4 auf einer Trägerschicht, insbesondere einer Substratschicht 3, erzeugt wird und mittels einer oder mehrerer Opferschichten 5 und/oder mittels der Erzeugung von Lokal-Spannungen in einer Grenzfläche, insbesondere zwischen der Festkörperschicht 4 und der Trägerschicht, eine Rissführungsschicht 8 zum Ablösen bzw. Abtrennen der Festkörperschicht 4 erzeugbar ist.
Gemäß Fig. 3a ist eine im Wesentlichen ähnliche Darstellung zu der in Fig. 2a gezeigten Darstellung gezeigt. Die Defekterzeugungseinrichtung 18 ist jedoch derart ausgeführt, dass sie die Defekte 34 zumindest abschnittsweise in voneinander verschiedenen Ebenen erzeugt, wodurch zumindest abschnittsweise die eine oder mehrere Rissführungsschichten 8 erzeugt werden, die der Oberfläche bzw. der Kontur der Oberfläche eines dreidimensionalen Körpers entsprechen.
Es kann somit durch die vorliegende Erfindung nicht nur eine ebene Festkörperschicht 4, sondern ebenfalls ein unebener Festkörper 40 in Folge eines Bruchs oder einer Rissführung aus einem Werkstück 2 herausgelöst werden. Weiterhin ist denkbar, dass ein Festkörper 40 aus dem Werkstück 2 herausgelöst wird, der sich abschnittsweise eben und abschnittsweise dreidimensional erstreckt.
Ferner ist denkbar, dass eine Immersionsflüssigkeit 54 als Tropfen oder, wie dargestellt, als Flüssigkeitsschicht, auf der exponierten Oberfläche des Werkstücks 2 aufgebracht wird. Ist die Immersionsflüssigkeit 54 als Flüssigkeitsschicht vorgesehen, dann ist bevorzugt auch eine Wandungseinrichtung 50 zum Ausbilden einer Aufnahmewanne vorgesehen, damit die Flüssigkeit an der gewünschten Position gehalten wird. Weiterhin kann eine Abdeckplatte 52 auf die Flüssigkeit aufgebracht, insbesondere aufgelegt oder eingetaucht, werden. Die Immersionsflüssigkeit 54 weist bevorzugt im Wesentlichen oder genau denselben Brechungsindex auf, wie das Werkstück 2. Der Brechungsindex der Abdeckplatte kann von dem Brechungsindex der Immersionsflüssigkeit abweichen oder ebenfalls damit übereinstimmen. Es ist somit besonders bevorzugt denkbar, dass, insbesondere zum Ausgleich von Oberflächenrauheiten, die Defekterzeugung durch die Immersionsflüssigkeit 54 und besonders bevorzugt durch die Immersionsflüssigkeit 54 und die Abdeckplatte 52 hindurch erzeugt wird. Der Fokus des Lasers 18 wird zur Defekterzeugung bevorzugt computergesteuert geführt.
In Fig. 3b ist eine weitere Anordnung gezeigt, gemäß der in einem geneigten Werkstück 2, insbesondere einem Ingot, eine zum Ablösen einer unebene Festkörperschicht 4 bzw. eines unebenen Festkörpers 40 eine Rissführungsschicht 8 erzeugt wird. Zur präzisen Erzeugung der Rissführungsschicht 8 wird bevorzugt eine Immersionsflüssigkeit 54 bereitgestellt. Die als Tropfen oder, wie dargestellt, als Flüssigkeitsschicht auf der exponierten Oberfläche des Werkstücks 2 aufgebracht wird. Ist die ImmersionsflUssigkeit 54 als Flüssigkeitsschicht vorgesehen, dann ist bevorzugt auch eine Wandungseinrichtung 50 zum Ausbilden einer Aufnahmewanne vorgesehen, damit die Flüssigkeit an der gewünschten Position gehalten wird. Weiterhin kann eine Abdeckplatte 52 auf die Flüssigkeit aufgebracht, insbesondere aufgelegt oder eingetaucht, werden. Die Immersionsflüssigkeit 54 weist bevorzugt im Wesentlichen oder genau denselben Brechungsindex auf, wie das Werkstück 2. Durch die Immersionsflüssigkeit 54 wird bewirkt, dass in dem Weg zwischen der Abdeckplatte 52 und der zu erzeugenden Rissführungsschicht 8 stets der gleiche Brechungsindex vorliegt, damit die Defekterzeugung möglichst fehlerfrei erfolgen kann.
In der Fig. 4a ist ein Werkstück 2 gezeigt, das bevorzugt aus Saphir besteht oder Saphir aufweist und in dem eine Rissführungsschicht 8, ddurch eingebrachte bzw. erzeugte Defekte 34 ausgebildet wird. Die Rissführungsschicht 8 weist hierbei einen ebenen und einen gebogenen Konturenanteil auf. Der erste Konturenanteil 41 kann hierbei z.B. der Kontur einer Linse entsprechen. Es ist ferner denkbar, dass die Rissführungsschicht 8 keinen ebenen, sondern ausschließlich gebogene oder zueinander geneigte Konturenanteile aufweist.
In Fig. 4b ist die Rissführungsschicht 8 derart ausgebildet, dass die zweite 3D-Kontur schmaler und höher als die erste 3D-Kontur 41 ausgebildet ist. Es ist hierbei denkbar, dass eine 3D-Kontur, mehrere, insbesondere 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehr als 7 3D-Konturen, eine Rissführungsschicht 8 ausbilden. Weiterhin ist denkbar, dass eine 3D-Kontur 41/42 im Zentrum oder außerhalb des Zentrums der Rissführungsschicht 8 erzeugt wird. Die 3D- Kontur 42 kann hierbei z.B. teilweise oder vollständig die Gestalt eines Sensors, insbesondere eines Touchsensors, oder eines Anteils eines Sensorgehäuses aufweisen.
In Fig. 4c ist eine Darstellung gezeigt, gemäß der die Rissführungsschicht 8 mehrere, insbesondere zwei, 3D-Konturen aufweist. Ein Beispiel, wie der sich daraus ergebende Festkörper 40 aussehen kann, ist in Fig. 4d gezeigt. Der Fig. 4d lässt sich ein einstückiger Festkörper entnehmen, der ebenen Anteile und mehrere, insbesondere zwei, gleiche oder voneinander verschiedene 3D-Körperanteile 43, 44 aufweist.
In Fig. 5 ist eine Darstellung gezeigt, gemäß der eine strukturierte Folie auf dem Werkstück 2 angeordnet ist. Es ist hierbei denkbar, dass die Folie vorstrukturiert ist oder, dass die Folie auf dem Werkstück strukturiert wird. Bevorzugt wird die Folie strukturiert gefertigt und auf das Werkstück 2 aufgeklebt. Die Struktur der Folie ist bevorzugt derart gewählt, dass die Laserstrahlen einer Defekterzeugungsvorrichtung 18 durch die Form der Folie derart abgelenkt werden, dass sie eine vorbestimmte 3D-Kontur einer Rissführungsschicht 8 erzeugen. Bezugszeichenliste Werkstück
Substrat
Festkörperschicht
Opferschicht
Strahlung
Rissführungsschicht
Polymerschicht/Aufnahmeschicht
Halteschicht
erster ebener Flächenanteil
zweiter ebener Flächenanteil
Strahlungsquelle/Defekterzeugungsvorrichtung Stabilisierungseinrichtung
erster Strahlungsanteil
zweiter Strahlungsanteil
Ort der Erzeugung von Lokal-Spannungen/Defekt Festkörper
erste 3D-Kontur
zweite 3D-Kontur
erster 3D-Körper
zweiter 3D-Körper 50 Wandung
52 Abdeckplatte
54 Immersionsflüssigkeit
X erste Richtung
Y zweite Richtung
Z dritte Richtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von mindestens einer dreidimensionalen Festkörperschicht (4), insbesondere zur Verwendung als Wafer, und/oder mindestens einem dreidimensionalen Festkörper (40) mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Werkstücks (2) zum Ablösen der Festkörperschichten (4) und/oder der Festkörper (40), wobei das Werkstück (2) zumindest eine exponierte Oberfläche aufweist,
Erzeugen von Defekten (34) innerhalb des Werkstücks (2), wobei die Defekte (34) mindestens eine Rissführungsschicht (8) vorgeben, wobei die Rissführungsschicht (8) zumindest eine dreidimensionale Kontur beschreibt,
Anbringung oder Erzeugung einer Aufnahmeschicht (10) an der exponierten Oberfläche des Werkstücks (2) unter Bildung einer Kompositstruktur,
Temperieren der Aufnahmeschicht zum Erzeugen von Spannungen innerhalb des Werkstücks (2), wobei die Spannungen eine Rissausbreitung innerhalb des Werkstücks (2) bewirken, wobei durch die Rissausbreitung eine dreidimensionale Festkörperschicht (4) oder ein dreidimensionaler Festkörper (40) von dem Werkstück (2) entlang der Rissführungsschicht (8) abgetrennt wird, wobei eine Oberfläche der Festkörperschicht (4) oder des Festkörpers der dreidimensionalen Kontur der Rissführungsschicht (8) entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Rissführungsschicht (8) zumindest abschnittsweise die Kontur eines dreidimensional vorbestimmten Objektes, welches sich aus einem mathematisch bestimmbaren Formkörpers ergibt, insbesondere einer Linse oder eines Spats, aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Defekterzeugungsvorrichtung (18), insbesondere eine lonenkanone oder ein Laser, zum Erzeugen der Defekte (34) verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringung oder Erzeugung der Aufnahmeschicht (10) an der exponierten Oberfläche des Werkstücks (2) vor der Erzeugung der Defekt erfolgt, wobei die Aufnahmeschicht mindestens eine lokal variierende Eigenschaft aufweist, wobei die Defekte durch Laserstrahlen eines Lasers erzeugt werden, wobei die Laserstrahlen derart von der Aufnahmeschicht beeinflusst werden, dass die Defekte in Abhängigkeit der mindestens einen lokal variierenden Eigenschaft erzeugt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die lokal variierenden Eigenschaft die Dicke der Aufnahmeschicht ist.
6. Wafer oder unebener Festkörper (40), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
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