WO2022096064A1 - Verfahren und system zum herstellen eines substrats - Google Patents

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WO2022096064A1
WO2022096064A1 PCT/DE2021/100877 DE2021100877W WO2022096064A1 WO 2022096064 A1 WO2022096064 A1 WO 2022096064A1 DE 2021100877 W DE2021100877 W DE 2021100877W WO 2022096064 A1 WO2022096064 A1 WO 2022096064A1
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WO
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blank
cavities
separating medium
substrate
predetermined breaking
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Application number
PCT/DE2021/100877
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Rieser
Volker Kinzig
Original Assignee
centrotherm international AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by centrotherm international AG filed Critical centrotherm international AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
    • B28D5/0011—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing with preliminary treatment, e.g. weakening by scoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0005—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing
    • B28D5/0041—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing the workpiece being brought into contact with a suitably shaped rigid body which remains stationary during breaking
    • B28D5/0047—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by breaking, e.g. dicing the workpiece being brought into contact with a suitably shaped rigid body which remains stationary during breaking using fluid or gas pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for producing substrates, in particular semiconductor substrates.
  • Substrates in particular semiconductor substrates such as semiconductor wafers, are a fundamental part of semiconductor components, such as those used in switched-mode power supplies, voltage converters, drives for electric vehicles and charging stations and/or for high-speed communication, in autonomous driving, in radar applications and/or the like.
  • substrates in particular semiconductor substrates such as semiconductor wafers
  • substrates are produced by separating a layer from a blank, for example an ingot.
  • abrasive cutting methods are known in which the substrates are cut out of the blank with the help of wire saws or hole saws.
  • the through the thickness of the wire or The material loss caused by the hole saw, also referred to as "kerf loss” corresponds, depending on the sawing process used, to a disc with a thickness of approx. 150 ⁇ m to approx.
  • the known separation processes are usually time-consuming. Especially with hard materials such as silicon carbide ( SiC ) or other compound semiconductor materials materials, the sawing process alone can take several hours . After that, an additional complex grinding process may be necessary in order to at least reduce sawing damage to the surface.
  • SiC silicon carbide
  • an additional complex grinding process may be necessary in order to at least reduce sawing damage to the surface.
  • a predetermined breaking layer which has a large number of cavities, is produced in a blank by irradiating laser radiation.
  • a separating medium is introduced into the cavities.
  • the cavities are then enlarged by expansion of the separating medium.
  • the cavities can form a continuous predetermined breaking plane through the expansion of the separating medium, which runs through the blank.
  • An expansion of a separating medium within the meaning of the invention is preferably an increase in the internal pressure of the separating medium.
  • an expansion of the separating medium does not necessarily, at least not exclusively, result in an increase in the volume occupied by the separating medium. ben . Expansion can simultaneously lead to an increase in internal pressure and an increase in the volume occupied by the separation medium.
  • a predetermined breaking layer within the meaning of the invention is preferably a material layer that is weakened compared to adjacent material layers.
  • material connections can, for example, be separated or broken with less effort.
  • One aspect of the invention is based on the approach of generating pressure inside a blank so that a predetermined breaking layer is further weakened or even part of the blank is separated as a substrate at the predetermined breaking layer.
  • a separating medium is expediently introduced into the blank in the area of the predetermined breaking layer and the volume of the separating medium is then changed, for example suddenly increased.
  • An associated pressure, in particular a sudden increase in pressure, within the blank can thus cause a weakening of a material connection that still exists in the predetermined breaking layer.
  • a weakening expediently corresponds to damage or at least partial separation of the material connection. The weakening can possibly also lead to the complete separation of the material connection.
  • the predetermined breaking layer is only weakened by the internal pressure generated or the material layer above it the predetermined breaking layer is completely separated, compared to conventional (abrasive) separation processes, a significantly lower loss of material - and thus a significantly higher yield (yield) - can be expected. At the same time, the process costs can also be reduced in this way.
  • the material layer above the predetermined breaking layer can be separated more cleanly due to the weakening of the predetermined breaking layer. So-called wafer breakage can be avoided or at least reduced, as a result of which less grinding work may be required on the separated substrate. This also allows the yield to be significantly increased.
  • the predetermined breaking layer is preferably produced by irradiating laser radiation into the blank.
  • the laser radiation can, for example, be irradiated in such a way that the predetermined breaking layer runs essentially parallel to one of the end faces of the blank.
  • the predetermined breaking layer expediently defines a material layer in the blank which, after separation—achieved or at least supported by the weakening of the predetermined breaking layer by expansion of the separating medium—forms a substrate from the blank material.
  • the predetermined breaking layer preferably comprises a large number of cavities which are generated when the laser radiation is irradiated.
  • the laser radiation is preferably irradiated in such a way that a large number of cavities are produced in the blank.
  • the large number of cavities expediently forms the predetermined breaking layer or lies at least partially within the predetermined breaking layer.
  • the separating medium can be introduced into these cavities and then expanded so that the cavities enlarge. The enlargement can cause the weakening of the predetermined breaking point.
  • the weakening of the predetermined breaking layer can be achieved, for example, by weakening a material connection that remains in the predetermined breaking layer after the laser radiation has been irradiated.
  • the material connection expediently connects the part of the blank above the predetermined breaking layer—the future substrate—with the part of the blank below the predetermined breaking layer. It can thus represent a kind of bridge between different blank parts after the laser radiation has been irradiated.
  • the expansion of the separating medium can further damage the material connection, for example thinning it out or at least partially separating it. In particular, further cracks can be produced in the material connection as a result of the expansion. These cracks preferably enlarge the cavities that are already present.
  • the cavities can be designed as closed spaces within the blank.
  • a connection to the cavities is then expediently established, for example by laser opening of the cavities.
  • the cavities are formed directly as an "open volume", ie with a connection to the environment of the blank.
  • the separating medium can then be introduced into the cavities from the environment of the blank.
  • the method according to the invention is preferably used for the production of, in particular homogeneous, substrates, in particular wafers, from silicon carbide. But it is also possible to use the method for the production of substrates from other, for use electromagnetic radiation with a suitable wavelength transparent materials. Among other things, the use of blanks made of gallium nitrite (GaN), sapphire (AI2O3) or other compound semiconductors is conceivable. Substrates separated with the help of the process can then be used for the production of LEDs, diodes and transistors, but also for high-frequency applications such as G5 antennas or microwave transmitters.
  • GaN gallium nitrite
  • AI2O3 sapphire
  • Substrates separated with the help of the process can then be used for the production of LEDs, diodes and transistors, but also for high-frequency applications such as G5 antennas or microwave transmitters.
  • the method according to the invention can advantageously be used in the production of particularly thin substrates, the minimum thickness of which was previously specified by the conventional sawing process.
  • the separating medium is a fluid.
  • the separation medium can be gaseous or liquid.
  • the separating medium can be introduced into the cavities particularly easily and with little effort.
  • the separating medium can flow into the cavities without having any further effect on the blank, for example by providing concentration gradients.
  • the separating medium can also be incorporated into the cavities.
  • the cavities when the separating medium is introduced into the cavities, a Generating the cavities in the cavities gas replaced by the separation medium.
  • the cavities After being generated by the irradiation of the laser radiation, the cavities can be filled with ambient air, for example, which is then replaced by the separating medium.
  • ambient air for example
  • the internal pressure to be expected in the blank which is caused by the expansion, can be predicted and/or controlled in this way. In other words, after replacement with the separating medium, a desired expansion corresponding to a desired pressure in the blank can be reliably achieved.
  • the separating medium can be guided into the cavities, for example blown in, in such a way that the gas in them is displaced by the separating medium.
  • the gas located in the cavities is pumped out and the separating medium can then flow into or form essentially empty cavities. In this way, it can be ensured that essentially only the separating medium is present in the cavities and/or the separating medium is distributed particularly homogeneously within the cavities.
  • a material connection remaining in the predetermined breaking layer after the laser radiation has been irradiated is at least partially separated by the expansion of the separating medium.
  • the separating medium is expediently expanded rapidly, in particular suddenly. Rapid expansion here means For example, an expansion of the separating medium, which at constant pressure would correspond to a doubling of the volume occupied, can be understood within a few seconds.
  • a rapid expansion can be an expansion within 10 s, in particular within 5 s, preferably within 2 s.
  • the expansion can take place faster than the separating medium flows out of the cavities, for example via openings at the edge of the blank.
  • the material layer above the predetermined breaking layer can also be "blasted off" by the separation of the material connection associated with the expansion.
  • the cavities are enlarged to such an extent that connections are created between them.
  • the force for separating the blank at the predetermined breaking layer or for separating the substrate from the blank can be particularly effectively reduced.
  • the expansion of the separating medium is brought about by a change in temperature.
  • the separating medium can be heated or cooled. If a gas is used as the separating medium, this can expediently be expanded by heating. If the separating medium is water (H2O), this can be expediently expanded by cooling - using the anomaly of the water.
  • the temperature change is carried out quickly.
  • high cooling or Heating rates preferred.
  • the predetermined breaking layer can be weakened in a particularly reliable manner. In particular, this makes it possible to essentially completely separate the substrate from the blank.
  • the advantage of the expansion of the separating medium due to a change in temperature is that it can be implemented with little effort.
  • the separating medium can be expanded homogeneously by changing the temperature.
  • the separating medium can also be expanded through the use of ultrasound and/or microwaves.
  • ultrasound and/or microwaves it is conceivable to irradiate ultrasound and/or microwaves as an alternative or in addition to the temperature change.
  • the blank can be exposed to ultrasound and/or microwaves in order to expand the separating medium in the cavities.
  • the use of ultrasound and/or microwaves makes it possible to achieve a particularly rapid, in particular a sudden, expansion, since a large amount of energy can be introduced into the separating medium in a short time.
  • the expansion can be about in the single-digit second range, ie. H . faster than 10 s, in particular faster than 5 s, preferably faster than 2 s.
  • the predetermined breaking layer can be weakened in a particularly reliable manner or even a separation of the blank in the predetermined breaking layer can be achieved.
  • a focal point of the laser radiation is guided, preferably continuously, along a large number of lines running in the predetermined breaking layer. Due to an energy input into the blank along of the lines, channels can be created in the blank that can be filled with the active medium.
  • the cavities or channels in the blank are preferably produced "in one go”. This reduces the process time and increases efficiency.
  • a uniform distribution and/or size, in particular a uniform cavity structure over the entire predetermined breaking plane, channels can be reached.
  • the focal point of the laser radiation is preferably guided in such a way that the channels are open to the surroundings of the blank.
  • the channels expediently open into the environment at the surface on the outer circumference of the blank.
  • the duration of the process can be further reduced by using at least one additional laser source, which radiates additional laser radiation into the blank either parallel to the laser radiation or at a suitable angle to the laser radiation.
  • the irradiated laser radiation has the following parameter values or is generated with the following parameters:
  • a power between 10 mW and 10 W, for example 7 W, preferably 0.1 W;
  • a wavelength between 900 and 1100 nm, for example 1064 nm, preferably 1030 nm;
  • a fluence between 10 10 W/cm 2 and 10 7 W/cm 2 for example 1.78-10 7 W/cm 2 , preferably 2.55-10 7 W/cm 2
  • a peak intensity between 10 10 W/cm 2 and 10 14 W/cm 2 for example 1.37-10 11 W/cm 2 , preferably 5.24-10 13 W/cm 2
  • Such parameters can be achieved, for example, through the use of a nanosecond fiber laser or a pulse-burst femtosecond solid-state laser. These parameter values make it possible to reliably create an open volume in the blank for filling with a separating medium.
  • the laser radiation generated in this way can influence a crystal lattice of the blank material. Such local damage to the crystal lattice can lead to defined, crack-like channels in the blank.
  • the separating medium is a fluid that expands greatly when the temperature increases, but also has a high viscosity.
  • the use of such a fluid can ensure that the pressure associated with the expansion of the separating medium can only dissipate with an even greater time delay, for example via openings in the individual cavities at the edge of the blank.
  • a fluid can be used as the separating medium for which the conductance of the cavities is very low, ie which consists of large atoms or molecules, in particular long-chain molecules. Fluids with a density greater than 0.6 g/ml and/or a viscosity greater than 0.7 mN-s-nt 2 are therefore preferably used as the separating medium.
  • the separating medium can be a fluid that has an anomaly such as water, i.e. has a higher volume at a certain temperature than s at higher temperature, and so leads to an internal pressure build-up within of the cavities, which causes a separation of the material webs remaining between the created cavities.
  • the blank is exposed to a vacuum after the laser radiation has been irradiated.
  • the ambient pressure in the vicinity of the blank is expediently reduced.
  • the pressure can be reduced to about 1 Cu 2 mbar. This also allows the (gas) pressure in the cavities to be reduced or increased. "suck out" gas in the cavities after the predetermined breaking layer has been created. The cavities created can thus be largely freed from gas molecules.
  • the separating medium is then preferably introduced into the vacuum in order to introduce the separating medium into the cavities. Due to the greatly reduced pressure in the cavities, the separating medium can flow into the cavities without any further intervention.
  • the separating medium it is in principle also conceivable for the separating medium to be allowed to diffuse into the cavities under atmospheric pressure or even at a pressure which is higher than this. This has the advantage that a previous process step, in which the blank is exposed to a vacuum, can be saved. However, this can increase the time it takes for the separating medium concentration in the cavities to expand, which is sufficient for the separating medium to expand.
  • the blank is introduced into a treatment chamber that can be evacuated.
  • the vacuum can be generated there and the blank can be exposed to the vacuum.
  • the separating medium is preferably fed into the treatment chamber until a predetermined separating medium pressure is reached.
  • a predetermined separating medium pressure can Gaseous separation medium, preferably at a pressure of 1200 mbar, are introduced into the treatment chamber after a vacuum has been reached at a pressure of IO -1 mbar.
  • a liquid separation medium such as water, can be introduced into the treatment chamber. This can ensure that a sufficient amount of separating medium flows into the cavities and/or the separating medium is distributed homogeneously in the cavities.
  • the blank can be removed from the treatment chamber and the separating medium can be expanded in the cavities, for example by heating or cooling. Alternatively, however, the blank can also remain in the treatment chamber.
  • the cavities are gradually enlarged by repeated expansion of the separating medium.
  • the predetermined breaking layer can thus be gradually weakened.
  • the separating medium is expediently expanded several times in such a way that in each case there is only a small increase in pressure in the cavities. This allows a particularly careful separation process, which means that damage to the separated substrate can be avoided or at least reduced.
  • the substrate is separated, preferably completely, by a mechanical separating force.
  • a mechanical separating force is a force that is exerted on the blank by an external influence.
  • a force caused by the expansion of the separating medium can be understood as a thermodynamic separating force.
  • the mechanical separating force expediently acts on the material connection remaining—after the expansion of the separating medium—in the predetermined breaking layer.
  • the mechanical separating force can lead to the separation of this material connection—and thus to the detachment of the substrate.
  • the mechanical separating force is preferably generated by (i) shearing of the blank parallel to the predetermined breaking layer, (ii) torsion of the blank about an axis perpendicular to the predetermined breaking layer, in particular about a longitudinal axis of the (cylindrical) blank, (iii) tension in a direction perpendicular to the predetermined breaking layer , (iv) irradiation of ultrasonic waves, and/or (v) exerting a splitting force in the predetermined breaking layer, for example by pressing in a splitting wedge.
  • the blank is connected to a substrate carrier at a first end face and to a blank carrier at a second end face opposite the first end face. This can be before generating the predetermined breaking layer or after . With the aid of the substrate carrier and/or the blank carrier, the blank can be brought into or removed from the treatment chamber particularly easily after the production of the predetermined breaking layer. In addition, after the expansion of the separating medium, the separated substrate can be held with the aid of the substrate carrier without being damaged.
  • the blank is expediently connected to the substrate carrier and/or the blank carrier by bonding.
  • the blank is preferably homogeneously bonded to the substrate carrier and/or the blank carrier. D. H . that essentially the same adhesive forces of the bonding adhesive act over the entire connecting surface between the blank and the substrate and/or blank carrier. As a result, even thin substrates, for example with a thickness of less than 150 ⁇ m, can be separated reliably and without the occurrence of cracks.
  • the mechanical separating force is preferably generated by deformation of the substrate carrier or the blank carrier.
  • the substrate or blank carrier is expediently deformed concentrically in order to ensure that the separating force takes place from the edge of the predetermined breaking layer and propagates into its center.
  • Such a deformation can be caused, for example, by the action of a lever on the substrate or blank carrier in an area in which the substrate or Blank carrier stands laterally beyond the blank, can be effected.
  • Alternatively, such a deformation can be brought about by a compressive force acting centrally on the substrate carrier. Such a compressive force arises, for example, when the substrate carrier is clamped onto a convex surface.
  • reflected laser radiation is detected with the aid of a sensor device and a quality of the substrate is determined on the basis of sensor data produced in the process.
  • inclusions or other defects in the blank can be detected using the sensor data.
  • images are expediently generated from the sensor data and processed with the aid of known algorithms. If necessary, the substrate or even the entire blank can be discarded on the basis of the quality determined in this way.
  • a system for producing a substrate, in particular a semiconductor substrate, according to a second aspect of the invention has a laser device which is set up to radiate laser radiation into a blank in such a way that a predetermined breaking layer is produced in the blank, which has a large number of cavities.
  • a supply device is provided, which is set up to introduce a separating medium into the cavities, and an activation device, which is set up to expand the separating medium in the cavities, so that the cavities are enlarged, in particular further.
  • the activation device can be set up, for example, to expand the separating medium in the cavities, so that a material connection remaining in the predetermined breaking layer after the laser radiation has been irradiated is at least weakened, d. H . for example at least partially separated.
  • a separating device can be provided which is set up for, in particular complete, separating the blank in the predetermined breaking layer.
  • Fig. 1 shows an example of a system for producing a substrate
  • Fig. 2 shows an example of a first method step of a method for producing a substrate
  • Fig. 3 shows an example of cavities within a blank in a cross section
  • Fig. 4 shows an example of a second method step of a method for producing a substrate
  • Fig. 5 shows an example of a third method step of a method for producing a substrate
  • Fig. 6 shows an example of a predetermined breaking layer weakened by means of expanded separating medium.
  • FIG. 1 shows an example of a system 1 for producing a substrate, in particular a semiconductor substrate.
  • the system 1 has a laser device 2 , a supply device 3 and an activation device 4 .
  • a separating device 5 can also be provided.
  • the laser device 2 is set up to radiate laser radiation into a blank, for example an ingot.
  • the laser device 2 can radiate the laser radiation in such a way that a predetermined breaking layer is produced in the blank.
  • the predetermined breaking layer comprise a multiplicity of cavities which are at least partially in the predetermined breaking layer 12 .
  • the supply device 3 is designed to introduce a separating medium into the cavities.
  • the supply device 3 can have a treatment chamber 6 in which the laser-treated blank can be arranged and exposed to a vacuum.
  • the supply device 3 can in particular be set up to generate the vacuum in the treatment chamber 6 and then to introduce the separating medium into the (evacuated) treatment chamber 6 .
  • the activation device 4 is set up to expand the separating medium in the cavities, so that the cavities are enlarged.
  • the activation device 4 is expediently arranged within the treatment chamber 6 or at least arranged and/or set up in such a way that it can act on the separating medium within the treatment chamber 6, in particular within the cavities in the blank.
  • the activation device 4 can also be set up to bring about a separation of the blank in the predetermined breaking layer by expansion of the separating medium.
  • the activation device 4 can be used to enlarge the cavities until a layer of material—the substrate—is separated from the blank by expanding the separating medium in the cavities.
  • a process executed using the system 1 can proceed as follows:
  • the blank is introduced into the treatment chamber 6 which is closed with a transparent closure means, such as a glass plate. With the help of the laser device 2, laser radiation is radiated through the transparent sealing means into the blank.
  • the treatment chamber 6 is then evacuated, for example down to a predetermined negative pressure, for example 10 ⁇ 2 mbar.
  • the separating medium is introduced into the evacuated treatment chamber, preferably until essentially atmospheric pressure is reached inside the treatment chamber 6 .
  • the separating medium in the blank can then be expanded by the activation device 4, for example by heating.
  • the activation device 4 can have, for example, a halogen lamp arrangement and be located within the chamber.
  • the separating medium can be expanded by abrupt cooling, in particular freezing, of the blank.
  • the activation device 4 can have a coolant line which runs through the treatment chamber 6 , in particular through a floor on which the blank in the treatment chamber 6 is supported.
  • the base can then be cooled to -10°C, for example, using a coolant pumped through the coolant line.
  • the optional separating device 5 is set up for completely separating the blank in the predetermined breaking layer and can therefore be provided in particular when the activation device 3 merely further weakens the predetermined breaking layer. With the help of the separating device 5, a mechanical separating force can then be generated, which separates a material connection that still remains in the predetermined breaking layer after the expansion of the separating medium.
  • FIG. 2 shows an example of a first method step S 1 of a method for producing a substrate 10, in particular a semiconductor substrate.
  • method step S 1 laser radiation 11 is radiated into a blank 20 , which is only partially shown here.
  • a predetermined breaking layer 12 can thereby be produced in the blank 20 .
  • the predetermined breaking layer 12 expediently has a large number of cavities 13 . In the example shown, a channel-like course of the cavities 13 in the predetermined breaking layer 12 is indicated by dashed lines.
  • the laser radiation 11 expediently has a wavelength at which the blank material is essentially transparent. With a wavelength chosen in this way, around 1064 nm, the absorption coefficient is, for example, des Blank material for the laser radiation amount to 11 1062 irr 1 . As a result, the laser radiation 11 can effectively penetrate down to a depth at which a material layer—the later substrate 10—is to be separated from the blank 20 and produce the predetermined breaking layer 12 .
  • laser radiation 11 with a wavelength of 1064 nm, in particular 1030 nm can penetrate essentially unattenuated more than 380 pm, in particular up to 1000 pm, into a blank 20 made of silicon carbide (SiC).
  • a predetermined breaking layer 12 can be produced, on which a substrate 10 with a thickness between 150 ⁇ m and 300 ⁇ m, if required also thicker, can be separated from the blank 20 .
  • a focal point 14 of the laser radiation 11 is preferably guided along a large number of lines running in the predetermined breaking layer 12 .
  • These lines expediently run parallel to a first end surface 21 of the blank 20 . It is preferred if the lines also run parallel to one another, so that, for example, a regular stripe pattern of elongated cavities 13, in particular channels, is formed.
  • the distance between adjacent lines channels produced by the first method step S 1 is expediently between 50 and 200 ⁇ m, in particular 125 ⁇ m.
  • the focusing of the laser radiation 11 in the predetermined breaking layer 12 brings about an energy input into the blank 20, even if the blank material is transparent at the wavelength of the laser radiation 11, as described above.
  • This energy input changes the lattice structure of the raw material, i. H . the material structure influenced .
  • the optical properties of the blank material in the area of the energy input can also change, in particular in such a way that the absorption coefficient for the laser radiation 11 increases further and an even higher energy input becomes possible.
  • the influencing of the lattice structure is accompanied by a local expansion of the blank material, which in turn causes compressive stresses perpendicular to the predetermined breaking layer 12, d. H . parallel to the incident laser radiation 11 . Accordingly, tensile stresses also build up in this direction, specifically between the areas affected by the laser radiation 11, in particular between the lines along which the focal point 14 is guided.
  • the focus point 14 of the laser radiation 11 is expediently guided through the blank 20 in such a way that the resulting channels run to a side surface of the blank 20 , for example to the lateral surface of the cylindrical blank 20 .
  • the laser radiation 11 can be irradiated in such a way that the resulting channels open into the area surrounding the blank 20 and can be filled with a separating medium in a subsequent method step, without the cavities 13 having to be drilled. This is described in connection with FIG.
  • At least one additional laser radiation - or. to radiate at least one further laser beam with a focal point into the blank 20 at a different angle.
  • the focal point of the laser radiation and/or the focal point of the at least one further laser radiation can be guided through the blank 20 on concentric circles. If cavities 13 that have already been produced are crossed, higher absorption can occur and the cavities 13 can thereby be enlarged further.
  • FIG. 3 shows an example of cavities 13 within a blank 20 in a cross section.
  • the blank 20 shown here only in part has a predetermined breaking layer 12 .
  • the predetermined breaking layer 12 comprises a large number of cavities 13 which are expediently designed as parallel channels in the blank 20 . In FIG. 3, these channels run perpendicular to the plane of the figure.
  • these channels can be produced by irradiating laser radiation into the blank 20 .
  • blank material 23 can be influenced, in particular damaged, in the area of a focal point of the laser radiation in such a way that channel-like cracks—cavities 13—occur in blank 20 .
  • the blank material 23 damaged by the laser radiation is shown hatched in FIG.
  • the damage can have a width (parallel to an end surface 21 of the blank 20) of 5 ⁇ m to 20 ⁇ m, in particular 15 ⁇ m to 18 ⁇ m. and/or have a height (parallel to the incident laser radiation, cf. FIG. 2) of 2 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the channel-like cracks usually occur in the immediate vicinity of the damaged blank material 23, in particular directly above or directly below.
  • channels with a width of about 50 ⁇ m to 200 ⁇ m, for example 125 ⁇ m, and/or a height of up to 2 ⁇ m, in particular up to 3 ⁇ m can be produced.
  • the channels all lie essentially in the focal plane of the laser radiation—or at least border directly on it—and expediently define the predetermined breaking layer 12 .
  • the channels can thus preferably be created at a depth of 70 ⁇ m to 80 ⁇ m below the end face 21 and/or at a spacing of about 125 ⁇ m from one another.
  • a channel can also be formed at greater depths, for example at a depth of 350 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows an example of a second method step S2 of a method for producing a substrate 20, in particular a semiconductor substrate.
  • a separating medium 15 for example a gas or a liquid, is introduced into cavities within a blank 20 .
  • the cavities are expediently located in a predetermined breaking layer 12 and were produced, for example, in a first method step by irradiating laser radiation into the blank 20 (see FIG. 2).
  • the cavities are preferably created in such a way that they are open to the surroundings of the blank 20 .
  • the cavities can thus form an "open volume" within the blank 20 .
  • the blank 20 is first exposed to a vacuum in order to introduce the separating medium 15 into the cavities.
  • the separating medium 15 can then be introduced into the vacuum and taken up by the cavities.
  • the blank 20 is preferably arranged in a treatment chamber 6 .
  • the treatment chamber 6 can be part of or form a supply device (see FIG. 1).
  • the treatment chamber 6 is expediently connected to a pump 8 via an outlet valve 7 .
  • a separating medium feed line can open into the treatment chamber 6 .
  • the supply of the separating medium 15 can expediently be controlled by a supply valve 9 in the separating medium supply line.
  • the pump 8 can evacuate the treatment chamber 6 .
  • the pressure in the treatment chamber d. H . the ambient pressure of the blank 20
  • the cavities can essentially be freed from residual gas, for example atmospheric gas that has penetrated into the cavities after the predetermined breaking layer 12 has been produced.
  • FIG. 5 shows an example of a third method step S3 of a method for producing a substrate 10, in particular a semiconductor substrate.
  • a separating medium that was previously introduced into cavities within a blank 20 is expanded in the cavities, so that the cavities in the blank 20 are enlarged. It is conceivable that the cavities are enlarged in such a way that the blank 20 is effectively separated in the predetermined breaking layer 12 .
  • the blank 20 is expediently still arranged in a treatment chamber 6 in which the separating medium was previously introduced into the cavities.
  • the treatment chamber 6 preferably has an activation device 4 with which the separating medium can be expanded in the cavities.
  • the activation device 4 is designed as a heating device, for example as a heating spiral, a halogen lamp arrangement, in particular a halogen radiator field, or a ceramic heater.
  • a temperature change can be made, which causes the expansion of the separating medium.
  • the temperature on the surface of the blank 20 can be increased to 500° C. or more in a few seconds.
  • the heat can be introduced directly into the predetermined breaking plane 12 and transferred to the separating medium 15 .
  • the associated abrupt expansion of the separating medium within the cavities generates a pressure inside the blank 20 which at least further weakens the predetermined breaking layer 12 .
  • the pressure can at least partially create a material connection in the predetermined breaking layer 12 as separate, which still connects the substrate 10 with the remaining (lower) part of the blank 20.
  • the substrate 12 can be separated from the blank 20 more easily and/or with a reduced risk of substantial damage to the substrate surface in a further method step (not shown).
  • the blank 20 can be connected to a substrate carrier 30 at a first end face 21 and to a blank carrier 31 at a second end face 22 opposite the first end face 21 .
  • the substrate carrier 30 and/or blank carrier 31 are preferably connected to the end surfaces 21, 22 of the blank 20 before method step S2 (see FIG. 4), for example by bonding or another suitable connection method.
  • the substrate and/or blank carrier 30 , 31 can be bonded to the blank 20 before or after the first method step (see FIG. 2).
  • the substrate and/or blank carrier 30, 31 not only can a mechanical separating force be exerted on the blank 20 to completely separate the weakened material connection in the predetermined breaking layer 12, but the blank 20 can also be easily and with reduced risk of damage into the treatment chamber 6 will be brought in or removed from it .
  • torsion and/or shearing of the blank 20 can be achieved by appropriate action on the substrate and/or blank carrier 30 , 31 .
  • a corresponding action on the substrate and/or blank carrier 30 , 31 can result in a pull perpendicular to the predetermined breaking layer 12 .
  • the substrate or blank carrier 30, 31 can also be deformed by clamping onto a convex surface, so that the The weakened material connection in the predetermined breaking layer 12 separates first at the edges and then up to the middle.
  • the substrate 10 can be separated particularly gently from the blank 20 by such a concentrically acting separating force.
  • the substrate or Blank carriers 30, 31 are preferably elastic, in particular more elastic than the respective other carrier 30, 31.
  • the substrate or blank carrier 30, 31 to be deformed can have a modulus of elasticity of around 70 GPa, for example, while the respective other carrier 30, 31 preferably has at least double the modulus of elasticity, ie around 140 GPa. While one support 30, 31 is preferably acted upon for the purpose of deformation, the other, stiffer support 31, 30 can be firmly clamped.
  • the separating medium is expanded in such a way that the material connection in the predetermined breaking layer 12 is essentially completely separated and the substrate 10 is thus detached from the blank 20 .
  • the expansion can be carried out, for example by a sufficiently rapid temperature change, in such a way that the substrate 12 is blasted off the blank 20 .
  • the temperature can, for example, be increased to up to 1000 °C in a matter of seconds, for example by irradiating electromagnetic radiation from a corresponding radiation source such as a halogen spotlight.
  • a further method step, described above, for separating the substrate 12 is not necessary at all.
  • the separating medium can preferably also be expanded with the aid of ultrasound and/or microwaves. This can be used to expand the separating medium particularly quickly and thus to achieve a particularly high pressure development in the cavities of the predetermined breaking layer 12 .
  • an ultrasonic device for generating ultrasound and/or a microwave device for generating microwaves can be provided as an alternative or in addition to the heating device.
  • method steps S1, S2 and S3 shown in FIG. 2, FIG. 4 and FIG. 5 can be carried out in order to improve the production of a substrate, in particular a semiconductor substrate, compared to conventional production processes, in particular to make it less expensive and/or more efficient.
  • method steps S1, S2 and S3 can replace conventional abrasive cutting methods, for example sawing up the blank 20 using wire saws or hole saws. This not only saves time, but also reduces material loss, the so-called waste. "Kerf Loss" .
  • an untreated wafer with a diameter of 150 mm costs between approx. 1 . 200 and 1 . $500 .
  • the "yield" of substrates 10 from a blank 20 and more than 50% can be increased.
  • the limitation of the substrate thickness due to the stresses that occur in conventional separation processes can be circumvented.
  • substrates 10 are typically produced with a thickness of 350 ⁇ m using conventional cutting processes in order to reduce the risk of breakage during cutting due to the stresses occurring in the material.
  • the forces acting on the substrate 10 during the separating process are reduced by controlled expansion of the separating medium, the substrate thickness can be reduced by approx. 30% reduced.
  • FIG. 6 shows an example of a predetermined breaking layer 12 in a blank 20 weakened by means of an expanded separating medium.
  • the expansion of the separating medium preferably results in a material connection 16 which connects the part of the blank 20 above the predetermined breaking layer 12 to the part of the blank 20 below the predetermined breaking layer 12 being reduced (cf. FIG. 3).
  • the part of the blank 20 above the predetermined breaking layer 12 in particular a material layer between a first end surface 21 of the blank 20 and the predetermined breaking layer 12 , can be regarded as the substrate 10 to be separated from the blank 20 .
  • the expansion of the separating medium can result in cavities 13 produced by a preceding laser treatment, in particular channel-like, parallel cracks, in the blank 20 being enlarged.
  • the cavities 13 expand as a result, preferably in such a way that separating walls between the cavities 13—which form the material connection 16—become thinner.
  • the cavities 13 in the predetermined breaking layer 12 can expand.
  • the substrate 10 can be separated in a subsequent process step with particularly little effort.
  • the expansion of the separating medium can also lead to the cavities 13, in particular the channel-like, parallel cracks 14, in the blank 20 being connected to one another. As a result, the substrate 10 can already be separated by the expansion of the separating medium.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System (1) zum Herstellen von Substraten (10), insbesondere Halbleitersubstraten. Durch Einstrahlen (S1) von Laserstrahlung (11) in einen Rohling (20) wird eine Sollbruchschicht (12) erzeugt, die eine Vielzahl von Hohlräumen (13) aufweist. Ein Trennmedium (15) wird in die Hohlräume (13) eingebracht (S2) und die Hohlräume (13) werden durch eine Expansion (S3) des Trennmediums (15) vergrößert.

Description

VERFAHREN UND SYSTEM ZUM HERSTELLEN EINES SUBSTRATS
Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren sowie ein System zum Herstellen von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten .
Substrate , insbesondere Halbleitersubstrate wie etwa Halbleiterwafer, sind ein grundlegender Bestandteil von Halbleiterbauteilen, wie sie unter anderen in Schaltnetzteilen, Spannungswandlern, Antrieben von Elektrofahrzeugen und Ladestationen und/oder zur Hochgeschwindigkeitskommunikation, beim autonomen Fahren, in Radaranwendungen und/oder dergleichen eingesetzt werden .
Üblicherweise werden Substrate , insbesondere Halbleitersubstrate wie etwa Halbleiterwafer, durch Abtrennen einer Schicht von einem Rohling, zum Beispiel einem Ingot , hergestellt . Dazu sind abrasive Trennverfahren bekannt , bei denen die Substrate mithil fe von Draht- oder Lochsägen aus dem Rohling herausgeschnitten werden . Der durch die Dicke des Drahtes bzw . der Lochsäge bedingte , auch als „Kerf-Loss" bezeichnete Materialverlust entspricht dabei , j e nach verwendetem Sägeverfahren, einer Scheibe mit einer Dicke von ca . 150 pm bis zu ca .
200 pm . Bei Dicken von etwa 380 pm, wie sie für die Herstellung von Halbleitersubstraten typisch sind, ist dieser Verlust durchaus signi fikant . Überdies besteht beim Sägen die Gefahr, den Rohling bzw . das daraus abgetrennte Substrat an den Rändern zu beschädigen .
Unabhängig davon sind die bekannten Trennverfahren üblicherweise zeitaufwendig . Insbesondere bei harten Materialien, etwa Sili ziumkarbid ( SiC ) oder anderen Verbindungs-Halbleiterwerk- stof fen, kann allein der Sägevorgang mehrere Stunden in Anspruch nehmen . Danach kann zusätzlich ein aufwändiger Schlei fvorgang notwendig sein, um Sägebeschädigungen an der Oberfläche zumindest zu reduzieren .
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorl iegenden Erfindung, die Herstellung eines Substrats , insbesondere Halbleitersubstrats , zu verbessern, insbesondere den Herstellungsaufwand zu verringern und/oder die Herstellungsef fi zienz zu erhöhen .
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und das System gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst .
Bevorzugte Aus führungs formen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der folgenden Beschreibung .
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Substrats , insbesondere Halbleitersubstrats , gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird in einem Rohling durch Einstrahlen von Laserstrahlung eine Sollbruchschicht erzeugt , die eine Viel zahl von Hohlräumen aufweist . Erfindungsgemäß wird ein Trennmedium in die Hohlräume eingebracht . Die Hohlräume werden dann durch eine Expansion des Trennmediums vergrößert . Insbesondere können die Hohlräume durch die Expansion des Trennmediums eine durchgehende Sollbruchebene bilden, welche durch den Rohling verläuft .
Eine Expansion eines Trennmediums im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine Erhöhung eines Innendrucks des Trennmediums . Anders gesagt muss eine Expansion des Trennmediums nicht notwendigerweise , zumindest nicht ausschließlich, eine Erhöhung des von dem Trennmedium eingenommenen Volumens zur Folge ha- ben . Eine Expansion kann gleichzeitig zu einer Zunahme des Innendrucks und zur Zunahme des von dem Trennmedium eingenommenen Volumens führen .
Eine Sollbruchschicht im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise eine Materialschicht , die gegenüber benachbarten Materialschichten geschwächt ist . In der Sollbruchschicht können Materialverbindungen beispielsweise mit kleinerem Kraftaufwand auf getrennt oder -gebrochen werden .
Ein Aspekt der Erfindung basiert auf dem Ansatz , einen Druck im Inneren eines Rohlings zu erzeugen, sodass eine Sollbruchschicht weiter geschwächt oder sogar ein Teil des Rohlings als Substrat an der Sollbruchschicht abgetrennt wird . Zweckmäßigerweise wird dazu im Bereich der Sollbruchschicht ein Trennmedium in den Rohling eingebracht und dann das Volumen des Trennmediums verändert , zum Beispiel schlagartig erhöht . Ein damit verbundener Druck, insbesondere eine plötzliche Druckerhöhung, innerhalb des Rohlings kann so eine Schwächung einer noch bestehenden Materialverbindung in der Sollbruchschicht bewirken . Hierbei entspricht eine Schwächung zweckmäßigerweise einer Beschädigung oder einer zumindest teilweisen Auftrennung der Materialverbindung . Die Schwächung kann gegebenenfalls auch bis zur vollständigen Auftrennung der Materialverbindung führen . Anders gesagt ist es sogar denkbar, durch die Volumenänderung des Trennmediums in der Sollbruchschicht eine Materialschicht zwischen einer Endfläche des Rohlings und der Sollbruchschicht „abzusprengen" . Zumindest aber kann durch die Schwächung der Sollbruchschicht ein anschließendes mechanisches Trennen, etwa durch Anlegen von Zugkräften, erleichtert werden .
Unabhängig davon, ob die Sollbruchschicht durch den erzeugten Innendruck nur geschwächt oder die Materialschicht oberhalb der Sollbruchschicht vollständig abgetrennt wird, i st gegenüber konventionellen ( abrasiven) Trennprozessen ein deutlich geringerer Materialverlust - und damit verbunden eine deutlich höhere Ausbeute (Yield) - zu erwarten . Gleichzeitig lassen sich so auch die Prozesskosten senken .
Zudem kann das Abtrennen der Materialschicht oberhalb der Sollbruchschichte durch die Schwächung der Sollbruchschicht sauberer erfolgen . Es lässt sich sogenannter Waferbruch vermeiden oder zumindest reduzieren, wodurch gegebenenfalls weniger Schlei f arbeiten am abgetrennten Substrat notwendig sind . Auch dadurch lässt sich die Ausbeute deutlich erhöhen .
Die Sollbruchschicht wird vorzugsweise durch Einstrahlen von Laserstrahlung in den Rohling erzeugt . Die Laserstrahlung kann zum Beispiel derart eingestrahlt werden, dass die Sollbruchschicht im Wesentlichen parallel zu einer der Endflächen des Rohlings verläuft . Zweckmäßigerweise definiert die Sollbruchschicht eine Materialschicht im Rohling, die nach dem Abtrennen - erzielt oder zumindest unterstützt durch die Schwächung der Sollbruchschicht mittels Expansion des Trennmediums - ein Substrat aus dem Rohlingmaterial bildet .
Die Sollbruchschicht umfasst vorzugsweise eine Viel zahl von Hohlräumen, die bei der Einstrahlung der Laserstrahlung erzeugt werden . Anders gesagt wird die Laserstrahlung in bevorzugter Weise derart eingestrahlt , dass im Rohling eine Vielzahl von Hohlräumen erzeugt wird . Die Viel zahl von Hohlräumen bildet zweckmäßigerweise die Sollbruchschicht oder liegt zumindest teilweise innerhalb der Sollbruchschicht . Dabei bleibt die Materialschicht zwischen der Sollbruchschicht und der Endfläche - das spätere Substrat - zweckmäßigerweise durch das Material zwischen den Hohlräumen mit dem übrigen Teil des Rohlings verbunden . In diese Hohlräume kann das Trennmedium eingebracht und anschließend expandiert werden, sodass sich die Hohlräume vergrößern . Die Vergrößerung kann die Schwächung der Sollbruchebene bewirken .
Die Schwächung der Sollbruchschicht kann beispielsweise erreicht werden, indem eine Materialverbindung, die nach dem Einstrahlen der Laserstrahlung in der Sollbruchschicht verbleibt , geschwächt wird . Die Materialverbindung verbindet zweckmäßigerweise den Teil des Rohlings oberhalb der Sollbruchschicht - des späteren Substrats - mit dem Tei l des Rohlings unterhalb der Sollbruchschicht . Sie kann also gewissermaßen eine Brücke zwischen verschiedenen Rohlingtei len nach dem Einstrahlen der Laserstrahlung darstellen . Die Expansion des Trennmediums kann die Materialverbindung weiter beschädigen, zum Beispiel ausdünnen oder zumindest teilweise auftrennen . Insbesondere können durch die Expansion weitere Risse in der Materialverbindung erzeugt werden . Bevorzugt vergrößern diese Risse die bereits vorhandenen Hohlräume .
Die Hohlräume können als geschlossene Räume innerhalb des Rohlings ausgebildet sein . Zum Einbringen des Trennmediums wird dann zweckmäßigerweise eine Verbindung zu den Hohlräumen hergestellt , zum Beispiel durch Lasereröf fnung der Hohlräume . Es ist j edoch bevorzugt , wenn die Hohlräume direkt als „of fenes Volumen" ausgebildet werden, d . h . mit einer Verbindung zur Umgebung des Rohlings . Das Trennmedium kann dann aus der Umgebung des Rohlings in die Hohlräume eingebracht werden .
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise verwendet zur Herstellung von, insbesondere homogenen, Substraten, insbesondere Wafern, aus Sili ziumkarbid . Es ist aber auch möglich, das Verfahren zur Herstellung von Substraten aus anderen, für elektromagnetische Strahlung mit geeigneter Wellenlänge transparenten Materialien einzusetzen . Denkbar ist unter anderem die Anwendung bei Rohlingen aus Galliumnitrit ( GaN) , Saphir (AI2O3 ) oder anderen Verbindungshalbleitern . Mithil fe des Verfahrens abgetrennte Substrate können sodann für die Herstellung von LEDs , Dioden und Transistoren, aber auch für Hochfrequenzapplikationen wie G5-Antennen oder Mikrowellen-Sender verwendet werden .
Vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung besonders dünner Substrate anwenden, deren Mindestdicke bislang durch den konventionellen Sägepro zess vorgegeben war . Beispielsweise ist es denkbar, mithil fe des Verfahrens Kameralinsen aus Saphir für Mobil funk- oder andere optische Anwendungen, etwa das Packaging von CCD-Sensoren, herzustellen .
Nachfolgend werden bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben, die j eweils , soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können .
In einer bevorzugten Aus führungs form ist das Trennmedium ein Fluid . Anders gesagt kann das Trennmedium gas förmig oder flüssig sein . Dadurch lässt sich das Trennmedium besonders leicht und aufwandsarm in die Hohlräume einbringen . Beispielsweise kann das Trennmedium - etwa durch das Vorsehen von Konzentrationsgradienten - ohne weiteres Einwirken auf den Rohling in die Hohlräume einströmen . Insbesondere kann das Trennmedium auch in die Hohlräume eindi f fundieren .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird beim Einbringen des Trennmediums in die Hohlräume ein sich nach dem Erzeugen der Hohlräume in den Hohlräumen befindliches Gas durch das Trennmedium ersetzt . Die Hohlräume können nach der Erzeugung durch das Einstrahlen der Laserstrahlung beispielsweise mit Umgebungsluft gefüllt sein, die anschließend durch das Trennmedium ersetzt wird . Dies ist vorteilhaft , da Volumenänderungen üblicherweise spezi fisch für das j eweilige Medium sind . Durch das Ersetzen eines im Zwei fels fall unbekannten Gasgemisches , etwa der Umgebungsluft , lässt sich ein spezifisches Verhalten des Mediums in den Hohlräumen s icherstellen . Insbesondere kann dadurch der zu erwartende Innendruck im Rohling, der durch die Expansion bewirkt wird, vorhergesagt und/oder kontrolliert werden . Anders gesagt kann nach der Ersetzung durch das Trennmedium eine gewünschte Expansion, die mit einem gewünschten Druck im Rohling korrespondiert , zuverlässig erzielt werden .
Zum Ersetzen des sich in den Hohlräumen befindlichen Gases kann das Trennmedium derart in die Hohlräume geführt , zum Beispiel eingeblasen, werden, dass das sich darin befindliche Gas von den Trennmedium verdrängt wird . Bevorzugt ist es j edoch, wenn das sich in den Hohlräumen befindliche Gas herausgepumpt und das Trennmedium anschließend in im Wesentlichen leere Hohlräume einströmen oder -di f fundieren kann . Dadurch kann sichergestellt werden, dass in den Hohlräumen im Wesentlichen ausschließlich Trennmedium vorhanden und/oder das Trennmedium innerhalb der Hohlräume besonders homogen verteilt ist .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird eine nach dem Einstrahlen der Laserstrahlung in der Sollbruchschicht verbleibende Materialverbindung durch die Expansion des Trennmediums zumindest teilweise auf getrennt . Zweckmäßigerweise wird das Trennmedium dazu schnell , insbesondere plötzlich, expandiert . Unter einer schnellen Expansion ist hierbei bei- spielsweise eine Ausdehnung des Trennmediums , die bei konstantem Druck einer Verdoppelung des eingenommenen Volumens entsprechen würde , innerhalb von wenigen Sekunden zu verstehen . Eine schnelle Expansion kann etwa eine Expansion innerhalb von 10 s , insbesondere innerhalb von 5 s , vorzugsweise innerhalb von 2 s , sein . Insbesondere kann die Expansion schneller erfolgen, als das Trennmedium aus den Hohlräumen, etwa über Öf fnungen am Rand des Rohlings , ausströmt . Durch die zumindest teilweise Auftrennung der verbleibenden Materialverbindung kann eine Schwächung der Sollbruchschicht besonders zuverlässig erreicht werden .
Gegebenenfalls lässt sich durch die mit der Expansion verbundene Auftrennung der Materialverbindung auch die Materialschicht oberhalb der Sollbruchschicht „absprengen" . Die Hohlräume werden dabei so weit vergrößert , dass Verbindungen zwischen ihnen entstehen . Die Kraft zur Trennung des Rohlings an der Sollbruchschicht bzw . zum Trennen des Substrats vom Rohling kann dadurch besonders ef fektiv verringert werden .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird die Expansion des Trennmediums durch eine Temperaturänderung bewirkt . Beispielsweise kann das Trennmedium erwärmt oder abgekühlt werden . Wird ein Gas als Trennmedium verwendet , läs st sich dieses zweckmäßigerweise durch Erwärmung expandieren . Handelt es sich bei dem Trennmedium um Wasser (H2O) , lässt sich dieses zweckmäßigerweise durch Abkühlung - unter Ausnutzung der Anomalie des Wassers - expandieren .
Es ist zweckmäßig, dass die Temperaturänderung schnell durchgeführt wird . Anders gesagt sind hohe Abkühl- bzw . Erwärmungsraten bevorzugt . Bevorzugt sind Abkühl- bzw . Erwärmungsraten zwischen 30 K/ s und 70 K/ s , insbesondere etwa 50 K/ s . Dies kann zum Beispiel durch direkten Kontakt einer Abkühl- oder Erwärmungseinrichtung mit dem Substrat erfolgen und/oder durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung aus einer entsprechenden Strahlungsquelle . Dadurch kann die Sollbruchschicht besonders zuverlässig geschwächt werden . Insbesondere ist es dadurch möglich, das Substrat im Wesentlichen vollständig vom Rohling abzutrennen .
Die Expansion des Trennmediums durch eine Temperaturänderung hat den Vorteil , dass sie aufwandsarm umzusetzen ist . Zudem lässt sich das Trennmedium durch eine Temperaturänderung homogenen expandieren .
Alternativ oder zusätzlich kann das Trennmedium aber auch durch die Verwendung von Ultraschall und/oder Mikrowellen expandiert werden . Anders gesagt ist es denkbar, alternativ oder zusätzlich zur Temperaturänderung Ultraschall und/oder Mikrowellen einzustrahlen . Insbesondere kann der Rohling dem Ultraschall und/oder den Mikrowellen ausgesetzt werden, um das Trennmedium in den Hohlräumen zu expandieren . Durch die Verwendung von Ultraschall und/oder Mikrowellen lässt sich eine besonders schnelle , insbesondere eine plötzliche , Expansion erzielen, da hierbei ein hoher Energieeintrag in das Trennmedium in kurzer Zeit erfolgen kann . Nach der Einkopplung von Mikrowellen und/oder Ultraschall kann die Expansion etwa im einstelligen Sekundenbereich, d . h . schneller als 10 s , insbesondere schneller als 5 s , vorzugsweise schneller als 2 s , erfolgen . Dadurch lässt sich die Sollbruchschicht besonders zuverlässig schwächen oder sogar eine Trennung des Rohlings in der Sollbruchschicht erreichen .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird ein Fokuspunkt der Laserstrahlung, vorzugsweise kontinuierlich, entlang einer Viel zahl in der Sollbruchschicht verlaufenden Linien geführt . Aufgrund eines Energieeintrags in den Rohling entlang der Linien können mit dem Wirkmedium befüllbare Kanäle im Rohling entstehen. Vorzugsweise werden die Hohlräume bzw. Kanäle im Rohling also „in einem Durchgang" erzeugt. Dadurch lässt sich die Prozessdauer verringern und die Effizienz steigern. Darüber hinaus kann so eine gleichmäßige Verteilung und/oder Größe, insbesondere eine gleichmäßige Hohlraumstruktur über die gesamte Sollbruchebene, der Kanäle erreicht werden.
Der Fokuspunkt der Laserstrahlung wird dabei vorzugsweise derart geführt, dass die Kanäle offen zur Umgebung des Rohlings sind. Anders gesagt münden die Kanäle zweckmäßigerweise an der Oberfläche am äußeren Umfang des Rohlings in die Umgebung. Dadurch kann das Trennmedium aufwandsarm in den Rohling eingebracht werden.
Die Prozessdauer lässt sich weiter verringern, indem wenigstens eine weitere Laserquelle eingesetzt wird, die entweder weitere Laserstrahlung parallel zur Laserstrahlung oder in einem geeigneten Winkel zur Laserstrahlung in den Rohling einstrahlt .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form weist die eingestrahlte Laserstrahlung folgende Parameterwerte auf bzw. wird mit folgenden Parametern erzeugt:
(i) einer Leistung zwischen 10 mW und 10 W, beispielsweise 7 W, vorzugsweise 0,1 W; (ii) einer Wellenlänge zwischen 900 und 1100 nm, beispielsweise 1064 nm, vorzugsweise 1030 nm;
(iii) einer Fluenz zwischen 1010 W/cm2 und 107 W/cm2, beispielsweise l,78-107 W/cm2, vorzugsweise 2,55-107 W/cm2; (iv) einer Spitzenintensität zwischen 1010 W/cm2 und 1014 W/cm2, beispielsweise 1,37 -1011 W/cm2, vorzugsweise 5, 24 -IO13 W/cm2; (v) einem Strahldurchmesser zwischen 3 mm und 5 mm, vorzugsweise 4 mm;
(vi) einem Fokusdurchmesser von 1 pm bis 3 pm, vorzugsweise 2 pm; (vii) einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 mm/ s bis 200 mm/ s, vorzugsweise von 30 mm/ s bis 100 mm/ s und besonders bevorzugt von 40 mm/ s bis 50 mm/ s ; (viii ) einer Pul sdauer von 10 fs bis 10 ns , beispielsweise 4 ns , vorzugsweise 100 fs bis 200 fs ; ( ix ) einer Pulsrate von 1 kHz bis 10 MHz , beispielsweise 10 kHz , insbesondere 10 kHz bis 1000 kHz ; und/oder (x ) einem Pulse-to-Pulse Pitch von 1 pm bis 10 pm, beispielsweise 5 pm . Solche Parameter können beispielsweise durch die Verwendung eines Nanosekunden-Faserlasers oder eines Femtosekunden- Festkörperlasers mit Pulse-Burst erreicht werden . Diese Parameterwerte ermöglichen es , im Rohling zuverlässig ein of fenes Volumen für die Befüllung mit ein Trennmedium zu erzeugen . Insbesondere kann die derart erzeugte Laserstrahlung ein Kristallgitter des Rohlingmaterials beeinflussen . Die derartige lokale Schädigung des Kristallgitters kann zu definierten, rissartigen Kanälen im Rohling führen .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form ist das Trennmedium ein Fluid, das sich bei Temperaturerhöhungen stark ausdehnt , aber auch über eine hohe Viskosität verfügt . Durch die Verwendung eines solchen Fluids kann bewirkt werden, dass der mit der Expansion des Trennmediums verbundene Druck sich nur mit noch größerer zeitlicher Verzögerung abbauen kann, beispielsweise über Öf fnungen der einzelnen Hohlräume am Rand des Rohlings . Mit anderen Worten kann ein Fluid als Trennmedium verwendet werden, für das der Leitwert der Hohlräume sehr gering ist , das also aus großen Atomen oder Molekülen, insbesondere langkettigen Molekülen, besteht . Vorzugsweise werden daher Fluide mit einer Dichte größer als 0 , 6 g/ml und/oder einer Viskosität größer als 0 , 7 mN - s - nt2 als Trennmedium verwendet .
Alternativ kann das Trennmedium ein Fluid sein, das wie beispielsweise Wasser eine Anomalie aufweist , also bei einer bestimmten Temperatur ein höheres Volumen aufweist al s bei höheren Temperatur, und so zu einem inneren Druckaufbau innerhalb der Hohlräume führt , die eine Trennung der zwischen den geschaf fenen Hohlräumen verbliebenen Materialstege bewirkt .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird der Rohling nach dem Einstrahlen der Laserstrahlung einem Vakuum ausgesetzt . Anders gesagt wird zweckmäßigerweise der Umgebungsdruck in der Umgebung des Rohlings reduziert . Beispielsweise kann der Druck auf etwa I Cu2 mbar gesenkt werden . Dadurch lässt sich auch der ( Gas- ) Druck in den Hohlräumen senken bzw . sich nach dem Erzeugen der Sollbruchschicht in den Hohlräumen befindliches Gas „heraussaugen" . Die erzeugten Hohlräume können so weitestgehend von Gasmolekülen befreit werden .
Vorzugsweise wird dann das Trennmedium in das Vakuum eingeleitet , um das Trennmedium in die Hohlräume einzubringen . Durch den stark reduzierten Druck in den Hohlräumen kann das Trennmedium ohne weiteres Zutun in die Hohlräume einströmen .
Alternativ ist es prinzipiell aber auch denkbar, dass Trennmedium unter Atmosphärendruck oder sogar einem demgegenüber erhöhten Druck in die Hohlräume eindi f fundieren zu lassen . Dies hat den Vorteil , dass ein vorangehender Verfahrensschritt , bei dem der Rohling einem Vakuum ausgesetzt wird, eingespart werden kann . Allerdings kann sich dadurch die Zeitdauer, bis eine zum Expandieren des Trennmediums ausreichende Trennmediumkonzentration in den Hohlräumen erreicht ist , erhöhen .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird der Rohling nach der Einstrahlung der Laserstrahlung in eine evakuierbare Behandlungskammer eingebracht . Darin kann das Vakuum erzeugt und der Rohling dem Vakuum ausgesetzt werden . Nach dem Erzeugen des Vakuums in der Behandlungskammer wird vorzugsweise das Trennmedium in die Behandlungskammer geleitet , bis ein vorgegebener Trennmediumdruck erreicht ist . Beispielswei se kann gas förmiges Trennmedium, vorzugsweise mit einem Druck von 1200 mbar, in die Behandlungskammer eingeleitet werden, nachdem ein Vakuum mit einem Druck von I O-1 mbar erreicht worden ist . Alternativ kann flüssiges Trennmedium, etwa Wasser, in die Behandlungskammer eingeleitet werden . Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine ausreichende Menge Trennmedium in die Hohlräume strömt und/oder das Trennmedium in den Hohlräumen homogen verteilt ist .
Nachdem die Hohlräume mit dem Trennmedium befüllt wurden, kann der Rohling aus der Behandlungskammer entnommen und das Trennmedium, etwa durch eine Erhitzung oder Abkühlung, in den Hohlräumen expandiert werden . Alternativ kann der Rohling aber auch in der Behandlungskammer verbleiben .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form werden die Hohlräume durch wiederholtes Expandieren des Trennmediums schrittweise vergrößert . Insbesondere kann die Sollbruchschicht so schrittweise geschwächt werden . Zweckmäßigerweise wird das Trennmedium dazu mehrmals derart expandiert , dass j eweils sich nur ein geringer Druckanstieg in den Hohlräumen ergibt . Dies erlaubt einen besonders behutsamen Trennprozess , wodurch sich Beschädigungen am abgetrennten Substrat vermeiden oder zumindest reduzieren lassen .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird nach der durch die Volumenänderung des Trennmediums bedingten Vergrößerung der Hohlräume das Substrat durch eine mechanische Trennkraft , vorzugsweise vollständig, abgetrennt . Eine mechanische Trennkraft ist in diesem Zusammenhang eine Kraft , die durch äußere Einwirkung auf den Rohling ausgeübt wird . Im Gegensatz dazu kann eine durch die Expansion des Trennmediums bewirkte Kraft als thermodynamische Trennkraft verstanden werden . Die mechanische Trennkraft wirkt zweckmäßigerweise auf die - nach der Expansion des Trennmediums - verbleibende Materialverbindung in der Sollbruchschicht ein . Insbesondere kann die mechanische Trennkraft zur Trennung dieser Materialverbindung - und damit zum Abtrennen des Substrats - führen .
Die mechanische Trennkraft wird vorzugsweise erzeugt durch ( i ) Scherung des Rohlings parallel zur Sollbruchschicht , ( ii ) Torsion des Rohlings um eine Achse senkrecht zur Sollbruchschicht , insbesondere um eine Längsachse des ( zylindrischen) Rohlings , ( iii ) Zug in einer Richtung senkrecht zur Sollbruchschicht , ( iv) Einstrahlung von Ultraschallwellen, und/oder (v) Ausüben einer Spaltkraft in der Sollbruchschicht , etwa durch Eindrücken eines Spaltkeils .
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung i st es j edoch auch denkbar, das Substrat durch die mechanische Trennkraft abzutrennen, ohne dass die Hohlräume durch Expansion des Trennmediums vergrößert wurden . Insbesondere ist es grundsätzlich auch möglich, zunächst in einem Rohling durch Einstrahlen von Laserstrahlung eine Sollbruchschicht zu erzeugen, die eine Viel zahl von Hohlräumen aufweist . Anschließend kann eine Materialschicht zwischen der Sollbruchschicht und einer Endfläche des Rohlings als Substrat durch die mechanische Trennkraft - wie voranstehend beschrieben - abgetrennt werden . Denkbar ist also auch eine „direkte" Trennung des Rohlings durch ( i ) Scherung, ( ii ) Torsion, ( iii ) Zug, ( iv) Ultraschall , und/oder (v) eine Spaltkraft nach dem Erzeugen der Sollbruchschicht . Die Verwendung des Trennmediums ist hierbei nicht notwendig .
In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird der Rohling an einer ersten Endflächen mit einem Substratträger und an einer der ersten Endfläche gegenüberliegenden zweiten Endfläche mit einen Rohlingträger verbunden . Dies kann vor der Erzeugung der Sollbruchschicht oder nach erfolgen . Mithil fe des Substratträgers und/oder des Rohlingträgers kann der Rohling nach der Erzeugung der Sollbruchschicht besonders leicht zum Beispiel in die Behandlungskammer verbracht oder daraus entnommen werden . Überdies lässt sich nach der Expansion des Trennmediums das abgetrennte Substrat mithil fe des Substratträgers halten, ohne dass es beschädigt wird .
Der Rohling wird zweckmäßigerweise durch Bonden mit dem Substratträger und/oder dem Rohlingträger verbunden . Vorzugsweise wird der Rohling mit dem Substratträger und/oder dem Rohlingträger homogen gebondet . D . h . , dass über die gesamte Verbindungs fläche zwischen dem Rohling und dem Substrat- und/oder Rohlingträger im Wesentlichen die gleichen Klebekräfte des Bondingklebers wirken . Dadurch können auch dünne Substrate , beispielsweise mit einer Dicke von weniger als 150 pm, zuverlässig und ohne das Auftreten von Rissen abgetrennt werden .
Die mechanische Trennkraft wird vorzugsweise durch Verformung des Substratträgers oder des Rohlingträgers erzeugt . Die Verformung des Substrat- oder des Rohlingträgers erfolgt dabei zweckmäßigerweise konzentrisch, um sicherzustellen, dass sie Trennkraft vom Rand der Sollbruchschicht erfolgt und in deren Mitte propagiert . Eine solche Verformung kann zum Beispiel durch das Einwirken eines Hebels auf den Substrat- oder Rohlingträger in einem Bereich, in dem der Substrat- bzw . Rohlingträger seitlich über den Rohling hinaus steht , bewirkt werden . Alternativ kann eine solche Verformung durch eine zentral einwirkende Druckkraft auf den Substratträger bewirkt werden . Eine solche Druckkraft ergibt sich beispiel sweise , wenn der Substratträger auf eine konvex gewölbten Oberfläche aufgespannt wird . In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form wird beim Erzeugen der Sollbruchschicht reflektierte Laserstrahlung mithil fe einer Sensoreinrichtung detektiert und auf Grundlage von dabei erzeugten Sensordaten eine Qualität des Substrats ermittelt . Beispielsweise können mithil fe der Sensordaten Einschlüsse oder andere Fehlstellen des Rohlings detektiert werden . Zweckmäßigerweise werden dazu aus den Sensordaten Bilder erzeugt und mithil fe bekannter Algorithmen verarbeitet . Gegebenenfalls kann auf Grundlage der so ermittelten Qualität das Substrat oder gleich der ganze Rohling ausgemustert werden .
Ein System zum Herstellen eines Substrats , insbesondere Halbleitersubstrats , gemäß einem zweiten Aspekt der Erf indung weist eine Laservorrichtung auf , die derart zum Einstrahlen von Laserstrahlung in einen Rohling eingerichtet ist , dass in dem Rohling eine Sollbruchschicht erzeugt wird, die eine Vielzahl von Hohlräumen aufweist . Zudem ist eine Versorgungsvorrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist , ein Trennmedium in die Hohlräume einzubringen, sowie eine Aktivierungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist , das Trennmedium in den Hohlräumen zu expandieren, sodass die Hohlräume , insbesondere weiter, vergrößert werden . Die Aktivierungsvorrichtung kann beispielsweise zum Expandieren des Trennmediums in den Hohlräumen eingerichtet sein, sodass eine nach dem Einstrahlen der Laserstrahlung verbleibende Materialverbindung in der Sollbruchschicht zumindest geschwächt , d . h . beispielsweise zumindest teilweise aufgetrennt , wird .
Mithil fe eines solchen Systems kann ein vollständiges mechanisches Trennen des Substrats vom Rohling, etwa durch Anlegen von Zugkräften, erleichtert werden . Gleichzeitig kann gegenüber konventionellen ( abrasiven) Trennprozessen der Materialverlust deutlich reduziert und die Substratausbeute aus einem Rohling entsprechend erhöht werden . Zusätzlich zur Laservorrichtung, Versorgungsvorrichtung und Aktivierungsvorrichtung kann eine Trennvorrichtung vorgesehen sein, die zum, insbesondere vollständigen, Trennen des Rohlings in der Sollbruchschicht eingerichtet ist .
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert . Soweit zweckdienlich, sind hierin gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Aus führungsbeispiele beschränkt - auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale . Die bisherige Beschreibung wie auch die nachfolgende Figurenbeschreibung enthalten zahlreiche Merkmale , die in den abhängigen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind . Diese Merkmale wie auch alle übrigen oben und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung o f fenbarten Merkmale wird der Fachmann j edoch auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfügen . Insbesondere sind alle genannten Merkmale j eweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und dem System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kombinierbar .
Es zeigen, zumindest teilweise schematisch :
Fig . 1 ein Beispiel eines Systems zum Herstellen eines Substrats ;
Fig . 2 ein Beispiel eines ersten Verfahrensschritts eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats ;
Fig . 3 ein Beispiel von Hohlräumen innerhalb eines Rohlings in einem Querschnitt ; Fig . 4 ein Beispiel eines zweiten Verfahrensschritts eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats ;
Fig . 5 ein Beispiel eines dritten Verfahrensschritts eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats ;
Fig . 6 ein Beispiel einer mittels expandiertem Trennmedium geschwächten Sollbruchschicht .
Figur 1 zeigt ein Beispiel eines Systems 1 zum Herstellen eines Substrats , insbesondere Halbleitersubstrats . Das System 1 weist eine Laservorrichtung 2 , eine Versorgungsvorrichtung 3 und eine Aktivierungsvorrichtung 4 auf . Optional kann zudem eine Trennvorrichtung 5 vorgesehen sein .
Die Laservorrichtung 2 ist zum Einstrahlen von Laserstrahlung in einen Rohling eingerichtet , zum Beispiel einen Ingot . Die Laservorrichtung 2 kann die Laserstrahlung dabei derart einstrahlen, dass in dem Rohling eine Sollbruchschicht erzeugt wird . Die Sollbruchschicht eine Viel zahl von Hohlräumen umfassen, die zumindest teilweise in der Sollbruchschicht 12 liegen .
Die Versorgungsvorrichtung 3 ist zum Einbringen eines Trennmediums in die Hohlräume eingerichtet . Die Versorgungsvorrichtung 3 kann zu diesem Zweck eine Behandlungskammer 6 aufweisen, in welcher der laserbehandelte Rohling angeordnet und einem Vakuum ausgesetzt werden kann . Die Versorgungsvorrichtung 3 kann insbesondere dazu eingerichtet sein, das Vakuum in der Behandlungskammer 6 zu erzeugen und anschließend das Trennmedium in die ( evakuierte ) Behandlungskammer 6 einzuleiten . Die Aktivierungsvorrichtung 4 ist zum Expandieren des Trennmediums in den Hohlräumen eingerichtet , sodass die Hohlräume vergrößert werden . Zweckmäßigerweise ist die Aktivierungsvorrichtung 4 dafür innerhalb der Behandlungskammer 6 angeordnet oder zumindest derart angeordnet und/oder eingerichtet, dass sie auf das Trennmedium innerhalb der Behandlungskammer 6 , insbesondere innerhalb der Hohlräume im Rohling, einwirken kann .
Insbesondere kann die Aktivierungsvorrichtung 4 auch dazu eingerichtet sein, durch Expansion des Trennmediums eine Trennung des Rohlings in der Sollbruchschicht zu bewirken . Anders gesagt kann die Aktivierungsvorrichtung 4 zum Vergrößern der Hohlräume bis zum Abtrennen einer Materialschicht - dem Substrat - vom Rohling eingerichtet sein, indem das Trennmedium in den Hohlräumen expandiert wird .
Beispielsweise kann ein mithil fe des Systems 1 ausgeführter Prozess wie folgt ablaufen :
Der Rohling wird in die Behandlungskammer 6 eingebracht , die mit einem transparenten Verschlussmittel , etwa einer Glasplatte , verschlossen wird . Mithil fe der Laservorrichtung 2 wird Laserstrahlung durch das transparente Verschlussmittel in den Rohling eingestrahlt . Anschließend wird die Behandlungskammer 6 evakuiert , etwa bis auf einen vorgegebenen Unterdrück, zum Beispiel 10~2 mbar . In die evakuierte Behandlungskammer wird das Trennmedium eingeleitet , vorzugswei se bis innerhalb der Behandlungskammer 6 im Wesentlichen Atmosphärendruck erreicht ist . Anschließend kann das Trennmedium im Rohling durch die Aktivierungsvorrichtung 4 expandiert werden, etwa durch Erwärmung . Die Aktivierungsvorrichtung 4 kann dazu beispielsweise eine Halogenlampenanordnung aufweisen und in- nerhalb der Kammer angeordnet sein . Alternativ kann das Trennmedium durch schockartiges Abkühlen, insbesondere Einfrieren, des Rohlings expandiert werden . Die Aktivierungsvorrichtung 4 kann dazu eine Kühlmittelleitung aufweisen, die durch die Behandlungskammer 6 verläuft , insbesondere durch einen Boden, auf dem sich der Rohling in der Behandlungskammer 6 abstützt . Der Boden lässt sich dann mithil fe eines durch die Kühlmittelleitung gepumpten Kühlmittels auf beispielsweise - 10 ° C abkühlen .
Die optionale Trennvorrichtung 5 ist zum vollständigen Trennen des Rohlings in der Sollbruchschicht eingerichtet und kann daher insbesondere dann vorgesehen sein, wenn die Aktivierungsvorrichtung 3 die Sollbruchschicht lediglich weiter schwächt . Mithil fe der Trennvorrichtung 5 kann dann eine mechanische Trennkraft erzeugt werden, welche eine nach der Expansion des Trennmediums eine noch verbleibende Materialverbindung in der Sollbruchschicht trennt .
Figur 2 zeigt ein Beispiel eines ersten Verfahrensschritts S 1 eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats 10 , insbesondere Halbleitersubstrats . Bei dem Verfahrensschritt S 1 wird in einen Rohling 20 , der hier nur ausschnittsweise dargestellt ist , Laserstrahlung 11 eingestrahlt . Dadurch lässt sich eine Sollbruchschicht 12 im Rohling 20 erzeugen . Die Sol lbruchschicht 12 weist zweckmäßigerweise eine Viel zahl von Hohlräumen 13 auf . Im gezeigten Beispiel ist ein kanalartiger Verlauf der Hohlräume 13 in der Sollbruchschicht 12 durch gestrichelte Linien angedeutet .
Die Laserstrahlung 11 weist zweckmäßigerweise eine Wellenlänge auf , bei welcher das Rohlingmaterial im Wesentlichen transparent ist . Bei einer derart gewählten Wellenlänge , etwa 1064 nm, beträgt beispielsweise der Absorptionskoef fi zient des Rohlingmaterials für die Laserstrahlung 11 1062 irr1 betragen . Dadurch kann die Laserstrahlung 11 ef fektiv bis in eine Tiefe , in der eine Materialschicht - das spätere Substrat 10 - vom Rohling 20 abgetrennt werden soll , eindringen und die Sollbruchschicht 12 erzeugen .
Beispielsweise kann Laserstrahlung 11 mit einer Wel lenlänge von 1064 nm, insbesondere 1030 nm, im Wesentlichen ungeschwächt mehr als 380 pm, insbesondere bis zu 1000 pm, in einen Rohling 20 aus Sili ziumkarbid ( SiC ) eindringen . Entsprechend lässt sich eine Sollbruchschicht 12 erzeugen, an der ein Substrat 10 mit einer Dicke zwischen 150 pm und 300 pm, bei Bedarf auch dicker, vom Rohling 20 abtrennbar ist .
Zum Erzeugen der Hohlräume 13 wird vorzugsweise ein Fokuspunkt 14 der Laserstrahlung 11 , insbesondere eines Laserstrahls , entlang einer Viel zahl in der Sollbruchschicht 12 verlaufenden Linien geführt . Diese Linien verlaufen zweckmäßigerweise parallel zu einer ersten Endfläche 21 des Rohlings 20 . Dabei ist es bevorzugt , wenn die Linien auch zueinander parallel verlaufen, sodass sich beispielswei se ein regelmäßiges Strei fenmuster aus lang gestreckten Hohlräumen 13 , insbesondere Kanälen, ausgebildet . Der Abstand zwischen benachbarten Linien bzw . durch den ersten Verfahrensschritt S 1 erzeugten Kanälen beträgt zweckmäßigerweise zwischen 50 und 200 pm, insbesondere 125 pm .
Die Fokussierung der Laserstrahlung 11 in der Sollbruchschicht 12 bewirkt - auch bei einer wie voranstehend beschriebenen Transparenz des Rohlingsmaterials bei der Wel lenlänge der Laserstrahlung 11 - einen Energieeintrag in den Rohling 20 . Durch diesen Energieeintrag wird die Gitterstruktur des Rohlingsmaterials , d . h . das Materialgefüge , beeinflusst . Dadurch können sich auch die optischen Eigenschaften des Rohlingsmaterials im Bereich des Energieeintrags ändern, insbesondere derart , dass der Absorptionskoef fi zient für die Laserstrahlung 11 weiter steigt und ein noch höherer Energieeintrag möglich wird .
Die Beeinflussung der Gitterstruktur geht einher mit einer lokalen Ausdehnung des Rohlingmaterials , was wiederum Druckspannungen senkrecht zur Sollbruchschicht 12 , d . h . parallel zur eingestrahlten Laserstrahlung 11 , bewirkt . Entsprechend bauen sich auch Zugspannungen in dieser Richtung auf , und zwar zwischen den mithil fe der Laserstrahlung 11 beeinflussten Bereichen, insbesondere zwischen den Linien, entlang der der Fokuspunkt 14 geführt wird .
Die Zugspannungen führen schließlich zu einer Trennung des Rohlingmaterials , d . h . zu Rissen im Inneren des Rohlings 20 . Durch die Führung des Fokuspunkts 14 entlang der Linien können diese Risse kanalartig ausgebildet werden .
Zweckmäßigerweise wird der Fokuspunkt 14 der Laserstrahlung 11 derart durch den Rohling 20 geführt , dass die dadurch entstehenden Kanäle bis an eine Seitenfläche des Rohlings 20 , zum Beispiel an die Mantel fläche des zylindrisch ausgebildeten Rohlings 20 , verlaufen . Insbesondere kann die Laserstrahlung 11 derart eingestrahlt werden, dass die entstehenden Kanäle in die Umgebung des Rohlings 20 mündenden und in einem folgenden Verfahrensschritt mit einem Trennmedium befüllt werden können, ohne dass ein anbohren der Hohlräume 13 notwendig ist . Dies ist im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben .
Auch wenn vorliegend nur ein Laserstrahl gezeigt ist , ist es j edenfalls denkbar, die Hohlräume 13 auch durch mehrere , im Wesentlichen parallel geführte Laserstrahlen zu erzeugen . Dadurch lässt sich die Erzeugung der Sollbruchschicht 12 beschleunigen . Zudem können dadurch Schwierigkeiten, die sich bei der Führung eines einzelnen Laserstrahls über eine große Fläche , zum Beispiel bei Rohlingen 20 mit besonders großem Durchmesser, ergeben können, umgangen werden .
Ebenfalls ist es denkbar, wenigstens eine weitere Laserstrahlung - bzw . wenigstens einen weiteren Laserstrahl - mit einem Fokuspunkt in den Rohling 20 unter einem anderen Winkel einzustrahlen . Alternativ oder zusätzlich kann der Fokuspunkt der Laserstrahlung und/oder der Fokuspunkt der wenigstens einen weiteren Laserstrahlung auf konzentrischen Kreisen durch den Rohling 20 geführt werden . Beim Durchkreuzen bereits erzeugter Hohlräume 13 kann eine höhere Absorption auftreten und dadurch die Hohlräume 13 weiter vergrößert werden .
Figur 3 zeigt ein Beispiel von Hohlräumen 13 innerhalb eines Rohlings 20 in einem Querschnitt . Der hier nur ausschnittsweise dargestellte Rohling 20 weist eine Sollbruchschicht 12 auf . Die Sollbruchschicht 12 umfasst eine Viel zahl der Hohlräume 13 , die zweckmäßigerweise als zueinander parallele Kanäle im Rohling 20 ausgebildet sind . In Figur 3 verlaufen diese Kanäle senkrecht zur Figurenebene .
Wie im Zusammenhang mit Figur 2 bereits aus führlich beschrieben können diese Kanäle durch Einstrahlen von Laserstrahlung in den Rohling 20 erzeugt werden . Beispielsweise lässt sich Rohlingmaterial 23 im Bereich eines Fokuspunkts der Laserstrahlung derart beeinflussen, insbesondere schädigen, dass kanalartige Risse - die Hohlräume 13 - im Rohling 20 auftreten . Das durch die Laserstrahlung geschädigte Rohlingmaterial 23 ist in Figur 3 schraf fiert dargestellt . Die Beschädigungen können eine Breite (parallel zu einer Endfläche 21 des Rohlings 20 ) von 5 pm bis 20 pm, insbesondere 15 pm bis 18 pm, und/oder eine Höhe (parallel zur einfallenden Laserstrahlung, vgl . Figur 2 ) von 2 pm bis 3 pm aufweisen . Die kanalartigen Risse treten üblicherweise in unmittelbarer Umgebung des geschädigten Rohlingmaterials 23 , insbesondere unmittelbar darüber oder unmittelbar darunter, auf .
Auf diese Weise lassen sich Kanäle mit einer Breite von etwa 50 pm bis 200 pm, beispielsweise 125 pm, und/oder einer Höhe von bis zu 2 pm, insbesondere bis zu 3 pm, erzeugen . Unabhängig davon liegen die Kanäle alle im Wesentlichen in der Fokusebene der Laserstahlung - oder grenzen zumindest unmittelbar daran an - und definieren zweckmäßigerweise die Sol lbruchschicht 12 . Die Kanäle können so bevorzugt in einer Tiefe von 70 pm bis 80 pm unterhalb der Endfläche 21 und/oder mit einer Beabstandung von etwa 125 pm zueinander erzeugt werden . Bei Bedarf ist j edoch auch eine Kanalausbildung in größeren Tiefen möglich, beispielsweise in einer Tiefe von 350 pm .
Figur 4 zeigt ein Beispiel eines zweiten Verfahrens schritts S2 eines Verfahrens zur Herstellung eines Substrats 20 , insbesondere Halbleitersubstrats . In diesem Verfahrensschritt S2 wird ein Trennmedium 15 , zum Beispiel ein Gas oder eine Flüssigkeit , in Hohlräume innerhalb eines Rohlings 20 eingebracht . Die Hohlräume liegen zweckmäßigerweise in einer Sol lbruchschicht 12 und wurden beispielsweise in einem ersten Verfahrensschritt durch Einstrahlen von Laserstrahlung in den Rohling 20 erzeugt ( siehe Figur 2 ) . Die Hohlräume werden dabei vorzugsweise derart angelegt , dass sie zur Umgebung des Rohlings 20 geöf fnet sind . Die Hohlräume können somit ein „of fenes Volumen" innerhalb des Rohlings 20 bilden . Im gezeigten Beispiel wird der Rohling 20 zum Einbringen des Trennmmediums 15 in die Hohlräume zunächst einem Vakuum ausgesetzt . Das Trennmedium 15 kann dann in das Vakuum eingeleitet und von den Hohlräumen auf genommen werden .
Vorzugsweise wird der Rohling 20 dazu in einer Behandlungskammer 6 angeordnet . Die Behandlungskammer 6 kann Teil einer Versorgungsvorrichtung sein oder diese bilden ( siehe Figur 1 ) . Die Behandlungskammer 6 ist zweckmäßigerweise über ein Auslassventil 7 mit einer Pumpe 8 verbunden . Gleichzeitig kann eine Trennmediums zuleitung in die Behandlungskammer 6 mündenden . Die Zuleitung des Trennmediums 15 lässt sich zweckmäßigerweise durch ein Zuleitungsventil 9 in der Trennmediums zuleitung steuern .
Bei geschlossenem Zuleitungsventil 9 und geöf fnetem Auslassventil 7 kann die Pumpe 8 die Behandlungskammer 6 evakuieren . Beispielsweise kann mithil fe der Pumpe 8 der Druck in der Behandlungskammer, d . h . der Umgebungsdruck des Rohlings 20 , auf 10~2 mbar oder weniger gesenkt werden . Dadurch können die Hohlräume im Wesentlichen von Restgas , beispielsweise nach dem Erzeugen der Sollbruchschicht 12 in die Hohlräume eingedrungenes Atmosphärengas , befreit werden .
Bei geschlossenem Auslassventil 7 kann durch Öf fnen des Zuleitungsventils 9 das Trennmedium 15 in die Behandlungskammer 6 eingeleitet werden . Zweckmäßigerweise wird das Auslassventil 7 geschlossen und/oder das Zuleitungsventil 9 geöf fnet , wenn ein vorgegebener Unterdrück, zum Beispiel 10~2 mbar, erreicht ist . Das Trennmedium 15 kann dann zügig in die Hohlräume strömen, wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist . Figur 5 zeigt ein Beispiel eines dritten Verfahrens schritts S3 eines Verfahrens zum Herstellen eines Substrats 10 , insbesondere Halbleitersubstrats . In diesem Verfahrensschritt S3 wird ein Trennmedium, das zuvor in Hohlräume innerhalb eines Rohlings 20 eingebracht wurde ( siehe Figur 4 ) , in den Hohlräumen expandiert , sodass die Hohlräume im Rohling 20 vergrößert werden . Dabei ist es denkbar, dass die Hohlräume derart vergrößert werden, dass der Rohling 20 in der Sollbruchschicht 12 effektiv getrennt wird .
Zweckmäßigerweise ist der Rohling 20 dazu noch immer in einer Behandlungskammer 6 angeordnet , in der zuvor das Trennmedium in die Hohlräume eingebracht wurde . Die Behandlungs kammer 6 weist vorzugsweise eine Aktivierungsvorrichtung 4 auf , mit welcher das Trennmedium in den Hohlräumen expandiert werden kann .
Im gezeigten Beispiel ist die Aktivierungsvorrichtung 4 als Hei zvorrichtung, zum Beispiel als Hei zspirale , Halogenlampenanordnung, insbesondere Halogenstrahlerfeld, oder Keramik-Heizer, ausgebildet . Mithil fe der Aktivierungsvorrichtung 4 kann eine Temperaturänderung vorgenommen werden, welche die Expansion des Trennmediums erzeugt . Beispielsweise lässt sich die Temperatur auf der Oberfläche des Rohlings 20 in wenigen Sekunden auf 500 ° C oder mehr erhöhen . Aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des Rohlingmaterials , insbesondere Halbleitermaterials wie Sili ziumkarbid, kann die Wärme unmittelbar in die Sollbruchebene 12 eingeleitet und auf das Trennmedium 15 übertragen werden . Die damit verbundene schlagartige Ausdehnung des Trennmediums innerhalb der Hohlräume erzeugt einen Druck im Inneren des Rohlings 20 , welcher die Sollbruchschicht 12 zumindest weiter schwächt . Insbesondere kann der Druck eine Materialverbindung in der Sollbruchschicht 12 zumindest teil- weise auftrennen, welche das Substrat 10 noch mit dem restlichen (unteren) Teil des Rohlings 20 verbindet . Dadurch lässt sich das Substrat 12 in einem weiteren Verfahrensschritt (nicht gezeigt ) leichter und/oder mit reduziertem Risiko einer substantiellen Beschädigung der Substratoberfläche vom Rohling 20 abtrennen .
Zur Abtrennung des Substrats 10 vom Rohling 20 im weiteren Verfahrensschritt kann der Rohling 20 an einer ersten Endfläche 21 mit einem Substratträger 30 und an einer der ersten Endfläche 21 gegenüberliegenden zweiten Endfläche 22 mit einem Rohlingträger 31 verbunden sein . Der Substratträger 30 und/oder Rohlingträger 31 werden vorzugsweise vor dem Verfahrensschritt S2 ( siehe Figur 4 ) mit den Endflächen 21 , 22 des Rohlings 20 verbunden, zum Beispiel durch Bonden oder ein anderes geeignetes Verbindungsverfahren . Insbesondere können der Substrat- und/oder Rohlingträger 30 , 31 vor oder nach dem ersten Verfahrensschritt ( siehe Figur 2 ) an den Rohling 20 gebondet werden .
Mithil fe des Substrat- und/oder Rohlingträgers 30 , 31 kann nicht nur eine mechanische Trennkraft zum vollständigen Auftrennen der geschwächten Materialverbindung in der Sollbruchschicht 12 auf den Rohling 20 ausgeübt werden, sondern der Rohling 20 auch leicht und mit reduziertem Risiko einer Beschädigung in die Behandlungskammer 6 verbracht oder daraus entnommen werden werden .
Beispielsweise lässt sich durch entsprechendes Einwirken auf den Substrat- und/oder Rohlingträger 30 , 31 eine Torsion und/oder eine Scherung des Rohlings 20 erreichen . Alternativ oder zusätzlich kann ein entsprechendes Einwirken auf den Substrat- und/oder Rohlingträger 30 , 31 ein Zug senkrecht zur Sollbruchschicht 12 erreichen . Ebenso ist es denkbar, die Sollbruchschicht 12 durch entsprechendes Einwirken auf den Substrat- und/oder Rohlingträger 30 , 31 „auf zuhebeln" . Alternativ kann auch der Substrat- oder Rohlingträger 30 , 31 durch Aufspannen auf eine konvexe Oberfläche verformt werden, sodass sich die geschwächte Materialverbindung in der Sollbruchschicht 12 zunächst an den Rändern und dann bis zur Mitte auf trennt . Durch eine solche konzentrisch wirkende Trennkraft kann das Substrat 10 besonders schonend vom Rohling 20 getrennt werden .
Um eine derartige Verformung des Substrat- oder Rohlingträgers 30 , 31 zu ermöglichen, ist der Substrat- bzw . Rohlingträger 30 , 31 vorzugsweise elastisch, insbesondere elastischer als der j eweils andere Träger 30 , 31 , ausgebildet . Der zu verformende Substrat- oder Rohlingträger 30 , 31 kann beispielsweise ein Elasti zitätsmodul von etwa 70 GPa aufweisen, während der j eweils andere Träger 30 , 31 bevorzugt mindestens das doppelte Elasti zitätsmodul , also etwa 140 GPa aufweist . Während vorzugsweise auf den einen Träger 30 , 31 zum Zwecke der Verformung eingewirkt wird, kann der andere , stei fere Träger 31 , 30 fest eingespannt werden .
Es ist aber auch denkbar, dass das Trennmedium derart expandiert wird, dass die Materialverbindung in der Sollbruchschicht 12 im Wesentlichen vollständig aufgetrennt wird und sich das Substrat 10 damit vom Rohling 20 löst . Insbesondere kann die Expansion, zum Beispiel durch eine hinreichend schnelle Temperaturänderung, derart ausgeführt werden, dass das Substrat 12 vom Rohling 20 abgesprengt wird . Dafür kann die Temperatur zum Beispiel in Sekundenschnelle auf bis zu 1000 ° C erhöht werden, etwa durch Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung aus einer entsprechenden Strahlungsquelle wie einem Halogenstrahler . In diesem Fall ist ein weiterer, voranstehend beschriebener Verfahrensschritt zum Abtrennen des Substrats 12 , gar nicht nötig .
Vorzugsweise lässt sich das Trennmedium mithil fe von Ultraschall und/oder Mikrowellen ebenfalls expandieren . Dies lässt sich ausnutzen, um das Trennmedium besonders schnel l zu expandieren und damit eine besonders starke Druckentwicklung in den Hohlräumen der Sollbruchschicht 12 zu erzielen . Insofern kann alternativ oder zusätzlich zur Hei zvorrichtung eine Ultraschallvorrichtung zur Erzeugung von Ultraschall und/oder eine Mikrowellenvorrichtung zur Erzeugung von Mikrowellen vorgesehen sein .
Die in Figur 2 , Figur 4 und Figur 5 dargestellten Verfahrensschritte S I , S2 und S3 können ausgeführt werden, um die Herstellung eines Substrats , insbesondere Halbleitersubstrats , gegenüber konventionellen Herstellungsprozessen zu verbessern, insbesondere aufwandsgünstiger und/oder ef fi zienter zu machen . Durch die Verfahrensschritte S I , S2 und S3 können zusammengenommen konventionelle abrasive Trennverfahren, zum Beispiel das Zersägen des Rohlings 20 mithil fe von Draht- oder Lochsägen, ersetzen . Dies ermöglicht nicht nur eine Zeitersparnis , sondern auch die Reduktion von Materialverlust , dem sog . „Kerf-Loss" .
Beispielsweise kostet ein unbehandelter Wafer mit einem Durchmesser von 150 mm etwa zwischen ca . 1 . 200 und 1 . 500 USD . Durch die Schwächung der Sollbruchschicht in Verfahrensschritt S3 und die damit verbundene Vermeidung von Sägeverlusten kann die „Ausbeute" an Substraten 10 aus einem Rohling 20 und mehr als 50 % erhöht werden . Gleichzeitig kann die Limitierung der Substratdicke durch die bei konventionellen Trennprozessen auftretenden Spannungen umgangen werden . Gegenwärtig werden Substrate 10 mit konventionellen Trennprozessen typischerweise mit einer Dicke von 350 pm herstellt , um die Bruchgefahr beim Trennen durch die dabei auf tretenden Spannungen im Material zu reduzieren . Reduziert man die beim Trennprozess auf das Substrat 10 wirkenden Kräfte dagegen durch kontrollierte Expansion des Trennmediums , kann die Substratdicke um ca . 30 % reduziert werden .
Das bedeutet , dass in der Summe durch Vermeidung des zum Beispiel bei einem Sägeprozess anfallenden Materialverlusts in Verbindung mit dünneren Substraten die Ausbeute aus einem Rohling 20 mehr als verdoppelt werden kann .
Figur 6 zeigt ein Beispiel einer mittels expandiertem Trennmedium geschwächten Sollbruchschicht 12 in einem Rohl ing 20 . Die Expansion des Trennmediums führt vorzugsweise dazu, dass eine Materialverbindung 16 , welche den Teil des Rohlings 20 oberhalb der Sollbruchschicht 12 mit dem Teil des Rohlings 20 unterhalb der Sollbruchschicht 12 verbindet , reduziert ist (vgl . Figur 3 ) . Der Teil des Rohlings 20 oberhalb der Sol lbruchschicht 12 , insbesondere eine Materialschicht zwischen einer ersten Endfläche 21 des Rohlings 20 und der Sollbruchschicht 12 , kann als vom Rohling 20 abzutrennendes Substrat 10 aufgefasst werden .
Insbesondere kann die Expansion des Trennmediums dazu führen, dass durch eine vorangehende Laserbehandlung erzeugte Hohlräume 13 , insbesondere kanalartige , parallel verlaufende Risse , in dem Rohling 20 vergrößert werden . Anders gesagt dehnen sich die Hohlräume 13 dadurch vorzugsweise derart aus , dass trennende Wände zwischen den Hohlräumen 13 - welche die Materialverbindung 16 bilden - dünner werden . Insbesondere können sich die Hohlräume 13 in der Sollbruchschicht 12 ausdehnen . Dadurch kann das Substrat 10 in einem nachfolgenden Verfahrensschritt besonders aufwandsarm abgetrennt werden . Gegebenenfalls kann die Expansion des Trennmediums auch dazu führen, dass die Hohlräume 13 , insbesondere die kanalartigen, parallel verlaufenden Risse , in dem Rohling 20 miteinander verbunden werden . Dadurch kann das Substrat 10 bereits durch die Expansion des Trennmediums abgetrennt werden .
Bezugs zeichenliste
1 System
2 Laservorrichtung
3 Versorgungsvorrichtung
4 Aktivierungsvorrichtung
5 Trennvorrichtung
6 Behandlungskammer
7 Auslassventil
8 Pumpe
9 Zuleitungsventil
10 Substrat
11 Laserstrahlung
12 Sollbruchschicht
13 Hohlraum
14 Fokuspunkt
15 Trennmedium
16 Materialverbindung a
20 Rohling
21 erste Endfläche
22 zweite Endfläche
23 geschädigtes Rohlingmaterial
30 Substratträger
31 Rohlingträger
51 erster Verfahrensschritt
52 zweiter Verfahrensschritt
53 dritter Verfahrensschritt

Claims

33 Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Substrats (10) , insbesondere Halbleitersubstrats, wobei in einem Rohling (20) durch Einstrahlen (Sl) von Laserstrahlung (11) eine Sollbruchschicht (12) erzeugt wird, die eine Vielzahl von Hohlräumen (13) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Trennmedium (15) in die Hohlräume (13) eingebracht wird (S2) und die Hohlräume (13) durch eine Expansion (S3) des Trennmediums (15) vergrößert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Trennmedium (15) ein Fluid ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Einbringen des Trennmediums (15) in die Hohlräume (13) ein sich nach dem Erzeugen der Hohlräume (13) in den Hohlräumen (13) befindliches Gas durch das Trennmedium (15) ersetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine nach dem Einstrahlen der Laserstrahlung (11) in der Sollbruchschicht (12) verbleibende Materialverbindung (16) durch die Expansion des Trennmediums (15) zumindest teilweise aufgetrennt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Expansion des Trennmediums (15) durch eine Temperaturänderung bewirkt wird. 34 Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Fokuspunkt (14) der Laserstrahlung (11) kontinuierlich entlang einer Vielzahl in der Sollbruchschicht (12) verlaufenden Linien geführt wird, sodass aufgrund eines Energieeintrags in den Rohling (20) entlang der Linien mit dem Trennmedium (15) befüllbare Kanäle im Rohling (20) entstehen. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die eingestrahlte Laserstrahlung (11) folgende Parameter aufweist bzw. mit folgenden Parametern erzeugt wird :
- einer Leistung zwischen 10 mW und 10 W, vorzugsweise 0,1 W;
- einer Wellenlänge zwischen 900 und 1100 nm, vorzugsweise 1030 nm;
- einer Fluenz zwischen 1010 W/cm2 und 107 W/cm2, vorzugsweise 2, 55 -IO7 W/cm2;
- einer Spitzenintensität zwischen 1011 W/cm2 und 1014 W/cm2, vorzugsweise 5, 24 -IO7 W/cm2;
- einem Strahldurchmesser zwischen 3 mm und 5 mm, vorzugsweise 4 mm;
- einem Fokusdurchmesser von 1 pm bis 3 pm, vorzugsweise 2 pm;
- einer Bewegungsgeschwindigkeit von 30 mm/ s bis
200 mm/s, vorzugsweise von 30 mm/ s bis 100 mm/ s und besonders bevorzugt von 40 mm/s bis 50 mm/s;
- einer Pulsdauer von 10 fs bis 10 ns, vorzugsweise 100 fs bis 200 fs;
- einer Pulsrate von 1 KHz bis 10 MHz, insbesondere 10 KHz bis 1000 KHz; und/oder - einem Pulse-to-Pulse Pitch von 1 pm bis 10 pm. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Trennmedium (15) ein Gas mit einer Dichte von 0,5 kg -irr3 bei 273 K oder größer ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rohling (20) nach dem Einstrahlen der Laserstrahlung (11) einem Vakuum ausgesetzt und das Trennmedium (15) in das Vakuum eingeleitet wird, um das Trennmedium (15) in die Hohlräume (13) einzubringen. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rohling (20) nach der Einstrahlung der Laserstrahlung (11) in eine evakuierbare Behandlungskammer (6) eingebracht wird und nach dem Erzeugen des Vakuums in der Behandlungskammer (6) das Trennmedium (15) in die Behandlungskammer (6) geleitet wird, bis ein vorgegebener Trennmediumdruck erreicht ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hohlräume (13) durch wiederholtes Expandieren des Trennmediums (15) schrittweise vergrößert werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass nach der durch die Expansion des Trennmediums (15) bedingten Vergrößerung der Hohlräume (13) das Substrat (10) durch eine mechanische Trennkraft vollständig abgetrennt wird. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Rohling (20) an einer ersten Endflächen (21) mit einem Substratträger (30) und an einer der ersten Endfläche (21) gegenüberliegenden zweiten Endfläche (22) mit einen Rohlingträger (31) verbunden wird, und die mechanische Trennkraft durch Verformung des Substratträgers (30) oder des Rohlingträgers (31) erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass beim Erzeugen der Sollbruchschicht (12) reflektierte Laserstrahlung (11) mithilfe einer Sensoreinrichtung de- tektiert und auf Grundlage von dabei erzeugten Sensordaten eine Qualität des Substrats (10) ermittelt wird. System (1) zum Herstellen eines Substrats (10) , insbesondere Halbleitersubstrats, mit
- einer Laservorrichtung (2) , die derart zum Einstrahlen von Laserstrahlung (11) in einen Rohling (20) eingerichtet ist, dass in dem Rohling (20) eine Sollbruchschicht (12) erzeugt wird, die eine Vielzahl von Hohlräumen (13) aufweist,
- einer Versorgungsvorrichtung (3) , die dazu eingerichtet ist, ein Trennmedium (15) in die Hohlräume (13) einzubringen, und
- eine Aktivierungsvorrichtung (4) , die dazu eingerichtet ist, das Trennmedium (15) in den Hohlräumen (13) zu expandieren, sodass die Hohlräume (13) vergrößert werden.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1600270A1 (de) * 2003-01-29 2005-11-30 Mitsuboshi Diamond Industrial Co., Ltd. Vorrichtung und verfahren zur substrattrennung
US20190362960A1 (en) * 2018-05-22 2019-11-28 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor substrate singulation systems and related methods
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