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DE102015004603A1 - Combined wafer fabrication process with laser treatment and temperature-induced stresses - Google Patents

Combined wafer fabrication process with laser treatment and temperature-induced stresses Download PDF

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DE102015004603A1
DE102015004603A1 DE102015004603.9A DE102015004603A DE102015004603A1 DE 102015004603 A1 DE102015004603 A1 DE 102015004603A1 DE 102015004603 A DE102015004603 A DE 102015004603A DE 102015004603 A1 DE102015004603 A1 DE 102015004603A1
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solid state
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Jan Richter
Wolfram Drescher
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Siltectra GmbH
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Siltectra GmbH
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt mindestens die Schritte: Bereitstellen eines Festkörpers (2) zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht (4), Erzeugen von Defekten mittels Strahlung von mindestens einer Strahlungsquelle (18), insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Festkörpers zum Vorgeben einer Ablöseebene (8), entlang der die Festkörperschicht (4) vom Festkörper (2) abgetrennt wird, Abtrennen der Festkörperschicht (4) von dem Festkörper (2) mittels eines entlang der Ablöseebene (8) geführten Risses, wodurch am Festkörper (2) eine Oberfläche freigelegt wird und an der Festkörperschicht eine Oberfläche freigelegt wird, wobei nach dem Abtrennen der Festkörperschicht (4) mittels einer Tempereinrichtung eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht (4) und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) durchgeführt wird.The present invention relates to a method for producing solid state layers. The inventive method preferably comprises at least the steps: providing a solid body (2) for separating at least one solid layer (4), generating defects by means of radiation from at least one radiation source (18), in particular a laser, in the internal structure of the solid body for prescribing a Ablöseebene (8), along which the solid state layer (4) from the solid (2) is separated, separating the solid layer (4) of the solid (2) by means of a along the release plane (8) guided crack, whereby the solid body (2) a Surface is exposed and on the solid layer, a surface is exposed, wherein after separating the solid layer (4) by means of a tempering means a radiation treatment for smoothing the surface structure of the exposed surface of the separated solid layer (4) and / or the exposed surface of the solid (2) is carried out.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten gemäß dem Gegenstand von Anspruch 1, auf einen mittels dieses Verfahrens hergestellten Wafer (Anspruch 12) und gemäß Anspruch 13 auf eine Anlage zum Herstellen von Festkörperschichten.The present invention relates to a method for producing solid-state layers according to the subject matter of claim 1, to a wafer produced by means of this method (claim 12) and according to claim 13 to a plant for producing solid-state layers.

In vielen technischen Bereichen (z. B. Mikroelektronik- oder Photovoltaiktechnologie) werden Materialien, wie z. B. Silizium, Germanium oder Saphir, häufig in der Form dünner Scheiben und Platten (so genannte Wafer) gebraucht. Standardmäßig werden solche Wafer derzeit durch Sägen aus einem Ingot hergestellt, wobei relativ große Materialverluste (”kerf-loss”) entstehen. Da das verwendete Ausgangsmaterial oft sehr teuer ist, gibt es starke Bestrebungen, solche Wafers mit weniger Materialaufwand und damit effizienter und kostengünstiger herzustellen.In many technical areas (eg microelectronics or photovoltaic technology), materials such. As silicon, germanium or sapphire, often in the form of thin slices and plates (so-called wafer) needed. By default, such wafers are currently produced by sawing from an ingot, resulting in relatively large material losses ("kerf-loss"). Since the starting material used is often very expensive, there are strong efforts to produce such wafers with less material and thus more efficient and cost-effective.

Beispielsweise gehen mit den derzeit üblichen Verfahren allein bei der Herstellung von Siliziumwafern für Solarzellen fast 50% des eingesetzten Materials als ”kerf-loss” verloren. Weltweit gesehen entspricht dies einem jährlichen Verlust von über 2 Milliarden Euro. Da die Kosten des Wafers den größten Anteil an den Kosten der fertigen Solarzelle ausmachen (über 40%), könnten durch entsprechende Verbesserungen der Waferherstellung die Kosten von Solarzellen signifikant reduziert werden.For example, with the currently customary methods, almost 50% of the material used is lost as "kerf loss" alone in the production of silicon wafers for solar cells. Worldwide, this represents an annual loss of over 2 billion euros. Since the cost of the wafer accounts for the largest share of the cost of the finished solar cell (over 40%), the cost of solar cells could be significantly reduced through improvements in wafer manufacturing.

Besonders attraktiv für eine solche Waferherstellung ohne kerf-loss (”kerf-free wafering”) erscheinen Verfahren, die auf das herkömmliche Sägen verzichten und z. B. durch Einsatz von temperaturinduzierten Spannungen direkt dünne Wafer von einem dickeren Werkstück abspalten können. Dazu gehören insbesondere Verfahren, wie sie z. B. in PCT/US2008/012140 und PCT/EP2009/067539 beschrieben sind, wo zum Erzeugen dieser Spannungen eine auf das Werkstück aufgetragene Polymerschicht verwendet wird.Particularly attractive for such a wafer production without kerf-loss ("kerf-free wafering") appear methods that do without the conventional sawing and z. B. by using temperature-induced voltages directly thin wafers can split off from a thicker workpiece. These include in particular methods, such as. In PCT / US2008 / 012140 and PCT / EP2009 / 067539 where a polymer layer applied to the workpiece is used to generate these stresses.

Die Polymerschicht weist bei den erwähnten Verfahren einen im Vergleich zum Werkstück um ungefähr zwei Größenordnungen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf. Außerdem kann durch Ausnutzen eines Glasübergangs ein relativ hoher Elastizitätsmodul in der Polymerschicht erreicht werden, so dass im Schichtsystem Polymerschicht-Werkstück durch Abkühlen genügend große Spannungen induziert werden können, um die Abspaltung von Wafer vom Werkstück zu ermöglichen.The polymer layer has in the mentioned method a compared to the workpiece by about two orders of magnitude higher thermal expansion coefficient. In addition, by utilizing a glass transition, a relatively high modulus of elasticity in the polymer layer can be achieved, so that sufficiently high voltages can be induced in the layer system polymer layer workpiece by cooling in order to enable the removal of wafers from the workpiece.

Beim Abspalten eines Wafers vom Werkstück haftet bei den erwähnten Verfahren jeweils auf einer Seite des Wafers noch Polymer an. Der Wafer krümmt sich dabei sehr stark in Richtung dieser Polymerschicht, was ein kontrolliertes Abspalten erschwert, und z. B. zu Dickenschwankungen des abgespaltenen Wafers führen kann. Außerdem erschwert die starke Krümmung die weitere Verarbeitung und kann sogar zum Zerbrechen des Wafers führen.When a wafer is split off from the workpiece, polymer still adheres to one side of the wafer in each of the methods mentioned. The wafer bends very strongly in the direction of this polymer layer, which makes controlled separation difficult, and z. B. can lead to thickness variations of the split-wafer. In addition, the high curvature makes further processing difficult and may even break the wafer.

Bei Verwendung der Verfahren nach bisherigem Stand der Technik weisen die hergestellten Wafer üblicherweise jeweils größere Dickenschwankungen auf, wobei die räumliche Dickenverteilung häufig ein Muster mit vierzähliger Symmetrie zeigt. Die totale Dickenschwankung über den ganzen Wafer gesehen (”total thickness variation”, TTV) beträgt bei Verwendung der bisherigen Verfahren häufig mehr als 100% der mittleren Waferdicke (ein Wafer von bspw. 100 Mikrometer mittlerer Dicke, der z. B. an seiner dünnsten Stelle 50 Mikrometer dick und an seiner dicksten Stelle 170 Mikrometer dick ist, hat ein TTV von 170 – 50 = 120 Mikrometer, was relativ zu seiner mittleren Dicke einer totalen Dickenschwankung von 120% entspricht). Wafer mit solch starken Dickenschwankungen sind für viele Anwendungen nicht geeignet. Außerdem liegen bei den am häufigsten auftretenden vierzähligen Dickenverteilungsmustern die Bereiche mit den größten Schwankungen unglücklicherweise in der Mitte des Wafers, wo sie am meisten stören.When using the methods of the prior art, the wafers produced usually each have larger variations in thickness, wherein the spatial thickness distribution often shows a pattern with fourfold symmetry. The total thickness variation (TTV) over the entire wafer is often greater than 100% of the average wafer thickness (eg, a wafer of, for example, 100 microns average thickness, eg, at its thinnest 50 microns thick and 170 microns thick at its thickest point, has a TTV of 170-50 = 120 microns, which corresponds to a total thickness variation of 120% relative to its mean thickness). Wafers with such large thickness variations are not suitable for many applications. In addition, in the most common fourfold thickness distribution patterns, the regions of greatest variability unfortunately lie in the middle of the wafer where they are most disturbing.

Außerdem entstehen beim Verfahren nach aktuellem Stand der Technik während der Bruchpropagation beim Abspalten selbst unerwünschte Oszillationen in den beteiligten Schichtsystemen, die den Verlauf der Bruchfront ungünstig beeinflussen und insbesondere zu signifikanten Dickenschwankungen des abgespaltenen Wafers führen können.In addition, in the method according to the current state of the art during the fracture propagation during the splitting off, undesired oscillations in the layer systems involved occur, which unfavorably influence the course of the fracture front and in particular can lead to significant thickness fluctuations of the split-off wafer.

Zudem ist es bei den bisherigen Verfahren schwierig, einen reproduzierbar guten Wärmekontakt über die ganze Fläche der Polymerschicht sicherzustellen. Lokal ungenügender Wärmekontakt kann aber aufgrund der geringen thermischen Leitfähigkeit der verwendeten Polymere zu ungewollten, signifikanten lokalen Temperaturabweichungen im Schichtsystem führen, was sich seinerseits negativ auf die Kontrollierbarkeit der erzeugten Spannungsfelder und damit die Qualität der hergestellten Wafer auswirkt.In addition, it is difficult in the previous methods to ensure a reproducibly good thermal contact over the entire surface of the polymer layer. Due to the low thermal conductivity of the polymers used, locally insufficient thermal contact can lead to unwanted, significant local temperature deviations in the layer system, which in turn adversely affects the controllability of the generated stress fields and thus the quality of the produced wafers.

Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 196 40 594 A1 ein Verfahren zur Trennung von Halbleitermaterialien mittels licht-induzierter Grenzflächenzersetzung und damit hergestellter Vorrichtungen, wie strukturierte und freistehende Halbleiterschichten und Bauelemente, bekannt. Das Verfahren gemäß der DE 196 40 594 A1 beinhaltet die Beleuchtung von Grenzflächen zwischen Substrat und Halbleiterschicht oder zwischen Halbleiterschichten, wodurch die Lichtabsorption an der Grenzfläche oder in einer dafür vorgesehenen Absorptionsschicht zur Materialzersetzung führt. Die Auswahl der Grenzfläche oder Halbleiterschicht, welche zur Zersetzung gebracht wird, erfolgt durch die Wahl der Lichtwellenlänge und Lichtintensität, die Einstrahlrichtung oder den Einbau einer dünnen Opferschicht während der Materialherstellung. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass zur Zerstörung ganzer Schichten hohe Energiedosen verwendet werden müssen, wodurch der Energiebedarf und somit die Kosten des Verfahrens sehr hoch sind.Furthermore, from the document DE 196 40 594 A1 a method of separating semiconductor materials by means of light-induced interfacial decomposition and devices made therewith, such as patterned and freestanding semiconductor layers and devices. The method according to the DE 196 40 594 A1 involves the illumination of interfaces between substrate and semiconductor layer or between semiconductor layers, whereby the light absorption at the interface or in an absorption layer provided for this purpose Material decomposition leads. The selection of the interface or semiconductor layer, which is brought to decomposition, takes place by the choice of the wavelength of light and light intensity, the direction of irradiation or the incorporation of a thin sacrificial layer during material production. This method has the disadvantage that high energy doses must be used to destroy entire layers, whereby the energy requirements and thus the cost of the process are very high.

Weiterhin ist durch die Druckschriften EP000002390044B1 , EP000001498215B1 , EP000001494271 B1 , EP000001338371B1 ein Verfahren offenbart, bei dem der Laser zum vertikalen Trennen von Werkstücken eingesetzt wird.Furthermore, by the documents EP000002390044B1 . EP000001498215B1 . EP000001494271 B1 . EP000001338371B1 discloses a method in which the laser is used for vertically separating workpieces.

Ferner sind lasergestützte Verfahren zum Erzeugen von Schadstellen innerhalb eines Wafers bekannt. Mit einem fokussierten Laser werden dabei in der Tiefe Multiphotonenanregungen erreicht, mit denen einen Schädigung in der Tiefe ohne eine Schädigung beim Materialeintritt möglich ist.Furthermore, laser-assisted methods for generating defects within a wafer are known. With a focused laser multiphoton excitations are achieved in the depth, with which a damage in the depth is possible without damage to the material entry.

Typischerweise werden dabei Laser mit einer ns-Pulsdauer (Nanosekundenpulsdauer) eingesetzt, damit es zu einer starken Wechselwirkung von dem erwärmten Material mit dem Laser kommen kann. Typischerweise geschieht dies über ein Photon-Phonon Wechselwirkung, welche eine deutlich höhere Absorption aufweist, als die Multi-photonen Anregung.Typically, lasers with an ns pulse duration (nanosecond pulse duration) are used so that a strong interaction of the heated material with the laser can occur. Typically, this occurs via a photon-phonon interaction, which has a significantly higher absorption than the multi-photon excitation.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise durch Ohmura et. al. (Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2006, vol 17, p. 381 ff) bekannt. Die von Ohmura et al. vorgeschlagene Waferbehandlung dient zur Erzeugung von Rissführungslinien durch eine Defekterzeugung innerhalb des Wafers, wie sie beim Vereinzeln von Waferelementen einer Waferplatte teilweise vorgesehen werden. Die bei diesem Verfahren erzeugten Defekte erstrecken sich dabei in vertikaler Richtung, wodurch die Verbindungsstruktur zwischen den einzelnen Waferelementen rechtwinklig zur Hauptoberfläche der Waferelemente längliche Schwächungen erfährt. Die länglichen Schwächungen weisen dabei Ausdehnungen von > 50 μm auf.Such a method is for example by Ohmura et. al. (Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2006, vol 17, p. 381 ff) known. The by Ohmura et al. The proposed wafer treatment serves to generate crack guide lines by a defect generation within the wafer, as they are partially provided when separating wafer elements of a wafer plate. In this case, the defects generated in this method extend in the vertical direction, as a result of which the connection structure between the individual wafer elements experiences elongated weakenings at right angles to the main surface of the wafer elements. The elongated weakenings have expansions of> 50 μm.

Der für das Vereinzeln von Waferelementen ausgenutzte Vorteil, nämlich die Erzeugung von Ausdehnungen mit einer vertikalen Ausdehnung von > 50 μm verhindert eine Übertragung dieser Art von Defekterzeugung auf Verfahren zum Abspalten von einer oder mehreren Waferschichten von einem Festkörper. Zum einen entsteht bei einer über die Waferfläche verteilten Erzeugung dieser länglichen Defekte eine Materialschicht im Inneren des Festkörpers, die lediglich zur Rissführung genutzt werden kann, jedoch für eine spätere Verwendung ungeeignet ist und daher Ausschuss darstellt. Zum anderen muss dieser Ausschuss z. B. durch Polierverfahren entfernt werden, wodurch ein zusätzlicher Aufwand entstehen würde. Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Festkörperschichten oder Festkörpern bereitzustellen, das die kostengünstige Herstellung von Festkörperplatten oder unebenen Festkörpern mit einer gewünschten Dickenverteilung ermöglichen, wobei die vertikale Schädigung um die Rissebene minimiert ist.The advantage exploited for the separation of wafer elements, namely the generation of expansions with a vertical extent of> 50 μm, prevents a transfer of this type of defect generation to processes for splitting off one or more wafer layers from a solid. On the one hand, when the elongated defects are distributed over the wafer surface, a material layer is created inside the solid body which can only be used for guiding cracks, but is unsuitable for later use and therefore represents rejects. On the other hand, this committee must, for. B. be removed by polishing, whereby an additional expense would arise. It is thus the object of the present invention to provide a process for the production of solid layers or solids, which allow the cost-effective production of solid plates or uneven solids with a desired thickness distribution, wherein the vertical damage is minimized around the crack plane.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Festkörperschichten bereitzustellen, das die kostengünstige Herstellung von Festkörperplatten bzw. Wafern mit einer gleichmäßigen Dicke und einer glatten Oberfläche ermöglicht, insbesondere mit einem TTV von weniger als 120 Mikrometer. Es besteht gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe ein Verfahren zu Herstellung von einer oder mehreren Festkörperschichten bereitzustellen, bei dem eine Rissausbreitungsebene mittels einem Laser innerhalb eines Festkörpers erzeugt wird, wobei die einzelnen die Rissausbreitungsebene bildenden Defekte eine vertikale Ausdehnung von weniger als 50 μm aufweisen sollen.It is thus the object of the present invention to provide a method for producing solid-state layers, which enables the cost-effective production of solid-state plates or wafers with a uniform thickness and a smooth surface, in particular with a TTV of less than 120 micrometers. It is a further object of the present invention to provide a method of making one or more solid layers wherein a crack propagation plane is generated by a laser within a solid, wherein the individual defects forming the crack propagation plane have a vertical extent of less than 50 μm should have.

Die zuvor genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Herstellen von Festkörperschichten gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt mindestens die Schritte: Bereitstellen eines Festkörpers zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht, Erzeugen von Defekten mittels Strahlung von mindestens einer Strahlungsquelle, insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Festkörpers zum Vorgeben einer Ablöseebene, entlang der die Festkörperschicht vom Festkörper abgetrennt wird, Abtrennen der Festkörperschicht von dem Festkörper mittels eines entlang der Ablöseebene geführten Risses, wodurch am Festkörper eine Oberfläche freigelegt wird und an der Festkörperschicht eine Oberfläche freigelegt wird, wobei nach dem Abtrennen der Festkörperschicht mittels einer Tempereinrichtung eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers durchgeführt wird.The aforementioned object is achieved by a method according to claim 1 for producing solid-state layers. The method according to the invention preferably comprises at least the steps: providing a solid for separating at least one solid layer, generating defects by means of radiation from at least one radiation source, in particular a laser, in the internal structure of the solid to specify a release plane along which the solid layer separates from the solid separating the solid layer from the solid by means of a crack along the release plane, thereby exposing a surface to the solid and exposing a surface to the solid layer, wherein after separating the solid layer by means of a tempering means, radiation treatment is provided to smooth the surface structure of the exposed surface the separated solid layer and / or the exposed surface of the solid is carried out.

Diese Lösung ist vorteilhaft, da aufgrund der Strahlungsquelle die Ablöseschicht bzw. Defektschicht in dem Festkörper erzeugbar ist, durch die der Riss bei der Rissausbreitung geleitet bzw. geführt wird, was die Realisierung sehr kleiner TTVs, insbesondere kleiner als 200 Mikrometer oder 100 Mikrometer oder kleiner als 80 Mikrometer oder kleiner als 60 Mikrometer oder kleiner als 40 Mikrometer oder kleiner als 20 Mikrometer oder kleiner als 10 Mikrometer oder kleiner als 5 Mikrometer, insbesondere 4, 3, 2, 1 Mikrometer, ermöglicht. Die Strahlenbeaufschlagung des Wafers schafft somit in einem ersten Schritt eine Art Perforation im Inneren des Festkörpers, entlang der in einem zweiten Schritt die Rissausbreitung erfolgt bzw. entlang der die Festkörperschicht von dem Festkörper abgetrennt wird.This solution is advantageous because, due to the radiation source, the release layer or defect layer can be generated in the solid through which the crack propagates during the crack propagation, which results in the realization of very small TTVs, in particular less than 200 micrometers or 100 micrometers or less than 80 microns or less than 60 microns or less than 40 microns or less than 20 microns or less than 10 microns or less than 5 microns, especially 4, 3, 2, 1 microns. The radiation of the wafer thus creates in a first Step a kind of perforation in the interior of the solid along which the crack propagation occurs in a second step or along which the solid layer is separated from the solid.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und/oder der Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the following description and / or the dependent claims.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die zusätzliche Laserbehandlung in Form einer Ultrakurzzeittemperung vorgenommen wird, wobei die abgetrennte Festkörperschicht im Bereich von Milli- und Mikrosekunden mit Laserstrahlen beaufschlagt wird.In particular, it is advantageous if the additional laser treatment is carried out in the form of ultra-short-time annealing, the laser beam being applied to the separated solid-state layer in the range of milliseconds and microseconds.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat der Laser eine Pulsdauer von unter 10 ps, besonders bevorzugt unter 1 ps und am besten unter 500 fs.According to a preferred embodiment of the present invention, the laser has a pulse duration of less than 10 ps, more preferably less than 1 ps, and most preferably less than 500 fs.

Die Spannungen zum Ablösen der Festkörperschicht werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von dem Festkörper durch die thermische Beaufschlagung der Aufnahmeschicht, insbesondere einer Polymerschicht, erzeugt. Die thermische Beaufschlagung stellt bevorzugt ein Abkühlen der Aufnahmeschicht bzw. Polymerschicht auf oder unter die Umgebungstemperatur und bevorzugt unter 10°C und besonders bevorzugt unter 0°C und weiter bevorzugt unter –10°C dar. Die Abkühlung der Polymerschicht erfolgt höchst bevorzugt derart, dass zumindest ein Teil der Polymerschicht, die bevorzugt aus PDMS besteht, einen Glasübergang vollzieht. Die Abkühlung kann hierbei eine Abkühlung auf unter –100°C sein, die z. B. mittels flüssigen Stickstoffs bewirkbar ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da sich die Polymerschicht in Abhängigkeit von der Temperaturveränderung zusammenzieht und/oder einen Gasübergang erfährt und die dabei entstehenden Kräfte auf den Festkörper überträgt, wodurch mechanische Spannungen in dem Festkörper erzeugbar sind, die zum Auslösen eines Risses und/oder zur Rissausbreitung führen, wobei sich der Riss zunächst entlang der ersten Ablöseebene zum Abspalten der Festkörperschicht ausbreitet.The stresses for detaching the solid-state layer are generated by the solid body by the thermal loading of the receiving layer, in particular a polymer layer, according to a preferred embodiment of the present invention. The thermal application preferably represents a cooling of the receiving layer or polymer layer to or below the ambient temperature and preferably below 10 ° C. and more preferably below 0 ° C. and more preferably below -10 ° C. The cooling of the polymer layer is most preferably such that at least a part of the polymer layer, which preferably consists of PDMS, undergoes a glass transition. The cooling can be a cooling to below -100 ° C, the z. B. by means of liquid nitrogen is effected. This embodiment is advantageous because the polymer layer contracts as a function of the temperature change and / or experiences a gas transfer and transfers the resulting forces to the solid, whereby mechanical stresses can be generated in the solid, which trigger a crack and / or crack propagation lead, wherein the crack propagates first along the first release plane for splitting off the solid layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Festkörper an einer Halteschicht zum Halten des Festkörpers angeordnet, wobei die Halteschicht an einem ersten ebenen Flächenanteil des Festkörpers angeordnet wird, wobei der erste ebene Flächenanteil des Festkörpers von einem zweiten ebenen Flächenanteil des Festkörpers beabstandet ist, wobei am zweiten ebenen Flächenanteil die Polymerschicht angeordnet ist und wobei die Ablöseebene gegenüber dem ersten ebenen Flächenanteil und/oder dem zweiten ebenen Flächenanteil parallel ausgerichtet wird bzw. parallel erzeugt wird.According to a preferred embodiment of the present invention, the solid body is disposed on a holding layer for holding the solid body, wherein the holding layer is disposed on a first planar surface portion of the solid, wherein the first planar surface portion of the solid body is spaced from a second planar surface portion of the solid the polymer layer is arranged on the second planar surface portion and wherein the release plane is aligned parallel to the first planar surface portion and / or the second planar surface portion or is generated in parallel.

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da der Festkörper zumindest abschnittweise und bevorzugt vollständig zwischen der Halteschicht und der Polymerschicht angeordnet ist, wodurch mittels einer dieser Schichten oder mittels beider Schichten die Spannungen zur Risserzeugung bzw. Rissausbreitung in den Festkörper einleitbar sind.This embodiment is advantageous since the solid body is arranged at least in sections and preferably completely between the holding layer and the polymer layer, whereby the stresses for crack generation or crack propagation into the solid body can be introduced by means of one of these layers or by means of both layers.

Mindestens oder genau eine Strahlungsquelle ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen der in den Festkörper einzubringenden Strahlung derart konfiguriert, dass die von ihr ausgestrahlten Strahlen die Defekte an vorbestimmten Orten innerhalb des Festkörpers erzeugen. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da mittels einer Strahlungsquelle, insbesondere mittels eines Lasers, äußerst genau Defekte in dem Festkörper erzeugbar sind.At least or one radiation source is configured in accordance with another preferred embodiment of the present invention for providing the radiation to be introduced into the solid state such that the rays emitted by it generate the defects at predetermined locations within the solid state. This embodiment is advantageous because defects in the solid can be generated extremely accurately by means of a radiation source, in particular by means of a laser.

Für das Verfahren ergeben sich insbesondere zwei Anwendungsfälle, im Folgenden „Wafering” und „thinning” genannt. Beim „Wafering” wird das Verfahren üblicherweise dafür genutzt eine dicke Schicht von einem noch dickeren Halbleiterblock abzulösen, typischerweise einen Wafer (mit den industriespezifischen Dicken) von einem Ingot. Beim „Thinning” wird das Verfahren dafür eingesetzt, von einem Wafer eine sehr dünne Schicht abzuspalten, was dem heutigen Prozess des grindings entspricht, allerdings mit dem Vorteil, dass das nicht benötigte Material unversehrt bleibt und wiederverwendet werden kann. Eine klare Trennung von „thinning” und „Wafering” ist kompliziert, weil z. B. das „thinning” auch durch Beaufschlagung von der Rückseite eines Wafers geschehen kann, so dass zwar eine dünne Schicht entsteht, der Laser aber tief in das Material eindringt.In particular, two applications arise for the method, referred to below as "wafering" and "thinning". In wafering, the process is commonly used to strip a thicker layer from an even thicker semiconductor block, typically a wafer (with the industry specific thicknesses) from an ingot. "Thinning" uses the process to split off a very thin layer from a wafer, which corresponds to the current process of grindings, but with the advantage that the unneeded material remains intact and can be reused. A clear separation of "thinning" and "wafering" is complicated because z. B. the "thinning" can also be done by acting on the back of a wafer, so that although a thin layer is formed, but the laser penetrates deep into the material.

Für den „thinning” Fall:
Die Strahlungsquelle wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart eingestellt, dass die von ihr ausgestrahlten Strahlen zum Erzeugen der Ablöseebene auf eine definierte Tiefe, insbesondere < 100 μm, in den Festkörper eindringen. Bevorzugt wird die Ablöseebene parallel beabstandet zu einer äußeren und bevorzugt ebenen Oberfläche des Festkörpers ausgebildet. Bevorzugt ist die Ablöseebene weniger als 100 Mikrometer und bevorzugt weniger als 50 Mikrometer und besonders bevorzugt weniger als oder gleich 20, 10, 5 oder 2 Mikrometer von der ebenen Oberfläche des Festkörpers beabstandet innerhalb des Festkörpers ausgebildet. Somit wird die Ablöseebene bevorzugt in Form einer aus Defekten erzeugten Ebene ausgebildet, wobei die Defekte weniger als 100 Mikrometer und bevorzugt weniger als 50 Mikrometer und besonders bevorzugt weniger als 20, 10 oder 2 Mikrometer von der ebenen Oberfläche des Festkörpers beabstandet innerhalb des Festkörpers ausgebildet werden.
For the "thinning" case:
The radiation source is adjusted in accordance with a further preferred embodiment of the present invention such that the rays emitted by it penetrate into the solid body to produce the release plane to a defined depth, in particular <100 μm. Preferably, the Ablöseebene spaced parallel to an outer and preferably flat surface of the solid is formed. Preferably, the release plane is less than 100 microns, and preferably less than 50 microns, and more preferably less than or equal to 20, 10, 5, or 2 microns spaced from the planar surface of the solid within the solid. Thus, the release plane is preferably formed in the form of a plane created from defects, wherein the defects are formed less than 100 microns, and preferably less than 50 microns, and more preferably less than 20, 10 or 2 microns spaced from the planar surface of the solid within the solid ,

Für den „wafering” Fall:
Die Strahlungsquelle wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart eingestellt, dass die von ihr ausgestrahlten Strahlen zum Erzeugen der Ablöseebene auf eine definierte Tiefe, insbesondere > 100 μm, in den Festkörper eindringen. Bevorzugt wird die Ablöseebene parallel beabstandet zu einer äußeren und bevorzugt ebenen Oberfläche des Festkörpers ausgebildet. Bevorzugt ist die Ablöseebene mehr als 100 Mikrometer und bevorzugt mehr als 200 Mikrometer und besonders bevorzugt mehr als 400 oder 700 Mikrometer von der ebenen Oberfläche des Festkörpers beabstandet innerhalb des, Festkörpers ausgebildet. Somit wird die Ablöseebene bevorzugt in Form einer aus Defekten erzeugten Ebene ausgebildet, wobei die Defekte mehr als 100 Mikrometer und bevorzugt mehr als 200 Mikrometer und besonders bevorzugt mehr als 400 oder 700 Mikrometer von der ebenen Oberfläche des Festkörpers beabstandet innerhalb des Festkörpers ausgebildet werden.
For the "wafering" case:
In accordance with a further preferred embodiment of the present invention, the radiation source is set in such a way that the rays emitted by it for generating the release plane penetrate to a defined depth, in particular> 100 μm, into the solid. Preferably, the Ablöseebene spaced parallel to an outer and preferably flat surface of the solid is formed. Preferably, the release plane is more than 100 microns, and preferably more than 200 microns, and more preferably more than 400 or 700 microns spaced from the planar surface of the solid formed within the, solid. Thus, the release plane is preferably formed in the form of a plane created from defects, wherein the defects are formed more than 100 microns, and preferably more than 200 microns, and more preferably more than 400 or 700 microns spaced from the planar surface of the solid within the solid.

Der Festkörper wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer vorgegebenen Wellenlänge und/oder Leistung beaufschlagt, wobei die vorgegebene Wellenlänge bevorzugt an das jeweilige Material bzw. Substrat angepasst ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Defektgröße durch die Wellenlänge und/oder die Leistung beeinflussbar ist.The solid is applied according to a further preferred embodiment of the present invention with a predetermined wavelength and / or power, wherein the predetermined wavelength is preferably adapted to the respective material or substrate. This embodiment is advantageous because the defect size can be influenced by the wavelength and / or the power.

Der Festkörper weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Silizium und/oder Gallium oder Perowskit auf und die Polymerschicht und/oder die Halteschicht bestehen zumindest teilweise und bevorzugt vollständig oder zu mehr als 75% aus Polydimethylsiloxane (PDMS), wobei die Halteschicht an einer zumindest abschnittsweise ebenen Fläche einer Stabilisierungseinrichtung angeordnet ist, die zumindest teilweise aus mindestens einem Metall besteht. Die Stabilisierungseinrichtung ist bevorzugt eine Platte, insbesondere eine Platte die Aluminium aufweist oder daraus besteht. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da durch die Stabilisierungseinrichtung und die Halteschicht der Festkörper definiert bzw. fest gehalten wird, wodurch die Spannungen sehr genau in dem Festkörper erzeugt werden können.According to a further preferred embodiment of the present invention, the solid has silicon and / or gallium or perovskite, and the polymer layer and / or the holding layer consist at least partially and preferably completely or more than 75% of polydimethylsiloxanes (PDMS) at least partially planar surface of a stabilizing device is arranged, which consists at least partially of at least one metal. The stabilizing device is preferably a plate, in particular a plate comprising or consisting of aluminum. This embodiment is advantageous because the solid state is defined or held by the stabilization device and the holding layer, as a result of which the stresses can be generated very accurately in the solid.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Spannungen in dem Festkörper derart einstellbar bzw. erzeugbar, dass die Rissauslösung und/oder die Rissausbreitung zum Erzeugen einer Topografie der sich in der Rissebene ergebenden Oberfläche steuerbar ist. Die Spannungen sind somit bevorzugt in unterschiedlichen Bereichen des Festkörpers bevorzugt zumindest zeitweise unterschiedlich stark erzeugbar. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da durch Steuerung der Rissauslösung und/oder des Rissverlaufs die Topographie der erzeugten bzw. abgetrennten Festkörperschicht vorteilhaft beeinflussbar ist.According to a further preferred embodiment of the present invention, the stresses in the solid body can be adjusted or generated in such a way that the crack initiation and / or the crack propagation is controllable for producing a topography of the surface resulting in the crack plane. The stresses are thus preferably in different areas of the solid preferably at least temporarily differently strong generated. This embodiment is advantageous since the topography of the generated or separated solid-state layer can be advantageously influenced by controlling the crack initiation and / or the crack progression.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geben die Defekte mindestens eine Rissführungsschicht vor, wobei die mindestens eine Rissführungsschicht eine von einer ebenen Gestalt abweichende Gestalt aufweist. Diese Lösung ist vorteilhaft, da die erzeugten Festkörperschichten oder die erzeugten Festkörper eine von einer ebenen Schicht abweichende Gestalt aufweisen können. Es können somit nicht mehr nur ebene Schichten, sondern ebenfalls dreidimensionale Körper aus einem Werkstück mittels einer Rissausbreitung herausgebildet bzw. erzeugt werden. Derart hergestellte Festkörper weisen aufgrund des Herstellungsverfahrens eine sehr vorteilhafte und nur wenig bis nicht nachzubearbeitende Oberfläche auf. So sind z. B. optische Elemente, wie z. B. ein Spat oder eine Linse in einem einstufigen oder mehrstufigen, insbesondere zwei oder dreistufigen, Splitprozess herstellbar.According to another preferred embodiment of the present invention, the defects provide at least one crack guiding layer, wherein the at least one crack guiding layer has a shape deviating from a planar shape. This solution is advantageous because the solid layers produced or the solids generated can have a different shape from a flat layer. Thus, not only planar layers but also three-dimensional bodies can be formed or produced from a workpiece by means of a crack propagation. Due to the manufacturing process, solids produced in this manner have a very advantageous surface which can be processed only slightly or not. So z. B. optical elements, such as. As a spade or a lens in a single-stage or multi-stage, in particular two or three-stage, split process produced.

Die Gestalt der Rissführungsschicht weist somit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest abschnittsweise die Kontur eines dreidimensionalen Objektes, insbesondere einer Linse oder eines Spaten, auf.The shape of the crack guiding layer thus has according to a preferred embodiment of the present invention, at least in sections, the contour of a three-dimensional object, in particular a lens or a spade on.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Defekte mittels einer Defekterzeugungsvorrichtung bzw. der Strahlungsquelle erzeugt, wobei die Defekterzeugungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Defekte mit einem konstanten Abstand zur Defekterzeugungsvorrichtung in dem Werkstück erzeugt werden, wobei das Werkstück und die Defekterzeugungsvorrichtung derart relativ zueinander geneigt werden, dass die von der Defekterzeugungsvorrichtung erzeugten Defekte in der Rissführungsschicht erzeugt werden, wobei die Defekterzeugungsvorrichtung und das Werkstück während der Defekterzeugung lediglich zweidimensional zueinander umpositioniert werden. Die Defekterzeugungsvorrichtung wird somit bevorzugt gegenüber dem Werkstück umpositioniert oder das Werkstück wird gegenüber der Defekterzeugungsvorrichtung umpositioniert oder die Defekterzeugungsvorrichtung und das Werkstück werden beide zueinander umpositioniert.According to a preferred embodiment of the present invention, the defects are generated by a defect generator and the radiation source, respectively, wherein the defect generator is configured to generate the defects at a constant distance from the defect generator in the workpiece, with the workpiece and the defect generator being so relative to each other it is preferable that the defects generated by the defect generating device are generated in the crack guiding layer, whereby the defect generating device and the workpiece are repositioned only two-dimensionally with each other during the defect generation. The defect generating device is thus preferably repositioned relative to the workpiece or the workpiece is repositioned with respect to the defect generating device or the defect generating device and the workpiece are both repositioned to each other.

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Strahlungsquelle bzw. die Defekterzeugungseinrichtung zur Defekterzeugung lediglich umpositioniert werden muss und keine Modifikation der Defekterzeugungsvorrichtung bewirkt werden muss, insbesondere keine veränderte Defekteinbringtiefe bestimmt und eingestellt werden muss.This embodiment is advantageous since the radiation source or the defect-producing device only has to be repositioned for defect generation and no modification of the defect-generating device has to be effected, in particular no changed defect-introduction depth has to be determined and set.

Die Defekte werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform mittels einer Defekterzeugungsvorrichtung bzw. der Strahlungsquelle erzeugt, wobei die Defekterzeugungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass die Defekte mit einem sich zeitweise veränderndem Abstand zur Defekterzeugungsvorrichtung in dem Werkstück erzeugt werden, wobei in Abhängigkeit von dem Abstand der Defekterzeugungsvorrichtung zu dem zu erzeugenden Defekts zumindest zeitweise eine Modifikation der Defekterzeugungsvorrichtung bewirkt wird, insbesondere eine veränderte Defekteinbringtiefe bestimmt und eingestellt wird. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da bevorzugt keine Neigungsvorrichtung zum Neigen des Werkstücks vorgesehen werden muss.The defects are in accordance with a further preferred embodiment by means of a The defect generating device is configured such that the defects are generated at a time varying distance to the defect generating device in the workpiece, depending on the distance of the defect generating device to the defect to be generated at least temporarily a modification of the defect generating device is effected, in particular an altered defect introduction depth is determined and adjusted. This embodiment is advantageous because preferably no tilting device has to be provided for tilting the workpiece.

Der Festkörper weist bevorzugt ein Material oder eine Materialkombination aus einer der Hauptgruppen 3, 4 und 5 des Periodensystems der Elemente auf, wie z. B. Si, SiC, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al2O3 (Saphir), AlN. Besonders bevorzugt weist der Festkörper eine Kombination aus in der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems vorkommenden Elementen auf. Denkbare Materialien oder Materialkombinationen sind dabei z. B. Galliumarsenid, Silizium, Siliziumcarbid, etc. Weiterhin kann der Festkörper eine Keramik (z. B. Al2O3 – Alumiumoxid) aufweisen oder aus einer Keramik bestehen, bevorzugte Keramiken sind dabei z. B. Perovskitkeramiken (wie z. B. Pb-, O-, Ti/Zr-haltige Keramiken) im Allgemeinen und Blei-Magnesium-Niobate, Bariumtitanat, Lithiumtitanat, Yttrium-Aluminium-Granat, insbesondere Yttrium-Aluminium-Granat Kristalle für Festkörperlaseranwendungen, SAW-Keramiken (surface acoustic wave), wie z. B. Lithiumniobat, Galliumorthophosphat, Quartz, Calziumtitanat, etc. im Speziellen. Der Festkörper weist somit bevorzugt ein Halbleitermaterial oder ein Keramikmaterial auf bzw. besonders bevorzugt besteht der Festkörper aus mindestens einem Halbleitermaterial oder einem Keramikmaterial. Es ist weiterhin denkbar, dass der Festkörper ein transparentes Material aufweist oder teilweise aus einem transparenten Material, wie z. B. Saphir, besteht bzw. gefertigt ist. Weitere Materialien, die hierbei als Festkörpermaterial alleine oder in Kombination mit einem anderen Material in Frage kommen, sind z. B. „wide band gap”-Materialien, InAlSb, Hochtemperatursupraleiter, insbesondere seltene Erden Cuprate (z. B. YBa2Cu3O7).The solid preferably comprises a material or a material combination of one of the main groups 3, 4 and 5 of the Periodic Table of the Elements, such as. Si, SiC, SiGe, Ge, GaAs, InP, GaN, Al 2 O 3 (sapphire), AlN. Particularly preferably, the solid has a combination of elements occurring in the third and fifth group of the periodic table. Conceivable materials or material combinations are z. B. gallium arsenide, silicon, silicon carbide, etc. Furthermore, the solid may have a ceramic (eg., Al2O3 - alumina) or consist of a ceramic, preferred ceramics are z. Perovskite ceramics (such as Pb, O, Ti / Zr containing ceramics) in general, and lead magnesium niobates, barium titanate, lithium titanate, yttrium aluminum garnet, especially yttrium aluminum garnet crystals for solid state laser applications , SAW ceramics (surface acoustic wave), such. As lithium niobate, gallium orthophosphate, quartz, calcium titanate, etc. in particular. The solid body thus preferably has a semiconductor material or a ceramic material or particularly preferably the solid body consists of at least one semiconductor material or a ceramic material. It is also conceivable that the solid has a transparent material or partially made of a transparent material, such. B. sapphire, consists or is made. Other materials that come here as a solid material alone or in combination with another material in question are, for. "Wide band gap" materials, InAlSb, high temperature superconductors, especially rare earth cuprates (eg YBa2Cu3O7).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Strahlungsquelle oder ein Teil der Strahlungsquelle als Femtosekundenlaser (fs-Laser) ausgebildet. Diese Lösung ist vorteilhaft, da durch die Verwendung eines fs-Laser, die vertikale Ausbreitung des gestörten Materials minimiert wird. Es ist durch die Verwendung eines fs-Lasers möglich Defekte in dem Werkstück sehr genau einzubringen bzw. darin zu erzeugen. Die Wellenlänge und/oder die Energie des fs-Laser sind bevorzugt materialabhängig zu wählen.According to another preferred embodiment of the present invention, the radiation source or a part of the radiation source is designed as a femtosecond laser (fs laser). This solution is advantageous because the use of an fs laser minimizes the vertical spread of the perturbed material. By using an fs laser, it is possible to introduce defects in the workpiece very accurately. The wavelength and / or the energy of the fs laser are preferably selected depending on the material.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Energie der Strahlungsquelle, insbesondere des Laserstrahls, insbesondere des fs-Lasers, derart gewählt, dass die Schädigungsausbreitung im Festkörper bzw. im Kristall kleiner als dreimal die Reyleighlänge, bevorzugt kleiner als die Reyleighlänge und besonders bevorzugt kleiner als ein Drittel der Reyleighlänge ist.According to a further preferred embodiment of the present invention, the energy of the radiation source, in particular of the laser beam, in particular of the fs laser, is selected so that the damage propagation in the solid or in the crystal is less than three times the Reyleighlänge, preferably smaller than the Reyleighlänge and particularly preferred is less than a third of the Reyleigh length.

Die Wellenlänge des Laserstrahls, insbesondere des fs-Lasers, wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart gewählt, dass die Absorption des Festkörpers bzw. des Materials kleiner als 10 cm–1 und bevorzugt kleiner als 1 cm–1 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 cm–1 ist.The wavelength of the laser beam, in particular of the fs laser, is selected according to a further preferred embodiment of the present invention such that the absorption of the solid or of the material is less than 10 cm -1 and preferably less than 1 cm -1 and particularly preferably less than 0.1 cm -1 .

Die einzelnen Defekte resultieren gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils aus einer von der Strahlungsquelle, insbesondere dem Laser, insbesondere einem fs-Laser, bewirkten multi-photonen Anregung.The individual defects result according to a further preferred embodiment of the present invention in each case from one of the radiation source, in particular the laser, in particular a fs laser, caused multi-photon excitation.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Tempereinrichtung eine Vielzahl an Lichtquellen, insbesondere Halogenlampen, und mindestens einen Reflektor zum Reflektieren von Lichtstrahlen auf, wobei die Tempereinrichtung zur Strahlenbehandlung der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers derart zur freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers ausgerichtet ist, dass zwischen der freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers und dem Reflektor die Lichtquellen angeordnet sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da auf sehr einfache und schnell Weise die Tempereinrichtung und die zubehandelnde Oberfläche zueinander ausrichtbar sind.According to a further preferred embodiment of the present invention, the tempering device has a multiplicity of light sources, in particular halogen lamps, and at least one reflector for reflecting light beams, wherein the tempering device for exposing the surface structure of the exposed surface of the solid layer or the exposed surface of the solid body to the exposed surface Aligned surface of the solid state layer or the exposed surface of the solid, that between the exposed surface of the solid state layer or the exposed surface of the solid and the reflector, the light sources are arranged. This embodiment is advantageous since the tempering device and the surface to be treated can be aligned with one another in a very simple and fast manner.

Die freigelegte Oberfläche der Festkörperschicht oder die freigelegten Oberfläche des Festkörpers wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels der Tempereinrichtung auf eine Temperatur von mehr als 1000 Kelvin, insbesondere von mehr als 2000 Kelvin oder von mehr als 3000 Kelvin, temperiert. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da je nach Material des Festkörpers eine geeignete Temperierung bewirkt werden kann, wodurch das Festkörpermaterial im Bereich der behandelten Oberfläche bzw. der exponierten äußeren Molekülschichten bevorzugt schmilzt bzw. sich verflüssigt. Infolge des Schmelzens bzw. des Verflüssigens ergibt sich die Glättung der Oberflächenstruktur.The exposed surface of the solid-state layer or the exposed surface of the solid is according to another preferred embodiment of the present invention by means of the tempering device to a temperature of more than 1000 Kelvin, in particular more than 2000 Kelvin or more than 3000 Kelvin tempered. This embodiment is advantageous because, depending on the material of the solid, a suitable temperature control can be effected, as a result of which the solid-state material preferably melts or liquefies in the region of the treated surface or the exposed outer molecule layers. As a result of melting or liquefaction, the smoothing of the surface structure results.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Aufheizrate der Tempereinrichtung bei mehr als 5000 Kelvin/Sekunde, insbesondere bei mehr als 10000 Kelvin/Sekunde. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da in sehr kurzer Zeit eine sehr hohe Temperatur zum Glätten der Oberfläche erzeugt werden kann. According to a further preferred embodiment of the present invention, the heating rate of the tempering device is more than 5000 Kelvin / second, in particular more than 10000 Kelvin / second. This embodiment is advantageous since a very high temperature for smoothing the surface can be generated in a very short time.

Die Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers weist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Glätten eine mittlere Rauheit (Ra) auf, die geringer als 1/4 oder die geringer als 1/5 oder die geringer als 1/8 oder die geringer als 1/10 oder die geringer als 1/12 oder die geringer als 1/15 oder die geringer als 1/18 oder die geringer als 1/20 der Wellenlänge der durch die Strahlungsquelle emittierten Strahlung, insbesondere Laserstrahlen, ist, wobei die Wellenlänge der Strahlung kleiner als 2,5 μm, insbesondere kleiner als 2 μm oder kleiner als 1,5 μm oder kleiner als 1,2 μm, ist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da eine Oberfläche mit einer sehr geringen mittleren Rauheit geschaffen wird.The surface structure of the exposed surface of the solid layer or the exposed surface of the solid according to another preferred embodiment of the present invention after smoothing has an average roughness (R a ) less than 1/4 or less than 1/5 or less than 1/8 or less than 1/10 or less than 1/12 or less than 1/15 or less than 1/18 or less than 1/20 of the wavelength of the radiation emitted by the radiation source, in particular laser beams , wherein the wavelength of the radiation is less than 2.5 μm, in particular less than 2 μm or less than 1.5 μm or less than 1.2 μm. This embodiment is advantageous because it provides a surface with a very low average roughness.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Wafer, der nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt wird.The invention further relates to a wafer which is produced by a method according to one of claims 1 to 12.

Die zuvor genannte Aufgabe wird ebenfalls durch eine Anlage zum Herstellen von Festkörperschichten gelöst. Die erfindungsgemäße Anlage umfasst hierbei bevorzugt mindestens eine Halteeinrichtung zum Bereitstellen, insbesondere Halten, eines Festkörpers, von dem mindestens eine Festkörperschicht abtrennbar ist, eine Strahlungsquelle, insbesondere ein Laser, zum Erzeugen von Defekten mittels Strahlung in der inneren Struktur des Festkörpers zum Vorgeben einer Ablöseebene, entlang der die Festkörperschicht vom Festkörper abtrennbar ist, eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren, insbesondere Abkühlen, einer auf dem Festkörper erzeugten oder angeordneten Spannungserzeugungsschicht zum Erzeugen von Spannungen zum Abtrennen der Festkörperschicht von dem Festkörper mittels eines durch die Spannungen erzeugten und entlang der Ablöseebene geführten Risses, wodurch am Festkörper eine Oberfläche freigelegt wird und an der Festkörperschicht eine Oberfläche freigelegt wird, und mindestens eine Tempereinrichtung, wobei mittels der Tempereinrichtung eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers durchführbar ist.The aforementioned object is also achieved by a plant for producing solid-state layers. The system according to the invention preferably comprises at least one holding device for providing, in particular holding, a solid from which at least one solid layer can be separated, a radiation source, in particular a laser, for generating defects by means of radiation in the internal structure of the solid for predetermining a release plane, along which the solid-state layer can be separated from the solid, tempering means for tempering, in particular cooling, a voltage generating layer generated or arranged on the solid for generating voltages for separating the solid body from the solid by means of a crack generated by the tensions and along the release plane, thereby a surface is uncovered on the solid body and a surface is exposed on the solid-state layer, and at least one tempering device, whereby by means of the tempering device a radiation treatment for smoothness n the surface structure of the exposed surface of the separated solid layer and / or the exposed surface of the solid body is feasible.

Weiterhin werden die Gegenstände der Druckschriften PCT/US2008/012140 und PCT/EP2009/067539 vollumfänglich durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gemacht. Ebenso werden die Gegenstände aller weiteren am Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung von der Anmelderin ebenfalls eingereichten und das Gebiet der Herstellung von Festkörperschichten betreffenden weiteren Patentanmeldungen vollumfänglich zum Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung gemacht.Furthermore, the subjects of the publications PCT / US2008 / 012140 and PCT / EP2009 / 067539 fully incorporated by reference into the subject matter of the present application. Likewise, the objects of all other filed on the filing date of the present patent application by the Applicant also filed and related to the field of producing solid-state layers further patent applications are fully made subject of the present patent application.

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft die erfindungsgemäße Waferherstellung dargestellt ist. Bauteile oder Elemente der erfindungsgemäßen Waferherstellung, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Bauteile oder Elemente nicht in allen Figuren beziffert oder erläutert sein müssen.Further advantages, objects and characteristics of the present invention will be explained with reference to the following description of attached drawings, in which the wafer production according to the invention is shown by way of example. Components or elements of the wafer production according to the invention, which in the figures at least essentially coincide with respect to their function, may hereby be identified by the same reference symbols, these components or elements not having to be numbered or explained in all figures.

Einzelne oder alle Darstellungen der im Nachfolgenden beschriebenen Figuren sind bevorzugt als Konstruktionszeichnungen anzusehen, d. h. die sich aus der bzw. den Figuren ergebenden Abmessungen, Proportionen, Funktionszusammenhänge und/oder Anordnungen entsprechen bevorzugt genau oder bevorzugt im Wesentlichen denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Produkts.Individual or all representations of the figures described below are preferably to be regarded as construction drawings, d. H. the dimensions, proportions, functional relationships and / or arrangements resulting from the figure or figures preferably correspond exactly or preferably substantially to those of the device according to the invention or of the product according to the invention.

Darin zeigen:Show:

1a einen schematischen Aufbau zum Erzeugen von Defekten in einem Festkörper; 1a a schematic structure for creating defects in a solid body;

1b eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung vor dem Abtrennen einer Festkörperschicht von einem Festkörper; 1b a schematic representation of a layer arrangement prior to the separation of a solid layer of a solid;

1c eine schematische Darstellung einer Schichtanordnung nach dem Abtrennen einer Festkörperschicht von einem Festkörper; 1c a schematic representation of a layer arrangement after the separation of a solid layer of a solid body;

2a eine erste schematisch dargestellte Variante zur Defekterzeugung mittels Lichtwellen; 2a a first schematically illustrated variant for defect generation by means of light waves;

2b eine zweite schematisch dargestellte Variante zur Defekterzeugung mittels Lichtwellen; und 2 B a second schematically illustrated variant for defect generation by means of light waves; and

3 eine schematische Darstellung der Ablöseebene, 3 a schematic representation of the release level,

4 eine schematische Darstellung einer zusätzlichen Laserbehandlung der abgetrennten Festkörperschicht gemäß der Erfindung; 4 a schematic representation of an additional laser treatment of the separated solid state layer according to the invention;

5 eine schematische Ansicht einer gemäß 4 behandelten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht gemäß der Erfindung und 5 a schematic view of one according to 4 treated surface of the separated solid state layer according to the invention and

6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage. 6 a schematic representation of a system according to the invention.

In 1a ist ein Festkörper 2 bzw. ein Substrat gezeigt, das im Bereich einer Strahlungsquelle 18, insbesondere einem Laser, angeordnet ist. Der Festkörper 2 weist bevorzugt einen ersten ebenen Flächenanteil 14 und einen zweiten ebenen Flächenanteil 16 auf, wobei der erste ebene Flächenanteil 14 bevorzugt im Wesentlichen oder genau parallel zu dem zweiten ebenen Flächenanteil 16 ausgerichtet ist. Der erste ebene Flächenanteil 14 und der zweite ebene Flächenanteil 16 begrenzen bevorzugt den Festkörper 2 in einer Y-Richtung, die bevorzugt vertikal bzw. lotrecht ausgerichtet ist. Die ebenen Flächenanteile 14 und 16 erstrecken sich bevorzugt jeweils in einer X-Z-Ebene, wobei die X-Z-Ebene bevorzugt horizontal ausgerichtet ist. Weiterhin lässt sich dieser Darstellung entnehmen, dass die Strahlungsquelle 18 Stahlen 6 auf den Festkörper 2 ausstrahlt. Die Strahlen 6 dringen je nach Konfiguration definiert tief in den Festkörper 2 ein und erzeugen an der jeweiligen Position bzw. an einer vorbestimmten Position einen Defekt.In 1a is a solid 2 or a substrate shown in the region of a radiation source 18 , in particular a laser, is arranged. The solid 2 preferably has a first planar surface portion 14 and a second planar area portion 16 on, wherein the first planar surface portion 14 preferably substantially or exactly parallel to the second planar area fraction 16 is aligned. The first flat area fraction 14 and the second planar area fraction 16 preferably limit the solids 2 in a Y-direction, which is preferably oriented vertically or vertically. The flat area proportions 14 and 16 preferably extend in each case in an XZ plane, wherein the XZ plane is preferably oriented horizontally. Furthermore, it can be seen from this illustration that the radiation source 18 stole 6 on the solid 2 radiates. The Rays 6 Depending on the configuration defined penetrate deep into the solid 2 and generate at the respective position or at a predetermined position a defect.

In 1b ist eine mehrschichtige Anordnung gezeigt, wobei der Festkörper 2 die Ablöseebene 8 beinhaltet und im Bereich des ersten ebenen Flächenanteils 14 mit einer Halteschicht 12 versehen ist, die wiederum bevorzugt von einer weiteren Schicht 20 überlagert wird, wobei die weitere Schicht 20 bevorzugt eine Stabilisierungseinrichtung, insbesondere eine Metallplatte, ist. An dem zweiten ebenen Flächenanteil 16 des Festkörpers 2 ist bevorzugt eine Polymerschicht 10 angeordnet. Die Polymerschicht 10 und/oder die Halteschicht 12 bestehen bevorzugt zumindest teilweise und besonders bevorzugt vollständig aus PDMS.In 1b is shown a multilayer arrangement wherein the solid 2 the detachment level 8th includes and in the area of the first flat area fraction 14 with a holding layer 12 is provided, which in turn preferred by a further layer 20 is superimposed, with the further layer 20 preferably a stabilizing device, in particular a metal plate, is. At the second planar surface portion 16 of the solid 2 is preferably a polymer layer 10 arranged. The polymer layer 10 and / or the holding layer 12 are preferably at least partially, and most preferably entirely of PDMS.

In 1c ist ein Zustand nach einer Rissauslösung und anschließender Rissführung gezeigt. Die Festkörperschicht 4 haftet an der Polymerschicht 10 und ist von dem verbleibenden Rest des Festkörpers 2 beabstandet bzw. beabstandbar.In 1c is shown a state after a crack initiation and subsequent cracking. The solid state layer 4 adheres to the polymer layer 10 and is from the remainder of the solid 2 spaced or spaced.

In den 2a und 2b sind Beispiele für die in 1a gezeigte Erzeugung einer Ablöseebene 8 durch die Einbringung von Defekten in einen Festkörper 2 mittels Lichtstrahlen gezeigt.In the 2a and 2 B are examples of the in 1a shown generation of a release plane 8th by introducing defects into a solid 2 shown by light rays.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei mindestens die Schritte des Bereitstellens eines Festkörpers 2 zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht 4, des Erzeugens von Defekten mittels mindestens einer Strahlungsquelle, insbesondere mindestens einem Laser, insbesondere mindestens einem fs-Laser, in der inneren Struktur des Festkörpers zum Vorgeben einer Ablöseebene, entlang der die Festkörperschicht vom Festkörper abgetrennt wird, und des thermischen Beaufschlagens einer an dem Festkörper 2 angeordneten Polymerschicht 10 zum, insbesondere mechanischen, Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper 2, wobei sich durch die Spannungen ein Riss in dem Festkörper 2 entlang der Ablöseebene 8 ausbreitet, der die Festkörperschicht 4 von dem Festkörper 2 abtrennt.The present invention thus relates to a method for producing solid-state layers. The method according to the invention comprises at least the steps of providing a solid 2 for separating at least one solid state layer 4 , Producing defects by means of at least one radiation source, in particular at least one laser, in particular at least one fs laser, in the internal structure of the solid to specify a Ablöseebene along which the solid state layer is separated from the solid, and the thermal impingement of a on the solid 2 arranged polymer layer 10 for, in particular mechanical, generating stresses in the solid 2 , whereby the tensions cause a crack in the solid 2 along the detachment level 8th spreads out the solid-state layer 4 from the solid 2 separates.

In 2a ist somit schematisch gezeigt, wie Defekte 34 in einem Festkörper 2, insbesondere zur Erzeugung einer Ablöseebene 8 mittels einer Strahlungsquelle 18, insbesondere einem oder mehrerer Laser, insbesondere einem oder mehrerer fs-Laser, erzeugbar ist. Die Strahlungsquelle 18 emittiert dabei Strahlung 6 mit einer ersten Wellenlänge 30 und einer zweiten Wellenlänge 32. Die Wellenlängen 30, 32 sind dabei derart aufeinander abgestimmt bzw. die Distanz zwischen der Strahlungsquelle 18 und der zu erzeugenden Ablöseebene 8 ist derart abgestimmt, dass die Wellen 30, 32 im Wesentlichen oder genau auf der Ablöseebene 8 in dem Festkörper 2 zusammentreffen, wodurch am Ort des Zusammentreffens 34 infolge der Energien beider Wellen 30, 32 ein Defekt erzeugt wird. Die Defekterzeugung kann dabei durch unterschiedliche oder kombinierte Zersetzungsmechanismen wie z. B. Sublimation oder chemische Reaktion erfolgen, wobei die Zersetzung dabei z. B. thermisch und/oder photochemisch initiiert werden kann.In 2a is thus shown schematically as defects 34 in a solid state 2 , in particular for generating a release plane 8th by means of a radiation source 18 , in particular one or more lasers, in particular one or more fs lasers, can be generated. The radiation source 18 emits radiation 6 with a first wavelength 30 and a second wavelength 32 , The wavelengths 30 . 32 are coordinated with each other or the distance between the radiation source 18 and the release level to be created 8th is tuned so that the waves 30 . 32 essentially or exactly at the release level 8th in the solid state 2 coincide, thereby at the place of the meeting 34 due to the energies of both waves 30 . 32 a defect is generated. The defect production can be achieved by different or combined decomposition mechanisms such. B. sublimation or chemical reaction, wherein the decomposition z. B. can be initiated thermally and / or photochemically.

In 2b ist ein fokussierter Lichtstrahl 6 gezeigt, dessen Brennpunkt bevorzugt in der Ablöseebene 8 liegt. Es ist hierbei denkbar, dass der Lichtstrahl 6 durch eine oder mehrere fokussierende Körper, insbesondere Linse/n (nichtgezeigt), fokussiert wird. Der Festkörper 2 ist in dieser Ausführungsform mehrschichtig ausgebildet und weist bevorzugt eine teiltransparente oder transparente Substratschicht 3 bzw. Materialschicht auf, die bevorzugt aus Saphir besteht oder Saphir aufweist. Die Lichtstrahlen 6 gelangen durch die Substratschicht 3 auf die Ablöseebene 8, die bevorzugt durch eine Opferschicht 5 gebildet wird, wobei die Opferschicht 5 durch die Strahlung derart beaufschlagt wird, dass thermisch und/oder photochemisch eine teilweise oder vollständige Zerstörung der Opferschicht 5 in dem Brennpunkt bzw. im Bereich des Brennpunkts bewirkt wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Defekte zur Erzeugung der Ablöseschicht 8 im Bereich oder genau auf einer Grenzfläche zwischen zwei Schichten 3, 4 erzeugt werden. Somit ist ebenfalls denkbar, dass die Festkörperschicht 4 auf einer Trägerschicht, insbesondere einer Substratschicht 3, erzeugt wird und mittels einer oder mehrerer Opferschichten 5 und/oder mittels der Erzeugung von Defekten in einer Grenzfläche, insbesondere zwischen der Festkörperschicht 4 und der Trägerschicht, eine Ablöseebene 8 zum Ablösen bzw. Abtrennen der Festkörperschicht 4 erzeugbar ist.In 2 B is a focused beam of light 6 whose focus is preferably in the release plane 8th lies. It is conceivable here that the light beam 6 is focused by one or more focusing bodies, in particular lens (s) (not shown). The solid 2 is formed in this embodiment, multi-layered and preferably has a partially transparent or transparent substrate layer 3 or material layer, which preferably consists of sapphire or has sapphire. The rays of light 6 pass through the substrate layer 3 to the detachment level 8th which prefers a sacrificial layer 5 is formed, the sacrificial layer 5 is acted upon by the radiation such that thermally and / or photochemically a partial or complete destruction of the sacrificial layer 5 is effected in the focal point or in the region of the focal point. It is also conceivable that the defects to produce the release layer 8th in the area or exactly on an interface between two layers 3 . 4 be generated. Thus, it is also conceivable that the solid state layer 4 on a carrier layer, in particular a substrate layer 3 , is generated and by means of one or more sacrificial layers 5 and / or by creating defects in an interface, especially between the solid state layer 4 and the backing layer, a release plane 8th for detaching or separating the solid-state layer 4 can be generated.

In 3 ist eine Ablöseebene 8 gezeigt, die Bereiche mit unterschiedlichen Defektkonzentrationen 82, 84, 86 aufweist. Es ist hierbei denkbar, dass eine Vielzahl an Bereichen mit unterschiedlichen Defektkonzentrationen eine Ablöseebene 8 bilden, wobei ebenfalls vorstellbar ist, dass die Defekte 34 in der Ablöseebene 8 im Wesentlichen oder genau gleichmäßig über die Fläche verteilt sind. Die unterschiedlichen Defektkonzentrationen können flächenmäßig gleich groß oder verschieden groß ausgebildet sein. Bevorzugt stellt eine erste erhöhte Defektkonzentration eine Rissauslösekonzentration 82 dar, die bevorzugt im Bereich des Randes oder sich zum Rand hin erstreckend bzw. den Rand benachbarend erzeugt wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine Rissführungskonzentration 84 derart ausgebildet werden, dass der die Festkörperschicht 4 von dem Festkörper 2 abtrennende Riss kontrollierbar bzw. steuerbar ist. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ eine Zentrumskonzentration 86 erzeugt werden, die bevorzugt eine sehr ebene Oberfläche im Bereich des Zentrums des Festkörpers 2 ermöglicht. Bevorzugt ist die Rissführungskonzentration 84 teilweise oder vollständig ringförmig bzw. umschließend ausgebildet und umschließt somit bevorzugt abschnittsweise und besonders bevorzugt vollständig das Zentrum des Festkörpers 2 bzw. der Festkörperschicht 4. Es ist ferner denkbar, dass die Rissführungskonzentration 84 in einem ausgehend vom Rand des Festkörpers 2 und in Richtung Zentrum des Festkörpers 2 stufenweise oder stetig bzw. fließend abnimmt. Weiterhin ist denkbar, dass die Rissführungskonzentration 84 bandartig und homogen bzw. im Wesentlichen oder genau homogen ausgebildet ist.In 3 is a detachment level 8th shown the areas with different defect concentrations 82 . 84 . 86 having. It is conceivable that a plurality of areas with different defect concentrations a Ablöseebene 8th It is also conceivable that the defects 34 in the stripping level 8th are distributed substantially or exactly evenly over the surface. The different defect concentrations can be of the same size or different in size. Preferably, a first increased defect concentration provides a crack initiation concentration 82 which is preferably generated in the region of the edge or extending towards the edge or adjacent to the edge. Additionally or alternatively, a crack guidance concentration 84 be formed such that the the solid state layer 4 from the solid 2 separating crack is controllable or controllable. Furthermore, additionally or alternatively, a center concentration 86 are preferably produced, a very flat surface in the region of the center of the solid 2 allows. The crack guidance concentration is preferred 84 partially or completely formed annular or enclosing and thus preferably encloses sections and more preferably completely the center of the solid 2 or the solid state layer 4 , It is also conceivable that the crack guidance concentration 84 in one starting from the edge of the solid 2 and toward the center of the solid 2 decreases gradually or steadily or fluently. Furthermore, it is conceivable that the crack guidance concentration 84 band-like and homogeneous or substantially or exactly homogeneous.

Wie aus 4 ersichtlich, wird die abgetrennte Festkörperschicht bzw. der Wafer von oben einer zusätzlichen Strahlenbehandlung ausgesetzt, wobei insbesondere eine Ultrakurzzeittemperung mittels Halogenlampen oder eines fs-Lasers im Bereich von Milli- bzw. Mikrosekunden verwendet wird.How out 4 As can be seen, the separated solid-state layer or the wafer is exposed from above to an additional radiation treatment, wherein in particular ultra-short-time annealing by means of halogen lamps or an fs laser in the range of milliseconds or microseconds is used.

Wenn eine Laserschädigung mittels der Strahlungsquelle 18 gemäß 1a mit einer Wellenlänge von 1.000 nm vorgenommen wurde, so ergibt sich eine mittlere Oberflächenrauhigkeit (Ra) der abgetrennten Festkörperschicht von i. d. R. mehr als 50 nm. Die abgetrennte Festkörperschicht 4 weist vor der zusätzlichen Strahlenbehandlung in der Regel eine matte Oberfläche auf, welche durch die Ultrakurzzeittemperung mittels der Tempereinrichtung zu einer glatteren Oberfläche und bevorzugt im Wesentlichen spiegelnden Oberfläche umgewandelt werden kann, da die obersten Molekülschichten der abgetrennten Festkörperschicht durch die Ultrakurzzeittemperung aufgeschmolzen und aufgrund der bereits bestehenden gleichmäßigen Oberfläche zu einer bevorzugt spiegelglatten Oberfläche umgewandelt werden können. Somit wird auf diese abgetrennte Festkörperschicht die Ultrakurzzeittemperung mittels Strahlen derart aufgebracht, dass sich die nach dem Abtrennen matte Oberfläche durch die Ultrakurzzeittemperung derart verändert, dass sich eine bevorzugt spiegelnde Oberfläche ergibt.If a laser damage by means of the radiation source 18 according to 1a was carried out with a wavelength of 1,000 nm, so there is an average surface roughness (R a ) of the separated solid state layer of usually more than 50 nm. The separated solid state layer 4 As a rule, before the additional radiation treatment, it has a matte surface which can be converted to a smoother surface and preferably a substantially reflecting surface by the ultra-short-time annealing by means of the tempering device, since the uppermost molecular layers of the separated solid layer are melted by the ultra-short heat treatment and due to the already existing uniform surface can be converted to a preferably mirror-smooth surface. Thus, the ultra-short-time annealing is applied by means of beams to this separated solid-state layer in such a way that the surface matt after the separation is changed by the ultra-short-time annealing in such a way that a preferably reflective surface results.

Gemäß 5 ist ein Temperaturprofil einer geblitzten Festkörperschicht dargestellt, welche beispielsweise zumindest teilweise oder vollständig aus Silizium, Glas oder Al2O3 aufgebaut sein kann.According to 5 is a temperature profile of a flashed solid state layer shown, which may for example be at least partially or completely made of silicon, glass or Al 2 O 3 .

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit bevorzugt die folgenden Schritte:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt mindestens die Schritte: Bereitstellen eines Festkörpers 2 zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht 4,
Erzeugen von Defekten mittels Strahlung von mindestens einer Strahlungsquelle 18, insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Festkörpers zum Vorgeben einer Ablöseebene 8, entlang der die Festkörperschicht 4 vom Festkörper 2 abgetrennt wird,
Abtrennen der Festkörperschicht 4 von dem Festkörper 2 mittels eines entlang der Ablöseebene 8 geführten Risses, wodurch am Festkörper 2 eine Oberfläche freigelegt wird und an der Festkörperschicht eine Oberfläche freigelegt wird,
wobei nach dem Abtrennen der Festkörperschicht 4 mittels einer Tempereinrichtung eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht 4 und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers 2 durchgeführt wird.
The method according to the invention thus preferably comprises the following steps:
The present invention relates to a method for producing solid state layers. The method according to the invention preferably comprises at least the steps: providing a solid 2 for separating at least one solid state layer 4 .
Generating defects by means of radiation from at least one radiation source 18 , in particular a laser, in the internal structure of the solid for predetermining a release plane 8th , along which the solid-state layer 4 from the solid 2 is disconnected,
Separating the solid state layer 4 from the solid 2 by means of a along the release level 8th guided crack, causing the solid state 2 exposing a surface and exposing a surface to the solid state layer,
wherein after separating the solid state layer 4 by means of a tempering device, a radiation treatment for smoothing the surface structure of the exposed surface of the separated solid state layer 4 and / or the exposed surface of the solid 2 is carried out.

6 zeigt eine Anlage 1 zum Herstellen von Festkörperschichten. Die Anlage 1 umfasst hierbei bevorzugt mindestens eine Halteeinrichtung 40 zum Bereitstellen, insbesondere Halten, eines Festkörpers 2, von dem mindestens eine Festkörperschicht 4 abtrennbar ist (vgl. 1 oder 2). Ferner umfasst die Anlage bevorzugt mindestens eine Strahlungsquelle 18, insbesondere ein Laser, zum Erzeugen von Defekten mittels Strahlung in der inneren Struktur des Festkörpers 2 zum Vorgeben einer Ablöseebene 8, entlang der die Festkörperschicht 4 vom Festkörper 2 abtrennbar ist. Nach der Behandlung durch die Strahlungsquelle 18 wird der behandelte Festkörper 2 bevorzugt in Verlaufsrichtung 46 einer Temperierungseinrichtung 42 zum Temperieren, insbesondere Abkühlen, einer auf dem Festkörper 2 erzeugten oder angeordneten Spannungserzeugungsschicht zum Erzeugen von Spannungen zum Abtrennen der Festkörperschicht 4 von dem Festkörper 2 mittels eines durch die Spannungen erzeugten und entlang der Ablöseebene 8 geführten Risses zugeführt. Infolge der Rissausbreitung wird am Festkörper 2 eine Oberfläche freigelegt und an der Festkörperschicht wird eine Oberfläche freigelegt (nicht gezeigt). 6 shows a plant 1 for producing solid-state layers. The attachment 1 in this case preferably comprises at least one holding device 40 for providing, in particular holding, a solid 2 , of which at least one solid-state layer 4 is separable (cf. 1 or 2 ). Furthermore, the system preferably comprises at least one radiation source 18 , in particular a laser, for generating defects by means of radiation in the internal structure of the solid 2 for specifying a detachment level 8th , along which the solid-state layer 4 from the solid 2 is separable. After treatment by the radiation source 18 becomes the treated solid 2 preferably in the direction of travel 46 a tempering device 42 for tempering, in particular cooling, one on the solid 2 generated or arranged voltage generation layer for generating voltages for separating the solid state layer 4 from the solid 2 by means of one generated by the stresses and along the release plane 8th led led crack. As a result of the crack propagation becomes on the solid 2 exposing a surface and exposing a surface to the solid state layer (not shown).

Nach der Temperierungseinrichtung 42 wird der Festkörper 2 mittels der Halte- oder Bewegungseinrichtung 40 mindestens einer Tempereinrichtung 44 zugeführt, wobei mittels der Tempereinrichtung 44 eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht 4 und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers 2 durchführbar ist.After the tempering device 42 becomes the solid 2 by means of the holding or moving device 40 at least one tempering device 44 supplied, wherein by means of the tempering device 44 a radiation treatment for smoothing the surface structure of the exposed surface of the separated solid layer 4 and / or the exposed surface of the solid 2 is feasible.

Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt mindestens die Schritte: Bereitstellen eines Festkörpers 2 zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht 4, Erzeugen von Defekten mittels Strahlung von mindestens einer Strahlungsquelle 18, insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Festkörpers zum Vorgeben einer Ablöseebene 8, entlang der die Festkörperschicht 4 vom Festkörper 2 abgetrennt wird, Abtrennen der Festkörperschicht 4 von dem Festkörper 2 mittels eines entlang der Ablöseebene 8 geführten Risses, wodurch am Festkörper 2 eine Oberfläche freigelegt wird und an der Festkörperschicht eine Oberfläche freigelegt wird, wobei nach dem Abtrennen der Festkörperschicht 4 mittels einer Tempereinrichtung eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht 4 und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers 2 durchgeführt wird.Thus, the present invention relates to a method for producing solid state layers. The method according to the invention preferably comprises at least the steps: providing a solid 2 for separating at least one solid state layer 4 , Generating defects by means of radiation from at least one radiation source 18 , in particular a laser, in the internal structure of the solid for predetermining a release plane 8th , along which the solid-state layer 4 from the solid 2 is separated, separating the solid layer 4 from the solid 2 by means of a along the release level 8th guided crack, causing the solid state 2 exposing a surface and exposing a surface to the solid state layer, wherein after separating the solid state layer 4 by means of a tempering device, a radiation treatment for smoothing the surface structure of the exposed surface of the separated solid state layer 4 and / or the exposed surface of the solid 2 is carried out.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Anlageinvestment
22
Festkörpersolid
33
Substratsubstratum
44
FestkörperschichtSolid layer
55
Opferschichtsacrificial layer
66
Strahlungradiation
88th
Ablöseebenetransfer level
1010
Polymerschichtpolymer layer
1212
Halteschichtholding layer
1414
erster ebener Flächenanteilfirst plane area fraction
1616
zweiter ebener Flächenanteilsecond plane area fraction
1818
Strahlungsquelleradiation source
2020
Stabilisierungseinrichtungstabilizing device
3030
erster Strahlungsanteilfirst radiation component
3232
zweiter Strahlungsanteilsecond radiation component
3434
Ort der DefekterzeugungPlace of defect production
4040
Halteeinrichtungholder
4242
Temperierungseinrichtungtempering
4444
TempereinrichtungTempering unit
4646
Verfahrwegtraverse
8282
RissauslösekonzentrationCrack triggering concentration
8484
RissführungskonzentrationCrack guidance concentration
8686
Zentrumskonzentrationcenter concentration
XX
erste Richtungfirst direction
YY
zweite Richtungsecond direction
ZZ
dritte Richtungthird direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2008/012140 [0004, 0048] US 2008/012140 [0004, 0048]
  • EP 2009/067539 [0004, 0048] EP 2009/067539 [0004, 0048]
  • DE 19640594 A1 [0010, 0010] DE 19640594 A1 [0010, 0010]
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  • EP 000001498215 B1 [0011] EP 000001498215 B1 [0011]
  • EP 000001494271 B1 [0011] EP 000001494271 B1 [0011]
  • EP 000001338371 B1 [0011] EP 000001338371 B1 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Ohmura et. al. (Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2006, vol 17, p. 381 ff) [0014] Ohmura et. al. (Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 2006, vol 17, pp. 381 ff) [0014]

Claims (13)

Verfahren zum Herstellen von Festkörperschichten, mindestens umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Festkörpers (2) zum Abtrennen mindestens einer Festkörperschicht (4), Erzeugen von Defekten mittels Strahlung von mindestens einer Strahlungsquelle (18), insbesondere einem Laser, in der inneren Struktur des Festkörpers (2) zum Vorgeben einer Ablöseebene (8), entlang der die Festkörperschicht (4) vom Festkörper (2) abgetrennt wird, Abtrennen der Festkörperschicht (4) von dem Festkörper (2) mittels eines entlang der Ablöseebene (8) geführten Risses, wodurch am Festkörper (2) eine Oberfläche freigelegt wird und an der Festkörperschicht (4) eine Oberfläche freigelegt wird, wobei nach dem Abtrennen der Festkörperschicht (4) mittels einer Tempereinrichtung (44) eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht (4) und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) durchgeführt wird.Method for producing solid-state layers, comprising at least the steps of: providing a solid ( 2 ) for separating at least one solid-state layer ( 4 ), Generating defects by means of radiation from at least one radiation source ( 18 ), in particular a laser, in the internal structure of the solid ( 2 ) for specifying a detachment level ( 8th ), along which the solid state layer ( 4 ) from the solid state ( 2 ), separating the solid-state layer ( 4 ) of the solid ( 2 ) by means of one along the release level ( 8th ), whereby on the solid body ( 2 ) a surface is exposed and at the solid state layer ( 4 ) a surface is exposed, wherein after the separation of the solid state layer ( 4 ) by means of a tempering device ( 44 ) a radiation treatment for smoothing the surface structure of the exposed surface of the separated solid layer ( 4 ) and / or the exposed surface of the solid ( 2 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Laserbehandlung in Form einer Ultrakurzzeittemperung vorgenommen wird, wobei die abgetrennte Festkörperschicht im Bereich von Milli- und Mikrosekunden mit Laserstrahlen beaufschlagt wird.A method according to claim 1, characterized in that the additional laser treatment is carried out in the form of ultra-short-time annealing, wherein the separated solid state layer is applied in the range of milliseconds and microseconds with laser beams. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen der Festkörperschicht (4) das Anordnen einer Aufnahmeschicht (10) zum Halten der Festkörperschicht (4) an dem Festkörper (2), und ein thermisches Beaufschlagen der Aufnahmeschicht (10) zum, insbesondere mechanischen, Erzeugen von Spannungen in dem Festkörper (2) umfasst, wobei sich durch die Spannungen der Riss in dem Festkörper (2) entlang der Ablöseebene (8) ausbreitet, der die Festkörperschicht (4) von dem Festkörper (2) abtrennt,Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separation of the solid state layer ( 4 ) arranging a recording layer ( 10 ) for holding the solid state layer ( 4 ) on the solid ( 2 ), and thermal loading of the recording layer ( 10 ) for, in particular mechanical, generating stresses in the solid ( 2 ), whereby due to the stresses the crack in the solid ( 2 ) along the release level ( 8th ) spreading the solid state layer ( 4 ) of the solid ( 2 ) disconnects, Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strahlungsquelle (18) zum Bereitstellen der in den Festkörper (2) einzubringenden Strahlung (6) derart konfiguriert ist, dass die von ihr ausgestrahlten Strahlen (6) die Defekte an vorbestimmten Orten innerhalb des Festkörpers (2) erzeugen.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one radiation source ( 18 ) for providing in the solid state ( 2 ) radiation ( 6 ) is configured such that the beams emitted by it ( 6 ) the defects at predetermined locations within the solid ( 2 ) produce. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (18) derart eingestellt wird, dass die von ihr ausgestrahlten Strahlen (6) zum Erzeugen der Ablöseebene (8) auf eine definierte Tiefe von weniger als 200 μm, bevorzugt von weniger als 100 μm und weiter bevorzugt von weniger als 50 μm und besonders bevorzugt von weniger als 20 μm in den Festkörper (2) eindringen oder die Strahlungsquelle derart eingestellt wird, dass die von ihm ausgestrahlten Strahlen (6) zum Erzeugen der Ablöseebene (8) auf eine definierte Tiefe von mehr als 100 μm, bevorzugt von mehr als 200 μm und weiter bevorzugt von mehr als 400 μm und besonders bevorzugt von mehr als 700 μm in den Festkörper (2) eindringen.Method according to claim 3, characterized in that the radiation source ( 18 ) is set such that the beams emitted by it ( 6 ) for generating the detachment level ( 8th ) to a defined depth of less than 200 microns, preferably less than 100 microns and more preferably less than 50 microns and more preferably less than 20 microns in the solid state ( 2 ) or the radiation source is adjusted in such a way that the rays emitted by it ( 6 ) for generating the detachment level ( 8th ) to a defined depth of more than 100 .mu.m, preferably of more than 200 .mu.m and more preferably of more than 400 .mu.m and more preferably of more than 700 .mu.m in the solid state ( 2 ). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörper (2) Siliziumcarbid und/oder Galliumarsenit und/oder ein keramisches Material aufweist und die Aufnahmeschicht aus einer Polymerschicht (10) besteht, wobei die Polymerschicht zumindest teilweise aus PDMS bestehen.Method according to one of the preceding claims 2 to 5, characterized in that the solid state ( 2 ) Silicon carbide and / or gallium arsenite and / or a ceramic material and the receiving layer of a polymer layer ( 10 ), wherein the polymer layer consist at least partially of PDMS. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle ein Femtosekunden-Laser ist und/oder die Strahlungsquelle, insbesondere der Laser, eine Pulsdauer von unter 10 ps bevorzugt von unter 1 ps und besonders bevorzugt von unter 500 fs und/oder die Energie des Laserstrahls, insbesondere des Femtosekunden-Lasers, derart gewählt wird, dass die Schädigungsausbreitung im Festkörper kleiner als 3 mal die Rayleighlänge, bevorzugt kleiner als die Rayleighlänge und besonders bevorzugt kleiner als ein Drittel der Rayleighlänge ist und/oder die Wellenlänge des Laserstrahls, insbesondere des Femtosekunden-Lasers, derart gewählt wird, dass die Absorption des Festkörpers kleiner als 10 cm–1 und bevorzugt kleiner als 1 cm–1 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 cm–1 ist und/oder sich die einzelnen Defekte jeweils in Folge einer von dem Femtosekunden-Laser bewirkten multi-photonen Anregung ergeben.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation source is a femtosecond laser and / or the radiation source, in particular the laser, a pulse duration of less than 10 ps preferably less than 1 ps and more preferably of less than 500 fs and / or the Energy of the laser beam, in particular the femtosecond laser, is chosen such that the damage propagation in the solid is less than 3 times the Rayleigh length, preferably smaller than the Rayleigh length and more preferably smaller than one third of the Rayleighlänge and / or the wavelength of the laser beam, in particular of the femtosecond laser, is chosen such that the absorption of the solid is less than 10 cm -1 and preferably less than 1 cm -1 and more preferably less than 0.1 cm -1 and / or the individual defects in each case result from the femtosecond laser caused multi-photon excitation. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tempereinrichtung eine Vielzahl an Lichtquellen, insbesondere Halogenlampen, und mindestens einen Reflektor zum Reflektieren von Lichtstrahlen aufweist, wobei die Tempereinrichtung zur Strahlenbehandlung der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht (4) oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) derart zur freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht (4) oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) ausgerichtet ist, dass zwischen der freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht (4) oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) und dem Reflektor die Lichtquellen angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the tempering device comprises a plurality of light sources, in particular halogen lamps, and at least one reflector for reflecting light beams, wherein the tempering device for radiation treatment of the surface structure of the exposed surface of the solid layer ( 4 ) or the exposed surface of the solid ( 2 ) to the exposed surface of the solid state layer ( 4 ) or the exposed surface of the solid ( 2 ), that between the exposed surface of the solid state layer ( 4 ) or the exposed surface of the solid ( 2 ) and the reflector, the light sources are arranged. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freigelegte Oberfläche der Festkörperschicht (4) oder die freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) mittels der Tempereinrichtung auf eine Temperatur von mehr als 1000 Kelvin, insbesondere von mehr als 2000 Kelvin oder von mehr als 3000 Kelvin, temperiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the exposed surface of the solid state layer ( 4 ) or the exposed surface of the solid ( 2 ) is tempered by means of the tempering device to a temperature of more than 1000 Kelvin, in particular of more than 2000 Kelvin or of more than 3000 Kelvin. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizrate der Tempereinrichtung bei mehr als 5000 Kelvin/Sekunde, insbesondere bei mehr als 10000 Kelvin/Sekunde, liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heating rate of the tempering device is more than 5000 Kelvin / second, in particular more than 10,000 Kelvin / second. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der Festkörperschicht (4) oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) nach dem Glätten eine mittlere Rauheit (Ra) aufweist, die geringer als 1/4 oder die geringer als 1/5 oder die geringer als 1/8 oder die geringer als 1/10 oder die geringer als 1/12 oder die geringer als 1/15 oder die geringer als 1/18 oder die geringer als 1/20 der Wellenlänge der durch die Strahlungsquelle (18) emittierten Strahlung, insbesondere Laserstrahlen, ist, wobei die Wellenlänge der Strahlung kleiner als 2,5 μm, insbesondere kleiner als 2 μm oder kleiner als 1,5 μm oder kleiner als 1,2 μm, ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface structure of the exposed surface of the solid state layer ( 4 ) or the exposed surface of the solid ( 2 ) after smoothing has an average roughness (R a ) which is less than 1/4 or less than 1/5 or less than 1/8 or less than 1/10 or less than 1/12 or less than 1/15 or less than 1/18 or less than 1/20 of the wavelength emitted by the radiation source ( 18 ) emitted radiation, in particular laser beams, is, wherein the wavelength of the radiation is less than 2.5 microns, in particular less than 2 microns or less than 1.5 microns or less than 1.2 microns, is. Wafer, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.Wafer produced by a method according to one of claims 1 to 11. Anlage (1) zum Herstellen von Festkörperschichten, mindestens umfassend eine Halteeinrichtung (40) zum Bereitstellen, insbesondere Halten, eines Festkörpers (2), von dem mindestens eine Festkörperschicht (4) abtrennbar ist, eine Strahlungsquelle (18), insbesondere ein Laser, zum Erzeugen von Defekten mittels Strahlung in der inneren Struktur des Festkörpers (2) zum Vorgeben einer Ablöseebene (8), entlang der die Festkörperschicht (4) vom Festkörper (2) abtrennbar ist, eine Temperierungseinrichtung (42) zum Temperieren, insbesondere Abkühlen, einer auf dem Festkörper erzeugten oder angeordneten Spannungserzeugungsschicht zum Erzeugen von Spannungen zum Abtrennen der Festkörperschicht (4) von dem Festkörper (2) mittels eines durch die Spannungen erzeugten und entlang der Ablöseebene (8) geführten Risses, wodurch am Festkörper (2) eine Oberfläche freigelegt wird und an der Festkörperschicht eine Oberfläche freigelegt wird, und mindestens eine Tempereinrichtung (44), wobei mittels der Tempereinrichtung eine Strahlenbehandlung zum Glätten der Oberflächenstruktur der freigelegten Oberfläche der abgetrennten Festkörperschicht (4) und/oder der freigelegten Oberfläche des Festkörpers (2) durchführbar ist.Investment ( 1 ) for producing solid-state layers, at least comprising a holding device ( 40 ) for providing, in particular holding, a solid ( 2 ), of which at least one solid-state layer ( 4 ) is separable, a radiation source ( 18 ), in particular a laser, for generating defects by means of radiation in the internal structure of the solid ( 2 ) for specifying a detachment level ( 8th ), along which the solid state layer ( 4 ) from the solid state ( 2 ) is separable, a tempering device ( 42 ) for tempering, in particular cooling, a voltage generating layer generated or arranged on the solid body for generating voltages for separating the solid state layer ( 4 ) of the solid ( 2 ) by means of a voltage generated by the stresses and along the release plane ( 8th ), whereby on the solid body ( 2 ) exposing a surface and exposing a surface to the solid-state layer, and at least one tempering device ( 44 ), wherein by means of the annealing device, a radiation treatment for smoothing the surface structure of the exposed surface of the separated solid layer ( 4 ) and / or the exposed surface of the solid ( 2 ) is feasible.
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