DE102014018841A1 - Laser-based separation process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen eines Ablösebereichs in einem Festkörper, insbesondere zum Teilen des Festkörpers entlang des Ablösebereichs, mindesten umfassend die Schritte: Modifizieren des Kristallgitters des Festkörpers mittels eines Lasers, insbesondere eines Piko- oder Femtosekunden-Laser, wobei mehrere Modifikationen in dem Kristallgitter erzeugt werden, wobei das Kristallgitter in Folge der Modifikationen in den die Modifikationen umgebenden Bereichen zumindest in jeweils einem Anteil einreist.The invention relates to a method for producing a detachment region in a solid, in particular for dividing the solid along the separation region, at least comprising the steps of: modifying the crystal lattice of the solid by means of a laser, in particular a picosecond or femtosecond laser, wherein a plurality of modifications are generated in the crystal lattice, wherein the crystal lattice, as a result of the modifications, enters the regions surrounding the modifications at least in each case in one part.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich gemäß den Ansprüchen 1 und 2 auf Verfahren zum Erzeugen eines Ablösebereichs in einem Festkörper und gemäß den Ansprüchen 8 und 9 auf Verfahren zum zumindest teilweisen Teilen eines Festkörpers.The present invention according to
Das Teilen von Festkörpern, insbesondere von Wafern, wird klassisch durch Sägen bewirkt. Dieses Trennverfahren hat jedoch eine Vielzahl an Nachteile. So werden beim Sägen stets Späne erzeugt, die somit zerstörtes Grundmaterial darstellen. Ferner nimmt die Dickenschwankung der abgesägten Scheiben bei einer Zunahme der Sägehöhe ebenfalls zu. Weiterhin bewirkt das Sägeelement, dass auf den Oberflächen der voneinander zu trennenden Scheiben Riefen entstehen.The splitting of solids, especially wafers, is conventionally effected by sawing. However, this separation method has a number of disadvantages. For example, chips are always produced during sawing, which thus constitute destroyed basic material. Furthermore, the thickness variation of the sawn-off wheels also increases as the saw height increases. Furthermore, the saw element causes grooves to be formed on the surfaces of the disks to be separated from each other.
Es ist daher ersichtlich, dass das Trennverfahren „Sägen” sehr hohe Materialkosten und Kosten für die Nacharbeit bedingt.It can therefore be seen that the cutting process "sawing" involves very high material costs and reworking costs.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein alternatives Verfahren zum zumindest teilweisen Teilen eines Festkörpers sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Ablösebereichs in einem Festkörper bereitzustellen.It is therefore the object of the present invention to provide an alternative method for at least partially splitting a solid and a method for producing a separation region in a solid.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Ablösebereichs in einem Festkörper, insbesondere zum Teilen des Festkörpers entlang des Ablösebereichs, umfasst dabei bevorzugt mindesten den Schritt des Modifizierens des Kristallgitters des Festkörpers mittels eines Modifiziermittels, insbesondere eines Lasers, insbesondere eines Piko- oder Femtosekunden-Lasers, wobei mehrere Modifikationen in dem Kristallgitter erzeugt werden, wobei das Kristallgitter in Folge der Modifikationen in den die Modifikationen umgebenden Bereichen zumindest in jeweils einem Anteil, insbesondere unterkritisch, einreist.The aforementioned object is achieved by a method according to
Diese Lösung ist vorteilhaft, da sie z. B. ohne Späne zu verursachen eine definierte Schwächung des Festkörpers ermöglicht.This solution is advantageous because it z. B. without shaving a defined weakening of the solid allows.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung erstmals eine Möglichkeit, dass ein Festkörper nicht orthogonal zu seiner zu kürzenden Längsrichtung gekürzt werden muss, sondern dass er mit dem LASER in seiner Längsrichtung derart beaufschlagt wird, dass eine Festkörperschicht abgetrennt wird. Dieses Verfahren hat ferner den Vorteil, dass die LASER-Strahlen nicht über den gesamten Radius des Festkörpers in den Festkörper eindringen müssen, sondern über eine zur Abtrennschicht bzw. Ablöseschicht bevorzugt parallelen Schicht in den Festkörper eingebracht werden können. Dies ist insbesondere bei Festkörpern sinnvoll, deren Radius größer oder gleich der Dicke der abzutrennenden Festkörperschicht ist.Furthermore, the present invention provides for the first time a possibility that a solid body does not have to be shortened orthogonal to its longitudinal direction to be shortened, but that it is acted upon with the LASER in its longitudinal direction such that a solid layer is separated. This method also has the advantage that the LASER rays do not have to penetrate into the solid body over the entire radius of the solid, but rather can be introduced into the solid via a layer which is preferably parallel to the separation layer or release layer. This is particularly useful for solids whose radius is greater than or equal to the thickness of the solid layer to be separated.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reißt das Kristallgitter zumindest mehrheitlich jeweils in einem vom Zentrum der jeweiligen Modifikation beabstandeten Anteil ein. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft, da hierdurch der Bedarf einer Nachbearbeitung des Teils des Festkörpers, an dem nach dem Trennen volumenmäßig weniger von der Modifikation bzw. von den Modifikationen verbleibt, reduziert wird.According to a further preferred embodiment of the present invention, the crystal lattice at least predominantly breaks in each case in a portion spaced from the center of the respective modification. This solution is particularly advantageous since it reduces the need for post-processing of the part of the solid which, after separation, remains less in volume from the modification (s).
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch ein Verfahren gemäß Anspruch 3 gelöst. Das weitere erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen eines Ablösebereichs in einem Festkörper, insbesondere zum Teilen des Festkörpers entlang des Ablösebereichs, umfasst dabei bevorzugt mindestens die Schritte des Modifizierens des Kristallgitters des Festkörpers mittels eines Modifiziermittels, insbesondere eines Lasers, insbesondere eines Piko- oder Femtosekunden-Laser, oder eines Ionenimplaniermittels, mittels dem Ionen zur Modifikation des Kristallgitters in das Kristallgitter eingebracht werden, wobei mehrere Modifikationen in dem Kristallgitter erzeugt werden, und des Konditionierens zumindest mehrerer der Modifikationen durch ein Konditioniermittel, insbesondere eine Temperierungseinrichtung, wobei das Kristallgitter durch die Konditionierung in den die Modifikation umgebenden Bereichen zumindest in jeweils einem Anteil einreist.The aforementioned object is also achieved by a method according to claim 3. The further method according to the invention for producing a detachment region in a solid, in particular for dividing the solid along the separation region, preferably comprises at least the steps of modifying the crystal lattice of the solid by means of a modifying agent, in particular a laser, in particular a picosecond or femtosecond laser, or an ion implanter, by means of which ions are introduced into the crystal lattice for modifying the crystal lattice, wherein a plurality of modifications are produced in the crystal lattice, and conditioning at least several of the modifications by a conditioning agent, in particular a tempering device, wherein the crystal lattice is introduced by the conditioning in the Surrounding areas at least in one share.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Das weitere erfindungsgemäße Verfahren zum zumindest teilweisen Teilen eines Festkörpers, umfasst einen der Gegenstände der Ansprüche 1 bis 3, wobei so viele Modifikationen in dem Kristallgitter erzeugt werden, dass sich die einzelnen Risse zu einem Hauptriss verbinden, durch den der Festkörper zumindest teilweise und bevorzugt vollständig geteilt wird.The aforementioned object is also achieved by a method according to claim 8. The further inventive method for at least partially dividing a solid, comprises one of the objects of
Diese Lösung ist vorteilhaft, da sie z. B. ohne Späne zu verursachen eine definierte Teilung des Festkörpers ermöglicht.This solution is advantageous because it z. B. without chips to allow a defined division of the solid.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Das weitere erfindungsgemäße Verfahren zum zumindest teilweisen Teilen eines Festkörpers, umfasst einen der Gegenstände der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Modifikationen in einem ersten Abschnitt des Festkörpers erzeugt werden, wodurch sich ein durch die einzelnen, insbesondere unterkritischen, Risse erstreckender Hauptriss ausbildet, wobei nach der Ausbildung des Hauptrisses oder infolge der Ausbildung des Hauptrisses weitere Modifikationen in mindestens einem weiteren Abschnitt des Festkörpers erzeugt werden, wobei der Hauptriss durch Risse im Bereich der weiteren Modifikationen ebenfalls in den mindestens einen weiteren Abschnitt geführt wird, insbesondere bis die durch den Hauptriss voneinander zunächst lokal gelösten Festkörperanteile vollständig voneinander getrennt sind.The aforementioned object is also achieved by a method according to
Diese Lösung ist vorteilhaft, da sie z. B. ohne Späne zu verursachen ebenfalls eine definierte Teilung des Festkörpers ermöglicht.This solution is advantageous because it z. B. without chips also also allows a defined division of the solid.
Unterkritisch bedeutet hierbei bevorzugt, dass die Rissausbreitung zum Erliegen kommt bzw. stoppt bevor der Riss den Festkörper in mindestens zwei Teile teilt. Bevorzugt breitet sich ein unterkritischer Riss weniger als 5 mm, insbesondere weniger als 1 mm, in dem Festkörper aus. Die Modifikationen werden bevorzugt derart erzeugt, dass sich z. B. beim Abtrennen von ebenen Festkörperplatten die unterkritischen Risse bevorzugt mehrheitlich in derselben Ebene ausbreiten, insbesondere in einer zur Oberfläche des Festkörpers, durch welche die Laserstrahlen in den Festkörper eindringen, parallelen oder definiert ausgerichteten Ebene ausbreiten. Die Modifikationen werden bevorzugt derart erzeugt, dass sich z. B. beim Abtrennen von unebenen Festkörpern die unterkritischen Risse bevorzugt derart definiert, z. B. in einer sphärischen Lage bzw. Schicht ausbreiten, dass der Ablösebereich eine definierte, insbesondere sphärische, Form erhält.Subcritical means here preferably that the crack propagation comes to a standstill or stops before the crack divides the solid into at least two parts. A subcritical crack preferably spreads less than 5 mm, in particular less than 1 mm, in the solid body. The modifications are preferably generated such that z. B. in the separation of planar solid plates, the subcritical cracks preferably spread in the same plane majority, especially in one to the surface of the solid, through which the laser beams penetrate into the solid, parallel or defined aligned plane propagate. The modifications are preferably generated such that z. B. when separating uneven solids, the subcritical cracks preferably defined such. B. spread in a spherical position or layer, that the separation region receives a defined, in particular spherical, shape.
Der Festkörper ist bevorzugt ein Ingot oder ein Wafer. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Festkörper um ein für Laserstrahlen zumindest teilweise transparentes Material. Es ist somit 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). Es ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass der Festkörper eine Photomaske ist, wobei als Photomaskenmaterial im vorliegenden Fall bevorzugt jedes zum Anmeldetag bekannte Photomaskenmaterial und besonders bevorzugt Kombinationen daraus verwendet werden können. Ferner kann der Festkörper zusätzlich oder alternativ Siliziumcarbid (SiC) aufweisen oder daraus bestehen.The solid is preferably an ingot or a wafer. The solid is particularly preferably a material which is at least partially transparent for laser beams. It is therefore also conceivable that the solid body 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). It is additionally or alternatively conceivable that the solid body is a photomask, wherein as photomask material in the present case, preferably any known to the filing date photomask material and more preferably combinations thereof can be used. Furthermore, the solid may additionally or alternatively comprise or consist of silicon carbide (SiC).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Energie des Laserstrahls des Lasers, insbesondere fs-Lasers (Femtosekundenlaser), 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 laser beam of the laser, in particular fs laser (femtosecond laser), selected such that the damage propagation in the solid or in the crystal less than three times the Reyleighlänge, preferably smaller than the Reyleighlänge and particularly preferred is less than a third of the Reyleigh length.
Das Kristallgitter reist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest mehrheitlich in einem vom Zentrum Z der jeweiligen Modifikation beabstandeten Anteil ein.The crystal lattice, according to another preferred embodiment of the present invention, at least predominantly enters a portion spaced from the center Z of the respective modification.
Der Riss geht gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zumindest abschnittsweise durch die Mehrzahl, insbesondere die Gesamtheit, der Modifikationen hindurch oder verläuft zumindest zu der Mehrzahl, insbesondere zu der Gesamtheit, der Modifikationen beabstandet.According to a further preferred embodiment of the present invention, the crack passes at least in sections through the plurality, in particular the entirety, of the modifications or extends at least to the majority, in particular to the entirety, of the modifications.
Eine erste Anzahl an Modifikationen wird gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit ihrem Zentrum Z einerseits des Ablösebereichs erzeugt und eine zweite Anzahl an Modifikationen wird mit ihrem Zentrum andererseits des Ablösebereichs erzeugt.A first number of modifications is produced according to a further preferred embodiment of the present invention with its center Z on the one hand of the detachment area and a second number of modifications is generated with its center on the other hand the detachment area.
Die Modifikationen werden gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels Laser erzeugt, wobei die Pulsabstände zwischen 0,01 μm und 10 μm vorgesehen werden und/oder Linienabstände zwischen 0,01 μm und 20 μm vorgesehen werden und/oder eine Pulswiederholfrequenz zwischen 16 kHz und 1024 kHz vorgesehen wird.The modifications are produced according to a further preferred embodiment of the present invention by means of laser, wherein the pulse intervals between 0.01 .mu.m and 10 .mu.m are provided and / or line spacings between 0.01 .mu.m and 20 .mu.m are provided and / or a pulse repetition frequency between 16 kHz and 1024 kHz is provided.
Die Wellenlänge des Laserstrahls des Lasers, 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 of the laser, 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 especially preferably less than 0.1 cm -1 .
Die einzelnen Modifikationen bzw. Defekte bzw. Schadstellen resultieren gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeweils aus einer von dem Laser, insbesondere fs-Laser, bewirkten multi-photonen Anregung.The individual modifications or defects or damaged areas result according to a further preferred embodiment of the present invention in each case from one of the laser, in particular fs laser, caused multi-photon excitation.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft das erfindungsgemäße Trennverfahren dargestellt ist. Bauteile oder Elemente, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzt werden und/oder 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 appended drawings, in which the separation process according to the invention is shown by way of example. Components or elements which are preferably used in the method according to the invention and / or which at least substantially coincide in the figures in terms of their function, may here be identified by the same reference numerals, these components or elements need not be quantified or explained in all figures.
Darin zeigt: It shows:
Das Bezugszeichen
Das Bezugszeichen
In
In
Die Darstellung der
Eine Rissbildung setzt in der dargestellten Konfiguration bevorzugt nicht ein.Cracking preferably does not occur in the illustrated configuration.
Die
Die Unterseite des Festkörpers
Das Bezugszeichen
Ferner kann
Das Bezugszeichen
Die
Die
Die
Die
Es ist hierbei denkbar, dass die Zentren der Modifikationen
Bevorzugt werden im Bereich einer Hauptrissauslösestelle mehr Modifikationen erzeugt bzw. es wird eine höhere Modifikationendichte vorgesehen.In the region of a main tear trigger point, more modifications are preferably generated or a higher modification density is provided.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die einzelnen in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Festkörpersolid
- 22
- Ablösebereichtransfer area
- 44
- Laserstrahllaser beam
- 55
- Polierte OberflächePolished surface
- 66
- Laserstrahl im FestkörperLaser beam in the solid state
- 88th
- Fokusfocus
- 99
- Modifikationmodification
- 1010
- Erster FestkörperteilFirst solid part
- 1212
- Zweiter FestkörperteilSecond solid part
- 1313
- RissCrack
- 1414
- Ort des BearbeitungsstartsLocation of processing start
- 1515
- Zentrum der ModifikationenCenter of the modifications
- 1616
- Unterseite des FestkörpersBottom of the solid
- 1717
- Referenzlängereference length
- 1818
- Hauptoberflächemain surface
- 1919
- Seitliche OberflächeLateral surface
- 2020
- Linienabstand zwischen linienmäßig erzeugten KristallgittermodifikationenLine spacing between line-generated crystal lattice modifications
- 2222
- Linienabstand zwischen linienmäßig erzeugten KristallgittermodifikationenLine spacing between line-generated crystal lattice modifications
- 2323
- Weitere ModifikationFurther modification
- AA
- Beispiel einer ersten DefektanordnungExample of a first defect arrangement
- BB
- Beispiel einer zweiten DefektanordnungExample of a second defect arrangement
- CC
- Beispiel einer dritten DefektanordnungExample of a third defect arrangement
- DD
- Beispiel einer vierten DefektanordnungExample of a fourth defect arrangement
- ZZ
- Zentrumcenter
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