EP2139657A1 - Method and apparatus for the production of thin disks or films from semiconductor bodies - Google Patents
Method and apparatus for the production of thin disks or films from semiconductor bodiesInfo
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- EP2139657A1 EP2139657A1 EP08748746A EP08748746A EP2139657A1 EP 2139657 A1 EP2139657 A1 EP 2139657A1 EP 08748746 A EP08748746 A EP 08748746A EP 08748746 A EP08748746 A EP 08748746A EP 2139657 A1 EP2139657 A1 EP 2139657A1
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Definitions
- the present invention relates to a method and an apparatus for the production of thin disks or films from semiconductor bodies such as polycrystalline blocks (ingots) or monocrystalline rods.
- wire saws are used to cut brittle-hard workpieces (such as silicon).
- brittle-hard workpieces such as silicon
- two methods are used (description DE 19959414). Separating lapping involves the use of a slurry, while the cutting grains are firmly bonded to the wire during cutting.
- the separation process is carried out by a relative movement of wire and workpiece. This relative movement is achieved in DE 19959474 in that the workpiece is rotated about its longitudinal axis.
- the wire is moved and e.g. guided by pulleys several times through the workpiece so that many discs can be separated simultaneously.
- grating multi-wire saws (DE 19959414) are particularly suitable since the wire is not stressed mechanically by the deflection.
- the splitting of single crystal silicon rods as described in US 2004055634 may be an interesting alternative for the production of silicon wafers.
- the lateral surface of a silicon rod is irradiated locally with ion, electron or laser beams in order to generate targeted lattice defects. This is preferably along a line which is given by the crystal axes, so that the later cleavage plane corresponds to a crystal lattice plane.
- the splitting process takes place, for example, by mechanical shearing forces along the generated grating defects. When splitting no sawing losses. Further advantages are pure cleavage surfaces, a fast splitting process, as well as very flat surfaces.
- US 2004055634 indicates a potential benefit of 10,000 wafers per meter of silicon rod length.
- DE 3403826 describes a method in which a notch in the circumferential surface of a circumferential notch is locally heated with a laser. With a thermal shock treatment, the disc is then blasted off the bar. By machining the notch, however, it is expected that the thickness of the silicon wafer is limited downwards.
- US 2005199592 also describes a separation method for separating silicon by means of laser radiation. However, this is the separation of silicon wafers in single chips. For example, an Nd: YAG laser is used
- the material processing works with focused laser beams where the working area is limited to the immediate surroundings of the focus.
- DE 19518263 describes a device for material processing in which the laser radiation is guided in a liquid jet onto the material surface.
- the focused laser steel is coupled by means of a special nozzle in the most laminar liquid jet possible.
- This method is also used when cutting silicon wafers. In this case, cutting widths of typically 50 microns are achieved, which are essentially determined by the liquid jet.
- this process produces melt zones which, after re-solidification, can impair the mechanical stability of the workpieces. The melting zones can be significantly reduced when working with shorter laser pulses.
- the small cutting widths can only be achieved when working within the limited depth of focus.
- the gap width increases accordingly due to the beam focusing.
- the present invention is based on the object, a method for producing thin semiconductor films, in particular silicon films by separating semiconductor bodies and to provide a device for carrying out this method.
- a brittle-hard material such as semiconductor material
- the method of the present invention advantageously advantageously utilizes the property that semiconductor wafers become more and more flexible the thinner they are.
- Such a method is particularly advantageous if the production of the semiconductor film by separating one Surface of a semiconductor block takes place, or if the production of the semiconductor film is carried out by tangential separation from the mantle surface of a semiconductor rod.
- the production of the semiconductor film is carried out by tangential separation from the mantle surface of a semiconductor rod.
- the method according to the invention can be used to particular advantage if clearance for the separating tool is created by the spreading of the already separated part of the semiconductor foil from the semiconductor body, wherein the clearance is defined by the surfaces on the semiconductor body, the tip of the cutting tool and the semiconductor facing surface of the spread semiconductor film is formed.
- a pulsed, highly focused laser beam can be used, and / or a probe with liquid or gaseous etching medium. It may also be advantageous if the separation takes place under vacuum or under a special gas atmosphere.
- a focused laser beam modifies the semiconductor material and the modified semiconductor material is removed with a liquid or gaseous etching medium.
- the method according to the invention can advantageously be carried out with a device which has means for spreading apart the free-cut part of the semiconductor film and means for supporting the freely cut part of the semiconductor film.
- the means for spreading apart the free-cut part of the semiconductor film may be formed as tensile and / or pressure means and act on the cut-free part of the semiconductor film. They can be designed, for example, as electrostatically operating devices and act on the cut-free part of the semiconductor film. But they can also be designed as devices which operate with negative or positive pressure. Especially with vacuum working devices that engage the cut portion of the semiconductor film, are advantageous.
- the means for supporting the free-cut portion of the semiconductor film are advantageously designed as a support roller and support the already separated part of the semiconductor film from such that a minimum bending radius of the spread semiconductor film is not exceeded.
- the support roller is formed so that the splayed semiconductor film is merely elastically deformed.
- An apparatus for carrying out the method can be realized advantageously, for example, if the cutting tool is realized by a pulsed laser whose pulse length is smaller than 10e-9s, wherein the pulsed laser It should have a high beam quality and be highly focused.
- a laser with linear intensity profile can be used.
- This medium can be glass fibers.
- a fiber laser can advantageously be used. Equally advantageous may be to use a frequency-multiplied laser.
- Figure 1 is a schematic diagram of the separation process
- Figure 2 is a schematic diagram of the tangential separation
- FIG. 3 shows a schematic diagram of the tangential separation according to FIG. 2 with free space
- Figure 4 is a schematic diagram of the multiple tangential
- FIG. 5 is a schematic diagram of the separation process according to
- FIG. 1 shows a highly schematic representation of a semiconductor body 1, which is arranged on a machine tool, not shown, by means of a holder (also not shown).
- a separating tool 2 is in engagement with the semiconductor body 1 and serves to separate a half Semiconductor body, such as a silicon block, consist of a material that is difficult to work because it has a certain brittle hardness.
- the common processing methods are already described in more detail in the introduction to the description.
- the cutting tool according to the invention may be embodied as a focused laser beam, a tapered glass fiber as the medium for the laser beam, a probe with etching medium, a mechanical tool or another suitable cutting tool.
- the following is based on a highly focused laser beam as a separation tool 2, which can produce a parting line 4 with only a very small gap width 5.
- a separation tool 2 which can produce a parting line 4 with only a very small gap width 5.
- the free space 6 is bounded by the separating surface 7 on the semiconductor body 1, the tip of the separating tool 2 and a surface 8 of the spread semiconductor film 3 facing the semiconductor 1, as will be described in more detail later on FIG.
- the spread is effected by means which exert tensile or compressive forces on the already separated region of the semiconductor film 3.
- these tensile or compressive forces are indicated by two arrows Pl and P2, the arrow Pl symbolizing the compressive forces and the arrow P2 the tensile forces.
- the means for spreading apart the semiconductor film 3 can be realized by mechanically attacking elements or by non-contact elements. It makes sense to make the spread electrostatically. But also by means of a vacuum spreading of the semiconductor film can be realized. Likewise, through a targeted air Shot the already separated area of the semiconductor film 3 are spread so that the required space 6 for the cutting tool 2 is available.
- the resulting joint width 5 of the parting line 4 is no longer determined by the width of the cutting tool 2, but only by the width of the tip 9 of the cutting tool 2, which can be significantly narrower than, for example, a saw wire, as in the state the technique is used to produce silicon wafers.
- the separation loss of semiconductor material is accordingly reduced considerably, because the loss-determining joint width 5 can be considerably reduced compared to the prior art.
- the area-related silicon consumption is significantly reduced, because the working area, ie the joint width 5 is limited to the area around the focus of the cutting tool 2.
- means for supporting the free-cut portion of the semiconductor film 3 are provided, which are formed as a support roller 10 and support the already separated part of the semiconductor film 3 such that a minimum bending radius of the spread semiconductor film 3 does not fall below becomes.
- the arrangement and the geometry of the support roller 10 is chosen so that the splayed semiconductor film 3 is only elastically deformed.
- the arrangement of the support roller 10 may be on a non-illustrated Werk- Grooved slide so made that it can follow the separation cut. This ensures that the already separated region of the semiconductor film 3 is always optimally supported.
- FIG. 2 shows how, in a manner analogous to that described with reference to FIG. 1, a film 3 is separated from the outer surface of a semiconductor rod 11.
- the same or equivalent elements are provided to avoid repetition with the same reference numerals, with a detailed description of these similar elements is unnecessary.
- the tip 9 of a highly focused laser beam acts as a separating tool 2 separating a semiconductor film 3 from the rotating semiconductor rod 11.
- the round shape of a semiconductor rod 11 also makes it possible to simultaneously cut a plurality of semiconductor foils 3, 31, 32 from a semiconductor rod 11, which is shown schematically in FIG.
- the three semiconductor films 3, 31, 32 shown schematically here are supported by three support rollers 10, 101, 102 in the manner already basically described. Again, the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals, so that a repetition of already described can be omitted.
- FIG. 3 shows that a clearance 6 for the cutting tool 2 on the rotating semiconductor rod 11 is created by the separating surface 7 and the surface facing the semiconductor rod 11 on the semiconductor foil 3, without the tip of a tool being shown here.
- Figure 5 shows, looking back on Figure 1, a free space 6 for a not shown separating tool according to this figure 1. Again, the same or equivalent elements with the same reference numerals.
- a laser is used as a separating tool 2 whose beam is focused by suitable optical means such as a cylindrical lens or a diffractive optical element such that instead of a point-shaped intensity profile a line-shaped intensity profile for separating the semiconductor film 3 is formed. Furthermore, it makes sense to line up several line-shaped intensity profiles in such a way that a dividing line is formed over the entire width of the semiconductor body 1, 11, so that the entire cutting line can be quasi-continuously removed (with the repetition rate of the laser).
- the marginal rays of the focused laser beam which are facing the semiconductor body 1, 11 should ideally run parallel to the edge of the semiconductor body 1, 11.
- the marginal rays in the vicinity of the tip 9 of the cutting tool 2 follow the bending radius of the semiconductor foil 3, 31, 32 and with increasing distance from the focus (tip of the cutting tool 2) creates a gap that increases.
- the semiconductor material generally silicon
- the semiconductor material in the parting line may initially only be modified and then selectively removed (mainly modified material) with a gaseous etching medium or an etching liquid.
- Femtosecond fiber lasers are, for example, suitable as the laser source.
- frequency multiplication is advantageous with high efficiency because the energy density of the ablation threshold decreases for shorter wavelengths.
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Abstract
The invention relates to a method and an apparatus for producing thin disks or films (3) from semiconductor bodies (1). Advantageously, a laser is used as a cutting tool (2). The beam of said laser is focused using suitable optical means, e.g. a cylindrical lens, in such a way that a linear intensity profile is created rather than a point-shaped one in order to cut the semiconductor film (3). Furthermore, it makes sense to place several linear intensity profiles in a row in such a way that a parting line is created across the entire width of the semiconductor body (1) such that the entire cutting line can be removed quasi continuously, at the repetition rate of the laser. Ideally, the peripheral beams of the focused laser beam which face the semiconductor body (1) should extend parallel to the edge of the semiconductor body (1). Near the tip (9) of the cutting tool (2), on the side facing the semiconductor film (3), the peripheral beams follow the bending radius of the semiconductor film (3), and an increasing gap is created as the distance from the focus (the tip of the cutting tool (2)) increases.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von dünnen Scheiben oder Folien aus HalbleiterkörpernMethod and device for producing thin slices or films of semiconductor bodies
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von dünnen Scheiben oder Folien aus Halbleiterkörpern wie polykristallinen Blöcken (In- gots) oder einkristallinen Stäben.The present invention relates to a method and an apparatus for the production of thin disks or films from semiconductor bodies such as polycrystalline blocks (ingots) or monocrystalline rods.
Gewöhnlich werden Drahtsägen zum Trennen von sprödharten Werkstücken (wie z.B. Silizium) verwendet. Grundsätzlich werden zwei Verfahren eingesetzt (Beschreibung DE 19959414) . Beim Trennläppen wird eine Sägesuspension (Slurry) eingesetzt, während beim Trennschleifen die Scheidkörner fest mit dem Draht verbunden sind. Für beide Verfahren gilt, dass der Trennvorgang durch eine Relativbewegung von Draht und Werkstück erfolgt. Diese Relativbewegung wird in DE 19959474 dadurch erreicht, dass das Werkstück um seine Längsachse gedreht wird. Üblicherweise wird der Draht bewegt und z.B. mit Hilfe von Umlenkrollen mehrmals durch das Werkstück geführt, sodass viele Scheiben gleichzeitig abgetrennt werden können. Beim Trennschleifen mit spröden Diamantsägedrähten sind gat- ternde Mehrdrahtsägen (DE 19959414) besonders geeignet, da der Draht nicht durch die Umlenkung mechanisch beansprucht wird.Usually, wire saws are used to cut brittle-hard workpieces (such as silicon). In principle, two methods are used (description DE 19959414). Separating lapping involves the use of a slurry, while the cutting grains are firmly bonded to the wire during cutting. For both methods, the separation process is carried out by a relative movement of wire and workpiece. This relative movement is achieved in DE 19959474 in that the workpiece is rotated about its longitudinal axis. Usually the wire is moved and e.g. guided by pulleys several times through the workpiece so that many discs can be separated simultaneously. When cutting with brittle diamond saws, grating multi-wire saws (DE 19959414) are particularly suitable since the wire is not stressed mechanically by the deflection.
Zur Herstellung von Siliziumscheiben mit einer Dicke von rund 200 μm für die Fotovoltaik werden gegenwärtig überwiegend Drahtsägen verwendet. Dabei ist der minimale Sägespalt durch den Drahtdurchmesser und die Sägesuspension begrenzt.For the production of silicon wafers with a thickness of about 200 microns for photovoltaic predominantly wire saws are currently used. The minimum kerf is limited by the wire diameter and the sawing suspension.
Das Spalten von einkistallinen Siliziumstäben wie in US 2004055634 beschrieben, kann eine interessante Alternative
zur Herstellung von Siliziumwafern sein. Dabei wird die Mantelfläche eines Siliziumstabes mit Ionen-, Elektronen- oder Laserstrahlen lokal bestrahlt, um gezielt Gitterdefekte zu erzeugen. Dies erfolgt vorzugsweise entlang einer Linie, die durch die Kristallachsen gegeben ist, sodass die spätere Spaltebene einer Kristallgitterebene entspricht. Der Spaltvorgang erfolgt beispielsweise durch mechanische Scherkräfte entlang der erzeugten Gitterfehler. Beim Spalten entstehen keine Sägeverluste. Weitere Vorteile sind reine Spaltflächen, ein schneller Spaltvorgang, sowie sehr ebene Flächen. US 2004055634 gibt einen potentiellen Nutzen von 10000 Wafer pro Meter Siliziumstablänge an.The splitting of single crystal silicon rods as described in US 2004055634 may be an interesting alternative for the production of silicon wafers. In this case, the lateral surface of a silicon rod is irradiated locally with ion, electron or laser beams in order to generate targeted lattice defects. This is preferably along a line which is given by the crystal axes, so that the later cleavage plane corresponds to a crystal lattice plane. The splitting process takes place, for example, by mechanical shearing forces along the generated grating defects. When splitting no sawing losses. Further advantages are pure cleavage surfaces, a fast splitting process, as well as very flat surfaces. US 2004055634 indicates a potential benefit of 10,000 wafers per meter of silicon rod length.
Wird ein Laserstahl benutzt, um die Mantelfläche des Siliziumstabes lokal zu erhitzen, kann auf die Vakuumumgebung verzichtet werden. In DE 3403826 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem mit einem Laser gezielt eine Kerbe in der Mantelfläche umlaufende Kerbe lokal erhitzt wird. Mit einer Temperaturschockbehandlung wird die Scheibe anschließend vom Stab abgesprengt. Durch die mechanische Bearbeitung der Kerbe ist jedoch zu erwarten, dass die Dicke der Siliziumscheibe nach unten begrenzt ist.If a laser steel is used to heat the lateral surface of the silicon rod locally, can be dispensed with the vacuum environment. DE 3403826 describes a method in which a notch in the circumferential surface of a circumferential notch is locally heated with a laser. With a thermal shock treatment, the disc is then blasted off the bar. By machining the notch, however, it is expected that the thickness of the silicon wafer is limited downwards.
In JP 2002184724 wird die Mantelfläche mit einem fokussierten Eximerlaserstrahl lokal erhitzt. Die beiden letztgenannten Verfahren erfordern wie US 2004055634 einen Einkristall als Ausgangsmaterial. Für Spalttrennverfahren bleibt somit offen, ob in Zukunft eine wirtschaftliche Anwendung zur Herstellung von dünnen Halbleiterscheiben realisiert werden kann.In JP 2002184724 the lateral surface is locally heated with a focused eximer laser beam. The latter two methods require, as US 2004055634 a single crystal as a starting material. For gap separation processes it thus remains unclear whether an economical application for the production of thin semiconductor wafers can be realized in the future.
US 2005199592 beschreibt ebenfalls eine Trennmethode zum Trennen von Silizium mit Hilfe von Laserstrahlung. Allerdings handelt es sich hier um das Trennen von Siliziumscheiben in
einzelne Chips. Dazu wird beispielsweise ein Nd: YAG-LaserUS 2005199592 also describes a separation method for separating silicon by means of laser radiation. However, this is the separation of silicon wafers in single chips. For example, an Nd: YAG laser is used
(1064 nm) so fokussiert, dass der Fokus im Inneren der Scheibe liegt. Dies führt zu Mikrorissen, die durch eine geeignete Anordnung zu Sollbruchstellen für die Scheibe werden. Wenn man zusätzlich an der Oberfläche mechanisch mit einem Diamantwerkzeug oder mit einem Laser eine Kerbe erzeugt, so kann die Bruchlinie noch genauer definiert werden. Nun lässt sich die Schiebe durch mechanische Belastung entlang der vorher definierten Linien brechen. US 2005199592 beschreibt wie Scheiben mit einer Dicke von beispielsweise 625 μm geteilt werden können. Für diese Scheibedicke lässt sich gezielt die Bruchkante definieren, allerdings lässt sich das Verfahren nicht beliebig auf größere Materialdicken übertragen, da der Arbeitsabstand der Fokussieroptik und die Absorption der Laserstrahlung die Eindringtiefe begrenzen.(1064 nm) focused so that the focus lies inside the disc. This leads to microcracks, which become a predetermined arrangement to predetermined breaking points for the disc. If, in addition, a notch is generated mechanically on the surface with a diamond tool or with a laser, the fracture line can be defined more precisely. Now the sliding can be broken by mechanical stress along the previously defined lines. US 2005199592 describes how disks with a thickness of, for example, 625 μm can be divided. The breaking edge can be specifically defined for this slice thickness, although the method can not be arbitrarily transferred to larger material thicknesses, since the working distance of the focusing optics and the absorption of the laser radiation limit the penetration depth.
Üblicherweise arbeitet die Materialbearbeitung mit fokussier- ten Laserstrahlen bei denen der Arbeitsbereich auf die unmittelbare Umgebung des Fokus beschränkt ist. DE 19518263 beschreibt eine Vorrichtung zur Materialbearbeitung, bei der die Laserstrahlung in einem Flüssigkeitsstrahl auf die Materialoberfläche geführt wird. Dazu wird der fokussierte Laserstahl mittels einer speziellen Düse in den möglichst laminaren Flüssigkeitsstrahl eingekoppelt. Dieses Verfahren findet ebenfalls Anwendung beim Trennen von Siliziumscheiben. Dabei werden Schnittbreiten von typischerweise 50 μm erreicht, die im Wesentlichen durch den Flüssigkeitsstrahl bestimmt sind. Es wurde jedoch beobachtet, dass bei diesem Verfahren trotz der Verwendung von Nanosekundenpulsen Schmelzzonen entstehen, die nach dem Wiedererstarren die mechanische Stabilität der Werkstücke beinträchtigen können.
Die Schmelzzonen lassen sich deutlich verringern, wenn man mit kürzeren Laserpulsen arbeitet. DE 10020559 nennt folgende Vorteile für die Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen. „Die besonderen Vorteile der Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen (fs-Laserpulsen) zeigen sich insbesondere beim äußerst präzisen und sowohl thermisch als auch mechanisch minimal schädigenden Schneiden und/oder Abtragen von Materialien. Es lassen sich Abtragraten im sub-μm-Bereich mit Schnittbreiten von weniger als 500nm erreichen." Die thermisch und mechanisch minimal schädigende Bearbeitung stellt den entscheidenden Vorteil gegenüber der Bearbeitung mit Nanosekundenpulsen dar.Usually, the material processing works with focused laser beams where the working area is limited to the immediate surroundings of the focus. DE 19518263 describes a device for material processing in which the laser radiation is guided in a liquid jet onto the material surface. For this purpose, the focused laser steel is coupled by means of a special nozzle in the most laminar liquid jet possible. This method is also used when cutting silicon wafers. In this case, cutting widths of typically 50 microns are achieved, which are essentially determined by the liquid jet. However, it has been observed that in spite of the use of nanosecond pulses, this process produces melt zones which, after re-solidification, can impair the mechanical stability of the workpieces. The melting zones can be significantly reduced when working with shorter laser pulses. DE 10020559 mentions the following advantages for material processing with ultrashort laser pulses. "The special advantages of material processing with ultrashort laser pulses (fs laser pulses) are particularly evident in the extremely precise cutting and / or removal of materials which are both of minimal thermal and mechanical damage. It is possible to achieve ablation rates in the sub-μm range with cutting widths of less than 500 nm. "The minimally damaging thermal and mechanical processing represents the decisive advantage over processing with nanosecond pulses.
Die geringen Schnittbreiten lassen sich jedoch nur bei Arbeiten innerhalb der begrenzten Fokustiefe erreichen. Bei größeren Schnitttiefen erhöht sich damit die Trennfugenbreite aufgrund der Strahlfokussierung entsprechend.However, the small cutting widths can only be achieved when working within the limited depth of focus. For larger cutting depths, the gap width increases accordingly due to the beam focusing.
Es ist bekannt, dass auch Silizium unter Ausnutzung der oben genannten Vorteile mit Femtosekundenlaserpulsen bearbeitet werden kann. Barsch et al. erreichten eine Trennfugenbreite von 10-15 μm beim Teilen einer 50 μm dicken Siliziumscheibe. Sie konnten ebenfalls zeigen, dass ein linienförmiges Strahlprofil das entlang der Schnittlinie ausgerichtet ist zu einer erhöhten Abtragsrate im Vergleich zu punktförmigen Strahlprofilen führt. Für schmale Trennfugen bleibt der Arbeitsbereich auf den räumlich beschränkten Bereich um den Fokus begrenzt. Damit lassen sich schmale Trennfugenbreiten bei der Herstellung starrer Siliziumscheiben nicht realisierenIt is known that silicon can also be processed by utilizing femtosecond laser pulses utilizing the advantages mentioned above. Barsch et al. reached a gap width of 10-15 microns when dividing a 50 micron thick silicon wafer. They were also able to show that a line-shaped beam profile aligned along the cutting line leads to an increased removal rate compared to point-shaped beam profiles. For narrow joints, the working area remains limited to the spatially restricted area around the focus. This makes it difficult to realize narrow kerf widths in the production of rigid silicon wafers
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von dünnen Halbleiterfolien, insbesondere Siliziumfolien durch Abtrennen von Halbleiterkörpern
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.The present invention is based on the object, a method for producing thin semiconductor films, in particular silicon films by separating semiconductor bodies and to provide a device for carrying out this method.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 15 gelöst.This object is achieved by a method according to claim 1 and with a device according to claim 15.
Während ein sprödhartes Material, wie Halbleiter-Werkstoff, an sich weitgehend steif und brüchig ist, nutzt das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise gezielt die Eigenschaft, dass Halbleiterscheiben immer biegsamer werden, je dünner sie sind.While a brittle-hard material, such as semiconductor material, is intrinsically rigid and brittle in nature, the method of the present invention advantageously advantageously utilizes the property that semiconductor wafers become more and more flexible the thinner they are.
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren zur Herstellung von dünnen Halbleiterfolien, insbesondere Siliziumfolien durch Abtrennen von Halbleiterkörpern mittels eines Trenn- Werkzeugs, wenn folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: a. bereitstellen eines Halbleiterkörpers; b. heranführen eines Trenn-Werkzeugs an den Halbleiterkörper; c. einleiten einer Relativbewegung zwischen Halbleiterkörper und Trenn-Werkzeug zum sukzessiven Abtrennen der Halbleiterfolie vom Halbleiterkörper; d. abspreizen des bereits frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie vom Halbleiterkörper; e. gegebenenfalls stützen des bereits frei geschnittenen Teils der abgetrennten Halbleiterfolie und f. entfernen des vollständig abgetrennten Teils der Halbleiterfolie und verbringen in eine Weiterverarbeitungsstation oder in eine Lagerposition.Particularly advantageous is a method for the production of thin semiconductor films, in particular silicon films by separating semiconductor bodies by means of a separating tool, when the following method steps are carried out: a. providing a semiconductor body; b. bringing a separating tool to the semiconductor body; c. initiating a relative movement between the semiconductor body and the separation tool for the successive separation of the semiconductor film from the semiconductor body; d. spreading the already freely cut part of the semiconductor film away from the semiconductor body; e. optionally supporting the already freely cut part of the separated semiconductor foil and f. remove the completely separated part of the semiconductor film and spend in a further processing station or in a storage position.
Vorteilhaft ist ein derartiges Verfahren besonders dann, wenn das Herstellen der Halbleiterfolie durch Abtrennen von einer
Fläche eines Halbleiterblocks erfolgt, oder wenn das Herstellen der Halbleiterfolie durch tangentiales Abtrennen von der Mantel-Fläche eines Halbleiterstabs erfolgt. Durch mehrfaches, am Umfang des Halbleiterstabs versetztes tangentiales Abtrennen von der Mantelfläche des Halbleiterstabs können in vorteilhafter Weise gleichzeitig mehrere Folien abgetrennt werden.Such a method is particularly advantageous if the production of the semiconductor film by separating one Surface of a semiconductor block takes place, or if the production of the semiconductor film is carried out by tangential separation from the mantle surface of a semiconductor rod. By multiple, on the circumference of the semiconductor rod offset tangential separation from the lateral surface of the semiconductor rod, several films can be separated in an advantageous manner at the same time.
Ganz besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden, wenn durch das Abspreizen des bereits abgetrennten Teils der Halbleiterfolie vom Halbleiterkörper Freiraum für das Trenn-Werkzeug geschaffen wird, wobei der Freiraum durch die Flächen am Halbleiterkörper, der Spitze der Trenn-Werkzeugs und eine dem Halbleiter zugewandte Fläche der abgespreizten Halbleiterfolie gebildet wird.The method according to the invention can be used to particular advantage if clearance for the separating tool is created by the spreading of the already separated part of the semiconductor foil from the semiconductor body, wherein the clearance is defined by the surfaces on the semiconductor body, the tip of the cutting tool and the semiconductor facing surface of the spread semiconductor film is formed.
Für das Trennen kann ein gepulster, stark fokussierter Laserstrahl verwendet werden, und/oder eine Sonde mit flüssigem oder gasförmigem Ätzmedium. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn das Trennen unter Vakuum oder unter spezieller Gasatmosphäre erfolgt.For the separation, a pulsed, highly focused laser beam can be used, and / or a probe with liquid or gaseous etching medium. It may also be advantageous if the separation takes place under vacuum or under a special gas atmosphere.
Ferner kann es von Vorteil sein, wenn beim Trennen ein fokussierter Laserstrahl den Halbleiter-Werkstoff modifiziert und der modifizierte Halbleiter-Werkstoff mit einem flüssigen o- der gasförmigen Ätzmedium entfernt wird.Furthermore, it may be advantageous if, during separation, a focused laser beam modifies the semiconductor material and the modified semiconductor material is removed with a liquid or gaseous etching medium.
Durch das bereits erwähnte tangentiale Abtrennen von der Mantel-Fläche des Halbleiterstabs können sehr günstig Halbleiterfolien in nahezu beliebiger Länge herstellbar sein, und durch mehrfaches, am Umfang des Halbleiterstabs versetztes tangentiales Abtrennen können gleichzeitig mehrere Halbleiterfolien in nahezu beliebiger Länge hergestellt werden.
Sehr günstig ist es außerdem, wenn das Trennen bei einer Werkstücktemperatur von mehr als 2000C erfolgt.By the aforementioned tangential separation from the cladding surface of the semiconductor rod semiconductor films can be produced in almost any length very cheap, and by multiple, on the circumference of the semiconductor rod tangential separation simultaneously several semiconductor films can be made in almost any length. It is also very beneficial if the separation takes place at a workpiece temperature of more than 200 0 C.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft mit einer Vorrichtung durchführen, die Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie und Mittel zum Stützen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie aufweist. Die Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie können als Zug- und/oder Druckmittel ausgebildet sein und am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie angreifen. Sie können zum Beispiel als elektrostatisch arbeitende Vorrichtungen ausgebildet sein und am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie angreifen. Sie können aber auch als Vorrichtungen ausgebildet sein, welche mit Unter- oder Überdruck arbeiten. Besonders mit Vakuum arbeitende Vorrichtungen, die am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie angreifen, sind vorteilhaft.The method according to the invention can advantageously be carried out with a device which has means for spreading apart the free-cut part of the semiconductor film and means for supporting the freely cut part of the semiconductor film. The means for spreading apart the free-cut part of the semiconductor film may be formed as tensile and / or pressure means and act on the cut-free part of the semiconductor film. They can be designed, for example, as electrostatically operating devices and act on the cut-free part of the semiconductor film. But they can also be designed as devices which operate with negative or positive pressure. Especially with vacuum working devices that engage the cut portion of the semiconductor film, are advantageous.
Die Mittel zum Stützen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie sind vorteilhafter Weise als Stützrolle ausgebildet und stützen den bereits abgetrennten Teil der Halbleiterfolie derart ab, dass ein minimaler Biegeradius der abgespreizten Halbleiterfolie nicht unterschritten wird.The means for supporting the free-cut portion of the semiconductor film are advantageously designed as a support roller and support the already separated part of the semiconductor film from such that a minimum bending radius of the spread semiconductor film is not exceeded.
Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Stützrolle so ausgebildet ist, dass die abgespreizte Halbleiterfolie lediglich elastisch verformt wird.For this purpose, it is advantageous if the support roller is formed so that the splayed semiconductor film is merely elastically deformed.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist beispielsweise dadurch vorteilhaft zu realisieren, wenn das Trenn-Werkzeug von einem gepulsten Laser realisiert ist, dessen Pulslänge kleiner als 10e-9s ist, wobei der gepulsten La-
ser eine hohe Strahlqualität besitzen sollte und stark fokus- siert ist.An apparatus for carrying out the method can be realized advantageously, for example, if the cutting tool is realized by a pulsed laser whose pulse length is smaller than 10e-9s, wherein the pulsed laser It should have a high beam quality and be highly focused.
Zum flächigen Abtrennen kann ein Laser mit linienförmigem Intensitätsprofil Verwendung finden.For flat separation, a laser with linear intensity profile can be used.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn ein Laser Verwendung findet dessen Laserstrahl in einem Medium nahe an die Bearbeitungsstelle geführt wird. Dieses Medium können Glasfasern sein.It may also be advantageous if a laser is used whose laser beam is guided in a medium close to the processing point. This medium can be glass fibers.
Ferner kann mit Vorteil ein Faser-Laser Verwendung finden. Genauso vorteilhaft kann es sein, einen frequenzvervielfachten Laser zu verwenden.Furthermore, a fiber laser can advantageously be used. Equally advantageous may be to use a frequency-multiplied laser.
Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung anhand der Zeichnungen noch näher erläutert werden.With the aid of exemplary embodiments, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Es zeigtIt shows
Figur 1 ein Prinzipschaubild vom Abtrennvorgang;Figure 1 is a schematic diagram of the separation process;
Figur 2 ein Prinzipschaubild vom tangentialen Abtrennen;Figure 2 is a schematic diagram of the tangential separation;
Figur 3 ein Prinzipschaubild vom tangentialen Abtrennen gemäß Figur 2 mit Freiraum;FIG. 3 shows a schematic diagram of the tangential separation according to FIG. 2 with free space;
Figur 4 ein Prinzipschaubild vom mehrfachen tangentialenFigure 4 is a schematic diagram of the multiple tangential
Abtrennen mit Freiräumen undSeparating with open spaces and
Figur 5 ein Prinzipschaubild vom Abtrennvorgang gemäßFigure 5 is a schematic diagram of the separation process according to
Figur 1 mit Freiraum.Figure 1 with free space.
In Figur 1 ist stark schematisiert ein Halbleiterkörper 1 gezeigt, der auf einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine mit Hilfe einer ebenfalls nicht dargestellten Halterung angeordnet ist. Ein Trenn-Werkzeug 2 befindet sich im Eingriff mit dem Halbleiterkörper 1 und dient zur Abtrennung einer Halb-
leiterfolie 3 von dem Halbleiterkörper 1. Halbleiterkörper, beispielsweise ein Siliziumblock, bestehen aus einem Werkstoff, der nur schwer zu bearbeiten ist, weil er eine gewisse spröde Härte hat. Die gängigen Bearbeitungsmethoden sind in der Beschreibungseinleitung bereits näher beschrieben. Das Trenn-Werkzeug gemäß der Erfindung kann als fokussierter Laserstrahl, eine spitz zulaufende Glasfaser als Medium für den Laserstrahl, eine Sonde mit Ätzmedium, ein mechanisches Werkzeug oder ein anderes geeignetes Trenn-Werkzeug ausgeführt sein. Nachfolgend wird von einem stark fokussierten Laserstrahl als Trenn-Werkzeug 2 ausgegangen, der eine Trennfuge 4 mit einer nur sehr geringen Trennfugenbreite 5 erzeugen kann. Durch das erfindungsgemäße Abspreizen der bei der Abtrennung erzeugten Halbleiterfolie 3 wird zwischen dem Halbleiterkörper 1 und der abgetrennten Halbleiterfolie 3 ein Freiraum 6 geschaffen, zwischen dessen Begrenzungsflächen das Trennwerkzeug 2 agieren kann. Der Freiraum 6 wird durch die Trenn- Fläche 7 am Halbleiterkörper 1, die Spitze des Trenn- Werkzeugs 2 und eine dem Halbleiter 1 zugewandte Fläche 8 der abgespreizten Halbleiterfolie 3 begrenzt, wie später noch zur Figur 5 näher beschrieben werden wird.FIG. 1 shows a highly schematic representation of a semiconductor body 1, which is arranged on a machine tool, not shown, by means of a holder (also not shown). A separating tool 2 is in engagement with the semiconductor body 1 and serves to separate a half Semiconductor body, such as a silicon block, consist of a material that is difficult to work because it has a certain brittle hardness. The common processing methods are already described in more detail in the introduction to the description. The cutting tool according to the invention may be embodied as a focused laser beam, a tapered glass fiber as the medium for the laser beam, a probe with etching medium, a mechanical tool or another suitable cutting tool. The following is based on a highly focused laser beam as a separation tool 2, which can produce a parting line 4 with only a very small gap width 5. As a result of the spreading apart of the semiconductor foil 3 produced during the separation, a free space 6 is created between the semiconductor body 1 and the separated semiconductor foil 3, between the boundary surfaces of which the separating tool 2 can act. The free space 6 is bounded by the separating surface 7 on the semiconductor body 1, the tip of the separating tool 2 and a surface 8 of the spread semiconductor film 3 facing the semiconductor 1, as will be described in more detail later on FIG.
Die Abspreizung wird durch Mittel bewirkt, welche Zug- oder Druckkräfte auf den bereits abgetrennten Bereich der Halbleiterfolie 3 ausüben. Zur Verdeutlichung sind diese Zug- oder Druckkräfte mit zwei Pfeilen Pl und P2 bezeichnet, wobei der Pfeil Pl die Druckkräfte und der Pfeil P2 die Zugkräfte symbolisiert. Die Mittel zum Abspreizen der Halbleiterfolie 3 können durch mechanisch angreifende Elemente, oder durch berührungslos angreifende Elemente realisiert sein. Es bietet sich an, die Abspreizung elektrostatisch vorzunehmen. Aber auch mittels Vakuum ist eine Abspreizung der Halbleiterfolie realisierbar. Ebenso kann durch einen gezielten Luftüber-
schuss der bereits abgetrennte Bereich der Halbleiterfolie 3 so abgespreizt werden, dass der benötigte Freiraum 6 für das Trenn-Werkzeug 2 zur Verfügung steht.The spread is effected by means which exert tensile or compressive forces on the already separated region of the semiconductor film 3. For clarity, these tensile or compressive forces are indicated by two arrows Pl and P2, the arrow Pl symbolizing the compressive forces and the arrow P2 the tensile forces. The means for spreading apart the semiconductor film 3 can be realized by mechanically attacking elements or by non-contact elements. It makes sense to make the spread electrostatically. But also by means of a vacuum spreading of the semiconductor film can be realized. Likewise, through a targeted air Shot the already separated area of the semiconductor film 3 are spread so that the required space 6 for the cutting tool 2 is available.
Die resultierende Trennfugenbreite 5 der Trennfuge 4 wird nicht mehr durch die Breite des Trenn-Werkzeugs 2 bestimmt, sondern nur noch durch die Breite der Spitze 9 des Trenn- Werkzeugs 2, die erheblich schmäler sein kann, als beispielsweise ein Sägedraht, wie er beim Stand der Technik zur Herstellung von Siliziumwafern benutzt wird. Der Trenn-Verlust an Halbleiter-Werkstoff reduziert sich demgemäß erheblich, weil die den Verlust bestimmende Trennfugenbreite 5 gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert werden kann. Beim Einsatz eines stark fokussierten Laserstrahls als Trenn- Werkzeug 2 reduziert sich der flächenbezogene Siliziumverbrauch erheblich, weil der Arbeitsbereich, d. h. die Trennfugenbreite 5 auf den Bereich um den Fokus des Trenn- Werkzeugs 2 beschränkt bleibt. Ermöglicht wird die Schaffung des dazu erforderlichen Freiraums durch das erfindungsgemäße Abspreizen der bereits frei geschnittenen Halbleiterfolie 3. Je dünner die abgetrennte Halbleiterfolie 3 ist, desto biegsamer wird sie und umso besser lässt sie sich abspreizen, wobei die Grenzen durch die elastische Verformung der Halbleiterfolie 3 gegeben sind. Um ein Abknicken der abgespreizten Halbleiterfolie 3 zu verhindern, sind Mittel zum Stützen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie 3 vorhanden, die als Stützrolle 10 ausgebildet sind und den bereits abgetrennten Teil der Halbleiterfolie 3 derart abstützen, dass ein minimaler Biegeradius der abgespreizten Halbleiterfolie 3 nicht unterschritten wird. Die Anordnung und die Geometrie der Stützrolle 10 ist so gewählt, dass die abgespreizte Halbleiterfolie 3 lediglich elastisch verformt wird. Die Anordnung der Stützrolle 10 kann auf einem nicht dargestellten Werk-
zeugschlitten derart beweglich erfolgen, dass sie dem Trennschnitt folgen kann. Hiermit ist sicher gestellt, dass der bereits abgetrennte Bereich der Halbleiterfolie 3 immer optimal gestützt wird.The resulting joint width 5 of the parting line 4 is no longer determined by the width of the cutting tool 2, but only by the width of the tip 9 of the cutting tool 2, which can be significantly narrower than, for example, a saw wire, as in the state the technique is used to produce silicon wafers. The separation loss of semiconductor material is accordingly reduced considerably, because the loss-determining joint width 5 can be considerably reduced compared to the prior art. When using a highly focused laser beam as a separating tool 2, the area-related silicon consumption is significantly reduced, because the working area, ie the joint width 5 is limited to the area around the focus of the cutting tool 2. The thinner the separated semiconductor foil 3 is, the more flexible it becomes and the better it can be spread apart, the limits being given by the elastic deformation of the semiconductor foil 3 are. In order to prevent kinking of the spread semiconductor film 3, means for supporting the free-cut portion of the semiconductor film 3 are provided, which are formed as a support roller 10 and support the already separated part of the semiconductor film 3 such that a minimum bending radius of the spread semiconductor film 3 does not fall below becomes. The arrangement and the geometry of the support roller 10 is chosen so that the splayed semiconductor film 3 is only elastically deformed. The arrangement of the support roller 10 may be on a non-illustrated Werk- Grooved slide so made that it can follow the separation cut. This ensures that the already separated region of the semiconductor film 3 is always optimally supported.
In Figur 2 ist dargestellt, wie in analoger Weise wie zu Figur 1 beschrieben, eine Folie 3 von der Mantelfläche eines Halbleiterstabs 11 abgetrennt wird. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind zur Vermeidung von Wiederholungen mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, wobei sich eine detaillierte Beschreibung dieser gleichartigen Elemente erübrigt. Die Spitze 9 eines stark fokussierten Laserstrahls bewirkt als Trenn-Werkzeug 2 das Abtrennen einer Halbleiterfolie 3 von dem rotierenden Halbleiterstab 11. Durch die Verwendung eines Halbleiterstabs 11 als Ausgangsmaterial kann die Länge der abgetrennten Folie sehr groß werden, theoretisch einige Kilometer. Die runde Form eines Halbleiterstabs 11 ermöglicht es auch, gleichzeitig mehrere Halbleiterfolien 3, 31, 32 aus einem Halbleiterstab 11 zu schneiden, was in der Figur 4 schematisch dargestellt ist. Die hier schematisch gezeigten drei Halbleiterfolien 3, 31, 32 werden von drei Stützrollen 10, 101, 102 in der bereits grundsätzlich beschriebenen Art und Weise gestützt. Auch hier sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass eine Wiederholung von bereits Beschriebenem unterbleiben kann.FIG. 2 shows how, in a manner analogous to that described with reference to FIG. 1, a film 3 is separated from the outer surface of a semiconductor rod 11. The same or equivalent elements are provided to avoid repetition with the same reference numerals, with a detailed description of these similar elements is unnecessary. The tip 9 of a highly focused laser beam acts as a separating tool 2 separating a semiconductor film 3 from the rotating semiconductor rod 11. By using a semiconductor rod 11 as a starting material, the length of the separated film can be very large, theoretically a few kilometers. The round shape of a semiconductor rod 11 also makes it possible to simultaneously cut a plurality of semiconductor foils 3, 31, 32 from a semiconductor rod 11, which is shown schematically in FIG. The three semiconductor films 3, 31, 32 shown schematically here are supported by three support rollers 10, 101, 102 in the manner already basically described. Again, the same or equivalent elements are provided with the same reference numerals, so that a repetition of already described can be omitted.
In Figur 3 ist gezeigt, dass ein Freiraum 6 für das Trenn- Werkzeug 2 am rotierenden Halbleiterstab 11 durch die Trenn- Fläche 7 und die dem Halbleiterstab 11 zugewandte Fläche an der Halbleiterfolie 3 geschaffen wird, ohne dass hier die Spitze eines Werkzeugs gezeigt ist.FIG. 3 shows that a clearance 6 for the cutting tool 2 on the rotating semiconductor rod 11 is created by the separating surface 7 and the surface facing the semiconductor rod 11 on the semiconductor foil 3, without the tip of a tool being shown here.
Entsprechendes gilt für die gezeigten Freiräume in Figuren 4.
Figur 5 zeigt zurückblickend auf Figur 1 einen Freiraum 6 für ein nicht dargestelltes Trennwerkzeug gemäß dieser Figur 1. Auch hier sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The same applies to the free spaces shown in FIG. 4. Figure 5 shows, looking back on Figure 1, a free space 6 for a not shown separating tool according to this figure 1. Again, the same or equivalent elements with the same reference numerals.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass vorteilhaft als Trenn- Werkzeug 2 ein Laser verwendet wird, dessen Strahl mit geeigneten optischen Mitteln wie beispielsweise einer Zylinderlinse oder eines diffraktiven optischen Elements derart fokus- siert wird, dass anstelle eines punktförmigen Intensitätsprofils ein linienförmiges Intensitätsprofil zum Trennen der Halbleiterfolie 3 entsteht. Ferner ist es sinnvoll, mehrere linienförmige Intensitätsprofile so aneinander zu reihen, dass eine Trennlinie über die gesamte Breite des Halbleiterkörpers 1, 11 entsteht, so dass die gesamte Schnittlinie quasi kontinuierlich (mit der Repetitionsrate des Lasers) abgetragen werden kann.It is within the scope of the invention that advantageously a laser is used as a separating tool 2 whose beam is focused by suitable optical means such as a cylindrical lens or a diffractive optical element such that instead of a point-shaped intensity profile a line-shaped intensity profile for separating the semiconductor film 3 is formed. Furthermore, it makes sense to line up several line-shaped intensity profiles in such a way that a dividing line is formed over the entire width of the semiconductor body 1, 11, so that the entire cutting line can be quasi-continuously removed (with the repetition rate of the laser).
Ferner sollten die Randstrahlen des fokussierten Laserstrahls, die dem Halbleiterkörper 1, 11 zugewandt sind, idealerweise parallel zur Kante des Halbleiterkörpers 1, 11 verlaufen. Auf der Seite, die der Halbleiterfolie 3, 31, 32 zugewandt ist, folgen die Randstrahlen in der Nähe der Spitze 9 des Trenn-Werkzeugs 2 dem Biegeradius der Halbleiterfolie 3, 31, 32 und mit zunehmenden Abstand vom Fokus (Spitze des Trenn-Werkzeugs 2) entsteht ein Spalt der sich vergrößert.Furthermore, the marginal rays of the focused laser beam which are facing the semiconductor body 1, 11 should ideally run parallel to the edge of the semiconductor body 1, 11. On the side facing the semiconductor foil 3, 31, 32, the marginal rays in the vicinity of the tip 9 of the cutting tool 2 follow the bending radius of the semiconductor foil 3, 31, 32 and with increasing distance from the focus (tip of the cutting tool 2) creates a gap that increases.
Für das Siliziumschneiden mittels Femtosekundenlaser ist es ein Vorteil, entweder in einer Schutzgasatmosphäre, einer Atmosphäre, die mit dem verdampften Silizium reagiert oder im Vakuum zu arbeiten. Damit können ungewünschte Reaktionspro-
dukte vermieden werden und die Oberflächenqualität wird verbessert .For femtosecond silicon cutting, it is an advantage to work either in a blanket gas atmosphere, an atmosphere that reacts with the vaporized silicon, or in a vacuum. This can lead to unwanted reaction pro- products are avoided and the surface quality is improved.
Neben dem direkten Laserabtrag kann der Halbleiterwerkstoff, im Allgemeinen Silizium, in der Trennfuge zunächst auch nur modifiziert werden und anschließend mit einem gasförmigen Ätzmedium oder einer Ätzflüssigkeit selektiv (hauptsächlich modifiziertes Material) entfernt werden.In addition to the direct laser ablation, the semiconductor material, generally silicon, in the parting line may initially only be modified and then selectively removed (mainly modified material) with a gaseous etching medium or an etching liquid.
Als Laserquelle eignen sich beispielsweise Femtosekunden- Faserlaser. Insbesondere Frequenzvervielfachung ist bei hoher Effizienz von Vorteil, da sich für kürzere Wellenlängen die Energiedichte der Ablationsschwelle verringert.Femtosecond fiber lasers are, for example, suitable as the laser source. In particular, frequency multiplication is advantageous with high efficiency because the energy density of the ablation threshold decreases for shorter wavelengths.
Eine erhöhte Temperatur des Siliziums vergrößert die Abtragsrate bei der Ablation mit Femtosekundenlasern
An increased temperature of the silicon increases the ablation rate during ablation with femtosecond lasers
Bezugs zeichenlisteReference sign list
1 Halbleiterkörper1 semiconductor body
2 Trenn-Werkzeug2 cutting tool
3 Halbleiterfolie3 semiconductor film
4 Trennfuge4 parting line
5 Trennfugenbreite5 joint width
6 Freiraum6 free space
7 Trenn-Fläche7 separation surface
8 Fläche an der Halbleiterfolie8 area on the semiconductor film
9 Spitze des Trenn-Werkzeugs 29 tip of the cutting tool 2
10 Stützrolle10 support roller
11 Halbleiterstab11 semiconductor rod
31 Halbleiterfolie31 semiconductor film
32 Halbleiterfolie32 semiconductor film
101 Stützrolle101 support roller
102 Stützrolle
102 support roller
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von dünnen Halbleiterfolien, insbesondere Siliziumfolien, durch Abtrennen von Halbleiterkörpern mittels eines Trenn-Werkzeugs, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a. bereitstellen eines Halbleiterkörpers (1, 11); b. heranführen eines Trenn-Werkzeugs (2) an den Halbleiterkörper (1, 11); c. einleiten einer Relativbewegung zwischen Halbleiterkörper (1, 11) und Trenn-Werkzeug (2) zum sukzessiven Abtrennen der Halbleiterfolie (3, 31, 32) vom Halbleiterkörper1. A process for producing thin semiconductor films, in particular silicon films, by separating semiconductor bodies by means of a separating tool, characterized by the following process steps: a. providing a semiconductor body (1, 11); b. bringing a separating tool (2) to the semiconductor body (1, 11); c. initiating a relative movement between the semiconductor body (1, 11) and the separation tool (2) for the successive separation of the semiconductor film (3, 31, 32) from the semiconductor body
(1, 11); d. abspreizen des bereits frei geschnittenen Teils (8) der Halbleiterfolie (3, 31, 32) vom Halbleiterkörper (1, 11); e. gegebenenfalls stützen des bereits frei geschnittenen Teils (8) der abgetrennten Halbleiterfolie (3, 31, 32) und f. entfernen des vollständig abgetrennten Teils der Halbleiterfolie und verbringen in eine Weiterverarbeitungsstation oder in eine Lagerposition.(1, 11); d. abspreizen the already freely cut part (8) of the semiconductor film (3, 31, 32) of the semiconductor body (1, 11); e. optionally supporting the already freely cut part (8) of the separated semiconductor film (3, 31, 32) and f. remove the completely separated part of the semiconductor film and spend in a further processing station or in a storage position.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Halbleiterfolie (3, 31, 32) durch Abtrennen von einer Fläche (7) eines Halbleiterblocks (1) erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the production of the semiconductor film (3, 31, 32) by separating from a surface (7) of a semiconductor block (1).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Halbleiterfolie (3, 31, 32) durch tangentiales Abtrennen von der Mantel-Fläche (7) eines Halbleiterstabs (11) erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the production of the semiconductor film (3, 31, 32) by tangential separation from the jacket surface (7) of a semiconductor rod (11).
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Halbleiterfolie (3, 31, 32) durch mehrfaches, am Umfang des Halbleiterstabs (11) versetztes tangentiales Abtrennen von der Mantelfläche (7) des Halbleiterstabs (11) erfolgt.4. The method according to claim 3, characterized in that the production of the semiconductor film (3, 31, 32) by multiple, on the circumference of the semiconductor rod (11) offset tangential separation from the lateral surface (7) of the semiconductor rod (11).
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Abspreizen des bereits abgetrennten Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) vom Halbleiterkörper (1, 11) Freiraum (6) für das Trenn-Werkzeug (2) geschaffen wird.5. The method according to claim 1, characterized in that by the spreading apart of the already separated part of the semiconductor film (3, 31, 32) from the semiconductor body (1, 11) free space (6) for the separating tool (2) is provided.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (6) durch die Flächen (7) am Halbleiterkörper (1, 11), der Spitze (9) der Trenn-Werkzeugs (2) und eine dem Halbleiterkörper (1, 11) zugewandte Fläche (8) der abgespreizten Halbleiterfolie (3, 31, 32) gebildet wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the free space (6) through the surfaces (7) on the semiconductor body (1, 11), the tip (9) of the separation tool (2) and the semiconductor body (1, 11 ) facing surface (8) of the spread semiconductor film (3, 31, 32) is formed.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Trennen ein gepulster, stark fokussierter Laserstrahl verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the separation of a pulsed, highly focused laser beam is used.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Trennen eine Sonde mit flüssigem oder gasförmigem Ätzmedium verwendet wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a probe with liquid or gaseous etching medium is used for the separation.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen unter Vakuum oder unter spezieller Gasatmosphäre erfolgt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the separation takes place under vacuum or under a special gas atmosphere.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Trennen ein fokussierter Laserstrahl den Halbleiter-Werkstoff modifiziert und der modifizierte Halbleiter-Werkstoff mit einem flüssigen o- der gasförmigen Ätzmedium entfernt wird. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for the separation of a focused laser beam modifies the semiconductor material and the modified semiconductor material is removed with a liquid o- and gaseous etching medium.
11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch tangentiales Abtrennen von der Mantel-Fläche (7) des Halbleiterstabs (11) Halbleiterfolien (3, 31, 32) in nahezu beliebiger Länge herstellbar sind.11. The method according to claim 3, characterized in that by tangential separation from the jacket surface (7) of the semiconductor rod (11) semiconductor films (3, 31, 32) can be produced in almost any length.
12. Verfahren nach Anspruch 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrfaches, am Umfang des Halbleiterstabs (11) versetztes tangentiales Abtrennen gleichzeitig mehrere Halbleiterfolien in nahezu beliebiger Länge herstellbar sind.12. The method according to claim 3 or 11, characterized in that by multiple, on the periphery of the semiconductor rod (11) offset tangential separation simultaneously a plurality of semiconductor films in almost any length can be produced.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen bei einer Werkstücktemperatur von mehr als 200°C erfolgt.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the separation takes place at a workpiece temperature of more than 200 ° C.
14. Verfahren zur Herstellung von dünnen Halbleiterfolien, insbesondere Siliziumfolien, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Halbleiterfolie (3, 31, 32) durch tangentiales Abtrennen von der Mantel-Fläche (7) eines Halbleiterstabs (11) erfolgt.14. A process for the production of thin semiconductor films, in particular silicon films, characterized in that the production of the semiconductor film (3, 31, 32) by tangential separation from the mantle surface (7) of a semiconductor rod (11).
15. Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) und bevorzugt Mittel zum Stützen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) aufweist.15. Device in particular for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the device comprises means for spreading apart the free-cut part of the semiconductor film (3, 31, 32) and preferably means for supporting the free-cut part of the semiconductor film (3, 31, 32).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) als Zug- und/oder Druckmittel ausgebildet sind und am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie (3, 31, 32) angreifen. 16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the means for spreading apart the free-cut portion of the semiconductor film (3, 31, 32) are formed as tension and / or pressure means and on the free-cut portion of the semiconductor film (3, 31, 32nd attack).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) als elektrostatisch arbeitende Vorrichtungen ausgebildet sind und am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie (3, 31, 32) angreifen.17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the means for spreading apart the free-cut part of the semiconductor film (3, 31, 32) are formed as electrostatically operating devices and the free cut portion of the semiconductor film (3, 31, 32) attack.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) als mit Unter- oder Ü- berdruck arbeitende Vorrichtungen ausgebildet sind und am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie (3, 31, 32) angreifen.18. The apparatus according to claim 16, characterized in that the means for spreading apart the free-cut part of the semiconductor film (3, 31, 32) are designed as working with underpressure or overpressure devices and on the free-cut part of the semiconductor film (3, 31, 32) attack.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) als mit Vakuum arbeitende Vorrichtungen ausgebildet sind und am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie (3, 31, 32) angreifen.19. The apparatus according to claim 16, characterized in that the means for spreading apart the free-cut portion of the semiconductor film (3, 31, 32) are designed as vacuum-working devices and attack on the free-cut portion of the semiconductor film (3, 31, 32) ,
20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abspreizen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) als mit Druckgas arbeitende Vorrichtungen ausgebildet sind und am frei geschnittenen Teil der Halbleiterfolie (3, 31, 32) angreifen.20. The apparatus according to claim 16, characterized in that the means for spreading apart the free-cutting part of the semiconductor film (3, 31, 32) are designed as working with compressed gas devices and attack on the free-cut part of the semiconductor film (3, 31, 32) ,
21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Stützen des frei geschnittenen Teils der Halbleiterfolie (3, 31, 32) als Stützrolle (10) ausgebildet sind und den bereits abgetrennten Teil der Halbleiterfolie (3, 31, 32) derart abstützen, dass ein minimaler Biegeradius der abgespreizten Halbleiterfolie (3, 31, 32) nicht unterschritten wird. 21. The device according to claim 15, characterized in that the means for supporting the free-cut portion of the semiconductor film (3, 31, 32) as a support roller (10) are formed and the already separated part of the semiconductor film (3, 31, 32) in such a way support that a minimum bending radius of the spread semiconductor film (3, 31, 32) is not exceeded.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrolle (10) so ausgebildet ist, dass die abgespreizte Halbleiterfolie (3, 31, 32) lediglich elastisch verformt wird.22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the support roller (10) is formed so that the splayed semiconductor film (3, 31, 32) is deformed only elastically.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trenn-Werkzeug (2) von einem gepulsten Laser realisiert ist, dessen Pulslänge kleiner als 10e-9s ist.23. The device according to claim 1, characterized in that the separation tool (2) is realized by a pulsed laser whose pulse length is smaller than 10e-9s.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der gepulsten Laser eine hohe Strahlqualität besitzt und stark fokussiert ist.24. The device according to claim 23, characterized in that the pulsed laser has a high beam quality and is highly focused.
25. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser mit linienförmigem Intensitätsprofil Verwendung findet.25. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a laser with linear intensity profile is used.
26. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser Verwendung findet dessen Laserstrahl in einem Medium nahe an die Bearbeitungsstelle geführt wird.26. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a laser is used whose laser beam is guided in a medium close to the processing point.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass als Medium Glasfasern Verwendung finden.27. The device according to claim 26, characterized in that find use as a medium glass fibers.
28. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Faser-Laser Verwendung findet .28. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a fiber laser is used.
29. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein frequenzvervielfachter Laser Verwendung findet. 29. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a frequency-multiplied laser is used.
30. Halbleiterfolie hergestellt nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1-14.30. A semiconductor film produced by a process according to claims 1-14.
31. Halbleiterfolie nach Anspruch 30 dadurch gekennzeichnet, dass die Folie länger ist als der Umfang des Siliziumblocks oder Stabs von dem sie abgetrennt wurde.31. A semiconductor film according to claim 30, characterized in that the film is longer than the circumference of the silicon block or rod from which it has been separated.
32. Halbleiterfolie nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der drei Verbindungslinien zwischen drei beliebigen Punkten auf der Folie, die nicht auf einer Linie liegen und deren Flächennormalen parallel sind, die Eigenschaft aufweisen, dass sich entlang der Verbindungslinien die Kristallorientierung kontinuierlich ändert.32. Semiconductor film according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the three connecting lines between any three points on the film, which are not in line and whose surface normals are parallel, have the property that along the connecting lines, the crystal orientation changes continuously ,
33. Anlage mit einer Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 15-29 zur Herstellung von Folien mit einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1-14.33. Plant with a device according to claims 15-29 for the production of films with a method according to claims 1-14.
34. Produktionslinie mit einer Anlage gemäß dem Anspruch 33, 34. Production line with a plant according to claim 33,
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