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WO2024104550A1 - Method for separating a first substrate layer, device for carrying out such separating, and substrate comprising a first substrate layer - Google Patents

Method for separating a first substrate layer, device for carrying out such separating, and substrate comprising a first substrate layer Download PDF

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Publication number
WO2024104550A1
WO2024104550A1 PCT/EP2022/081779 EP2022081779W WO2024104550A1 WO 2024104550 A1 WO2024104550 A1 WO 2024104550A1 EP 2022081779 W EP2022081779 W EP 2022081779W WO 2024104550 A1 WO2024104550 A1 WO 2024104550A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate layer
substrate
laser light
separating
plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/081779
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen Burggraf
Thomas UHRMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EV Group E Thallner GmbH
Original Assignee
EV Group E Thallner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EV Group E Thallner GmbH filed Critical EV Group E Thallner GmbH
Priority to KR1020257018571A priority Critical patent/KR20250110850A/en
Priority to EP22817676.4A priority patent/EP4620023A1/en
Priority to CN202280101793.9A priority patent/CN120239898A/en
Priority to JP2025527699A priority patent/JP2025538218A/en
Priority to PCT/EP2022/081779 priority patent/WO2024104550A1/en
Priority to TW112143410A priority patent/TW202436011A/en
Publication of WO2024104550A1 publication Critical patent/WO2024104550A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
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    • B23K2103/56Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26 semiconducting

Definitions

  • the publication US 7 052 978 B2 shows laser-induced damage to a substrate.
  • the laser creates damage within the substrate through various effects. However, focusing of the laser is not known from this.
  • a method for separating a first substrate layer along at least one separating line comprising:
  • the invention provides that the power of the laser light used is set in such a way that the phenomenon of self-focusing of the laser light occurs in the first substrate layer to be treated, in particular in the first substrate layer to be separated.
  • the phenomenon of self-focusing is based on the Kerr effect and occurs in particular when a spatially profiled intensity profile of the laser light with a sufficiently high intensity amplitude interacts with the material of the first substrate layer. Non-linear effects occur here.
  • the phenomenon of self-focusing is based on non-linear absorption.
  • the occurrence of the phenomenon of “self-focusing” depends on the material and laser properties. Depending on the material selected, different critical powers or pulse energies arise, and if exceeded, self-focusing occurs. Based on experimental findings and/or simulations, it is possible to determine a critical power value for the laser type or the laser used. Laser light on the one hand and the material used in the first substrate layer on the other hand are to be determined, estimated or estimated. The effect is based on the fact that the refractive index of a material for high intensities depends on the intensity, particularly linearly.
  • the self-focusing determines or creates a focus or focal point in the area through which the dividing line is to run.
  • the dividing line is to be understood as a two-dimensional dividing plane.
  • the first substrate layer is part of a substrate composite or is to become part of a substrate composite with the first substrate layer and a second substrate layer.
  • the first substrate layer is a wafer or part of a wafer and/or a bonding layer that connects two other wafer substrate layers to one another, for example.
  • the first substrate layer and/or a second substrate layer preferably comprise materials such as silicon or germanium.
  • the first substrate layer preferably has a thickness of between 1 nm and 5 mm, preferably between 1 nm and 1 pm and particularly preferably between 1 nm and 3,000 nm.
  • the laser beams have a wavelength that is between 0.1 pm and 500 pm, preferably between 0.2 pm and 100 pm, particularly preferably between 0.3 pm and 50 pm, particularly preferably between 0.5 pm and 10 pm or even between 1 pm and 2.5 pm.
  • the separating layer can be irradiated particularly efficiently and in a targeted manner.
  • the laser has a power that is between 1 W and 1000 W, preferably between 5 W and 800 W, even more preferably between 7 W and 600 W, most preferably between 10 W and 500 W, most preferably between 20 W and 200 W.
  • the laser area is smaller than 2000 pm 2 , preferably smaller than 500 pm 2 , preferably smaller than 80 pm 2 and particularly preferably smaller than 20 pm 2 , or even smaller than 1 pm 2 .
  • the area of the separating layer or separating line on which the laser beam acts is advantageously small and targeted in order to locally reduce the adhesive properties of the separating layer or to destroy it.
  • the method there is provision for at least 0.1 pm, preferably at least 1 pm, preferably at least 5 pm, particularly preferably at least 10 pm or even at least 50 pm between the areas of action of the laser beams on the separating layer, so that the areas of action of the laser beams do not overlap. In this way, particularly simple and efficient separation is possible.
  • the laser light is provided with a spatial profile, in particular a Gaussian, a Lorenzian or a Cauchy-shaped intensity profile.
  • a corresponding intensity profile proves to be particularly advantageous because it is particularly suitable for the refractive index profiling that leads to self-focusing by means of the Kerr effect.
  • a corresponding spatial intensity profile is specifically realized by means of corresponding optical components, for example if the intensity profile provided by a laser source deviates from a preferred intensity profile.
  • it is preferably provided to generate an intensity profile of the laser radiation that is non-homogeneous in cross-section.
  • an intensity profile with a Gaussian, Lorentzian and/or Cauchy-shaped geometry is generated.
  • the dividing line extends along a plane that runs essentially parallel to the main plane of extension. This advantageously makes it possible to separate the first substrate layer along a plane that runs essentially parallel to its own main plane of extension. Separating along the dividing line that runs essentially parallel to the main plane of extension is particularly advantageous when comparatively thin substrate sublayers are to be produced.
  • the separation leads to the separation of a primary substrate sublayer and a secondary substrate sublayer that emerge from the first substrate layer as a result of the separation. For example, coatings can be reduced to a desired dimension.
  • the dividing line runs essentially perpendicular to the main extension plane, thus enabling separation, i.e. dicing, into individual parts of the first substrate layer, which are arranged adjacent to one another in the main extension plane, in particular before separation.
  • the first substrate layer is connected to a second substrate layer during irradiation.
  • the first substrate layer and the second substrate layer are connected to one another in a material-locking, form-fitting and/or force-locking manner and that the second substrate layer faces the incident laser light.
  • the laser light initially propagates through the second substrate layer before it enters the first substrate layer and there creates a dividing line or a partial section of the dividing line due to the self-focusing that occurs.
  • the second substrate layer is passed by the laser light and the focus is created by self-focusing in the first substrate layer after passing through the second substrate layer.
  • care is taken to ensure that partial focusing preferably already takes place in the second substrate layer and the desired final focusing is realized in the first substrate layer.
  • the depth of the focal plane can be set by the laser parameters, in particular by the wavelength of the laser used.
  • neodymium-YAG lasers with a wavelength of 1064 nm have proven to be effective for near-surface processing. With wavelengths around 1550 nm, depths of several 100 pm can be achieved.
  • the laser beam is positioned normally on the first substrate layer and the first substrate layer moves actively relative to the entire optical structure, i.e. to the laser beam.
  • the first substrate layer must be fixed to a substrate holder that can move as quickly as possible.
  • the substrate holder should nevertheless have the highest possible resolution of the process axes in order to be able to position the laser beam precisely.
  • the optical structure in particular the laser beam, can move actively relative to the first substrate layer.
  • a laser light alignment device is preferably used for this purpose.
  • special optical elements in particular in the form of a galvanometric scanner, are used as laser light alignment devices in order to scan the laser beam over the first substrate layer and thus form a flat separating layer running along a main extension plane.
  • the laser light alignment device preferably comprises a telecentric lens, preferably a telecentric lens with a telecentric beam path on both sides.
  • the laser beam is guided by the laser light alignment device through a lens or several lenses, which refract the laser beam in such a way that the laser beam always falls normally on the first substrate layer and/or second substrate layer.
  • the lens used is usually smaller than the first substrate layer to be scanned.
  • the first substrate layer must therefore be moved relative to the optical structure in a step-and-repeat process. The process is then repeated at several points until the entire first substrate layer to be scanned has been irradiated. It is conceivable to change the laser parameters, especially the laser power, so that the position of the focal plane can be changed.
  • the first substrate layer is connected to a third substrate layer, wherein the first substrate layer, the second substrate layer and the third substrate layer are arranged one above the other along a stacking direction running perpendicular to the main extension plane and the first substrate layer is the bonding layer between the second substrate layer and the third substrate layer.
  • additional devices in particular corresponding substrate holders with corresponding fixing means, can be used.
  • a first substrate holder and a second substrate holder are provided, which lie opposite one another, while the first substrate layer to be separated is arranged between the first substrate holder and the second substrate holder.
  • a first device, in particular the first substrate holder is located on a side facing the second substrate layer.
  • a second device, in particular a second substrate holder is located on a side facing the third substrate layer.
  • the devices fix the substrates or the substrate layers with corresponding fixing means, in particular with a vacuum fixation and/or a clamping means.
  • the two substrate layers i.e. the second and the third substrate layer
  • the devices i.e. the first and second substrate holders.
  • the parting plane or parting line has a thickness between 1 nm and 10 pm, preferably between 1 nm and 1 pm, preferably between 1 nm and 100 nm and particularly preferably between 1 nm and 10 nm.
  • volume defects are generated in the parting plane or parting line, in particular holes, local melting and/or similar, then the size of these volume defects is between 1 nm and 10 pm, preferably between 1 nm and 1 pm, preferably between 1 nm and 100 nm and particularly preferably between 1 nm and 10 nm.
  • a lens is used to pre-focus the laser light before it enters the first substrate layer. This advantageously allows the light output of the laser beam to be set in a controlled manner when it enters the first substrate layer and, for example, to be adapted to the material properties of the first substrate layer. It is also conceivable to use a concave mirror for focusing, which advantageously makes it possible to both focus and deflect the laser beam, which can advantageously ensure that the device uses as little space as possible. Finally, a straight line is not required for the laser beam.
  • a beam path of the laser light is free of lenses and/or concave mirrors.
  • the separation is supported by a mechanical force, a further laser light irradiation, an introduction of ions, atoms and/or molecules, a chemical effect and/or an introduction of heat.
  • the creation of the separation line is not yet completely sufficient to cause the separation of the first substrate layer, but a type of predetermined breaking plane or line is created as a separation line, which is finally broken by adding a further influence, such as a force, a further light effect and/or a chemical effect, in order to cause separation within the first substrate layer.
  • a further influence such as a force, a further light effect and/or a chemical effect
  • corresponding suction devices adhere to the top and/or bottom of the first substrate layer and that a mechanical effect on the first substrate layer is caused by corresponding tensile and/or shear forces.
  • the force is less than 1000 N, preferably less than 500 N, more preferably less than 100 N, most preferably less than 10 N, most preferably less than 1 N.
  • the laser beam is directed at at least one point of a focal plane in order to melt the material through a high energy density or even to sublimate it directly. If the material is melted, a separation process, for example an additional mechanical action, should preferably be carried out while the material is still in the molten state. Finally, the melting area is comparatively small due to the very focused introduction of energy by the laser beam and the heat stored in the melt is very quickly released into the environment via the substrate, so that very rapid cooling can be expected, especially before the actual separation process.
  • the structure of the solidified melt areas could still have a lower breaking strength than the original structure and thus serve as a predetermined breaking point. If the material is sublimated, it can only rarely resublimate in such a way that a new bond is created between the substrate halves of the first substrate layer that are to be separated. The material will still be in the border area, but in a technical sense it is considered to have been removed.
  • the high intensity of the laser beam creates a chemical reaction in material within the focal plane, which subsequently leads to fracture.
  • ions are introduced into the first substrate layer, in particular into the area of the later dividing line, in particular by accelerating them and shooting them into the first substrate layer.
  • the focal plane is then created in the areas with ions by self-focusing.
  • the known SmartCut® process could be expanded so that the entire substrate stack no longer has to be heated, but that the effect of self-focusing allows the heat to be introduced by the laser in such a targeted manner that the hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules along the focal plane and thus lead to the structure breaking according to the SmartCut® process.
  • ions are introduced into an implementation plane.
  • a distance between the implementation plane and the focus plane is less than 1 mm, preferably less than 100 pm, preferably less than 1 pm, particularly preferably less than 100 nm, or even less than 10 nm.
  • the first substrate layer is connected to the implementation plane via at least one coating with a second substrate layer before the first substrate layer is separated by supplying heat in the area of the implementation plane by means of self-focusing. Processing with the self-focusing light causes a physical or chemical effect that leads to a recombination of the atoms or molecules implanted in the implantation plane.
  • the hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules.
  • the hydrogen molecules have a higher molar volume.
  • the hydrogen gas thus produced expands and causes damage along the implantation plane.
  • atoms and/or molecules with a molecular structure suitable for the use are introduced into the substrate and/or the layer to be destroyed.
  • the laser radiation is implanted with high absorption.
  • the photons of the laser radiation are preferentially absorbed by the implanted atoms and/or molecules, which leads to a very strong thermal movement and thus to damage of the surrounding structure.
  • the method is used to produce a substrate layer composite, for example comprising a first substrate layer and a second substrate layer, wherein after separation a first thickness of the first substrate layer is smaller than a second thickness of the second substrate layer.
  • the first thickness and second thickness are measured along a stacking direction running perpendicular to the main extension plane.
  • the first substrate layer comprises a ceramic material, a polymer material, silicon and/or germanium.
  • the laser light output is adjusted accordingly in order to achieve the desired self-focusing effect.
  • the first substrate layer is moved along a direction predetermined by a planned course of the dividing line within the first substrate layer.
  • a movement takes place to create the dividing line by moving the first substrate layer relative to the laser source and in particular relative to the stationary laser beam.
  • the separation is brought about solely by irradiation with laser light.
  • the breaking is already caused by the self-focusing. This provides a particularly simple method, since no additional work steps are required to cause the breaking.
  • the laser beam is directed at at least one point of a focal plane in order to produce a direct break in the chemical bond there.
  • covalent bonds in a ceramic or polymer material can be broken directly. The energy density of the self-focused laser beam is so high that the electrons that produce the covalent bond are removed from the molecular orbital.
  • a further subject of the present invention is a device for carrying out the method according to the invention with a laser source that is suitable for providing laser light outputs that achieve self-focusing in a first substrate layer.
  • a laser source that is suitable for providing laser light outputs that achieve self-focusing in a first substrate layer.
  • the device comprises a holding element that is movable, in particular in a plane that runs parallel to the main extension plane of the first substrate layer. This advantageously makes it possible for a relative movement of the first substrate layer or the substrate layer composite to take place while the laser beam remains stationary.
  • a further subject of the present invention is a substrate comprising at least one first substrate layer, produced using a method according to the invention. All features and properties for the method can be transferred analogously to the device. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a method according to a first preferred embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a method according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a schematic representation of a method according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 4a is a schematic representation of a first method step of a method according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 4b is a schematic representation of a second method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 4c is a schematic representation of a third method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 4d is a schematic representation of a fourth method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention.
  • Fig. 4e is a schematic representation of a fifth method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention.
  • identical components or components with the same function are identified by the same reference numerals.
  • the figures are not to scale.
  • a laser beam 2 intended for the method is shown wider.
  • the laser beam 2 is drawn symbolically as a beam, although high-energy laser light pulses are preferably generated and directed at a first substrate layer 2 and/or a second substrate layer 4.
  • Self-focusing 2k of the laser beam 2 is simplified by a convergent beam whose tip ends in a focal plane 3.
  • a large number of ultra-short laser pulses are directed along the path shown as laser beam 2 onto the first substrate layer 1 and/or the second substrate layer 4 and, due to non-linear effects in the materials of the first substrate layer 1 and/or the second substrate layer 4, leads to self-focusing 2k.
  • the high intensity in the focal point or focus 2f is created in particular by the self-focusing 2k.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the present invention.
  • the laser beam 2 is directed onto a focal plane 3 of a first substrate layer 1.
  • the focal plane 3 can be determined and fixed by knowing the material properties of the substrate 1 in conjunction with the properties of the laser beam 2 used.
  • a Kerr effect is preferably used to generate a chemical and/or physical (consequential) effect, in particular in the focal plane 3 or its immediate surroundings, which subsequently leads to the possibility of separating a primary substrate sub-layer 1o from a second substrate sub-layer 1u.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the present invention.
  • a substrate composite comprises at least one second substrate layer 4.
  • several second substrate layers 4 which are in particular stacked, with the stack of several second substrate layers 4 being connected to the first substrate layer 1.
  • the non-linear optical effects that lead to self-focusing of the laser beam 2 already begin in the at least one second substrate layer 4.
  • the focal plane 3 lies in the first substrate layer 1. If the focal plane 3 were to lie in the second substrate layer 4, an embodiment according to Figure 1 would be present.
  • the focal plane 3 can also lie within one of the several second substrate layers and does not have to end in the substrate 1. It is therefore preferably provided to have at least one second substrate layer 4 and thus at least one further material in order to start the self-focusing of the laser beam 2 before the first substrate layer 1 and/or before the second substrate layer 4, which is actually to be separated.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the present invention.
  • the self-focusing of the laser beam 2 is used to place the focal plane 3 in a first substrate layer 1 serving as a bonding layer, the task of which is to connect the second substrate layer 4 and the third substrate layer 5 to one another.
  • the invention can also be used in particular for debonding two substrate layers of a substrate composite.
  • Figure 4a shows a first step of a method in which a preferably ionized atom or molecule beam 6 is shot into a first substrate layer 1.
  • Ionized hydrogen atoms are preferably shot into the substrate layer 1.
  • a mean penetration depth of the atoms or molecules in the first substrate layer 1 can be determined by a kinetic energy of the atoms or molecules in the atom or molecule beam 6.
  • An implantation plane 8 is the plane in which the atoms or molecules accumulate on average.
  • Figure 4b shows a second method step of a method in which a coating 7 is applied to the substrate surface, via which the atoms or molecules of the atom or molecule beam 6 have been introduced.
  • the coating 7 is in particular a thermal, preferably a native, oxide.
  • the thickness of the coating 7 can be reduced by grinding back, thinning back and/or etching back. This method step is not shown additionally.
  • the holes are then filled with an electric medium, preferably copper, through a coating process. The excess copper is then ground back down to the coating 7.
  • the metal in the holes subsequently serves as an electrical contact.
  • This process creates a hybrid surface consisting of electrically conductive copper contacts surrounded by the dielectric material of the coating 7.
  • the person skilled in the art will be familiar with such Hybrid surfaces are known. To ensure the clarity of the drawing, the exact representation of such hybrid surfaces is omitted.
  • Figure 4c shows a third method step of a method in which the first substrate layer 1 is bonded via the coating 7 to a second, also coated, particularly preferably identically coated, substrate layer 4, for example without implementation level 8.
  • the bond is preferably a fusion or direct bond. If the substrate layer 1 and the substrate layer 4 both have a hybrid bond surface, the contacts of both hybrid bond surfaces are aligned as precisely as possible with each other in this method step. Before the bond is made, functional units such as microchips, MEMS, LEDs, memory modules, etc. already exist in the substrate layer 4, which are thus electrically connected to the first substrate layer 1 via the contacts of the hybrid bond surface (not shown).
  • Figure 4d shows a fourth method step of the method in which the method for separating is used according to a further exemplary embodiment.
  • the focal plane 3 of the laser beam 2 coincides approximately with the implantation plane 8.
  • An average difference between the focal plane 3 and the implantation plane 8 is less than 1 mm, preferably less than 100 pm, preferably less than 1 pm, particularly preferably less than 100 nm, or even less than 10 nm. Due to the effect of the self-focusing of the laser beam 2 in the focal plane 3, and thus in the implantation plane 8, a very high temperature is generated along the implantation plane 8, which results in a physical and/or chemical effect on the implanted atoms or molecules.
  • the physical or chemical effect is preferably a recombination of the atoms or molecules implanted in the implantation plane 8.
  • the hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules.
  • the hydrogen molecules have a higher molar volume.
  • the hydrogen gas thus created expands and causes damage along the implantation plane 8.
  • This effect is known from the SmartCutTM process and is now improved by separating with the self-focusing laser light in such a way that the entire substrate stack does not have to be heat-treated in an oven, but that the heat treatment is carried out very precisely, locally along the implantation plane 8.
  • the process according to the invention thus significantly expands the SmartCutTM process known from the prior art. Any other atomic or Molecular type which, when exposed to the laser beam 2 according to the invention, results in a physical and/or chemical effect which causes damage along the implantation plane 8, can be used.
  • Figure 4e shows a fifth step of a process in which the primary substrate sublayer 1o (see Figure 4d) has been removed from the first substrate layer 1. All that remains is the secondary substrate sublayer 1u as a very thin layer on a coating 7, in particular an oxide layer. If the material of the secondary substrate sublayer 1u is silicon, the substrate thus created is called a silicon-on-insulator substrate (SOI). If the coating 7 was a hybrid bond surface, the copper contacts are now preferably exposed at the top. If functional units such as microchips, MEMS, LEDs, memory modules, etc. are now also produced in the secondary substrate sublayer 1u, these are automatically connected to the functional units of the substrate layer 4 (not shown).
  • SOI silicon-on-insulator substrate
  • the described method is carried out without a coating 7, but the first substrate layer 1 is bonded directly to the second substrate layer 4.
  • This method is also a direct bond.
  • the aim of this method is the direct connection of two materials, for example two different semiconductor materials.
  • the focal plane 3 can be determined by knowing the material properties of the first substrate layer 1 in conjunction with the properties of the laser used.
  • the Kerr effect is preferably used to generate a chemical and/or physical effect, in particular in the focal plane 3 or its immediate surroundings, which subsequently leads to the possibility of separating the primary substrate sub-layer 1o from the secondary substrate sub-layer 1u.

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Abstract

The invention relates to a method for separating a first substrate layer (1) along at least one separating line, comprising: – providing the first substrate layer (1), and – separating the first substrate layer (1) along the separating line produced by irradiating the first substrate layer (1) by means of laser light (2), characterized in that in order to form the separating line, a power of the laser light (2) is set in such a way that the power of the laser light (2) assumes a value above a critical power value for forming self-focusing of the laser light (2) in the first substrate layer (1).

Description

Verfahren zum Auftrennen einer ersten Substratlage, Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Auftrennens und Substrat mit einer ersten Substratlage Method for separating a first substrate layer, device for carrying out such a separation and substrate with a first substrate layer

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftrennen einer ersten Substratlage, eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Auftrennens und ein Substrat mit einer ersten Substratlage. The present invention relates to a method for separating a first substrate layer, a device for carrying out such a separation and a substrate with a first substrate layer.

Im Stand der Technik existieren mehrere Verfahren, um Substrate entlang einer Ebene gezielt zu trennen. Eines der wichtigsten und bekanntesten Verfahren ist das sogenannte SmartCut® Verfahren. Beim SmartCut® Verfahren werden Atome, insbesondere Wasserstoffatome, in ein Substrat implantiert. In einem ersten Verfahrensschritt werden die Atome ionisiert und mit Hilfe eines elektrischen Feldes auf das Substrat beschleunigt. Die kinetische Energie der Ionen reicht aus, um in das Substrat einzudringen. Durch die Beschleunigungsspannung ist die Eindringtiefe sehr genau einstellbar. In einem zweiten Verfahrensschritt wird das so bearbeitete Substrat zu einem anderen Substrat gebondet. Denkbar wäre auch die Ausbildung einer Oxidschicht auf dem Substrat vor dem Bondvorgang. In einem dritten Verfahrensschritt wird das Substrat erwärmt. Durch die Erwärmung des Substrats rekombinieren die Wasserstoffatome zu Wasserstoffmolekülen. Die Wasserstoffatome werden nicht direkt in das Kristallgitter des Substrats eingebaut, das Substrat wird also lediglich hydriert. Die Wasserstoffmoleküle hingegen bilden ein Gas aus. Durch den Phasenübergang vom atomaren Wasserstoff zum Wasserstoffgas kommt es zu einer Volumenexpansion, welche entlang der Implantationsebene zu einem Bruch des Gefüges führt. Durch dieses Verfahren können sehr dünne Schichten von einem Substrat auf ein anderes Substrat übertragen werden. Noch wichtiger ist allerdings, dass damit die Herstellung eines Substratstapels möglich wird, der an seiner Oberseite eine sehr dünne kristalline Schicht hat, unter der sich eine Oxidschicht befindet. Derartige Substratstapel werden als Silicon-on-lnsulator (SOI) bezeichnet. There are several methods in the state of the art for separating substrates along a plane. One of the most important and best known methods is the so-called SmartCut® method. In the SmartCut® method, atoms, particularly hydrogen atoms, are implanted into a substrate. In a first step, the atoms are ionized and accelerated onto the substrate using an electric field. The kinetic energy of the ions is sufficient to penetrate the substrate. The penetration depth can be adjusted very precisely using the acceleration voltage. In a second step, the substrate processed in this way is bonded to another substrate. It would also be conceivable to form an oxide layer on the substrate before the bonding process. In a third step, the substrate is heated. When the substrate is heated, the hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules. The hydrogen atoms are not incorporated directly into the crystal lattice of the substrate, so the substrate is only hydrogenated. The hydrogen molecules, on the other hand, form a gas. The phase transition from atomic hydrogen to hydrogen gas causes a volume expansion, which leads to a fracture of the structure along the implantation plane. This process allows very thin layers to be transferred from one substrate to another. Even more importantly, however, it enables the production of a substrate stack that has a very thin crystalline layer on its top, under which there is an oxide layer. Such substrate stacks are called silicon-on-insulator (SOI).

Andere Verfahren der Substrattrennung umfassen chemische und/oder mechanische Hilfsmittel. Einige Verfahren führen mit Hilfe eines Laserstrahls eine Vorschädigung ent- lang einer Ebene im Substrat durch, die allerdings nicht ausreicht, um das Substrat entlang dieser Ebene zu brechen. Das Substrat muss daraufhin mit Chemikalien geätzt werden. Die Chemikalien reagieren dann mit den Atomen entlang der Ebene, in der die Vorschädigung durchgeführt wurde, und ätzen das Substrat entlang dieser Ebene. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig. Hier können mechanische Hilfsmittel, wie Klingen oder Drähte, verwendet werden, um das Substrat entlang der vorgeschädigten Ebene zu brechen. Die Verwendung mechanische Trennmittel beschleunigt den Vorgang, kann aber zu einem ungewollten Bruch des Substrats außerhalb der Ebene, entlang der Bruch ausschließen stattfinden sollte, führen. Other methods of substrate separation include chemical and/or mechanical aids. Some methods use a laser beam to pre-damage the substrate. along a plane in the substrate, but this is not enough to break the substrate along that plane. The substrate must then be etched with chemicals. The chemicals then react with the atoms along the plane in which the pre-damage was done and etch the substrate along that plane. This process is time consuming. Mechanical aids such as blades or wires can be used to break the substrate along the pre-damaged plane. The use of mechanical release agents speeds up the process, but can lead to unwanted fracture of the substrate outside the plane along which fracture should occur.

Die Druckschrift US 7 052 978 B2 zeigt eine mittels Laser induzierte Schädigung eines Substrats. Der Laser erzeugt innerhalb des Substrats durch unterschiedliche Effekte eine Schädigung. Eine Fokussierung des Lasers ist hieraus aber nicht bekannt. The publication US 7 052 978 B2 shows laser-induced damage to a substrate. The laser creates damage within the substrate through various effects. However, focusing of the laser is not known from this.

Alle im Stand der Technik vorhandenen Verfahren haben den Nachteil, dass eine zusätzliche Komponente benötigt wird, um den gewünschten Trenneffekt zu erzeugen oder, dass die Kontrolle des Bruchvorgangs nicht oder nur sehr schwer möglich ist. Beim SmartCut® Verfahren müssen beispielsweise Atome in das Substrat implantiert werden. Bei einem chemischen Ätzprozess müssen Chemikalien zur Verfügung gestellt werden. Bei einem mechanischen Trennprozess würde man zwar nur die mechanischen Trennmittel, wie Klinge oder Draht, benötigen, diese erlauben aber erfahrungsgemäß nur die Trennung vergleichsweise dicken Schichten von einem Substrat. Sie sind nicht für die Trennung dünner Schichten vom Substrat geeignet, insbesondere nicht für die Trennung von Schichten mit Dicken im Mikrometer- oder Nanometerbereich. Außerdem ist die Kontrolle des Bruchs entlang der gewünschten Ebene mit Hilfe mechanischer Trennmittel schwer bis gar nicht möglich. Bei Verfahren, in denen ein Laserstrahl in das Substrat geschossen wird, werden Optiken zur Fokussierung des Laserstrahls verwendet. All of the prior art processes have the disadvantage that an additional component is required to produce the desired separation effect or that controlling the fracture process is either impossible or very difficult. In the SmartCut® process, for example, atoms must be implanted into the substrate. In a chemical etching process, chemicals must be made available. In a mechanical separation process, only mechanical separation agents such as a blade or wire would be required, but experience has shown that these only allow the separation of comparatively thick layers from a substrate. They are not suitable for separating thin layers from the substrate, and in particular not for separating layers with thicknesses in the micrometer or nanometer range. In addition, controlling the fracture along the desired plane using mechanical separation agents is difficult or even impossible. In processes in which a laser beam is shot into the substrate, optics are used to focus the laser beam.

Hiervon ausgehend macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das das Auftrennen von Substraten vereinfacht, insbesondere indem die beschriebenen Nachteile ausgeräumt werden, und insbesondere ebenfalls geeignet ist möglichst dünnes Substratteillagen nach dem Auftrennen einer Substratlage bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe mit dem Verfahren zum Auftrennen gemäß Anspruch 1 , mit einer Vorrichtung zum Auftrennen gemäß Anspruch 13 und einem Substrat gemäß Anspruch 15. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnungen. Proceeding from this, the present invention has for its object to provide a method which simplifies the separation of substrates, in particular by eliminating the disadvantages described, and in particular is also suitable for providing substrate sub-layers which are as thin as possible after separating a substrate layer. The present invention solves the problem with the method for separating according to claim 1, with a device for separating according to claim 13 and a substrate according to claim 15. Further preferred embodiments of the invention emerge from the following description and from the drawings.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Auftrennen einer ersten Substratlage entlang mindestens einer Trennlinie vorgesehen, umfassend:According to a first aspect of the present invention, a method for separating a first substrate layer along at least one separating line is provided, comprising:

- Bereitstellen der ersten Substratlage, und - Providing the first substrate layer, and

- Auftrennen der ersten Substratlage entlang der Trennlinie, die durch Bestrahlen der ersten Substratlage mittels Laserlicht erzeugt wird, wobei zur Ausbildung der Trennlinie eine Leistung des Laserlichts derart eingestellt wird, dass die Leistung des Laserlichts einen Wert oberhalb eines kritischen Leistungswerts zur Ausbildung einer Selbstfokussierung des Laserlichts in der ersten Substratlage annimmt. - separating the first substrate layer along the separating line which is produced by irradiating the first substrate layer by means of laser light, wherein, to form the separating line, a power of the laser light is set such that the power of the laser light assumes a value above a critical power value for forming a self-focusing of the laser light in the first substrate layer.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistung des verwendeten Laserlichts derart eingestellt wird, dass in der zu behandelnden, insbesondere in der aufzutrennenden, ersten Substratlage das Phänomen der Selbstfokussierung des Laserlichts auftritt. Das Phänomen der Selbstfokussierung beruht auf dem Kerreffekt und tritt insbesondere dann auf, wenn ein räumlich profiliertes Intensitätsprofil des Laserlichts mit ausreichend hoher Intensitätsamplitude mit dem Material der ersten Substratlage wechselwirkt. Hier treten nicht lineare Effekte auf. In einer alternativen Ausführungsform beruht das Phänomen der Selbstfokussierung auf der nichtlinearen Absorption. Da Brechungsindexeigenschaften abhängig sind von der Lichtintensität kann es bei ausreichend hoher Lichtintensität zu einem Brechungsindexprofil im Material kommen, das dazu führt, dass das Licht in einer Ebene innerhalb der ersten Substratlage aufgrund der vom Licht selbst initiierten Änderungen im Brechungsindexprofil fokussiert wird. Dadurch wird in dem durch die Selbstfokussierung festgelegten Fokalpunkt bzw. Fokus ein Teilbereich bzw. Teilabschnitt der späteren Trennlinie oder Trennebene festgelegt bzw. bestimmt. In contrast to the prior art, the invention provides that the power of the laser light used is set in such a way that the phenomenon of self-focusing of the laser light occurs in the first substrate layer to be treated, in particular in the first substrate layer to be separated. The phenomenon of self-focusing is based on the Kerr effect and occurs in particular when a spatially profiled intensity profile of the laser light with a sufficiently high intensity amplitude interacts with the material of the first substrate layer. Non-linear effects occur here. In an alternative embodiment, the phenomenon of self-focusing is based on non-linear absorption. Since refractive index properties depend on the light intensity, a sufficiently high light intensity can lead to a refractive index profile in the material, which leads to the light being focused in a plane within the first substrate layer due to the changes in the refractive index profile initiated by the light itself. As a result, a partial area or section of the later dividing line or dividing plane is defined or determined in the focal point or focus defined by the self-focusing.

Das Auftreten des Phänomens „Selbstfokussierung“ hängt dabei von Material- und Lasereigenschaften ab. Abhängig vom gewählten Material stellen sich unterschiedliche kritische Leistungen bzw. Pulsenergien ein, bei deren Überschreitung eine Selbstfokussierung auftritt. Anhand von experimentellen Erkenntnissen und/oder Simulationen ist es möglich, einen kritischen Leistungswert für die jeweils verwendeten Lasertypen bzw. das verwendete Laserlicht auf der einen Seite und das verwendete Material in der ersten Substratlage auf der anderen Seite festzulegen, abzuschätzen bzw. zu bestimmen. Der Effekt beruht darauf, dass der Brechungsindex eines Materials für hohe Intensitäten insbesondere linear, von der Intensität abhängt. Wird ein Laserstrahl mit einem inhomogenen, insbesondere Gauß-förmigen, Intensitätsquerschnitt in ein transparentes Material geschossen, dann führt eine Polarisation im zentrumsnahen Teil des Laserstrahls zu einer anderen Phasenverschiebung als in umliegenden Teilen. Es kann mathematisch und physikalisch bewiesen werden, dass dieser Umstand zu einer Eigenfokussierung des Laserstrahls führt, d. h. Photonen des Laserstrahls werden auf einem Punkt in einer Fokusebene in der ersten Substratlage fokussiert, selbst wenn der Laserstrahl beim Eingang in das Material nicht fokussiert wurde. The occurrence of the phenomenon of “self-focusing” depends on the material and laser properties. Depending on the material selected, different critical powers or pulse energies arise, and if exceeded, self-focusing occurs. Based on experimental findings and/or simulations, it is possible to determine a critical power value for the laser type or the laser used. Laser light on the one hand and the material used in the first substrate layer on the other hand are to be determined, estimated or estimated. The effect is based on the fact that the refractive index of a material for high intensities depends on the intensity, particularly linearly. If a laser beam with an inhomogeneous, particularly Gaussian-shaped, intensity cross-section is shot into a transparent material, then polarization in the part of the laser beam close to the center leads to a different phase shift than in surrounding parts. It can be proven mathematically and physically that this circumstance leads to self-focusing of the laser beam, i.e. photons of the laser beam are focused on a point in a focal plane in the first substrate layer, even if the laser beam was not focused when it entered the material.

Insbesondere wird durch die Selbstfokussierung ein Fokus bzw. Fokalpunkt in dem Bereich festgelegt bzw. realisiert, durch den die Trennlinie verlaufen soll. Insbesondere ist die Trennlinie als zwei-dimensionale Trennebene zu verstehen. Durch ein entsprechendes Verfahren bzw. Verschieben der ersten Substratlage relativ zum Laserlicht bzw. Strahlengang des Laserlichts erfolgt eine flächige Ausbildung der dann als Trennebene ausgebildeten Trennlinie. In particular, the self-focusing determines or creates a focus or focal point in the area through which the dividing line is to run. In particular, the dividing line is to be understood as a two-dimensional dividing plane. By means of a corresponding process or displacement of the first substrate layer relative to the laser light or the beam path of the laser light, a flat formation of the dividing line, which then forms the dividing plane, takes place.

Durch die Selbstfokussierung ist es mit Vorteil möglich, derart hohe Intensitäten innerhalb der ersten Substratlage zu veranlassen, dass diese hohen Lichtintensitäten wiederrum zur physikalischen und/oder chemischen Modifikation innerhalb einer Ebene bzw. innerhalb eines Punktes führen, in der bzw. in dem die Selbstfokussierung erfolgt. Diese Modifikation in den Materialeigenschaften führt dann zur Ausbildung der Trennlinie bzw. -ebene, beispielsweise einer Sollbruchstelle oder sogar zum eigenständigen Auftrennen entlang der Trennlinie bzw. -ebene. Mit Vorteil kann dabei auf den Einsatz von umfangreichen Ätzmitteln oder komplexen optische Systemen oder auf das Einschießen von Ionen in die erste Substratlage verzichtet werden oder deren Umfang erheblich reduziert werden. Damit ist es zumindest möglich, den Aufwand beim tatsächlichen Brechen bzw. Auftrennen der ersten Substratlage weiter zu reduzieren, wodurch das Auftrennen der ersten Substratlage verbessert werden kann. Through self-focusing, it is advantageously possible to cause such high intensities within the first substrate layer that these high light intensities in turn lead to physical and/or chemical modification within a plane or within a point in which the self-focusing takes place. This modification in the material properties then leads to the formation of the dividing line or plane, for example a predetermined breaking point or even to independent separation along the dividing line or plane. Advantageously, the use of extensive etching agents or complex optical systems or the injection of ions into the first substrate layer can be dispensed with or the extent of this can be significantly reduced. This at least makes it possible to further reduce the effort involved in actually breaking or separating the first substrate layer, which can improve the separation of the first substrate layer.

Als besonders vorteilhaft erweist sich auch der Umstand, dass lediglich die Leistung des Laserlichts angepasst werden muss, um die Selbstfokussierung zu realisieren. Auch wenn zur Bestimmung der kritischen Leistung eine Vielzahl von Parametern berücksichtigt werden müssen, reicht es aus, wenn die Leistung des Laserlichtes erhöht wird, um auf diese Weise die Selbstfokussierung zu veranlassen und insbesondere auch die Lage der Selbstfokussierung zu bestimmen. Dadurch wird auf vergleichsweise einfache Art und Weise die Möglichkeit gegeben, den Ort der Wechselwirkung zwischen dem Material der ersten Substratlage und dem Laserlicht festzulegen bzw. zu beeinflussen. Insbesondere lässt sich beispielsweise vergleichsweise schnell auf einen Materialwechsel reagieren, wenn die zu behandelnden ersten Substratlagen getauscht werden oder die Lage der Trennlinie geändert wird. Es ist keine weitreichende Anpassung der Anlage zur Durchführung des Verfahrens erforderlich. The fact that only the power of the laser light needs to be adjusted to achieve self-focusing is particularly advantageous. Even if Since a large number of parameters must be taken into account to determine the critical power, it is sufficient to increase the power of the laser light in order to initiate self-focusing and, in particular, to determine the position of the self-focusing. This makes it possible to determine or influence the location of the interaction between the material of the first substrate layer and the laser light in a relatively simple manner. In particular, it is possible to react relatively quickly to a change in material, for example if the first substrate layers to be treated are exchanged or the position of the dividing line is changed. No extensive adaptation of the system is required to carry out the process.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste Substratlage Teil eines Substratverbunds ist oder Teil eines Substratverbunds mit der ersten Substratlage und einer zweiten Substratlage werden soll. Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Substratlage um einen Wafer oder einen Teil eines Wafers und/oder um eine Bindungsschicht, die beispielsweise zwei andere Wafer-Substratlagen miteinander verbindet. Vorzugsweise umfassen die erste Substratlage und/oder eine zweite Substratlage Materialien wie Silizium oder Germanium. Vorzugsweise weist die erste Substratlage eine Dicke zwischen 1 nm und 5 mm, bevorzugt zwischen 1 nm und 1 pm und besonders bevorzugt zwischen 1 nm und 3.000 nm auf. In particular, it is provided that the first substrate layer is part of a substrate composite or is to become part of a substrate composite with the first substrate layer and a second substrate layer. For example, the first substrate layer is a wafer or part of a wafer and/or a bonding layer that connects two other wafer substrate layers to one another, for example. The first substrate layer and/or a second substrate layer preferably comprise materials such as silicon or germanium. The first substrate layer preferably has a thickness of between 1 nm and 5 mm, preferably between 1 nm and 1 pm and particularly preferably between 1 nm and 3,000 nm.

Mit Hilfe eines Czochralski Verfahrens kann beispielsweise aus einer Siliziumschmelze ein Barren (engl.: ingot) gezogen werden. Das beschriebene Verfahren eignet sich schließlich auch zur Abtrennung von Substratteillagen aus diesem Barren bzw. ingot, so dass die abgetrennte Substratteillage dann selbst ein eigenes Substrat bilden kann. Die Substratteillagen, die dann als eigenständiges Substrat weiterverarbeitet werden, würden in diesem Fall Dicken im Millimeterbereich aufweisen. Insbesondere erfolgt ein Auftrennen vor dem Bonden der ersten Substratlage mit der zweiten Substratlage. Using a Czochralski process, for example, an ingot can be drawn from a silicon melt. The process described is also suitable for separating sub-layers of substrate from this ingot, so that the separated sub-layer of substrate can then form its own substrate. The sub-layers of substrate, which are then processed as an independent substrate, would in this case have thicknesses in the millimeter range. In particular, separation takes place before the first substrate layer is bonded to the second substrate layer.

Substratteillagen mit Dicken im Mikrometer- oder Nanometerbereich ergeben sich vorwiegend bei Verfahren, bei denen ein Schichttransfer (engl.: layer transfer) stattfinden soll. In diesem Fall wird die aufzutrennende erste Substratlage zuerst an eine zweite Substratlage gebondet und erst danach wird das Verfahren zum Auftrennen der ersten Substratlage verwendet. Insbesondere erfolgt ein Auftrennen nach dem Bonden der ersten Substratlage mit der zweiten Substratlage. Vorzugsweise weist die Oberfläche der ersten Substratlage eine Rauigkeit zwischen 0,01 und 300 nm, bevorzugt zwischen 0,01 und 30 nm und besonders bevorzugt zwischen 0,01 und 10 nm auf. Die Streuung des in die erste Substratlage eingekoppelten Laserstrahls ist umso geringer, je geringer die Rauigkeit der Substratlagenoberfläche ist. Niedrige Oberflächenrauigkeiten auf den Substratlagenoberflächen sind daher bevorzugt.Substrate sublayers with thicknesses in the micrometer or nanometer range are mainly produced in processes in which a layer transfer is to take place. In this case, the first substrate layer to be separated is first bonded to a second substrate layer and only then is the process used to separate the first substrate layer. In particular, separation takes place after the first substrate layer has been bonded to the second substrate layer. The surface of the first substrate layer preferably has a roughness of between 0.01 and 300 nm, preferably between 0.01 and 30 nm and particularly preferably between 0.01 and 10 nm. The scattering of the laser beam coupled into the first substrate layer is lower the roughness of the substrate layer surface is lower. Low surface roughnesses on the substrate layer surfaces are therefore preferred.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Laserstrahlen eine Wellenlänge aufweisen, die zwischen 0,1 pm und 500 pm, vorzugsweise zwischen 0,2 pm und 100 pm, besonders bevorzugt zwischen 0,3 pm und 50 pm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 pm und 10 pm oder sogar zwischen 1 pm und 2,5 pm liegt. Auf diese Weise kann die Trennschicht besonders effizient und gezielt bestrahlt werden. In a preferred embodiment of the method, it is provided that the laser beams have a wavelength that is between 0.1 pm and 500 pm, preferably between 0.2 pm and 100 pm, particularly preferably between 0.3 pm and 50 pm, particularly preferably between 0.5 pm and 10 pm or even between 1 pm and 2.5 pm. In this way, the separating layer can be irradiated particularly efficiently and in a targeted manner.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Laser eine Leistung aufweist, die zwischen 1 W und 1000 W, vorzugsweise zwischen 5 W und 800 W, noch bevorzugter zwischen 7 W und 600 W, am bevorzugtesten zwischen 10 W und 500 W. am allerbevorzugtesten zwischen 20 W und 200 W liegt. In a preferred embodiment of the method, the laser has a power that is between 1 W and 1000 W, preferably between 5 W and 800 W, even more preferably between 7 W and 600 W, most preferably between 10 W and 500 W, most preferably between 20 W and 200 W.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Laserfläche kleiner als 2000 pm2, vorzugsweise kleiner als 500 pm2, bevorzugt kleiner als 80 pm2und besonders bevorzugt kleiner als 20 pm2, oder sogar kleiner als 1 pm2 ist. Die Fläche der Trennschicht bzw. Trennlinie, auf welche der Laserstrahl einwirkt ist vorteilhaft klein und gezielt, um lokal die Hafteigenschaften der Trennschicht zu reduzieren bzw. diese zu zerstören. In a preferred embodiment of the method, the laser area is smaller than 2000 pm 2 , preferably smaller than 500 pm 2 , preferably smaller than 80 pm 2 and particularly preferably smaller than 20 pm 2 , or even smaller than 1 pm 2 . The area of the separating layer or separating line on which the laser beam acts is advantageously small and targeted in order to locally reduce the adhesive properties of the separating layer or to destroy it.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist es vorgesehen, dass zwischen Einwirkbereichen der Laserstrahlen auf die Trennschicht mindestens 0,1 pm, vorzugsweise mindestens 1 pm, bevorzugt mindestens 5 pm, besonders bevorzugt mindestens 10 pm oder sogar mindestens 50 pm liegen, so dass die Einwirkbereiche der Laserstrahlen nicht überlappen. Auf diese Weise ist ein besonders einfaches und effizientes Trennen möglich. In a preferred embodiment of the method, there is provision for at least 0.1 pm, preferably at least 1 pm, preferably at least 5 pm, particularly preferably at least 10 pm or even at least 50 pm between the areas of action of the laser beams on the separating layer, so that the areas of action of the laser beams do not overlap. In this way, particularly simple and efficient separation is possible.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass als Laserlicht Ultrakurzlaserpulse verwendet werden, bevorzugt ns (Nanosekunden) - pulse, bevorzugt ps (Pikosekunden) -Pulse und besonders bevorzugt fs (Femtosekunden) - Pulse oder sogar as (Attosekunden) - pulse. Die Dauer der Lichtpulse ist somit bevorzugt kleiner als 10'9 s, vorzugsweise kleiner als 10'11 s, bevorzugt kleiner als 10'13 s, am bevorzugtesten kleiner als 10'15 s oder sogar kleiner als 10'16 s. Preferably, ultrashort laser pulses are used as laser light, preferably ns (nanosecond) pulses, preferably ps (picosecond) pulses and particularly preferably fs (femtosecond) pulses or even as (attosecond) pulses. The duration of the light pulses is thus preferably less than 10' 9 s, preferably less than 10' 11 s, preferably less than 10' 13 s, most preferably less than 10' 15 s or even less than 10' 16 s.

Mit entsprechend kurzen Pulsdauern ist es mit Vorteil auf einfache Weise möglich, Laserleistungen bzw. Lichtintensitäten zu erzeugen, die für die Selbstfokussierung erforderlich sind. Entsprechende Pulse machen in der Regel die Verwendung von besonderen Optiken erforderlich, wie beispielsweise refraktive, reflektierende und/oder gitterartige optische Bauelemente. Bevorzugt wird ein Durchtreten des Laserlichts mit hoher Intensität durch Material möglichst vermeiden. Ein solches Propagieren durch ein Medium kann andernfalls zu Modifikationen in der Pulsform und/oder zu Intensitätsreduktion führen. Vorstellbar ist aber, dass eine Strahlaufweitung verwendet wird, wodurch zunächst die Gesamtintensität über das räumliche Profil des Laserpulses reduziert wird, um bevorzugt unmittelbar vor Eintritt in die erste Substratlage den Laserstrahl wieder zu fokussieren und die Aufweitung aufzuheben. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Laserprofil bzw. Intensitätsprofil bei geringer Intensität zu modulieren bzw. zu beeinflussen, um eine möglichst optimale Selbstfokussierung in der ersten Substratlage zu veranlassen. Grundsätzlich kann auch mit einfachen Blenden oder anderen optischen Bauteilen Einfluss genommen werden auf das räumliche Intensitätsprofil des Laserstrahls. Das Intensitätsprofil wird vorzugsweise durch Refraktionsoptiken erzeugt. Denkbar ist auch die Verwendung von Aperturen, Feldzuordnern (engl.: field mapper), Linsenarrays, Integratoren oder Strahlho- mogenisierern und/oder Axicons. With correspondingly short pulse durations, it is advantageously possible to generate laser powers or light intensities that are required for self-focusing in a simple manner. Such pulses generally require the use of special optics, such as refractive, reflective and/or grating-like optical components. It is preferable to avoid the laser light passing through material with high intensity as far as possible. Such propagation through a medium can otherwise lead to modifications in the pulse shape and/or to a reduction in intensity. However, it is conceivable that beam expansion is used, whereby the overall intensity is initially reduced across the spatial profile of the laser pulse in order to refocus the laser beam preferably immediately before it enters the first substrate layer and to cancel the expansion. This makes it possible, for example, to modulate or influence the laser profile or intensity profile at low intensity in order to achieve the best possible self-focusing in the first substrate layer. In principle, the spatial intensity profile of the laser beam can also be influenced using simple apertures or other optical components. The intensity profile is preferably generated by refraction optics. It is also conceivable to use apertures, field mappers, lens arrays, integrators or beam homogenizers and/or axicons.

Vorzugsweise ist das Laserlicht mit einem räumlichen Profil versehen, insbesondere einem Gauss-förmigen, einem Lorenz-förmigen oder einem Cauchy-förmigen Intensitätsprofil. Ein entsprechendes Intensitätsprofil erweist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil es besonders geeignet ist zu der Brechungsindexprofilierung, die zur Selbstfokussierung mittels Kerr-Effekt führt. Vorzugsweise ist es auch vorstellbar, dass gezielt mittels entsprechenden optischen Bauelementen ein entsprechendes räumliches Intensitätsprofil realisiert wird, beispielsweise wenn das von einer Laserquelle bereitgestellte Intensitätsprofil abweicht von einem bevorzugten Intensitätsprofil. Schließlich ist es zur Erzeugung des Kerr-Effekts bevorzugt vorgesehen, ein im Querschnitt nicht-homogenes Intensitätsprofil der Laserstrahlung zu erzeugen. Vorzugsweise wird ein Intensitätsprofil mit einer Gauss-förmigen, Lorentz-förmigen und/oder Cauchy förmigen Geometrie erzeugt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Trennlinie entlang einer im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ebene erstreckt. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die erste Substratlage entlang einer Ebene aufzutrennen, die im Wesentlichen parallel zu dessen eigener Haupterstreckungsebene verläuft. Ein Auftrennen entlang der Trennlinie, die im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, ist insbesondere dann von Vorteil, wenn vergleichsweise dünne Substratteillagen erzeugt werden sollen. Insbesondere führt das Auftrennen zur Trennung einer primären Substratteillage und einer sekundären Substratteillage, die aus der ersten Substratlage durch das Auftrennen hervorgehen. Beispielsweise lassen sich Beschichtungen auf eine gewünschte Dimension runterreduzieren. Preferably, the laser light is provided with a spatial profile, in particular a Gaussian, a Lorenzian or a Cauchy-shaped intensity profile. A corresponding intensity profile proves to be particularly advantageous because it is particularly suitable for the refractive index profiling that leads to self-focusing by means of the Kerr effect. Preferably, it is also conceivable that a corresponding spatial intensity profile is specifically realized by means of corresponding optical components, for example if the intensity profile provided by a laser source deviates from a preferred intensity profile. Finally, to generate the Kerr effect, it is preferably provided to generate an intensity profile of the laser radiation that is non-homogeneous in cross-section. Preferably, an intensity profile with a Gaussian, Lorentzian and/or Cauchy-shaped geometry is generated. Preferably, the dividing line extends along a plane that runs essentially parallel to the main plane of extension. This advantageously makes it possible to separate the first substrate layer along a plane that runs essentially parallel to its own main plane of extension. Separating along the dividing line that runs essentially parallel to the main plane of extension is particularly advantageous when comparatively thin substrate sublayers are to be produced. In particular, the separation leads to the separation of a primary substrate sublayer and a secondary substrate sublayer that emerge from the first substrate layer as a result of the separation. For example, coatings can be reduced to a desired dimension.

Alternativ ist es vorstellbar, dass die Trennlinie im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene verläuft und somit ein Vereinzeln, d. h. ein Dicing, in einzelne Teilstücke der ersten Substratlage ermöglicht wird, die insbesondere vor dem Zertrennen in der Haupterstreckungsebene benachbart zueinander angeordnet sind. Alternatively, it is conceivable that the dividing line runs essentially perpendicular to the main extension plane, thus enabling separation, i.e. dicing, into individual parts of the first substrate layer, which are arranged adjacent to one another in the main extension plane, in particular before separation.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die erste Substratlage während des Bestrahlens mit einer zweiten Substratlage verbunden ist. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die erste Substratlage und die zweite Substratlage stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind und dass die zweite Substratlage dem einfallenden Laserlicht zugewandt ist. Mit anderen Worten: Das Laserlicht propagiert zunächst durch die zweite Substratlage, bevor es in die erste Substratlage eintritt und dort aufgrund der eintretenden Selbstfokussierung eine Trennlinie bzw. einen Teilabschnitt der Trennlinie erzeugt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die zweite Substratlage vom Laserlicht passiert wird und die Fokusbildung durch Selbstfokussierung in der ersten Substratlage nach dem Passieren der zweiten Substratlage erzeugt wird. Dabei wird insbesondere bei der Einstellung der Laserlichtleistung darauf geachtet, dass vorzugsweise bereits ein Teilfokussieren in der zweiten Substratlage erfolgt und die gewünschte finale Fokussierung in der ersten Substratlage realisiert wird. It is preferably provided that the first substrate layer is connected to a second substrate layer during irradiation. In particular, it is provided that the first substrate layer and the second substrate layer are connected to one another in a material-locking, form-fitting and/or force-locking manner and that the second substrate layer faces the incident laser light. In other words: the laser light initially propagates through the second substrate layer before it enters the first substrate layer and there creates a dividing line or a partial section of the dividing line due to the self-focusing that occurs. In particular, it is provided that the second substrate layer is passed by the laser light and the focus is created by self-focusing in the first substrate layer after passing through the second substrate layer. In particular, when setting the laser light power, care is taken to ensure that partial focusing preferably already takes place in the second substrate layer and the desired final focusing is realized in the first substrate layer.

Eine Tiefe der Fokusebene kann durch die Laserparameter, insbesondere durch die Wellenlänge des verwendeten Lasers, eingestellt werden. Je näher die Fokusebene an der Substratlagenoberfläche liegen soll, desto kurzwelliger sollte die Laserstrahlung sein. Im Labor haben sich Neodym-YAG Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm für oberflächennahe Bearbeitung bewährt. Mit Wellenlängen um die 1550 nm erreicht man Tiefen von einigen 100 pm. The depth of the focal plane can be set by the laser parameters, in particular by the wavelength of the laser used. The closer the focal plane should be to the substrate layer surface, the shorter the wavelength of the laser radiation should be. In the laboratory, neodymium-YAG lasers with a wavelength of 1064 nm have proven to be effective for near-surface processing. With wavelengths around 1550 nm, depths of several 100 pm can be achieved.

Messungen haben ergeben, dass man mit einer Wellenlänge von 1950 pm, einer Pulsdauer von ca. 5 ps und einem Spotgrößendurchmesser von ca. 20-30 pm eine Energie von ca. 10 pJ pro Puls erhält. Ab dieser Energie beginnt ungefähr die Schädigung von Silizium. Measurements have shown that with a wavelength of 1950 pm, a pulse duration of about 5 ps and a spot size diameter of about 20-30 pm, an energy of about 10 pJ per pulse is obtained. This is roughly the energy at which silicon begins to be damaged.

In einer Ausführungsform steht der Laserstrahl normal auf der ersten Substratlage und die erste Substratlage bewegt sich aktiv relativ zum gesamten optischen Aufbau, d.h. zum Laserstrahl. Für diese Ausführungsform muss die erste Substratlage an einem möglichst schnell beweglichen Substrathalter fixiert werden. Der Substrathalter sollte dennoch über eine möglichst hohe Auflösung der Verfahrensachsen verfügen, um den Laserstrahl exakt positionieren zu können. In one embodiment, the laser beam is positioned normally on the first substrate layer and the first substrate layer moves actively relative to the entire optical structure, i.e. to the laser beam. For this embodiment, the first substrate layer must be fixed to a substrate holder that can move as quickly as possible. The substrate holder should nevertheless have the highest possible resolution of the process axes in order to be able to position the laser beam precisely.

In einer anderen Ausführungsform kann sich der optische Aufbau, insbesondere der Laserstrahl, aktiv relativ zur ersten Substratlage bewegen. Hierzu wird bevorzugt eine Laserlichtausrichtungsvorrichtung verwendet. In another embodiment, the optical structure, in particular the laser beam, can move actively relative to the first substrate layer. A laser light alignment device is preferably used for this purpose.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden als Laserlichtausrichtungsvorrichtungen spezielle optische Elemente, insbesondere in Form eines galvanometrischen Scanners, verwendet, um den Laserstrahl über die erste Substratlage zu scannen und so eine flächig ausgebildete und entlang einer Haupterstreckungsebene verlaufende Trennschicht auszubilden. Vorzugsweise umfasst die Laserlichtausrichtungsvorrichtung ein telezentrisches Objektiv, bevorzugt ein telezentrisches Objektiv mit beidseitig telezentrischem Strahlengang. Der Laserstrahl wird dabei von der Laserlichtausrichtungsvorrichtung durch eine Linse oder mehrere Linsen geleitet, welche den Laserstrahl so bricht bzw. brechen, dass der Laserstrahl immer normal auf die erste Substratlage und/oder zweite Substratlage einfällt. Die verwendete Linse ist meistens kleiner als die zu scannende erste Substratlage. Die erste Substratlage muss daher in einem Schrittverfahren (engl.: step-and- repeat) relativ zum optischen Aufbau bewegt werden. Der Vorgang wird dann an mehreren Stellen wiederholt, bis die gesamte zu scannende erste Substratlage bestrahlt wurde. Denkbar ist die Änderung der Laserparameter, insbesondere der Laserleistung, sodass die Position der Fokusebene geändert werden kann. In a further preferred embodiment, special optical elements, in particular in the form of a galvanometric scanner, are used as laser light alignment devices in order to scan the laser beam over the first substrate layer and thus form a flat separating layer running along a main extension plane. The laser light alignment device preferably comprises a telecentric lens, preferably a telecentric lens with a telecentric beam path on both sides. The laser beam is guided by the laser light alignment device through a lens or several lenses, which refract the laser beam in such a way that the laser beam always falls normally on the first substrate layer and/or second substrate layer. The lens used is usually smaller than the first substrate layer to be scanned. The first substrate layer must therefore be moved relative to the optical structure in a step-and-repeat process. The process is then repeated at several points until the entire first substrate layer to be scanned has been irradiated. It is conceivable to change the laser parameters, especially the laser power, so that the position of the focal plane can be changed.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die erste Substratlage mit einer dritten Substratlage verbunden ist, wobei die erste Substratlage, die zweite Substratlage und die dritte Substratlage entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung übereinander angeordnet sind und die erste Substratlage die Bindungsschicht zwischen der zweiten Substratlage und dritten Substratlage ist. Durch die entsprechende Selbstfokussierung in die als Bindungsschicht ausgebildete erste Substratlage ist es mit Vorteil möglich, ein Auftrennen eines existierenden oder gefertigten Substratverbundes zu ermöglichen. Somit ist es mit dem hier beschriebenen Verfahren auch möglich, ein De- bonden vorzunehmen, um bestimmte Substratlagen, beispielsweise die zweite Substratlage und die dritte Substratlage, voneinander zu trennen. It is preferably provided that the first substrate layer is connected to a third substrate layer, wherein the first substrate layer, the second substrate layer and the third substrate layer are arranged one above the other along a stacking direction running perpendicular to the main extension plane and the first substrate layer is the bonding layer between the second substrate layer and the third substrate layer. By corresponding self-focusing in the first substrate layer designed as a bonding layer, it is advantageously possible to enable an existing or manufactured substrate composite to be separated. Thus, with the method described here, it is also possible to carry out debonding in order to separate certain substrate layers, for example the second substrate layer and the third substrate layer, from one another.

Zur Abtrennung der zweiten Substratlage von der dritten Substratlage, die über die erste Substratlage miteinander verbunden sind, bzw. zum Auftrennen der ersten Substratlage können zusätzliche Vorrichtungen, insbesondere entsprechende Substrathalter mit entsprechenden Fixiermitteln, verwendet werden. Beispielsweise sind ein erster Substrathalter und ein zweiter Substrathalter vorgesehen, die einander gegenüberliegen, während zwischen dem ersten Substrathalter und dem zweiten Substrathalter die aufzutrennende erste Substratlage angeordnet ist. Eine erste Vorrichtung, insbesondere der erster Substrathalter, befindet sich an einer der zweiten Substratlage zugewandten Seite. Eine zweite Vorrichtung, insbesondere ein zweiter Substrathalter, befindet sich an einer der dritten Substratlage zugewandten Seite. Die Vorrichtungen fixieren die Substrate bzw. die Substratlagen mit entsprechenden Fixiermitteln, insbesondere mit einer Vakuumfixierung und/oder einem Klemmmittel. Durch eine Relativbewegung der beiden Vorrichtungen voneinander weg, können die beiden Substratlagen, d. h. die zweite und die dritte Substratlage, voneinander getrennt und gleichzeitig an den Vorrichtungen, d. h. am ersten und zweiten Substrathalter, fixiert werden. Gleiches gilt für eine Vorrichtung, die direkt an einer Oberseite der aufzutrennenden ersten Substratlage fixiert wird. To separate the second substrate layer from the third substrate layer, which are connected to one another via the first substrate layer, or to separate the first substrate layer, additional devices, in particular corresponding substrate holders with corresponding fixing means, can be used. For example, a first substrate holder and a second substrate holder are provided, which lie opposite one another, while the first substrate layer to be separated is arranged between the first substrate holder and the second substrate holder. A first device, in particular the first substrate holder, is located on a side facing the second substrate layer. A second device, in particular a second substrate holder, is located on a side facing the third substrate layer. The devices fix the substrates or the substrate layers with corresponding fixing means, in particular with a vacuum fixation and/or a clamping means. By moving the two devices away from one another relative to one another, the two substrate layers, i.e. the second and the third substrate layer, can be separated from one another and at the same time fixed to the devices, i.e. the first and second substrate holders. The same applies to a device that is fixed directly to an upper side of the first substrate layer to be separated.

Zur Überwindung der letzten verbleibenden Anziehung zwischen den mit Hilfe des Verfahrens getrennten Substratlagen werden Kräfte zwischen 1 N und 100 kN, vorzugsweise zwischen 1 N und 10 kN, bevorzugt zwischen 1 N und 1 kN, besonders bevorzugt zwischen 1 N und 100 N oder sogar zwischen 1 N und 10 N aufgebracht. Die Trennebene bzw. Trennlinie hat eine Dicke zwischen 1 nm und 10 pm, vorzugsweise zwischen 1 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 1 nm und 100 nm und besonders bevorzugt zwischen 1 nm und 10 nm. Werden in der Trennebene bzw. Trennlinie Volumendefekte erzeugt, insbesondere Löcher, lokale Aufschmelzungen und/oder Vergleichbares, dann liegt die Größe dieser Volumendefekte zwischen 1nm und 10 pm, vorzugsweise zwischen 1 nm und 1 pm, bevorzugt zwischen 1 nm und 100 nm und besonders bevorzugt zwischen 1 nm und 10 nm. To overcome the last remaining attraction between the substrate layers separated by means of the method, forces between 1 N and 100 kN, preferably between 1 N and 10 kN, more preferably between 1 N and 1 kN, particularly preferably between 1 N and 100 N or even between 1 N and 10 N are applied. The parting plane or parting line has a thickness between 1 nm and 10 pm, preferably between 1 nm and 1 pm, preferably between 1 nm and 100 nm and particularly preferably between 1 nm and 10 nm. If volume defects are generated in the parting plane or parting line, in particular holes, local melting and/or similar, then the size of these volume defects is between 1 nm and 10 pm, preferably between 1 nm and 1 pm, preferably between 1 nm and 100 nm and particularly preferably between 1 nm and 10 nm.

Er ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Linse verwendet wird, um eine Vorfokussierung des Laserlichts vor Eintritt in die erste Substratlage zu veranlassen. Dadurch kann mit Vorteil die Lichtleistung des Laserstrahls bei Eintritt in die erste Substratlage kontrolliert eingestellt und beispielsweise an die Materialeigenschaften der ersten Substratlage angepasst werden. Vorstellbar ist auch die Verwendung von einem Hohlspiegel zur Fokussierung, dadurch ist es mit Vorteil möglich sowohl eine Fokussierung als auch eine Umlenkung des Laserstrahls zu ermöglichen, was mit Vorteil für eine Bauraumökonomie der Vorrichtung sorgen kann. Schließlich ist kein geradliniger Verlauf für den Laserstrahl erforderlich. It is preferably provided that a lens is used to pre-focus the laser light before it enters the first substrate layer. This advantageously allows the light output of the laser beam to be set in a controlled manner when it enters the first substrate layer and, for example, to be adapted to the material properties of the first substrate layer. It is also conceivable to use a concave mirror for focusing, which advantageously makes it possible to both focus and deflect the laser beam, which can advantageously ensure that the device uses as little space as possible. Finally, a straight line is not required for the laser beam.

Alternativ ist es vorstellbar, dass zwischen Laserquelle und erster Substratlage keine Linse angeordnet ist, d. h. ein Strahlengang des Laserlichts ist frei von Linsen und/oder Hohlspiegeln. Alternatively, it is conceivable that no lens is arranged between the laser source and the first substrate layer, i.e. a beam path of the laser light is free of lenses and/or concave mirrors.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Auftrennen durch eine mechanische Krafteinwirkung, eine weitere Laserlichteinstrahlung, ein Einbringen von Ionen, Atomen und/oder Molekülen, eine chemische Einwirkung und/oder ein Einbringen von Wärme unterstützt wird. Mit anderen Worten: Das Erzeugen der Trennlinie reicht noch nicht vollständig aus, um das Auftrennen der ersten Substratlage zu bedingen, sondern es wird als Trennlinie eine Art Sollbruchebene oder -linie erstellt, die unter Hinzufügen eines weiteren Einflusses, wie beispielsweise eine Krafteinwirkung, eine weitere Lichteinwirkung und/oder eine chemische Einwirkung schließlich gebrochen wird, um ein Auftrennen innerhalb der ersten Substratlage zu verursachen. Beispielsweise ist es hierbei vorstellbar, dass entsprechende Saugvorrichtungen an Ober- und/oder Unterseite der ersten Substratlage anhaften und durch entsprechende Zug- und/oder Scherkräfte ein mechanisches Einwirken auf die erste Substratlage veranlasst wird. Ist eine Krafteinwirkung zur T rennung notwendig, ist die Kraft kleiner als 1000 N, vorzugsweise kleiner als 500 N, noch bevorzugter kleiner als 100 N, am bevorzugtesten kleiner als 10 N, am allerbevorzugtesten kleiner als 1 N. It is preferably provided that the separation is supported by a mechanical force, a further laser light irradiation, an introduction of ions, atoms and/or molecules, a chemical effect and/or an introduction of heat. In other words: the creation of the separation line is not yet completely sufficient to cause the separation of the first substrate layer, but a type of predetermined breaking plane or line is created as a separation line, which is finally broken by adding a further influence, such as a force, a further light effect and/or a chemical effect, in order to cause separation within the first substrate layer. For example, it is conceivable that corresponding suction devices adhere to the top and/or bottom of the first substrate layer and that a mechanical effect on the first substrate layer is caused by corresponding tensile and/or shear forces. If a force is necessary for separation, the force is less than 1000 N, preferably less than 500 N, more preferably less than 100 N, most preferably less than 10 N, most preferably less than 1 N.

In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Laserstrahl auf mindestens einen Punkt einer Fokusebene gerichtet, um das Material durch eine hohe Energiedichte zu schmelzen oder sogar direkt zu sublimieren. Wird das Material geschmolzen, sollte bevorzugt ein Trennvorgang, beispielsweise ein zusätzliches mechanisches Einwirken, vorzugsweise noch im schmelzflüssigen Zustand erfolgen. Schließlich ist der Schmelzbereich durch die sehr fokussierte Einbringung der Energie durch den Laserstrahl vergleichsweise klein und die in der Schmelze gespeicherte Wärme wird sehr schnell wieder über das Substrat in die Umgebung abgegeben, sodass mit einer sehr schnellen Abkühlung, insbesondere noch vor dem eigentlich durchzuführenden Trennvorgang, zu rechnen ist. In an exemplary embodiment, the laser beam is directed at at least one point of a focal plane in order to melt the material through a high energy density or even to sublimate it directly. If the material is melted, a separation process, for example an additional mechanical action, should preferably be carried out while the material is still in the molten state. Finally, the melting area is comparatively small due to the very focused introduction of energy by the laser beam and the heat stored in the melt is very quickly released into the environment via the substrate, so that very rapid cooling can be expected, especially before the actual separation process.

Das Gefüge der erstarrten Schmelzbereiche könnte dennoch eine geringere Bruchfestigkeit als das ursprüngliche Gefüge aufweisen und so als Sollbruchstelle dienen. Wird das Material sublimiert, kann das Material in den seltensten Fällen wieder derart resublimie- ren, dass eine erneute Bindung zwischen den zu zertrennenden Substrathälften der ersten Substratlage erzeugt wird. Das Material wird sich zwar noch im Grenzbereich befinden, gilt aber im technischen Sinne als entfernt. The structure of the solidified melt areas could still have a lower breaking strength than the original structure and thus serve as a predetermined breaking point. If the material is sublimated, it can only rarely resublimate in such a way that a new bond is created between the substrate halves of the first substrate layer that are to be separated. The material will still be in the border area, but in a technical sense it is considered to have been removed.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform erzeugt die hohe Intensität des Laserstrahls in Material innerhalb der Fokusebene eine chemische Reaktion, die im weiteren Verlauf zu einem Bruch führt. In another exemplary embodiment, the high intensity of the laser beam creates a chemical reaction in material within the focal plane, which subsequently leads to fracture.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass, insbesondere in einem vorbereitenden Verfahrensschritt, Ionen in die erste Substratlage, insbesondere in den Bereich der späteren Trennlinie, eingebracht werden, insbesondere indem sie beschleunigt werden und in die erste Substratlage eingeschossen werden. Anschließend wird in den Bereichen mit Ionen die Fokusebene durch die Selbstfokussierung erzeugt. Beispielsweise könnte das bekannte SmartCut® Verfahren dahingehend erweitert werden, dass nicht mehr der gesamte Substratstapel erwärmt werden muss, sondern dass durch den Effekt der Selbstfokussierung die Wärme durch den Laser so gezielt eingebracht wird, dass sich entlang der Fokusebene die Wasserstoffatome zu Wasserstoffmolekülen rekombinieren und damit zum Bruch des Gefüges gemäß des SmartCut® Verfahrens führen. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass Ionen in einer Implentierungsebene eingelassen werden. Ein Abstand zwischen Implementierungsebene und der Fokusebene ist dabei kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 100 pm, bevorzugt kleiner als 1 pm, besonders bevorzugt kleiner als 100 nm, oder sogar kleiner als 10 nm. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die erste Substratlage mit der Implentierungsebene über mindestens eine Beschichtung mit einer zweiten Substratlage verbunden wird, bevor ein Auftrennen der ersten Substratlage erfolgt, indem mittels Selbstfokussierung Wärme im Bereich der Implementierungsebene zugeführt wird. Durch die Bearbeitung mit dem selbstfokussierenden Licht erfolgt ein physikalischer bzw. chemischer Effekt, der zu einer Rekombination der in der Im- plantierungsebene implantierten Atome- oder Moleküle führt. Insbesondere bei der Verwendung implantierter Wasserstoffionen erfolgt die Rekombination der Wasserstoffatome zu Wasserstoffmolekülen. Die Wasserstoffmoleküle weisen ein höheres molares Volumen auf. Das so entstehende Wasserstoffgas dehnt sich aus und führt zu einer Schädigung entlang der Implantierungsebene. Durch die Verbindung mit der zweiten Substratlage über die mindestens eine Beschichtung ist es mit Vorteil möglich, ein Gesamtsubstrat mit der zweiten Substratlage bereitzustellen, die mit einer vergleichsweise dünnen Substratteillage versehen ist, die nach dem Auftrennen stehen geblieben ist und über die Beschichtung an die zweite Substratlage gebunden ist. Dadurch kann beispielsweise ein Silizium-Auf-Isolator Substrat (engl.: silicon-on-lnsulator, SOI) gebildet werden. It is preferably provided that, in particular in a preparatory process step, ions are introduced into the first substrate layer, in particular into the area of the later dividing line, in particular by accelerating them and shooting them into the first substrate layer. The focal plane is then created in the areas with ions by self-focusing. For example, the known SmartCut® process could be expanded so that the entire substrate stack no longer has to be heated, but that the effect of self-focusing allows the heat to be introduced by the laser in such a targeted manner that the hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules along the focal plane and thus lead to the structure breaking according to the SmartCut® process. It is preferably provided that ions are introduced into an implementation plane. A distance between the implementation plane and the focus plane is less than 1 mm, preferably less than 100 pm, preferably less than 1 pm, particularly preferably less than 100 nm, or even less than 10 nm. It is also conceivable that the first substrate layer is connected to the implementation plane via at least one coating with a second substrate layer before the first substrate layer is separated by supplying heat in the area of the implementation plane by means of self-focusing. Processing with the self-focusing light causes a physical or chemical effect that leads to a recombination of the atoms or molecules implanted in the implantation plane. In particular, when implanted hydrogen ions are used, the hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules. The hydrogen molecules have a higher molar volume. The hydrogen gas thus produced expands and causes damage along the implantation plane. By connecting to the second substrate layer via the at least one coating, it is advantageously possible to provide an overall substrate with the second substrate layer, which is provided with a comparatively thin substrate sublayer that remains after separation and is bonded to the second substrate layer via the coating. This makes it possible to form, for example, a silicon-on-insulator (SOI) substrate.

Denkbar ist auch, dass andere Atome im Gefüge vorliegen, die im Zuge einer thermischen Beanspruchung zu ihren entsprechenden Molekülgasen rekombinieren und einem, dem SmartCut® Verfahren ähnlichen, Effekt bewirken. Denkbar wäre auch, dass man Halogenide, insbesondere Fluor, Chlor, Brom oder lod, ionisiert und in das Substrat schießt. Denkbar wäre auch die Verwendung von Stickstoff- oder Sauerstoffatomen, die zu ihren entsprechenden Molekülgasen rekombinieren. Das SmartCut® Verfahren wird durch die Erfindung dahingehend erweitert, dass nicht mehr der gesamte Substratstapel einer thermischen Behandlung ausgesetzt wird, was sich schonend auf bereits vorhandene funktionale Einheiten, insbesondere Mikrochips, Speicherchips, MEMS, LEDs etc. auswirken kann. Bevorzugt erflogt das Einbringen von Ionen, Atomen und/oder Molekülen zeitlich vor dem Ausbilden der Trennlinie unter Ausbildung einer Selbstfokussierung. It is also conceivable that other atoms are present in the structure which recombine to form their corresponding molecular gases when subjected to thermal stress and produce an effect similar to the SmartCut® process. It would also be conceivable that halides, in particular fluorine, chlorine, bromine or iodine, could be ionized and shot into the substrate. It would also be conceivable to use nitrogen or oxygen atoms which recombine to form their corresponding molecular gases. The SmartCut® process is expanded by the invention in such a way that the entire substrate stack is no longer subjected to thermal treatment, which can have a gentle effect on existing functional units, in particular microchips, memory chips, MEMS, LEDs, etc. The introduction of ions, atoms and/or molecules preferably takes place before the dividing line is formed, forming a self-focusing effect.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden in das zu zerstörende Substrate und/oder die zu zerstörende Schicht Atome und/oder Moleküle mit einer für die verwen- dete Laserstrahlung hohen Absorption implantiert. Dadurch werden die Photonen der Laserstrahlung bevorzugt von den implantierten Atomen und/oder Molekülen absorbiert, was zu einer sehr starken thermischen Bewegung und damit zu eine Schädigung des umliegenden Gefüges führt. In a further exemplary embodiment, atoms and/or molecules with a molecular structure suitable for the use are introduced into the substrate and/or the layer to be destroyed. The laser radiation is implanted with high absorption. As a result, the photons of the laser radiation are preferentially absorbed by the implanted atoms and/or molecules, which leads to a very strong thermal movement and thus to damage of the surrounding structure.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Verfahren zur Herstellung eines Substratlagenverbunds, beispielsweise umfassend eine erste Substratlage und eine zweite Substratlage, verwendet wird, wobei nach dem Auftrennen eine erste Dicke der ersten Substratlage kleiner ist als eine zweite Dicke der zweiten Substratlage. Dabei werden erste Dicke und zweite Dicke entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung gemessen. Damit ist es mit Vorteil möglich, Beschichtungen von Substratlagen auf eine gewünschte, insbesondere vergleichsweise geringe Schichtdicke zu reduzieren. Dies gestattet es beispielsweise Schichtdicken zu realisieren, deren Wert kleiner ist als 1000 nm, vorzugsweise kleiner als 500 nm, besonders bevorzugt kleiner als 100 nm. It is preferably provided that the method is used to produce a substrate layer composite, for example comprising a first substrate layer and a second substrate layer, wherein after separation a first thickness of the first substrate layer is smaller than a second thickness of the second substrate layer. The first thickness and second thickness are measured along a stacking direction running perpendicular to the main extension plane. This advantageously makes it possible to reduce coatings of substrate layers to a desired, in particular comparatively small, layer thickness. This makes it possible, for example, to realize layer thicknesses whose value is less than 1000 nm, preferably less than 500 nm, particularly preferably less than 100 nm.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die erste Substratlage einen keramischen Werkstoff, einen polymeren Werkstoff, Silizium und/oder Germanium umfasst. Entsprechend der gewählten Materialien der ersten Substratlage, der zweiten Substratlage und/oder der dritten Substratlage wird die Laserlichtleistung entsprechend angepasst, um den gewünschten Effekt der Selbstfokussierung zu bedingen. Preferably, the first substrate layer comprises a ceramic material, a polymer material, silicon and/or germanium. Depending on the selected materials of the first substrate layer, the second substrate layer and/or the third substrate layer, the laser light output is adjusted accordingly in order to achieve the desired self-focusing effect.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass während des Bestrahlens die erste Substratlage entlang einer, durch einen geplanten Verlauf der Trennlinie innerhalb der ersten Substratlage vorgegebenen Richtung bewegt wird. Mit anderen Worten: Während der Laserstrahl ortsfest ist und insbesondere nicht durch schwenkbare Spiegel versetzt bzw. verlagert wird, erfolgt eine Bewegung, um die Trennlinie zu erzeugen dadurch, dass die erste Substratlage gegenüber der Laserquelle und insbesondere gegenüber dem ortsfesten Laserstrahl bewegt wird. Dadurch kann mit Vorteil sichergestellt werden, dass das Laserlicht möglichst senkrecht auf jede Stelle auftritt, um zu vermeiden, dass aufgrund sich ändernder Ausrichtung die Trennlinie uneben wird. Weiterhin ist es mit Vorteil möglich, zu verhindern, dass Laserlicht vom bestrahlten Substrat zu Seite reflektiert werden. Stattdessen kann bei entsprechender Konstanz bezüglich der Oberflächenausrichtung der ersten Substratlage das rückreflektierte Licht auf ein festgelegtes Raumvolumen begrenzt werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Auftrennen allein durch die Bestrahlung mittels Laserlicht bewirkt wird. Mit anderen Worten: In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird bereits das Aufbrechen durch die Selbstfokussierung veranlasst. Dadurch wird ein besonders einfach durchzuführendes Verfahren bereitgestellt, da keine weiteren zusätzlichen Arbeitsschritte erforderlich sind, um ein Aufbrechen zu bedingen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Laserstrahl auf mindestens einen Punkt einer Fokusebene gerichtet, um dort einen direkten Bruch der chemischen Bindung zu erzeugen. Direkt gebrochen werden können insbesondere kovalente Verbindungen in einem keramischen oder polymeren Werkstoff. Die Energiedichte des selbstfokussierten Laserstrahls ist dabei so groß, dass die Elektronen, welche die kovalente Verbindung erzeugen, aus dem Molekülorbital entfern werden. It is preferably provided that during irradiation the first substrate layer is moved along a direction predetermined by a planned course of the dividing line within the first substrate layer. In other words: while the laser beam is stationary and in particular is not moved or shifted by pivoting mirrors, a movement takes place to create the dividing line by moving the first substrate layer relative to the laser source and in particular relative to the stationary laser beam. This can advantageously ensure that the laser light hits every point as perpendicularly as possible in order to avoid the dividing line becoming uneven due to changing alignment. Furthermore, it is advantageously possible to prevent laser light from being reflected to the side by the irradiated substrate. Instead, with appropriate constancy with regard to the surface alignment of the first substrate layer, the reflected light can be limited to a defined spatial volume. Preferably, the separation is brought about solely by irradiation with laser light. In other words: in a particularly preferred embodiment, the breaking is already caused by the self-focusing. This provides a particularly simple method, since no additional work steps are required to cause the breaking. In an exemplary embodiment, the laser beam is directed at at least one point of a focal plane in order to produce a direct break in the chemical bond there. In particular, covalent bonds in a ceramic or polymer material can be broken directly. The energy density of the self-focused laser beam is so high that the electrons that produce the covalent bond are removed from the molecular orbital.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Laserquelle, die geeignet ist, Leistungen des Laserlichts bereitzustellen, die eine Selbstfokussierung in einer ersten Substratlage realisieren. Alle für das Verfahren beschriebenen Vorteile und Merkmale lassen sich analog übertragen auf die Vorrichtung. Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft eine Ultrakurzpulslaserquelle zu verwenden, da mit den hier bereitgestellten Laserpulsen die gewünschten Intensitäten vergleichsweise einfach realisierbar sind. Weiterhin ist es vorstellbar, dass die Quelle eine Steuereinrichtung zur Einstellung der Laserleistung bereitstellt, wodurch mit Vorteil die Laserleistung auf die gewünschte Größe eingestellt werden kann, um kontrolliert die Selbstfokussierung in bestimmten Bereichen zu veranlassen. A further subject of the present invention is a device for carrying out the method according to the invention with a laser source that is suitable for providing laser light outputs that achieve self-focusing in a first substrate layer. All of the advantages and features described for the method can be transferred analogously to the device. In particular, it proves to be advantageous to use an ultrashort pulse laser source, since the desired intensities can be achieved relatively easily with the laser pulses provided here. It is also conceivable that the source provides a control device for adjusting the laser power, whereby the laser power can advantageously be set to the desired level in order to initiate self-focusing in certain areas in a controlled manner.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Halteelement umfasst, das bewegbar ist, insbesondere in einer parallel zur Haupterstreckungsebene der ersten Substratlage verlaufenden Ebene. Dadurch ist es mit Vorteil möglich, dass eine Relativbewegung der ersten Substratlage bzw. des Substratlagenverbunds erfolgt während der Laserstrahl ortsfest bleibt. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Substrat, umfassend mindestens eine erste Substratlage, hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren. Alle Merkmale und Eigenschaften für das Verfahren lassen sich analog übertragen auf die Vorrichtung. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. It is preferably provided that the device comprises a holding element that is movable, in particular in a plane that runs parallel to the main extension plane of the first substrate layer. This advantageously makes it possible for a relative movement of the first substrate layer or the substrate layer composite to take place while the laser beam remains stationary. A further subject of the present invention is a substrate comprising at least one first substrate layer, produced using a method according to the invention. All features and properties for the method can be transferred analogously to the device. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawings.

Die zeigen in: They show in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of a method according to a first preferred embodiment of the present invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 is a schematic representation of a method according to a second preferred embodiment of the present invention,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 3 is a schematic representation of a method according to a third preferred embodiment of the present invention,

Fig. 4a eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts eines Verfahrens gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 4a is a schematic representation of a first method step of a method according to a fourth preferred embodiment of the present invention,

Fig. 4b eine schematische Darstellung eines zweiten Verfahrensschritts eines Verfahrens gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 4b is a schematic representation of a second method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention,

Fig. 4c eine schematische Darstellung eines dritten Verfahrensschritts eines Verfahrens gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Fig. 4c is a schematic representation of a third method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention,

Fig. 4d eine schematische Darstellung eines vierten Verfahrensschritts eines Verfahrens gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 4d is a schematic representation of a fourth method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention and

Fig. 4e eine schematische Darstellung eines fünften Verfahrensschritts eines Verfahrens gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, wird insbesondere ein für das Verfahren vorgesehener Laserstrahl 2 breiter dargestellt. Insbesondere wird der Laserstrahl 2 symbolisch als Strahl eingezeichnet, obwohl bevorzugt hochenergetische Laserlichtimpulse erzeugt und auf eine erste Substratlage 2 und/oder eine zweite Substratlage 4 gerichtet werden. Eine Selbstfokussierung 2k des Laserstrahls 2 wird vereinfacht durch ein konvergentes Strahlenbündel dargestellt, dessen Spitze in einer Fokusebene 3 endet. Bevorzugt wird allerdings eine hohe Anzahl ultrakurzer Laserpulse entlang des als Laserstrahls 2 eingezeichneten Pfades auf die erste Substratlage 1 und/oder die zweite Substratlage 4 gerichtet und führt aufgrund nichtlinearer Effekte in den Materialien der ersten Substratlage 1 und/oder der zweiten Substratlage 4 zu einer Selbstfokussierung 2k. Von besonderer Bedeutung ist die hohe Intensität im Fokalpunkt bzw. Fokus 2f, der insbesondere durch die Selbstfokussierung 2k entsteht. Fig. 4e is a schematic representation of a fifth method step of a method according to the fourth preferred embodiment of the present invention. In the figures, identical components or components with the same function are identified by the same reference numerals. The figures are not to scale. To increase clarity, a laser beam 2 intended for the method is shown wider. In particular, the laser beam 2 is drawn symbolically as a beam, although high-energy laser light pulses are preferably generated and directed at a first substrate layer 2 and/or a second substrate layer 4. Self-focusing 2k of the laser beam 2 is simplified by a convergent beam whose tip ends in a focal plane 3. Preferably, however, a large number of ultra-short laser pulses are directed along the path shown as laser beam 2 onto the first substrate layer 1 and/or the second substrate layer 4 and, due to non-linear effects in the materials of the first substrate layer 1 and/or the second substrate layer 4, leads to self-focusing 2k. Of particular importance is the high intensity in the focal point or focus 2f, which is created in particular by the self-focusing 2k.

Die Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Laserstrahl 2 wird auf eine Fokusebene 3 einer ersten Substratlage 1 gerichtet. Durch die Kenntnis der Materialeigenschaften des Substrats 1 in Verbindung mit den Eigenschaften des verwendeten Laserstrahls 2 kann die Fokusebene 3 bestimmt und festgelegt werden. Bevorzugt wird ein Kerr-Effekt dazu ausgenutzt einen chemischen und/oder physikalischen (Folge-)Effekt, insbesondere in der Fokusebene 3 oder deren näherer Umgebung, zu erzeugen, der im weiteren Verlauf zu einer Abtrennungsmöglichkeit einer primären Substratteillage 1o von einer zweiten Substratteillage 1u führt. Figure 1 shows a first embodiment of the present invention. The laser beam 2 is directed onto a focal plane 3 of a first substrate layer 1. The focal plane 3 can be determined and fixed by knowing the material properties of the substrate 1 in conjunction with the properties of the laser beam 2 used. A Kerr effect is preferably used to generate a chemical and/or physical (consequential) effect, in particular in the focal plane 3 or its immediate surroundings, which subsequently leads to the possibility of separating a primary substrate sub-layer 1o from a second substrate sub-layer 1u.

Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Substratverbund umfasst neben der ersten Substratlage 1 mindestens eine zweite Substratlage 4. Denkbar wäre auch die Verwendung mehrerer zweiter Substratlagen 4, die insbesondere gestapelt sind, wobei der Stapel von mehreren zweiten Substratlagen 4 an die erste Substratlage 1 angebunden ist. Die nichtlinearen optischen Effekte, die zu einer Selbstfokussierung des Laserstrahls 2 führen, beginnen bereits in der mindestens einen zweiten Substratlage 4. Die Fokusebene 3 liegt im vorliegenden Fall in der ersten Substratlage 1. Würde die Fokusebene 3 in der zweiten Substratlage 4 liegen, würde ein Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 vorliegen. Die Fokusebene 3 kann bei der Verwendung mehrerer Schichten 4 auch innerhalbe einer der mehreren zweiten Substratlagen liegen und muss nicht im Substrat 1 enden. Es ist somit bevorzugt vorgesehen, mindestens eine zweite Substratlage 4 und damit mindestens ein weiteres Material zu verwenden, um die Selbstfokussierung des Laserstrahls 2 schon vor der ersten Substratlage 1 und/oder vor der zweiten Substratlage 4 zu beginnen, die eigentlich getrennt werden soll. Figure 2 shows a second embodiment of the present invention. In addition to the first substrate layer 1, a substrate composite comprises at least one second substrate layer 4. It would also be conceivable to use several second substrate layers 4, which are in particular stacked, with the stack of several second substrate layers 4 being connected to the first substrate layer 1. The non-linear optical effects that lead to self-focusing of the laser beam 2 already begin in the at least one second substrate layer 4. In the present case, the focal plane 3 lies in the first substrate layer 1. If the focal plane 3 were to lie in the second substrate layer 4, an embodiment according to Figure 1 would be present. When using several layers 4, the focal plane 3 can also lie within one of the several second substrate layers and does not have to end in the substrate 1. It is therefore preferably provided to have at least one second substrate layer 4 and thus at least one further material in order to start the self-focusing of the laser beam 2 before the first substrate layer 1 and/or before the second substrate layer 4, which is actually to be separated.

Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Selbstfokussierung des Laserstrahls 2 ausgenutzt, um die Fokusebene 3 in eine als Bindungsschicht dienende erste Substratlage 1 zu legen, deren Aufgabe darin besteht, die zweite Substratlage 4 und die dritte Substratlage 5 miteinander zu verbinden. Dadurch kann die Erfindung insbesondere auch zum Debonden zweier Substratlagen eines Substratverbunds verwendet werden. Figure 3 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the self-focusing of the laser beam 2 is used to place the focal plane 3 in a first substrate layer 1 serving as a bonding layer, the task of which is to connect the second substrate layer 4 and the third substrate layer 5 to one another. As a result, the invention can also be used in particular for debonding two substrate layers of a substrate composite.

Die Figur 4a zeigt einen ersten Verfahrensschritt eines Verfahrens, bei dem ein, vorzugsweise ionisierter, Atom- oder Molekülstrahl 6 in eine erste Substratlage 1 geschossen wird. Vorzugsweise werden ionisierte Wasserstoffatome in die Substratlage 1 geschossen. Durch eine kinetische Energie der Atome oder Moleküle in dem Atom- oder Molekülstrahl 6 kann eine mittlere Eindringtiefe der Atome oder Moleküle in der ersten Substratlage 1 festgelegt werden. Eine Implantierungsebene 8 ist die Ebene, in der sich die Atome- oder Moleküle im statistischen Mittel anhäufen. Figure 4a shows a first step of a method in which a preferably ionized atom or molecule beam 6 is shot into a first substrate layer 1. Ionized hydrogen atoms are preferably shot into the substrate layer 1. A mean penetration depth of the atoms or molecules in the first substrate layer 1 can be determined by a kinetic energy of the atoms or molecules in the atom or molecule beam 6. An implantation plane 8 is the plane in which the atoms or molecules accumulate on average.

Die Figur 4b zeigt einen zweiten Verfahrensschritt eines Verfahrens, bei dem eine Beschichtung 7 auf die Substratoberfläche aufgebracht wird, über welche die Atome oder Moleküle des Atom- oder Molekülstrahls 6 eingebracht worden sind. Bei der Beschichtung 7 handelt es sich insbesondere um ein thermisches, vorzugsweise um ein natives, Oxid. Die Dicke der Beschichtung 7 kann durch Rückschleifen, Rückdünnen und/oder Rückätzen reduziert werden. Dieser Verfahrensschritt wird nicht zusätzlich dargestellt. Nach dem Aufbringen der Beschichtung 7 ist es optional möglich, eine Hybridbondoberfläche herzustellen. Dazu werden durch mehrere Verfahrensschritte (nicht eingezeichnet o- der beschrieben) Löcher in der Beschichtung 7 erzeugt, die vorzugsweise sogar bis in die Substratlage 1 reichen. Die Löcher werden danach durch einen Beschichtungsprozess mit einem Elektrikum, vorzugsweise Kupfer, ausgefüllt. Danach erfolgt ein Rückschleifen des überflüssigen Kupfers bis auf die Beschichtung 7. Das Metall in den Löchern dient in weiterer Folge als elektrischer Kontakt. Durch diesen Vorgang entsteht also eine Hybridoberfläche, bestehend aus elektrisch leitfähigen Kupferkontakten, die von dem dielektrischen Material der Beschichtung 7 umgeben sind. Dem Fachmann auf dem Gebiet sind solche Hybridoberflächen bekannt. Um die Übersichtlichkeit der Zeichnung zu gewährleisten wird auf die genaue Darstellung derartiger Hybridoberflächen verzichtet. Figure 4b shows a second method step of a method in which a coating 7 is applied to the substrate surface, via which the atoms or molecules of the atom or molecule beam 6 have been introduced. The coating 7 is in particular a thermal, preferably a native, oxide. The thickness of the coating 7 can be reduced by grinding back, thinning back and/or etching back. This method step is not shown additionally. After the coating 7 has been applied, it is optionally possible to produce a hybrid bond surface. To do this, holes are created in the coating 7 through several method steps (not shown or described), which preferably even extend into the substrate layer 1. The holes are then filled with an electric medium, preferably copper, through a coating process. The excess copper is then ground back down to the coating 7. The metal in the holes subsequently serves as an electrical contact. This process creates a hybrid surface consisting of electrically conductive copper contacts surrounded by the dielectric material of the coating 7. The person skilled in the art will be familiar with such Hybrid surfaces are known. To ensure the clarity of the drawing, the exact representation of such hybrid surfaces is omitted.

Die Figur 4c zeigt einen dritten Verfahrensschritt eines Verfahrens, bei dem die erste Substratlage 1 über die Beschichtung 7 mit einer zweiten, ebenfalls beschichteten, besonders bevorzugt identisch beschichteten, Substratlage 4, beispielsweise ohne Implementierungsebene 8, gebondet wird. Bei dem Bond handelt es sich bevorzugt um einen Fusions- bzw. Direktbond. Besitzen die Substratlage 1 und die Substratlage 4 beide eine Hybridbondoberfläche, so werden die Kontakte beider Hybridbondoberflächen bei diesem Verfahrensschritt möglichst exakt zueinander ausgerichtet, bevor der Bond erfolgt, existieren in der Substratlage 4 bereits funktionale Einheiten wie Mikrochips, MEMS, LEDs, Speicherbausteine etc. die über die Kontakte der Hybridbondoberfläche damit mit der ersten Substratlage 1 elektrisch leitend verbunden sind (nicht eingezeichnet). Figure 4c shows a third method step of a method in which the first substrate layer 1 is bonded via the coating 7 to a second, also coated, particularly preferably identically coated, substrate layer 4, for example without implementation level 8. The bond is preferably a fusion or direct bond. If the substrate layer 1 and the substrate layer 4 both have a hybrid bond surface, the contacts of both hybrid bond surfaces are aligned as precisely as possible with each other in this method step. Before the bond is made, functional units such as microchips, MEMS, LEDs, memory modules, etc. already exist in the substrate layer 4, which are thus electrically connected to the first substrate layer 1 via the contacts of the hybrid bond surface (not shown).

Die Figur 4d zeigt einen vierten Verfahrensschritt des Verfahrens, bei dem das Verfahren zum Auftrennen gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform angewendet wird. Die Fokusebene 3 des Laserstrahls 2 fällt ungefähr mit der Implantierungsebene 8 zusammen. Eine mittlere Differenz zwischen der Fokusebene 3 und der Implantierungsebene 8 ist dabei kleiner als 1 mm, vorzugsweise kleiner als 100 pm, bevorzugt kleiner als 1 pm, besonders bevorzugt kleiner als 100 nm, oder sogar kleiner als 10 nm. Durch den Effekt der Selbstfokussierung des Laserstrahls 2 in der Fokusebene 3, und damit in der Implantierungsebene 8, wird entlang der Implantierungsebene 8 eine sehr hohe Temperatur erzeugt, welche einen physikalischen und/oder chemischen Effekt bei den implantierten Atomen oder Molekülen zur Folge hat. Vorzugsweise handelt es sich bei dem physikalischen bzw. chemischen Effekt um eine Rekombination der in die Implantierungsebene 8 implantierten Atome- oder Moleküle. Insbesondere bei der Verwendung implantierter Wasserstoffionen erfolgt eine Rekombination der Wasserstoffatome zu Wasserstoffmolekülen. Die Wasserstoffmoleküle weisen eine höheres molares Volumen auf. Das so entstehende Wasserstoffgas dehnt sich aus und führt zu einer Schädigung entlang der Implantierungsebene 8. Dieser Effekt ist aus dem SmartCut™ Verfahren bekannt und wird durch das Auftrennen mit dem selbstfokussierenden Laserlicht nun dahingehend verbessert, dass nicht der gesamte Substratstapel in einem Ofen wärmebehandelt werden muss, sondern dass die Wärmebehandlung sehr präzise, lokal entlang der Implantierungsebene 8 erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren erweitert damit das aus dem Stand der Technik bekannte SmartCut™ Verfahren entscheidend. Es kann auch jede andere Atom- oder Molekülart, welche bei der erfindungsgemäßen Einwirkung des Laserstrahls 2 einen physikalischen und/oder chemischen Effekt zur Folge hat, welcher eine Schädigung entlang der Implantierungsebene 8 herbeiführt, verwendet werden. Figure 4d shows a fourth method step of the method in which the method for separating is used according to a further exemplary embodiment. The focal plane 3 of the laser beam 2 coincides approximately with the implantation plane 8. An average difference between the focal plane 3 and the implantation plane 8 is less than 1 mm, preferably less than 100 pm, preferably less than 1 pm, particularly preferably less than 100 nm, or even less than 10 nm. Due to the effect of the self-focusing of the laser beam 2 in the focal plane 3, and thus in the implantation plane 8, a very high temperature is generated along the implantation plane 8, which results in a physical and/or chemical effect on the implanted atoms or molecules. The physical or chemical effect is preferably a recombination of the atoms or molecules implanted in the implantation plane 8. In particular, when implanted hydrogen ions are used, the hydrogen atoms recombine to form hydrogen molecules. The hydrogen molecules have a higher molar volume. The hydrogen gas thus created expands and causes damage along the implantation plane 8. This effect is known from the SmartCut™ process and is now improved by separating with the self-focusing laser light in such a way that the entire substrate stack does not have to be heat-treated in an oven, but that the heat treatment is carried out very precisely, locally along the implantation plane 8. The process according to the invention thus significantly expands the SmartCut™ process known from the prior art. Any other atomic or Molecular type which, when exposed to the laser beam 2 according to the invention, results in a physical and/or chemical effect which causes damage along the implantation plane 8, can be used.

Die Figur 4e zeigt einen fünften Verfahrensschritt eines Verfahrens, bei dem die primäre Substratteillage 1o (siehe Figur 4d) von der ersten Substratlage 1 entfernt wurde. Zurück bleibt nur noch die sekundäre Substratteillage 1 u als sehr dünne Schicht auf einer Beschichtung 7, insbesondere einer Oxidschicht. Handelt es sich bei dem Material der sekundären Substratteillage 1u um Silizium, nennt man das so erstandene Substrat Silizium-Auf-Isolator Substrat (engl.: silicon-on-lnsulator, SOI). Hat es sich bei der Beschichtung 7 um eine Hybridbondoberfläche gehandelt, liegen die Kupferkontakte nun vorzugsweise nach oben hin frei. Werden nun in der sekundären Substratteillage 1u ebenfalls funktionale Einheiten wie Mikrochips, MEMS, LEDs, Speicherbausteine etc. erzeugt, sind diese automatisch mit den funktionalen Einheiten der Substratlage 4 verbunden (nicht eingezeichnet). Figure 4e shows a fifth step of a process in which the primary substrate sublayer 1o (see Figure 4d) has been removed from the first substrate layer 1. All that remains is the secondary substrate sublayer 1u as a very thin layer on a coating 7, in particular an oxide layer. If the material of the secondary substrate sublayer 1u is silicon, the substrate thus created is called a silicon-on-insulator substrate (SOI). If the coating 7 was a hybrid bond surface, the copper contacts are now preferably exposed at the top. If functional units such as microchips, MEMS, LEDs, memory modules, etc. are now also produced in the secondary substrate sublayer 1u, these are automatically connected to the functional units of the substrate layer 4 (not shown).

In einer alternativen Ausführungsform wird das beschriebene Verfahren ohne eine Beschichtung 7 durchgeführt, sondern die erste Substratlage 1 wird direkt mit der zweiten Substratlage 4 gebondet. Bei diesem Verfahren handelt es sich ebenfalls um einen Direktbond. Ziel dieses Verfahrens ist die direkte Verbindung zweier Materialien, beispielsweise zweier unterschiedlicher Halbleitermaterialien. In an alternative embodiment, the described method is carried out without a coating 7, but the first substrate layer 1 is bonded directly to the second substrate layer 4. This method is also a direct bond. The aim of this method is the direct connection of two materials, for example two different semiconductor materials.

Für alle hier beschriebenen Ausführungsbeispiele gilt, dass durch die Kenntnis der Materialeigenschaften der ersten Substratlage 1 in Verbindung mit den Eigenschaften des verwendeten Lasers die Fokusebene 3 bestimmt werden kann. Dabei wird bevorzugt der Kerr-Effekt dazu ausgenutzt, einen chemischen und/oder physikalischen Effekt, insbesondere in der Fokusebene 3 oder deren näherer Umgebung, zu erzeugen, der im weiteren Verlauf zu einer Abtrennungsmöglichkeit des primären Substratteillage 1o vom sekundären Substratteillage 1 u führt. For all embodiments described here, the focal plane 3 can be determined by knowing the material properties of the first substrate layer 1 in conjunction with the properties of the laser used. The Kerr effect is preferably used to generate a chemical and/or physical effect, in particular in the focal plane 3 or its immediate surroundings, which subsequently leads to the possibility of separating the primary substrate sub-layer 1o from the secondary substrate sub-layer 1u.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

1 erste Substratlage 1 first substrate layer

1o primäre Substratteillage 1o primary substrate layer

1 u sekundäre Substratteillage 2 Laserstrahl/Laserlicht1 u secondary substrate layer 2 Laser beam/laser light

2k Selbstfokussierungseffekt2k self-focusing effect

2f Fokalpunkt 2f focal point

3 Fokusebene 4 zweite Substratlage 3 Focal plane 4 Second substrate layer

5 dritte Substratlage 5 third substrate layer

6 Atom- oder Molekülstrahl6 Atomic or molecular beam

7 Beschichtung 7 Coating

8 Implantierungsebene 8 implantation level

Claims

Ansprüche Verfahren zum Auftrennen einer ersten Substratlage (1) entlang mindestens einer Trennlinie, umfassend: Claims Method for separating a first substrate layer (1) along at least one separating line, comprising: - Bereitstellen der ersten Substratlage (1), und - providing the first substrate layer (1), and - Auftrennen der ersten Substratlage (1) entlang der Trennlinie, die durch Bestrahlen der ersten Substratlage (1) mittels Laserlicht (2) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Trennlinie eine Leistung des Laserlichts (2) derart eingestellt wird, dass die Leistung des Laserlichts (2) einen Wert oberhalb eines kritischen Leistungswerts zur Ausbildung einer Selbstfokussierung des Laserlichts (2) in der ersten Substratlage (1) annimmt. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei als Laserlicht (2) Ultrakurzlaserpulse verwendet werden, bevorzugt ns-Pulse, bevorzugt ps-Pulse und besonders fs-Pulse oder sogar as-Pulse. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Laserlicht (2) mit einem räumlichen Profil, insbesondere Gauss-förmigen, Lorenz-förmigen und/oder Cauchy-förmigen Profil, verwendet wird. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Trennlinie entlang einer im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Ebene erstreckt. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Substratlage (1) während des Bestrahlens mit einer zweiten Substratlage (4) verbunden ist, wobei die zweite Substratlage (4) vorzugsweise vom Laserlicht (2) passiert wird, bevor das Laserlicht (2) nach dem Passieren der zweiten Substratlage (4) in die erste Substratlage (1) eintritt. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die erste Substratlage (1) mit einer dritten Substratlage verbunden ist, wobei die erste Substratlage (1), die zweite Substratlage (4) und die dritte Substratlage (5) entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung übereinander angeordnet sind und die erste Substratlage (1) die Bindungsschicht zwischen der zweiten Substratlage (4) und dritten Substratlage (5) ist. - Separating the first substrate layer (1) along the separating line which is produced by irradiating the first substrate layer (1) using laser light (2), characterized in that to form the separating line, a power of the laser light (2) is set such that the power of the laser light (2) assumes a value above a critical power value for forming self-focusing of the laser light (2) in the first substrate layer (1). Method according to claim 1, wherein ultrashort laser pulses are used as laser light (2), preferably ns pulses, preferably ps pulses and particularly fs pulses or even as pulses. Method according to one of the preceding claims, wherein laser light (2) with a spatial profile, in particular Gauss-shaped, Lorenz-shaped and/or Cauchy-shaped profile, is used. Method according to one of the preceding claims, wherein the separating line extends along a plane running essentially parallel to the main extension plane. Method according to one of the preceding claims, wherein the first substrate layer (1) is connected to a second substrate layer (4) during irradiation, wherein the second substrate layer (4) is preferably passed by the laser light (2) before the laser light (2) enters the first substrate layer (1) after passing the second substrate layer (4). Method according to claim 5, wherein the first substrate layer (1) is connected to a third substrate layer, wherein the first substrate layer (1), the second substrate layer (4) and the third substrate layer (5) are arranged along a plane perpendicular to the main extension plane. are arranged one above the other in the stacking direction and the first substrate layer (1) is the bonding layer between the second substrate layer (4) and the third substrate layer (5). 7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Linse und/oder ein Hohlspiegel zur Vorfokussierung verwendet wird. 7. Method according to one of the preceding claims, wherein a lens and/or a concave mirror is used for prefocusing. 8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auftrennen durch eine mechanische Krafteinwirkung, eine weitere Laserlichteinstrahlung, ein Einbringen von Ionen, Atomen und/oder Molekülen, eine chemische Einwirkung und/oder ein Einbringen von Wärme unterstützt wird. 8. Method according to one of the preceding claims, wherein the separation is assisted by a mechanical force, a further laser light irradiation, an introduction of ions, atoms and/or molecules, a chemical action and/or an introduction of heat. 9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zur Herstellung eines Substratlagenverbunds, der zumindest die erste Substratlage (1) und die zweite Substratlage (4) umfasst, verwendet wird, wobei nach dem Auftrennen eine erste Dicke (D1) der ersten Substratlage (1) kleiner ist als eine zweite Dicke (D2) der zweiten Substratlage (4). 9. Method according to one of the preceding claims, wherein the method is used for producing a substrate layer composite which comprises at least the first substrate layer (1) and the second substrate layer (4), wherein after separation a first thickness (D1) of the first substrate layer (1) is smaller than a second thickness (D2) of the second substrate layer (4). 10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Substratlage (1) einen keramischen Werkstoff, ein polymeren Werkstoff, Silizium und/oder Germanium umfasst. 10. Method according to one of the preceding claims, wherein the first substrate layer (1) comprises a ceramic material, a polymeric material, silicon and/or germanium. 11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Substratlage (1) während des Bestrahlens entlang einer durch einen Verlauf der Trennlinie vorgegebene Richtung bewegt wird. 11. Method according to one of the preceding claims, wherein the first substrate layer (1) is moved during irradiation along a direction predetermined by a course of the separating line. 12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Auftrennen allein durch die Bestrahlung mittels Laserlicht (2) bewirkt wird. 12. Method according to one of the preceding claims, wherein the separation is effected solely by irradiation by means of laser light (2). 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Laserquelle, die geeignet ist Leistungen des Laserlichts bereitzustellen, die eine Selbstfokussierung in einer ersten Substratlage (1) bewirkt. 13. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, with a laser source which is suitable for providing laser light powers which cause self-focusing in a first substrate layer (1). 14. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung ein Halteelement umfasst, das bewegbar ist, insbesondere in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene. Substrat umfassend mindestens eine primäre Substratteillage (1o) hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die primäre Substrat- teillage (1o) aus dem Auftrennen der ersten Substratlage (1) hervorgegangen ist. 14. Device according to one of the preceding claims, wherein the device comprises a holding element which is movable, in particular in a plane parallel to the main extension plane. Substrate comprising at least one primary substrate sublayer (1o) produced by a method according to one of claims 1 to 12, wherein the primary substrate sublayer (1o) results from the separation of the first substrate layer (1).
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