TW202436012A - 用於生產具有層狀結構之微電子部件的方法及系統 - Google Patents

Abstract

在一種用於生產包括一載體及施覆於該載體上之至少一個微電子功能層系統之微電子部件的方法中，在一生長基板之一前側上形成一功能層系統，且將呈一層之形式之一載體配置於該功能層系統之與該生長基板相反之一側處，以形成包括該載體、該功能層系統及該生長基板之一配置。從該生長基板之背側，用雷射輻射輻照穿過該生長基板，使得在該生長基板與該功能層系統之間之一邊界區域中，該雷射輻射在局部有限區域中或廣泛地弱化或破壞該邊界區域中在該生長基板與該功能層系統之間之一連接。將該功能層系統或其部分轉移至該載體以形成該微電子部件。經由直接雷射干涉圖案化(DLIP)輻照該邊界區域，其中由一初級雷射輻射源發射之一雷射束被劃分為至少兩個部分射束，且該等部分射束經導引使得至少兩個相互同調之部分射束行進穿過該生長基板，且在該等同調雷射束之一疊加區域中形成一三維強度圖案，該三維強度圖案具有具相長干涉及相對較高雷射輻射功率密度之輻射微域以及相對於該等輻射微域具有相消干涉及低雷射輻射功率密度之區域，其中該等輻射微域之該雷射輻射在該邊界區域中產生受損微域，該等受損微域位於彼此具有橫向距離之一配置中。

Description

用於生產具有層狀結構之微電子部件的方法及系統

本發明係關於一種根據請求項1之前言之用於生產微電子部件的方法，且亦係關於一種根據請求項11之前言之適合於實施該方法的系統。本發明進一步係關於用於直接雷射干涉圖案化之一設備之用途，該設備用於在一雷射剝離程序或一LIFT程序中輻照一生長基板與一功能層系統之間之一邊界區域，以弱化或破壞該生長基板與該功能層系統之間之一連接。

在諸如光電子部件之微電子部件之生產中，一頻繁任務係在兩個經界定層之間分離由多個層組成之一層堆疊，以獲得兩個個別層堆疊。例如，現在經常藉由在用作一生長基板之一藍寶石晶圓上之磊晶生長形成氮化鎵(GaN)之p及n摻雜半導體層來生產發光二極體(LED)。此等層各自具有幾µm之一厚度；各個GaN層之總厚度可總計例如小於10 µm。在工作繼續之前，可藉由例如雷射工作對GaN層進行圖案化，以產生個別部件或為其生產做準備。例如，藉由氣相沈積將一薄的、通常為金屬之連接層施覆至GaN層堆疊。藉由此連接層，承載GaN層堆疊之生長基板係連接至呈層形式一平坦載體。稍後解除生長基板與GaN堆疊之間之區域連接。因此，GaN堆疊被轉移至載體。承載其GaN堆疊之載體用作生產微電子部件之一基礎。

包括載體及GaN層堆疊之功能層堆疊與生長基板之分開現今通常係藉由被稱為雷射剝離之程序來完成。此處，藉由雷射輻照來破壞或移除定位於生長基板與GaN層之間之邊界區域中之一緩衝層。此輻照從生長基板之背側發生且穿過該基板，其中雷射束係聚焦至緩衝層或邊界區域上。隨後，可藉由外力曝露來將生長基板與其他層分開。

此種類之一程序例如係在R. Delmdahl於Photonik 2 (2013)，第54頁至第56頁之文章「Laser-Lift-Off: Geringere Bauhöhen in der Mikroelektronik durch Substrat-Transfer」[Laser lift-off: reduced structural heights in micro-electronics by substrate transfer]中描述。根據此文章，原則上使用在均勻雷射場之幾何形狀上不同之兩種準分子雷射工作策略來達成快速的且可靠的層分離。雷射剝離係藉由曝露於適合長度之一線性射束(如一線掃描)或藉由逐步組合(putting-together)矩形雷射工作場來完成。

文獻DE 10 2017 205 635 A1描述進一步雷射剝離程序及設備。為了只要需要便在一短工作時間內經由雷射輻照相對較大分開區域，在一些實施例中，用具有一線性輪廓之一雷射束輻照，且雷射束與工件之間存在橫向於線性輪廓之長軸之一相對移動。亦提及分步重複程序。

US 10 297 503 B2描述雷射剝離程序，其中一雷射束在行進穿過一射束成形器之後，橫穿一繞射光學元件(DOE)或具有多個通路孔隙之一射束分離器遮罩，且在該程序中被分解成具有較小射束橫截面之多個部分射束，該等部分射束彼此橫向偏移，且以可被規定(mandated)之相互保持距離之一配置入射於待輻照之層上。

亦已知被稱為LIFT之程序，其中縮寫LIFT代表雷射誘發正向轉移。在此情況下，在程序開始時，在生長基板(其具有定位於其上之GaN層堆疊)與呈層形式之平坦載體之間存在一經界定之小距離。接著，使用局部雷射輻照以破壞在GaN層堆疊之經輻照片段中的生長基板與層堆疊之間之連接。此處，GaN被分解成Ga及氮氣，且所得氣體壓力引起片狀片段從生長基板脫離，且係在呈層形式之平坦載體之方向上加速。在工作步驟之後，局部雷射輻照之片段係存在於呈層形式之平坦載體上，且不再連接至生長基板。

現今，該等程序係使用具有高脈衝能量及複雜光學系統之相對昂貴的UV雷射來執行，而導致對所述部件之相對較高磨損。此外，如本發明人已觀察到，在整個工作區域內之均勻的非常高雷射注量(laser fluence)可能偶爾導致GaN層堆疊之區域中之破壞。由於此，相關微電子部件之功能可能受損，且因此LLO或LIFT操作之良率相應地降低。

在此內容背景下，由本發明解決之問題係設計一種通用種類之方法及系統，使得其等可以相對有利的成本實現，且其中將用作臨時基板之生長基板與其他層分開之分開步驟可比迄今為止更可靠地執行。

為解決此問題，本發明提供一種具有技術方案1之特徵之方法。此外，提供一種具有技術方案11之特徵之系統。此外，技術方案15提供一種用於直接雷射干涉圖案化(DLIP)一設備之用途，該設備用於在一雷射剝離程序或一LIFT程序中輻照一生長基板與一功能層系統之間之一邊界區域，以弱化或破壞生長基板與功能層系統或其部分之間之一連接。在附屬技術方案中指定有利發展。全部技術方案之措辭係以引用的方式併入於本描述之內容中。

方法用於生產微電子部件，該等微電子部件包括一載體及施覆於載體上之至少一個微電子功能層系統。在該方法中，在一生長基板之一前側上形成一功能層系統。此後，將呈層形式之一載體配置於該功能層系統之遠離該生長基板之側處。因此，形成包括該載體、該功能層系統及該生長基板之一配置。

載體可經配置以與功能層系統表面接觸，且可經連接至該功能層系統，因此形成呈一分層總成之形式之一工件，該分層總成包括呈一層堆疊之形式之載體、功能層系統及生長基板。例如，LLO程序之情況如此。該配置亦可經製成使得在功能層系統與載體之自由表面之間保持一小距離。例如，LIFT程序之情況如此。

接著，可將工件(包括載體、功能層系統及生長基板之分層總成)或配置(生長基板上之功能層系統及與其等分離之載體)固定於一工件載體上，使得生長基板之背側(其位於前側對面)係可接取以進行後續雷射工作。雷射工作涉及用雷射輻射從生長基板之背側輻照穿過生長基板，使得在生長基板與功能層系統之間之一邊界區域中，雷射輻射在局部有限區域中或廣泛地弱化或破壞邊界區域中最初仍存在於生長基板與功能層系統之間之一連接。

此可將功能層系統或其部分轉移至載體以形成微電子部件。運用LLO程序，此涉及將包括載體及附接至其之功能層系統之一功能層堆疊與生長基板分開。因此，存在整個功能層系統從生長基板至載體之一基板轉移。在LIFT程序之情況下，轉移可選擇性地發生，使得僅功能層系統之選定部分或片段在一短距離內被轉移至載體。

藉由此等程序，特定言之，可在愈來愈大且愈來愈敏感之載體上經濟地製造半導體結構。

根據本發明之一個配方，經由直接雷射干涉圖案化(DLIP)來輻照邊界區域。此處，由一初級雷射輻射源發射之一雷射束被劃分為至少兩個部分射束，且該等部分射束經導引使得至少兩個相互同調之部分射束行進穿過生長基板，且在同調雷射束之一疊加區域中形成一三維強度圖案，該三維強度圖案具有具相長干涉及相對較高雷射輻射功率密度之輻射微域以及相對於輻射微域具有相消干涉及低雷射輻射功率密度之區域。因此，輻射微域之雷射輻射在邊界區域中產生受損微域，該等受損微域位於彼此具有橫向距離之一配置中。

因此，藉由直接雷射干涉圖案化(DLIP)之一程序變體來輻照邊界區域。直接雷射干涉圖案化(DLIP)係一種基於雷射之技術，其利用高強度同調雷射束之干涉之物理原理來產生功能性週期性微結構。一對應雷射工作設施包括用於雷射圖案化之一雷射光學配置，其中由一初級雷射輻射源發射之一雷射束被劃分為至少兩個部分射束，該等部分射束經導引使得至少兩個相互干涉之部分射束撞擊於待加工之一區域上。在同調雷射束彼此疊加之區域中，產生一三維強度圖案。此處，具有相長干涉之區域形成輻射微域，此導致在邊界區域材料中形成微域，而具有相消干涉(或消光)之區域導致相鄰微域之間之未輻照或僅微弱輻照之中間區域。不同於諸如雷射寫入之其他工作程序，部分射束之射束直徑不必被聚焦，或未被聚焦至一最小射束直徑。因此，各雷射脈衝可加工一顯著更大區域。

兩個同調雷射束之疊加產生一線性圖案。較佳地，使三個或四個雷射束進行干涉，因此在經輻照區域中形成實質上點狀微域。如此，微域在三個或更多個不同橫向方向上彼此相距一定距離。

根據本發明人之經驗，在根據本發明之方法之內容背景中，市售雷射工作系統可用於直接雷射干涉圖案化。例如，可使用根據EP 3 466 598 A1之一雷射光學配置。該文獻之揭示內容係以引用的方式併入至本描述中。

亦可描述在開始時闡述之問題之一解決方案，使得針對雷射輻射之輻照，在未使用一射束分離器遮罩之情況下用一初級雷射輻射源之雷射輻射進行處理或輻照，使得在邊界區域中產生具有高雷射輻射功率密度之輻射微域，使得在邊界區域中，藉由輻射微域之雷射輻射，產生位於彼此具有相對較小平均橫向距離之一配置中之受損微域。此等距離可位於單位數或較低兩位數之微米範圍內。

在邊界區域之材料中，產生相對較小的局部有限域之一精細圖案，其中雷射輻射功率密度足以損壞或弱化邊界區域或邊界區域中之材料，使得沿著邊界區域分開或從生長基板脫離成為可能。此處之術語「微域」表達已歸因於局部增加的功率密度而被損壞及/或破壞之邊界區域的域之橫向尺寸在至少一個橫向方向上係位於單位數之微米範圍內或以下之事實。直接相鄰微域之間之平均橫向距離亦非常小，且係位於單位數或較低兩位數之微米範圍內。此處之術語「距離」表示直接相鄰微域之間之最小中心至中心距離，即，在中心至中心距離採用其最小值所沿之方向上之中心至中心距離。

在一輻射微域中，藉由射束處理，與輻射微域之周圍環境相比，雷射輻射功率密度或強度增加，使得功率密度足以起始弱化邊界區域中之材料所需之事件，且在該處產生經弱化微域。與輻射微域相比，直接相鄰輻射微域之間之區域中之功率密度低數個數量級，且因此該處之雷射輻射不會直接導致邊界區域內之弱化或破壞。然而，相鄰微域彼此非常接近，使得儘管如此，仍從由雷射輻射直接損壞之微域之區域起始，在被微域覆蓋之邊界區域之整個部分中產生一弱化，且待彼此分開之部件可被可靠地分開。

當功能層系統或其部分被轉移至載體以形成微電子部件時，待彼此分離之部件因此沿著微域之區域中的局部弱化或破壞之邊界區域被分離，藉此分離亦從微域延行穿過鄰近於未被直接弱化之微域之中間區域。

已顯現，運用非常小微域之此精細分佈，可在邊界區域中完成功能層系統之充分弱化，而不會不利地影響接界層材料以致於偶爾出現弱化域明顯變大之情況。因此，此雷射工作模式對與邊界區域接界之區域特別溫和。

一個工作步驟較佳地同時產生大量微域(例如，多於100個或多於500個或多於1000個或多於2000個)，且因此，儘管微域之尺寸及其等之間之距離較小，仍可弱化邊界區域之相對較大區域，且因此準備好在一相對較短時間內分開。

使用DLIP技術，可處理由初級雷射輻射源提供之雷射輻射，而無需使用擁有大量通路開口之一射束分離器遮罩，使得產生微域之精細分佈。此有助於可以特別高的效率利用由初級雷射輻射源提供之功率來弱化邊界區域。藉由避免使用一射束分離器遮罩，可避免習知射束分離器遮罩系統由於此種類之幾何射束劃分而產生之損耗。換言之，幾乎沒有雷射功率被無用地丟棄；代替性地，由初級雷射輻射源提供之雷射能量之一高比例可被用於在邊界區域中弱化層系統。此處之雷射輻射之能量在很大程度上被保留，僅被局部地重新分佈。因此，除真實部件之損耗(諸如界面處之反射或散射)外，不存在雷射輻射之程序相關額外減弱。

由於與由初級雷射輻射源提供之雷射功率的利用相關聯之高效率，運用該方法，無需補充具有高脈衝功率之雷射作為初級雷射輻射源。因此，在較佳實施例中，所使用之初級雷射輻射源係一適合固態雷射，其產生來自電磁光譜之紫外線區域(更特定言之，在小於400 nm之波長下)之雷射輻射(固態UV雷射)。一特別有用之波長範圍係在其中藍寶石(其作為用於生長基板之一典型材料)在很大程度上透明且GaN層材料充分吸收輻射(即，例如，在介於160 nm與400 nm之間之範圍內)之波長範圍。

可使用市售短脈衝或超短脈衝雷射，其等具有例如在從幾十fs直至幾百ns之範圍內之脈衝持續時間。所使用之初級雷射輻射源可包括例如二極體泵送IR雷射，其具有Nd:YAG、Yb:YAG、Nd:YVO4或Nd:YLF作為雷射介質，來自此等源之輻射係經由頻率轉換(例如，三倍頻)轉換為在UV範圍內之波長，因此使約350 nm之波長在區域中可用。經由四倍頻，可產生在約266 nm之較低UV波長範圍內之雷射波長。此等波長同樣適用於該方法，但由於晶體對於四倍頻之相對較低壽命及由於較大磨損而不被優先使用。因此，目前優先採用約350 nm之波長，原因包含光子能量對於此處考量之LLO及LIFT應用而言足夠大之事實。

微域之最有利尺寸及距離可隨著應用案例而變化。根據本發明人之經驗，在大多數情況下，由於微域在至少一個橫向方向上在從約0.5 µm至3 µm之範圍內之一橫向範圍，可達成非常好的結果。替代地或額外地，直接相鄰微域之間之平均橫向距離可位於從約1 µm至約15 µm之範圍內。

一般而言，產生點狀微域係有利的。此處之術語「點狀」意謂個別微域實質上具有一圓形形狀。特定言之，此意謂在不同直徑方向上之直徑變動係最大直徑之至多20%，更特定言之至多10%。

替代地，微域亦可具有不同形狀，例如橢圓形、近似方形、近似矩形或線性。因此，可透過利用例如具有與待轉移微型LED之形狀(及大小)匹配之一形狀(及大小)之微域來更有效地使微域之形狀適應應用。

偶爾，操作僅兩個經疊加部分射束，且因此雙射束干涉產生具有線性輻射微域之一干涉圖案。若建立一適合脈衝間距，則線性微域之使用在很大程度上容許對整個晶圓之均勻輻照。在寬度方向上之橫向範圍可在上文陳述之範圍內(約0.5 µm至約3 µm)；長度可顯著更大，例如數百µm或約1 mm或更大。

取決於某些邊界條件(例如，內耦合至生長基板中之低擾動)，運用DLIP程序，微域可系統地展現一週期性微柵格配置，此有利於產生在整個經輻照邊界區域上方以最大均勻性分佈之條件。

就可在邊界區域中產生之微域之空間分佈而言，該方法內存在許多可能性。實質上根據一單體柵格產生一經輻照區域之全部微域可為足夠的。只要需要，便亦可連續地產生兩個或更多個不同柵格配置之組合。在一項實施例中，在邊界層之一表面區域中，在時間上連續實行之至少兩個工作步驟中產生微域，其中在一第一工作步驟中產生第一微域之一第一微柵格配置，且在一隨後的第二工作步驟中在第一微域之間之中間區域中產生根據一第二微柵格配置分佈之第二微域。

在某些情況下，亦可在邊界區域中產生或多或少統計之微域分佈，其中其等之橫向距離及橫向大小在特定大小範圍內(更特定言之在此處已陳述之大小範圍內)統計地變化。

本專利申請案亦係關於一種用於直接雷射干涉圖案化(DLIP)之一設備之用途，該設備用於在一雷射剝離程序或一LIFT程序中輻照一生長基板與一功能層系統之間之一邊界區域，以弱化或破壞該生長基板與該功能層系統之間之一連接。

根據本發明人之發現，在雷射剝離程序或LIFT程序之內容背景中使用直接雷射干涉圖案化(DLIP)之適合變體不僅在邊界區域之目標導向弱化方面提供優點，而且可在別處幫助降低用雷射剝離程序及/或LIFT程序進行操作之生產操作之總成本。

運用在本發明之內容背景中可能之許多操作變體，可使用藉由一機械分開操作從一較大基板材料塊移除之生長基板。例如，現今通常可用一鋸從一較大藍寶石塊切割可被用作生長基板之藍寶石晶圓。因此，可獲得之表面可為相對粗糙的。在習知雷射工作程序中，此繼而可導致雷射輻射內耦合至生長基板中之問題。為避免此等問題，例如，DE 10 2017 205 635 A1提出，在用雷射束輻照之前，使對雷射輻射透明之一液體之一液體層與生長基板之(粗糙)背側接觸，且使雷射束輻照穿過液體層。以此方式，當內耦合雷射束時，即使具有粗糙背側，亦已經可達成顯著的效率改良。替代地，在準備好進行雷射工作時，背側亦可藉由研磨及/或拋光進行加工以產生一足夠平滑的內耦合表面。

事實上，本發明人之研究已顯示，若利用直接雷射干涉圖案化之適合變體來輻照邊界區域，則可在準備好進行雷射工作時放棄此昂貴的且不便的額外措施。若內耦合表面並非過於粗糙，則基本上僅微域之分佈之特性發生改變。若被用作內耦合表面之生長基板之背側經拋光或以其他方式(例如，研磨及拋光)被平滑化或具備一浸沒層，則可產生具有可容易界定之大小的微域之規則橫向分佈。若相反地，內耦合經由一未拋光內耦合表面發生，則所得微域趨於具有一統計分佈，具有一相對較寬的大小及距離分佈。

因此，用於產生微域之此方法變體似乎對由表面粗糙度誘發之問題相對不敏感。因此，根據一個發展，可使用在背側處具有具大於0.1 µm之一平均粗糙度Ra的一表面粗糙度之一生長基板，平均粗糙度較佳地係在從0.5 µm至1 µm之範圍內。因此，所使用之生長基板可為經由鋸切與一材料塊分離之一晶圓，且雷射輻射可輻照至藉由鋸切產生之背側上，而無需一中間拋光步驟，且甚至在某些應用中，無需其他習慣研磨操作。此移除一昂貴的拋光步驟，因此容許生產操作顯著更具成本效益地進行。

本發明亦係關於一種用於生產微電子部件之系統，該等微電子部件包括一載體及施覆於該載體上之至少一個微電子功能層系統。該系統可用於實行包含LLO程序及LIFT程序之程序，其中用於直接雷射干涉圖案化(DLIP)之一設備係用於在一雷射剝離程序或一LIFT程序中輻照一生長基板與一功能層系統之間之一邊界區域，以弱化或破壞該生長基板與該功能層系統之間之一連接。

下文參考例示性實施例來描述根據本發明之用於使用一雷射剝離程序及/或一LIFT程序生產微電子部件的方法及系統之各種態樣。作為方法之產品而產生之微電子部件具有一大體上相對較薄之平坦載體及施覆於載體上之至少一個微電子功能層系統。

圖1展示穿過呈具有一闡釋性層構造之一分層總成的形式之一工件100之一示意性剖面。工件100係在方法之過程中產生且經受包含雷射束工作之程序之一中間體。圖2展示旨在用於該目的之一雷射工作站200之一實例。

此處之工件100係用於生產LED之一晶圓總成，但亦可設想其他層材料及層序列以及其他晶圓材料。下文，參考用於汽車領域之功率LED之生產來描述操作，但就其可能應用而言，本發明不局限於此例示性實施例。

圖1及圖2中所展示之工件100包括呈一平坦藍寶石晶圓之形式之一生長基板110。透過磊晶生長，氮化鎵(GaN)之p摻雜及n摻雜半導體層132、134係形成於生長基板之前側112上，前側112以高精度被加工為平坦的。在生長基板之邊界區域中，形成一薄緩衝層120。緩衝層可為例如無摻雜GaN之一單獨層，或第一GaN層之一薄分割層。GaN層大體上各自具有幾µm之一厚度；具有各種GaN層之層系統之總厚度可為例如小於10 µm。

在進一步工作之前，可藉由例如雷射工作對GaN層進行圖案化，以生產個別部件或為其等之生產做準備。此等部件係由最初廣泛生長之層系統之部分或片段形成，且繼而表示具有相同層構造但具有較小橫向尺寸之層系統。

例如，藉由氣相沈積施覆至GaN層堆疊的係一連接層136，其大體上為幾微米厚。此連接層可由例如金、鉑、鉻或其他金屬組成。藉由此連接層，具有定位於其上之GaN層堆疊之生長基板係連接至呈層形式之一平坦載體140。在例示性情況下，例如，載體係由一薄玻璃盤形成，但亦可由一不同材料組成，例如一半導體材料，諸如矽。視情況運用進一步層，連接層136及接界GaN層形成一功能層系統130，功能層系統130實質上負責待生產部件之功能性，且其在成品部件中係由載體或載體140之一相關聯部分承載。具有載體140及功能層系統130之分層總成在此處被稱為功能層堆疊150。

通常用一鋸從一較大藍寶石塊(藍寶石錠)切割用作生長基板之藍寶石晶圓。鋸切產生具有高粗糙度之表面。一藍寶石生長基板之背側114可具有例如大約1 µm或稍低之一平均表面粗糙度(R _a)。

在例示性情況下，背側係藉由拋光至約0.3 nm之一R _a來平滑化，以防止在雷射輻射之內耦合期間之實質散射損耗。

圖2示意性地展示一雷射工作站200，雷射工作站200經設定用於作為用於生產微電子部件之一系統之部分進行雷射剝離(LLO)。系統包括用於容納工件100之一工件載體210。工件被容納於工件載體上，其中生長基板110之背側114朝向頂部。

雷射工作站200包括一工件移動系統280，工件移動系統280經設定以回應於來自控制單元290之移動信號而定位一工件用於在雷射工作站之一所要工作位置中工作。在圖2之組態中，工件移動系統280包括工件載體210，工件載體210可平行於系統座標系之(水平) x-y平面且亦在高度方向上(平行於z方向)非常精確地移位至一所要位置，且亦可繞一垂直旋轉軸線(PHI軸線)旋轉。在例示性情況下，為此目的提供精密可致動之電動直接驅動器。

移動系統280在第一工件載體210上方進一步包括一第二工件載體220，第二工件載體220同樣可以一受控方式水平地(平行於x-y平面)以及垂直地(平行於z方向)在任何所要方向上移位，且亦可繞一垂直軸線旋轉。兩個工件載體可彼此獨立地定位。在LLO程序中，未利用上部第二工件載體。其用於LIFT程序中，以使生長基板在下部工件載體上方保持一定距離。

雷射工作站用於將雷射輻射從生長基板110之背側114輻照穿過生長基板，使得雷射輻射被導引至生長基板110與功能層系統130之間之二維範圍之一邊界區域中(參見圖1)，且邊界區域中在生長基板110與功能層系統130之間之一連接被弱化或破壞。邊界區域可例如位於緩衝層120中或含有此層。

一特定特徵係邊界區域係藉由直接雷射干涉圖案化(DLIP)之一程序變體來輻照。直接雷射干涉圖案化(DLIP)係一種基於雷射之技術，其利用高強度同調雷射束干涉之物理原理來在表面處產生功能性週期性微結構。不同於習知應用，DLIP在此處係用於弱化配置於工件內部之與該工件之自由表面相距一定距離的一薄層(邊界區域)。

雷射工作站包括用於雷射圖案化之一雷射光學配置300。由一初級雷射輻射源310發射之一原始雷射束LSR係經由三個物理射束分離器312-1、312-2、312-3劃分為三個同調部分射束TS1、TS2、TS3。此處使用之初級雷射輻射源310係具有一固態雷射介質之一超短脈衝雷射，其在約355 nm之一波長之紫外線範圍內發射。

三個部分射束係經由一45°偏轉反射鏡314及一聚焦光學系統315導引，使得其等在一三維擴展疊加區域(干涉體積IVOL，參見圖1)中彼此干涉。聚焦光學系統315可由一個別透鏡或由包括多個透鏡之一透鏡系統形成。三個部分射束係相對於聚焦光學系統之中心或其光軸314對稱地配置於一等邊三角形之角點中。

圖1示意性地繪示具有兩個同調部分射束TS1、TS2之情形。部分射束各自在與聚焦光學系統315之光軸AX成一銳角W定向之行進方向上傳播。其等在方位角上彼此偏移120°。角度W係可無段調整的。

雷射光學配置300之構造僅應被理解為一實例。存在可被用於此處之主要目的之市售DLIP系統。文獻EP 3 466 598 B1及EP 3 735 332 B1展示原則上可使用之系統之一些實例。

干涉部分射束穿透透明生長基板110，在很大程度上不具有吸收；僅當其撞擊於緩衝層120上時，雷射輻射才被強烈吸收，且其更改該處之材料。在同調雷射束(部分射束TS1、TS2、TS3)之一疊加區域中，產生一三維強度圖案。在具有相長干涉之區域中，相對較高雷射功率密度以一局部有限方式出現。其中雷射功率密度足以弱化邊界區域之材料之小體積區域在此處被稱為輻射微域。在此等域擴展至邊界區域材料中之處，在邊界區域材料中形成微域MZ，其中邊界區域材料蒸發及/或以其他方式被破壞或弱化。微觀上較小之微域MZ位於一規則微柵格配置中彼此相距一定距離處。在具有相消干涉之區域中，未輻照或僅微弱輻照之中間區域ZB保留在相鄰微域之間。

儘管功率密度僅在輻射微域之區域(在其中其引起微域)中對邊界區域材料(在此情況下為GaN)具有一直接弱化效果，但仍達成一片狀弱化，此係因為工作點(微域)之間之中間區域ZB中之材料亦由於氮化物之分解而因氮氣壓力脫離。

為繪示經輻照邊界區域中之更改，圖3A及圖3B展示在一實驗系列中，一經輻照工件之邊界區域中的結構之顯微鏡影像。圖3A在此處基本上展示已由一單一雷射脈衝輻照之完整近似圓形區域(用虛線LP包圍)，即，原則上，片狀邊界區域與干涉體積之間之界面。在右側邊緣處清晰可見至一鄰近脈衝之一過渡區域。圖3B展示由一脈衝輻照之圓形工作區域的中心區域之一放大細節。

清楚可見在干涉體積之區域中，已根據一矩形柵格產生或多或少圓形微域MZ之一規則結構。一個脈衝已同時產生數百個微域MZ，該等微域MZ均勻地分佈於近似圓形經輻照區域中之區域上。根據相互干涉之部分射束內之強度分佈，中心區域中之微域MZ比經照明區域LP之徑向邊際處更加明顯。個別圓形微域之平均直徑DMZ係約1.9 µm，對應於約2.8 µm²至2.9 µm²之一微域面積。在各自微域之中心之間量測的一個微域與一直接相鄰微域之間之最小距離AB係約5.1 µm。微域係均勻地分佈於由一個脈衝輻照之一區域內；在與鄰近脈衝之重疊區域中，可存在相對於彼此偏移之柵格配置之疊加例項。

微域之間之距離AB (即，干涉週期)可用所選擇之配置透過工作域中干涉部分射束與光軸之間的入射角W之變動在例如介於約1 µm與約15 µm之間之範圍內調整。

總脈衝大小(其係可用一單一脈衝輻照之區域LP之大小)同樣可透過工作域中干涉部分射束之大小之變動來調整。此可例如藉由調適原始射束直徑或藉由所使用之光學系統之聚焦或成像比例之變動來達成。總脈衝大小之此變動亦產生具有相長干涉之區域內之強度(即，單光點能量)之一變化，此同樣可藉由選取雷射脈衝能量來調整。

個別微域MZ之大小(亦被稱為單光點大小)可在所選擇之配置中在從約0.5 µm至約3 µm之範圍內無段地調整。個別光點之直徑/大小取決於所使用之雷射能量且取決於工作域中干涉部分射束與光軸之間之入射角W而改變。

在一部分射束之邊緣處之雷射強度之邊緣下降(由於一高斯(Gauss)型輪廓)被視為破壞性之情況下，在某些實施例之情況下，可藉由一適合遮罩來遮蔽具有較低強度之邊緣區域。

一般而言，在過渡至下一脈衝時避免多次輻照係有利的，以防止邊界區域之弱化中難以控制的不均勻分佈。然而，脈衝之間之橫向偏移亦可視情況用一經界定重疊來調整，使得個別點被多重撞擊(被多個脈衝)，使得干涉工作之圖案在大面積內連續。由於疊加，最初以不足注量工作之工作域之邊緣處之位置可整體上以足夠注量工作。

在例示性情況下，操作一原始雷射束LSR。只要需要便可提供初級雷射束之均勻化。

在方法之內容背景中，可產生微域之不同區域圖案。例如，可以一定距離產生個別脈衝而不具有重疊，且接著在空隙中，可產生具有不同雷射功率及/或不同光點大小及/或不同光點距離之不同柵格，以例如防止在相鄰輻照域之間之過渡區域中之過大的能量輸入。

亦可在工作期間更改圖案，例如從外部至內部螺旋地。例如，可在外部區域中產生比內部區域中更窄之一柵格。具有不同單光點尺寸及距離之點柵格亦為可能的，或交替具有大及小效果之柵格。圖4展示一實例，其中在邊界層之一個區域(areal region)中，在時間上連續實行之至少兩個工作步驟中產生微域。在一第一工作步驟中，產生具有第一直徑D1及第一距離AB1之第一微域MZ1之一第一微柵格配置。接著，隨著平均雷射功率之改變，在一隨後的第二工作步驟中，在第一微域MZ1之間之中間區域中產生具有較小直徑D2之第二微域MZ2，此等域MZ2係根據具有第二距離AB2之一第二微柵格配置來分佈。

設計一進一步例示性實施例以實現溫和的連續工作，而同時實施整個區域之完整工作。

此處，DLIP程序被設計為2射束干涉程序，以產生呈線形式之微域，具有例如5 µm線距離及1 µm線寬。光學系統經定向使得線平行於Y方向延伸。針對兩個部分射束之各者使用一各自遮罩來限制經輻照區域之大小，使得在將此等遮罩成像至邊界區域上之後，此區域具有200 µm x 200 µm之一大小。因此，具有低注量之部分射束之邊緣區域可被遮蔽且無法到達邊界區域。使用具有200 m/s之一速度之一多邊形掃描儀在X方向上逐行偏轉成像。使用具有1 MHz之一雷射脈衝重複頻率之一超短脈衝雷射器來實行工作。此產生200 µm之一脈衝距離，且藉由組合200 µm大小之影像來完全加工該區域。在Y方向上，樣本係藉由一定位軸線均勻地移動，使得線改變時刻之偏移係200 µm，此意謂相鄰工作域在此處亦彼此直接鄰接。

除所述優點之外，使用用於直接雷射干涉圖案化(DLIP)之一方法及一設備來在一雷射剝離程序或LIFT程序中輻照一生長基板與一功能層系統之間之一邊界區域，以弱化或破壞生長基板與功能層系統之間之一連接亦在成品之品質及生產其所涉及之成本方面提供進一步優點。此等優點亦為此方法適用於一工件之內部中的片狀區域(換言之，不位於工件之自由表面處之區域)之圖案化之證據。

優點之原因之一係，對雷射輻射內耦合至工件材料中之品質提出之要求不必與在習知雷射工作之情況下一樣嚴格。如引言中所提及，運用一些習知方法，有必要在雷射工作之前拋光生長基板之背側(其用作雷射輻射之進入面)，以防止破壞性散射。替代地，可提供經由一浸沒技術之內耦合面之平滑化。

與此相比，當採用DLIP方法時，可在從一藍寶石塊鋸切藍寶石晶圓之後立即使用藍寶石晶圓作為生長基板，而無需事先拋光內耦合面。下文參考實驗資料來證實此。

當使用DLIP時，在Z位置在工作期間之可容許偏差之一大容限方面產生一額外優點：三個或四個個別射束係由聚焦光學系統聚焦，且被疊加於焦平面上方之一相對較大區域中。在射束重疊之此區域(亦被稱為干涉體積)中，干涉圖案經形成且在Z方向上不變，即，個別干涉點之XY位置與Z無關。工作位置係定位於焦點位置上方，且在所表示之實例中，其具有約250 µm之一直徑。Z位置之容限在此直徑之4倍之區域內。因此，在此實例中，可容忍高達約1 mm之一可能晶圓彎曲(即，晶圓之一可能變形)，而無需Z追蹤。此區域中之雷射輻射之強度變化僅為相對小的。因此，可利用DLIP程序之高景深，以在不損害最終產品之品質之情況下更具成本效益地實施操作。

運用習知雷射剝離程序，必須確保雷射輻射內耦合至生長基板中不受散射效應之過大影響，且因此內耦合面已藉由拋光或藉由使用一浸沒層來平滑化。相比之下，藉由直接雷射干涉圖案化(DLIP)之雷射剝離實質上對歸因於內耦合面之粗糙度的散射效應不太敏感。此係參考圖5進行繪示。圖5展示穿過具有約R _a= 1 µm之一平均表面粗糙度之一生長基板之一未拋光背側進行的DLIP圖案化之一顯微鏡影像。在此情況下，邊界區域中之工作域不再具有具如透過一經拋光背側內耦合時之經定義均勻性之圖案，而是實質上展現一隨機圖案化，其中已在具有特別高輻射強度之區域中形成之微域MZ展現在單位數之微米範圍內及以下之一特定大小分佈，且其中與直接相鄰微域之橫向距離亦不再均勻，而是代替性地在一特定距離範圍內統計地變化。此隨機圖案化係歸因於透過粗糙內耦合面處之輻射之散射及工作平面中之大量隨機疊加而形成光斑。亦在此處，邊界層或邊界區域在整個經輻照區域中被弱化，使得容許部件隨後沿著邊界區域彼此分開。此變體在需要廣泛雷射剝離時特別適用，例如用於將一整個層系統從一晶圓脫離。

方法及設備可用於各種應用。在一些應用中，例如在功率LED之生產中，例如用於生產汽車或卡車上之頭燈之發光二極體，層系統大體上係從藍寶石基板內聚地脫離，且隨後經單粒化以形成個別LED。特定言之，在此類情況下，可用未拋光生長基板進行操作。

亦存在其中個別功能部件已以經單粒化形式存在於生長基板上且必須個別地脫離之應用。一個此應用係用於顯示器應用之微型LED之雷射剝離。此處，LED已經單粒化且必須個別地脫離，此習知地使用例如雷射工作系統來實現，該等雷射工作系統運用準分子雷射源且利用遮罩投影程序來操作。此等程序可由經適當設計之DLIP程序及設備所取代。因此，可藉由在各情況下透過DLIP微域之一單一者或幾個DLIP微域脫離LED之區域，來將具有例如方形或矩形形狀且具有例如在從3 µm至10 µm之範圍內之邊緣長度之非常小LED個別地脫離。在該情況下，微域應儘可能相同地以均勻中心性配置於微型LED之各者上。此可透過在微柵格配置中適當地建立光斑大小及光斑之間之距離來達成。

對於技術實施方案，尤其存在以下可能性作為迄今為止描述之可能性之替代或額外方案。部分射束之集束及疊加可使用一聚焦元件來完成，例如運用一透鏡、一透鏡單元、一聚焦反射鏡或一旋轉三稜鏡。其他可能性亦可用於產生干涉圖案，例如，藉由一光柵，例如，一反射光柵。例如，可使用具有在ps或ns範圍內之脈衝持續時間之雷射。

在雷射剝離(LLO)或LIFT之內容背景中使用DLIP設備及方法帶來若干優點。例如，對於用此方法在微觀範圍內交替之工作，與均勻輻照之情況中相比，每單位輻照面積需要更少雷射功率。因此，可補充具有相對低脈衝能量但具有在MHz範圍內之高脈衝重複頻率之具成本效益的固態雷射。高雷射脈衝重複頻率在該方法之應用中實現一高處理量。此外，運用此方法，作為交替工作之結果，與邊界區域接界之層系統之部分遭受較少機械曝露，而導致製造中之一增加的良率之可能性。

該方法之另一優點係，所產生之微域之圖案係作為一干涉圖案儲存於整個雷射束直徑中，且僅運用一個雷射脈衝，便可在幾奈秒至數飛秒內在邊界區域中產生數百個至數千個微域(具有微米或奈米尺寸之弱化域)。

射束直徑不必被聚焦，而代替性地實際上可根據所需脈衝能量而加寬，以藉此產生微觀上較小之結構，即使每雷射脈衝具有一顯著更大工作面積。聚焦光學系統未用於在邊界區域中各自個別地聚焦個別部分射束，而代替性地使彼此平行入射之部分射束在目標工作區域之方向上偏轉。

與雷射寫入相比，可達成一非常高的景深，此係因為DLIP代替依賴於雷射束之精確聚焦，運用三維擴展之輻射微域產生一三維「干涉體積」，邊界區域在該等輻射微域內經均等地圖案化具有對應干涉圖案。因此，該方法對工件在z方向上之位置之變動不太敏感，且因此可利用更具成本效益的系統進行z方向定位。

100:工件 110:生長基板 112:前側 114:背側 120:緩衝層 130:功能層系統 132:p摻雜半導體層 134:n摻雜半導體層 136:連接層 140:載體 150:功能層堆疊 200:雷射工作站 210:第一工件載體 220:第二工件載體 280:工件移動系統 290:控制單元 300:雷射光學配置 310:初級雷射輻射源 312-1:物理射束分離器 312-2:物理射束分離器 312-3:物理射束分離器 314:45°偏轉反射鏡/光軸 315:聚焦光學系統 AB:距離 AB1:第一距離 AB2:第二距離 AX:光軸 D1:第一直徑 D2:直徑 DMZ:平均直徑 IVOL:干涉體積 LP:經照明區域 LSR:原始雷射束 MZ:微域 TS1:部分射束 TS2:部分射束 TS3:部分射束 W:銳角/角度/入射角 ZB:中間區域

從發明申請專利範圍及下文參考圖式說明之本發明之例示性實施例之描述，本發明之進一步優點及態樣係顯而易見的。 圖1展示在經由直接雷射干涉圖案化之雷射工作期間，穿過呈具有一闡釋性層構造之一分層總成的形式之一工件之一示意性剖面； 圖2展示一雷射工作站之實例，該雷射工作站經設定以在一雷射剝離程序之內容背景中，利用直接雷射干涉圖案化來弱化一層構造內之一層且準備好將其分開； 圖3A、圖3B展示在一經輻照工件之邊界區域中使用DLIP產生以輻照穿過一生長基板之一經拋光背側的一規則微域圖案之一概覽(3A)及一細節(3B)之顯微鏡影像； 圖4展示在兩個連續工作步驟中以一DLIP設備之不同設定產生的微域之一規則微柵格配置之一實例； 圖5展示在穿過一生長基板之一未拋光背側進行DLIP圖案化之後的微域分佈之一實例。

100:工件

114:背側

200:雷射工作站

210:第一工件載體

280:工件移動系統

290:控制單元

300:雷射光學配置

310:初級雷射輻射源

312-1:物理射束分離器

312-2:物理射束分離器

312-3:物理射束分離器

314:45°偏轉反射鏡/光軸

315:聚焦光學系統

LSR:原始雷射束

TS1:部分射束

TS2:部分射束

TS3:部分射束

Claims (16)

1. 一種用於生產微電子部件之方法，該等微電子部件包括一載體及施覆於該載體上之至少一個微電子功能層系統，該方法具有以下步驟： 在一生長基板之一前側上形成一功能層系統； 將呈一層之形式之一載體配置於該功能層系統之與該生長基板相反之一側處，以形成包括該載體、該功能層系統及該生長基板之一配置； 用雷射輻射從該生長基板之背側輻照穿過該生長基板，使得在該生長基板與該功能層系統之間之一邊界區域中，該雷射輻射在局部有限區域中或廣泛地弱化或破壞該邊界區域中在該生長基板與該功能層系統之間之一連接； 將該功能層系統或其部分轉移至該載體以形成該微電子部件， 其特徵在於 經由直接雷射干涉圖案化(DLIP)輻照該邊界區域，其中由一初級雷射輻射源發射之一雷射束被劃分為至少兩個部分射束，且該等部分射束經導引使得至少兩個相互同調之部分射束行進穿過該生長基板，且在該等同調雷射束之一疊加區域中形成一三維強度圖案，該三維強度圖案具有具相長干涉及相對較高雷射輻射功率密度之輻射微域以及相對於該等輻射微域具有相消干涉及低雷射輻射功率密度之區域，其中該等輻射微域之該雷射輻射在該邊界區域中產生受損微域，該等受損微域位於彼此具有橫向距離之一配置中。
2. 如請求項1之方法，其中該等微域在至少一個橫向方向上之一橫向範圍係在從0.5 µm至3 µm之範圍內，及/或其中該等微域之平均橫向距離係在從1 µm至15 µm之範圍內，及/或其中在一個工作步驟中同時產生多於100個，更特定言之多於1000個微域。
3. 如請求項1或2之方法，其中由該初級雷射輻射源發射之該雷射束被劃分為三個或四個部分射束。
4. 如請求項1或2之方法，其中產生實質上點狀或橢圓形或近似方形或近似矩形之微域，或其中產生線性微域。
5. 如請求項1或2之方法，其中該邊界區域中之該等微域形成一週期性微柵格配置，或係根據該等微域之大小及該等橫向距離之一隨機分佈來分佈。
6. 如請求項1或2之方法，其中在邊界層之一表面區域中，在時間上連續實行之至少兩個工作步驟中產生微域，其中在一第一工作步驟中產生第一微域之一第一柵格，且在一隨後的第二工作步驟中在第一微域之間之中間區域中產生第二微域。
7. 如請求項1或2之方法，其中在該背側處使用之一生長基板包括具有大於0.1 µm之一平均粗糙度R _a之一表面粗糙度，該平均粗糙度較佳地係在從0.5 µm至1 µm之範圍內。
8. 如請求項1或2之方法，其中，將經由鋸切從一材料塊移除之一晶圓用作生長基板，且其中用該雷射輻射輻照至該生長基板之該鋸切產生之背側上，而沒有任何中間研磨步驟及/或拋光步驟。
9. 如請求項1或2之方法，其中使用來自一固態UV雷射之脈衝雷射輻射來輻照該邊界區域。
10. 如請求項1之前序之方法，更特定言之，如前述請求項中任一項之方法，其中在未使用一射束分離器遮罩之情況下用該雷射輻射輻照，使得在該邊界區域中產生具有高雷射輻射功率密度之輻射微域，使得在該邊界區域中，藉由該等輻射微域之該雷射輻射產生受損微域，該等受損微域位於彼此具有在微米範圍內之平均橫向距離之一配置中。
11. 一種用於生產微電子部件之系統，該等微電子部件包括一載體(140)及施覆於該載體上之至少一個微電子功能層系統(130)，該系統具有： 一工件載體(210)，其用於容納包括一生長基板(110)、形成於該生長基板之一前側上之一功能層系統及配置於該功能層系統之與該生長基板相反的一側處之一載體之一配置； 一雷射工作站(200)，其用於用雷射輻射從該生長基板(110)之一背側(114)輻照穿過該生長基板，使得該雷射輻射被導引至該生長基板與該功能層系統之間之一邊界區域中，且該邊界區域中在該生長基板(110)與該功能層系統(130)之間之一連接被弱化或破壞， 其特徵在於 該雷射工作站(200)包括用於雷射圖案化之一雷射光學配置，其中由一初級雷射輻射源(310)發射之一雷射束(LSR)可被劃分為至少兩個部分射束(TS1、TS2)，且該等部分射束係可導引的，使得至少兩個相互同調之部分射束(TS1、TS2)行進穿過該生長基板(110)，且在該等同調部分射束之一疊加區域中產生一三維強度圖案，該三維強度圖案具有具相長干涉及相對較高雷射輻射功率密度之輻射微域以及相對於該等輻射微域具有相消干涉及低雷射輻射功率密度之區域，其中在該邊界區域中，藉由該等輻射微域之該雷射輻射，可產生位於彼此具有橫向距離(AB)之一配置中之受損微域。
12. 如請求項11之系統，其中該雷射工作站(200)經組態以在未使用一射束分離器遮罩之情況下用該雷射輻射輻照，使得在該邊界區域中形成具有高雷射輻射功率密度之輻射微域，使得在該邊界區域中，藉由該等輻射微域之該雷射輻射，可產生位於彼此具有在微米範圍內之平均橫向距離(AB)的一配置中之受損微域(MZ)。
13. 如請求項11或12之系統，其中該雷射工作站(200)包括一工件移動系統(280)，該工件移動系統(280)經設定以回應於來自控制單元(290)之移動信號而定位一工件用於在該雷射工作站之一所要工作位置中工作，其中該工件移動系統(280)包括一第一工件載體(210)，該第一工件載體(210)可平行於一系統座標系之一水平面且亦在高度方向上移位至一所要位置，且亦可繞一垂直旋轉軸線旋轉，其中較佳地，該移動系統(280)在該第一工件載體(210)上方額外地包括一第二工件載體(220)，該第二工件載體(220)獨立於該第一工件載體(210)水平地及垂直地在任何方向上具有受控移位性，且亦可繞一垂直軸線旋轉。
14. 如請求項11或12之系統，其中該系統經組態用於實施如請求項1至10中任一項之方法。
15. 一種用於直接雷射干涉圖案化(DLIP)之一設備之用途，該設備用於在一雷射剝離程序或一LIFT程序中輻照一生長基板與一功能層系統之間之一邊界區域，以弱化或破壞該生長基板與該功能層系統之間之一連接。
16. 如請求項15之用途，其中由一初級雷射輻射源發射之一雷射束被劃分為至少兩個部分射束，較佳地三個或四個部分射束，且該等部分射束經導引使得至少兩個相互同調之部分射束行進穿過該生長基板，且在該等同調雷射束之一疊加區域中形成一三維強度圖案，該三維強度圖案具有具相長干涉及相對較高雷射輻射功率密度之輻射微域以及相對於該等輻射微域具有相消干涉及低雷射輻射功率密度之區域，其中該等輻射微域之雷射輻射在該邊界區域中產生受損微域，該等受損微域位於彼此具有橫向距離之一配置中。