[发明专利]用半导体制备薄片或薄膜的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用半导体例如多晶坯或单晶棒制备薄片或薄膜的方法和装置。

背景技术

通常用线锯切割脆硬的工件(例如硅)。原则上用两种方法(见DE 19959414说明)：在磨切时要用锯悬浮液，而在切割时，切刃与锯线固定连接。其中切割过程通过锯线与工件的相对运动来完成，这点对两种方法都适用。DE 19959474是通过工件围绕其纵轴旋转来实现这种相对运动的。通常是锯线运动，并例如借助导向辊多次通过工件，这样可同时切割许多硅片。在用脆性的金刚石锯线切割时，特别适用多排线锯(DE 19959414)，因为锯线不通过导向产生机械应力。

现在多用线锯来制备光生伏打用的厚约200微米的硅片。在这种情况下，最小锯缝受到锯线直径和锯悬浮液的限制。

正如US 2004055634所述，单晶硅棒的切割可能是用于制备硅片的一种重要的选择方案。这时用离子束、电子束或激光束照射硅棒表面，以便有目的地产生晶格缺陷。这最好沿着一条由晶轴给定的直线进行，这样稍后的切割平面就相当于一个晶格平面。切割过程例如沿着已产生的晶格缺陷通过机械的切力来完成。这种切割不产生锯切损失。其他的优点还有纯粹的晶体裂开面、较快的切割过程和很平的表面。US2004055634给出每米硅棒长度可制备10000个硅片。

如果用激光束局部加热硅棒表面，则可不用真空环境。DE 3403826描述一种用激光有目的地局部加热环绕硅棒表面的刻痕的方法，硅片随着温度剧变处理即可从硅棒裂解。但由于刻痕的机械加工，硅片的厚度预期为下限。

JP 2002184724用聚焦切割激光束局部加热表面。上述后两种方法像US 2004055634一样，都需要单晶作原材料。所以裂解切割方法将来是否可实现经济地用于制备半导体薄片仍然是一个悬而未决的问题。

US 2005199592也描述了一种用激光束切割硅的切割方法，但涉及的是把硅片切割成单个芯片。为此，例如Nd:YAG(钕石榴石)激光器(1064纳米)这样聚焦，使焦点位于硅片之内。这样就会产生微裂纹，这些微裂纹通过适当的分布而变成硅片的规定分裂线。如果附加地在表面用金刚石切具机械地，或用激光器产生刻痕，则分裂线可更精确地确定。这样硅片通过机械力作用就可沿着事先确定的分裂线裂开。US2005199592以625微米厚的硅片为例描述了裂开过程。对这种硅片厚度来说，可有目的地确定分裂边，但这种方法不可任意地用于较厚的材料厚度，因为聚焦镜的工作距离和激光束的吸收限制了穿透深度。

用聚焦激光束加工材料时，工作区一般限制在聚点附近的范围。DE19518263描述了一种材料加工装置，激光束以液体喷射流引到材料表面。为此，聚焦激光束借助一个特别喷嘴接入尽可层状的液体喷射流中。这种方法也用于切割硅片。其切割宽度典型地达到50微米，这基本上是由流体喷射流决定的。但人们已观察到这种方法虽然用纳秒脉冲产生熔化区，但其重新固化后则会损害工件的机械稳定性。

当用短激光脉冲工作时，熔化区明显减少。DE 10020559称，用超短激光脉冲(飞(10^-15)秒激光脉冲)进行材料加工则具有如下优点：“用超短激光脉冲进行材料加工的独特优点特别是在材料的极精确的和热致以及机械损伤最小的切割和/或去除时尤为明显。用小于500纳米的切削宽度可达到亚微米范围的去除率。”与用纳秒脉冲加工相比，热致和机械的最小损害的加工是决定性的优点。

但只有在有限的聚焦深度以内的加工才可达到很小的切削宽度，所以在大的切割深度时切缝宽度由于激光聚焦而相应地增加。

众所周知，在充分利用上述优点的情况下，也可用飞秒激光脉冲加工硅。及其合作者在切割50微米厚的硅片时达到了10～15微米的切缝宽度。他们还证明了沿着切割线取向的线状激光分布比点状激光分布可提高切割速率。在窄的切割缝时，工作区也局限于焦点周围的空间有限的区域。所以在制备刚硬的硅片时，不可能实现窄的切缝宽度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种通过切割半导体制备半导体薄膜尤其是硅薄膜的方法以及一种实施该方法的装置。

这个目的是通过权利要求1的方法和权利要求15的装置来实现的。

像半导体材料这种脆硬的材料本身是相当刚硬和易脆的，而本发明方法则以有利的方式有目的地利用了半导体薄片越薄就变得越易弯曲的特性。

用切割工具切割半导体制备半导体薄膜尤其是硅薄膜的方法按下列工序是特别有利的，即：

a.准备好所用的半导体；

b.切割工具接触半导体；