DE102016103749A1

DE102016103749A1 - Workpiece blank and method for marking the blank

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Publication number: DE102016103749A1
Application number: DE102016103749.4A
Authority: DE
Inventors: Matthias Honal
Original assignee: SnapTrack Inc
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2017-09-07
Also published as: WO2017149495A1

Abstract

Zur eindeutigen und dauerhaften Identifizierung eines Werkstückrohlings während eines mehrstufigen Bearbeitungsoder Herstellungsprozesses wird vorgeschlagen, eine einen Code umfassende Markierung in Form metallischer Dots aufzuschweißen. Das Aufschweißen kann mit einem Laser erfolgen und ist insbesondere für transparente Werkstückrohlings geeignet.For unambiguous and permanent identification of a workpiece blank during a multi-stage machining or manufacturing process, it is proposed to weld a marking comprising a code in the form of metallic dots. The welding can be done with a laser and is particularly suitable for transparent workpiece blanks.

Description

Während der Herstellung von Halbleiterbauelementen durchlaufen Wafer eine Vielzahl von unterschiedlichen Prozessschritten, bei denen sie in unterschiedlichen Vorrichtungen unterschiedlichen Verfahrensbedingungen und Medien ausgesetzt sind. Um während des gesamten Prozessablaufs einen Wafer eindeutig identifizieren zu können, ist es nötig, diesen entsprechend zu markieren. Die Markierung muss dabei alle Prozessschritte durchlaufen können, ohne dass dadurch die Erkenn- oder Lesbarkeit der Markierung und damit die Identifizierbarkeit des Wafers darunter leidet. During the fabrication of semiconductor devices, wafers undergo a variety of different process steps, exposing them to different process conditions and media in different devices. In order to clearly identify a wafer during the entire process, it is necessary to mark it accordingly. The marking has to be able to go through all the process steps without this affecting the readability or readability of the mark and thus the identifiability of the wafer.

Für Halbleiterbauelemente ist es bekannt, die Wafer durch direktes Laserschreiben zu markieren. Dazu werden die Wafer beispielsweise mit einem Zwölf-mal-zwölf-Punktraster versehen, wobei durch unterschiedliche Belegungen der Rasterpunkte ein Code erzeugt wird. Für eine bestimmte Markierung wird also an gewünschten Rasterpunkten mit dem Laser ein Punkt gesetzt. Dieses so genannte DMC (Data Matrix Coding) gelingt insbesondere bei Halbleitermaterialien, die gängige Laser-Wellenlängen ausreichend gut absorbieren und so mit einem Laser oberflächlich aufgeschmolzen werden können. For semiconductor devices, it is known to mark the wafers by direct laser writing. For this purpose, the wafers are provided, for example, with a twelve-by-twelve-dot matrix, wherein a code is generated by different assignments of the halftone dots. For a certain mark, a dot is thus set at desired grid points with the laser. This so-called DMC (Data Matrix Coding) succeeds especially in semiconductor materials that absorb common laser wavelengths sufficiently well and can be melted on the surface with a laser.

Ein Problem besteht jedoch bei Werkstücken, die für die Wellenlängen herkömmlicher Laser transparent sind. Dies sind insbesondere diverse transparente Kristalle wie beispielsweise die piezoelektrischen Materialien Lithiumtantalat, Lithiumniobat oder Quarz sowie insbesondere die meisten Gläser. Werkstücke aus solchen Werkstoffen können nicht direkt mit dem Laser beschrieben werden. Hilfsweise kann zum Erzeugen einer Markierung eine auf den Wafer aufgebrachte Hilfsschicht mit dem Laser beschrieben werden, sofern diese die Laser-Wellenlänge zu absorbieren vermag. Dies erfordert jedoch die Erzeugung einer zusätzlichen Schicht, was den Aufwand entsprechend erhöht. Möglich ist es auch, eine im normalen Prozessablauf aufzubringende, für Laserstrahlung nichttransparente Schicht mit einem Laser zu beschreiben und darauf oder darin eine Markierung aufzubringen. Nachteilig ist jedoch, dass das Werkstück bis zum Aufbringen dieser beschreibbaren Schicht, beispielsweise einer Metallschicht, unmarkiert bleibt. Dies ist besonders nachteilig, wenn die Schicht erst auf einer relativ späten Verfahrensstufe aufgebracht wird. Eine eindeutige Identifizierung, mit der die Bearbeitungsschritte und gegebenenfalls Messergebnisse dokumentiert werden können, ist daher nicht möglich.However, a problem exists with workpieces that are transparent to the wavelengths of conventional lasers. These are in particular various transparent crystals such as the piezoelectric materials lithium tantalate, lithium niobate or quartz and in particular most glasses. Workpieces made of such materials can not be described directly with the laser. In the alternative, for generating a marking, an auxiliary layer applied to the wafer can be described with the laser, insofar as it is capable of absorbing the laser wavelength. However, this requires the generation of an additional layer, which increases the effort accordingly. It is also possible to describe a non-transparent laser radiation layer to be applied in the normal process sequence and to apply a marking to it or in it. The disadvantage, however, is that the workpiece remains unmarked until the application of this recordable layer, for example a metal layer. This is particularly disadvantageous if the layer is applied only on a relatively late stage of the process. A clear identification with which the processing steps and, if necessary, measurement results can be documented is therefore not possible.

Eine alternative Lösung zur Markierung von Werkstücken während eines mehrstufigen Prozesses ist beispielsweise das Aufdrucken von Markierungen. Hier stellt sich jedoch das Problem, dass aufgedruckte Markierungen gegenüber vielen Bearbeitungsschritten oft nicht standhält und so während des Prozessablaufs zerstört oder unlesbar wird.An alternative solution for marking workpieces during a multi-stage process is, for example, the printing of markings. However, this poses the problem that printed markings often can not withstand many processing steps and thus become destroyed or unreadable during the course of the process.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Markierung für Werkstückrohlinge anzugeben, die auch bei für Laserstrahlung transparenten Materialien eingesetzt werden kann und die zur Herstellung einer gegenüber vielen Prozessschritten stabilen Markierung des Werkstücks bzw. des Werkstückrohlings führt.The object of the present invention is therefore to provide a marking for workpiece blanks which can also be used in materials which are transparent to laser radiation and which leads to the production of a marking of the workpiece or workpiece blank which is stable compared to many process steps.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Werkstückrohling nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Markierung eines Werkstückrohlings gehen aus weiteren Ansprüchen hervor. This object is achieved by a workpiece blank according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention and a method for marking a workpiece blank are evident from further claims.

Werkstückrohlinge, die in einem umfangreichen Bearbeitungsoder Weiterverarbeitungsprozess eingesetzt werden, weisen üblicherweise einen aktiven und einen passiven Oberflächenbereich auf. Der passive Oberflächenbereich ist ein Bereich, der nicht zu den später genutzten Werkstückeigenschaften beiträgt und quasi ungenutzt ist. Erfindungsgemäß ist ein Werkstückrohling nun im passiven Oberflächenbereich mit einem gegenüber den Bedingungen im Bearbeitungsprozess stabilen Code zur eindeutigen und dauerhaften Identifizierung des Werkstückrohlings versehen. Ein gegenüber den meisten Verfahrensschritten stabiler Code umfasst ein auf den Rohling aufgeschweißtes Metall. Ein so erzeugter Code kann dann beispielsweise ein Array aus metallischen Punkten/Dots umfassen, die auf einen passiven Oberflächenbereich des Rohlings aufgeschweißt sind. Durch das Aufschweißen ist eine innige und ausreichend feste Haftung des Codes auf dem Rohling gewährleistet.Workpiece blanks used in a large-scale machining or finishing process typically have an active and a passive surface area. The passive surface area is an area that does not contribute to the later used workpiece properties and is virtually unused. According to the invention, a workpiece blank is now provided in the passive surface area with a code that is stable with respect to the conditions in the machining process for the unique and permanent identification of the workpiece blank. A code that is stable to most of the process steps comprises a metal welded onto the blank. A code thus generated may then comprise, for example, an array of metallic dots / dots welded to a passive surface area of the blank. By welding, an intimate and sufficiently strong adhesion of the code is ensured on the blank.

Das Metall kann aus einem beliebigen Metall, z.B. aus Aluminium ausgewählt sein, sofern es die Bedingungen der nachfolgenden Schritte im Prozessablauf übersteht. Vorzugsweise umfasst der Code jedoch eine dünne Schicht eines edlen Metalls, wie beispielsweise Gold, Silber, Platin oder dergleichen. Auch , Kupfer, Nickel, Chrom und Tantal sind beispielsweise geeignet. Das Aufschweißen des Metalls in Form eines Codes bzw. der den Code bildenden Dots gelingt in einfacher Weise insbesondere durch punktförmiges Erhitzen, vorzugsweise mit einem Laser. Die aufzuschweißenden Metalle absorbieren die bei Laser üblichen Wellenlängen auch dann, wenn das darunterliegende Material des Werkstückrohlings für die jeweilige Strahlung transparent ist.The metal may be made of any metal, e.g. be selected from aluminum, provided that it survives the conditions of the subsequent steps in the process flow. Preferably, however, the code includes a thin layer of a noble metal, such as gold, silver, platinum, or the like. Also, copper, nickel, chromium and tantalum are suitable, for example. The welding of the metal in the form of a code or the code forming dots succeeds in a simple manner, in particular by punctiform heating, preferably with a laser. The metals to be welded absorb the wavelengths customary with lasers, even if the underlying material of the workpiece blank is transparent to the respective radiation.

In einer Ausführungsform ist der Code als QR-Code ausgebildet und umfasst eine Matrix aus punktförmigen Dots, die jeweils wieder ein aufgeschweißtes Metall umfassen. Derartige Dots können beliebig geformt sein und beispielsweise eben auch punktförmig. QR-Codes können einfach ausgelesen werden und erlauben eine eindeutige Identifizierung. Bereits mit einem Raster von zwölf mal zwölf Dots können so mit Fehlerkorrektur nach ECC 200 10-stellige Codierungen geschrieben werden, sodass auch sehr große Anzahlen an Werkstoffrohlingen mit einem eindeutig identifizierbaren Code versehen werden können.In one embodiment, the code is embodied as a QR code and comprises a matrix of punctiform dots, each of which again comprises a welded-on metal. Such dots can be arbitrarily shaped and, for example, just as well point-shaped. QR codes can be easily read out and allow a clear identification. Already with a grid of twelve times twelve dots, 10-digit codes can be written with ECC 200 error correction, so that even very large numbers of material blanks can be provided with a clearly identifiable code.

Möglich ist es jedoch auch, einen anderweitig ausgebildeten Code in Form eines aufgeschweißten Metalls auf der Oberfläche des Rohlings zu erzeugen. Ein QR-Code oder eine andere zweidimensionale Dot-Matrix erweist sich jedoch bezüglich Flächenbedarf und Lesbarkeit als beste Ausführung.However, it is also possible to generate an otherwise formed code in the form of a welded metal on the surface of the blank. However, a QR code or other two-dimensional dot matrix proves to be the best in terms of footprint and readability.

In einer Ausführungsform ist das Werkstück als Wafer ausgebildet. Er weist zumindest eine Oberschicht auf, die aus einem für Laser im Wesentlichen transparenten Material besteht.In one embodiment, the workpiece is formed as a wafer. It has at least one upper layer, which consists of a material substantially transparent to laser.

Beispielsweise umfasst der Wafer zumindest eine piezoelektrische Schicht oder besteht ganz aus einem piezoelektrischem Material. Der aktive Oberflächenbereich des Werkstücks kann in einer Ausführung mit akustischen Wellen arbeitende Bauelementstrukturen aufweisen oder vielmehr für solche vorgesehen sein. In dem Wafer können dann mehrere mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente erzeugt und schließlich vereinzelt werden. By way of example, the wafer comprises at least one piezoelectric layer or consists entirely of a piezoelectric material. The active surface area of the workpiece may, in one embodiment, have component structures that operate with acoustic waves, or rather be provided for such. In the wafer then several working with acoustic waves components can be generated and finally separated.

In einer Ausführungsform ist der Rohling als Deckelwafer für ein Wafer Level Packaging ausgebildet. Ein solcher Deckelwafer wird als Abdeckung über einem Wafer mit Bauelementstrukturen aufgebracht und mit diesen verbunden, wobei mit Hilfe von Abstandselementen ein direkter Kontakt von Bauelementstrukturen und Deckelwafer vermieden werden kann. Der Deckelwafer kann zur direkten Identifizierung mit dem Code versehen werden. Möglich ist es jedoch auch, den Code auf dem Deckelwafer zur Identifizierung des mit dem Deckelwafer verbundenen Bauelement-Wafers zu verwenden. Ein Code auf dem Deckelwafer hat weiterhin den Vorteil, dass er zusätzlich zu einem Code auf dem Bauelement-Wafer fungieren kann, sodass der Verbund aus Bauelement-Wafer und Deckelwafer von zwei unterschiedlichen Seiten her identifizierbar ist.In one embodiment, the blank is designed as a lid wafer for wafer level packaging. Such a lid wafer is applied as a cover over a wafer with component structures and connected to them, wherein with the aid of spacer elements, direct contact of component structures and lid wafers can be avoided. The lid wafer can be provided with the code for direct identification. However, it is also possible to use the code on the lid wafer to identify the device wafer connected to the lid wafer. A code on the lid wafer also has the advantage that it can act in addition to a code on the device wafer, so that the composite of device wafer and lid wafer can be identified from two different sides.

Mit Hilfe des Codes auf dem Werkstück, welcher spezifisch für das Werkstück ist, gelingt es, das Werkstück über eine Serie von Bearbeitungsschritten eindeutig zu identifizieren. Mit dem Code können dem Werkstückrohling und insbesondere dem Wafer während des Bearbeitungsverfahrens beliebige Datensätze zugeordnet werden, die beispielsweise die Historie des bisher durchgeführten Verfahrens bzw. der bisher durchgeführten Prozesse wiedergeben. Dieser Datensatz kann auch spezifische Messdaten des Rohlings umfassen oder Informationen über bestimmte Verfahrensbedingungen während der bereits durchlaufenen Verfahrensschritte. Weiterhin können dem Code Messdaten von auf dem Rohling erzeugten Schichten, Strukturen oder Bauelementen zugeordnet sein. Diese Daten sind in einen extern Speicher geschrieben und von dort mit dem Code abrufbar.Using the code on the workpiece, which is specific to the workpiece, it is possible to uniquely identify the workpiece through a series of processing steps. With the code, any data records can be assigned to the workpiece blank and in particular the wafer during the machining process, which records, for example, the history of the method previously carried out or the processes carried out so far. This data set can also include specific measurement data of the blank or information about certain process conditions during the process steps already performed. Furthermore, the code can be associated with measurement data of layers, structures or components generated on the blank. These data are written to an external memory and can be retrieved from there with the code.

Zur Herstellung des gewünschten Codes auf einem Werkstückrohling wird mit einem Laserspot entlang eines Musters über eine Oberfläche eines Werkstückrohlings gescannt. Der Laser kann dabei kontinuierlich oder gepulst arbeiten. To produce the desired code on a workpiece blank, a laser spot is scanned along a pattern over a surface of a workpiece blank. The laser can work continuously or pulsed.

In den Laserspot auf der Oberfläche des Rohlings wird nun ein Markierungsmetall eingebracht und in Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Im Laserspot wird die Laserenergie vom Markierungsmetall absorbiert. Dabei schmilzt dieses im Bereich des Spots auf und verbindet sich innig mit der Oberfläche des Rohlings. Durch Wiederholung des Vorgangs an mehreren anderen Stellen, also durch scannende Bestrahlung entsteht ein Muster, eben der Code. Der Code kann auch eine kontinuierliche und daher lineare Markierung umfassen. Schneller und mit weniger Metall- und Flächenbedarf kann jedoch ein Dotraster erzeugt werden.In the laser spot on the surface of the blank, a marking metal is now introduced and brought into contact with the surface. In the laser spot, the laser energy is absorbed by the marking metal. This melts in the area of the spot and connects intimately with the surface of the blank. By repeating the process in several other places, ie by scanning radiation creates a pattern, just the code. The code may also comprise a continuous and therefore linear marking. However, a dot grid can be produced faster and with less metal and area requirements.

Das Markierungsmetall kann auf der Oberfläche des Rohlings in Form von Metallpartikeln in den Bereich des Laserspots eingebracht werden, beispielsweise mittels einer Pulverzuführung. Vorzugsweise ist die Partikelgröße dieser Metallpartikel klein gegenüber dem Durchmesser des Laserspots, wobei klein zumindest eine halbe oder eine ganze Größenordnung bedeutet.The marking metal can be introduced on the surface of the blank in the form of metal particles in the region of the laser spot, for example by means of a powder feed. Preferably, the particle size of these metal particles is small compared to the diameter of the laser spot, where small means at least a half or an entire order of magnitude.

Die Metallpartikel des Markierungsmetalls können beispielsweise mittels einer Düse in den Laserspot auf die Oberfläche des Rohlings eingeblasen werden. Überschüssige Metallpartikel, die nicht vom Laser erfasst und auf die Oberfläche aufgeschmolzen werden, können kontinuierlich abgesaugt oder weggeblasen und so von der Oberfläche des Rohlings entfernt werden.The metal particles of the marking metal can be blown onto the surface of the blank, for example, by means of a nozzle in the laser spot. Excess metal particles that are not captured by the laser and melted onto the surface can be continuously sucked off or blown away to remove them from the surface of the blank.

In einer Ausführung werden Metallpartikel mit einem Partikeldurchmesser von unter 10 µm verwendet. Mit solchen Partikeln können Dots von beispielsweise 20 µm und mehr Durchmesser erzeugt werden.In one embodiment, metal particles with a particle diameter of less than 10 microns are used. Dots of, for example, 20 μm and more diameter can be produced with such particles.

In einem alternativen Verfahren zur Herstellung des Codes wird eine das Markierungsmetall umfassende Metallfolie im Bereich des Laserspots auf der Oberfläche des Rohlings angeordnet. Die Metallfolie steht mit der Oberfläche des Rohlings in Kontakt, sodass die im Bereich des Laserspots aufgeschmolzene Metallfolie direkt auf die Oberfläche des Rohlings aufschmilzt. Der nicht aufgeschmolzene Teil der Metallfolie bleibt einstückig und kann anschließend abgehoben oder mit einem einfachen mechanischen Verfahren, beispielsweise mittels Bürsten, Folienabziehen oder Hochdruckreinigung entfernt werden.In an alternative method for producing the code, a metal foil comprising the marking metal is arranged on the surface of the blank in the region of the laser spot. The metal foil is in contact with the surface of the blank so that the metal foil melted in the area of the laser spot melts directly onto the surface of the blank. The unfused part of the metal foil remains integral and can subsequently be lifted off or removed by a simple mechanical method, for example by brushing, foil removal or high-pressure cleaning.

In einem weiteren alternativen Verfahren zur Herstellung des Codes wird eine das Markierungsmetall umfassende Metallpaste, ein Lack mit Metallpartikeln oder eine metallorganische Tinte im Bereich des Laserspots auf der Oberfläche des Rohlings aufgebracht. Dies kann durch Druckverfahren (Walzen, Stempeln, Siebdruck und dergleichen) insbesondere lokal realisiert werden. Möglich ist auch, durch Tauchen, Spritzen, Aufschleudern oder ähnliche Verfahren die gesamte Oberfläche des Rohlings zu beschichten. In a further alternative method for producing the code, a metal paste comprising the marking metal, a paint with metal particles or an organometallic ink is applied in the region of the laser spot on the surface of the blank. This can be realized in particular locally by printing processes (rolling, stamping, screen printing and the like). It is also possible to coat the entire surface of the blank by dipping, spraying, spin-coating or similar methods.

Metallpartikel des Markierungsmetall enthaltende Paste, Lack oder Tinte können in einem Temperschritt vorgetrocknet werden, bzw. in der metallorganischen Tinte können mit einem Temperschritt erst Metallpartikel erzeugt werden, sodass im Bereich Markierung Partikel des Markierungsmetalls direkt auf der Oberfläche des Rohlings vorliegen. Im Laserspot wird die Laserenergie vom Markierungsmetall absorbiert. Dabei schmilzt dieses im Bereich des Spots auf und verbindet sich innig mit der Oberfläche des Rohlings. Verbliebene organische Komponenten der Paste, des Lacks oder der metallorganischen Tinte werden im Laserspot zersetzt.Metal particles of the marking metal-containing paste, paint or ink can be predried in an annealing step, or metal particles can be produced in the organometallic ink with an annealing step so that particles of the marking metal are present directly on the surface of the blank in the marking area. In the laser spot, the laser energy is absorbed by the marking metal. This melts in the area of the spot and connects intimately with the surface of the blank. Remaining organic components of the paste, the paint or the organometallic ink are decomposed in the laser spot.

Überschüssige Metallpartikel, bzw. Paste, Lack oder Tinte, die nicht vom Laser erfasst und dabei auf die Oberfläche aufgeschmolzen wurden, können z.B. mit organischen Lösungsmitteln entfernt werden.Excess metal particles, or paste, lacquer or ink, which were not detected by the laser and thereby melted onto the surface, can e.g. be removed with organic solvents.

Das Verfahren zum Markieren bzw. zum Aufbringen des Codes auf den Rohling wird vorzugsweise vor Beginn des allerersten Bearbeitungsschritts durchgeführt. Vorteilhafter wird die Markierung bzw. der Code vor dem Vermessen des Rohlings erzeugt. Auf diese Weise ist es möglich, bereits die Ergebnisse der Vermessung des Rohlings dem Code zuzuordnen, dass auch hier bereits eine eindeutige Identifizierung gelingt, über die Aussagen über Form und Eigenschaften des Rohlings erhalten werden können.The method for marking or applying the code to the blank is preferably carried out before the start of the very first processing step. Advantageously, the marking or the code is generated before measuring the blank. In this way, it is possible to assign the results of the measurement of the blank to the code that even here a clear identification succeeds, can be obtained via the statements about the shape and properties of the blank.

Mit dem metallurgischen Pulveraufschweißen bzw. dem Transferprozess über die Metallfolie können beispielsweise feine Codes aus aufgeschweißten punktförmigen Metallisierungen auf der Oberfläche beliebiger Werkstücke erzeugt werden. Die geometrische Größe des Codes, insbesondere des QR-Codes oder eines sonstigen Punktrasters, ist überwiegend abhängig von der Auslese-Optik. Begrenzend kann zusätzlich der zur Verfügung stehende passive Oberflächenbereich sein, der je nach Bauelement bzw. Rohling nur begrenzte Abmessungen hat. Ein vorteilhafter Code umfasst aufgeschweißte Punkte aus Gold, welches den Vorteil hat, dass es sich auch im Pulververfahren gut aufbringen lässt, ohne dass aufgrund kleiner Partikelgrößen und hoher Oberflächenenergie mit übermäßiger Oberflächenoxidation oder gar einem spontanen Verbrennungsprozess gerechnet werden muss. Gold hat den weiteren Vorteil, dass es zumindest chemisch fast vollständig inert ist. Eine solche Markierung kann daher auch aggressive Bearbeitungsschritte bzw. Bearbeitungen mit aggressiven Medien unbeschadet überstehen.With the metallurgical powder welding or the transfer process via the metal foil, for example, fine codes can be produced from welded point-shaped metallizations on the surface of any workpieces. The geometric size of the code, in particular of the QR code or another dot matrix, is predominantly dependent on the readout optics. Limiting may additionally be the available passive surface area, which has only limited dimensions depending on the component or blank. An advantageous code comprises gold-plated spots, which has the advantage that it can also be applied well in the powder process, without having to expect excessive surface oxidation or even a spontaneous combustion process due to small particle sizes and high surface energy. Gold has the further advantage that it is almost completely inert at least chemically. Such a marking can therefore survive unscathed even aggressive processing steps or processing with aggressive media.

Eine vorteilhafte Anwendung findet das Verfahren bei Werkstückrohlingen und insbesondere bei Wafern, die für eine normale Lasermarkierung nicht geeignet sind, da ihr Material die Laserstrahlung nur schlecht oder gar nicht absorbiert. Die Werkstückrohlinge können Wafer mit piezoelektrischen Materialien sein, wie sie zur Herstellung mikroakustischer Bauelemente eingesetzt werden. Das Verfahren kann jedoch auch bei Mikrooptiken durchgeführt werden, bei denen auf einem Glaswafer eine Vielzahl mikro-miniaturisierter Linsen erzeugt werden, die aufgrund des transparenten Wafers ebenfalls nicht direkt mit Laser beschriftbar sind. Auch andere Anwendungen an Rohlingen aus entsprechend transparenten und daher nicht direkt beschreibbaren Materialien sind möglich.An advantageous application is the process for workpiece blanks and in particular for wafers that are not suitable for normal laser marking, since their material absorbs the laser radiation poorly or not at all. The workpiece blanks may be wafers with piezoelectric materials as used to make microacoustic devices. However, the method can also be carried out in micro-optics, in which a plurality of micro-miniaturized lenses are produced on a glass wafer, which are also not directly laser-labeled due to the transparent wafer. Other applications of blanks from corresponding transparent and therefore not directly writable materials are possible.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu ausgeführt, sodass den Figuren weder absolute noch relative Maßangaben zu entnehmen sind.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and the associated figures. The figures are only schematic and not true to scale, so that the figures neither absolute nor relative dimensions are shown.

1 zeigt einen als Wafer ausgebildeten Werkstückrohling mit Code, 1 shows a formed as a wafer workpiece blank with code,

2 zeigt einen beispielhaften Code, wie er auf einem Werkstückrohling aufgebracht sein kann, 2 shows an exemplary code, as it may be applied to a workpiece blank,

3 zeigt ein erstes Verfahren zum Erzeugen eines Dots für einen Code auf einem Werkstückrohling, 3 shows a first method for generating a dot for a code on a workpiece blank,

4 zeigt ein Werkstück mit einem darauf aufgeschmolzenen Dot für einen Code im schematischen Querschnitt, 4 shows a workpiece with a dot melted thereon for a code in schematic cross-section,

5 zeigt im schematischen Querschnitt ein weiteres Verfahren zum Erzeugen eines Codes durch Übertragen eines Dots von einer Metallfolie, 5 shows in schematic cross-section another method for generating a code by transferring a dot from a metal foil,

6 zeigt den übertragenen Dot auf dem Werkstückrohling im schematischen Querschnitt, 6 shows the transferred dot on the workpiece blank in schematic cross-section,

7 zeigt im schematischen Querschnitt einen Werkstückrohling, bei dem zum Erzeugen eines Codes ein Dot aus einer aufgebrachten Paste übertragen wird, 7 shows a schematic cross-section of a workpiece blank in which a dot is generated from an applied paste to generate a code,

8 zeigt den übertragenen Dot auf dem Werkstückrohling im schematischen Querschnitt. 8th shows the transmitted dot on the workpiece blank in schematic cross-section.

1 zeigt in schematischer Draufsicht einen Wafer, beispielsweise aus einem piezoelektrischen Material, der einen erfindungsgemäßen Werkstückrohling darstellt. Auf dem Werkstückrohling WR ist eine Vielzahl virtueller Bauelementbereiche BB dargestellt, die durch ebenfalls noch virtuelle Trennlinien voneinander getrennt sind. In jedem Bauelementbereich BB werde im späteren Bearbeitungs- bzw. Herstellungsverfahrens Bauelementstrukturen für jeweils ein Bauelement erzeugt. Diese Bauelementbereiche BB stellen aktive Oberflächenbereiche dar, während nicht von Bauelementbereichen BB bedeckte Oberflächenbereiche passive Oberflächenbereiche des Werkstückrohlings WR sind. 1 shows a schematic plan view of a wafer, for example of a piezoelectric material, which represents a workpiece blank according to the invention. On the workpiece blank WR a plurality of virtual component areas BB is shown, which are also separated by virtual separation lines. In each component area BB, component structures for one component will be produced in the later processing or manufacturing process. These device regions BB represent active surface regions, while surface regions not covered by device regions BB are passive surface regions of the workpiece blank WR.

In einem passiven Oberflächenbereich ist eine als Code C ausgebildete Markierung aufgebracht. Diese Markierung ist vorzugsweise ein optisch abtastbarer Code, beispielsweise eine Matrix aus einzelnen Punkten. In a passive surface area, a mark designed as code C is applied. This marker is preferably an optically scannable code, for example a matrix of individual dots.

2 zeigt beispielhaft eine solche Data Matrix. Diese besteht vorzugsweise aus einem n-mal-n Raster, in dem ein Code durch partielle Belegung des Rasters mit metallischen Dots D ausgebildet ist. In 2 ist beispielsweise ein 7 × 7 Raster dargestellt, welches partiell mit Dots D belegt ist. Üblich sind in der Regel größere Raster, um eine größere Code-Vielfalt zu ermöglichen. Für Wafer sind beispielsweise Data-Matrizen üblich, die ein 12 × 12 Raster umfassen. Ein solches kann mit üblichen optischen Verfahren noch gut ausgelesen werden, wenn die einzelnen Dots einen Durchmesser von z.B. ca. 40 µm aufweisen. Mit diesen Bemessungen erfordert beispielsweise ein 12 × 12 Rasterpunkte umfassender Code eine Oberfläche von 475 × 475 µm. Für den einzelnen Dot ist es nicht erforderlich, dass er sich auf den Bereich der Rasterfläche beschränkt oder diese gar vollständig ausfüllt. Möglich ist es auch, dass ein einzelner oder alle Dots über die Grenzen der jeweils zugeordneten Rasterflächen hinausreichen. Wesentlich ist nur, dass zwischen einer Belegung einer Rasterfläche mit einem Dot D und einer Rasterfläche, die mit keinem Dot D belegt ist, unterschieden werden kann. 2 shows an example of such a data matrix. This preferably consists of an n-by-n grid, in which a code is formed by partial occupation of the grid with metallic dots D. In 2 For example, a 7 × 7 grid is shown, which is partially occupied by Dots D. Usually larger grids are customary in order to allow a greater variety of codes. For wafers, for example, data matrices are common, which comprise a 12 × 12 grid. Such can be read well with conventional optical methods even if the individual dots have a diameter of, for example, about 40 microns. For example, with these sizing, a 12 × 12 grid code requires a 475 × 475 μm surface. It is not necessary for the individual dot to be limited to the area of the grid area or even to fill it completely. It is also possible that an individual or all dots extend beyond the boundaries of the respectively assigned grid areas. It is only important that a distinction can be made between an occupation of a raster area with a dot D and a raster area which is not covered with a dot D.

3 zeigt ein mögliches Verfahren zum Erzeugen eines Dots als Bestandteil eines Codes auf einem Werkstückrohling WR. Dazu kann ein von der Fraunhofer Gesellschaft entwickeltes Mikrolaser-Auftragsschweißen verwendet werden, welches beispielsweise mittels einer Mehrstrahloptik durchgeführt werden kann. Zur Durchführung des Verfahrens wird mit einem Laser L ein Laserspot SP auf der Oberfläche des Werkstückrohlings WR erzeugt. In den Bereich des Laserspots SP wird nun mittels einer Düse PD ein Partikelstrahl PS aus Metallpartikeln MP eingebracht. Für die Metallpartikel MP sind beliebige Metalle geeignet, jedoch ist ein Edelmetall bevorzugt, wenn die Partikelgröße einen gewissen Wert unterschreitet, um eine spontane Entzündung der Metallpartikel in Sauerstoff haltiger Atmosphäre wie etwa in der normalen Atmosphäre zu verhindern. Bevorzugt werden Metallpartikel aus Gold verwendet. 3 shows a possible method for generating a dot as part of a code on a workpiece blank WR. For this purpose, a microlaser build-up welding developed by the Fraunhofer Gesellschaft can be used, which can be carried out for example by means of a multi-beam optics. To carry out the method, a laser spot SP is generated on the surface of the workpiece blank WR with a laser L. In the area of the laser spot SP, a particle beam PS made of metal particles MP is now introduced by means of a nozzle PD. For the metal particles MP, any metals are suitable, but a noble metal is preferred when the particle size falls below a certain value to prevent spontaneous ignition of the metal particles in an oxygen-containing atmosphere such as in the normal atmosphere. Preferably, metal particles of gold are used.

Im Bereich des Laserspots SP schmelzen nun die Metallpartikel auf der Oberfläche des Werkstückrohlings WR fest. Überschüssige Metallpartikel werden abgesaugt oder weggeblasen, siehe Pfeile AS. In the area of the laser spot SP, the metal particles now melt firmly on the surface of the workpiece blank WR. Excess metal particles are sucked off or blown off, see arrows AS.

Zur besseren Fokussierung kann eine Zweistrahloptik verwendet werden, bei der die nötige Energie nur in dem Bereich erzeugt wird, in dem beide Laserspots SP überlappen. For better focusing, a two-beam optics can be used in which the necessary energy is generated only in the area in which both laser spots SP overlap.

Die Bestrahlung mit dem Laser L wird solange durchgeführt, bis für einen Dot D ausreichend Metall auf der Oberfläche im Bereich des Spots SP aufgeschmolzen ist. Anschließend wird eine Relativbewegung zwischen Werkstückrohling WR und Laser samt Partikeldüse PD vorgenommen, um an einer gewünschten anderen Stelle einen weiteren Dot D zu erzeugen. The irradiation with the laser L is carried out until, for a dot D, sufficient metal has been melted on the surface in the region of the spot SP. Subsequently, a relative movement between the workpiece blank WR and the laser, including the particle nozzle PD, is carried out in order to produce a further dot D at a desired other location.

4 zeigt den Werkstückrohling WR nach der Erzeugung eines Dots D im schematischen Querschnitt. Wie dargestellt, sind die Metallpartikel zusammengeschmolzen und bilden einen einzigen Dot D mit sphärischem Querschnitt, dessen Kantenwinkel sich in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung einstellt, die wiederum vom Material des Werkstückrohlings WR und vom Metall abhängig ist. 4 shows the workpiece blank WR after the generation of a dot D in the schematic cross section. As shown, the metal particles are fused together to form a single dot D of spherical cross-section, the edge angle of which adjusts depending on the surface tension, which in turn depends on the material of the workpiece blank WR and on the metal.

5 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts durch eine entsprechende Vorrichtung ein weiteres mögliches Verfahren, mit dem ein Dot für einen Code auf einem Werkstückrohling erzeugt werden kann. Dazu wird auf der Oberfläche des Werkstückrohlings WR eine dünne Metallfolie MF, beispielsweise ein Form eines Bandes, in engen Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Im Bereich eines zu erzeugenden Dots wird nun mittels eines Lasers L ein Spot SP auf der Oberfläche der Metallfolie MF erzeugt. Im Bereich des Spots SP schmilzt die Metallfolie auf, wobei sich das flüssige Metall fest mit der Oberfläche des Werkstückrohlings WR verbindet. Die Metallfolie kann auf dem Werkstückrohling WR belassen werden, um an anderer Stelle einen weiteren Dot zu erzeugen, wozu eine Relativbewegung zwischen Laser und Werkstückrohling samt Metallfolie durchgeführt wird. Sinnvoll kann es auch sein, die Metallfolie mit dem Spot mitzuführen und nur eine kleine Relativbewegung zwischen Metallfolie und Spot durchzuführen, um das Markierungsmetall sparsam einzusetzen. 5 shows on the basis of a schematic cross section through a corresponding device, another possible method by which a dot for a code on a workpiece blank can be generated. For this purpose, a thin metal foil MF, for example a form of a band, is brought into close contact with the surface on the surface of the workpiece blank WR. In the area of a dot to be produced, a spot SP is now produced on the surface of the metal foil MF by means of a laser L. In the area of the spot SP, the metal foil melts, with the liquid metal firmly bonding to the surface of the workpiece blank WR. The metal foil can be left on the workpiece blank WR in order to generate another dot at another location, for which purpose a relative movement between laser and workpiece blank together with metal foil is carried out. It may also be useful to carry the metal foil with the spot and to carry out only a small relative movement between metal foil and spot in order to use the marking metal sparingly.

6 zeigt den Werkstückrohling WR nach Entfernen der Metallfolie. Es verbleibt der auf der Oberfläche des Werkstückrohlings aufgeschweißte Dot D, der aufgrund der Oberflächenspannung ebenfalls einen sphärischen Querschnitt aufweisen kann. 6 shows the workpiece blank WR after removal of the metal foil. There remains the on the surface of the workpiece blank welded Dot D, which may also have a spherical cross-section due to the surface tension.

7 zeigt ein alternatives Verfahren zur Aufbringung einer Metallhaltigen Masse, beispielsweise einer Metallpartikel haltigen Paste P auf den Werkstückrohling WR. Die Paste P wird lokal im Bereich des Laserspots aufgebracht, z.B. durch Drucken, Stempeln oder Walzen. Im Bereich des Laserspots werden die Metallpartikel aufgeschmolzen und verbinden sich innig mit der Oberfläche des Werkstückrohlings. 7 shows an alternative method for applying a metal-containing mass, for example, a metal particle-containing paste P on the workpiece blank WR. The paste P is applied locally in the area of the laser spot, for example by printing, stamping or rolling. In the area of the laser spot, the metal particles are melted and intimately connect with the surface of the workpiece blank.

Verbleibende Paste P außerhalb des Laserspots, die nicht aufgeschmolzen wurde, wird anschließend entfernt. 8 zeigt den Werkstückrohling WR nach Entfernen der überschüssigen Paste. Wie in den anderen Verfahren verbleibt auch hier der auf der Oberfläche des Werkstückrohlings aufgeschweißte Dot D.Remaining paste P outside the laser spot, which has not been melted, is then removed. 8th shows the workpiece blank WR after removing the excess paste. As in the other methods, the dot D welded onto the surface of the workpiece blank also remains here.

Das Verfahren kann für beliebige Werkstückrohlinge WR durchgeführt werden, insbesondere für Wafer, auf deren Oberfläche Bauelementstrukturen erzeugt werden. Der Werkstückrohling WR kann ein piezoelektrisches Material, ein anderes transparentes kristallines Material oder Glas umfassen. Insbesondere Glas ist ebenfalls für herkömmliche Laser-Wellenlängen transparent, sodass sich auch für solche Werkstückrohlinge das Verfahren zur Markierung anbietet. Ein gläserner Werkstückrohling kann beispielsweise eine Vielzahl von Mikro-Optiken für optische Bauelemente zur Lichterzeugung oder zur Lichtdetektion umfassen, zu deren Fertigung oder Weiterverarbeitung eine Vielzahl von weiteren Prozessschritten erforderlich sind. Auch hier kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu dienen, den gläsernen Werksrückrohling auf allen Verfahrensstufen eindeutig zu identifizieren. The method can be carried out for any workpiece blanks WR, in particular for wafers, on the surface of which component structures are produced. The workpiece blank WR may comprise a piezoelectric material, another transparent crystalline material or glass. In particular, glass is also transparent to conventional laser wavelengths, so that the method for marking is also suitable for such workpiece blanks. A glass workpiece blank may include, for example, a plurality of micro-optics for optical components for light generation or for light detection, for whose production or further processing a large number of further process steps are required. Again, the inventive method can serve to uniquely identify the glass factory back blank at all stages of the process.

Ein erfindungsgemäßer Werkstückrohling ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Auch kann das Verfahren zum Aufbringen eines metallische Dots umfassenden Codes prinzipiell mit anderen Verfahren durchgeführt werden, die ein lokales Aufschmelzen des Markierungsmetalls ermöglichen.An inventive workpiece blank is not limited to the illustrated embodiments. In addition, the method for applying a code comprising metallic dots can in principle be carried out using other methods which allow a local melting of the marking metal.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

WR

Workpiece blank

L

laser

SP

laser spot

D

dot

C

code

BB

component region

RL

gridlines

MP

metal particles

P

paste

PD

Partikeldüse

PS

particle beam

AS

suction

MF

metal foil

Claims

Workpiece blank for a machining process, - with an active surface area - with a passive surface area that does not contribute to the later used workpiece properties, In which the passive surface area has a code (C) which is stable compared to the conditions in the machining process for the unique and permanent identification of the blank, - In which the code comprises a mark of a welded on the blank metal.

A workpiece blank according to the preceding claim, wherein at least one top layer of the blank (WR) consists of a laser-substantially transparent material comprising a crystalline material, or a glass or a glass-ceramic.

Workpiece blank according to one of the preceding claims, in which particles (MP) of aluminum, copper, nickel, chromium, tantalum, silver, platinum or gold are welded on as marking.

Workpiece blank according to one of the preceding claims, in which the code (C) is designed as a QR code and comprises a matrix of point-shaped dots (D) of welded-on metal.

Workpiece blank according to one of the preceding claims, formed as a wafer.

A workpiece blank according to the preceding claim, wherein the wafer comprises at least one piezoelectric layer having acoustic wave component structures in the active surface area.

Workpiece blank according to one of the preceding claims, which is designed as a lid wafer for Waferlevelpackaging.

Workpiece blank according to one of the preceding claims, - in which the marking is specific to the blank (WR) - in which the mark is associated with a record, - in which the record specific measurement data on the blank (WR) and / or Process steps that were performed with or on the blank and / or via measurement data of generated on the blank layers, structures or devices.

Method for marking a workpiece blank, In which a laser spot (LS) is guided along a pattern over a surface of a blank (WR) with a laser (L), - In which the laser (L) operates continuously or pulsed - In which a marking metal is introduced in the region of the laser spot on the surface of the blank - In which the marking metal in the laser spot (LS) is melted onto the surface of the blank (WR), so that a pattern is formed.

Method according to the preceding claim, - In which the metal in the form of metal particles (MP) by means of a powder feed in the region of the laser spot (SP) on the surface of the blank (WR) is introduced - In which the particle size is small to the diameter of the laser spot.

Method according to the preceding claim, in which the metal particles (MP) are injected into the laser spot (LS) by means of a particle nozzle (PD).

Method according to one of the preceding claims, in which metal particles (MP) with a particle diameter of less than 10 μm are used.

Method according to claim 9, - In which a marking metal comprising metal foil (MF) in the region of the laser spot (LS) on the surface of the blank (WR) is arranged - In which the metal foil in the laser spot (LS) is melted onto the surface of the blank (WR).

A method according to claim 9, wherein the marking metal in the form of a metal compound comprising the marking metal (P), a paint with metal particles (MP) of the marking metal or an organometallic ink in the region of the laser spot (LS) on the surface of the blank (WR) is applied ,

A method according to the preceding claim, wherein the metal paste (P), the paint or the organometallic ink is applied locally by a printing process or applied by dipping, spraying or spin coating on the entire surface of the blank (WR), wherein excess metal-containing material , which was not melted on the surface of the blank, is removed again.

Method for marking according to one of the preceding claims, in which the blank (WR) is subsequently processed into a workpiece or a component.