CN116096681A - 用于波导玻璃基板的优化的激光切割工艺 - Google Patents

Abstract

通过切入晶圆的两侧中将具有诸如玻璃光波导的装置的晶圆切割成晶粒，以减少或消除晶粒中的微裂纹和缺陷。可以通过使用单独的激光器以受控的深度从两侧同时切割晶圆来切割该晶圆。还可以通过切入晶圆的一侧中、翻转晶圆、然后切入晶圆的另一侧中来依次地切割晶圆。处理器控制每个激光器的功率以选择每个切割的深度，使得每个切割可以是进入晶圆的50％，或其他深度，诸如对于一个切割为30％和对于另一个切割为70％。晶圆可以首先被切入晶圆的底表面中，然后被切入具有光波导的晶圆的顶表面中。

Description

用于波导玻璃基板的优化的激光切割工艺

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月14日提交的美国临时申请系列号63/077，964的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本主题涉及诸如用于包括智能眼镜和头戴具的护目镜装置的用于显示器的光波导。

背景技术

光波导可以使用可能产生缺陷的晶圆处理技术来形成。

附图说明

附图仅通过示例而非限制的方式描绘了一个或更多个实现方式。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。

图1示出了具有形成在顶表面上的多个装置(诸如玻璃波导)的晶圆；

图2是沿着图1中的线2-2截取的截面图，示出了晶圆厚度；

图3示出了通过同时从晶圆的两侧切入晶圆中而将晶圆切成晶粒的第一示例；

图4是切割设备的硬件图；

图5示出了通过依次从一侧切入晶圆中、翻转晶圆、然后从另一侧切入晶圆中以完全切割晶圆而将晶圆切成晶粒的第二示例；以及

图6是切割晶圆的方法的流程图。

具体实施方式

本发明包括通过切入晶圆的两侧中而将具有装置(诸如玻璃光波导)的晶圆切成晶粒以减少或消除晶粒中的微裂纹和缺陷的示例。可以通过使用单独的激光器以受控的深度从两侧同时切割晶圆来切割晶圆。还可以通过切入晶圆的一侧中、翻转晶圆、然后切入晶圆的另一侧中来依次地切割晶圆。处理器控制每个激光器的功率以选择每个切割的深度，使得每个切割可以是进入晶圆的50％，或诸如对于一个切割为30％和对于另一个切割为70％的其他深度。晶圆可以首先被切入该晶圆的底表面中，然后被切入具有光波导的该晶圆的顶表面中。

示例的另外的目的、优点和新颖特征将部分地在以下说明中进行阐述，并且对于本领域的普通技术人员而言在检查以下和附图时将部分了解，或者可以通过示例的生产或操作来学习。本主题的目的和优点可以通过所附权利要求中特别指出的方法、手段和组合来实现和获得。

在以下详细说明中，通过举例的方式阐述了许多具体细节，以便提供对相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员应当清楚的是，可以在没有此类细节的情况下实践本教导。在其他示例中，众所周知的方法、过程、组件和电路已经在相对高级而没有详细地进行了描述，以便避免不必要地使本教导的多个方面不清楚。

如本文所使用的术语“耦合”是指任何逻辑、光学、物理或电连接、链接等，通过一个系统元件产生或供应的信号或光被赋予至另一个经耦合的元件。除非另有描述，否则经耦合的元件或装置不一定直接连接到彼此，且可通过可修改、操纵或运载光或信号的中间组件、元件或通信介质分离。

诸如在任一附图中所示的护目镜装置、相关联的组件以及结合了眼睛扫描器和相机的任何完整装置的取向仅是通过示例的方式给出的，用于展示和讨论的目的。在针对特定可变光学处理应用的操作中，护目镜装置可以被定向在适合于该护目镜装置的特定应用的任何其他方向上，例如上、下、侧向或任何其他定向。而且，在本文所使用的范围内，任何方向术语(诸如，前、后、向内、向外、朝向、左、右、横向、纵向、上、下、上部、下部、顶部、底部和侧面)仅仅通过示例的方式使用，并且不限制任何光学部件或如本文中另外描述的构造的光学部件的组件的方向或取向。

现在详细参考在附图中所示的并且在下文所讨论的示例。

在光波导堆叠中使用的玻璃基板未经化学强化，如典型地在移动电话和平板电脑的玻璃罩中所见的。这导致较差的坠落测试性能，其中，玻璃基板波导最终在非常低的坠落高度下破裂，这使得满足产品可靠性要求具有挑战性。波导通常在晶圆级进行处理，即，在玻璃晶圆内形成有多个波导晶粒。在制造和涂覆处理之后，波导被分割成单独的晶粒，以用于进一步的下游处理和封装。

影响玻璃强度的一个参数是在切割和分割处理(称为切片)过程中在玻璃中产生的任何微裂纹或瑕疵。这些微裂纹和瑕疵是发生玻璃破裂的典型故障点。不能使用化学强化的玻璃，或者不能对分割后的玻璃进行强化，使得确保在切割和分割处理过程中玻璃中的微裂纹和瑕疵最小化是至关重要的。

玻璃晶圆切割可以经由激光器来实现，这是工业上使用的典型工艺。在目前的波导设计中，4点弯曲测试(测量玻璃强度)表明，玻璃的激光入射的一侧的玻璃B10寿命(10％会失效的时间)比玻璃的激光射出的一侧低约20％。当激光从晶圆的一侧切割穿过整个玻璃厚度时，它需要较高的激光器功率，较高的激光器功率在激光射入点产生较大的微裂纹和瑕疵。

本公开免去了从一侧完全切割玻璃的激光切割工艺，该激光切割工艺需要较高的激光器功率来穿过整个基板厚度(通常在0.3-1mm的范围内)，这进而产生较大的微裂纹和瑕疵。

在一个示例中，双侧激光切割工艺用于分割，以同时从玻璃的两侧切割晶圆。因为激光器需要部分地穿透玻璃厚度，诸如厚度的一半，故与在一个步骤中完全切割玻璃相比，该工艺使用较低的激光器功率来从每一侧部分地切入晶圆中以获得完全切割。在另一个示例中，激光器从晶圆的波导侧切割晶圆至小于晶粒的一半的深度，诸如，30％，并且激光器从相反的晶圆侧切割至大于一半的深度，诸如，70％。通过从具有光波导的一侧以小于一半的深度切入晶圆中，可以更多地减少任何微裂纹和瑕疵。

在另一个示例中，首先激光器从一侧部分地切入玻璃厚度中，然后翻转晶圆，或者翻转激光器，并且激光器从相反侧切穿玻璃厚度的剩余部分，这再次降低了对激光器功率的需求。在一个示例中，激光器从两侧切入晶圆中50％，并且在另一个示例中，如先前所讨论的，激光器切入晶圆中至不同深度。较低的激光器功率的需求减小了射入过程中产生的任何微裂纹和瑕疵的尺寸，从而改善了玻璃强度和总体产品坠落测试性能。实现了玻璃强度的至少20％的增加。分割后的经由化学或者机械抛光对波导玻璃进行强化，使得波导玻璃基板与在可能不具有类似约束的工业中使用的其他玻璃基板相比是更独特的挑战。所描述的工艺允许免除分割后的抛光，或减少抛光时间。

参照图1，示出了圆形晶圆10，该圆形晶圆10具有使用常规晶圆处理技术形成在晶圆10的顶表面14上的多个装置12(诸如光波导)。晶圆由玻璃构成，光波导12也由玻璃构成。在另一示例中，晶圆包括另一种材料，诸如硅。晶圆10具有底表面16和晶圆厚度T。晶圆10具有限定顶表面14的在处理过程中形成多个波导12的区域的直径，诸如200mm或300mm，尽管不暗指对晶圆10的尺寸的限制。

图2示出了沿着图1中的线2-2截取的晶圆10的横截面，示出了玻璃晶圆10的晶圆厚度T。晶圆厚度T通常在0.3mm和1.0mm之间，但是该晶圆厚度T可以取决于许多工艺参数而变化。例如，晶圆的厚度越大，在切片时形成的波导12的强度越大，并且所得到的坠落测试性能越好。然而，晶圆厚度越大，切入晶圆10中所需的激光能量越大，并且在切割附近形成的微裂纹和瑕疵越多，并且波导12的重量越大。

图3示出了通过同时从晶圆的两侧激光切割晶圆10来切割晶圆10，以将波导12分割或切片成晶粒的第一示例。如图4所示，激光器20被示出为定位在晶圆10的顶表面14附近，并且激光器22定位在底表面16附近，其中，每个激光器20和22由具有电子处理器26的激光器控制器24控制。处理器26控制每个激光器20和22的功率，使得每个激光器根据激光器功率以及切割持续时间在晶圆10中切割预定深度，以完全切割晶圆。如前所述，每个激光器可以切入晶圆10中一半，使得每个激光器切割50％的晶圆。在其他示例中，激光器20切入晶圆顶表面14中小于晶圆10的一半，诸如30％，并且激光器22切入晶圆底表面16中大于一半，诸如70％。通过切入具有波导12的晶圆顶表面14中小于一半，任何微裂纹和瑕疵进一步减少。激光器20和22被精确地对准以产生笔直的切割。

通过单独切入晶圆10中，可以免去切割后抛光或者缩短切割后抛光的时间，这减少了处理时间。

图5示出了切割晶圆10以将波导12分割或切片成晶粒的另一个示例，这是通过首先用激光器20从晶圆的一侧激光切入晶圆10中、用晶圆操纵器28翻转晶圆10、或翻转由处理器26控制的激光器20、并且然后从晶圆的另一侧切入晶圆10中。在一个示例中，激光器20首先切入晶圆底表面16中，然后切入晶圆顶表面14中以完成切割和切片。切割的顺序可以颠倒。然而，首先切入底表面16中可减少波导12附近的微裂纹和缺陷。激光器20被示出为处于固定位置，其中，晶圆操纵器28针对每个切割定位晶圆10。处理器26控制用于每个切割的激光器20的功率，使得激光器20在晶圆10中切割预定深度。对于第一切割，激光器20可以切入晶圆10中一半，使得激光器20切入晶圆中50％。当晶圆10通过晶圆操纵器28被翻转，或者激光器20被翻转时，激光器20然后切入晶圆顶表面14中另外的50％。在另一示例中，激光器20可在一侧切入晶圆10中少于一半，诸如30％，并且激光器20切入晶圆的另一侧中超过一半，诸如70％。

图6示出了由处理器26执行以从晶圆的两侧切割晶圆10的流程图600。

在框602处，处理器26选择从晶圆的每一侧切入晶圆10中的每个切割的深度。用户可以对处理器26进行编程以选择切割深度。例如，处理器26可以选择第一切割为从每一侧进入晶圆10中的50％。在另一个示例中，处理器可以选择第一切割为进入晶圆10中的30％，并且第二切割为进入晶圆10中的70％。

在框604处，处理器26确定是否将使用一个或两个激光器。例如，在参照图3所描述的示例中，处理器可确定使用激光器20和激光器22两者从晶圆10的两侧同时切入晶圆10中。在参照图5所描述的示例中，处理器可确定使用同一激光器20一次切割晶圆10的一侧。

在框606处，处理器26控制激光器20和激光器22，以从晶圆10的两侧切入晶圆10中。如图3所示，处理器26同时使用激光器20和22从晶圆的两侧切入晶圆10中，或者如图5所示，依次地，通过首先使用激光器20切入晶圆10的一侧中，然后使用晶圆操纵器28翻转晶圆10，或者翻转激光器20，然后使用所述同一激光器20切入晶圆的另一侧中。在使用时，处理器26设定激光器20和激光器22的功率，使得激光器以框602中建立的预定深度切入晶圆10中。

将理解的是，本文中所使用的术语和表达具有普通含义，如对于它们相应的相对查询和研究领域而言符合此类术语和表达，除了本文中已经另外阐述具体含义之外。诸如第一和第二等之类的关系术语可仅用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开来，而不必要求或暗指这些实体或动作之间的任何实际此类关系或次序。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”、“包含(including)”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性的包括，使得包括或包含一系列元件或步骤的过程、方法、物品或设备不仅仅包括那些元件或步骤，而且还可以包括未明确列出的或对此类过程、方法、物品或设备固有的其他元件或步骤。在没有进一步限制的情况下，前面有“一个”或“一种”的元件不排除在包括该元件的过程、方法、物品或设备中存在另外的相同元件。

除非另有说明，否则在本说明书(包括在以下权利要求书中)中阐述的任何和所有测量、值、评级、位置、幅值、大小、和其他规范都是近似的、不精确的。这样的量旨在具有与它们涉及的功能以及与它们所属领域常规的相一致的合理范围。例如，除非另有明确说明，参数值等可与所述量偏差多达±10％。

此外，在以上详细说明中，可以看出，出于简化本公开的目的，不同特征在不同示例中被组合在一起。本公开的该方法不应被解释为反映所要求保护的示例需要比在每个权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求反映的，要保护的主题位于比任何单个公开的示例的所有特征少的特征中。因此，以下权利要求由此并入详细说明中，其中每个权利要求独立地作为单独要求保护的主题。

虽然前述内容已描述了被认为是最佳模式和其他示例的内容，但应理解的是，可以在其中做出不同修改，并且在此公开的主题可以不同形式和示例来实现，并且它们可以应用于许多应用中，在此仅描述了其中的一些应用。所附权利要求旨在要求保护落入本概念的真实保护范围内的任何和所有修改和变化。

Claims (20)

1.一种由晶圆处理形成的装置，包括：

在晶圆上形成光波导，所述晶圆包括基板，所述基板具有第一侧和相反的第二侧；

通过从所述基板的所述第一侧切入所述基板中第一距离但不穿过所述基板来切割所述晶圆；以及

通过从所述基板的所述第二侧切入所述基板中第二距离但不穿过所述基板来切割所述晶圆，使得所述光波导被分隔成晶粒。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，使用至少一个激光器切割所述晶圆。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述晶圆由玻璃构成。

4.根据权利要求3所述的装置，还包括以下过程：切入所述第二侧中所述第二距离的同时切入所述第一侧中所述第一距离。

5.根据权利要求4所述的装置，还包括以下过程：使用两个激光器同时切入所述第一侧和所述第二侧中。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述两个激光器在不同的功率下操作。

7.根据权利要求3所述的装置，还包括以下过程：切入所述第一侧中所述第一距离，并且然后切入所述第二侧中所述第二距离。

8.根据权利要求7所述的装置，还包括以下过程：使用单个激光器依次切入所述第一侧和所述第二侧中。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括以下过程：切入所述第一侧中，使得所述第一距离等于所述晶圆被切入所述第二侧中的所述第二距离。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括以下过程：切入所述第一侧中，使得所述第一距离不等于所述晶圆被切入所述第二侧中的所述第二距离。

11.一种处理晶圆的方法，包括：

在晶圆上形成光波导，所述晶圆包括基板，所述基板具有第一侧和相反的第二侧；

通过从所述基板的所述第一侧切入所述基板中第一距离但不穿过所述基板来切割所述晶圆；以及

通过从所述基板的所述第二侧切入所述基板中第二距离但不穿过所述基板来切割所述晶圆，使得所述光波导被分隔成晶粒。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，使用至少一个激光器切割所述晶圆。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述晶圆由玻璃构成。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括切入所述第一侧中所述第一距离，同时切入所述第二侧中所述第二距离。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括使用两个激光器同时切入所述第一侧和所述第二侧中。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述两个激光器在不同的功率下操作。

17.根据权利要求13所述的方法，还包括切入所述第一侧中所述第一距离，并且然后切入所述第二侧中所述第二距离。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括使用单个激光器依次切入所述第一侧和所述第二侧中。

19.根据权利要求11所述的方法，还包括切入所述第一侧中，使得所述第一距离等于所述晶圆被切入所述第二侧中的所述第二距离。

20.根据权利要求11所述的方法，还包括切入所述第一侧中，使得所述第一距离不等于所述晶圆被切入所述第二侧中的所述第二距离。

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