DE2107740B2 - Verfahren und vorrichtung zur teilung eines substrats - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur teilung eines substrats

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Teilung eines Substrats, das auf einer Fläche eine Vielzahl elektrischer Schaltungen oder Bauteile trägt, unter Verwendung von Laserstrahlen zur Erzeugung eines Bruches im Substrat, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es sind bereits ein Verfahreu und eine Vorrichtung zur Teilung von keramischen Substraten und dergleichen bekannt (deutsche Offenlegungssehrift 1 815 129), bei denen ein Laserstahl auf eine Kante des zu teilenden Substrats gerichtet wird, um einen lokalisierten Bruch durch das Substrat zu erzielen. Die Energie des Laserstrahls wird sorgfältig so eingestellt, daß die Energiedichte ausreichend hoch ist, um den gewünschten lokalisierten Bruch zu erzeugen, aber nicht so hoch ist, daß eine Beschädigung der Oberfläche des Substrats eintritt. Dann verdampft nämlich das Substratmaterial und kondensiert anschließend wieder unter schädlicher Beeinflussung der elektrischen Schaltungen oder Bauteile. Die Einstellung der Strahlenergie wird dadurch bewirkt, daß entweder die dem Laser zugeführte Leistung reduziert wird, oder indem eine gesteuerte Defokussierung des Laserstrahls beim Auftreffen auf die Oberfläche des Substrats stattfindet. Sobald der lokalisierte Bruch in dem Substrat erzeugt ist, wird der Laserstrahl relativ zu dem Substrat bewegt, um den Bruch kontrolliert durch das Substrat fortschreiten zu lassen und dadurch das Substrat zu teilen.
Es wurde nun festgestellt, daß abhängig vom Substratmaterial der ursprünglich lokalisierte Bruch oft einen zufälligen Weg durch das Substrat nimmt und nicht dem gewünschten Teilungsweg folgt. Obwohl der ursprüngliche Bruch schließlich auf den gewünschten Weg zurückkehrt und auf diesem fortschreitet, wenn der Laserstrahl entlang dem gewünschten Weg bewegt wird, ist zu Anfang der Teilungsvorgang vom Zufall abhängig. Dies kann wiederum zu einer Beschädigung von einigen DünnfilmschcJtungen führen, die auf der Oberfläche des zu teilenden Substrats aufgebracht sind. Da jede dieser Dünnfilmschaltungen eine Mehrzahl von Herstellungsschritten vor der Teilung voraussetzt, stellt diese Beschädigung einen merklichen Verlust dar und führt zur Erhöhung der durchschnittlichen Kosten solcher Schaltungen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Teilung von Substraten, insbesondere keramischen Substraten, gestattet, ohne daß sich der Bruch zufällig ausbildet und die elektrischen Schaltungen oder Bauteile beschädigt werden.
Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Verfahren der eingangs genannten Art. Eine Lösung ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
a) Fokussieren eines ersten Laserstrahls nur auf einen Anfangspunkt der keine Schaltungen oder Bauteile enthaltenden Seite des Substrats, wobei die Energiedichte des Laserstrahls ausreichend groß ist, um das Substrat an diesem Anfangspunkt zu brechen, und
b) relative Verschiebung zwischen Substrat und einem zweiten Laserstrahl, der auf die andere Seite des Substrats mit einer Energiedichte trifft, die nur ausreicht, um den Bruch zur Teilung des Substrats weiterzuführen.
Eine zweite Lösung ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
a) Fokussieren eines Laserstrahls mittels eines optischen Bauteils nur auf einen Anfangspunkt der keine Schaltungen oder Bauteile enthalten-
den Seite des Substrats, wobei die Energiedichte des Laserstrahls ausreichend groß ist, um das Substrat an diesem Anfangspunkt zu brechen, und
b) relative Verschiebung zwischen Substrat und dem Laserstrahl, so daß der Laserstrahl durch Bewegen des Substrats in deu Strahlweg dcfokussiert und so auf die andere Seite des Substrats mit einer Energiedichte trifft, die nur ausreicht, um den Bruch zur Teilung des Substrats weiterzuführen.
Bei beiden Lösungen kann die Energiedichte des Strahles beim anfänglichen Brechen so hoch gewählt werden, daß mit Sicherheit ein Bruch eintritt, der sich dann gesteuert weiterführen läßt. Eventuell verdampfendes Material stört dabei nicht, weil der Laserstrahl beim anfänglichen Brechen auf diejenige Seite des Substrats gerichtet ist, die keine Schaltungen trägt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrcr.s nach der zweiten Lösung weist einen bewegbaren Tisch zur Aufnahme des Substrats, eine Laserenergiequelle, die so angebracht ist, daß sie einen Laserstrahl auf eine Fläche des Tisches richtet, eine Fokussiereinrichtung für den Laserstrahl und eine Einrichtung zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Tisch auf, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Bauteil, z. B. ein Spiegel oder ein Lichtleiter, vorgesehen ist. das in der Ruhelage des Tisches im Strahlweg liegt und den Laserstrahl gegen die andere Fläche des Tisches richtet, und daß das optische Bauteil so angeordnet ist, daß eine Verschiebung des Tisches ein von diesem getragenes Substrat in den Strahlweg zwischen der Fokussiereinrichtung und dem optisehen Bauteil bringt.
Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Teilapparates nach dem Stand der Technik,
F i g. 2 eine perspektivische Teilansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei welcher der Laserstrahl von einer Spiegelfläche reflektiert wird, um die Unterseite des zu teilenden Substrats zu treffen,
F i g. 3 eine perspektivische Teilansicht der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung, nachdem das Substrat relativ zu dem Laserstrahl verschoben worden ist, um den von der Laserquelle herkommenden Strahl aufzufangen und den lokalisierten Bruch entlang dem gewünschten Teilungspfad fortschreiten zu lassen.
F i g. 1 stellt die Teilung eines Substrates gemäß dem Stand der Technik dar. Wie ersichtlich, wird ein Substrat 10 aus keramischem oder anderem Material auf einen flachen Träger 11 aufgebracht, welcher in einer horizontalen Ebene mittels einer Zahnstange 12 und eines Ritzels 13 bewegt werden kann, Das Ritzel wird über die Welle 14 eines Elektromotors 15 angetrieben. Das Substrat 10 weist eine Mehrzahl von Dünnfilmschaltungen 17 auf, die auf der Oberfläche aufgebracht sind, und es ist erwünscht, das Substrat einer Linie 18 zu teilen, die beispielsweise entlang der Länge des Substrats zwischen der ersten und zweiten Reihe der Dünnfilmschaltungen 17 läuft.
Von einem Laser 20 stammendes Licht wird über ein Linsensystem 21 fokussiert und auf die Oberseite des Substrates 10 an einer äußeren Kante geleitet. Das Linsensystem ist so eingestellt, daß der Laserstrahl genau auf die Oberfläche des Substrates fokussiert ist. Dann verursacht die Laserenergie einen lokalisierten Bruch in dem Substrat. Wenn der Motor 15 durch Schließen eines Schalters 22 mit einer passenden Wechselstromquelle 23 verbunden wird, wird er erregt und treibt das Ritzel 13 über die Welle 14 an. Dies wiederum führt zur Fortbewegung des Trägers 11 und daher auch des Substrates 10 entlang dem fokussierten Strahl des vom Laser 20 kommenden Lichtes. Diese Relativbewegung führt zum steuerbaren Fortschreiten des ursprünglich lokalisierten Bruches entlang der gewünschten Teilungslinie 18. Die Leistungsdichte des vom Laser 20 kommenden Lichtes wird sorgfältig so eingestellt, daß sie genügend hoch ist, um den lokalisierten Bruch entlang der Teilungslinie 18 fortschreiten zu lassen, aber nicht so hoch ist, daß eine Beschädigung der Oberfläche des Substrats eintritt.
Wenn die Leistung des Lasers 20 so eingestellt wird, dann tritt bei einigen Typen von Substraten die Erscheinung auf. daß der ursprünglich erzeugte Bruch dazu tendiert, einem zufälligen Weg 24 durch das Substrat zu folgen, welcher von der erwünschten Teilungslinie 18 abweicht. Dieser Zufallsweg kann in einigen Fällen in die Fläche des Substrats hineinreichen, welche von Dünnfilmschaltungen 17 eingenommen wird, so daß eine Zerstörung oder Beschädigung von einigen der Dünnfilmschaltungen vorkommt. Der Bruch in dem Substrat kehrt schließlich zur erwünschten Linie 18 zurück, wenn der Laser relativ zu dem Substrat entlang dem verbleibenden Teil der Linie 18 verschoben wird.
F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie ersichtlich, wird das Substrat 10 auf dem Träger 11 so angeordnet, daß der eine Rand über dem Träger hängt, so daß die Unterseite des Substrats dem Auftreffen von Laserenergie ausgesetzt werden kann. Ein Spiegel 26 ist unter dem Laser und dem Linsensystem 21 angeordnet und reflektiert die Laserenergie, so daß diese auf die Unterseite des Substrats 10 auftrifft. Vorteilhaft ist der Spiegel mit dem Träger 11 verbunden, so daß er mit diesem mitwandert. Dies ist jedoch nicht wesentlich, da der Spiegel 26 auch auf einem ortsfesten, nicht bewegten Teil, befestigt werden kann, falls erwünscht. Der Fokus des Linsensystems 21 wird so eingestellt, daß der Laserstrahl auf die untere Oberfläche des Substrats 10 fokussiert wird, und zwar fluchtend zu dem gewünschten Teilungsweg 18. Da keine Dünnfilmschaltungen 17 auf der Unterseite des Substrats 10 aufgebracht sind, kann die Energiedichte des Lasers 20 beträchtlich über den Betrag hinaus gesteigert werden, welcher zugelassen werden könnte, wenn der Laserstrahl direkt auf die Oberseite des Substrats 10 gelenkt wird. Es wurde festgestellt, daß diese Zunahme der Laserleistung dazu führt, daß der lokalisierte Bruch, welcher in das Substrat eingearbeitet wird, genau auf der gewünschten Linie 18 liegt. Beschädigungen infolge der höheren Leistung des Laserstrahles sind bedeutungslos, da diese nicht die Dünnfilmschaltungen 17 betreffen können, welche auf der Oberseite des Substrats liegen.
Wie aus F i g. 3 hervorgeht, bewegt der Motor 15 weiterhin den Träger 11 relativ zum Laser 20, nachdem der lokalisierte Bruch eingeleitet worden ist. Da sich der Träger 11 vorwärtsbewegt, wird das Substrat mitgeführt und unterbricht den vom Laser 20 kommenden Strahl. Dadurch wird der optische Weg
zum Spiegel 26 unterbrochen und infolgedessen das werden, so daß er das Substrat entlang der Linie 18 Auftreffen des fokussierten Strahles vom Laser 20 überschreitet, um das Substrat zu trennen. In diesem auf die Unterseite des Substrats 10 beendigt. Der vom Fall würde also der fokussierte Laser höherer Lei-Laser 20 kommende Strahl trifft nunmehr auf die stung nur dazu benutzt, den ursprünglichen Bruch in Oberseite des Substrats auf und ist leicht um einen 5 dem Substrat einzuleiten, während der Laser mit ge-Betrag defokussierl, welcher der Differenz der Länge ringerer Leistung oder der defokussierte Laser höhedes direkten und des reflektierten Weges entspricht. rer Leistung nur dazu dienen würde, den lokalisier-Die Leistungsdichte des Strahles, welcher entlang des ten Bruch entlang der gewünschten Teilungslinie 18 Teilungsweges 18 geführt wird, wird dadurch be- fortzuführen.
trächtlich vermindert, so daß Beschädigungen an der io Der Ausdruck »Substrat«, wie er in der Beschreikritischen empfindlichen Oberseite des Substrats 10 bung und den Ansprüchen verwendet wird, soll vermieden werden. Die Leistungsdichte ist jedoch alle Materialien umfassen, auf denen elektrische noch genügend hoch, um den lokalisierten Bruch ent- Schaltungen und/oder Bauteile fabriziert oder gelang der Teilungslinie 18 fortschreiten zu lassen halten weden können. Daher umschließt dieser Aus- und das Substrat in die gewünschten Stücke auf- 15 druck nicht nur Isolationsmaterialien, wie Glas, Tonzuteilen, erde, Porzellan, Quarz, Saphir usw., sondern auch Für den Fachmann ist es klar, daß eine optisches halbleitende Materialien wie Silicium oder Germani-Prisma oder eine Lichtleitung als Ersatz für den um-Plättchen od. dgl.
Spiegel 26 Verwendung finden könnte, um den vom In der obigen Ausführung war angenommen wor-Laser20 kommenden Strahl auf die Unterseite des 20 den, daß das Substrat entlang der gesamten Länge Substrats zu lenken. Es wird ferner darauf hinge- geteilt werden soll. Es sei jedoch darauf hingewiesen, wiesen, daß das Substrat 10 nicht notwendigerweise daß das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der über dem Träger 11 hängen muß und daß eine ge- Erfindung auch dort anwendbar sind, wo der Bruch eignete öffnung oder ein transparentes Teilstück in in dem Substrat um einen bestimmten Abstand von dem Träger 11 vorgesehen werden könnten, um den 25 dem Rand begonnen werden muß. In diesem Fall äußeren Rand der Unterseite des Substrats der würde der Spiegel 26 so angeordnet werden, daß der Strahleinwirkung aussetzen zu können. Für den fokussierte Strahl über eine geeignete öffnung in Fachmann ist es ferner selbstverständlich, daß zwei dem Träger 11 auf die Unterseite des Substrats gegetrennte und unterschiedliche Laserquellen Ver- langt, und zwar an der genauen Stelle, wo die Teiwendung finden können. Die erste Laserquelle würde 30 lung des Substrats begonnen werden soll. Die relative eine solche mit hoher Energiedichte sein, die auf den Bewegung des Strahles und des Substrats würden äußeren Rand der Unterseite des Substrats 10 fokus- dann so eingerichtet werden, daß der reflektierte siert wird. Die andere Laserquelle würde eine nied- Strahl unterbrochen wird und die Einwirkung auf die rigere Leistung aufweisen, oder eine ähnliche Lei- Unterseite des Substrates beendigt wird, wonach der stung jedoch defokussiert, und würde die obere 35 lokalisierte Bruch entlang des erwünschten Teilungs-Oberseite des Substrats 10 treffen. Der zweite Laser weges propagiert wird, wie zuvor unter Bezugnahme würde natürlich relativ zu dem Substrat bewegt auf die F i g. 2 und 3 beschrieben.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Teilung eines Substrats, das auf einer Fläche eine Vielzahl elektrischer Schaltungen oder Bauteile trägt, unter Verwendung von Laserstrahlen zur Erzeugung eines Bruches im Substrat, gekennzeichnet d u r c h die Verfahrensschritte:
a) Fokussieren eines ersten Laserstrahls nur auf einen Anfangspunkt der keine Schaltungen oder Bauteile enthaltenden Seite des Substrats, wobei die Energiedichte des Laserstrahls ausreichend groß ist, um das Substrat an diesem Anfangspunkt zu brechen, und
b) relative Verschiebung zwischen Substrat und einem zweiten Laserstrahl, der auf die andere Seite des Substrats mit einer Energiedichte trifft, die nur ausreicht, um den Bruch zur Teilung des Substrats weiterzuführen.
2. Verfahren zur Teilung eines Substrats, das auf einer Fläche eine Vielzahl elektrischer Schaltungen oder Bauteile trägt, unter Verwendung von Laserstrahlen zur Erzeugung eines Bruches im Substrat, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
a) Fokussieren eines Laserstrahls mittels eines optischen Bauteils nur auf einen Anfangspunkt der keine Schaltungen oder Bauteile enthaltenden Seite des Substrats, wobei die Energiedichte des Laserstrahls ausreichend groß ist, um das Substrat an diesem Anfangspunkt zu brechen, und
b) relative Verschiebung zwischen Substrat und dem Laserstrahl, so daß der Laserstrahl durch Bewegen des Substrats in den Strahlweg defokussiert und so auf die andere Seite des Substrats mit einer Energiedichte trifft, die nur ausreicht, um den Bruch zur Teilung des Substrats weiterzuführen.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit einem bewegbaren Tisch zur Aufnahme des Substrats, mit einer Laserenergiequelle, die so angebracht ist, daß sie einen Laserstrahl auf eine Fläche des Tisches richtet, mit einer Fokussiereinrichtung für den Laserstrahl und mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer relativen Bewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Tisch, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Bauteil, z. B. ein Spiegel (26) oder ein Lichtleiter, vorgesehen ist, das in der Ruhelage des Tisches (11) im Strahlweg liegt und den Laserstrahl gegen die andere Fläche des Tisches richtet, und daß das optische Bauteil so angeordnet ist, daß eine Verschiebung des Tisches ein von diesem getragenes Substrat (10) in den Strahlweg zwischen der Fokussiereinrichtung (21) und dem optischen Bauteil bringt.
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