EP3024617A2 - Verfahren und vorrichtung zur trennung eines flachen werkstücks in mehrere teilstücke - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur trennung eines flachen werkstücks in mehrere teilstücke

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EP3024617A2
EP3024617A2 EP14738777.3A EP14738777A EP3024617A2 EP 3024617 A2 EP3024617 A2 EP 3024617A2 EP 14738777 A EP14738777 A EP 14738777A EP 3024617 A2 EP3024617 A2 EP 3024617A2
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EP
European Patent Office
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workpiece
lines
laser beam
laser
along
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14738777.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Koitzsch
Dirk Lewke
Alexander Tobisch
Hans-Ulrich Zühlke
Frank Allenstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3D Micromac AG
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
3D Micromac AG
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/EP2013/002191 external-priority patent/WO2015010706A1/de
Application filed by 3D Micromac AG, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical 3D Micromac AG
Priority to EP14738777.3A priority Critical patent/EP3024617A2/de
Publication of EP3024617A2 publication Critical patent/EP3024617A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
    • C03B33/093—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam using two or more focussed radiation beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/04—Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046—Automatically focusing the laser beam
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    • B23K26/146—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/0222—Scoring using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic materials other than metals or composite materials

Definitions

  • the present invention relates to a method for separating a flat workpiece into a plurality of sections, wherein in a first step by local material processing with a laser beam through a surface of the workpiece one or more lines of modified material along one or more predetermined separation lines in the workpiece are generated , which lead to a reduction of the breaking stress of the workpiece along the parting lines, and in a second step, the workpiece is separated along the parting lines by thermal laser beam separation into the sections.
  • the invention also relates to a device which is designed to carry out the method.
  • the substrate to be separated is usually fixed on a support before the separation process so that the substrate does not slip during processing, the components can be separated in a controlled manner and already separate components are not lost.
  • the type of fixation is chosen depending on the substrate to be processed. In microelectronics, e.g. often chosen a fixation of the substrate by means of a single-sided adhesive film and a support frame.
  • substrate material is removed along the scribe frame with the aid of one or more pulsed laser beams until all the components have been separated.
  • Ablation-free or split-joint-free laser methods are based on the initialization and guiding of a crack through the substrate. Examples of such ablation-free separation methods are the so-called stealth dicing (SD) and the thermal laser beam separation (TLS).
  • SD stealth dicing
  • TLS thermal laser beam separation
  • a pulsed laser beam with high pulse intensity generates material weakening due to non-linear absorption in the workpiece, at which the workpiece is subsequently broken by mechanical action.
  • a pulsed laser beam with high pulse intensity For separation of substrates with a thickness of 200 ⁇ or thicker, however, several crossings with the laser beam along the dividing line are required. This increases the process time and thus reduces the throughput.
  • the workpiece must not absorb the laser radiation too much with this technique in order to produce the nonlinear effects at a sufficient depth in the workpiece. The separation of highly doped substrates is therefore not possible because the absorption of the laser radiation takes place too close to the surface.
  • the separation of the workpiece is accomplished by generating a high thermal stress with a laser beam sufficiently absorbed by the workpiece.
  • the separation by this thermal stress requires the initiation of the break by a suitable material weakening on or in the workpiece.
  • EP 1 924 392 B1 shows a method according to the preamble of claim 1.
  • a track of modified material is created along the parting line, which results in a reduction in the breaking stress of the workpiece along the parting line.
  • This track replaces the hitherto introduced notch and can also be designed to have different depths along the dividing line in order to compensate for a possibly varying thickness of the workpiece.
  • a notch or surface material modification applied to the surface may reduce the quality of the edge of the severed part or component.
  • the object of the present invention is to provide a method and an apparatus for separating a flat workpiece into a plurality of sections, which enable high-speed separation and higher quality of the resulting edges of the sections compared to the previous thermal laser beam separation.
  • the proposed method is a laser-based separation process that works without a joint.
  • the process uses the technique of thermal laser beam separation (TLS), in which the combination of laser beam and cooling along the parting line causes strong thermal stresses to be introduced into the workpiece, causing the workpiece to break along the parting line.
  • Energy and intensity of the laser radiation are chosen so that the workpiece material is not modified by the laser beam, in particular not melted.
  • CW laser conti nuous wave
  • the material weakening required for initiating the fracture at TLS is achieved in the proposed method by local material processing with a further laser beam, in particular a pulsed laser beam, through the surface of the workpiece.
  • One or more lines of modified material are created along the dividing lines.
  • the proposed method is characterized in that these one or more lines are not generated exclusively along the surface, but extend completely or at least in sections at a distance from the surface in the workpiece. It may be a continuous line or even several separate lines, which may also have a distance along the dividing line. The thickness or the diameter of the lines can also vary over their length.
  • the respective line is produced with a course in which the line starts at the surface of the workpiece and then moves away from the surface and at a distance from the surface in the workpiece, which can also vary over the length of the line.
  • the quality of the edge of each section or component to be separated is only influenced at the start position of the break by the material modification on the surface, so that the remaining course of the component or part edges can be produced with high quality.
  • a "high quality” is to be understood as meaning a geometrical course of the edge along the desired dividing line without ripples or outbreaks.
  • the production of the lines responsible for initiating and guiding the fracture achieves a higher quality of the edge of the severed sections or components at the same time, since the line sections extending at a distance from the surface guide the section sections. or component edge do not adversely affect.
  • the length of the line or sections at a distance from the surface should be as large as possible, but preferably greater than the length of the line or sections that extend at the surface.
  • a further advantage of the proposed method is that the first step of generating the line (s) can also be used, in advance, first of all a metallization possibly located on the surface of the workpiece and / or extended PCM structures (PCM: process control monitoring) locally in the region of the scribe frame in order to enable a sufficient absorption of the laser radiation in the workpiece for the subsequent TLS or Remove security-relevant structures, such as in security RFIDs.
  • PCM process control monitoring
  • substrates with larger Substratdi- bridges for example, with at least 925 ⁇ thickness for silicon substrates or 450 ⁇ thickness for SiC substrates, in only one pass, i. with only one crossing, where the lasers are separated via the respective dividing line, with good straightness of the dividing edge.
  • the method also allows the separation of highly doped semiconductor wafers with simultaneous straightness of the separating edge. Even stacked layers of different materials can be separated with the proposed method.
  • substrates stacked with the process e.g. Silicon on glass, completely separated at the same time good straightness of the cutting edge.
  • the lines of modified material produced in the method in the first method step along the dividing line may follow with respect to the distance from the surface of a geometric function or even an arbitrary course.
  • exemplary geometric functions are e.g. Sine function, parabola, a linear function, a sawtooth or a triangle function.
  • the respective distance function can also be in fixed relation to the structures or dimensions of the sections to be separated, in particular depending on the length of each section to be separated. Particularly advantageous is a distance course, in which the respective line is at the start and crossing points of the parting lines on the surface and extends between these points in an optionally varying distance to the surface in the workpiece.
  • the line can also run along areas with a surface metallization and / or PCM structures in the scribe frame on the surface.
  • two or more lines along the defined parting line at different distances from the surface can be superimposed, d. H. Seen from the surface or in a vertical projection on the surface completely or partially overlap along the dividing line.
  • a variation of the distance of the lines from the surface is preferably achieved by adapting the focus position of the laser beam used to generate the lines in the depth direction of the workpiece, ie the z value of the focal point with respect to the surface of the workpiece to be separated.
  • This variation of the focal position can be due to different Techniques are realized.
  • the focus position for example.
  • an actuator such as a piezoelectric element or a magnetic actuator, take place on a relative focus position influencing element.
  • a sinusoidal movement of the last converging lens of the focusing optics of the laser beam in front of the surface of the workpiece a corresponding sinusoidal distance function of the line in the workpiece can be produced.
  • the variation generated by the actuator is not limited to such a sine function, but may follow any given course or even a superposition of any geometric functions.
  • Another possibility of varying the focal position in the depth direction of the workpiece is the use of moving or focal length variable optical elements, such as the mirror elements of different focal lengths on a polygon scanner or by using adaptive mirrors. It goes without saying that the workpiece itself can also be suitably moved in the distance direction with respect to the laser processing head or vice versa.
  • the generation of the lines can be carried out in the proposed method with a varying along the lines of energy input of the pulsed laser beam used for the generation of lines.
  • This can be realized, for example, via a variation of the pulse energy / laser power and / or also by varying the pulse spacing.
  • the variation can take place in fixed relation to the structure of the workpiece to be separated or to the sections to be separated.
  • a higher pulse energy / laser power can be introduced at the start and intersection points and / or a shorter pulse spacing can be selected than in the intervening areas.
  • a control for the focal position of the laser beam in the first method step can be used with a sensor system.
  • the sensor serves to identify the relative position of the surface of the workpiece to be separated from the laser focus and the identification of any existing structures on the surface, such as metallization, which must be removed near the surface using the pulsed laser radiation to penetration of the laser radiation to allow for the second processing step.
  • the control leads the focus in detection of such structures respectively to the surface to remove the interfering structures.
  • the first step may be performed on a non-separately pretreated substrate.
  • a pretreatment step separate from the first step is carried out before the first step, by means of which material located in the region of one or more provided predetermined parting lines on the surface of the workpiece, in particular a metallization and / or PCM structures, eliminated and / or the surface is prepared for coupling the laser beam in the first step.
  • the pretreatment step may e.g. a selective laser ablation by means of a pre-treatment laser beam having a beam energy which is higher than an ablation threshold for the material located on the surface and lower than an ablation threshold for the material of the workpiece.
  • a pre-treatment laser beam having a beam energy which is higher than an ablation threshold for the material located on the surface and lower than an ablation threshold for the material of the workpiece.
  • This can e.g. used to eliminate metallization and / or PCM structures.
  • the pretreatment step may include smoothing the substrate surface by local remelting by laser radiation. This can be rough surfaces, e.g. be smoothed so that the coupling of the laser beam is improved in the subsequent first step against a coupling to the non-smoothed substrate.
  • the first step of the local laser machining it is useful in many cases, when a surface of the next line modified material in a predominant portion of their length at a distance of 30 ⁇ to 150 ⁇ , in particular at a distance of 40 ⁇ to 60 ⁇ from the surface is generated in the workpiece. If this uppermost track is quite close to the surface, it can usually be achieved that the subsequently generated crack remains in the material, so that the surface is not contaminated by cracks.
  • the crack location can be specified sufficiently precisely in the stress field of the subsequent TLS step, so that the crack can not or hardly run away and a precise edge profile can be achieved.
  • a distance between the lines of at least 200 ⁇ even thicker substrates with only a few lines can be so accurately predamaged that the subsequent crack plane defines exactly remains.
  • a line further from the surface and then a line closer to the surface are generated, so that the coupling of the laser beam always takes place by means of non-damaged material.
  • a second laser beam is preferably directed to the workpiece during the second step of thermal laser separation, and a cooling medium is applied to the surface near the heating zone or partially overlapping the heating zone to produce a cooling zone.
  • focusing of the second laser beam is adjusted such that a focus position lies at a distance from the surface in the interior of the workpiece.
  • the heat can then heat the area to be heated from the inside to the outside.
  • a deeper heating is possible than in the case of focusing the heating beam on the substrate surface, in particular for materials whose absorption coefficient is highly temperature-dependent.
  • the deep heating in conjunction with the cooling promotes strong and well-localized stress fields, which promote a precise crack propagation.
  • Favorable distances to the surface can e.g. are in the range of 50 ⁇ to 500 ⁇ , in particular in the range of 100 ⁇ to 400 ⁇ .
  • This focussing of a non-meltable laser beam inside the workpiece is considered to be an independently useful aspect for all TLS processes, even those in which the parting line was formed on the surface in the previous step.
  • the apparatus for carrying out the method accordingly has a first laser device, with which the one or more lines of modified material can be produced in the workpiece, a second laser device, which is designed for thermal laser beam separation of the workpiece along the parting lines, and a controller, the activates the first and the second laser beam device for carrying out the method.
  • the first laser device has means for changing the focal position of the laser beam in the depth of the workpiece (z-direction).
  • the controller is designed such that it controls the first laser device or the means for changing the focus position by varying the focus position for generating the one or more lines at a varying distance from the surface in the workpiece.
  • the device also comprises a cooling device, with which the surface of the workpiece can be locally exposed to a cooling medium during thermal laser beam separation along the parting lines.
  • a cooling medium for example, water, a water-air mixture, air, C0 2 or N 2 can be used and are directed via a spray nozzle on the surface of the workpiece to cause in combination with the laser beam required for the separation of mechanical stresses in the workpiece , Other cooling media can be used.
  • the controller may in this case have different operating modes in order to control the first laser device for generating different courses of the separating lines in accordance with the different embodiments of the proposed method.
  • the method and the device can be used for the separation of flat brittle workpieces in a variety of technical fields, in particular for the separation of components that are produced on thin substrates or slices.
  • semiconductor wafers of different compositions can be separated with regard to the substrate material and to the layer stack to be separated.
  • substrates in question which can also be processed with the known methods of the prior art.
  • mono- and multicrystalline semiconductors compound semiconductors, amorphous semiconductors for use in photovoltaics u.a.
  • systems with combined electrical, mechanical, chemical and / or biological components eg.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • NEMS nanoelectromechanical systems
  • the method can be used, for example, in the manufacture of displays, tiles, etc.
  • the method and apparatus are not limited to the above exemplified applications.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a portion of a substrate with components in plan view
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a portion of a substrate in which a sinusoidal line is generated according to the proposed method
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional representation through two exemplary components or sections with a material modified according to the method
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a portion of a substrate in which several (in the example two) line segments of modified material have been produced according to the proposed method;
  • FIG. 5 shows a further schematic cross-sectional illustration of a section of a substrate in which several (in the example two) line segments of modified material have been produced according to the proposed method
  • Fig. 6 is a schematic view of an embodiment of a device for separating flat workpieces into sections and Figs. 6B to 6D show detailed views;
  • FIG. 7 is a schematic view of a processing for forming superimposed lines of modified material
  • FIG. 8 shows a focusing of the second laser beam in the interior of the workpiece for heating during thermal laser separation
  • FIG. 9 shows detailed views of a second laser processing for heating the workpiece during thermal laser separation at successive points in time.
  • FIG. 1 shows a plan view of a detail of a substrate 1 with chips 101 to be separated as components in order to clarify the terms occurring here.
  • the scoring frame 102 in addition to the chips 101, the scoring frame 102, the scoring frame width 103, the parting line (kerf) 104, the parting line width 105 and the movement directions 203, 204 (X and Y directions) are also indicated when performing the parting steps.
  • FIG. 2 shows a cross section through a corresponding substrate 1 which is to be singulated into individual sections or components. The proposed method uses two separate processing steps. In the first step, one or more lines 2 are modified.
  • the line 2 of modified material produced by the laser beam 5 has a sinusoidally varying distance from the surface of the substrate 1 and also a corresponding distance from the rear side.
  • a minimum distance 4 to the surface and a minimum distance 3 to the back of the substrate 1 are maintained.
  • the variation of the distance is generated by changing the depth position of the focus 6 of the laser beam 5 in the substrate 1.
  • the minimum distances 3, 4 can also be zero in the proposed method, so that the line 2 can also extend in sections on the surface and / or back of the substrate 1.
  • a profile on the surface is preferably produced only at specific locations, for example, for the initiation of the crack or at crossing points of parting lines in order not to impair the quality of the component edges of the separated components by this material modification.
  • FIG. 3 shows an example in which the distance function of the generated line 2 runs periodically from the surface and is adapted to the dimensions of the components 7 to be separated.
  • FIG. 3 shows a cross section through two exemplary components 7 of a substrate. The course of the line 2 is in this case chosen so that the line 2 is located at the respective edges or edge zones of the components 7 on the surface, while extending therebetween in the depth.
  • start or end points 8 of the respective line for locating and guiding the TLS crack during the singulation of the components 7 are thus selected here on the surface.
  • FIG. 4 shows a further example of a possible course of the lines 2 in the substrate 1.
  • two lines 2 that follow each other along the dividing line are generated, which overlap in a region 9 by a specific value.
  • the overlap is realized by the different distance of the two, in this example curved, lines 2 from the surface in the overlapping region 9.
  • FIG. 5 shows a further example of a variant of lines 2 bent in this example, which in this case do not overlap but instead have a corresponding distance 10 from each other in the direction of the respective dividing line.
  • the TLS process is carried out in order to completely separate the substrate (Cleave step). This is done by thermally induced mechanical stresses, which are introduced by a combination of a further laser and cooling along the dividing line.
  • a pulsed Nd: YAG laser having an average power of 1.2 W can be used.
  • a Yb: YAG CW laser with a cw laser power of 130 W and a feed rate of 250 mm / s can then be used.
  • FIG. 6 shows in partial FIG. 6A a schematic view of a device 600 for separating a flat workpiece 1 into several sections.
  • the device is constructed in the manner of a production line and comprises a plurality of successively to be traversed by the workpiece processing equipment, in each of which temporally successive different processing steps are performed on the workpiece.
  • a pretreatment device PRE is configured to perform at least one pretreatment step prior to the above-mentioned first step (for producing lines of modified material), by means of material located in the region of the scribe frames on the surface of the workpiece in the region of one or more provided predetermined parting lines
  • a metallization and / or PCM structures can be eliminated and / or optionally the surface for coupling the laser beam in the subsequent first step can still be prepared.
  • the pretreatment may e.g. a smoothing of the substrate surface by means of local remelting, which is also referred to herein as "laser polishing" ren.
  • the workpiece is transported to the subsequent first laser processing device DS, in which the first step for producing the at least one line LM modified material is performed. Since this line is generated at least partially below the surface S of the workpiece 1 at a certain depth in the interior of the material, the device is also referred to as a deep-scribe device (abbreviated DS).
  • This device contains the first laser device L1, with which one or more lines LM of modified material can be guided along one or more predetermined material by local material processing by means of the laser beam 5 through the surface S of the workpiece 1. Bener dividing lines in the workpiece can be generated. The laser processing is done here so that a reduction of the breaking stress of the workpiece along the dividing lines is caused by the lines of modified material.
  • the workpiece is then transported to the subsequent device configured for thermal laser beam separation, also referred to herein as TLS device TLS.
  • the TLS device comprises a second laser device L2, which is designed for thermal laser beam separation of the workpiece along the parting lines, and a cooling device CL, with which the surface of the workpiece during thermal laser beam separation along the parting lines can locally be subjected to a cooling medium so that thermally induced mechanical stresses build up in the workpiece due to the temperature differences, which lead to a precise crack of the workpiece material along the predetermined parting lines.
  • Each of these devices is connected to a controller ST, which controls the individual process steps according to the specification of the process.
  • the laser device L0 of the pretreatment device PRE is designed so that by means of the laser beam 50 a selective laser ablation of materials takes place on the surface S of the workpiece in the region of the scribe frames 102, such as PCM structures PCM and / or a metallization.
  • a divergence modifier DIV0 and a subsequent converging lens LS0 are configured so that the laser beam 50 is focused on the structures to be removed on the surface (FIG. 6B).
  • the beam properties of the laser beam are set so that the ablation threshold AS2 for the material to be removed on the surface is markedly exceeded while the ablation threshold AS1 for the material of the workpiece 1 is clearly undershot (FIG. 6C).
  • the scoring frame 102 ie the area between the desired structures on the sections 101, or at least a defined part of the scoring frames, can be cleaned.
  • the surface may also be modified to promote a better coupling of the laser in the subsequent first step.
  • the pretreatment laser used is preferably a short-pulse laser, in particular a nanosecond laser, picosecond laser or a femtosecond laser.
  • the laser wavelength is preferably chosen so that the laser radiation is practically not absorbed in the workpiece material, but there is high absorption in the material of the layers or structures lying thereon.
  • a local remelting of the substrate material takes place.
  • This pretreatment process which is also referred to here as "laser polishing”
  • laser polishing can be advantageous, for example, in the case of very rough surfaces, at which a coupling of the laser beam in the downstream DS station, ie when producing the lines of modified material, due to the large Smoothing by means of remelting can reduce the short-term roughness and thus enables better coupling and / or less diffuse scattering
  • Typical remelting depths may in some cases amount to a few ⁇ m, for example up to 5 ⁇ m , but possibly also be significantly larger, for example up to several hundred micrometers, for example 200 ⁇ .
  • the deep scribe device DS with the first laser device L1 arranged downstream of the pretreatment device in the direction of the material flow serves to produce the lines LM of modified material.
  • the laser beam must be focused so that the lines extend over more or less extended long regions at a distance below the surface S within the material of the workpiece 1 at a predetermined depth.
  • means are provided for changing the focal position of the laser beam 5 in the depth of the workpiece.
  • these means comprise a variably adjustable divergence modifier DIV1 and a subsequent converging lens L1.
  • the condenser lens is stationary, so it does not have to be moved.
  • variable divergence modifier DIV1 is configured to change the divergence of the beam emerging in the convergent lens L1 in accordance with control signals of the controller ST.
  • An increase in the divergence leads to a lower focal position compared to smaller divergence angles or a parallel radiation incidence.
  • Other methods of changing the focus position described in this application are also possible.
  • this sub-process is controlled so that the line LM modified material, ie a damage track for cracking, approximately in the upper third of the workpiece (seen from the surface S) is formed, in particular in a depth range of a distance D1 between 30 ⁇ and 150 ⁇ from the surface S corresponds.
  • the distance D1 to the surface S is, for example, between 40 and 60 ⁇ m, it can generally be ensured that the crack remains inside the material during the deep scribe step and does not exit upwards to the surface.
  • the depth is low enough to ensure that the crack is formed and remains at the correct location within the thermal stress field of the thermal laser separation during subsequent thermal laser separation.
  • many lines LM of modified material may be brought onto or into the substrate, which inevitably intersect in the area of crossing points when viewed from above (see FIG. 1).
  • intersection points can potentially take more damage because they are processed there at least twice or irradiated by a laser, in some variants it is intended to specify the depth of the lines such that the lines of one direction and the other, transverse to it in direction Area of crossing points located at different depths.
  • the second step takes place, namely the separation of the workpiece along separation lines by thermal laser beam separation.
  • the second laser device L2 uses a laser beam 60 whose wavelength, energy and intensity are selected so that the workpiece material is not modified by the laser beam, in particular not melted, but only a localized heating of the workpiece material in a heating zone HZ (FIG. 6D, view of the workpiece surface from above).
  • the workpiece material in the near-surface region is locally cooled in the region of a cooling zone CZ by means of the cooling device CL.
  • the cooling device has a coolant nozzle CD, by means of which a fluid cooling medium can be sprayed or blown onto the workpiece surface S.
  • a coolant for example, a mixture of cooling gas (for example, air) and water droplets can be used.
  • a special feature of the TLS unit TLS is that the distance HC between the center of the heating zone and the center of the cooling zone can be adjusted continuously, for example in a distance range of about 1 mm to 5 mm, possibly also above or below. This is realized, for example, in that the coolant nozzle CD can be displaced linearly by means of an adjusting device with respect to the laser device L2 and locked at different positions.
  • the properties of the thermal stress field can be optimally adapted to process parameters of the separation process, such as feed rate of the workpiece, workpiece material, etc.
  • Further variants of the first step, namely the generation of modified lines, within the workpiece material will be explained with reference to FIG. Shown is the last, stationary mounted lens L1 and the upstream of this divergence modifier DIV1, which allows a continuous adjustment of the beam divergence.
  • the last, stationary mounted lens L1 and the upstream of this divergence modifier DIV1 which allows a continuous adjustment of the beam divergence.
  • several lines modified material vertically above each other along a dividing line are generated to determine the course of the parting plane perpendicular to the surface S during subsequent thermal laser separation.
  • the first laser beam device is adjusted so that the laser beam is focused through the surface S into a plane in a first focus F1 that lies below the surface at a distance D1 of, for example, 40 to 60 ⁇ m, around a first line LM 1 modified material to produce.
  • This runs over most of its length approximately parallel to the surface S and can run in edge zones to the surface.
  • marginal zones can also be regions which only later become a marginal zone of a segment due to the separation in the orthogonal direction.
  • a second operating mode the same region of the scribe frame is traversed a second time along the desired separation line, the segment exiting from the divergence modifier DIV1 Is set with higher divergence, so that the plane of the second focus F2 of the laser beam is then located at a greater depth within the material, at a depth distance D2 from the first line LM1.
  • vertical distances D2 of the order of 200 ⁇ m or more are sufficient to ensure that during the subsequent thermal laser separation, the crack runs largely exactly in the desired separation plane along the dividing line.
  • an advantage of the thermal laser separation is used, which is that the crack propagation substantially perpendicular to the workpiece surface is favored by the highly localized stress fields in the material, so that relatively large distances between lines of damage are sufficient to specify the desired parting plane.
  • first the lower lying line LM2 and then the lying closer to the surface line LM 1 is generated.
  • three or more than three lines in depth can be created superimposed.
  • pretreatment step production of lines modified material (first laser processing step (deep scribe) by first laser processing device DS) and subsequent thermal laser separation (TLS) for each of the entire substrate are Other procedures and system configurations possible.
  • the modules for the pre-treatment step (PRE), the production of lines of modified material (DS) and the thermal laser separation are connected in immediate succession so that these steps are carried out in succession along a separation line before the next, parallel or perpendicular separation line is processed . It would be possible to combine the modules in a combination module, so that for each dicing step (separation step) all operations are carried out in direct succession. It is also possible to do this only with individual modules, for example by combining only the pretreatment device (PRE) and the device DS for generating the lines of modified material to form a combination module.
  • a laser source can be saved by dividing the laser beam emitted by a common laser source by means of a beam splitting device into a first partial beam for the pretreatment of the surface and a second partial beam for producing the lines of modified material.
  • a beam splitting may also be provided within a single module, for example to produce during the pretreatment and / or in the first laser processing step two or more sub-beams that process the substrate synchronously along mutually parallel separation lines.
  • the step of thermal laser separation in many cases must be slower or at a lower feed rate than the preceding steps, in particular the first laser processing step, it can be provided to a first laser processing device two or more temporally parallel operable second laser processing devices and subsequent cooling devices and distribute the substrates after completion of the first laser processing step by means of a distribution device to the subsequent TLS stations.
  • the wavelength of the second laser beam adapted to the material of the workpiece is to be selected so that sufficient absorption occurs in the material, so that the material is heated. Wavelengths around 1070 nm, for example, have proven particularly suitable for the processing of silicon. In general, it seems expedient to choose laser wavelengths for heating semiconductor materials whose energy is slightly less than the band gap of the respective Material.
  • the second laser beam 60 is preferably focused such that the interface between the laser beam and the surface S lies completely within the scribe frame with lateral safety distance to the adjacent structures STR of the sections, so that they are not hit by the laser beam.
  • the area of greatest energy density ie the focus area
  • the heated zone extends to greater depths than in the case of a focus on the surface. It can thereby be achieved that the desired thermally induced stress field also extends within the material to greater depths than when focusing on the surface. This, in turn, makes it possible to better control the course of the crack plane (ideally perpendicular to the surface) than in the case of heating only near the surface.
  • Focusing the laser beam in the interior of the workpiece in the second step allows generation of the desired heating from the interior of the workpiece toward the surface.
  • the heating in deeper zones with greater distance from the surface is possible with a focus in the interior of the workpiece material even in those workpieces whose workpiece material has a strong temperature-dependent absorption coefficient for the laser beam of the second step.
  • the penetration depth of the laser beam changes with increasing temperature or increasing irradiation time.
  • FIG. 9 schematically shows a section of the workpiece at different times during the irradiation for heating the workpiece material. At the time t- ⁇ at the beginning of the heating phase, the largest proportion of heat in the region of the focus within the material is formed at a large distance from the surface.
  • the absorption of the workpiece material increases, so that the penetration depth of the laser beam at a later time t 2 > ti is already reduced.
  • the laser beam can hardly penetrate into the material due to the further increased absorption. In this way it can be achieved that even without machine-side adjustment of the focus position, the workpiece is sufficiently heated in the intended separation area to greater depths to produce a reaching into the depth of the material stress field.
  • both circular and elliptical, square or non-square oblong rectangular beam cross sections can be used.
  • This variant may, regardless of the other features of the invention described in this application, also be advantageous in other methods of thermal laser separation and is regarded as an independent invention.
  • this procedure can also be used in the heating, if in the previous first Step the lines of damaged material were created only along the surface of the workpiece.
  • the machined workpiece can be cleaned with the now separated sections in a cleaning operation.
  • the surface can be blown out by means of compressed air or another pressurized gas to eliminate any residues. It is also possible to turn the workpiece as a whole quickly to clean the surface using centrifugal forces. These measures can be combined.
  • the proposed method has numerous advantages over the known methods of stealth dicing (SD) and the hitherto known laser laser thermal separation (TLS) with a scribe line along the surface of the workpiece, as can be seen from the following table:
  • substrate thickness substrate thickness

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Trennung eines flachen Werkstücks (1) in mehrere Teilstücke (7) mit der Technik des thermischen Laserstrahl-Separierens (TLS). Bei dem Verfahren wird vor dem TLS-Schritt mit einem weiteren Laser durch lokale Materialbearbeitung wenigstens eine Linie (2) modifizierten Materials entlang einer oder mehrerer vorgegebener Trennlinien im Werkstück (1) erzeugt, die zu einer Reduzierung der Bruchspannung des Werkstücks (1) entlang der Trennlinien führen. Diese Linie (2) wird dabei vollständig oder zumindest abschnittsweise mit einem Abstand von der Oberfläche des Werkstücks (1) erzeugt. Mit dem Verfahren wird eine höhere Qualität der Kanten der abgetrennten Teilstücke erreicht.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Trennung eines flachen Werkstücks in mehrere Teilstücke
TECHNISCHES ANWENDU NGSGEBI ET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung eines flachen Werkstücks in mehrere Teilstücke, bei dem in einem ersten Schritt durch lokale Materialbearbeitung mit einem La- serstrahl durch eine Oberfläche des Werkstücks eine oder mehrere Linien modifizierten Materials entlang einer oder mehrerer vorgegebenen Trennlinien im Werkstück erzeugt werden, die zu einer Reduzierung der Bruchspannung des Werkstücks entlang der Trennlinien führen, und in einem zweiten Schritt das Werkstück entlang der Trennlinien durch thermisches Laserstrahl- Separieren in die Teilstücke aufgetrennt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist.
In vielen technischen Bereichen ist es erforderlich, ein größeres Werkstück in mehrere in der Regel formgleiche Teilstücke aufzutrennen oder aus einem Werkstück mehrere gleichförmige Strukturen herauszutrennen. Ein Beispiel ist die Vereinzelung von Bauelementen oder Chips in der Halbleiterindustrie oder verwandten Industrien, wie bspw. MEMS, Solar oder Optik. Dort wird eine Vielzahl von Bauelementen auf einem gemeinsamen Substrat gefertigt. Sind die Bauelemente vollständig prozessiert, müssen sie voneinander getrennt werden, damit sie einzeln weiter verarbeitet werden können. Dieser Trennprozess, die Vereinzelung der Bauelemente, lässt sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren sowie der vorgeschlagenen Vorrichtung durchführen. An den Vereinzelungsprozess werden unterschiedliche Anforderungen gestellt, bspw. hoher Durchsatz, hohe Qualität und hinreichend genauer geometrischer Verlauf der resultierenden Bauelementkanten, saubere Trennung von Schichtstapeln unterschiedlicher Materialien, keine Qualitätseinbuße der Bauelemente und geringe Kosten pro Vereinzelungsschritt. Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich in gleicher weise auch auf anderen technischen Gebieten ein- setzen, bspw. in der Glas- und Keramik-Industrie.
STAND DER TECHNI K
Im Folgenden wird die Problematik bei der Trennung eines flachen Werkstücks in mehrere Teilstücke anhand der Anwendung in der Halbleiterindustrie erläutert. Für den Vereinzelungsprozess existieren dort verschiedene Verfahren und Vorrichtungen. Derzeit werden die auf Sub- Straten gefertigten Bauelemente meist mit Hilfe von mechanischen oder laserbasierten Technologien getrennt.
Daneben gibt es aus mechanischen und laserbasierten Verfahren kombinierte Technologien sowie Plasmaätzverfahren und Trennverfahren mittels Dünnschleifen. Die beiden letztgenannten Verfahren sowie die kombinierten Verfahren spielen derzeit nur eine untergeordnete Rolle.
Unabhängig von der gewählten Trenntechnologie wird in der Regel vor dem Trennprozess das zu trennende Substrat auf einem Träger fixiert, damit das Substrat während der Bearbeitung nicht verrutscht, die Bauelemente kontrolliert getrennt werden können und bereits getrennte Bauelemente nicht abhanden kommen. Die Art der Fixierung wird abhängig von dem zu bearbeitenden Substrat gewählt. In der Mikroelektronik wird z.B. häufig eine Fixierung des Substrats mit Hilfe einer einseitig klebenden Folie und einem Trägerrahmen gewählt.
Bei den Material abtragenden Laserverfahren wird mit Hilfe eines oder mehrerer gepulster Laserstrahlen so lange Substratmaterial entlang des Ritzrahmens abgetragen, bis alle Bauele- mente getrennt sind.
Abtragsfreie oder trennfugenfreie Laserverfahren basieren auf der Initialisierung und Führung eines Risses durch das Substrat. Beispiele für derartige abtragsfreie Trennungsverfahren sind das sog. Stealth Dicing (SD) und das thermische Laserstrahl-Separieren (TLS).
Beim Stealth Dicing, wie es bspw. in der EP 1 716 960 B1 zum Trennen von Werkstücken ver- wendet wird, erzeugt ein gepulster Laserstrahl mit hoher Pulsintensität durch nichtlineare Absorption im Werkstück eine Materialschwächung, an der das Werkstück anschließend durch mechanische Einwirkung gebrochen wird. Zur Trennung von Substraten mit einer Dicke von 200 μηη oder dicker, sind jedoch entlang der Trennlinie mehrere Überfahrten mit dem Laserstrahl erforderlich. Dies erhöht die Prozesszeit und verringert damit den Durchsatz. Weiterhin darf das Werkstück die Laserstrahlung bei dieser Technik nicht zu stark absorbieren, um die nichtlinearen Effekte in einer ausreichenden Tiefe im Werkstück erzeugen zu können. Die Trennung von hochdotierten Substraten ist daher nicht möglich, weil die Absorption der Laserstrahlung zu nahe an der Oberfläche stattfindet. Beim thermischen Laserstrahl-Separieren erfolgt die Trennung des Werkstücks durch Erzeugen einer hohen thermischen Spannung mit einem Laserstrahl, der vom Werkstück ausreichend absorbiert wird. Die Trennung durch diese thermische Spannung erfordert die Initiierung des Bruches durch eine geeignete Materialschwächung am oder im Werkstück. Hierzu ist es be- kannt, am Rand des zu trennenden Werkstücks oder entlang einer Trennlinie eine Kerbe in die Oberfläche des Werkstücks einzubringen, durch die der Riss bei der anschließenden starken lokalen Erwärmung mit dem Laserstrahl dann initiiert wird.
Die EP 1 924 392 B1 zeigt hierbei ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 . Bei diesem Verfahren wird vor dem TLS-Schritt durch lokale Materialmodifikation mit einem gepulsten Laser an der Oberfläche des Werkstücks eine Spur modifizierten Materials entlang der Trennlinie erzeugt, die zu einer Reduzierung der Bruchspannung des Werkstücks entlang der Trennlinie führt. Diese Spur ersetzt die bisher eingebrachte Kerbe und kann entlang der Trennlinie auch unterschiedlich tief ausgebildet sein, um eine ggf. variierende Dicke des Werkstücks auszugleichen. Allerdings kann eine Kerbe oder eine anstelle der Kerbe eingebrachte Materialmodifikation an der Oberfläche die Qualität der Kante des abgetrennten Teilstücks bzw. Bauelements verringern.
AUFGABE UND LÖSUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Trennung eines flachen Werkstücks in mehrere Teilstücke anzugeben, die eine Trennung mit hoher Geschwindigkeit sowie eine gegenüber dem bisherigen thermischen Laserstrahlseparieren höhere Qualität der resultierenden Kanten der Teilstücke ermöglichen.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich um ein laserbasiertes Trennverfahren, das trennfugenfrei arbeitet. Das Verfahren nutzt die Technik des Thermischen Laserstrahl- Separierens (TLS), bei der durch die Kombination von Laserstrahl und Kühlung entlang der Trennlinie starke thermische Spannungen in das Werkstück eingebracht werden, die zu einem Bruch des Werkstücks entlang der Trennlinie führen. Energie und Intensität der Laserstrahlung werden dabei so gewählt, dass das Werkstückmaterial durch den Laserstrahl nicht modifiziert, insbesondere nicht aufgeschmolzen wird. Vorzugsweise wird hierzu ein CW-Laser (CW: conti- nuous wave) eingesetzt. Die für die Initiierung des Bruches bei TLS erforderliche Materialschwächung wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren durch lokale Materialbearbeitung mit einem weiteren Laserstrahl, insbesondere einem gepulsten Laserstrahl, durch die Oberfläche des Werkstücks erreicht. Hierbei werden eine oder mehrere Linien modifizierten Materials ent- lang der Trennlinien erzeugt. Das vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine oder mehrere Linien nicht ausschließlich entlang der Oberfläche erzeugt werden, sondern sich vollständig oder zumindest abschnittsweise mit einem Abstand von der Oberfläche im Werkstück erstrecken. Es kann sich dabei um eine durchgehende Linie oder auch um mehrere getrennte Linien handeln, die entlang der Trennlinie auch einen Abstand zueinander auf- weisen können. Die Dicke bzw. der Durchmesser der Linien kann über deren Länge auch variieren.
Besonders vorteilhaft wird die jeweilige Linie mit einem Verlauf erzeugt, bei dem die Linie an der Oberfläche des Werkstücks startet und sich anschließend von der Oberfläche entfernt und in einem Abstand von der Oberfläche im Werkstück erstreckt, der über die Länge der Linie auch variieren kann. Damit wird die Qualität der Kante des jeweils abzutrennenden Teilstücks bzw. Bauelementes lediglich an der Startposition des Bruches durch die Materialmodifikation an der Oberfläche beeinflusst, so dass der restliche Verlauf der Bauelement bzw. Teilstückkanten mit hoher Qualität erzeugt werden kann. Unter einer„hohen Qualität" ist dabei vor allem ein möglichst genauer geometrischer Verlauf der Kante entlang der gewünschten Trennlinie ohne Wel- ligkeiten oder Ausbrüche zu verstehen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann durch Nutzung der Technik des TLS ein hoher Durchsatz bei der Trennung der Teilstücke erreicht werden. Durch die Erzeugung der für die Initiierung und Führung des Bruches verantwortlichen Linien modifizierten Materials zumindest abschnittsweise in einem Abstand zur Oberfläche des Werkstücks wird gleichzeitig eine höhere Qualität der Kante der abgetrennten Teilstücke bzw. Bauelemente erreicht, da die im Abstand zur Oberfläche verlaufenden Linienabschnitte die Teilstück- bzw. Bauelementkante nicht negativ beeinflussen. Die Länge des oder der Linienabschnitte in einem Abstand zur Oberfläche sollte dabei möglichst groß sein, vorzugsweise jedoch größer als die Länge des oder der Linienabschnitte, die an der Oberfläche verlaufen. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass der erste Schritt der Erzeugung der Linie(n) auch dazu genutzt werden kann, vorab zunächst eine ggf. auf der Oberfläche des Werkstücks befindliche Metallisierung und/oder ausgedehnte PCM-Strukturen (PCM: process control monitoring) im Bereich des Ritzrahmens lokal abzutragen, um eine ausreichende Absorption der Laserstrahlung im Werkstück für das spätere TLS zu ermöglichen oder, um sicherheitsrelevante Strukturen wie z.B. in Security-RFIDs zu entfernen. Das Verfahren erlaubt somit sowohl die Trennung von Werkstücken mit ausgedehnten PCM-Strukturen im Ritzrahmen als auch die Trennung bei Vorhandensein von dünnem Vorderseitenmetall.
Weiterhin können mit dem Verfahren beispielsweise auch Substrate mit größeren Substratdi- cken, beispielsweise mit mindestens 925 μηη Dicke bei Siliziumsubstraten oder mit 450 μηη Dicke bei SiC-Substraten, in nur einem Durchgang, d.h. bei nur einer Überfahrt, bei der Laser über die jeweilige Trennlinie, bei gleichzeitig guter Geradlinigkeit der Trennkante getrennt werden. Das Verfahren ermöglicht auch die Trennung von hochdotierten Halbleiterscheiben bei gleichzeitiger Geradlinigkeit der Trennkante. Auch gestapelte Schichten unterschiedlicher Mate- rialien können mit dem vorgeschlagenen Verfahren getrennt werden. Insbesondere können mit dem Verfahren gestapelte Substrate, z.B. Silizium auf Glas, vollständig bei gleichzeitig guter Geradlinigkeit der Trennkante getrennt werden.
Die bei dem Verfahren im ersten Verfahrensschritt erzeugten Linien modifizierten Materials entlang der Trennlinie können bezüglich des Abstandes von der Oberfläche einer geometrischen Funktion oder auch einem beliebigen Verlauf folgen. Beispielhafte geometrische Funktionen sind z.B. Sinusfunktion, Parabel, eine lineare Funktion, eine Sägezahn- oder eine Dreiecksfunktion. Die jeweilige Abstandsfunktion kann dabei auch in fester Relation zu den Strukturen bzw. Abmessungen der zu trennenden Teilstücke sein, insbesondere abhängig von der Länge des jeweils zu trennenden Teilstücks. Besonders vorteilhaft ist ein Abstandsverlauf, bei dem die jeweilige Linie an Start- und Kreuzungspunkten der Trennlinien an der Oberfläche liegt und sich zwischen diesen Punkten in einem ggf. variierenden Abstand zur Oberfläche im Werkstück erstreckt. In gleicher weise kann die Linie auch entlang Bereichen mit einer Oberflächenmetallisierung und/oder PCM-Strukturen im Ritzrahmen an der Oberfläche verlaufen. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren können auch zwei oder mehr Linien entlang der definierten Trennlinie in unterschiedlichem Abstand von der Oberfläche übereinander liegen, d. h. sich von der Oberfläche her gesehen bzw. in senkrechter Projektion auf die Oberfläche vollständig oder teilweise entlang der Trennlinie überlappen.
Eine Variation des Abstandes der Linien von der Oberfläche wird vorzugsweise durch Anpas- sung der Fokuslage des für die Erzeugung der Linien eingesetzten Laserstrahls in Tiefenrichtung des Werkstücks, d.h. des z-Wertes des Fokuspunktes gegenüber der Oberfläche des zu trennenden Werkstücks, erzielt. Diese Variation der Fokuslage kann durch unterschiedliche Techniken realisiert werden. So kann die Fokuslage bspw. mit Hilfe eines Aktors, z.B. eines Piezoelementes oder eines magnetischen Aktors, an einem die relative Fokuslage beeinflussenden Element erfolgen. So kann bspw. durch eine sinusförmige Bewegung der letzten Sammellinse der Fokussieroptik des Laserstrahle vor der Oberfläche des Werkstücks eine entspre- chende sinusförmige Abstandsfunktion der Linie im Werkstück erzeugt werden. Selbstverständlich ist die mit dem Aktor erzeugte Variation nicht auf eine derartige Sinusfunktion beschränkt, sondern kann einem beliebig vorgegebenen Verlauf oder auch einer Überlagerung beliebiger geometrischer Funktionen folgen.
Es besteht auch die Möglichkeit, den Laser während der Überfahrt des Laserstrahls über das Werkstück gezielt ein- und auszuschalten, um andere Formen der Linie zu erzeugen.
Eine weitere Möglichkeit der Variation der Fokuslage in der Tiefenrichtung des Werkstücks besteht in der Nutzung bewegter oder in der Brennweite veränderlicher optischer Elemente, wie beispielsweise der Spiegelelemente unterschiedlicher Brennweite auf einem Polygonscanner oder durch Nutzung von adaptiven Spiegeln. Auch das Werkstück selbst kann selbstverständlich gegenüber dem Laserbearbeitungskopf in Abstandsrichtung geeignet bewegt werden oder umgekehrt.
Die Erzeugung der Linien kann beim vorgeschlagenen Verfahren mit einem entlang der Linien variierenden Energieeintrag des für die Erzeugung der Linien eingesetzten gepulsten Laserstrahls erfolgen. Dies kann beispielsweise über eine Variation der Pulsenergie/Laserleistung und/oder auch durch Variation des Pulsabstandes realisiert werden. Die Variation kann in fester Relation zur Struktur des zu trennenden Werkstücks bzw. zu den zu trennenden Teilstücken erfolgen. So kann z.B. an den Start- und Kreuzungspunkten jeweils eine höhere Pulsenergie/ Laserleistung eingebracht und/oder ein geringerer Pulsabstand gewählt werden als in den dazwischen liegenden Bereichen. Für alle Varianten des vorgeschlagenen Verfahrens kann eine Steuerung für die Fokuslage des Laserstrahls beim ersten Verfahrensschritt mit einer Sensorik verwendet werden. Diese ermöglicht bei Bedarf eine Synchronisation der Tiefenposition der Linie, d .h. des Abstands der Linie zur Oberfläche, mit der Struktur des Werkstücks bzw. der abzutrennenden Teilstücke. Die Sensorik dient hierbei der Identifizierung der relativen Position der Oberfläche des zu trennenden Werkstücks gegenüber des Laserfokus und der Identifizierung von eventuell vorhandenen Strukturen an der Oberfläche, wie z.B. Metallisierungsschichten, welche mit Hilfe der gepulsten Laserstrahlung oberflächennah entfernt werden müssen, um ein Eindringen der Laserstrahlung für den zweiten Bearbeitungsschritt zu ermöglichen. Die Steuerung führt dabei den Fokus bei Detektion derartiger Strukturen jeweils an die Oberfläche, um die störenden Strukturen zu entfernen.
Der erste Schritt kann an einem nicht gesondert vorbehandelten Substrat durchgeführt werden. Bei manchen Verfahrensvarianten wird jedoch vor dem ersten Schritt ein von dem ersten Schritt gesonderter Vorbehandlungsschritt durchgeführt, durch den im Bereich einer oder mehrerer vorgesehener vorgegebener Trennlinien auf der Oberfläche des Werkstücks befindliches Material, insbesondere eine Metallisierung und/oder PCM-Strukturen, beseitigt und/oder die Oberfläche zum Einkoppeln des Laserstrahls beim ersten Schritt vorbereitet wird. Dadurch kann die Effizienz und Präzision nachfolgender Schritte ggf. verbessert werden.
Der Vorbehandlungsschritt kann z.B. eine selektive Laserablation mittels eines Vorbehandlungs-Laserstrahls umfassen, der eine Strahlenergie hat, die höher als eine Ablationsschwelle für das auf der Oberfläche befindliche Material und niedriger als eine Ablationsschwelle für das Material des Werkstücks ist. Dies kann z.B. genutzt werden, um eine Metallisierung und/oder PCM-Strukturen zu beseitigen. Alternativ oder zusätzlich kann der Vorbehandlungsschritt eine Glättung der Substratoberfläche mittels lokalen Umschmelzens durch Laserstrahlung umfassen. Hiermit können raue Oberflächen z.B. so geglättet werden, dass die Einkopplung des Laserstrahls beim nachfolgenden ersten Schritt gegenüber einer Einkopplung am nicht geglätteten Substrat verbessert wird.
Beim ersten Schritt der lokalen Laserbearbeitung ist es in vielen Fällen sinnvoll, wenn eine der Oberfläche nächste Linie modifizierten Materials in einem überwiegenden Anteil ihrer Länge in einem Abstand von 30 μηη bis 150 μηη, insbesondere in einem Abstand von 40 μηη bis 60 μηη von der Oberfläche im Werkstück erzeugt wird. Wenn diese oberste Spur recht nahe an Oberfläche ist, kann meist erreicht werden, dass der nachfolgend erzeugte Riss im Material bleibt, so dass die Oberfläche nicht durch Rissrückstände verschmutzt wird. Außerdem kann der Rissort ausreichend präzise im Spannungsfeld des späteren TLS-Schritts vorgegeben werden, so dass der Riss nicht oder kaum weglaufen kann und ein präziser Kantenverlauf erzielbar ist. Wenn in einem Bereich, in welchem mindestens zwei der Linien erzeugt werden, die entlang der Trennlinien übereinander liegen, ein Tiefenabstand zwischen den Linien mindestens 200 μηη beträgt, können auch dickere Substrate mit nur wenigen Linien so präzise vorgeschädigt werden, dass die spätere Rissebene genau definiert bleibt. Vorzugsweise wird in einem solchen Fall zunächst eine weiter entfernt von der Oberfläche liegende Linie und danach eine der Oberfläche nähere Linie erzeugt, so dass die Einkopplung des Laserstrahls immer durch nicht geschädigtes Material erfolgt. Zur Trennung des Substrats wird vorzugsweise bei dem zweiten Schritt des Thermischen Laser-Separierens ein zweiter Laserstrahl zur Erzeugung einer Heizzone auf das Werkstück gerichtet und nahe der Heizzone oder teilweise überlappend mit der Heizzone die Oberfläche zur Erzeugung einer Kühlzone mit einem Kühlmedium beaufschlagt. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, wenn ein Abstand zwischen einem Zentrum der Heizzone und einem Zentrum der Kühlzone entlang der Trennlinie in Abhängigkeit von mindestens einem Werkstückparameter und/oder von einer Trenngeschwindigkeit eingestellt wird. Hierdurch kann eine Verbesserung der Rissgeometrie begünstigt werden.
In manchen Verfahrensvarianten wird bei dem zweiten Schritt eine Fokussierung des zweiten Laserstrahls so eingestellt, dass eine Fokusposition mit Abstand zur Oberfläche im Inneren des Werkstücks liegt. Die Wärme kann den aufzuheizenden Bereich dann von innen nach außen heizen. Dadurch ist eine tiefer gehende Aufheizung möglich als im Falle einer Fokussierung des Heizstrahls an der Substratoberfläche, insbesondere bei Materialien, deren Absorptionskoeffizient stark temperaturabhängig ist. Die tiefgehende Aufheizung begünstigt in Verbindung mit der Kühlung starke und gut lokalisierte Spannungsfelder, die eine präzise Rissausbreitung begünstigen. Günstige Abstände zur Oberfläche können z.B. im Bereich von 50 μηη bis 500 μηη liegen, insbesondere im Bereich von 100 μηη bis 400 μηη.
Diese Fokussierung eines zum Aufheizen ohne Schmelzen geeigneten Laserstrahls im Inneren des Werkstücks wird als unabhängiger nützlicher Aspekt für alle TLS-Verfahren angesehen, auch für solche, in denen die Trennlinie im vorgeschalteten Schritt an Oberfläche erzeugt wurde.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist dementsprechend eine erste Lasereinrichtung auf, mit der die eine oder mehreren Linien modifizierten Materials im Werkstück erzeugbar sind, eine zweite Lasereinrichtung, die zum thermischen Laserstrahl-Separieren des Werkstücks entlang der Trennlinien ausgebildet ist, und eine Steuerung, die die erste und die zweite Laserstrahleinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ansteuert. Die erste Lasereinrichtung weist dabei Mittel zur Veränderung der Fokuslage des Laserstrahls in der Tiefe des Werkstücks (z-Richtung) auf. Die Steuerung ist so ausgebildet, dass sie die erste Lasereinrichtung bzw. die Mittel zur Veränderung der Fokuslage durch Variation der Fokuslage zur Erzeugung der einen oder der mehreren Linien mit einem variierenden Abstand von der Oberfläche im Werkstück ansteuert. In einer Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung auch eine Kühleinrichtung, mit der die Oberfläche des Werkstücks beim thermischen Laserstrahl- Separieren entlang der Trennlinien lokal mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden kann. Als Kühlmedium kann beispielsweise Wasser, ein Wasser-Luft-Gemisch, Luft, C02 oder N2 eingesetzt werden und über eine Sprühdüse auf die Oberfläche des Werkstücks gerichtet werden, um in Kombination mit dem Laserstrahl die für die Trennung erforderlichen mechanischen Spannungen im Werkstück hervorzurufen. Auch andere Kühlmedien können eingesetzt werden.
Die Steuerung kann hierbei verschiedene Betriebsmodi aufweisen, um die erste Lasereinrichtung zur Erzeugung unterschiedlicher Verläufe der Trennlinien gemäß den unterschiedlichen Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens anzusteuern.
Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich zur Trennung von flachen spröden Werkstücken auf den unterschiedlichsten technischen Gebieten einsetzen, insbesondere für das Trennen von Bauelementen, die auf dünnen Substraten oder Scheiben hergestellt werden. So können im Bereich der Mikroelektronik oder Nanoelektronik Halbleiterscheiben unterschiedlicher Zusam- mensetzungen hinsichtlich des Substratmaterials und zu trennender Schichtstapel getrennt werden. Hier kommen alle Substrate in Frage, die auch mit den bekannten Verfahren des Standes der Technik bearbeitet werden können. Dies sind z. B. mono- und multikristalline Halbleiter, Verbindungshalbleiter, amorphe Halbleiter für den Einsatz in der Photovoltaik u.a. Auch Systeme mit kombinierten elektrischen, mechanischen, chemischen und/oder biologischen Bestand- teilen, z. B. mikroelektromechanische Systeme (MEMS) oder nanoelektromechanische Systeme (NEMS), lassen sich gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren bearbeiten. In der Glasindustrie kann das Verfahren bspw. bei der Herstellung von Displays, Fliesen usw. eingesetzt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung sind selbstverständlich nicht auf die obigen beispielhaft angeführten Anwendungen beschränkt. KURZE BESCHREI BUNG DER ZEICHNUNGEN
Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines Substrates mit Bauelementen in Draufsicht; Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Substrates, in dem eine sinusförmige Linie gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren erzeugt wird;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsdarstellung durch zwei exemplarische Bauelemente bzw. Teilstücke mit einer gemäß dem Verfahren erzeugten Linie modifizierten Materials; Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Substrates, in dem mehrere (im Beispiel zwei) Liniensegmente modifizierten Materials gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren erzeugt wurden;
Fig. 5 eine weitere schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Substrates, in dem mehrere {im Beispiel zwei) Liniensegmente modifizierten Materials gemäß dem vorge- schlagenen Verfahren erzeugt wurden,
Fig. 6 in 6A eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Trennung flacher Werkstücke in Teilstücke und in 6B bis 6D Detailansichten;
Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Bearbeitung zur Erzeugung übereinander liegenden Linien modifizierten Materials; Fig. 8 eine Fokussierung des zweiten Laserstrahls im Inneren des Werkstücks zum Aufheizen beim thermischen Laser-Separieren; und
Fig. 9 Detailansichten einer zweiten Laserbearbeitung zur Aufheizung des Werkstücks beim thermischen Laser-Separieren zu aufeinander folgenden Zeitpunkten.
DETAI LLI ERTE BESCHREI BUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Figur 1 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einem Substrat 1 mit zu trennenden Chips 101 als Bauelemente, um die hier auftretenden Begriffe zu klären. In der Figur sind außer den Chips 101 auch der Ritzrahmen 102, die Ritzrahmenbreite 103, die Trennfuge (Kerf) 104, die Trennfugen-Breite 105 sowie die Bewegungsrichtungen 203, 204 (X- und Y-Richtung) beim Durchführen der Trennschritte angedeutet. Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein entsprechendes Substrat 1 , das in einzelne Teilstücke bzw. Bauelemente vereinzelt werden soll. Das vorgeschlagene Verfahren setzt hierbei zwei getrennte Bearbeitungsschritte ein. Im ersten Schritt werden eine oder mehrere Linien 2 modifi- zierten Materials entlang der definierten Trennlinie zur Lokalisierung des TLS-Rissstarts und zur Führung des TLS-Risses durch geeignete Fokussierung eines gepulsten Laserstrahls 5 auf und/ oder in das zu trennende Substrat 1 erzeugt. Im Beispiel der Figur 2 hat die mit dem Laserstrahl 5 erzeugte Linie 2 modifizierten Materials einen sinusförmig variierenden Abstand von der Oberfläche des Substrates 1 sowie auch einen entsprechenden Abstand von der Rückseite. In diesem Beispiel werden ein Mindestabstand 4 zur Oberfläche sowie ein Mindestabstand 3 zur Rückseite des Substrates 1 eingehalten. Die Variation des Abstandes wird durch Veränderung der Tiefenlage des Fokus 6 des Laserstrahls 5 im Substrat 1 erzeugt. Die Mindestabstände 3, 4 können bei dem vorgeschlagenen Verfahren auch Null werden, so dass die Linie 2 auch abschnittsweise an der Oberfläche und/oder Rückseite des Substrates 1 verlaufen kann. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Verlauf an der Oberfläche vorzugsweise nur an bestimmten Stellen, bspw. zur Initiierung des Risses oder an Kreuzungspunkten von Trennlinien erzeugt, um die Qualität der Bauteilkanten der getrennten Bauteile nicht durch diese Materialmodifikation zu beeinträchtigen. Figur 3 zeigt ein Beispiel, bei der die Abstandsfunktion der erzeugten Linie 2 von der Oberfläche periodisch verläuft und an die Dimensionen der zu trennenden Bauelemente 7 angepasst ist. Figur 3 zeigt hierbei einen Querschnitt durch zwei exemplarische Bauelemente 7 eines Substrates. Der Verlauf der Linie 2 ist hierbei so gewählt, dass die Linie 2 an den jeweiligen Rändern bzw. Randzonen der Bauelemente 7 an der Oberfläche liegt, während sie sich dazwischen in die Tiefe erstreckt. Diese Start- bzw. Endpunkte 8 der jeweiligen Linie zur Lokalisierung und Führung des TLS-Risses bei der Vereinzelung der Bauelemente 7 werden somit hier an der Oberfläche gewählt.
Figur 4 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel für einen möglichen Verlauf der Linien 2 im Substrat 1 . Bei dieser Ausgestaltung sind in dem im Querschnitt dargestellten Abschnitt des Sub- strats 1 zwei entlang der Trennlinie aufeinander folgende Linien 2 erzeugt, die sich in einem Bereich 9 um einen bestimmten Wert überlappen. Die Überlappung wird durch den unterschiedlichen Abstand der beiden, in diesem Beispiel gebogenen, Linien 2 von der Oberfläche im überlappenden Bereich 9 realisiert.
Figur 5 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel einer Variante von, in diesem Beispiel gebogenen, Linien 2, die sich in diesem Fall nicht überlappen, sondern in Richtung der jeweiligen Trennlinie einen entsprechenden Abstand 10 zueinander aufweisen.
Der geometrische Verlauf der Linien 2, eine eventuelle Überlappung oder ein eventueller Abstand werden je nach Anforderungen und gewünschtem Ergebnis der Trennung der Bauteile in Abhängigkeit von dem Werkstückmaterial und der Werkstückdicke gewählt. Nach dem Einbringen der entsprechenden Linie(n) im ersten Schritt wird im zweiten Schritt der TLS-Prozess durchgeführt, um das Substrat vollständig zu trennen (Cleave-Schritt). Dies erfolgt durch thermisch induzierte mechanische Spannungen, welche durch eine Kombination aus einem weite- ren Laser und einer Kühlung entlang der Trennlinie eingebracht werden.
So kann beispielsweise zur Trennung eines Siliziumsubstrates einer Dicke von 400 μηη in einzelne Chips für die Erzeugung der Linien im ersten Schritt ein gepulster Nd:YAG- Laser mit einer mittleren Leistung von 1 ,2 W eingesetzt werden. Für den anschließenden TLS-Schritt kann dann ein Yb:YAG CW-Laser mit einer cw-Laserleistung von 130 W und einer Vorschubge- schwindigkeit von 250 mm/s eingesetzt werden.
Zur weiteren Erläuterung von Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung zeigt Fig. 6 in Teilfigur 6A eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 600 zur Trennung eines flachen Werkstücks 1 in mehrere Teilstücke. Die Vorrichtung ist nach Art einer Fertigungslinie aufgebaut und umfasst mehrere nacheinander vom Werkstück zu durchlaufende Bearbeitungseinrichtungen, in denen jeweils zeitlich aufeinanderfolgend unterschiedliche Bearbeitungsschritte am Werkstück durchgeführt werden.
Eine Vorbehandlungseinrichtung PRE ist dafür konfiguriert, vor dem oben erwähnten ersten Schritt (zur Erzeugung von Linien modifizierten Materials) mindestens einen Vorbehandlungsschritt durchzuführen, durch den im Bereich einer oder mehrerer vorgesehener vorgegebener Trennlinien in den Bereichen der Ritzrahmen auf der Oberfläche des Werkstücks befindliches Material, wie zum Beispiel eine Metallisierung und/oder PCM-Strukturen, beseitigt werden kann und/oder gegebenenfalls die Oberfläche zum Einkoppeln des Laserstrahls bei dem nachfolgenden ersten Schritt noch vorbereitet werden kann. Die Vorbehandlung kann z.B. eine Glättung der Substratoberfläche mittels lokalen Umschmelzens umfassen, was hier auch als„Laserpolie- ren" bezeichnet wird.
Nach dem Vorbehandlungsschritt wird das Werkstück zur nachfolgenden ersten Laserbearbeitungseinrichtung DS transportiert, in welcher der erste Schritt zur Erzeugung der mindestens einen Linie LM modifizierten Materials durchgeführt wird. Da diese Linie mindestens teilweise mit Abstand unterhalb der Oberfläche S des Werkstücks 1 in einer gewissen Tiefe im Inneren des Material erzeugt wird, wird die Einrichtung auch als Deep-Scribe-Einrichtung (abgekürzt DS) bezeichnet. Diese Einrichtung enthält die erste Lasereinrichtung L1 , mit der durch lokale Materialbearbeitung mittels des Laserstrahls 5 durch die Oberfläche S des Werkstücks 1 hindurch ein oder mehrere Linien LM modifizierten Materials entlang einer oder mehrerer vorgege- bener Trennlinien im Werkstück erzeugt werden können. Die Laserbearbeitung erfolgt hier so, dass durch die Linien modifizierten Materials eine Reduzierung der Bruchspannung des Werkstücks entlang der Trennlinien bewirkt wird.
Das Werkstück wird danach zur nachfolgenden Einrichtung transportiert, die für das thermische Laserstrahl-Separieren konfiguriert ist und hier auch als TLS-Einrichtung TLS bezeichnet wird. Die TLS-Einrichtung umfasst eine zweite Lasereinrichtung L2, die zum thermischen Laserstrahl- Separieren des Werkstücks entlang der Trennlinien ausgebildet ist, sowie eine Kühleinrichtung CL, mit der die Oberfläche des Werkstücks beim thermischen Laserstrahl-Separieren entlang der Trennlinien lokal mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden kann, so dass sich im Werk- stück aufgrund der Temperaturunterschiede thermisch induzierte mechanische Spannungen aufbauen, die zum präzisen Riss des Werkstückmaterials entlang der vorgegebenen Trennlinien führen. Jede dieser Einrichtung ist an eine Steuerung ST angeschlossen, welche die einzelnen Verfahrensschritte entsprechend der Vorgabe des Prozesses steuert.
Die Lasereinrichtung L0 der Vorbehandlungseinrichtung PRE ist so ausgelegt, dass mittels des Laserstrahls 50 eine selektive Laserablation von Materialien stattfindet, die sich auf der Oberfläche S des Werkstücks im Bereich der Ritzrahmen 102 befinden, wie beispielsweise PCM- Strukturen PCM und/oder eine Metallisierung. Ein Divergenz-Modifizierer DIV0 und eine nachfolgende Sammellinse LS0 sind dabei so konfiguriert, dass der Laserstrahl 50 auf die zu beseitigenden Strukturen an der Oberfläche fokussiert wird (Fig. 6B). Die Strahleigenschaften des Laserstrahls sind so eingestellt, dass die Ablationsschwelle AS2 für das auf der Oberfläche befindliche, zu beseitigende Material deutlich überschritten wird, während die Ablationsschwelle AS1 für den Werkstoff des Werkstücks 1 deutlich unterschritten wird (Fig. 6C). Dadurch findet am Werkstückmaterial praktisch kein Materialabtrag statt, während das bestrahlte Material der auf der Oberfläche befindlichen Strukturen verdampft oder auf andere Weise beseitigt wird. Mithilfe der Vorbehandlungseinrichtung PRE kann der Ritzrahmen 102, d.h. der Bereich zwischen den gewünschten Strukturen auf den Teilstücken 101 , oder zumindest ein definierter Teil der Ritzrahmen, gesäubert werden. Eventuell kann die Oberfläche auch modifiziert werden, um beim nachfolgenden ersten Schritt eine bessere Einkopplung des Lasers zu fördern. Als Vorbehandlungslaser wird vorzugsweise ein Kurzpulslaser, insbesondere ein Nanosekunden-Laser, Picosekunden-Laser oder ein Femtosekunden-Laser verwendet. Die Laserwellenlänge wird vorzugsweise so gewählt, dass die Laserstrahlung im Werkstückmaterial praktisch nicht absorbiert wird, aber hohe Absorption im Material der darauf liegenden Schichten oder Strukturen vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann z.B. mittels Laser mit Pulslängen z.B. im Bereich von wenigen ns bis zu einigen ms ein lokales Umschmelzen des Substratmaterials erfolgen. Dieser Vorbe- handlungsprozess, der hier auch als„Laserpolieren" bezeichnet wird, kann z.B. bei sehr rauhen Oberflächen vorteilhaft sein, an denen eine Einkopplung des Laserstrahls in der nachgeschalte- ten DS-Station, d.h. beim Erzeugen der Linien modifizierten Materials, aufgrund der großen Oberflächenrauheit gestört ist, da das Laserlicht zu stark diffus gestreut wird. Eine Glättung mittels Umschmelzen kann die kurzfrequenten Rauhigkeiten reduzieren und ermöglicht so eine bessere Einkopplung und/oder eine geringere diffuse Streuung. Typische Umschmelztiefen können in manchen Fällen wenige μηι betragen, z.B. bis zu 5μηι, ggf. aber auch deutlich größer sein, beispielsweise bis zu mehreren hundert Mikrometern, z.B. 200μηι.
Die in Richtung des Materialflusses hinter der Vorbehandlungseinrichtung angeordnete Deep- Scribe-Einrichtung DS mit der ersten Lasereinrichtung L1 dient zur Erzeugung der Linien LM modifizierten Materials. Hierbei muss der Laserstrahl so fokussiert werden, dass die Linien über mehr oder weniger ausgedehnte lange Bereiche mit Abstand unterhalb der Oberfläche S inner- halb des Materials des Werkstücks 1 in einer vorgegebenen Tiefe verlaufen. Um eine Einkopplung und Fokussierung in der gewünschten Tiefe zu erreichen, sind Mittel zur Veränderung der Fokuslage des Laserstrahls 5 in der Tiefe des Werkstücks vorgesehen. Im Beispielsfall umfassen diese Mittel einen variabel einstellbaren Divergenz-Modifizierers DIV1 und eine nachfolgende Sammellinse L1 . Die Sammellinse ist stationär, muss also nicht bewegt werden. Der va- riable Divergenz-Modifizierer DIV1 ist dafür konfiguriert, die Divergenz des in Richtung Sammellinse L1 austretenden Strahls nach Maßgabe von Steuersignalen der Steuerung ST zu verändern. Eine Vergrößerung der Divergenz führt dabei zu einer tieferen Fokuslage im Vergleich zu kleineren Divergenzwinkeln oder einem parallelen Strahlungseinfall. Andere in dieser Anmeldung beschriebene Verfahren zur Veränderung der Fokuslage sind ebenfalls möglich. Bei manchen Verfahrensvarianten wird dieser Teilprozess so gesteuert, dass die Linie LM modifizierten Materials, also eine Schädigungsspur zur Rissführung, etwa im oberen Drittel des Werkstücks (gesehen von der Oberfläche S) entsteht, insbesondere in einem Tiefenbereich, der einem Abstand D1 zwischen 30 μηι und 150 μηι von der Oberfläche S entspricht. Wenn der Abstand D1 zur Oberfläche S beispielsweise zwischen 40 und 60 μηι liegt, kann in der Regel sichergestellt werden, dass der Riss beim Deep-Scribe-Schritt innerhalb des Materials bleibt und nicht nach oben zur Oberfläche austritt. Andererseits ist die Tiefe gering genug, um sicherzustellen, dass der Riss beim nachfolgenden thermischen Laserseparieren am richtigen Ort innerhalb des thermischen Spannungsfelds des thermischen Laserseparierens entsteht und dort bleibt. Bei den anhand von Fig. 6 beschriebenen Verfahrensvarianten werden unter Umständen viele Linien LM modifizierten Materials auf bzw. in das Substrat gebracht, die sich zwangsläufig von oben betrachtet auch im Bereich von Kreuzungspunkten kreuzen (vgl. Fig. 1 ). Da Kreuzungspunkte potentiell mehr Schaden nehmen können, da dort mindestens zweimal bearbeitet bzw. mittels Laser bestrahlt werden, ist es bei manchen Varianten vorgesehen, die Tiefenlage der Linien so vorzugeben, dass sich die Linien der einen Richtung und der anderen, quer dazu verlaufenden Richtung im Bereich der Kreuzungspunkte in unterschiedlichen Tiefen befinden.
Nachdem mithilfe der ersten Lasereinrichtung L1 Linien modifizierten Materials bzw. Bereiche mit reduzierter Bruchspannung des Werkstückmaterials erzeugt wurden, erfolgt nach einem Transport des Werkstücks zur TLS-Einheit TLS der zweite Schritt, nämlich die Auftrennung des Werkstücks entlang von Trennlinien durch thermisches Laserstrahl-Separieren. Die zweite Lasereinrichtung L2 nutzt hierfür einen Laserstrahl 60, dessen Wellenlänge, Energie und Intensität so gewählt sind, dass das Werkstückmaterial durch den Laserstrahl nicht modifiziert, insbesondere nicht aufgeschmolzen wird, sondern lediglich eine lokalisierte Aufheizung des Werkstück- materials in einer Heizzone HZ (Fig. 6D, Ansicht der Werkstückoberfläche von oben) erfolgt. Gleichzeitig wird das Werkstückmaterial im oberflächennahen Bereich mithilfe der Kühleinrichtung CL lokal im Bereich einer Kühlzone CZ gekühlt. Die Kühleinrichtung hat hierzu eine Kühlmitteldüse CD, mit deren Hilfe ein fluides Kühlmedium auf die Werkstückoberfläche S gesprüht oder geblasen werden kann. Als Kühlmittel kann beispielsweise ein Gemisch aus Kühlgas (zum Beispiel Luft) und Wassertröpfchen eingesetzt werden.
Die starken, thermisch induzierten Spannungen insbesondere am Übergang von der Heizzone zur Kühlzone führen zu einem Riss R, der mit hoher Präzision weitgehend in einer Rissebene senkrecht zur Oberfläche verläuft und sich mit der Vorschubgeschwindigkeit des Werksstücks beim thermischen Laser-Separieren kontrolliert ausbreitet. Eine Besonderheit der TLS-Einheit TLS besteht darin, dass der Abstand HC zwischen dem Zentrum der Heizzone und dem Zentrum der Kühlzone stufenlos verstellt werden kann, z.B. in einem Abstandsbereich von ca. 1 mm bis 5 mm, ggf. auch darüber oder darunter. Dies ist beispielsweise dadurch realisiert, dass die Kühlmitteldüse CD mittels einer Einsteileinrichtung in Bezug auf die Lasereinrichtung L2 linear verschoben und an unterschiedlichen Positionen arre- tiert werden kann. Hierdurch können die Eigenschaften des thermischen Spannungsfelds optimal an Prozessparameter des Trennungsprozesses, wie beispielsweise Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks, Werkstückmaterial etc. angepasst werden. Anhand von Fig. 7 werden weitere Varianten des ersten Schritts, nämlich der Erzeugung von modifizierten Linien, innerhalb des Werkstückmaterials erläutert. Dargestellt ist die letzte, stationär angebrachte Sammellinse L1 und der dieser vorgeschaltete Divergenz-Modifizierer DIV1 , der eine stufenlose Einstellung der Strahldivergenz ermöglicht. Im Beispielsfall sollen in einem Werkstück 1 mit einer Dicke von mehr als 400 μηη mehrere Linien modifizierten Materials vertikal übereinander entlang einer Trennlinie erzeugt werden, um beim späteren thermischen Laserseparieren den Verlauf der Trennebene senkrecht zur Oberfläche S genau festzulegen. In einem ersten Betriebsmodus wird die erste Laserstrahleinrichtung so eingestellt, dass der Laserstrahl durch die Oberfläche S hindurch in eine Ebene in einem ersten Fokus F1 fokussiert wird, der in einem Abstand D1 von beispielsweise 40 bis 60 μηη unter der Oberfläche liegt, um eine erste Linie LM 1 modifizierten Materials zu erzeugen. Diese verläuft über den größten Teil ihrer Länge etwa parallel zur Oberfläche S und kann in Randzonen bis zur Oberfläche laufen. Randzonen können hierbei auch Bereiche sein, die erst später durch die Separierung in orthogonaler Richtung zu einer Randzone eines Teilstücks werden In einem zweiten Betriebsmodus wird der gleiche Bereich des Ritzrahmens entlang der gewünschten Trennlinie ein zweites Mal durchfahren, wobei der aus dem Divergenz-Modifizierer DIV1 austretende Strahl mit höherer Divergenz eingestellt wird, so dass sich die Ebene des zweiten Fokus F2 des Laserstrahls dann in einer größeren Tiefe innerhalb des Materials befindet, und zwar in einem Tiefenabstand D2 von der ersten Linie LM1 . Es hat sich gezeigt, dass vertikale Abstände D2 in der Größenordnung von 200 μηη oder mehr ausreichen, um sicherzustellen, dass beim nachfolgenden thermischen Laserseparieren der Riss weitgehend exakt in der gewünschten Trennebene entlang der Trennlinie verläuft. Hier wird ein Vorteil des thermischen Laserseparierens genutzt, der darin besteht, dass durch die stark lokalisierten Spannungsfelder im Material ein Rissfortschritt im Wesentlichen senkrecht zur Werkstückoberfläche begünstigt wird, so dass relativ große Abstände zwischen Schädigungslinien ausreichen, um die gewünschte Trennebene vorzugeben.
Bei manchen Varianten wird zunächst die tiefer liegende Linie LM2 und danach die näher an der Oberfläche liegende Linie LM 1 erzeugt. An dickeren Substraten können auch drei oder mehr als drei Linien in der Tiefe übereinanderliegend erzeugt werden. Alternativ zu der bildlich dargestellten Aufteilung und Nacheinander-Ausführung von Vorbehandlungsschritt (PRE), Erzeugung von Linien modifizierten Materials (erster Laserbearbeitungsschritt (Deep-Scribe) durch erste Laserbearbeitungseinrichtung DS) und nachfolgendem Thermischen Laser-Separieren (TLS) für jeweils das gesamte Substrat, sind auch andere Verfahrensführungen und Systemkonfigurationen möglich. Beispielsweise können die Module für den Vorbehandlungsschritt (PRE), das Erzeugen von Linien modifizierten Materials (DS) und das Thermische Laser-Separieren unmittelbar hintereinander geschaltet sein, so dass diese Schritte jeweils entlang einer Trennlinie hintereinander ausgeführt werden, bevor die nächste, dazu parallele oder dazu senkrechte Trennlinie bearbeitet wird. Es wäre möglich, die Module in einem Kombinationsmodul zu vereinen, so dass für jeden Dicing-Schritt (Trennschritt) alle Operationen jeweils direkt hintereinander ausgeführt werden. Es ist auch möglich, dies nur mit einzelnen Modulen zu tun, indem z.B. nur die Vorbehandlungseinrichtung (PRE) und die Einrichtung DS zum Erzeugen der Linien modifizierten Materials zu einem Kombimodul zusammenge- fasst werden. Hier kann unter Umständen eine Laserquelle eingespart werden, indem der von einer gemeinsamen Laserquelle ausgehende Laserstrahl mittels einer Strahlteilereinrichtung in einen ersten Teilstrahl zur Vorbehandlung der Oberfläche und einen zweiten Teilstrahl zur Erzeugung der Linien modifizierten Materials aufgeteilt wird. Eine Strahlteilung kann auch innerhalb eines einzelnen Moduls vorgesehen sein, um z.B. bei der Vorbehandlung und/oder bei dem ersten Laserbearbeitungsschritt zwei oder mehr Teilstrahlen zu erzeugen, die das Substrat synchron entlang von zueinander parallelen Trennlinien bearbeiten.
Im Hinblick darauf, dass der Schritt des thermischen Laser-Separierens in vielen Fällen langsamer bzw. mit geringerer Vorschubgeschwindigkeit erfolgen muss als die vorgelagerten Schritte, insbesondere der erste Laserbearbeitungsschritt, kann vorgesehen sein, einer ersten Laserbearbeitungseinrichtung zwei oder mehr zeitlich parallel betreibbare zweite Laserbearbeitungs- einrichtungen und Kühleinrichtungen nachzuschalten und die Substrate nach Abschluss der ersten Laserbearbeitungsschritt mittels einer Verteilereinrichtung auf die nachfolgenden TLS- Stationen zu verteilen.
Anhand der Fig. 8 und 9 werden Besonderheiten beim Laserstrahl-basierten Aufheizen während des thermischen Laserseparierens, also beim zweiten Schritt erläutert. Es ist möglich, die zweite Laserstrahleinrichtung für das Aufheizen so zu fokussieren, dass sich der Fokusbereich des Laserstrahls an oder in der Nähe der Oberfläche S des Werkstücks befindet. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, den Fokusbereich F3 in das Innere des Materials, d.h. mit vertikalem Abstand zur Oberfläche S des Werkstücks 1 zu legen. Optimale Abstände D3 der Fokuslage zur Oberfläche können materialabhängig variieren und bei- spielsweise im Bereich von 100 μηη bis 500 μηη liegen. Zusätzlich ist die Wellenlänge des zweiten Laserstrahls angepasst an das Material des Werkstücks so zu wählen, dass im Material ausreichend Absorption auftritt, so dass das Material erwärmt wird. Für die Bearbeitung von Silizium haben sich z.B. Wellenlängen um 1070 nm als besonders geeignet herausgestellt. Im Allgemeinen erscheint es zweckmäßig, zum Aufheizen von Halbleitermaterialien Laser- Wellenlängen zu wählen, deren Energie etwas geringer ist als die Bandlücke des jeweiligen Materials. Der zweite Laserstrahl 60 wird vorzugsweise so fokussiert, dass die Schnittfläche zwischen dem Laserstrahl und der Oberfläche S vollständig innerhalb des Ritzrahmens mit lateralem Sicherheitsabstand zu den benachbarten Strukturen STR der Teilstücke liegt, so dass diese vom Laserstrahl nicht getroffen werden. Wenn der Bereich größter Energiedichte, d.h. der Fokusbereich, in das Innere des Werkstückmaterials verlegt wird, kann erreicht werden, dass die aufgeheizte Zone bis in größere Tiefen reicht als im Falle einer Fokussierung an der Oberfläche. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich auch das angestrebte thermisch induzierte Spannungsfeld innerhalb des Materials in größere Tiefen erstreckt als bei einer Fokussierung an der Oberfläche. Hierdurch wiederum ist es möglich, den Verlauf der Rissebene (idealerweise senkrecht zur Oberfläche) besser zu kontrollieren als im Falle einer nur oberflächennahen Aufheizung.
Eine Fokussierung des Laserstrahls im Inneren des Werkstücks beim zweiten Schritt ermöglicht eine Erzeugung der gewünschten Aufheizung vom Inneren des Werkstücks in Richtung zur Oberfläche. Die Aufheizung in tieferen Zonen mit größerem Abstand von der Oberfläche ist bei einer Fokussierung im Inneren des Werkstückmaterials auch bei solchen Werkstücken möglich, deren Werkstückmaterial einen stark temperaturabhängigen Absorptionskoeffizienten für den Laserstrahl des zweiten Schritts aufweist. In diesem Fall ändert sich die Eindringtiefe des Laserstrahls mit zunehmender Temperatur bzw. zunehmender Bestrahlungsdauer. Fig. 9 zeigt hierzu schematisch zur Erläuterung einen Abschnitt des Werkstücks zu unterschiedlichen Zei- ten während der Bestrahlung zur Aufheizung des Werkstückmaterials. Zum Zeitpunkt t-ι am Anfang der Aufheizphase entsteht der größte Wärmeanteil im Bereich des innerhalb des Materials liegenden Fokus mit großem Abstand zur Oberfläche. Mit zunehmender Aufheizung nimmt die Absorption des Werkstückmaterials zu, so dass die Eindringtiefe des Laserstrahls zu einem späteren Zeitpunkt t2>t-i bereits reduziert ist. Zu einem nochmals späteren Zeitpunkt t3>t2 kann der Laserstrahl aufgrund der nochmals gestiegenen Absorption kaum noch in das Material eindringen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass auch ohne maschinenseitige Verstellung der Fokuslage das Werkstück im vorgesehenen Trennbereich bis in größere Tiefen ausreichend aufgeheizt wird, um ein bis in die Tiefe des Materials reichendes Spannungsfeld zu erzeugen. Hierfür können sowohl kreisrunde als auch elliptische, quadratische oder nicht-quadratische längliche rechteckige Strahlquerschnitte benutzt werden.
Diese Variante kann unabhängig von den sonstigen Merkmalen der in dieser Anmeldung beschriebenen Erfindung auch bei anderen Verfahren des thermischen Laserseparierens vorteilhaft sein und wird als unabhängige Erfindung angesehen. Insbesondere kann diese Vorgehensweise bei der Aufheizung auch dann genutzt werden, wenn im vorhergehenden ersten Schritt die Linien geschädigten Materials nur entlang der Oberfläche des Werkstücks erzeugt wurden.
In einem nachfolgenden, nicht näher dargestellten Reinigungsschritt kann das bearbeitete Werkstück mit den nun voneinander getrennten Teilstücken in einer Reinigungsoperation gerei- nigt werden. Hierzu kann beispielsweise die Oberfläche mittels Druckluft oder einem anderen Druckgas freigeblasen werden, um eventuelle Rückstände zu beseitigen. Es ist auch möglich, das Werkstück als Ganzes schnell zu drehen, um die Oberfläche unter Nutzung von Zentrifugalkräften zu reinigen. Diese Maßnahmen können kombiniert werden.
Das vorgeschlagene Verfahren hat gegenüber den bekannten Verfahren des Stealth-Dicing (SD) und des bisher bekannten thermischen Laserstrahl-Separierens (TLS) mit einer Ritzkante bzw. Linie entlang der Oberfläche des Werkstücks zahlreiche Vorteile, wie sie aus der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen sind:
# Merkmal vorgeschlagenes SD TLS
Verfahren
1 Ablationsfreie Trennung von dünJa Nein Ja
nem Rückseitenmetall
2 Trennung von ausgedehnten Ja Nein Eingeschränkt PCM-Strukturen im Ritzrahmen
3 Trennung von dünnem VorderseiJa Nein Nein
tenmetall
4 Kombinierter „Ein-Pass-Prozess" Ja Nein Ja
für Substratdicken bis 925 μηη (Si)
bzw. 450 m (SiC)
5 Trennung hochdotierter Scheiben Ja Nein Ja
6 Geradlinigkeit der Trennkarte Gut Gut Weniger gut
7 Qualität der Seitenfläche Modifikation weniModifikation
ge [Jim , unabhängig ca. 50% der
von Substratdicke, Substratdicke,
Rest glatt Rest glatt
8 Abhängigkeit der RitzrahmenbreiGering Stark Gering
te von der Scheibendicke Selektive Trennung gestapelter Gut und gerade Nein Gut, weniger Substrate gerade
Vollständige Trennung gestapelGut und gerade Nein Gut, weniger ter Substrate gerade
Trennung vibrations- und/oder Ja Eingeschränkt Eingeschränkt schockempfindlicher Bauelemente, z.B. MEMS

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Trennung eines Werkstücks (1 ) in mehrere Teilstücke (7), bei dem
- in einem ersten Schritt durch lokale Materialbearbeitung mit einem Laserstrahl (5) durch eine Oberfläche des Werkstücks eine oder mehrere Linien (2) modifizierten Materials entlang einer oder mehrerer vorgegebener Trennlinien im Werkstück (1 ) erzeugt werden, die zu einer Reduzierung der Bruchspannung des Werkstücks (1 ) entlang der Trennlinienführen, und
- in einem zweiten Schritt das Werkstück (1 ) entlang der Trennlinien durch thermisches Laser- strahl-Separieren in die Teilstücke (7) aufgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) vollständig oder zumindest abschnittsweise mit einem Abstand von der Oberfläche im Werkstück (1 ) erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) jeweils so erzeugt werden, dass sie an der Oberfläche des Werkstücks (1 ) starten und sich dann mit einem variierenden Abstand zur Oberfläche entlang der Trennlinie im Werkstück (1 ) erstrecken.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) jeweils so erzeugt werden, dass sie an einer Randposition jedes Teilstückes (7) an der Oberfläche starten und sich dann mit einem variierenden Abstand zur Oberfläche entlang der Trennlinie im Werkstück (1 ) erstrecken.
4. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) jeweils so erzeugt werden, dass sie an einer ersten Randposition jedes Teilstückes (7) an der Oberfläche starten, sich dann mit einem variierenden Abstand zur Oberfläche entlang der Trennlinie im Werkstück (1 ) erstrecken und an einem der ersten Randposition am Teilstück (7) gegenüberliegenden zweiten Randposition wieder an die Oberfläche treten.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) als Linien aufgeschmolzenen und/oder amorphisier- ten und/oder an der Oberfläche abgetragenen Materials erzeugt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei der Linien (2) erzeugt werden, die entlang der Trennlinien teilweise übereinander liegen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) mit entlang der Linien (2) variierendem Energieeintrag des Laserstrahls (S) erzeugt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) mit einem gepulsten Laserstrahl (S) erzeugt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der variierende Abstand der einen oder der mehreren Linien (2) von der Oberfläche des Werkstücks durch Variation einer Fokuslage des Laserstrahls (5) in Dickenrichtung des Werkstücks (1 ) erzeugt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die eine oder die mehreren Linien (2) jeweils im Bereich von Oberflächenstrukturen oder einer Oberflächenmetallisierung auf den Trennlinien, die eine Einkopplung von Laserstrahlung für das thermische Laserstrahl-Separieren in das Werkstück (1 ) behindern würden, an die Oberfläche geführt werden, um diese Oberflächenstrukturen oder Oberflächenmetallisierung auf den Trennlinien mit dem Laserstrahl (5) lokal zu entfernen.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem ersten Schritt ein von dem ersten Schritt gesonderter Vorbehandlungsschritt durchgeführt wird, durch den im Bereich einer oder mehrerer vorgesehener vorgegebener Trennlinien auf der Oberfläche des Werkstücks befindliches Material, insbesondere eine Metallisierung und/oder PCM-Strukturen, beseitigt und/oder die Oberfläche zum Einkoppeln des La- serstrahls beim ersten Schritt vorbereitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorbehandlungsschritt eine selektive Laserablation mittels eines Vorbehandlungs- Laserstrahls umfasst, der eine Strahlenergie hat, die höher als eine Ablationsschwelle für das auf der Oberfläche befindliche Material und niedriger als eine Ablationsschwelle für das Material des Werkstücks ist, und/oder dass der Vorbehandlungsschritt eine Glättung der Substratoberfläche mittels lokalen Umschmelzens umfasst.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine der Oberfläche nächste Linie modifizierten Materials in einem überwiegenden Anteil ihrer Länge in einem Abstand (D1 ) von 30 μηη bis 150 μηη, insbesondere in einem Abstand von 40 μηη bis 60 μηη von der Oberfläche im Werkstück (1 ) erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Bereich, in welchem mindestens zwei der Linien (2) erzeugt werden, die entlang der Trennlinien übereinander liegen, ein Tiefenabstand (D2) zwischen den Linien mindestens 200 μηη beträgt und/oder dass in einem Bereich, in welchem mindestens zwei der Linien (2) erzeugt werden, die entlang der Trennlinien übereinander liegen, zunächst eine weiter entfernt von der Oberfläche liegende Linie und danach eine der Oberfläche nähere Linie erzeugt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei dem zweiten Schritt ein zweiter Laserstrahl (60) zur Erzeugung einer Heizzone (HZ) auf das Werkstück gerichtet wird und nahe der Heizzone oder teilweise überlappend mit der Heizzone die Oberfläche zur Erzeugung einer Kühlzone (CZ) mit einem Kühlmedium beaufschlagt wird.
16. Verfahren nach der Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Abstand (HC) zwischen einem Zentrum der Heizzone (HZ) und einem Zentrum der Kühlzone (CZ) entlang der Trennlinie in Abhängigkeit von mindestens einem Werkstückparame- ter und/oder von einer Trenngeschwindigkeit eingestellt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
dass bei dem zweiten Schritt eine Fokussierung des zweiten Laserstrahls so eingestellt wird, dass eine Fokusposition in einem Abstand (D3) zur Oberfläche im Inneren des Werkstücks liegt.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Abstand (D3) im Bereich von 50 μηη bis 500 μηη liegt, insbesondere im Bereich von 100 m bis 400 μηι.
19. Vorrichtung zur Trennung eines Werkstücks (1 ) in mehrere Teilstücke, die zumindest aufweist:
- eine erste Lasereinrichtung, mit der durch lokale Materialbearbeitung mit einem Laserstrahl (5) durch eine Oberfläche eines Werkstücks eine oder mehrere Linien (2) modifizierten Materials entlang einer oder mehrerer vorgegebener Trennlinien im Werkstück (1 ) erzeugbar sind, die zu einer Reduzierung der Bruchspannung des Werkstücks (1 ) entlang der Trennlinien führen,
- eine zweite Lasereinrichtung, die zum thermischen Laserstrahl-Separieren des Werkstücks entlang der Trennlinien ausgebildet ist, und
- eine Steuerung für die erste und die zweite Laserstrahleinrichtung zur Erzeugung der einen oder der mehreren Linien (2) im Werkstück (1 ) und zur anschließenden Durchführung des thermischen Laserstrahl-Separierens,
- wobei die erste Lasereinrichtung Mittel zur Veränderung einer Fokuslage des Laserstrahls (5) in der Tiefe des Werkstücks (1 ) aufweist, und die Steuerung die erste Lasereinrichtung durch Variation der Fokuslage zur Erzeugung der einen oder der mehreren Linien (2) mit einem variie- renden Abstand von der Oberfläche im Werkstück (1 ) ansteuert.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine von der Steuerung ansteuerbare Kühleinrichtung vorgesehen ist, mit der die Oberflä- che des Werkstücks beim thermischen Laserstrahl-Separieren entlang der Trennlinien lokal mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden kann.
21 . Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Lasereinrichtung einen gepulsten Laser und die zweite Lasereinrichtung einen cw-Laser umfasst.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung einen Betriebsmodus aufweist, in dem sie die erste Lasereinrichtung so zur Erzeugung der einen oder der mehreren Linien (2) ansteuert, dass die Linien (2) an einer der Steuerung vorgegebenen Randposition jedes Teilstückes (7) an der Oberfläche starten und sich dann mit einem variierenden Abstand zur Oberfläche entlang der Trennlinie im Werkstück (1 ) erstrecken.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung einen Betriebsmodus aufweist, in dem sie die erste Lasereinrichtung so zur Erzeugung der einen oder der mehreren Linien (2) ansteuert, dass die Linien (2) an einer der Steuerung vorgegebenen ersten Randposition jedes Teilstückes (7) an der Oberfläche starten, sich dann mit einem variierenden Abstand zur Oberfläche entlang der Trennlinie im Werkstück (1 ) erstrecken und an einem der ersten Randposition am Teilstück (7) gegenüberliegenden, der Steuerung vorgegebenen zweiten Randposition wieder an die Oberfläche treten.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung so ausgebildet ist, dass sie die erste Lasereinrichtung zur Erzeugung der einen oder der mehreren Linien (2) mit entlang der Linien (2) variierendem Energieeintrag des Laserstrahls (5) ansteuern kann.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung mit einer Sensoranordnung verbunden ist, die auf der Oberfläche des Werkstücks im Bereich der Trennlinien vorhandene Strukturen erkennt, und so ausgebildet ist, dass sie bei Detektion derartiger Strukturen auf den Trennlinien die Fokuslage des Laserstrahls (5) bei der Erzeugung der einen oder der mehreren Linien (2) so steuert, dass diese Strukturen mit dem Laserstrahl (5) entfernt werden.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorbehandlungseinrichtung (PRE) mit einer Lasereinrichtung (L0) vorgesehen ist, die dafür konfiguriert, vor dem ersten Schritt zur Erzeugung von Linien modifizierten Materials mindestens einen Vorbehandlungsschritt durchzuführen, durch den im Bereich einer oder mehrerer vorgegebener Trennlinien auf der Oberfläche des Werkstücks befindliches Material beseitigt werden kann und/oder durch den die Oberfläche zum Einkoppeln des Laserstrahls bei dem nachfolgenden ersten Schritt vorbereitet werden kann, insbesondere durch eine Glättung der Substratoberfläche mittels lokalen Umschmelzens.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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