TWI282780B - Method for producing small glass wafers, and larger glass wafer as a semi-finished product for this production - Google Patents

Description

1282780 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（1 )- 本發明係有關於一種製造具有一預定幾何結構及公釐等 級的橫向尺寸之小尺寸玻璃晶圓的方法，此方法係藉由將 這些小尺寸玻璃晶圓自大尺寸玻璃晶圓上切下。 本發明亦有關於具有公分等級尺寸的大尺寸玻璃晶圓之 半成品，其可用來製造具有公釐等級的橫向尺寸之玻璃晶 圓。 先前技藝敘诫 某些技術領域需要前述的小尺寸玻璃晶圓，特別在電子 元件的製造上。 在微電子及光電元件之封裝，如石英振盪器、表面聲波 濾波器或電子核合元件，也可稱爲電子封裝，使用玻璃晶 圓在在其他材料上一側之全部或部分覆蓋以當作小容器。 通常微電子及光電元件封裝中，也會使用薄厚度玻璃的罩 蓋（housing lid)，這些小尺寸玻璃晶圓的厚度s通常在 10 μηι S s S 500μιη的範圍，可使用各種幾何形狀的玻璃晶 圓（矩形、圓形等），玻璃晶圓的邊緣長度及直徑通常只有 數公董。 小尺寸玻璃晶圓亦可當成微電子及微機械元件產品中的 構件，例如：在德國專利編號DE 196 49 332中，一個石英 振盪器直接置於兩個玻璃晶圓之間並與之接合，此複合結 構具有一低的結構高度，並可放置在一個印刷電路板上並 與之接觸。 在利用薄厚度玻璃當成爲電子及光電元件封裝的閉合元 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •--------------------訂—.------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) l28278〇

閱 背 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） 面 之 注 I i

1282780 A8 B8 C8 D8 五 、發明說明（3)| 璃晶圓特別轉，所以在大多數的應用中，。有以手爽持 單一元件較爲可行。但手夾持較耗時、勞力穷集且較貴； 此外個別玻璃晶圓以此方式挾持及傳輸時，由破裂及污染 造成的退貨率亦會增加。 發明概述 本發明之目的在於實施如前述方法以製造具有一預定幾 何結構及公歸級的橫向尺寸之小尺寸玻璃晶圓，並將這 些小尺寸玻璃晶圓自大尺寸玻璃晶圓上切下。在此方法 中’大尺寸玻璃晶圓可當成製作小尺寸破璃晶圓之半成 品，如此可使小尺寸玻璃晶圓的傳輸較爲容易，亦可提供 個別小尺寸玻璃晶圓更合理的製造程序，且 個別玻璃晶圓的夾持特別是定位會更簡化而使自二化更二 容易。 本發明的目的可由本發明的下列步碟獲得： -在大尺寸玻璃晶圓之一側印上一接合材料，其形狀與 欲切割下之小尺寸玻璃晶圓接合區域一致，並定義出所二 之切割線。 而 -利用沿著切割線連續切割以分離具有印刷上之接合材 料的小尺寸玻璃晶圓。 較佳者，本發明的改良係在分離前利用雷射光束在大尺 寸玻璃晶圓沿著切割線刻劃至一預定深度。 對於具有公分等級的橫向尺寸之大尺寸玻璃晶圓半成 品，其可製成具有一預定幾何結構及公釐等級的横向尺寸 之小尺寸玻璃晶圓。本發明目的係在大尺寸玻璃晶圓上提 -6- ^纸張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） —|-----------· I----11 --------線. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 A8B8C8D8 1282780 五、發明說明（4)1 _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 供一接合材料，此接合材料對應於欲從大尺寸玻璃晶圓上 初下之小尺寸玻璃晶圓的接合區尺寸，且最好沿著切割線 刻劃一預定深度。 . 因此，本發明的本質在於大尺寸玻璃晶圓的產品中，且 根據小尺寸玻璃晶圓的形狀而建構，小尺寸玻璃晶圓在接 合製程前均未被分離成個別的小尺寸玻璃晶圓。這種原本 即有黏著力的大尺寸玻璃晶圓是由衿接合黏著材料已塗佈 在玻璃基板表面且與玻璃基板緊密的結合；此外，在此種 大尺寸玻璃晶圓上最好在相對於小尺寸玻璃晶圓形狀下方 有刻劃結構，此結構可在接合製程前利用簡單的機械式裂 片快速地將玻璃晶圓分離成具有高邊緣品質的單一晶圓。 仝離可利用熱引發式局邪作用的機械應力如雷射照射來完 成之。 本發明之優點在於簡化晶圓的輸送，特別是在於一個更 合理之個別小尺寸玻璃晶圓的製造程序，亦在於在接合製 程前簡化及改善小尺寸玻璃晶圓之夾持與定位的自動化之 能力。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其他改善具有薄厚度玻璃晶圓電子元件的製程及製程的 方法，包含：將整個已建構好的玻璃晶圓或所有建構好的玻 璃晶圓與相對應數目的罩蓋元件接合（焊接），在本接人製 程之後，利用機械式裂片分離這些晶圓。分離（裂片了 可用純機械式外，亦可使用熱引發式局部作用的械 力，例如局部雷射照射來完成。 1心 將個別玻璃晶圓與其他元件接合，特別是 彳疋相對於平的元

1282780 A7 五、發明說明（5 ) 件邊緣，若接合材料爲類似框架的結構，以預定的框架寬 度並沿切割線向外延伸地印在要從大尺寸晶圓切下的小尺 寸玻璃晶圓上，本發明最有幫助。 將接合材料印刷在較大尺寸的破璃晶_上可利用網版印 刷（screen printing)來完成，因網版印刷是一個經濟的方 法，且可有效地製作適當的幾何結構。原則上仍有其他印 刷技術可使用’如模板印刷^咖以咖卩如^叫）。 玻璃焊料較常用來當成接合材料，因其可容易地利用一 般印刷技術加工，特別是網版印刷，且其與玻璃晶圓的附 著良好。 抽拉式硼矽（b〇r〇siiicate)玻璃特別適合當成玻璃晶圓的 玻璃材料，因其具有小尺寸玻璃晶圓使用時所必要的機械 及化學性質。 本發明的優點之一爲將已印刷且刻劃的大尺寸玻璃晶圓 貼在一個基板材料上，特別是一個機械性支撑的塑膠基板 膜，則可在製作個別小尺寸玻璃晶圓的夾持中獲得特別的 利益。此外，本發明的其他改良亦屬可能，將已印刷的大 尺寸玻璃晶圓貼在未刻劃的基板材料上，然後再利用切割 研磨製程裂成小尺寸玻璃晶圓。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明進一步的特徵可·由圖示中的兩個例示性之具體實 施例更爲清楚。 圖示説明 圖1爲第一例示性的具體實施例，圖示爲一個大尺寸玻 璃晶圓的平面圖，根據本發明建構及刻劃，以生產較小尺 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1282780 A7 五、發明說明（6 ) 寸的矩形玻璃晶圓之半成品； 圖2爲沿著圖1中A-A線的剖面圖；及 圖3 4半成品型態玻璃晶圓另一具體實施例的平面圖， 根據本發明可具體化成具有六角形的結構。 發明詳細敘沭 由圖1與圖2之剖面圖顯示根據本發明所建構的一個大 尺寸玻璃晶圓1，以矩形形狀爲一例子，此玻璃晶圓i具 有邊緣長度B及L，且B及L均在數公分之等級内。 訂 前述的大尺寸晶圓玻璃丨可根據要被分開或分離成小尺 寸玻璃晶圓的小尺寸玻璃晶圓2之尺寸來細分，其中之一 的小尺寸玻璃晶圓以切下的狀態顯示，在小尺寸晶圓中， 同樣的矩形線段具有邊緣長度•。小尺·寸玻璃晶圓2的 邊緣長度在數公發等級内，每個線段形成小尺寸玻璃晶圓 2，其具有玻璃焊料的焊料框架3，且此框架根據接合區 尺寸而形成之，在本例中則爲矩形。 形成在玻璃晶圓上方的玻璃焊料之焊料框架結構3是利 用網版印刷或模板印刷的_道或多道步驟而塗上。典型的 焊料框木寬度d’·（圖2)在的範圍中； 而印上的焊料框架結構3之厚度"h ••通常在$ h U㈧

Mm的範圍中；焊料框架3之間的間距” c"通常在 S 500 μιη的範圍中。 大尺寸玻璃晶圓丨具有一個未塗佈焊接材料的圍繞邊 4，其寬度（ΓΒ，rL)通常在數公分的範圍内。 將玻璃晶圓1細分成較小部分，或説較小的玻璃晶圓 -9 本紙張尺度適用中國國家標準嗣297巧) 1282780 A7 五、發明說明（7 ) _ 2，可用一個刻劃結構5來完成，如虚線所示，此線在晶 圓背面。切割線由大尺寸玻璃晶圓4下方的表面開始，其 具有一個小於玻璃基板厚度s的深度t (圖2 )。 已定義路徑及深度的切割線5及由雷射照射引起的熱引 發應力在背侧完成，這些切割線通常在整個大尺寸玻璃晶 圓1上直線延伸。 利用聚焦在一預定深度的雷射光束局部加熱並由外界冷 卻的雷射光束切割法會產生一個大於材料破裂強度的熱機 應力，在許多參考資料中已被揭露，如歐洲專利公開編號 EP 0 872 3 03 A2、德國專利公開編號de 693 04 194 T2及 德國專利編號DE 43 05 107 C2。 則述的雷射光束切割法可由聚焦點的形態區分之，例如 在DE 693 04 194 T2中的方法是使用具有拖曳冷卻點及橢 圓截面積的雷射光束。 EP 0 872 303 A2描述可提供ϋ形或v形輪廓，且開口於 切割方向的聚焦點之雷射光束切割法，亦有敍述此一輪廊 的修正，如X形聚焦點。 DE43G51〇7C2則揭露在工件表面上有線性外形截面積 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 心雷射光束的雷射光束切割法，且入射光截面積的長寬比 爲可調整的。 由早期妁德國專利公開編號198 % 237 1_45中習知部 份，亦有具有同心冷卻區的點形聚焦點。 1早期德國專利中請編號199 59 92ii中，在光束末端 具有最大強度的特殊線性切割點亦爲習知的―部分。 -10- 1282780 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（8) 本發明的範圍中切割大尺寸玻璃晶圓J可使用所有的 聚焦點。 在大尺寸玻璃晶圓1裂片後，由於雷射光束切割特有的 優點，在小尺寸玻璃晶圓2不會產生不可容忍的邊緣傷 害，所以也不用進行去除邊緣材料的後加工。

用於玻璃曰曰圓1的玻璃材料最好使用由SCH〇TT DESAG 所製造的抽拉式硼矽玻璃，型號爲D263或AF45，厚度在 100μιη<85 500 μηι 的範圍中。 以上述方法所建構的玻璃晶圓1可較簡單地夾持，且可 利用簡單的機械式裂片分離成小尺寸單一晶圓2。 除了如圖1所示的小尺寸玻璃晶圓2之矩形結構外，亦 可使用如圖3的多邊形結構或圓形結構（如·環狀輪廓）。在 本例中，邊緣長度k或小尺寸玻璃晶圓直徑在數公釐的範 圍内，在圓形結構中，切割路徑5用結構輪廓形狀取代直 線。因此大尺寸破璃晶圓i的外形不需爲矩形，多邊形或 圓形或部分圓形亦可使用。 亦可將已印刷、刻劃的大尺寸玻璃晶圓i貼在塑膠基板 膜或其他基板材料上，將基板膜在一合適框架上擴展（展 開）：會有拉力施加在基板膜及大尺寸晶圓玻璃上，如此 會U成沿切副路徑5的破裂並使大尺寸玻璃晶圓1分離。 因而產生的小尺寸玻璃晶圓黏附在基板膜上，其具有一定 義位置，因此可在自動操作中拿取或置放。 若爲保持及固定而使用塑膠膜或其他基板材料，則亦可 不需用雷射光束加工切割玻璃晶圓，可利用施加機械應力 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） • --------訂—；------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

128?鳳127號_請案 中文申凊專利範圍本(92年9月）頌 “It 「、申請專雖 ι·:種製造-個預定的幾何結構及_個公笼 产

:之薄f度玻璃晶圓的方法，其係將其自-個 的坡璃晶圓切下，具有下列步騾： 、 根據要切下之小尺计姑斑曰问t、a < 、 人了玻1埸卵®接合區域的形狀，啤一 接合材料印刷在該較大玻璃晶圓之一側·，及 71 沿著切割線切割，以分離具有印刷上之該接合材料的 琢小尺寸玻璃晶圓。 2. ^據專财請範圍第丨項之方法，其特徵為在分離之 則’利用雷射光束在該大尺寸破璃晶圓的該切割線上刻 劃一預定深度。 3. 根據專利申請範圍第…項之方法，其特徵為該小尺寸 破璃晶圓之分離係使用機械式裂片。 4. 根據專利申請範圍第142項之方法，其特徵為該小尺寸 破璃晶圓之分離係利用熱引發式局部作用之機械應力， 如使用局部雷射照射。 5. 根據專利申請範圍第1項的方法，其特徵為印刷上一個 類似框架的該接合材料之結構，其具有一個預定框架寬 度’且沿著要從該較大尺寸晶圓上切下的該小尺寸玻璃 晶圓上之該切割線向外擴展。 6·根據專利申請範圍第1項的方法，其特徵為該印刷係使 用網版印刷或模板印刷。 7·根據專利申請範圍第1項的方法，其特徵為該接合材料 為破璃焊斜。 8. d據專利申請範圍第1項的方法，其特徵為該大尺寸玻 A B c D !282780 π、申請專利範圍 璃晶圓之玻璃材料為抽拉式的硼矽玻璃。 9·根據專利申請範圍第1項的方法，其特徵為該已印刷的 大尺寸玻璃晶圓貼附在一個基板材料上。 LO·根據專利申請範圍第9項之方法，其特徵為該基板材料 係使用一個機械式支撐的塑膠基板膜。 U·根據專利申請範圍第9或1 0項之方法，其特徵為未刻劃 的該已印刷之較大尺寸玻璃晶圓貼附在該基板材料上， 並利用切割研磨製程將該大尺寸玻璃晶圓分離成該小尺 寸破璃晶圓。 12. —種作為一半成品而具有一個公分等級之橫向尺寸的較 大尺寸玻璃晶圓，用以製造具有一個預定幾何結構及一 個公釐等級之橫向尺寸的小尺寸玻璃晶圓，其特徵為： 在該較大尺寸玻璃晶圓1之一側塗佈一接合材料，該 接合材料係對應於欲自該較大尺寸玻璃晶圓（1)切下的 小尺寸玻璃晶圓（2)之接合區域尺寸與其預定之切割 線。 裉據專利申請範圍第1 2項之較大尺寸玻璃晶圓，其特徵 為在該較大尺寸玻璃晶圓上沿該切割線（5 )刻劃一個預 定深度。 !4.根據專利申請範圍第1 2或1 3項之較大尺寸玻璃晶圓， 其特徵為該較大尺寸玻璃晶圓貼附在一個基板材料上。 15.裉據專利申請範圍第1 4項之較大尺寸玻璃晶圓，其特徵 為該基板—材料係一種受機械應力之塑膠基板膜。 根據專利申請範圍第1 2項之較大尺寸玻璃晶圓，其特徵 -2- 本紙張尺度適用令國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） VI 1282780 8 8 8 8 ABC D 六、申請專利範圍 為該接a區域的形狀係一個框架（3)且其沿著欲自該較 大尺寸晶圓上切下之該小尺寸玻璃晶圓（2 )上沿該切割 線（5 )向外延伸。 17·根據專利申請範圍第12項之較大尺寸破璃晶圓，其特徵 為該較大尺寸破璃晶圓尚未刻劃。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)