TWI409127B - 利用雷射將由脆易碎的材料構成的平板切斷成數塊個別板的方法與裝置 - Google Patents

利用雷射將由脆易碎的材料構成的平板切斷成數塊個別板的方法與裝置 Download PDF

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Description

利用雷射將由脆易碎的材料構成的平板切斷成數塊個別板的方法與裝置
本發明關於一種方法，利用它藉著利用雷射用熱引發應力而將一個由脆易碎材料(例如玻璃、陶瓷或單晶材料如矽、藍寶石或砷化鎵)構成的平板切斷成數個的個別板，以及一種適用於此方法的裝置。
德專利DE 100 41 519 C1發表了一種這方面的方法與裝置。
習知技術中有利用雷射引發熱應力將脆易碎的材料切斷。為此將一道雷射光束施到材料表面沿著所要的切斷線(加工線)產生壓應力，然後將加熱過的區域施以一股冷媒噴流，如此產生拉應力。
如果產生的應力差在材料的破壞應力之上且在加工線中有一缺陷，則材料從該缺陷開始引發裂痕。
如果這種缺陷非根據已存在的微裂痕，例如此一機械性切割緣開始，則必須依標的產生一起始缺陷，例如利用鑽石切割小輪或用高能量密度之可良好聚焦的雷射，後者的情形可用「加工雷射」或一道第二雷射。
各依材料的構造而定，可達成標的之深裂痕或完全貫穿材料的「切斷裂痕」。
舉例而言，為了在製造手機及類似物用的顯示面板時或在製造晶片時，將一平板切斷成多數相同的長方形個別 板，故該平板先沿著數條互相平行延伸的第一加工線切斷。然後偏轉了90∘的切割角度沿著數條平行延伸的第二加工線切斷。如此產生長方形個別板(它們由這些以90∘角度相交的加工線預設)，它們的邊長由加工線的距離決定。
此方法不限於切斷成長方形的個別板，而係可在一格圖案中切割，該圖案中的長方形係為上述用途的一種有意義的形狀。
在德專利DE 100 41 519 C1中所發現這種方法的問題係為要在交叉點產生起始缺陷很困難。依此，從一平板邊緣開始沿一第一加工方向將一平板切成多數條帶板係沒有問題，因為一個切割小輪可度量準確地放在平板邊緣以設出每條切斷線所需的起始缺陷。
反之，當在產生的條帶板邊緣上(更準確地說，係在交叉點上)設起始缺陷以將相鄰的條帶板切斷成個別板時，切割小輪須從上放置。這點會受到程序條件影響，使得個別板之一齊跑動的角隅受損。
在DE 100 41 519 C1主張該由一平板切出的條帶板切成個別板之前，互相移開一段預設距離，如此該切割小輪也可度量準確地放到條板邊緣。為此目的，將該平板玻璃板放到一切割枱上，該切割枱由數個可互相移開的板片段構成。此切割枱宜有一真空系統與它配合，將該平板玻璃板及切斷的部分夾住。如果各枱片段有一個可分別控制的真空場與它配合，則特別有利。如此切斷的條帶板可分別 固定及鬆開，因此可避免該用真空置夾住的玻璃對隨後的雷射切割作業的負面影響。
此具有這種切割枱的裝置除了高度的機械性成本(和此處所述種類的切割枱有關)外，還有一重大缺點，即：條帶板寬度不能自由選擇，而係由個別的枱片段的寬度預設。因此該條帶板寬度只能選設成等於一枱片段的寬度或一枱片段寬度的倍數。
它也限於平板玻璃板的最起碼厚度，一如它們一般直接放到切割板上的方式。
100~300微米厚度範圍的平板(例如由矽或砷化鎵構成呈薄晶圓的形式)一般只粘接在伸張膜(Stretchfolie)上，俾在一方面當運送時避免機械損壞，另方面能將晶片個別從膜撕離，而不會使它與相鄰晶片接觸。
晶片切分的作業依目前實務主要利用機械式切鋸。德專利DE 10 2005 012 144 A1提到一種裝置，利用它在一個保持在一膜上的晶圓利用雷射切除材料做出格狀排列的切斷線，但將材料切除往往有使晶圓表面污染之虞。
本申請人自己有做過一些研究，將一保持在一膜上的晶圓利用雷射造成熱引發應力而呈格子狀切斷，如前文所述。在此，在第一加工裝置中的加工線與第二加工裝置中的加工線之間的交叉點顯示有品質瑕疵。但這些瑕疵並非由於工具(例如雷射光或鑽石切割小輪)由上作用到平板表面的交叉點所致，如先前技術DE 100 41 519 C1所述，而係由於在相鄰之條帶板中產生之應力的互相影響所致。
當過渡到隨後的條帶板時，該熱斑(它在產生冷媒斑之前產生)造成材料膨脹，如此該材料向先前的條帶板壓迫，且將條帶板端的切斷線從其切斷方向偏轉。在二條偏離了90∘的切斷線的一預設交叉點，在個別板的角隅不能生對應的乾淨俐落的直角。
在日專利JP 10-268275 A提到一種用於切割玻璃基板的方法及一種適合此目的之裝置，所要切割的玻璃基板固定在一容納部上，其中它利用一個多孔隙之可拉伸的物體吸住。藉著物體拉伸，使切割性質改善，其中在切割時在玻璃基材表面產生拉應力。
此方法不用於將切割的基材部分作空間分離。
本發明的目的在根據利用雷射引發熱應力的原理提供一種方法，它適用於將材料度小於1 mm的脆易碎材料構成的平板(特別是材料厚度100~300微米者)切分成個別板，此方法也要能用於將保持在一膜上的晶圓切成多數晶片。
此外本發明另一目的在提供一種裝置，利用它可實施本發明的方法，此外該裝置可將晶圓切分成尺寸可自由選擇的長方形晶片。
此目的係利用一種具有申請專利範圍第1項特點的方法及具有申請專利範圍第5項的特點的裝置達成，有利的進一步特點見於申請專利範圍附屬項。
茲在以下配合圖式詳細說明此裝置與方法。
圖1及圖3所示的裝置之有利實施例主要包含：--一夾緊枱(5)，工具[特別是一設在框上的伸張膜(6)]保持在其上；--工具，特別是用於產生起始缺陷的裝置(10)及一個施加雷射光束的裝置(10)，以及一個施加冷媒噴流的裝置(11)；--將該呈工具作用的裝置(10)(11)(12)相對於該平板(1)(工作物)運動的手段(13)。
所作之相對運動絕對必須要能沿一方向作直線運動以及繞一條垂直於此方向的軸作旋轉運動或者在一平面內沿二個方向作直線運動，夾成一個加工角度。
和德專利DE 100 41 519 C1所述之裝置相同者，平板利用一個可控制的真空場保持在夾緊枱(5)上。這種真空場由一真空室(8)形成，該真空室在夾緊枱(5)的放置面中利用一多孔隙(14)內襯材(14)封閉且與一真空泵(9)連接。該放在上面的設在框上的伸張膜(6)以及附在其上的平板(1)被吸附而停在此多孔隙內襯材(14)上且因此用力量接合方式保持住。
在此說明書的定義，「真空一詞」係指該壓力比起在正常條件的大氣壓力(亦即比起正常壓力PN' 小得多，此壓力足夠滿功能的條件。換言之，在此說明書的定義中， 真空P1 係指一種低壓，它施在第一真空場，該低壓的強度在加工時要能將放在上面的平板(1)確實保持住。
該真空室(8)宜利用一多孔隙內襯材(14)(例如由陶瓷構成者)封閉，該內襯材比放置在上面的平板(1)的周圍長度小或者與之相等。如此當雷射光束超出平板邊緣時，該多孔隙內襯材(14)也不會受到損壞。依此，對於圓形的平板，該多孔隙內襯材(14)也同樣要為一圓形盤。
在多孔隙內襯材(14)與槽(7)之間，夾緊枱(5)的表面宜作成高反射性，以反射雷射光束，因此雷射光束在超出平板邊緣時不會在夾緊枱(5)上造成損傷，該設在框上的張緊膜(6)由能透過雷射光束的材料構成。
如不採用單一多孔內襯材(14)[它將真空室(8)對夾緊枱(5)的放置面封閉]，該真空室(8)基本上也可利用一不透氣的板封閉，該不透氣板中有數個多孔隙內襯材(14)配合時間。如此設在框上的伸張膜則只呈點狀平坦地保持住，這點顯得比較不有利。
平板(1)不同於先前技術並非直接倚靠在夾緊枱(5)上，而係間接在一個設在框上的夾緊膜(6)上，這點對於最初未加工的平坦板(1)的保持幾乎沒有不同。
同樣地，和先前技術相同者，也有上述稱為工具的裝置及作相對運動(13)的手段，且呈相同設計。該相對運動可使熱應力引入，因此沿著預設之格狀排列的切斷線形成切斷裂紋。
藉著沿第一加工方向產生切斷裂紋將平板(1)切斷成個 別條帶板(4)後，將這些條帶板(4)再切分成個別板(3)，其中將切斷裂痕沿第二加工方向做入，第二加工方向與第一加工方向夾成一加工角度。此加工角度宜為直角，但也可不為直角，如此產生平行四邊形的個別板。但其實際可應用性就縮減到個案情形，因此實際上在以下說明係以直角當作加工角度且因而有關長方形的個別板。
在將切斷裂痕做到第二加工方向中後，將條帶板(4)(其切斷邊緣仍互相倚靠)互相分開。在此處，上述裝置與方法基本上與先前技術不同。
除了一第一真空場(它如上述方式形成，且只用於在做入切斷裂痕時將平板保持住)外，該裝置包含一可控制的第二真空場，它由一條槽(7)(此槽圍繞第一真空場)形成。當第一真空場為圓形時，此槽(7)對應地形成一圓環。
茲利用圖2a及2b更詳細說明該二真空場的作用方式。
隨著在第一真空場上的真空P1 取消且在槽(7)中施加一真空P2 ，位於其上之設在框上的伸張膜(6)被吸取並被拉入槽(7)中。藉著將伸張膜(61)如入到一框(62)中，藉此測定該設在框上的伸張膜(6)，使該伸張膜(61)的整個面積範圍在框(62)內受拉伸，其中該膜在槽(7)上方受到最大的拉伸。附著在該設在框上的伸張膜(6)上的條帶板(4)互相被拉開到一段距離。在此伸張膜(61)的拉伸狀態，再將一真空P1 施到第一真空場，然後將槽(7)中真空P2 取消。如此，條帶板以它們之間造成的互相的間隔再度固定。
在槽(7)中的真空P2 也是指一種低壓，它足夠將該裝 在框上的伸張膜(6)依其材料性質而定充分地拉伸，俾使條帶板(4)互相隔一段距離，此距離在沿第二加工方向切斷時可使條帶板(4)的影響除去。
為了施一真空到槽(7)，該槽(7)同樣與一真空泵(9)連接。此真空泵(9)宜為用於產生第一真空場的既有之真空泵(9)，該真空泵另外在真空室(8)或槽(7)中產生真空。
由一個一般圓形的平板著手，在設計該裝置的尺寸時要注意：框(62)的內直徑要比槽(7)的外直徑更大，此設在框上的伸張膜(6)沿徑向朝向其中央被拉伸。理想的情形，該平板(1)設成使該中點與該設在框上的伸張膜(6)的中點重合。對於可重現的最大拉伸，不但測定真空的值及拉力，而且也要測定一可重面的面積大小(真空作用到該面積上)，因此該框要在槽(7)外放置在夾緊枱(5)上。
槽的形狀較不重要，但其寬度與深度可影響可能的拉伸。槽越寬，則真空的力量作用越大。太扁平的材會限制能被拉入槽(7)中的材料量，槽(7)的內緣宜修圓且該多孔隙內襯材(14)的表面宜設計成儘量少附著，俾能使該與拉伸作用對抗的附著摩擦力儘量小。
要實施此方法，係將所要加工的平板(1)(例如一圓形的矽晶圓，直徑6~12吋)--如此它不是設在一設在框上的伸張膜(6)上的話--設到一個這種伸張膜上。如上文所述，晶圓一般已在這種伸張膜上加工，儲存及運送。
將具有矽晶圓之設在框上的伸張膜(6)放到夾緊枱(5)上，使晶圓放置在第一真空場的多孔隙內襯材(14)中央。 將一真空P1 施到第一真空場，換言之，施一低壓，其大小可將設在框上的伸張膜(6)和晶圓在隨後加工時確實保持住。對應於切斷線之預設數目隔0.5~30毫米的距離沿第一加工方向產生一起始缺陷，然後由此缺陷著手產生切斷裂痕。
施加起始缺陷(例如用雷射或鑽石小輪)及沿著切斷線利用雷射光束和隨後的冷媒噴流產生切斷裂痕的作業係行家可由先前技術得知者，因此不贅述。
依本發明，該切斷的條帶板的上下移一段距離，俾在條帶板(4)切斷成個別板時防止對側之互相影響，間隔3~10微米就足夠了。
該起始缺陷的施加作業(它在第二加工方向不但在一平板邊緣達成，也各在一條帶板邊緣達成)可在該上下移的步驟之前或之後達成。當晶圓厚度在100~300微米範圍時，宜在此步驟前產生起始缺陷。換言之，在條帶板(4)互拉開一段距離之前，先沿第二加工方向對切斷裂痕設所有的起始缺陷。
在上下移作業之後，沿第二加工方向將切斷裂痕，從一起始缺陷起，隔0.5~30毫米距離生。個別板(3)宜為方形，故係以90∘之加工角度製造。
圖4a~4b顯示晶圓在切斷之不同加工階段的視圖。
在時間點t1 (圖4a)，晶圓沿第一加工方向切斷，其中產生之條帶板(4)仍互相倚靠。
在時間點t2 (圖4b)，條帶板(4)已互相拉開一段距離。
在時間點t3 (圖4c)，條帶板(4)的一部分長度已切分成個別板(3)。
(1)‧‧‧平板
(2)‧‧‧切斷線
(3)‧‧‧個別板
(4)‧‧‧條帶板
(5)‧‧‧夾緊枱
(6)‧‧‧設在框上的伸張膜
(61)‧‧‧伸張膜
(62)‧‧‧框
(7)‧‧‧槽
(8)‧‧‧真空室
(9)‧‧‧真空泵
(10)‧‧‧施加雷射光束的裝置
(11)‧‧‧施加冷媒噴流的裝置
(12)‧‧‧產生起始缺陷的裝置
(13)‧‧‧作相對運動的手段
(14)‧‧‧多孔隙內襯材
PN ‧‧‧正常壓力
P1 ‧‧‧利用第一真空場保持伸張膜(61)用的真空
P2 ‧‧‧利用第二真空場保持伸張膜(61)用的真空
圖1係一裝置的原理簡圖；圖2a係在時間點t1 時圖1的狀態圖；圖2b係在時間點t2 時圖1的狀態圖；圖3係在時間點to 時一夾緊枱的上視圖，平板放置在設在框上的伸張膜上；圖4a係在時間點t1 時該平板的一上視圖；圖4b係在時間點t2 時該平板的一上視圖；圖4c係在時間點t3 時該平板的一上視圖。
(5)‧‧‧夾緊枱
(6)‧‧‧設在框上的伸張膜
(61)‧‧‧伸張膜
(62)‧‧‧框
(7)‧‧‧槽
(8)‧‧‧真空室
(9)‧‧‧真空泵
(10)‧‧‧施加雷射光束的裝置
(11)‧‧‧施加冷媒噴流的裝置
(12)‧‧‧產生起始缺陷的裝置
(13)‧‧‧作相對運動的手段
(14)‧‧‧多孔隙內襯材

Claims (4)

  1. 一種將由脆易碎的材料構成的平板切斷成數塊個別板的裝置，該平板粘接到一設在框上的伸張膜上，具有：一雷射裝置(10)，用於沿平板(1)上的預設切斷線施加一道雷射光束，一冷媒裝置(11)，用於沿平板(1)上的切斷線施一股冷媒噴流，一起始缺陷裝置(12)，用於在一條切斷線的起始點產生起始缺陷，一夾緊枱(5)，具有一第一可控制的真空場，用於將該平板(1)放置及保持，以及運動手段(13)，用於將上述各裝置(10)(11)(12)沿著排成格子形的切斷線相對於該夾緊裝置作相對運動，其特徵在：沿該夾緊裝置設有一可分別控制的第二真空場，由一槽(7)形成，該槽設計成將放在上面的平板(1)圍住且該設在框上的伸張膜(6)被拉入該槽中以作拉伸。
  2. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中：該內槽緣修成圓滑狀。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之裝置，其中：該第一真空場的放置面有多孔隙的襯材(14)。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中：該放置面的附著摩擦力為儘可能地小。
TW97126249A 2007-07-12 2008-07-11 利用雷射將由脆易碎的材料構成的平板切斷成數塊個別板的方法與裝置 TWI409127B (zh)

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