WO2017149495A1 - Werkstückrohling und verfahren zur markierung des rohlings - Google Patents

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Definitions

  • the wafers are, for example, with a twelve-by-twelve-dot matrix
  • DMC Data Matrix Coding
  • An alternative solution for marking workpieces during a multi-stage process is, for example, the printing of markings.
  • this poses the problem that printed markings often can not withstand many processing steps and thus become destroyed or unreadable during the course of the process.
  • Object of the present invention is therefore, a
  • Specify marking for workpiece blanks which can also be used in materials that are transparent to laser radiation and that can be used to produce one opposite to many
  • Workpiece blanks which are used in an extensive machining ⁇ or finishing process, typically comprise an active and a passive surface area.
  • the passive surface area is an area that does not contribute to the later used workpiece properties and is virtually unused.
  • a workpiece blank is now provided in the passive surface area with a code that is stable with respect to the conditions in the machining process for the unique and permanent identification of the workpiece blank.
  • Stable code method steps includes a metal welded onto the blank.
  • a code thus generated may then comprise, for example, an array of metallic dots / dots pointing to a passive surface area of the chip
  • Blanks are welded. By welding is an intimate and sufficiently strong adhesion of the code on the
  • the metal may be made of any metal, e.g. out
  • the code includes a thin layer of a noble metal, such as gold, silver, platinum, or the like.
  • a noble metal such as gold, silver, platinum, or the like.
  • copper, nickel, chromium and tantalum are suitable, for example.
  • the welding of the metal in the form of a code or the code forming dots succeeds in a simple manner, in particular by punctiform heating, preferably with a laser.
  • the metals to be welded absorb the laser wavelengths even then, when the underlying material of the workpiece blank is transparent to the respective radiation.
  • the code is embodied as a QR code and comprises a matrix of punctiform dots, each of which again comprises a welded-on metal.
  • Such dots can be arbitrarily shaped and, for example, just punctiform.
  • QR codes can be easily read out and allow a clear identification.
  • 10-digit codes can be written with ECC 200 error correction, so that even very large numbers of material blanks can be provided with a clearly identifiable code.
  • the workpiece is designed as a wafer. It has at least a top layer consisting of egg ⁇ nem transparent to laser substantially material.
  • the wafer comprises at least one piezo-electric layer ⁇ or consists entirely of a piezo-electric material ⁇ .
  • the active surface area of the workpiece may, in one embodiment, have component structures that operate with acoustic waves, or rather be provided for such. In the wafer then several working with acoustic waves components can be generated and
  • the blank is designed as a lid wafer for wafer level packaging.
  • a lid wafer is applied as a cover over a wafer with component structures and connected to them, wherein with the aid of spacer elements, direct contact of component structures and lid wafers can be avoided.
  • the lid wafer can be provided with the code for direct identification.
  • a code on the lid wafer also has the advantage that it can act in addition to a code on the device wafer, so that the composite of device wafer and lid wafer can be identified from two different sides.
  • any data records can be assigned to the workpiece blank and in particular the wafer during the machining process, which records, for example, the history of the method previously carried out or the processes carried out so far.
  • This data set may also include specific measurement data of the blank or information about certain process conditions during the already
  • the code can be associated with measurement data of layers, structures or components generated on the blank. This data is written to an external memory and from there to the code
  • a laser spot along a pattern scanned a surface of a workpiece blank is over with a laser spot along a pattern scanned a surface of a workpiece blank.
  • the laser can work continuously or pulsed.
  • the code may also comprise a continuous and therefore linear marking.
  • a dot grid can be produced faster and with less metal and area requirements.
  • the marking metal can be introduced on the surface of the blank in the form of metal particles in the region of the laser spot, for example by means of a powder feed.
  • the particle size of these metal particles is small compared to the diameter of the laser spot, where small means at least a half or an entire order of magnitude.
  • the metal particles of the marking metal can be any metal particles of the marking metal.
  • a metal foil comprising the marking metal is arranged on the surface of the blank in the region of the laser spot.
  • the metal foil is in contact with the surface of the blank so that the metal foil melted in the area of the laser spot melts directly onto the surface of the blank.
  • the unfused part of the metal foil remains in one piece and can then be lifted off or removed by a simple mechanical method, for example by means of brushes, foil removal or high-pressure cleaning.
  • a metal paste comprising the marking metal, a paint with metal particles or an organometallic ink is applied in the region of the laser spot on the surface of the blank. This can be achieved by printing processes (rolling,
  • Stamping, screen printing and the like in particular be realized locally. It is also possible to coat the entire surface of the blank by dipping, spraying, spin-coating or similar methods.
  • Metal particles of the marking metal-containing paste, paint or ink can be predried in an annealing step, or metal particles can be produced in the organometallic ink with an annealing step so that particles of the marking metal are present directly on the surface of the blank in the marking area.
  • the laser energy is absorbed by the marking metal. This melts in the area of the spot and connects intimately with the surface of the blank. Residual organic
  • Components of the paste, the paint or the organometallic ink are decomposed in the laser spot.
  • Excess metal particles, or paste, lacquer or ink, which were not detected by the laser and thereby melted onto the surface can e.g. with organic
  • the method for marking or applying the code to the blank is preferably carried out before the start of the very first processing step.
  • the marking or the code is generated before measuring the blank. In this way it is possible already the
  • fine codes can be produced from welded point-shaped metallizations on the surface of any workpieces.
  • the geometric size of the code in particular of the QR code or another dot matrix, is predominantly dependent on the readout optics. Limiting may additionally be the available passive surface area, which has only limited dimensions depending on the component or blank.
  • One advantageous code comprises welded points from gold, which has the advantage that it can be applied well in the powder process, without that, due to small particle sizes and high surface energy ⁇ with excessive
  • the workpiece blanks may be wafers with piezoelectric materials as used to make microacoustic devices.
  • the method can also be carried out in micro-optics, in which a plurality of micro-miniaturized lenses are produced on a glass wafer, which are also not directly laser-labeled due to the transparent wafer.
  • Other applications of blanks from corresponding transparent and therefore not directly writable materials are possible.
  • Figure 1 shows a trained as a wafer
  • Figure 2 shows an exemplary code as it is on a
  • FIG. 3 shows a first method for generating a dot for a code on a workpiece blank
  • Figure 4 shows a workpiece with a on it
  • FIG. 5 shows another schematic cross section
  • FIG. 6 shows the transferred dot on the workpiece blank in schematic cross section
  • FIG. 7 shows a schematic cross section of a
  • FIG. 8 shows the transferred dot on the workpiece blank in schematic cross section.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a wafer, for example of a piezoelectric material, which represents a workpiece blank according to the invention.
  • a plurality of virtual component areas BB is shown, which are also separated by virtual separation lines.
  • This component regions BB are active upper ⁇ surface areas, while not of component regions BB covered surface areas are passive surface areas of the workpiece blank WR.
  • a mark designed as code C is applied.
  • This marker is preferably an optically scannable code, for example a matrix of individual dots.
  • FIG. 2 shows an example of such a data matrix.
  • This preferably consists of an n-by-n grid, in which a code is formed by partial occupation of the grid with metallic dots D.
  • FIG. 2 shows, for example, a 7 ⁇ 7 grid, which is partially occupied by dots D.
  • data matrices are common which comprise a 12 x 12 grid. Such can still be read well by conventional optical methods if the individual dots have a diameter of e.g. have about 40 ⁇ . With these dimensions, for example, a 12 x 12 grid code code requires a surface of 475 x 475 ⁇ . It is not necessary for the individual dot to be limited to the area of the grid area or even to fill it completely.
  • Figure 3 shows a possible method for generating a dot as part of a code on a workpiece blank WR.
  • a microlaser deposition welding developed by the Fraunhofer Deutschen can be used which For example, by means of a multi-beam optics can be performed.
  • a laser spot SP is formed on the surface of the workpiece blank ⁇ WR with a laser L.
  • a particle beam PS is now made by means of a nozzle PD
  • Metal particles MP introduced. Any metals are suitable for the metal particles MP, but a noble metal is preferred if the particle size has a certain value
  • a two-beam optics can be used in which the necessary energy is generated only in the area in which both laser spots SP overlap.
  • the irradiation with the laser L is carried out until, for a dot D, sufficient metal has been melted on the surface in the region of the spot SP. Subsequently, a relative movement between the workpiece blank WR and the laser, including the particle nozzle PD, is carried out in order to produce a further dot D at a desired other location.
  • FIG. 4 shows the workpiece blank WR after the production of a dot D in schematic cross section. As shown, the metal particles are fused together to form a single dot D of spherical cross-section, whose edge angle depends on the surface tension, which in turn depends on the material of the workpiece blank WR and the metal.
  • FIG. 5 shows a further possible example on the basis of a schematic cross section through a corresponding device
  • Workpiece blank can be generated. This will be on the
  • a thin metal foil MF for example, a shape of a belt, brought into close contact with the surface.
  • a spot SP is now produced on the surface of the metal foil MF by means of a laser L.
  • the metal foil melts, with the liquid metal firmly bonding to the surface of the workpiece blank WR.
  • the metal foil can be left on the workpiece blank WR in order to generate another dot at another location, for which purpose a relative movement between the laser and the laser is possible
  • Workpiece blank is carried out together with metal foil. It may also be useful to carry the metal foil with the spot and to carry out only a small relative movement between metal foil and spot in order to save the marking metal sparingly
  • FIG. 6 shows the workpiece blank WR after removal of the metal foil. It remains on the surface of the
  • Figure 7 shows an alternative method of applying a metal-containing compound, for example a metal particle-containing paste ⁇ P on the workpiece blank WR.
  • the Paste P is applied locally in the area of the laser spot, for example by printing, stamping or rolling. In the area of the laser spot, the metal particles are melted and intimately connect with the surface of the workpiece blank.
  • Remaining paste P outside the laser spot, which has not been melted, is then removed.
  • FIG. 8 shows the workpiece blank WR after removal of the excess paste. As in the other methods, the dot D welded onto the surface of the workpiece blank also remains here.
  • the method can be used for any workpiece blanks WR
  • Workpiece blank WR may comprise a piezoelectric material, another transparent crystalline material or glass.
  • glass is also transparent to conventional laser wavelengths, so that the method for marking is also suitable for such workpiece blanks.
  • a glass workpiece blank may include, for example, a plurality of micro-optics for optical components for light generation or for light detection, for whose production or further processing a large number of further process steps are required.
  • inventive method serve the glass
  • An inventive workpiece blank is not limited to the illustrated embodiments. Also, the method may include applying a metallic dot Codes are in principle carried out with other methods involving a local melting of the marking metal

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Abstract

Zur eindeutigen und dauerhaften Identifizierung eines Werkstückrohlings während eines mehrstufigen Bearbeitungs- oder Herstellungsprozesses wird vorgeschlagen, eine einen Code umfassende Markierung in Form metallischer Dots aufzuschweißen. Das Aufschweißen kann mit einem Laser erfolgen und ist insbesondere für transparente Werkstückrohlings geeignet.

Description

Beschreibung
Werkstückrohling und Verfahren zur Markierung des Rohlings
Während der Herstellung von Halbleiterbauelementen durchlaufen Wafer eine Vielzahl von unterschiedlichen Prozessschritten, bei denen sie in unterschiedlichen Vorrichtungen unterschiedlichen Verfahrensbedingu8ngen und Medien ausgesetzt sind. Um während des gesamten Prozessablaufs einen Wafer eindeutig identifizieren zu können, ist es nötig, diesen entsprechend zu markieren. Die Markierung muss dabei alle Prozessschritte durchlaufen können, ohne dass dadurch die Erkenn- oder Lesbarkeit der Markierung und damit die Identifizierbarkeit des Wafers darunter leidet.
Für Halbleiterbauelemente ist es bekannt, die Wafer durch direktes Laserschreiben zu markieren. Dazu werden die Wafer beispielsweise mit einem Zwölf-mal-zwölf-Punktraster
versehen, wobei durch unterschiedliche Belegungen der
Rasterpunkte ein Code erzeugt wird. Für eine bestimmte
Markierung wird also an gewünschten Rasterpunkten mit dem Laser ein Punkt gesetzt. Dieses so genannte DMC (Data Matrix Coding) gelingt insbesondere bei Halbleitermaterialien, die gängige Laser-Wellenlängen ausreichend gut absorbieren und so mit einem Laser oberflächlich aufgeschmolzen werden können.
Ein Problem besteht jedoch bei Werkstücken, die für die Wellenlängen herkömmlicher Laser transparent sind. Dies sind insbesondere diverse transparente Kristalle wie beispiels¬ weise die piezoelektrischen Materialien Lithiumtantalat , Lithiumniobat oder Quarz sowie insbesondere die meisten
Gläser. Werkstücke aus solchen Werkstoffen können nicht direkt mit dem Laser beschrieben werden. Hilfsweise kann zum Erzeugen einer Markierung eine auf den Wafer aufgebrachte Hilfsschicht mit dem Laser beschrieben werden, sofern diese die Laser-Wellenlänge zu absorbieren vermag. Dies erfordert jedoch die Erzeugung einer zusätzlichen Schicht, was den Aufwand entsprechend erhöht. Möglich ist es auch, eine im normalen Prozessablauf aufzubringende, für Laserstrahlung nichttransparente Schicht mit einem Laser zu beschreiben und darauf oder darin eine Markierung aufzubringen. Nachteilig ist jedoch, dass das Werkstück bis zum Aufbringen dieser beschreibbaren Schicht, beispielsweise einer Metallschicht, unmarkiert bleibt. Dies ist besonders nachteilig, wenn die Schicht erst auf einer relativ späten Verfahrensstufe aufgebracht wird. Eine eindeutige Identifizierung, mit der die Bearbeitungsschritte und gegebenenfalls Messergebnisse dokumentiert werden können, ist daher nicht möglich.
Eine alternative Lösung zur Markierung von Werkstücken während eines mehrstufigen Prozesses ist beispielsweise das Aufdrucken von Markierungen. Hier stellt sich jedoch das Problem, dass aufgedruckte Markierungen gegenüber vielen Bearbeitungsschritten oft nicht standhält und so während des Prozessablaufs zerstört oder unlesbar wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
Markierung für Werkstückrohlinge anzugeben, die auch bei für Laserstrahlung transparenten Materialien eingesetzt werden kann und die zur Herstellung einer gegenüber vielen
Prozessschritten stabilen Markierung des Werkstücks bzw. des Werkstückrohlings führt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Werkstück¬ rohling nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Markierung eines
Werkstückrohlings gehen aus weiteren Ansprüchen hervor.
Werkstückrohlinge, die in einem umfangreichen Bearbeitungs¬ oder Weiterverarbeitungsprozess eingesetzt werden, weisen üblicherweise einen aktiven und einen passiven Oberflächenbereich auf. Der passive Oberflächenbereich ist ein Bereich, der nicht zu den später genutzten Werkstückeigenschaften beiträgt und quasi ungenutzt ist. Erfindungsgemäß ist ein Werkstückrohling nun im passiven Oberflächenbereich mit einem gegenüber den Bedingungen im Bearbeitungsprozess stabilen Code zur eindeutigen und dauerhaften Identifizierung des Werkstückrohlings versehen. Ein gegenüber den meisten
Verfahrensschritten stabiler Code umfasst ein auf den Rohling aufgeschweißtes Metall. Ein so erzeugter Code kann dann beispielsweise ein Array aus metallischen Punkten/Dots umfassen, die auf einen passiven Oberflächenbereich des
Rohlings aufgeschweißt sind. Durch das Aufschweißen ist eine innige und ausreichend feste Haftung des Codes auf dem
Rohling gewährleistet.
Das Metall kann aus einem beliebigen Metall, z.B. aus
Aluminium ausgewählt sein, sofern es die Bedingungen der nachfolgenden Schritte im Prozessablauf übersteht.
Vorzugsweise umfasst der Code jedoch eine dünne Schicht eines edlen Metalls, wie beispielsweise Gold, Silber, Platin oder dergleichen. Auch , Kupfer, Nickel, Chrom und Tantal sind beispielsweise geeignet. Das Aufschweißen des Metalls in Form eines Codes bzw. der den Code bildenden Dots gelingt in einfacher Weise insbesondere durch punktförmiges Erhitzen, vorzugsweise mit einem Laser. Die aufzuschweißenden Metalle absorbieren die bei Laser üblichen Wellenlängen auch dann, wenn das darunterliegende Material des Werkstückrohlings für die jeweilige Strahlung transparent ist.
In einer Aus führungs form ist der Code als QR-Code ausgebildet und umfasst eine Matrix aus punktförmigen Dots, die jeweils wieder ein aufgeschweißtes Metall umfassen. Derartige Dots können beliebig geformt sein und beispielsweise eben auch punktförmig. QR-Codes können einfach ausgelesen werden und erlauben eine eindeutige Identifizierung. Bereits mit einem Raster von zwölf mal zwölf Dots können so mit Fehlerkorrektur nach ECC 200 10-stellige Codierungen geschrieben werden, sodass auch sehr große Anzahlen an Werkstoffrohlingen mit einem eindeutig identifizierbaren Code versehen werden können .
Möglich ist es jedoch auch, einen anderweitig ausgebildeten Code in Form eines aufgeschweißten Metalls auf der Oberfläche des Rohlings zu erzeugen. Ein QR-Code oder eine andere zweidimensionale Dot-Matrix erweist sich jedoch bezüglich Flächenbedarf und Lesbarkeit als beste Ausführung.
In einer Aus führungs form ist das Werkstück als Wafer ausgebildet. Er weist zumindest eine Oberschicht auf, die aus ei¬ nem für Laser im Wesentlichen transparenten Material besteht.
Beispielsweise umfasst der Wafer zumindest eine piezo¬ elektrische Schicht oder besteht ganz aus einem piezo¬ elektrischem Material. Der aktive Oberflächenbereich des Werkstücks kann in einer Ausführung mit akustischen Wellen arbeitende Bauelementstrukturen aufweisen oder vielmehr für solche vorgesehen sein. In dem Wafer können dann mehrere mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente erzeugt und
schließlich vereinzelt werden. In einer Aus führungs form ist der Rohling als Deckelwafer für ein Wafer Level Packaging ausgebildet. Ein solcher Deckelwafer wird als Abdeckung über einem Wafer mit Bauelementstrukturen aufgebracht und mit diesen verbunden, wobei mit Hilfe von Abstandselementen ein direkter Kontakt von Bauelementstrukturen und Deckelwafer vermieden werden kann. Der Deckelwafer kann zur direkten Identifizierung mit dem Code versehen werden. Möglich ist es jedoch auch, den Code auf dem Deckelwafer zur Identifizierung des mit dem Deckelwafer verbundenen Bauelement-Wafers zu verwenden. Ein Code auf dem Deckelwafer hat weiterhin den Vorteil, dass er zusätzlich zu einem Code auf dem Bauelement-Wafer fungieren kann, sodass der Verbund aus Bauelement-Wafer und Deckelwafer von zwei unterschiedlichen Seiten her identifizierbar ist.
Mit Hilfe des Codes auf dem Werkstück, welcher spezifisch für das Werkstück ist, gelingt es, das Werkstück über eine Serie von Bearbeitungsschritten eindeutig zu identifizieren. Mit dem Code können dem Werkstückrohling und insbesondere dem Wafer während des Bearbeitungsverfahrens beliebige Datensätze zugeordnet werden, die beispielsweise die Historie des bisher durchgeführten Verfahrens bzw. der bisher durchgeführten Prozesse wiedergeben. Dieser Datensatz kann auch spezifische Messdaten des Rohlings umfassen oder Informationen über bestimmte Verfahrensbedingungen während der bereits
durchlaufenen Verfahrensschritte. Weiterhin können dem Code Messdaten von auf dem Rohling erzeugten Schichten, Strukturen oder Bauelementen zugeordnet sein. Diese Daten sind in einen extern Speicher geschrieben und von dort mit dem Code
abrufbar .
Zur Herstellung des gewünschten Codes auf einem Werkstückrohling wird mit einem Laserspot entlang eines Musters über eine Oberfläche eines Werkstückrohlings gescannt. Der Laser kann dabei kontinuierlich oder gepulst arbeiten.
In den Laserspot auf der Oberfläche des Rohlings wird nun ein Markierungsmetall eingebracht und in Kontakt mit der
Oberfläche gebracht. Im Laserspot wird die Laserenergie vom Markierungsmetall absorbiert. Dabei schmilzt dieses im
Bereich des Spots auf und verbindet sich innig mit der
Oberfläche des Rohlings. Durch Wiederholung des Vorgangs an mehreren anderen Stellen, also durch scannende Bestrahlung entsteht ein Muster, eben der Code. Der Code kann auch eine kontinuierliche und daher lineare Markierung umfassen.
Schneller und mit weniger Metall- und Flächenbedarf kann jedoch ein Dotraster erzeugt werden.
Das Markierungsmetall kann auf der Oberfläche des Rohlings in Form von Metallpartikeln in den Bereich des Laserspots eingebracht werden, beispielsweise mittels einer Pulverzuführung. Vorzugsweise ist die Partikelgröße dieser Metallpartikel klein gegenüber dem Durchmesser des Laserspots, wobei klein zumindest eine halbe oder eine ganze Größenordnung bedeutet.
Die Metallpartikel des Markierungsmetalls können
beispielsweise mittels einer Düse in den Laserspot auf die Oberfläche des Rohlings eingeblasen werden. Überschüssige Metallpartikel, die nicht vom Laser erfasst und auf die
Oberfläche aufgeschmolzen werden, können kontinuierlich abgesaugt oder weggeblasen und so von der Oberfläche des Rohlings entfernt werden.
In einer Ausführung werden Metallpartikel mit einem
Partikeldurchmesser von unter 10 μπι verwendet. Mit solchen Partikeln können Dots von beispielsweise 20 μπι und mehr
Durchmesser erzeugt werden.
In einem alternativen Verfahren zur Herstellung des Codes wird eine das Markierungsmetall umfassende Metallfolie im Bereich des Laserspots auf der Oberfläche des Rohlings angeordnet. Die Metallfolie steht mit der Oberfläche des Rohlings in Kontakt, sodass die im Bereich des Laserspots aufgeschmolzene Metallfolie direkt auf die Oberfläche des Rohlings aufschmilzt. Der nicht aufgeschmolzene Teil der Metallfolie bleibt einstückig und kann anschließend abgehoben oder mit einem einfachen mechanischen Verfahren, beispielsweise mittels Bürsten, Folienabziehen oder Hochdruckreinigung entfernt werden.
In einem weiteren alternativen Verfahren zur Herstellung des Codes wird eine das Markierungsmetall umfassende Metallpaste, ein Lack mit Metallpartikeln oder eine metallorganische Tinte im Bereich des Laserspots auf der Oberfläche des Rohlings aufgebracht. Dies kann durch Druckverfahren (Walzen,
Stempeln, Siebdruck und dergleichen) insbesondere lokal realisiert werden. Möglich ist auch, durch Tauchen, Spritzen, Aufschleudern oder ähnliche Verfahren die gesamte Oberfläche des Rohlings zu beschichten.
Metallpartikel des Markierungsmetall enthaltende Paste, Lack oder Tinte können in einem Temperschritt vorgetrocknet werden, bzw. in der metallorganischen Tinte können mit einem Temperschritt erst Metallpartikel erzeugt werden, sodass im Bereich Markierung Partikel des Markierungsmetalls direkt auf der Oberfläche des Rohlings vorliegen. Im Laserspot wird die Laserenergie vom Markierungsmetall absorbiert. Dabei schmilzt dieses im Bereich des Spots auf und verbindet sich innig mit der Oberfläche des Rohlings. Verbliebene organische
Komponenten der Paste, des Lacks oder der metallorganischen Tinte werden im Laserspot zersetzt.
Überschüssige Metallpartikel, bzw. Paste, Lack oder Tinte, die nicht vom Laser erfasst und dabei auf die Oberfläche aufgeschmolzen wurden, können z.B. mit organischen
Lösungsmitteln entfernt werden.
Das Verfahren zum Markieren bzw. zum Aufbringen des Codes auf den Rohling wird vorzugsweise vor Beginn des allerersten Bearbeitungsschritts durchgeführt. Vorteilhafter wird die Markierung bzw. der Code vor dem Vermessen des Rohlings erzeugt. Auf diese Weise ist es möglich, bereits die
Ergebnisse der Vermessung des Rohlings dem Code zuzuordnen, dass auch hier bereits eine eindeutige Identifizierung gelingt, über die Aussagen über Form und Eigenschaften des Rohlings erhalten werden können.
Mit dem metallurgischen Pulveraufschweißen bzw. dem Transfer- prozess über die Metallfolie können beispielsweise feine Codes aus aufgeschweißten punktförmigen Metallisierungen auf der Oberfläche beliebiger Werkstücke erzeugt werden. Die geometrische Größe des Codes, insbesondere des QR-Codes oder eines sonstigen Punktrasters, ist überwiegend abhängig von der Auslese-Optik. Begrenzend kann zusätzlich der zur Verfügung stehende passive Oberflächenbereich sein, der je nach Bauelement bzw. Rohling nur begrenzte Abmessungen hat. Ein vorteilhafter Code umfasst aufgeschweißte Punkte aus Gold, welches den Vorteil hat, dass es sich auch im Pulververfahren gut aufbringen lässt, ohne dass aufgrund kleiner Partikel¬ größen und hoher Oberflächenenergie mit übermäßiger
Oberflächenoxidation oder gar einem spontanen Verbrennungs- prozess gerechnet werden muss. Gold hat den weiteren Vorteil, dass es zumindest chemisch fast vollständig inert ist. Eine solche Markierung kann daher auch aggressive Bearbeitungs¬ schritte bzw. Bearbeitungen mit aggressiven Medien
unbeschadet überstehen.
Eine vorteilhafte Anwendung findet das Verfahren bei
Werkstückrohlingen und insbesondere bei Wafern, die für eine normale Lasermarkierung nicht geeignet sind, da ihr Material die Laserstrahlung nur schlecht oder gar nicht absorbiert. Die Werkstückrohlinge können Wafer mit piezoelektrischen Materialien sein, wie sie zur Herstellung mikroakustischer Bauelemente eingesetzt werden. Das Verfahren kann jedoch auch bei Mikrooptiken durchgeführt werden, bei denen auf einem Glaswafer eine Vielzahl mikro-miniaturisierter Linsen erzeugt werden, die aufgrund des transparenten Wafers ebenfalls nicht direkt mit Laser beschriftbar sind. Auch andere Anwendungen an Rohlingen aus entsprechend transparenten und daher nicht direkt beschreibbaren Materialien sind möglich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs¬ beispiels und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu
ausgeführt, sodass den Figuren weder absolute noch relative Maßangaben zu entnehmen sind.
Figur 1 zeigt einen als Wafer ausgebildeten
Werkstückrohling mit Code,
Figur 2 zeigt einen beispielhaften Code, wie er auf einem
Werkstückrohling aufgebracht sein kann, Figur 3 zeigt ein erstes Verfahren zum Erzeugen eines Dots für einen Code auf einem Werkstückrohling,
Figur 4 zeigt ein Werkstück mit einem darauf
aufgeschmolzenen Dot für einen Code im
schematischen Querschnitt,
Figur 5 zeigt im schematischen Querschnitt ein weiteres
Verfahren zum Erzeugen eines Codes durch Übertragen eines Dots von einer Metallfolie,
Figur 6 zeigt den übertragenen Dot auf dem Werkstückrohling im schematischen Querschnitt,
Figur 7 zeigt im schematischen Querschnitt einen
Werkstückrohling, bei dem zum Erzeugen eines Codes ein Dot aus einer aufgebrachten Paste übertragen wird,
Figur 8 zeigt den übertragenen Dot auf dem Werkstückrohling im schematischen Querschnitt.
Figur 1 zeigt in schematischer Draufsicht einen Wafer, beispielsweise aus einem piezoelektrischen Material, der einen erfindungsgemäßen Werkstückrohling darstellt. Auf dem Werkstückrohling WR ist eine Vielzahl virtueller Bauelementbereiche BB dargestellt, die durch ebenfalls noch virtuelle Trennlinien voneinander getrennt sind. In jedem Bauelementbereich BB werde im späteren Bearbeitungs- bzw. Herstellungs¬ verfahrens Bauelementstrukturen für jeweils ein Bauelement erzeugt. Diese Bauelementbereiche BB stellen aktive Ober¬ flächenbereiche dar, während nicht von Bauelementbereichen BB bedeckte Oberflächenbereiche passive Oberflächenbereiche des Werkstückrohlings WR sind.
In einem passiven Oberflächenbereich ist eine als Code C ausgebildete Markierung aufgebracht. Diese Markierung ist vorzugsweise ein optisch abtastbarer Code, beispielsweise eine Matrix aus einzelnen Punkten.
Figur 2 zeigt beispielhaft eine solche Data Matrix. Diese besteht vorzugsweise aus einem n-mal-n Raster, in dem ein Code durch partielle Belegung des Rasters mit metallischen Dots D ausgebildet ist. In Figur 2 ist beispielsweise ein 7 x 7 Raster dargestellt, welches partiell mit Dots D belegt ist. Üblich sind in der Regel größere Raster, um eine größere Code-Vielfalt zu ermöglichen. Für Wafer sind beispielsweise Data-Matrizen üblich, die ein 12 x 12 Raster umfassen. Ein solches kann mit üblichen optischen Verfahren noch gut ausgelesen werden, wenn die einzelnen Dots einen Durchmesser von z.B. ca. 40 μπι aufweisen. Mit diesen Bemessungen erfordert beispielsweise ein 12 x 12 Rasterpunkte umfassender Code eine Oberfläche von 475 x 475 μπι. Für den einzelnen Dot ist es nicht erforderlich, dass er sich auf den Bereich der Rasterfläche beschränkt oder diese gar vollständig ausfüllt.
Möglich ist es auch, dass ein einzelner oder alle Dots über die Grenzen der jeweils zugeordneten Rasterflächen hinausreichen. Wesentlich ist nur, dass zwischen einer Belegung einer Rasterfläche mit einem Dot D und einer Rasterfläche, die mit keinem Dot D belegt ist, unterschieden werden kann.
Figur 3 zeigt ein mögliches Verfahren zum Erzeugen eines Dots als Bestandteil eines Codes auf einem Werkstückrohling WR. Dazu kann ein von der Fraunhofer Gesellschaft entwickeltes Mikrolaser-Auftragsschweißen verwendet werden, welches beispielsweise mittels einer Mehrstrahloptik durchgeführt werden kann. Zur Durchführung des Verfahrens wird mit einem Laser L ein Laserspot SP auf der Oberfläche des Werkstück¬ rohlings WR erzeugt. In den Bereich des Laserspots SP wird nun mittels einer Düse PD ein Partikelstrahl PS aus
Metallpartikeln MP eingebracht. Für die Metallpartikel MP sind beliebige Metalle geeignet, jedoch ist ein Edelmetall bevorzugt, wenn die Partikelgröße einen gewissen Wert
unterschreitet, um eine spontane Entzündung der Metall¬ partikel in Sauerstoff haltiger Atmosphäre wie etwa in der normalen Atmosphäre zu verhindern. Bevorzugt werden
Metallpartikel aus Gold verwendet.
Im Bereich des Laserspots SP schmelzen nun die Metallpartikel auf der Oberfläche des Werkstückrohlings WR fest. Über¬ schüssige Metallpartikel werden abgesaugt oder weggeblasen, siehe Pfeile AS.
Zur besseren Fokussierung kann eine Zweistrahloptik verwendet werden, bei der die nötige Energie nur in dem Bereich erzeugt wird, in dem beide Laserspots SP überlappen.
Die Bestrahlung mit dem Laser L wird solange durchgeführt, bis für einen Dot D ausreichend Metall auf der Oberfläche im Bereich des Spots SP aufgeschmolzen ist. Anschließend wird eine Relativbewegung zwischen Werkstückrohling WR und Laser samt Partikeldüse PD vorgenommen, um an einer gewünschten anderen Stelle einen weiteren Dot D zu erzeugen.
Figur 4 zeigt den Werkstückrohling WR nach der Erzeugung eines Dots D im schematischen Querschnitt. Wie dargestellt, sind die Metallpartikel zusammengeschmolzen und bilden einen einzigen Dot D mit sphärischem Querschnitt, dessen Kanten- winkel sich in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung einstellt, die wiederum vom Material des Werkstückrohlings WR und vom Metall abhängig ist.
Figur 5 zeigt anhand eines schematischen Querschnitts durch eine entsprechende Vorrichtung ein weiteres mögliches
Verfahren, mit dem ein Dot für einen Code auf einem
Werkstückrohling erzeugt werden kann. Dazu wird auf der
Oberfläche des Werkstückrohlings WR eine dünne Metallfolie MF, beispielsweise ein Form eines Bandes, in engen Kontakt mit der Oberfläche gebracht. Im Bereich eines zu erzeugenden Dots wird nun mittels eines Lasers L ein Spot SP auf der Oberfläche der Metallfolie MF erzeugt. Im Bereich des Spots SP schmilzt die Metallfolie auf, wobei sich das flüssige Metall fest mit der Oberfläche des Werkstückrohlings WR verbindet. Die Metallfolie kann auf dem Werkstückrohling WR belassen werden, um an anderer Stelle einen weiteren Dot zu erzeugen, wozu eine Relativbewegung zwischen Laser und
Werkstückrohling samt Metallfolie durchgeführt wird. Sinnvoll kann es auch sein, die Metallfolie mit dem Spot mitzuführen und nur eine kleine Relativbewegung zwischen Metallfolie und Spot durchzuführen, um das Markierungsmetall sparsam
einzusetzen .
Figur 6 zeigt den Werkstückrohling WR nach Entfernen der Metallfolie. Es verbleibt der auf der Oberfläche des
Werkstückrohlings aufgeschweißte Dot D, der aufgrund der Oberflächenspannung ebenfalls einen sphärischen Querschnitt aufweisen kann.
Figur 7 zeigt ein alternatives Verfahren zur Aufbringung einer Metallhaltigen Masse, beispielsweise einer Metall¬ partikel haltigen Paste P auf den Werkstückrohling WR. Die Paste P wird lokal im Bereich des Laserspots aufgebracht, z.B. durch Drucken, Stempeln oder Walzen. Im Bereich des Laserspots werden die Metallpartikel aufgeschmolzen und verbinden sich innig mit der Oberfläche des Werkstückrohlings .
Verbleibende Paste P außerhalb des Laserspots, die nicht aufgeschmolzen wurde, wird anschließend entfernt.
Figur 8 zeigt den Werkstückrohling WR nach Entfernen der überschüssigen Paste. Wie in den anderen Verfahren verbleibt auch hier der auf der Oberfläche des Werkstückrohlings aufgeschweißte Dot D.
Das Verfahren kann für beliebige Werkstückrohlinge WR
durchgeführt werden, insbesondere für Wafer, auf deren
Oberfläche Bauelementstrukturen erzeugt werden. Der
Werkstückrohling WR kann ein piezoelektrisches Material, ein anderes transparentes kristallines Material oder Glas umfassen. Insbesondere Glas ist ebenfalls für herkömmliche Laser-Wellenlängen transparent, sodass sich auch für solche Werkstückrohlinge das Verfahren zur Markierung anbietet. Ein gläserner Werkstückrohling kann beispielsweise eine Vielzahl von Mikro-Optiken für optische Bauelemente zur Lichterzeugung oder zur Lichtdetektion umfassen, zu deren Fertigung oder Weiterverarbeitung eine Vielzahl von weiteren Prozessschritten erforderlich sind. Auch hier kann das
erfindungsgemäße Verfahren dazu dienen, den gläsernen
Werksrückrohling auf allen Verfahrensstufen eindeutig zu identifizieren .
Ein erfindungsgemäßer Werkstückrohling ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Auch kann das Verfahren zum Aufbringen eines metallische Dots umfassenden Codes prinzipiell mit anderen Verfahren durchgeführt werden, die ein lokales Aufschmelzen des Markierungsmetalls
ermöglichen .
Bezugs zeichenliste
WR Werkstück Rohling
L Laser
SP Laserspot
D Dot
C Code
BB Bauelementbereich
RL Rasterlinien
MP Metallpartikel
P Paste
PD Partikeldüse
PS Partikelstrahl
AS Absaugung
MF Metallfolie

Claims

Patentansprüche
1. Werkstück Rohling für einen Bearbeitungsprozess ,
-mit einem aktiven Oberflächenbereich
-mit einen passiven Oberflächenbereich, der nicht zu den später genutzten Werkstückeigenschaften beiträgt,
- bei dem der passive Oberflächenbereich einen gegenüber den Bedingungen im Bearbeitungsprozess stabilen Code (C) zur eindeutigen und dauerhaften Identifizierung des
Rohlings aufweist,
- bei dem der Code eine Markierung aus einem auf den
Rohling aufgeschweißten Metall umfasst.
2. Werkstück Rohling nach dem vorangehenden Anspruch,
bei dem zumindest eine Oberschicht des Rohlings (WR) aus einem für Laser im Wesentlichen transparenten Material besteht, umfassend ein kristallines Material, oder ein Glas oder eine Glaskeramik.
3. Werkstück Rohling nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem als Markierung Partikel (MP) aus Aluminium,
Kupfer, Nickel, Chrom, Tantal, Silber, Platin oder Gold aufgeschweißt sind.
4. Werkstück Rohling nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Code (C) als QR Code ausgebildet ist und eine Matrix aus punktförmigen Dots (D) aus aufgeschweißtem Metall umfasst.
5. Werkstück Rohling nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgebildet als Wafer.
6. Werkstück Rohling nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem der Wafer zumindest eine piezoelektrische Schicht umfasst, der im aktiven Oberflächenbereich mit
akustischen Wellen arbeitende Bauelementstrukturen aufweist .
7. Werkstück Rohling nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher als Deckelwafer für ein Waferlevelpackaging ausgebildet ist.
Werkstück Rohling nach einem der vorangehenden Ansprüche bei dem die Markierung spezifisch für den Rohling (WR) ist
bei dem der Markierung ein Datensatz zugeordnet ist, bei dem der Datensatz spezifische Messdaten über den Rohling (WR) und/oder über Verfahrensschritte, die mit oder an dem Rohling durchgeführt wurden und/oder über Messdaten von auf dem Rohling erzeugten Schichten,
Strukturen oder Bauelementen umfasst.
9. Verfahren zum Markieren eines Werkstück Rohlings,
-bei dem mit einem Laser (L) ein Laserspot (LS) entlang eines Musters über eine Oberfläche eines Rohlings (WR) geführt wird,
-bei dem der Laser (L) kontinuierlich oder gepulst
arbeitet
- bei dem ein Markierungsmetall in dem Bereich des
Laserspots auf der Oberfläche des Rohlings eingebracht wird
-bei dem das Markierungsmetall im Laserspot (LS) auf die Oberfläche des Rohlings (WR) aufgeschmolzen wird, so dass ein Muster entsteht.
10. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch,
-bei dem das Metall in Form von Metallpartikeln (MP) mittels einer Pulverzuführung in den Bereich des
Laserspots (SP) auf der Oberfläche des Rohlings (WR) eingebracht wird
- bei dem die Partikelgröße klein ist gegen den Durchmesser des Laserspots.
11. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch,
bei dem die Metallpartikel (MP) mittels einer
Partikeldüse (PD) in den Laserspot (LS) eingeblasen werden .
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei dem Metallpartikel (MP) mit einem Partikeldurchmesser unter ΙΟμπι verwendet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 9,
-bei dem eine das Markierungsmetall umfassende Metallfolie (MF) im Bereich des Laserspots (LS) auf der Oberfläche des Rohlings (WR) angeordnet wird
-bei dem die Metallfolie im Laserspot (LS) auf die
Oberfläche des Rohlings (WR) aufschmolzen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 9,
bei dem das Markierungsmetall in Form einer das
Markierungsmetall umfassenden Metallpaste (P) , eines Lacks mit Metallpartikeln (MP) des Markierungsmetalls oder einer metallorganische Tinte im Bereich des
Laserspots (LS) auf der Oberfläche des Rohlings (WR) aufgebracht wird.
15. Verfahren nach dem vorangehenden Anspruch,
bei dem die Metallpaste (P) , der Lack oder die
metallorganische Tinte durch ein Druckverfahren lokal aufgebracht wird oder durch Tauchen, Spritzen oder
Aufschleudern auf die gesamte Oberfläche des Rohlings (WR) aufgebracht wird, wobei überschüssiges Metall haltiges Material, das nicht auf die Oberfläche des Rohlings aufschmolzen wurde, wieder entfernt wird.
16. Verfahren zum Markieren nach einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei dem der Rohling (WR) anschließend zu einen Werkstück oder einem Bauelement weiterverarbeitet wird.
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