用于分離基板的方法和裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】用于分離基板的方法和裝置
[0001] 本發(fā)明設(shè)及借助激光束分離、特別是分割用作例如內(nèi)插器（Interposer)或微型 元件的基板（特別是玻璃基板）的方法和裝置。本發(fā)明還設(shè)及W運(yùn)種方式制造的具有穿孔 的基板。
[0002] 運(yùn)樣的方法和用來(lái)實(shí)施所述分離過(guò)程的特定的裝置在實(shí)踐中例如被用來(lái)分離或 切割晶片、玻璃基板和板材。運(yùn)種類型的基板還例如被用作所謂的用于電連接多個(gè)同質(zhì)或 異質(zhì)的微忍片終端的內(nèi)插器。
[0003] 在實(shí)踐中，通過(guò)切割來(lái)進(jìn)行的分離在處理晶片或玻璃基板的過(guò)程中是一個(gè)關(guān)鍵性 的處理步驟，通?；谑褂媒饎偸毒卟⑶依缭陲@示器中W速度為30cm/sec來(lái)實(shí)施所 述處理步驟。然而，使用該方法實(shí)現(xiàn)的邊緣質(zhì)量不是能令人滿意的，并且會(huì)導(dǎo)致在產(chǎn)品的耐 用性、質(zhì)量和可靠性方面的顯著缺點(diǎn)而且還產(chǎn)生了清潔成本。
[0004] 此處，將基板加工成可用的元件是具有挑戰(zhàn)性的。特別是現(xiàn)有技術(shù)尚未解決例如 在制造晶片的過(guò)程中將多個(gè)分離面經(jīng)濟(jì)地引入基板。
[000引由US2013/126573A1已知有一種用于制造基板的分離方法，其中使用經(jīng)聚焦 的激光束的一個(gè)或多個(gè)脈沖來(lái)照射基板。運(yùn)種情況下，所述基板對(duì)于經(jīng)聚焦的激光束透 明，然而其中在能量和脈沖長(zhǎng)度方面運(yùn)樣來(lái)選擇激光脈沖，使得在基板內(nèi)部形成通道狀的 絲。通過(guò)基板相對(duì)于經(jīng)聚焦的激光束的推移引入更多的、位置上相間隔的絲，從而所述絲 定義了分離面。所述基板例如包含玻璃、水晶、石英、金剛石或藍(lán)寶石。在適當(dāng)?shù)幕宀?料厚度下，如此選擇經(jīng)聚焦的激光束的聚焦點(diǎn)，W便于在兩個(gè)或多個(gè)層中的至少一個(gè)中形 成所述絲。此處，由經(jīng)聚焦的激光束在第一層中形成的絲應(yīng)在至少一個(gè)的其它層中擴(kuò)散 并在那里形成所述其它層中的第二絲。此外，還可提供的是，在第二層中形成第二光束焦 點(diǎn)。在所述方法中被證明的缺點(diǎn)是，相比較而言昂貴的飛秒或皮秒激光器的使用和復(fù)雜 的配置，其中按照一定的規(guī)定來(lái)設(shè)置單脈沖的脈沖序列W及特定的脈沖序列的重復(fù)率。特 別地，脈沖序列中相繼的脈沖之間的延時(shí)短于消除材料改性的應(yīng)力巧ntspannungeiner Materialmodifikation)的持續(xù)時(shí)間。
[0006] 術(shù)語(yǔ)"隱形切割"（，，StealthDicing")是已知的激光加工方法，其中在第一步 驟中使激光束作用于基板內(nèi)的層。在第二步驟中施加拉伸應(yīng)力W沿層中的作用點(diǎn)來(lái)分離基 板。所述層是晶片中的內(nèi)表面，其被激光在基板內(nèi)部于處理期間所改性并且在加工的過(guò)程 中形成用來(lái)分離基板的起始點(diǎn)。然后，所述拉伸應(yīng)力使基板分離成小的部分。
[0007] 運(yùn)樣的在制造半導(dǎo)體組件或類似物的過(guò)程中用于分離基板（例如半導(dǎo)體基板）的 方法由US8, 518, 800B2而已知。在此，使用激光運(yùn)樣來(lái)照射所述基板，W便于在運(yùn)種情況 下于基板內(nèi)部產(chǎn)生多光子吸收現(xiàn)象，其中在基板內(nèi)部形成聚光燈并由此產(chǎn)生改性區(qū)域。通 過(guò)在基板內(nèi)部形成切割切入點(diǎn)區(qū)域（Schnittansatzpunk憂ereich)，從作用為起點(diǎn)的切割 切入點(diǎn)區(qū)域開(kāi)始在沒(méi)有外部作用力或不施加力的情況下于基板中在其厚度尺寸的方向上 形成斷裂。
[0008] 此外，由EP2 503 859A1已知一種提供具有通孔的玻璃基板的方法，其中所述 玻璃基板由絕緣體，如玻璃（例如娃酸鹽玻璃）、藍(lán)寶石、塑料或陶瓷，和半導(dǎo)體（如娃）制 成。使用激光，例如飛秒激光來(lái)照射所述基板，所述激光聚焦至玻璃基板內(nèi)所需位置處的聚 焦點(diǎn)。使用W下方法來(lái)制造通孔，將具有經(jīng)由激光改性的區(qū)域的玻璃基板浸潰在蝕刻液中 并由此從玻璃基板中除去經(jīng)改性的區(qū)域。蝕刻所利用的效果是，相比于玻璃基板的未被改 性的區(qū)域，經(jīng)改性的區(qū)域能被很快的蝕刻。W運(yùn)種方式可制造盲孔或通孔。銅溶液適用于 通孔的填充。為了實(shí)現(xiàn)所需的"深度效應(yīng)"廣Tiefenwirkung")，即基板外側(cè)之間的通孔，必 須在持續(xù)照射期間相應(yīng)地移動(dòng)聚焦點(diǎn)，即在Z軸的方向上追蹤（校正）（nachfilhren)聚焦 點(diǎn)。
[0009] 在一般情況下，選擇性激光處理與隨后的蝕刻處理的組合作為選擇性激光誘導(dǎo)蝕 刻，亦W名稱ISLE(In-volumeselectivelaser-inducedetchin邑）而已知。
[0010] 另外，由DE10 2010 025 966B4已知由一種方法，在其第一步驟中聚焦的激光 脈沖被集中在玻璃基底上，所述激光脈沖的照射強(qiáng)度是如此之強(qiáng)，使得在玻璃中沿絲狀通 道(Kai化le)出現(xiàn)了局部的非透熱的破壞。在第二方法步驟中，通過(guò)向?qū)α㈦姌O供給高壓 電源將所述絲狀通道擴(kuò)展成孔，運(yùn)導(dǎo)致了沿絲狀通道穿過(guò)基板的介電擊穿（dielektrische Durdibrilchen)。通過(guò)電熱式加熱和蒸發(fā)穿孔材料來(lái)擴(kuò)大所述擊穿直至獲得所需的孔徑后 通過(guò)切斷電源來(lái)停止上述過(guò)程?？商娲鼗蝾~外地，還可通過(guò)噴嘴將反應(yīng)性氣體集中至穿 孔位置處來(lái)擴(kuò)展所述通道。擊穿點(diǎn)又可通過(guò)所提供的蝕刻氣體被拓寬。W下相對(duì)復(fù)雜的過(guò) 程被證明是不利的，即首先必須通過(guò)非透熱的破壞來(lái)?yè)舸┗宀⒃诮酉聛?lái)的步驟中必須將 絲狀通道的直徑擴(kuò)寬為孔。
[0011] 此外，由US6, 400, 172B1已知能借助于激光將穿孔引入半導(dǎo)體材料。
[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供顯著簡(jiǎn)化用于分離基板的方法和裝置的可 行方案，特別是減少實(shí)施所需的時(shí)間。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，上述問(wèn)題通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述特征的方法得W解決。本發(fā)明的 其它實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求來(lái)限定。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明提供了一種方法，其中激光束通過(guò)在單脈沖的脈沖長(zhǎng)度內(nèi)非線性的自 聚焦、借助不變的光學(xué)系統(tǒng)、利用與原始焦距不同的焦距被聚焦。為此，本發(fā)明利用W下事 實(shí)，即脈沖激光的強(qiáng)度對(duì)于單脈沖不是恒定的，而是在單脈沖的時(shí)長(zhǎng)中具有先上升至最大 然后再下降的強(qiáng)度，由于增大的強(qiáng)度和折射率增大至最大（相對(duì)于單脈沖在時(shí)間進(jìn)程中按 照正態(tài)分布），從而所述光學(xué)系統(tǒng)的焦距會(huì)改變，亦即與激光加工頭或透鏡的距離會(huì)改變并 且不依賴于由聚焦透鏡所確定的幾何聚焦位置。
[0015] 當(dāng)最大和最小強(qiáng)度間的聚焦位置的距離至少對(duì)應(yīng)于所需的縱向延伸，即分割線區(qū) 域的厚度時(shí)，利用所述非線性的自聚焦效果。由此W極為簡(jiǎn)單的方式在單脈沖的持續(xù)時(shí)間 內(nèi)形成了光軸方向上的局部位移，其在光軸方向上于整個(gè)主延伸的區(qū)域內(nèi)形成了所需的改 性。由此，可省略如在現(xiàn)有技術(shù)中所不能避免的聚焦位置的追蹤。特別是因此無(wú)須對(duì)穿過(guò) 基板的激光聚焦的移動(dòng)進(jìn)行控制。W運(yùn)種方式，所述基板的經(jīng)改性的區(qū)域沿切割線在該基 板中形成分離面或預(yù)定斷裂面巧(川bi-ueh化比he)。從而，根據(jù)本發(fā)明不僅取消了為此所須 的操作成本還顯著減少了處理時(shí)間，例如將處理時(shí)間縮短為單脈沖的持續(xù)時(shí)間。運(yùn)種情況 下所述透射介質(zhì)的非線性的折射率與強(qiáng)度線性相關(guān)，從而在合適的材料W及合適的尺寸方 面的選擇取決于所使用的激光束的強(qiáng)度。
[0016] 運(yùn)種情況下，W如此短的時(shí)間將激光束集中至基板，使得基板的改性僅沿該激光 束的光軸來(lái)進(jìn)行，而不會(huì)導(dǎo)致穿透基板的損壞，其中于接下來(lái)的步驟中例如在所述基板的 那些之前已借助激光束經(jīng)受改性的區(qū)域中進(jìn)行各向異性的材料消除，從而可選地結(jié)合支持 性的外力作用來(lái)實(shí)施所述分離。
[0017] 在此，激光能量的輸入用于激發(fā)或引發(fā)由轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致的反應(yīng)和改性，其效用僅在 接下來(lái)的方法步驟中導(dǎo)致或用于所需的材料消除。
[0018] 通過(guò)基于改性和必要時(shí)接下來(lái)的各向異性的材料消除（通過(guò)蝕刻工藝）進(jìn)行分離 過(guò)程