用于内部标记具有粗糙表面的基板的方法及设备的制造方法
【专利摘要】一种用于雷射处理的方法提供涂覆至一基板(44)的一粗糙表面(42)的一涂层材料(130)，以便缓解由该表面(42)的粗糙度引起的不利光学效应。具有适用参数的雷射输出的雷射脉冲(52)可经引导及聚焦以在通过该涂层材料(130)之后，在不损坏该粗糙表面(42)的情况下内部标记该基板(44)材料。
【专利说明】用于内部标记具有粗糙表面的基板的方法及设备
[0001 ] 版权通知
[0002]2014 Electro Scientific Industries，Inc.本专利文件的揭不内容的一部分含有受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人传真复制本专利文件或专利揭示内容，如其出现在专利商标局专利档案或记录中，但在其它方面保留所有版权权利。37CFR§1.71
技术领域
[0003]本申请案关于基板的雷射处理，且特定而言，是关于一种用于内部标记具有粗糙表面的基板的方法及设备。
【背景技术】
[0004]投入市场的产品出于商业、管制、装饰或功能目的而通常要求在产品上做出某一类型的标记。标记的所要属性包括一致外观、耐久性及应用简易性。外观涉及可靠地且重复地呈现具有所选形状、颜色及光密度的标记能力。耐久性是指不管对所标记表面如何磨损仍保持不变的质量。应用简易性涉及产生标记的材料成本、时间成本及资源成本，其中包括可程序性。可程序性涉及藉由与改变硬件(诸如，遮幕或屏蔽)相对地改变软件来以待标记的新图案对标记装置进行程序化的能力。雷射习知地用于标记或刻划各种材料的表面。
【发明内容】
[0005]提供此概述来以简化形式介绍在示范性实施例的详细说明中进一步描述的概念精选。此概述不意欲识别所请求目标的关键或本质发明概念，亦不意欲限制所请求目标的范畴。
[0006]在一些实施例中，一种用于雷射处理基板的方法，该基板具有基板材料的相对第一表面及第二表面，且具有第一表面与第二表面之间的基板材料的核心，该方法包含:提供基板，其中第一表面及第二表面中的至少一者具有带粗糙表面纹理的粗糙表面，其中基板材料的核心具有一基板折射率，其中涂层材料已涂覆至粗糙表面，且其中涂层材料具有与基板材料的基板折射率光学上兼容的涂层折射率;产生雷射输出，该雷射输出具有适于在通过涂层材料之后，在不损坏粗糙表面的情况下标记基板材料的核心的雷射处理参数，其中该等雷射处理参数包含雷射波长;聚焦雷射输出的雷射脉冲以在焦点处具有最小射束腰部;及引导雷射输出穿过涂层材料且穿过粗糙表面，使得雷射脉冲的焦点定位于基板材料的核心内，以在不损坏粗糙表面的情况下标记基板的核心，其中涂层材料对雷射波长是至少部分地光学透射的。
[0007]在一些替代、额外或累加实施例中，基板对雷射波长为部分地光学透射的。
[0008]在一些替代、额外或累加实施例中，基板包含晶圆材料。
[0009]在一些替代、额外或累加实施例中，基板包含蓝宝石晶圆、金刚石晶圆或硅晶圆。
[0010]在一些替代、额外或累加实施例中，基板包含蓝宝石晶圆。
[0011]在一些替代、额外或累加实施例中，基板包含未经抛光晶圆。
[0012]在一些替代、额外或累加实施例中，基板材料包含金刚石。
[0013]在一些替代、额外或累加实施例中，基板材料包含塑料。
[0014]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射波长包含在200nm与3000nm之间的波长。
[0015]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射波长包含IR波长。
[0016]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射波长包含1064nm波长。
[0017]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含在Ifs与500ns之间的脉冲宽度。
[0018]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含在500fs与1ns之间的脉冲宽度。
[0019]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含在Ips与10ps之间的脉冲宽度。
[0020]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含在Ips与25ps之间的脉冲宽度。
[0021]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含在I微米与50微米之间的斑点大小或射束腰部。
[0022]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含在I微米与25微米之间的斑点大小或射束腰部。
[0023]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含在I微米与5微米之间的斑点大小或射束腰部。
[0024]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料包含流体或凝胶。
[0025]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料包含油。
[0026]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料具有大于摄氏180度的沸点(诸如，在760mm Hg下)。
[0027]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在折射率为2的基板折射率内(诸如，在摄氏25度下)。
[0028]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在折射率为I的基板折射率内。
[0029]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在折射率为0.5的基板折射率内。
[0030]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在折射率为0.2的基板折射率内。[0031 ]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在1.2与2.5之间。
[0032]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在1.5与2.2之间。
[0033]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在1.7与2.0之间。
[0034]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层折射率在1.75与1.85之间。
[0035]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料具有在2g/cc与5g/cc之间的密度(诸如，在摄氏25度下)。
[0036]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料具有在2.5g/cc与4g/cc之间的密度。
[0037]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料具有在3g/cc与3.5g/cc之间的密度。
[0038]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料包含二碘甲烷。
[0039]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料包含宝石折射计液体。
[0040]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料在雷射处理期间维持流体性质。
[0041]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料包含校平组合物。
[0042]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料易于在雷射处理之后自粗糙表面移除。
[0043]在一些替代、额外或累加实施例中，该方法进一步包含在涂覆涂层材料的步骤之后及在引导雷射输出的步骤之前将盖层置于涂层上。
[0044]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层对雷射波长是透明的。
[0045]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层包含基板材料。
[0046]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层包含在波长下不具反射性的平滑盖层表面。
[0047]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层包含玻璃。
[0048]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层包含蓝宝石、金刚石、硅或塑料。
[0049]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在折射率为2的基板折射率内的盖层折射率(诸如，在摄氏25度下)。
[0050]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在折射率为I的基板折射率内的盖层折射率。
[0051]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在折射率为0.5的基板折射率内的盖层折射率。
[0052]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在折射率为0.2的基板折射率内的盖层折射率。
[0053]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在1.2与2.5之间的盖层折射率。
[0054]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在1.5与2.2之间的盖层折射率。
[0055]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在1.7与2.0之间的盖层折射率。
[0056]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层具有在1.75与1.85之间的盖层折射率。
[0057]在一些替代、额外或累加实施例中，核心具有核心厚度，且盖层具有短于核心厚度的盖层厚度。
[0058]在一些替代、额外或累加实施例中，盖层经塑形以容纳基板的粗糙表面上的涂层材料。
[0059]在一些替代、额外或累加实施例中，涂层材料具有上部表面，且其中盖层经塑形以平坦化涂层材料的上部表面。
[0060]在一些替代、额外或累加实施例中，粗糙表面的粗糙表面纹理具有引起雷射输出散射的天然状态，且其中涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下，将由粗糙表面的天然状态引起的雷射输出的散射。
[0061]在一些替代、额外或累加实施例中，雷射处理参数包含输出功率，且其中粗糙表面的粗糙表面纹理具有衰减输出功率的天然状态，且其中涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下，将由粗糙表面纹理的天然状态引起的输出功率的衰减。
[0062]在一些替代、额外或累加实施例中，粗糙表面的粗糙表面纹理具有干扰以预定大小形成射束腰部的天然状态，且其中涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下将由粗糙表面纹理的天然状态引起的对以预定大小形成射束腰部的干扰。
[0063]在一些替代、额外或累加实施例中，粗糙表面的粗糙表面纹理具有引起雷射输出波前失真的天然状态，且其中涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下，将由粗糙表面的天然状态引起的雷射输出的波前失真。
[0064]在一些替代、额外或累加实施例中，基板折射率在1.2与2.5之间。
[0065]在一些替代、额外或累加实施例中，基板折射率在1.5与2.2之间。
[0066]在一些替代、额外或累加实施例中，基板折射率在1.7与2.0之间。
[0067]在一些替代、额外或累加实施例中，基板折射率在1.75与1.85之间。
[0068]在一些替代、额外或累加实施例中，基板是自锭块切割的晶圆。
[0069]在一些替代、额外或累加实施例中，基板是藉由金刚石锯自锭块切割的晶圆。
[0070]在一些替代、额外或累加实施例中，基板是自锭块切割以形成处于天然状态的粗糖表面的晶圆。
[0071]在一些替代、额外或累加实施例中，可藉由丙酮、四氯化碳、乙醚、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或以上的组合自粗糙表面清洗涂层材料。
[0072]在一些替代、额外或累加实施例中，可藉由水自粗糙表面清洗涂层材料。
[0073]在一些替代、额外或累加实施例中，可藉由酒精自粗糙表面清洗涂层材料。
[0074]将理解累加实施例亦可有选择地省略任何数目个在前或在后实施例。
[0075]从以下参考随附图式对较佳实施例的详细说明，额外态样及优点将是显而易见。
【附图说明】
[0076]图1是适用于产生经修改2DID码的斑点的示范性雷射微机械加工系统的一些组件的简化且部分示意性透视图。
[0077]图2展示雷射脉冲焦斑及其射束腰部的图。
[0078]图3是具有被涂层材料及盖层覆盖的粗糙表面的晶圆基板(诸如，蓝宝石晶圆)的剖面侧视图。
【具体实施方式】
[0079]下文参考随附图示描述示例性实施例。诸多不同形式及实施例在不背离本揭示案的精神及教示的情况下是可能的，且因此本揭示案不应被视为限于本文所阐明的示例性实施例。而是，提供此等示例性实施例以便使本揭示案是详尽且完整的，且将本揭示案的范畴传达给熟习此项技术者。在图式中，为清晰起见可放大组件的大小及相对大小。本文所使用的术语仅出于描述特定示例性实施例的目的且不意欲限制性的。如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式「一」及「该」意欲亦包括复数形式。应进一步理解，本说明书使用术语「包含」及/或「包括」来指定所述特征、整数、步骤、操作、组件及/或组件的存在，而并不排除一或多个其他特征、整数、步骤、操作、组件、组件及/或其群组的存在或添加。除非另外指出，否则值的范围在被陈述时包括该范围的上限及下限以及上限与下限之间的任何子范围。
[0080]图1是适用于在工件46的基板44上或内产生雷射标记的一或多个标记斑点32的示范性雷射微机械加工系统40的一些组件的简化且部分示意性透视图。参考图1，已采用雷射来标记工件46，诸如晶圆100(图3)或其他半导体工业材料基板44。示范性基板材料包括陶瓷、玻璃、塑料及金属，或其组合。示范性材料可为结晶或非结晶的。示范性材料可为天然的或合成的。
[0081]举例而言，雷射微机械加工系统可在半导体晶圆材料(如矾土或蓝宝石)上或内产生适当大小的标记。雷射微机械加工系统也可在玻璃、强化玻璃及Corning Gori I IaGlassTM上或内产生适当大小的标记。雷射微机械加工系统亦可在聚碳酸酯及丙烯酸上或内产生适当大小的标记。雷射微机械加工系统也可在铝、钢及钛上或内产生适当大小的标记。
[0082]在一些实施例中，基板具有在1.2与2.5之间的基板折射率。在一些实施例中，基板折射率是在1.5与2.2之间。在一些实施例中，基板折射率是在1.7与2.0之间。在一些实施例中，基板折射率是在1.75与1.85之间。
[0083]一般而言，标记可包括基板44或其涂层的裂化、密度修改、空隙产生、应力场或再结晶中的一或多者。一般而言，内部标记可包括基板44的表面之间的核心材料的裂化、密度修改、空隙产生、应力场或再结晶中的一或多者。通常可在对用于预形成标记程序的波长至少部分透明的任何基板材料上执行内部标记。
[0084]可经选择以改良基板44的雷射标记的可靠性及可重复性的示范性雷射脉冲参数包括雷射类型、波长、脉冲持续时间、脉冲充满率、脉冲数目、脉冲能量、脉冲时间形状、脉冲空间形状，以及焦斑大小及形状。额外雷射脉冲参数包括指定焦斑相对于基板44的表面的位置以及引导雷射脉冲关于基板44的相对运动。
[0085]又参考图1，可操作以用于在工件46的基板44的表面104(图3)上或下方标记斑点32的一些示范性雷射处理系统是全部由美国俄勒冈州波特兰市(97229 W^ElectroScientific Industries，Inc.制造的ESI MM5330微机械加工系统、ESI ML5900微机械加工系统及ESI 5955微机械加工系统。
[0086]这些系统40通常采用雷射50(诸如，固态二极管激升雷射)，该雷射50可经组配以在高达50MHz或甚至更大的脉冲重复率下发射自约266nm(紫外线(UV))至约1320nm(红外线(IR))的波长。然而，可藉由替代或添加适当雷射、雷射光学件、零件搬运设备及控制软件来调适这些系统以在基板44上或内可靠地且重复地产生所选斑点32。这些修改准许雷射微机械加工系统40将具有适当雷射参数的雷射脉冲以雷射斑点或脉冲之间的所要比率及间距引导至经适当定位且固持的工件46上的所要位置，以产生具有所要颜色、对比度及/或光密度的所要斑点32。
[0087]在一些实施例中，雷射微机械加工系统40采用在1064nm波长下操作的二极管激升的Nd: YV04固态雷射50(诸如，由德国开瑟斯劳腾的Lumera Laser GmbH制造的模型Rapid)。可视情况使用固态谐波频率产生器来二倍频此雷射50以将波长减小至532nm，从而产生可见(绿色)雷射脉冲，或将此雷射50三倍频至约355nm或四倍频至约266nm，从而产生紫外线(UV)雷射脉冲。此雷射50经定额以产生6瓦的持续功率且具有ΙΟΟΟΚΗζ的最大脉冲重复率。此雷射50与控制器54协同产生具有I微微秒至I，000毫微秒的雷射脉冲52(图2)。
[0088]在一些实施例中，雷射微机械加工系统40采用具有在约1030nm至1550nm的范围内的基波长的二极管激升的掺铒光纤雷射。可视情况使用固态谐波频率产生器来二倍频此等雷射以将波长减小至约515nm，从而产生可见(绿色)雷射脉冲，或减小至约775nm，从而产生可见(暗红色)雷射脉冲，举例而言，可将此等雷射三倍频至约343nm或约517nm，或四倍频至约257nm或约387.5nm，从而产生紫外线(UV)雷射脉冲。更一般而言，在一些实施例中，雷射波长包含在200nm与3000nm之间的波长。
[0089]这些雷射脉冲52可为高斯型曲线或藉由雷射光学件62(通常包含沿着光学路径60定位的一或多个光学组件)特定地塑形或裁切以准许斑点32的所要特性。举例而言，可使用递送照射基板44的雷射脉冲12(其具有跨整个斑点32的均匀剂量的辐射)的「高顶帽式」空间轮廓。可使用绕射光学组件或其他射束塑形组件产生经特定地塑形的空间轮廓(诸如，此轮廓)ο对修改雷射斑点32的空间辐照轮廓的详细说明可在Corey Dunsky等人的第6，433，301号美国专利中发现，该美国专利让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。[°09°] 雷射脉冲52沿着光学路径60传播，该光学路径60也可包括折叠镜64、衰减器或脉冲拾取器(诸如，声光或电光装置)66，以及回馈传感器(诸如，针对能量、时序或位置)68。
[0091]雷射光学件62及沿着光学路径60的其他组件与由控制器54指导的雷射射束定位系统70协同引导沿着光学路径60传播的雷射脉冲52的射束轴72，以在雷射斑点位置处形成接近于基板44的表面42的雷射焦斑80(图2)。雷射射束定位系统70可包括可操作以使雷射50沿着行进轴(诸如，X轴)移动的雷射载台82，以及使快速定位器(未展示)沿着行进轴(诸如，Z轴)移动的快速定位器载台84。典型的快速定位器采用能够快速改变跨基板44上的大场的射束轴72的方向的一对电流计控制镜。此场通常小于由工件载台86提供的移动场，该工件载台86提供工件46沿着一或多个轴(诸如，Y轴及/或X轴)的移动。
[0092]声光装置或可变形镜亦可用作快速定位器，即使此等装置倾向于具有比电流计镜小的射束偏转范围。或者，声光装置或可变形镜除电流计镜外也可用作高速定位装置。
[0093]另外，工件46可由具有可操作以相对于射束轴72定位基板44的运动控制组件的工件载台86支撑。工件载台86可为可操作的以沿着单个轴(诸如，Y轴)行进，或工件载台86可为可操作的以沿着横轴(诸如，X轴及Y轴)行进。或者，工件载台86可为可操作的以使工件46诸如绕Z轴旋转(单独地，或亦使工件46沿着X轴及Y轴移动)。
[0094]控制器54可协调雷射射束定位系统70与工件载台86的操作以提供复合射束定位能力，该复合射束定位能力促进在工件46可处于相对于射束轴72的连续运动中时在基板42上或内标记斑点32的能力。此能力对于在基板42上标记斑点32而言并非必需的，但此能力对于增加产出而言是所要的。此能力在Donald R.Cutler等人的第5,751，585号美国专利中加以描述，该美国专利让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。
[0095]可采用射束定位的额外或替代方法。射束定位的一些额外或替代方法在SpencerBarrett等人的第6，706，999号美国专利及Jay Johnson的第7，019，891号美国专利中加以描述，该些美国专利两者让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。
[0096]图2展示焦斑80及其射束腰部90的图。参考图2，雷射脉冲52的焦斑80将具有主要由雷射光学件62决定的射束腰部90(剖面)及雷射能量分布。标记斑点32的空间主轴通常随射束腰部的主轴而变，且此两个轴可为相同或类似的。然而，标记斑点32的空间主轴可大于或小于射束腰部90的主轴。
[0097]雷射光学件62可用于控制射束腰部的聚焦深度且由此控制基板44上或内的斑点32的深度。藉由控制聚焦深度，控制器54可指导雷射光学件62及快速定位器Z载台84以高精度将斑点32重复地定位于基板44的表面处或附近。藉由将焦斑80定位于基板44的表面42上方或下方来做出标记允许雷射射束离焦达一规定量，且从而增加由雷射脉冲照明的面积且减少表面42处的雷射通量(至小于表面42处的材料的损坏临限值之一量)。由于射束腰部90的几何形状是已知的，因此将焦斑80精确地定位于基板44的实际表面42上方或下方或内部将提供对空间主轴及通量的额外精确控制。
[0098]在一些实施例中，诸如为标记透明材料(诸如，蓝宝石)，可藉由将雷射斑点的位置自处于基板44的表面42上调整至位于基板44内的一精确距离处来精确地控制基板44的核心处的雷射通量。又参考图7，射束腰部90表示为如藉由半高全宽(FWHM)方法量测的雷射脉冲52沿着射束轴72的空间能量分布88。若雷射微机械加工系统40将雷射脉冲52聚焦于表面42上方的一距离96处，则主轴92表示表面42上的雷射脉冲斑点大小。若雷射处理系统将雷射脉冲聚焦于表面下方的一距离98处，则主轴94表示表面42上的雷射脉冲斑点大小。对于其中斑点32的内部标记是所要的大部分实施例，焦斑80被引导以定位于基板44内而非基板44的表面42上方或下方。除了在焦斑80处之外，可采用低于基板材料的烧蚀临限值之一量的通量或辐照度，在该焦斑80处，通量或辐照度经集中以高于基板材料的烧蚀临限值。
[0099]在一些实施例中，可采用雷射脉冲52的群组产生单个斑点32。特定而言，雷射参数可经选择以致使每一雷射脉冲影响小于标记斑点32的所要大小的面积。在这些情况下，可将复数个雷射脉冲引导于单个位置处，直至斑点32达到所要大小(该大小仍可为人眼无法侦测的)。可以相对运动或以实质上相对静止位置递送雷射脉冲的群组。
[0100]可有利地用于一些实施例的雷射参数包含使用具有在自IR至UV、或特定而言自约3000nm至约200nm、或更特定而言自约10.6微米降至约266醒的范围内的波长的雷射50。雷射50可在2W(其在IW至100W、或更佳地IW至12W之范围内)下操作。脉冲持续时间范围是自I微微秒至100ns，或更佳地自约I微微秒至200ns。雷射重复率可在自IKHz至10MHz、或更佳地自I OKHz至IMHz的范围内。雷射通量可在自约0.1 X I O—6 J/cm2至100.0 J/cm2或更特定而言自1.0 X 10—2J/cm2至10.0J/cm2之范围内。射束轴72相对于正在被标记之基板44移动之速度在自lmm/s至10m/s、或更佳地自100mm/s至lm/s之范围内。基板44上的斑点32的相邻列之间的间距或间隔可在自I微米至1000微米或更佳地自10微米至100微米的范围内。在雷射射束的焦点80处量测的雷射脉冲52的射束腰部90的空间主轴可在自10微米至1000微米或自50微米至500微米的范围内。当然，若斑点32希望是不可见的，则空间主轴较佳地小于约50微米。在一些实施例中，焦点80的射束腰部90在I微米与50微米之间。在一些实施例中，焦点80的射束腰部90在I微米与25微米之间。在一些实施例中，焦点80的射束腰部90在I微米与5微米之间。
[0101]雷射脉冲52的焦斑80相对于基板44的表面42的标高可在自-10mm(在基板42下方1mm)至+10mm(在基板42上方1mm)或自_5mm至+5mm的范围内。在针对表面标记的诸多实施例中，焦斑80定位于基板44的表面42处。
[0102]对于内部标记的诸多实施例，焦斑80定位于基板44的表面42之下(在基板44的表面之间)。对于内部标记的一些实施例，焦斑80定位于基板44的表面42之下的至少10微米处。对于内部标记的一些实施例，焦斑80定位于基板44的表面42之下的至少50微米处。对于内部标记的一些实施例，焦斑80定位于基板44的表面42之下的至少100微米处。
[0103]
【申请人】发现，使用表面下焦斑80与使用产生在自I微微秒至I，000微微秒的范围内的雷射脉冲宽度的微微秒雷射组合提供一种在一些透明半导体基板(诸如，蓝宝石)内可靠地且重复地产生标记的良好方法。在一些实施例中，可采用在自Ips至10ps的范围内的脉冲宽度。在一些实施例中，可采用在自5ps至75ps的范围内的脉冲宽度。在一些实施例中，可采用在自1ps至50ps的范围内的脉冲宽度。推测产生在I毫微微秒(fs)至1000毫微微秒(fs)范围内的脉冲宽度的毫微微秒雷射可替代地提供良好结果。或者，可采用在Ifs至500毫微秒(ns)的范围内的脉冲宽度。在一些实施例中，可采用在500fs至1ns的范围内的脉冲宽度。然而，使用微微秒雷射的优点是微微秒雷射便宜得多，需要少得多的维护，且通常具有比现有毫微微秒雷射长得多的操作寿命。然而，毫微微秒雷射尽管具有较大成本但在有些情况下可为较佳的。
[0104]尽管可如先前所论述在各种波长下实现标记，但
【申请人】发现在微微秒范围内操作的IR雷射提供尤其可重复的良好结果。在1064nm处或附近的波长是尤其有利的。示范性雷射50是Lumera 6W雷射。将理解，可采用光纤雷射或其他类型的雷射。
[0?05] Osako等人的第2011-0287607号美国专利公开案描述可用于在透明或半透明晶圆材料中做出标记的额外参数及技术。第2011-0287607号美国专利公开案让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。可采取缝线切割及其他技术及参数中的诸多者(诸如，在O’Brien等人的第RE 43，605号美国再颁专利中揭示者)以用于根据本揭示案的内部标记。第RE 43，605号美国再颁专利让渡给本申请案的受让人且以引用方式并入本文中。
[0106]与本文中揭示的参数类似的参数也可用于做出可见或不可见的表面下金属或涂层金属，诸如阳极化铝。在两者皆属于Haibin Zhang等人的第8，379，679号美国专利及第2013-0208074号美国专利公开案中详细描述对于阳极化铝基板44的裁切标记，该些美国专利两者让渡给本申请案的受让人，且该些美国专利两者以引用方式并入本文中。
[0107]图3是具有被涂层材料130及盖层150覆盖的粗糙表面104的基板44(诸如，蓝宝石晶圆100)的剖面侧视图。如先前所论述，可藉由将雷射输出有选择地引导于基板材料处来内部标记透明半导体基板材料。基板44的内部标记保持基板44的表面104及106的完整性(诸如，表面104及106的耐水性及耐污性)。内部标记也减少由表面标记产生的裂纹扩展及其他不利效应。可经由如先前所论述的多种技术来达成内部标记。举例而言，雷射输出可经聚焦以具有焦斑80，该焦斑80具有位于或集中于基板44的上部表面104与下部表面106之间的射束腰部90。内部标记可包括表面之间的核心材料的裂化、密度修改、空隙产生、应力场或再结晶中的一或多者。
[0108]然而，
【申请人】已注意到，自锭块切割的晶圆100或其他半导体基板材料倾向于具有带粗糙表面纹理的表面104及106。锭块切割程序通常采用金刚石锯。在一些实施例中，表面粗糙度大于或等于3nm。在一些实施例中，表面粗糙度大于或等于3nm且小于或等于300微米。在一些实施例中，表面粗糙度大于或等于3nm且小于或等于100微米。在一些实施例中，表面粗糙度大于或等于3nm且小于或等于I微米。在一些实施例中，表面粗糙度大于或等于3nm且小于或等于lOOnm。在一些实施例中，表面粗糙度产生「霜花效应」。在一些实施例中，表面粗糙度大于或等于雷射输出的波长的两倍。在一些实施例中，表面粗糙度大于或等于雷射输出的波长的四倍。
[0109]
【申请人】也已注意到，这些表面104及106在其天然状态中的表面纹理可不利地影响引导于基板44处的雷射脉冲52的光学性质。此外，
【申请人】也已判定具有带粗糙纹理的表面104或106(诸如，未经抛光表面)的基板44可难以在不对表面104或106造成损坏的情况下进行内部标记。
[0110]最后，
【申请人】已判定，可藉由采用实际上提供平坦表面以接收雷射输出的脉冲52的涂层材料130及/或盖层150(定位于涂层材料上方)来缓解粗糙表面104及106的不利光学效应。在一些实施例中，粗糙表面的粗糙表面纹理具有引起雷射输出散射的天然状态，且涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下将由粗糙表面的天然状态引起的雷射输出的散射。在一些实施例中，粗糙表面的粗糙表面纹理具有衰减输出功率的天然状态，且涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下将由粗糙表面纹理的天然状态引起的输出功率的衰减。在一些实施例中，粗糙表面的粗糙表面纹理具有干扰以预定大小形成射束腰部的天然状态，且涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下将由粗糙表面纹理的天然状态引起的对以预定大小形成射束腰部的干扰。在一些实施例中，粗糙表面的粗糙表面纹理具有引起雷射输出波前失真的天然状态，且涂层材料减少在不存在涂层材料的情况下将由粗糙表面的天然状态引起的雷射输出的波前失真。
[0111]参考图3，在一些实施例中，平坦表面可为涂层材料130的上部表面140，或平坦表面可为盖层150的上部表面142。因此，平坦表面142可实际上是用于盖层150以及用于涂层材料130的平坦表面。
[0112]在一些实施例中，涂层材料130具有与基板折射率光学上兼容的涂层折射率。举例而言，涂层折射率可在折射率为2的基板44折射率内(诸如，在摄氏25度下)。涂层折射率可在折射率为I的基板折射率内。涂层折射率可在折射率为0.5的基板折射率内。涂层折射率可在折射率为0.2的基板折射率内。涂层折射率可在1.2与2.5之间。涂层折射率可在1.5与2.2之间。涂层折射率可在1.7与2.0之间。涂层折射率可在1.75与1.85之间。
[0113]涂层材料130可包含流体、凝胶或油。在一些实施例中，涂层材料130可具有大于摄氏160度的沸点(诸如，在760mm Hg下)。在一些实施例中，涂层材料130可具有大于摄氏170度的沸点(诸如，在760_ Hg下)。在一些实施例中，涂层材料130可具有大于摄氏180度的沸点(诸如，在760_ Hg下)。在一些实施例中，涂层材料130可具有低于摄氏210度的沸点(诸如，在760mm Hg下)。在一些实施例中，涂层材料130可具有低于摄氏200度的沸点(诸如，在760mm Hg下)。在一些实施例中，涂层材料130可具有低于摄氏190度的沸点(诸如，在760_Hg下)。
[0114]在一些实施例中，涂层材料可具有在2g/cc与5g/cc之间的密度(诸如，在摄氏25度下)。在一些实施例中，涂层材料130可具有在2.5g/cc与4g/cc之间的密度。在一些实施例中，涂层材料可具有在3g/cc与3.5g/cc之间的密度。在一些实施例中，涂层材料130可具有在I与3之间的黏度。
[0115]在一些实施例中，涂层材料可具有在0.0001cc/°C与0.0015cc/°C之间的热膨胀系数。在一些实施例中，涂层材料可具有在0.0003cc/°C与0.0011cc/°C之间的热膨胀系数。在一些实施例中，涂层材料可具有在0.0005cc/°C与0.0009cc/°C之间的热膨胀系数。
[0116]在一些实施例中，涂层材料130可部分地溶于丙酮、四氯化碳、乙醚、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或以上的组合中的至少一者中。在一些实施例中，涂层材料130可不溶于乙醇、氟氯烷、庚烷、石脑油(naptha)、松节油、水或以上的组合中的至少一者中。在一些实施例中，涂层材料130可对铝、黄铜、铜及钢具腐蚀性。
[0117]在一些实施例中，涂层材料130可包含二碘甲烷。在一些实施例中，涂层材料130可包含溶解性固体。在一些实施例中，涂层材料130包含二碘甲烷及溶解性固体。
[0118]在一些实施例中，涂层材料130可在雷射处理期间维持流体性质。或者，涂层材料130可在雷射处理期间短暂地受影响且在冷却之后返回至其先前状态。
[0119]涂层材料130可包含校平组合物，使得曝露于雷射脉冲52的表面是齐平的且平坦的，从而提供具有与平坦表面所成的已知入射角(诸如，垂直于雷射入射)的雷射脉冲。
[0120]在一些实施例中，所涂覆的涂层材料130的量是充分薄的以避免吸收。在一些实施例中，所涂覆的涂层材料130具有在25微米与2_之间的厚度。在一些实施例中，所涂覆的涂层材料130具有在50微米与Imm之间的厚度。
[0121 ]在一些实施例中，涂层材料130可包含宝石折射计液体。在一项实施例中，宝石折射计液体包含二碘甲烷与溶解性固体且具有:在摄氏25度下1.81+/-005之涂层折射率;在760mm Hg下大于摄氏180度的沸点；在摄氏25度下的3.135g/cc的密度;及0.0007cc/°C的热膨胀系数。示范性宝石折射计流体是由美国新泽西州细得格罗夫市的Cargi I IeLaboratories, Inc.售卖。
[0122]涂层材料130在雷射处理之后较佳地由粗糙表面非永久性地支撑，或附接至该粗糙表面，及/或易于自该粗糙表面移除。在一些实施例中，可藉由丙酮、四氯化碳、乙醚、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或以上的组合自粗糙表面移除或清洗涂层材料130，或可藉由水或肥皂与水自粗糙表面移除或清洗涂层材料130，或可藉由酒精自粗糙表面移除或清洗涂层材料130。
[0123]如先前所论述，涂层材料130可由盖层150容纳。在一些实施例中，涂层材料具有上部表面且其中盖层经塑形以平坦化涂层材料的上部表面。在一些实施例中，基板核心具有一核心厚度，且盖层150具有短于该核心厚度的一盖层厚度。
[0124]在一些实施例中，盖层材料150具有与基板折射率光学上兼容的盖层折射率。举例而言，盖层折射率可在折射率为2的基板44折射率内(诸如，在摄氏25度下)。盖层折射率可在折射率为I的基板折射率内。盖层折射率可在折射率为0.5的基板折射率内。盖层折射率可在折射率为0.2的基板折射率内。盖层折射率可在1.2与2.5之间。盖层折射率可在1.5与2.2之间。盖层折射率可在1.7与2.0之间。盖层折射率可在1.75与1.85之间。
[0125]盖层150对雷射波长可为透明的。盖层150可包含基板材料。盖层150可包含在波长下不具反射性的平滑盖层表面。盖层150可包含玻璃。盖层150可包含蓝宝石、金刚石、硅或塑料。
[0126]在一些实施例中，盖层150是光学上平坦的。在一些实施例中，盖层150是天然地平坦的或经抛光。在一些实施例中，盖层150具有一光学级。
[0127]在一些实施例中，盖层150是充分薄的以避免吸收且是充分厚的以避免易碎性。在一些实施例中，盖层150具有在25微米与2mm之间的厚度。在一些实施例中，盖层150具有在50微米与Imm之间的厚度。
[0128]前文是对本发明的实施例的说明且不应被理解为对本发明的限制。尽管已描述数个特定示例性实施例，但熟习此项技术者将容易理解在不实质上偏离本发明的新颖性教示及优点的情况下，对所揭示的示范性实施例以及其他实施例的诸多修改是可能的。
[0129]因此，所有此类修改意欲包括于如权利要求书中所界定的本发明的范畴内。举例而言，技艺人士将理解任一句子或段落的目标可与一些或所有其他句子或段落的目标组合，除此类组合互斥的情况外。
[0130]对熟习此项技术者将显而易见，可在不脱离本发明基本原理的情况下，对上文所描述实施例的细节进行诸多变化。因而，本发明的范畴应由以下权利要求书以及包括在其中的权利要求的等效物来决定。
【主权项】
1.一种用于雷射处理基板的方法，该基板具有基板材料的相对第一表面及第二表面且具有该第一表面与该第二表面之间的基板材料的核心，其中该第一表面及该第二表面中的至少一者具有带粗糙表面纹理的粗糙表面，且其中基板材料的该核心具有基板折射率，该方法包含: 提供该基板，其中涂层材料已涂覆至该粗糙表面，且其中该涂层材料具有与该基板材料的该基板折射率光学上兼容的涂层折射率； 产生雷射输出，该雷射输出具有适于在通过该涂层材料之后，在不损坏该粗糙表面的情况下，标记该基板材料的该核心的雷射处理参数，其中该雷射处理参数包含雷射波长； 聚焦该雷射输出的雷射脉冲以在焦点处具有最小射束腰部;及 引导该雷射输出穿过该涂层材料且穿过该粗糙表面，使得该雷射脉冲的该焦点定位于该基板材料的该核心内，以在不损坏该粗糙表面的情况下标记该基板的该核心，其中该涂层材料对该雷射波长是至少部分地光学透射的。2.如权利要求1的方法，其中该基板对该雷射波长为部分地光学透射的。3.如权利要求1的方法，其中该基板包含晶圆材料。4.如权利要求1的方法，其中该基板包含蓝宝石晶圆、金刚石晶圆或硅晶圆。5.如权利要求1的方法，其中该基板包含蓝宝石晶圆。6.如权利要求1的方法，其中该基板包含未经抛光晶圆。7.如权利要求1或2的方法，其中该基板材料包含金刚石。8.如权利要求1或2的方法，其中该基板材料包含塑料。9.如权利要求1的方法，其中该雷射波长包含在200nm与3000nm之间的波长。10.如权利要求1的方法，其中该雷射波长包含IR波长。11.如权利要求1的方法，其中该雷射波长包含1064nm波长。12.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含在Ifs与500ns之间的脉冲宽度。13.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含在500fs与1ns之间的脉冲宽度。14.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含在Ips与10ps之间的脉冲宽度。15.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含在Ips与25ps之间的脉冲宽度。16.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含在I微米与50微米之间的斑点大小或射束腰部。17.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含在I微米与25微米之间的斑点大小或射束腰部。18.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含在I微米与5微米之间的斑点大小或射束腰部。19.如权利要求1的方法，其中该涂层材料包含流体或凝胶。20.如权利要求1的方法，其中该涂层材料包含油。21.如权利要求1的方法，其中该涂层材料具有在760mmHg下大于摄氏180度的沸点。22.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在摄氏25度下在折射率为2的该基板折射率内。23.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在该折射率为I的该基板折射率内。24.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在该折射率为0.5的该基板折射率内。25.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在该折射率为0.2的该基板折射率内。26.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在1.2与2.5之间。27.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在1.5与2.2之间。28.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在1.7与2.0之间。29.如权利要求1的方法，其中该涂层折射率在1.75与1.85之间。30.如权利要求1的方法，其中该涂层材料在摄氏25度下具有在2g/cc与5g/cc之间的密度。31.如权利要求1的方法，其中该涂层材料具有在2.5g/cc与4g/cc之间的密度。32.如权利要求1的方法，其中该涂层材料具有在3g/cc与3.5g/cc之间的密度。33.如权利要求1的方法，其中该涂层材料包含二碘甲烷。34.如权利要求1的方法，其中该涂层材料包含宝石折射计液体。35.如权利要求1的方法，其中该涂层材料在雷射处理期间维持流体性质。36.如权利要求1的方法，其中该涂层材料包含校平组合物。37.如权利要求1的方法，其中该涂层材料易于在雷射处理之后自该粗糙表面移除。38.如权利要求1的方法，其中在引导该雷射输出的该步骤之前已将盖层置于该涂层上。39.如权利要求38的方法，其中该盖层对该雷射波长是透明的。40.如权利要求38或39的方法，其中该盖层包含该基板材料。41.如权利要求38或39的方法，其中该盖层包含在该波长下不具反射性的平滑盖层表面。42.如权利要求38或39的方法，其中该盖层包含玻璃。43.如权利要求38或39的方法，其中该盖层包含蓝宝石、金刚石、硅或塑料。44.如权利要求38或39的方法，其中该盖层在摄氏25度下具有在折射率为2的该基板折射率内的盖层折射率。45.如权利要求38或39的方法，其中该盖层具有在该折射率为I的该基板折射率内的盖层折射率。46.如权利要求38或39的方法，其中该盖层具有在该折射率为0.5的该基板折射率内的盖层折射率。47.如权利要求38或39的方法，其中该盖层具有在该折射率为0.2的该基板折射率内的盖层折射率。48.如权利要求38或39的方法，其中该盖层具有在1.2与2.5之间的盖层折射率。49.如权利要求38或39的方法，其中该盖层具有在1.5与2.2之间的盖层折射率。50.如权利要求38或39的方法，其中该盖层具有在1.7与2.0之间的盖层折射率。51.如权利要求38或39的方法，其中该盖层具有在1.75与1.85之间的盖层折射率。52.如权利要求38或39的方法，其中该核心具有核心厚度，且该盖层具有短于该核心厚度的盖层厚度。53.如权利要求38或39的方法，其中该盖层经塑形以容纳该基板的该粗糙表面上的该涂层材料。54.如权利要求38或39的方法，其中该涂层材料具有上部表面，且其中该盖层经塑形以平坦化该涂层材料的该上部表面。55.如权利要求1的方法，其中该粗糙表面的该粗糙表面纹理具有引起该雷射输出散射的天然状态，且其中该涂层材料减少在不存在该涂层材料的情况下，将由该粗糙表面的该天然状态引起的该雷射输出的该散射。56.如权利要求1的方法，其中该雷射处理参数包含输出功率，且其中该粗糙表面的该粗糙表面纹理具有衰减该输出功率的天然状态，且其中该涂层材料减少在不存在该涂层材料的情况下，将由该粗糙表面纹理的该天然状态引起的该输出功率的衰减。57.如权利要求1的方法，其中该粗糙表面的该粗糙表面纹理具有干扰以预定大小形成该射束腰部的天然状态，且其中该涂层材料减少在不存在该涂层材料的情况下，将由该粗糙表面纹理的该天然状态引起的对该以该预定大小形成该射束腰部的干扰。58.如权利要求1的方法，其中该粗糙表面的该粗糙表面纹理具有引起该雷射输出波前失真的天然状态，且其中该涂层材料减少在不存在该涂层材料的情况下，将由该粗糙表面的该天然状态引起的该雷射输出的该波前失真。59.如权利要求1的方法，其中该基板折射率在1.2与2.5之间。60.如权利要求1的方法，其中该基板折射率在1.5与2.2之间。61.如权利要求1的方法，其中该基板折射率在1.7与2.0之间。62.如权利要求1的方法，其中该基板折射率在1.75与1.85之间。63.如权利要求1的方法，其中该基板是自锭块切割的晶圆。64.如权利要求1的方法，其中该基板是藉由金刚石锯自锭块切割的晶圆。65.如权利要求1的方法，其中该基板是自锭块切割以形成处于天然状态的该粗糙表面的晶圆。66.如权利要求1的方法，其中可藉由丙酮、四氯化碳、乙醚、二氯甲烷、甲苯、二甲苯或以上的组合自该粗糙表面清洗该涂层材料。67.如权利要求1的方法，其中可藉由水自该粗糙表面清洗该涂层材料。68.如权利要求1的方法，其中可藉由酒精自该粗糙表面清洗该涂层材料。69.如权利要求2至78中任一项的方法，其从属于权利要求2至78中任一其他项，针对前述项之目标并非互斥的。70.一种用于雷射处理基板的方法，该基板具有基板材料之相对第一表面及第二表面，且具有该第一表面与该第二表面之间的基板材料的核心，其中该第一表面及该第二表面中的至少一者具有带粗糙表面纹理的粗糙表面，且其中基板材料的该核心具有基板折射率，该方法包含: 将涂层材料涂覆至该粗糙表面，其中该涂层材料具有与该基板材料的该基板折射率光学上兼容的涂层折射率； 产生雷射输出，该雷射输出具有适于在通过该涂层材料之后，在不损坏该粗糙表面的情况下标记该基板材料的该核心的雷射处理参数，其中该雷射处理参数包含雷射波长； 聚焦该雷射输出的雷射脉冲以在焦点处具有最小射束腰部;及 引导该雷射输出穿过该涂层材料且穿过该粗糙表面，使得该雷射脉冲的该焦点定位于该基板材料的该核心内，以在不损坏该粗糙表面的情况下标记该基板的该核心，其中该涂层材料对该雷射波长是至少部分地光学透射的。71.如权利要求2至79中任一项的方法，其从属于权利要求80而非权利要求1。72.—种准备用于藉由雷射波长下的雷射处理的工件，该工件包含: 基板，该基板具有基板材料的相对第一表面及第二表面，且具有该第一表面与该第二表面之间的基板材料的核心，其中该第一表面及该第二表面中的至少一者具有带粗糙表面纹理的粗糙表面，其中基板材料的该核心具有基板折射率，其中该基板包含晶圆材料，且其中该基板对该雷射波长是至少部分地透射的;及 涂层材料，该涂层材料由该基板的该粗糙表面非永久性地支撑，其中该涂层材料包含流体、凝胶或油，其中该涂层材料具有在为0.5的该基板折射率内的涂层折射率，其中该涂层折射率在1.5与2.5之间，且其中该涂层材料对该雷射波长是至少部分地透射的。73.如权利要求2至79中任一项的工件，其从属于权利要求82而非权利要求1。
【文档编号】B23K26/00GK105916626SQ201480066186
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年12月2日
【发明人】张海滨, 马修·雷克, 杨川, 麦克·J·达尔文
【申请人】伊雷克托科学工业股份有限公司