专利名称：借助于激光将由易脆裂的材料制成的平面板分割成多个单块板的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法，通过该方法通过借助于激光引入热感应应 力将由易脆裂的材料如玻璃、陶瓷或单晶材料如硅、蓝宝石或砷化镓 组成的平面板分割成多个单块板，以及涉及一种适合于该方法的设备。
由专利文献DE 10041519C1已知一种这一类型的方法和i殳备。
背景技术：
已知，可以通过借助于激光引入热感应应力分割脆性材料。为此 沿希望的分割线(加工线)将一激光束射至材料表面上，接着对受热 区施加冷却介质来，由此产生拉应力。如果所产生的应力差超过材料 的碎裂应力并在加工线上存在一缺陷，那么便从缺陷出发形成材料裂 缝。
如果这种缺陷不是由于存在微裂紋(例如从机械切割棱边出发) 而存在，那么必须按要求产生一个初始缺陷，例如通过金刚石切割轮 或高能量密度的可很好聚焦的激光。对于后者可采用加工激光器或第 二个激光器。根据材料内部结构的不同既可以达到要求深度的裂缝， 也可以达到安全穿透材料的分离缝。
为了例如在制造用于移动电话等等的显示屏或在制造芯片时将一 块平面板分割成大量相同的矩形单块板，平面板首先沿许多相互平行 分布的第一加工线，然后转过90。的切割角，沿许多平行分布的第二 分割线切开。由此形成，通过相互成90。角相交的加工线的交叉点规 定的矩形单块板，其边长通过加工线的间距确定。
这种方法不限于切割成矩形单块板，而且局限于网状模式的切割， 其中矩形对于上述应用是一种有价值的形式。
在专利文献DE 100 41 519 Cl中了解到在交叉点处产生初始缺陷 的困难，作为这种方法的问题。按照这份资料平面板应该从平面板一 条棱边开始沿第 一加工方向亳无问题地切割成大量条形板，因为为了 沿每条分割线形成必要的初始缺陷可以在平面板棱边上尺寸精确地安 装一切割轮。而在在已形成的条形板棱边上形成初始缺陷时切割轮必 须从上方精确地放在交叉点上，以便将相邻的条形板切割成单块板。 这导致由方法造成的单块板相汇合的角部的损坏。
现在专利文献DE 10041519C1中建议，由平玻璃板切割成的条状 板在其切割成单块板之前，以一规定的间距相互分开。因此切割轮也 可以尺寸精确地装在条形板棱边上。为此平玻璃板平放在一切割工作 台上，切割工作台由许多可相互移开的板块组成。切割工作台最好配 设一用来夹紧平玻璃板和切开的部分的真空系统。如果每块分工作台 配设一可单独控制的真空场，则特别有利。由此可以单独地固定和松 开切下的条形板，从而避免通过真空可能扭曲的玻璃对随后的激光切 割产生不利影响。
除了与所述类型的切割工作台有关的高的设备费用外，带这种切 割工作台的设备有致命的缺点，即条形板的宽度不能任意选择，而由 单个工作台分块的宽度决定，因此条形板的宽度只能选择等于工作台
分块的宽度或其整数倍。它还局限于平玻璃板的最小厚度，就像它们 通常直接放在切割工作台上的那样。
在100-300pm厚度范围内的平面板(例如由硅或砷化镓制成薄的 晶片)通常仅仅贴在伸缩膜上。在加工完毕和分成芯片后拉长伸缩膜， 使得 一 方面避免在运输期间芯片棱边的机械损坏，另 一 方面芯片可以 从膜上单个取下，而不与相邻芯片接触。
按照目前的实践，芯片切割主要通过机械锯削进行。在专利申请 DE 102005012144A1中介绍了一种设备，用该设备通过借助于激光切 除材料在一保持在薄膜上的晶片上加工出网格形设置的分割线。但是 材料切除始终蕴含着污染晶片表面的危险。
通过申请人自己进行了试验，通过借助于激光热感应应力将保持 在一膜上的薄板切割成网状，如开头已经简单介绍的那样。这里在沿 第一加工方向的加工线和沿第二方向的加工线之间的交叉点处显示出 质量缺陷。但是这不归结于工具例如激光器或金刚石滚轮(如在专利
文献DE 10041519C1中所述的那样)从上方在交叉点处作用在平面板 表面上，而归结于在相邻条形板内形成的应力的相互影响。
超前于所产生的冷却剂斑的热斑在转移到下一个条形板时造成材 料膨胀，由此使它向前一条形板挤压，条形板末端处的分割线偏离其
预定的分割线，因此在两条相互错位90。的分割线的规定的交叉点处 在单块板的角部形成不精确的直角。
由JP 10-268275A已知一种用来切割玻璃基质的方法和一种适合 于此的设备。待切割的玻璃基质固定在一支座内，在它里面玻璃基质 通过一可膨胀的多孔体吸住。通过这样的方法通过物体的膨胀改善切 割性能，即在切割期间在玻璃基质表面上产生拉应力。
此方法不能用于所切割基质件的空间分割。
发明内容
本发明的目的是，在借助于激光感应热应力的基础上找到一种方 法，它适合于将材料厚度小于lmm、特别是材料厚度为100-300nm 的易脆裂材料平面板分割成单块板。这种方法还应该可用来将保持在 薄膜上的薄板分割成大量芯片。
本发明的另一个目的是，提供一种设备，利用该设备可以实施本 发明的方法，此外分割成矩形的、允许任意选择尺寸的芯片。
这个目的对于方法而言用权利要求1的特征，对于设备而言用权 利要求5的特征实现。在从属权利要求中介绍优良的改进结构。
下面借助于附图举例详细说明所述设备和方法
图la 设备的原理草图2a 图1在一时刻^的局部视图2b 图1在时刻t2的局部视图3 夹紧工作台连同放置在装在框内的伸缩膜上的平面板在时 刻t。的俯^L图4a 平面板的俯视图在时刻^的局部^L图4b 平面板的俯视图在时刻t2的局部一见图4c 平面板的俯视图在时刻t3的局部^L图。
具体实施例方式
本发明的设备在图l和3中所示的优良实施形式主要包括一夹紧 工作台5，工件亦即装在框内的伸缩膜6连同附着在伸缩膜上面的平 面板1保持在此该工作台上；各个工具，亦即用来产生初始缺陷的装 置12、 一用来发射激光束的装置10、 一用来喷射冷却剂束的装置11; 以及用于起工具作用的装置10、 11、 12相对于表示为工件的平面板1 运动的才几构13。
作为相对运动必须强制地是沿一个方向的至少一个直线运动和一 绕与该方向垂直的轴线的旋转运动，或者沿在一平面内的二个方向的 直线运动，它们围成一加工角。
和由专利资料DE 10041519C1所知的设备一样，平面板l通过一 可控制的真空场保持在夹紧工作台5上。这种真空场由一真空室8构 成，该真空室在夹紧工作台5的支承平面内通过一多孔衬垫14封闭并 与一真空泵9连接。放置在上方的、装在框内的伸缩膜6和因此附着 在伸缩膜上的平面板l被紧贴地吸在多孔衬垫14上，从而被力锁合地 保持。
在本说明书的意义上真空应该理解为比正常条件下的大气压力、 亦即比标准压力PN小得多的压力，它足以保证功能。也就是说在本说 明书的意义上紧邻这个第一真空场的负压应称为真空P,,该真空在加 工期间可靠地保持所放置的平面板1。
真空腔8有利地用 一例如由陶瓷組成的多孔衬垫14封闭，其相对 于放在上面的平面板1具有一较小的或相同的周长。由此避免由于激 光束越过平面板棱边而可能损坏多孔衬垫14。因此对于圆形的平面 板，多孔衬垫14同样应该是一圆盘。在多孔衬垫14和槽7之间夹紧 工作台5的表面有利地做成对于激光束是高反射的，因此激光束在越 过平面板棱边时在夹紧工作台5上不引起损坏。装在框内的伸缩膜6
由 一种对于激光束透明的材料制成。
代替一个单个的、朝向夹紧工作台5的支承面方向封闭真空腔8 的多孔衬垫14，原则上真空腔8也可以通过一气密性板封闭，多个多 孔衬垫14配合入所述气密性板内，这样装在框内的伸缩膜6便点状平 面地固定，这看起来不太有利。
与现有技术不同，平面板l不直接贴合在夹紧工作台5上，而是 间接地通过一装在框内的伸缩膜6，这对于原先尚未加工的平面板1 的保持几乎没有区别。
和现有技术一样，同样存在和构成称为工具的装置以及用于相对 运动的机构13。相对运动允许引入热应力以及因此沿规定的成网状设 置的分割线形成分割裂缝。
1在通过产生沿第 一加工方向的分割裂缝将平面板1分割成各单个 条形板4之后，通过引入沿与第一加工方向围成一加工角的第二加工 方向的分割裂缝将这些条形板4分割成各个单块板3。这个加工角最 好是直角，但是也可以不同于直角，由此形成平行四边形的单块板。 但是其实际应用可能性仅限于个别情况，因此在后面的说明中从以直 角作为加工角并因此形成矩形的单块板出发。
在引入沿第二加工方向的分割裂缝之前，将还以分割棱边相互紧 靠的条形板4相互分开。在这里所述设备和方法与现有技术根本不同。
除了如上所述的且仅仅用来在引入分割裂缝期间保持平面板1的 第一真空场外，设备还包括一可控制的第二真空场，该第二真空场通 过一包围第一真空场的槽7构成。在第一真空场是圆形的情况下，槽 7相应地j故成圆环形。
可以借助于图2a和2b详细说明两个真空场的工作原理。
随着撤消在第一真空场上的真空P并且在槽7内建立一真空P2， 位于上方的装在框内的伸缩膜6被吸住并被拉入槽7内。由于伸缩膜 61张紧在一框62内，由此确定了装在框内的伸缩膜61，伸缩膜61 在其在框62内的整个面积上被拉伸，其中伸缩膜61在槽7上方得到 最大的拉伸。附着在装在框内的伸缩膜6上的条形板4被相互拉开一
定间距。在伸缩膜61的拉伸状态下在第一真空场上重新建立真空P" 接着撤消槽7中的真空P2。因此条形板4按在它们之间形成的间距相 互重新固定。
槽7内的真空P2也应该理解为一个负压，它足以使装在框内的伸 缩膜6根据其材料性能充分拉伸，以促使条形板4相互离开一定间距， 该间距排除在沿第二加工方向分割时对条形板4的影响。
为了在槽7上建立真空，槽7同样与一真空泵9连接。此真空泵 9有利地是已经存在的用来产生第一真空场的真空泵9，它交替地在真 空腔8或槽7内产生真空。
从通常是圆形的平面板出发在确定设备的尺寸时应该注意，框架 62具有一大于槽7外径的内径。这样装在框内的伸缩膜6便径向向其 中心拉伸。在理想情况下这样安放平面板1，使其中心与装在框内的 伸缩膜6的中心重合，对于可重复的最大拉伸而言，不仅真空度因此 还有拉力，而且真空所作用的可重复的面积尺寸是决定性的，因此框 架在槽7之外应该贴合在夹紧工作台5上。槽的形状不太重要，但是 其宽度和深度可能影响可能的拉伸。槽越宽，真空作用的面积便越大， 槽太浅可能限制可以拉入槽7内的材料量。槽7的内棱边最好倒圆， 多孔衬垫14的表面做得附着性尽可能小，从而使对拉伸起反作用的附 着摩擦力尽可能小。
为了实施本方法将待加工的平面板1 (例如直径为6〃-12〃的圆形 的硅晶片)安放在装在框内的伸缩膜6上，如果晶片还没放在伸缩膜 上面的话。如开头已经说明过的那样，晶片通常已经在这种伸缩膜上 加工、储存和输送。
装在框内的伸缩膜6连同硅晶片这样安放在夹紧工作台5上，使 晶片支承在第一真空场的多孔衬垫14的中心。在第一真空场上建立真 空P"亦即一这样低的负压，以使在随后的加工期间可靠地保持装在 框内的伸缩膜6连同硅晶片。根据规定的分割线数量，例如按 0.5-30mm的间距在第 一加工方向分别产生一初始缺陷，接着由此出发 产生分割裂缝。
例如用金刚石滚轮或激光器制成初始缺陷以及借助于激光束和随 后的冷却剂来沿分割线产生分割裂缝对于专业人员可由现有技术得 知，因此不必详细i兌明。
对于本发明重要的是，将切开的各条形板4以一间距分开，以便 在将条形板4分割成单块板3时防止相互影响。这个间距为3-10jLim 就够了 。
产生初始缺陷(这沿第二加工方向不仅在平面板棱边上实现，而 且分别在条形板棱边上实现)可以在分开间距的工步之前或之后进行。 对于在100-300ium厚度范围内的硅晶片而言，在该工步之前产生初始 缺陷是有利的。也就是说在条形板4分开到一定间距前，用于沿第二 加工方向的分割裂缝的所有初始缺陷便都加工好了 。
在分开一定间距后，分别从一初始缺陷出发以0.5-30mm的间距 分别产生沿第二加工方向的分割裂缝。单块板3最好是长方体形的， 亦即在90。加工角的情况下制造。
在图4a-4b中表示硅晶片在分割的不同加工阶段的局部视图。在 时刻^(图4a)沿第一加工方向切割硅晶片。这时形成的条形板4还 相互紧靠。在时刻t2 (图4b)条形板4业已分开到一定间距，在时刻 t3 (图4c)条形板4已经在其部分长度上分割成单块板3。
附图标记清单
1 平面板
2 分割线
3 单块板
4 条形板
5 夹紧工作台
6 装在框内的伸缩膜
61 伸缩膜
62 框
7 槽
8 真空腔
9 真空泵
10发射激光束的装置
15 11发射冷却剂束的装置
12用来产生初始缺陷的装置 13用于相对运动的机构 14多孔衬垫 PN标准压力 20 P,通过第一真空场保持伸缩膜
61的真空 P2通过第二真空场使伸缩膜61
拉伸的真空
权利要求
1.用来分割由易碎裂材料制成的平面板的方法，其中利用借助于用激光产生的热感应应力引入的网状设置的分割线将平面板分割成多个规定边长的单块板，其中分别从一待产生的初始缺陷出发首先沿第一加工方向引入分割线，从而将平面板(1)分割成多个条形板(4)，并且接着在条形板(4)相互移开一定间距后沿第二加工方向产生分割线，该第二加工方向与第一加工方向围成一加工角、尤其是直角，从而将各个条形板(4)分割成单块板(3)，其中通过真空(P1)将平面板(1)或条形板(4)和单块板(3)保持在一夹紧工作台(5)上，其特征为将平面板(1)粘附在一装在框内的伸缩膜(6)上，并且将所述装在框内的伸缩膜(6)至少沿垂直于第一加工方向的方向拉伸，而撤消保持平面板(1)的真空(P1)，以便在条形板(4)之间产生间距。
2. 按权利要求l所述的方法，其特征为在装在框内的伸缩膜(6 )拉伸之前，引入用于沿第二加工方向的分割线的初始缺陷。
3. 按权利要求1或2所述的方法，其特征为所述装在框内的伸 缩膜(6)从粘附的平面板(1)的中心出发径向拉伸。
4. 按权利要求3所述的方法，其特征为拉伸通过沿一围绕平面板(1)的槽(7)建立真空(P2)实现。
5. 用来分割由易脆裂材料制成的平面板(1)的设备，平面板粘 附在一装在框内的伸缩膜(6)上，具有用来沿平面板(1)上的规定分割线发射激光束的装置(10); 用来沿平面板(1)上的分割线喷射冷却剂束的装置(11); 用来分别在分割线的起始点处产生初始缺陷的装置(12 ); 夹紧工作台(5),其具有一可控制的第一真空场用来支承和保持平面板(1);以及用于所述各装置相对于夹紧装置沿网状设置的分割线相对运动的机构(13)，其特征为在夹紧装置上设置一可独立控制的第二真空场，该第二真空场通 过槽(7)构成，该槽如此设计，使该槽包围放在上面的平面板(1)， 并且装在框内的伸缩膜(6)被拉入槽内，以便拉伸伸缩膜。
6. 按权利要求5所述的设备，其特征为槽的内棱边倒圆。
7. 按权利要求5或6所述的设备，其特征为第一真空场的支承 面是一多孔衬垫(14)。
8. 按权利要求5-7之任一项所述的设备，其特征为支承面具有 尽可能小的粘附摩擦。
全文摘要
本发明涉及一种用来将由易脆裂的材料制成的平面板1分割成大量规定边长的单块板3的方法，其中借助于通过激光束产生的热感应应力产生沿规定的网状设置的分割线的分割裂缝，并在产生沿第一加工方向的分割裂缝后将形成的条形板4相互分开一定间距，这通过这样的方法实现，即通过一真空装置使装在框内的伸缩膜6拉伸，平面板1粘附地贴在伸缩膜6上。本发明还涉及一种带有专用夹紧工作台5的设备。
文档编号B23K37/04GK101342639SQ200810130488
公开日2009年1月14日 申请日期2008年7月10日 优先权日2007年7月12日
发明者G·埃伯哈特, H-U·齐尔克, P·门德 申请人:詹诺普蒂克自动化技术有限公司