DE2121155A1

DE2121155A1 - Vorrichtung zum Anreißen der Oberfläche von Gegenständen

Info

Publication number: DE2121155A1
Application number: DE19712121155
Authority: DE
Inventors: Richard Timothy Huntington N.Y. DaIy (V.StA.)
Original assignee: Quantronix Inc
Current assignee: Quantronix Inc
Priority date: 1970-04-30
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1971-11-11
Also published as: GB1305527A; FR2086509A1; US3626141A; FR2086509B1

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Quantronix Corporation, Smithtown, N.Y./LJSA

Vorrichtung zum Anreißen der Oberfläche von Gegenständen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anreißen von Linien auf einer Oberfläche eines Gegenstands.

Der anzureißende Gegenstand kann z.B. ein Halbleiterplättchen sein. Bei der Herstelliing der meisten Halbleitervorrichtungen wie Dioden, Transistoren und integrierten Schaltkreisen werden große Zahlen von einzelnen Vorrichtungen auf einem einzigen Halbleiterplättchen ausgebildet. HaIbleiterplättchen sind in der Form typisch kreisförmig mit einem Durchmesser von 2,54 bis 7,62 cm und einer Dicke von 0,127 bis 0,305 mm.

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Ein einziges Halbleiterplättchen kann mehr als 10 einzelne Halbleitervorrichtungen tragen. Die Halbleitervorrichtungen auf einem einzigen Plättchen sind im allgemeinen einander gleich und sind in einem gitterartigen Muster ausgelegt, in welchem die einzelnen Halbleitervorrichtungen durch "Straßen" des Halbleiterbasismaterials getrennt sind. Die einzelnen Halbleitervorrichtungen sind im allgemeinen voll wirksam und werden in vielen Fällen an Ort und Stelle geprüft, ehe das Halbleiterplättchen in getrennte einzelne Vorrichtungen aufgeteilt wird, welche verschiedentlich "Chips", "Pillen" oder "Würfel" genannt werden.

Ein bekanntes Verfahren zum Teilen eines Halbleiterplättchens in getrennte "Chips" besteht darin, das Halbleiterplättchen mit einer Diamantspitze entlang der "Straßen" zwischen den einzelnen Vorrichtungen zu ritzen und dann das Halbleiterplättchen über eine Kante oder einen Stab zu rollen, so daß es längs der Ritzmarken bricht. Dies ist sehr ähnlich dem Verfahren, welches zum Schneiden von Fensterglas Verwendung findet.

Ein Nachteil dieses "Ritz- und Brsch-" Verfahrens zum Teilen eines Halbleiterplättchens in einzelne "Chips" besteht darin, daß die Brüche zum Wandern neigen können und so sonst einsatzbereite einzelne Vorrichtungen mehr oder weniger nach Zufall durchschneiden und zerstören.

Ein zweites bekanntes Verfahren zum Teilen der Halbleiterplättchen in getrennte "Chips" besteht im Sägen des Halbleiterplättchens entlang der "Straßen" zwischen den einzelnen Vorrichtungen. Der Sägevorgang kann durchgeführt werden mit dünnen mit Schleifmaterial versehenen Sägeblättern, feinen Drähten, dünnen Scheiben, vibrierenden Blättern, oder durch einen mit Ultraschall betriebenen ab-

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reibenden Schlamm. Obwohl das Sägeverfahren nicht den Nachteil des Wanderns von Brüchen aufweist, führt es zu hohen Einschnittverlusten. Infolge der hohen Einschnittverluste müssen die "Straßen" zwischen den einzelnen Halbleitervorrichtungen breiter gemacht werden, um mehr Platz für die Entfernung von Material durch den Sägevorgang zu lassen mit dem Ergebnis, daß weniger einzelne Vorrichtungen auf einem einzigen Halbleiterplättchen hergestellt werden können. Weiter können die einzelnen Vorrichtungen durch das abreibende Material beschädigt werden.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist nach der Erfindung eine Anreißvorrichtung vorgesehen, welche erfindungsgemäß umfaßt einen Halter für den anzureißenden Gegenstand, eine Laservorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls ausreichender Energie zum Verdampfen eines Teils des Gegenstands, eine Einrichtung zum Fokussieren des Laserstrahls von der Laservorrichtung auf den Gegenstand, eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der Pokussiereinrichtung relativ zu dem Halter zum Bewirken, daß der Brennfleck des Laserstrahls eine kontinuierliche Linie auf der Oberfläche des Gegenstands einschreibt, und eine Einrichtung zum Verhindern, daß von dem Gegenstand durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßene Perlen eines Materials auf die Oberfläche des Gegenstands zurückfallen oder auf der Fokussiereinrichtung abgelagert werden.

Bei der Anwendung der Erfindung auf das Anreißen von Halbleiterplättchen erzeugt die Laservorrichtung Laserimpulse ausreichender Energie, um kleine Löcher in dem Halbleiterplättchen zu verdampfen, eine Fokussieroptik wird zum Fokusleren der Laserimpulse auf oder gerade unter die Oberfläche des anzureißenden Plättchens verwendet, ein Antriebsmechanismus bewegt den Brennfleck des Laserstrahls entlang

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einem vorbestimmten Weg auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens zum Schneiden einer tiefen aber schmalen Rille in das Plättchen* und eine Vorrichtung verhindert, daß die geschmolzenen Perlen von Halbleitermaterial auf die Oberfläche des Halbleiterplättchens zurückfallen.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sind Ausführungsbeispiele in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Anreißvorrichtung, welche die Erfindung verkörpert, zur Darstellung der Teile der Vorrichtung zum Halten des anzureißenden Gegenstands, teilweise ausgebrochen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild, welches die wirkungsmäßigen Zusammenhänge der Hauptelemente der Anreißvorrichtung zeigt,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht in etwas schematischer Form einer Laservorrichtung und einer Vorrichtung zum Ablenken des Laserstrahls zu einem vorbestimmten Punkt auf der Oberfläche des anzureißenden Gegenstands,

Fig. 4 eine ausführliche Querschnittansicht einer Vorrichtung, welche zum Verhindern des Zurückfallens von Perlen von Material auf die Oberfläche des anzureißenden Gegenstands oder deren Ablagerns auf der Fokussierlinse Vakuum in Kombination mit Gas unter Druck verwendet,

Fig. 5 eine ausführliche Querschnittansicht einer zweiten Vorrichtung, welche zum Verhindern des Zurückfallens der Perlen von Material auf die Oberfläche des anzureißenden Gegenstands oder deren Ablagerns auf der Fokussierlinse Vakuum in Kombination mit Gas unter Druck verwendet, und

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Pig. 6 eine perspektivische Ansicht der Laserfokussieroptik, des anzureißenden Plättchens und einer Vorrichtung zum Transportieren eines durchlässigen Kunststoffilms über die Oberfläche des Plättchens zum Erfassen der von dem Plättchen durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßenen geschmolzenen Perlen und zum Verhindern, daß diese auf die Oberfläche des Plattchens zurückfallen.

Ehe eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben ist, ist es zweckmäßig, allgemein einige der Faktoren zu erklären, welche beim Schneiden von Materialien mit einem Laserstrahl mitspiele! Es ist bekannt, daß ein Impuls einer Laserstrahlung von z.B. 10 ' Joules, welcher auf einem kleinen Punkt von z.B. 10 bis 20 Mikron fokussiert wird, eine ausreichende Erwärmung ergibt, um ein Loch in die meisten Materialien zu dampfen oder zu blasen. Ein Laserstrahl kann unter bestimmten Umständen auf einen Punkt mit einem Durchmesser d etwa gleich fλ fokussiert werden, wobei f die Arbeite-"f-Zahl" der den Laser fokussierenden Linse und λ die Wellenlänge des Laserstrahls ist. Unter diesen Bedingungen ist die Tiefe des Feldes D, in welchem die Größe des Brennflecks innerhalb 10$ ihres Minimalwerts ist, näherungsweise d /4 λ. Ein Impuls der Laserstrahlung kann daher, wenn er auf einem kleinen Punkt auf oder gerade unterhalb der Oberfläche eines Objekts, wie eines Halbleiterplattchens, fokussiert wird, zum Erzeugen eines Loches mit einer Tiefe, welche mehrmals so groß wie der Durchmesser des Brennflecks ist, gebracht werden. Eine Folge von überlappten Löchern kann hergestellt werden, um eine Rinne oder einen Einschnitt zu bilden. Bei Verwendung eines geeignet gewählten Lasers können Einschnitte bei zu 0,254 mm Tiefe und weniger als 0,025¹J- mm Breite in einem Halbleiterplättchen, wie einem Siliziumplättchen, mit einer linearen Geschwindigkeit von mehreren cm/sec hergestellt werden, wodurch die Funktion einer Säge oder einer sehr tief arbeitenden Anreißnadel durchgeführt wird.

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In der bevorzugten Form der vorliegenden Laseranreißvorrichtung wird ein mit Neodym dotierter Yttrium-Aluminium-Granat (Nd;YAG) Pestkörperlaser verwendet, um eine Rille oder einen Einschnitt in einem Siliziumplättehen zu bilden. Die Wellenlänge des Nd:YAG Lasers ist 1,06 Mikron. Um daher einen Brennfleck von 25,4 Mikron Durchmesser zu erzeugen, ist ein Linsensystem mit einer Arbeits-f-Zahl von f/24 erforderlich. Diese f-Zahl ist groß genug, um die Verwendung der meisten elementaren Linsensysteme zu ermöglichen. Die Tiefe des Feldes wird plus oder minus 0,1524 mm sein, was der größten Dicke )l eines typischen SiliziUHiplättchens gleich ist oder diese übersteigt.

Der Wirkungsgrad, mit welchem ein Laserimpuls in der Lage ist, ein Loch in ein bestimmtes Materials zu bohren, hängt zum Teil von dem Grad ab, mit welchem die Laserstrahlung von dem Material absorbiert wird. Der Eigenaufbau der elektronischen Pegel von Silizium ist so, daß eine Strahlung mit einer Wellenlänge etwas kürzer als 1 Mikron sehr stark absorbiert wird. Andererseits wird Strahlung mit Wellenlängen länger als 1 Mikron relativ schwach absorbiert. Die Wellenlänge von 1,06 Mikron des Nd:YAG Lasers fällt somit gera- ^ de in den Grenzbereich des Absorptionsbandes von Silizium. Im einzelnen wird Silizium bei Raumtemperatur nur k% der einfallenden NdsYAG Laserstrahlung je 25,4 Mikron Dicke absorbieren.

Wenn diese Situation stabil wäre, wäre der Nd:YAG Laser relativ unwirksam beim Aufheizen und Verdampfen von Silizium. Die Wellenlänge des Grenzbereichs des Absorptionsbandes von Silizium ist «jedoch stark abhängig von der Temperatur. Wenn die Temperatur infolge anfänglicher Erwärmung durch den Laserstrahl zunimmt, absorbiert Silizium die von dem NdsYAG

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Laser erzeugte Strahlung mit einer Wellenlänge von 1,06 Mikron stark, und es ergibt sich somit ein wirksamer Vorgang zum Bilden eines Einschnitts.

Obwohl theoretisch möglich ist, das gesamte Gitter von Einschnitten mit einem Laserimpuls zu erzeugen, würde dies einen sehr großen und teuren Laser erfordern, welcher mit einer geringen wirksamen Einschaltdauer arbeitet. Die bevorzugte Form der Erfindung verwendet die wirtschaftlichere Technik, den Einschnitt dadurch zu bilden, daß aufeinanderfolgend eine Reihe von kleinen überlappenden Löchern entlang einer "Straße" zwischen den einzelnen Halbleitervorrichtungen auf dem Plättchen "geblasen" werden. Der Betrieb des Lasers in gepulster Arbeitsweise vermindert die Erwärmung und die sich hieraus möglicherweise ergebende Zerstörung der benachbarten Halbleitervorrichtungen auf ein Minimum.

Beim Bilden eines Einschnitts durch aufeinanderfolgende überlappende Löcher muß eine ausreichende Überlappung vorgesehen werden, um das "Rückfüllen" zu vermeiden, welches als Ergebnis der Kondensation des verdampften Halbleitermaterials auf den Wänden des Einschnitts auftritt. In dieser Hinsicht ist es nützlich, einen Laserbrennfleck zu verwenden, welcher in Richtung des Schnitts etwas langgestreckt ist.

In Pig. 1 der Zeichnung ist eine Vorderansicht einer bevorzugten Form der erfindungsgemäßen Laseranreißvorrichtung gezeigt. Einige Teile sind weggebrochen, um die eigentliche Laservorrichtung und den Mechanismus zum Einstellen der Lage der das Plättchen haltenden Spannvorrichtung zu zeigen. Die Laseranreißvorrichtung 1 weist ein Bedienungspult auf, welches mit einem Doppelmikroskop 2 zur Hilfe beim Einstellen und Ausrichten der Vorrichtung vor Beginn des Anreißvorgangs und zur

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Beobachtung der fortschreitenden Arbeit versehen ist. Die Laservorrichtung j5 ist vorzugsweise innerhalb des Bedienungspultes angeordnet, und der Laserstrahl 4 wird vorzugsweise mit Hilfe geeigneter, nicht gezeigter Prismen durch eine Fokussierungsoptik 5 in Form einer Linse zum Werkstück 6 abgelenkt, welches zum Zwecke der Darstellung ein Siliziumplättchen sein kann.

Obwohl die für die erfindungsgemäße Laseranreißvorrichtung vorgesehene Hauptanwendung das Anreißen oder Schneiden von Halbleiterplättchen, besonders Siliziumplättchen ist, wird vom Fachmann erkannt werden, daß die erfindungsgemäße Laseranreißvorrichtung auch zum Schneiden oder Anreißen anderer Objekte oder Materialien verwendet werden kann.

Das Werkstück 6 wird vorzugsweise durch eine Vakuumspannvorrichtung 7 in seiner Lage gehalten. Es ist jedoch zu erkennen, daß auch andere Haltevorrichtungen für Gegenstände entsprechend demGedanken und dem Bereich der Erfindung verwendet werden können.

Ein Knopf 8 steuert die Drehung der Vakuumspannvorrichtung 7, so daß eine genaue Ausrichtung der "Straßen" auf den Halbleiterplättchen als Werkstück 6 mit den X- und Y-Richtungen der Bewegung des Laserbrennflecks relativ zur Oberfläche des Werkstücks 6 möglich wird. Die X- und Y-Lagen der das Plättchen haltenden Vakuumspannvorrichtung 7 können von Hand durch Knöpfe 9 und 10 gesteuert werden.

Das Fokussleren des Doppelmikroskops 2 wird durch Pokussierknöpfe 21 gesteuert. Das Fokussleren des Doppelmikroskope 2 dient auch dazu, den Laserstrahl auf der Oberfläche des Werkstücks 6 zu fokussieren, weil das Doppelmikroskop 2 und die Laservorrichtung 3 die gleiche Fokussierungs-

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optik 5 aufweisen. Ein Knopf 22 ist für die Peineinstellung der Lage des Laserbrennflecks entlang der X-Achse der Bewegung vorgesehen.

Kammern 23 und 2k enthalten verschiedene Teile der Laseranreißvorrichtung einschließlich einer Energieversorgung und einer Kühleinheit für den Laser und einer Steuerlogik.

In Fig. 2 der Zeichnung ist ein Blockschaltbild der Hauptelemente der erfindungsgemäßen Laseranreißvorrichtung gezeigt. Die Laservorrictitung 3 weist einen Laser 3l,auf, welcher vorzugsweise ein optisch gepumpter in Nd:YAQ Pestkörperlaser ist, und einen Q-Schalter 32 für den gepulsten Betrieb. Der Laser 31 weist eine "Drossel"-öffnung auf, welche den Laser zwingt, in seiner fundamentalen Betriebsweise mit größter Helligkeit zu arbeiten. Der Q-Schalter 32 bewirkt, daß die Laservorrichtung 3 eine hochfrequente Reihe schmaler intensiver Impulse abgibt. Die Frequenz der Impulsreihe kann z.B. in der Größenordnung von 2 bis 5 kHz liegen und die Impulsbreite kann in der Größenordnung von 0,5 Mikrosekunden liegen. Die gesamte Laservorrichtung 3 kann einem dem Fachmann wohl bekannte Vorrichtung, z.B. der Lasersender Modell 112 der Firma Quantronix Corporation, 225 Engineers Road, Smithtown, New York, USA, sein.

Der Laser JL wird gesteuert durch die Energieversorgung und das Steuergerät 33 für den Laser, welches einfach ein Netzregeltransformator zum Einspeisen von 110 V Glühlampen zum Pumpen des Nd:YAG Laserstabs sein kann.

Das Kühlen des Lasers 31 erfolgt durch eine Kühleinheit yi, welche eine dem Fachmann bekannte Einheit sein kann. Z.B. kann die Kühleinheit 34 einen Zirkulator für Kühlwasser und einen Wärmeaustauscher zum Kühlen des Nd:YAG Laserstabs und

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der Pumplampenreflektoren und einen kräftigen Lüfter zum Kühlen der Gehäuse der Pumpglühlampen aufweisen.

Der Q-Schalter 32 wird durch einen Schalterantrieb 35 betrieben, welcher ein dem Fachmann bekannter Antrieb sein .kann, z.B. ein Q-Schalterantrieb Modell 301, hergestellt von der Quantronix Corporation.

Der Laserstrahl im Ausgang der Laservorrichtung 3 geht durch einen Strahldehner 36* welcher z.B. ein Dreipotenz-™ Strahldehner sein kann. Nach dem Strahldehner 36 geht der Laserstrahl durch eine mechanische Verschlußvorrichtung 37* deren Wirkungsweise im einzelnen weiter unten erklärt werden wird. Von der mechanischen Verschlußvorrichturig 37 geht der Laserstrahl durch eine Ablenkoptik 38 und die Fokussierungsoptik 5 trifft auf das Werkstück 6, welches zum Zwecke der Darstellung ein Siliziumplättchen ist. Der Sehkopf oder das Doppelmikroskop 2 ergibt ein mikroskopisches Bild des Arbeitsbereiches zum anfänglichen Ausrichten und zum Überwachen des Prozesses. Die Pokussierungsoptik 5 ist dem Sehsystem und dem Laserstrahl gemeinsam. Diese Doppelfunktion läßt sich durch einen einzigen Satz einer Fokussieroptik 5 durch Verwendung eines dichroitlschen Strahlspalters erreichen, welcher die Laserstrahlung vom sichtbaren Spektrum trennt. Die Wellenlänge des Nd:YAG Lasers ist 1,06 Mikron, und die des sichtbaren Spektrums liegt zwischen 0,6 und 0,4 Mikron.

Das Werkstück 6 wird durch die Vakuumspannvorrichtung welche an eine Vakuumleitung 41 angeschlossen ist, in seiner Lage gehalten. Die Vakuumleitung 41 ist weiter mit einer Vorrichtung 42 gegen Ausfallen verbunden, welche verhindert, daß die Perlen von geschmolzenem Silizium, welche von dem

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Werkstück 6 durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßen werden, auf die Oberfläche des Werkstücks 6 zurückfallen und die hierauf ausgebildeten Halbleitervorrichtungen beschädigen.

Die Drehausrichtung des Werkstücks 6 erfolgt durch eine Drehsteuerung oder einen Knopf 8, welcher mechanisch mit der Vakuumspannvorrichtung 7 verbunden ist. Die Bewegung des Werkstücks in der X- und Y-Richtung wird durch einen Motor und eine Plattform 43 für die X-Achse und durch einen Motor und eine Plattform 44 für die Y-Achse erreicht. Der Betrieb des Motors für die X-Achse wird durch eine Logikeinheit 45 für Betrieb und Steuerung über ein Steuergerät 46 für den Motor für X-Achse gesteuert. Der Betrieb des Motors für die Y-Achse wird durch die Logikeinheit 45 über ein Steuergerät 47 für den Motor für die Y-Achse gesteuert.

Die Bewegung des Werkstücks 6 relativ zum Brennfleck des Laserstrahls muß genau seil, damit der Brennfleck des Laserstrahls sicher die Mittellinie der "Straßen" zwischen den auf dem Plättchen ausgebildeten Halbleitervorrichtungen schneidet. Die "Straßen" haben typisch eine Breite in der Größenordnung von O,O5O8 bis 0,254 mm. Eine Toleranz in der Größenordnung von 2,54 Mikron sollte daher vorzugsweise über eine Entfernung von 5#O8 oder 7,62 cm, was die Länge des erforderlichen Schnitts über das Werkstück 6 ist, aufrechterhalten werden. Weiter muß, nachdem der Laserstrahl das Schneiden einer "Straße¹¹ vollendet hat, das Werkstück 6 relativ zum Brennfleck des Laserstrahls um genau den Abstand von Mittellinie zu Mittellinie der "Straßen" seitlich versetzt werden, um den nächsten Schnitt beginnen zu können. Der Versetzungsvorgang muß genügend genau sein, damit der Gesamtfehler beim Versetzen über die Breite des Plättchens nicht mehr als näherungsweise 12,70 Mikron ist.

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Die genaue Bewegung des Werkstücks 6 wird erreicht durch orthogonale Präzisionsschlitten» Der eine Präzisionsschlitten, die Plattform 43 für die X-Aohse, ist auf dem anderen Präzisionsschlitten, der Plattform 44 für die Y-Achse, angeordnet. Die Motoren für die X- und Y-Achse können digitale Schrittmotoren oder analoge, sich kontinuierlich bewegende Motoren mit einer Rückführung von einem Lagefühler sein. Beide Arten von Motoren sind dem Fachmann bekannt. Die Feineinstellung der X-Lage des Brennflecks relativ zum Werkstück erfolgt durch die Steuerung oder den Knopf 22 zur Feineinstellung, welcher mechanisch mit der Ablenkoptik 38 verbunden ist.

Die Logikeinheit 45 für den Betrieb und Steuerung gibt Steuersignale an das Steuergerät 46 für den Motor für X-Achse und an das Steuergerät 47 für den Motor für die Y-Achse entsprechend den Werten ab, welche durch den Bedienungsmann am Steuerpult 48 eingegeben werden. Nachdem das Werkstück 6 ausgerichtet ist, leitet der Bedienungsmann den AnrelSvorgang durch Drücken des Schalters "Lauf" auf dem Steuerpult 48 ein. Dies bewirkt, daß die Logikeinheit 45 für Betrieb und Steuerung zunächst die Plattformen 43 und 44 für die X- baw. Y-Achse in ihre vorbestimmten "Ausgangslagen" steuert. Die Logikeinheit 45 für Betrieb und Steuerung läßt dann das Werkstück 6 gleichmäßig entlang einer Bewegungsachse, z.B. der Y-Aohss bewegen, bis die Plattform«! 44 für die Y-Achse eine Y-Aciisenbegrenzung 51 erreicht. Die Logikeinheit 45 bewirkt dann , daß der Motor und die Plattform 43 für die X-Achse entlang der IC-Achse um den Betrag versetzt werden, welcher von dem Bediemmgsmann am Steuerpult 48 eingegeben ist. Die Logikeinheit 45 "bewirkt dann, daß der Motor und die Plattform 44 für die Y-Achse sich gleichmäßig in der Y-Richtung bewegen, bis die entgegengesetzte Y-Achsenbegrenzung erreicht ist. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis alle "Y-Straßen" durchfahren sind. Die Logikeinheit 45 bewirkt hierauf, daß sich das Werkstück 6 bewegt, so daß der Laserbrennfleck sich gleichmäßig entlang der "X-Straßen"

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zwischen X-AGhsenbegrenzungen 52 bewegt, wobei in Y-Richtung versetzt wird, bis alle "X-Straßen" von dem Laserbrennfleck durchfahren sind.

Eine Sperrsteuerung 53 verhindert den Betrieb der Vorrichtung für den Fall, daß die Vakuumleitung 41 nicht in Betrieb ist. Wenn die Vakuumleitung 41 nicht in Betrieb ist, bewirkt die Sperrsteuerung 53 ein Schließen der mechanischen Verschlußvorrichtung 37* wodurch verhindert wird, daß der Laserstrahl durch die Ablenkoptik 38 und die Fokussierungsoptik 5 geht. Wenn die Vakuumleitung 41 in Betrieb und der Knopf "Lauf" auf dem Steuerpult 48 gedrückt ist, bewirkt die Logikeinheit 45, daß die Sperrsteuerung 53 die mechanische Verschlußvorrichtung 37 öffnet und so den Laserstrahl auf das Werkstück 6 auftreffen läßt.

In Fig. 3 ist in etwas schematischer Form eine Laservorrichtung 3 und eine Vorrichtung 60 zum Ablenken des Laserstrahls 4 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Vorrichtung 60 zum Ablenken weist ein erstes Stützteil 6l auf, welches ein erstes Prisma 62 trägt. Das Prisma 62 ist so angebracht, daß seine hintere Fläche 63 unter einem Winkel von im wesentlichen 45° zum Laserstrahl 4 angeordnet ist, so daß sie den Laserstrahl um einen Winkel von näherungsweise 90° ablenkt. Der abgelenkte Laserstrahl trifft auf ein zweites Prisma 64, welches von einem zweiten Stützteil 65 getragen wird. Die hintere Fläche 66 des Prismas 64 ist mit einem Winkel von im wesentlichen 45° zum Laserstrahl angeordnet, so daß sie den Laserstrahl insgesamt um einen Winkel von näherungsweise 90°, wie dargestellt, ablenkt. Das Stützteil 65 ist auf einem Paar paralleler FÜhrungsstangen 67 und 68 beweglich angebracht. Die Bewegung des Stützteils 65 entlang der FÜhrungsstangen 67 und 68 kann erreicht werden durch jeden

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einer Anzahl geeigneter Präzisionsmechanismen, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Z.B. kann die Bewegung des Stützteils 65 gesteuert werden durch einen Schneckenradantrieb, der von dem in Fig. 1 gezeigten Knopf 22 zur Steuerung betätigt wird.

In Fig. 4 der Zeichnung ist gezeigt eine ausführliche Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Entfernen geschmolzener Perlen von Halbleitermaterial, welche von dem Plättchen oder Werkstück· 6 durch die Wirkung des Laserstrahls 4 ausgestoßen werden, um deren Zurückfallen auf die Oberfläche des Werkstücks β und deren Ablagerung auf der Oberfläche der Fokussierungslinse zu verhindern. Die Vorrichtung zum Entfernen von Perlen umfaßt eine erste Ummantelung ¹JIg welche die Fokussierungsoptik 5 der Laseranreißvorrichtung umgibt und an dieser befestigt ist, Das untere Ende der Ummantelung 7I läuft zu einer zentralen öffnung 72 nach innen zusammen, durch welche der Laserstrahl 4 zur Oberfläche des Werkstücks 6 gehen kann. Die öffnung J2 ist genügend groß, um ein ausreichendes Spiel für den Fokuskegel des Laserstrahls 4 zu ergeben. Das Innere der Ummantelung Jl wird durch Einlasse 73 zur Atmosphäre entlüftet.

Eine zweite Ummantelung 75 umgibt die Ummantelung Jl <, Die Ummantelung 75 läuft an ihrem unteren Ende zu einer zentralen öffnung 76 zusammen, welche den Laserstrahl 4 zum Werkstück 6 durchgehen läßt. Die öffnung 76 ist vorzugsweise etwas größer als die öffnung 72 der Ummantelung 7I. Das Innere der Ummantelung 75 ist durch Leitungen 77 niit einer geeigneten, nicht gezeigten Vakuumpumpe verbunden. Daher strömt das Gas nach oben durch die öffnung 76 in der Ummantelung 75, weiter nach oben durch das Innere 78 eier Ummantelung 75 und durch die Leitungen 77 nach außen. Weiter wird infolge des verringerten Drucks im Bereich der öffnung J6 Luft durch die

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Einlasse 73, durch die öffnung 72 und daher durch das Innere

78 zu der Vakuumpumpe gezogen. Die nach unten gerichtete Luftströmung durch die öffnung 72 verhindert, daß Perlen durch die öffnung 72 strömen und die Oberfläche der Fokussierungsoptik 5 treffen. Der innen und nach oben gerichtete Gasstrom im Bereich der öffnung 76 fängt oder reißt die Perlen geschmolzenen Materials mit, welche von der Oberfläche des Halbleiterplättchens oder Werkstücks 6 durch die Wirkung des Laserstrahls 4 ausgestoßen werden, und entfernt diese aus dem Arbeitsbereich, wodurch ihr Zurückfallen auf die Oberfläche des Halbleiterplättchens und die Gefahr der Beschädigung der hierauf ausgebildeten Halbleitervorrichtungen verhindert wird. Die untere Fläche

79 der Ummantelung 75 ist so geformt, daß der Querschnitt zwischen ihr und der Oberfläche des Halbleiterplättchens oder Werkstücks 6 eine glatte Luftströmung im Unterschallbereich ohne Übergang in den Überschallbereich ermöglicht.

In Fig. 5 der Zeichnung ist eine ausführliche Querschnittansicht einer anderen wahlweise möglichen Vorrichtung zum Entfernen ausgestoßener Perlen geschmolzenen Halbleitermaterials aus dem Arbeitsbereich gezeigt. Die Vorrichtung nach Fig. 5 weist eine zylindrische Ummantelung 81 auf, welche die Fokussierungsoptik 5 der Laseranreißvorrichtung umgibt und mit ihr verbunden ist. Eine Leitung 82 ragt durch die Wand der Ummantelung 81 in die Nachbarschaft des Brennflecks des Laserstrahls 4. Eine zweite Leitung 83 ragt durch die entgegengesetzte Seitenwand der Ummantelung 81 zur entgegengesetzten Seite des Laserbrennflecks. Die Leitung 82 ist mit einer Druckgasquelle und die Leitung 85 mit einer Vakuumpumpe verbunden. Die Leitung 82 weist eine Düse 84 auf, um das Gas über den Bereich des Laserbrennflecks zu richten. Die öffnung 85 im Ende der Leitung 83 zur Vakuumpumpe ist wesentlich größer als die Düse 84,um den Gasstrom aus der Düse 84 mit seinen mitgeführten Perlen von ausgestoßenem geschmolzenem Material hineinzuziehen. Die unteren Flächen

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86 und 87 der Leitungen 82 und 83 sind so nahe an der Oberfläche des Halbleiterplättchens oder Werkstücks 6 angeordnet, wie es ohne wesentliche Gefahr der Beschädigung der auf diesem ausgebildeten Halbleitervorrichtungen möglich ist.

In Fig. 6 der Zeichnung ist eine perspektivische Ansicht der Pokussierungsoptik 5 für den Laser, des Halbleiterplättchens oder Werkstücks 6 und einer Vorrichtung zum Transportieren eines Kunststoffilms 9I über die Oberfläche des Merkstücks zum Erfassen der von der Oberfläche des Werkstücks 6 durch die Wirkung des Laserstrahls 4 ausgestoßenen geschmolzenen Perlen gezeigt. Die geschmolzenen Perlen haften an dem Kunststoffilm 91 und werden so am Zurückfallen auf die Oberfläche des Werkstücks 6 gehindert, wodurch die Gefahr der Beschädigung der hierauf ausgebildeten Halbleitervorrichtungen beseitigt wird. Die Vorrichtung zum Transportieren des Kunststoffilms 9I weist eine Vorratsrolle 92, eine Aufnahmerolle 93 und ein Paar Führungsrollen 94 und 95 auf. Der Kunststoffilm 9I ist für die Strahlung der Wellenlänge des Laserstrahls 4 durchlässig, um eine Wärmeabsorption vom Laserstrahl zu vermeiden, welche zu einem Schmelzen des Filmes führen könnte. Der Kunststoffilm 9I kann aus einem einer Anzahl von dem Fachmann bekannten Materialien hergestellt sein, z.B. aus Polyethylenterephthalat oder Vinylidenechlorid-Copolymere»

Eine andere Technik zum Verhindern der Beschädigung der Halbleitervorrichtungen durch die geschmolzenen Perlen von Material, welche von dem Plättchen durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßen werden, besteht darin, die Oberfläche des Plättchens einschließlich der Halbleitervorrichtungen mit einer Substanz zu überziehen, welche verhindert, daß die Perlen an der Oberfläche des Plättchens hängen bleiben, wenn sie auf diese

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zurückfallen. Z.B. könnte die Oberfläche des Plattchens
mit einem schweren Pluorkohlenwasserstoff, wie Fluorchlormethan oder -äthan überzogen werden. Die neutrale Überzugssubstanz sollte leicht durch ein Lösungsmittel oder durch Verdampfen in einem warmen Luftstrom entfernbar sein. Z.B. könnte die neutrale Überzugssubstanz zusammen mit den eingebetteten Teilchen durch deren Erwärmung auf ihren Siedepunkt unter leichtem Blasen von sauberer trockener Luft
über die Oberfläche des Plättchens entfernt werden.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zum Anreißen von Linien auf einer* Oberfläche eines Gegenstands, gekennzeichnet durch einen Halter für den anzureißenden Gegenstand, eine Laservorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahls ausreichender Energie zum Verdampfen eines Teil des Gegenstands, eine Einrichtung zum Fokussieren des Laserstrahls von der Laservorrichtung auf den Gegenstand, eine Antriebseinrichtung zum Bewegen der Fokussiereinriehtung relativ zu dem Halter zum Bewirken, daß der Brennfleck des Laserstrahls eine kontinuierliche Linie auf der Oberfläche des Gegenstands einschreibt, und eine Einrichtung zum Verhindern, daß von dem Gegenstand durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßene Perlen eines Materials auf die Oberfläche des Gegenstands zurückfallen oder auf der Pokussiereinrichtung abgelagert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h n e t, daß die Einrichtung zum Verhindern des Zurückfaliens υ on Perlen auf die Oberfläche des anzureißenden Gegenstands eine Einrichtung zum Richten eines Gasstroms in den Bereich des Brennfleck, des Laserstrahls und einen Vakuumeinlaß urafaß-t, welcher benachbart dem Bereich des Brennflecks zum Abziehen von Gas aus diesem Bereich zusammen mit mitgeführten, von dem Gegenstand durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßenen Perlen von Material angeordnet ist.

jj. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Richten eines Gasstroms aus einer Düse besteht, welche den Gasstrom über den Bereich des Brennflecks und im wesentlichen parallel zur Oberfläche des anzureißenden Gegenstandes richtet, und der Vakuumeinlaß benachbart der Oberfläche des Gegenstands auf der entgegengesetzten Seite des Bereichs des Brennflecks angeordnet ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Richten eines Gasstroms eine erste den Bereich des Brennflecks umgebende zylindrische Ummantelung und der Vakuumeinlaß eine zweite die erste zylindrische Ummantelung umgebende zylindrische Ummantelung umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der zweiten Ummantelung wesentlich näher der Oberfläche des anzureißenden Gegenstandes als die Mündung der ersten Ummantelung angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verhindern des Zurückfallens von Perlen von Material auf die Oberfläche des anzureißenden Gegenstandes eine den Bereich des Brennflecks umgebende Ummantelung und einen Vakuumeinlaß umfaßt, welcher mit dem Inneren der Ummantelung zum Abziehen von Luft aus dem Bereich des Brennflecks zusammen mit mitgeführten, von dem Gegenstand durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßenen Perlen von Material verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verhindern des Zurückfallens von Perlen von Material auf die Oberfläche des anzureißenden Gegenstands einen benachbart und im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Gegenstands angeordneten Kunststoffilm umfaßt, um die von dem Gegenstand durch die Wirkung des Laserstrahls ausgestoßenen Perlen von Material zu erfassen, wobei der Kunststoffilm aus einem Material hergestellt ist, an welchem die Perlen haften.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen einer kontinuierlichen Bahn des Kunststoffilme, eine Einrichtung zum Führen der Bahn des Kunststoffilms Über die Oberfläche des anzureißenden Gegenstands

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parallel und mit Abstand zu dieser, und eine Aufnahmespule zum Aufnehmen der Bahn des Kunststoffilms nach deren Hinweglaufen über den Gegenstand.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pokussiereinrichtung einen Brennfleck erzeugt, welcher in Richtung der Bewegung des Brennflecks relativ zu dem anzureißenden Gegenstand langgestreckt ist,

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Laservorrichtung einen Q-geschalteten Laser umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis iO, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine Relativbewegung zwischen der Fokussiereinrichtung und dem Halter für den Gegenstand mit einer solchen Geschwindigkeit bewirkt, daß die Ausgangsimpulse der Laservorrichtung eine Reihe überlappender Löcher in dem anzureißenden Gegenstand erzeugen.

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