Brevet FR2081018A1 — publié le 19711126

La présente invention concerne des procédés et un appareil pour diviser des éléments de base ou ''substrats" , par l'emploi d'un faisceau d'énergie rayonnante. Tel qu;il sera utilisé dans la présente description et 5 dans les revendications, le terme de l:substrat" doit s'entendre comme désignant tout élément matériel sur lequel des circuits électriques et/ou des éléments de tels circuits peuvent être fabriqués ou portés. Ce terme comprend donc non seulement des bases isolantes telles que de verre s d'aluminiumf de céramique, 10 de quartz, de saphir, mais aussi des éléments semi-cenducteurs tels que des tranches de silicium ou de germanium. Dans une autre demande de brevet, on expose des procédés et un appareil pour diviser des substrats de matière céramique et analogue en utilisant un faisceau de lumière pro-15 venant d'un laser. Comme on l'exposera ci-après, on applique l'énergie du laser à un bord du substrat à diviser pour produire à travers le substrat une fracture localisée. On règle soigneusement la force du laser pour que sa densité d'énergie soit assez élevée pour produire la fracture localisée voulue, sans 20 l'être assez toutefois pour produire des détériorations à la surface du substrat. On procède au réglage de la densité d'énergie du faisceau soit en réduisant la puissance fournie au laser, soit en commandant la déconcentration ou défocalisation du faisceau du laser tombant à la surface du substrat. Une fois 25 qu:on a provoqué la fracture localisée dans le substrat, on déplace le faisceau du laser par rapport à celui-ci pour propager la fracture localisée à travers le substrat, de manière contrôlée, pour ainsi diviser le substrat. On a découvert qu'avec certains types de matières de 30 substrat, la fracture localisée initiale se propage au hasard à travers le substrat au lieu de suivre la trajectoire de division prévue. Bien que la fracture initiale retourne finalement à la trajectoire désirée et se propage suivant celle-ci, "iuand on déplace le faisceau du laser par rapport au substrat 3; en suivant la trajectoire désirée, il y a néanmoins une période initiale pendant laquelle on peut dire que le processus de division échappe aux prévisions. Cela peut conduire à des dété 71 05620 ? 2081018 riorations de plusieurs circuits à pellicules minces qui sont fabriqués sur la surface du substrat à diviser. Comme chacun de ces circuits à pellicule mince subit plusieurs étapes de traitement avant la division, le dommage ainsi éprouvé repré-5 sente une perte économique appréciable et il élève le prix moyen des circuits obtenus avec succès à partir de la division du substrat. La trajectoire suivie dans le substrat par la fracture initialement localisée peut être commandée de façon plus pré-10 cise si l'on augmente la densité d'énergie du faisceau du laser. Pourtant, ce faisant, on expose la surface du substrat à des détériorations, par exemple à la vaporisation (suivie d'une condensation) de la matière dont le substrat est fait. L'invention a pour but de procurer un procédé de divi-15 sion d'un substrat, qui évite ces difficultés. L'invention procure un procédé de division d'un substrat ou base portant plusieurs circuits électriques ou éléments électriques sur l'une de ses surfaces, comprenant les-étapes qui consistent à concentrer en un point de la surface opposée à la 20 surface, énoncée en premier lieu, du substrat, un faisceau d'énergie rayonnante d'une densité d'énergie suffisante pour produire une fracture du suhstrat en ce point;à produire un déplacement relatif entre le substrat et un faisceau d'énergie rayonnante envoyé sur cette surface, dont la puissance suffise 25 seulement à la propagation de la fracture, ce déplacement relatif étant agencé en sorte que la fracture se poursuive selon une trajectoire prédéterminée sous l'influence du seul faisceau mentionné en second lieu, pour réaliser la division recherchée du corps du substrat. 30 Un appareil convenable pour la mise en pratique du pro cédé- précité comprend une table mobile po-ur porter un substrat, un laser monté d'un côté de la table, des moyens pour concentrer le faisceau du laser, un élément optique (tel qu'un miroir) monté de façon à envoyer le faisceau concentré du laser sur l'au-35 tre côté de la table, la table et le laser étant- placés en. sorte qu'en cours d'emploi, le mouvement- de la table quittant sa position initiale provoque l'interception,- par un corps mon 71 05620 3 2081018 té sur la table, du faisceau du laser entre les moyens de concentration et le miroir. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description suivante d'une de ses formes de réalisation; considé-5 rée en association avec les dessins,sur lesquels g - La figure 1 est une vue partielle, en perspective, de l'appareil de division de substrat d'un type décrit dans la demande de brevet dont il a été question plus haut; - la figure 2 est une vue partielle, en perspective, 10 d'un appareil suivant l'invention, dans le quel le faisceau du laser est initialement réfléchi par une surface de miroir pour tomber sur la surface inférieure du substrat à diviser ;et - la figure 3 est une vue partielle, en perspective, de l'appareil de la figure 1, après que le substrat ait été dé-15 placé par rapport au faisceau du laser pour intercepter le faisceau provenant de la source du laser et pour propager de façon contrôlable la fracture localisée; en suivant une trajectoire prévue, le long de laquelle doit se faire la division. A la figure 1, un substrat 10 de matière céramique ou 20 d'autre matière est posé sur un support plat 11 dont on a prévu la possibilité de déplacement dans le plan horizontal sous l'action d'une crémaillère 12 et d'un pignon 13 entraînés par l'arbre 14 d'un moteur électrique 15 « Le substrat 10 porte plusieurs circuits de pelliculesminces 17 que l'on a fabriqués sur 25 lui et on désire diviser le substrat suivant une ligne 18 qu'on a fait passer, à titre d'exemple, suivant la longueur du substrat, entre la première et la seconde ligne de circuits 17. La lumière venant d'un laser 20 est concentrée par un système de lentilles 21 à la surface supérieure du substrat 10, 30 au bord extrême du substrat. On règle le système de lentilles pour que le faisceau du laser se concentre de façon précise sur la surface supérieure du substrat. L'énergie concentrée du laser crée dans le substrat une fracture localisée ; lorsque le moteur 15 est relié par la fermeture d'un commutateur 22 à une 35 source convenable 23 de courant alternatif, le moteur est alimenté pour faire tourner l'arbre 14 et le pignon 13» Celui-ci à son tour fait avancer le support 11, et donc le substrat 10, 71 05620 2081018 en dessous du faisceau concentré de la lumière du laser 20. Ce mouvement relatif assure la propagation contrôlable de la fracture localisée initialement5 qui avait été créée dans le substrat, en suivant la trajectoire de partage désirée 18. On 5 règle soigneusement la densité d5 énergie du faisceau venant du laser 20 pour qu'elle soit assez forte pour propager la fracture localisée, suivant la trajectoire de division 18, mais pas assez forte pour provoquer des dommages à la surface du substrat. 10 Comme on l'a mentionné précédemment, lorsque l'énergie du laser 20 est réglée de cette façon, on a remarqué avec certains types de substrats que la fracture initiale tend à suivre une trajectoire imprévue 24 à travers le substrat en s'écartant de la trajectoire 18 voulue. Cette trajectoire aléa-15 toire peut, dans certains cas, recouper les régions du substrat qu'occupent les circuits de pellicule mince 17s e*i détruisant ou en détériorant gravement certains de ceux-ci» La fracture dans le substrat revient finalement à la trajectoire voulue 18, lorsqu'on déplace le laser par rapport au substrat, le long 20 de la partie restante de la trajectoire 18. La figure 2 montre un procédé et un appareil suivant l'invention, pour éliminer l'allure aléatoire de la fracture localisée initialement qui est créée dans le substrat. Comme montré, le substrat 10 est à présent placé sur le support 11 25 de telle façon qu'un des bords du substrat surplombe le support, rendant ainsi la surface inférieure du substrat accessible à l'énergie du laser qui tombera sur elle. Une surface 26 jouant le rôle de miroir est placée convenablement en dessous du laser 20 et du système à lentilles 21 pour que la surface du 30 miroir renvoie l'énergie du laser en la faisant tomber sur la surface inférieure du substrat 10. Il est avantageux que la surface jouant le rôle de miroir soit fixée au support 11 et se déplace avec lui. Ceia n'est pas essentiel ,cependant, et le miroir 26 peut être fixé à un élément immobile quelconque, 35 si on le désire.On règle alors le foyer du système de lentilles 21 pour que le faisceau du laser soit concentré sur la surface inférieure du substrat 10 en alignement avec la trajectoire 18 71 05620 5 2081018 prévue pour la division. Gomme il n'y a pas de circuit à pellicule mince 17 fabriqué à la surface inférieure du substrat 10, on peut augmenter considérablement la densité d'énergie du laser 20 par rapport à ce que des considérations de sécurité 5 auraient permis si le faisceau devait être appliqué directement à la surface supérieure du substrat 10. On a découvert que cette augmentation de l'énergie du laser assure que la fracture localisée qui est traitée dans l*e substrat se trouve exactement sur la trajectoire désirée 18. S'il se produit une détériora-10 tion quelconque sous l'action de ce faisceau de laser très puissant, elle est sans importance puisque cette détérioration ne peut affecter les circuits à pellicules minces 17 qui sont fabriqués sur la surface supérieure du substrat. Comme montré à la figure 3, après que la fracture loca-15 lisée ait été créée, le moteur 15 continue à déplacer le support 11 par rapport au laser 20. lorsque le support 11 se déplace vers l'avant, le substrat 10 est avancé et intercepte le faisceau venant du laser 20, bloquant le trajet optique vers la surface du miroir 26, et mettant fin de cette façon à l'applica-20 tion du faisceau concentré du laser 20 à la surface inférieure du substrat 10. Le faisceau provenant du laser 20 tombe maintenant sur la surface supérieure du substrat et son point d'impact est naturellement légèrement déplacé par rapport au foyer, d'une quantité égale à la différence entre les longueurs du 25 trajet direct et du trajet réfléchi. La densité d'énergie du faisceau qui suit la trajectoire 18 est ainsi considérablement réduite en empêchant que des dommages se produisent sur la surface supérieure, de sensibilité critiques du substrat 10. Néanmoins, la densité d'énergie est suffisamment forte pour 30 propager la fracture localisée le long de la trajectoire de division 18 et elle divise le substrat en deux pièces désirées. Un prisme optique ou un guide de lumière pourrait être Substitué à la surface réfléchissante 26 pour envoyer le faisceau de laser 20 sur la surface inférieure du substrat 10. On 35 remarquera encore que le substrat 10 ne doit pas nécessairement surplomber le support 11 et que l'on pourrait prévoir une ouverture convenable ou une partie transparente dans le support 71 05620 2081018 11 pour permettre l'exposition d'un bord extrême de la surface inférieure du substrat. On pourrait aussi utiliser deux sources de faisceau^de laser distinctes et séparées, si on le désirait. La première source serait la source d'un faisceau 5 laser à grande densité d!énergie,concentré sur le bord extrême de la surface inférieure du substrat 10 ; l'autre serait une source d'un faisceau d'énergie inférieure, ou de même énergie mais déconcentrés, ce faisceau tombant sur la surface supérieure du substrat 10. Bien entendu, on déplacerait le second 10 laser par rapport au substrat pour que son faisceau traverse le substrat en suivant la trajectoire 18 pour le diviser. Ainsi, le.laser à faisceau de grande énergie, concentré, serait utilisé seulement pour créer la fracture initiale dans le substrat, alors que l'on utiliserait le laser à faible énergie, 15 ou à grande énergie et à faisceau déconcentré, pour propager la fracture localisée en suivant la trajectoire de division voulue 18. La discussion qui précède supposait la division du substrat sur toute sa longueur. On comprendra cependant que les 20 procédés et l'appareil décrits ici s'appliquent aussi bien dans les cas où la fracture devrait être amorcée dans le substrat à quelque distance de ses bords. Dans ce cas, la surface réfléchissante 26 serait placée de façon à réfléchir le faisceau concentré, à travers une ouverture convenable de l'élément 25 support 11, sur la surface postérieure du substrat au point exact où l'on désire faire commencer la division de celui-ci. On arrangerait le mouvement relatif du faisceau et du substrat de façon "à intercepter le faisceau réfléchi et à arrêter sa chute sur la surface inférieure du substrat pour assurer la 30 propagation contrôlée de la fracture localiséessuivant la trajectoire de division désix*ée, comme dit précédemment à propos des figures 2 et 3. 71 05620 7 2081018 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la division d'une base ou substrat portant un certain nombre de circuits ou d'éléments électriques sur l'une de ses surfaces, en utilisant de l'énergie rayonnante 5 pour produire une fracture du substrat., caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à concentrer un faisceau d'énergie rayonnante en un point de départ-sur la surface opposée à la surface9 mentionnée en premier lieu»du substrat, la densité d'énergie du faisceau étant suffisante pour fracturer 10 le substrat en ce point, et à produire ensuite un déplacement relatif entre le substrat et un faisceau d'énergie rayonnante envoyé sur la première surface, d'une densité d'énergie suffisant seulement à propager la fracture pour diviser le substrat suivant une trajectoire prédéterminée, par l'effet du seul 15 faisceau mentionné en second lieu. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à diriger le faisceau concentré sur une face du substrat et le faisceau de moindre densité d'énergie sur la face opposée. 20 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à envoyer le faisceau concentré sur ladite face à l'aide d'un élément optiques par exemple d'un miroir ou d'un guide de lumière et à déconcentrer le faisceau en déplaçant le substrat dans sa trajectoire, le 25 faisceau déconcentré constituant le faisceau de moindre densité d'énergie. 4.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une source de rayonnement séparée pour produire le faisceau à moindre densité d'énergie. 30 5.- Procédé suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayonnement est produit par un laser. 6.- Procédé suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le point susdit se trouve à 35 un bord du substrat. 7.- Appareil pour l'exécution du procédé suivant la revendication 3, comprenant une table mobile pour porter un 71 05620 2081018 substrat, avec une source d!énergie rayonnante montée pour diriger un faisceau vers l'une des faces de la table, des moyens de concentration du faisceau et des moyens pour produire un déplacement relatif entre le faisceau et la table, caracté-5 risé en ce qu'il comporte un élément optique^ par exemple un miroir ou un guide de lumière interposé dans le faisceau, dans la position de repos de la table spour envoyer,le faisceau vers l'autre face de la table, l'élément optique étant placé en sorte qu'en "cours d* emploi s, le déplacement de la table in~ 10 terpose un substrat porté par la table, dans le faisceau entre les moyens de concentration et l'élément optique»