專利名稱：激光加工系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基片的激光加工。
利用脈沖激光進(jìn)行微孔的激光鉆孔可以用兩種方法完成。在第一種方法中，使用靜止光束(像素孔)使用這種技術(shù)，多個(gè)激光脈沖瞄準(zhǔn)基片上一個(gè)點(diǎn)。達(dá)到一定深度所需的激光脈沖數(shù)取決于其能量。這種技術(shù)適合直徑小于約100微米的孔。精確的孔直徑取決于激光束的直徑、光學(xué)和激光參數(shù)以及材料性能。
在另一種方法中，光束沿孔的外輪廓掃描。這種技術(shù)適于直徑大于約100微米的孔。激光以一個(gè)或多個(gè)同心圓的圓形方式移動(dòng)。為了達(dá)到所需的深度，可能需要重復(fù)幾次。孔的直徑是外圓半徑和光束直徑的函數(shù)。這種孔被稱為掃描孔或環(huán)鉆孔。
通常，使用激光束加工孔會(huì)帶來若干問題。這些問題導(dǎo)致需要若干激光加工后處理步驟。具體而言，問題是碎屑在激光鉆孔工藝中，晶片頂面上的碎屑是由孔出口的碎屑和熔化材料的積聚造成的。這在圖A中示出。它通常表現(xiàn)為兩種不同的形式。在一種形式中，碎屑表現(xiàn)為圍繞孔的“唇”狀材料。所述唇的高度可以達(dá)到幾十微米。人們認(rèn)為，有助于形成所述唇的工藝之一是在激光切割的過程中從孔中噴出的熔化和氣態(tài)材料的重新凝固。通常，不能使用常規(guī)的清洗技術(shù)去除碎屑。理想的孔應(yīng)當(dāng)沒有碎屑或唇狀結(jié)構(gòu)。
第二種形式的碎屑表現(xiàn)為覆蓋晶片頂面的“粉塵”。通常，這種碎屑可以使用簡(jiǎn)單的清洗工藝去除，然而，更可取的是徹底消除碎屑的出現(xiàn)。
側(cè)壁的熱損傷區(qū)鉆孔中出現(xiàn)的第二個(gè)問題是，當(dāng)脈沖率、脈沖能量和進(jìn)入到材料中的總激光脈沖數(shù)增加時(shí)，材料中積累的熱量也隨之增加。在某一刻，在周圍材料中耗散的熱量可能對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)壁造成嚴(yán)重的熱損傷。這種熱損傷的影響是由于微裂紋和晶體變形而降低了結(jié)構(gòu)的整體性。一種減少這種情況的技術(shù)是光束斬波，從而減少傳輸給孔的總能量。然而，這也減少了傳輸?shù)奖砻娴目偰芰浚虼?，不是一種有效的技術(shù)。
側(cè)壁成分鉆孔工藝的最終目的是為了獲得可以金屬化的絕緣微孔。重要的是這種孔結(jié)構(gòu)良好，并且可以滿足所有的可靠性指標(biāo)。使用傳統(tǒng)的技術(shù)不可能控制材料成分或傳導(dǎo)率。為了更好地理解鉆孔工藝的需求，在下一部分中將描述整個(gè)循環(huán)。
在金屬互連件插入前，微孔內(nèi)壁上需要絕緣層的情況下，在孔的加工后需要兩個(gè)附加工藝。第一個(gè)是清潔并平滑微孔壁，隨后第二個(gè)工藝是生長絕緣層。這個(gè)三步工藝在圖B中示出。在步驟1，使用激光加工具有粗糙的錐形壁的孔結(jié)構(gòu)?？變?nèi)的錐度定義為側(cè)壁的“斜度”，如圖A所示為arctan(a/b)。步驟2是清潔步驟，其中清潔孔結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。這可以產(chǎn)生光滑的、高質(zhì)量的表面光潔度。在步驟3中，在孔的內(nèi)壁上形成絕緣層。
本發(fā)明的目的是提供一種減少孔頂側(cè)(加工所述孔的一側(cè))的碎屑量的用于微孔激光鉆孔的技術(shù)。
提供一種減輕孔內(nèi)側(cè)壁熱影響區(qū)的范圍的用于微孔激光鉆孔的技術(shù)。
簡(jiǎn)化生產(chǎn)具有所需的側(cè)壁形態(tài)、成分以及光電特性的孔的工藝。
實(shí)現(xiàn)激光鉆孔使用的通用性。
把生產(chǎn)具有所需內(nèi)壁特性的高質(zhì)量的孔結(jié)構(gòu)的工藝連成一步工藝。
減少在常規(guī)的孔制造技術(shù)中所需的設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種包含激光源和光束傳輸系統(tǒng)的激光加工系統(tǒng)，其中所述光束傳輸系統(tǒng)包含用于控制由激光源產(chǎn)生的激光束向基片傳輸?shù)难b置，其特征在于所述系統(tǒng)還包含進(jìn)氣系統(tǒng)，該進(jìn)氣系統(tǒng)包含用于在加工位置周圍提供可控氣體環(huán)境的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制光束脈沖參數(shù)和氣體環(huán)境而在基片上鉆孔的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含根據(jù)被加工材料的光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能，控制激光脈沖能量、激光脈沖間隔和脈沖數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境中的氧氣比例，以控制、避免或促進(jìn)作為襯里的氧化物生長的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境中的氮?dú)獗壤?，以控制或避免襯里中氮化物生長的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含在氣體環(huán)境中提供受控量的惰性氣體的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含將一種氣體引入到氣體環(huán)境中的裝置，所述氣體具有在激光束存在時(shí)離解的性質(zhì)，而提供基片的蝕刻劑或反應(yīng)物。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境，在基片上獲得清潔的加工壁的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境，在基片的加工壁上獲得所需光潔度的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境，增強(qiáng)從加工地點(diǎn)和位置去除碎屑，或減少產(chǎn)生的碎屑量的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含控制脈沖參數(shù)，使基片的熱損傷降低到最小的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光脈沖在時(shí)間上是不均勻間隔的。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含非遠(yuǎn)心透鏡，以及相對(duì)于法線成一角度通過所述透鏡傳輸激光束而鉆出斜孔的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含變化斜孔入口到光束光軸的距離，而設(shè)定斜孔斜度的裝置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在基片上鉆孔，并根據(jù)當(dāng)前孔深動(dòng)態(tài)改變激光束參數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在任何特定深度根據(jù)基片材料改變激光束參數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含為了獲得所需的孔的幾何形狀，隨深度改變激光束參數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述改變裝置包含改變激光束參數(shù)鉆出盲孔的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含為了在基片的入口和出口點(diǎn)獲得受控的孔直徑，隨深度改變激光束參數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述改變裝置包含通過改變激光重復(fù)頻率、脈沖能量和脈沖峰值功率而控制所述入口和出口之間錐形斜度的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述改變裝置包含改變焦點(diǎn)尺寸以控制內(nèi)孔形狀的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含望遠(yuǎn)鏡，以及用于調(diào)節(jié)所述望遠(yuǎn)鏡而設(shè)定或動(dòng)態(tài)改變光束直徑、焦平面和景深，以提供所需的孔幾何形狀的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含分多道工序加工所述基片的裝置，其中每一道工序加工到某一程度，去除一部分材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間調(diào)節(jié)所述望遠(yuǎn)鏡的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在鉆孔后，為了清除孔周圍的基片表面上的碎屑而增大焦點(diǎn)尺寸的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)和光束傳輸系統(tǒng)包含控制激光脈沖發(fā)生和氣體環(huán)境，而在半導(dǎo)體基片上鉆出的孔內(nèi)提供受控的絕緣襯里的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述基片為Si材料，所述襯里為SiO2。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含密封的腔室，將氣體輸送到所述腔室的裝置和從所述腔室中抽取氣體的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述腔室包含對(duì)激光束來說透明的窗口。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含將鹵化氣體送入氣體環(huán)境中以去除氣態(tài)碎屑的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含為除去氣態(tài)和顆粒形式的碎屑而控制氣流的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包含翻轉(zhuǎn)基片的裝置，并且所述光束傳輸系統(tǒng)包含在基片反面的對(duì)準(zhǔn)位置鉆孔而完成通孔的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制光束脈沖發(fā)生參數(shù)和氣體環(huán)境的裝置，以鉆出具有適于用作電絕緣襯里的孔。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制光束脈沖發(fā)生參數(shù)和氣體環(huán)境的裝置，以鉆取具有適于用作光波導(dǎo)覆層襯里的孔。
本發(fā)明還提供了一種激光加工方法，包含將激光束傳輸?shù)交霞庸せ牟襟E，其中在加工位置周圍提供氣體環(huán)境；激光束是脈沖的；所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，從而加工所述基片，在基片上獲得所需的性能。
在一個(gè)實(shí)施例中，激光脈沖能量、激光脈沖間隔和脈沖數(shù)根據(jù)基片的光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能加以控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，氣體環(huán)境中氧氣和氮?dú)獾臐舛仁艿娇刂?，以控制或抑制作為孔襯里的氧化物或氮化物的生長。
在一個(gè)實(shí)施例中，受控量的惰性氣體引入到氣體環(huán)境中。
在一個(gè)實(shí)施例中，具有在激光束存在時(shí)離解特性的氣體引入到氣體環(huán)境中，并且離解的氣體蝕刻基片。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述加工是鉆孔，且激光束參數(shù)根據(jù)當(dāng)前的孔深動(dòng)態(tài)變化。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，而形成電絕緣的襯里，并且所述方法包含使用導(dǎo)電性材料填充孔，而在基片中形成導(dǎo)電體的另外步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，而形成光學(xué)不透明的襯里，并且所述方法包含使用透光材料填充孔，而在基片中利用作為覆層的襯里形成光學(xué)波導(dǎo)的另外步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，而形成熱傳導(dǎo)路徑，并且所述方法包含使用熱傳導(dǎo)材料填充孔，而在基片中形成熱傳導(dǎo)路徑的另外步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包含將散熱器連接到位于孔中的熱傳導(dǎo)材料上的另外步驟。
本發(fā)明還提供了一種激光加工系統(tǒng)，包含激光源，和包含用于控制由激光源產(chǎn)生的激光束向基片傳輸而加工基片的光束傳輸系統(tǒng)，其中所述光束傳輸系統(tǒng)包含向基片傳輸脈沖激光束的裝置；所述光束傳輸系統(tǒng)包含在多個(gè)加工地點(diǎn)將基片加工至不完整階段，并在所述地點(diǎn)加工至少一道后續(xù)工序的裝置，其中，在其他地點(diǎn)加工一道工序時(shí)，在任何地點(diǎn)的加工之間存在延遲。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間改變光束傳輸參數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間根據(jù)一道工序的基片層材料改變光束傳輸參數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間根據(jù)加工地點(diǎn)所需的基片形狀改變光束傳輸參數(shù)的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)，以使基片熱損傷減少到最小程度的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)，以減少碎屑沉積的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)，以在加工地點(diǎn)獲得所需的基片幾何形狀的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)而在基片上鉆多個(gè)孔的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包含翻轉(zhuǎn)基片的裝置，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在對(duì)準(zhǔn)基片反面的加工地點(diǎn)加工基片，以加工單一形狀的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述光束傳輸系統(tǒng)包含控制光束傳輸參數(shù)，以加工基片并在經(jīng)過加工地點(diǎn)形成電絕緣襯里的裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還具有進(jìn)氣系統(tǒng)，其中在后續(xù)工序之間可以改變氣體和氣體參數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包含進(jìn)氣系統(tǒng)，該進(jìn)氣系統(tǒng)變化在加工地點(diǎn)周圍提供受控的氣體環(huán)境的裝置，并且所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含在一道工序中有或沒有周圍氣體的情況霞在基片上加工成形，以及在所述地點(diǎn)沒有周圍氣體的情況霞在加工地點(diǎn)加工而形成絕緣襯里的裝置。
本發(fā)明還提供了一種激光加工方法，該方法包含將激光束傳輸?shù)交霞庸せ牟襟E，其中所述光束在一道中工序傳輸?shù)交系亩鄠€(gè)地點(diǎn)，隨后在同樣的地點(diǎn)以至少一個(gè)后續(xù)工序鉆孔，從而完成每個(gè)地點(diǎn)的加工。
在一個(gè)實(shí)施例中，在每個(gè)地點(diǎn)鉆孔。
在一個(gè)實(shí)施例中，光束的傳輸受到控制，而在每一地點(diǎn)加工成形且在每一地點(diǎn)的基片壁上形成電絕緣襯里。
在一個(gè)實(shí)施例中，在加工地點(diǎn)提供受控的氣體環(huán)境，以有助于襯里以受控的方式生長。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可以氣體和氣體參數(shù)可以在后續(xù)工序之間變化的方式使用。
本發(fā)明還提供了一種激光加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含激光源、和包含用于控制由激光源產(chǎn)生的激光束向基片傳輸而加工基片的光束傳輸系統(tǒng)，其中所述光束傳輸系統(tǒng)包含以一定角度向基片傳輸脈沖激光束而鉆出斜孔的裝置。
本發(fā)明還提供了一種激光加工方法，該方法包含將激光束傳輸?shù)交隙庸せ牟襟E，其中所述激光束是脈沖的，且所述光束以一定角度傳輸而鉆出斜孔。
在一個(gè)實(shí)施例中，鉆出所述孔而使基片上的層互連。
在一個(gè)實(shí)施例中，鉆出所述孔而與將安裝在基片上的元件引線相適應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，鉆出多個(gè)互連的孔。
在一個(gè)實(shí)施例中，鉆出所述孔而在基片表面互連。
在一個(gè)實(shí)施例中，鉆出所述孔而在基片內(nèi)互連，且每個(gè)孔在基片表面具有獨(dú)立的開口。
本發(fā)明還提供了一種激光加工方法，包含將激光束傳輸?shù)交隙庸せ牟襟E，其中所述激光束是脈沖的，且傳輸?shù)交隙诨香@孔，且所述方法包含使用導(dǎo)熱性材料填充所述孔而形成導(dǎo)熱體的另外步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包含將散熱器連接于導(dǎo)熱材料的另外步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包含靠近所述孔鉆出另一孔，并使用導(dǎo)電性材料填充所述另一孔，并使電元件連接于所述導(dǎo)電材料的另外步驟。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述孔為盲孔。
在一個(gè)實(shí)施例中，以可以使基片一側(cè)的多個(gè)孔接觸點(diǎn)到達(dá)基片另一側(cè)的一個(gè)接觸點(diǎn)的幾何形狀形成所述斜孔。
在一個(gè)實(shí)施例中，合并多個(gè)電源輸入端和輸出端或多個(gè)接地輸入端和輸出端，以減少輸入端和輸出端的數(shù)目。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述斜孔用于通過連接焊盤(pads)置于芯片背面來減小器件的尺寸。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光源是固體二極管泵激激光器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光器是多頻固態(tài)激光器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光器是固態(tài)激光器，其中的激光介質(zhì)是基質(zhì)雜質(zhì)類型，其中，基質(zhì)是YAG、YIF、釩酸鹽。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光重復(fù)頻率范圍介于1kHz到200kHz之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光脈寬小于200納秒。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述激光脈寬小于10納秒。
本發(fā)明的詳細(xì)描述附圖簡(jiǎn)要說明從下面參照附圖給出的一些示例的描述，可以更清楚地理解本發(fā)明，其中
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明對(duì)通孔進(jìn)行激光鉆孔的圖；圖2是示出了用于在受控的氣體環(huán)境下鉆孔的激光加工系統(tǒng)的圖；圖3是示出了使用多步驟的激光工藝鉆多個(gè)孔的步驟的圖；圖4是示出了變量ΔtRR，NT_Delay和T_Delay的激光脈沖序列的圖；圖5(a)是示出了被分成面積等于電流計(jì)視場(chǎng)(galvanometer field ofview)的矩形的晶片視圖，圖5(b)是圖5(a)的放大圖，示出了典型的電流計(jì)視場(chǎng)，其中，d1，d2，d3是孔結(jié)構(gòu)之間的距離；圖6是燒蝕深度與激光脈沖數(shù)之間的關(guān)系曲線；圖7是示出了使用多步激光工藝鉆通多層基片的連續(xù)層的圖；圖8是示出了在基片的兩面鉆孔而完成通孔的圖；圖9是示出了為獲得成型的孔內(nèi)側(cè)壁而從基片兩側(cè)進(jìn)行加工的多步激光加工工藝的圖；圖10、11和12是示出了激光鉆孔的光學(xué)參數(shù)的圖；圖13是示出了圍繞孔的區(qū)域的視圖，在孔上方置有散焦的激光束用于激光清潔；
圖14是本發(fā)明的光電元件基片的一組視圖；圖15是更詳細(xì)地示出基片頂面的透視圖；圖16和17是示出了用于光纖的V型槽的成形的圖；圖18是光纖的透視圖；圖19是更詳細(xì)地示出了孔的透視圖；圖20、21和22是示出了鉆出斜孔的圖；圖23(A)是示出了焊盤的常規(guī)位置和位于作為有源器件的芯片同一側(cè)的釬料球的圖；圖23(B)是示出了使用激光加工的孔結(jié)構(gòu)接近的晶片背面的焊盤和釬料球的重定位的圖；圖24是示出了有源器件的四個(gè)I/O點(diǎn)到位于晶片底部的公共地或公共電源點(diǎn)的連接的圖。
實(shí)施例描述對(duì)基片進(jìn)行加工而在基片上形成結(jié)構(gòu)，比如孔。對(duì)側(cè)壁的形態(tài)、結(jié)構(gòu)完整性和成份有良好的控制。而且，對(duì)所產(chǎn)生的碎屑數(shù)量和位置有非常良好的控制。而且，對(duì)于激光鉆孔來說，本發(fā)明提供了改善的通用性，其中可以以簡(jiǎn)單、有效的方式鉆盲孔、多層孔和斜孔。
在描述鉆孔機(jī)構(gòu)之前，給出激光脈沖參數(shù)，如下加工速度(Vmach)該參數(shù)定義為每秒內(nèi)可以鉆出的孔的數(shù)目。加工速度的單位是每秒的孔數(shù)目。通?？偸且鈭D優(yōu)化這一參數(shù)達(dá)到最高值，同時(shí)保持可接受的切割質(zhì)量。
孔切割時(shí)間(T_Delay)該參數(shù)定義為在給定的激光加工步驟中，電流計(jì)(galvo)保持在特定的孔位置上的時(shí)間。鉆出的孔的深度與T_Delay成正比。通常，為了在可接受的孔質(zhì)量的情況下獲得最高的加工速度(Vmach)，該參數(shù)被優(yōu)化至最低的可能值。對(duì)于孔的加工工藝來說，最佳的T_Delay將根據(jù)被加工材料的物理性能(比如材料的熱導(dǎo)率)、等離子體的擴(kuò)張/馳豫時(shí)間、孔之間的距離、孔的質(zhì)量、激光脈沖能量以及其他參數(shù)的不同而變化。較高的T_Delay通常會(huì)對(duì)孔結(jié)構(gòu)造成更大的熱損傷。
單脈沖周期(ΔtRR)該參數(shù)定義為脈沖序列的激光脈沖之間的時(shí)間間隔，且實(shí)質(zhì)上是激光重復(fù)頻率的倒數(shù)。
例如，對(duì)于45kHz的激光重復(fù)頻率，ΔtRR～22μs。
脈沖數(shù)(NT_Delay)該參數(shù)定義為在給定的激光加工步驟中，傳輸?shù)侥骋惶囟孜恢玫拿}沖數(shù)。T_Delay、ΔtRR、NT_Delay相互之間由下述公式表示T_Delay＝NT_Delay×ΔtRR這些參數(shù)在圖4中示出。
步驟數(shù)(NStep)該參數(shù)定義為將某一孔結(jié)構(gòu)加工到所需深度需要的步驟總數(shù)。步驟總數(shù)將決定被鉆孔的深度。
孔的密度(NVia/Field)該參數(shù)定義為在電流計(jì)掃描儀的容許工作視場(chǎng)內(nèi)孔的總數(shù)，NVia/Field在圖5中示出。
孔之間的距離(dVia)該參數(shù)定義為兩孔之間的距離，且通?？着c孔之間的距離是不同的，如圖3和圖5所示。
電流計(jì)的跳躍速度(J_Speed)該參數(shù)定義為在兩個(gè)孔結(jié)構(gòu)之間電流計(jì)移動(dòng)的速度，以米每秒(ms-1)的單位進(jìn)行測(cè)量。較高的J_Speed值會(huì)導(dǎo)致加工速度提高。
跳躍延遲(J_Delay)該參數(shù)定義為在移動(dòng)到新的孔位置后電流計(jì)的穩(wěn)定時(shí)間。如果J_Delay過小，由于電流計(jì)反射鏡穩(wěn)定隨后從一孔到下一孔的運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不足，會(huì)在孔周圍產(chǎn)生“尖峰”的激光線。然而，較長的J_Delay會(huì)導(dǎo)致較短的加工時(shí)間。較高的電流計(jì)跳躍速度(J_Speed)通常需要較高的跳躍延遲(J_Delay)，因此，為了在具有可接受的切割質(zhì)量的情況下獲得最高的加工速度，這兩個(gè)參數(shù)的優(yōu)化是非常重要的。
光學(xué)參數(shù)光束直徑光束直徑指的是激光空間強(qiáng)度剖面的直徑的1/e次方。在孔的加工過程中，孔的直徑是光束直徑的函數(shù)。光束直徑是一個(gè)可以通過選擇聚焦透鏡、掃描鏡頭，或光束望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行控制的變量。調(diào)整光束直徑是為了調(diào)整焦點(diǎn)處的功率密度值。
峰值功率密度(強(qiáng)度)該參數(shù)定義為單位面積的峰值功率，其中峰值功率是每秒的能量。
其中，E是以焦耳為單位的能量，Δt是單位為秒的脈寬，A是單位為平方厘米的面積，峰值功率密度的單位是瓦特每平方厘米。
能量密度 該參數(shù)定義為以焦耳為單位的能量(E)除以以平方厘米為單位的面積(A)。能量密度的單位是焦耳每平方厘米。
景深第二、第三和第四次諧波的YAG、YLF和釩酸鹽型激光器的聚焦光束的景深比多模式激光器和具有大M平方值的激光器的景深大。這主要是由于從YAG、YLF和釩酸鹽型激光器系統(tǒng)的空間輸出是高斯型的。大景深對(duì)厚晶片上孔的加工非常有利，通常晶片的厚度是這樣的，即它可以置于遠(yuǎn)離工作透鏡的固定距離處，而不需要重新定位來補(bǔ)償散焦作用。然而，在特定的情況下，為了改善孔內(nèi)壁的質(zhì)量或錐角，可能需要光束有一定的散焦。
通孔式微孔的成形參照?qǐng)D1，通過受控的激光脈沖3和/或受控的氣流4，對(duì)基片1鉆孔，其中孔側(cè)壁2上有絕緣層?；x為待加工的工件，可以包括但并不僅限于晶片和其他半導(dǎo)體、電子或光電器件。這種基片可以由單一材料或復(fù)合材料構(gòu)成，包括但不限于由單一材料或多種材料構(gòu)成的層狀結(jié)構(gòu)，且這些材料可以或不具有圖案。
將激光脈沖和氣流的控制組合或僅使用其中的一種工藝，將使孔的加工具有顯著減少的碎屑和顯著減輕側(cè)壁的熱損傷。例如，使用多步激光加工工藝可以生成光滑的、高質(zhì)量的內(nèi)壁表面以及低度的孔錐度，其中在一定的時(shí)間段內(nèi)，將受控?cái)?shù)目的激光脈沖(具有可變的脈沖間隔和脈沖能量)傳輸?shù)交?。這減少了對(duì)孔側(cè)壁的熱損傷，因此，產(chǎn)生了光滑的內(nèi)側(cè)壁。
激光控制器基于被加工材料的光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能，在基片材料中的加工深度以及所使用的激光類型，控制每個(gè)脈沖激光加工步驟中的激光脈沖能量、脈沖間隔以及脈沖數(shù)。
進(jìn)氣系統(tǒng)控制氣體環(huán)境。在一個(gè)實(shí)施例中，所述環(huán)境包括基片材料的光敏化蝕刻劑。選擇環(huán)境中的氧氣濃度，而在加工孔結(jié)構(gòu)的過程中保持恒定或變化，從而在激光加工過程中促進(jìn)氧化層在孔內(nèi)壁上的生長?？刂蒲鯕獾臐舛然蚝鯕怏w的濃度(例如，CO2)可以控制插入到在硅基片上加工的孔中的典型金屬互連件電絕緣所需氧化層的厚度。
參照?qǐng)D2，激光加工系統(tǒng)10包含電流計(jì)11和提供Q-開關(guān)的UV激光束13的遠(yuǎn)心透鏡12。所述光束13指向容納需鉆孔的晶片16的清潔腔室15的進(jìn)入窗口14。所述系統(tǒng)10包含進(jìn)氣口17和用于腔室15的真空抽氣管路18。所述腔室15安裝在X-Y轉(zhuǎn)換臺(tái)上。
激光進(jìn)入能夠承受高達(dá)10巴壓力的氣體反應(yīng)腔室15的窗口14。作為選擇，該腔室可以抽真空，直到0.1巴的典型壓力，以便在低于大氣壓力下進(jìn)行加工。不同的氣體通過一系列質(zhì)量流控制器17進(jìn)入腔室15中，質(zhì)量流控制器17可以控制腔室15中的相對(duì)氣體濃度，以便在靜態(tài)的氣體環(huán)境下進(jìn)行激光加工。并且，位于位于入口和真空出口管路上的質(zhì)量流控制器17和18可以控制不同氣體的流速，以便在非靜態(tài)的氣體環(huán)境下加工。
真空排氣管路18可以將腔室15抽真空到低于大氣壓力，并且還可以用于排出在激光加工過程中生成的廢氣產(chǎn)物。連接于真空管路的過濾器可以過濾不需要的廢物，并循環(huán)未使用的氣體。連接于腔室15的檢測(cè)器可以在激光加工過程中測(cè)量母氣以及生成的副產(chǎn)品的相對(duì)和絕對(duì)濃度。
通過改變用于加工單一孔結(jié)構(gòu)的多步驟工藝的不同步驟的激光脈沖能量和脈沖之間的間隔，可以獲得光滑的內(nèi)孔壁。這可以控制被加工基片上的熱負(fù)載，從而避免由于熱應(yīng)力造成的對(duì)孔側(cè)壁的過度損傷。
而且，在加工孔結(jié)構(gòu)的過程中，將氟化碳?xì)怏w(即CF4)引入到腔室15中減少了加工碎屑的產(chǎn)生，因?yàn)楣鈱W(xué)離解的氟有助于去除氣態(tài)形式的硅。在氣體反應(yīng)腔室內(nèi)在硅的低碎屑加工過程中使用的其他光敏氣體包括，但不僅限于含氯氟烴和鹵烴。
通過組合上述兩種工藝，可以獲得高質(zhì)量的孔。
在惰性氣體環(huán)境中，例如氦氣和氬氣，孔結(jié)構(gòu)的激光加工可以抑制氧化物在孔內(nèi)側(cè)壁的生長，用于需要非絕緣側(cè)壁的應(yīng)用場(chǎng)合。在加工過程中將氮?dú)庖氲綒怏w反應(yīng)腔室中可以使絕緣材料氮化硅在孔內(nèi)側(cè)壁上生長，用于需要非絕緣側(cè)壁的應(yīng)用場(chǎng)合。
激光加工后，在孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁上形成一層。該層是在激光加工過程中熔化的基片材料冷卻后重新凝固時(shí)形成的。通過適當(dāng)?shù)剡x擇氣體混合物、流速及其相對(duì)濃度，該層的化學(xué)計(jì)量、顯微結(jié)構(gòu)以及其他性能可以改變，從而生成具有最適于所需應(yīng)用場(chǎng)合的電學(xué)和/或光學(xué)性能的側(cè)壁。氣體混合物包括用于控制孔內(nèi)側(cè)壁上氧化物的生成的活性(例如，O2，CO2)+惰性氣體(例如，He，Ar)，用于控制氮化物在孔內(nèi)側(cè)壁的生長的氮?dú)?惰性氣體(例如，He，Ar)，用于控制氧化物和氮化物在孔內(nèi)側(cè)壁上的生長，且可以降低表面粗糙度并減少孔結(jié)構(gòu)內(nèi)外的碎屑的活性(例如，O2，CO2)或氮?dú)?蝕刻劑氣體(例如，含氯氟烴和鹵烴)。
多步驟的微孔加工圖3示出了多步驟孔加工策略的基本操作。在這種策略中，激光束在一個(gè)孔位置上停留預(yù)定的時(shí)間(即，T_Delay)，然后移動(dòng)到下一孔位置。完成了最后一個(gè)孔的切割后，激光束移回到第一孔位置。該工序再重復(fù)(NStep-1)次。所述多步驟方案的一個(gè)目的是減小孔內(nèi)的熱影響區(qū)(HAZ)，熱影響區(qū)被認(rèn)為有助于形成碎屑并降低孔側(cè)壁的質(zhì)量。而且，通過改變多步驟工藝的不同步驟的激光脈沖和光束性能，可以在每個(gè)步驟中有效地加工由不同材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。
加工速度(Vmach)加工速度作為其他激光工藝參數(shù)的函數(shù)，可以推導(dǎo)如下對(duì)于給定的電流計(jì)視場(chǎng)，如圖5所示。
對(duì)于一個(gè)孔，切割一個(gè)步驟所需的時(shí)間＝T_Delay＝NT_Delay×ΔtRR對(duì)于所有需要加工的孔，切割一個(gè)步驟所需的總時(shí)間(t1)＝NVia/Field×T_Delayt1＝NVia/Field×NT_Delay×ΔtRR對(duì)于一個(gè)切割步驟，電流計(jì)的總跳躍距離＝對(duì)于NVia/Field個(gè)孔來說電流計(jì)行進(jìn)的總距離(dvia)=Σi=1i=Nvia/fielddvia]]>
對(duì)于NVia/Field個(gè)孔來說，加工一個(gè)步驟所需的電流計(jì)總跳躍時(shí)間(t2)=Σi=1i=Nvia/fielddviaJ_Speed]]>對(duì)于NVia/Field個(gè)孔來說，加工一個(gè)步驟所需的電流計(jì)總設(shè)定時(shí)間(t3)＝J_Delay×Nvia/field對(duì)于NVia/Field孔來說，完成一個(gè)鉆孔步驟所需的總時(shí)間＝t1+t2+t3假定在所有工藝步驟中，所有光束參數(shù)保持不變，則在多步驟工藝中，對(duì)于一個(gè)電流計(jì)視場(chǎng)來說完成所有鉆孔步驟的總時(shí)間＝NStep×(t1+t2+t3)每秒所鉆的孔數(shù)(即加工速度或Vmach)=Nvid/fieldNStep×(t1+t2+t3)]]> 在上述公式(1.1)中，非常清楚地示出決定加工速度的其中一個(gè)非常重要的參數(shù)是NStep，即NStep越低，加工速度越高。因?yàn)樵谝欢ê穸鹊谋患庸げ牧仙?，加工孔需要的脈沖總數(shù)是恒定的，所以減小NStep的可能方法是在每個(gè)步驟中增加發(fā)射的脈沖數(shù)(NT_Delay)。然而，由于在每一時(shí)刻較高數(shù)目的脈沖照向每個(gè)孔，NT_Delay的增加可能會(huì)在孔結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生熱損傷。對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得在最佳孔質(zhì)量的情況下的最高加工速度。
公式(1.1)還表明，加工速度與J_Speed成正比，但是與J_Delay成反比。較高的J_Speed(較高的加工速度)要求更長的J_Delay(即，更長的電流計(jì)設(shè)定時(shí)間)，這將又降低總加工速度。對(duì)于給定的基片材料和激光器類型，對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最高的加工速度。
如公式(1.1)所示，確定加工速度的另一參數(shù)是激光重復(fù)頻率，即重復(fù)頻率越高，ΔtRR越低，因此加工速度越高。這可以理解為在更高的重復(fù)頻率下更多的脈沖傳輸?shù)娇咨希岣呖偟募庸に俣?。然而，以較高的重復(fù)頻率操作的激光脈沖會(huì)由于激光的自然特性產(chǎn)生較低的平均功率。而且，較高的重復(fù)頻率也會(huì)潛在地在側(cè)壁上引起更大的熱損傷，因?yàn)樵谳^短的時(shí)間內(nèi)較多的脈沖傳輸?shù)娇咨稀?duì)于給定類型的激光器，對(duì)這一參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以在具有最佳孔質(zhì)量的情況下，獲得最高的加工速度。
公式(1.1)還表明，加工速度與孔之間的總距離(即=Σi=1i=Nvia/fielddviaJ_Speed)]]>成反比，即所述距離越長，加工速度越低。作為本發(fā)明的一部分，已經(jīng)開發(fā)了軟件算法，從而對(duì)于電流場(chǎng)中給定的一組孔的分布，確定電流計(jì)行進(jìn)的最“有效”(即最短)距離，以獲得最高的可能加工速度。
示例1在以55kHz的激光重復(fù)頻率在15mm×15mm的電流計(jì)范圍內(nèi)鉆1000個(gè)孔的工藝中，在每個(gè)孔上使用兩個(gè)脈沖和50個(gè)加工步驟，跳躍速度為5m/sec，跳躍延遲為50μs。所有孔之間的總距離為～0.48米。
加工速度可以估計(jì)如下ΔtRR=155000=18.9μs=18.9×10-6sec]]>Nvia/field＝1000J_Speed＝5m/secJ_Delay＝50μs＝50×1016secNT_Delay＝2(對(duì)于每個(gè)步驟兩個(gè)脈沖的情況)NStep＝50Vmach=100050[(1000×2×18.19×10-6)+(0.485)+(50×10-6×1000)]]]>~110via/sec]]>
上述示例描述了特定的情況，其中激光脈沖參數(shù)在整個(gè)多步驟工藝中保持不變。然而，如果激光脈沖特性，例如，脈沖之間的間隔(ΔtRR)和每個(gè)步驟中的脈沖數(shù)(NT_Delay)在步驟與步驟之間改變，公式(1.1)的分母需要被每一步驟的t1、t2和t3的總和替換。
盲孔式微孔的成形通孔式微孔能使基片頂部和底部表面連通。然而，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，不需要孔結(jié)構(gòu)完全鉆通基片材料，因此制成盲孔。需要這種類型的孔的應(yīng)用示例是傳導(dǎo)層位于半導(dǎo)體內(nèi)或電介質(zhì)疊片內(nèi)，且必須鉆通部分晶片到達(dá)導(dǎo)體，而不損傷或破壞導(dǎo)體的情況。在鉆孔工藝的該具體示例中，金屬未受損傷并保持其整體性，在加工過程中生成的碎屑不會(huì)阻礙傳導(dǎo)路徑，且所述孔完全鉆通到金屬或半導(dǎo)體。
這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例如圖7所示。作為示例，頂層可以是厚度為Dx+dz的晶體硅，下面是厚度為c的一層銅，再下面是另一層硅。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，需要鉆一個(gè)向下到達(dá)金屬高度的孔，且不損傷金屬。在這種情況下，使用通常的孔加工參數(shù)將所述孔鉆到Dx的深度。為了鉆到金屬層，激光功率、重復(fù)頻率以及脈沖能量可以調(diào)節(jié)而以較低的速度去除厚度dz。這可以保證多余的能量不會(huì)擴(kuò)散到傳導(dǎo)金屬層中，且在金屬薄膜上保持清潔的接觸。另外，在有光敏蝕刻劑氣體存在的情況下和/或多步驟工藝中執(zhí)行這一加工工藝有助于所述工藝。
在另一個(gè)實(shí)施例中，要求鉆通銅，而不損壞下面的硅層。在這種情況下，重復(fù)上述的兩個(gè)步驟，然后再次改變激光鉆孔參數(shù)，從而鉆通銅層，且不會(huì)損壞下面的硅。
在另一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以是半導(dǎo)體、絕緣體(例如，聚合物、石英、玻璃)和/或金屬材料的堆疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)所述層，鉆孔參數(shù)(脈沖間隔、脈沖能量、平均功率、激光焦點(diǎn)尺寸等)可以調(diào)節(jié)，而確保最佳地加工通多層結(jié)構(gòu)的每一層。這樣，調(diào)節(jié)這些參數(shù)，確保缺陷，比如離層、熔化和碎屑最小化。
孔深度和形狀的控制當(dāng)穿過半導(dǎo)體鉆孔時(shí)，燒蝕深度隨激光脈沖次數(shù)呈對(duì)數(shù)增加。這種關(guān)系在圖6中針對(duì)硅大致示出?？傊?，在薄晶片上加工孔比在厚晶片上加工孔要快指數(shù)倍。如果鉆孔參數(shù)保持恒定，該數(shù)據(jù)是正確的。
上述觀測(cè)結(jié)果的第二影響是微孔的錐度取決于用于加工所述孔的激光參數(shù)。具體而言，是峰值功率和平均功率。
為了改善在基片較深部位的材料去除，調(diào)整激光參數(shù)是非常有利的，而可以使用具有更高峰值功率的脈沖。這種方案可以更有效地去除更深孔中的材料，且還可以控制微孔的錐度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所述孔可以通過首先在晶片的一側(cè)加工到深度d1，然后翻轉(zhuǎn)晶片，對(duì)準(zhǔn)位于晶片另一側(cè)的孔，鉆到深度d2，而鉆成深度為d1+d2的完整孔。該過程在圖8中示出。其效果是可以消除錐度，并可以保證頂部和底部的直徑相同，而且，因?yàn)檩^薄晶片(或減小深度的孔)的深度加工較快，所需脈沖總數(shù)明顯低于從一側(cè)鉆孔的情況。
本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及以圓形或具有特定偏移量的一系列同心圓來掃描光束。這種方法對(duì)于較大直徑的孔尤其有效，其中功率密度太低，而不能在直接象素孔的加工方案中有效。使用包括周圍氣氛控制和校正延遲的技術(shù)，可以極大地改善掃描的孔的質(zhì)量。而且，側(cè)壁的形態(tài)和成分可以以這種方式精確控制。最后，在深度方向上使用多個(gè)步驟，可以控制所述掃描孔的錐度而形成噴嘴。圖9中示出了這種方案的示意圖。這并不僅限于純圓形的孔。使用掃描光束加工工藝還可以加工橢圓孔型。
斜孔的成形除了直的通孔和盲孔以外，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是斜孔的成形。斜孔的優(yōu)點(diǎn)包括，將頂側(cè)晶片的凸起接頭移動(dòng)到晶片背面，減小了連接所需的頂側(cè)面積，以及能夠從頂側(cè)或底側(cè)連接到微加工的側(cè)壁結(jié)構(gòu)邊緣上一點(diǎn)而能夠與嵌入器件連接的能力。
以一定角度進(jìn)行微孔激光鉆孔的合理方案是使基片相對(duì)于光軸傾斜。實(shí)際上，這不容易實(shí)施，因?yàn)楹茈y保證透鏡和工作表面之間的恒定工作距離。這一距離只可以沿傾斜軸保持，且一側(cè)更靠近或遠(yuǎn)離焦點(diǎn)。在振動(dòng)時(shí)，所述傾斜將具有加寬了所述孔，而沒有片刻帶來任何優(yōu)選的角度。
在6″晶片上，小到10°的傾斜將在外圍導(dǎo)致26毫米的豎直位移，且在10mm的方形區(qū)域上，豎直位移會(huì)達(dá)到1.74mm，這明顯在幾乎最長的掃描透鏡的景深之外。
為了在這樣的情況下使用，需要在視場(chǎng)上進(jìn)行光束的自動(dòng)重新聚焦，以補(bǔ)償工作表面到掃描透鏡的不同的相對(duì)位移。這還可以根據(jù)加工地點(diǎn)到傾斜軸的距離，通過移動(dòng)晶片的垂直位置來實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用非遠(yuǎn)心透鏡形成傾斜的微孔。這種透鏡在圖10中示出。透鏡的直徑是D，視場(chǎng)的對(duì)角線為L。因?yàn)橥哥R是非遠(yuǎn)心的，所以發(fā)出的光束并不垂直于光軸(除非沿光軸時(shí)入射)，且最大的可用偏角為θ，即arctan((L-D)/2*WD)。對(duì)于典型工作距離為188mm的非遠(yuǎn)心F-theta透鏡來說，透鏡的直徑為90mm，視場(chǎng)的對(duì)角線為140mm，最大偏角為7.6°。
對(duì)于這種特定的透鏡，斜孔的可用范圍在0～7.6°之間。通過采用適當(dāng)?shù)耐哥R，可以實(shí)現(xiàn)1和14°之間的其他范圍。
可以獲得的角度范圍是由電流計(jì)的掃描角度和透鏡的規(guī)格決定的。為了控制角度，需要控制晶片相對(duì)于所述物場(chǎng)點(diǎn)的位置，在該物場(chǎng)點(diǎn)，所述光束相對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)法線角形成所述角。這可以通過與電流計(jì)和激光同步的X-Y工作臺(tái)定位系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。
鉆孔過程中的可變焦點(diǎn)變焦望遠(yuǎn)鏡由于F-theta透鏡的景深是有限的，孔的直徑可能隨穿過基片的延伸深度而變化，在某種程度上這是不希望的。為了減輕這種情況，在鉆孔過程中，可以使用具有調(diào)整焦點(diǎn)位置效果的變焦系統(tǒng)。這種系統(tǒng)使用與掃描透鏡結(jié)合的變焦望遠(yuǎn)鏡。這種望遠(yuǎn)鏡可以在5～50μm之間自動(dòng)調(diào)節(jié)焦點(diǎn)處的光斑尺寸。在圖11中示意地示出了這種光學(xué)結(jié)構(gòu)的示例。
望遠(yuǎn)鏡和掃描透鏡系統(tǒng)這樣構(gòu)成，即從望遠(yuǎn)鏡發(fā)出的光束得到調(diào)整而可以使掃描透鏡在其額定工作距離5毫米內(nèi)的任意位置聚集。這在圖12中示出。集成到加工環(huán)境中的自動(dòng)化和軟件控制，使得這種方法成為解決保證精確控制孔的縱橫比的一種非?？煽俊⒊墒斓慕鉀Q方案。它比鉆孔到一定深度，停止，通過調(diào)整電流計(jì)/掃描透鏡的位置手動(dòng)而改變焦點(diǎn)，然后完成所述孔更簡(jiǎn)單。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過將變焦望遠(yuǎn)鏡調(diào)整到可以獲得較寬的尺寸范圍的適當(dāng)設(shè)定值，可用的孔直徑可以介于5和200μm之間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，通過調(diào)節(jié)變焦望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)而在工件上產(chǎn)生不同的焦點(diǎn)位置，可以提高鉆孔速度，確保穿過所述孔體的穩(wěn)定的光斑尺寸。
在多步驟的工藝中，在每個(gè)可以精確控制孔型的加工步驟中，可以調(diào)節(jié)孔的直徑。
在另一個(gè)實(shí)施例中，通過使望遠(yuǎn)鏡散焦，入射光束可以放大到使入射密度低于工件的燒蝕閾值，但高于可以爆炸地清潔孔入口附近表面的清潔閾值的程度。這在圖13中示出。
在本發(fā)明的另一個(gè)式樣中，在最終的處理步驟，通過低功率的光束照入孔中且移動(dòng)側(cè)壁，可以清潔每個(gè)孔的側(cè)壁，因此可以去除隨屑并提高加工表面的質(zhì)量。
通過適當(dāng)調(diào)整主激光參數(shù)，比如，脈寬、脈沖能量和重復(fù)頻率、光束尺寸，以及發(fā)散度，可以控制孔的錐度。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是在多步驟工藝的每一個(gè)步驟中，控制晶片相對(duì)于光束腰部的垂直位置。在每個(gè)步驟中，相對(duì)于腰部的垂直位置的改變具有調(diào)整光束尺寸的作用。這類似于控制固定光束直徑的焦平面。
下述總結(jié)本發(fā)明的特征。
通過多步驟激光加工工藝在半導(dǎo)體和絕緣材料上生產(chǎn)高質(zhì)量的微孔結(jié)構(gòu)。
通過可以控制微孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁形態(tài)和材料成分的受控氣體環(huán)境，在半導(dǎo)體和絕緣材料上生產(chǎn)高質(zhì)量的微孔結(jié)構(gòu)。
通過受控的氣體環(huán)境和多步驟激光加工工藝在半導(dǎo)體和絕緣材料上生產(chǎn)高質(zhì)量的微孔結(jié)構(gòu)。
在每個(gè)加工步驟中，根據(jù)基片的光學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械性能，激光器類型以及在基片中的深度選擇激光脈沖能量、激光脈沖間隔，以及激光脈沖數(shù)目。
在激光加工過程中，為了促使受控的氧化物在微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上的生長，在氣體反應(yīng)腔室中使用受控量的氧氣或含氧氣體。
在激光加工過程中，為了抑制受控的氧化物在微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)壁上的生長，在氣體反應(yīng)腔室中使用受控量的惰性氣體。
一種在存在加工激光束時(shí)發(fā)生光學(xué)和熱學(xué)離解的氣體，生成作為被加工基片的蝕刻劑的副產(chǎn)品，從而可以實(shí)現(xiàn)微孔結(jié)構(gòu)的清潔加工，并減少微孔入口、出口以及內(nèi)壁上的隨屑。
一種與激光的副產(chǎn)品自然地反應(yīng)的氣體，促使材料去除，避免反應(yīng)物沉積。
多步驟激光加工工藝用于控制基片材料的熱負(fù)荷，從而避免在微孔內(nèi)壁上產(chǎn)生裂紋和損傷的熱沖擊。
直徑超過100微米的微孔結(jié)構(gòu)通過以包含一系列同心圓的方式掃描的激光束加工。
直徑超過100微米的微孔結(jié)構(gòu)通過保持在基片表面上固定位置的激光束加工。
在加工微孔結(jié)構(gòu)的過程中，為了限定內(nèi)側(cè)壁的輪廓，使用自動(dòng)光束望遠(yuǎn)鏡改變激光束的焦點(diǎn)尺寸。
在加工了微孔結(jié)構(gòu)后，激光束的焦點(diǎn)尺寸增大，從而可以激光清潔圍繞微孔入口的基片表面上的碎屑區(qū)域。
在加工微孔結(jié)構(gòu)的過程中，通過調(diào)節(jié)自動(dòng)光束望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)，從而控制微孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)壁輪廓，使激光焦點(diǎn)掃描穿過基片材料。
通過使晶片相對(duì)于光束傾斜可以以銳角鉆出傾斜的微孔結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用非遠(yuǎn)心透鏡相對(duì)于基片表面以銳角鉆出微孔，因此可以接近基片內(nèi)的器件，從而可以允許層狀元件結(jié)構(gòu)，且還允許元件更緊密的幾何定位。
從位于基片一側(cè)的公共入口到基片內(nèi)相同或不同深度或到底部加工一系列傾斜的微孔結(jié)構(gòu)，這樣，在微孔結(jié)構(gòu)中插入傳導(dǎo)材料之后，可以利用位于基片表面的公共點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基片上的多點(diǎn)電連接。
從基片一側(cè)加工一系列傾斜的微孔結(jié)構(gòu)，而連接于基片內(nèi)部或另一側(cè)的公共點(diǎn)，這樣，在微孔結(jié)構(gòu)中插入傳導(dǎo)材料之后，可以利用基片內(nèi)或基片其他位置的公共點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基片表面上的多點(diǎn)電連接。
穿過基片鉆孔，使基片的相對(duì)側(cè)電互連。
鉆通孔或盲孔，以有助于熱接觸和散熱。
所述基片是硅材料，且絕緣襯里是SiO2。
激光束具有在VIS-UV范圍內(nèi)的波長。
本發(fā)明的應(yīng)用示例近年來，集成電子元件的生產(chǎn)已經(jīng)有了巨大的發(fā)展。然而，因?yàn)閷?duì)于元件定位的機(jī)械要求，比如波導(dǎo)、光源和檢測(cè)器，光學(xué)元件生產(chǎn)的自動(dòng)化已經(jīng)無法在任何明顯的程度上實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)化這類元件的制造性的裝置結(jié)構(gòu)。
例如，光學(xué)元件可以通過以下步驟生產(chǎn)提供基片；使用激光束在基片上蝕刻溝槽；在溝槽中安裝光學(xué)器件。
所述方法還包含激光鉆孔的步驟來設(shè)置導(dǎo)電體。另外，加工相對(duì)于基片表面以一定角度鉆出的斜孔，以便接近基片內(nèi)的器件的能力可以提供層狀的元件結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于在晶片或基片一側(cè)的多個(gè)接觸焊盤可以連接于晶片或基片另一側(cè)的單個(gè)焊盤或溝槽中。如上所述，所述系統(tǒng)可以在孔內(nèi)形成Si/SiO2或其他絕緣襯里。
參照?qǐng)D14和15，示出了用于光學(xué)元件的基片101。所述基片是硅光具座(SiOB)?；?01包含V型槽102和用于光源以及相應(yīng)的珀?duì)柼?Peltier)熱控制元件的溝槽103和104。激光鉆出的傾斜微孔105可以到達(dá)溝槽，用于電連接。激光鉆孔還用于產(chǎn)生安裝孔106。而且，穿過基片鉆有通孔(未示出)，用于實(shí)現(xiàn)從一側(cè)到另一側(cè)的電訪問。
在附圖中，光纖由標(biāo)記10表示，其中，有芯部111和覆層112。所述蝕刻過程在圖17中示出，其中示出了斑點(diǎn)的花樣116。
使用成角度(傾斜)的孔可以敷設(shè)分層的元件，其中元件一個(gè)放在另一個(gè)上，同時(shí)仍然保持所需的電接觸。這可以增加元件的密度。一種結(jié)構(gòu)是將電路置于基片表面上，而光學(xué)器件在基片內(nèi)。
激光鉆孔的一方面是通過適當(dāng)控制鉆孔參數(shù)和氣體，例如氧氣，在內(nèi)部產(chǎn)生絕緣襯里。這樣，填充到孔中的釬料與周圍的半導(dǎo)體材料絕緣，且不需要添加分立的絕緣襯里。絕緣襯里的厚度可以通過適當(dāng)控制激光參數(shù)和氣體環(huán)境來控制。在一個(gè)實(shí)施例中，激光束是UV或可見光，例如，355nm/266nm的UV系統(tǒng)和532nm的綠色激光系統(tǒng)，且重復(fù)頻率高于1kHz。
參照?qǐng)D20到22，其中示出了鉆斜孔的方法。如圖20和21所示，使用非遠(yuǎn)心透鏡引導(dǎo)從電流計(jì)激光頭的輸出。
參照?qǐng)D22，另一種方法是使用傾斜的工作臺(tái)傾斜適當(dāng)?shù)慕嵌?。這是必須的，可以調(diào)整晶片的高度，保證景深適當(dāng)。然而，如果晶片可在形成孔的特定點(diǎn)附近傾斜，則不必調(diào)整高度。即，所需的深度變化僅是從孔到傾斜點(diǎn)的距離乘以90°減去孔的所需角度的正弦。
再次參照?qǐng)D14到19，斜孔的入口在晶片頂上，且出口在放置激光器的腔室中。激光器在其可以電連接的一側(cè)。位于激光器下方的腔室用作熱敏電阻，且整個(gè)系統(tǒng)置于珀耳帖器件(peltier)上。所述激光器置于腔室中，然后將適當(dāng)?shù)碾姴牧现糜跍喜壑?，確保與激光安全清潔的接觸，且不會(huì)對(duì)其造成損壞?！敖拥亍睖喜劭梢灾糜谇皇业挠覀?cè)，其中適當(dāng)?shù)碾姴牧现瞥捎兄诒３旨す馄骰姆€(wěn)定。
用于鉆孔和蝕刻的激光源是二次和更高次諧波頻率的固態(tài)激光器，在高脈沖能量和納秒脈寬下運(yùn)行?？梢允褂幂^短的脈寬激光器實(shí)施本發(fā)明，但是本發(fā)明高生產(chǎn)量的中心是激光器必須以非常高的重復(fù)頻率運(yùn)行。
下述是本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)特征。
通過使用例如Nd:Yag三倍和四倍頻激光器激光燒蝕在集成光學(xué)芯片(IOC)上形成的V形槽用于光纖排列。在目標(biāo)為SiOB的情況下，355nm和266nm尤其有用。在使用LiNbO3和絕緣基片的情況下，266nm(或四次諧波)的激光器是優(yōu)選選擇。
通過激光燒蝕形成的用于排列和/或容納例如激光二極管芯片或發(fā)光二極管芯片的元件狹縫或溝槽，表示了盲孔的示例。
通過激光燒蝕在集成光學(xué)芯片(IOC)上形成通孔，可以實(shí)現(xiàn)從晶片一側(cè)到另一側(cè)的電接觸。
通過激光燒蝕形成斜孔或具有角度的通孔，其中所述孔通常開始于晶片頂部(或底部或側(cè)部)，且出口在溝槽中，可以使置于溝槽中的特定元件實(shí)現(xiàn)精確的電連接。在硅的情況下，使用特定的一組激光參數(shù)，孔的側(cè)壁成分可以得到控制，而由玻璃態(tài)的二氧化硅組成。這種氧化物的成分和結(jié)構(gòu)還可以通過存在或缺乏氣體以及激光參數(shù)來進(jìn)一步控制。例如從燒蝕反應(yīng)中去除氧氣將降低SiO2的含量。
在另一個(gè)實(shí)施例中，微孔可以形成光波導(dǎo)的穿透連接。所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)由覆層和芯部區(qū)域限定。在該示例中，覆層部分上是由控制激光加工參數(shù)和氣體環(huán)境，而使內(nèi)孔側(cè)壁上形成玻璃狀層形成的。光波導(dǎo)可以通過用適當(dāng)?shù)木哂凶銐蚋咄该鞫鹊乃芰匣虿ＡР牧咸畛渌隹仔纬桑瑥亩纬晒獠▽?dǎo)通孔。
本發(fā)明的應(yīng)用示例斜孔可以用于縮小芯片的尺寸，尤其是在芯片包含有源器件且焊盤位于同一側(cè)，以及具有被焊盤和器件利用的芯片面積相當(dāng)?shù)那闆r下。在這些情況下尤其有意義，其中，所述器件具有數(shù)量較少的I/O連接，但仍然適用于具有大量I/O連接的芯片，其中在芯片邊緣包含大部分焊盤(邊緣引線的芯片)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述器件在芯片一側(cè)，其位置大致在芯片表面中心(參見圖23)。所述I/O連接分布在該器件上。從器件上的接觸位置鉆孔，直到一系列焊盤。如圖23A所示，代替使用從器件向外延伸到芯片邊緣的焊盤，所述孔被金屬化(或形成傳導(dǎo)路徑)，且所述焊盤在芯片背側(cè)形成，如圖23B所示?？椎慕嵌瓤梢允笽/O從始至終位于芯片背側(cè)的中心，從而可以實(shí)現(xiàn)芯片背側(cè)表面的分布均勻。
既然所述器件是晶片前側(cè)的唯一特征，則芯片尺寸可以顯著降低(減少了在先前被焊盤占據(jù)的區(qū)域)。這不僅可以實(shí)現(xiàn)較小的芯片和較小的封裝尺寸，還可以在晶片制造過程中，在同一晶片上生成更多的芯片。雖然在這些優(yōu)點(diǎn)中，首要的是產(chǎn)品的特征優(yōu)點(diǎn)(較小的芯片，在最終器件中浪費(fèi)的面積較小)，后者具有顯著降低制成這些器件的晶片制造過程中產(chǎn)生的制造成本的潛力(同樣數(shù)量的芯片可以由更少的晶片制成)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，具體到這一示例，所述孔不必傾斜，尤其是當(dāng)僅有少量來自有源器件的I/O連接時(shí)。在這種情況下，可以從器件上的接觸點(diǎn)加工直孔，穿透到達(dá)芯片背側(cè)的焊盤。在芯片邊緣的孔將連接于芯片底側(cè)的焊盤，它們可以朝向芯片的中心形成圖案，這樣，可以從芯片頂部到底部保持有源器件的占有區(qū)域，因此，仍然可以增加晶片前側(cè)的有源器件的數(shù)量。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，斜孔對(duì)于在芯片上重新分布I/O連接非常有用。在典型的凸起芯片中，約三分之一的I/O連接是接電源或接地。當(dāng)這些引線引出封裝外時(shí)，所有的地連接在一起，且所有電源引線也相連。只有信號(hào)引線需要保持獨(dú)立。這樣，斜孔可以實(shí)現(xiàn)一種全新的方案。當(dāng)晶片背側(cè)凸起時(shí)，所述地和/或電源引線可以連接到焊盤本身。在這種技術(shù)中，斜孔從凸起相對(duì)于其軌跡平面內(nèi)元件(參見圖24)指向不同的方向。這樣，晶片背側(cè)的一個(gè)凸起可以連接到位于晶片前面的多個(gè)接觸點(diǎn)(例如可以一個(gè)焊盤用于四個(gè)接地點(diǎn))。
本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例，可以在結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)上加以變化。
權(quán)利要求
1.一種包含激光源和光束傳輸系統(tǒng)的激光加工系統(tǒng)，所述光束傳輸系統(tǒng)包含控制由激光源產(chǎn)生的激光束而向基片傳輸?shù)难b置，其特征在于所述系統(tǒng)還包含進(jìn)氣系統(tǒng)，該進(jìn)氣系統(tǒng)包含在加工地點(diǎn)周圍形成受控的氣體環(huán)境的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制光束脈沖參數(shù)和氣體環(huán)境而在基片上鉆孔的裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含根據(jù)被加工材料的光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能，控制激光脈沖能量、激光脈沖間隔和脈沖數(shù)目的裝置。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境中的氧氣比例，以控制、避免或促進(jìn)作為襯里的氧化物生長的裝置。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境中的氮?dú)獗壤?，以控制或避免襯里中氮化物生長的裝置。
6.如權(quán)利要求1至3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含在氣體環(huán)境中提供受控量的惰性氣體的裝置。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含將一種氣體引入到氣體環(huán)境中的裝置，其中該氣體具有在激光束存在時(shí)離解的性質(zhì)，而形成基片的蝕刻劑或反應(yīng)物。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境，而在基片上獲得清潔的加工壁的裝置。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境，在基片的加工壁面上獲得所需的光潔度的裝置。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制氣體環(huán)境，增強(qiáng)從加工地點(diǎn)和位置去除碎屑，或減少產(chǎn)生的碎屑量的裝置。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含控制脈沖參數(shù)，將對(duì)基片的熱損傷降低到最小的裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于所述激光脈沖在時(shí)間上是不均勻間隔的。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含非遠(yuǎn)心透鏡，以及相對(duì)于法線成一角度通過所述透鏡傳輸激光束而鉆出斜孔的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含變化斜孔的入口到光束光軸的距離，設(shè)定斜孔的斜度的裝置。
15.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在基片上鉆孔，并根據(jù)當(dāng)前孔深動(dòng)態(tài)改變激光束參數(shù)的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在任何特定深度根據(jù)基片材料改變激光束參數(shù)的裝置。
17.如權(quán)利要求15或16所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含為了獲得所需的孔的幾何形狀，隨深度改變激光束參數(shù)的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，所述改變裝置包含改變激光束參數(shù)鉆出盲孔的裝置。
19.如權(quán)利要求15或17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含為了在基片的入口和出口點(diǎn)獲得受控的孔直徑，隨深度改變激光束參數(shù)的裝置。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其特征在于所述改變裝置包含通過改變激光重復(fù)頻率、脈沖能量和脈沖峰值功率而控制所述入口和出口之間錐形斜度的裝置。
21.如權(quán)利要求15至20任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述改變裝置包含改變焦點(diǎn)尺寸以控制內(nèi)孔形狀的裝置。
22.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含望遠(yuǎn)鏡，以及用于調(diào)節(jié)所述望遠(yuǎn)鏡而設(shè)定或動(dòng)態(tài)改變光束直徑、焦平面和景深，以提供所需的孔幾何形狀的裝置。
23.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含分多道工序加工所述基片的裝置，其中每一道工序加工到某一程度，去除一部分材料。
24.如引用權(quán)利要求22時(shí)的權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間調(diào)節(jié)所述望遠(yuǎn)鏡的裝置。
25.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在鉆孔后，為了清除孔周圍的基片表面上的碎屑而增大焦點(diǎn)尺寸的裝置。
26.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)和光束傳輸系統(tǒng)包含控制激光脈沖發(fā)生和氣體環(huán)境，而在半導(dǎo)體基片上鉆出的孔內(nèi)提供受控的絕緣襯里的裝置。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于所述基片為Si材料，所述襯里為SiO2。
28.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含密封的腔室，將氣體輸送到所述腔室的裝置和從所述腔室中抽取氣體的裝置。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于所述腔室包含對(duì)激光束來說透明的窗口。
30.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含將鹵化氣體送入氣體環(huán)境中以去除氣態(tài)碎屑的裝置。
31.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)氣系統(tǒng)包含為除去氣態(tài)和顆粒形式的碎屑而控制氣流的裝置。
32.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包含翻轉(zhuǎn)基片的裝置，并且所述光束傳輸系統(tǒng)包含在基片反面的對(duì)準(zhǔn)位置鉆孔而完成通孔的裝置。
33.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制光束脈沖發(fā)生參數(shù)和氣體環(huán)境的裝置，以鉆出具有適于用作電絕緣襯里的孔。
34.如權(quán)利要求1至29任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含控制光束脈沖發(fā)生參數(shù)和氣體環(huán)境的裝置，以鉆取具有適于用作光波導(dǎo)覆層襯里的孔。
35.一種使用前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)加工基片或工件的方法。
36.一種激光加工方法，包含將激光束傳輸?shù)交霞庸せ牟襟E，其特征在于在加工位置周圍提供氣體環(huán)境；激光束是脈沖的；所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，從而加工所述基片，在基片上獲得所需的性能。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于激光脈沖能量、激光脈沖間隔和脈沖數(shù)根據(jù)基片的光學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能加以控制。
38.如權(quán)利要求36或37所述的方法，其特征在于氣體環(huán)境中氧氣和氮?dú)獾臐舛仁艿娇刂?，以控制或抑制作為孔襯里的氧化物或氮化物的生長。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于受控量的惰性氣體引入到氣體環(huán)境中。
40.如權(quán)利要求36至39任一所述的方法，其特征在于具有在激光束存在時(shí)離解特性的氣體引入到氣體環(huán)境中，并且離解的氣體蝕刻基片。
41.如權(quán)利要求36至40任一所述的方法，其特征在于所述加工是鉆孔，且激光束參數(shù)根據(jù)當(dāng)前的孔深動(dòng)態(tài)變化。
42.如權(quán)利要求36至41任一所述的方法，其特征在于所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，而形成電絕緣的襯里，并且所述方法包含使用導(dǎo)電性材料填充孔，而在基片中形成導(dǎo)電體的另外步驟。
43.如權(quán)利要求36至41任一所述的方法，其特征在于所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，而形成光學(xué)不透明的襯里，并且所述方法包含使用透光材料填充孔，而在基片中利用作為覆層的襯里形成光學(xué)波導(dǎo)的另外步驟。
44.如權(quán)利要求36至41任一所述的方法，其特征在于所述激光束和氣體環(huán)境受到控制，而形成熱傳導(dǎo)路徑，并且所述方法包含使用熱傳導(dǎo)材料填充孔，而在基片中形成熱傳導(dǎo)路徑的另外步驟。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于所述方法包含將散熱器連接到位于孔中的熱傳導(dǎo)材料上的另外步驟。
46.一種激光加工系統(tǒng)，包含激光源，和包含用于控制由激光源產(chǎn)生的激光束向基片傳輸而加工基片的光束傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含向基片傳輸脈沖激光束的裝置；所述光束傳輸系統(tǒng)包含在多個(gè)加工地點(diǎn)將基片加工至不完整階段，并在所述地點(diǎn)加工至少一道后續(xù)工序的裝置，其中，在其他地點(diǎn)加工一道工序時(shí)，在任何地點(diǎn)的加工之間存在延遲。
47.如權(quán)利要求46所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間改變光束傳輸參數(shù)的裝置。
48.如權(quán)利要求47所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間根據(jù)一道工序的基片層材料改變光束傳輸參數(shù)的裝置。
49.如權(quán)利要求47或48所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間根據(jù)加工地點(diǎn)所需的基片形狀改變光束傳輸參數(shù)的裝置。
50.如權(quán)利要求46至49任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)，以使基片熱損傷減少到最小程度的裝置。
51.如權(quán)利要求46至50任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)，以減少碎屑沉積的裝置。
52.如權(quán)利要求46至51任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)，以在加工地點(diǎn)獲得所需的基片幾何形狀的裝置。
53.如權(quán)利要求46至52任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含在工序之間控制光束傳輸參數(shù)而在基片上鉆多個(gè)孔的裝置。
54.如權(quán)利要求46至53任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包含翻轉(zhuǎn)基片的裝置，所述光束傳輸系統(tǒng)包含在對(duì)準(zhǔn)基片反面的加工地點(diǎn)加工基片，以加工單一形狀的裝置。
55.如權(quán)利要求46至54任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光束傳輸系統(tǒng)包含控制光束傳輸參數(shù)，以加工基片并在經(jīng)過加工地點(diǎn)形成電絕緣襯里的裝置。
56.如權(quán)利要求44至55任一所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還具有進(jìn)氣系統(tǒng)，其中在后續(xù)工序之間可以改變氣體和氣體參數(shù)。
57.如權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包含進(jìn)氣系統(tǒng)，該進(jìn)氣系統(tǒng)變化在加工地點(diǎn)周圍提供受控的氣體環(huán)境的裝置，并且所述光束傳輸系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)包含在一道工序中有或沒有周圍氣體的情況霞在基片上加工成形，以及在所述地點(diǎn)沒有周圍氣體的情況霞在加工地點(diǎn)加工而形成絕緣襯里的裝置。
58.一種激光加工方法，該方法包含將激光束傳輸?shù)交霞庸せ牟襟E，其中所述光束在一道中工序傳輸?shù)交系亩鄠€(gè)地點(diǎn)，隨后在同樣的地點(diǎn)以至少一個(gè)后續(xù)工序鉆孔，從而完成每個(gè)地點(diǎn)的加工。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于在每個(gè)地點(diǎn)鉆孔。
60.如權(quán)利要求58或59所述的方法，其特征在于光束的傳輸受到控制，而在每一地點(diǎn)加工成形且在每一地點(diǎn)的基片壁上形成電絕緣襯里。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其特征在于在加工地點(diǎn)提供受控的氣體環(huán)境，以有助于襯里以受控的方式生長。
62.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于所述系統(tǒng)可以氣體和氣體參數(shù)可以在后續(xù)工序之間變化的方式使用。
63.一種激光加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含激光源、和包含用于控制由激光源產(chǎn)生的激光束向基片傳輸而加工基片的光束傳輸系統(tǒng)，其中所述光束傳輸系統(tǒng)包含以一定角度向基片傳輸脈沖激光束而鉆出斜孔的裝置。
64.一種激光加工方法，該方法包含將激光束傳輸?shù)交隙庸せ牟襟E，其中所述激光束是脈沖的，且所述光束以一定角度傳輸而鉆出斜孔。
65.如權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于鉆出所述孔而使基片上的層互連。
66.如權(quán)利要求64或65所述的方法，其特征在于鉆出所述孔而與將安裝在基片上的元件引線相適應(yīng)。
67.如權(quán)利要求64至66任一所述的方法，其特征在于鉆出多個(gè)互連的孔。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，其特征在于鉆出所述孔而在基片表面互連。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于鉆出所述孔而在基片內(nèi)互連，且每個(gè)孔在基片表面具有獨(dú)立的開口。
70.一種激光加工方法，包含將激光束傳輸?shù)交隙庸せ牟襟E，其中所述激光束是脈沖的，且傳輸?shù)交隙诨香@孔，且所述方法包含使用導(dǎo)熱性材料填充所述孔而形成導(dǎo)熱體的另外步驟。
71.如權(quán)利要求70所述的方法，其特征在于所述方法包含將散熱器連接于導(dǎo)熱材料的另外步驟。
72.如權(quán)利要求71所述的方法，其特征在于所述方法包含靠近所述孔鉆出另一孔，并使用導(dǎo)電性材料填充所述另一孔，并使電元件連接于所述導(dǎo)電材料的另外步驟。
73.如權(quán)利要求70至72任一所述的方法，其特征在于所述孔為盲孔。
74.如權(quán)利要求70至73任一所述的方法，其特征在于以可以使基片一側(cè)的多個(gè)孔接觸點(diǎn)到達(dá)基片另一側(cè)的一個(gè)接觸點(diǎn)的幾何形狀形成所述斜孔。
75.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于合并多個(gè)電源輸入端和輸出端或多個(gè)接地輸入端和輸出端，以減少輸入端和輸出端的數(shù)目。
76.如權(quán)利要求70或72所述的方法，其特征在于所述斜孔用于通過連接焊盤置于芯片背面來減小器件的尺寸。
77.如前述任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)或方法，其特征在于所述激光源是固體二極管泵激激光器。
78.如權(quán)利要求77所述的系統(tǒng)或方法，其特征在于所述激光器是多頻固態(tài)激光器。
79.如權(quán)利要求77所述的系統(tǒng)或方法，其特征在于所述激光器是固態(tài)激光器，其中的激光介質(zhì)是基質(zhì)雜質(zhì)類型，其中，基質(zhì)是YAG、YIF、釩酸鹽。
80.如權(quán)利要求77所述的系統(tǒng)或方法，其特征在于所述激光重復(fù)頻率范圍介于1kHz到200kHz之間。
81.如權(quán)利要求77所述的系統(tǒng)或方法，其特征在于所述激光脈寬小于200ns。
82.如權(quán)利要求77所述的系統(tǒng)或方法，其特征在于所述激光脈寬小于10ns。
全文摘要
基片(16)加工形成例如孔。基片位于氣體環(huán)境受到控制的腔室(15)內(nèi)。傳輸控制參數(shù)，比如激光脈沖參數(shù)的加工激光束(13)，以獲得所需的效果。氣體環(huán)境可以得到控制，以控制孔的絕緣襯里的整體生長，從而不再需要后續(xù)的蝕刻和氧化物生長步驟。而且，可以以多道工序進(jìn)行加工，以使熱損傷最小，且獲得其它所需的效果，比如特定的孔的幾何形狀。
文檔編號(hào)B23K26/14GK1561277SQ02808891
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月22日
發(fā)明者愛德里安·鮑耶爾, 麥戈漢·翁納哥, 沃爾什·吉莉安, 馬赫·凱亞·沃恩 申請(qǐng)人:?？速悹柤夹g(shù)有限公司