專利名稱：激光微加工及其方法和系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
電子器件制造者繼續(xù)要求降低成本增加性能。為了滿足這些要求，必須更有效地更接近公差地制造包括各種電子器件的元件。
激光微加工是一種通用的用于可控地選擇地除去材料的生產(chǎn)方法。不過(guò)，現(xiàn)有的激光微加工技術(shù)受到若干個(gè)缺點(diǎn)的限制，例如在其生產(chǎn)的切口上的均勻性不夠，以及當(dāng)激光在襯底的較深處切割時(shí)去除速度的改變。其它激光微加工技術(shù)一直試圖解決這些問(wèn)題，但是對(duì)于生產(chǎn)技術(shù)是不實(shí)際的。
因而，本發(fā)明旨在提供一種利用激光對(duì)各種襯底進(jìn)行微加工的快速而經(jīng)濟(jì)的方法。


在所有附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的結(jié)構(gòu)和元件。
圖1表示按照一個(gè)示例的實(shí)施例的印刷墨盒的透視圖；圖2表示按照本發(fā)明的一個(gè)示例的實(shí)施例的印刷墨盒的一部分的截面圖；圖3表示按照一個(gè)示例的實(shí)施例的打印頭的頂視圖；圖4表示按照一個(gè)示例的實(shí)施例的激光加工設(shè)備的正視圖；圖5a-c表示按照本發(fā)明的一個(gè)示例的實(shí)施例的襯底的截面圖；圖6a-6b表示按照一個(gè)示例的實(shí)施例的襯底的截面圖；圖7a-7b表示按照一個(gè)示例的實(shí)施例的襯底的截面圖；以及圖8表示按照一個(gè)示例的實(shí)施例的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面說(shuō)明的實(shí)施例屬于利用激光對(duì)襯底進(jìn)行微加工的系統(tǒng)和方法。激光微加工是一種通用的用于可控地選擇地除去材料的生產(chǎn)方法。在本發(fā)明的實(shí)施例中，激光微加工包括例如通過(guò)鉆加工和三維加工在各種襯底材料上進(jìn)行切割、開(kāi)槽、切塊和單一化(singulating)。這可以包括局部地或完全地通過(guò)襯底的厚度對(duì)于結(jié)構(gòu)進(jìn)行的加工。
在一個(gè)示例的實(shí)施例中，激光微加工工藝?yán)眉す鈾C(jī)，激光機(jī)可以在一個(gè)開(kāi)放的周圍環(huán)境中產(chǎn)生用于激勵(lì)或者用于除去襯底材料的激光束。所述激勵(lì)可以包括熔化，蒸發(fā)，剝落，相爆炸與/或熔化等處理。在一些實(shí)施例中，激勵(lì)可在圍繞激光束和與激光束接觸的襯底材料的界面區(qū)域內(nèi)發(fā)生。在其它的實(shí)施例中，激勵(lì)過(guò)程的效率可以通過(guò)對(duì)界面區(qū)域施加含鹵的輔助氣體改善。輔助氣體可以通過(guò)把輔助氣體引向界面區(qū)域的氣體供應(yīng)噴嘴來(lái)提供。在一些實(shí)施例中，輔助氣體可以和被激勵(lì)的襯底材料反應(yīng)而形成更容易被除去與/或消散的化合物。借助于對(duì)界面區(qū)域施加輔助氣體，可以改善激光加工工藝的速度和效率而不需要在受控的條件下操作。一種示例的激光加工設(shè)備在開(kāi)放的空氣環(huán)境中操作，而不需處理室或其它的保存容器，因此，非常適用于生產(chǎn)技術(shù)。
激光加工處理的一個(gè)示例的實(shí)施例將針對(duì)在襯底中形成槽的情況進(jìn)行說(shuō)明。這種槽可用于流體饋入槽。在一個(gè)示例的實(shí)施例中，含有流體饋入槽的襯底可被包括在打印頭或其它的流體噴射器件中。作為在打印頭中通用的器件，襯底可以包括半導(dǎo)體襯底，其具有包括在所述襯底內(nèi)并由所述襯底支撐著的微電子電路。在一個(gè)示例的實(shí)施例中，流體饋入槽使流體例如油墨能夠被提供給在打印頭內(nèi)的噴射室中包含的流體噴射元件。流體噴射元件通常包括加熱電阻，其對(duì)油墨加熱，從而使噴射室中的壓力增加。所述油墨的一部分可以通過(guò)加熱噴嘴排出，排出的油墨由通過(guò)油墨供給槽提供的油墨代替。
雖然這里包括的示例的實(shí)施例針對(duì)提供用于噴墨印刷機(jī)中的小片進(jìn)行說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到并且應(yīng)當(dāng)理解，這里所述的技術(shù)可以應(yīng)用于其中需要對(duì)襯底進(jìn)行微加工的其它應(yīng)用。例如，所述的實(shí)施例可用于快速而高效地切割半導(dǎo)體芯片成為單片。
下面所述的各種元件可能不精確地說(shuō)明其有關(guān)的尺寸。而且，給出的附圖也只是示意地表示這里所述的各個(gè)有創(chuàng)造性的原理。
示例產(chǎn)品圖1表示一個(gè)示例的印刷墨盒142。所述印刷墨盒由打印頭144和墨盒本體146構(gòu)成。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，還有另外其它的示例的結(jié)構(gòu)。
圖2表示沿圖1的線a-a取的示例的印刷墨盒142的一部分的截面圖。其表示墨盒本體146，其中含有油墨202，用于供給打印頭144。在這個(gè)實(shí)施例中，印刷墨盒被構(gòu)成用于向打印頭供應(yīng)單色油墨，但是其它的示例的結(jié)構(gòu)可以供應(yīng)多色與/或黑色油墨。提供了許多不同的油墨饋給槽，其中以204a，204b，204c表示3個(gè)示例的槽。其它示例的實(shí)施例可以利用或多或少的油墨饋給槽。一些示例的實(shí)施例可以劃分油墨供應(yīng)，使得每3個(gè)油墨饋給槽204a-204c接收一個(gè)單獨(dú)的油墨供應(yīng)。
各個(gè)油墨饋給槽通過(guò)襯底206的部分。在一些實(shí)施例中，硅可以是合適的襯底。在一些這樣的實(shí)施例中，襯底206包括晶體襯底，例如單晶硅或多晶硅襯底。其它合適的襯底的例子包括砷化鎵、玻璃、二氧化硅、陶瓷或半導(dǎo)體材料。襯底可以具有各種構(gòu)型，如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那樣。在這個(gè)示例的實(shí)施例中，所述襯底包括一個(gè)底層，此處表示為硅襯底208。
硅襯底具有第一表面210和第二表面212。在硅襯底的上方設(shè)置有獨(dú)立可控的油墨活化元件或加熱元件，在本實(shí)施例中，所述加熱元件包括加熱電阻214。在這個(gè)示例的實(shí)施例中，所述電阻是在硅襯底208的頂上的薄膜疊層的一部分。薄膜層還可以包括阻擋層216。在一些實(shí)施例中，阻擋層可以包括光阻聚合物襯底。在阻擋層的上方，可以設(shè)置孔板218，其可以包括但不限于鎳襯底。在一個(gè)附加的實(shí)施例中，阻擋層216和孔板218由同一材料制成并被集成在一起。
在一些實(shí)施例中，所述孔板具有多個(gè)噴嘴219，通過(guò)所述噴嘴由各個(gè)電阻加熱的油墨可被噴出以便印刷在印刷介質(zhì)上(未示出)。所述各層可被形成或者被沉積在前一層上。此處給出的配置只是一種可能的配置。
圖1和圖2所示的示例的印刷墨盒是和使用期間的通常方位倒置的。當(dāng)處于使用狀態(tài)時(shí)，油墨可從墨盒本體146流到一個(gè)或多個(gè)槽204a-204c內(nèi)。從這些槽中，油墨可以通過(guò)油墨饋給通路20，其把油墨引導(dǎo)到加熱室222。在一些實(shí)施例中，加熱室可以由加熱電阻、噴嘴和與其相鄰的給定數(shù)量的空間構(gòu)成。其它的配置也是可能的。當(dāng)電流通過(guò)給定的加熱室中的電阻時(shí)，油墨被加熱而膨脹，從而從噴嘴219排出油墨的一部分。然后排出的油墨可以由從油墨饋給通路220進(jìn)入的附加油墨代替。
圖3表示從上方看的被包括在打印頭中的襯底的薄膜層表面的一個(gè)實(shí)施例。所述襯底被孔板218覆蓋，具有用虛線表示的打印頭下方的結(jié)構(gòu)。所示的孔板具有多個(gè)噴嘴219。在每個(gè)噴嘴下方具有加熱室222，其和油墨饋給通路220相連，然后和槽204a-c相連。當(dāng)從襯底的第一表面上方看時(shí)，在本實(shí)施例中的所述的槽被表示為一個(gè)橢圓的構(gòu)型。其它的示例的幾何結(jié)構(gòu)包括矩形。
示例系統(tǒng)圖4表示按照一個(gè)示例的實(shí)施例能夠?qū)σr底206a進(jìn)行微加工的示例的設(shè)備或激光機(jī)402。所示的激光機(jī)可被配置用于開(kāi)放的空氣環(huán)境或區(qū)域403中。激光機(jī)可以具有激光源404，其能夠發(fā)射激光束406。激光束可以接觸或者被引導(dǎo)到襯底206a上。在一些示例的實(shí)施例中，襯底可以位于開(kāi)放的環(huán)境中的固定設(shè)備407上。
示例的激光機(jī)是在市場(chǎng)上可以得到的。一種這樣的示例的激光機(jī)是由Dublin的XsilLtd.，Ireland制造的Xise200Laser MachiningTool。
示例的激光機(jī)可以利用各種激光源。激光源具有當(dāng)被激勵(lì)時(shí)可以發(fā)射激光束的晶體或其它的結(jié)構(gòu)。示例的激光源是Coherent AVIA355-4500，其含有晶體Nd.YVO4(也稱為Vanadte)。其它的示例的晶體包括Nd:YAG和Nd:YLF。
在一個(gè)實(shí)施例中，這些材料的每一個(gè)可以產(chǎn)生具有大約1064納米(nm)的基本波長(zhǎng)的激光束。不同波長(zhǎng)的激光束可以提供合適的實(shí)施例。例如，一些實(shí)施例可以具有大約小于550nm的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。
在一些示例的實(shí)施例中，激光束的波長(zhǎng)可在激光源404內(nèi)調(diào)整。例如，一個(gè)實(shí)施例可以利用AVIA 355，其中頻率被增至3倍，以便產(chǎn)生一個(gè)355nm的激光束波長(zhǎng)。另一個(gè)示例的實(shí)施例可以利用具有波長(zhǎng)532nm的激光源。例如，Lambda Physik PG 532-15可用來(lái)提供具有所述波長(zhǎng)的激光束的激光源。其它的示例的實(shí)施例可利用波長(zhǎng)范圍從小于100nm到大于1500nm的的激光束。其它的合適的實(shí)施例可以利用具有不同特性的激光束實(shí)現(xiàn)，如下面詳細(xì)說(shuō)明的。
各種示例的實(shí)施例可以利用一個(gè)或多個(gè)透鏡408，用于聚焦或擴(kuò)展激光束。在一些這樣的實(shí)施例中，激光束可被聚焦，以便提高其能量密度，從而更有效地加工襯底。在這些示例的實(shí)施例中，激光束可以利用一個(gè)或多個(gè)透鏡408聚焦，以便在激光束接觸襯底206a的位置實(shí)現(xiàn)所需的直徑。在一些這種實(shí)施例中，這個(gè)直徑的范圍從大約1微米到100微米以上。在一個(gè)實(shí)施例中，所述直徑大約是20微米。此外，激光束可以從激光源404被直接的射到襯底206a上，或者通過(guò)一個(gè)或多個(gè)反射鏡410被間接地射到所述襯底上。
示例的激光束可以提供足夠的能量，用于激勵(lì)被激光束照射的襯底材料。所述激勵(lì)包括熔化、蒸發(fā)、剝落、相爆炸(phase explosion)與/或融化。一些示例的實(shí)施例可以在等于或大于其材料除去閾值下激勵(lì)襯底材料。所述材料除去閾值是通過(guò)熔化、蒸發(fā)、剝落與/或相爆炸除去材料所需的能量密度。下面將更詳細(xì)地討論能量密度。激光束照射的并包圍著含有被激勵(lì)的襯底材料的區(qū)域的襯底在本文中被稱為界面區(qū)域411。
在一些示例的實(shí)施例中，激光機(jī)402也可以具有氣體供應(yīng)412，用于向界面區(qū)域供應(yīng)輔助氣體414。在一些示例的實(shí)施例中，輔助氣體可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)氣體供應(yīng)噴嘴416供應(yīng)。
一些示例的實(shí)施例也可以利用碎片提取系統(tǒng)418，其可以除去蒸發(fā)的襯底材料與/或由襯底材料形成的分子以及輔助氣體的成分，還有各種其它的分子。在一些示例的實(shí)施例中，所述碎片提取系統(tǒng)可以包括真空系統(tǒng)，其被設(shè)置用于排空在激光束和襯底附近的材料。下面更詳細(xì)地說(shuō)明示例的碎片提取系統(tǒng)。
在一些實(shí)施例中，輔助氣體可以增加激光束切割或除去襯底材料的效率。多種機(jī)構(gòu)可用于增加去除速率。例如，在一些實(shí)施例中，輔助氣體的分子可借助于激光束能量電離。至少一些所得的離子可以和激勵(lì)的襯底材料起反應(yīng)。這種反應(yīng)可以形成合成的成分，它們可以是易揮發(fā)的，或者是相對(duì)不起反應(yīng)的。這些性能可以使得合成的成分?jǐn)U散或者從界面區(qū)域消散，因而可以減少襯底材料重新沉積的發(fā)生率。
這比其它的其中利用激光除去的材料的大部分又重新沉積在襯底上的激光加工技術(shù)有利的。在界面區(qū)域附近的重新沉積的材料可以引起不希望的碎片或成分破壞。在界面區(qū)域重新沉積的材料影響激光/襯底的相互作用，因而減少除去材料的速度。
另外，激光加工處理的一些實(shí)施例還導(dǎo)致形成一般具有1微米或更小的直徑或尺寸的微粒碎片。在這些實(shí)施例中，這種碎片可以由直接從襯底的表面釋放的熔化的材料形成，并且也由蒸發(fā)的襯底材料的凝結(jié)而成。這種微粒材料或碎片可以引起激光朝向激光脈沖的末端的散射和吸收，尤其是在持續(xù)時(shí)間大于5-10納秒的激光脈沖中，因而減少這個(gè)實(shí)施例中的達(dá)到目標(biāo)材料表面的有用激光的數(shù)量。這種微粒材料然后可以沉積在界面區(qū)域內(nèi)的或者和界面區(qū)域相鄰的區(qū)域上。
因而，這些技術(shù)導(dǎo)致重新沉積，其又導(dǎo)致減少切割或加工的速度和最終的加工的襯底的質(zhì)量。與此相反，此處所述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可以大大減少或消除再沉積，因而可以生產(chǎn)清潔得多的、更均勻的切口和加工。在一個(gè)示例的實(shí)施例中，小于被除去的材料的大約1.0％被再沉積。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，被再沉積的材料小于除去的材料的大約0.5％。
許多機(jī)構(gòu)可以有助于這個(gè)提高的性能，包括但不限于下述機(jī)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，輔助氣體與/或輔助氣體的分離的成分可以和由激光束的作用而產(chǎn)生的微粒碎片相互作用。這種相互作用可以減少碎片的尺寸，使得能夠借助于提取系統(tǒng)更容易地除去碎片。這些機(jī)構(gòu)的另一種機(jī)構(gòu)可以借助于使輔助氣體或其成分和界面區(qū)域中的襯底材料的蒸氣煙縷中的凝結(jié)的材料反應(yīng)，從而減少任何粘結(jié)材料的尺寸，使得其能夠利用提取系統(tǒng)更容易地被除去。
圖5a-5c表示通過(guò)襯底206b的橫截面的一個(gè)示例的實(shí)施例。其中，一個(gè)結(jié)構(gòu)在所述襯底中正在被進(jìn)行加工。在這個(gè)實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)是襯底內(nèi)的溝槽，其最終被形成，貫穿整個(gè)襯底，從而形成一個(gè)通路。也可以形成其它示例的特征，如下所述。
在圖5a-5c所示的實(shí)施例中，襯底可以具有由第一表面210和相對(duì)的第二表面212限定的厚度t。在另一個(gè)實(shí)施例中，襯底的厚度范圍可以從小于100微米到大于2000微米。在這些示例的實(shí)施例中，所述厚度大約為675微米。
現(xiàn)在參看圖5a，所示的激光束406a被引導(dǎo)到襯底206b上。如圖所示，激光束和襯底的第一表面210正交，雖然其它的配置也可以提供滿意的實(shí)施例。激光束通過(guò)第一表面210在襯底中形成了一個(gè)窄的缺口500a。在這個(gè)實(shí)施例中，示出了兩個(gè)輔助氣體噴嘴416a和416b，它們位于激光束的相對(duì)側(cè)，用于向界面區(qū)域411a供應(yīng)輔助氣體(未示出)。雖然這里利用兩個(gè)輔助氣體噴嘴，其它的滿意的實(shí)施例可以使用或多或少的噴嘴。使用術(shù)語(yǔ)“噴嘴”用于描述用來(lái)向襯底的界面區(qū)域提供輔助氣體的硬件。在各個(gè)實(shí)施例中，這可以包括出口孔502a、502b。在優(yōu)選實(shí)施例中，出口孔對(duì)平面c的橫截面可以基本上呈圓形，如圖5b所示。
在其它的示例的實(shí)施例中，出口孔可以包括其它的構(gòu)型。例如，出口孔可以呈多管構(gòu)型，氣刀構(gòu)型以及環(huán)形的環(huán)面構(gòu)型等。
在一個(gè)示例的實(shí)施例中，輔助氣體噴嘴的出口孔520a，502b可以距第一表面210上方大約12毫米的垂直距離，距離激光束406大約3.2毫米的水平距離，但是其它的合適的實(shí)施例的噴嘴的位置具有不同的距離和角度的組合。噴嘴可被定位使得從出口孔相對(duì)于襯底的第一表面以大約45到大約90度的角度δ從出口孔噴出輔助氣體。在圖5a-5b所示的示例的實(shí)施例中，角度δ大約是70度。
輔助氣體可以在多種輸送壓力和速度下被提供。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，氣體供應(yīng)噴嘴的出口孔可以具有相當(dāng)小的直徑，以便對(duì)于給定的流量產(chǎn)生較高的速度，或者所述直徑可以較大，以便對(duì)于給定的流量可以提供較低的速度。在一個(gè)示例的實(shí)施例中，所述直徑大約是1.0毫米。
幾個(gè)示例的實(shí)施例可以利用多種輔助氣體。在一些實(shí)施例中，輔助氣體可以包括鹵化物含鹵素的氣體。示例的輔助氣體可以包括但不限于鹵化碳和六氟化硫。
許多示例的輔助氣體，其中包括許多鹵化碳?xì)怏w具有使環(huán)境惡化的后果。一些示例的實(shí)施例單獨(dú)地利用過(guò)濾系統(tǒng)，或者把過(guò)濾系統(tǒng)用作碎片提取系統(tǒng)418的一個(gè)元件，用于除去或最小化和環(huán)境相關(guān)的任何氣體，否則這些氣體將擴(kuò)散而從界面區(qū)域進(jìn)入周圍環(huán)境中。這種過(guò)濾系統(tǒng)可以包括用于把來(lái)自界面的輔助氣體和各種副產(chǎn)品氣體轉(zhuǎn)換成較為惰性的化合物的機(jī)構(gòu)。
其它的示例的實(shí)施例可以利用輔助氣體例如1，1，1，2四氟代乙烷，其是有效的輔助氣體，并且被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境相當(dāng)良性的，因而是有利的。氣體示例的輔助氣體也可以具有增加激光加工性能和減少環(huán)境影響的組合效果。雖然在示例的實(shí)施例中描述了使用一種輔助氣體的實(shí)施例，其它的實(shí)施例可以利用多種輔助氣體，它們的組合可以提供有益的特性。
在一個(gè)示例的實(shí)施例中。輔助氣體可以包括鹵素前體，其中的至少一些分子可以借助于界面區(qū)域中的激光能量離子化或分離。在另一些示例的實(shí)施例中，輔助氣體可以在激光激勵(lì)的區(qū)域周圍的熱環(huán)境中分離或電離，并可以和被激勵(lì)的襯底材料反應(yīng)而至少部分地形成一種或幾種易揮發(fā)的化合物。這個(gè)過(guò)程可以減少再沉積發(fā)生的幾率，與/或更容易地由提取系統(tǒng)除去。
在一些實(shí)施例中，輔助氣體以一個(gè)足以作為界面區(qū)域中的過(guò)量的反應(yīng)物的流量被提供。在一個(gè)示例的實(shí)施例中，其中輔助氣體包括1，1，1，2四氟代乙烷，輔助氣體噴嘴以大約0.08克/秒到大約0.5克/秒的范圍內(nèi)的流量提供輔助氣體。另一個(gè)實(shí)施例提供大約0.33克/秒的1，1，1，2四氟代乙烷。各種示例的輔助氣體的其它示例的流量是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。
圖5b是一個(gè)示例的實(shí)施例，表示襯底的另一個(gè)截面圖，其中激光切割通過(guò)襯底206b的大部分厚度的溝槽500b。溝槽的深度由y表示，其可以和襯底的厚度t相當(dāng)。在這個(gè)示例的實(shí)施例，輔助氣體仍然可以向界面區(qū)域411b提供，以便維持有效的切割，盡管界面區(qū)域至少部分地在溝槽500的底部。這使得激光能夠基本上以和窄的溝槽如圖5a所示的溝槽相同的速率和效率進(jìn)行切割。這個(gè)實(shí)施例還使得激光能夠切割在溝槽的整個(gè)深度上直徑基本上均勻的溝槽。
圖5c表示通過(guò)整個(gè)襯底厚度t加工出的溝槽500c。溝槽500c的深度等于襯底206b的厚度t。因而，這樣一個(gè)被稱為通路的通孔對(duì)于在襯底上包括微電子器件的許多方面是有用的。如圖所示，整個(gè)通孔基本上具有一致的直徑d。在這些實(shí)施例中，所述直徑可以小于大約60微米，雖然可以實(shí)現(xiàn)較大的直徑。
一些實(shí)施例能夠生產(chǎn)具有小于或等于大約30微米的直徑的溝槽與/或通路。這些實(shí)施例的效率可以使得這些溝槽或通路能夠具有至少大約為10的長(zhǎng)寬比(結(jié)構(gòu)的深度除以結(jié)構(gòu)的寬度)，另一些實(shí)施例具有大于20的長(zhǎng)寬比。因而，在圖5b所示的溝槽中，結(jié)構(gòu)深度等于y，結(jié)構(gòu)寬度等于d。再次參見(jiàn)圖5c，通路的深度y等于襯底的厚度t。因此在這個(gè)實(shí)施例中，長(zhǎng)寬比等于襯底的厚度t除以直徑d。雖然這里示出了一個(gè)通路，但這些實(shí)施例也可以形成其它的特征，例如溝槽，槽與/或切口，如同對(duì)對(duì)照?qǐng)D6a-6b已經(jīng)7a-7b將要詳細(xì)說(shuō)明的。
在一些實(shí)施例中的激光加工設(shè)備可以在襯底上切割一個(gè)特定的點(diǎn)，并且可以通過(guò)同一襯底形成小于或等于大約30微米的溝槽，而不移動(dòng)激光或襯底。這不僅使得能夠在襯底中制成較小的溝槽，而且可以使得溝槽形成處理較快并且質(zhì)量較好，同時(shí)和利用其它的一般技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的相比，對(duì)周圍的襯底材料的影響較小。
本發(fā)明的一些實(shí)施例使得能夠形成具有小的直徑的溝槽和通路，所述直徑一般對(duì)于通路的整個(gè)深度是一致的。這是通過(guò)借助于減少再沉積和顆粒積聚來(lái)保持除去處理的速率和效率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在其它的實(shí)施例中，其中的技術(shù)試圖使用多種氣體幫助激光起作用，不過(guò)，這些系統(tǒng)一般需要一個(gè)被控的環(huán)境，這個(gè)環(huán)境通常利用一個(gè)室來(lái)實(shí)現(xiàn)，把襯底放置在所述室內(nèi)。在這個(gè)實(shí)施例中，在開(kāi)始激光加工之前改變室的條件和氣體的成分。當(dāng)元件被加入或除去時(shí)必須打開(kāi)和關(guān)閉并重新密封而重新建立受控的環(huán)境強(qiáng)加的限制阻止了這種方法在商業(yè)上的實(shí)際應(yīng)用。與此相比，這里所述的一些實(shí)施例，借助于這樣的事實(shí)，即它們被構(gòu)成使得用于敞開(kāi)的大氣環(huán)境，固有地非常適用于大量生產(chǎn)的例如裝配線的應(yīng)用。
圖6a-6b表示用于切割或除去襯底材料從而形成溝槽602的激光束。圖6a是沿著溝槽的縱軸截取的截面圖，而圖6b垂直于所述縱軸截取的截面圖。
圖6a表示沿溝槽602的長(zhǎng)度截取的截面圖，溝槽602是由接觸襯底的激光束同時(shí)使襯底沿x方向相對(duì)于激光束移動(dòng)而形成的。在另一個(gè)示例的實(shí)施例中，激光束可以用幾種方式相對(duì)于襯底運(yùn)動(dòng)。例如，激光束可以沿x，y任何一個(gè)方向或兩個(gè)方向移動(dòng)，而襯底保持靜止。輔助氣體噴嘴可以和激光束一道移動(dòng)或保持靜止?；蛘?，使襯底移動(dòng)而激光束保持靜止。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，襯底206c可被置于固定裝置407上，在一些實(shí)施例中，固定裝置具有使襯底相對(duì)于激光束移動(dòng)的能力。其它的示例的實(shí)施例可以利用這些技術(shù)的組合，使襯底和激光束彼此相對(duì)移動(dòng)。
圖6a還表示兩個(gè)輔助氣體噴嘴416c，416d，它們和激光束406b相鄰并平行，因此它們中的每一個(gè)都和襯底的單元表面210正交。這是一種示例的結(jié)構(gòu)，其可以向界面區(qū)域供應(yīng)輔助氣體。
圖6b表示激光束在襯底中形成切槽k的實(shí)施例。切槽是由激光束當(dāng)其相對(duì)于襯底移動(dòng)時(shí)形成的切口的寬度。切槽的寬度可以受幾種因素的影響，其中包括襯底材料再沉積的數(shù)量以及激光的參數(shù)與激光束相對(duì)于襯底移動(dòng)的速度。
在一些示例的實(shí)施例中，激光的參數(shù)可以建立一個(gè)具有大于1GW/cm2的峰值功率密度的激光束，一個(gè)示例的實(shí)施例具有大約4.78GW/cm2的峰值功率密度。在各個(gè)實(shí)施例中，激光機(jī)可以產(chǎn)生任何合適的值的范圍內(nèi)的激光脈沖。在一些實(shí)施例中，脈沖值的范圍從大約1千赫茲到大約200千赫茲。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖的頻率是大約20千赫茲。其它的合適的實(shí)施例可以使用這個(gè)范圍上下的速率。激光束的脈沖寬度可以是大約1-100納秒，一個(gè)實(shí)施例中大約為15納秒。
每個(gè)單位時(shí)間激光束相對(duì)于襯底的運(yùn)動(dòng)在本文中被稱為激光掃描速率。示例的實(shí)施例可以利用大約為1-1000毫米/秒的激光掃描速率。一些示例的實(shí)施例可以利用大約10-300毫米/秒的激光掃描速率，其它的示例的實(shí)施例利用大約為100毫米/秒的掃描速率。在一個(gè)實(shí)施例中，這些參數(shù)使得激光能夠快速切割具有一致的切槽寬度的切口，因此得到的溝槽的表面粗糙度比利用現(xiàn)有技術(shù)的小。
維持均勻的切槽可以得到較好質(zhì)量的溝槽、槽或其它結(jié)構(gòu)，其沿著長(zhǎng)度和深度更加均勻，并更接近于所需的尺寸。所述的實(shí)施例改進(jìn)了溝槽的均勻性，并能夠得到增加的切割速度。
所述的實(shí)施例可以有效地形成高的長(zhǎng)寬比特征，同時(shí)保持高的切割效率。在一個(gè)實(shí)施例中，利用每焦耳的激光能量的激光除去至少大約9800000立方微米的襯底材料，可以獲得大約為4.5-11.25范圍內(nèi)的長(zhǎng)寬比。在一些實(shí)施例中，借助于極少地減少效率，可以制成具有更高的長(zhǎng)寬比的特征。這和激光加工技術(shù)的其它的實(shí)施例形成對(duì)照，在這些實(shí)施例中，長(zhǎng)寬比的增加將導(dǎo)致效率急劇降低。
圖7a-7b表示其中使用激光和另一種除去技術(shù)相結(jié)合而在襯底中形成槽的一個(gè)實(shí)施例。所述槽可以包括流體饋給槽，在優(yōu)選實(shí)施例中，可以包括在被安裝在流體噴射裝置內(nèi)的襯底中的流體饋給槽。
參見(jiàn)圖7a，激光切割已經(jīng)在襯底206d中形成一個(gè)溝槽702。在這個(gè)實(shí)施例中，溝槽具有深度x和長(zhǎng)度l1。在這個(gè)例子中，溝槽的深度小于襯底的整個(gè)厚度。其它的例子可以被圖示的較淺或較深，或者至少其長(zhǎng)度的一部分可以全部通過(guò)襯底的厚度，從而形成通過(guò)襯底的槽。
在這個(gè)實(shí)施例中，溝槽可以由在襯底上方一次或幾次通過(guò)的激光束來(lái)形成。正如由圖中沿溝槽的長(zhǎng)軸可以看到的，溝槽具有一個(gè)呈一定輪廓的構(gòu)型。其它的構(gòu)型可以包括錐形的、階梯形的等。
圖7b表示沿襯底的長(zhǎng)軸截取的截面的實(shí)施例，表示具有長(zhǎng)度l2的第二個(gè)溝槽704，其中l(wèi)2小于l1，其通過(guò)第二表面212形成，其截?cái)嗟谝粶喜鄣闹辽僖徊糠侄纬赏ú?04h。第二溝槽可以利用多種襯底除去技術(shù)形成，包括但不限于沙鉆，干刻，濕刻，激光微加工以及機(jī)加工。如果使用激光加工作為第二除去技術(shù)，則激光束可以具有和用于制造第一溝槽或結(jié)構(gòu)的激光束相同的性能，或者第二激光束可以具有不同的性能。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，第一激光束具有大約1100納米發(fā)波長(zhǎng)，用于切割第一溝槽，然后利用大約355納米的波長(zhǎng)的第二激光束除去另外的材料。這個(gè)示例的實(shí)施例可以利用不同波長(zhǎng)的激光的不同的切割性能。
在圖7a，7b給出的例子中，首先使用激光加工方法形成第一溝槽或結(jié)構(gòu)，然后使用隨后的除去處理形成第二溝槽。也可以不必如此，例如在一些實(shí)施例中，可以使用沙鉆從第一側(cè)除去襯底材料。這個(gè)處理之后，利用激光加工除去另外的襯底材料。在這些實(shí)施例中，可以從和進(jìn)行沙鉆的同一側(cè)或同一表面進(jìn)行激光加工處理，或者從相對(duì)的第二側(cè)進(jìn)行。
其它的示例的實(shí)施例可以使用附加的中間步驟得到所需的特征。一些中間步驟可以施加或淀積由隨后的除去步驟進(jìn)一步構(gòu)形的材料。
至此針對(duì)在襯底中切割或成形溝槽、通路和槽說(shuō)明了幾個(gè)示例的實(shí)施例。不過(guò)，這些示例的實(shí)施例也可以用于需要受控地、選擇地除去材料的情況下。這可以包括其它的處理，例如切割、切片、形成單片以及在各種襯底材料中的三維加工。這可以進(jìn)一步包括部分地或完全地過(guò)襯底的厚度進(jìn)行的特征的微型加工。
例如，在半導(dǎo)體工業(yè)中近年來(lái)由于產(chǎn)品的尺寸約束和成本的考慮，使器件朝向越來(lái)越小的方向發(fā)展。每個(gè)半導(dǎo)體襯底或晶片上的器件越多，則裝置的成本越低。半導(dǎo)體襯底通常含有許多器件，這要求在封裝之前進(jìn)行切片或單片化，以便被裝入電子裝置中，例如流體噴射裝置、噴墨打印頭或一些其它裝置中。
在半導(dǎo)體工業(yè)中，傳統(tǒng)上，使用機(jī)械切片鋸對(duì)這些元件切片或單片化?，F(xiàn)有技術(shù)局限于在襯底材料中進(jìn)行直線切割，而所述的激光微加工的實(shí)施例可以形成具有復(fù)雜形狀的、直線的、曲線的、不連續(xù)的切口的或者它們的組合的特征或切口。
所述的實(shí)施例根據(jù)襯底的材料和厚度還可以實(shí)現(xiàn)切槽寬度為10-15微米或更小的結(jié)構(gòu)。切槽越小，使得每個(gè)晶片上的器件越多，因而可以降低裝置的成本。
此外，機(jī)械切片是一種濕處理，其中一般使用冷卻流體進(jìn)行切割處理。所述的實(shí)施例消除了暴露器件于冷卻流體可能的破壞之下，并且是非常有效的，具有極少的或者沒(méi)有除去的碎片材料的再沉積。這些和其它的特征使得所述的實(shí)施例比現(xiàn)有技術(shù)能夠更好地完成許多微加工任務(wù)。
示例方法圖8是用于幫助說(shuō)明這里所述的各個(gè)示例的方法的流程圖。
步驟802把襯底置于一個(gè)敞開(kāi)的大氣環(huán)境中。上面說(shuō)明了各種襯底的例子。在這個(gè)實(shí)施例中，襯底被設(shè)置在一個(gè)固定裝置407或其它合適的結(jié)構(gòu)上。步驟804把激光束引導(dǎo)到襯底上，以便激勵(lì)襯底材料的一部分。在優(yōu)選實(shí)施例中，這種激勵(lì)可以切割或除去襯底材料。公知示例的激光機(jī)和激光束已經(jīng)在上面說(shuō)明了。
步驟806對(duì)由激光束接觸的區(qū)域引入輔助氣體。在一些示例的實(shí)施例中，輔助氣體可被引導(dǎo)到界面區(qū)域。一些示例的實(shí)施例通過(guò)一個(gè)或多個(gè)不同構(gòu)型的輔助氣體噴嘴提供輔助氣體，上面說(shuō)明了示例的實(shí)施例。多種輔助氣體可被引導(dǎo)到界面區(qū)域而增加激光束切割襯底材料的性能。
結(jié)論上述的實(shí)施例可以利用激光束在敞開(kāi)的大氣環(huán)境中切割或微加工襯底。在幾個(gè)實(shí)施例中，借助于向激光束激勵(lì)其中的襯底材料的界面區(qū)域提供輔助氣體，使得激光束以較高的效率和速度進(jìn)行切割。具體地說(shuō)，當(dāng)供應(yīng)輔助氣體時(shí)，激光束可以比現(xiàn)有技術(shù)形成具有較高的長(zhǎng)寬比的切口。此外，可以使所述切口保持接近所需的參數(shù)，并且在一些實(shí)施例中，可以使其尺寸的改變較小。所述的一些實(shí)施例可以比目前的和過(guò)去的技術(shù)形成較窄的切口，并且在整個(gè)切口的深度上可以保持這些切割的速度和效率，同時(shí)比現(xiàn)有技術(shù)能夠形成高質(zhì)量的產(chǎn)品。所有這些都可以利用有利于生產(chǎn)技術(shù)的系統(tǒng)和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
概括地說(shuō)，本說(shuō)明披露了一種利用激光對(duì)襯底進(jìn)行微型加工的方法和系統(tǒng)。一個(gè)示例的實(shí)施例把襯底置于敞開(kāi)的大氣環(huán)境中。襯底具有由相對(duì)的第一和第二表面限定的厚度。可以通過(guò)把激光束引向第一表面并把輔助氣體引入接觸激光束的襯底的區(qū)域附近來(lái)切割襯底。
略微詳細(xì)地說(shuō)，本說(shuō)明披露了用于對(duì)襯底206進(jìn)行激光微加工的系統(tǒng)和方法。一個(gè)示例的實(shí)施例在步驟802把襯底206置于敞開(kāi)的大氣環(huán)境403中。襯底206具有由相對(duì)的第一表面210和第二表面212限定的厚度。在步驟804可以通過(guò)把激光束406引向襯底206的第一表面210并在步驟806把輔助氣體414引入接觸激光束406的襯底206的區(qū)域411附近來(lái)切割襯底206。
雖然按照結(jié)構(gòu)特征和方法步驟對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求中限定的發(fā)明不需要限制于所述的特征和步驟。而是，這些特定的特征和步驟是作為用于實(shí)施權(quán)利要求限定的發(fā)明的優(yōu)選形式披露的。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)襯底(206)進(jìn)行微加工的設(shè)備(402)，包括在其中可以處理襯底(206)的敞開(kāi)的大氣區(qū)域(403)；激光源(404)，其在操作上相對(duì)于敞開(kāi)的大氣區(qū)域(403)被設(shè)置，用于產(chǎn)生激光束(406)，激光束配置成用于激勵(lì)位于敞開(kāi)的大氣區(qū)域(403)內(nèi)的襯底(206)的襯底材料；氣源(412)，其在敞開(kāi)的大氣區(qū)域(403)中供應(yīng)含鹵的輔助氣體(414)，其中至少一些襯底(206)的材料可以被激光束(406)激勵(lì)，并且其中至少一些被激勵(lì)的襯底(206)的材料可以和輔助氣體(414)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成一種或幾種可以消散在所述敞開(kāi)的大氣區(qū)域(403)中的化合物。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括固定裝置(407)，用于把襯底設(shè)置在敞開(kāi)的大氣環(huán)境(403)中，并且在固定裝置上所述襯底(206)可以和激光束(406)接觸，并且其中固定裝置(407)可以相對(duì)于激光束(406)移動(dòng)襯底(206)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，氣源(412)包括至少一個(gè)氣體供應(yīng)噴嘴(416)，其被設(shè)置用于在襯底(206)附近提供輔助氣體(414)。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述含鹵的輔助氣體(414)包括鹵化碳。
5.一種用于對(duì)襯底(206)進(jìn)行微加工的設(shè)備(402)，包括激光源(404)，在在操作上被設(shè)置用于產(chǎn)生激光束(406)，其被配置用于通過(guò)從襯底(206)除去材料進(jìn)行切割，其中激光束(206)可被配置用于制造具有從大約4.5到大約11.25的長(zhǎng)寬比范圍的切口(500)，并且在所述長(zhǎng)寬比范圍下，激光束(406)每焦耳的激光能量除去大于或等于9800000立方微米的襯底(206)的材料。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底(206)包括晶體硅。
7.一種利用激光加工襯底(206)的方法，包括把襯底(206)設(shè)置在一個(gè)敞開(kāi)的大氣環(huán)境(403)中，其中襯底(206)具有由相對(duì)的第一表面(210)和第二表面(212)限定的厚度；以及借助于把激光束(406)引導(dǎo)到襯底(206)的第一表面(210)并把輔助氣體(414)引入(806)由激光束(406)接觸的襯底(206)的區(qū)域(411)附近切割所述襯底。
8.一種用于處理半導(dǎo)體襯底(206)的方法，包括把襯底(206)設(shè)置在一個(gè)敞開(kāi)的大氣區(qū)域(403)中；激勵(lì)804襯底(206)的一部分，從而加快除去至少一些襯底(206)的材料；以及在襯底(206)的被激勵(lì)的部分附近引入(806)含鹵的輔助氣體(414)，使得輔助氣體(414)和被激勵(lì)的襯底材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而至少部分地形成一種或幾種易揮發(fā)的化合物。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的激勵(lì)(804)的作用以及引入(806)的作用在襯底(206)中形成槽(204)。
10.一種用于處理半導(dǎo)體襯底(206)的方法，包括把激光束(406)引導(dǎo)(804)到設(shè)置(802)在敞開(kāi)的大氣環(huán)境(403)中的打印頭襯底(206)上；在激光(406)接觸的襯底(206)的區(qū)域附近引入(806)含鹵的輔助氣體(414)；以及其中在具有輔助氣體(414)的情況下激光束(406)在襯底(206)中形成具有至少大約為10的長(zhǎng)寬比的切口(500)。
11.一種利用激光對(duì)襯底進(jìn)行微加工的方法，包括以下步驟把襯底設(shè)置在一個(gè)環(huán)境中；把激光束引向襯底的表面；以及在由激光束接觸的襯底的區(qū)域附近引入輔助氣體。
全文摘要
本說(shuō)明描述的實(shí)施例涉及一種利用激光對(duì)襯底進(jìn)行微加工的方法和系統(tǒng)。一個(gè)示例的實(shí)施例把襯底(206)設(shè)置在一個(gè)敞開(kāi)的大氣環(huán)境(403)中。襯底(206)具有由相對(duì)的第一表面(210)和第二表面(212)限定的厚度。借助于把激光束(406)引導(dǎo)到襯底(206)的第一表面(210)并把輔助氣體(414)引入(806)由激光束(406)接觸的襯底(206)的區(qū)域(411)附近切割所述襯底。
文檔編號(hào)B23K26/14GK1620354SQ02828109
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2002年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月15日
發(fā)明者M·C·哈斯, J·R·波拉, G·斯科特 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司