本公開涉及基于激光的蝕刻技術，以及更具體地涉及配置為在基于激光的蝕刻過程期間控制蝕刻深度的掩模(中間掩模，光罩，掩模板，maskreticle)。

背景技術：

使用配置為生成圖案化工件的高能量激光脈沖的激光蝕刻工具可以蝕刻多種材料如例如半導體和/或蝕刻材料。常規(guī)的基于激光的刻蝕過程通過控制激光脈沖的能量密度(通量，fluence)、工件的圖案化區(qū)域暴露于激光脈沖的時間量、和/或遞送至圖案化區(qū)域的脈沖的量來實現(xiàn)期望的圖案深度。為了蝕刻具有變化深度的圖案，常規(guī)的基于激光的蝕刻過程要求與多個掩模結合的多次蝕刻過程來實現(xiàn)各自的深度。因此，激光蝕刻工具必須進行對應于各個掩模的多次過程(multiplepasses)。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)至少一個實施方式，激光蝕刻系統(tǒng)包括配置為在蝕刻過程(etchingpass)期間生成多個激光脈沖的激光源。相對于激光源對準(對齊，排列，align)工件。工件包含響應于接收多個激光脈沖被蝕刻的蝕刻材料。掩模插入在激光源和工件之間。掩模包含配置為調節(jié)由工件實現(xiàn)的激光脈沖的能量密度或數(shù)量的至少一種掩模圖案，使得在單個蝕刻過程之后在蝕刻材料中蝕刻彼此之間具有不同深度的多個特征(形狀，feature)。

根據(jù)另一個實施方式，蝕刻工件的方法包括在蝕刻過程期間生成具有能量密度的多個激光脈沖。該方法進一步包括相對于多個激光脈沖對準工件，工件包含響應于接收多個激光脈沖而被蝕刻的蝕刻材料。該方法進一步包括使用至少一種掩模圖案調節(jié)由工件實現(xiàn)的激光脈沖的能量密度和數(shù)量中的至少一種，使得在蝕刻材料中蝕刻彼此之間具有不同深度的多個特征。

通過本發(fā)明的技術實現(xiàn)了其他特征。在本文中詳細地描述了其他實施方式并將其視作本發(fā)明的一部分。為了更好地理解本發(fā)明的特征，參照說明和附圖。

附圖說明

在說明書結論的權利要求中特別指出和明確要求了視為本發(fā)明的主題。由結合附圖的以下詳細描述，上述特征是顯而易見的，其中

圖1示出了根據(jù)一個示例性的實施方式插入在激光源和工件之間的掩模的截面圖；

圖2是示出了根據(jù)一個示例性的實施方式的掩模和對應特征(correspondingfeature)的尺寸的近攝圖(close-upview)；

圖3a-3c示出了基于掩模的尺寸和工件的深度的蝕刻特征(蝕刻功能部件，etchedfeature)的多個實例；

圖4示出了根據(jù)另一個示例性的實施方式插入在激光源和工件之間的掩模的截面圖；

圖5示出了根據(jù)又一個示例性的實施方式插入在激光源和工件之間的掩模的截面圖；

圖6示出了根據(jù)再一個示例性的實施方式插入在激光源和工件之間的掩模的截面圖；

圖7示出了根據(jù)一個示例性的實施方式具有配置為在工件中蝕刻具有多個不同深度的圖案的三種不同掩模圖案的掩模的透視圖；

圖8a示出了根據(jù)一個示例性的實施方式在第一遞送過程期間使用圖7所示的掩模的第一圖案將激光能量密度遞送至工件的蝕刻材料的激光源；

圖8b示出了包括具有根據(jù)第一圖案的第一深度的多個蝕刻特征的圖8a所示的工件的蝕刻材料；

圖9a示出了在第一遞送過程期間使用圖6所示的掩模的第二圖案將激光能量密度遞送至圖8a-8b所示的工件的蝕刻材料的激光源；

圖9b示出了包括具有根據(jù)第一圖案的第一深度的第一多個蝕刻特征和具有根據(jù)第二圖案的第二深度的第二多個蝕刻特征的圖9a所示的工件的蝕刻材料；

圖10a示出了在第一遞送過程期間使用圖6所示的掩模的第三圖案將激光能量密度遞送至圖9a-9b所示的工件的蝕刻材料的激光源；

圖10b示出了包括具有根據(jù)第一圖案的第一深度的第一多個蝕刻特征、具有根據(jù)第二圖案的第二深度的第二蝕刻特征和具有根據(jù)第三圖案的第三深度的第三多個蝕刻特征的圖10a所示的工件的蝕刻材料。

具體實施方式

本公開的多個實施方式提供了配置為使激光能量密度穿過以及朝向工件來蝕刻具有多種不同深度的圖案的掩模。以這樣的方式，由至少一個實施方式提供的掩模提供了更大的成本節(jié)約，同時還減少了處理時間、工具磨損和運行激光器所需的消耗品的使用。

現(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)一個示例性的實施方式的激光蝕刻系統(tǒng)100。激光蝕刻系統(tǒng)100包括含支撐工件104的臺(stage)103的激光源102和插入在激光源102和臺103之間的掩模106。

激光源102可以包括任何商業(yè)可獲得的激光源如能夠生成具有例如約308納米(nm)的波長的一個或多個紫外線(uv)激光脈沖108的激光源。代表性的高能量uv脈沖108可以包括例如約0.05焦耳(j)至約1.0j每平方厘米(cm)范圍內的能量密度和例如約1納秒(ns)至約100ns的脈沖持續(xù)時間。uv脈沖108的波長可以包括由準分子激光器產(chǎn)生的如例如約126nm至約351nm的全部波長和/或其他波長，而沒有限制。

工件104包含形成在耐蝕刻基底112上的蝕刻材料110。蝕刻材料可以由例如介電材料形成。介電材料包括但不限于可光確定的(photodefinable)聚合物、聚酰亞胺(pi)、聚苯并異噁唑(pbo)、環(huán)氧樹脂和雙苯并環(huán)丁烯(bcb)。

掩模106包括具有形成在其上表面上的反射層116的透明層114。透明層114由包括但不限于石英的多種激光透明材料形成。反射層116由包括但不限于鋁的多種反射材料形成。根據(jù)一個實施方式，第一開口(開孔，opening)118a具有第一臨界尺寸以及第二開口118b具有小于第一臨界尺寸的第二臨界尺寸?？梢詫⒀谀?06插入在激光源102和工件104之間。盡管以設置在透明層114下的開口118a、118b等示出了掩模106，但是應了解可以將掩模106形成為使得開口118a、118b等設置在透明層114上。

根據(jù)一個實施方式，在單個蝕刻過程期間引導激光源102生成的激光脈沖108朝向掩模106。反射層116防止激光脈沖108穿透其并達到工件104。然而，開口118a/118b允許脈沖108的一部分穿過透明層114并達到設置在掩模106下面的工件104以形成對應的開口120a/120b。開口118a/118b的大小限制能量應用于工件104的區(qū)域。如果應用區(qū)域足夠小，則側壁特征的斜度(斜面，sloping)將彼此攔截并自身限制燒蝕過程。例如，應用區(qū)域可以具有例如小于蝕刻層的厚度的尺寸。

轉向圖2，示出了例如圖解說明了第一開口118a和對應特征120a的尺寸的掩模106的近攝圖。掩模106中開口118a的尺寸(l)決定蝕刻特征120a的最大尺寸。應了解蝕刻特征120a的大小可以隨掩模106的大小改變，如果光學器件改變放大倍數(shù)(未示出)。壁角/斜度(θ)取決于材料110、激光能量密度和激光波長。蝕刻深度(d)取決于材料110、激光能量密度、激光波長和激光脈沖數(shù)量。蝕刻深度(d)和壁角/斜度限定路程(run)(r)，即在傾斜的側壁下的材料的長度，其中r＝tan(θ)/d。如果蝕刻開口l<2*tan(θ)/d，那么特征120a的蝕刻開口將自身限制。

圖3a-3c圖解說明了在工件104中蝕刻的特征120的多個實例。在圖3a中，圖解說明了工件104a，其包括蝕刻到蝕刻材料110a中的具有第一深度(d1)的特征120a。使用具有(l1)大小的掩模開口(未示出)形成特征120a。特征120a延伸完全穿過材料110a并在下面的耐蝕刻基底112a上終止。特征120a具有上開口121a，其具有近似等于掩模開口的大小(l1)的大小(l1)。

在圖3b中，圖解說明了工件104b，其包括具有大于圖3a中圖解說明的蝕刻材料110a的深度(d1)的第二深度(d2)的蝕刻材料110b。使用具有類似于用于形成圖3a中的特征120a的掩模開口的那些的大小(l1)的掩模開口蝕刻特征120b。因此，特征120b具有上開口121b，其具有約等于掩模開口的大小(l1)的大小(l1)。然而，由于深度(d2)增加，代替蝕刻完全穿過蝕刻材料110b并在下面的耐蝕刻基底112b上終止，特征120b部分地延伸穿過蝕刻材料110b并自身限制。

轉向圖3c，圖解說明了工件104c，其包括蝕刻到蝕刻材料110c中的特征120c。蝕刻材料110c具有類似于圖3a中所描述的蝕刻材料110a的深度(d1)的深度(d1)。在這種情況下，然而，用于形成特征120c的開口的大小(l2)小于用于形成圖3a中的特征120a的開口的大小(l1)。以這種方式，代替完全穿過蝕刻材料110c蝕刻并在下面的耐蝕刻基底112c上終止，特征120c部分地延伸穿過材料110c并自身限制。

再次參考圖1，通過激光能量密度而不是應用的脈沖數(shù)控制使用第二開口118b(例如較小的開口)在蝕刻材料110中蝕刻的第二特征120b的深度。材料和激光的波長也可以控制第二特征120b的深度。例如，通過蝕刻的寬度l的和壁角/斜度θ確定第二特征120b的深度。蝕刻材料、激光能量密度和激光波長也可以影響第二特征120b的深度。例如，當固定材料和波長時，通路側壁角固定以及在例如約100毫焦耳/平方厘米(mj/sqcm)至約400mj/sqcm范圍內的適度能量密度下脈沖數(shù)變得不重要。

響應于增加能量密度，引入到蝕刻材料110中的另外的能量改善克服蝕刻閥值(即蝕刻材料由于暴露于脈沖108開始破損的閥值)的能力使得作為自身限制特征120b形成一個或多個第二特征120b。在能量密度保持不變的情況下，形成具有近似相同的側壁的自身限制特征(self-limitingfeature)120b，而較低的能量密度將產(chǎn)生較淺的終止深度。低能量密度下的另外的脈沖108將不能幫助克服側壁的蝕刻閥值。

轉向圖4，圖解說明了根據(jù)另一個示例性實施方式的激光蝕刻系統(tǒng)100。激光蝕刻系統(tǒng)100包括插入在激光源102和工件104之間的掩模106。工件104和掩模106由與以上細節(jié)中描述的類似的材料形成。形成的掩模106具有多個彼此之間具有不同大小的開口118a-118c。允許激光脈沖108穿過開口118a-118c來將各個特征120a-120c蝕刻到蝕刻材料110中。

將蝕刻特征120a-120c形成為具有與開口118a-118c的大小成比例的深度和大小。例如，在開口118a-118c中具有最小尺寸的第一開口118a促進在蝕刻特征120a-120c中具有最淺深度的第一特征120a的形成，同時在開口118a-118c中具有最大尺寸的第三開口118c促進具有最深的深度的第三特征120c的形成。因此，改變開口118a-118c的大小促進各個彼此之間具有不同深度的自身限制特征120a-120c的形成。

關于圖5，圖解說明了根據(jù)另一個示例性實施方式的激光蝕刻系統(tǒng)100。激光蝕刻系統(tǒng)100包括插入在激光源102和工件104之間的掩模106。工件104和掩模106由與以上細節(jié)中描述的類似的材料形成。然而，掩模106包括具有配置為以多個蝕刻速率蝕刻工件104的多個亞層的堆疊反射層。更具體地，掩模106包括部分反射亞層122和全反射亞層124。部分反射亞層122包括反射例如激光脈沖108的入射能量的約20％至約80％的著色膜并形成在透明層114的上表面上。全反射亞層124反射例如激光脈沖108的入射能量的約99％-100％并直接堆疊在部分反射亞層122上。

圖案化掩模106的第一部分以形成延伸穿過部分反射亞層122和全反射亞層124兩者的第一開口118a。圖案化掩模106的第二部分以形成僅延伸穿過全反射亞層124以暴露部分反射亞層122的下面部分的第二開口118b。第一開口118a允許激光脈沖108的全部能量密度穿過透明層114，而第二開口118b僅允許激光脈沖108′的部分能量密度穿過透明層114。因此，全能量密度激光脈沖108在蝕刻材料110中形成完全蝕刻的特征120a，而部分能量密度激光脈沖108′在蝕刻材料110中形成部分蝕刻的特征120b。另外，可以調節(jié)激光脈沖108的能量密度和激光脈沖108的數(shù)量來控制蝕刻特征120a/120b的尺寸。例如，增加引導朝向掩模106的激光脈沖108的能量密度和激光脈沖108的數(shù)量增加蝕刻特征120a/120b的深度。應了解，然而，改變蝕刻120a的能量密度對于蝕刻深度可能沒有影響。增加或減小激光脈沖108的能量密度也分別增加或減小由各個特征120a/120b限定的側壁的角。為此，通過減小激光能量密度，蝕刻特征120a可以僅部分地延伸穿過蝕刻材料110(與特征120b類似)，或經(jīng)由102b部分地蝕刻(和可能經(jīng)由102a完全蝕刻)，以及可以隨著由于能量密度減小導致的壁角/斜度減小變得自身限制。

現(xiàn)在參考圖6，圖解說明了根據(jù)另一個示例性實施方式的激光蝕刻系統(tǒng)100。激光蝕刻系統(tǒng)100包括插入在激光源102和工件104之間的掩模106。工件104和掩模106由與以上細節(jié)中描述的類似的材料形成。掩模106也包括具有配置為以多個蝕刻速率蝕刻工件104的多個亞層的堆疊反射層。掩模106包括如以上細節(jié)所描述的部分反射亞層122和全反射亞層124。

根據(jù)至少一個實施方式，圖案化堆疊反射層使得將單個單獨的部分反射亞層122′插入在第一和第二開口118之間。堆疊反射層形成在透明層114上。堆疊反射層包括直接堆疊在如以上所描述的部分反射亞層122上的全反射亞層124。每個開口118將各個堆疊反射層與單獨的部分反射亞層122′分開。開口118延伸穿過部分反射亞層122和全反射亞層124并暴露透明層114。因此，全部能量密度的激光脈沖108穿過開口118達到蝕刻材料110并在其中蝕刻第一特征120。

第一特征120是例如暴露下面的基底112的一部分的完全蝕刻特征120。然而，單獨的部分反射亞層122′在沒有完全阻斷激光脈沖108穿過透明層114的情況下降低激光脈沖108的能量密度。因此，部分能量密度的激光脈沖108′沖擊蝕刻材料110并形成插入在完全蝕刻特征120之間的部分蝕刻的單獨特征126。以這種方式，完全蝕刻特征120和部分蝕刻的單獨特征126可以形成導電的相互連接，例如其使用本領域技術人員理解的多種板上(plateup)和雙鑲嵌(dual-damascene)制造過程連接一個或多個通路(vias)。應了解在利用相對于圖1-5所描述的改變的蝕刻特征開口和技術可以在單個過程中形成類似組的特征。

轉向圖7，圖解說明了根據(jù)一個示例性的實施方式的掩模106的透視圖。掩模106包括多個形成在其上的單獨的反射層116a-116c。各個反射層116a-116c包括限定各自的掩模圖案的開口的不同配置。例如，第一反射層116a包括限定第一掩模圖案128a的多個開口118，第二反射層116b包括限定第二掩模圖案128b的多個開口118，以及第三反射層116c包括限定第三掩模圖案128c的多個開口118。

相對于一個或多個激光脈沖108可調節(jié)掩模106的位置。根據(jù)一個實施方式，可以通過可移動的掩模臺(maskstage)(圖7中未示出)支撐掩模106。掩模臺可以將掩模106定位在激光源102和支撐工件110的臺103之間。根據(jù)另一個實施方式，臺103配置為移動并可以相對于掩模圖案128a-128c中的一個或多個對準工件104。以這種方式，可以通過根據(jù)以下更詳細地討論的一種或多種順序對準掩模圖案128a-128c與激光脈沖108和工件104，將具有改變的深度的特定圖案的特征蝕刻到工件中。

參考圖8a-10b，圖解說明了根據(jù)一個示例性實施方式的相對于多個激光脈沖108和工件104對準掩模圖案128a-128c的對準操作的順序。在圖8a中，第一掩模圖案128a插入在多個激光脈沖108和工件104之間。第一部分激光脈沖108通過限定第一掩模圖案128a的開口118傳送。激光脈沖108沖擊形成在工件104上的蝕刻材料110的上表面并蝕刻第一多個特征120a。第一多個特征120a在圖8b圖解說明的第一深度(d1)下延伸到蝕刻材料110中。

在圖9a中，第二掩模圖案128b插入在激光脈沖108和工件104之間。第二部分激光脈沖108通過限定第二掩模圖案128b的開口118傳送。激光脈沖108增加一個或多個第一特征120a的深度。以這種方式，形成一個或多個第二特征120b，其以大于d1的第二深度(d2)延伸到蝕刻材料110中。因此，如圖9b圖解說明的，將蝕刻材料110形成為具有以第一深度d1延伸到蝕刻材料110中的多個第一特征120a和以第二深度d2延伸到蝕刻材料110中的多個第二特征120b。

在圖10a中，第三掩模圖案128c插入在激光脈沖108和工件104之間。第三部分激光脈沖108通過限定第三掩模圖案128c的開口118傳送。激光脈沖108增加一個或多個第二特征120b的深度。以這種方式，形成一個或多個第三特征120c，其以大于d1和d2的第三深度(d3)延伸到蝕刻材料110中。因此，如圖10b圖解說明的，將蝕刻材料110形成為具有以第一深度d1延伸到蝕刻材料110中的至少一個第一特征120a、以第二深度d2延伸到蝕刻材料110中的至少一個第二特征120b和以第三深度d3延伸到蝕刻材料110中的至少一個第三特征120c。

仍然參考圖8a-10b，使用第一掩模圖案128a形成的第一特征120a的深度取決于遞送至蝕刻材料110的脈沖108的能量密度水平和數(shù)量。通過控制針對任何給予的圖案遞送的脈沖108的數(shù)量，可以將第一圖案的深度選擇為任何期望的深度。定位第二掩模圖案128b之后，一個或多個選定的第一特征120a可以繼續(xù)被激光蝕刻以實現(xiàn)期望的深度或終止層。應了解定位掩模圖案128a-128c不需要有序的任何特定順序的對準操作或彼此重疊來繼續(xù)蝕刻材料110中的進一步蝕刻和實現(xiàn)總計的蝕刻深度。

本文中所使用的術語僅是為了描述具體實施方式的目的，而不旨在限制本發(fā)明。除非上下文另外明確指出，否則本文所使用的單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”也旨在包括復數(shù)形式。將進一步理解，當在說明書中使用術語“包括”和/或“包含”時，指定規(guī)定的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或它們的群組的存在或添加。

所附權利要求中所有裝置或步驟加上功能元件的對應的結構、材料、作用和等價物旨在包括與具體要求保護的其他要求保護的元件結合的用于執(zhí)行功能的任何結構、材料或作用。為了說明和描述已經(jīng)呈現(xiàn)了本發(fā)明的描述，但是其不旨在是徹底的或將本發(fā)明限于公開的形式。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對于本領域的普通技術人員許多修改和變化整將是顯而易見的。選擇所描述的實施方式以便最好地解釋本發(fā)明的教導的原理、實際應用，并且使本領域其他普通技術人員能夠理解本發(fā)明，因為所述具有多種變更的多種實施方式適合所考慮的特定用途。

本文中描繪的流程圖僅是一個實例。在不背離本發(fā)明的精神的情況下，本文描述的該圖或操作可以存在許多變化。例如，可以以不同的順序進行操作或可以增加、刪除或修改操作。將所有這些變化視作本發(fā)明的一部分。

雖然已經(jīng)描述了多個實施方式，但是將理解本領域技術人員在現(xiàn)在和將來可以做出落在隨后的權利要求的范圍內的多種修改。應該將這些權利要求解釋為維持首先描述的本發(fā)明的恰當保護。