[发明专利]激光微加工时所形成的个别通孔的能量监视与控制

说明书

技术领域

本发明是关于激光处理一工件，且明确地说，是关于监视用以在一基板上微加工特征形状的一激光的各项参数，该些参数可立刻输出，用以供应信息来即时控制微加工制程；或者，该些参数可先被储存，稍后再被取出用于进行制程控制。 

背景技末

激光处理可利用各种激光在数种不同的工件上来进行，以便施行各种制程。本发明感兴趣的特定类型激光处理是对单层或多层工件进行激光处理用以施行开孔及/或盲孔形成，以及对一半导体晶圆进行激光处理用以施行晶圆切割或钻孔。本文所述的激光处理方法亦可能会被用于任何类型的激光微加工，其包含，但是并不仅限于：移除半导体连接线(熔丝)，以及对被动式厚膜组件或被动式薄膜组件进行热退火或微调。 

就对一多层工件中的通孔及/或开孔进行激光处理来说，Owen等人的美国专利案第5,593,606号以及第5,841,099号便说明操作一极紫外光(UV)激光系统以产生激光输出脉冲的方法，其特征为具有脉冲参数，该等脉冲参数被设定用来于一多层装置中，在具有不同材料类型的二或更多层之中形成穿透孔或盲孔。该激光系统包含一非准分子激光，其会以大于200Hz的脉冲重复率来射出激光输出脉冲，该等激光输出脉冲的时间脉冲宽度小于100ns，光点区的直径小于100μm，而该光点区上的平均强度或光度则大于100mW。公认的较佳非准分子UV激光是二极体激升固态(DPSS)激光。 

Dunsky等人的美国专利申请公开案第US/2002/0185474号便说明一种操作一脉冲式CO₂激光系统来产生激光输出脉冲，用以在一多层装置的一介电层中形成盲孔的方法。该激光系统会以大于200Hz的脉冲重复率来射出激光输出脉冲，该等激光输出脉冲的时间脉冲宽度小于200ns，而光点区的直径则介于50μm与300μm之间。 

对一目标材料进行激光移除相依于传导至该目标材料的激光输出的功率(亦称为能注量或能量密度)是否大于该目标材料的移除临界值，尤其是当使用一UV DPSS激光时。材料移除可由一光化学制程(亦称为烧切(ablation))来施行，其中，用以将原子与分子固定在一起的作用力会遭到破坏；或是亦可由一光热制程来施行，其中，该材料会被蒸发。一UV激光会发射一可被聚焦的激光输出，该激光输出在1/e²直径处的光点尺寸介于约5μm与约30μm之间。在特定的实例中，此光点尺寸会小于所希望的通 孔直径，如当该所希望的通孔直径介于50μm与300μm之间时。该光点尺寸的直径亦可被放大成和该通孔的所希望直径具有相同的直径，不过，此放大作用却会降低激光输出能量，使其小于该目标材料烧切临界值且无法施行目标材料移除。因此会使用5μm至30μm的聚焦光点尺寸且该聚焦激光输出通常会在一螺旋、同心圆、或是“环钻(trepan)”图案中移动，用以形成一具有该所希望直径的通孔。螺旋、同心圆、以及环钻处理便是所谓的非冲孔式通孔形成制程类型。对通孔直径约70μm或更小时，直接冲孔可提供较高的通孔形成产量。 

相反地，一脉冲式CO₂激光的输出的光点尺寸通常会大于50μm，且能够保持一足以在习知目标材料上施行具有50μm或更大直径的通孔形成的能量密度。因此，当使用一CO₂激光来施行通孔形成时通常会运用一冲孔制程。不过，使用CO₂激光并无法形成光点区直径小于50μm的一通孔。 

铜材于CO₂波长下的高度反射率会使得很难在厚度大于约5微米的铜片中使用一CO₂激光来形成一穿透孔通孔。因此，通常可使用CO₂激光在厚度介于约3微米与约5微米间的铜片中仅形成穿透孔通孔，或是在已经过表面处置用以增强该CO₂激光能量吸收的铜片中仅形成穿透孔通孔。 

用于制造其中会形成通孔的印刷电路板(PCB)与电子封装装置的多层结构的最常用材料通常包含金属(举例来说，铜)以及介电材料(举例来说，聚合物聚亚酰胺、树脂、或是FR-4)。UV波长的激光能量会与金属以及介电材料呈现良好的耦合效率，俾使该UV激光能够轻易地于铜板以及介电材料两者上施行通孔形成。另外，聚合物材料的UV激光处理会被广泛地认为是一组合式光化学与光热制程，其中，该UV激光输出会经由一光激发化学反应来分离其分子键以部份烧切该聚合物材料，从而产生会优于当该等介电材料曝露于较长激光波长时所进行的光热制程的制程品质。基于该些理由，固态UV激光用于处理该些材料的较佳激光源。