[发明专利]用于激光加工相对窄和相对宽的结构的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于在介电基底上激光加工不同宽度的结构的方法和设备。尤其涉及在聚合物层的顶表面中连续地形成窄的凹槽或沟槽结构以及较大面积的焊盘、盲接触孔和/或接地层结构，以制造微电子电路。

背景技术

在先进的印刷电路板(PCB)制造工艺中，激光得到了广泛的应用。一个特别熟知的例子是在多层PCB中形成盲接触孔，也被称为微过孔。在这样的例子中，通常使用紫外(UV)激光来穿透顶部的铜层和下部的介电层，以形成对下部铜层的接触。在一些例子中，通过利用两种不同的激光工艺移除这两种不同的材料来改进该工艺的成本效率。通常使用UV二极管泵浦固体(DPSS)激光器在顶部铜层中形成孔，以暴露下层的介电层，在另一单独的工艺中，使用CO₂激光器来移除每个孔下方暴露出来的介电材料。因为能够单独地优化每一工艺，因此这种两步激光工艺具有很多经济上的优点。但是，在这种情况下，因为光学需求非常不同，因此使用两个物理上分开的光学系统并且必须使基底在两个系统之间移动以完成第二工艺。

最近提出了一种新型的高密度多层电路板制造技术。US2005/0041398A1和在2006年的Pacific Micro-electronics Symposium上公开的″Unveiling the next generation in substrate technology″，Huemoeller等描述了“激光嵌入电路技术”的概念。在这种新技术中，利用激光直接在有机介电基底中消融出精细的凹槽、较大面积的焊盘以及盲接触孔。凹槽与焊盘和接触孔相连接，因此在激光处理和后续的金属镀覆之后，可形成嵌入到介电层的上表面中的焊盘和精细导体的复杂图案，同时一起形成的还有与下层金属层相连接的较深的接触孔。到目前为止，脉冲UV激光已经被用来在单个工艺过程中利用直写或掩模成像法来形成凹槽、焊盘和接触孔。

直写法一般使用光束扫描器在基底表面移动聚焦的UV激光束，以刻出凹槽并形成焊盘和接触孔结构。直写法使用具有高光束质量的高度可聚焦的UV激光束，因此该方法适于完成精细的凹槽划刻工艺。该方法也能很好地处理焊盘和接触孔结构所需的不同深度。通过该方法，可容易地形成深度不同的凹槽、焊盘和接触孔。但是，因为从可高度聚焦的UV激光中所能获得的激光能量有限，因此当该方法用于移除大量的材料而形成大面积焊盘和接触孔时，直写工艺速度缓慢。另外，该直写法很难在凹槽和焊盘之间的交叉处保持恒定的深度。

掩模成像法是使用准分子激光照射包含电路设计的所有细节的掩模。掩模的图案被投影到基底上，掩模和基底一起移动以在基底上重现整个电路区域。因为在图像转移过程中掩模的整个区域都被扫描，因此该方法对所要形成的结构的面积不敏感，因此该方法既适于形成精细凹槽也适于形成大面积焊盘。另外，该方法可在凹槽和焊盘之间的交叉处非常好地保持恒定的深度。但是，除了电路非常密集的情况，由于准分子激光的购置和操作成本都很高，掩模成像法的成本明显高于直写法。另外掩模成像法很不灵活，每次需要新的电路设计时，都需要制造新的掩模。此外，准分子激光掩膜成像不适于根据需要形成深度不同的结构，尤其是深度不同的接触孔。

在US 2008/0145567Al中的描述的发明克服了后一限制。在该情况下，准分子激光扫描掩模成像系统被用于在绝缘层中同时形成深度相同的凹槽和焊盘，在另一单独的工艺中，使用由单独的光束传送系统传送的第二激光形成穿透到下层金属层的更深的接触孔。这种两步骤工艺是工艺深度不同的结构需求的一种有效的方式，但是仍然存在与掩模和准分子激光的使用相关联的成本高、灵活性差的问题。

因此，可以看到，现有的基于“激光嵌入电路技术”的用于制造先进电路的工艺方法具有严重的缺点。仍需要一种能够利用这样的激光工艺的方法：其能够被独立地优化，以非常灵活的方式形成所需的不同尺寸和深度的结构，从而改进工艺速度、降低成本。本发明的目的为提供一种多步骤工艺方法，其避免使用大面积掩模和昂贵的准分子激光但能够满足上述需要。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种利用激光消融在介电层表面中形成相对窄的凹槽和相对宽的区域和/或孔的设备，包括：

激光器设备，用于提供第一激光束和第二激光束，该第一激光束被介电层强烈吸收并具有基本上衍射极限的光束质量，该第一激光束连续或准连续地工作以进行凹槽的直写，该第二激光束被介电层强烈吸收，并以脉冲模式工作以通过窗孔(aperture)或掩模的像或通过焦斑整形而形成区域和/或孔；