CN114643411A - 贯通孔的多焦点激光形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种贯通孔的多焦点激光形成方法，包含有：一多焦点激光于一基板上形成一预贯通孔，其中，该预贯通孔根据多焦点激光所产生的多个焦点经由激光加工形成，该多焦点激光于各该焦点处激光形成一烧蚀区及一改质区，各该烧蚀区连通形成该预贯通孔，各该改质区围绕各该烧蚀区，其中，该多焦点激光由一激光源发出多道激光，再经由一振镜(scanning head)反射该多道激光，使该多道激光于该基板形成该多个焦点；将含该预贯通孔的该基板浸于刻蚀池进行刻蚀，使该预贯通孔调整为直径ψ1的一贯通孔。

Description

贯通孔的多焦点激光形成方法
技术领域
一种贯通孔的形成方法，尤指一种贯通孔的多焦点激光形成方法。
背景技术
电子产业不断演进，各式电子元件在追求高品质的同时，型态上也逐渐趋于轻薄短小，以半导体晶片来说，半导体晶片通常由硅或砷化镓等半导体材料所构成，过去半导体晶片为二维集成电路(2D IC)，使用引线焊接技术(Wire Bonding)及芯片倒装焊封装(FlipChip)，然而半导体晶片的线路图案随着技术演进逐渐缩小至数十奈米，导线数量及信号接脚数量的增加，使得引线焊接难度增高，且芯片倒装焊封装技术只能封装单层晶片，难以应付半导体晶片所需的信号接脚数量，因此研发出三维集成电路(3D IC)，以期突破二维集成电路的结构限制，实现较二维集成电路更高的效能表现。
目前三维集成电路主要是以硅贯通孔(Through Silicon Via,TSV)制成的硅中介层，于硅贯通孔中填入导电材料，来连结垂直堆叠的多片晶片，实现高效能半导体晶片所需的布线数量及输入输出接脚的密度，由此可见形成贯通孔技术的重要性。
在形成贯通孔的工艺技术方面，为于基板上形成孔径细长且平整的微小贯通孔，本领域技术人员采用贝塞尔光束(Bessel Beam)的激光技术对基板进行烧蚀，以贝塞尔光束长焦深的光强度分布特性，于基板上形成高径深比的微孔。
然而与一般激光技术相比，贝塞尔光束是由激光光源经过锥形透镜(AxiconLens)、多个透镜及空间滤波器(Spatial Filter)等元件所形成的长形光束，由于各元件的设置位置与各元件间的间隔距离都需事先经过计算，若更动产生贝塞尔光束所使用的任一元件，其余元件的位置都需要随之调整，使得贝塞尔光束的焦点定位后难以通过改变单一元件的角度或藉由辅助元件的协助而改变位置，因此当需要于基板上形成多个贯通孔时，必须不断移动基板位置，让贝塞尔光束的焦点能落于基板上下一个欲形成贯通孔的区域，而非由产生激光的仪器更改激光路径依序形成贯通孔，但机台难以精准进行毫米等级的距离调整，由机台移动基板相较以仪器调整激光路径所耗费的时间更多，进而造成激光加工时间延长，影响形成贯通孔的作业效率，因此，就当前形成细长贯通孔的激光方法做进一步的改良实有其必要性。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种贯通孔的多焦点激光形成方法，由多焦点激光技术替代现有的贝塞尔光束形成贯通孔，以避免因贝塞尔光束的路径无法调整，造成移动基板的时间影响形成作业效率的情形发生。
为达成前述目的，本发明贯通孔的多焦点激光形成方法包含有：
一多焦点激光于一基板上形成一预贯通孔，其中，该预贯通孔根据多焦点激光所产生的多个焦点经由激光加工形成，该多焦点激光于各该焦点处激光形成一烧蚀区及一改质区，各该烧蚀区连通形成该预贯通孔，各该改质区围绕各该烧蚀区，其中，该多焦点激光由一激光源发出多道激光，再经由一振镜(scanning head)反射该多道激光，使该多道激光于该基板形成该多个焦点；
将含该预贯通孔的该基板浸于刻蚀池进行刻蚀，使该预贯通孔调整为直径ψ1的一贯通孔。
本发明的多焦点激光技术能藉由于该基板上形成该多个焦点并进行激光加工，替代现有的贝塞尔光束于该基板上形成高径深比微孔，在需要于该基板上形成多个贯通孔的情况下，与难以改变激光路径的贝塞尔光束相比，多焦点激光技术可藉由该振镜调整该多焦点激光的发射角度，即可改变该多个焦点的位置，以提升形成多个贯通孔时的作业效率。
附图说明
图1：本发明贯通孔的多焦点激光形成方法的步骤流程图。
图2：多焦点激光实施激光加工的侧视示意图。
图3A：本发明中基板形成预贯通孔的侧视示意图。
图3B：本发明中于基板上以激光汇集形成焦点的侧视示意图。
图3C：本发明中烧蚀区的侧视示意图。
图3D：另一实施例中烧蚀区与改质区的侧视示意图。
图4：本发明中基板形成预贯通孔的俯视平面示意图。
图5：本发明中刻蚀形成贯通孔的俯视平面示意图。
图6：本发明中预贯通孔经刻蚀产生杂质的俯视平面示意图。
具体实施方式
请参看图1所示，本发明贯通孔的多焦点激光形成方法包含：
步骤S101：请参考图2至图4所示，以多焦点激光于预先准备的一基板10上形成一预贯通孔12，其中，该预贯通孔12是根据多焦点激光所产生的多个焦点11而经由激光加工形成。配合图2所示，本发明所使用的多焦点激光技术是由一激光源20发出多道激光21，再经由一振镜(scanning head)30反射所述多道激光21，该振镜30可为一多焦点激光振镜，使所述多道激光21于该基板10的表面至内部形成直线排列的该多个焦点11，且该多个焦点11可同时形成于该基板10上并同时于各该焦点11处实施激光加工形成该预贯通孔12，而该振镜30可通过内部的两反射镜31调整所述多道激光21的反射路径，藉此移动该多个焦点11形成于该基板10上的位置，其中，该多个焦点11沿该基板的一轴向排列。
配合参考图3A、图3B及图3C，在步骤S101中，当以多焦点激光于该多个焦点11处对基板10进行烧蚀时，如图3B所示，图3B仅以其中的一焦点11为例，由于各该焦点11分别为两道激光21的聚焦处，多焦点激光会于各该焦点11处形成图3C所示沙漏型的一烧蚀区13，故如图3A所示，该多个焦点11彼此沿直线连贯排列，使得各该烧蚀区13自该基板10的顶面至该基板10的底面相互连通形成该预贯通孔12，需说明的是，图3A、图3B和图3C是各该焦点11及各该烧蚀区13放大后的示意图，巨观下本发明中以多焦点激光形成的该预贯通孔12为各该烧蚀区13连通而成的细长形微孔，且于另一实施例中，当各该焦点11间的间距缩短而紧密排列时，沙漏型的各该烧蚀区13可相互重叠连通形成该预贯通孔12。
该基板10上预设有图3A、图3B、图3C及图4中直径ψ1的一圆周14，该圆周14的形状、大小与位置对应欲成形的一贯通孔的形状、大小与位置，而该多个焦点11形成于该圆周14范围内，该多个焦点11的数量则取决于该基板10的厚度或该贯通孔所需深度等条件。于本实施例中，该多个焦点11形成于该圆周14的中心位置，故通过该多个焦点11形成的该预贯通孔12的中心位置等于该圆周14的中心位置，但该多个焦点11的形成位置不以此为限。于本实施例中，该多个焦点11可排列于同一直线上，而该直线对应该贯通孔所需的形状及位置，以通过激光烧蚀形成细长且笔直的该预贯通孔12，但该多个焦点11的排列方式不以此为限。
另一方面，激光加工利用热能加热该基板10，使部分该基板10产生气化或熔化而形成各该烧蚀区13的同时，激光的压力波热能亦会影响该基板10于各该烧蚀区13的周围部位，使该基板10于各该烧蚀区13的周围区域发生质变形成一改质区15，或称热影响区，各该改质区15位于该圆周14与该预贯通孔12之间，围绕于各该烧蚀区。于一实施例中，各该烧蚀区13的宽度可为0.3μm，各该改质区15的宽度可为2μm到5μm。
进一步参看图3D所示，于另一实施例中，以多焦点激光于该基板10上形成一第一焦点11A及一第二焦点11B进行激光加工为例，多焦点激光于该第一焦点11A处形成一第一烧蚀区13A及一第一改质区15A，多焦点激光于该第二焦点11B处形成一第二烧蚀区13B及一第二改质区15B，且根据该第一焦点11A与该第二焦点11B间的距离不同，该第一烧蚀区13A与该第一烧蚀区13B可相互重叠连通形成该预贯通孔12，该第一改质区15A及该第二改质区15B亦相互重叠。
步骤S102：将含该预贯通孔12的该基板10浸于一第一刻蚀池进行第一阶刻蚀，该第一刻蚀池的刻蚀速率为V1，且该第一刻蚀池可包含氢氟酸(HF)、盐酸、硫酸或硝酸等强酸液的刻蚀液。
步骤S103：如图5所示，将经过第一阶刻蚀后的该基板10浸于一第二刻蚀池进行第二阶刻蚀，该基板10上的该预贯通孔12经由第一阶刻蚀及第二阶刻蚀调整为直径ψ1的该贯通孔18，该贯通孔18的形状、大小与位置即对应于图3A与图4所示的该圆周14，即完成刻蚀程序，而该第二刻蚀池的刻蚀速率为V2，且该第二刻蚀池可包含氢氟酸(HF)、盐酸、硫酸或硝酸等强酸液的刻蚀液，其中，该第一刻蚀池的刻蚀速率V1小于该第二刻蚀池的刻蚀速率V2，意即该第一刻蚀池可为一低速刻蚀池，而该第二刻蚀池相对于该第一刻蚀池而言为一高速刻蚀池，而该第一刻蚀池的刻蚀速率V1及该第二刻蚀池的刻蚀速率V2可由刻蚀液中氢氟酸、盐酸、硝酸、硫酸等成分的浓度及比例等条件控制。
请参看图6所示，步骤S102及S103中，当该基板10浸于刻蚀液中，刻蚀液可刻蚀去除各该预贯通孔12其表面的粗糙部分，另一方面，由于该改质区15内的结构已受激光的热能影响而改变，使得该基板10于该改质区15的部位的结构较脆弱，刻蚀液能刻蚀去除该基板10于该改质区15的部位，避免改质区15的部位产生裂纹，而该第一刻蚀池或第二刻蚀池会藉由刻蚀液分解该基板10于该改质区15的部位，被分解的部位则化为杂质16，且当该基板10浸于该第一刻蚀池或该第二刻蚀池中进行刻蚀时，可进一步以超音波震荡该第一刻蚀池或该第二刻蚀池，以利将刻蚀所产生的杂质16移离该基板10及该预贯通孔12的表面，避免杂质16堆积而影响刻蚀作业的进行。
设定该第一刻蚀池的刻蚀速率V1小于该第二刻蚀池的刻蚀速率V2的用意在于，经步骤S101形成的该预贯通孔12的孔径较小，若该预贯通孔12进行第一阶刻蚀时的刻蚀速率过快，单位时间内由刻蚀液作用产生的杂质16过多，容易影响该预贯通孔12的排屑效率，杂质易堆积于该预贯通孔12内，造成该预贯通孔12阻塞，刻蚀液无法再流入该预贯通孔12内藉由刻蚀作用增加该预贯通孔12的孔径大小，影响刻蚀品质及效率；另一方面，该预贯通孔12的两端与该基板10的表面具有图3A所示的一连接处17，由于各该连接处17为该基板10的表面与该预贯通孔12内侧表面的交界处，刻蚀液同时自该基板10的表面与该预贯通孔12内侧表面对各该连接处17进行刻蚀，当刻蚀时间较长时，容易使得各该连接处17的刻蚀速率大于该预贯通孔12内侧表面的刻蚀速率，且第一阶刻蚀造成该预贯通孔12两端的孔径大于该预贯通孔12中段的孔径，而该预贯通孔12的两端会分别形成一喇叭状，导致该预贯通孔12经第二阶刻蚀后无法形成符合欲成形的该贯通孔18的形状、大小与位置。
因此本发明藉由步骤S103以较低的刻蚀速率对含该预贯通孔12的该基板10进行第一阶刻蚀，去除该基板10上的部分该改质区15，再对含该预贯通孔12的该基板10进行第二阶刻蚀，以较高的刻蚀速率以刻蚀剩余的该改质区15，并刻蚀调整该预贯通孔12至符合欲成形的该贯通孔18的形状、大小与位置，并藉由较高的刻蚀速率于短时间内完成形成该贯通孔18的刻蚀作业，避免含该预贯通孔12的该基板10因刻蚀过久而产生厚度过薄的问题。
藉由该第一刻蚀池的刻蚀速率V1及该第二刻蚀池的刻蚀速率V2可计算出该预贯通孔12进行第一阶刻蚀所需的一第一刻蚀时间及进行第二阶刻蚀所需的一第二刻蚀时间，该第一刻蚀时间及该第二刻蚀时间可分别为一预设值，且该第一刻蚀时间与该第二刻蚀时间的时间比例或分配可根据欲成形的该贯通孔18的形状、大小与位置以及该基板10的厚度与材质进行调整，当该基板10已于该第一刻蚀池中刻蚀达该第一刻蚀时间时，代表该基板10完成第一阶刻蚀，即将该基板10自该第一刻蚀池取出并浸入该第二刻蚀池中，而当经过第一阶刻蚀后的该基板10已于该第二刻蚀池中刻蚀达该第二刻蚀时间时，代表该基板10完成第二阶刻蚀形成该贯通孔18，即将该基板10自该第二刻蚀池中取出，以避免该贯通孔18因过度刻蚀而无法符合需要的形状、大小或位置。
综上所述，本发明以多焦点激光取代现有技术所使用的贝塞尔光束，藉由于该基板10上形成该多个焦点11进行烧蚀以形成高径深比的细长微孔，且本发明所使用的多焦点激光可由该振镜30调整该多个焦点11的位置，在需要于该基板10上形成多个贯通孔的情况下，由于该振镜30微调内部的两反射镜31所需的时间较调整该基板10位置的时间快上许多，能提升形成多个贯通孔时的作业效率。

Claims (8)

1.一种贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，包含有：
一多焦点激光于一基板上形成一预贯通孔，其中，该预贯通孔根据多焦点激光所产生的多个焦点经由激光加工形成，该多焦点激光于各该焦点处激光形成一烧蚀区及一改质区，各该烧蚀区连通形成该预贯通孔，各该改质区围绕各该烧蚀区，其中，该多焦点激光由一激光源发出多道激光，再经由一振镜反射该多道激光，使该多道激光于该基板形成该多个焦点；
将含该预贯通孔的该基板浸于刻蚀池进行刻蚀，使该预贯通孔调整为直径ψ1的一贯通孔。
2.如权利要求1所述的贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，在将含该预贯通孔的该基板浸于刻蚀池进行刻蚀的步骤中，包含：
将含该预贯通孔的该基板浸于一第一刻蚀池进行一第一阶刻蚀；
将经过该第一阶刻蚀后的该基板浸于一第二刻蚀池进行一第二阶刻蚀，使该预贯通孔调整为直径ψ1的该贯通孔。
3.如权利要求1所述的贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，该多个焦点排列于同一直线上。
4.如权利要求1所述的贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，该多焦点激光由该振镜调整该多道激光的反射路径，以移动该多个焦点形成于该基板上的位置。
5.如权利要求2所述的贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，该第一刻蚀池的刻蚀速率小于该第二刻蚀池的刻蚀速率。
6.如权利要求2所述的贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，将含该预贯通孔的该基板浸于一第一刻蚀池进行刻蚀的步骤中，将含该预贯通孔的该基板刻蚀达一第一刻蚀时间后完成第一阶刻蚀。
7.如权利要求2所述的贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，将经过该第一阶刻蚀后的该基板浸于一第二刻蚀池进行刻蚀的步骤中，将该基板刻蚀达一第二刻蚀时间，该预贯通孔调整为直径ψ1的该贯通孔。
8.如权利要求1所述的贯通孔的多焦点激光形成方法，其特征在于，各该烧蚀区相互重叠，且各该改质区相互重叠。
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