[发明专利]采用高脉冲重复频率的皮秒激光脉冲的激光直接烧蚀

说明书

技术领域

本公开涉及激光微加工。具体来说，本公开涉及用于在工件中刻划图案来形成具有受控信号传播特性的导电迹线的系统和方法。

背景技术

集成电路（IC）衬底制造技术旨在缩减衬底尺寸和成本并增加功能性。一种最近的进展使用激光直接烧蚀（LDA）和特殊电镀工艺来形成介电层内的电信号迹线或路径，而不是使用传统的光刻技术在介电层的表面上形成信号迹线。嵌入式迹线的方法通过减小信号长度和优化迹线路由减少了总层数、改善了成本和产量并提高了电性能。可通过形成具有10μm或更小的宽度的信号迹线并结合无焊盘微通路设计来实现嵌入式迹线的方法。然而，用于介电移除的已知方法缺乏适于大量生产的高产且合算的制造技术。

对于LDA，已讨论了紫外线（UV）准分子和钇铝柘榴石（YAG）激光源。在矢量和光栅扫描方法中都可以操作UV YAG系统。UV YAG架构通常不需要成像掩模。因此，UV YAG系统提供设计变化的灵活性和快速适应。另一方面，准分子激光烧蚀使用掩模投影技术来移除大的区域中的材料。因此，当图案包括许多连接盘、接地平面或其它更大的特征时，准分子激光烧蚀可以提供高产能。使用准分子激光器时的产能与掩模区域内的图案密度无关。然而，在使用UV YAG激光器的直接刻写法的情况下，增大图案密度可以显著地影响产能。由于在掩模区域上的均匀和增量介电移除，与使用UV YAG激光器时相比，准分子烧蚀表现出更佳的分辨率和深度控制。UV YAG激光器的额定功率可从约3瓦至约40瓦，而准分子激光器的额定功率可达约300瓦。UV YAG激光器通常以从约50kHz至约250kHz的脉冲重复频率工作，而准分子激光器的脉冲重复频率通常为几百赫兹。由于在UV波长（例如，对于UV YAG激光器而言，通常为约355nm，而对于准分子激光器通常为约248nm和约308nm）下更高的烧蚀，UV YAG和准分子激光系统都提供用于介电材料的宽泛选择的处理。

发明内容

系统和方法使用短的时间脉冲宽度与高的脉冲重复频率来实现有效的LDA处理。高脉冲重复频率允许激光束跨工件快速移动（以实现高产能），同时维持足够的脉冲重叠。短时间脉冲宽度用于更有效且更干净的材料移除。在某个实施例中，使用UV激光器。在其它实施例中，使用绿色激光器。

在一个实施例中，一种用于激光直接烧蚀的方法产生切割到介电层中的图案以形成具有受控信号传播特性的导电迹线。该方法包括选择用于沿着工件表面上的刻划线移除期望深度的材料的剂量通量；选择一系列激光脉冲中每个激光脉冲的时间脉冲宽度；以及选择所述一系列激光脉冲的脉冲重复频率。脉冲重复频率的选择至少部分基于所选择的时间脉冲宽度，以维持沿着刻划线的所选择的剂量通量。所选择的脉冲重复频率提供沿着刻划线的激光光斑的预定的最小重叠。该方法还包括根据所选择的剂量通量、时间脉冲宽度和脉冲重复频率，使用激光源生成包括所述一系列激光脉冲的激光束。该方法还包括提供工件和激光束之间的相对运动使得激光束的路径以选定的速率循着沿着工件的表面的刻划线位置。

在某些实施例中，所选择的时间脉冲宽度小于或等于1μs，所选择的时间脉冲宽度在约10ps和约29ns之间的范围内，并且所选择的速率在约1m/s和约10m/s之间的范围内。在其它实施例中，所选择的速率在约2m/s和约4m/s的范围内。此外，或在其它实施例中，沿着刻划线的激光光斑的预定的最小重叠为光斑尺寸直径的约60%，光斑尺寸直径在约5μm和约30μm之间的范围内，并且所选择的脉冲重复频率在约750kHz和约5MHz之间的范围内。

在某些实施例中，该方法还包括确定作为所选择的时间脉冲宽度的函数的激光源的工作通量。该工作通量包括除以所选择的时间脉冲宽度的平方根的所选择的剂量通量。选择脉冲重复频率可包括：通过脉冲宽度的平方根来缩放激光源的最大脉冲重复频率；（对于沿着刻划线的激光光斑的所选择的最小重叠，）基于光斑尺寸和所选择的速率来计算最小脉冲重复频率；以及选择将在所缩放的最大脉冲重复频率和所计算的最小脉冲重复频率之间的脉冲重复频率。

在某些实施例中，该方法还包括在抖动方向上来回地抖动激光束，同时激光束的路径以所选定的速率循着沿着工件的表面的刻划线位置。

通过以下优选实施例的详细描述，额外的方面和优势将显而易见。下面的详细描述参照附图来进行。

附图说明

图1示意性地示出了介电材料的顶部表面上的第一导电迹线和第二导电迹线的侧视图。

图2A示意性地示出了根据一个实施例的包括使用激光烧蚀切割到介电材料的顶部表面中的第一切口和第二切口的工件的侧视图。