本發(fā)明涉及使用固態(tài)激光器和可編程的空間光調(diào)制器在基板上進(jìn)行激光燒蝕。

背景技術(shù)：

激光器廣泛用于制造先進(jìn)的印刷電路板(PCB)。一個(gè)非常熟悉的例子是在多層PCB中打出接觸盲孔(即被稱為微通孔)。在該情況下，通常用紫外(UV)固態(tài)激光器打穿頂部銅層和下面的介電層，從而能夠接觸下銅層。在一些情況下，通過(guò)使用兩種不同的激光工藝去除兩種不同的材料，來(lái)改善該工藝的成本效益。通常使用UV二極管泵浦固態(tài)(DPSS)激光器在頂部銅層中打孔以暴露下介電層，并在單獨(dú)的工藝中，使用CO2激光器來(lái)去除暴露在每個(gè)孔下面的介電材料。

最近提出了一種新型的高密度多層電路板制造技術(shù)。US2005/0041398A1和出版物“Unveiling the next generation in substrate technology”,Huemoeller et al,2006 Pacific Micro-electronics Symposium描述了“激光嵌入電路技術(shù)”的概念。在這種新技術(shù)中，激光器被用于直接在有機(jī)介電基板中燒蝕精細(xì)溝槽、較大面積的焊墊以及接觸孔。溝槽與焊墊和接觸孔相連，這使得在激光結(jié)構(gòu)化和隨后的金屬電鍍之后同時(shí)形成第一層和第二層，其中，該第一層由嵌入在介電層頂表面的精細(xì)導(dǎo)體和焊墊構(gòu)成的復(fù)雜圖案組成，而該第二層由與下金屬層相連的更深的接觸孔組成。有關(guān)這項(xiàng)新技術(shù)的進(jìn)展的更多信息描述在12^th Electronic Circuit World Convention in Taiwan,November 9^th-11^th 2011的論文EU165(David Baron)和TW086-2(Yuel-Ling Lee&Barbara Wood)中。

到目前為止，在該方法中，已使用脈沖UV激光器在利用直寫或掩模成像方法的單個(gè)工藝中形成溝槽、焊墊和接觸孔。

直寫方法通常使用光束掃描器在基板表面上移動(dòng)來(lái)自激光器的聚焦的光束，以刻劃溝槽并且還產(chǎn)生焊墊和接觸孔結(jié)構(gòu)。這種直寫方法使用來(lái)自具有高光束質(zhì)量的UV二極管泵浦固態(tài)(DPSS)激光器的高度可聚焦的光束，因此非常適合于精細(xì)溝槽刻劃工藝。它還能夠很好地處理與焊墊和接觸孔結(jié)構(gòu)有關(guān)的不同層深度的要求。通過(guò)該方法，可以容易地形成不同深度的溝槽、焊墊和接觸孔。然而，由于UV DPSS激光器的低脈沖能量需要非常小的聚焦光斑來(lái)進(jìn)行燒蝕，因此，該方法便于產(chǎn)生窄的軌跡和孔，而在從較大面積的特征和接地層去除材料時(shí)其并非有效的方法。同時(shí)這種直寫方法在溝槽和焊墊之間的交叉處難以保持恒定的深度。適合制造基于嵌入式導(dǎo)體的PCB的直寫激光裝置描述在12^th Electronic Circuit World Convention in Taiwan,November 9^th-11^th 2011的論文TW086-9(Weiming Cheng&Mark Unrath)里。

掩模成像方法通常使用UV準(zhǔn)分子激光器照射掩模，上述掩模包含電路設(shè)計(jì)的一層或一個(gè)板級(jí)的全部細(xì)節(jié)。掩模的圖像在基板上是縮小的，從而利用足以燒蝕介電材料的激光脈沖能量水平能夠在基板上重現(xiàn)該層上電路的全部區(qū)域。在一些情況下，如要形成的電路很大時(shí)，使用掩模與基板的相對(duì)同步移動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)印全部圖案。多年來(lái)，用于覆蓋大基板面積的準(zhǔn)分子激光掩模投影和相關(guān)策略是為人所熟知的。Proc SPIE 1997,vol.3223,p 26(Harvey&Rumsby)對(duì)該方法進(jìn)行了描述。

由于在圖像轉(zhuǎn)印過(guò)程期間照射了掩模的整個(gè)區(qū)域，所以該方法不受待產(chǎn)生的各個(gè)結(jié)構(gòu)的總面積的影響，因此其非常適合于產(chǎn)生精細(xì)溝槽、較大面積的焊墊和接地層。該方法在保持溝槽和焊墊之間的交叉處的深度恒定性方面也同樣優(yōu)異。然而，由于準(zhǔn)分子激光器的購(gòu)買和操作成本都非常高，所以除電路非常密集的情況外，該掩模成像方法的成本比直寫方法高得多。由于電路的每一層都需要使用新的掩模，故掩模成像方法也非常不靈活。

出版物US2008/0145567A1中描述了克服后一種限制的解決方法。在該情況下，利用準(zhǔn)分子激光掃描掩模投影系統(tǒng)在絕緣層中形成由深度相同的溝槽和焊墊組成的層，并且在單獨(dú)的工藝中，利用由單獨(dú)的光束傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)牡诙す庑纬纱┩钢料旅娼饘賹拥母畹慕佑|孔。該兩步工藝是一種處理不同深度結(jié)構(gòu)要求的方法。但其仍受到因使用準(zhǔn)分子激光器而帶來(lái)的高成本的影響。

WO2014/0688274A1公開(kāi)了一種替代方法，其中，由固態(tài)激光器形成的光斑為在掩模上進(jìn)行光柵掃描。然后將由固態(tài)激光器照射的掩模圖案的圖像投影到基板上，并通過(guò)燒蝕形成與掩模圖案相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。這種方法避免了對(duì)昂貴的準(zhǔn)分子激光器的需求，但仍然受限于與使用掩模有關(guān)的不靈活性。對(duì)于每一層待形成的結(jié)構(gòu)，則需要不同的掩?；蜓谀Ｉ系牟煌瑓^(qū)域。如果需要對(duì)正在形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，則可能需要全新的掩模。如果在正在形成的結(jié)構(gòu)中檢測(cè)到由掩模圖案而導(dǎo)致的錯(cuò)誤，則可能需要新的掩模。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是至少在一定程度上解決上述提及的現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。具體地，本發(fā)明的目的是提供可實(shí)現(xiàn)高通量、低成本、高靈活性和/或高水平控制和/或可靠性的激光燒蝕的設(shè)備和方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在基板上進(jìn)行激光燒蝕的設(shè)備，該設(shè)備包括：固態(tài)激光器，被配置為提供脈沖激光束；可編程的空間光調(diào)制器，被配置為根據(jù)由輸入到調(diào)制器的控制信號(hào)所限定的圖案來(lái)調(diào)制所述脈沖激光束；掃描系統(tǒng)，被配置為在第一成像平面中多個(gè)可能的位置之一處選擇性地形成所述圖案的圖像；以及控制器，被配置為控制所述掃描系統(tǒng)和空間光調(diào)制器，以在第一成像平面的不同位置處按順序形成圖案的多個(gè)圖像。

使用固態(tài)激光器而非準(zhǔn)分子激光器顯著降低了擁有成本。另外，為避免損壞空間光調(diào)制器，準(zhǔn)分子激光器通常必須低于其最大功率來(lái)運(yùn)行，因而降低了效率。

使用空間光調(diào)制器能夠動(dòng)態(tài)地改變基板上的燒蝕圖案，從而增加了靈活性和控制能力。

現(xiàn)有技術(shù)中利用空間光調(diào)制的高分辨率系統(tǒng)傾向使用固定的光學(xué)器件(即，無(wú)掃描能力)將由空間光調(diào)制器限定的圖案投影至用于形成圖案的目標(biāo)(例如基板)上。固定的光學(xué)器件可使圖案縮小，從而在基板上形成的圖案是空間光調(diào)制器所限定的圖案的較小版本?？s小有利于以足夠低的脈沖能量密度照射空間光調(diào)制器，從而避免其損壞，同時(shí)在基板處提供足夠高的能量密度以燒蝕基板的表面?？s小還有利于在基板上形成精細(xì)特征。如果需要在基板上的不同位置處形成由空間光調(diào)制器限定的圖案，則可以相對(duì)于空間光調(diào)制器來(lái)掃描基板。使用固定的光學(xué)器件簡(jiǎn)化了光學(xué)器件的設(shè)計(jì)要求并且有利于形成具有高精確度的圖案。然而，在激光燒蝕背景下，期望能夠高速照射基板的大區(qū)域。實(shí)現(xiàn)這一目的的一種方法可以是提供具有非常大量的獨(dú)立可尋址元件(例如大量的微鏡)的空間光調(diào)制器。對(duì)于基板的每個(gè)位置，與使用具有較少數(shù)量元件的空間光調(diào)制器相比，這種方法可將圖案的更大部分投影至基板上。然而，提供具有更多元件的空間光調(diào)制器可能更昂貴?？赡苄枰臻g光調(diào)制器更大，這就可能使空間光調(diào)制器更難以精確地(例如均勻地)照射?？赡芨y以將由這種空間光調(diào)制器限定的圖案精確地照射到基板上。

一種替代方法是更快地掃描基板。然而，這需要布置復(fù)雜的電機(jī)和基板臺(tái)以提供必要的加速度和位置精度。

例如，DPSS激光器的參數(shù)設(shè)置可廣泛調(diào)諧。這使得它們可以在高頻下傳送相對(duì)低的脈沖能量并同時(shí)保持全功率。在高頻下利用激光器的全功率通常將產(chǎn)生對(duì)基板和光束之間的相對(duì)速度(每秒若干米的量級(jí))的需求。這種相對(duì)速度僅通過(guò)基板掃描難以實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式所提供的解決方案，是代替掃描基板(或除掃描基板之外)，掃描來(lái)自空間光調(diào)制器的圖像。用這種方式，可以在不需要具有非常大量元件(雖然這些仍然可以使用)的空間光調(diào)制器且不需要用于快速掃描基板的復(fù)雜機(jī)械裝置(雖然這些仍然可以使用)的情況下，在基板上大的區(qū)域上快速形成復(fù)雜圖案。與通常的固定(非掃描)光學(xué)系統(tǒng)情形相比，掃描空間光調(diào)制器的圖像需要更復(fù)雜的光學(xué)器件，但是發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在增加生產(chǎn)量和/或降低成本以及空間光調(diào)制器和/或基板掃描系統(tǒng)(如果有的話)的復(fù)雜性方面的增益要超過(guò)與實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的光學(xué)器件相關(guān)聯(lián)的任何挑戰(zhàn)。在上面討論的實(shí)例中，提出了使用DPSS激光器，其將需要以每秒若干米的速度移動(dòng)基板。雖然使基板以這些速度移動(dòng)可能是不切實(shí)際的，但是基于使用光束掃描器掃描激光束來(lái)產(chǎn)生相等的掃描速度，完全在當(dāng)前可獲得的激光束掃描器的運(yùn)行范圍內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，基板位于第一成像平面中?；逦挥诘谝怀上衿矫嬷泻?jiǎn)化了設(shè)備的整體光學(xué)要求。

在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)備還包括投影系統(tǒng)，其被配置為在基板上的不同位置處形成圖案的多個(gè)圖像，并且投影系統(tǒng)的最終元件被配置為當(dāng)在第一成像平面中不同位置處形成圖案的多個(gè)圖像時(shí)相對(duì)于空間光調(diào)制器保持靜止。因此，投影系統(tǒng)的最終元件不直接參與任何掃描過(guò)程。具有靜止的最終元件的投影系統(tǒng)(或完全靜止的投影系統(tǒng))有利于布置用于去除由燒蝕工藝產(chǎn)生的碎屑的裝置(例如抽吸裝置)。

在又一個(gè)實(shí)施方式中，基板提供在第二成像平面中，并且設(shè)備還包括投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)將第一成像平面中圖像的縮小版本投影到第二成像平面中的基板上。

因此，空間光調(diào)制器的圖像形成于成像平面(這里稱為第一成像平面)中，所述成像平面位于基板和空間光調(diào)制器之間的中間位置。這一布置可以使傳感器或其他器件以如果在中間位置未提供第一成像平面就不能采用的方式訪問(wèn)第一成像平面。例如，在基板提供在第一成像平面的情況下，基板的存在阻止了傳感器或其他器件的訪問(wèn)。傳感器或其他器件對(duì)由空間光調(diào)制器形成的圖像的訪問(wèn)使能夠測(cè)量圖像的性質(zhì)。例如，可以測(cè)量與圖像的質(zhì)量有關(guān)的參數(shù)。例如在反饋布置中，測(cè)量可用于控制掃描系統(tǒng)和/或空間光調(diào)制器的運(yùn)行。

在圖像被掃描和/或縮小后對(duì)圖像(在第一成像平面中)的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，使能夠檢測(cè)由掃描和/或縮小過(guò)程帶來(lái)的誤差。在使用沒(méi)有可訪問(wèn)的中間成像平面的空間光調(diào)制器的系統(tǒng)中，只能在空間光調(diào)制器的輸出處和/或基板自身處檢查圖像。

在這種類型的實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)的最終元件還可以被配置為在第一成像平面中的不同位置處形成圖案的多個(gè)圖像時(shí)相對(duì)于空間光調(diào)制器保持靜止。因此，投影系統(tǒng)的最終元件不直接參與任何掃描過(guò)程。如上所述，具有靜止的最終元件的投影系統(tǒng)(或完全靜止的投影系統(tǒng))有利于布置用于去除由燒蝕工藝產(chǎn)生的碎屑的裝置。

在一個(gè)實(shí)施方式中，掃描系統(tǒng)被配置為使第一成像平面中形成的圖案的圖像相對(duì)于空間光調(diào)制器處的圖案是縮小的。使空間光調(diào)制器處的圖案縮小降低了空間光調(diào)制器處所需的強(qiáng)度以在基板上進(jìn)行燒蝕。對(duì)于許多類型的空間光調(diào)制器，在空間光調(diào)制器所能處理且不存在損壞或縮短使用壽命的風(fēng)險(xiǎn)的輻射強(qiáng)度方面都存在限制。在空間光調(diào)制器和第一成像平面之間使圖案縮小也有利于在基板上形成更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，在空間光調(diào)制器與第一成像平面之間使圖案縮小是在如下實(shí)施方式的背景下進(jìn)行的，在該實(shí)施方式中基板提供在第二成像平面中并且設(shè)備還包括投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)將第一成像平面中圖像的縮小版本投影到第二成像平面中的基板上。因此，使用了兩級(jí)縮小工藝。使用兩級(jí)縮小進(jìn)一步有利于通過(guò)減小任何一級(jí)的縮小要求來(lái)實(shí)現(xiàn)空間光調(diào)制器和基板之間所期望的總體縮小且有利于增強(qiáng)靈活性?？梢愿鶕?jù)需要通過(guò)替換或改變兩級(jí)中的一級(jí)而不改變兩級(jí)中的另一級(jí)來(lái)調(diào)整總體縮小。

根據(jù)又一方面，提供了一種基板上進(jìn)行激光燒蝕的方法，包括：使用固態(tài)激光器以提供脈沖激光束；輸入控制信號(hào)至可編程的空間光調(diào)制器以根據(jù)圖案調(diào)制脈沖激光束；以及在第一成像平面中按順序形成由所述空間光調(diào)制器限定的圖案的多個(gè)圖像，上述多個(gè)圖像形成于所述第一成像平面中的不同位置處。

如在上面討論的實(shí)施方式中，基板可以位于第一成像平面中。如在上面討論的實(shí)施方式中，或者基板可以提供在第二成像平面中，并且上述方法還可以包括將第一成像平面中的圖像的縮小版本投影到第二成像平面中的基板上。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在，將僅以示例的方式參照所附附圖來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中：

圖1是典型的HDI印刷電路板的透視圖，顯示了需要在其中形成的結(jié)構(gòu)類型；

圖2是類似于圖1的透視圖，其中，印刷電路板包括上介電層和下介電層；

圖3是另一典型印刷電路板的剖面圖，其具有形成于其上的薄的保護(hù)層或犧牲層；

圖4是用于在介電層中形成嵌入式結(jié)構(gòu)的已知設(shè)備的示意圖；

圖5是用于在介電層中形成嵌入式結(jié)構(gòu)的另一已知設(shè)備的示意圖；

圖6是用于在介電層中形成嵌入式結(jié)構(gòu)的又一已知設(shè)備的示意圖；

圖7是用于在介電層中形成嵌入式結(jié)構(gòu)的又一已知設(shè)備的示意圖；

圖8是用于在介電層中形成嵌入式結(jié)構(gòu)的又一已知設(shè)備的示意圖；

圖9是根據(jù)實(shí)施方式的用于進(jìn)行燒蝕的設(shè)備的示意圖；

圖10是根據(jù)又一實(shí)施方式的用于進(jìn)行燒蝕的設(shè)備的示意圖；

圖11是根據(jù)又一實(shí)施方式的用于進(jìn)行燒蝕的設(shè)備的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1顯示了高密度互連(high density interconnect，HDI)印刷電路板(PCB)或集成電路(IC)基板的剖面，并且示出了需要形成的“嵌入式”結(jié)構(gòu)類型。在介電核心層2上支撐有圖案化以形成電路的銅層1。銅層1上涂覆有上介電層3，在上介電層3中，通過(guò)激光燒蝕形成了各種不同的結(jié)構(gòu)。溝槽4、4’和4”，大焊墊5和小焊墊6和小焊墊7都具有相同深度，該深度小于上介電層3的整體厚度。對(duì)于IC基板，所需的溝槽寬度和焊墊直徑通常分別在5微米～15微米和100μm～300μm的范圍內(nèi)，深度在5微米～10微米的范圍內(nèi)。對(duì)于HDI PCB，溝槽可以更寬和更深。通過(guò)激光燒蝕在焊墊7內(nèi)形成更深的接觸孔(或通孔)8，從而去除所有上介電層材料以暴露下面的銅電路區(qū)域。接觸孔深度通?？梢允呛笁|和溝槽的深度的兩倍。

圖2顯示了與圖1的HDI PCB或IC基板類似的剖面，但是在該情況下，銅層頂部的上介電層由不同材料的兩層構(gòu)成，即上介電層9和下介電層10。溝槽4、4’和4”，大焊墊5和小焊墊6和小焊墊7都完全穿透上介電層9，但不明顯地穿透下介電層10。接觸孔8完全穿透下介電層10以暴露下面的銅電路區(qū)域。

圖3顯示了穿過(guò)HDI PCB的剖面，其中，在結(jié)構(gòu)的激光圖案化前，在介電層3的頂部施加材料的薄保護(hù)層或薄犧牲層11。這樣的保護(hù)層通常最多只有幾微米厚，并且它們的主要目的是在激光燒蝕工藝期間保護(hù)介電層3的頂表面免受損壞。在結(jié)構(gòu)的激光燒蝕期間，光束穿透保護(hù)層的材料并去除材料至下方介電層3的所需深度。在完成激光燒蝕工藝之后且在進(jìn)行隨后工藝之前，通常將保護(hù)層去除以暴露介電材料。

圖4顯示了通常用于在介電層中產(chǎn)生嵌入式結(jié)構(gòu)的已知設(shè)備。準(zhǔn)分子激光器12發(fā)射脈沖UV光束13，該脈沖UV光束13經(jīng)均化器單元14成形，通過(guò)鏡15偏移，并均勻地照射整個(gè)掩模16。投影系統(tǒng)17使掩模的圖像在介電層涂覆的基板18的表面上縮小，從而在基板18處光束的能量密度足以燒蝕介電材料并在該層中形成對(duì)應(yīng)于掩模圖案的結(jié)構(gòu)。

透鏡19是場(chǎng)鏡，其用于控制進(jìn)入透鏡17的光束，使其以最佳方式來(lái)進(jìn)行。每個(gè)激光脈沖下，將掩模上的圖案以界限清晰的深度加工至介電的表面上。通常來(lái)說(shuō)，每個(gè)激光脈沖加工的深度是幾分之一微米，因此需要許多激光脈沖來(lái)產(chǎn)生深度為多微米的溝槽和焊墊。如果需要將不同深度的特征加工至基板表面上，那么將限定第一水平的掩模換為限定更深水平的另一個(gè)掩模20，之后重復(fù)激光燒蝕工藝。

為了用一個(gè)激光脈沖照射每個(gè)掩模的全部區(qū)域和基板上的相應(yīng)區(qū)域，激光脈沖需要是來(lái)自激光器的高能量脈沖。例如，如果要制造的器件的尺寸為10×10mm(1cm²)，且由于進(jìn)行有效燒蝕所需的脈沖能量密度為約0.5J/cm²，那么在基板處所需的每個(gè)脈沖的總能量為0.5J。由于光學(xué)系統(tǒng)中的損耗，需要來(lái)自激光器的每個(gè)脈沖具有顯著更多的能量。UV準(zhǔn)分子激光器非常適合于這一應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兺ǔＴ诘椭貜?fù)率下以高脈沖能量來(lái)運(yùn)行。在高達(dá)300Hz的重復(fù)率下發(fā)射高達(dá)1J的輸出脈沖能量的準(zhǔn)分子激光器是容易獲得的。已經(jīng)設(shè)計(jì)出各種光學(xué)策略來(lái)制造更大的器件或在更低的脈沖能量下使用準(zhǔn)分子激光器。

圖5顯示了一種現(xiàn)有技術(shù)，該現(xiàn)有技術(shù)闡明了將光束成形光學(xué)器件21布置為在掩模16的表面產(chǎn)生直線光束的這樣一個(gè)情況。該直線光束足夠長(zhǎng)從而能覆蓋掩模的全寬。通過(guò)鏡15的1D移動(dòng)，直線光束以垂直于上述直線光束的方向掃描掩模的表面。通過(guò)從位置22到位置22’直線移動(dòng)鏡15，依次照射了整個(gè)掩模區(qū)域，并且相應(yīng)地依次加工了基板上待加工的整個(gè)區(qū)域。當(dāng)鏡15移動(dòng)時(shí)，掩模、投影系統(tǒng)和基板都保持靜止。

鏡以允許正確數(shù)量的激光脈沖撞擊基板的每個(gè)區(qū)域以產(chǎn)生所需深度的結(jié)構(gòu)的速度來(lái)移動(dòng)。例如，對(duì)于如下的準(zhǔn)分子激光器，該激光器在300Hz下運(yùn)行，在基板處直線光束的寬度為1mm，并且其中每個(gè)激光脈沖去除材料至0.5微米的深度，那么要產(chǎn)生深度為10微米的結(jié)構(gòu)，每個(gè)區(qū)域需要20個(gè)激光脈沖。這種布置需要直線光束以15mm/s的速度移動(dòng)穿過(guò)基板。掩模處的光束的速度以等于透鏡的縮小倍數(shù)的倍數(shù)大于基板處的速度。

圖6顯示了另一種已知的布置，其闡明了處理有限的激光脈沖能量問(wèn)題的替代方式。該方式涉及使掩模和基板以精確聯(lián)動(dòng)的方式相對(duì)于靜止的光束移動(dòng)。光束成形光學(xué)器件21形成橫越掩模全寬的長(zhǎng)度的直線光束。在這種情況下，鏡15保持靜止，而掩模16如圖所示線性地移動(dòng)。為了在基板上產(chǎn)生準(zhǔn)確的掩模圖像，基板18必須如圖所示以與掩模相反方向移動(dòng)，移動(dòng)的速度根據(jù)成像透鏡17的縮小倍數(shù)與掩模的速度相關(guān)。在用于制造半導(dǎo)體的準(zhǔn)分子激光晶圓曝光工具中，這種1D掩模和基板聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)是眾所周知的。

在待加工的器件的面積非常大且每個(gè)激光脈沖沒(méi)有足夠的能量來(lái)產(chǎn)生橫穿器件全寬的直線光束的情況下，準(zhǔn)分子激光器也已與2D掩模和基板掃描方案一起使用。Proc SPIE.,1996(2921),p684中描述了這樣的一種系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)非常復(fù)雜，需要高度精確的掩模和工件臺(tái)控制，此外，在掃描帶重疊的基板的區(qū)域上很難控制獲得均勻的燒蝕深度。

圖7顯示了一種已知的布置，其中，使用固態(tài)激光器替代了UV準(zhǔn)分子激光器。除此之外，該布置與圖4、5和6中所示的布置類似，都使用了掩模投影光學(xué)系統(tǒng)來(lái)限定基板中的電路層的結(jié)構(gòu)。

激光器52發(fā)射輸出光束23，該輸出光束23經(jīng)光學(xué)器件24成形，從而在掩模16處形成適當(dāng)尺寸的圓形或其他形狀的光斑，使得在通過(guò)透鏡17成像到基板18表面上后，其能量密度足以燒蝕基板18表面上的材料。2D掃描器單元25以二維光柵圖案在掩模16上移動(dòng)光斑，從而覆蓋了掩模16的全部區(qū)域，相應(yīng)地，也覆蓋了基板18待加工的全部區(qū)域，從而將掩模16上的圖案的圖像印到了基板表面上。在圖像側(cè)，透鏡17可以具有遠(yuǎn)心性能。這意味著通過(guò)透鏡形成平行光束，使得圖像的尺寸不因距基板距離的變化而改變。這避免了沿著光軸高精度地定位基板的需求并能夠適應(yīng)基板任何的不平整度。

提供了透鏡19，其將掃描器25的鏡之間的平面成像到透鏡17的入射光瞳26中，從而滿足遠(yuǎn)心性能的條件。重要的是透鏡17具有足夠的光學(xué)分辨率以在介電層的表面中精確地形成低至5μm或更小的輪廓分明的結(jié)構(gòu)。分辨率由波長(zhǎng)和數(shù)值孔徑確定，在激光波長(zhǎng)為355nm的情況下，這轉(zhuǎn)換為約0.15或更大的數(shù)值孔徑。

對(duì)透鏡17的另一個(gè)要求是它將掩模上的圖案縮小至基板上，從而在基板處的激光脈沖的能量密度足夠高以燒蝕材料，但在掩模處的能量密度足夠低從而不會(huì)損壞掩模材料，該掩模材料可以是石英基板上的圖案化的鉻層。在大多數(shù)情況下發(fā)現(xiàn)3×或更大的透鏡放大倍數(shù)是適合的。在基板處0.5J/cm²的能量密度通常足以燒蝕大多數(shù)聚合物介電材料，因此對(duì)于3×縮小透鏡，除去透鏡中的合理?yè)p耗，在掩模處的對(duì)應(yīng)能量密度小于0.07J/cm²，該水平遠(yuǎn)低于石英掩模上鉻的損傷強(qiáng)度。

圖8顯示了使用圖7的布置產(chǎn)生兩層結(jié)構(gòu)的一種方式。掃描第一掩模16的全部區(qū)域以產(chǎn)生上層溝槽和焊墊結(jié)構(gòu)，接著用具有與下層通孔結(jié)構(gòu)相關(guān)的圖案的第二掩模33替換第一掩模16。當(dāng)然，需要精確的掩模配準(zhǔn)來(lái)確保兩個(gè)激光加工的圖案準(zhǔn)確地疊加在基板表面上。在下層圖案具有高密度特征的情況下優(yōu)選這種多重、順序掃描掩模方法，從而能夠有效地掃描下層掩模的全部或大部分。另一方面，如果只需要少數(shù)幾個(gè)較深的特征，例如位于由上層掩模限定的焊墊區(qū)域內(nèi)的通孔，則可以使用替代的方法。例如，可使用“瞄準(zhǔn)射擊(point and shoot)”方法，在該方法中激光在通孔的位置處長(zhǎng)時(shí)間保持靜止(而并非在整個(gè)掩模上掃描)。

下文以及從圖9起對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。

提供了用于在基板18上進(jìn)行激光燒蝕的設(shè)備50。設(shè)備50包括固態(tài)激光器52。該固態(tài)激光器可以被配置為提供脈沖激光束。固態(tài)激光器52可以是Q開(kāi)關(guān)CW二極管泵浦固態(tài)(DPSS)激光器。這種激光器與準(zhǔn)分子激光器的運(yùn)行方式非常不同，這種激光器以高(數(shù)kHz至100kHz)重復(fù)率發(fā)射具有低能量(例如0.1mJ至幾十mJ的脈沖)的脈沖?，F(xiàn)在很容易獲得多種類型的Q開(kāi)關(guān)DPSS激光器。在一個(gè)實(shí)施方式中，使用在UV范圍內(nèi)運(yùn)行的多模DPSS激光器。與波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光相比，UV適用于多種介電材料的燒蝕，并且成像透鏡的光學(xué)分辨率優(yōu)異。此外，多模激光束的非相干性質(zhì)可在不受衍射效應(yīng)的影響情況下照射高分辨率圖像。盡管單模激光器能很好地聚焦離散的小光斑，但其不太適合于照射圖像。也可以使用具有更長(zhǎng)波長(zhǎng)和低階模的光束輸出的其他脈沖DPSS激光器。

例如，可以使用UV MM CW二極管泵浦固態(tài)激光器，其在355nm的波長(zhǎng)下運(yùn)行，以大約10kHz的重復(fù)率提供20W、40W或80W的功率，從而分別提供2mJ、4mJ和8mJ的輸出脈沖能量。另一個(gè)例子是MM UV DPSS激光器，其以6kHz的重復(fù)率提供40W的功率，從而每脈沖提供6.7mJ的能量。其他例子是UV低階模CW二極管泵浦固態(tài)激光器，其可以在355nm的波長(zhǎng)下運(yùn)行，以大約100kHz的重復(fù)率提供20W或28W的功率，從而分別提供0.2mJ和0.28mJ的輸出脈沖能量。

來(lái)自激光器52的輸出光束23被直接地或間接地引導(dǎo)至可編程的空間光調(diào)制器54上。在一個(gè)實(shí)施方式(如圖所示)中，設(shè)備50包括光束整形器64。該光束整形器64可被配置為改變輸出光束23中的能量分布。例如，光束整形器64可被配置為使光束23呈頂帽(top-hat)強(qiáng)度分布。

空間光調(diào)制器是能夠?qū)馐┘涌臻g變化調(diào)制的裝置?？删幊痰目臻g光調(diào)制器是可以響應(yīng)控制信號(hào)而改變調(diào)制的調(diào)制器?？刂菩盘?hào)可通過(guò)計(jì)算機(jī)提供。在一個(gè)實(shí)施方式中，調(diào)制器54包括微鏡陣列。在一個(gè)實(shí)施方式中，該陣列是二維陣列。每個(gè)微鏡可以是獨(dú)立可尋址的，從而無(wú)論鏡以使輻射到達(dá)基板的方向還是以阻止輻射到達(dá)基板的方向(例如，通過(guò)將輻射引導(dǎo)向吸收輻射的輻射槽)來(lái)反射該輻射，控制信號(hào)都能獨(dú)立地指定每個(gè)鏡。本領(lǐng)域中還有已知的其他形式的空間光調(diào)制器，且其可以在本發(fā)明實(shí)施方式的背景下使用。

在所示的實(shí)施方式中，調(diào)制器54被配置為使用圖案來(lái)調(diào)制脈沖激光束，該圖案通過(guò)控制器60提供的控制信號(hào)來(lái)限定。來(lái)自調(diào)制器54的輸出光束62輸入至掃描系統(tǒng)56中。掃描系統(tǒng)56可以包括例如二維光束掃描器。掃描系統(tǒng)56被配置為在第一成像平面101中的多個(gè)可能的位置之一處選擇性地形成圖案的圖像。在一個(gè)實(shí)施方式中，在調(diào)制器54的參考系中，上述多個(gè)可能的位置彼此不同?？刂破?0被配置為控制掃描系統(tǒng)56和空間光調(diào)制器54以在第一成像平面中的不同位置處按順序(在不同時(shí)刻，例如一個(gè)接一個(gè)地)形成圖案的多個(gè)圖像。在一個(gè)實(shí)施方式中，在調(diào)制器54的參考系中，上述不同位置彼此不同。在一個(gè)實(shí)施方式中，在第一成像平面中的不同位置處形成多個(gè)圖像期間，調(diào)制器54保持靜止。在圖9所示的實(shí)施方式中，基板18提供在第一成像平面101中。如下所述，在其他實(shí)施方式中，基板18可以提供在不同的平面中?？梢砸怨鈻艗呙鑸D案形成一系列圖像?？蛇x地，使圖像成形以使圖像彼此嵌合。以這種方式，可以通過(guò)掃描的一系列圖像以連續(xù)方式(無(wú)間隙)使大于單個(gè)圖像的區(qū)域圖案化。例如，每個(gè)單獨(dú)圖像可以是正方形或矩形，并且可以掃描圖像以連續(xù)覆蓋由更大的正方形或矩形組成的區(qū)域。

在一個(gè)實(shí)施方式中，掃描系統(tǒng)56被配置為使在第一成像平面101中形成的圖案的圖像相對(duì)于空間光調(diào)制器54處的圖案縮小。因此，比在空間光調(diào)制器54上形成的圖案更小的圖案的圖像形成在第一成像平面101上。在圖9所示的實(shí)施例中，縮小通過(guò)在投影系統(tǒng)58中一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)配置的光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，投影系統(tǒng)58的最終元件(即，沿著通向基板的光路的最后一個(gè)元件)被配置為在基板18上掃描圖像期間相對(duì)于調(diào)制器54保持靜止。因此在局部區(qū)域(在靜止的最終元件下面)發(fā)生燒蝕。如果允許最終元件移動(dòng)(例如為了參與在基板上掃描圖案)，那么將在更寬的位置范圍內(nèi)發(fā)生燒蝕。限制可發(fā)生燒蝕的位置范圍能更容易地為有效去除碎屑做準(zhǔn)備。碎屑去除裝置可以是小巧的和/或簡(jiǎn)單地安裝(例如，在一個(gè)永久位置，而不是為了實(shí)時(shí)追蹤燒蝕工藝采取的到處移動(dòng)的方式)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器60被配置為由激光器52的不同的單個(gè)脈沖形成在基板18上形成的一系列圖像中的每個(gè)圖像。這不是必須的。在其他實(shí)施方式中，控制器60可布置為由來(lái)自激光器的兩個(gè)或更多個(gè)不同的脈沖形成一系列圖像中一個(gè)或多個(gè)圖像中的每一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施方式中，調(diào)制器54能夠在激光器52的連續(xù)脈沖之間根據(jù)不同的圖案調(diào)制脈沖激光束。這使得從一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖時(shí)，可以改變圖案，從而有利于在基板上照射復(fù)雜的圖案(例如由一系列圖像形成的圖案，其中，至少對(duì)于上述一系列圖像中的一部分來(lái)說(shuō)，其從一個(gè)圖像變?yōu)橄乱粋€(gè)圖像)。

圖10顯示了一種布置的實(shí)施例，其中基板18提供在第二成像平面102中。該第二成像平面102位于第一成像平面101的下游。與圖9的實(shí)施方式類似，掃描系統(tǒng)56同樣被配置為在第一成像平面101中的多個(gè)可能位置之一處選擇性地形成通過(guò)調(diào)制器54形成的圖案的圖像。投影系統(tǒng)62被配置為將第一成像平面101中的圖像的縮小版本投影至第二成像平面102中的基板18上。投影系統(tǒng)62將在第一成像平面101中的不同位置處形成的圖案的多個(gè)圖像投影至基板18上對(duì)應(yīng)的多個(gè)位置。

在圖10所示的具體實(shí)施例中，設(shè)備50包括兩個(gè)投影系統(tǒng)：第一投影系統(tǒng)58和第二投影系統(tǒng)62?？刹捎门c上述圖9中描述的投影系統(tǒng)58相同或相似的方式來(lái)配置第一投影系統(tǒng)58。第一投影系統(tǒng)58可以例如在第一成像平面101中形成在調(diào)制器54上形成的圖案的縮小的圖像。如上所述的第二投影系統(tǒng)將第一成像平面101中的圖像的縮小版本投影至基板18上。因此，該實(shí)施方式提供了兩級(jí)縮小的工藝。

如上述在說(shuō)明書的發(fā)明內(nèi)容部分所述的，布置設(shè)備50的光學(xué)器件，使第一成像平面101位于基板18和調(diào)制器54之間的中間位置，增強(qiáng)了第一成像平面101的可訪問(wèn)程度。例如，可以(或更容易)通過(guò)傳感器或其他器件以如果在中間位置未提供第一成像平面101就不能采用的方式訪問(wèn)第一成像平面101。例如在基板18提供在第一成像平面101中的情況下，基板18的存在阻止了傳感器或其他器件的訪問(wèn)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，傳感器64配置于第一成像平面101中或與第一成像平面101相鄰。這種實(shí)施方式的示例如圖11所示。傳感器64被配置為測(cè)量在第一成像平面101中形成的圖像的性質(zhì)。該性質(zhì)可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)：例如：焦點(diǎn)質(zhì)量的測(cè)量、圖案中的一個(gè)或多個(gè)特征的位置精度的測(cè)量、特征的寬度(諸如線或線之間的間隔(例如最小線寬或間隔))的測(cè)量、強(qiáng)度精度的測(cè)量(例如，預(yù)期具有相同強(qiáng)度的區(qū)域上的強(qiáng)度均勻性)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，控制器60被配置為使用由傳感器64測(cè)得的測(cè)量性質(zhì)來(lái)控制調(diào)制器54和/或掃描系統(tǒng)56的運(yùn)行。例如，控制器60被配置為通過(guò)改變掃描系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)(例如標(biāo)稱掃描路徑)來(lái)響應(yīng)傳感器64檢測(cè)到的圖像質(zhì)量偏差?；蛘呋蛄硗猓刂破?4可通過(guò)改變調(diào)制器54的運(yùn)行特點(diǎn)來(lái)響應(yīng)偏差。例如，可以改變?cè)谡{(diào)制器54上形成的圖像以補(bǔ)償由傳感器64檢測(cè)到的在第一成像平面101中的失真或其他誤差。傳感器64可以通過(guò)連接線66連接到控制器60上。傳感器64可以被配置為在反饋回路中運(yùn)行。

除存在的傳感器64以及傳感器64和控制器60之間的連接線66之外，圖11的實(shí)施方式與上述關(guān)于圖10所討論的實(shí)施方式相同。

掃描在第一成像平面101中不同位置上的由調(diào)制器54限定的圖像可能引入圖像的失真。這一失真的存在可能由于例如調(diào)制器54與第一成像平面101內(nèi)不同位置之間存在不同的光路長(zhǎng)度。與離光軸更近的掃描位置相比，離光軸更遠(yuǎn)的掃描位置可能產(chǎn)生更大的失真。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以通過(guò)根據(jù)在第一成像平面101中形成圖案的圖像的位置調(diào)整由調(diào)制器54所限定的圖案來(lái)至少部分地校正這些失真和/或其他失真。為了獲得定義如何調(diào)整通過(guò)調(diào)制器54限定的圖案的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量。

在上述討論的任一實(shí)施方式或其他的實(shí)施方式中，掃描系統(tǒng)56可以是1D、2D或3D掃描系統(tǒng)。掃描系統(tǒng)可以例如包括1D、2D或3D光束掃描器和相關(guān)聯(lián)的光學(xué)(例如透鏡)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)被配置為根據(jù)來(lái)自光束掃描器的輸出來(lái)形成圖像。在掃描系統(tǒng)56是1D掃描系統(tǒng)的情況下，掃描系統(tǒng)56可以被配置為沿著掃描線(例如，直線)掃描調(diào)制器54上圖案的圖像且設(shè)備可以被配置為沿著垂直于掃描線的方向移動(dòng)基板18。這樣的配置可以例如用于在基板18上產(chǎn)生圖像的光柵掃描。在掃描系統(tǒng)56是2D掃描系統(tǒng)的情況下，掃描系統(tǒng)56能夠定位調(diào)制器54上圖案的圖像，其相對(duì)于與第一成像平面中的光軸垂直的兩個(gè)相互垂直的軸任意地移位。在掃描系統(tǒng)56是3D掃描系統(tǒng)的情況下，掃描系統(tǒng)56能夠在第一成像平面的區(qū)域中三維上任意地定位調(diào)制器上圖案的圖像。這種配置能夠以與2D掃描系統(tǒng)相同的方式定位圖像，但是具有額外的沿平行于光軸的方向改變焦點(diǎn)位置的可能性。該功能可用于校正由于在第一成像平面中更遠(yuǎn)離光軸的位置處的光路增加而可能出現(xiàn)的聚焦誤差。