激光處理的方法和設備的制作方法

專利名稱：激光處理的方法和設備的制作方法
技術領域：
概括而言，本發明乃關于以激光來處理工件。本發明尤其關于激光處理設 備，其提供至少兩個實質獨立的工件握持器。本發明尤其更關于激光處理設備， 其能夠操控至少兩個實質獨立的工件握持器，而允許兩個或更多個工件同時通 過不同的處理步驟。處理步驟可以包含裝載、校準、微加工、檢視或卸載工件。 本發明允許-敝加工一個或更多個工件，同時一個或更多個額外工件則通過其它 的處理步驟，而不會實質改變或延誤整體的處理。
背景技術：
工件的范例尤其包含半導體晶圓、印刷或蝕刻線路或電路板、建構于陶瓷或硅 基板上的主動或被動組件數組。 一般來說，工件是獨立地或批次地傳送進出于 進行激光處理的特殊設備，且通常是以卡匣或盒來承載，而可以自動卸載和裝 載。激光處理一詞包含裝載工件于設備上、將工件校準于設備、進行激光處理、 然后從設備卸載工件。激光處理可以在許多不同工件上使用各式各樣的激光來 進行各式各樣的處理。激光處理的范例包含激光處理單一層或多層工件以形成 孔洞和/或通孔，以及激光處理半導體晶圓以進行晶圓切割或單一化。在此描 述的激光處理方法可能也適用于其它多種激光材料交互作用處理，包含(但不 限于)移除半導體鏈接(熔線)、熱退火、修整被動組件、或者刻劃或單一化晶圓
(包含硅)或基板(包含陶f;)。
有幾項因素決定了所想要的激光處理設備。這些因素包含正確性、質量、 可用性、彈性和產出速率。這些因素也包含此種設備應具有多功能。添加其它 功能到設備上則允許此種設備的使用者可以通過避免工件在不同設備之間轉 移而增進產出速率、或通過免除不同的設備而減少成本、或兩者兼有。產出速率是極為重要的考慮，這是因為它直接沖擊著處理每一工件的成本。系統產出 速率是幾項因素的函數，包含材料移除速率、工件與激光束的定位速度和其它
系統經常負擔(overhead)。系統經常負擔是指激光處理設備并非直接牽涉于材 料移除或修改的所有操作時間。它可以包含裝載和卸載工件、校準工件、4企視 工件、等待機械組件設定好接下來的動作、等待激光和其它電子組件于功率上 升或改變參^t時完成電性穩定。
在多層基板中以激光處理來形成通孔的材料移除速率，其部分是由所要處 理的多層基板的復雜度所決定，而這一般是超出激光系統設計者所能控制的因 素的函數。圖1顯示任意類型的范例性的多層工件10,其包含層12、 14、 16、 18。典型而言，層12和14是金屬層，其各包含鋁、銅、金、鉬、鎳、釔、鉑、 銀、鈦、鴒、金屬氮化物或其組合。金屬層12和14的厚度可以在大約9微米 到大約36微米之間，不過也可以比9微米薄或厚達72微米或更厚。
每個層16典型而言包含標準的有機介電材料，例如苯并環丁烷(BCB)、 雙馬來酰亞胺三。秦(BT)、紙板、氰酸酯、環氧樹脂、酚樹脂、聚酰亞胺、聚四 氟乙烯(PTFE)、聚合物合金或其組合。每個有機介電層16典型而言要比金屬 層12和14來得厚。有機介電層16的厚度可以在大約30微米到大約1600微 米之間。
有機介電層16可以包含薄的強化組件層18。強化組件層18例如可以包 含酰胺纖維、陶乾或玻璃的纖維墊或分散顆粒，其編織或分散于有機介電層 16里。強化組件層18典型而言要比有機介電層16薄很多，該層18的厚度可 以是大約1微米到大約IO微米。強化材料也可以粉末形式引入有機介電層16 里。包含此粉末狀強化材料的強化組件層18可以是不連續和不均勻的。
層12、 14、 16、 18的內部可以是不連續、不均勻、不齊平的。具有金屬、 有機介電質、強化組件材料等層的堆棧總厚度可以大于2公厘。雖然圖l所示 范例的任意工件IO有五層，但是本發明可以實施于具有任何想要層數的工件， 包含單一層的基板。
激光處理設備的材料移除速率也受限于每個脈沖可達到的激光能量和脈 沖重復速率。增加處理產出速率可以通過在足以通過蝕除、熱蒸發或此二者組 合來移除材料的脈沖能量下增加脈沖重復速率而達成。然而，對于用于處理用途的大多數激光而言，脈沖能量大約是反比于脈沖重復速率。結果，就會有最 大的材料移除速率，其受控于移除材料所需的最小脈沖能量以及有此能量時的 最大脈沖重復速率。以可用的脈沖能量和脈沖速率而言，激光的選擇便受到科 技進步程度、成本和其它可以限制激光處理系統設計者選擇的效能參數所影 響。
另 一項影響激光處理設備的系統產出速率的因素是激光束的定位速度。激 光處理典型而言牽涉到導引激光束于工件上的特定點，并且4喿作激光達特定的 時間或激光脈沖數目。激光束通過移動工件、激光束或此兩者組合而導引于工 件上的特定點。激光束可以導引到工件上要完成激光處理的特定位置，接著再 導引到要完成進一步處理的下一位置。另外也可以選擇將激光束導引成相對于 工件而言是實質連續的移動，那么激光束便在工件上描述出一路徑，而沿著此 路徑，在激光束和工件之間的相對移動期間，通過脈沖化激光或者才喿作激光而 完成處理。激光處理也可以通過組合這些方法來完成。這兩種方法的共同點是 材料移除速率乃受到激光束相對于工件的位置可以改變的速率所影響。幾項因 素影響如何選擇決定激光束定位速度的移動控制組件，包含成本、正確度、功 率消耗和尺寸。
激光功率于處理期間也必須穩定，以確保一致、可重復的結果。為達成此 點，設備于處理期間典型而言會使用激光功率或能量偵測器，以監督激光功率 和確認激光是在必要的參數內運作。激光和功率/能量偵測器兩者都會增加系 統經常負擔，此乃因為它們在打開后需要時間來穩定，因此每次打開它們都會 減少系統產出速率。激光是昂貴的組件，其可用壽命比較有限并且和開機時間 長度成比例。因此，如果激光在系統操作期間要空閑較長時間，例如裝載和卸 載工件期間，典型而言則會關閉激光。
系統產出速率也可以受到系統經常負擔所影響。系統經常負擔包含裝載、 校準、卸載工件所需的時間。圖2顯示先前技藝的設備農序裝載、處理、卸載
工件的時序圖。審視圖2所示的時序圖透露出在激光處理設備上處理工件所 需的實質總時間(顯示于圖中的時刻0到t2),相較于處理所花的時間22 (時刻 t2-tl)，裝載、校準、等激光安定等經常負擔活動占了不少時間20 (時刻0到 tl)。某些激光處理系統采用多于一個的激光束以同時處理多于一個的位置。采
用兩個激光的先前技藝設備的一個范例是美國專利公開案第2005/00985496號 r激光束加工設備」所描述的設備。其所揭示的設備將兩個工件裝在設備上， 并以兩個激光束同時處理。圖3顯示此先前技藝做法的時序圖，其同時處理兩 個工件以增加產出速率。標示為WP1和WP2的兩個時間線代表同時對兩個工 件做處理。兩個工件于時間30和32進行裝載。兩個工件于時間34和36進行 處理。于時間38和40，將兩個工件卸載并且將新的工件裝載到設備里。兩個 新工件的處理發生于時間42和44。雖然此設備最高可以達到先前技藝的單一 站設備產出速率的兩倍，但是審視圖3的時序圖仍顯示相當多的系統經常負擔 要花在裝載和卸載工件。在此裝載和卸載期間，激光并未處理工件，典型而言 也會關掉。此做法的缺失為增加額外激光和導引激光束至工件所需的光學和機 械組件而增加成本和復雜度，但仍無法避免打開和穩定激光所帶來的處理時間 延誤。
因此持續需要進行電子組件的激光處理的設備在使用單一或多個激光束 來處理工件時，能夠通過改善激光和光學組件的利用率而增加產出速率。

發明內容
因此，本發明的目的是提供用于激光處理系統的方法和設備，通過改善激 光和光學組件的利用率，而改進采用單一或多個激光束的設備的產出速率。本 發明的進一步目的是提供激光處理方法和設備，其在單一設備中提供多個功能 而不惡化產出速率。為了達成前述和其它目的，以符合本發明的目標，如同在 此具體示范和廣泛描述的，在此揭示了方法和設備。本發明是以激光束處理工 件的方法和設備，其包含用于握持工件和激光束路徑的第一和第二臺座。第一 工件裝載于第一臺座上、與激光束路徑校準、然后開始處理。當第一工件相對 于激光束路徑做校準的同時，第二工件便相對于激光束路徑做準備。 一旦激光 束可用于處理，就立刻開始處理第二工件。


圖l是多層工件的末端圖。圖2是時序圖，其顯示先前技藝的單一激光處理系統的裝載和處理時間。 圖3是時序圖，其顯示先前技藝的雙重激光處理系統的裝載和處理時間。 圖4是時序圖，其顯示本發明的裝載和處理時間。 圖5是本發明的較佳具體態樣的平面圖。
圖6是本發明的較佳具體態樣的正視圖。 圖7是對工件估文孩史加工的激光的示意圖。 圖8是產生兩個激光束的兩個激光的示意圖。 圖9是激光處理后的多層基板的示意圖。 圖IO是單一化或刻劃基板的激光系統的示意圖。主要組件符號說明
10多層工件
12金屬層
14金屬層
16有機介電層
18強化組件層
20經常負擔時間
22處理時間
30裝載時間
32裝載時間
34處理時間
36處理時間
38裝卸時間
40裝卸時間
42處理時間
44處理時間
50裝載和校準時間
52處理第一工件時間
54裝載和校準時間
56處理第二工件時間58檢視時間
60裝栽和4交準時間
62處理額外工件時間
64檢視時間
66裝載和校準時間
70第一X-Y桌
72第二X-Y桌
73控制器
74第一臺座(站)
76第二臺座(站)
78第一工件
80第二工件
82裝載臂
84自動裝載器
86起重架
88激光束光學組件
89激光束
90視訊組件
102激光
108激光束路徑
112準直器
124光束塑形光學組件
128光束指向光學組件
130掃描透鏡
140工件
200激光
202激光
204同步器來源
206激光束208激光束
210準直器
212準直器
220反射鏡
222二分之一波片
224組合器
226同軸激光束
228光束塑形光學組件
240二分之一波片
242分束器
244第一激光處理光束
246第二激光處理光束
248反射鏡
260多層工件
264有機中間層
266金屬導體材料層
270通孔
272盲孑L
300平臺
310臺座
314工件
320起重架
324激光
328激光束路徑
332光束指向光學組件
336掃描透鏡
tl tl6時刻
WP1、 WP2時間線
具體實施例方式
圖5是本發明較佳具體態樣的平面圖的簡化的部分示意圖，其包括兩個
X-Y桌70、 72,其握持二臺座74、 76，后者則可以分別握持工件78、 80。 X-Y 桌70、 72是由控制器73所獨立控制，控制器73可以是計算機而控制著包括 較佳設備的各部分的操作。裝載臂82將工件78、 80裝載和卸載于臺座74、 76,裝載臂82可以將工件從任一站(臺座)移動往返于自動裝載器84。實線顯 示裝載臂82定位成將工件78裝載或卸載往返于臺座74,而虛線顯示裝載臂 82定位成將工件80裝載或卸載往返于臺座76。自動裝載器84是握持多個工 件的裝置，而在控制器73的控制下，其提供未處理過的工件至裝載臂82以便 運輸到臺座74、 76，或者從裝載臂82接受處理過的工件以便儲存于自動裝載 器84。為了簡潔起見，起重架86和伴隨的零件則未顯示于此圖。
圖6是此較佳具體態樣的前視圖的簡化的部份示意圖，其包括兩個X-Y 桌70、 72,分別握持著臺座74、 76，后者轉而握持工件78、 80。起重架86 則握持著激光束光學組件88和視訊組件90。起重架86可操作以導引激光束 光學組件88,以便微加工臺座74上的工件78(實線)或臺座76上的工件80(虛 線)。類似地，起重架可操作以導引視訊組件來校準(或視需要可選擇檢視)臺座 76上的工件80(實線)或臺座74上的工件78(虛線)。為了簡潔起見，裝載臂82 和自動裝載器84并未顯示于此圖。
在本發明此一較佳具體態樣中，本方法和設備可以處理單一層和多層工 件。單一層工件包含用于電子用途的薄銅片、聚酰亞胺片，以及用于一般工業 和醫療用途的其它金屬片，例如鋁、鋼、熱塑性塑料。多層工件包含多芯片模 塊(multi-chip modules, MCM)、電路板或半導體晶圓。
激光處理典型而言就是導？ 1激光束于工件的特定位置上，以造成工件的改 變，例如移除材料或改變工件可測量的參數(譬如電阻)。另外，激光處理典型 而言只是多步驟工藝中的一個步驟，其中該工藝包含工件的材料被添加、移除 或改變。工件上所要處理的特定位置是相對于工件而界定，或者特別是相對于 工件上代表著之前或之后制造步驟的圖案而界定。因為設備和工藝正常都有相 關的容許公差，所以一旦工件裝載于設備上，工件的真正位置或工件上的圖案 可能與所預期的位置相差大于所想要的。校準便是指決定工件或工件上的圖案相對于設備的位置的步驟。
為了激光處理應用能進行必要正確度的處理，工件必須先做好準備。準備 包括了裝載工件、決定工件的旋轉、將工件校準于激光束。 一種校準激光束與 工件的方式就是使用基于視覺的測量子系統。在此情況下，視訊攝影機通過激 光束光學組件或其它組的光學組件而聚焦于工件上。工件可以通過加工用的激 光束來照明(有時功率會降低)，或通過其它照明方式來照明。視訊攝影機典型 而言乃連接于計算機，后者以數字形式獲得視訊數據并處理，以決定視野中特 征的精確位置。于校準期間，利用此種基于視覺的測量子系統來決定工件上已 經存在的一或更多個校準靶的真正位置。典型而言，校準靶或基準標記是經由 之前工藝而在工件上產生的圖案，并且激光所要處理的位置便是相對于這些靶 而界定。如此，知道校準靶如何從其理想位置轉換成校準期間所測量得到的位 置，便可以用于決定轉換函數或映對，后者然后就應用于理想的激光處理位置， 而使激光束于處理期間精確地導引在工件上所要的點。辨識真正的校準靶位置 的過程典型而言稱為「校準程序」。由理想位置所得到的轉換或映對典型而言 稱為「校準算法J。
在最簡單的情況下，可以假設工件是剛性的平坦物體，其相對于設備乃位 在已知的平面上。在此情況下，工件的預期或名義位置與真實或測量位置之間
的數學關系可以表示成仿射轉換(affine transform),如果此關系是仿射的，則 測量點和其名義位置之間的笛卡兒坐標關系可以表示成以下的線性方程式
x， = Ax + By + C
y， = Dx + Ey + F
當中x，、 y，是名義點的坐標，x、 y是測量點的坐標，A、 B、 C、 D、 E、 F是常數。此轉換可以處理的情況是工件的真正位置與名義或預期位置之間的 差異可以由給定平面上的平移、旋轉、比例變化所表示。如果假設工件是剛性 的平坦物體，而可相對于設備自由設定任意的姿勢，則將工件的測量位置關聯 于名義位置的轉換是立體轉換，其遵循以下的 一般形式
x， = (Ax + By + C) (Gx + Hy + I)
y, = (Dx + Ey + F) (Gx + Hy + I)
當中x,、 y，、 x、 y、 A、 B、 C、 D、 E、 F同上，而G、 H、 I也是常數。也有其它更復雜的解法，其中工件不再需要是剛性、平坦的物體。這些解法典 型而言可以使用更高階的方程式來描述表面，或者有時將表面分成比較小的區 域，而每一區域都可以由比較簡單的轉換來做近似。這些方法的共同之處在于 工件上的真正位置點乃相對于設備而加以辨識和和定位，最終目的是要正確導 引激光束至工件所要的位置上。此目的可以下列方式達成相對于激光束而實 體移動工件，或者以關于校準工件和設備的信息來校正相對于工件而移動激光 束的控制軟件，或者兩方式做組合。
校準過程的目的是要校準工件，如此一或多個激光脈沖將打在工件所要的 位置上。然而，由于激光脈沖只存在于當激光真正在發射能量之時，故在校準 期間，工件可以相對于激光束或激光束路徑來校準，后者是假設此時激光發射 能量則激光脈沖所沿著的路徑。再者，激光束有時會加以塑形、通過孔洞和聚 焦，以具有特殊的三維尺寸和形狀。在此情形下，校準包括了沿著對應于激光 束所要特征的激光束路徑，而相對于路徑當中的特定位置來確定工件上的特定 位置。
校準的其它方面為雖然目的是要將工件與激光束路徑上的點做校準，但
是該點在校準之時可能是未知的。再者，在校準之后而處理之前，工件或激光 束或二者皆可能由設備加以移動。解決的方式是相對于設備上的基準或已知點
來進行校準。以此方式，只要激光束和工件的位置相對于此基準而言都是已知 的，并且當移動任一者的同時仍保留此信息，那么就可以計算相對于激光束的
工件表面上或下的某點位置。此基準可以很明確，包括設備上的已知點；或者 也可以不明確，譬如將工件校準于激光束路徑或與激光束路徑的關系已知的攝 影機/透鏡組件。明確的基準可以位在設備之可移動的部份上，例如可移動的 工件站或夾具。把組件(例如激光束)從一已知位置移動到其它已知的位置則稱 為做索引(indexing),在此情形下，可移動的部分典型而言是在其與設備的其 余部分的校準是重復已知的位置之間做索引。校準總是與存在的基準點或坐標 系統有關，不^r其明確或不明確。校準的真正過程可以下列方式所完成實體 改變工件或激光束路徑的位置；或者可以使用校準信息來計算適當的位置以導 引激光束，以便處理工件上所要的位置。此計算可以表示為坐標轉換。有時也 想要恰在處理之前或處理期間進行額外的校準步驟，以使初始校準更精細或者補償可能于處理期間發生的校準改變。舉例來說，此最終校準步驟有時于做完 索引之后就進行，此乃鑒于正常制造上的容許公差會對系統引入校準誤差。此 為校準檢查，其確認先前的預先校準步驟的正確性，并且可能可以所有組件開 始處理的最終位置來使之前的估計更精細。
本發明提供至少一第二站，其中當之前裝載和校準的第 一工件正在第 一站 處理的同時，要處理的第二工件可以實質獨立地裝載和預先校準于第二站，如 此增加系統產出速率。當第一工件完成處理時，此設備改變激光束相對于第二 站的位置，以致能使激光束去微加工第二工件。在較佳的具體態樣中，此相對 位置的改變是由站所完成。然而，也料想到可以改變激光束光學組件的某部份 或此站與光學組件二者以完成變化。對于此等所料想的任何變化而言，可以改 變得夠快，因而只占去裝載和校準或微加工基板所需時間的一小部份。此衍生
至少兩個項優點第一是由于快速導引激光束路徑于工件并開始微加工，不須 等候冗長的裝載和校準，故時間明顯減少且因此增加系統產出速率。第二則是 由于激光束路徑很快就導向于工件，故激光不須關閉和再打開，因而避免或顯 著減少激光安定所需的時間。
對于此較佳的具體態樣而言，能夠相對于基準或一組基準而預先校準工件 于站上，同時又使一或多個激光束處理之前裝載和校準的工件，因此可以增加 產出速率。在預先校準期間，工件乃相對于設備里的參考物或一組參考物或一 或多個基準來做校準。 一或多個激光束路徑在尚未導引于正在預先校準的工件 時，也相對于一或多個基準來做校準。在處理之前，當工件或一或多個激光束 路徑或此二者都移動以導引激光束路徑至工件時，此一或多個移動至少在移動 結束時仍保持一或多個激光束路徑和工件此二者與設備參考物之間的相對校 準。在完成一或多個移動后，由于一或多個激光束路徑和工件已保持著對于共 同參考點或之前校正坐標系統的校準，所以它們實質上仍是彼此校準的。
對于此較佳具體態樣而言，也料想到檢查和可能使最終校準更精細等額外 步驟，并且可以在開始處理之前的此時為之，以^使補償用于移動一或多個激光 束路徑或工件的組件的正常制造容許公差或熱膨脹所引起的小量未校準。此最 終校準只占完全校準工件所需時間的一小部份，因此并不代表會對系統產出速 率造成實質降低。隨著此較佳具體態樣的設備開始處理第二工件，第一工件視需要可選擇加 以抬4見然后再卸載，并且在其位置裝載新的工件。此可以擴充成多于兩個的實 質獨立的裝載和卸載站，其如上所述地操作，而使一或多個工件可以在一或更 多加工站上處理。以此方式，可以使用采取多個激光束的多個加工站，而有更 高比例的總時間可用于處理，借此進一步增加系統產出速率。
示范此較佳具體態樣的操作的時序圖則顯示于圖4,其中標為「裝載J的
上排乃顯示裝載和校準工件78、 80和視需要可選擇檢視工件所花的時間，而 標為「處理」的下排則顯示處理工件所花的時間。開始于時刻O,第一工件78 裝載和校準50于第一站74上。在時刻t7,第一工件78已準備好要做處理， 并且第一站74已與激光束路徑89成為正確關系，并且開始處理。在時刻t8, 第二工件80裝載于第二站76上并且開始校準54。在時刻t9,第二工件80在 第二站76上的裝載和校準已完成，其已準備好要做處理。在時刻t10，系統使 第二站76與激光束路徑89成正確關系，并且開始處理56第二工件80。也在 時刻t10,第一站74上的第一工件78已可供進行可選擇的抬4見步驟58。此時 工件78是以自動過程(未顯示)來檢視，以決定激光處理的質量和位置。如此 產生的信息可以傳送到控制器(也未顯示)，以編譯質量控制程序的統計數據、 指引工件做額外處理(如果偵測出可恢復的錯誤)、或補償鉆孔設備可能有的熱 變形。在時刻tll，檢視步驟58已完成，并且將第一工件78卸載，而將額外 工件裝載和校準60于第一站74上。在時刻tl2,額外的工件已完成校準60， 其準備好要做處理。在時刻t13,系統移動激光束，使之與握持額外工件的第 一站74成正確關系，并且開始處理62。也在時刻tl3，第二站76上的第二工 件80已可供進行可選擇的檢視64。在時刻tl4,完成了可選擇的檢視64,將 第二工件80加以卸載，并且將新的未加工工件加以裝載、預先;f交準66，借此 準備好要做處理。當目前工件正在處理的同時就裝載和預先校準下一工件，此 過程可以擴充到不確定工件數目的處理過程，因而減少了裝載、卸載和校準每 個工件所帶來的經常負擔，借此增加系統的產出速率。
本發明和此較佳具體態樣所呈現的另一優點是使處理過程免除了或減少 激光安定時間。在圖2和3所示范之先前技藝的時間序列中，于裝載和校準工 件所相關的時間(20、 30、 32、 38、 40)，激光束并未進行處理，其典型而言是關掉以延長激光束子系統的激光振蕩器、激光光學組件和其它零件的壽命。在 開始處理之前，激光則再打開并使之穩定。穩定激光所需的時間是指安定時間， 其可以占去不少的裝載和校準時間。在此所揭示的設備和方法中，不須在工件 之間關閉激光，這是因為處理工件之間的時間僅限于系統花在移動激光束以與 工件成正確關系和激光束對工件做最終校準的時間量。此時間典型而言是裝載 和校準工件所需時間的一小部份，因此不需要將激光關掉，借此免除或減少開 始處理下一工件之前的安定時間。
相對于時序圖來審視系統圖解，則顯示本發明如何增加激光處理系統的產
出速率。當此較佳具體態樣的設備開始處理工件時，裝載臂82在控制器73 的控制下將工件78裝載于站76，控制器73也導引起重架86來移動視訊組件 90到位，以將工件78校準于站76上。此由圖4的時間50所表示。在圖4的 時刻t7,控制器73導引起重架86來移動激光束光學組件88到位，以微加工 站76上的工件78。此時工件78通過碎見訊組件90而經由激光束光學組件88 的透鏡(未顯示)來接受可選擇的最終校準。然后開始處理。也想到校準可以由 輔助的校準系統(未顯示)來完成。這是由時間52所表示。當工件78正在處理 時，在時刻t8,控制器73導引裝載臂82從自動裝載器84拿取工件78，并將 它裝栽在站74上，而控制器73則導引起重架86來移動視訊組件90到位，以 將工件78校準于站74上，此由時間54所代表。在時刻t10,控制器73導引 起重架86以移動激光束光學組件組件88到位，以進行站74上的工件78的最 終校準和處理，此由時間56所代表。在將工件78裝載于站74上之后，控制 器73視需要可選擇導引起重架86以移動視訊組件卯到位，并開始檢視站76 上之前處理過的工件80，此由時間58所代表。在可選才奪的檢視58之后或并 未進行此檢視的情形下，控制器73導引裝載臂82以將工件80從站76卸載， 而提供工件80到自動裝載器84,以及從自動裝載器84裝載新的未加工工件 78到站76上，而由視訊組件90來校準，此由時間60所代表。在時刻t13, 工件78便完成了 ，此時控制器73導引起重架86以移動激光束光學組件組件 88和視訊組件90到個別位置，以開始處理站76上^^準過的工件80(時間62)， 以及視需要可開始檢視加工過的工件78(時間64)。只要未處理的工件可以一 直提供給設備，此過程就可以繼續下去。 一旦設備已經裝載和校準了第一工件78，則完成的工件將會在實質等于處理單一工件所需的平均時間的平均潛伏時 間后從設備排出。由于需要重復的設備組件只有X-Y桌和站，此二者相對于 激光束和視訊組件而言并不昂貴，故同時做到增加系統的產出速率和使額外的 設備成本降到最少。
圖7是本發明的較佳具體態樣的簡化示意圖，其包括一激光102,其所產 生的激光脈沖(未顯示)沿著激光束路徑112而行進。激光束路徑108通過準直 器112，接著通過光束塑形光學組件124。光束塑形光學組件124把激光脈沖 的空間輪廓從基本上為高斯的輪廓轉換成更想要的輪廓。激光束路徑112然后 通過光束指向光學組件128,再通過掃描透鏡130，最終到達工件140。光束 指向光學組件128在控制器(未顯示)的指示下會導引激光束到工件MO上的所 要位置。
如果使額外成本降到最低的要求放寬，則在此描述的本發明也包含進一步 改善產出速率。此與使系統產出速率達到最大而較不考慮設備成本的目的一 致。額外較佳的具體態樣采用兩個或更多激光束在同一工件上加工。以此方式 (參見圖4)，處理工件所花的時間(52、 56、 62)可以降低并且系統產出速率進一 步增加。多個激光束可以通過將單一激光的輸出分開成多個光束或通過組合多 個激光而產生。這些光束可以聯合地控制，如此以處理組成單一工件的多個相 同組件，或獨立地控制以處理任何所要的圖案。激光束可以被導引通過共同的 光學組件，或者將光束加以塑形和/或指向的某些或所有光學組件可以是分開 的。
圖8是本發明的第二較佳具體態樣的筒化示意圖，其包括兩個處理激光 200和202,它們由同步器來源204所驅動。來源204可以采用多種方法中的 一種來使激光200和202同步，這些方法例如包含使送至發光源(其泵注能量 給激光)的觸發信號同步，或者可能使位在激光200和202里的Q開關同步， 使之以交替的方式來發出脈沖。激光200和202在其輸出處分別提供激光束 206和208, 二者皆包括激光脈沖列。安排激光200和202,以使其個別輸出 的激光束206和208的本質線性偏振面實質上是平行的。激光束206和208 通過個別的準直器210和212,后二者減少入射激光束的直徑且同時保持其聚 焦于無限遠。激光束206由反射鏡220所轉向而通過二分之一波片222,后者將激光束206的偏振態或偏振面旋轉90°,如此則組合器224(其對于入射光的 偏振態或偏振面有不同的反應)會讓激光束208實質上不受影響地通過但會反 射激光束206,如此使兩個光束變成單一同軸激光束226;接著再通過光束塑 形光學組件228,其將激光束形成所要的特殊分布圖案(高斯、高帽等)。同軸 激光束226然后通過第二二分之一波片240,其經過調整以使同軸激光束226 的偏振軸轉成與分束器242的偏振軸呈45°。此造成大約一半的同軸激光束226 可穿過分束器242而形成第一激光處理光束244，并且反射大約一半的同軸激 光束226而形成第二激光處理光束246;第二激光處理光束246則由反射鏡248 所轉向，以導引成實質相同于第一激光處理光束244的方向。注意光束244 和248具有相同的空間信息。未顯示的是光束指向光學組件，其導引激光束至 工件。
處理激光200和202可以包括UV激光、IR激光、綠光激光或C02激光。 它們可以有相同的波長或不同的波長。較佳的處理激光輸出的脈沖能量為大約 0.01微焦耳到大約1.0焦耳。較佳的UV處理激光是Q切換的UVDPSS激光， 其包含固態激光物質，例如Nd: YAG、 Nd: YLF、 Nd: YAP、 Nd: YV04或 摻雜了鐿、鈥或鉺的YAG晶體。UV激光最好提供諧振的UV激光輸出波長， 例如354.7奈米(三倍頻的Nd: YAG或Nd: YV04)、 266奈米(四倍頻的Nd: YAG或Nd: YV04)或213奈米(五倍頻的Nd: YAG或Nd: YV04)。
較佳的C02處理激光是操作波長在大約9微米到大約11微米之間的脈沖 式C02激光。范例性的市售脈沖式C02激光是由位在康乃狄克州Bloomfield 的Coherent-DEOS所制造的型號Q3000的Q切換激光(9.3微米)。因為C02激 光無法有效地在金屬層12和14鉆出通孔，所以C02處理激光所鉆的多層工 件10缺乏金屬層12和14，或者準備多層工件10而使耙位置已預先以UV激 光鉆過或預先使用其它方式蝕刻(例如像是化學蝕刻)以暴露介電層16。
其它操作于不同波長的固態激光物質或C02激光也可以用于本發明的激 光設備。也可想到各式各樣的激光腔安排、固態激光的諧振、固態激光和C02 激光的Q切換才喿作、泵注方法、C02激光的脈沖產生方法。圖9顯示多層工件 260以激光(未顯示)所處理的通孔的簡化示意圖。工件260包括有機中間層 264，其夾在金屬導體材料層266之間。通孔顯示于270，而開始于工件260頂面且截止于金屬導體266的盲孔則顯示于272。
如果由于如上面揭示而改善激光處理，微加工工件所需的時間變成少于檢 視和校準工件所需的時間，則可以加入額外的站，如此可以采用多個站以對單 一激光處理站進行校準和4全^見工件。于另一較佳的具體態樣中，采用多個站以 對多個發生處理的站進行校準和檢視工件，其中站的數目和激光束的數目乃取 得平衡，以對給定的處理容量提供最大的產出速率。
擁有多個站也讓激光處理設備具有多功能。多功能是指于單一設備、在工 件上進行多于一項的處理步驟。多功能的某些優點為系統成本較低、設備在制 造區域的占地較少、產出速率更高。想要之多功能的一個范例為能夠在進行處 理的設備上檢視激光處理操作的結果。
檢視是指使用某種方式感測以從處理過的工件獲取數據，以決定關于所進 行的處理操作的信息。此類范例像是使用機器視覺子系統以目視檢查工件。對 于本發明的較佳具體態樣而言，或可檢視多層基板中處理過的通孔的某些特征 為位置、尺寸、形狀、深度、錐度、頂部直徑、底部直徑、碎屑。對于基板單 一化處理而言，所要檢視的某些特征包含與切口有關的尺寸、形狀、深度、錐 度、方向、碎屑。對于燒斷鏈接而言，或可檢視鏈接移除的位置和完成度、基
選擇的質量標準，或者用來當成對于工藝控制統計程序的輸入。具有多個站也 有助于在處理后而當工件仍為校準的同時立即檢視工件，借此就不需要工件裝 載和校準于另外的系統上。此外，處理后就在處理設備上檢視工件則可使工藝 控制的信息立即回饋給系統，借此改善工藝控制。
檢視所產生的信息包含更新之前所測量和計算的校準信息。這在工件于處 理期間的校準有所變化的情況下就很有用。這些變化可能肇因于正常設備制造 的容許公差或是包含溫度或濕度的環境因素變化。檢視可以偵測出這些變化， 并將信息回饋給設備，以使設備能改變校正信息而因應這些變化，借此增加工 藝的正確度。此校正信息可以通過測量工件上已知的基準標記或通過測量微加 工于工件上而為處理的一部份的特征位置而獲得。在此情形下，乃利用檢視來 補償因設備或環境的正常變異所？ 1入處理工件的誤差。
于其它較佳的具體態樣中，使用本發明在此揭示所產生的處理效率，以改進晶圓或基板的單一化或切割成多個獨立部分。在電子制造業，將給定電路或 電路組件的多個復制品建構于單一基板上是^f艮常見。半導體切割所偏好的工件
包含硅晶圓、其它硅基底材料(包含碳化硅和氮化硅)、m-v和n-vi族化合物(例 如砷化鎵)，而在它們上面使用光蝕印技術來建構集成電路。第二范例是厚膜
基板。第三范例是薄膜電路，其中導體和被動電路組件通過濺鍍或蒸鍍而施加 于例如由半導體材料、陶覺或其它材料所做成的基板。第四范例則是顯示科技， 其中用于制造顯示器的塑料膜和玻璃基板可以利用本科技而單 一化。這些基板
元，或是通過激光而刻劃，其中激光于基板表面形成切口或凹槽，以導引之后 將基板機械分開成個別的單元。圖io顯示較佳具體態樣的簡化示意圖，其是
關于單一化或刻劃。平臺300握持著上面裝了工件314的臺座310。起重架320 握持著激光324，其發射激光脈沖(未顯示)而沿著激光束路徑328。激光束路 徑328由光束指向光學組件332導引經過掃描透鏡336，而將激光束路徑328 聚焦于工件314上。除了由光束指向光學組件332所造成的激光束路徑328 和工件314之間的相對移動，臺座310也可以包含移動控制組件，其相對于激 光束路徑328來移動工件314。工件314可以是硅晶圓或其它基板。使用此處 所述的本發明將增加這些過程的產出速率，此乃因為單 一化或刻劃(像是鉆通 孑L)的速率是下者的函數單位時間傳遞的脈沖能量大于蝕除門坎的脈沖數目， 再加上裝載和校準工件所需的時間。
對于由不同材料所構成的不同的單一或多層工件，也想到可改變激光參 數，例如脈沖重復速率、每個脈沖的能量、光束點尺寸，這些可以于不同的處 理階段加以程序化，以達到最佳的激光處理產出速率和質量。例如參見Owen 等人的美國專利第5,841,099號以及Dunsky等人的美國專利第6,407,363號， 兩者皆讓與本案的申請人。加熱來源的操作參數，例如其功率、能量分布輪廓、 點尺寸，也可以于激光處理的各階段保持固定不變或加以變化。
不偏離其背后的原理。因此，本發明的范圍應該只由所附的申請專利范圍所決 定。
權利要求
1. 一種以激光束與第一和第二臺座來處理第一和第二工件的方法，該第一和第二臺座握持該第一和第二工件，此方法包括提供激光束路徑；將該第一工件裝載于該第一臺座上；將該第一工件相對于該激光束路徑做校準；以該激光束處理該第一工件；將該第二工件裝載于該第二臺座上；當該第一工件相對于該激光束路徑成校準的同時，相對于該激光束路徑來準備該第二工件；以及以該激光束處理該第二工件。
2. 如權利要求1所述的方法，其中相對于該激光束路徑來準備該第二工 件的步驟進一步包括該第二工件的準備是當該第 一工件被該激光束打到的期間所進行。
3. 如權利要求1所述的方法，其進一步包括提供相對于該激光束路徑的基準，其中該第二工件的準備包含將該第二工 件或激光束相對于該基準來做索引。
4. 如權利要求l所述的方法，其中該第二工件的準備包括 將該第二工件對該激光束路徑做校準。
5. 如權利要求l所述的方法，其中該處理步驟包括 形成一個或多個通孔。
6. 如權利要求1所述的方法，其中該處理步驟包括 移除半導體鏈接。
7. 如權利要求l所述的方法，其中該處理步驟包括 修整被動電子組件。
8. 如權利要求l所述的方法，其中該處理步驟包括 刻劃或單一化基板。
9. 如權利要求l所述的方法，其中該準備步驟進一步包括以下步驟測量該第二工件表面上的一組點的位置，以計算該第二工件的平移、旋轉、 比例或高度。
10. 如權利要求l所述的方法，其進一步包括 進行該第二工件的最終校準。
11. 一種以激光束和二臺座來處理工件的方法，該激光束對應于激光束^各 徑，而該二臺座握持該工件，此方法包括將第一工件裝載于第一臺座上；將該第 一工件相對于該激光束路徑做校準； 導引該激光束^各徑朝向該第 一工件； 以該激光束處理該第 一 工件； 將第二工件裝載于第二臺座上；當該光束路徑導引朝向第一工件的同時，將該第二工件相對于該激光束^各 徑做校準；導S1該激光束^f各徑朝向該第二工件，而仍實質保持該激光束路徑和該第二 工件之間的校準；以及在該激光束路徑已導引至該第二工件之后，當該第一工件保持與該激光束 路徑的校準的同時，對該第 一工件進行額外的處理步驟。
12. 如權利要求11所述的方法，其進一步包括 檢視該第一工件或該第二工件。
13. —種以激光束來處理多個工件的激光處理設備，其包括 基底；激光，其用于產生該激光束，而由該基底所支持； 第一臺座和第二臺座，其各由該基底所支持，而各用于握持該工件； 該激光束和該第 一 臺座之間的第 一空間關系； 該激光束和該第二臺座之間的第二空間關系；以及 當該第二空間關系保持實質不變的同時，該第一空間關系適于改變。
14. 如權利要求13所述的設備，其中該處理包括 形成一個或多個通孔。
15. 如權利要求13所述的設備，其中該處理包括移除半導體鏈接。
16. 如權利要求13所述的設備，其中該處理包括 修整被動電子組件。
17. 如權利要求13所述的設備，其中該處理包括 刻劃或單一化基板。
18. 如權利要求13所述的設備，其進一步包括校準子組件，其適于測量其中一工件的表面上的點位置，以計算該工件的 平移、旋轉、比例或高度。
19. 如權利要求18所述的設備，其中該校準子組件適于進行該激光束對 該第一或第二臺座的最終校準。
20. —種以激光束來處理第一和第二工件的方法，其包含以下步驟 提供第一和第二臺座以握持該第一和第二工件； 提供激光束路徑；將該第一工件裝載于該第一臺座上；將該第 一工件相對于該激光束路徑做校準；以該激光束處理該第 一 工件；此方法的特征在于以下進 一 步的步驟將該第二工件裝載于該第二臺座上；當該第一工件相對于該激光束路徑成校準的同時，相對于該激光束路徑來 準備該第二工件；以及以該激光束處理該第二工件。
21. 如權利要求20所述的方法，其中相對于該激光束路徑來準備該第二 工件的步驟進一步包括該第二工件的準備是當該第 一工件被該激光束打到的期間所進行。
22. 如權利要求20所述的方法，其進一步包括提供相對于該第二激光束路徑的基準，其中該第二工件的準備包含將該第 二工件或激光束相對于該基準來做索引。
23. 如權利要求20所述的方法，其中該第二工件的準備包括 將該第二工件對該激光束路徑做校準。
24. 如權利要求20所述的方法，其中該準備步驟進一步包括以下步驟 測量該第二工件表面上的一組點的位置，以計算該第二工件的平移、旋轉、比例或高度。
25. 如權利要求20所述的方法，其進一步包括 進行該第二工件的最終校準。
26. —種以激光束來處理多個工件的激光處理設備，其具有 基底；激光，其用于產生該激光束，而由該基底所支持； 第一臺座和第二臺座，其各由該基底所支持，而各用于握持該工件； 該激光束和該第 一 臺座之間的第 一 空間關系； 該激光束和該第二臺座之間的第二空間關系； 此設備的特征在于當該第二空間關系保持實質不變的同時，該第一空間關系適于改變。
27. 如權利要求26所述的設備，其進一步包括校準子組件，其適于測量其中一工件的表面上的點位置，以計算該工件的 平移、旋轉、比例或高度。
28. 如權利要求26所述的設備，其中該校準子組件適于進行該激光束對 該第一臺座的最終;艮準。
全文摘要
以激光束(89)來處理工件的方法和設備，其包含用于握持工件(78、80)與第一和第二激光束路徑的第一和第二臺座(74、76)。第一工件裝載于第一臺座上、與第一激光束路徑校準、然后開始處理。當第一工件相對于第一激光束路徑做校準的同時，第二工件便相對于第二激光束路徑做準備。一旦激光束可用于處理，就立刻開始處理第二工件。
文檔編號H01L21/324GK101432857SQ200780015530
公開日2009年5月13日 申請日期2007年5月1日 優先權日2006年5月2日
發明者唐納·E.·威爾, 布萊恩·C.·喬漢森 申請人:伊雷克托科學工業股份有限公司