CN101011780A - 使用激光束形成通孔的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用激光束形成通孔的方法。所述方法包括：通过照射具有预定频率的激光束，在第一金属层中形成第一孔；降低具有相同频率的激光束的能量密度；和通过照射具有相同频率的激光束，在介电层形成对应于第一孔的第二孔。

Description

使用激光束形成通孔的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年12月21日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0126891的优先权，上述申请的公开内容通过引用在此整体并入。
技术领域
本发明涉及一种使用激光束形成通孔的方法，更具体地，涉及一种反复使用相同频率的激光束而不是使用多频的激光束连续地清除多层基片的金属层和介电层的方法。
背景技术
半导体加工工艺中使用的电子电路基片具有其中上金属层、介电层、和下金属层堆叠的结构。为了电连接上金属层和下金属层，在上金属层和介电层内形成孔(以后称通孔)，并在孔内填充导电金属。所述通孔具有例如为数十微米到数百微米的直径。
因为传统的机械方法不能形成尺寸足够小的、用于新近半导体的通孔，所以随着半导体加工技术的发展，还需要加工微小通孔的技术。
为此，使用激光束形成通孔的方法已经引起人们的注意。当使用激光束在上金属层内形成孔以后在介电层内形成孔时，必须防止在下金属层内形成孔。此外，重要的是将上金属层内的孔与介电层内的孔对齐。形成孔的生产率也是很重要的。
发明内容
本发明提供一种使用激光束形成通孔的方法，通过所述方法，能够提高使用激光束清除金属层下面的介电层的精度和速度。
根据本发明的一个方面，提供一种使用激光束在多层基片中形成通孔的方法，所述多层基片具有：第一金属层；位于第一金属层下方的介电层；和形成在介电层下方的第二金属层，所述方法包括以下步骤：通过照射具有预定频率的激光束在第一金属层中形成第一孔；降低具有相同频率的激光束的能量密度；和通过照射具有相同频率的激光束在介电层中形成对应于第一孔的第二孔。
激光束的照射可以包括使用能量密度大于清除第一金属层所需的临界能量密度的激光束。
根据本发明，能量密度的降低可以包括将激光束的能量密度降低到在清除第一金属层所需的临界能量密度与清除介电层所需的临界能量密度之间。
根据本发明的一个方面，能量密度的降低可以包括使用以预定比值降低激光束的能量的ND(中性)滤光片。
根据本发明的另一方面，能量密度的降低可以包括增加激光发生器的电流扫描反射镜(galvano scanner mirror)的旋转速度以降低介电层每单位面积的激光束的能量密度。
根据本发明的又一个方面，降低能量密度可以包括使用平场聚焦透镜使激光束在介电层上散焦。
附图说明
通过参照附图详细地描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其它特征及优点会变得更加明显，其中：
图1是显示应用到根据本发明实施例的使用激光束形成通孔的方法上的激光系统的结构的示意图；
图2是显示本发明中使用的二极管泵浦固体(DPSS)激光器的输出特性曲线图；
图3是显示通过调整二极管电流、根据DPSS激光器的能量密度，激光束相对于目标的相对位置图；
图4A至4C是图示根据本发明实施例的使用激光束形成通孔的方法的横截面视图；
图5是图示图1中的电流扫描器的工作原理的透视图；和
图6是图示具有转轮200的阶梯ND滤光片的平面图，所述转轮具有多个用来降低激光束能量密度的中性(ND)滤光片。
具体实施方式
现在参照附图描述使用激光束形成通孔的方法，在附图中示出了本发明的示范性实施例。在诸图中，为清晰起见，诸层的厚度和区域被放大。
图1是显示应用到根据本发明实施例的使用激光束形成通孔的方法的激光系统的结构的示意图。
参照图1，从激光系统100的激光发生器110产生的激光束被扩束器(或扩束准直镜)120放大，然后通过电流扫描器140和平场聚焦透镜150被照射到多层基片160上。
多层基片160包括由导电金属比如铜形成的下导电层163，在下导电层163上形成的介电层162，和在介电层162上形成的上导电层161。上导电层161也可以由铜制成。附图标记200表示后面要描述的转轮。
图2是显示本发明中使用的二极管泵浦固体(DPSS)激光器的输出特性曲线图。参照图2，激光束的输出以任意单位表示，且激光束的能量密度在大约50kHz的频率是最高的。如果清除多层基片160的上导电层161所需的激光束的临界能量密度为8，且清除介电层162所需的临界能量密度是5，那么作为第一步，激光能量密度为8或以上的激光束，比如在40-80kHz频率产生的激光束可以用来在上导电层161中形成第一孔161a。
作为第二步，在大约20-35kHz的频率处具有5-8的激光能量密度的激光束可以被用来在介电层162中形成与第一孔161a对齐的第二孔162a。
然而，当第一孔161a和第二孔162a分别在上导电层161和介电层162中形成时，通过控制频率来控制激光束的能量密度难以形成精确的通孔。
图3是显示通过调整二极管电流、根据DPSS激光器的能量密度，激光束相对于目标的相对位置图。
参照图3，来自DPSS激光器的紫外线波长的激光束是通过在35kHz频率下将二极管电流改变至75％至100％而产生的。所述激光束的输出功率随着二极管电流(的改变)而改变。图3显示了当激光束的输出功率改变时，激光束的位置改变，这引起激光束的位置误差。所述激光束的位置误差可以使得难以形成包括第一孔161a和第二孔162a的微小通孔。
在本发明中，为了消除由于二极管电流或者频率的变化引起的激光束的位置误差，使用相同频率和相同二极管电流(的激光束)来清除上导电层161和介电层162。
在本发明中，为了提高激光加工速度，激光加工是使用较高的频率完成的，而不是使用在比如50kHz的频率下的激光最高输出功率完成的。
图4A至4C是图示了根据本发明实施例的使用激光束形成通孔的方法的横截面视图。
参照图4A，要形成通孔的多层基片160包括上导电层161，介电层162，和下导电层163。上导电层161和下导电层163可以由铜制成。介电层162可以由树脂或FR4(抗燃4)材料制成。形成通孔是为了电连接上导电层161和下导电层163。
首先，为了加工多层基片160的上导电层161，控制DPSS激光器的能量大于清除上导电层161，比如铜，所需的临界能量。参照图2，为了提高激光加工速度，DPSS激光器的频率可以控制在40kHz到80kHz之间，优选地为70-80kHz。接着，通过持续预定时间照射激光束，在上导电层1 61内形成直径为数十到数百微米的第一孔161a(第一步)。此时，如图4B中所示，介电层162的一部分可以与上导电层161一起被清除。
接着，通过使用能量密度降低元件，控制激光束的能量密度大于清除介电层162所需的临界能量密度(第二步)。
接着，使用具有与第一步相同的频率比如70kHz的激光器所产生的激光束，通过在介电层162内形成对应于第一孔161a的第二孔162a，形成图4C的通孔165(第三步)。
为了降低激光束的能量密度，可以增加电流扫描器的线速度，或可以使用能降低光透射率的ND滤光片(或称之为中性滤光片、中性密度滤光片)。稍后将描述降低激光束能量密度的方法。
在根据本发明实施例的使用激光束形成通孔的方法中，不同于现有技术，第一和第三步使用由激光发生器产生并具有相同的高频率和相同的功率的激光束。因此，在第三步中，能以高速加工通孔165。因为第二孔162a准确地位于第一孔161a的下方，所以也可以精确地形成微小的通孔165。因此本发明允许提高加工速度，同时也提供精确的通孔。
图5是图示图1中的电流扫描器140的工作原理的透视图。电流扫描器140包括x反射镜141和y反射镜142。利用能使连接到x反射镜141一侧的轴141a转动的x驱动器(未示出)，x反射镜141在x方向上控制激光束，而y反射镜142利用使连接到y反射镜142一侧的轴142a转动的y驱动器(未示出)，在y方向上控制从x反射镜141反射的激光束。因此，从激光发生器产生的激光束可以根据电流扫描器140的x和y反射镜141和142的转动速度对多层基片160施加不同的能量密度。在第三步中，通过提高电流扫描器140的x和y反射镜141和142的转动速度，可以降低施加到介电层162上的激光束的能量密度。
图6是图示具有转轮200的阶梯ND滤光片的平面图，所述转轮具有多个用来降低激光束的能量密度的中性(ND)滤光片。在转轮200内形成多个孔201。所述孔201包含光透射率比如为10-60％的多个ND滤光片202。还有其上没有ND滤光片202的空孔201。转轮200可以由致动器(未示出)转动。ND滤光片202可用来将激光束的能量密度降低到需要的水平。如图1中所示，转轮200可以位于激光束发生器110与扩束器120之间。在第一步中，为了形成第一孔161a，使用了空孔201。在第三步中，使用具有ND滤光片202的孔以形成第二孔162a。
所述ND滤光片202可以是反射ND滤光片或者是吸光ND滤光片。也可以使用根据转动角度具有可变透光率的可变反射ND滤光片代替所述阶梯ND滤光片。
通过增加到达多层基片160的激光束的光点直径，可以降低多层基片160每单位面积的能量密度。为此，图1中的平场聚焦透镜150的焦点可以与多层基片160的表面分离。
也可以使用通过声信号具有可变透光率的声-光调制器或通过电场具有可变透光率的电-光调制器，以代替阶梯ND滤光片降低激光束的能量密度。
上述降低激光束能量密度的诸方法可以单独使用或者一起使用。
如上所述，根据本发明使用激光束形成通孔的方法，在第一步和第三步中使用从激光发生器产生的具有相同高频率和相同功率的激光束。因此，在第三步中，能够以和第一步中相同的高速度加工介电层。通过使在介电层中形成的第二通孔和第一通孔精确地对准，也可以形成精确的通孔。因此，根据本发明的使用激光束形成通孔的方法不但提高了加工通孔的速度，而且形成了精确的通孔。
虽然已经参照本发明的示范性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应当理解的是，在不偏离由权利要求所限定的本发明的精神和保护范围的情况下，可以对本发明的示范性实施例做出各种形式和细节上的变化。

Claims (13)

1、一种使用激光束在多层基片中形成通孔的方法，所述多层基片具有：第一金属层；在第一金属层下方形成的介电层；和在介电层下方形成的第二金属层，所述方法包括以下步骤：
通过照射具有预定频率的激光束，在第一金属层中形成第一孔；
降低具有相同频率的激光束的能量密度；和
通过照射具有相同频率的激光束，在介电层形成与第一孔对应的第二孔。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述激光束的照射包括：使用能量密度大于清除第一金属层所需的临界能量密度的激光束。
3、如权利要求1所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：将激光束的能量密度降低到在清除第一金属层所需的临界能量密度与清除介电层所需的临界能量密度之间。
4、如权利要求1所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：使用以预定比值降低激光束的能量的ND滤光片。
5、如权利要求4所述的方法，其中所述ND滤光片是反射ND滤光片或吸光ND滤光片。
6、如权利要求4所述的方法，其中所述ND滤光片是包括转轮的阶梯ND滤光片，所述转轮具有多个孔和在多个孔上的多个ND滤光片。
7、如权利要求4所述的方法，其中所述ND滤光片是根据转动角度具有可变透光率的可变反射ND滤光片。
8、如权利要求1所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：使用通过声信号具有可变透光率的声一光调制器或通过电场具有可变透光率的电一光调制器，以降低激光束的能量密度。
9、如权利要求1所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：增加激光发生器的电流扫描反射镜的旋转速度以降低介电层处的激光束的能量密度。
10、如权利要求4所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：使用ND滤光片和提高激光发生器的电流扫描反射镜的转动速度，以降低介电层处激光束的能量密度。
11、如权利要求1所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：使用平场聚焦透镜使激光束在介电层上散焦。
12、如权利要求4所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：使用ND滤光片和使用平场聚焦透镜使激光束在介电层上散焦。
13、如权利要求10所述的方法，其中所述能量密度的降低包括：使用ND滤光片和提高激光发生器的电流扫描反射镜的转动速度以及使用平场聚焦透镜使激光束在介电层上散焦。
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