CN101432857B - 激光处理的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

以激光束(89)来处理工件的方法和设备，其包含用于握持工件(78、80)与第一和第二激光束路径的第一和第二台座(74、76)。第一工件装载于第一台座上、与第一激光束路径校准、然后开始处理。当第一工件相对于第一激光束路径做校准的同时，第二工件便相对于第二激光束路径做准备。一旦激光束可用于处理，就立刻开始处理第二工件。

Description

激光处理的方法和设备
技术领域
概括而言，本发明乃关于以激光来处理工件。本发明尤其关于激光处理设备，其提供至少两个实质独立的工件握持器。本发明尤其更关于激光处理设备，其能够操控至少两个实质独立的工件握持器，而允许两个或更多个工件同时通过不同的处理步骤。处理步骤可以包含装载、校准、微加工、检视或卸载工件。本发明允许微加工一个或更多个工件，同时一个或更多个额外工件则通过其它的处理步骤，而不会实质改变或延误整体的处理。
背景技术
激光处理应用于各式各样的电子组件以达成各式各样的效果。典型而言，电子组件在其各个制造阶段乃出现为相同组件的实质平坦的数组(称为工件)。工件的范例尤其包含半导体晶圆、印刷或蚀刻线路或电路板、建构于陶瓷或硅基板上的主动或被动组件数组。一般来说，工件是独立地或批次地传送进出于进行激光处理的特殊设备，且通常是以卡匣或盒来承载，而可以自动卸载和装载。激光处理一词包含装载工件于设备上、将工件校准于设备、进行激光处理、然后从设备卸载工件。激光处理可以在许多不同工件上使用各式各样的激光来进行各式各样的处理。激光处理的范例包含激光处理单一层或多层工件以形成孔洞和/或通孔，以及激光处理半导体晶圆以进行晶圆切割或单一化。在此描述的激光处理方法可能也适用于其它多种激光材料交互作用处理，包含(但不限于)移除半导体链接(熔线)、热退火、修整被动组件、或者刻划或单一化晶圆(包含硅)或基板(包含陶瓷)。
有几项因素决定了所想要的激光处理设备。这些因素包含正确性、质量、可用性、弹性和产出速率。这些因素也包含此种设备应具有多功能。添加其它功能到设备上则允许此种设备的使用者可以通过避免工件在不同设备之间转移而增进产出速率、或通过免除不同的设备而减少成本、或两者兼有。产出速 率是极为重要的考虑，这是因为它直接冲击着处理每一工件的成本。系统产出速率是几项因素的函数，包含材料移除速率、工件与激光束的定位速度和其它系统经常负担(overhead)。系统经常负担是指激光处理设备并非直接牵涉于材料移除或修改的所有操作时间。它可以包含装载和卸载工件、校准工件、检视工件、等待机械组件设定好接下来的动作、等待激光和其它电子组件于功率上升或改变参数时完成电性稳定。
在多层基板中以激光处理来形成通孔的材料移除速率，其部分是由所要处理的多层基板的复杂度所决定，而这一般是超出激光系统设计者所能控制的因素的函数。图1显示任意类型的范例性的多层工件10，其包含层12、14、16、18。典型而言，层12和14是金属层，其各包含铝、铜、金、钼、镍、钯、铂、银、钛、钨、金属氮化物或其组合。金属层12和14的厚度可以在大约9微米到大约36微米之间，不过也可以比9微米薄或厚达72微米或更厚。
每个层16典型而言包含标准的有机介电材料，例如苯并环丁烷(BCB)、双马来酰亚胺三嗪(BT)、纸板、氰酸酯、环氧树脂、酚树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)、聚合物合金或其组合。每个有机介电层16典型而言要比金属层12和14来得厚。有机介电层16的厚度可以在大约30微米到大约1600微米之间。
有机介电层16可以包含薄的强化组件层18。强化组件层18例如可以包含酰胺纤维、陶瓷或玻璃的纤维垫或分散颗粒，其编织或分散于有机介电层16里。强化组件层18典型而言要比有机介电层16薄很多，该层18的厚度可以是大约1微米到大约10微米。强化材料也可以粉末形式引入有机介电层16里。包含此粉末状强化材料的强化组件层18可以是不连续和不均匀的。
层12、14、16、18的内部可以是不连续、不均匀、不齐平的。具有金属、有机介电质、强化组件材料等层的堆栈总厚度可以大于2公厘。虽然图1所示范例的任意工件10有五层，但是本发明可以实施于具有任何想要层数的工件，包含单一层的基板。
激光处理设备的材料移除速率也受限于每个脉冲可达到的激光能量和脉冲重复速率。增加处理产出速率可以通过在足以通过蚀除、热蒸发或此二者组合来移除材料的脉冲能量下增加脉冲重复速率而达成。然而，对于用于处理用 途的大多数激光而言，脉冲能量大约是反比于脉冲重复速率。结果，就会有最大的材料移除速率，其受控于移除材料所需的最小脉冲能量以及有此能量时的最大脉冲重复速率。以可用的脉冲能量和脉冲速率而言，激光的选择便受到科技进步程度、成本和其它可以限制激光处理系统设计者选择的效能参数所影响。
另一项影响激光处理设备的系统产出速率的因素是激光束的定位速度。激光处理典型而言牵涉到导引激光束于工件上的特定点，并且操作激光达特定的时间或激光脉冲数目。激光束通过移动工件、激光束或此两者组合而导引于工件上的特定点。激光束可以导引到工件上要完成激光处理的特定位置，接着再导引到要完成进一步处理的下一位置。另外也可以选择将激光束导引成相对于工件而言是实质连续的移动，那么激光束便在工件上描述出一路径，而沿着此路径，在激光束和工件之间的相对移动期间，通过脉冲化激光或者操作激光而完成处理。激光处理也可以通过组合这些方法来完成。这两种方法的共同点是材料移除速率乃受到激光束相对于工件的位置可以改变的速率所影响。几项因素影响如何选择决定激光束定位速度的移动控制组件，包含成本、正确度、功率消耗和尺寸。
激光功率于处理期间也必须稳定，以确保一致、可重复的结果。为达成此点，设备于处理期间典型而言会使用激光功率或能量侦测器，以监督激光功率和确认激光是在必要的参数内运作。激光和功率/能量侦测器两者都会增加系统经常负担，此乃因为它们在打开后需要时间来稳定，因此每次打开它们都会减少系统产出速率。激光是昂贵的组件，其可用寿命比较有限并且和开机时间长度成比例。因此，如果激光在系统操作期间要空闲较长时间，例如装载和卸载工件期间，典型而言则会关闭激光。
系统产出速率也可以受到系统经常负担所影响。系统经常负担包含装载、校准、卸载工件所需的时间。图2显示先前技艺的设备依序装载、处理、卸载工件的时序图。审视图2所示的时序图透露出：在激光处理设备上处理工件所需的实质总时间(显示于图中的时刻0到t2)，相较于处理所花的时间22(时刻t2-t1)，装载、校准、等激光安定等经常负担活动占了不少时间20(时刻0到t1)。
某些激光处理系统采用多于一个的激光束以同时处理多于一个的位置。采用两个激光的先前技艺设备的一个范例是美国专利公开案第2005/00985496号「激光束加工设备」所描述的设备。其所揭示的设备将两个工件装在设备上，并以两个激光束同时处理。图3显示此先前技艺做法的时序图，其同时处理两个工件以增加产出速率。标示为WP1和WP2的两个时间线代表同时对两个工件做处理。两个工件于时间30和32进行装载。两个工件于时间34和36进行处理。于时间38和40，将两个工件卸载并且将新的工件装载到设备里。两个新工件的处理发生于时间42和44。虽然此设备最高可以达到先前技艺的单一站设备产出速率的两倍，但是审视图3的时序图仍显示相当多的系统经常负担要花在装载和卸载工件。在此装载和卸载期间，激光并未处理工件，典型而言也会关掉。此做法的缺失为增加额外激光和导引激光束至工件所需的光学和机械组件而增加成本和复杂度，但仍无法避免打开和稳定激光所带来的处理时间延误。
因此持续需要进行电子组件的激光处理的设备在使用单一或多个激光束来处理工件时，能够通过改善激光和光学组件的利用率而增加产出速率。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于激光处理系统的方法和设备，通过改善激光和光学组件的利用率，而改进采用单一或多个激光束的设备的产出速率。本发明的进一步目的是提供激光处理方法和设备，其在单一设备中提供多个功能而不恶化产出速率。为了达成前述和其它目的，以符合本发明的目标，如同在此具体示范和广泛描述的，在此揭示了方法和设备。本发明是以激光束处理工件的方法和设备，其包含用于握持工件和激光束路径的第一和第二台座。第一工件装载于第一台座上、与激光束路径校准、然后开始处理。当第一工件相对于激光束路径做校准的同时，第二工件便相对于激光束路径做准备。一旦激光束可用于处理，就立刻开始处理第二工件。
附图说明
图1是多层工件的末端图。
图2是时序图，其显示先前技艺的单一激光处理系统的装载和处理时间。
图3是时序图，其显示先前技艺的双重激光处理系统的装载和处理时间。
图4是时序图，其显示本发明的装载和处理时间。
图5是本发明的较佳具体态样的平面图。
图6是本发明的较佳具体态样的正视图。
图7是对工件做微加工的激光的示意图。
图8是产生两个激光束的两个激光的示意图。
图9是激光处理后的多层基板的示意图。
图10是单一化或刻划基板的激光系统的示意图。
【主要组件符号说明】
10            多层工件
12            金属层
14            金属层
16            有机介电层
18            强化组件层
20            经常负担时间
22            处理时间
30            装载时间
32            装载时间
34            处理时间
36            处理时间
38            装卸时间
40            装卸时间
42            处理时间
44            处理时间
50            装载和校准时间
52            处理第一工件时间
54            装载和校准时间
56            处理第二工件时间
58            检视时间
60            装载和校准时间
62            处理额外工件时间
64            检视时间
66            装载和校准时间
70            第一X-Y桌
72            第二X-Y桌
73            控制器
74            第一台座(站)
76            第二台座(站)
78            第一工件
80            第二工件
82            装载臂
84            自动装载器
86            起重架
88            激光束光学组件
89            激光束
90            视讯组件
102           激光
108           激光束路径
112           准直器
124           光束塑形光学组件
128           光束指向光学组件
130           扫描透镜
140           工件
200           激光
202           激光
204           同步器来源
206           激光束
208           激光束
210           准直器
212           准直器
220           反射镜
222           二分之一波片
224           组合器
226           同轴激光束
228           光束塑形光学组件
240           二分之一波片
242           分束器
244           第一激光处理光束
246           第二激光处理光束
248           反射镜
260           多层工件
264           有机中间层
266           金属导体材料层
270           通孔
272           盲孔
300           平台
310           台座
314           工件
320           起重架
324           激光
328           激光束路径
332           光束指向光学组件
336           扫描透镜
t1～t16       时刻
WP1、WP2      时间线
具体实施方式
图5是本发明较佳具体态样的平面图的简化的部分示意图，其包括两个X-Y桌70、72，其握持二台座74、76，后者则可以分别握持工件78、80。X-Y桌70、72是由控制器73所独立控制，控制器73可以是计算机而控制着包括较佳设备的各部分的操作。装载臂82将工件78、80装载和卸载于台座74、76，装载臂82可以将工件从任一站(台座)移动往返于自动装载器84。实线显示装载臂82定位成将工件78装载或卸载往返于台座74，而虚线显示装载臂82定位成将工件80装载或卸载往返于台座76。自动装载器84是握持多个工件的装置，而在控制器73的控制下，其提供未处理过的工件至装载臂82以便运输到台座74、76，或者从装载臂82接受处理过的工件以便储存于自动装载器84。为了简洁起见，起重架86和伴随的零件则未显示于此图。
图6是此较佳具体态样的前视图的简化的部份示意图，其包括两个X-Y桌70、72，分别握持着台座74、76，后者转而握持工件78、80。起重架86则握持着激光束光学组件88和视讯组件90。起重架86可操作以导引激光束光学组件88，以便微加工台座74上的工件78(实线)或台座76上的工件80(虚线)。类似地，起重架可操作以导引视讯组件来校准(或视需要可选择检视)台座76上的工件80(实线)或台座74上的工件78(虚线)。为了简洁起见，装载臂82和自动装载器84并未显示于此图。
在本发明此一较佳具体态样中，本方法和设备可以处理单一层和多层工件。单一层工件包含用于电子用途的薄铜片、聚酰亚胺片，以及用于一般工业和医疗用途的其它金属片，例如铝、钢、热塑性塑料。多层工件包含多芯片模块(multi-chip modules，MCM)、电路板或半导体晶圆。
激光处理典型而言就是导引激光束于工件的特定位置上，以造成工件的改变，例如移除材料或改变工件可测量的参数(譬如电阻)。另外，激光处理典型而言只是多步骤工艺中的一个步骤，其中该工艺包含工件的材料被添加、移除或改变。工件上所要处理的特定位置是相对于工件而界定，或者特别是相对于工件上代表着之前或之后制造步骤的图案而界定。因为设备和工艺正常都有相关的容许公差，所以一旦工件装载于设备上，工件的真正位置或工件上的图案可能与所预期的位置相差大于所想要的。校准便是指决定工件或工件上的图案 相对于设备的位置的步骤。
为了激光处理应用能进行必要正确度的处理，工件必须先做好准备。准备包括了装载工件、决定工件的旋转、将工件校准于激光束。一种校准激光束与工件的方式就是使用基于视觉的测量子系统。在此情况下，视讯摄影机通过激光束光学组件或其它组的光学组件而聚焦于工件上。工件可以通过加工用的激光束来照明(有时功率会降低)，或通过其它照明方式来照明。视讯摄影机典型而言乃连接于计算机，后者以数字形式获得视讯数据并处理，以决定视野中特征的精确位置。于校准期间，利用此种基于视觉的测量子系统来决定工件上已经存在的一或更多个校准靶的真正位置。典型而言，校准靶或基准标记是经由之前工艺而在工件上产生的图案，并且激光所要处理的位置便是相对于这些靶而界定。如此，知道校准靶如何从其理想位置转换成校准期间所测量得到的位置，便可以用于决定转换函数或映对，后者然后就应用于理想的激光处理位置，而使激光束于处理期间精确地导引在工件上所要的点。辨识真正的校准靶位置的过程典型而言称为「校准程序」。由理想位置所得到的转换或映对典型而言称为「校准算法」。
在最简单的情况下，可以假设工件是刚性的平坦物体，其相对于设备乃位在已知的平面上。在此情况下，工件的预期或名义位置与真实或测量位置之间的数学关系可以表示成仿射转换(affine transform)。如果此关系是仿射的，则测量点和其名义位置之间的笛卡儿坐标关系可以表示成以下的线性方程式：
x’＝Ax+By+C
y’＝Dx+Ey+F
当中x’、y’是名义点的坐标，x、y是测量点的坐标，A、B、C、D、E、F是常数。此转换可以处理的情况是工件的真正位置与名义或预期位置之间的差异可以由给定平面上的平移、旋转、比例变化所表示。如果假设工件是刚性的平坦物体，而可相对于设备自由设定任意的姿势，则将工件的测量位置关联于名义位置的转换是立体转换，其遵循以下的一般形式：
x’＝(Ax+By+C)(Gx+Hy+I)
y’＝(Dx+Ey+F)(Gx+Hy+I)
当中x’、y’、x、y、A、B、C、D、E、F同上，而G、H、I也是常数。 也有其它更复杂的解法，其中工件不再需要是刚性、平坦的物体。这些解法典型而言可以使用更高阶的方程式来描述表面，或者有时将表面分成比较小的区域，而每一区域都可以由比较简单的转换来做近似。这些方法的共同之处在于工件上的真正位置点乃相对于设备而加以辨识和和定位，最终目的是要正确导引激光束至工件所要的位置上。此目的可以下列方式达成：相对于激光束而实体移动工件，或者以关于校准工件和设备的信息来校正相对于工件而移动激光束的控制软件，或者两方式做组合。
校准过程的目的是要校准工件，如此一或多个激光脉冲将打在工件所要的位置上。然而，由于激光脉冲只存在于当激光真正在发射能量之时，故在校准期间，工件可以相对于激光束或激光束路径来校准，后者是假设此时激光发射能量则激光脉冲所沿着的路径。再者，激光束有时会加以塑形、通过孔洞和聚焦，以具有特殊的三维尺寸和形状。在此情形下，校准包括了沿着对应于激光束所要特征的激光束路径，而相对于路径当中的特定位置来确定工件上的特定位置。
校准的其它方面为：虽然目的是要将工件与激光束路径上的点做校准，但是该点在校准之时可能是未知的。再者，在校准之后而处理之前，工件或激光束或二者皆可能由设备加以移动。解决的方式是相对于设备上的基准或已知点来进行校准。以此方式，只要激光束和工件的位置相对于此基准而言都是已知的，并且当移动任一者的同时仍保留此信息，那么就可以计算相对于激光束的工件表面上或下的某点位置。此基准可以很明确，包括设备上的已知点；或者也可以不明确，譬如将工件校准于激光束路径或与激光束路径的关系已知的摄影机/透镜组件。明确的基准可以位在设备之可移动的部份上，例如可移动的工件站或夹具。把组件(例如激光束)从一已知位置移动到其它已知的位置则称为做索引(indexing)。在此情形下，可移动的部分典型而言是在其与设备的其余部分的校准是重复已知的位置之间做索引。校准总是与存在的基准点或坐标系统有关，不论其明确或不明确。校准的真正过程可以下列方式所完成：实体改变工件或激光束路径的位置；或者可以使用校准信息来计算适当的位置以导引激光束，以便处理工件上所要的位置。此计算可以表示为坐标转换。有时也想要恰在处理之前或处理期间进行额外的校准步骤，以使初始校准更精细或者 补偿可能于处理期间发生的校准改变。举例来说，此最终校准步骤有时于做完索引之后就进行，此乃鉴于正常制造上的容许公差会对系统引入校准误差。此为校准检查，其确认先前的预先校准步骤的正确性，并且可能可以所有组件开始处理的最终位置来使之前的估计更精细。
本发明提供至少一第二站，其中当之前装载和校准的第一工件正在第一站处理的同时，要处理的第二工件可以实质独立地装载和预先校准于第二站，如此增加系统产出速率。当第一工件完成处理时，此设备改变激光束相对于第二站的位置，以致能使激光束去微加工第二工件。在较佳的具体态样中，此相对位置的改变是由站所完成。然而，也料想到可以改变激光束光学组件的某部份或此站与光学组件二者以完成变化。对于此等所料想的任何变化而言，可以改变得够快，因而只占去装载和校准或微加工基板所需时间的一小部份。此衍生至少两个项优点：第一是由于快速导引激光束路径于工件并开始微加工，不须等候冗长的装载和校准，故时间明显减少且因此增加系统产出速率。第二则是由于激光束路径很快就导向于工件，故激光不须关闭和再打开，因而避免或显著减少激光安定所需的时间。
对于此较佳的具体态样而言，能够相对于基准或一组基准而预先校准工件于站上，同时又使一或多个激光束处理之前装载和校准的工件，因此可以增加产出速率。在预先校准期间，工件乃相对于设备里的参考物或一组参考物或一或多个基准来做校准。一或多个激光束路径在尚未导引于正在预先校准的工件时，也相对于一或多个基准来做校准。在处理之前，当工件或一或多个激光束路径或此二者都移动以导引激光束路径至工件时，此一或多个移动至少在移动结束时仍保持一或多个激光束路径和工件此二者与设备参考物之间的相对校准。在完成一或多个移动后，由于一或多个激光束路径和工件已保持着对于共同参考点或之前校正坐标系统的校准，所以它们实质上仍是彼此校准的。
对于此较佳具体态样而言，也料想到检查和可能使最终校准更精细等额外步骤，并且可以在开始处理之前的此时为之，以便补偿用于移动一或多个激光束路径或工件的组件的正常制造容许公差或热膨胀所引起的小量未校准。此最终校准只占完全校准工件所需时间的一小部份，因此并不代表会对系统产出速率造成实质降低。
随着此较佳具体态样的设备开始处理第二工件，第一工件视需要可选择加以检视然后再卸载，并且在其位置装载新的工件。此可以扩充成多于两个的实质独立的装载和卸载站，其如上所述地操作，而使一或多个工件可以在一或更多加工站上处理。以此方式，可以使用采取多个激光束的多个加工站，而有更高比例的总时间可用于处理，借此进一步增加系统产出速率。
示范此较佳具体态样的操作的时序图则显示于图4，其中标为「装载」的上排乃显示装载和校准工件78、80和视需要可选择检视工件所花的时间，而标为「处理」的下排则显示处理工件所花的时间。开始于时刻0，第一工件78装载和校准50于第一站74上。在时刻t7，第一工件78已准备好要做处理，并且第一站74已与激光束路径89成为正确关系，并且开始处理。在时刻t8，第二工件80装载于第二站76上并且开始校准54。在时刻t9，第二工件80在第二站76上的装载和校准已完成，其已准备好要做处理。在时刻t10，系统使第二站76与激光束路径89成正确关系，并且开始处理56第二工件80。也在时刻t10，第一站74上的第一工件78已可供进行可选择的检视步骤58。此时工件78是以自动过程(未显示)来检视，以决定激光处理的质量和位置。如此产生的信息可以传送到控制器(也未显示)，以编译质量控制程序的统计数据、指引工件做额外处理(如果侦测出可恢复的错误)、或补偿钻孔设备可能有的热变形。在时刻t11，检视步骤58已完成，并且将第一工件78卸载，而将额外工件装载和校准60于第一站74上。在时刻t12，额外的工件已完成校准60，其准备好要做处理。在时刻t13，系统移动激光束，使之与握持额外工件的第一站74成正确关系，并且开始处理62。也在时刻t13，第二站76上的第二工件80已可供进行可选择的检视64。在时刻t14，完成了可选择的检视64，将第二工件80加以卸载，并且将新的未加工工件加以装载、预先校准66，借此准备好要做处理。当目前工件正在处理的同时就装载和预先校准下一工件，此过程可以扩充到不确定工件数目的处理过程，因而减少了装载、卸载和校准每个工件所带来的经常负担，借此增加系统的产出速率。
本发明和此较佳具体态样所呈现的另一优点是使处理过程免除了或减少激光安定时间。在图2和3所示范之先前技艺的时间序列中，于装载和校准工件所相关的时间(20、30、32、38、40)，激光束并未进行处理，其典型而言是关掉以延长激光束子系统的激光振荡器、激光光学组件和其它零件的寿命。在开始处理之前，激光则再打开并使之稳定。稳定激光所需的时间是指安定时间，其可以占去不少的装载和校准时间。在此所揭示的设备和方法中，不须在工件之间关闭激光，这是因为处理工件之间的时间仅限于系统花在移动激光束以与工件成正确关系和激光束对工件做最终校准的时间量。此时间典型而言是装载和校准工件所需时间的一小部份，因此不需要将激光关掉，借此免除或减少开始处理下一工件之前的安定时间。
相对于时序图来审视系统图解，则显示本发明如何增加激光处理系统的产出速率。当此较佳具体态样的设备开始处理工件时，装载臂82在控制器73的控制下将工件78装载于站74，控制器73也导引起重架86来移动视讯组件90到位，以将工件78校准于站74上。此由图4的时间50所表示。在图4的时刻t7，控制器73导引起重架86来移动激光束光学组件88到位，以微加工站74上的工件78。此时工件78通过视讯组件90而经由激光束光学组件88的透镜(未显示)来接受可选择的最终校准。然后开始处理。也想到校准可以由辅助的校准系统(未显示)来完成。这是由时间52所表示。当工件78正在处理时，在时刻t8，控制器73导引装载臂82从自动装载器84拿取工件80，并将它装载在站76上，而控制器73则导引起重架86来移动视讯组件90到位，以将工件80校准于站76上，此由时间54所代表。在时刻t10，控制器73导引起重架86以移动激光束光学组件组件88到位，以进行站76上的工件80的最终校准和处理，此由时间56所代表。在将工件78装载于站74上之后，控制器73视需要可选择导引起重架86以移动视讯组件90到位，并开始检视站74上之前处理过的工件78，此由时间58所代表。在可选择的检视58之后或并未进行此检视的情形下，控制器73导引装载臂82以将工件78从站74卸载，而提供工件78到自动装载器84，以及从自动装载器84装载新的未加工工件78到站74上，而由视讯组件90来校准，此由时间60所代表。在时刻t13，工件80便完成了，此时控制器73导引起重架86以移动激光束光学组件组件88和视讯组件90到个别位置，以开始处理站74上校准过的工件78(时间62)，以及视需要可开始检视加工过的工件80(时间64)。只要未处理的工件可以一直提供给设备，此过程就可以继续下去。一旦设备已经装载和校准了第一工件 78，则完成的工件将会在实质等于处理单一工件所需的平均时间的平均潜伏时间后从设备排出。由于需要重复的设备组件只有X-Y桌和站，此二者相对于激光束和视讯组件而言并不昂贵，故同时做到增加系统的产出速率和使额外的设备成本降到最少。
图7是本发明的较佳具体态样的简化示意图，其包括一激光102，其所产生的激光脉冲(未显示)沿着激光束路径108而行进。激光束路径108通过准直器112，接着通过光束塑形光学组件124。光束塑形光学组件124把激光脉冲的空间轮廓从基本上为高斯的轮廓转换成更想要的轮廓。激光束路径108然后通过光束指向光学组件128，再通过扫描透镜130，最终到达工件140。光束指向光学组件128在控制器(未显示)的指示下会导引激光束到工件140上的所要位置。
如果使额外成本降到最低的要求放宽，则在此描述的本发明也包含进一步改善产出速率。此与使系统产出速率达到最大而较不考虑设备成本的目的一致。额外较佳的具体态样采用二或更多激光束在同一工件上加工。以此方式(参见图4)，处理工件所花的时间(52、56、62)可以降低并且系统产出速率进一步增加。多个激光束可以通过将单一激光的输出分开成多个光束或通过组合多个激光而产生。这些光束可以联合地控制，如此以处理组成单一工件的多个相同组件，或独立地控制以处理任何所要的图案。激光束可以被导引通过共同的光学组件，或者将光束加以塑形和/或指向的某些或所有光学组件可以是分开的。
图8是本发明的第二较佳具体态样的简化示意图，其包括二处理激光200和202，它们由同步器来源204所驱动。来源204可以采用多种方法中的一种来使激光200和202同步，这些方法例如包含使送至发光源(其泵注能量给激光)的触发讯号同步，或者可能使位在激光200和202里的Q开关同步，使之以交替的方式来发出脉冲。激光200和202在其输出处分别提供激光束206和208，二者皆包括激光脉冲列。安排激光200和202，以使其个别输出的激光束206和208的本质线性偏振面实质上是平行的。激光束206和208通过个别的准直器210和212，后二者减少入射激光束的直径且同时保持其聚焦于无限远。激光束206由反射镜220所转向而通过二分之一波片222，后者将激光 束206的偏振态或偏振面旋转90°，如此则组合器224(其对于入射光的偏振态或偏振面有不同的反应)会让激光束208实质上不受影响地通过但会反射激光束206，如此使二光束变成单一同轴激光束226；接着再通过光束塑形光学组件228，其将激光束形成所要的特殊分布图案(高斯、高帽…等)。同轴激光束226然后通过第二二分之一波片240，其经过调整以使同轴激光束226的偏振轴转成与分束器242的偏振轴呈45°。此造成大约一半的同轴激光束226可穿过分束器242而形成第一激光处理光束244，并且反射大约一半的同轴激光束226而形成第二激光处理光束246；第二激光处理光束246则由反射镜248所转向，以导引成实质相同于第一激光处理光束244的方向。注意光束244和248具有相同的空间信息。未显示的是光束指向光学组件，其导引激光束至工件。
处理激光200和202可以包括UV激光、IR激光、绿光激光或CO2激光。它们可以有相同的波长或不同的波长。较佳的处理激光输出的脉冲能量为大约0.01微焦耳到大约1.0焦耳。较佳的UV处理激光是Q切换的UV DPSS激光，其包含固态激光物质，例如Nd:YAG、Nd:YLF、Nd:YAP、Nd:YVO4或掺杂了镱、钬或铒的YAG晶体。UV激光最好提供谐振的UV激光输出波长，例如354.7奈米(三倍频的Nd:YAG或Nd:YVO4)、266奈米(四倍频的Nd:YAG或Nd:YVO4)或213奈米(五倍频的Nd:YAG或Nd:YVO4)。
较佳的CO2处理激光是操作波长在大约9微米到大约11微米之间的脉冲式CO2激光。范例性的市售脉冲式CO2激光是由位在康乃狄克州Bloomfield的Coherent-DEOS所制造的型号Q3000的Q切换激光(9.3微米)。因为CO2激光无法有效地在金属层12和14钻出通孔，所以CO2处理激光所钻的多层工件10缺乏金属层12和14，或者准备多层工件10而使靶位置已预先以UV激光钻过或预先使用其它方式蚀刻(例如像是化学蚀刻)以暴露介电层16。
其它操作于不同波长的固态激光物质或CO2激光也可以用于本发明的激光设备。也可想到各式各样的激光腔安排、固态激光的谐振、固态激光和CO2激光的Q切换操作、泵注方法、CO2激光的脉冲产生方法。图9显示多层工件260以激光(未显示)所处理的通孔的简化示意图。工件260包括有机中间层264，其夹在金属导体材料层266之间。通孔显示于270，而开始于工件260 顶面且截止于金属导体266的盲孔则显示于272。
如果由于如上面揭示而改善激光处理，微加工工件所需的时间变成少于检视和校准工件所需的时间，则可以加入额外的站，如此可以采用多个站以对单一激光处理站进行校准和检视工件。于另一较佳的具体态样中，采用多个站以对多个发生处理的站进行校准和检视工件，其中站的数目和激光束的数目乃取得平衡，以对给定的处理容量提供最大的产出速率。
拥有多个站也让激光处理设备具有多功能。多功能是指于单一设备、在工件上进行多于一项的处理步骤。多功能的某些优点为系统成本较低、设备在制造区域的占地较少、产出速率更高。想要之多功能的一个范例为能够在进行处理的设备上检视激光处理操作的结果。
检视是指使用某种方式感测以从处理过的工件获取数据，以决定关于所进行的处理操作的信息。此类范例像是使用机器视觉子系统以目视检查工件。对于本发明的较佳具体态样而言，或可检视多层基板中处理过的通孔的某些特征为位置、尺寸、形状、深度、锥度、顶部直径、底部直径、碎屑。对于基板单一化处理而言，所要检视的某些特征包含与切口有关的尺寸、形状、深度、锥度、方向、碎屑。对于烧断链接而言，或可检视链接移除的位置和完成度、基板的损伤、碎屑。由检视所得的数据可以用于判定处理过的特征是否符合预先选择的质量标准，或者用来当成对于工艺控制统计程序的输入。具有多个站也有助于在处理后而当工件仍为校准的同时立即检视工件，借此就不需要工件装载和校准于另外的系统上。此外，处理后就在处理设备上检视工件则可使工艺控制的信息立即回馈给系统，借此改善工艺控制。
检视所产生的信息包含更新之前所测量和计算的校准信息。这在工件于处理期间的校准有所变化的情况下就很有用。这些变化可能肇因于正常设备制造的容许公差或是包含温度或湿度的环境因素变化。检视可以侦测出这些变化，并将信息回馈给设备，以使设备能改变校正信息而因应这些变化，借此增加工艺的正确度。此校正信息可以通过测量工件上已知的基准标记或通过测量微加工于工件上而为处理的一部份的特征位置而获得。在此情形下，乃利用检视来补偿因设备或环境的正常变异所引入处理工件的误差。
于其它较佳的具体态样中，使用本发明在此揭示所产生的处理效率，以改 进晶圆或基板的单一化或切割成多个独立部分。在电子制造业，将给定电路或电路组件的多个复制品建构于单一基板上是很常见。半导体切割所偏好的工件包含硅晶圆、其它硅基底材料(包含碳化硅和氮化硅)、III-V和II-VI族化合物(例如砷化镓)，而在它们上面使用光蚀印技术来建构集成电路。第二范例是厚膜电路，其中电路组件或电子组件乃网版印刷于典型上由烧结的陶瓷材料所做的基板。第三范例是薄膜电路，其中导体和被动电路组件通过溅镀或蒸镀而施加于例如由半导体材料、陶瓷或其它材料所做成的基板。第四范例则是显示科技，其中用于制造显示器的塑料膜和玻璃基板可以利用本科技而单一化。这些基板可加以单一化，其中建构在基板上的电路组件通过激光而完全分开成个别的单元，或是通过激光而刻划，其中激光于基板表面形成切口或凹槽，以导引之后将基板机械分开成个别的单元。图10显示较佳具体态样的简化示意图，其是关于单一化或刻划。平台300握持着上面装了工件314的台座310。起重架320握持着激光324，其发射激光脉冲(未显示)而沿着激光束路径328。激光束路径328由光束指向光学组件332导引经过扫描透镜336，而将激光束路径328聚焦于工件314上。除了由光束指向光学组件332所造成的激光束路径328和工件314之间的相对移动，台座310也可以包含移动控制组件，其相对于激光束路径328来移动工件314。工件314可以是硅晶圆或其它基板。使用此处所述的本发明将增加这些过程的产出速率，此乃因为单一化或刻划(像是钻通孔)的速率是下者的函数：单位时间传递的脉冲能量大于蚀除门坎的脉冲数目，再加上装载和校准工件所需的时间。
对于由不同材料所构成的不同的单一或多层工件，也想到可改变激光参数，例如脉冲重复速率、每个脉冲的能量、光束点尺寸，这些可以于不同的处理阶段加以程序化，以达到最佳的激光处理产出速率和质量。例如参见Owen等人的美国专利第5,841,099号以及Dunsky等人的美国专利第6,407,363号，两者皆让与本案的申请人。加热来源的操作参数，例如其功率、能量分布轮廓、点尺寸，也可以于激光处理的各阶段保持固定不变或加以变化。
熟于此技艺者显然可以针对本发明上述具体态样的细节做出许多修改，而不偏离其背后的原理。因此，本发明的范围应该只由所附的申请专利范围所决定。

Claims (25)

1.一种以激光束与第一和第二台座来处理第一和第二工件的方法，该第一和第二台座握持该第一和第二工件，此方法包括：
提供激光束路径；
将该第一工件装载于该第一台座上；
将该第一工件相对于该激光束路径做校准；
以该激光束处理该第一工件；
将该第二工件装载于该第二台座上；
当该第一工件相对于该激光束路径成校准的同时，相对于该激光束路径来校准该第二工件；以及
以该激光束处理该第二工件。
2.如权利要求1所述的方法，其中相对于该激光束路径来校准该第二工件的步骤进一步包括：
该第二工件的校准是当该第一工件被该激光束打到的期间所进行。
3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
提供相对于该激光束路径的基准，其中该第二工件的校准包含将该第二工件或激光束相对于该基准来做索引。
4.如权利要求1所述的方法，其中该处理步骤包括：
形成一或多个通孔。
5.如权利要求1所述的方法，其中该处理步骤包括：
移除半导体链接。
6.如权利要求1所述的方法，其中该处理步骤包括：
修整被动电子组件。
7.如权利要求1所述的方法，其中该处理步骤包括：
刻划或单一化基板。
8.如权利要求1所述的方法，其中该校准步骤进一步包括以下步骤：
测量该第二工件表面上的一组点的位置，以计算该第二工件的平移、旋转、比例或高度。
9.一种以激光束和二台座来处理工件的方法，该激光束对应于激光束路径，而该二台座握持该工件，此方法包括：
将第一工件装载于第一台座上；
将该第一工件相对于该激光束路径做校准；
导引该激光束路径朝向该第一工件；
以该激光束处理该第一工件；
将第二工件装载于第二台座上；
当该激光束路径导引朝向第一工件的同时，将该第二工件相对于该激光束路径做校准；
导引该激光束路径朝向该第二工件，而仍保持该激光束路径和该第二工件之间的校准；以及
在该激光束路径已导引至该第二工件之后，当该第一工件保持与该激光束路径之校准的同时，对该第一工件进行额外的处理步骤。
10.如权利要求9所述的方法，其进一步包括：
检视该第一工件或该第二工件。
11.一种以激光束来处理多个工件的激光处理设备，其包括：
基底；
激光，其用于产生该激光束，而由该基底所支持；
第一台座和第二台座，其由该基底所支持而用于握持该工件；以及
用于校准的测量子系统，用于建立该激光束和该第一台座之间的第一空间关系，并且在该第一空间关系存在的同时，用于建立该激光束和该第二台座之间的第二空间关系。
12.如权利要求11所述的设备，其中该处理包括：
形成一或多个通孔。
13.如权利要求11所述的设备，其中该处理包括：
移除半导体链接。
14.如权利要求11所述的设备，其中该处理包括：
修整被动电子组件。
15.如权利要求11所述的设备，其中该处理包括：
刻划或单一化基板。
16.如权利要求11所述的设备，其中该用于校准的测量子系统适于测量其中一工件的表面上的一组点位置，以计算该工件的平移、旋转、比例或高度。
17.如权利要求16所述的设备，其中该用于校准的测量子系统适于进行该激光束对该第一或第二工件的最终校准。
18.一种以激光束来处理第一和第二工件的方法，其包含以下步骤：
提供第一和第二台座以握持该第一和第二工件；
提供激光束路径；
将该第一工件装载于该第一台座上；
将该第一工件相对于该激光束路径做校准；
以该激光束处理该第一工件；
此方法的特征在于以下进一步的步骤：
将该第二工件装载于该第二台座上；
当该第一工件相对于该激光束路径成校准的同时，相对于该激光束路径来校准该第二工件；以及
以该激光束处理该第二工件。
19.如权利要求18所述的方法，其中相对于该激光束路径来校准该第二工件的步骤进一步包括：
该第二工件的校准是当该第一工件被该激光束打到的期间所进行。
20.如权利要求18所述的方法，其进一步包括：
提供相对于该激光束路径的基准，其中该第二工件的校准包含将该第二工件或激光束相对于该基准来做索引。
21.如权利要求18所述的方法，其中该校准步骤进一步包括以下步骤：
测量该第二工件表面上之一组点的位置，以计算该第二工件的平移、旋转、比例或高度。
22.如权利要求18所述的方法，其进一步包括：
进行该第二工件的最终校准。
23.一种以激光束来处理第一和第二工件的激光处理设备，其具有：
基底；
激光，其用于产生该激光束，而由该基底所支持；
第一台座和第二台座，其各由该基底所支持，而各用于握持该第一和第二工件；
该激光束和该第一工件之间的第一空间关系；
该激光束和该第二工件之间的第二空间关系；以及
用于校准的测量子系统，其特征在于：
当该第一工件是校准的且正在处理的同时，该用于校准的测量子系统适于校准该第二工件。
24.如权利要求23所述的设备，其中用于校准的测量子系统适于测量该等工件的表面上的多个点的位置，以计算该等工件的平移、旋转、比例或高度。
25.如权利要求23所述的设备，其中该用于校准的测量子系统适于进行该激光束对该第一台座的最终校准。
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