CN103240531B - 一种分段激光打孔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分段激光打孔方法，主要解决现有激光打孔技术打出的孔孔径不均匀的问题。其实现主要步骤是将波长为355nm-266n的紫外光激光束的功率密度调整到大于107W/cm2，并且将激光束精确地聚焦到打孔材料的打孔部位；将激光束照射打孔部位0.0001s-0.1s；多次累进的将激光束的直径减小1%-6%、功率增大0.5%-4%后，照射打孔部位0.0001s-0.1s；直至孔深满足设计要求时，停止打孔。本发明采用分段的方法进行打孔，使激光束的能量降低，孔的深度增加，空的偏差减小，从而时孔的精度显著提高，扩展了激光打孔的应用范围。

Description

一种分段激光打孔方法
技术领域
本发明属于微电子技术领域，设计半导体材料及其制备方法，具体的说是一种分段激光打孔方法。
背景技术
激光打孔以激光束为热源，通过激光使需去除的材料融化并汽化。激光束是一种在时间上和空间上高度集中的光子流束，其发散角极小、聚焦性能好。采用光学聚焦系统，将激光束汇聚到微米级的范围内，当激光束照射到硅片时，使照射区内的温度瞬时上升到一万度以上，使照射区内的硅材料瞬时融化并蒸发，气压急剧上升，高速气流猛烈向外喷射，在照射点上立即形成一个小坑。随着激光能量的不断输入，小坑内的汽化程度加剧，蒸汽量急剧增多，在硅片上打出一个具有一定锥度的小孔。激光打孔孔深主要取决于蒸发，孔径主要取决于孔壁的融化。由于蒸汽是由内向外喷，打孔的起始阶段必然会形成较大的立体角，因此用激光打出的孔，总具有一定的锥度。
目前常用激光打孔主要采用一次成型的方法进行打孔，当孔深较大时，从孔道中喷出的蒸汽对激光束会产生无规则的屏蔽及散射，引起孔型的畸变，降低了打孔精度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种分段激光打孔方法，以提高打孔精度。
为实现上述目的，本发明的一种分段激光打孔方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将UV级紫外光激光束的功率密度调整到大于107W/cm2，并且将激光束精确地聚焦到打孔材料的打孔部位；
（2）将UV级紫外光激光束照射打孔部位0.0001s-0.1s；
（3）将UV级紫外光激光束的直径减小1%-6%、功率密度增大0.5%-4%后，照射打孔部位0.0001s-0.1s；之后，转入步骤（4）；
（4）在上一步骤直径减小1%-6%和功率密度增大0.5%-4%后的基础上，进一步将再将UV级紫外光激光束的直径减小1%-6%和功率密度增大0.5%-4%后，照射部位0.0001s-0.1s；之后，转入步骤（5）；
（5）如果打孔的深度未能满足设计要求，则转入步骤（4）；如果打孔的深度满足设计要求，则停止打孔。
其中，紫外光激光束的波长为355nm-266nm。
其中，步骤（3）中，将激光束的直径减小3%，功率密度增大2%。
其中，步骤（3）中，照射打孔部位的时间为0.0002s。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明由于采用分段激光打孔，可以降低激光对于平面方向的烧蚀能力，从而获得深径比大于5的微孔，扩大了激光打孔的应用范围。
2、本发明由于在分段打孔时，累进重复多次将激光束的直径减小1%-6%、功率密度增大0.5%-4%，可使激光深入孔内后，减弱对已有孔壁的烧蚀，从而使所打孔孔径均匀，平滑，因而使打孔精度提高。
附图说明
图1是本发明激光打孔的流程图。
具体实施方式
参照图1，本发明的打孔方法给出如下两种实施例。
实施例1
步骤1：将激光束聚焦到晶体硅的打孔部位。
将激光束的功率密度调整到108W/cm2、直径调节到20um后，聚焦到打孔部位的中心。紫外光激光束的波长为355nm-266nm。
步骤2：将激光束照射打孔部位0.0001s。
步骤3：将激光束的直径减小3%、功率密度增大2%后，照射打孔部位0.0001s。
将激光束的功率密度调整到1.02*108W/cm2、直径调节到19.4um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s。
步骤4：在上一步骤直径减小3%和功率密度增大2%后的基础上，进一步将再将UV级紫外光激光束的直径减小3%和功率密度增大2%后，照射部位0.0001s-0.1s；之后，转入步骤（5）；
（5）如果打孔的深度未能满足设计要求，则转入步骤（4）；如果打孔的深度满足设计要求，则停止打孔。
实施例中，将步骤（4）重复8次，完成打孔。
（4.1）将激光束的功率密度调整到1.04*108W/cm2、直径调节到18.8um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（4.2）将激光束的功率密度调整到1.06*108W/cm2、直径调节到18.3um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（4.3）将激光束的功率密度调整到1.08*108W/cm2、直径调节到17.7um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（4.4）将激光束的功率密度调整到1.10*108W/cm2、直径调节到17.2um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（4.5）将激光束的功率密度调整到1.13*108W/cm2、直径调节到16.7um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（4.6）将激光束的功率密度调整到1.15*108W/cm2、直径调节到16.2um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（4.7）将激光束的功率密度调整到1.17*108W/cm2、直径调节到15.7um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（4.8）将激光束的功率密度调整到1.20*108W/cm2、直径调节到15.2um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s后，获得直径为20um、径深为200um的孔。
实施例2
步骤A：将激光束聚焦到晶体硅的打孔部位。
将激光束的功率密度调整到108W/cm2、直径调节到20um后，聚焦到打孔部位的中心。
步骤B：将激光束照射打孔部位0.0002s。
步骤C：将激光束的直径减小3%、功率密度增大2%后，照射打孔部位0.0002s。
将激光束的功率密度调整到1.02*108W/cm2、直径调节到19.4um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0002s。
步骤D：在上一步骤直径减小3%和功率密度增大2%后的基础上，进一步将再将UV级紫外光激光束的直径减小3%和功率密度增大2%后，照射部位0.0001s；之后，转入步骤E；
步骤E：如果打孔的深度未能满足设计要求，则转入步骤D；如果打孔的深度满足设计要求，则停止打孔。
实施例中，将步骤D重复3次，完成打孔。
（D.1）将激光束的功率密度调整到1.04*108W/cm2、直径调节到18.8um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（D.2）将激光束的功率密度调整到1.06*108W/cm2、直径调节到18.3um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；
（D.3）将激光束的功率密度调整到1.08*108W/cm2、直径调节到17.7um后，聚焦到打孔部位的中心，并照射打孔部位0.0001s；获得直径为20um、径深为100um的孔。

Claims (4)

1.一种分段激光打孔方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将UV级紫外光激光束的功率密度调整到大于107Wcm2，并且将激光束精确地聚焦到打孔材料的打孔部位；
(2)将UV级紫外光激光束照射打孔部位0.0001s-0.1s；
(3)将UV级紫外光激光束的直径减小1％-6％、功率密度增大0.5％-4％后，照射打孔部位0.0001s-0.1s；之后，转入步骤(4)；
(4)在上一步骤直径减小1％-6％和功率密度增大0.5％-4％后的基础上，进一步再将UV级紫外光激光束的直径减小1％-6％和功率密度增大0.5％-4％后，照射打孔部位0.0001s-0.1s；之后，转入步骤(5)；
(5)如果打孔的深度未能满足设计要求，则转入步骤(4)；如果打孔的深度满足设计要求，则停止打孔。
2.根据权利要求1所述的分段激光打孔方法，其特征在于：紫外光激光束的波长为355nm-266nm。
3.根据权利要求1所述的分段激光打孔方法，其特征在于：步骤(3)中，将激光束的直径减小3％，功率密度增大2％。
4.根据权利要求1所述的分段激光打孔方法，其特征在于：步骤(3)中，照射打孔部位的时间为0.0002s。
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