CN116897091A - 用可变贝塞尔射束形成部分纳米穿孔的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例包括光学组件，该光学组件包括：轴棱锥透镜，该轴棱锥透镜具有球面像差，该轴棱锥透镜被配置为产生激光射束焦线；光学元件组，该光学元件组与光学透镜间隔开；以及聚焦光学元件，该聚焦光学元件与光学元件组间隔开，其中，轴棱锥透镜和光学元件组沿着激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中聚焦光学元件在沿着激光射束传播方向的固定位置中。

Description

用可变贝塞尔射束形成部分纳米穿孔的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求于2020年10月30日提交的美国临时申请序列第63/107,824号的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及形成部分纳米穿孔的系统和方法，并且具体地涉及在用于半导体基板的玻璃晶片中用可变贝塞尔射束形成部分纳米穿孔的系统和方法。
背景技术
随着半导体行业的不断发展，每单位晶片面积的功能和价值不断增加。最小化晶片切割损耗变得越来越重要。当管芯尺寸小的时候尤其如此，例如，移动器件中使用的RF芯片就是这种情况。另一极端示例可以是RFID芯片，它在每个维度上可以是1mm的分数。
虽然Si是主导的半导体材料，但其半导体性质在某些应用中也会导致有害影响。一个示例是RF，其中EM场可以与Si基板中的电荷相互作用，以引起信号损耗、信号串扰和非线性。由于玻璃和陶瓷材料的“被动”性质，在这种情况下它们可以提供卓越的性能。存在使得有源半导体器件可以被构建在玻璃或陶瓷基板上或被转移到玻璃或陶瓷基板上的许多技术。众所周知的示例有SOS(蓝宝石上硅)和SoG(玻璃上硅)。
一旦器件层被制成或转移到玻璃上，Si就会通过研磨和化学蚀刻被完全去除。玻璃基板在整个过程中充当机械支撑。在对单个管芯进行分割和封装之前，通过研磨将玻璃机械地减薄至100μm至150μm。
如果每个管芯的尺寸为0.5mm×0.5mm，则典型的金刚石刀片切割会导致80μm至100μm的切缝损耗，其表示高达30％的面积损耗。如果可以采用替代的接近零切缝损耗的方法，那么这一宝贵的实际使用面积(real estate)将得到节省，从而为晶片消费者带来显著价值。
因此，发明人开发了在半导体基板的玻璃晶片中用可变贝塞尔射束形成部分纳米穿孔的经改进的系统和方法。
发明内容
将在随后的具体实施方式中阐述附加特征以及优点，这些特征以及优点通过描述部分地对本领域技术人员显而易见，或通过实施如书面描述所描述以及此处的权利要求以及附图所描述的实施例识别这些特征以及优点。应当理解的是，以上大致描述和以下具体实施方式两者仅为示例性的，并且旨在提供用于理解权利要求书的本质和特性的概观或框架。
本公开的第一实施例包括一种方法，所述方法包括：经由光学组件将脉冲激光射束聚焦到沿着激光射束传播方向定向的激光射束焦线中，光学组件定位在光学组件的射束出射侧上的激光的射束路径中，光学组件包括：轴棱锥透镜，该轴棱锥透镜具有球面像差，该轴棱锥透镜被配置为产生激光射束焦线；光学元件组，该光学元件组与光学透镜间隔开；以及聚焦光学元件，该聚焦光学元件与光学元件组间隔开，其中，轴棱锥透镜和光学元件组沿着激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中聚焦光学元件在沿着激光射束传播方向的固定位置中；将激光射束焦线引导至具有小于5mm的厚度的玻璃材料中，激光射束焦线在玻璃材料内产生诱导吸收，诱导吸收在材料内沿着激光射束焦线产生穿孔；调整轴棱锥透镜与光学元件之间的距离，以调整激光射束焦线在材料内的深度；将玻璃材料和激光射束相对于彼此平移，从而在材料内沿第一平面激光钻出多个穿孔，其中，穿孔的深度小于材料的厚度的一半。
本公开的第二实施例可包括第一实施例，进一步包括，减薄玻璃材料，以将多个穿孔的第一端暴露于至少一个表面；以及使多个穿孔膨胀穿过厚度。
本公开的第三实施例可包括第一实施例，其中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离为约85至约110mm。
本公开的第四实施例可包括第一实施例，其中，光学元件组与聚焦光学元件之间的距离为约30至约90mm。
本公开的第五实施例可包括第一至第四实施例，其中，激光射束焦线在玻璃材料内的深度为约0.32至约0.98mm。
本公开的第六实施例可包括第一至第五实施例，其中，光学元件组包括间隔开第二距离的两个透镜。
本公开的第七实施例可包括第六实施例，其中，第二距离为约1mm至约50mm。
本公开的第八实施例可包括第一实施例，其中进一步包括，在材料内沿第一平面钻出多个穿孔之后，在玻璃材料的表面上形成半导体器件。
本公开的第九实施例可包括第八实施例，其中进一步包括，在玻璃材料的表面上形成半导体器件之后，减薄玻璃材料，以暴露穿孔的开口。
本公开的第十实施例包括一种方法，所述方法包括：经由光学组件将脉冲激光射束聚焦到沿着激光射束传播方向定向的激光射束焦线中，光学组件定位在光学组件的射束出射侧上的激光的射束路径中，光学组件包括：第一光学元件组，第一光学元件组包括轴棱锥透镜、准直透镜和聚焦透镜，其中轴棱锥透镜、准直透镜和聚焦透镜处于固定位置中，第二光学元件组，第二光学元件组包括三个非球面透镜，其中第一非球面透镜和第二非球面透镜沿着激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中第三非球面透镜在沿着激光射束传播方向的固定位置中；将激光射束焦线引导至具有小于5mm的厚度的玻璃材料中，激光射束焦线在玻璃材料内产生诱导吸收，诱导吸收在材料内沿着激光射束焦线产生穿孔；调整第一非球面透镜与第二非球面透镜之间的距离，以调整激光射束焦线在材料内的深度；将玻璃材料和激光射束相对于彼此平移，从而在材料内沿第一平面激光钻出多个穿孔，其中，穿孔的深度小于材料的厚度的一半。
本公开的第十一实施例可包括第十实施例，进一步包括，减薄玻璃材料，以将多个穿孔的第一端暴露于至少一个表面；以及使多个穿孔膨胀穿过厚度。
本公开的第十二实施例可包括第十实施例，其中，第一非球面透镜与第二非球面透镜之间的距离为约50至约71mm。
本公开的第十三实施例可包括第十实施例，其中，第二非球面透镜与第三非球面透镜之间的距离为约31至约48mm。
本公开的第十四实施例可包括第十实施例，其中，激光射束焦线在材料内的深度为约0.43至约0.66mm。
本公开的第十五实施例可包括第十实施例，其中进一步包括，在材料内沿第一平面钻出多个穿孔之后，在玻璃材料的表面上形成半导体器件。
本公开的第十六实施例可包括第十实施例，其中进一步包括，在玻璃材料的表面上形成半导体器件之后，减薄玻璃材料，以暴露穿孔的开口。
本公开的第十七实施例包括一种光学组件，该光学组件包括：轴棱锥透镜，该轴棱锥透镜具有球面像差，该轴棱锥透镜被配置为产生激光射束焦线；光学元件组，该光学元件组与光学透镜间隔开；以及聚焦光学元件，该聚焦光学元件与光学元件组间隔开，其中，轴棱锥透镜和光学元件组沿着激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中聚焦光学元件在沿着激光射束传播方向的固定位置中。
本公开的第十八实施例可包括第十七实施例，其中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离为约85至约110mm。
本公开的第十九实施例可包括第十七实施例，其中，光学元件组与聚焦光学元件之间的距离为约30至约90mm。
本公开的第二十实施例可包括第十七实施例，其中，光学元件组包括间隔开第二距离的两个透镜。
本公开的第二十一实施例可包括第十七实施例，其中，第二距离为约1mm至约50mm。
本公开的第二十二实施例包括一种光学组件，该光学组件包括：第一光学元件组，第一光学元件组包括轴棱锥透镜、准直透镜和聚焦透镜，其中轴棱锥透镜、准直透镜和聚焦透镜处于固定位置中；第二光学元件组，第二光学元件组包括三个非球面透镜，其中第一非球面透镜和第二非球面透镜可沿着激光射束传播方向相对于彼此平移，并且其中第三非球面透镜在沿着激光射束传播方向的固定位置中。
本公开的第二十三实施例可包括第二十二实施例，其中，第一非球面透镜与第二非球面透镜之间的距离为约50至约71mm。
本公开的第二十四实施例可包括第二十二实施例，其中，第二非球面透镜与第三非球面透镜之间的距离为约31至约48mm。
附图说明
附图被包括以提供进一步理解，并且被收入并构成本说明书的一部分。附图图示一个或多个实施例，并与具体实施方式一起用来解释各实施例的原理和操作。由此，结合附图，将从以下具体实施方式中更充分地理解本公开，其中：
图1是根据本公开的一些实施例的在玻璃材料中形成纳米穿孔的示例性方法的流程图；
图2A和图2B是根据本公开的一些实施例的激光射束焦线的定位，即，由于沿着焦线的诱导吸收而对激光波长透明的材料进行激光加工的示意性图示；
图3A-1、图3A-2、图3A-3和图3A-4图示了根据本公开的一些实施例的通过在透明材料内相对于基板的不同位置处形成激光射束焦线来加工基板的各种可能性；
图4是根据本公开的一些实施例的用于激光加工的光学组件的示意性图示；
图5是根据本公开的一些实施例的用于激光加工的光学组件的示意性图示；
图6描绘了根据本公开的一些实施例的示例性玻璃坯料。
具体实施方式
现在将详细参考本公开的各个实施例，在附图中示出实施例的示例。只要有可能，在所有附图中使用相同或相似的附图标记和符号来指代相同或相似的部件。附图不一定按比例，并且本领域技术人员将认识到附图在哪里被简化以示出本公开的关键方面。
下文所述的权利要求并入本具体实施方式，并构成本具体实施方式的部分。
在该文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等的关系术语仅仅用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区别开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间具有任何实际的这种关系或顺序。
本领域普通技术人员将理解，所描述的公开和其他部件的构造不限于任何特定材料。除非本文另有描述，否则本文公开的本公开内容的其他示例性实施例可以由各种材料形成。
图1描绘了方法300的流程图。方法300包括步骤302-312。在步骤302处，如图2A和图2B中所示，脉冲激光射束2经由光学组件聚焦到沿着激光射束传播方向定向的激光射束焦线2b中，该光学组件定位在光学组件的射束出射侧上的激光的射束路径中。激光射束焦线2b是高能量密度的区域。
如图2A中所示，激光器3(未显示)发射激光射束2，激光射束2具有入射到光学组件6的部分2a。光学组件6在沿着射束方向(焦线的长度l)的限定扩展范围上将入射激光射束转变为输出侧上的扩展激光射束焦线2b。
本公开的实施例利用非衍射射束(“NDB”)来形成激光射束焦线2b。激光加工通常使用高斯激光射束。具有高斯强度分布的激光射束的紧密聚焦具有瑞利范围ZR，其由下式给出：
瑞利范围表示在波长n0处折射率为n0的材料中，射束的斑尺寸w0将增加的距离。这种限制是由衍射造成的。注意，在等式(1)中，瑞利范围与斑尺寸直接相关，从而得出具有紧密聚焦(即小的斑尺寸)的射束不可能具有长瑞利范围的结论。这样的射束将仅在很短的距离上保持这种小的斑尺寸。这也意味着，如果使用这种射束通过改变聚焦区域的深度来钻穿材料，那么焦点任一侧上的斑的快速扩展将需要没有光学畸变的大区域，这可能会限制射束的焦点特性。这样的短瑞利范围还需要多个脉冲来切割穿过厚样本。
然而，本公开的实施例利用NDB代替上述高斯射束。在衍射效应不可避免地限制射束焦点之前，非衍射射束可传播相当长的距离。尽管无限NDB不会受到衍射效应的影响，但物理上可实现的NDB将具有有限的物理范围。射束的中心波瓣的半径可以很小，从而产生高强度射束。存在若干类型的NDB，包括但不限于贝塞尔射束、艾里射束、韦伯射束和马蒂厄(Mathieu)射束，它们的场分布通常由特殊函数给出，这些函数在横向方向上比高斯函数衰减得更慢。
应理解，尽管本文所述的NDB在贝塞尔射束的背景下，但实施例不限于此。贝塞尔射束的中心斑尺寸由下式给出：
其中NA是由与光轴成β角度的平面波的锥给出的数值孔径。贝塞尔射束和高斯射束之间的关键区别是由下式给出的瑞利范围：
其中D是由某孔径或光学元件施加的射束的有限范围。因此示出，可以使用孔径尺寸D来增加瑞利范围，使其超过由中心斑的尺寸所施加的限制。生成贝塞尔射束的实际方法是，使高斯射束通过轴棱锥或具有径向线性相位元件的光学元件。
通常，形成线聚焦(即，激光射束焦线)的光学方法可以采取多种形式，诸如但不限于，使用圆环形激光射束和球面透镜、轴棱锥透镜、衍射元件或其他方法来形成高强度的线性区域。激光的类型(皮秒、飞秒等)和波长(IR、可见光、UV等)也可以变化，只要达到足够的光学强度以产生基板材料的击穿即可。
在步骤304处，并且再次参考图2A和图2B，激光射束焦线被引导到层1中，层1是玻璃基板的层，其中将发生通过激光加工和双光子吸收的内部改性。层1是较大工件的部件，该较大工件通常包括基板或载体，在该基板或载体上形成多层堆叠。层1是多层堆叠内的层，其中将通过本文所述的双光子吸收辅助烧蚀或改性来形成孔、切口或其他特征。层1被定位在射束路径中以至少部分地与激光射束2的激光射束焦线2b重叠。附图标记1a分别指定层1的面向(最靠近或接近)光学组件6或激光器的表面，附图标记1b指定层1的反面(远离或进一步远离光学组件6或激光器的表面)。层1的厚度(垂直于平面1a和1b，即垂直于基板平面测量)用d标记。在一些实施例中，层的厚度小于5mm。
如图2A所描绘的，层1垂直于纵向射束轴对齐，因此在光学组件6产生的同一焦线2b的后面(基板垂直于附图平面)。沿着射束方向观察，层1相对于焦线2b定位，使得焦线2b(在射束的方向上观察)在层1的表面1a之前开始并且在层1的表面1b之前停止，即焦线2b终止于层1内并且不延伸超过表面1b。在激光射束焦线2b与层1的重叠区域中，即在层1被焦线2b重叠的部分中，扩展激光射束焦线2b在层1中产生非线性吸收。(假设沿着激光射束焦线2b的合适激光强度(该强度通过将激光射束2充分聚焦在长度为l的部分上(即长度为1的线焦点)来确保)，其限定了扩展部分2c，该扩展部分2c沿着在层1中产生的诱导的非线性吸收(沿着纵向射束方向对准))。诱导的非线性吸收导致沿着部分2c在层1中形成缺陷线或裂纹。缺陷或裂纹的形成不仅是局部的，而且可以在诱导吸收的扩展部分2c的整个长度上延伸。部分2c的长度(其对应于激光射束焦线2b与层1的重叠的长度)用附图标记L来标记。诱导吸收的部分2c(或层1的材料中经历缺陷线或裂纹形成的部分)的平均直径或范围用附图标记D来标记。该平均范围D可以对应于激光射束焦线2b的平均直径δ，即，在约0.1μm和约5μm之间的范围内的平均斑直径。
如图2A所示，层1(对激光射束2的波长λ透明)由于沿着焦线2b的诱导吸收而被局部加热。诱导吸收产生于与焦线2b内的激光射束的高强度(能量密度)相关联的非线性效应。图2B示出了经加热层1将最终膨胀，使得相应的诱导张力导致微裂纹的形成，其中张力在表面1a处最高。
下文描述了可用于生成焦线2b的代表性光学组件6，以及可在其中应用这些光学组件的代表性光学设置。所有组件或设置都基于上述描述，因此相同的附图标记用于相同的部件或特征，或用于功能相同的那些部件或特征。因此，以下仅对差异进行描述。
为了确保在沿着由一系列穿孔限定的轮廓破裂后分离的表面的高质量(关于断裂强度、几何精度、粗糙度和避免再加工要求)，用于形成限定裂纹轮廓的穿孔的各个焦线应当使用下面描述的光学组件(在下文中，光学组件也可替换地称为激光光学器件)来生成。所分离的表面的粗糙度主要由焦线的斑尺寸或斑直径确定。表面的粗糙度可以通过例如Ra表面粗糙度统计(所采样的表面的高度的绝对值的粗糙度算术平均值)来表征。为了在激光器3(与层1的材料相互作用)的给定波长λ的情况下实现例如0.5μm至2μm的小的斑尺寸，通常必须对激光器组件6的数值孔径施加某些要求。
为了获得所需的数值孔径，一方面，光学器件必须根据已知的Abbé公式(N.A.＝nsin(theta)，n：要处理的材料的折射率，theta：孔径角度的一半；并且theta＝arctan(D/2f)；D：孔径，f：焦距)。另一方面，激光射束必须照射光学器件直到所需的孔径，这通常是通过使用激光器和聚焦光学器件之间的加宽望远镜进行射束加宽来实现的。
出于沿着焦线进行均匀的相互作用的目的，斑尺寸不应太强烈地变化。例如，这可以通过仅在小的圆形区域中照射聚焦光学器件使得射束开口并且因此数值孔径的百分比仅略微变化来确保(参见下面的实施例)。
图3A-1-图3A-4示出，激光射束焦线2b的位置可以通过相对于层1适当地定位和/或对准光学组件6以及通过适当地选择光学组件6的参数来控制。例如，如图3A-1所示，焦线2b的长度l可以被调整，使得其(这里以因子2)超过层厚度d。如果层1被放置(在纵向射束方向上观察)在焦线2b的中心，则在整个基板厚度上生成诱导吸收的扩展部分2c。
在图3A-2中所示的情况下，生成或多或少对应于层厚度d的长度为l的焦线2b。由于层1相对于线2b定位使得线2b在要处理的材料外部的点处开始，因此扩展的诱导吸收的部分2c的长度L(此处从基板表面延伸至限定的基板深度但不延伸至反向表面1b)小于焦线2b的长度l。图3A-3示出了其中层1(沿着射束方向观察)定位在焦线2b的起始点上方的情况，使得如图3A-2中那样，线2b的长度l大于层1中诱导吸收的部分2c的长度L。因此，焦线在层1内开始并且延伸超过反向表面1b。图3A-4示出了其中焦线长度l小于层厚度d的情况，使得在入射方向上观察到的基板相对于焦线中心定位的情况下，焦线在层1内的表面1a附近开始，并且在层1内的表面1b附近结束(例如l＝0.75·d)。例如，激光射束焦线2b可具有在约0.1mm和约100mm的范围内，或者在约0.1mm和约10mm的范围内的长度l。各种实施例可以被配置为具有例如约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.7mm、1mm、2mm、3mm或5mm的长度l。
在一些实施例中，特别有利的是，以这样的方式定位焦线2b：表面1a、1b中的至少一者被焦线覆盖，使得诱导的非线性吸收的部分2c至少在要处理的层或材料的一个表面上开始。通过这种方式，有可能实现几乎理想的切割，同时避免表面的烧蚀、羽化和颗粒生成。
图4描绘了具有第一配置121、第二配置122或第三配置123的光学组件6。光学组件包括具有非球形自由表面的第一光学元件101(沿射束方向观察)，该第一光学元件101被设计为形成定位在激光器11的射束路径中的扩展激光射束焦线2b。在一些实施例中，第一光学元件101是具有5°的锥角的轴棱锥，其垂直于射束方向定位并以激光射束11为中心。轴棱锥的顶点朝向射束方向定向。包括凸透镜102a和凹透镜102b的光学元件组与轴棱锥透镜101间隔开。凸透镜102a被定位在与凹透镜102b的距离d2处。光学元件组102a、102b被定位在与轴棱锥透镜101的距离d1处。聚焦透镜103与光学元件组102a、102b部分间隔开距离d3。
在步骤306处，并且如图4中所示，轴棱锥透镜101和光学元件组102a、102b可沿着激光射束传播方向相对于彼此平移，以调整玻璃材料(例如，层1)内的激光射束焦线的深度。例如，凸透镜和凹透镜102b之间的距离从第一配置121增加到第二配置122，并且从第二配置121再次增加到第三配置。聚焦透镜103沿着激光射束传播方向处于固定位置。每个透镜都安装在平移台上，沿着光轴独立运动。平移台可以由具有电机的PC控制，或者可以用常规的机械台或气缸中的移动筒来手动控制。改变透镜的相对位置使得射束在玻璃材料内的聚焦深度能够连续变化。在一些实施例中，激光射束焦线在玻璃材料内的深度为约0.32mm至约0.98mm，优选地约0.5mm至约0.98mm，更优选地约0.75mm至约0.98mm。
在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约85至约110mm。在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约95至约110mm。在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约100至约110mm。在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约105至约110mm。在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约85至约105mm。在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约85至约100mm。在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约85至约95mm。在一些实施例中，轴棱锥透镜与光学元件组之间的距离d1为约85至约90mm。
在一些实施例中，光学元件组与聚焦光学元件之间的距离d3为约30至约90mm。在一些实施例中，光学元件组与聚焦光学元件之间的距离d3为约50至约90mm。在一些实施例中，光学元件组与聚焦光学元件之间的距离d3为约70至约90mm。在一些实施例中，光学元件组与聚焦光学元件之间的距离d3为约30至约70mm。在一些实施例中，光学元件组与聚焦光学元件之间的距离d3为约30至约50mm。
在一些实施例中，凸透镜102a与凹透镜102b之间的距离d2为约1mm至约50mm。在一些实施例中，凸透镜102a与凹透镜102b之间的距离d2为约15mm至约50mm。在一些实施例中，凸透镜102a与凹透镜102b之间的距离d2为约30mm至约50mm。在一些实施例中，凸透镜102a与凹透镜102b之间的距离d2为约45mm至约50mm。在一些实施例中，凸透镜102a与凹透镜102b之间的距离d2为约1mm至约35mm。在一些实施例中，凸透镜102a与凹透镜102b之间的距离d2为约1mm至约20mm。
图5描绘了具有第一配置231、第二配置232、第三配置233或第四配置234的光学组件6的实施例。该光学组件包括第一光学元件组，第一光学元件组包括轴棱锥透镜101、准直透镜102和聚焦透镜103。轴棱锥透镜101、准直透镜102和聚焦透镜103处于固定位置中。该光学组件进一步包括第二光学元件组，第二光学元件组包括三个非球面透镜。第一非球面透镜111和第二非球面透镜112可沿着激光射束传播方向相对于彼此平移。第三非球面透镜113沿着激光射束传播方向处于固定位置。改变第一非球面透镜111与第二非球面透镜112的相对位置使得射束在玻璃材料内的聚焦深度能够连续变化。在一些实施例中，激光射束焦线在玻璃材料内的深度为约0.43至约0.66mm。
在一些实施例中，第一非球面透镜与第二非球面透镜之间的距离d1为约50至约71mm。在一些实施例中，第二非球面透镜与第三非球面透镜之间的距离d2为约31至约48mm。
在步骤308处，玻璃材料(例如，层1)和光学组件可相对于彼此平移，从而在材料内沿第一平面激光钻出多个穿孔。图6在301处描绘了经由本公开的系统和方法以及设置在层1的第一表面上的半导体器件310，在具有厚度tg的层1内形成多个穿孔254。半导体器件可以通过一系列制造步骤形成，诸如薄膜沉积、氧化或硝化、蚀刻、抛光以及热处理和光刻处理。层1具有第一表面305(也称为无接触表面)和在其上形成半导体器件的第二表面306。在一些实施例中，穿孔254的深度tl小于层1的厚度tg的一半。在一些实施例中，穿孔254的深度tl小于层1的厚度tg的三分之一。穿孔254的上尖端被定位在与无接触表面305的距离t1处。穿孔254的下尖端被定位在与第二表面306的距离t2处。在一些实施例中，穿孔254被定位为使得t1大于t2。在步骤310处，并且参考图6在302处，层1的玻璃材料被减薄以暴露多个穿孔254的第一端304(即，上尖端)。玻璃基板的减薄可以通过常规的机械和化学蚀刻工艺执行，或者可以使用两者的组合。在机械工艺的情况下，用研磨材料(诸如金刚石或SiC或类似材料)对载体进行物理研磨，直到穿孔被暴露。在化学工艺的情况下，将载体浸入含HF的液体中，直到穿孔被暴露。在混合工艺的情况下，载体可以首先经过机械研磨工艺，然后浸入蚀刻剂中以完成最后步骤。
在步骤312处，并且参考图6在303处，在减薄工艺之后，多个穿孔254通过机械膨胀、热膨胀或化学膨胀而膨胀穿过层1的玻璃材料的厚度到达第二表面306。在机械膨胀的情况下，穿孔随着机械应力(诸如弯曲、扭曲或两者)而膨胀。在热膨胀的情况下，通过使用IR源(诸如激光射束、IR辐射或热板)对玻璃材料进行快速加热来引起热梯度。在化学膨胀的情况下，使用蚀刻剂渗透到穿孔中并将穿孔打开。
本领域技术人员将清楚，可以在不脱离如所附权利要求中所限定的本公开的精神或范围的情况下对本文所述的本公开的优选实施例进行各种修改。因此，本公开涵盖了所附权利要求及其等效物范围内的所有修改和改变。

Claims (24)

1.一种方法，所述方法包括：
经由光学组件将脉冲激光射束聚焦到沿着所述激光射束传播方向定向的激光射束焦线中，所述光学组件定位在所述光学组件的所述射束出射侧上的所述激光的所述射束路径中，所述光学组件包括：
轴棱锥透镜，所述轴棱锥透镜具有球面像差，所述轴棱锥透镜被配置为产生所述激光射束焦线，
光学元件组，所述光学元件组与所述轴棱锥透镜间隔开，以及
聚焦光学元件，所述聚焦光学元件与所述光学元件组间隔开，其中，所述轴棱锥透镜和所述光学元件组沿着所述激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中所述聚焦光学元件在沿着所述激光射束传播方向的固定位置中；
将所述激光射束焦线引导至具有小于5mm的厚度的玻璃材料中，所述激光射束焦线在所述玻璃材料内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述材料内沿着所述激光射束焦线产生穿孔；
调整所述轴棱锥透镜与所述光学元件之间的所述距离，以调整所述激光射束焦线在所述材料内的所述深度；
将所述玻璃材料和所述激光射束相对于彼此平移，从而在所述材料内沿第一平面激光钻出多个穿孔，其中，所述穿孔的所述深度小于所述材料的所述厚度的一半。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，减薄所述玻璃材料，以将所述多个穿孔的第一端暴露于至少一个表面；以及使所述多个穿孔膨胀穿过所述厚度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轴棱锥透镜与所述光学元件组之间的距离为约85至约110mm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学元件组与所述聚焦光学元件之间的距离为约30至约90mm。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光射束焦线在所述玻璃材料内的深度为约0.32mm至约0.98mm。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学元件组包括间隔开第二距离的两个透镜。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二距离为约1mm至约50mm。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括，在所述材料内沿第一平面钻出多个穿孔之后，在所述玻璃材料的所述表面上形成半导体器件。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括，在所述玻璃材料的所述表面上形成所述半导体器件之后，减薄所述玻璃材料，以暴露所述穿孔的开口。
10.一种方法，所述方法包括：
经由光学组件将脉冲激光射束聚焦到沿着所述激光射束传播方向定向的激光射束焦线中，所述光学组件定位在所述光学组件的所述射束出射侧上的所述激光的所述射束路径中，所述光学组件包括：
第一光学元件组，所述第一光学元件组包括轴棱锥透镜、准直透镜和聚焦透镜，其中，所述轴棱锥透镜、所述准直透镜和所述聚焦透镜处于固定位置中，
第二光学元件组，所述第二光学元件组包括三个非球面透镜，其中，所述第一非球面透镜和所述第二非球面透镜沿着所述激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中所述第三非球面透镜在沿着所述激光射束传播方向的固定位置中；
将所述激光射束焦线引导至具有小于5mm的厚度的玻璃材料中，所述激光射束焦线在所述玻璃材料内产生诱导吸收，所述诱导吸收在所述材料内沿着所述激光射束焦线产生穿孔；
调整所述第一非球面透镜与所述第二非球面透镜之间的所述距离，以调整所述激光射束焦线在所述材料内的所述深度；
将所述玻璃材料和所述激光射束相对于彼此平移，从而在所述材料内沿第一平面激光钻出多个穿孔，其中，所述穿孔的所述深度小于所述材料的所述厚度的一半。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括，减薄所述玻璃材料，以将所述多个穿孔的第一端暴露于至少一个表面；以及使所述多个穿孔膨胀穿过所述厚度。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一非球面透镜与所述第二非球面透镜之间的距离为约50至约71mm。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二非球面透镜与所述第三非球面透镜之间的距离为约31至约48mm。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述激光射束焦线在所述材料内的深度为约0.43至约0.66mm。
15.如权利要求10所述的方法，进一步包括，在所述材料内沿第一平面钻出多个穿孔之后，在所述玻璃材料的所述表面上形成半导体器件。
16.如权利要求10所述的方法，进一步包括，在所述玻璃材料的所述表面上形成所述半导体器件之后，减薄所述玻璃材料，以暴露所述穿孔的开口。
17.一种光学组件，所述光学组件包括：
轴棱锥透镜，所述轴棱锥透镜具有球面像差，所述轴棱锥透镜被配置为从激光射束产生激光射束焦线；
光学元件组，所述光学元件组与所述轴棱锥透镜间隔开，以及
聚焦光学元件，所述聚焦光学元件与所述光学元件组间隔开，其中，所述轴棱锥透镜和所述光学元件组沿着激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中所述聚焦光学元件在沿着所述激光射束传播方向的固定位置中。
18.如权利要求17所述的光学组件，其特征在于，所述轴棱锥透镜与所述光学元件组之间的距离为约85至约110mm。
19.如权利要求17所述的光学组件，其特征在于，所述光学元件组与所述聚焦光学元件之间的距离为约30至约90mm。
20.如权利要求17所述的光学组件，其特征在于，所述光学元件组包括间隔开第二距离的两个透镜。
21.如权利要求20所述的光学组件，其特征在于，所述第二距离为约1mm至约50mm。
22.一种光学组件，所述光学组件包括：
第一光学元件组，所述第一光学元件组包括轴棱锥透镜、准直透镜和聚焦透镜，其中，所述轴棱锥透镜、所述准直透镜和所述聚焦透镜处于固定位置中；以及
第二光学元件组，所述第二光学元件组包括三个非球面透镜，其中，所述第一非球面透镜和所述第二非球面透镜沿着所述激光射束传播方向相对于彼此可平移，并且其中所述第三非球面透镜在沿着所述激光射束传播方向的固定位置中。
23.如权利要求22所述的光学组件，其特征在于，所述第一非球面透镜与所述第二非球面透镜之间的距离为约50至约71mm。
24.如权利要求22所述的光学组件，其特征在于，所述第二非球面透镜与所述第三非球面透镜之间的距离为约31至约48mm。
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