CN116940436A - 用于基板的激光加工的设备和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于在基板中钻孔的设备。设备包括激光系统，所述激光系统被配置成通过将激光束以一序列导引至与基板上的区域集合相对应的预定义位置上来将激光束施加至基板上以用于从基板上的区域集合移除材料。设备包括通风系统，所述通风系统被配置成沿着基板的一个或多个侧面产生流体流动。设备控制激光束，使得激光束根据第一激光束移动方向和第二激光束移动方向相继定位。

Description

用于基板的激光加工的设备和方法

技术领域

本公开的实施例涉及用于基板的激光加工的设备和方法。更具体地，本文描述的实施例涉及用于基板的高效和准确激光加工的设备和方法，具体地涉及晶体硅(c-Si)基板或聚合物复合基板，尤其是在基板中形成通孔。

背景技术

在诸如下一代PCB(印刷电路板)制造、显示器制造、或太阳能电池制造的领域中，对诸如晶体硅(c-Si)基板(特别是c-Si晶片)之类的基板或包括诸如味之素(Ajinomoto)堆积膜之类的基于聚合物的堆积膜的基板的批量处理的需求日益增加。基板可利用激光加工方法(特别是激光钻孔和激光切割)进行处理以实现高处理量和高准确性。

当在高速下并且由此在高激光能量下以高精确性处理基板时，出现挑战。经受激光入射的基板可变热或甚至在不期望位置中局部熔化。在此类情况下，不能再保证高精确性。更糟糕的是，在此类情况下，具有不变参数的正在进行的激光曝光可导致不良钻孔效率和质量。钻孔工艺进一步导致产生碎屑，这可能进一步干扰准确的处理，从而导致激光加工的精确度降低。出于成本原因，基板通常是薄且易碎的，并且特别容易损坏或断裂，这额外增加了加工工艺的难度。

鉴于上述内容，克服本领域中的至少一些问题的用于激光加工基板的新方法和设备是有益的。

发明内容

根据一方面，提供了一种用于在基板中钻孔的设备。设备包括激光系统，所述激光系统被配置成通过将激光束以一序列导引至与基板上的区域集合相对应的预定义位置上来将激光束施加至基板上以用于从基板上的区域集合移除材料。序列定义区域经受激光束的次序。设备进一步包括通风系统，所述通风系统被配置成沿着基板的一个或多个侧面产生流体流动。流体流动在流体流动方向上被导引。设备进一步包括控制器，所述控制器被配置成控制激光束，使得激光束根据第一激光束移动方向和第二激光束移动方向相继定位，其中将激光束重复地导引至与区域集合相对应的每个位置上至少三次。在每次来自区域集合的区域经受激光束之后，允许将已经受的区域的至少一半冷却达至少50ms。在第一激光束移动方向与流体流动方向之间的角度定义为q1，在第二激光移动射束方向与流体流动方向之间的角度定义为q2。其中

--cos q1和cos q2两者都小于或等于0；或者

-q1和q2中的每一者大于20°并且小于340°；或者

--q1或q2中的任一者小于20°、或大于340°，并且控制激光束移动，使得以序列经受激光束的区域与序列中经受激光束的先前区域相距多于一个区域。

根据一方面，提供了一种用于在基板中钻孔的方法。方法包括通过将激光束以一序列导引至与基板上的区域集合相对应的预定义位置上来将激光束施加至基板上。序列定义区域经受激光束的次序。激光束从区域集合移除材料。方法进一步包括在将激光束施加至基板上的同时沿着基板的一个或多个侧面产生流体流动。流体流动在流体流动方向上被导引。以序列施加激光束包括根据第一激光束移动方向和第二激光束移动方向相继定位激光束，其中将激光束重复地引导至与区域集合相对应的每个位置上至少三次。在每次来自区域集合的区域经受激光束之后，允许将已经受的区域的至少一半冷却达至少50ms。在第一激光束移动方向与流体流动方向之间的角度定义为q1，在第二激光移动射束方向与流体流动方向之间的角度定义为q2。其中

-cos q1和cos q2两者都小于或等于0；或者

-q1和q2中的每一者大于20°并且小于340°；或者

-q1或q2小于20°、或大于340°，并且控制激光束移动，使得以序列经受激光束的区域与序列中经受激光束的先前区域相距多于一个区域。

根据各方面，如本文公开的用于钻孔的方法和设备由一个或两个第一激光束移动方向、以及一个或两个第二激光束移动方向组成。在那些方面中，在钻孔工艺期间，除了辅助作用之外，激光不在另一方向上移动，所述辅助作用诸如但不限于将激光移动到开始位置或引导激光返回到暂停位置。

根据各方面，除了当控制激光束移动为使得在激光束移动之前直接经受激光束的区域与在激光束移动之后直接经受激光束的区域相距多于一个区域，特别是与此区域相距多于5个区域时之外，激光束移动的方向始终不在与流体流动方向相同的方向上。此外，根据各方面，除了当控制激光束移动为使得在激光束移动之前直接经受激光束的区域与在激光束移动之后直接经受激光束的区域相距多于一个区域，特别是与此区域相距多于5个区域时之外，在其中在钻孔工艺期间激光束移动的每一个方向与流体流动方向之间的角度从未小于20°或大于340°。

实施例还涉及用于执行所公开的方法的设备并且包括用于执行每个描述的方法方面的设备零件。这些方法方面可通过硬件部件、由适当软件编程的计算机、两者的任何组合或以任何其他方式执行。此外，根据本公开的实施例还涉及用于操作所描述设备的方法。用于操作所描述设备的方法包括用于执行设备的每一个功能的方法方面。

附图说明

为了能够详细理解本公开的上述特征所用方式，可参考实施例得到对上文简要概述的本公开的更具体描述。附图是关于本公开的实施例并且在下文中描述：

图1图示了根据本文描述的实施例的用于基板的激光加工的设备的示意图；

图2图示了根据本文描述的实施例的用于基板的激光加工的设备的示意图；

图3图示了待处理的示意性区域集合、以及在区域之间关于流体流动的激光束移动；

图4图示了待处理的示意性区域集合、以及在区域之间关于流体流动的激光束移动；

图5图示了待处理的示意性区域集合、以及在区域之间关于流体流动的激光束移动；

图6图示了待处理的示意性区域集合、以及在区域之间关于流体流动的激光束移动；

图7图示了待处理的示意性区域集合、以及在区域之间关于流体流动的激光束移动；

图8示出了在激光束移动方向与流体流动方向之间的角度q1和q2；

具体实施方式

现将详细参考本公开的各个实施例，其中一个或多个示例在附图中示出。在附图的以下描述中，相同的附图标记代表相同的部件。大体上，仅描述了关于个体实施例的差异。每个示例通过解释本公开的方式提供并且不意味着限制本公开。另外，示出或描述为一个实施例的一部分的特征可以用于其他实施例或与其他实施例结合使用以产生又进一步的实施例。描述旨在包括此类修改和变化。

本公开的应用特别地关于产生任何类型的多层电子组件，诸如印刷电路板(PCB)、半导体封装、太阳能电池或光伏电池、显示设备(诸如基于LCD、OLED或微型LED的屏幕)、或需要对c-SI晶片或包括聚合膜(其中设置有孔洞)的基板的高精确度处置的任何类型的装置。

根据一方面，基板可以是基于硅的基板，诸如晶体硅(c-SI)基板或晶片。基板可以包括设置在基板上的结构、功能层或装置，诸如半导体器件、介电层、点状层、金属层(例如，用于提供电气连接)、或在半导体制造中通常已知的其他结构。基板可以包括基于聚合物的层，诸如介电膜。介电膜可以是聚合物膜，诸如聚合物复合膜。基于聚合物的层可以包括膜，诸如味之素堆积膜。基板可以设置在承载结构上，例如，基板可以是设置在基于硅的承载基板上的聚合物膜，并且钻孔可以包括在聚合物膜中但不在下覆的基于硅的承载结构中钻孔。

如本文理解，孔洞可指穿过基板的完整厚度的过孔。如本文理解的孔洞可替代地或附加地指盲孔。特别地，如本文理解的孔洞可指孔洞阵列。孔洞可以被配置成用于在基板中形成通孔。孔洞可以被配置成用于在其中提供部件。孔洞可以被配置成用于以有益方式修改基板的机械特性、电气特性或热特性。孔洞可以被配置成用于允许包括孔洞的后续制造操作。

根据本公开的各方面，不设想执行所谓的冲击钻孔，即，在一个动作(诸如仅单个激光曝光、激光入射或“射击”)中钻出每个孔洞。而是，建议在迭代工艺中钻出每个孔洞。如本文使用的迭代工艺可以理解为每个孔洞重复地经受激光束，每次持续本文称为“射击”的特定时间段。每次射击旨在从经受激光束的区域移除材料。就基板厚度而言，所移除的材料可例如对应于不超过在经受激光束的区域的位置处的基板厚度的25％，更特别地不超过20％或甚至不超过15％。

根据一方面，钻孔工艺包括被配置成将激光束施加至基板上以用于从基板上的区域集合移除材料的激光系统。激光系统可包括激光光源，所述激光光源包括激光发射器。激光光源可以包括固态激光器、二极管泵送激光器、脉冲激光器、和/或紫外(UV)或红外激光器，诸如CO₂激光器。可根据基板材料选择激光光源，例如，根据有益实施例进行选择，激光束的波长可以在基板材料中具有高吸收性。特别地，对于c-SI基板，可选择具有高于1,000nm波长的红外激光器，并且对于聚合物基板，特别地基于ABF的基板，可选择具有低于400nm波长的UV激光器。

根据一方面，激光系统可进一步包括用于聚焦激光以形成激光束的光学组件。激光束可以是具有高空间相干性的窄射束。激光束可以是锥形和/或聚焦在基板上以提供窄曝光区域，窄曝光区域通常对应于大小，例如，待钻孔的孔洞的直径，例如，窄曝光区域可以具有待钻孔的孔洞的5％至90％的直径，诸如20％或50％或小于40％。根据实施例，待经受激光束的区域可以具有带有圆周的形状，并且可以将激光束导引至与区域的圆周相对应的预定义位置上。

根据一方面，激光系统可以包括激光束定向组件。激光束定向组件可以包括一个或多个激光束定向反射镜。激光束定向反射镜的表面可以是多边形。激光束定向反射镜可以是可移动的，特别是可旋转的。例如，通过在激光束定向反射镜的第一侧处朝向激光束定向反射镜导引激光束，可在待钻孔的第一区域处将激光束导引至基板。一旦移动、转动、或枢转激光束定向反射镜，激光束就可能在第二侧处撞击激光束定向反射镜，这使激光束跳到待钻孔的基板的第二区域。

根据一方面，钻孔工艺通常包括基板上与待以预定义次序钻孔的区域集合相对应的预定义位置，所述预定义次序诸如序列，特别是定义与基板上待钻孔的区域集合相对应的位置的序列。用于钻孔区域的设备可以包括控制器。控制器可被配置成根据其中激光仅射击在待钻孔的区域处的序列控制激光移动束。在未设计为钻孔的区域之间的区域不经受激光束。例如，这可以通过供应可控激光束定向反射镜来实现，诸如被包括在电流计组件中的反射镜，特别是双轴电流计组件，诸如双轴扫描电流计系统。

根据一方面，激光束定向反射镜可具有反射表面，所述反射表面反射激光束并且将激光束导引至基板上的期望位置。基板上的期望位置可以是第一位置，并且激光束定向反射镜可以经控制为将激光束导引至第一位置并且随后经控制为将激光束导引至第二位置，这可以是基板上的期望位置。在第一位置与第二位置之间的转变可以是快速的并且包括激光束在第一位置与第二位置之间的跳跃。特别地，激光束定向反射镜可被配置成用于实现在多个位置之间的快速转变，例如，从第一位置转变到第二位置可以0.1kHz至100kHz、0.5kHz至50kHz或1kHz至30kHz的频率发生。

附加地或替代地，根据一方面，激光束定向反射镜可被配置成用于在基板上方、特别是在包括待钻孔的区域集合的基板区域上方连续移动激光束。连续可包括不同速度的移动。激光束可以是连续的。激光束可由挡板重复地阻挡以避免激光入射在例如待钻孔的区域之间的区域中。挡板可由如本文描述的控制器来控制。挡板可经控制为使得可以钻孔基板上与区域集合相对应的预定义位置。特别地，挡板可经控制为使得在待钻孔的区域之间的区域不暴露于激光。替代于或附加于挡板，可脉冲激光束，例如，通过如上文描述地操作挡板，和/或通过提供被配置成用于脉冲操作的激光光源，诸如脉冲激光器。根据一方面，被配置成用于脉冲操作的激光光源可包括被配置成用于Q切换(即，包括Q开关，诸如有源或无源Q开关)的激光光源、和/或包括声光调制器以脉冲激光的激光光源。

根据一方面，在本文描述的典型实施例中，可在基板中产生孔洞阵列，所述阵列由n行和m列组成，其中n和m是整数。因此，总计必须要钻孔数量为m乘以n个孔洞。在进一步的实施例中，阵列可以包括不钻孔n·m基板中的孔洞集合。通过设计，阵列可具有“缺失”孔洞或区段。阵列可包括若干子阵列，所述子阵列可定义为n·m阵列。根据实施例，可基于子阵列的数量形成复杂图案，子阵列是如本文描述的阵列。

根据一方面，本文描述的装置和方法被配置成用于处理基板以产生孔洞集合，即，基板上的处理区域，包括至少1,000个区域，特别是至少10,000个区域，或至少100,000个区域。

根据一方面，可以在基板中产生单个孔洞阵列。根据实施例，可以在基板中产生若干孔洞阵列。孔洞阵列可以包括区域集合。基板可以经处理为包括若干孔洞阵列，即，若干区域集合，诸如至少2个集合、至少4个集合、至少6个集合或至少10个集合。根据本公开的各方面，可钻孔第一阵列的孔洞，直到它们完成为止，并且随后可钻孔第二阵列的孔洞，直到它们完成为止(并且在甚至更多阵列的情况下，例如，在至少4个阵列的情况下，依此类推)。

产生若干孔洞阵列可以包括在如本文描述的基板的第一区段中产生孔洞阵列，关于设备移动基板，并且在基板的第二区段中产生后续孔洞阵列。根据实施例，设备可以包括基板支撑件，诸如基座、固持器、工作台等，所述基板支撑件被配置成用于在其上提供基板并且例如在处理区域集合之后关于设备移动基板，所述设备诸如双轴工作台或旋转工作台。根据实施例，替代于移动基板，基板可以在处理期间保持固定，并且激光系统可以重新定位，使得激光系统关于基板或设备移动。

在激光系统的可工作区域或“视场”小于待处理的总基板区域的情况下，随后产生若干孔洞阵列可以特别有益。在一个示例中，激光系统可以具有与可以通过激光系统处理的区域相对应的“视场”，其中区域集合位于视场内。视场可以是至少50mm×50mm、至少100mm×100mm、至少165mm×165mm、或甚至至少250mm×250mm。

根据一方面，在实施例中，激光束在与待钻孔的区域相对应的每个位置处导引至少三次、或甚至至少五次或甚至至少十次。钻孔工艺可特别以以下方式设计：射击次数使孔洞在基板中具有预定义深度。特别地，预定义深度可以是基板厚度。在此情况下，钻孔工艺经设计为使得射击次数被预定义为使得产生过孔。

根据一方面，在实施例中，将激光导引至区域集合上的次数因变于取决于基板材料的基板厚度，即，与厚基板相比，薄基板可暴露于较少脉冲或射击。将激光导引至区域集合上的次数可以大于以微米计的基板厚度的十分之一。在第一示例中，将激光重复地导引至具有100μm或更小的厚度的硅基板的区域上至少5次。在第二示例中，将激光重复地导引至具有1000μm或更大的厚度的硅基板的区域上至少200次。在第三示例中，将激光重复地导引至具有100μm或更小的厚度的聚合物膜或聚合物复合膜基板的区域上至少20次。在第四示例中，将激光重复地导引至具有1000μm或更大的厚度的聚合物膜或聚合物复合膜基板的区域上至少400次。在示例中，获得过孔。

根据一方面，在每次来自区域集合的区域经受激光束之后，特别是在区域再次经受激光束之前，允许将已经受的区域的至少一半冷却达至少50ms。可以允许将区域冷却达至少60ms、至少80ms、或至少100ms、或甚至至少500ms。根据实施例，允许冷却已经受的区域中的每个区域。在有益示例中，允许冷却区域，同时处理另一区域，特别地，可以持续处理区域集合，同时允许冷却区域集合中的独立区域。

根据一方面，在实施例中，用于钻孔的方法和被配置成控制激光束的控制器经设计为使得基板的所有孔洞的大小(例如，作为直径测量)和/或深度相等。在此上下文中，“相等”可以理解为理论上的相等，这应包括归因于例如轻微变化基板的材料性质等而造成的实践中的偏差。

通过将激光束重复地导引至与区域集合相对应的每个位置上若干次并且允许在经受激光束之后冷却所述区域，可以改进所得孔洞的均匀性和定位。此外，可以避免局部加热基板，这可以导致在区域集合的边缘处的孔洞与区域集合的中心中的孔洞之间的较高均匀性。

经由实验观察到，在一些情况下，在使区域经受激光束时产生的碎屑可在一些条件下干扰相邻区域的钻孔操作，例如，通过以不期望的方式散射或吸收激光。这可能限制钻孔操作的可获得速度或质量。此类不期望效应可以通过本文进一步详细描述的设备和方法的各方面克服。

根据一方面，提供了通风系统。通风系统被配置成沿着基板的一个或多个侧面产生流体流动。基板的一个或多个侧面通常包括基板面，特别是包括待钻孔的区域集合的基板面。流体流动在流体流动方向上被导引。流体流动可以是单向的，即，针对区域集合的每个区域，流体可以在实质上一致的方向上流动。

根据一方面，流体流动可包括气体，诸如空气、惰性气体或其混合物。气体可根据基板或激光束的性质来选择。在示例中，气体可不具有氧以防止基板或碎屑的氧化或燃烧，或防止当使用低波长激光束时产生臭氧。气体可经干燥以减少气体的红外吸收，特别是当使用红外激光束时。气体可包括氮气。气体可包括稀有气体，诸如氦气或氩气。通风系统可包括循环系统以再循环流体流动。

根据一方面，设备可包括外壳。外壳可以包封激光系统、基板支撑件和/或基板。外壳可以包括用于基板装载和卸除的端口，诸如装载锁定腔室或门。外壳可以被配置成用于提供流体流动，并且用于维持流体组成物，即，用于包封如上文描述的气体。外壳可以包括气体入口和气体出口。气体入口和气体出口可以流体连接至通风系统，特别是用于在外壳内提供流体流动。外壳可以形成通风系统的一部分。

根据一方面，流体流动可以是层流或实质上层流。在本公开的上下文中，层流可以定义为没有实质上乱流特性的流体流动。在本公开的上下文中，层流可以进一步理解为在包含流动的体积之间不具有实质横向混合的流动，所述体积诸如如由每个区域的区域集合的区域之间的间隔定义的流动的体积，例如，沿着定义基板面的空间尺寸、或所有空间尺寸，特别是邻近基板面的流体流动的体积，特别是包括在基板面之上至多2mm的空间的体积。流体流动可在不邻近基板面的区域中包括非层流部分。

流动可以在基板的一个或多个侧面之上包含1mm至2mm的空间的体积中具有大于1m/s的流动速率或速度，或大于2m/s，诸如2m/s至5m/s，或大于5m/s，诸如大于10m/s。流体流动体积可以立方英尺每分钟(CFM)来表示，其中经设计为用于处理100mm×100mm基板的设备通常具有至少100CFM的流体流动体积，特别是大于200CFM。

根据一方面，流体流动带走当使区域经受激光束时产生的碎屑的至少一部分。碎屑可以包括固体或气体、或具有实质上气体状性质的混合物，诸如离子化气体、气溶胶或蒸气，诸如悬浮的粒子和/或在激光曝光期间通过基板产生的蒸发的基板材料。带走碎屑可以包括在使区域再次经受激光束之前带走碎屑。带走碎屑可以包括在流体流动的方向上，并且在一些情况下在区域集合的其他区域上方携带碎屑。当来自其他区域的碎屑在区域之上存在时不使区域经受激光束可以是有益的，如在本文中进一步详细描述。

根据一方面，如本文描述的激光束通常具有第一移动方向和第二移动方向。移动方向可以理解为在第一区域与第二区域之间的移动方向，所述区域是实质上经受激光束的区域。在定义移动方向的移动期间，激光束可以是不活动的，即，当激光束根据移动方向从第一位置移动到第二位置时，不旨在经受激光束的区域可被跨越，并且激光束可例如通过挡板方式关闭。激光束移动方向可以关于基板表面定义，即，移动方向可以是沿着二维平面的移动方向，平面通过其上提供有待钻孔的区域集合的基板面形成。类似地，流体流动方向可以是关于如由基板定义的平面的流体流动方向。

根据一方面，第一移动方向和第二移动方向可以是在区域集合的区域之间的激光束的移动方向。区域，特别是定义第一激光束移动方向的区域，可以是相邻的。第一移动方向和第二移动方向可以是不同的，例如，沿着由基板定义的平面在其间具有一角度。在典型实施例中，在第一移动方向与第二移动方向之间的角度可以是+90°和/或-90°。如果区域集合的区域可以在不跨过区域集合的其他区域的情况下到达，则区域集合的区域可以是相邻的。如果区域在区域集合内具有最近间隔，则区域集合的区域可以是相邻的。在本公开的上下文中，相邻不应当理解为需要区域接触，即，相邻区域可以物理上间隔开。

根据方面，第一移动方向可在钻孔工艺期间改变至少一次，在实施例中改变多次。特别地，第一移动方向可以是在针对第一数量的区域的特定方向上，并且在第二数量的区域的相反方向上。根据各方面，第二移动方向可在钻孔工艺期间改变至少一次，在实施例中改变多次。特别地，第二移动方向可以是在针对第一数量的区域的特定方向上，并且在第二数量的区域的相反方向上。

根据一方面，移动方向，特别是第二移动方向，可以是在一些条件下在区域集合的不相邻区域之间的激光束的移动方向，如下文详细定义。如果区域可以仅通过直接或间接地跨过区域集合的其他区域而到达，则区域集合的区域可以是不相邻的。如果区域具有相邻的在不相邻区域之间隔开的其他区域和/或与不相邻区域距彼此相比更靠近不相邻区域中的任一者的区域，则区域集合的区域可以是不相邻的。

如果在一个区域到后续区域的方向上的激光束移动将允许激光束移动在到达后续区域之前到达另一区域，则包括紧密隔开区域的区域可以是不相邻的。如果激光束移动使得在激光通过激光束移动来移动之后以一序列经受激光束的区域与序列中经受激光束的先前区域相距多于一个区域、多于五个区域，特别是至少多于10个区域，则区域可以是不相邻的。

根据一方面，在第一激光束移动方向与流体流动方向之间的角度定义为q1并且在第二激光束移动方向与流体流动方向之间的角度定义为q2。例如，如果激光束移动方向与流体流动平行，则角度是0°。如果激光束移动方向与流体流动相反，则角度是180°。如果激光束移动方向与流体流动正交，则角度是90°或270°。在实施例中，本文描述的设备和方法关于q1和q2的定义可以是非手性的，因此，90°和270°的角度可以是等效的和/或值空间可通过在从0°至180°范围内的角度定义。通过定义待经受激光束的区域序列和/或根据在q1与q2之间定义的关系执行钻孔，可以带走每个区域的碎屑，使得碎屑不干扰后续经受的区域。在下文进一步详细描述包括q1和q2的较佳范围和示例的有益实施例。

现参见附图，进一步详细描述并且关于实施例描述上文讨论的一般方面。

图1是根据本公开的实施例的设备的示意性说明。激光器100发射激光束120。激光束可直接发射到基板110上。大体而言并且不限于此设置，可提供用于移动激光器的致动器(未图示)。移动可包括平移移动和/或旋转移动。在如所示出的图1的实施例中，将激光束导引至束导引器105。特别地，束导引器105可包括用于引导激光束的一个或多个反射镜和/或一个或多个透镜，诸如使激光束遵循预定义的序列。附加地或替代地，束导引器可包括挡板。挡板通常由控制器控制以在阻挡时间期间阻挡激光束，并且在照射时间期间允许激光束经过。特别地，挡板可阻挡激光束以便避免基板在待钻孔的区域外部经受激光束。

根据实施例，挡板可经控制为使得挡板在两次射击之间阻挡激光束。例如，第一次射击可在基板上的对应于待钻孔区域的位置处施加到基板。激光束可随后由挡板阻挡，并且此后可将激光束导引至待钻孔的第二区域，同时挡板不再阻挡激光束。如本文使用，对挡板的控制可与对激光束移动的控制对准。

基板110可搁置在基板支撑件115上。基板支撑件可以是可移动的。在其他实施例中，基板支撑件可以是固定的。本公开的设备可包括基板移动器，诸如抓持器，用于将基板定位在基板支撑件上。基板支撑件可包括负压抽吸单元，所述负压抽吸单元被配置成将负压施加至基板的底部，以便保证基板即使在激光加工时也完全静止。

本公开的设备可额外包括通风系统125。如图所示，通风系统产生流体流动15。如在本公开中讨论的流体流动15通常平行于基板支撑表面和/或基板定向。流体流动应该产生运输或带走在激光加工期间产生的碎屑的流动15。特别地，本公开提供了以下益处：对激光移动的控制是关于流体流动方向来设计，以便优化钻孔工艺并且保证在钻孔区域期间产生的碎屑不会负面地影响另一区域(诸如邻近或相邻区域)的钻孔。

如关于图2示例性示出，设备可包括外壳。可在外壳外部提供通风系统125。可提供将流体流动引导至外壳中的入口开口130(诸如图2所示的通道)。基板可设置在外壳内部。外壳可进一步包括出口开口135以允许流体流动离开外壳。在替代实施例中，通风系统设置在外壳内。此外，在可以与先前描述的实施例中的任一者相结合的实施例中，可提供流体流动抽吸系统。流体流动抽吸系统可被配置成在由通风系统提供的流体流动中抽吸。以此方式，可提供封闭的流体流动，封闭的流体流动可特别优化用于从基板移除碎屑等。出口开口135可通过流体运输系统(诸如循环系统)连接到通风系统125以允许流体再循环。可提供用于在流体离开出口开口135之后从流体过滤碎屑的过滤器。

根据一方面，用于将激光束导引至基板上来从区域集合的区域移除材料的序列被定义为使得满足以下三个条件中的任一者：

1)cos q1和cos q2两者都小于或等于0。换言之，q1或q2两者都在90°与270°之间的范围中。第一或第二激光束移动方向可以关于流体流动方向位于此范围内，即，移动方向可以与流体流动正交或是除了正交移动以外还具有与流体流动方向相反的移动分量的方向。在一个示例中，如果第一激光移动方向和第二激光移动方向中的一者与流体流动方向相反和/或其中第一激光移动方向和第二激光移动方向中的一者与流体流动方向垂直，则满足此条件。

2)q1和q2中的每一者大于20°并且小于340°；或者

3)q1或q2小于20°、或大于340°，并且控制激光束移动，使得以一序列经受激光束的区域与序列中经受激光束的先前区域相距多于一个区域。在此条件下，激光束移动方向具有与流动方向一致的移动分量。相邻区域可经受经受了激光束的先前区域的碎屑，然而，远离的区域可能不受影响。在有利示例中，仅针对第一激光束移动方向或第二激光束移动方向中的一者选择此条件。在有利示例中，仅当例如根据条件1)或2)的替代移动方向不可用时、或者如果根据条件3)的移动允许根据条件1)或2)的若干后续操作，才选择此条件。

在下文中，应参考附图讨论激光移动的若干示例序列。

如在图3至图7中示例性示出，圆圈10表示应该要钻孔的区域。为了不使附图过载，这些圆圈中仅有几个通过附图标记10明确指出。如由本公开提供的流动具有在附图中如由箭头15指出的方向。第一激光束移动方向大体描绘为实线，并且第二激光束移动方向大体描绘为虚线，然而，这不应当被认为是限制，并且此惯例的例外在以下示例中变得清楚。根据可以包括在本文描述的所有实施例中或与所有实施例结合的一般方面，第一激光束移动方向可以是在相邻区域之间的激光束的移动方向，和/或第二激光束移动方向可以是在不相邻区域之间的激光束的移动方向。

现参见图3，图示了根据实施例的基板上的区域集合。为了便于说明，以下附图图示了与本公开的应用相比包括较少区域的区域集合。将所示出的区域集合提供为4×8阵列。根据射击序列，区域集合的每个区域多次经受激光束。提供了具有由箭头指出的方向的流体流动15。序列可以例如在左下区域20中开始。后续区域随后沿着线1经受激光束，线1即是表示为实线的第一激光束移动方向，线1具有相对于流体流动方向的90°的角度q1，并且因此满足条件1)。

当到达右下区域时，激光束在第二激光束移动方向(虚线)上移动以到达下一线区域的最左区域。第二激光束移动方向2具有相对于流体流动方向的260°的角度q2，并且因此满足条件1)。

重复操作，直到到达右上区域25，此后第二激光束移动方向2经调整为使激光束返回到左下区域20。关于流体流动方向q2的此移动的第二激光束移动方向2是300°，因此，不满足条件1)和2)中的任一者。然而，右上区域与左下区域相距若干区域，因此，满足条件3)。

现参见图4，图示了根据实施例的区域集合。区域集合可以是关于图3描述的区域集合，因此，仅描述了定位激光束的差异。序列可以例如在右下区域20中开始。后续区域(在最下线中示出)随后沿着线经受激光束，所述线即是表示为实线的第一激光束移动方向1，所述线具有相对于流体流动方向的270°的角度q1，并且因此满足条件1)。

当到达左下区域时，激光束在第二激光束移动方向2上移动以到达下一线区域的最左区域。第二激光束移动方向与流体流动方向相反并且由此具有相对于流体流动方向的180°的角度q1，并且因此满足条件1)。

如先前一样，沿着线的后续区域随后经受激光束，然而，其中第一激光束方向1经调整为在与表示为实线的先前的第一激光移动方向相反的方向上移动，第一激光移动方向1具有相对于流体流动方向的90°的角度q1，并且因此满足条件1)。

重复操作，直到到达右上区域25，此后第二激光束移动方向经调整为使激光束返回到右下区域。此移动的第二激光束移动方向2与流体流动方向一致，并且由此q2是0°。针对此类情况，不满足条件1)或2)。然而，右上区域25与右下区域20相距若干区域，因此，满足条件3)。应当注意，仅出于可理解性的原因，从区域25到区域20的转变在图4中描绘为曲线，即，转变可根据在区域25与区域20之间的直线来执行。然而，在沿着角度q2＝0°的第二激光束移动方向上的此移动之后，来自用附图标记25指出的区域的钻孔的碎屑不会危及进一步的钻孔操作，这是因为在实践中，在此移动之后激光定位于其中的区域(在图4中用附图标记20°指出)与在此移动之前的区域相距至少10个区域，更具体地是至少20个区域。此外，在区域25与区域20之间的转变可缓慢执行或以延迟方式执行以确保通过处理区域25产生的任何碎屑已经通过流体流动清除，以便不干扰对区域20的处理。

现参见图5，图示了根据实施例的区域集合。区域集合可以是关于图3或图4描述的区域集合。应当仅讨论与关于图3或图4描述的实施例的差异。序列开始于在区域集合的左上拐角中处理区域20。在已经处理的第一线区域之后，激光束在第二激光束移动方向上移动到下一线的最左区域。角度q2是250°，因此满足条件2)。此外，区域与先前区域相距若干区域，因此满足条件3)。从区域25到区域20的返回转变具有角度q2为150°的第二激光束移动方向，因此满足条件1)。

现参见图6，图示了根据实施例的区域集合。区域集合可以是关于图3至图5描述的区域集合，因此，仅描述了激光束定位的差异。序列可以例如在右下区域20中开始。后续四个区域随后沿着线经受激光束，所述线即是表示为实线的第一激光束移动方向，所述线具有相对于流体流动方向的180°的角度q1，并且因此满足条件1)。

当到达右上区域时，激光束在第二激光束移动方向上移动以到达下一线区域的最下区域。第二激光束移动方向具有相对于流体流动方向的345°的角度q2，因此不满足条件1)或2)。然而，右上区域25与右下区域20相距若干区域，因此，满足条件3)。实践中，距离是至少10个区域，具体地是多于20个区域或甚至多于30个区域。

重复操作，直到到达左上区域25，此后第二激光束移动方向经调整以使激光束返回到右下区域20。此移动的角度q2是60°，因此满足条件2)。此外，区域与先前区域相距若干区域，因此满足条件3)。

现参见图7，图示了根据实施例的区域集合。将区域集合提供为4×6阵列。处理操作开始于设置在阵列中的底部线区域处的区域20，并且沿着第一方向以270°的角度q1向外移动，直到到达最外区域。激光束的移动的第一方向满足条件1)。激光束随后在90°的激光束移动方向q2上移动以到达与开始区域20相邻的阵列中的区域线中的区域。应当注意，仅出于可理解性的原因，沿着第二方向的转变在图7中描绘为曲线，即，转变可根据直线执行。因此，激光束的移动的第二方向满足条件1)。

在转变之后，第一激光束移动方向q1的方向经调整为90°，并且处理在阵列中的区域线的区域，直到到达最外区域。随后，以具有110°的角度q2的第二激光束移动方向执行转变到区域阵列中的下一线区域中，因此满足条件1)。

重复操作，直到到达右上区域25，此后第二激光束移动方向经调整为使激光束返回到左下区域20。关于流体流动方向的此移动的第二激光束移动方向q2是300°，因此，不满足条件1)和2)中的任一者。然而，右上区域与左下区域相距若干区域，因此，满足条件3)。

根据所描述的实施例，特别是满足上文描述的条件1)至3)中的任一者的实施例来导引激光束，可以实现对区域集合的高速处理，同时允许区域集合的每个区域冷却达至少50ms，而后续区域根据预定义的序列处理。此外，在执行激光工作时产生的碎屑在根据流体流动的方向上由流体流动带走，而每次激光射击不受碎屑影响。因此，不需要在激光射击之间引入不必要的等待时间，同时维持不可通过已知工艺以其他方式获得的高处理质量。

图8旨在说明角度q1和q2。在箭头15代表流体流动方向的情况下，在区域20之间的另外箭头可表示第一激光束移动方向或第二激光束移动方向。在第一或第二激光束移动方向(在图8中指示为“1/2”)与流体流动方向之间的角度以200指示，并且在图8的当前示例中将是270°。

尽管上述内容涉及本公开的实施例，但可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步实施例，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种用于在基板中钻孔的设备，包含：

激光系统，所述激光系统被配置成通过将激光束以一序列导引至与所述基板上的区域集合相对应的预定义位置上来将所述激光束施加至所述基板上以用于从所述基板上的所述区域集合移除材料，所述序列定义所述区域经受所述激光束的次序，

通风系统，所述通风系统被配置成沿着所述基板的一个或多个侧面产生流体流动，所述流体流动在流体流动方向上被导引；

控制器，所述控制器被配置成控制所述激光束，使得所述激光束根据第一激光束移动方向和第二激光束移动方向相继定位，其中将所述激光束重复地导引至与所述区域集合相对应的每个位置上至少三次，其中在每次来自所述区域集合的区域经受所述激光束之后允许冷却已经受的所述区域的至少一半达至少50ms，其中在所述第一激光束移动方向与所述流体流动方向之间的角度定义为q1，在所述第二激光束移动方向与所述流体流动方向之间的角度定义为q2；

其中

cos q1和cos q2两者都小于或等于0；或者

q1和q2中的每一者大于20°并且小于340°；或者

q1或q2中的任一者小于20°、或大于340°，并且控制所述激光束移动，使得以所述序列经受所述激光束的所述区域与所述序列中经受所述激光束的先前区域相距多于一个区域。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述第二激光移动使得在所述激光通过所述第二移动来移动之后以所述序列经受所述激光束的所述区域与所述序列中经受所述激光束的先前区域相距多于5个区域，特别是多于10个区域。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中所述区域具有带有圆周的形状，并且其中将所述激光束导引至与所述区域的所述圆周相对应的预定义位置上。

4.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述第一激光束移动方向和所述第二激光束移动方向中的一者与所述流体流动方向相反，和/或其中所述第一激光移动方向和所述第二激光移动方向中的一者与所述流体流动方向垂直。

5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述区域集合包括至少1,000个区域，特别是至少10,000个区域，并且更特别是至少100,000个区域。

6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述流体流动包括来自由惰性气体，特别是氦气或氩气，以及氮气组成的群组中的一者或多者。

7.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述流体流动是所述基板的所述一个或多个侧面之上包含1mm至2mm的空间的体积中具有大于1m/s的流动速率的单向层流。

8.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述基板是硅基板或包含聚合物膜或聚合物复合膜的基板。

9.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备进一步包含外壳，所述外壳包括气体入口和气体出口。

10.一种用于在基板中钻孔的方法，包含以下步骤：

通过将激光束以一序列导引至与所述基板上的区域集合相对应的预定义位置上来将所述激光束施加至所述基板上，所述序列定义所述区域经受所述激光束的次序，所述激光束从所述区域集合移除材料；

在将所述激光束施加至所述基板上的同时沿着所述基板的一个或多个侧面产生流体流动，所述流体流动在流体流动方向上被导引；

以一序列施加所述激光束的步骤包括以下步骤：

根据第一激光束移动方向和第二激光束移动方向相继定位所述激光束，其中将所述激光束重复地导引至与所述区域集合相对应的每个位置上至少五次，其中在每次来自所述区域集合的区域经受所述激光束之后允许冷却已经受的所述区域的至少一半达至少50ms，其中在所述第一激光束移动方向与所述流体流动方向之间的角度定义为q1，在所述第二激光束移动方向与所述流体流动方向之间的角度定义为q2；

其中

cos q1和cos q2两者都小于或等于0；或者

q1和q2中的每一者大于20°并且小于340°；或者

q1或q2中的任一者小于20°、或大于340°，并且控制所述激光束移动，使得以所述序列经受所述激光束的所述区域与所述序列中先前直接经受所述激光束的所述区域相距多于一个区域。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：通过所述流体流动带走当使所述区域集合的区域经受所述激光束时产生的碎屑的至少一部分。

12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：通过所述流体流动带走下列各项的群组中的一者的至少一部分：离子化气体、气溶胶、或当使所述区域集合的区域经受所述激光束时产生的蒸发的基板材料。

13.如前述权利要求中任一项所述的系统或方法，其中所述基板包括一个或多个区域集合。

14.如前述权利要求中任一项所述的系统或方法，其中将所述激光导引至所述区域集合上的次数因变于取决于所述基板材料的基板厚度，其中所述次数大于以微米计的所述基板厚度的十分之一。

15.如前述权利要求中任一项所述的系统或方法，其中允许冷却已经受的所述区域中的每一者达至少50ms，或其中允许冷却已经受的所述区域的至少一半达至少50ms至100ms，或至少100ms。