TW202222462A - 用於至厚陶瓷基板中機加工精密微孔之方法及系統 - Google Patents

Abstract

可以使用一液體射流及一機械旋轉工具之一組合來在厚基板中機加工精密微孔。可以使用一液體射流引導之雷射至該陶瓷基板中快速地鑽芯孔。可以應用一感測器來偵測該液體射流引導之雷射鑽削步驟之切穿點，以允許一快速幷且閉環控制之機加工制程。該基板可以被加熱以用於將一液體射流引導之雷射鑽削制程加速。可以應用一機械工具(例如，一鑽機、一鉸刀或一銑刀)來將該等芯孔精加工至一所期望之鏜孔直徑。機械工具切割主要表面可以較佳地由一金剛石材料組成。做為該鑽削制程之一部分，可以應用一檢查攝影機及照射系統來檢查每個機械精加工的鏜孔。

Description

用於至厚陶瓷基板中機加工精密微孔之方法及系統

本申請案要求於2020年1月8日提交、標題為「用於至厚陶瓷基板中機加工精密微鏜孔之方法及系統(Methods and systems for machining precision micro bores into thick ceramic substrates)」之序列號為63/060 016的美國臨時專利申請案之優先權，該申請案藉由引用併入本文中。

例如用於半導體處理設備之氣體分佈板及均勻性板之精密部件通常需要被機加工至厚陶瓷基板中的數百或甚至數千個精密孔。出於避免污染矽或碳化矽產品晶圓之考慮，此等氣體分佈及均勻性板通常由同等純度或更純之材料(例如，矽或碳化矽)製成。除了大量的孔之外，此等孔進一步需要高水準的表面精加工。每個孔之內壁必須平滑如鏡，以避免黏附可能潛在地污染實際產品晶圓之不想要的顆粒。為了確保穩定幷且可重複之氣體分佈，每個孔之入口以及出口必須具有鋒利之邊緣，而無任何圓周損壞。

如今，以不同方式製造氣體分佈板及均勻性板中之孔。可以使用鑽削鑽頭順序地鑽削。亦可以使用放電機加工制程順序地製造孔，其中孔內側之材料被金屬絲侵蝕。以另一種方式，可以使用超音波板同時機加工所有孔或孔組，該超音波板藉助於施加至與待機加工之孔之銷圖案相反的銷圖案之超音波 振動去除孔內側之材料。可替選地，可以藉助於具有與待侵蝕之孔的銷圖案相反之銷圖案之電極板使用放電機加工制程同時機加工所有的孔或孔組。

雖然經由超音波處理或放電機加工同時產生孔之方法可以相對快速，但是通常每個孔皆需要後處理步驟(例如，鉸削)，以實現每個孔所期望的如鏡之表面精加工。在無任何後處理之情況下，通常用銑削工具順序地鑽削孔可以實現所期望之如鏡表面精加工。然而，用機械鑽削工具來鑽削可能引入在入口上幷且特定而言在孔之出口側部上材料碎裂之風險增加。另外，當處理陶瓷材料(例如，但不限於矽及碳化矽)時，存在對鑽削工具之實質性磨損，及工具壽命有限。

典型之氣體板分佈及/或均勻性板可以是10至15mm厚，幷且具有帶有直徑為0.2至0.8mm之1000至2000個孔。每個孔可以用3至4分鐘來鑽削。若鑽削鑽頭在例如1500個中之第1480個孔處斷裂，整個基板可能潛在地報廢，幷且損失許多個小時的機加工工作。因此，對於至厚陶瓷基板中機加工許多小孔之改進且更有效之方法存在實質性之需求。熟習此項技術者將瞭解及理解，本發明幷不僅限於氣體分佈板及均勻性板中之孔，而是適用於需要精密孔之範圍更寬廣的技術陶瓷材料及應用。

在一些實施例中，本發明公開了在厚基板中機加工精密微孔之方法及系統。該基板可以是至其中機加工數百或甚至數千個孔之陶瓷材料。可以藉由應用其中應用了芯孔鑽削制程及孔精加工制程之混合制程來產生孔。可以使用液體射流引導之雷射至該陶瓷基板中快速地鑽芯孔。可以應用感測器來偵測該液體射流引導之雷射鑽削步驟的切穿點，以允許快速幷且閉環控制之機加工制程。該基板可以被加熱以用於將液體射流引導之雷射鑽削制程加速。可以應用機械工具(例如，鑽頭、鉸刀或銑刀)來將芯孔精加工至所期望的孔直徑。機械 工具切割主要表面可以較佳地由金剛石材料組成。做為鑽削制程之一部分，可以應用檢查攝影機及照射系統來檢查每個機械精加工之孔。

100:基板

101:精密孔/鏜孔

102:直徑

103:深度

104:尖銳邊緣

105:表面精加工

200:基板

201*:通孔

202:最終直徑

206:初始直徑

210:液體射流引導之雷射頭

211:雷射源

212:窗口

213:聚焦之雷射束

214:液體源

215:噴嘴

216:液體射流引導之雷射束

216A:液體射流

216B:雷射束

220:機械旋轉工具頭

220*:機械中空之旋轉工具頭

221:機械旋轉工具

221*:機械中空之旋轉工具

222:工具直徑

223:圓形或橢圓形尖端

224:向下移動

224*:向下移動

226:組合系統

277:導管

300:操作

310:操作

330:操作

340:操作

360:操作

370:操作

400:工件基板

401:微孔/鏜孔

401*:孔/鏜孔

410:液體射流引導之雷射頭

412:窗口

413:雷射束

414:水源

415:液體射流噴嘴

416:液體射流引導之雷射

416A:層狀液體射流

416B:雷射束

417:壓縮氣體源

418:壓縮之氣體串流

427:空氣射流模組

500:基板

501:孔或鏜孔/通孔

516:液體射流引導之雷射/液體射流

530:圓形加工運動

531:切口

532:圓柱形銷

533:螺旋運動

534:盲孔/鑽孔

600:基板

602:最終孔直徑

605:最終側壁粗糙度

605*:初始側壁表面

606:初始孔直徑

616:液體射流

700:操作

710:操作

720:操作

730:操作

740:操作

750:操作

800:操作

820:操作

840:操作

860:操作

900:基板

901:初始孔/通孔/芯孔

906:直徑

916:液體射流引導雷射

934:盲孔

1000:操作

1020:操作

1040:操作

1050:操作

1100:基板

1101:孔

1112:液體射流引導雷射

1116:液體射流引導雷射

1141:注水噴嘴/熱水流

1142:紅外及/或電感裝置

1143:完全地浸沒

1144:部分地浸沒

1145:空氣調節裝置

1200:操作

1220:操作

1240:操作

1260:操作

1270:操作

1280:操作

1300:基板

1301:孔

1311*:雷射打開/關閉模式

1316:液體射流引導之雷射

1351:切穿聲學偵測器

1351*:發出之聲音強度

1352:切穿光學偵測器

1352*:發射之雷射強度

1353:瞬間

1354:雷射切穿瞬間

1354*:雷射關閉瞬間

1355:發出聲音強度

1356:發射之雷射強度

1357:發出之聲音強度

1400:操作

1410:操作

1420:操作

1440:操作

1450:操作

1460:操作

1500:基板

1501:初始孔/芯孔直徑

1502:最終直徑

1507:導綫

1507*:EDM電極

1508:EDM電極直徑

1516:液體射流

1535:EDM電源

1600:基板

1602:最終直徑

1607:電極

1608:直徑

1635:EDM電源

1700:操作

1710:操作

1720:操作

1740:操作

1750:操作

1770:操作

1780:操作

1800:基板

1801:通孔

1816:液體射流

1834:盲孔

1900:操作

1910:操作

1920:操作

1930:操作

1940:操作

1950:操作

1960:操作

2000:陶瓷基板

2001:精密孔

2020:機械旋轉工具

2020*:機械旋轉工具

2023:工具尖端

2061:材料碎裂

2061*:損壞

2062:材料碎裂

2062*:無碎裂邊緣或無損壞

2066:翻轉基板

2120:機械工具

2163:工具尖端

2163*:工具尖端

2164:主要切割表面

2164*:次要切割(或非切割)表面

2165:凹部直徑

2200:操作

2220:操作

2240:操作

2300:基板

2301:通孔

2320:旋轉工具

2366:翻轉基板

2400:基板

2420:旋轉工具

2434:盲孔

2466:翻轉基板

2500:基板

2520:旋轉工具

2534:盲孔

2566:翻轉基板

2600:基板

2601:通孔

2620:旋轉工具

2620*:旋轉工具

2634:盲孔

2700:操作

2720:操作

2740:操作

2800:基板

2820:旋轉工具

2871:注水噴嘴/冷卻水流

2871A:液體

2871*:液體射流

2872:空氣噴嘴

2900:操作

2920:操作

2940:操作

3000:基板

3001:初始孔

3020:旋轉工具

3074:對準模組

3077:安裝板

3078:分離距離

3100:基板

3120:旋轉工具

3174*:對準模組

3177*:安裝板

3200:操作

3220:操作

3230:操作

3240:操作

3250:操作

3300:基板

3320:旋轉工具

3375:檢查模組

3375A:光源

3375B:檢查攝影機

3375C:處理模組

3375*:底部檢查模組

3400:操作

3420:操作

3430:操作

3440:操作

3450:操作

3500:操作

3510:操作

3520:操作

3530:操作

3540:操作

3550:操作

3600:工件基板

3602:最終直徑

3606:初始直徑

3610:液體射流引導之雷射頭

3611:雷射源

3612:窗口

3613:聚焦之雷射束

3614:水源

3615:液體射流噴嘴

3616:液體射流引導之雷射

3617:壓縮氣體源

3618:氣體串流

3620:機械中空之旋轉工具頭

3626:整合系統

3627:空氣射流模組

圖1A至圖1B示出了根據一些實施例的具有一系列孔或鏜孔的基板。

圖2A至圖2B示出了根據一些實施例的用於在基板中之孔之混合處理的組態。

圖3A至圖3C示出了根據一些實施例的用於在基板中形成孔之流程圖。

圖4示出了根據一些實施例的液體射流引導之雷射頭的組態。

圖5A至圖5B示出了根據一些實施例的用於用液體射流引導之雷射束在基板中製造孔之方法。

圖6A至圖6B示出了根據一些實施例的孔之側壁粗糙度。

圖7示出了根據一些實施例的用於在基板中形成初始孔之流程圖。

圖8A至圖8D示出了根據一些實施例的用於在基板中形成初始孔之流程圖。

圖9A至圖9B示出了根據一些實施例的由液體射流形成之孔之組態。

圖10A至圖10C示出了根據一些實施例的用於在基板中形成初始孔之流程圖。

圖11A至圖11D示出了根據一些實施例的用於加熱基板以用於將液體射流引導之雷射孔形成制程加速之組態。

圖12A至圖12D示出了根據一些實施例的用於在液體射流制程期間調整基板溫度之流程圖。

圖13A至圖13C示出了根據一些實施例的用於液體射流引導之雷射制程以偵測液體射流制程之終點的感測器組態。

圖14A至圖14B示出了根據一些實施例的用於偵測液體射流制程之終點之流程圖。

圖15A至圖15D示出了根據一些實施例的使用液體射流及放電機加工形成初始孔之制程。

圖16A至圖16B示出了根據一些實施例的使用放電機加工形成初始孔之制程。

圖17A至圖17C示出了根據一些實施例的用EDM制程形成孔之流程圖。

圖18A至圖18B示出了根據一些實施例的使用液體射流在基板中形成多個孔之組態。

圖19示出了根據一些實施例的用液體射流引導之雷射鑽削孔之閉環制程。

圖20A至圖20B示出了根據一些實施例的用於形成孔之制程。

圖21A至圖21C示出了根據一些實施例的機械旋轉工具之組態。

圖22A至圖22C示出了根據一些實施例的用於精加工基板中之孔之流程圖。

圖23A至圖23B示出了根據一些實施例的用於精加工初始通孔之制程。

圖24A至圖24C示出了根據一些實施例的用於精加工初始單側盲孔之制程。

圖25A至圖25B示出了根據一些實施例的用於精加工初始雙側盲孔之制程。

圖26A至圖26B示出了根據一些實施例的使用兩個機械旋轉工具精加工孔之制程。

圖27A至圖27C示出了根據一些實施例的用於精加工基板中之初始孔之流程圖。

圖28A至圖28D示出了根據一些實施例的用於冷卻旋轉工具之組態。

圖29A至圖29C示出了根據一些實施例的用於冷卻機械旋轉工具之流程圖。

圖30A至圖30B示出了根據一些實施例的對準模組之組態。

圖31A至圖31B示出了根據一些實施例的對準模組之另一組態。

圖32A至圖32B示出了根據一些實施例的用於對準機械旋轉工具之流程圖。

圖33A至圖33B示出了根據一些實施例的檢查模組之組態。

圖34A至圖34B示出了根據一些實施例的用於檢查基板中之最終孔之流程圖。

圖35示出了根據一些實施例的用於在基板中完全形成孔之流程圖。

圖36示出了根據一些實施例的液體射流及機械旋轉工具之整合系統的組態。

在一些實施例中，本發明公開了用於在基板中形成例如通孔或盲孔之孔的方法及系統。所形成之孔可以具有在孔入口及出口處具有鋒利的邊緣之內部平滑表面。具有該內表面及邊緣要求之帶孔之基板可以被用於氣體分佈板及均勻性板中。

圖1A至圖1B示出了根據一些實施例的具有一系列孔或鏜孔之基板。用於半導體處理設備之氣體分佈板及均勻性板是基板的良好示例，該基板之良好示例通常需要至厚基板100中機加工的大量小之精密孔或鏜孔101。除了大量孔或鏜孔101之外，此等孔或鏜孔進一步需要高水準之表面精加工105，連同在孔或鏜孔之入口及出口處無損壞的尖銳邊緣104。基板厚度，例如通孔或鏜孔(例如，完全由基板之孔或鏜孔)之深度103，可以小於20mm，例如在10mm及15mm之間。孔或鏜孔之尺寸，例如孔或鏜孔之直徑102，可以小，例如小於2mm，例如在0.1mm至1mm之間，以便提供均勻的氣體分佈。此樣之基板100，例如，矽或碳化矽產品晶圓，通常具有圓形形狀，幷且含有數百或甚至數千個精密孔或鏜孔101，以被用於氣體分佈板及均勻性板中。圓形鏜孔是典型的，但對於一些應用，亦可以應用具有圓形邊緣的細長孔或槽。在下面之描述中，描述了圓形孔，例如藉由使液體射流沿著圓形輪廓行進而形成之孔。但是本發明不限於圓形孔，進一步包含具有圓形邊緣之細長孔或槽。

出於避免污染矽或碳化矽基板之考慮，基板通常由同等純度或更純之基板材料製成，例如亦由矽或碳化矽製成。亦可以使用其他材料，例如氮化鋁、氮化矽、氮化鈦、碳化硼以及陶瓷基複合材料(CMC)及金屬基複合材料(MMC)。此外，基板亦可以是金屬基板及具有鏜孔或孔的其他工件。

陶瓷基複合材料(CMC)由嵌入於陶瓷基質中之陶瓷纖維組成。纖維及基質兩者皆可以由任何陶瓷材料組成，其中碳及碳纖維被視為陶瓷材料。CMC可以藉由嵌入顆粒或長絲束纖維改進陶瓷材料之抗裂性，因此在保持陶瓷基質之高強度及楊氏模數的同時，可以增強組合材料系統之斷裂韌性。碳(C)、特種碳化矽(SiC)、氧化鋁(Al₂O₃)及莫來石(Al₂O₃-SiO₂)纖維最常被用於CMC。CMC之基質材料可以是相同的，例如亦由碳、碳化矽、氧化鋁及莫來石製成。舉例而言，常見之CMC包含可以具有更高之破裂伸長率、增加之斷裂韌 性、更高的抗熱震性及更高之動態負荷能力的碳/碳、碳/碳化矽、碳化矽/碳化矽及氧化鋁/氧化鋁。

金屬基複合材料(MMC)是具有至少一種金屬成分及不同之金屬或另一材料(例如，陶瓷或有機化合物)的複合材料。該金屬基複合材料(MMC)可以藉由將增強材料分散至金屬基質中來製造。舉例而言，碳纖維可以被用於鋁基質中，以在低密度之情況下提供高強度。

在一些實施例中，本發明公開一種用以在基板中形成孔之混合制程，例如，該混合制程可以滿足表面平滑性及邊緣銳度的要求而不損壞氣體分佈板。混合制程可以包含例如由在液體射流引導之雷射系統的液體射流引導之雷射頭中產生的液體射流引導之雷射束或者可替選地由放電機加工制程之初始孔形成。混合制程可以包含例如由機械旋轉工具(例如，由鑽削鑽頭、鉸刀鑽頭、珩磨鑽頭或銑削鑽頭)之孔平滑或精加工制程。在先前存在之孔上使用機械旋轉工具可以大大減少對精加工孔之邊緣的潛在損壞，增加生產量之同時，減少對機械旋轉工具之磨損及撕扯。

圖2A至圖2B示出了根據一些實施例的用於在基板中之孔之混合處理的組態。圖2A(a)至圖2A(b)示出了其中初始孔形成及精加工孔制程在不同之設備中執行(例如，在液體射流引導之雷射系統中形成初始孔及在機械旋轉系統中精加工孔)的組態。圖2B(a)至圖2B(b)示出了其中初始孔形成及精加工孔制程在同一設備中(例如，在組態有機械旋轉組件之液體射流引導之雷射部件中)執行的組態。

在一些實施例中，初始孔形成可以在液體射流引導之雷射系統中執行，該液體射流引導之雷射系統可以包含耦接至運動機構(例如，耦接至二維xy運動或三維xyz運動)之液體射流引導的雷射頭。液體射流引導之雷射頭可以經組態以產生液體射流引導的雷射束，該液體射流引導之雷射束可以是具有在 液體射流內被內反射之雷射束的液體射流，例如液柱。液體射流可以約束雷射束，例如，將雷射束引導至液體射流內。液體射流引導之雷射束可以被用於例如由雷射燒蝕制程自基板去除材料。

圖2A(a)示出了液體射流引導之雷射頭210，液體射流引導之雷射頭210經組態以產生液體射流引導之雷射束216，例如，液體射流216A，該液體射流216A具有在液體射流216A內被內反射之雷射束216B。雷射束216B被組態用於，例如，由雷射燒蝕制程之材料去除。液體射流216A經組態以引導雷射束216B，例如，以防止雷射束髮散。

液體源214可以被提供給液體射流引導之雷射頭210中的噴嘴215。噴嘴可以包含開口，液體射流216A可以自該開口退出。雷射源211可以由透鏡聚焦，以在液體射流216A上形成聚焦之雷射束213。聚焦之雷射束213然後可以在液體射流216A內被內部反射，例如，從而形成內反射之雷射束216B。

視窗212可以安置在聚焦透鏡與液體源214之間。視窗212可以經組態以讓雷射束通過，同時防止來自液體源214之液體接觸及污染雷射部件。

液體射流216(例如，液體射流引導之雷射束)可以被引導於基板200上，例如，以形成具有初始直徑206之通孔201*。液體射流引導之雷射頭210可以在閉環輪廓中(例如，在圓形輪廓或細長輪廓中)移動，該閉環輪廓基本上是例如由xy運動機構控制的具有圓形邊緣之區域。液體射流216可以自圓形輪廓去除材料，以切割具有與圓形輪廓之直徑類似的初始直徑206之圓柱體。在液體射流216通過基板之後，可以自基板去除切割之圓柱體，從而留下具有與圓形輪廓之直徑類似的初始直徑206之孔。

液體射流引導之雷射頭210可以在光柵路徑中(例如，在螺旋路徑中或在約束在閉環輪廓中之多條平行綫中)移動。液體射流216可以由螺旋或光柵綫去除閉環輪廓中之材料，以形成具有與閉環輪廓之直徑類似的初始直徑206 之孔。

圖2A(b)示出了機械旋轉工具頭220，機械旋轉工具頭220經組態以精加工初始孔，例如將初始孔201*擴大至具有最終直徑202之最終孔201中，同時進一步使最終孔的內表面平滑。

機械旋轉工具頭220可以包含機械旋轉工具221，機械旋轉工具221可以具有工具直徑222，工具直徑222可以類似于最終孔201的最終直徑202。在操作中，機械旋轉工具221可以旋轉，同時向下移動224至初始孔201*中。機械旋轉工具221可以具有圓形或橢圓形尖端223，該圓形或橢圓形尖端223可以經組態以最小化對最終孔201之邊緣的損壞。

圖2B(a)及圖2B(b)示出了具有液體射流引導之雷射頭210的組件與機械中空之旋轉工具頭220*之組件的組合系統226，該組合系統226可以經組態以形成初始孔，連同精加工初始孔。液體射流引導之雷射頭210可以與上文描述的類似，其可以經組態以產生液體射流引導之雷射束216，例如，具有在液體射流內被內反射之雷射束的液體射流。液體射流引導之雷射束216可以被組態用於例如藉由沿著圓形輪廓行進多次通過以切除圓柱形材料或者藉由在閉環輪廓內部光柵化多次通過以在閉環輪廓內側形成孔而在基板中做出具有初始直徑206之孔。

舉例而言，液體射流引導之雷射頭210可以包含液體源214，液體源214經組態以在通過噴嘴215之後形成液體射流216。雷射源211可以由透鏡聚焦，以在液體射流216上形成聚焦之雷射束213。視窗212可以安置在聚焦透鏡與液體源214之間。

機械中空之旋轉工具頭220*可以包含機械中空之旋轉工具221*，該機械中空之旋轉工具221*可以具有通過旋轉工具221*之導管277。機械中空之旋轉工具頭220*可以被定位使得來自液體射流引導之雷射頭的液體射流可以進 入導管277，例如，以冷卻機械中空的旋轉工具221*。

在操作中，基板200定位在組合系統226下方。液體源214被打開以形成液體射流216。雷射電源被打開以產生用於在液體射流216中被內反射之雷射束。液體射流216經組態以通過機械旋轉工具頭220*，例如從而通過導管277而不幹擾機械旋轉工具頭220*。液體射流216可以在具有初始直徑206之基板中形成孔(圖2B(a))。

在形成初始孔之後，可以關閉雷射源，從而留下無內反射之雷射束的液體射流216。組合系統226可以在機械旋轉工具221*旋轉之情況下向下移動224*以精加工初始孔，例如，以將初始孔擴大至最終直徑202，幷且以使最終孔的表面平滑(圖2B(b))。

圖3A至圖3C示出了根據一些實施例的用於在基板中形成孔之流程圖。圖3A使用不同或相同之設備形成孔。操作300使用液體射流引導之雷射束在基板中形成孔。操作310使用機械旋轉工具使孔平滑。

圖3B使用不同之設備在基板中形成多個孔。操作330使用由第一平臺上之第一運動機構控制的液體射流引導之雷射束在基板中形成多個孔。操作340使用由第二平臺上之第二運動機構控制的機械旋轉工具使多個孔平滑。

圖3C使用單個設備在基板中形成孔。操作360在基板中形成孔，此可以包含：打開對液體射流引導之雷射頭的液體供應以形成液柱，及打開雷射源以產生經組態以在液柱中被內反射之雷射束。操作370使孔平滑，此可以包含：旋轉機械旋轉工具，同時打開對液體射流引導之雷射頭的液體供應，以形成穿過通過機械旋轉工具之導管的液柱。

在一些實施例中，本發明公開了使用液體射流引導之雷射系統在基板中形成初始孔。已知，例如，美國專利8 859 988及美國專利10 022 820中所公開之液體射流引導之雷射技術能夠機加工各種各樣的材料，例如加工金屬以 及陶瓷材料，包含矽、碳化矽、氮化鋁、氮化矽、氮化鈦、碳化硼、陶瓷基複合材料(CMC)及金屬基複合材料(MMC)，該等美國專利由全文引用併入本文中。

圖4示出了根據一些實施例的液體射流引導之雷射頭之組態。液體射流引導之雷射頭410可以包含保持視窗412之殼體。在窗口412下方，存在液體射流噴嘴415。液體源(例如，水源414)可以被壓至視窗412與噴嘴415之間的空間，以形成層狀液體射流416A。為了處理材料，來自雷射電源之雷射束413被聚焦幷且被引導穿過窗口412幷且穿過液體射流噴嘴415之孔口至層狀液體射流416中。聚焦之雷射束413可以被約束在液柱416A中，此可以由液柱416A內側之全內反射將雷射束416B之能量引導朝向工件基板400。液體射流引導之雷射416可以應用於在基板400中精確地機加工微孔或鏜孔401。

為了在鑽削小幷且深之孔或鏜孔401*時減輕可能之水回噴幹擾，可以使用空氣射流模組，例如美國專利10 307 864中公開之空氣射流模組。在液體射流噴嘴415下方，液體射流引導之雷射通過空氣射流模組427之內導管。提供穿過空氣射流模組427之外部及機械地間隔開之導管的壓縮氣體源417之高容量串流，該高容量串流平行於液體射流引導之雷射416幷且朝向基板400之表面行進。壓縮之氣體串流418充當避免液體射流引導之雷射416的回噴誘發的幹擾之同軸間隔開之護罩。可以使用其他流體代替水來執行液體射流引導之雷射制程。

液體射流引導之雷射頭410可以耦接至運動機構，以例如在法向於液體射流416之平面中或者在平行于及法向於液體射流416之三維移動中移動液體射流引導的雷射頭。

在一些實施例中，液體射流引導之雷射頭可以被用於在基板中形成初始孔。典型之液體射流可以具有在0.02mm至0.08mm之間的直徑，因此可以使用孔擴大制程，例如使液體射流在圓形輪廓中行進，其中圓之直徑等於所期 望的孔之尺寸。可替選地，液體射流可以使光柵圖案行進以形成具有光柵區域之尺寸的孔。

圖5A至圖5B示出了一種根據一些實施例使用液體射流引導之雷射束在基板中打孔之方法。液體射流引導之雷射頭中的液體射流直徑通常小於氣體分佈板及均勻性板中的典型孔直徑，例如，液體射流直徑在0.02mm至0.08mm之間，而孔直徑在0.2mm至0.08mm之間。在操作中，內部具有內反射雷射束之液體射流516通常由雷射燒蝕逐層地去除材料，從而形成具有深度之孔，液體射流可以連續地噴射至基板上的同一位置上，或者沿著基板上之同一輪廓進行多次通過。

為了在基板500中形成較大之孔或鏜孔501，液體射流引導之雷射516可以進行圓形加工運動530以形成切口531幷且切割出圓柱形銷532，或者液體射流引導之雷射516可以進行螺旋運動533或者組合圓形加工運動及螺旋運動以去除盲孔或鑽孔534直徑內之所有材料。更多次地進行螺旋運動533可以在基板500中形成通孔501。

液體射流引導之雷射516可以在基板500中形成孔或鏜孔501，孔或鏜孔501具有乾淨鋒利之邊緣入口及出口。由液體射流引導之雷射516形成之孔或鏜孔501之側壁的平均粗糙度(Ra)可以低於10微米，或者在0.25微米與3微米之間，此取決於基板材料及雷射束的能量參數。

在一些實施例中，孔之側壁之表面粗糙度可以取決於氣體分佈板或均勻性板的應用。對于高粗糙度要求，由液體射流引導雷射頭形成之孔就足夠了。對於低粗糙度要求，可以使用機械旋轉工具進行精加工或平滑處理制程。

圖6A至圖6B示出了根據一些實施例的孔之側壁粗糙度。液體射流616可以用於在基板600中形成孔。典型之孔直徑可以在0.2mm至2mm之間，例如0.2mm至1mm之間或者0.4mm至0.8mm之間。由於液體射流616之直徑小得 多，所以液體射流可以使用圓形圖案或光柵圖案來擴大孔之直徑606。在液體射流制程之後，孔之側壁的粗糙度可以為605*。液體射流可以切割具有側壁粗糙度值之基板，該值取決於基板材料、雷射束之能量參數及切割制程的處理時間。舉例而言，較慢之切割制程可以提供例如具有較低之粗糙度值的較平滑之側壁，但代價是較低之生產量。在一些實施例中，成孔制程可以由液體射流之高表面粗糙度制程，然後使用機械旋轉工具進行後續的平滑制程來滿足粗糙度要求，從而實現高生產量。機械旋轉工具可以使初始側壁表面605*孔平滑成最終側壁粗糙度605，同時將初始孔直徑606擴大成最終孔直徑602。舉例而言，機械旋轉工具可以使側壁平滑至小於幾微米(例如，小於1微米、小於0.5微米或小於0.1微米)之平均粗糙度Ra。

在一些實施例中，表面粗糙度可以用粗糙度平均值Ra來表徵，粗糙度平均值Ra是依據評估長度內中心綫之偏差判定的過濾粗糙度輪廓之算術平均值。在實踐中，Ra可以藉由對表面峰值及穀值之一組單獨量測值取平均值來判定。

圖7示出了根據一些實施例的在基板中形成初始孔的流程圖。具有內反射雷射束之液體射流可以用於在基板中形成孔。液體射流引導雷射頭之噴嘴可以用於形成液體射流。噴嘴亦可以對準雷射束以獲得內反射雷射束。操作700打開對液體射流引導雷射頭中之噴嘴的液體供應，以形成液柱。操作710打開聚焦在液柱上之雷射電源，以形成在液柱中內反射之雷射束。操作720將具有內反射雷射束之液柱引導至基板上，以自基板去除材料。操作730將具有內反射之雷射束的液柱保持在基板上之位置上，以在基板中形成孔。操作740將具有內反射雷射束之液柱在基板上之閉環輪廓中移動，以在基板中切割具有閉環輪廓形狀之材料柱。操作750將具有內反射雷射束之液柱在基板上在閉環輪廓中光柵化，以藉由去除閉環輪廓區域中之材料而在基板中形成孔。

圖8A至圖8D示出了根據一些實施例的在基板中形成初始孔之流程圖。孔可以由具有內反射雷射束之液體射流形成，以形成閉環輪廓或光柵圖案。孔可以略微小於最終所需尺寸，該尺寸經組態以由使用機械旋轉工具(例如，鑽機、鉸刀、銑削工具或珩磨工具)之後續制程來平滑。

在圖8A中，操作800使用液體射流引導雷射束在基板中形成孔，其中液體射流引導雷射束經組態以在閉環輪廓(例如，圓形或橢圓形輪廓)中、在包含螺旋路徑或多個平行路徑之光柵區域中或者在閉環輪廓及光柵區域之組合中行進。

在圖8B中，操作820使用液體射流引導雷射束在基板中形成孔，其中孔之直徑被組態用於最佳化孔之內表面的後續平滑制程。

在圖8C中，操作840使用液體射流引導雷射束在基板中形成孔，其中孔之直徑被組態用於在獲得孔之最終直徑的後續制程中最小化對孔之邊緣之損壞。

在圖8D中，操作860使用液體射流引導之雷射束在基板中形成孔，其中孔之尺寸(例如，直徑)在孔之最終直徑的75%與99%之間，或80%與90%之間。

在一些實施例中，液體射流可以經組態以形成通孔或盲孔，其中孔之尺寸(例如，孔之直徑)經組態以最佳化高生產量，同時滿足成孔要求(例如，側壁粗糙度值及在孔入口及出口處無邊緣損壞)。舉例而言，圓孔直徑可以大於最終所需直徑的75%、大於80%、大於85%或大於90%，例如在最終所需直徑之75%與99%之間，或在最終所需直徑之80%與99%之間，或在最終所需直徑之90%與99%之間。

圖9A至圖9B示出了根據一些實施例的由液體射流形成之孔之構造。可以使用液體射流引導雷射916(例如，具有內反射雷射束之液體射流)在 基板900中形成初始孔901。初始孔可以經組態以由後續之平滑制程(例如，機械旋轉制程)來精加工。舉例而言，最佳化在基板中形成初始孔之制程以實現高生產量，從而能夠以有效之方式在基板中形成數百或數千個孔。

圖9A示出了由液體射流916自基板900之一側去除基板材料來形成初始孔901之制程。舉例而言，液體射流916可以沿著具有初始孔之直徑906之圓形輪廓以多次通過之方式重複地移動。該制程一直持續直至初始孔流體地連接基板之兩側。可以自基板之一側或兩側(例如，與液體射流引導雷射頭相對之基板側)安置一個或多個感測器，以偵測通孔之完成情況。在觀察到感測器偵測信號之後，液體射流可以沿著圓形輪廓繼續多幾次通過，以確保液體射流完全穿透基板。

在形成初始孔之後，液體射流可以移動至基板上之其他位置以形成後續孔。

圖9B(a)至圖9B(c)示出了在基板900中形成通孔901的另一制程。因為在液體射流引導之雷射制程中，加工速度通常隨著加工深度的增加而降低，所以可以期望自兩個相反之側部而不是自一個側部加工工件。舉例而言，在12毫米之材料上鑽孔需要180多秒或240多秒才能完成。一種較佳之方式可以是首先鑽削6毫米深度的盲孔，然後將工件翻轉180°，在盲孔之另一側鑽削幷且流體地連接至盲孔中。如此，總加工時間可以少於90秒或少於60秒。

圖9B(a)示出了第一步驟，其中應用液體射流引導雷射916在基板900之第一表面中快速地加工至少一個盲孔934。液體射流916可以在具有初始盲孔934之直徑906之圓形輪廓內以光柵圖案多次通過幷重複移動。盲孔934之深度可以大於基板900厚度的30%且小於70%，例如在基板900厚度之40%與60%之間。在形成初始盲孔之後，液體射流可以移動至基板上之其他位置以形成後續盲孔。如圖所示，液體射流已在左側上完成了2個盲孔之形成，正在形成第三盲孔。 然後，液體射流可以向右移動，以形成後續盲孔。

圖9B(b)示出了第二步驟，其中基板被翻轉，使得與基板900之第一表面相對之第二表面面向液體射流引導的雷射頭。舉例而言，使用對準模組，將已在第一步驟中形成之盲孔934之盲部對準，使得盲孔934之中心軸綫與液體射流引導的雷射916之軸綫相同。然後施加液體射流引導之雷射916，例如，打開雷射源以在液體射流內產生內反射雷射束，以快速地加工盲孔934之剩餘部分幷且去除所有剩餘的基板材料。如圖所示，液體射流藉由在相對側上形成流體地連接至現有盲孔之其他部分，完成了左側上2個通孔之形成。液體射流正在形成第三盲孔，該第三盲孔經組態以流體地連接至相對側上的盲孔。

圖9B(c)示出了在液體射流完全去除基板中之通孔中的材料之後形成之通孔901，其流體地連接基板900之第一表面及第二表面。可以使用一個或多個感測器來偵測通孔901之形成是否完成。然後，液體射流可以向右移動，以形成後續孔，與相對側上的現有盲孔連接。

在一些實施例中，液體射流可用于形成盲孔，例如，不連接基板之兩個相對表面的孔。液體射流可用于形成兩個相對之盲孔，例如彼此不連接的兩個相對之孔。

初始孔901之直徑可以經組態以最佳化最終成孔生產量。舉例而言，對于例如使用高雷射功率之高生產量液體射流制程，初始孔可以盡可能大，以最小化機械旋轉工具的加工時間。因此，可以應用機械旋轉工具將芯孔901快速地精加工預期最終孔徑。由於液體射流引導雷射916已完成了材料去除方面的所有繁重工作，機械工具只需去除一小部分材料。舉例而言，對於0.45mm之最終孔徑，初始通孔直徑可以是0.40mm，因此機械工具只需去除0.40mm至0.45mm之間的基板材料。

為了藉助於緩慢之機械工具制程來提高生產量，可以使用兩個機 械工具將初始孔901同時精加工至最終孔徑。舉例而言，第一機械工具可以置放在基板之第一表面上方。第二機械工具可以置放在基板之第二表面下方。兩個機械工具之中心軸綫是相同的。兩個機械工具皆可以沿其中心軸綫彼此保持恒定之間距。基板可以沿著兩個機械工具之軸綫以上下擺動之方式移動，或者可選地，兩個機械工具皆可以沿著芯孔之中心軸綫以上下擺動之方式移動。

由於機械工具通常基於其每分鐘之轉速及垂直於基板之方向上的進給速度而具有一定之材料去除率，因此兩個機械工具可以在較短之時間內去除更多之材料。可要求上下擺動以自鏜孔去除基板材料。可選地，只要第一機械工具及第二機械工具之運動不與鏜孔之中心軸綫碰撞，其亦可以根據需要彼此獨立地沿著芯孔1217之中心軸綫移動，以實現有效之去除制程。

圖10A至圖10C示出了根據一些實施例的在基板中形成初始孔之流程圖。在圖10A中，操作1000使用液體射流引導雷射束在基板中形成通孔，其中液體射流引導雷射束經組態以沿著閉環輪廓以多次通過之方式行進，在形成通孔之後去除閉環輪廓中之材料。

在圖10B中，操作1020使用液體射流引導雷射束在基板中形成通孔，其中液體射流引導雷射束經組態以在閉環輪廓中之光柵組態中以多次通過之方式行進。

在圖10C中，操作1040使用液體射流引導雷射束在基板中形成第一盲孔，其中液體射流引導雷射束經組態以沿著閉環輪廓或在閉環輪廓內之光柵組態中以多次通過之方式行進。操作1050可選地翻轉基板以自基板之相對表面形成第二盲孔，其中第二盲孔與第一盲孔對齊。第二盲孔可以連接至第一盲孔，以形成穿過基板之通孔。

在一些實施例中，可以加熱基板以提高液體射流制程的生產量。由於液體射流制程是雷射燒蝕制程，例如由雷射功率去除材料，因此高溫基板可 以加速雷射燒蝕過程。另外，由於液體流動，液體射流制程可以使基板快速冷卻。因此，對於移動之液體射流切割，例如，在圓形輪廓中之材料，在液體射流返回之前可以顯著地冷卻基板。

圖11A至圖11D示出了根據一些實施例的用於加熱基板以加速液體射流引導雷射成孔制程之構造。可以應用液體射流引導雷射1116以在基板1100中形成孔1101。當基板很薄時，例如小於幾毫米，液體射流引導雷射1116可以以幾次通過(例如小於15次通過或小於10次通過)之方式切割孔。當基板非常厚時，例如大於5mm、大於10mm或大於15mm，明顯需要更多次通過，例如大於50次通過或大於100次通過。

若孔1101具有更大之形狀，例如液體射流沿著其行進以切割例如幾釐米之細長孔的大閉環輪廓，則只需幾秒液體射流引導雷射1116就可以完成孔1101之一個圓周通過。由於液體射流之高速度、制程水之強冷卻效應以及壓縮氣體之同軸串流之冷卻效應，基板1100可以在雷射通過後快速冷卻。

本發明認識到，可以使用少量之液體射流引導雷射來切割一定深度之小孔圓周1101。對于較大之孔圓周，例如相同深度下孔圓周加大10倍大，可能需要兩倍或三倍之液體射流，因為液體射流引導雷射1112再次到達孔1101之圓周上之相同點之前需要更長的時間。

在一些實施例中，由輔助加熱裝置可以加熱由液體射流引導雷射1116加工之基板區域，以減輕對加工時間及液體射流引導雷射通過量之冷卻影響。

圖11A示出了用熱水灌注工件(例如，基板1100)之注水噴嘴1141。熱水流1141可以使用液體射流加速孔加工過程。在使用液體射流引導雷射1116之加工過程中，基板1100可以由液體加熱流(例如，注水噴嘴1141)加熱幷且保持升溫。水之溫度可以大於40攝氏度，例如大於50攝氏度。水之溫度可以小於100 攝氏度(例如小於90攝氏度)。在一些實施例中，可以使用具有更高汽化溫度的其他液體將基板加熱至高於100攝氏度。亦可以要求加熱基板之背面，而不是基板之頂面。然後將注水噴嘴安裝在基板下方。

圖11B示出了紅外及/或電感裝置1142，其在加工區域加熱基板1100幷保持基板1100之溫度以加速成孔過程。基板之溫度可以達到50攝氏度以上(例如60攝氏度以上)。基板之溫度可以達到150攝氏度以下(例如110攝氏度以下)。亦可以要求加熱基板之背面，而不是基板之頂面。然後將紅外及/或電感裝置安裝在基板下方。

圖11C示出了在液體射流引導雷射過程中加熱基板幷保持基板溫度之構造。基板1100可以完全地1143或部分地1144浸沒在浸沒流體中。舉例而言，此種浸沒流體可以是水或乙醇。浸沒流體之溫度可以大於40攝氏度(例如大於50攝氏度)。浸沒流體之溫度可以小於浸沒流體(例如，低於100攝氏度或低於110攝氏度之水)之蒸發溫度。

圖11D示出了在液體射流引導雷射過程中加熱基板幷保持基板溫度之構造。基板1100可以接收氣體加熱流，例如空氣調節裝置1145(例如指向正被加工之基板1100的區域之熱空氣槍)。空氣調節裝置1145可以將基板1100加熱至40攝氏度以上(例如50攝氏度以上)之溫度。基板溫度可以小於110攝氏度。

基板可以達到其他溫度(例如高於110攝氏度，例如小於200攝氏度)以改進液體射流切割制程。在一些實施例中，替代基板之頂面，或者除了基板之頂面之外，進一步可以加熱基板之背面。然後，替代自基板之頂部或者除了自基板之頂部之外，進一步自基板下方提供氣體加熱流。

在一些實施例中，例如，對於一些易於受熱損壞且非常脆弱之基板材料，可以將基板冷卻制程應用於基板。舉例而言，液體加熱噴嘴1141、浸沒流體及氣體流動噴嘴1145可以經組態以提供冷卻或冷之液體或氣體。舉例而言， 冷卻溫度可以小於60攝氏度，例如小於40攝氏度，幷且可以大於零下10攝氏度。

圖12A至圖12D出示了根據一些實施例的用於在液體射流過程中調節基板溫度之流程圖。在圖12A中，操作1200在液體射流引導之雷射束之操作期間加熱基板，以在基板中形成孔。

在圖12B中，操作1220在液體射流引導之雷射束之操作期間將基板之溫度維持在40攝氏度與100攝氏度之間。

在圖12C中，操作1240在液體射流引導之雷射束之操作期間控制基板的溫度，以最佳化在基板中形成孔之加工時間。

在圖12D中，操作1260將基板安置在液體射流引導雷射頭下方之平臺上。操作1270使用液體流、氣體流、紅外或電感加熱流中之至少一種或者完全地或部分地浸沒在液池中來加熱基板。操作1280操作液體射流引導雷射頭，以在基板中形成一個或多個孔。

在一些實施例中，可以添加感測器以偵測液體射流之進程，特別地，以判定液體射流制程之終點。感測器可以定位在液體射流頭之相對側，例如，使基板安置在液體射流頭與感測器之間。

當液體射流置放在基板之頂面時，可以使用光或光學感測器來偵測基板之底面是否存在液體射流。當光感測器偵測到液體射流之存在或雷射束的存在時，來自光感測器之信號可以指示液體射流已經穿透基板。在偵測信號之後，可以使液體射流再額外通過幾次，以確保切穿基板之完整性。

當液體射流置放在基板之頂面時，可以使用聲學或聲音感測器來偵測基板之底面是否存在液體射流。感測器可以安置在基板附近，例如在基板之側面上或在基板之頂部處。當液體射流自基板射出時，例如，當液體射流已經穿透基板時，聲學或聲音感測器可以偵測到與液體射流仍然切穿基板時不同之聲音或音調。當液體射流開始(例如不切割基板)時，當液體射流切割基板時，以 及當液體射流完成切割時，液體射流之音調可以不同。因此，藉由監測由與基板相互作用之液體射流發出之聲音的音調，可以監測液體射流之進程。

可以使用其他感測器或感測器之組合，例如光與聲音感測器之組合。

圖13A至圖13C示出了根據一些實施例的用於液體射流引導之雷射制程以偵測液體射流制程之終點的感測器構造。當使用液體射流引導雷射1316在基板1300中形成孔1301時，基於基板材料以及制程參數(例如，液體射流噴嘴直徑、液體射流壓力、雷射功率、雷射脈衝長度、雷射頻率、進給速度及壓縮保護氣體之壓力)而施加一定之材料去除率。液體射流引導之雷射系統通常能夠以相同之切割速度鑽削數百個或數千個孔。因此，液體射流切穿基板之速度可以自實驗資料中判定。

然而，有一些因素會影響可實現之切割速度及自基板之頂面至基板之底面流體地切穿孔所需的時間。舉例而言，基板材料中可能存在不均勻性，此可能導致一些區域切穿得更快或更慢。此外，在液體射流引導雷射頭內部，某些部件會隨著時間之推移而磨損，例如雷射在其耦接至液體射流噴嘴中之前必須通過的雷射窗口。經過一定數量之工作時間之後，此種雷射視窗因此被替換。為了加快整個鑽削或突出部切割過程，亦為了偵測可消耗部件之磨損情況，可以應用偵測切穿點的感測器。

切穿光學感測器1352可以置放在基板1300之附近。可選地或另外，切穿聲學感測器1351可以置放在基板1300之附近。在一些實施例中，切穿光學感測器1352及切穿聲學感測器1351皆置放在基板1300之旁邊或下方，其中至少有一個孔1301是由液體射流引導雷射1316加工的。當鑽削制程開始幷且液體射流引導雷射1316之雷射束被接通時，就可以產生強烈之電漿誘導切割聲音。此種電漿誘導聲音之音調頻率通常與雷射束之頻率相同。隨著液體射流引導之雷射 1312穿透基板1300之深度增加，此種電漿誘導聲音可以減小或甚至消失。在切穿時，快速退出孔1301下部的液體射流引導雷射1316發出之聲級可能突然增加。在孔1301尚未被切穿之彼等部分中，發出之聲音會再次消失。舉例而言，在液體射流引導之雷射1316初始切穿時，相同雷射通過時僅孔1301圓周之四分之一被切穿，而鑽孔1301圓周之四分之三未被切穿。對於此種切穿部分，可以由切穿聲學感測器1351偵測發出之聲音。對于孔1301圓周尚未被切穿之部分，切穿聲學感測器1351可以偵測到更低之聲音或根本無發出之聲音。

當鑽削制程開始幷且液體射流引導之雷射1316的雷射束被接通時，大部分雷射能量由液體射流引導雷射1316通過液體射流內部之全內反射導向基板1300幷進入孔1301之切割區域中。切穿光學感測器1352可以置放在基板1300之相對位置，換言之，基板1300位於液體射流引導之雷射頭與切穿光學感測器1352之間。當鑽削過程開始時，切穿光學感測器1352可以偵測到低強度的發射雷射或根本無發射之雷射。在切穿時，退出孔1301之下部之液體射流引導雷射1316發射的雷射級可能突然增加。在孔1301尚未被切穿之彼等部分中，發射之雷射會再次消失。舉例而言，在液體射流引導之雷射1316初始切穿時，相同雷射通過時僅孔1301圓周之四分之一被切穿，而孔1301圓周之四分之三未被切穿。對於此種切穿部分，可以由切穿光學感測器1352偵測發射之雷射。對于孔1301圓周尚未被切穿之部分，切穿光學感測器1352可以偵測到更低之雷射或根本無發射之雷射。

在一些實施例中，在液體射流引導之雷射頭內部，來自幷非由雷射本身產生之光源的光耦合至液體射流引導之雷射1316中。此種二次光源可以是發射特定波長的LED。切穿光學感測器1352可以裝配有至少一個光學濾波器，光學濾波器可以阻擋雷射波長幷使LED波長通過，反之亦然。在切穿時，在退出孔1301下部之液體射流引導雷射1316引導下，LED照明度會突然增加。在孔1301 尚未被切穿之彼等部分中，LED照明度會再次消失。舉例而言，在液體射流引導雷射1316初始切穿時，相同雷射通過時僅孔1301圓周之四分之一被切穿，而孔1301圓周之四分之三未被切穿。對於此種切穿部分，可以由切穿光學感測器1352偵測LED照明度。對于孔1301圓周尚未被切穿之部分，切穿光學感測器1352可以偵測到更低之LED光或根本無LED光。

圖13C示出了切穿光學感測器、切穿聲學感測器及發射雷射之振幅行為。可以使用切穿光學感測器1352或切穿聲學感測器1351中之一者來精確地判定液體射流引導雷射1316切穿基板1300之瞬間。除了判定切穿之瞬間之外，進一步可以偵測到圓周上完全切割之孔。在此種情況下，由切穿光學感測器1352偵測到之發射的雷射強度1352*在液體射流引導之雷射1316在孔1301之圓周上之整個加工過程中一直處於高強度狀態中，或者由切穿聲學感測器1351偵測到的發出之聲音強度1351*在液體射流引導雷射1316在孔1301之圓周上之整個加工過程中一直是處於高強度狀態中。在一些實施例中，由切穿光學感測器1352與切穿聲學感測器1351之組合來偵測用液體射流引導雷射1316形成之孔1301的切穿點。發射之雷射強度1352*及發出之聲音強度1351*可以在雷射打開/關閉模式1311*中監測。

在將孔1301加工在基板1300中之前，液體射流引導雷射頭之雷射發射是關閉的。通常，可以獨立地控制雷射發射及形成液柱之水源。舉例而言，當雷射發射關閉時，水可以運轉。當孔1301製造過程開始時，開啟雷射發射幷將其引導穿過液體射流至基板1300上。在雷射打開瞬間1353，偵測到之發射雷射強度1352*可以低於信號臨限值，由於尚未切穿之基板1300形成光學屏障，故無雷射可以被切穿光學感測器1352接收。在雷射打開瞬間1353，偵測到之發出聲音強度1355可以高於信號臨限值，因為切穿聲學感測器1351可以偵測到由切割電漿發出之聲音。然而，一旦液體射流引導之雷射1316更深入基板1300中，發出之聲 音強度1353可以快速地降低至信號臨限值以下。

在雷射切穿瞬間1354，發射之雷射強度1356及發出之聲音強度1357皆可以快速地增加幷超過信號臨限值。在孔1301之整個圓週期間，液體射流引導之雷射可以保持處於打開狀態幷進行加工，直至發射之雷射強度1356及發出之聲音強度1357保持在信號臨限值以上。然後，雷射可以切換至關閉狀態，在雷射關閉瞬間1354*，發射之雷射強度1356及發出之聲音強度1357皆可以再次突然降低至信號臨限值以下。監測發射之雷射強度1352*及發出之聲音強度1351*可以提供一種安全之方法來偵測孔1301在各種各樣之基板及基板1300材料中的完全切穿情況以及不同之鏜孔幾何形狀(例如，圓形孔、方形孔、橢圓形孔、細長孔、錐形孔、窄的高縱橫比綫及其他自由形狀)。

圖14A至圖14B示出了根據一些實施例的用於偵測液體射流制程之終點的流程圖。在圖14A中，操作1400打開雷射發射以產生在液柱中內反射之雷射束，以形成穿過基板之孔。操作1410接收來自光學感測器及聲學感測器中至少之一的信號，指示孔完全穿過基板。操作1420關閉雷射發射。

在圖14B中，操作1440感測具有在基板上方產生內反射雷射束之液柱的通過，其中感測包含自光感測器及聲學感測器接收信號。操作1450使具有內反射雷射束之液柱行進預定之時間量。操作1460關閉雷射發射。

在一些實施例中，可以使用放電加工(EDM)制程在基板中形成初始孔。舉例而言，可以使用EDM制程來擴大由液體射流形成的初始孔。可選地，可以使用EDM制程來形成初始孔，而無需液體射流。

圖15A至圖15D示出了一種根據一些實施例的使用液體射流及放電加工形成初始孔之制程。圖15A示出了使用液體射流1516在基板1500中形成初始孔1501。初始孔1501之直徑可以經組態以容納EDM電極，例如連接EDM電源1535之兩個端子的導綫1507。

圖15B示出了使用導綫EDM制程之擴孔加工。舉例而言，在將孔擴大至略小於最終直徑的尺寸之後，可以使用機械旋轉工具來精加工擴大之孔，例如使擴大之孔之表面平滑。與EDM制程相比，機械旋轉工具可以提供更低之粗糙度值。

EDM制程可以是基於導綫之EDM制程，在該制程中，使用細導綫來侵蝕孔1501之直徑內的材料。在此種情況下，EDM電極直徑1508遠小於芯孔直徑1501，幷且可以進行圓形加工運動幷切割出圓柱形銷，或者EDM制程可以進行螺旋運動或者組合圓形及螺旋加工運動以去除孔1501之直徑內的所有材料。

舉例而言，滾絲可以穿過由液體射流形成幷連接至EDM電源之端子的孔。基板1500可以連接至EDM電源的第二端子。當EDM電源打開時，可以例如由自導綫EDM至基板之放電過程來去除基板材料。導綫可以在閉合回路輪廓(例如，圓形輪廓)中移動，以將初始孔擴大至預期尺寸。

圖15C示出了使用基於下沉電極之EDM制程的擴孔制程，在該制程中，使用孔形電極來侵蝕孔1501之直徑內的材料。舉例而言，在將孔擴大至略小於最終直徑之尺寸之後，可以使用機械旋轉工具來精加工擴大之孔，例如使擴大之孔之表面平滑。EDM電極可以在一端耦合至EDM電源。在此種情況下，EDM電極1507*可以僅略微小於由液體射流形成之初始孔。

圖15D示出了由用於擴大液體射流所形成之初始孔的EDM制程形成之孔之構造。EDM孔之直徑1508可以略小於最終直徑1502。EDM孔可以使用機械工具將其精加工成具有最終直徑1502之預期最終孔，其中，最終直徑1502具有預期品質及粗糙度值。

圖16A至圖16B示出了根據一些實施例的使用放電加工形成初始孔之制程。在圖16A中，EDM制程可以是基於下沉電極之EDM制程，在該制程 中，將電極1607施加至基板以侵蝕基板中之材料。電極連接至EDM電源1635之端子。基板連接至EDM電源的另一端子。

圖16B示出了由EDM制程形成之初始孔的構造。EDM孔之直徑1608可以略小於最終直徑1602。EDM孔可以使用機械工具將其精加工成具有最終直徑1602之預期最終孔，其中，最終直徑1602具有預期品質及粗糙度值。

圖17A至圖17C示出了根據一些實施例的使用EDM制程形成孔之流程圖。在圖17A中，操作1700使用液體射流引導之雷射束形成穿過基板的孔。操作1710使用導綫放電加工來擴大孔。操作1720使用機械旋轉工具使擴大之孔平滑。

在圖17B中，操作1740使用放電加工在基板中形成孔。操作1750使用機械旋轉工具使孔平滑。

在圖17C中，操作1770使用液體射流引導之雷射束或放電加工在基板中形成孔。操作1780使用機械旋轉工具使孔平滑。

在一些實施例中，液體射流可以在基板上自一個位置移動至另一個位置以形成多個初始孔，然後將基板轉移至機械旋轉工具頭以精加工此等孔。液體射流之移動可以由運動機構(例如，xy或xyz運動台)來執行，以使液體射流引導雷射頭移動，由此產生液體射流。

圖18A至圖18B示出了根據一些實施例的使用液體射流在基板中形成多個孔之構造。圖18A(a)及圖18A(b)示出了一種使用液體射流自基板之一側在基板中形成通孔的構造。圖18B(a)及圖18B(b)示出了一種構造，在該構造中，使用液體射流自基板之一側在基板中形成盲孔，隨後翻轉基板，再自基板之相對側將盲孔加工成通孔。

在圖18A(a)中，液體射流1816(例如，具有約束在液體射流之邊界內幷且由液體射流引導之雷射頭產生的內反射雷射束之液體射流)可以用 於在基板1800中形成通孔1801。液體射流可以沿著閉環輪廓(例如沿著圓形輪廓)進行多次通過，以切割直徑與預期孔直徑相同之圓柱體。可選地，液體射流可以在圓形輪廓內光柵化，例如做出螺旋路徑或多條平行綫，以自孔去除材料，而不是做出圓柱體。在圖18A(b)中，液體射流移動至基板上之另一位置以形成後續通孔。

基板中之通孔可以是初始孔，例如，通孔隨後由後續機械旋轉工具精加工，例如，以使孔壁平滑。

在一些實施例中，初始孔可以由液體射流與EDM制程之組合來形成。舉例而言，液體射流可以形成一個或多個具有適合EDM電極直徑的初始孔。舉例而言，使用基於下沉電極之EDM制程，由液體射流形成之初始孔可略大於下沉電極尺寸。若使用基於導綫電極的EDM制程，則初始孔可以更大，例如大得足以讓導綫通過。可選地，可以由EDM制程形成孔，而無需初始孔。舉例而言，可將下沉電極置放在基板附近，幷打開EDM電源，自電極去除材料以形成孔。

在任何情況下，由液體射流、液體射流與EDM電極之組合或EDM電極形成之初始孔之尺寸可以適合於使用機械旋轉工具的後續精加工制程。

在一些實施例中，液體射流可以在基板中形成所有通孔。然後，基板可以移動至EDM系統，該EDM系統可以經組態以繼續加工由液體射流形成之通孔。在精加工之後，基板可以移動至機械旋轉系統，在該系統中，可以使用機械旋轉工具來完成初始孔之加工。

在圖18B(a)中，液體射流1816可用於在基板1800中形成盲孔1834。液體射流可以在基板之某個位置形成盲孔。液體射流然後移動至另一位置以形成另一盲孔。繼續該過程直至在基板中形成所有之盲孔。

在圖18B(b)中，基板被翻轉，例如盲孔之開口側現位於液體射 流之相對側中。舉例而言，可以由對準模組將液體射流與盲孔對準。在對準之後，液體射流可以在對準之盲孔之相對側中形成另一盲孔。液體射流可以進一步加工將兩個盲孔連接起來，形成通孔，從而連接基板之兩側。

在形成通孔之後，藉由將盲孔連接至現有之對面盲孔中，液體射流可移動至基板上之另一位置以形成後續通孔。

基板中之通孔可以是初始孔，例如，通孔隨後由後續機械旋轉工具精加工，例如，以使孔之壁平滑。

圖19示出了根據一些實施例的使用液體射流引導雷射來鑽削孔之閉環制程。可以啟用用於鑽削鏜孔或鏜孔之芯孔的雷射加工制程。雷射機床可以將液體射流引導雷射頭移動至多個加工位置中的第一位置。可以啟動雷射制程。一旦至少一個感測器偵測到切穿信號，雷射制程就可以按規定次數進行額外之安全通過。在進行安全通過規定次數之後，雷射制程可停止，且雷射機床則將液體射流引導雷射頭移動至多個加工位置中之下一個加工位置。循環繼續，且一旦完成多個加工位置中之最後一個位置，循環則完成。

操作1900將基板置放在平臺上。液體射流引導雷射頭之噴嘴可用于形成液體射流。噴嘴亦可以與雷射束對準，以在液體射流內獲得內反射雷射束。操作1910打開液體供應，以形成液柱。操作1920將液體射流引導雷射頭移動至基板上之第一位置。操作1930打開雷射發射，以產生在液柱中內反射之雷射束，用於形成穿過基板之第一孔。操作1940可選地進行額外之雷射通過，以確保在觀察到來自感測器之切穿信號之後切穿基板。操作1950關閉雷射發射。操作1960繼續在後續位置上形成後續切穿孔。

在一些實施例中，本發明公開了用以精加工由液體射流引導雷射系統形成的初始孔之後續制程，例如，使初始孔之側壁平滑幷實現孔之預期最終直徑，同時確保入口及出口邊緣無損壞。精加工制程可以由可以使初始孔之側壁 平滑之機械旋轉工具(例如，鑽削鑽頭、側部銑削鑽頭、端部銑削鑽頭、鉸刀或珩磨工具)進行。使用直徑與最終孔直徑相等之旋轉工具，旋轉工具進一步可以在使側壁平滑之同時，將初始孔調整為具有最終直徑。此外，使用具有圓形尖端(例如，橢圓形尖端)的旋轉工具，旋轉工具進一步可以避免旋轉工具與孔入口處之表面之間的突然起動接觸，如此，可以調整孔入口之邊緣以使孔入口處的邊緣鋒利，而無磨損，例如邊緣碎裂或邊緣凹凸不平。在一些實施例中，可以翻轉基板，幷且旋轉工具可以在通孔之另一端(例如，孔出口)處形成鋒利之邊緣(例如，無損壞之邊緣)。

機械旋轉制程可以包含切割制程或珩磨或磨削制程。切割制程可包含切割工具上之一個或多個鋒利邊緣，用於切削基板中之材料。舉例而言，鑽頭可在鑽頭之尖端部分上具有錐形切端，用於沿軸向去除材料。鑽頭可在鑽頭之凹槽部分上具有鋒利的切割邊緣，用於自鑽孔之側壁去除材料。珩磨制程可包含珩磨工具上之一個或多個粗糙表面，用於由珩磨制程去除基板中之材料。

機械旋轉制程可以包含鑽孔制程、鏜孔制程、鉸削制程、銑削制程或珩磨制程。鑽孔是一種切割制程，其可使用鑽削鑽頭在基板中切割圓形孔。可以在鑽孔制程中使用機械旋轉工具(例如，鑽削鑽頭)來切割材料。鑽孔制程可以在有或無初始孔之情況下進行。在有初始孔之情況下，鑽削鑽頭可以旋轉，同時隨後自初始孔之側壁刮削材料。在無初始孔之情況下，鑽削鑽頭可以鑽入基板中以形成圓形孔。機械旋轉頭可用於握住及旋轉旋轉工具。

鏜孔亦是一種切割制程，其可以使用單點切割工具、鏜孔頭或鏜孔杆來擴大基板中的現有孔。鏜孔制程類似於在有初始孔之情況下的鑽孔，其用於將基板中之初始孔擴大及平滑。鏜孔制程不同於在無初始孔情況下之鑽孔，其用於在基板中形成初始孔。

鉸削亦是一種切割制程，其可以使用旋轉切割或珩磨工具(例如， 鉸刀或鉸削鑽頭)在基板中之現有孔中形成平滑之內壁。與鑽削鑽頭及鏜孔杆一樣，鉸刀亦會自初始孔去除側壁材料。然而，與鑽削鑽頭相比，鉸刀去除之材料明顯更少，例如去除材料之速度更慢。鉸刀通常用於在初始孔中形成平滑的壁。

珩磨是一種研磨加工制程，其可以使用磨石刀或珩磨工具由磨削磨石或磨輪在金屬工件上產生精密表面。珩磨工具可以包含金剛石磨料鏜杆。該工具可擴展，以補償金剛石套筒之磨損。

在一些實施例中，可以基於工作之目的而選擇旋轉工具。舉例而言，可以使用鑽削鑽頭來快速地擴大具有粗糙側壁表面之初始孔。鏜孔杆更精確，幷且可以產生更平滑的側壁表面。在三種類型之旋轉切割或珩磨工具當中，鉸刀及珩磨工具更精確，幷且亦可以產生最平滑之表面。

圖20A至圖20B圖示了根據一些實施例的用於形成孔之制程。圖20A(a)至圖20A(c)示出了在無初始孔之情況下使用機械旋轉工具的制程。舉例而言，在無初始孔之情況下，用於氣體分佈板及均勻性板之陶瓷基板2000中之精密孔2001可以藉由用機械旋轉工具2020(例如，鑽削鑽頭)順序地鑽削每個孔2001來形成。氣體分佈板或均勻性板之典型基板2000由單晶矽材料製成，幷且可以具有1000至2000個高縱橫比精密孔2001，以在基板之前側部與後側部之間產生流體連接，精密孔2001之孔直徑為0.2mm至0.8mm、孔深度高達10mm至15mm。為了實現所期望之孔直徑，通常使用具有相同直徑之旋轉工具。對氣體分佈板或均勻性板之孔的要求可以包含使每個孔之內壁平滑、如鏡，以避免可能潛在地污染實際產品晶圓的不想要之顆粒之黏附，通過此等孔2001之氣體被引導至實際產品晶圓上。

鑽削工具2020通常可以實現孔內壁之所期望的如鏡表面精加工。為了確保穩定幷且可重複之氣體分佈，孔入口以及孔出口進一步必須具有鋒利之邊緣，而無任何圓周損壞。由於基板2000可以是易碎之基板(例如，單晶矽)， 所以機械鑽削工具可以造成增加孔入口上的材料碎裂2061以及孔出口上之材料碎裂2062之風險。

此外，當處理陶瓷基板2000時，例如當處理如矽或碳化矽之材料時，存在對鑽削工具之實質性磨損，從而導致工具壽命縮短。在生產量方面，每個孔2001可能花費3至4分鐘來鑽削。舉例而言，若鑽削鑽頭在需要1500個孔之基板中的第1480個孔處斷裂，則整個基板2000可能潛在地被報廢，幷且損失許多個小時的機加工工作。

圖20B(a)至圖20B(c)示出了在有初始孔之情況下使用機械旋轉工具2020*之制程。可以在基板2000中形成初始孔2001。初始孔之直徑可以略微小於最終孔之直徑，舉例而言，初始直徑可以在最終直徑的75%與99%之間。可替選地，最終直徑與初始直徑之間的差可以是初始孔表面粗糙度之幾倍(例如，2倍至10倍，或2倍至6倍，或2倍至4倍)。因此，旋轉工具可以使初始孔至最終孔之側壁表面平滑，而不用大量去除側壁材料。

旋轉工具2020*可以具有工具尖端2023，例如，可以允許旋轉工具自側壁表面接觸頂部邊緣例如從而以不垂直於基板之頂部表面的角度接觸頂部邊緣(此可以減少頂部邊緣處之潛在材料碎裂)之尖端。因此，在工具尖端幷且自側壁特別是在頂部邊緣處去除材料最少之情況下，孔之頂部邊緣可以無不規則之成形器，例如無碎裂或無損壞2061*。旋轉工具可以繼續，因此可以自頂部方向通過孔。

在一些實施例中，可以翻轉基板2066，例如，在完成通孔之前，旋轉工具2020*被自基板去除，幷且基板被翻轉以使基板之底部表面面向旋轉工具。然後，旋轉工具可以旋轉幷且向下移動，以自新的側部(例如，自底部側部現在變成頂部側部)精加工孔。在有工具尖端之情況下，底部邊緣可以無碎裂邊緣或無損壞2062*。

圖21A至圖21C圖示了根據一些實施例的機械旋轉工具之組態。可以使用機械旋轉工具來精加工由液體射流制程、由液體射流制程及EDM制程之組合或由EDM制程形成之孔。為了去除芯孔與最終孔直徑之間的剩餘材料，機械工具可以以大於20.000RPM之速度來旋轉。在一些實施例中，機械工具可以以40.000及120.000RPM(每分鐘轉數)之間的速度來旋轉。

基於基板材料，用於將芯孔精加工成最終孔直徑的機械旋轉工具2120可以具有不同之形狀，以用於最佳之材料去除、所期望之孔內壁表面精加工及工具壽命。機械旋轉工具可以是鑽削鑽頭、鉸刀、銑削工具或珩磨工具。

圖21A(a)至圖21A(c)示出了旋轉工具的不同工具尖端，工具尖端可以具有針對芯孔精加工制程而最佳化之尖端參數。機械工具2120之工具尖端2163或2163*可以是平坦尖端，或者可以具有被最佳化以使得工具能夠軟自定中心至芯孔之中心軸綫中的尖端。工具尖端可以具有圓錐形形狀、半球形狀或另一適合的凸形形狀。

圖21B(a)至圖21B(c)示出了用於例如具有主要切割表面2164及次要切割(或非切割)表面2164*的旋轉工具主體之不同組態。工具主要切割表面2164可以由碳化物、硬金屬、碳化硼、氮化矽或立方氮化硼製成。在一些實施例中，工具切割主要表面可以由金剛石材料(例如，合成金剛石材料)製成。此樣之合成金剛石材料之示例是多晶金剛石(PCD)、單晶金剛石(或單晶金剛石SCD)或粘結劑材料中之金剛石顆粒。

在一些實施例中，旋轉工具可以具有由金剛石材料製成的工具主要切割表面2164，工具主要切割表面2164連接至由不同材料(例如，碳化物、硬金屬、碳化硼、氮化矽或立方氮化硼)製成之次要切割或非切割表面2164*。

在一些實施例中，旋轉工具可以具有由金剛石材料製成之工具主要切割表面2164，其中工具主要切割表面一直向上延伸至工具軸。

圖21C(a)至圖21C(c)示出了用於旋轉工具之不同工具軸組態。通常，旋轉工具可以在整個主要切割表面及次要切割表面上具有相同的直徑。在一些實施例中，旋轉工具可以具有第二工具直徑，以最佳化芯孔精加工制程之不同參數。舉例而言，旋轉工具可以具有帶有第一工具直徑的工具切割主要表面，該工具切割主要表面連接至具有第二工具直徑(例如，凹部直徑2165)之工具次要切割表面。

圖22A至圖22C圖示了根據一些實施例的用於精加工基板中之孔之流程圖。在圖22A中，操作2200使用機械旋轉工具使基板中之孔平滑。在圖22B中，操作2220在進入基板中之孔時旋轉機械旋轉工具，其中孔具有針對高生產量及最小邊緣損壞而最佳化之直徑。

在圖22C中，操作2240在進入基板中之孔時旋轉機械旋轉工具。機械旋轉工具可以具有圓形尖端。機械旋轉工具可以具有在尖端附近的經組態以使孔之內表面平滑之部分。機械旋轉工具可以具有在基部附近之部分，該部分之直徑小於在機械旋轉工具之尖端附近的部分之直徑。

在一些實施例中，氣體分佈板或均勻性板可以由液體射流制程及機械旋轉制程之組合來形成。舉例而言，可以最初使用液體射流引導之雷射形成芯孔，幷且然後使用機械旋轉工具將芯孔精加工至最終孔。可以應用液體射流引導之雷射來快速地鑽削深幷且高品質的微小孔，而無任何工具磨損。為了在基板中形成芯孔，液體射流引導之雷射可以進行圓形機加工運動幷且切割出圓柱形銷，或者液體射流引導之雷射可以做出螺旋或者圓形及螺旋機加工運動之組合以去除芯孔的直徑內側之所有材料。

孔側壁表面粗糙度可以實現低於Ra 1um之值，或者甚至低於Ra 0.3um之粗糙度。然而，工件(例如，用於半導體處理設備之氣體分佈板及均勻性板之基板)可以要求低於Ra 0.1um之孔側壁粗糙度值。機械鑽削工具可以實 現低於Ra 0.1um的此樣之粗糙度值，然而，鑽削制程是緩慢的，因為鑽機需要緩慢地進入至基板材料中及自基板材料退出，以避免以碎裂掉之基板材料的形式對孔入口及孔出口造成損壞。此樣之鑽削制程可以花費3至5分鐘做出僅一個孔。此外，鑽削工具可能與僅幾百個孔之後一樣快速地磨損。

在一些實施例中，應用液體射流引導之雷射來自孔快速地去除大部分材料，幷且由液體射流引導之雷射，在無任何工具磨損之情況下，在材料去除方面快速地執行所有繁重提升。可以應用液體射流引導之雷射來快速地形成在直徑上略微小於所期望之最終孔直徑的芯孔。舉例而言，若在11mm厚之矽基板中所期望之最終孔直徑是0.45mm，則可以應用液體射流引導之雷射來快速地形成0.40mm直徑的芯孔。取決於液體射流引導之雷射參數，可以在例如30至60秒內形成此樣之芯孔。

在形成孔之後，可以應用機械工具來去除少量剩餘材料。具有匹配最終孔直徑之工具直徑的工具可以將芯孔直徑擴展至最終孔直徑，同時只必須去除非常少之材料。因此，與鑽削穿過整個大塊基板材料之最終孔相比，機械工具沿著芯孔之中心軸綫的方向上之進給速度可以顯著更快。此樣之精加工步驟可以在例如30至60秒內完成，使得以所期望之品質及粗糙度鑽削所期望之孔直徑的總時間可以減少50%或更多。

在一些實施例中，取決於生產設施中之較佳材料流動及節拍時間，可以在同一機器(液體射流引導之雷射+機械鑽機)或在兩個單獨之機器中應用由液體射流引導之雷射形成芯孔及用機械工具將芯孔精加工成最終孔直徑之操作。

在一些實施例中，初始孔可以由EDM制程(例如，液體射流與EDM制程之組合)或者僅由EDM制程形成。舉例而言，基於導綫之電極EDM制程可以與液體射流制程結合使用，以形成初始孔。可替選地，在無液體射流制程之情 況下，可以使用基於下沉電極之EDM制程來形成初始孔。

在由液體射流制程、EDM制程或液體射流及EDM制程之組合形成初始孔之後，初始孔可以由機械旋轉工具來精加工，例如，被平滑至最終尺寸，以獲得具有所期望直徑及所期望品質及粗糙度值之最終孔。

在一些實施例中，機械旋轉工具可以經組態以自一個側部、以順序方式自2個側部或同時自2個側部使初始孔平滑。另外，初始通孔可以由液體射流自一個側部或自2個側部形成。

在一些實施例中，可以基於初始孔形成、基於基板材料幷且進一步基於最終孔要求而最佳化孔精加工制程。為了實現最好之孔，對於不同之芯孔精加工策略，必須考慮側壁品質以及入口及出口側部品質。舉例而言，芯孔可以將基板之上部側部流體地連接至基板之下部側部。可以應用機械工具來將芯孔精加工至所期望之最終孔直徑。機械工具可以具有等於或略微小於所期望之最終孔直徑的工具直徑。

在一些實施例中，芯孔可以是覆蓋基板深度之30%以上(例如，基板深度之50%以上但95%以下)之盲孔。可以應用機械工具來將芯孔精加工至所期望之最終孔直徑。機械工具可以自芯孔之開口側部進入基板。機械工具可以產生穿過基板之下部側部的最終突起。機械工具可以具有等於或略微小於所期望之最終孔直徑的工具直徑。

在一些實施例中，芯孔可以是覆蓋基板深度之30%以上(例如，基板深度之50%以上但95%以下)之盲孔。機械工具可以自芯孔之盲側部進入基板，幷且鑽削穿過全部材料，直至其到達芯孔之開口部分為止。然後，可以應用機械工具來將芯孔精加工至所期望之最終孔直徑。機械工具可以具有等於或略微小於所期望之最終孔直徑的工具直徑。

在一些實施例中，芯孔可以由各自在基板之相反側部處之兩個盲 孔組成，其中每個芯孔之中心軸綫基本上在穿過基板之同一軸綫上。兩個盲孔中之每一個皆可以覆蓋基板深度之30%以上但45%以下。機械工具可以自任一芯孔之開口側部進入基板。機械工具可以產生穿過基板之中心部分的最終突起。機械工具可以具有等於或略微小於所期望之最終孔直徑的工具直徑。當機械工具進入基板面之任一側部時，此種方法對於對材料碎裂敏感之非常易碎基板材料可能是較佳的。關鍵突起在材料碎裂風險低之基板內側形成。

圖23A至圖23B示出了根據一些實施例的用於精加工初始通孔之制程。圖23A(a)至圖23A(c)示出了接近基板2300中之通孔2301的旋轉工具2320。通孔2301可以由液體射流制程形成，其直徑略微小於旋轉工具2320之直徑。旋轉工具可以旋轉幷且進入初始通孔2301，以用於使初始通孔的側壁平滑，幷且亦用於使初始通孔具有最終直徑。旋轉工具可以自基板中抽回，例如，以移動至另一通孔。

圖23B(a)至圖23B(e)示出了旋轉工具2320將基板中之初始通孔精加工或平滑的另一制程。旋轉工具可以自基板之第一側部使通孔之一部分平滑。然後，旋轉工具可以自基板抽回。然後，可以翻轉基板2366。旋轉工具可以自基板的與第一側部相反之第二側部使通孔之剩餘部分平滑。然後，旋轉工具可以自基板抽回。

圖24A至圖24C示出了根據一些實施例的用於精加工初始單側盲孔之制程。圖24A(a)至圖24A(b)示出了旋轉工具2420自盲孔之開口側部接近盲孔2434。盲孔2434可以由液體射流制程形成於基板2400中，其直徑略微小於旋轉工具2420之直徑。旋轉工具可以旋轉幷且進入初始盲孔2434，以用於使初始盲孔之側壁平滑，幷且亦用於使初始盲孔具有最終直徑。旋轉工具可以自基板中抽回，例如，以移動至另一盲孔。

圖24B示出了用於精加工盲孔之另一制程，旋轉工具2420自盲孔 之盲側部(例如，自盲孔之開口之相反側部)接近盲孔2434。盲孔2434可以由液體射流制程形成於基板2400中，其直徑略微小於旋轉工具2420之直徑。然後，可以翻轉基板，以將盲孔之盲側部呈現給旋轉工具。旋轉工具可以旋轉，幷且自對準之位置切割至基板中，對準之位置是盲孔的中心。然後，旋轉工具可以形成最終之通孔，從而使孔之側壁平滑，幷且進一步用於使初始孔具有最終直徑。旋轉工具可以自基板中抽回，例如，以移動至另一盲孔。

圖24C(a)至圖24C(e)示出了旋轉工具2420將基板中之初始盲孔精加工或平滑的另一制程。旋轉工具可以自盲孔之開口側部使盲孔之一部分平滑。然後，旋轉工具可以自基板抽回。然後，可以翻轉基板2466。旋轉工具可以自基板的與盲孔之開口側部相反之第二側部使盲孔之剩餘部分平滑。然後，旋轉工具可以自基板抽回。

可替選地，旋轉工具可以首先自盲孔之開口側部的相反側部使盲孔之一部分平滑。

圖25A至圖25B示出了根據一些實施例的用於精加工初始雙側盲孔之制程。圖25A(a)至圖25A(c)示出了旋轉工具2520自盲孔之兩個開口側部中之任一個接近盲孔2534。盲孔2534可以由液體射流制程形成於基板2500中，其直徑略微小於旋轉工具2520之直徑。旋轉工具可以旋轉幷且進入初始盲孔2534，以用於使初始盲孔的側壁平滑，幷且亦用於使初始盲孔具有最終直徑。旋轉工具可以自基板中抽回，例如，以移動至另一盲孔。

圖25B(a)至圖25B(e)示出了旋轉工具2520將基板中之初始盲孔精加工或平滑的另一制程。旋轉工具可以自盲孔之兩個開口側部中之任何一個使盲孔之一部分平滑。然後，旋轉工具可以自基板抽回。然後，可以翻轉基板2566。旋轉工具可以自基板的與通孔之開口側部相反之第二側部使盲孔之剩餘部分平滑。然後，旋轉工具可以自基板抽回。

在一些實施例中，可以應用兩個機械工具來將芯孔同時精加工至最終孔直徑。第一機械工具可以置放在基板之第一表面上方。第二機械工具可以置放在基板之第二表面下方。兩個機械工具之中心軸綫是相同的。兩種機械工具皆可以沿著其中心軸綫彼此保持恒定之間距。基板可以在上下擺動移動中沿著兩個機械工具之軸綫移動，或者可替選地，兩個機械工具皆可以在上下擺動移動中同時沿著芯孔的中心軸綫移動。由於機械工具通常基於其每分鐘之旋轉及在垂直於基板之方向上之進給速度而具有一定之材料去除速率，因此兩個機械工具可以在更短之時間內去除更多的材料。可能需要上下擺動移動來自孔去除基板材料。可替選地，第一機械工具及第二機械工具亦可以根據需要沿著芯孔之中心軸綫彼此獨立地移動，以用於有效之去除過程，只要其移動不在芯孔之中心軸綫上碰撞。

圖26A至圖26B示出了根據一些實施例的使用兩個機械旋轉工具精加工孔之制程。圖26A(a)至圖26A(d)示出了兩個旋轉工具2620及2620*面向基板2600中之通孔2601之兩個相反側部。通孔2601可以由液體射流制程形成，其直徑略微小於旋轉工具2620之直徑。旋轉工具可以旋轉幷且進入初始通孔2601，以用於使初始通孔之側壁平滑，幷且亦用於使初始通孔具有最終直徑。旋轉工具可以獨立地移動，或者可以同時移動。舉例而言，兩個旋轉工具可以自基板來回擺動。兩個旋轉工具之間的距離可以是恒定的，例如，兩個旋轉工具擺動，同時保持分開達恒定的距離。兩個旋轉工具之間的距離可以變化，舉例而言，距離可以自彼此非常近變化成分開非常遠。旋轉工具可以自基板中抽回，例如，以移動至另一通孔。

圖26B(a)至圖26B(d)示出了兩個旋轉工具2620及2620*面向基板2600中之雙側盲孔2634的兩個相反側部。旋轉工具可以旋轉幷且進入初始盲孔2601，以用於使初始盲孔之側壁平滑，幷且亦用於使初始盲孔具有最終直徑。

圖27A至圖27C圖示了根據一些實施例的用於精加工基板中之初始孔之流程圖。在圖27A中，操作2700在機械旋轉工具進入基板中之通孔時旋轉機械旋轉工具。機械旋轉工具自第一側部進入通孔，以用於使通孔之表面完全平滑。可替選地，機械旋轉工具自第一側部進入通孔，以用於使通孔之一部分的表面平滑，隨後自第二相反側部進入通孔，以用於使通孔之剩餘部分的表面平滑。

在圖27B中，操作2720在機械旋轉工具進入基板中之盲孔時旋轉機械旋轉工具。機械旋轉工具自第一側部進入盲孔，以用於使通孔之表面完全平滑。可替選地，機械旋轉工具自第一側部進入盲孔，以用於使通孔之一部分的表面平滑，隨後自第二相反側部進入盲孔，以用於使盲孔之剩餘部分的表面平滑。

在圖27C中，操作2740在兩個機械旋轉工具進入基板中之孔時旋轉兩個機械旋轉工具。機械旋轉工具獨立於彼此進入孔。可替選地，機械旋轉工具在相反之方向上同時進入盲孔，隨後在一個方向上移動機械旋轉工具，同時將機械旋轉工具之間的距離保持恒定。

在一些實施例中，可以調整(例如，調節)機械旋轉工具之溫度，例如，以防止由於自基板中之孔之側壁去除材料的旋轉動作所致之過熱。此外，機械旋轉工具可以經受潤滑劑，例如，以防止對於旋轉工具之過度磨損及撕扯。液體或氣體流或浸沒式溶池可以被用於為旋轉工具維持恒定溫度，例如以將旋轉工具冷卻至環境溫度。

在材料去除制程之前、期間及之後，可以主動地冷卻機械工具。主動冷卻可以用冷卻流體(例如，水)或氣體(例如，空氣或CO₂)進行。冷卻介質可以作為軸向或徑向或角向流外部地提供給機械工具。

在一些實施例中，機械工具可以具有內部冷卻通道，通過該內部冷卻通道，冷卻介質可以經由面向工具尖端之出口埠被引導幷且噴射至工具切割主要表面及工具切割次要表面上。

在替代組態中，機械工具具有將工具之上部部分與工具尖端流體地連接的同軸中心孔。由於工作長度長，液體射流引導之雷射可以被引導穿過機械工具中的中心孔。在第一步驟中，應用液體射流引導之雷射以去除基板材料幷且形成初始芯孔。出於此目的，應用來自液體射流雷射之延伸超出工具尖端的部分。在精加工步驟中，關閉雷射束，幷且機械工具可以開始以所期望之速度旋轉，以自芯孔去除剩餘材料。液體射流可以保持流動穿過機械工具朝向工件，以作為用於機械工具以及工件基板兩者之冷卻劑。

圖28A至圖28D圖示了根據一些實施例的用於冷卻旋轉工具之組態。圖28A示出了用冷卻液體(例如，水、冷卻劑或潤滑液體)灌注工件(例如，基板2800)之注水噴嘴2871。冷卻水流2871可以去除由旋轉工具與基板之間的摩擦產生之熱量。在用旋轉工具2820之機加工制程期間，工具2820及基板2800可以由液體冷卻流(例如，注水噴嘴2871)來冷卻。水可以具有環境溫度或更低之溫度，例如，小於20、15或10攝氏度之溫度。

圖28B示出了其中可以使用氣體冷卻制程(例如，指向旋轉工具或正被機加工的基板區域之空氣噴嘴2872)之組態。

圖28C示出了其中液體或氣體冷卻制程可以被用於通道旋轉工具之組態。液體2871A可以被提供給旋轉工具內側之導管，然後其可以向外流向基板或孔之側壁表面。

圖28D示出了使用液體射流引導之雷射頭的液體射流來冷卻具有中空工具頭之旋轉工具的組態。來自液體射流引導之雷射頭之液體射流2871*(例如，只有不具有內反射之雷射束之液體流)可以被用於在中空之旋轉工具內部行進，以用於在平滑制程期間冷卻旋轉工具。

圖29A至圖29C圖示了根據一些實施例的用於冷卻機械旋轉工具之流程圖。在圖29A中，操作2900藉由旋轉機械旋轉工具使基板中之孔平滑。機 械旋轉工具經受液體流或氣體流以用於冷卻。可替選地，由機械旋轉工具中之導管提供液體流以用於冷卻。可替選地，將基板浸沒在液體溶池中，以用於冷卻機械旋轉工具。

在圖29B中，操作2920使液體流或氣體流流動至機械旋轉工具的外表面或內導管，以用於在使基板中之孔平滑期間冷卻機械旋轉工具。

在圖29C中，操作2940將機械旋轉工具定位在液體射流引導之雷射頭下方，其中來自液體射流引導之雷射頭的液柱經組態以在使基板中之孔平滑之制程期間通過機械旋轉工具中的內導管。

在一些實施例中，可以使用對準模組(例如，攝影機)將機械旋轉工具與由液體射流形成之初始孔對準。在翻轉基板之後，可以使用對準模組來對準機械旋轉工具，以確保頂部表面制程與底部制程對準。

為了將芯孔精確地精加工至最終孔直徑，機械工具之中心軸綫與芯孔之中心軸綫必須彼此完全對準。可以應用對準攝影機來找到芯孔之中心軸綫。對準攝影機可以安裝在安裝板上，工具主軸亦安裝至安裝板。對準攝影機及工具主軸可以在其相應之中心軸綫之間具有已知偏移距離。對準攝影機可以具有至少一個光學元件(例如，透鏡)及至少一個空間偵測器(例如，攝影機)。

為了精加工由先前液體射流制程形成之初始孔，在第一步驟中，對準攝影機可以量測芯孔之中心軸綫的位置。在第二步驟中，對準攝影機及工具主軸安裝在其上之安裝板可以移動達等於對準攝影機與工具主軸及機械工具之中心軸綫之間的偏移距離之距離。一旦機械工具軸綫恰好置放在芯孔之中心軸綫上方，就可以降低工具主軸，以開始將芯孔精加工至最終孔直徑。機械工具可以進行上下擺動移動。可替選地，機械工具僅在一個方向上沿著芯孔自基板之第一表面移動，幷且穿過基板之第二相反表面。

舉例而言，在翻轉基板之後，可以使用對準模組將旋轉工具與初 始孔之相反開口對準。舉例而言，在自初始孔之第一開口側部使初始孔之第一部分平滑之後，可以翻轉基板以將基板之底部表面暴露於旋轉工具。對準攝影機可以判定芯孔之第二開口之中心軸綫的位置。對準攝影機及工具主軸安裝在其上之安裝板可以移動等於對準攝影機與工具主軸及機械工具之中心軸綫之間的偏移距離之距離。一旦機械工具軸綫恰好置放在芯孔之中心軸綫上方，就可以降低工具主軸，以開始將芯孔精加工至最終孔直徑。

圖30A至圖30B圖示了根據一些實施例的對準模組之組態。在圖30A中，旋轉工具3020及對準模組3074可以安裝在安裝板3077上。對準模組與旋轉工具之間的距離3078可以被判定，幷且然後被用於對準旋轉工具。

圖30B(a)至圖30B(b)示出了用於將旋轉工具與基板3000中之初始孔3001對準之制程。可以使用對準模組來找到初始孔之中心綫。之後，含有對準模組及旋轉工具之安裝板可以移動等於對準模組與旋轉工具之間的分離距離3078之距離。然後，旋轉工具與初始孔對準，幷且然後可以下降以用於使初始孔平滑。

圖31A至圖31B圖示了根據一些實施例的對準模組之另一組態。在圖31A中，旋轉工具3120及對準模組3174*可以安裝在安裝板3177*上，其中對準模組安裝至與旋轉工具相反之方向上，例如，基板經組態以安置在對準模組與旋轉工具之間。對準模組可以與旋轉工具對準，例如，對準模組可以與旋轉工具之中心綫對準。

圖31B示出了用於將旋轉工具與基板3100中之初始孔3101對準之制程。可以使用對準模組來找到初始孔之中心綫。之後，可以降低旋轉工具，以用於使初始孔平滑，因為旋轉工具已經與初始孔之中心綫對準。

圖32A至圖32B示出了根據一些實施例的用於對準機械旋轉工具之流程圖。在圖32A中，操作3200將對準模組耦接至機械旋轉工具，其中對準模 組經組態以自頂部表面或自底部表面定位基板中之孔的位置。對準模組與機械旋轉工具之間的距離被用於將機械旋轉工具與孔對準。若對準模組在與旋轉工具相反之方向上置放，則距離可以為零。

在圖32B中，操作3220使用耦接至機械旋轉工具之對準模組來判定基板中之孔的位置。操作3230可選地使用對準模組與機械旋轉工具之間的預定距離移動機械旋轉工具以與孔之位置對準。若對準模組耦接至旋轉工具之相反方向，例如，對準模組經組態以自基板之底部表面定位孔之位置，則操作是可選的。操作3240使用機械旋轉工具使孔平滑。操作3250重複以上步驟，以用於使基板中之其他孔對準及平滑。

在一些實施例中，可以使用檢查模組(例如，攝影機)來檢查由機械旋轉工具精加工之孔的品質。可以使用檢查模組來繼續或終止後續初始孔之平滑制程。舉例而言，若被檢查之孔通過了品質測試，例如側壁表面粗糙度足夠，幷且孔入口及出口邊緣無劣化損壞，則旋轉工具可以移動至後續初始孔以繼續處理。可替選地，若被檢查之孔未通過品質測試，例如側壁表面粗糙度不夠或孔入口或出口邊緣指示劣化損壞，則可以終止制程。

在一些實施例中，可以量測基板中精加工之孔的尺寸及品質。舉例而言，用於半導體處理設備之氣體分佈板及均勻性板之精密部件通常需要被機加工至厚陶瓷基板中之數百或甚至數千個精密孔。為了確保穩定幷且可重複之氣體分佈，每個孔之孔入口以及孔出口必須具有尖銳邊緣，而無任何圓周損壞。用於做出此樣之孔之機器可以具有用液體射流引導之雷射或用放電機加工制程的芯孔鑽削步驟。可以用機械工具將芯孔精加工至所期望之最終孔直徑及品質。有時，在芯孔鑽削制程或孔精加工制程期間，孔可能會被損壞，例如，孔入口或孔出口可能具有碎裂掉之部分。此可能是由基板材料中之雜質或由例如被用於將芯孔精加工成所期望之孔直徑之機械工具的磨損引起的。為了避免對 具有一個或多個缺陷孔之基板之進一步處理，可以在處理步驟之後用機械工具對每個孔應用檢查。

在一些實施例中，亦可以在由液體射流引導之雷射或放電機加工制程產生芯孔之後應用孔檢查制程。具有機械工具之工具主軸可以安裝在機器內側之安裝板上，以用於處理基板。檢查攝影機可以安裝至同一安裝板。檢查攝影機可以包含用以照射基板表面之照射模組。檢查攝影機可以含有至少一個光學元件，該至少一個光學元件適合於將等於或大於孔直徑的區域成像至感測裝置(例如，CCD攝影機)上。照射模組可以照射等於或大於孔直徑之區域。與所期望之孔輪廓相比，可以由形狀及亮度上之變化來偵測孔圓周的缺陷。

在一些實施例中，頂部檢查模組及底部檢查模組可以經組態以在基板之兩個側部上同時量測基板中的被精加工之孔之尺寸及品質。頂部及底部檢查模組之光學軸綫可以是相同的，例如，頂部及底部檢查模組具有同一光學軸綫。頂部檢查攝影機可以包含用以照射基板之上部表面以及穿過孔朝向底部檢查攝影機照射的頂部照射模組。底部檢查攝影機可以包含用以照射基板之下部相反表面以及穿過孔朝向頂部檢查攝影機照射的底部照射模組。

在一些實施例中，頂部照射模組可以照射孔之孔入口。頂部檢查攝影機可以藉由分析與所期望之孔輪廓相比在形狀及亮度上之變化來偵測孔圓周之缺陷。如此之分析可以藉由將頂部檢查攝影機連接至例如計算裝置來執行。除了打開頂部照射模組之外，進一步可以打開底部照射模組，使得頂部檢查攝影機可以偵測孔本身內側的缺陷，例如檢查孔側壁上之不圓度、高粗糙度或顆粒。頂部照射模組及底部照射模組可以被同時或順序地打開。

在一些實施例中，底部照射模組可以照射孔之孔出口。底部檢查攝影機可以藉由分析與所期望之孔輪廓相比在形狀及亮度上之變化來偵測孔圓周之缺陷。此樣之分析可以藉由將上部檢查攝影機連接至例如計算裝置來執行。 除了打開底部照射模組之外，進一步可以打開頂部照射模組，使得底部檢查攝影機可以偵測孔本身內側之缺陷，例如檢查孔側壁上之不圓度、高粗糙度或顆粒。

圖33A至圖33B圖示了根據一些實施例的檢查模組之組態。在圖33A中，旋轉工具3320及檢查模組3375可以安裝在安裝板上。檢查模組與旋轉工具之間的距離可以被判定，幷且然後在旋轉工具完成處理之後被用於對準檢查模組。檢查模組可以包含光源3375A，例如，LED燈。檢查模組可以包含用於捕獲所處理之孔的圖像之檢查攝影機3375B。檢查模組可以包含用於分析由攝影機3375B捕獲之圖像之處理模組3375C。

在操作中，旋轉工具3320可以精加工初始孔，例如從而使側壁平滑幷且使初始孔具有最終所期望之直徑。檢查模組及旋轉工具安裝在其上之安裝模組可以移動等於檢查模組與旋轉工具之間的分離之距離。然後，檢查模組可以檢查由旋轉工具剛剛處理之孔的品質。

在圖33B中，頂部檢查模組3375及底部檢查模組3375*可以耦接至旋轉工具3320。頂部及底部檢查模組可以被對準，例如，從而具有用於檢查孔之頂部部分及底部部分的相同光學軸綫。

圖34A至圖34B示出了根據一些實施例的用於檢查基板中之最終孔之流程圖。在圖34A中，操作3400將檢查模組耦接至機械旋轉工具，其中檢查模組經組態以自頂部表面或自底部表面檢查基板中之孔的特性。檢查模組與機械旋轉工具之間的距離被用於在被旋轉工具平滑之後將檢查模組與孔對準。

在圖34B中，操作3420使用機械旋轉工具使基板中之孔平滑，其中旋轉工具耦接至檢查模組。操作3430使用檢查模組與機械旋轉工具之間的預定距離移動機械旋轉工具以將檢查模組與孔對準。操作3440使用檢查模組檢查孔。操作3450重複先前之步驟，以用於平滑及檢查基板中之其他孔。

在一些實施例中，本發明公開了用於在可以在氣體分佈板及均勻 性板中使用之基板中形成孔的方法及系統。方法可以包含使用液體射流引導之雷射系統或放電機加工系統或液體射流引導之雷射系統及放電機加工系統的組合在基板中形成初始孔。方法可以進一步包含：精加工所形成之初始孔，例如將初始孔擴大至所期望之最終直徑，同時確保最終孔之側壁是平滑的幷且入口及出口邊緣不被損壞。可以由機械旋轉工具(例如，鑽削鑽頭、鉸刀、銑削鑽頭、鏜孔杆或珩磨鑽頭)執行精加工制程。

在一些實施例中，可以在不同之設備(例如用於形成初始孔的液體射流引導之雷射系統之第一設備及用於精加工初始孔之機械旋轉工具的第二設備)中執行孔形成制程及孔精加工制程。

圖35示出了根據一些實施例的用於在基板中完全形成孔之流程圖。完全之孔形成可以包含在基板中形成初始孔，幷且用機械工具將初始孔精加工成具有所期望特性之所期望孔直徑。

操作3500在基板中機加工至少一個孔，其中，基板是陶瓷基板，幷且陶瓷材料是矽、碳化矽、氮化鋁、氮化矽、陶瓷基複合材料(CMC)、金屬基複合材料(MMC)、碳化硼或氮化鈦中之一種。操作3510判定所期望之孔直徑，其中，所期望之孔直徑小於2mm。操作3520鑽削芯孔，其中，應用液體射流引導之雷射或放電機加工制程以做出等於或小於所期望之最終孔直徑的芯孔直徑。操作3530判定芯孔之精確位置，其中，應用攝影機以量測該孔之位置作為至主軸的偏移距離。操作3540向主軸提供機械工具，其中，機械工具是鑽削鑽頭、鉸刀或銑削工具中之一種，幷且其中，工具切割表面之至少端部部分由碳化物或合成金剛石材料中之一種製成。操作3550將芯孔精加工至所期望之孔直徑，其中，應用機械工具以去除芯孔直徑與所期望之孔直徑之間的剩餘材料。基板亦可以包含金屬基板及具有孔之其他工件。

在一些實施例中，本發明公開了用於在基板中形成孔之液體射流 與機械旋轉切割工具之整合。整合系統可以包含液體射流引導之雷射頭，該液體射流引導之雷射頭具有經組態以產生液體射流之液體源及經組態以在由液體源產生之液體射流中形成內反射的雷射束之雷射電源。液體射流引導之雷射頭可以包含圍繞液體射流之同軸氣體流，以最小化對液體射流之幹擾。整合系統可以包含機械旋轉工具，機械旋轉工具經組態以擴大初始孔幷且在不損壞孔之入口及出口邊緣之情況下使擴大之孔的表面平滑。

機械工具具有將工具之上部部分與工具之尖端流體地連接之同軸中心孔。由於工作長度長，液體射流引導之雷射可以被引導穿過機械工具中的中心孔。

圖36示出了根據一些實施例的液體射流及機械旋轉工具之整合系統之組態。整合系統3626，例如液體射流引導之雷射頭3610及機械中空之旋轉工具頭3620之組合，可以經組態以形成初始孔，連同精加工初始孔。液體射流引導之雷射頭3610可以包含保持視窗3612之殼體。在窗口3612下方，存在液體射流噴嘴3615。液體源(例如，水源3614)可以被壓至視窗3612與噴嘴3615之間的空間，以形成層狀液體射流3616A。為了處理材料，來自雷射源3611之雷射束被聚焦幷且被引導穿過窗口3612幷且穿過液體射流噴嘴3615之孔口至層狀液體射流3616A中。聚焦之雷射束3613可以被約束在液體射流3616A中，此可以由液體射流內側之全內反射將雷射束3616B之能量引導朝向工件基板3600。

液體射流引導之雷射頭3610可以包含空氣射流模組，以提供圍繞液體射流之同軸氣體流。在液體射流噴嘴3615下方，液體射流引導之雷射通過空氣射流模組3627之內導管。提供穿過空氣射流模組3627之外部及機械地間隔開之導管的壓縮氣體源3617之高容量串流，該高容量串流平行於液體射流引導之雷射3616幷且朝向基板3600之表面行進。壓縮之氣體串流3618充當同軸間隔開之護罩，該同軸間隔開之護罩避免了液體射流引導之雷射3616的回噴誘發之幹 擾。

機械中空之旋轉工具頭3620可以包含機械中空之旋轉工具，機械中空之旋轉工具可以具有通過旋轉工具之導管。機械中空之旋轉工具頭3620可以被定位，使得來自液體射流引導之雷射頭之液體射流可以進入導管，例如，以冷卻機械中空之旋轉工具。

運動機構可以耦接至整合系統，以例如在法向於液體射流之平面中或在平行于及法向於液體射流之三維移動中移動液體射流引導的雷射頭及機械旋轉工具。

液體射流引導之雷射束3616可以被組態用於例如由直切割制程藉由沿著圓形輪廓多程行進以切除圓柱形材料或者由在閉環輪廓內部進行多程光柵化以在閉環輪廓內側形成孔而在基板中做出具有初始直徑3606之孔。

機械旋轉工具可以經組態以精加工初始孔，例如將初始孔擴大至最終直徑3602幷且使最終孔之側壁平滑。

Claims (20)

1. 一種方法，包含：

   使用一液體射流引導之雷射束在一基板中形成一孔，

   其中，該液體射流引導之雷射束包含在一液柱內內反射之一雷射束，

   其中，藉由使該液體流過一噴嘴來形成該液柱，

   其中，藉由將一雷射束聚焦至該液柱中形成該內反射之雷射束；

   使用一機械旋轉工具使該孔平滑以實現一最終尺寸，

   其中，該機械旋轉工具由一機械旋轉系統操作，

   其中，該機械旋轉工具包含適合于該孔之該最終尺寸的一直徑。
2. 如請求項1所述之方法，

   其中，該孔經組態以在該基板之一頂部表面與一底部表面之間提供一流體連接。
3. 如請求項1所述之方法，

   其中，使用該液體射流引導之雷射束形成該孔包含：使用一圓周運動或一螺旋運動中之至少一種形成該孔，

   其中，該圓周運動或該螺旋運動經組態以形成具有介於該最終尺寸之75%與99%之間的一直徑之該孔。
4. 如請求項1所述之方法，

   其中，使用該液體射流引導之雷射束形成該孔包含：形成具有比該最終尺寸小0.05mm之一直徑的該孔。
5. 如請求項1所述之方法，

   其中，由該液體射流引導之雷射系統形成的該孔之一直徑經組態以最小化該液體射流引導之雷射束與該機械旋轉工具之一總處理時間。
6. 如請求項1所述之方法，

   其中，該機械旋轉工具經組態以使該孔平滑以實現具有小於0.3微米之一平均粗糙度(Ra)的一表面精加工。
7. 如請求項1所述之方法，

   其中，該液體射流引導之雷射束及該機械旋轉工具經組態以在無圓周損壞之情況下形成具有一尖銳邊緣的該孔幷且使該孔平滑。
8. 如請求項1所述之方法，

   其中，該基板包含矽、碳化矽、氮化鋁、氮化矽、氮化鈦、碳化硼、陶瓷基複合材料(CMC)或金屬基複合材料(MMC)中之至少一種。
9. 如請求項1所述之方法，進一步包含：

   形成圍繞該液柱之一同軸氣體流，

   其中，該同軸氣體流經組態以最小化當撞擊該基板時由於該液柱之一回噴而對該液柱之幹擾。
10. 如請求項1所述之方法，

    其中，使用該液體射流引導之雷射束形成該孔及使用該機械旋轉工具精加工該孔在同一機器中執行。
11. 如請求項1所述之方法，

    其中，使用該液體射流引導之雷射束形成該孔及使用該機械旋轉工具精加工該孔在不同的機器中執行。
12. 如請求項1所述之方法，

    其中，該機械旋轉工具包含一機械鑽削鑽頭、一機械鉸刀、一機械鏜孔杆、一機械銑削工具或一機械珩磨工具。
13. 如請求項1所述之方法，

    其中，該機械旋轉工具包含由一多晶金剛石或一單晶金剛石材料製成之一端部部分。
14. 如請求項1所述之方法，

    其中，該孔經組態以完全通過該基板，

    其中，該方法進一步包含：由一光學感測器或一聲學感測器中之至少一個來偵測該孔之一切穿。
15. 如請求項1所述之方法，進一步包含：

    在使用該液體射流引導之雷射束形成該孔期間加熱該基板，

    其中，加熱該基板包含：使一高於環境溫度之液體在該基板之一表面上方流動、使一高於環境溫度之氣體在該基板的該表面上方流動、在該基板之該表面上方施加一紅外或一電感能量或將該基板浸沒于一高於環境溫度之液體中的至少一種，

    其中，該高於環境溫度之液體或氣體之一溫度在50攝氏度與100攝氏度之間。
16. 如請求項1所述之方法，進一步包含：

    在由該機械旋轉工具使該孔平滑之後檢查該孔，

    其中，該檢查包含一攝影機。
17. 一種方法，包含：

    安置具有面向一液體射流引導之雷射頭的一第一表面之一基板；

    使用自該液體射流引導之雷射頭產生的一液體射流引導之雷射束在一基板中形成多個盲孔，

    其中，該液體射流引導之雷射束包含在一液柱內內反射之一雷射束，

    其中，藉由使該液體流過一噴嘴而形成該液柱；

    翻轉該基板以使該基板之一第二表面面向該液體射流引導之雷射頭，

    其中，該第二表面與該第一表面相反；

    將該多個盲孔中之每個盲孔與該液體射流引導之雷射束對準；

    由該液體射流引導之雷射束形成通過該每個盲孔之一通孔；

    使用一機械旋轉工具使該通孔平滑。
18. 如請求項17所述之方法，進一步包含：

    由一光學感測器或一聲學感測器中之至少一個來偵測形成該通孔的該液體射流引導之雷射束。
19. 如請求項17所述之方法，進一步包含：

    在由該機械旋轉工具使該孔平滑之後檢查該孔，

    其中，該檢查包含一攝影機。
20. 一種方法，包含：

    使用一液體射流引導之雷射束在一基板中形成一孔，

    其中，該液體射流引導之雷射束包含在一液柱內內反射之一雷射束，

    其中，藉由使該液體流過一噴嘴而形成該液柱；

    使用一機械旋轉工具使該孔平滑，

    其中，該機械旋轉工具包含一端部部分，該端部部分包含一合成之金剛石材料。

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