TWI807294B - 抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置 - Google Patents

Abstract

一種抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置，該加工方法包含下列步驟:接收一入射光；調變入射光之軸向能量包絡線長度；對調變後之入射光進行調控，以形成一不同半徑比例之雙環形整型光；及使雙環形整型光於一軸向產生干涉行為，以在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束，並使用干涉光束對一玻璃基材進行加工。

Description

抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置

本發明是有關於一種玻璃穿孔(Through Glass Via，TGV)製程之加工方法及裝置，特別是關於一種抑制貝賽爾(Bessel)光束高階項能量之加工方法及裝置。

為提升大型積體電路晶片之性能，並維持其低消耗功率，三維大型積體電路結構(3D IC)是一較可靠之解決方法。為因應3D IC之需求，玻璃穿孔製程較現有之矽穿孔 (Through Silicon Via)製程有較多優勢。在TGV製程中，先將玻璃經由雷射改質，提高照射區與未照射區之蝕刻選擇比可有效形成高深寬比之玻璃穿孔。

根據貝賽爾光束傳播理論，可在數個釐米傳播距離以內都維持數個微米的光點大小(Spot size)，因此若利用貝賽爾光束可使材料由上至下表面皆達到足夠的改質，並產生大小一致且極小的裂紋，藉此在蝕刻後產生高深寬比的玻璃穿孔。

普遍貝賽爾光束高階項能量不均勻之原因，是由於錐透鏡(Axicon)製程上之困難。因此若將貝賽爾光束之高階項能量抑制，則能得到高真圓度之製程結果。

因此，如何提供一種『抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置』，成為業界所待解決之課題。

本發明提供一種抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，包含有下列步驟: 接收一入射光；調變入射光之軸向能量包絡線長度；對調變後之入射光進行調控，以形成一不同半徑比例之雙環形整型光；及使雙環形整型光於一軸向產生干涉行為，以在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束，並使用干涉光束對一玻璃基材進行加工。

在一些實施例中，所述的包絡線長度與所述的入射光之環寬大小成正比。

在一些實施例中，所述的雙環形整型光由具有第一半徑之第一環形整型光與具有第二半徑之第二環形整型光組成，且所述的第一半徑係大於所述的第二半徑。

在一些實施例中，所述的第一半徑與所述的第二半徑之比值係介於0.3至0.6之間。

在一些實施例中，所述的雙環形整型光之環寬係介於0.5mm至1.5mm之間。

在一些實施例中，於使雙環形整型光於軸向產生干涉行為，以在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束之步驟後，還包含有改變所述的干涉光束之直徑大小或景深長短，使所述的干涉光束在加工範圍內皆維持可用於加工之步驟。

在一些實施例中，所述的干涉光束於所述的加工範圍內皆維持徑向光場分布近似於抑制貝賽爾光束高階項能量之分布特性。

在一些實施例中，所述的雙環形整型光之一階能量峰值小於零階能量峰值的10%。

在一些實施例中，所述的入射光係由一雷射或其他具同調性之光源所產生。

本發明提供一種抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，包含有: 一光源，用以產生一固定強度分布之入射光； 一調變模組，接收所述的入射光，用以調變所述的入射光之軸向能量包絡線長短；一整型模組，用以接收調變後之所述的入射光，並將調變後之所述的入射光調控成一不同半徑比例之雙環形整型光；及一聚焦模組，用以使所述的雙環形整型光於軸向產生干涉行為，並在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束，並使用所述的干涉光束對一玻璃基材進行加工。

在一些實施例中，所述的光源係為雷射或其他具同調性之光源。

在一些實施例中，所述的包絡線長度與所述的入射光之環寬大小成正比。

在一些實施例中，所述的雙環形整型光由具有第一半徑之第一環形整型光與具有第二半徑之第二環形整型光組成，且所述的第一半徑係大於所述的第二半徑。

在一些實施例中，所述的第一半徑與所述的第二半徑之比值係介於0.3至0.6之間。

在一些實施例中，所述的雙環形整型光之環寬係介於0.5mm至1.5mm之間。

在一些實施例中，所述的調變模組包含有: 一第一透鏡單元，用以接收並聚焦所述的入射光；一第二透鏡單元，設置於所述的第一透鏡單元旁，用以發散通過所述的第一透鏡單元之所述的入射光；及一第三透鏡單元，設置於所述的第二透鏡單元旁，用以準直通過所述的第二透鏡單元之所述的入射光。

在一些實施例中，所述的整型模組係為一繞射式整型元件。

在一些實施例中，所述的調變模組包含有: 一第一透鏡單元，用以接收並聚焦所述的入射光；一第二透鏡單元，設置於所述的第一透鏡單元旁，用以準直通過所述的第一透鏡單元之所述的入射光。

在一些實施例中，所述的整型模組係為一折射式整型元件。

在一些實施例中，所述的聚焦模組係為一具球差透鏡，使所述的雙環形整型光聚焦後具備長景深效果。

在一些實施例中，所述的具球差透鏡係為單片式或多片式的平凸或雙凸球面鏡所構成。

在一些實施例中，所述的干涉光束於該加工範圍內皆維持徑向光場分布近似於抑制貝賽爾光束高階項能量之分布特性。

在一些實施例中，所述的干涉光束之一階能量峰值小於零階能量峰值的10%。

在一些實施例中，所述的聚焦模組與所述的玻璃基材之間還包括有一倍率調整模組，用於改變所述的干涉光束之直徑大小或景深長短，使所述的干涉光束在所述的加工範圍內皆維持用於加工。

基於上述，本發明之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置，係透過調變模組將入射光的能量集中，並配合整型模組抑制高階項能量，再透過聚焦模組提高光束集中效率，以將具有集中能量與抑制高階項能量的貝賽爾光束使用於玻璃基材的加工製程，藉此，獲得到高真圓度之製程結果。

為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被擴大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋；「第一」、「第二」、「第三」等序數，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

首先，請參照第1A圖，係為本發明第一實施例之加工裝置示意圖。加工裝置100包含有:光源10、調變模組20、整型模組30與聚焦模組40。加工裝置100的光源10、調變模組20、整型模組30與聚焦模組40皆設置於光軸70的路徑上。加工裝置100用以使用干涉光束40a對玻璃基材50進行加工。

光源10，可產生固定強度分布之入射光10a。實際上，光源10可由為雷射或其他具同調性之光源所構成。入射光10a可以是雷射脈衝光束或其他非雷射產生器(例如脈衝閃光燈或脈衝發光二極體)所產生的脈衝光束。

調變模組20，設置於光源10旁的光路上。調變模組20用以接收並調變入射光10a之軸向能量包絡線(envelope)長短，以形成一高能量光束20a。

請參照第2圖，係為本發明第一實施例之調變入射光之軸向能量包絡線示意圖。具體來說，如第2圖所示，將入射光10a的軸向振盪週期 調低，振盪能量調高，其中入射光10a的各峰值所連接而成的包絡線長度L1在軸向上的長度通過調變模組20後是變成較短的高能量光束20a的包絡線長度L2。換句話說，藉由調變模組20將入射光10a的能量集中，並縮小入射光10a的光斑直徑值，以形成高能量光束20a。調變模組20實際上可由擴束器(expander)、縮束器或擴縮束器實現。

上述的振盪週期 ，可由下列式子計算取得

其中，β為常數，λ為入射光10a的波長，θ為數值孔徑值，Σ為第一半徑r1與第二半徑r2的比值， 。

整型模組30，設置於調變模組20旁。整型模組30位於高能量光束20a的傳遞路徑上，用以接收高能量光束20a，並調控成一不同半徑比例之雙環形整型光31。值得說明的是，雙環形整型光31由第一環形整型光31a與第二環形整型光31b組成。

聚焦模組40，設置於整型模組30旁。聚焦模組40用以使雙環形整型光31於軸向產生干涉行為，並在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束40a，並使用干涉光束40a對玻璃基材50進行加工。聚焦模組40係為具球差之透鏡，以使雙環形整型光31聚焦後具備長景深效果。所述的具球差透鏡為單片式或多片式的平凸或雙凸球面鏡。實際上，聚焦模組40由具有第一焦長f1的透鏡單元42與具有第二焦長f2的透鏡單元44所構成。舉例來說，透鏡單元42與透鏡單元44可為凸透鏡。

請參照第1B圖，係為本發明第一實施例之調變模組細節示意圖。如第1B圖所示，加工裝置110之調變模組22包含有第一透鏡單元22a、第二透鏡單元22b與第三透鏡單元22c。第一透鏡單元22a用以接收入射光10a，提供光線聚焦的功能。第二透鏡單元22b設置於第一透鏡單元22a旁，用以接收通過第一透鏡單元22a的入射光10a。第二透鏡單元22b提供光線發散的功能。第三透鏡單元22c設置於第二透鏡單元22b旁，用以接收通過第二透鏡單元22b的入射光10a。第三透鏡單元22c提供光線準直的功能。實際上，第一透鏡單元22a可由平凸鏡所構成，第二透鏡單元22b可由凹透鏡所構成，第三透鏡單元22c可由凸透鏡所構成。

整型模組30a，設置於調變模組20旁。更具體的說，整型模組30a設置於調變模組20的第三透鏡單元22c旁。整型模組30a位於高能量光束20a的傳遞路徑上，用以接收高能量光束20a，並調控成一不同半徑比例之雙環形整型光31。實際上，整型模組30a係由一繞射式整型元件所構成。

聚焦模組40，設置於整型模組30旁。聚焦模組40位於雙環形整型光31的傳遞路徑上，用以使雙環形整型光31於軸向產生干涉行為，並在一距離內形成抑制高階項能量之干涉光束40a。

聚焦模組40可縮小雙環形整型光31的光斑，使干涉光束40a的能量更集中。聚焦模組40實際上可為一具球差之透鏡，其中具球差之透鏡為平凸或雙凸球面鏡，更進一步地，使雙環形整型光31聚焦後具備長景深效果。藉此，透過干涉光束40a於加工範圍內對玻璃基材50進行加工處理。

請參照第1C圖，係為本發明第二實施例之調變模組細節示意圖。如第1C圖所示，加工裝置120之調變模組24包含有第一透鏡單元24a與第二透鏡單元24b。

第一透鏡單元24a用以接收入射光10a。第二透鏡單元24b設置於第一透鏡單元24a旁，用以接收通過第一透鏡單元24a的入射光10a。實際上，第一透鏡單元24a可由平凸鏡所構成，第二透鏡單元24b可由凹透鏡所構成。更具體的說，本發明第二實施例的整型模組30b係設置於第二透鏡單元24b旁。實際上，整型模組30b係由一折射式整型元件所構成。

請參照第1D圖，係為本發明第三實施例之加工裝置示意圖。本發明第三實施例與第一實施例不同之處在於: 聚焦模組40與玻璃基材50之間還包括有一倍率調整模組60，用於改變干涉光束40a之直徑大小或景深長短，使干涉光束40a在加工範圍內皆維持用於加工。其餘元件功能同於第一實施例，於此不再贅述。

請參照第3圖，係為本發明實施例之雙環形整型光示意圖。雙環形整型光31包含有具有第一半徑r1的第一環形整型光31a與具有第二半徑r2的第二環形整型光31b。值得說明的是。第一半徑r1大於第二半徑r2。比值 。比值Σ 的範圍為0.1-0.9，較佳者為0.3-0.6，具有抑制高階項能量的較好效果。

第一環形整型光31a的環寬值為第一環寬d1，而第二環形整型光31b的環寬值為第二環寬d2。實際上，第一環寬d1約大於或等於第二環寬d2。值得說明的是，第一環寬d1為主要影響包絡線L2，故以下將以第一環寬d1作為計算參數。第一環寬 ，而w為高能量光束20a的徑向值。較佳者，雙環形整型光31之第一環寬d1係介於0.5mm至1.5mm之間。在一些實施例中，雙環形整型光31之第二環寬d2係介於0.5mm至1.5mm之間。

接下來，說明包絡線長度L2的計算方式:

其中，α為常數，f1為透鏡單元42的焦長值，f2為透鏡單元44的焦長值，θ為數值孔徑值。M為縮放之倍率，由f1及f2決定。

請參照第4A圖至第4I圖，係為本發明實施例之抑制貝賽爾光束高階項能量之模擬示意圖。如第4A圖所示，當比值 ，一階能量峰值約為零階能量峰值的11.6%。如第4B圖所示，當比值 ，二階能量峰值約為零階能量峰值的11.2%。如第4C圖所示，當比值 ，二階能量峰值約為零階能量峰值的7.3%。如第4D圖所示，當比值 ，三階能量峰值約為零階能量峰值的8.2%。如第4E圖所示，當比值 ，三階能量峰值約為零階能量峰值的5.6%。如第4F圖所示，當比值 ，一階能量峰值約為零階能量峰值的6.9%。如第4G圖所示，當比值 ，一階能量峰值約為零階能量峰值的10.9%。如第4H圖所示，當比值 ，一階能量峰值約為零階能量峰值的13.5%。如第4I圖所示，當比值 ，一階能量峰值約為零階能量峰值的15.3%。整體來說，當比值 為0.3-0.6時，具有抑制高階項能量的較好效果。

請第5A圖，係為本發明第一實施例之加工方法流程圖。如第1A圖與第5A圖所示，在步驟S10，接收一入射光10a，而入射光10a具有固定強度分布之特性，實際上，入射光10a可為雷射或其他具同調性之光源10所產生。

接著，步驟S20，透過調變模組20調變入射光10a之軸向能量包絡線長度。簡單來說，步驟20係對入射光10a進行一縱向整型。前述的包絡線長度與入射光10a之環寬大小成正比。

步驟S30，透過整型模組30對調變後之入射光(即高能量光束20a)進行調控，以形成一不同半徑比例之雙環形整型光31。簡單來說，步驟30係對高能量光束20a進行一橫向整型。雙環形整型光31由具有第一半徑r1之第一環形整型光31a與具有第二半徑r2之第二環形整型光31b組成，且第一半徑r1係大於第二半徑r2。

步驟S40，透過聚焦模組40使雙環形整型光31於軸向產生干涉行為，以在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束40a，並使用干涉光束40a對一玻璃基材50進行加工。

請參照第5B圖，係為本發明第二實施例之加工方法流程圖。第5A圖與第5B圖的差別在於:在步驟S40後，還包含有步驟S42，透過倍率調整模組60改變干涉光束40a之直徑大小或景深長短，使干涉光束40a在加工範圍內皆維持用於加工。

綜上所述，本發明之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法及裝置，係透過調變模組將入射光的能量集中，並配合整型模組抑制高階項能量，再透過聚焦模組提高光束集中效率，以將具有集中能量與抑制高階項能量的貝賽爾光束使用於玻璃基材的加工製程，藉此，獲得到高真圓度之製程結果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:光源 10a:入射光 20、22、24:調變模組 20a:高能量光束 22a、24a:第一透鏡單元 22b、24b:第二透鏡單元 22c: 第三透鏡單元 30、30a、30b:整型模組 31:雙環形整型光 31a:第一環形整型光 31b:第二環形整型光 40:聚焦模組 40a:干涉光束 42、44:透鏡單元 50:玻璃基材 60:倍率調整模組 100、110、120:加工裝置 d1:第一環寬 d2:第二環寬 r1:第一半徑 r2:第二半徑 W:徑向值 S10~S42:步驟 Zp:振盪週期

第1A圖係為本發明第一實施例之加工裝置示意圖。 第1B圖係為本發明第一實施例之調變模組細節示意圖。 第1C圖係為本發明第二實施例之調變模組細節示意圖。 第1D圖係為本發明第三實施例之加工裝置示意圖。 第2圖係為本發明第一實施例之包絡線調變示意圖。 第3圖係為本發明實施例之雙環形整型光示意圖。 第4A圖~第4I係為本發明實施例之抑制貝賽爾光束高階項能量之模擬示意圖。 第5A圖係為本發明第一實施例之加工方法流程圖。 第5B圖係為本發明第二實施例之加工方法流程圖。

S10~S40:步驟

Claims (20)

1. 一種抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，包含下列步驟：接收一固定強度分布之入射光；調變該入射光之軸向能量包絡線長度；對調變後之該入射光進行調控，以形成一不同半徑比例之雙環形整型光；及使該雙環形整型光於一軸向產生干涉行為，以在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束，並使用該干涉光束對一玻璃基材進行加工；其中該入射光係由一雷射或其他具同調性之光源所產生，該包絡線長度與該入射光之環寬大小成正比。
2. 如請求項1所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，其中該雙環形整型光由具有一第一半徑之第一環形整型光與具有一第二半徑之第二環形整型光組成，且該第一半徑係大於該第二半徑。
3. 如請求項2所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，其中該第一半徑與該第二半徑之比值係介於0.3至0.6之間。
4. 如請求項1所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，其中該雙環形整型光之環寬係介於0.5mm至1.5mm之間。
5. 如請求項1所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，於使該雙環形整型光於軸向產生干涉行為，以在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束之步驟後，還包含有改變該干涉光束之直徑大小或景深長短，使該干涉光束在加工範圍內皆維持可用於加工之步驟。
6. 如請求項5所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，其中該干涉光束於該加工範圍內皆維持徑向光場分布近似於抑制貝賽爾光束高階項能量之分布特性。
7. 如請求項1所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工方法，其中該雙環形整型光之一階能量峰值小於零階能量峰值的10%。
8. 一種抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，包含有：一光源，用以產生一固定強度分布之入射光；一調變模組，接收該入射光，用以調變該入射光之軸向能量包絡線長短；一整型模組，用以接收調變後之該入射光，並將調變後之該入射光調控成一不同半徑比例之雙環形整型光；及一聚焦模組，用以使該雙環形整型光於軸向產生干涉行為，並在一加工範圍內形成抑制高階項能量之干涉光束，並使用該干涉光束對一玻璃基材進行加工；其中該光源係為雷射或其他具同調性之光源，該包絡線長度與該入射光之環寬大小成正比。
9. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該雙環形整型光由具有一第一半徑之第一環形整型光與具有一第二半徑之第二環形整型光組成，且該第一半徑係大於該第二半徑。
10. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該第一半徑與該第二半徑之比值係介於0.3至0.6之間。
11. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該雙環形整型光之環寬係介於0.5mm至1.5mm之間。
12. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該調變模組包含有：一第一透鏡單元，用以接收並聚焦該入射光；一第二透鏡單元，設置於該第一透鏡單元旁，用以發散通過該第一透鏡單元之該入射光；及 一第三透鏡單元，設置於該第二透鏡單元旁，用以準直通過該第二透鏡單元之該入射光。
13. 如請求項12所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該整型模組係為一繞射式整型元件。
14. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該調變模組包含有：一第一透鏡單元，用以接收並聚焦該入射光；及一第二透鏡單元，設置於該第一透鏡單元旁，用以準直通過該第一透鏡單元之該入射光。
15. 如請求項14所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該整型模組係為一折射式整型元件。
16. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該聚焦模組係為一具球差透鏡，使該雙環形整型光聚焦後具備長景深效果。
17. 如請求項16所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該具球差透鏡係為單片式或多片式的平凸或雙凸球面鏡所構成。
18. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該干涉光束於該加工範圍內皆維持徑向光場分布近似於抑制貝賽爾光束高階項能量之分布特性。
19. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中該干涉光束之一階能量峰值小於零階能量峰值的10%。
20. 如請求項8所述之抑制貝賽爾光束高階項能量之加工裝置，其中於該聚焦模組與該玻璃基材之間還包括有一倍率調整模組，用於改變該干涉光束之直徑大小或景深長短，使該干涉光束在該加工範圍內皆維持用於加工。

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