DE69723072T2

DE69723072T2 - Verfahren zur verwendung von uv-laserimpulsen variierter engergiedichte zum formen von blindlöchern in mehrschichtigen zielen

Info

Publication number: DE69723072T2
Application number: DE69723072T
Authority: DE
Inventors: A. Larson; D. Owen; Jozef Van Puymbroeck
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: EP0900132B1; CN1155450C; KR100287526B1; KR20000010674A; DE69723072D1; EP0900132A1; CN1213997A; WO1997044155A1; US5841099A; JP2000511113A; TW343399B

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Laser und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung von lasererzeugtem Ultraviolettlicht verschiedener Energiedichte zum Formen von tiefenselbstbegrenzenden Blindlöchern in Zielen mit mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen Wärmeabsorptionseigenschaften als Reaktion auf Ultraviolettlicht.

Hintergrund der Erfindung

Der technologische Hintergrund wird hierin lediglich beispielhaft für Multichipmodule (MCMs) präsentiert, die mehrschichtige Bausteine aus Mehrfachmaterial sind, die gerade die bevorzugsten Komponenten der Elektronikbestückungsindustrie für eine Vielzahl von Raumfahrt-, Computer-, Militär- und Telekommunikationsanwendungen werden. MCMs ersetzen bzw. reduzieren die Komplexität von Leiterplatten, wodurch somit die Produkteffizienz und -zuverlässigkeit verbessert wird. MCMs weisen jedoch neue Herstellhindernisse auf, da MCMs kleinere Löcher und feinere Leitungen erfordern und eine Vielzahl von neuen Materialien verwenden. Löcher werden hierin lediglich beispielhaft erörtert und können die Form von vollständigen Durchgangslöchern oder unvollständigen Löchern, Blindlöcher genannt, annehmen.
MCMs und andere mehrschichtige elektronische Bausteine aus Mehrfachmaterial zur Bestückung von Einzelchips, wie z. B. ball grid arrays, pin grid arrays, Leiterplatten und Hybrid- und Halbleitermikroschaltungen enthalten typischerweise separate Komponentenschichten aus Metall und ein organisches Dielektrikum und/oder Verstärkungsmaterialien. Die Staridardmetallkomponentenschicht(en) kann/können Aluminium, Kupfer, Gold, Molybdän, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan oder Wolfram oder Kombinationen derselben enthalten. Diese Schichten weisen typischerweise eine Tiefe bzw. Dicke von ungefähr 9-36 um auf (wobei 7,8 · 10&supmin;³ kg Metall einer Dicke von ungefähr 9 um gleichen), können aber dünner als oder so groß wie 72 um sein. Eine organische, dielektrische Standardschicht kann Bismaleimidtriazin (BT), Karton, Cyanatester, Epoxidharze, Phenole, Polyimide oder Polytetrafluorethylen (PTFE) beinhalten. Diese Schichten weisen typischerweise eine Dicke von ungefähr 50-400 um auf. Eine zur Verstärkung dienende Standardkomponenten-"Schicht" kann Fasermatten oder dispergierte Partikel von Aramidfasern, Keramik oder Glas, das in die organische, dielektische Schicht hineingewoben oder dispergiert ist, um diese zu verstärken, beinhalten. Diese Verstärkungen weisen typischerweise einen Durchmesser bzw. eine Dicke von ungefähr 1-10 um auf. Stapel mit mehreren Schichten aus Metall, Dielektrikum und Verstärkungsmaterial können größer als 2 mm sein.
Herkömmliche Werkzeuge, Stanzen und Produktionsprozesse sind zur Bearbeitung von größeren, weniger dichten Komponenten gestaltet. Zum Beispiel sind allgemein bekannte mechanische Prozesse entweder inadäquat oder unerschwinglich teuer für die Erzeugung von Löchern mit 12 um kleinen Durchmessern. Selbst wenn eine Miniaturisierung nicht die Hauptangelegenheit ist, sind mechanische Prozesse weiterhin inadäquat. Zum Beispiel werden Laminatleiterplattenanwendungen von der Abnutzung und an dem Brechen von mechanischen Bohrern auf dem Laminat geplagt und bringen sie somit das häufige und teure Schärfen oder Austauschen von Werkzeugen mit sich. Außerdem können herkömmliche chemische bzw. nasse Verfahren nicht zum Ätzen von gewissen Materialien, wie z. B. TeflonTM-Dielektrika verwendet werden. Schließlich ist Ionenätzen sehr teuer und zu langsam zum Bearbeiten von MCMs und den meisten anderen elektronischen Komponenten.
Es ist viel Arbeit auf die Entwicklung von laserbasierten Mikrobearbeitungstechniken zur Bearbeitung dieser Typen von elektronischen Materialien gerichtet worden. Jedoch variieren Lasertypen, Betriebskosten und Laser- und Zielmaterial-spezifische Betriebsparameter, wie z. B. Strahlwellenlänge, Energie und Lichtfleckgröße in großem Umfang.
Herkömmliche Excimer-Laser können z. B. Laserausgangswellenlängen von ungefähr 200 - 350 nm erzeugen, aber erzeugen Multimodenstrahlstrukturen geringer Qualität, die einfache Linsenelemente nicht zu einem schmalen Fokus bringen können. Demzufolge muß die Excimer-Laserausgabe durch komplexe und teure Strahlgestaltsteueraperturen bzw. -masken, die häufig aus Kupfer oder anderen metallischen Materialien hergestellt sind, zugeschnitten werden. Somit ist die mit einem Excimer-Laser zum Bohren von Löchern praktisch erzielbare Energiedichte äußerst begrenzt. Diese Laser sind auch allgemein auf Wiederholungsfrequenzen von weniger als 200 Hz begrenzt und somit zu langsam für einen Einsatz als ein Herstellwerkzeug für eine Vielzahl von gewünschten Anwendungen. Zusätzlich verhindern die hohen Kosten von Excimer-Systemen und deren Gasen deren leichten Einsatz und bringen sie sie außerhalb der Reichweite von vielen kleinen und mittelgroßen Herstellern. Die in Excimer-Laser-Bearbeitung verwendeten Halogengase reagieren chemisch mit den Komponenten des Resonators und verursachen dadurch eine Verschlechterung und einen häufigen Austausch. Außerdem sind Halogengase Materialien, die gefährlich, giftig und umweltschädigend sind.
Da eine schlechte Strahlqualität, große Strahlfläche und niedrige Impulsraten Excimer-Laser inhärent sind, sind typischerweise Strahlgestaltsteuermasken notwendig, um einen Excimer- Strahl effizient zu verwenden. Das Maskenverfahren forciert eine Abtragung einer großen Fläche anstelle an einem Punkt. Da Trümmer anhand von Abtragung über einer großen Fläche erzeugt werden, werden nachfolgende Laserimpulse teilweise blockiert oder wandeln überhitzte Trümmer die Art des Abtragungsprozesses in einen mehr thermischen Prozeß um. Wenn die Energiedichte erhöht wird, kann eine zunehmende Menge des Zielmaterials abgetragen werden, bis eine "Sättigungstiefe" des Schnittes pro Impuls in einem Material erreicht ist. Die Sättigungstiefe legt eine praktische Grenze sowohl hinsichtlich der Energiedichte als auch der Wiederholungsfrequenz eines Excimer-Lasers auf, die benutzt werden können, um die Abtragungsrate, unabhängig davon, ob das Ziel mehrschichtig ist, weiter zu erhöhen.
Herkömmliche CO&sub2;-Laser, andererseits, erzeugen typischerweise Laserausgangswellenlängen von ungefähr 10,6 um, wobei Lichtfleckgrößen erzeugt werden, die für herkömmlich erwünschte Lochbearbeitung zu groß sind. Im Vergleich mit Ultraviolett-Lasern weisen CO&sub2;- und andere IR-Laser wesentlich längere Impulsdauern und viel breitere Varianz in dem Absorptionsvermögen der organischen Materialien und Metalle auf. Diese Eigenschaften führen zu einem destruktiv thermischen statt photochemischen Prozeß.
Da vorgedruckte Kupferkontaktmasken so weit verbreitet sind, muß außerdem die Laserfluenz unter dem Grenzwert der Schädigung von Kupfer eingestellt werden. Dies begrenzt die Typen von Materialien, die gebohrt werden können, und erfordert problematische Reinigungsschritte, anspruchsvolle Ausrichtung von Schicht zu Schicht und Ätzen von Kupfer.
Dokument WO 96/02351 offenbart ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines Blindloches in einem mehrschichtigen Ziel, das eine dielektrische Schicht enthält, die zwischen mindestens erste und zweite Leiterschichten gelegt ist, umfassend:
Erzeugen, von einem Festkörperultraviolettlaser mit einer ersten Wiederholungsfrequenz von mehr als 200 Hz, einer ersten Laserausgabe, die eine Wellenlänge von weniger als 400 nm aufweist und mindestens einen Laserimpuls mit einer ersten Energiedichte;
Anwenden der ersten Laserausgabe auf das Ziel, um die erste Leiterschicht in einem Lichtfleckgebiet auf dem Ziel zu entfernen;
Erzeugen, von dem Festkörperultraviolettlaser mit der ersten Wiederholungsfrequenz, einer zweiten Laserausgabe, die eine Wellenlänge von weniger als 400 nm aufweist und mindestens einen Laserimpuls mit einer zweiten Energiedichte enthält, die von der ersten Energiedichte verschieden ist; und
Anwenden der zweiten Laserausgabe auf das Ziel, um die dielektrische Schicht in dem Lichtfleckgebiet des Zieles zu entfernen und ein Blindloch zu formen, das an der zweiten Leiterschicht endet.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Ultraviolett-Laser-System und ein Verfahren zum Formen von Löchern in Zielen mit mindestens einer Leiterschicht und einer dielektrischen Schicht bereitzustellen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verdreifacht oder vervielfacht die Frequenz der Ausgabe eines kontinuierlich angeregten, gütegeschalteten Nd:YAG-Laser zum Erzeugen von Ultraviolettlicht-Ausgabeimpulsen mit zwei unterschiedlichen Energiedichten, d. h., vorzugsweise zwei unterschiedlichen Impulsintensitäten oder Lichtfleckgrößen. Die Parameter der Ausgabeimpulse werden zur Erleichterung eines im wesentlichen sauberen, simultanen Bohrens beziehungsweise Lochformens in einer großen Vielzahl von Materialien, wie zum Beispiel Metall, organische Dielektrika und Verstärkungsmaterialien mit unterschiedlichen Wärmeabsorptionseigenschaften als Reaktion auf Ultraviolettlicht gewählt. Diese Parameter enthalten typischerweise mindestens zwei der und vorzugsweise alle der folgenden Kriterien: hohe durchschnittliche Energie von mehr als ungefähr 100 Milliwatt, gemessen über der Strahllichtfleckfläche, eine Zeitimpulsdauer, die kürzer als ungefähr 100 Nanosekunden ist, und eine Wiederholungsfrequenz von mehr als ungefähr 200 Hz.
Die Fähigkeit, Ultraviolettlichtausgabeimpulse bei zwei Energiedichten zu erzeugen, erleichtert das Formen von tiefenselbstbegrenzenden Blindlöchern in mehrschichtigen Zielen. Zum Beispiel kann ein Blindloch in einem Ziel geformt werden, das aus einer Schicht aus dielektrischem Material besteht, das an jeder Oberfläche von einer Metallschicht bedeckt ist. Der Prozeß zum Formen eines Blindloches bringt als erstes die Verwendung von Strahlimpulsen mit einer Energiedichte über dem Metallabtragungsschwellenwert zum Bearbeiten durch die Metallschicht und danach Verwendung von Strahlimpulsen mit einer Energiedichte unter dem Metallabtragungsschwellenwert, aber über dem Dielektrikumabtragungsschwellenwert zum Bearbeiten durch das dielektrische Material mit sich. Der Bearbeitungsprozeß liefert ein tiefenselbstbegrenzendes Blindloch, da das Lochformen anhält, nachdem der Strahl durch das dielektrische Material schneidet. Der Grund besteht darin, daß die Strahlimpulsenergiedichte nicht ausreicht, um tiefenweise unter dem dielektrischen Material voranzuschreiten, um die verbleibende Metallschicht zu verdampfen, selbst wenn Lichtimpulse fortfahren, auf das Ziel zu treffen.
Die Tiefenselbstbegrenzungsfähigkeit beim Blindlochformen ist vorteilhaft, da mehrschichtige Ziele unvorhersagbare, inkonsistente Zieltiefen aufweisen können, die sich anhand von Verziehen, ungleichförmige Schichtdicke oder ungleichförmige Ebenheit der Montagevorrichtung ergeben. Außerdem erleichtert die ±0,25 Millimeter- Brennweitentoleranz des Ultraviolettlicht-Lasers die Bearbeitung von ungleichförmig dicken Zielen.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird eine erste Laserausgabe mit einer hohen Intensität zum Abtragen einer metallischen Schicht verwendet und eine zweite Laserausgabe mit geringerer Intensität und gleicher Lichtfleckgröße zum Abtragen einer darunter liegenden dielektrischen Schicht verwendet. Diese Intensitätsänderung kann in einem Nd:YAG-Laser, zum Beispiel, durch Erhöhen der Laserwiederholungsfrequenz zum Erzeugen von Impulsen mit geringerer Intensität leicht durchgeführt werden. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine ersten Laserausgabe mit hoher Intensität zum Abtragen einer metallischen Schicht verwendet und eine zweite Laserausgabe mit gleicher Intensität und größerer Lichtfleckgröße zum Abtragen einer darunter liegenden dielektrischen Schicht verwendet. In beiden Ausführungsformen ist die Energiedichte der ersten Laserausgabe größer als die Energiedichte der zweiten Laserausgabe. In einer dritten Ausführungsform werden sowohl die Intensität als auch die Lichtfleckgröße der ersten und zweiten Laserausgaben variiert.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die erzeugten Lasersystemausgabeimpulse und die Verfahren zur Verwendung derselben die Sättigungsgrenze der Energiedichteabtragungsrate pro Impuls beseitigen. Dies gestattet eine vollständige Verwendung der viel höheren als diejenigen, die mit von einem Excimer-Laser erzeugten Impulsen mit ähnlichem Verlauf möglich sind, Impulsraten- und Abtragungsrate pro Impuls-Eigenschaften der Erfindung. Dies gilt unabhängig davon, ob das Ziel ein ein- oder mehrschichtiges Material ist.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben ersichtlich werden, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine isometrische Ansicht der Komponenten eines vereinfachten Lasersystems, das zur Erzeugung von wünschenswerten Laserimpulsen gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittseitenansicht eines mehrschichtigen Ziels mit einem Durchgangsloch und einem Blindloch.
Fig. 3A und 3B zeigen Schneidprofile zum Formen jeweils eines Durchgangsloches und eines Blindloches.
Fig. 4 zeigt eine Graphik der Schnittiefe pro Impuls versus Energiedichte, die die Vergleichsbeziehung der Schnittiefe pro Impuls qualitativ zeigt, die mit einem Excimer-Laser und mit der vorliegenden Erfindung erzielbar ist.
Fig. 5 zeigt eine Graphik der Energie pro Impuls versus Wiederholungsfrequenz, die Metall- und Dielektrikumabtragungsschwellenwerte zeigt.
Fig. 6 zeigt eine Graphik der Energie pro Impuls versus Lichtfleckdurchmesser, die einen Verlauf eines ersten Laserausgabeimpulses mit Energie, die zum Abtragen von Metall ausreicht, und einen zweiten Laserausgabeimpuls mit Energie zeigt, die zum Abtragen eines Dielektrikums, aber nicht zum Abtragen von Metall ausreicht.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das die Lichtfleckgrößenunterschiede qualitativ zeigt, die unterschiedlichen Entfernungen zwischen dem Ziel und der Laserstrahlbrennebene entsprechen.
Fig. 8A und 8B zeigen fragmentarische Querschnittsansichten, die die sequentiellen Schritte zeigen, die zum Formen eines tiefenselbstbegrenzenden Blindloches eines Zieles durchgeführt werden, das aus einer Schicht aus dielektrischem Material besteht, die zwischen einer oberen Leiterschicht und einer unteren Leiterschicht positioniert ist.
Fig. 9 zeigt eine fragmentarische Querschnittsansicht einer unvollständigen Öffnung einer oberen Schicht für ein Loch, das gemäß der vorliegenden Erfindung bearbeitet werden kann.
Fig. 10 zeigt eine fragmentarische Querschnittsansicht eines Zieles, das dem Ziel von Fig. 8A und 8B ähnelt, aber eine zweite dielektrische Schicht aufweist, die zwischen Leiterschichten positioniert ist.
Fig. 11 zeigt eine fragmentarische Querschnittsansicht des Zieles von Fig. 10, aber mit einem Blindloch, gekennzeichnet durch eine tiefengestufte Breite mit abnehmendem Durchmesser von einer oberen Leiterschicht zu einer unteren Leiterschicht.
Fig. 12-19 zeigen Tabellen von jeweiligen Beispielen 1-8 von Parametern von Laserimpulsen, die von einem 355 nm-Lasersystem erzeugt sind, die von der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
Fig. 20-22 zeigen Tabellen von jeweiligen Beispielen 9-11 von Parametern von Laserimpulsen, die von einem 266 nm-Lasersystem erzeugt sind, die von der vorliegenden Erfindung benutzt werden.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält eine bevorzugte Ausführungsform eines Lasersystems 10 der vorliegenden Erfindung einen von einem zwischen einem hinteren Spiegel 16 und einem Ausgangsspiegel 18 entlang einer optischen Achse 20 positionierten Laserstab 14 definierten Resonator 12. Der Spiegel 16 reflektiert vorzugsweise zu 100% und der Spiegel 18 ist für sich entlang der optischen Achse 20 ausbreitendes Licht teildurchlässig. Der Laserstab 14 enthält vorzugsweise ein Festkörper-Lasermaterial, wie zum Beispiel Nd:YAG, Nd:YLF; Nd:YAP oder Nd:YV04 oder einen mit Holmium oder Erbium dotierten YAG- Kristall. Der Laserstab 14 kann von einer Vielzahl von Pumpquellen (nicht gezeigt), die Fachleuten auf dem Gebiet allgemein bekannt sind, angeregt werden, aber eine Kryptonbogenlampe wird, beziehungsweise ein geeignete Diodenlaser würde, für das Lasersystem 10 der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Güteschalter und deren Verwendungen, Positionierung und Betrieb sind Fachleuten auf dem Gebiet ebenfalls allgemein bekannt. In dem Lasersystem 10 ist ein Güteschalter 24 vorzugsweise in dem Resonator 12 entlang der optischen Achse zwischen dem Laserstab 14 und Spiegel 16 positioniert. Der Güteschalter kann auch als ein Impulsdämpfer, wie in dem US-Patent Nr. 5,197,074 beschrieben, verwendet werden.
Die Ausgabe des Laserstabes 11 wird in eine bevorzugte Ultraviolettwellenlänge durch zwei Stufen von Frequenzvervielfachung oder Frequenzumwandlung umgewandelt. Die zweite Frequenzvervielfachung kann von einem ersten Frequenzwandler 32, wie zum Beispiel einem nichtlinearen Kristall, erzeugt werden, der entlang der optischen Achse eingefügt und zur optimalen Phasenanpassung mit dem Ausgang des Laserstabes 14 hinsichtlich des Winkels abgestimmt ist. Fachleute werden anerkennen, daß es zahlreiche andere Techniken gibt, die herkömmlicherweise zur Phasenanpassung genutzt werden. Die Menge von in die zweite Oberschwingung umgewandelter Energie ist eine Funktion einer Anzahl von Lasereigenschaften, die Spitzenenergie, Modenstruktur und Strahldivergenz der Grundwellenlänge einschließen. Entsprechende Faktoren zur Auswahl eines besonderen nichtlinearen Kristalls schließen nichtlineare Koeffizienten, Winkeleintritt und Schwellenwert für eine Schädigung ein.
In einem bevorzugten Lasersystem 10, das ein kontinuierlich angeregter, gütegeschalteter, Nd:YAG-Laser ist, wird eine Frequenzverdopplung mit einem Bariumborat-Kristall 32 effizient durchgeführt, der, wie in Fig. 1 gezeigt, in dem Resonator 12 entlang der optischen Achse 20 positioniert ist. Fachleute werden anerkennen, daß zahlreiche andere frequenzwandelnde Kristalle, wie zum Beispiel Lithiumborat, verwendet werden könnten.
Der Verdopplungsprozeß wird von einem Brewster-Platte-Polarisator 26 verstärkt, der vorzugsweise zwischen dem hinteren Spiegel 16 und dem Laserstab 14 positioniert ist. Zusätzlich ist der Ausgangsspiegel 18 so ausgewählt, daß er für die von dem Laserstab 14 erzeugte Grundwellenlänge (1.064 nm für einen Nd:YAG) hochreflektierend ist, um die Spitzenleistung des Hohlrauminneren zu erhöhen, um dadurch die Effizienz der Oberschwingungsumwandlung (auf 532 nm) um bestimmt 80% zu erhöhen.
Ein zweiter Frequenzwandler 34 (auch vorzugsweise Bariumborat) ist entlang der optischen Achse 20 zwischen dem ersten Frequenzwandler 32 und dem Spiegel 18 in dem Resonator 12 positioniert, um die Ausgabe 38 der dritten Oberschwingung (355 nm) der Grundwellenlänge mit einer Umwandlungseffizienz von näherungsweise 25% zu erzeugen. Die Resonatorausgabe 36 kann in die zwei Wellenlängen (532 nm und 355 nm) mit einem oder mehreren Strahlteiler(n) (nicht gezeigt) unterteilt werden. Die Ausgabe 38 der dritten Oberschwingung bei 355 nm kann auch durch Drehen der Eingangspolarisation der 532 nm- Resonatorausgabe 36 mit einer entlang der optischen Achse 20 positionierten Polarisationszustandsänderungseinrichtung 42 variiert werden. Die Polarisationszustandsänderungseinrichtung 42 kann eine λ/4-Platte oder eine variable Polarisationszustandsänderungseinrichtung unter operativer Steuerung einer Zentralverarbeitungseinheit (nicht gezeigt), wie zum Beispiel in dem US-Patent Nr. 5,361,268 beschrieben, sein.
Die Ausgabe 38 der dritten Oberschwingung kann durch eine Vielzahl von allgemein bekannten Optiken, die Strahlaufweitungslinsenkomponenten 44 und 46 einschließen, die entlang des Strahlweges 50 vor einer Reihe von Strahllenkreflektoren 52, 54, 56 und 58 positioniert sind, manipuliert werden. Schließlich wird die Ausgabe 38 der dritten Oberschwingung durch eine Fokussierlinse 60 geleitet, bevor sie als Bearbeitungsausgabestrahl 62 auf das Ziel 40 angewandt wird. Variable Aperturen, einstellbare Kollimatoren und andere variable Linsenelemente können die Fokussierlinse 60 ersetzen oder zusätzlich zur Fokussierlinse 60 verwendet werden, um die räumliche Lichtfleckgröße des Bearbeitungsausgabestrahls 62 zu modifizieren. Weitere bevorzugte Wellenlängen des Bearbeitungsausgabestrahls 62 schließen 213 nm (Frequenz verfünffacht) und 266 nm (Frequenz vervierfacht) ein. Fachleute werden anerkennen, daß der Frequenzwandler 34 und die Polarisationszustandsänderungseinrichtung 42 vorzugsweise extern vom Resonator 12 positioniert würden, wenn Frequenzvervierfachung erwünscht ist.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines vergrößerten Bereiches eines gewöhnlichen Laserziels 40, das zum Beispiel ein MCM, Kondensator, eine Leiterplatte, ein Widerstand oder Hybrid- oder Halbleitermikroschaltung sein kann. Der Zweckmäßigkeit halber ist das Ziel 40 derart dargestellt, daß es nur vier Schichten 64, 66, 68 und 70 aufweist.
Die Schichten 64 und 68 können, zum Beispiel, Standardmetalle, wie zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Gold, Molybdän, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan, Wolfram, Metallnitride oder Kombinationen davon enthalten. Herkömmliche Metallschichten variieren in der Dicke, typischerweise zwischen 9-36 um, aber können dicker oder 72 um dick sein. Die Schicht 66 kann zum Beispiel ein organisches, dielektisches Standardmaterial wie beispielsweise Benzocyclobutan (BCB), Bismaleimidtriazin (BT), Karton, Cyanatester, Epoxidharze, Phenole, Polyimide, PTFE, verschiedene Polymer-Legierungen oder Kombinationen derselben enthalten. Herkömmliche organische dielektrische Schichten 66 variieren beträchtlich in der Dicke, sind aber typischerweise viel dicker als Metallschichten 64 und 68. Ein beispielhafter Dickenbereich für organische dielektrische Schichten 66 beträgt ungefähr 50-200 um, sie können aber in Stapeln plaziert werden, die 1,6 mm groß sind. Die Schicht 66 kann auch eine Standardverstärkungskomponente beziehungsweise "Schicht 70" enthalten. Die Schicht 70 kann Fasermatten oder dispergierte Partikeln aus, zum Beispiel, Aramidfasern, Keramik oder Glas sein, das in die organische dielektrische Schicht 66 gewebt oder dispergiert ist. Herkömmliche Verstärkungsschichten 70 sind typischerweise viel dünner als organische dielektrische Schichten 66 und können in der Größenordnung von 1-2 um sein und vielleicht bis zu 10 um sein. Fachleute werden anerkennen, daß das Verstärkungsmaterial als Pulver in die organischen Dielektrika eingeführt werden kann. Die von einem derartigen Pulververstärkungsmaterial gebildeten "Schichten 70" können nicht aneinandergrenzend und ungleichförmig sein. Fachleute werden auch anerkennen, daß die Schichten 64, 66 und 68 auch intern nicht aneinandergrenzend, ungleichförmig und uneben sein können.
Das Ziel 40 in Fig. 2 stellt auch ein Durchgangsloch 72 und ein Blindloch 74 dar, die vom Lasersystem 10 erzeugt sind. Das Durchgangsloch 72 durchdringt sauber und gleichmäßig alle Schichten und Materialien des Zieles 40 und weist eine vernachlässigbare Neigung von seiner Oberseite 74 zu seiner Unterseite 78 auf. Der Neigungswinkel 79 beträgt vorzugsweise weniger als 45º, noch bevorzugter weniger als 30º und am bevorzugsten 0º in Bezug auf die normale Achse 77.
Das Blindloch 74 durchdringt nicht alle Schichten und/oder Materialien. In Fig. 2 hört das Blindloch 74 an der Schicht 68 auf und durchdringt es selbige nicht. Somit erlaubt eine richtige Wahl der Laserparameter, daß die Schicht 68 unberührt bleibt, selbst wenn sie dieselbe(n) Metallkomponente(n) wie Schicht 64 aufweist.
Die Lochdurchmesser liegen vorzugsweise im Bereich von 25-300 um, aber das Lasersystem 10 kann Löcher 72 und 74 erzeugen, die ungefähr 5-25 um klein sind oder viel größer als 1 mm sind. Da die bevorzugte Lichtfleckgröße des Ausgabestrahls 62 ungefähr 25-75 um im Durchmesser beträgt, können Löcher, die größer als 25 um sind, durch Hohlbohren, Bearbeitung in konzentrischen Kreisen oder Spiralbearbeitung erzeugt werden.
Die Fig. 3A und 3B zeigen Schneidprofile zum Formen jeweils eines Durchgangsloches 86 und eines Blindloches 88, die größer als die Lichtfleckgröße des Ausgabestrahls 62 sind. Unter Bezugnahme auf die Fig. 3A definiert das Durchgangsloch 86 auf der Oberfläche eines Zieles 40 ein kreisförmiges räumliches Gebiet 90 mit einem Rand 92. Der Ausgabestrahl 62 weist eine Lichtfleckfläche 94 auf, die geringer als die Fläche des Gebietes 90 ist. Das Durchgangsloch 86 ist durch sequentielles Positionieren des Strahls 62 mit dem Lichtfleckgebiet 94 an überlappenden aneinandergrenzenden Orten um den Rand 92 geformt. Der Strahl 62 wird vorzugsweise kontinuierlich durch jeden Ort mit einer Geschwindigkeit bewegt, die für das System 10 ausreichend ist, um die Anzahl von Strahlimpulsen zu liefern, die zum Erzielen der Schnittiefe an dem Ort notwendig sind. Nachdem der Strahl 62 den Weg um den Rand 92 abgeschlossen hat, fällt das mittige Zielmaterial 96 heraus, um das Durchgangsloch 86 zu formen. Dieser Prozeß wird Hohlbohren genannt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3B definiert das Blindloch 88 auch auf der Oberfläche des Zieles 40 ein kreisförmiges Gebiet 90 mit einem Rand 92. Der Ausgabestrahl 62 mit der Lichtfleckfläche 94 wird zu Beginn in der Mitte 102 des Gebietes 90 positioniert. Das Blindloch 88 wird durch sequentielles Positionieren des Strahls 62 mit der Lichtfleckfläche 94 an überlappenden aneinandergrenzenden Orten entlang eines Spiralweges 104 am Rand 92 geformt. Der Strahl 62 wird vorzugsweise kontinuierlich durch jeden Ort mit einer Geschwindigkeit bewegt, die für das System 10 ausreicht, nm die Anzahl von Strahlimpulsen abzugeben, die zum Erzielen der Schnittiefe an dem Ort erforderlich ist. Wenn der Strahl 62 entlang des Spiralweges 104 voranschreitet, wird das Zielmaterial weg "geknabbert", um ein Loch mit zunehmender Größe zu formen, jedes Mal wenn der Strahl 62 zu einem neuen Schneidort bewegt wird. Die endgültige Gestalt des Loches wird erzielt, wenn der Strahl 62 sich entlang eines kreisförmigen Weges am Rand 92 bewegt.
Ein alternativer Strahlschneidweg zum Bilden des Blindloches 88 würde darin bestehen, in der Mitte 102 zu beginnen und konzentrische Kreise mit inkremental zunehmenden Radien zu schneiden, die von der Lichtfleckfläche 94 des Strahles 92 definiert sind. Der Gesamtdurchmesser des Loches 88 würde zunehmen, da die konzentrischen Kreise, die das Loch 88 formen, sich auf einem kreisförmigen Weg mit größeren Entfernungen von der Mitte 102 des Gebietes 90 bewegen würden. Alternativ kann dieser Prozeß durch Definieren des gewünschten Kreisumfanges und Bearbeiten der Ränder in Richtung zur Mitte beginnen.
Äußere Spiralbearbeitung neigt dazu, etwas kontinuierlicher und schneller als Bearbeitung mit konzentrischen Kreisen zu sein. Fachleute werden anerkennen, daß entweder das Ziel 40 oder der Bearbeitungsausgabestrahl 62 feststehen können oder relativ zur Position des anderen bewegt werden können. In einer bevorzugten Ausführungsform werden sowohl das Ziel 40 als auch der Bearbeitungsausgabestrahl 62 simultan bewegt.
Fachleute werden anerkennen, daß nichtkreisförmige Löcher auch durch ähnliche Prozesse abgetragen werden können. Derartige Löcher können, zum Beispiel, quadratische, rechteckige, ovale, schlitzartige oder andere Oberflächengeometrien aufweisen.
Ein aus dem Festkörperlasersystem 10 abgeleiteter Nutzen besteht in der Fähigkeit, den Ausgabestrahl 62 auf die Oberfläche des Zieles 40 ohne die Verwendung einer Strahlgestaltsteuermaske, wie diejenige, die mit einem Excimer-Laser verwendet wird, zu lenken. Dies ist wesentlich, da sich eine Schnittiefe pro Impuls-Sättigung ergeben kann, wenn die Strahllichtfleckfläche im wesentlichen dem von dem zum Schneiden vorgesehenen Loch definierten räumlichen Gebiet gleicht. Die Schnittiefe pro Impuls-Sättigung ist erreicht, wenn eine Zunahme der Energiedichte des Lichtimpulses, der auf das Ziel fällt, keine wesentliche Zunahme der Schnittiefe in dem Ziel erzeugt.
Da geringe Strahlqualität, große Strahlfläche und geringe Impulsraten Excimer-Laser innewohnen, sind typischerweise Strahlgestaltsteuermasken zur effizienten Verwendung eines Eximer-Strahl notwendig. Das Maskenverfahren forciert Abtragung einer großen Fläche statt an einem Punkt, so daß die effektive Strahllichtfleckfläche der gewünschten räumlichen Fläche des zu schneidenden Loches gleicht. Trümmer anhand von Abtragung blockieren teilweise nachfolgende Laserimpulse oder überhitzte Trümmer wandeln die Art des Abtragungsprozesses in einen mehr thermischen Prozeß um, wobei eine Sättigungstiefe erzeugt wird, die eine praktische Grenze sowohl bei der Energiedichte als auch der Wiederholungsfrequenz des Excimer-Lasers auferlegt, so daß weitere Erhöhungen nicht benutzt werden können, um die Abtragungsrate weiter zu erhöhen.
Fig. 4 zeigt eine Graphik der Schnittiefe pro Impuls versus Energiedichte, die qualitativ die Vergleichsbeziehung der mit einem Excimer-Laser-Strahl und einem Ausgangsstrahl des Lasersystems 10 erzielbare Schnittiefe pro Impuls zeigt. Die Kurve 106 charakterisiert einen gepulsten Excimer-Laser-Strahl, der durch eine Strahlgestaltsteuermaske tritt und auf ein Ziel fällt. Die Kurve 106 zeigt, daß ein Excimer-Strahlimpuls, der eine Schwellenwertenergiedichte, PDTH, überschreitet, die Schnittiefe pro Impuls erzeugt, die linear auf einem Wert, ts, ansteigt, der einer Sättigungsenergiedichte, PDS, entspricht. Weitere Zunahmen der Excimer-Strahlimpulsenergiedichte erzeugen keine merkbare Zunahme der Schnittiefe. Die Kurve 108 charakterisiert den Ausgabestrahl 62 des Systems 10 ohne Vorhandensein einer Strahlgestaltsteuermaske und folgt der Kurve 106 für Strahlimpulsenergiedichten, die nicht PDS überschreiten. Für PDS überschreitende Zunahmen der Impulsenergiedichten setzt der Ausgabestrahl 62 die lineare Zunahme der Schnittiefe pro Impuls ohne Sättigung fort. Das System 10 ist somit fähig, Schnittiefen pro Impuls zu erzielen, die an die verfügbare Strahlimpulsenergiedichte angepaßt sind.
Die Parameter des Bearbeitungsausgabestrahles 62 sind derart gewählt, daß sie ein im wesentlichen sauberes, sequentielles Bohren, das heißt Lochformen, einer großen Vielzahl von Zielen aus metallischem und dielektrischem Material erleichtern, die unterschiedliche optische Absorption und andere Eigenschaften als Reaktion auf Ultraviolettlicht (d. h. Wellenlängen, die kürzer als ungefähr 400 nm sind) aufweisen. Als erstes wird die Metallschicht mit einer ersten Laserausgabe entfernt, die eine Energiedichte aufweist, die zum Abtragen des Metalls ausreicht. Danach wird die dielektrische Schicht mit einer zweiten Laserausgabe entfernt, die eine geringere Energiedichte aufweist, die nicht ausreicht, um das Metall abzutragen, so daß nur das Dielektrikum entfernt wird. Das Zweischrittverfahren ist besonders nützlich zur Herstellung von Blindlöchern mit einer metallischen unteren Schicht, da die zweite Laserausgabe sie nicht abtragen wird. Somit liefert das Zweischrittbearbeitungsverfahren ein tiefenselbstbegrenzendes Blindloch, da die zweite Laserenergieausgabe nicht ausreicht, um die metallische untere Schicht zu verdampfen, selbst wenn die zweite Laserenergieausgabe andauert, nachdem das dielektrische Material vollständig durchdrungen ist. Fachleute werden anerkennen, daß die ersten und zweiten Laserausgaben sequentiell aneinandergrenzend sein können oder daß eine Reihe von ersten Laserausgaben auf einen erweiterten Oberflächenbereich des Zieles 40 angewandt werden kann und danach eine Reihe von zweiten Laserausgaben über demselben erweiterten Oberflächenbereich angewandt werden kann.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird in einem ersten Schritt eine erste Laserausgabe mit hoher Intensität zum Abtragen einer metallischen Schicht verwendet und in einem zweiten Schritt eine zweite Laserausgabe mit geringerer Intensität und gleicher Lichtfleckgröße zum Abtragen einer darunterliegenden dielektrischen Schicht verwendet. Fig. 5 stellt ein Verfahren zum Ändern der Intensität der Nd:YAG-Laserausgabe durch Ändern der Wiederholungsfrequenz des Lasersystems 10 dar. Fig. 5 zeigte eine Graphik 110, die, für die von in Fig. 14 gezeigtem Beispiel 3 wiedergegebenen Bedingungen, anzeigt, daß die Energie pro Impuls (in Einheitsenergiewerten) der Laserausgabe umgekehrt mit der Impulswiederholungsfrequenz (in kHz) variiert. Die Energie der ersten Laserausgabe ist größer als der Metallabtragungsschwellenwert 112 und die Energie der zweiten Laserausgabe befindet sich unter dem Metallabtragungsschwellenwert 112, aber über dem Dielektrikumabtragungsschwellenwert 114. Somit kann der zweite Schritt mit irgendeiner Energiedichte zwischen Schwellenwerten 112 und 114 bei 20 kHz durchgeführt werden.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine erste Laserausgabe hoher Intensität zum Abtragen einer metallischen Schicht verwendet und eine zweite Laserausgabe gleicher Intensität und größerer Lichtfleckgröße zum Abtragen einer darunterliegenden dielektrischen Schicht verwendet. Fig. 6 zeigt eine Graphik 120, die die inverse Beziehung (in Einheitsenergie- und -entfernungswerten) zwischen Energie pro Impuls und dem Lichtfleckdurchmesser demonstriert. Fig. 6 zeigt einen beispielhaften Verlauf eines Impulses der ersten Laserausgabe 122 mit einem Lichtfleckdurchmesser von 1 und ausreichend Energie (über Metallabtragungsschwellenwert 124) zum Abtragen von Metall und einen beispielhaften Verlauf eines Impulses einer zweiten Laserausgabe 126 mit einem Lichtfleckdurchmesser 3 und ausreichend Energie (über Dielektrikumabtragungsschwellenwert 128) zum Abtragen von dielektrischem Material, aber nicht zum Abtragen von Metall.
In einer dritten Ausführungsform ist die Intensität der zweiten Laserausgabe verringert und ihre Lichtfleckgröße relativ zur Intensität und Lichtfleckgröße der ersten Laserausgabe vergrößert. Wie vorangehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erörtert, können variable Aperturen, einstellbare Kollimatoren oder variable Linsenelemente zum Modifizieren der räumlichen Lichtfleckgröße zwischen den ersten und zweiten Ausgaben benutzt werden.
Fig. 7 zeigt ein Diagramm, das qualitativ die Unterschiede in der Lichtfleckgröße zeigt, die unterschiedlichen Entfernungen zwischen einem Ziel 150 und einer Laserstrahlbrennebene 152 entsprechen. Unter Bezugnahme auf Fig. 7 stellt die Lichtfleckfläche 154 die Lichtfleckfläche dar, die einer Plazierung des Zieles 150 an der Brennebene 152 entspricht. Die Lichtfleckflächen 156 und 158 stellen fortschreitend größere Lichtfleckflächen dar, die einer Plazierung des Zieles 150 an jeweiligen Positionen von zunehmender Nähe zu beziehungsweise Entfernung von der Laserstrahlquelle (nicht gezeigt) und somit in zunehmenden Entfernungen von der Brennebene 152 entsprechen.
In diesen allgemeinen Ausführungsformen schließen bevorzugte Parameter der ersten Laserausgabe mittlere Energiedichten, die größer als ungefähr 300 mW, gemessen über der Strahllichtfleckfläche, sind; Lichtfleckgrößendurchmesser beziehungsweise räumliche Hauptachsen von weniger als ungefähr 50 um und vorzugsweise von ungefähr 1-50 um; und eine Wiederholungsfrequenz, die größer als ungefähr 200 Hz, vorzugsweise größer als ungefähr 1 kHz oder sogar 5 kHz ist; und eine Ultraviolettwellenlänge, vorzugsweise zwischen ungefähr 180-355 nm, ein. Die bevorzugten Parameter des Bearbeitungsausgabestrahles 62 sind gewählt worden, um zu versuchen, gewisse thermische Schädigungseffekte durch Benutzung von Zeitimpulsdauern zu umgehen, die kürzer als ungefähr 100 ns, und vorzugsweise von ungefähr 40-90 ns oder geringer sind. Fachleute werden auch anerkennen, daß die Lichtfleckfläche des Ausgangsstrahles 62 allgemein kreisförmig ist, aber sehr leicht elliptisch sein kann.
Die Fig. 8A und 8B zeigen fragmentarische Querschnittsansichten, die die sequentiellen Schritte zeigen, die durchgeführt werden, um ein tiefenselbstbegrenzendes Blindloch eines Zieles 160 zu formen, das aus einer Schicht 162 aus dielektrischem Material besteht, die zwischen einer oberen Leiterschicht 164 und einer unteren Leiterschicht 166 positioniert ist. Die Leiterschichten 164 und 166 sind typischerweise aus demselben Material, wie zum Beispiel Kupfer, hergestellt. Fig. 8A stellt den ersten Schritt des Abgebens von Laserstrahlimpulsen mit einer ersten Energiedichte dar, die sich oberhalb des Abtragungsschwellenwertes der Leiterschicht 164 befindet. Fig. 8B stellt den zweiten Schritt des Abgebens von Laserimpulsen mit einer zweiten Energiedichte dar, die sich unterhalb des Abtragungsschwellenwertes der Leiterschicht 166, aber oberhalb des Abtragungsschwellenwertes der dielektrischen Schicht 162 befindet. Dieses Zweischrittverfahren liefert ein tiefenselbstbegrenzendes Blindloch, da die Laserstrahlenergiedichte nicht ausreicht, um tiefenweise über das dielektrische Material hinauszugehen und die Leiterschicht 166 zu verdampfen.
Fig. 9 zeigt eine fragmentarische Querschnittsansicht einer unvollständigen Öffnung 168 in der oberen Schicht für eine Bohrung beziehungsweise ein Loch (in gestrichelten Linien gezeigt), die/das gemäß der Erfindung hergestellt werden kann. Die in der Fig. 9 dargestellte Situation tritt typischerweise in einer unvollständig chemisch vorgeätzten metallischen oberen Schicht 164 auf, die keine dielektrische Schicht 162 in einem Ziel freigibt, das anfänglich durch die dielektrische Schicht bearbeitet werden sollte. Die unter Bezugnahme auf die Fig. 8A und 8B beschriebenen Verfahrensschritte können zum Herstellen eines Loches in dem Ziel durchgeführt werden.
Fig. 10 zeigt eine fragmentarische Querschnittsansicht eines Zieles 170, das dem Ziel 160 ähnelt, aber eine zweite dielektrische Schicht 172 aufweist, die zwischen der Leiterschicht 162 und einer dritten Leiterschicht 174 positioniert ist. Die dielektrische Schicht 172 und die Leiterschicht 166 weisen Abtragungsschwellenwerte in demselben relativen Verhältnis wie jenes der jeweiligen dielektrischen Schicht 162 und Leiterschicht 166. Somit werden die Leiterschichten 166 und 174 die jeweiligen mittleren und unteren Leiterschichten des Zieles 170. Zum Formen eines Blindloches in dem Ziel 170 wiederholt man den ersten Schritt durch Erhöhen der Laserstrahlimpulse auf die erste Energiedichte zum Bearbeiten durch die Schicht 166 und wiederholt man danach den zweiten Schritt durch Verringern der Laserstrahlimpulse auf die zweite Energiedichte zum Bearbeiten durch die dielektrische Schicht 172 und Anhalten an der Schicht 174.
Fig. 11 zeigt eine fragmentarische Querschnittsansicht des Zieles 170 in Fig. 10, aber mit einem Blindloch 180, das durch eine tiefenweise gestufte Breite mit abnehmendem Durchmesser von der oberen Schicht 164 zur unteren Schicht 174 gekennzeichnet ist. Die Änderungen in der Breite werden durch wahlweises Verringern der Laserzielfläche, nachdem jede aufeinanderfolgende Schicht durchdrungen ist, durchgeführt.
Die Fig. 12-19 und Fig. 20-22 enthalten Tabellen mit Laserimpulsparametern, die jeweilige Beispiele 1-8, die einen 355 nm-Laser verwenden, und Beispiele 9-11 zeigen, die einen 266 nm-Laser zum Formen von Blindlöchern gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden. Diese Laserimpulse und resultierenden Löcher wurden mit einem Modell 4577 UV-Laser (355 nm) beziehungsweise einem Modell 4573 UV-Laser (266 nm) in einem Modell 5000 Lasersystem erzeugt, das von Electro Scientific Industries, Inc. in Portland, Oregon, hergestellt ist.
In den Fig. 12-22 listen Schritt 1 und 2 in der Tabellenüberschrift allgemein die Tiefe beziehungsweise Dicke und das Material/die Materialien der Leiterschicht 64 und dielektrischen Schicht 66 auf, auf die die ersten und zweiten Laserausgaben 122 und 126 jeweils gerichtet sind. In den Spaltenüberschriften gibt Lochgröße den oberen Durchmesser (beziehungsweise die längste seitliche Oberflächenabmessung, wo die Löcher nicht kreisförmig sind) an. Schritt gibt an, ob die erste oder zweite Laserausgabe 62 benutzt wird und welches von den Materialien von den Tabellenüberschriften das Ziel 40 ist. Geschwindigkeit gibt die Geschwindigkeit an, mit der die Laserausgabe relativ zur Oberfläche des Zieles 40 bewegt wird. Die Wiederholungs(rep)-Frequenz gibt die Anzahl von Laserimpulsen pro Sekunde an, die von dem Lasersystem 10 erzeugt wird. Energie gibt die mittlere Energie bei der Wiederholungsfrequenz der Laserausgabe 62 an. Bißgröße gibt die Impulsüberlappung beziehungsweise -"Biß" von frischem Material an, das von jedem Impuls der Laserausgabe 62 freigelegt wird. Anzahl (#) von Durchgängen gibt die Anzahl von Spiralen oder "Hohlbohrungen" der Laserausgabe 62 an, die zum Formen eines Loches verwendet wird. Effektiver (Eff.) Lichtfleck stellt eine programmierbare Korrektur von Materialbearbeitungsunterschieden dar. Spiralparameter (Params.) geben den Innendurchmesser (id), die Anzahl von Umdrehungen von der Mitte zum Außendurchmesser (rev), Abstand zwischen Umdrehungen der Spiralen (Steigung) und die Entfernung (in um oder Mils) von dem Ziel zur Brennebene (Fokus) an. Fachleute werden anerkennen, daß die Fig. 12-22 Beispiele von nur einigen möglichen Impuls- und Lochparametern zeigen, die zur Implementierung der vorliegenden Erfindung nützlich sind, und daß zahlreiche Variationen möglich sind.
Fachleute werden auch anerkennen, daß das Ziel 40 mehrere Gruppen von Leiter- und dielektrischen Schichten 64 und 66 umfassen kann und daß die ersten und zweiten Laserausgaben 122 und 126 wiederholt werden können, um gestufte, verjüngte oder vertikal angeschliffene Löcher durch die Mehrfachgruppen von Schichten zu erzeugen.
Für Fachleute auf dem Gebiet wird ersichtlich sein, daß zahlreiche Änderungen in den Einzelheiten der oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von den zugrundeliegenden Prinzipien davon abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte somit nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.

Claims

1. Ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines tiefenselbstbegrenzenden Blindloches (74, 88) in einem mehrschichtigen Ziel (40, 160), das mindestens erste und zweite Leiterschichten (64, 166) mit jeweiligen ersten und zweiten Leiterabtragungsenergieschwellenwerten und eine dielektrische Schicht (162) mit Oberflächen und einem Dielektrikumabtragungsenergieschwellenwert enthält, wobei die ersten und zweiten Leiterschichten jeweils über und unter den Oberflächen der dielektrischen Schicht positioniert sind und die ersten und zweiten Leiterabtragungsenergieschwellenwerte den Dielektrikumabtragungsenergieschwellenwert überschreiten, umfassend:

Erzeugen, von einem Festkörperultraviolettlaser mit einer ersten Wiederholungsfrequenz von mehr als ungefähr 200 Hz, einer ersten Laserausgabe, die eine Wellenlänge von weniger als 400 nm aufweist und mindestens einen ersten Laserimpuls mit einer ersten Energiedichte über einer ersten räumlichen Lichtfleckgröße enthält, wobei die erste Energiedichte größer als der erste Leiterabtragungsenergieschwellenwert ist;

Anwenden der ersten Laserausgabe (62) auf das Ziel (40, 160), um die erste Leiterschicht in einem Lichtfleckgebiet des Zieles zu entfernen;

Abändern der ersten Wiederholungsfrequenz des Festkörperultraviolettlasers in eine zweite Wiederholungsfrequenz, die größer als die erste Wiederholungsfrequenz ist, um die erste Energiedichte auf eine zweite Energiedichte über einer zweiten räumlichen Lichtfleckgröße zu verringern, wobei die zweite Energiedichte niedriger als die ersten und zweiten Leiterabtragungsenergieschwellenwerte ist;

Erzeugen, von dem Festkörperultraviolettlaser mit der zweiten Wiederholungsfrequenz, einer zweiten Laserausgabe, die eine Wellenlänge vän weniger als 400 nm aufweist und mindestens einen zweiten Laserimpuls mit der zweiten Energiedichte enthält, wobei die zweite Energiedichte größer als der Dielektrikumabtragungsenergieschwellenwert ist; und

Anwenden der zweiten Laserausgabe auf das Ziel, um die dielektrische Schicht (162) in dem Lichtfleckgebiet des Zieles zu entfernen und, als eine Folge dessen, daß die zweite Energiedichte niedriger als der zweite Leiterabtragungsenergieschwellenwert ist, um die zweite Leiterschicht im wesentlichen unverdampft zu lassen und dadurch ein tiefenselbstbegrenzendes Blindloch (74, 88) zu formen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die dielektrische Schicht Benzocyclobutan, Bismaleimidtriazin (BT), Karton, Cyanatester, Epoxidharze, Papier, Phenole, Polyimide, PTFE oder Kombinationen derselben und mindestens einen Leiter umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in dem die ersten und zweiten Laserimpulse eine Zeitimpulsdauer aufweisen, die kürzer als ungefähr 100 ns ist, wobei die ersten und zweiten Laserausgaben eine mittlere Ausgabeenergie aufweisen, die größer als ungefähr 100 mW, gemessen über deren jeweiligen räumlichen Lichtfleckgrößen, ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die ersten und zweiten Laserimpulse eine Zeitimpulsdauer aufweisen, die kürzer als ungefähr 100 ns ist, wobei die ersten und zweiten Laserausgaben eine mittlere Ausgabeenergie aufweisen, die größer als ungefähr 100 mW, gemessen über deren jeweiligen räumlichen Lichtfleckgrößen, ist.

S. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben jeweilige erste und zweite Ausgabeenergien aufweisen und die erste Ausgabeenergie größer als die zweite Ausgabeenergie ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, in dem die ersten und zweiten räumlichen Lichtfleckgrößen dieselben sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die erste räumliche Lichtfleckgröße kleiner als die zweite räumliche Lichtfleckgröße ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben jeweilige erste und zweite Ausgabeenergien aufweisen, die im wesentlichen dieselben sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die erste räumliche Lichtfleckgröße kleiner als ungefähr 100 um quer über seinen Flächendurchmesser ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben von einem Festkörperlaser erzeugt werden, umfassend Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YAP oder Nd:YV04.

11. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die erste räumliche Lichtfleckgröße eine Lichtfleckfläche definiert, die kleiner als ein räumliches Gebiet des Zieles ist und in selbigem liegt, wobei das räumliche Gebiet einen Rand und einen zentralen Bereich aufweist, wobei das Verfahren ferner umfaßt:

Lenken mindestens eines jeder der ersten und zweiten Laserimpulse sequentiell auf mehrere zu dem räumlichen Gebiet gehörende Positionen, um mehrere Mengen von Zielmaterial zu entfernen, die den Lichtfleckflächen entsprechen, wobei die Vielzahl von Positionen eine aneinandergrenzende Gruppe von Lichtfleckflächen definiert, die sich von dem zentralen Bereich entlang eines Weges zum Rand des räumlichen Gebietes nach außen erstrecken, um das Zielmaterial von dem räumlichen Gebiet zu entfernen und dadurch ein Blindloch in dem Zielmaterial zu erzeugen.

12. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die dielektrische Schicht ein Verstärkungsmaterial enthält, das Glas, Aramidfasern, Keramiken oder Kombinationen derselben umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Ziel eine Leiterplatte umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, worin die erste Laserausgabe in einer Brennebene fokussiert wird, ferner umfassend:

Positionieren des Zieles in einer ersten Entfernung relativ zur Brennebene vor Anwenden der ersten Laserausgabe; und

Positionieren des Zieles in einer zweiten Entfernung, die von der ersten Entfernung verschieden ist, relativ zur Brennebene vor Anwenden der zweiten Laserausgabe, wodurch die zweite räumliche Lichtfleckgröße relativ zur ersten räumlichen Lichtfleckgröße modifiziert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend die Benutzung von variablen Aperturen, einstellbaren Kollimatoren oder variablen Linsenelementen zum Modifizieren der zweiten räumlichen Lichtfleckgröße relativ zur ersten räumlichen Lichtfleckgröße.

16. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben eine erste Gruppe von Laserausgaben bilden, die ersten und zweiten Leiterschichten und die dielektrische Schicht eine erste Gruppe von Schichten bilden und das Ziel mindestens eine zweite Gruppe von Schichten umfaßt, enthaltend eine dritte Leiterschicht und eine zweite dielektrische Schicht, wobei die zweite Gruppe von Schichten auf der ersten Gruppe von Schichten positioniert ist, so daß die zweite dielektrische Schicht zwischen den ersten und dritten Leiterschichten positioniert ist, wobei das Verfahren ferner umfaßt:

vor Erzeugen und Anwenden der ersten Gruppe von Laserausgaben Erzeugen und Anwenden einer zweite Gruppe von ersten und zweiten Laserausgaben zum Formen eines Loches durch die dritte Leiterschicht und die zweite dielektrische Schicht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, in dem das Loch zwischen den ersten und zweiten Gruppen von Schichten gestuft ist.

18. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben ein nichtkreisförmiges Loch erzeugen.

19. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben dieselbe Wellenlänge aufweisen.

20. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Ändern der zweiten Ausgabeenergie relativ zur ersten Ausgabeenergie durch Verwenden eines Güteschalters, einer Polarisationszustandsänderungseinrichtung, einer λ/4-Platte oder einer Pockelszelle.

21. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Wellenlängen der ersten und zweiten Impulse 355 nm oder 266 nm aufweisen.

22. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die zweite Leiterschicht bei der Wellenlänge der zweiten Laserausgabe absorbiert und die zweite Energiedichte unter dem Abtragungsenergieschwellenwert der zweiten Leiterschicht bleibt.

23. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die erste Wiederholungsfrequenz größer als 1 kHz ist.

24. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben von einem gütegeschalteten Festkörperlaser erzeugt werden.

25. Verfahren nach Anspruch 8, in dem die ersten und zweiten Laserausgaben von einem gütegeschalteten Festkörperlaser erzeugt werden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, in dem die erste Wiederholungsfrequenz größer als 1 kHz ist.

27. Verfahren nach Anspruch 21, in dem die zweite räumliche Lichtfleckgröße größer als die ersten räumliche Lichtfleckgröße ist.

28. Ein Verfahren zur Laserbearbeitung eines tiefenselbstbegrenzenden Blindloches (74, 88) in einem mehrschichtigen Ziel (40, 160), das mindestens erste und zweite Leiterschichten (164, 166) mit jeweiligen ersten und zweiten Leiterabtragungsenergieschwellenwerten und eine dielektrische Schicht (162) mit Oberflächen und einem Dielektrikumabtragungsenergieschwellenwert enthält, wobei die ersten und zweiten Leiterschichten jeweils über und unter den Oberflächen der dielektrischen Schicht positioniert sind und die ersten und zweiten Leiterabtragungsenergieschwellenwerte den Dielektrikumabtragungsenergieschwellenwert überschreiten, umfassend:

Positionieren des Zieles in einer ersten Entfernung relativ zu einer Brennebene eines Festkörperultraviolettlasers zum Bestimmen einer räumlichen Lichtfleckgröße einer ersten Laserausgabe;

Erzeugen der ersten Laserausgabe (62) von dem Festkörperultraviolettlaser mit einer ersten Wiederholungsfrequenz, die größer als ungefähr 200 Hz ist, wobei die erste Laserausgabe eine Wellenlänge aufweist, die geringer als 400 nm ist, und mindestens einen ersten Laserimpuls mit einer ersten Energiedichte über der ersten räumlichen Lichtfleckgröße enthält, wobei die erste Energiedichte größer als der erste Leiterabtragungsenergieschwellenwert ist;

Anwenden der ersten Laserausgabe auf das Ziel, um die erste Leiterschicht in einer Lichtfleckfläche des Zieles zu entfernen;

Positionieren des Zieles in einer zweiten Entfernung, die von der ersten Entfernung verschieden ist, relativ zur Brennebene zum Vergrößern der ersten räumlichen Lichtfleckgröße des ersten Laserimpulses auf eine zweite räumliche Lichtfleckgröße, um die erste Energiedichte auf eine zweite Energiedichte über der zweiten räumlichen Lichtfleckgröße zu verringern, wobei die zweite Energiedichte niedriger als die ersten und zweiten Leiterabtragungsenergieschwellenwerte ist;

Erzeugen, von dem Festkörperultraviolettlaser, einer zweiten Laserausgabe, die eine Wellenlänge aufweist, die geringer als 400 nm ist, und mindestens einen zweiten Laserimpuls mit der zweiten Energiedichte enthält, wobei die zweite Energiedichte größer als der Dielektrikumabtragungsenergieschwellenwert ist; und

Anwenden der zweiten Laserausgabe auf das Ziel, um die dielektrische Schicht (162) in der Lichtfleckfläche des Zieles zu entfernen und, als eine Folge dessen, daß die zweite Energiedichte niedriger als der zweite Leiterabtragungsenergieschwellenwert ist, die zweite Leiterschicht im wesentlichen unverdampft zu lassen und dadurch ein tiefenselbstbegrenzendes Blindloch (74, 88) zu formen.