包括用于多种深度蚀刻的掩模的激光蚀刻系统技术方案

一种激光蚀刻系统包括配置为在蚀刻过程期间生成多个激光脉冲的激光源。相对于激光源对准工件。工件包含响应于接收多个激光脉冲被蚀刻的蚀刻材料。将掩模插入在激光源和工件之间。掩模包括配置为调节由工件实现的激光脉冲的能量密度或数量的至少一个掩模图案，使得在蚀刻材料中蚀刻彼此之间具有不同深度的多个特征。

Laser etching system including masks for a variety of deep etching

A laser etching system includes a laser source configured to generate a plurality of laser pulses during an etching process. Aligning the workpiece relative to the laser source. The workpiece includes an etching material responsive to receiving a plurality of laser pulses. A mask is inserted between the laser source and the workpiece. The mask includes at least one mask pattern configured to regulate the energy density or number of laser pulses that are realized by the workpiece so as to etch a plurality of features with different depths between each other in the etching material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括用于多种深度蚀刻的掩模的激光蚀刻系统
本公开涉及基于激光的蚀刻技术，以及更具体地涉及配置为在基于激光的蚀刻过程期间控制蚀刻深度的掩模(中间掩模，光罩，掩模板，maskreticle)。
技术介绍
使用配置为生成图案化工件的高能量激光脉冲的激光蚀刻工具可以蚀刻多种材料如例如半导体和/或蚀刻材料。常规的基于激光的刻蚀过程通过控制激光脉冲的能量密度(通量，fluence)、工件的图案化区域暴露于激光脉冲的时间量、和/或递送至图案化区域的脉冲的量来实现期望的图案深度。为了蚀刻具有变化深度的图案，常规的基于激光的蚀刻过程要求与多个掩模结合的多次蚀刻过程来实现各自的深度。因此，激光蚀刻工具必须进行对应于各个掩模的多次过程(multiplepasses)。
技术实现思路
根据至少一个实施方式，激光蚀刻系统包括配置为在蚀刻过程(etchingpass)期间生成多个激光脉冲的激光源。相对于激光源对准(对齐，排列，align)工件。工件包含响应于接收多个激光脉冲被蚀刻的蚀刻材料。掩模插入在激光源和工件之间。掩模包含配置为调节由工件实现的激光脉冲的能量密度或数量的至少一种掩模图案，使得在单个蚀刻过程之后在蚀刻材料中蚀刻彼此之间具有不同深度的多个特征(形状，feature)。根据另一个实施方式，蚀刻工件的方法包括在蚀刻过程期间生成具有能量密度的多个激光脉冲。该方法进一步包括相对于多个激光脉冲对准工件，工件包含响应于接收多个激光脉冲而被蚀刻的蚀刻材料。该方法进一步包括使用至少一种掩模图案调节由工件实现的激光脉冲的能量密度和数量中的至少一种，使得在蚀刻材料中蚀刻彼此之间具有不同深度的多个特征。通过本专利技术的技术实现了其他特征。在本文中详细地描述了其他实施方式并将其视作本专利技术的一部分。为了更好地理解本专利技术的特征，参照说明和附图。附图说明在说明书结论的权利要求中特别指出和明确要求了视为本专利技术的主题。由结合附图的以下详细描述，上述特征是显而易见的，其中图1示出了根据一个示例性的实施方式插入在激光源和工件之间的掩模的截面图；图2是示出了根据一个示例性的实施方式的掩模和对应特征(correspondingfeature)的尺寸的近摄图(close-upview)；图3A-3C示出了基于掩模的尺寸和工件的深度的蚀刻特征(蚀刻功能部件，etchedfeature)的多个实例；图4示出了根据另一个示例性的实施方式插入在激光源和工件之间的掩模的截面图；图5示出了根据又一个示例性的实施方式插入在激光源和工件之间的掩模的截面图；图6示出了根据再一个示例性的实施方式插入在激光源和工件之间的掩模的截面图；图7示出了根据一个示例性的实施方式具有配置为在工件中蚀刻具有多个不同深度的图案的三种不同掩模图案的掩模的透视图；图8A示出了根据一个示例性的实施方式在第一递送过程期间使用图7所示的掩模的第一图案将激光能量密度递送至工件的蚀刻材料的激光源；图8B示出了包括具有根据第一图案的第一深度的多个蚀刻特征的图8A所示的工件的蚀刻材料；图9A示出了在第一递送过程期间使用图6所示的掩模的第二图案将激光能量密度递送至图8A-8B所示的工件的蚀刻材料的激光源；图9B示出了包括具有根据第一图案的第一深度的第一多个蚀刻特征和具有根据第二图案的第二深度的第二多个蚀刻特征的图9A所示的工件的蚀刻材料；图10A示出了在第一递送过程期间使用图6所示的掩模的第三图案将激光能量密度递送至图9A-9B所示的工件的蚀刻材料的激光源；图10B示出了包括具有根据第一图案的第一深度的第一多个蚀刻特征、具有根据第二图案的第二深度的第二蚀刻特征和具有根据第三图案的第三深度的第三多个蚀刻特征的图10A所示的工件的蚀刻材料。具体实施方式本公开的多个实施方式提供了配置为使激光能量密度穿过以及朝向工件来蚀刻具有多种不同深度的图案的掩模。以这样的方式，由至少一个实施方式提供的掩模提供了更大的成本节约，同时还减少了处理时间、工具磨损和运行激光器所需的消耗品的使用。现在参考图1，示出了根据一个示例性的实施方式的激光蚀刻系统100。激光蚀刻系统100包括含支撑工件104的台(stage)103的激光源102和插入在激光源102和台103之间的掩模106。激光源102可以包括任何商业可获得的激光源如能够生成具有例如约308纳米(nm)的波长的一个或多个紫外线(UV)激光脉冲108的激光源。代表性的高能量UV脉冲108可以包括例如约0.05焦耳(J)至约1.0J每平方厘米(cm)范围内的能量密度和例如约1纳秒(ns)至约100ns的脉冲持续时间。UV脉冲108的波长可以包括由准分子激光器产生的如例如约126nm至约351nm的全部波长和/或其他波长，而没有限制。工件104包含形成在耐蚀刻基底112上的蚀刻材料110。蚀刻材料可以由例如介电材料形成。介电材料包括但不限于可光确定的(photodefinable)聚合物、聚酰亚胺(PI)、聚苯并异噁唑(PBO)、环氧树脂和双苯并环丁烯(BCB)。掩模106包括具有形成在其上表面上的反射层116的透明层114。透明层114由包括但不限于石英的多种激光透明材料形成。反射层116由包括但不限于铝的多种反射材料形成。根据一个实施方式，第一开口(开孔，opening)118a具有第一临界尺寸以及第二开口118b具有小于第一临界尺寸的第二临界尺寸。可以将掩模106插入在激光源102和工件104之间。尽管以设置在透明层114下的开口118a、118b等示出了掩模106，但是应了解可以将掩模106形成为使得开口118a、118b等设置在透明层114上。根据一个实施方式，在单个蚀刻过程期间引导激光源102生成的激光脉冲108朝向掩模106。反射层116防止激光脉冲108穿透其并达到工件104。然而，开口118a/118b允许脉冲108的一部分穿过透明层114并达到设置在掩模106下面的工件104以形成对应的开口120a/120b。开口118a/118b的大小限制能量应用于工件104的区域。如果应用区域足够小，则侧壁特征的斜度(斜面，sloping)将彼此拦截并自身限制烧蚀过程。例如，应用区域可以具有例如小于蚀刻层的厚度的尺寸。转向图2，示出了例如图解说明了第一开口118a和对应特征120a的尺寸的掩模106的近摄图。掩模106中开口118a的尺寸(l)决定蚀刻特征120a的最大尺寸。应了解蚀刻特征120a的大小可以随掩模106的大小改变，如果光学器件改变放大倍数(未示出)。壁角/斜度(θ)取决于材料110、激光能量密度和激光波长。蚀刻深度(d)取决于材料110、激光能量密度、激光波长和激光脉冲数量。蚀刻深度(d)和壁角/斜度限定路程(run)(r)，即在倾斜的侧壁下的材料的长度，其中r＝tan(θ)/d。如果蚀刻开口l<2*tan(θ)/d，那么特征120a的蚀刻开口将自身限制。图3A-3C图解说明了在工件104中蚀刻的特征120的多个实例。在图3A中，图解说明了工件104a，其包括蚀刻到蚀刻材料110a中的具有第一深度(d1)的特征120a。使用具有(l1)大小的掩模开口(未示出)形成特征120a。特征120a延伸完全穿过材料110a并在下面的耐蚀刻基底112a上终止。特征1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蚀刻工件的方法，所述方法包括：在蚀刻过程期间产生具有能量密度的多个激光脉冲；相对于所述多个激光脉冲对准工件，所述工件包含响应于接收所述多个激光脉冲而被蚀刻的蚀刻材料；以及使用至少一种掩模图案来调节由所述工件实现的激光脉冲的能量密度和数量中的至少一个，使得在所述蚀刻材料中蚀刻彼此之间具有不同深度的多个特征。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.11 US 14/483,3211.一种蚀刻工件的方法，所述方法包括：在蚀刻过程期间产生具有能量密度的多个激光脉冲；相对于所述多个激光脉冲对准工件，所述工件包含响应于接收所述多个激光脉冲而被蚀刻的蚀刻材料；以及使用至少一种掩模图案来调节由所述工件实现的激光脉冲的能量密度和数量中的至少一个，使得在所述蚀刻材料中蚀刻彼此之间具有不同深度的多个特征。2.根据权利要求1所述的方法，在第一蚀刻过程期间将第一组激光脉冲传送通过所述至少一种掩模图案的至少一个第一开口并传向所述工件，以将第一特征蚀刻至所述蚀刻材料中；以及在所述第一蚀刻过程期间将第二组激光脉冲传送通过所述至少一种掩模图案的至少一个第二开口并传向所述工件，以将第二特征蚀刻至所述蚀刻材料中。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括使第一数量的激光脉冲穿过具有第一尺寸的所述至少一个第一开口以及使第二数量的激光脉冲穿过具有不同于所述第一尺寸的第二尺寸的所述至少一个第二开口，激光脉冲的所述第二数量与激光脉冲的所述第一数量不同。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述蚀刻材料中蚀刻的各个特征的深度与各自的开口的尺寸成比例。5.根据权利要求4所述的方法，其中，掩模包括：形成在透明层的上表面上的全反射层，所述第一开口和所述第二开口形成在所述全反射层中使得所述透明层的一部分暴露，其中，所述全反射层配置为反射所述多个激光脉冲，并且所述透明层配置为使所述多个激光脉冲通向所述工件。6.根据权利要求2所述的方法，进一步包括使所述第一组激光脉冲穿过所述第一开口以生成第一能量密度，以及使所述第二组激光脉冲穿过所述第二开口以生成小于所述第一能量密度的第二能量密度。7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在所述第二开口中设置部分反射层以降低通过所述第二开口的激光脉冲的能量密度。8.根据权利要求7所述的方法，其中，掩模包括：形成在透明层的上表面上的堆叠反射层，所述堆叠反射层包括：直接形成在所述透明层上的部分反射层；和直接堆叠在所述部分反射层上的全反射层。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一开口延伸穿过所述部分反射层和所述全反射层以暴露所述透明层，以及所述第二开口仅延伸穿过所述全反射层以暴露所述部分反射层。10.根据权利要求9所述的方法，其中，由所述第一开口暴露的所述透明层配置为通过具有第一能量密度的第一组激光脉冲，以及所述部分反射层和所述透明层的组合配置为通过具有小于所述第一能量密度的第二能量密度的第二组激光脉冲。11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个第一开口限定掩模上的第一掩模图案，并且所述至少一个第二开口限定掩模上不同于所述第一掩模图案的第二掩模图案。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在第一过程期间对准第一图案以形成具有第一深度的第一特征和具有第二深度的第二特征，以及在第二过程期间对准第二图案以延伸所述第一特征或所述第二特征中的一个的深度。13.根据权利要求2所述的方法，其中，在单个蚀刻过程期间在所述蚀刻材料中蚀刻彼此之间具有不同深度的所述多个特征。14.一种包括在激光蚀刻系统中的掩模，所述掩模包括：透明层，配置为使激光脉冲的全部能量密度穿过所述透明层；堆叠在所述透明层上的反射层，所述反射层配置为阻挡激光脉冲穿过；和形成在所述反射层的一部分中的至少一种掩模图案，所述至少一种掩模图案配置为调节穿过其的激光脉冲的能量密度和数量中的至少一种，以控制形成在所述激光蚀刻系统中包括的工件中的至少一个特征的深度。15.根据权利要求14所述的掩模，其中，所述至少一种掩模图案包括至少一个第一开口和至少一个第二开口，所述至少一个第一开口配置为在第一蚀刻过程期间将第一组激光脉冲传送到所述工件，以及所述至少一个第二开口配置为在所述第一蚀刻过程期间将第二组激光脉冲传送到所述工件。16.根据权利要求15所述的掩模，其中，所述至少一个第一开口具有配置为使第一数量的激光脉冲穿过的第一尺寸，以及所述至少一个第二开口具有使第二数量的激光脉冲穿过的不同于所述第一尺寸的第二尺寸，激光脉冲的所述第二数量不同于激光脉冲的所述第一数量。17.根据权利要求16所述的掩模，其中，所述第一开口和所述第二开口分别配置为在所述蚀刻材料中形成与所述尺寸和所述第二尺寸成比例的深度。18.根据权利要求17所述的掩模，其中，所述掩模包括：形成在透明层的上表面上的全反射层，所述第一开口和所述第二开口形成在所述全反射层中使得所述透明层的一部分暴露，其中，所述全反射层配置为反射多个激光脉冲，并且所述透明层配置为使所述多个激光脉冲通向所述工件。19.根据权利要求15所述的掩模，其中，所述第一开口配置为传送具有第一能量密度的所述第一组激光脉冲，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：马修·E·苏特，布赖恩·M·埃尔温，尼古拉斯·A·波洛莫夫，克里斯托弗·L·特斯勒，
申请(专利权)人：苏斯微科光电系统股份有限公司，国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US