DE112006003045T5

DE112006003045T5 - Echtzeit-Zieltopographieverfolgung während der Laserbearbeitung

Info

Publication number: DE112006003045T5
Application number: DE112006003045T
Authority: DE
Inventors: Mark Beaverton Kosmowski
Original assignee: Electro Scientific Industries Inc
Current assignee: Electro Scientific Industries Inc
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-11-13
Also published as: TWI386267B; KR101321453B1; JP2009511279A; GB2444463A; JP5799067B2; JP2014050886A; CN101291770A; US20070084837A1; WO2007047777A1; US7638731B2; GB0806007D0; CN101291770B; TW200730285A; KR20080061372A

Abstract

System zur Laserbearbeitung eines Zielprüfstücks mit einer Oberfläche, umfassend:
eine Laserquelle und eine Objektivlinse, die zusammenwirken, um einen Bearbeitungslaserstrahl zu erzeugen, der eine Bildspalte aufweist und sich entlang einer Bearbeitungsstrahlachse zum Einfall auf das Zielprüfstück ausbreitet, wobei die Objektivlinse und das Zielprüfstück um einen axialen Abstand getrennt sind;
ein Strahlpositionierungssystem, das wirksam ist, um den axialen Abstand zu ändern und den Bearbeitungsstrahl und das Zielprüfstück relativ zueinander in einer Richtung entlang eines Bearbeitungsstrahlweges zu bewegen, um das Zielprüfstück an ausgewählten Stellen zu bearbeiten;
eine Verfolgungsvorrichtung, die in einer kontaktlosen Beziehung zur Oberfläche des Zielprüfstücks angeordnet ist und mit dem Bearbeitungslaserstrahl in wirksamem Zusammenhang steht, um den Bearbeitungsstrahl während der relativen Bewegung in der Richtung entlang des Bearbeitungsstrahlweges zu führen, wobei die Verfolgungsvorrichtung wirksam ist, um in Echtzeit wiederholt einen Abstand zwischen der Oberfläche des Zielprüfstücks und der Objektivlinse während der relativen Bewegung zu messen und ein Signal...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft die Laserbearbeitung von Zielmaterialien und insbesondere ein System und ein Verfahren für die automatische Messung von einer oder beiden der Topographie und Dicke einer Schicht eines sequentiell laminierten Ziels, von dem Material entfernt wird, um Kontaktlöcher mit reproduzierbarer Qualität und erhöhter Ausbeute auszubilden.
Hintergrundinformationen
Laser werden verwendet, um Kontaktlöcher in elektronischen Materialprodukten zu bohren und Material von diesen zu entfernen. Das Eiloxid oder Harz, das häufig in dielektrischen Schichten von elektrischen Leiterplatten verwendet wird, befindet sich unter den Arten von Material, die typischerweise durch einen solchen Laser entfernt werden. Damit ein Bearbeitungslaserstrahl zuverlässig und konsistent eine Materialschicht entfernt, ist es erwünscht, dass eine oder beide der Tiefenschärfe und der Bildebene des Strahls in die Tiefe der Materialschicht, die einer Entfernung unterzogen wird, fällt. Veränderungen entweder in der Dicke oder Topographie der Schicht, die einer Entfernung unterzogen wird, oder in der Topographie von anderen Zielschichten kann die relative Stelle der Schicht in Bezug auf eine oder beide der Tiefenschärfe und Bildebene des Strahls ändern und dadurch zu inkonsistent gebohrten Kontaktlöchern mit schlechter Qualität führen.
Die Verwendung eines Bearbeitungslaserstrahls und eines Strahlpositionierungssystems zum Bohren von Kontaktlöchern in einem sequentiell laminierten Ziel ist auf dem Fachgebiet gut bekannt. Solche sequentiell laminierten Ziele umfassen typischerweise leitende Schichten und dielektrische Schichten und werden als Leiterplatten in Anwendungen von elektronischen Schaltungen verwendet.
Es gibt vier Hauptqualitätsmetriken, die ein Kontaktloch charakterisieren. Sie umfassen die Verjüngung des Kontaktlochs, die Rundheit des Kontaktlochs, die Glattheit der Wand und die Sauberkeit der Bodenfläche. Wenn die Schärfentiefe des Bearbeitungslaserstrahls außerhalb der Schicht liegt, von der Material entfernt werden soll, werden Kontaktlöcher mit ungleichmäßigen Durchmessern gebohrt. Der Kontaktlochdurchmesser kann sich um 10%–20% ändern, wenn die Schichtdicke um mehr als die Tiefenschärfe des Bearbeitungslaserstrahls variiert. Wenn die Dicke der Schicht, die eine Materialentfernung erfordert, klein ist, kann eine übermäßige Leistung, die durch den Bearbeitungslaserstrahl verliehen wird, zu einem überbohrten Kontaktloch führen, das eine oder beide von schlechter Wandqualität und Kontaktlochgröße außerhalb der Toleranz aufweist. Wenn die Materialschicht dick ist, kann eine unzureichende Leistung zu einer unvollständigen Kontaktlochbildung führen. Die Kontaktlochqualität hängt folglich von einer genauen Wahrnehmung der Oberflächenhöhe und Dicke der Schicht, von der Material entfernt werden soll, ab.
Der Stand der Technik zum Messen der Topographie eines sequentiell laminierten Ziels hat entweder das Berühren der Oberfläche des Ziels mit einer Sonde und Messen ihrer Verlagerung oder die Fokussierung einer Kamera auf einen Teil der Oberfläche zur Folge. Das Senken und Anheben einer Sonde oder das Fokussieren einer Kamera verbraucht eine industriell signifikante Menge an Zeit, die vor dem tatsächlichen Materialentfernungsprozess abläuft. Aufgrund der Zeit, die zu aktuellen Messverfahren gehört, wird die Höhe jedes Ziels nur an einem einzelnen Ort gemessen. Obwohl sie die Einstellung der Tiefenschärfe des Bearbeitungsstrahls auf der Basis von Veränderungen von Ziel zu Ziel ermöglicht, berücksichtigt eine einzelne Messung nicht die Schwankungen der Topographie eines einzelnen Ziels.
Obwohl die Dicke einer einzelnen Materialschicht um nur 6 Mikrometer variieren kann, kann die Höhe einer Zieloberfläche um mehr als 60 Mikrometer variieren. Da einige Schichten, die eine Materialentfernung erfordern, nicht dicker als 25 Mikrometer sein können, ist die Schwankung in der Oberflächenhöhe des Ziels mehr als ausreichend, um zu verursachen, dass die Tiefenschärfe außerhalb die Zielschicht fällt und dadurch die Qualität irgendeins in dieser Schicht gebohrten Kontaktlochs verringert. Da die Technologie weiterhin eine Miniaturisierung verlangt, schrumpfen Kontaktlöcher wahrscheinlich weiterhin im Durchmesser, in der Tiefe oder beidem und werden daher durch Laser mit kürzeren (z. B. UV) Wellenlängen gebildet. Bei kleineren Abmessungen sind die erhöhte Qualität und Reproduzierbarkeit noch lebenswichtiger für eine korrekte Funktion von Kontaktlöchern.
Schwankungen in der Dicke der Schicht, von der Material entfernt werden soll, können auch die Qualität von in der Schicht gebildeten Kontaktlöchern verringern. Wenn die Dicke der Schicht unbekannt ist, können übermäßige oder unzureichende Mengen an Energie durch den Bearbeitungslaserstrahl während der Materialentfernung aufgebracht werden, was entweder zu einer Beschädigung an der darunter liegenden leitenden Schicht oder zu einem unvollständig gebohrten Kontaktloch führt.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsbeispiele der Erfindung verwenden in einem Bearbeitungslaserstrahlsystem eine Verfolgungsvorrichtung zum Messen von Schwankungen in einer oder beiden der Oberflächenhöhe und Schichtdicke von Bereichen eines sequentiell laminierten Ziels in Echtzeit zur Vorbereitung auf die Laserbearbeitung von Material von ihnen. Die Verfolgungsvorrichtung liefert Signale, die mit Abstandsänderungen, die sie erfasst, korrelieren. Beispiele einer geeigneten Verfolgungsvorrichtung umfassen eine Lasertriangulierung, eine Kapazitäts- oder eine Wirbelstromsonde oder eine konfokale Vorrichtung. Kontaktlöcher mit höherer Qualität können durch Ändern von einer oder beiden der relativen Position des Ziels und des Bearbeitungslaserstrahls und der Energie des Bearbeitungslaserstrahls in Reaktion auf von der Verfolgungsvorrichtung durchgeführte Messungen erreicht werden. Die Verfolgungsvorrichtung kann in Zusammenhang mit einem Bearbeitungslaserstrahl mit einer beliebigen Form unter Bedingungen verwendet werden, unter denen die Tiefenschärfe außerhalb eine festgelegte Betriebstoleranz fallen kann.
In einem Ausführungsbeispiel, das mit einer Lasertriangulationsvorrichtung implementiert wird, reflektiert ein Verfolgungslichtstrahl am Ziel und wird von einem Laserstrahl-Positionssensor empfangen. Das empfangene reflektierte Licht wird dann verarbeitet, um Informationen über die Topographie und Dicke der Schicht, von der Material entfernt werden soll, bereitzustellen. Auf der Basis der empfangenen Information stellt das Bearbeitungslaserstrahlsystem die Position der Bildspalte der Strahleinschnürung eines gepulsten Bearbeitungslaserstrahls relativ zum Ziel entlang des axialen Abstandes zwischen der Objektivlinse und dem Ziel ein. Das Bearbeitungslaserstrahlsystem stellt auch die Anzahl von Laserimpulsen, die im Materialentfernungsprozess verwendet werden, ein. Für die Kontaktiochausbildung entspricht die Anzahl von Impulsen der Menge der Bearbeitungslaserstrahlenergie, die aufgebracht wird, um ein Kontaktloch zu bilden. Für andere Bearbeitungsanwendungen unter Verwendung einer oder beider der Topographie- und Dickeninformation entspricht die Anzahl von Impulsen der Menge der Bearbeitungslaserstrahlenergie, die beispielsweise zum Zertrennen eines Halbleiterwafers, Durchtrennen einer Halbleiterspeicherverbindung oder zum Zuschneiden von Widerstands- oder anderem Zielmaterial aufgebracht wird. Andere Ausführungsbeispiele verwenden eine Kapazität oder eine Wirbelstromsonde oder eine konfokale Vorrichtung als Verfolgungsvorrichtung, um den axialen Abstand in ähnlicher Weise einzustellen.
Zusätzliche Aspekte und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen ersichtlich, die mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen vor sich geht.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Bearbeitungslaserstrahlsystem und ein Strahlpositionierungssystem des Standes der Technik, die dazu konfiguriert sind, ein Zielprüfstück mit einem Laser zu bearbeiten.
2 ist eine bruchstückhafte Querschnittsansicht eines zweilagigen sequentiell laminierten Ziels, wie es erscheint, nachdem ein Kontaktloch durch Laserbearbeitung gebildet wurde.
3 zeigt die Objektivlinse und die Tiefenschärfe des Bearbeitungslaserstrahls in Bezug auf das Ziel.
4A, 4B und 4C stellen eine jeweilige Vorderansicht, Draufsicht und Seitenaufrissansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bearbeitungslaser- und Laserpositionierungssystems dar, das mit zwei Verfolgungslasern und zugehörigen Positionserfassungsvorrichtungen ausgestattet wurde.
5 ist ein Diagramm, das einen Verfolgungslaserstrahl, einen Laserstrahl-Positionssensor und relevante Oberflächen eines sequentiell laminierten Ziels zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel der Systemkomponenten von 5 zeigt.
7 zeigt eine Kapazitäts- oder eine Wirbelstromsonde, die als Verfolgungsvorrichtung arbeitet.
8 zeigt eine konfokale Sonde, die als Verfolgungsvorrichtung arbeitet.
9 zeigt eine Kapazitätssonde oder eine Wirbelstromsonde von 7, die mit einer Lasertriangulationsvorrichtung von 6 zusammenarbeitet, um die Dicke einer undurchlässigen Zielschicht zu messen.
10A und 10B stellen die Positionsbeziehungen zwischen dem Verfolgungsstrahl, dem Strahlpositionssensor und dem sequentiell laminierten Ziel von 5 für zwei Einfallsbereiche des Verfolgungsstrahls auf der oberen Oberfläche des laminierten Ziels dar.
11 ist ein Graph, der die Beziehungen zwischen Laserstrahlen mit verschiedenen Energieprofilen und Abständen von der Objektivlinse zu einer Zieloberfläche zeigt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung werden mit einem Bearbeitungslaserstrahl implementiert, der das Kontaktlochbohren und andere Prozesse zur Entfernung von elektronischem Schaltungsmaterial durchführt. Der Bearbeitungslaserstrahl wird typischerweise durch eine gepulste Laserquelle in optischem Zusammenhang mit einer Objektivlinse erzeugt, die den Laser zu einem Strahl fokussiert, der zum Bohren eines Zielprüfstücks geeignet ist, das an einer Trägerstruktur angebracht ist. Typische Ziele umfassen sequentiell laminierte Platinen, die häufig als Leiterplatten in der Elektronikindustrie verwendet werden.
Mit Bezug auf 1 umfasst ein Bearbeitungslaserstrahisystem 10 einen Laser 12, von dem sich ein gepulster Ausgangsstrahl 14 entlang eines Strahlweges 18 ausbreitet. Der Laserausgang 14 kann durch eine Vielfalt von gut bekannten optischen Vorrichtungen, einschließlich Strahlaufweitungslinsenkomponenten 16, die entlang des Strahlweges 18 angeordnet sind, bevor er durch eine Reihe von Strahllenkkomponenten 20 eines Strahlpositionierungssystems 22 gerichtet wird, behandelt werden. Der Laserausgangsstrahl 14 breitet sich durch eine Objektivlinse 26 wie z. B. eine Fokussier- oder telezentrische Abtastlinse zum Einfall als Bearbeitungslaserstrahl 28 auf ein sequentiell laminiertes Ziel 30, das an einer Zielprüfstückhalterung 32 befestigt ist, aus.
Das Strahipositionierungssystem 22 wird verwendet, um die relative Position des Bearbeitungsstrahls 28 und des Ziels 30 zu ändern, und kann einen oder beide des Bearbeitungsstrahls 28 und der Halterung 32 bewegen. Das Strahlpositionierungssystem 22 arbeitet zum Bewegen des Bearbeitungsstrahls 28 relativ zum Ziel 30 in den X-, Y- und Z-Achsen-Richtungen, wobei die Z-Achse entlang der Bearbeitungsstrahlachse definiert ist und zur Oberfläche des Ziels 30 im Wesentlichen senkrecht ist. Der axiale Abstand, gemessen ab dem Punkt, an dem der Bearbeitungsstrahl 28 die Objektivlinse 26 verlässt, und auf die Oberfläche des Ziels 30 auftritt, wird folglich durch die Bewegung des Ziels 30 oder der Objektivlinse 26 entlang der Z-Achse geändert.
Ein beispielhaftes Strahlpositionierungssystem 22 ist im Einzelnen im US-Patent Nr. 5 751 585 von Cutler et al. beschrieben und kann eine ABBE-Fehlerkorrektur umfassen, die im US-Patent Nr. 6 430 465 von Cutler beschrieben ist, wobei beide Patente auf den Anmelder dieser Patentanmeldung übertragen sind. Das Strahlpositionierungssystem 22 verwendet vorzugsweise eine Translationstisch-Positionierungseinrichtung, die mindestens zwei Plattformen oder Tische 40 und 42 steuert und Strahllenkkomponenten 20 zum Zielen und Fokussieren des Bearbeitungsstrahls 28 auf eine gewünschte Laserzielposition 46 trägt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Translationstisch-Positionierungseinrichtung ein Teilachsensystem, in dem ein Y-Tisch 40, der typischerweise durch Linearmotoren bewegt wird, ein Ziel 30 trägt und entlang Schienen 48 bewegt, ein X-Tisch 42 eine schnelle Positionierungseinrichtung 50 und eine Objektivlinse 26 trägt und entlang Schienen 52 bewegt, die Z-Achsen-Dimension zwischen den X- und Y-Tischen 40 und 42 einstellbar ist und Strahllenkkomponenten 20 den Strahlweg 18 über irgendwelche Wendungen zwischen dem Laser 12 und einem schnellen Lenkspiegel 54 ausrichten. Eine typische Translationstisch-Positionierungseinrichtung ist zu einer Geschwindigkeit von 500 mm/s und einer Beschleunigung von 1,5 G in der Lage. Wegen der Zweckmäßigkeit können die Kombination der schnellen Positionierungseinrichtung 50 und von einem oder mehreren Translationstischen 40 und/oder 42 als primäres oder integriertes Positionierungssystem bezeichnet werden. Ein Beispiel eines bevorzugten Lasersystems, das viele der vorstehend beschriebenen Positionierungssystemkomponenten enthält, ist ein Lasersystem Modell 5320 oder andere in seiner Reihe, die von Electro Scientific Industries, Inc., dem Anmelder dieser Patentanmeldung, hergestellt werden. Fachleute werden jedoch erkennen, dass ein System mit einem einzelnen X-Y-Tisch für die Zielprüfstückpositionierung und einem oder beiden eines festen Strahlpositions- und stationären Galvanometers alternativ verwendet werden kann.
Eine Lasersystem-Steuereinheit 56 synchronisiert vorzugsweise das Abfeuern des Lasers 12 mit der Bewegung der Tische 40 und 42 und der schnellen Positionierungseinrichtung 50 in einer Weise, die Fachleuten gut bekannt ist. Fachleute werden erkennen, dass die Lasersystem-Steuereinheit 56 integrierte oder unabhängige Steueruntersysteme umfassen kann, um die Leistung zu irgendeiner oder allen dieser Laserkomponenten zu steuern und/oder zu liefern, und dass solche Untersysteme in Bezug auf die Lasersystem-Steuereinheit 56 entfernt angeordnet sein können.
Die Parameter des Bearbeitungsstrahls 28 werden so ausgewählt, dass das Reinigen, sequentielle Bohren, d. h. die Kontaktlochbildung, in einer breiten Vielfalt von metallischen dielektrischen und anderen Zielmaterialien, die eine unterschiedliche optische Absorption, Materialentfernungsschwelle oder andere Eigenschaften aufweisen können, in Reaktion auf UV-, sichtbare oder andere geeignete Wellenlängen von Licht im Wesentlichen erleichtert wird.
2 stellt eine Querschnittsansicht eines sequentiell laminierten Ziels 30 des Typs dar, der typischerweise vom Bearbeitungslaserstrahlsystem 10 von 1 bearbeitet wird. Wegen der Zweckmäßigkeit ist das Ziel 30 als mit nur zwei Schichten 60 und 62 dargestellt. Die Schicht 62 trägt die Schicht 60, von der Material entfernt wird, um ein Kontaktloch 64 zu bilden. Damit Kontaktlöcher konsistent und zweckmäßig gebohrt werden, wird die Tiefenschärfe des Bearbeitungsstrahls 28 innerhalb der Schicht 60 hergestellt. Folglich wird die Tiefenschärfe zwischen einer Oberfläche 66 des sequentiell laminierten Ziels 30 und einer Oberfläche 68 der Schicht 62, die unter der Schicht 60 liegt, festgelegt. Die Schicht 60 besitzt eine Dicke 70, die der Abstand zwischen den Oberflächen 66 und 68 ist.
Die Schicht 62 kann beispielsweise Standardmetalle wie z. B. Aluminium, Kupfer, Gold, Molybdän, Nickel, Palladium, Platin, Silber, Titan, Wolfram, Metallnitride oder Kombinationen davon umfassen. Eine herkömmliche Metallschicht 62 variiert in der Dicke typischerweise zwischen 9 μm und 36 μm, kann jedoch dünner oder nicht dünner als 72 μm sein. Sequentielle leitende Schichten in einem einzelnen Ziel 30 bestehen typischerweise aus demselben Material.
Die dielektrische Matrix oder Schicht 60 kann beispielsweise ein organisches dielektrisches Standardmaterial enthalten, wie z. B. Benzocyclobutan, Bimaleimidtriazin, Pappe, Cyanatester, Epoxide, Phenole, Polyimide, Polytetrafluorethylen, verschiedene Polymerlegierungen oder Kombinationen davon. Herkömmliche organische dielektrische Schichten variieren beträchtlich in der Dicke, sind jedoch typischerweise viel dicker als Metallschichten wie z. B. die Schicht 62. Ein beispielhafter Dickenbereich für organische dielektrische Schichten 60 ist etwa 30 μm–400 μm.
Kontaktlochdurchmesser liegen vorzugsweise im Bereich von 25 μm–300 μm, aber das Lasersystem 10 kann Kontaktlöcher erzeugen, die Durchmesser von nicht größer als etwa 5 μm–25 μm oder größer als 1 mm aufweisen. Da die bevorzugte Materialentfernungs-Fleckgröße des Bearbeitungsstrahls 28 vorzugsweise etwa 25 μm–75 μm ist, können Kontaktlöcher, die größer sind als 25 μm, durch Hohlbohren, konzentrische Kreisbearbeitung oder Spiralbearbeitung erzeugt werden.
Mit Bezug auf 2 steht folglich die Qualität des Kontaktlochs 64 direkt mit der Glattheit der Kontaktlochwände 72, der Sauberkeit eines Kontaktlochbodens 74 und dem Oberseiten- und Unterseitendurchmesser (d. h. der Verjüngung) des Kontaktlochs in Beziehung.
3 zeigt einen Bearbeitungsstrahl 28 in Bezug auf ein Ziel 30 während des Kontaktlochbohrens. Eine Bildspalte 76 einer fokussierten Strahleinschnürung 78 des Bearbeitungsstrahls 28 entspricht seiner Tiefenschärfe und identifiziert einen Bereich, in dem der Brennpunkt des Bearbeitungsstrahls 28 ausreichend eng ist, um Kontaktlöcher mit festgelegtem Durchmesser konsistent zu bohren. Eine Bildebene 80 identifiziert die optimale Brennebene für den Bearbeitungsstrahl 28.
Um reproduzierbare Kontaktlöcher mit hoher Qualität zu erhalten, erstreckt sich die Bildspalte 76 über die ganze Schicht 60. Wenn sich der Abstand von der Objektivlinse 26 zur Zieloberfläche 66 und/oder leitenden Oberfläche 68 ändert, kann die Bildspalte 76 entweder über oder unter die Schicht 60 fallen, was zu einem Kontaktloch mit geringerer Qualität führt.
4A ist eine Vorderansicht eines Bearbeitungslaserstrahlsystems 90, an dem ähnliche Verfolgungslaserstrahlquellen 92 und 94 angebracht sind, die jeweilige Verfolgungslaserstrahlen 96 und 98 emittieren, die sich entlang separater Strahlwege nahe dem Weg des Bearbeitungsstrahls 28 ausbreiten. 46 und 4C zeigen eine jeweilige Draufsicht und Seitenansicht des Lasersystems 90 von 4A. das Lasersystem 90 besitzt eine ähnliche Konstruktion wie das Lasersystem 10 abgesehen vom Hinzufügen der Verfolgungslaserstrahlquellen 92 und 94 und zugehörigen Zusatzvorrichtungen, die zum Verarbeiten von Informationen arbeiten, die von den Verfolgungsstrahlen 96 und 98 übertragen oder abgeleitet werden. Komponenten, die den Lasersystemen 10 und 90 gemeinsam sind, sind mit denselben Bezugsziffern identifiziert.
Das Strahlpositionierungssystem 22 bewirkt eine relative Translationsbewegung des Bearbeitungsstrahls 28 entlang der Oberfläche 66 des Ziels 30 und eine relative axiale Bewegung zwischen der Objektivlinse 26 und dem Ziel 30. Die Verfolgungsstrahlen 96 und 98 sind um feste, bekannte Abstände vom Bearbeitungsstrahl 28 versetzt und relativ zu diesem positioniert, so dass verschiedene der Verfolgungsstrahlen 96 und 98 den Bearbeitungsstrahl 28 führen, wenn er den Bearbeitungsweg in den entgegengesetzten Richtungen entlang der X-Achse durchläuft. Obwohl nicht gezeigt, können die Verfolgungslaserstrahlen 96 und 98 auch so konfiguriert sein, dass sie den Bearbeitungslaserstrahl 28 führen, wenn er entlang der Y-Achse läuft.
Wenn die Topographie der Oberfläche 66 oder Dicke 70 der Schicht 60 nur geringfügig über den Versatzabstand zwischen dem Bearbeitungsstrahl 28 und einem ausgewählten der Verfolgungsstrahlen 96 und 98 variiert, kann der ausgewählte Verfolgungsstrahl alternativ verwendet werden, um die Topographie der Oberfläche 66 und die Dicke 70 der Schicht 60 nahe der Laserzielposition 46 zu messen. Der ausgewählte Verfolgungsstrahl muss nicht den Bearbeitungsstrahl 28 führen und Messungen können durchgeführt werden, sobald sich die Objektivlinse 26 über der Laserzielposition 46 befindet. Dies liegt daran, dass der ausgewählte Verfolgungsstrahl ausreichend nahe der Laserzielposition 46 liegt, so dass die durchgeführten Messungen die Parameter in Bezug auf die Laserzielposition 46 annähern.
5 zeigt die Positionsbeziehung des Verfolgungsstrahls 96 und eines zugehörigen Strahlpositionssensors 100 zum Messen der Oberflächentopographie und Schichtdicke des Ziels 30. Die Verfolgungsstrahlquelle 92 emittiert den Verfolgungslaserstrahl 96, der auf die Oberfläche 66 des Ziels 30 einfällt und von dem ein Teil an dieser reflektiert, um einen ersten reflektierten Lichtstrahl 102 zu bilden. Der erste reflektierte Lichtstrahl 102 wird dann vom Strahlpositionssensor 100 empfangen. Die Eigenschaften des ersten reflektierten Lichtstrahls 102, wie durch den Strahlpositionssensor 100 gemessen, werden verarbeitet, um einen axialen Abstand 104, der zwischen einer bekannten Stelle relativ zum Verfolgungslaserstrahl 96 und der Oberfläche 66 an der momentanen Einfallsstelle des Verfolgungslaserstrahls 96 auf der Oberfläche 66 gemessen wird, zu bestimmen. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen und, wie in 5 gezeigt, ist der bekannte Ort die Austrittsoberfläche der Objektivlinse 26. Der axiale Abstand 104 entspricht der Höhe der Oberfläche 66 an der Messstelle. Das kontinuierliche Bestimmen des axialen Abstandes 104, wenn sich der Verfolgungsstrahl 96 entlang der Oberfläche 66 bewegt, stellt eine Oberflächentopographiemessung des Ziels 30 bereit. Dies ermöglicht, dass die Lasersystem-Steuereinheit 56 eine entsprechende Bewegung der Objektivlinse 28 entlang des Strahlweges 18 bewirkt, um die Position der Bildspalte 76 im Wesentlichen auf der Oberfläche 66 oder innerhalb der Schicht 60 zu halten.
5 zeigt ferner die Funktion der Messung der Abschmelzschichtdicke 68. Wenn die Schicht 60 zumindest teilweise durchlässig ist und der Einfallswinkel θ innerhalb eines festgelegten Bereichs liegt, breitet sich ein Teil des Verfolgungslaserstrahls 96 durch die Schicht 60 aus und reflektiert an der Oberfläche 68 der elektrisch leitenden Schicht 62 darunter, um einen zweiten reflektierten Lichtstrahl 106 zu bilden. Dies gilt beispielsweise für eine Leiterplatte, in der eine obere Epoxidschicht 60 auf einer Kupferschicht 62 getragen ist. Der zweite reflektierte Lichtstrahl 106 ist vom ersten reflektierten Lichtstrahl 104 um einen Verschiebungsabstand 108 getrennt, der der Dicke der Schicht 60 entspricht. Der Laserpositionssensor 100 ist wirksam, um den Verschiebungsabstand 108 zu messen und ein diesem entsprechendes Ausgangssignal zu liefern. Elektrische Signale, die durch den Einfall des ersten und des zweiten reflektierten Lichtstrahls 102 und 106 am Positionssensor 100 erzeugt werden, sehen eine Information über den Verschiebungsabstand 108 vor, der der Dicke 70 der Schicht 60 entspricht. Die Lasersystem-Steuereinheit 56 kann die Ausgangssignale des Strahlpositionssensors 100 verarbeiten, um die tatsächliche Dicke 70 der Schicht 60 zu bestimmen und danach dementsprechend die Anzahl von Impulsen von Laserenergie, die auf die Schicht 60 aufgebracht werden, um das Kontaktloch 64 zu bilden, einstellen, um die Schwankung der Dicke 70 zu kompensieren. Fachleute werden erkennen, dass das Messen von einer oder beiden der Zieloberflächentopographie und der Zielschichtdicke das wiederholte Abtasten des Strahlpositionssensors 100 durch die Lasersystem-Steuereinheit 56, wenn der Verfolgungsstrahl mit dem Bearbeitungsstrahl 28 entlang seines Strahlweges läuft, zur Folge hat.
6 zeigt eine alternative Konfiguration für das System von 5, wobei die Verfolgungslaserquelle 92 und der Strahlpositionssensor 100 in derselben Kammer aufgenommen sind. Eine solche kommerziell erhältliche Lasertriangulationsvorrichtung ist ein Modell opto NCDT 1400, das von Micro Epsilon, Koenigbacher Strasse 15 d-94496, Ortenburg, Deutschland, hergestellt wird.
7 zeigt eine erste alternative Verfolgungsvorrichtung 109a zur Verwendung im System 10, wobei eine Kapazitätssonde oder eine Wirbelstromsonde verwendet wird, um die Oberflächentopographie der leitenden Schicht 62 des Ziels 30 mit einer optisch durchlässigen dielektrischen Schicht 60 zu verfolgen. Beispiele einer kommerziell erhältlichen Kapazitätssonde und einer kommerziell erhältlichen Wirbelstromsonde sind ein Modell capa NCDT 620 bzw. ein Modell eddy NCDT 3300, die beide von Micro Epsilon, Koenigbacher Strasse 15 d-94496, Ortenburg, Deutschland, hergestellt werden.
8 zeigt eine erste alternative Verfolgungsvorrichtung 109b zur Verwendung im System 10, wobei eine konfokale Vorrichtung, die aus einer Lichtverfolgungsquelle und einer Rückkopplungsvorrichtung besteht, in derselben Kammer aufgenommen ist. Eine solche Vorrichtung wird gemäß konfokalen optischen Prinzipien implementiert und verwendet genau angeordnete Linsen, um polychromatisches Licht in mehrere monochromatische Lichtquellen zu ändern, die in genauen Abständen fokussiert werden. Die Reflexionen von den monochromatischen Lichtquellen werden dann verwendet, um den Abstand der gemessenen Oberfläche oder Oberflächen zu ermitteln. 8 zeigt die konfokale Verfolgungsvorrichtung 109b, die Oberflächen 66 und 68 gleichzeitig verfolgt. Eine solche kommerziell erhältliche konfokale Vorrichtung ist ein Modell opto NCDT 2400, das von Micro Epsilon, Koenigbacher Strasse 15 d-94496, Ortenburg, Deutschland, hergestellt wird.
9 zeigt die Kapazitätssonde oder Wirbelstromsonde 109a von 7 und eine Lasertriangulationsvorrichtung von 6, die in Kombination angeordnet sind, um die Dicke der dielektrischen Schicht 60 zu messen, wenn sie für Laserlicht nicht durchlässig ist. Die Wellenlänge eines Strahls, der von einer Lasertriangulationsvorrichtung emittiert wird, ist typischerweise etwa 650 nm. Dielektrische Zielmaterialien, die für die Laserabschmelzung geeignet sind, werden von Ajinomoto Fine-Techno Co., Inc., Japan, hergestellt und sind in der Ajinomoto Buildup Film Produktfamilie enthalten. Drei Beispiele umfassen ABF SN9K (durchlässig), ABF GX3 (durchlässig) und ABF GX13 (undurchlässige Version).
Die Verfahren zur Messung der Zieloberflächentopographie und Dicke 70 der Schicht 60 werden mit Bezug auf 10A und 10B genauer beschrieben. Zwei Betriebsarten, die der Messung der Oberflächentopographie des Ziels 30 und der Messung der Schichtdicke 70 entsprechen, können separat oder gleichzeitig in Abhängigkeit von den Benutzerbedürfnissen und Begrenzungen der gewählten Hardware durchgeführt werden. Beide Betriebsarten haben die Einstellung der Position der Bildspalte 76 der fokussierten Strahleinschnürung 78 relativ zum Ziel 30 zur Folge.
In einer ersten Betriebsart fällt der Verfolgungsstrahl 96 auf die Oberfläche 66 des Ziels 30 in einem Winkel θ in Bezug auf eine Normale zur Oberfläche 66 ein. Ein Teil des Verfolgungsstrahls 96 wird von der Oberfläche 66 an einem Ort A als erster reflektierter Lichtstrahl 102 reflektiert, der vom Strahlpositionssensor 100 empfangen wird. Der Strahlpositionssensor 100 umfasst eine zweidimensionale Matrix von nominal identischen Sensorelementen 110. Der Deutlichkeit bei der Beschreibung der Betriebsarten halber zeigen 10A und 10B einen eindimensionalen oder Linearmatrix-Positionssensor 100 (d. h. eine Reihe einer zweidimensionalen Matrix), der ein Ausgangssignal erzeugt, das das Sensorelement 110 angibt, das den ersten reflektierten Lichtstrahl 102 empfängt. Ein Positionssensor 100 mit zweidimensionaler Matrix erzeugt ein Ausgangssignal, das auch den Matrixquadranten des Sensorelements 110 angibt, das den ersten reflektierten Lichtstrahl 102 empfängt.
Der Winkel 9 und der feste Abstand zwischen einem Bezugspunkt 112 der Emission von der Austrittsoberfläche der Objektivlinse 26 und der Strahlpositionssensormatrix 100 kann in Verbindung mit einer einfachen Geometrie verwendet werden, um für jeden Einfallsort den Abstand vom Bezugspunkt 112 der Emission zu den Oberflächen 66 und 68 zu ermitteln. Wenn beispielsweise der Abstand vom Bezugspunkt 112 der Emission zu einem ersten Sensorelement 110₁ des Strahlpositionssensors 100 mit D₁ bezeichnet wird, die Einheitslänge jedes Sensorelements 110 L ist und n die Positionsnummer des Sensorelements 110 ist, an dem der erste reflektierte Lichtstrahl 102 empfangen wird (wobei vom Sensorelement 110, das am nächsten zum Verfolgungsstrahl 96 liegt, gezählt wird), könnte ein Abstand vom Bezugspunkt 112 der Emission zur Oberfläche 66 oder 68 durch den Ausdruck (D + n[L])/(2[tan θ]) bestimmt werden. 10A zeigt den Verfolgungsstrahl 96, der auf das Ziel 30 an einer Stelle A auftrifft, wo die Oberflächenhöhe und die Schichtdicke 70 den erwarteten Werten für diese Variablen entsprechen. Der erste reflektierte Lichtstrahl 102 wird von einem vierten Sensorelement 110₄ des Strahlpositionssensors 100, das einem Abstand 114_A vom Bezugspunkt 112 der Emission zur Zieloberfläche 66 an der Stelle A entspricht, empfangen. 10B zeigt den Verfolgungsstrahl 96, der auf das Ziel 30 an einer Stelle B auftrifft, wo die Oberflächenhöhe und Schichtdicke 70 beide verringert sind. Obwohl die Stelle B weiter vom Bezugspunkt 112 der Emission des Verfolgungsstrahls 96 entfernt liegt als die Stelle A, reagiert die Lasersystem-Steuereinheit 56 auf das Ausgangssignal des Strahlpositionssensors 100, um zu bewirken, dass das Strahlpositionierungssystem 22 die Objektivlinse 26 entlang der Z-Achse nach unten bewegt, so dass der erste reflektierte Lichtstrahl 102 denselben Abstand durchläuft, bevor er auf den Strahlpositionssensor 100 auftrifft. Da sich der Strahlpositionssensor 100 im Einklang mit der Objektivlinse 26 bewegt, wird der erste reflektierte Lichtstrahl 102 vom vierten Sensorelement 110₄ , das dem Abstand 114_A vom Bezugspunkt 112 der Emission zur Zieloberfläche 66 an der Stelle B entspricht, empfangen, wo die Oberflächenhöhe des Ziels 30 relativ zu jener an der Stelle A verringert ist. Die geknickten durchgezogenen Linien, die sich durch die Schicht 60 zum Strahlpositionssensor 100 in 10A und 10B erstrecken, stellen den tatsächlichen Strahlweg dar, der durch die Anwendung des Snellschen Brechungsgesetztes auf Licht, das sich durch verschiedene Medien ausbreitet, erzeugt wird. (Der Grad der gezeigten Strahlwegknickung ist übertrieben, um den Effekt der Brechung deutlicher zu demonstrieren.)
Wenn der Verfolgungslaserstrahl 96 auf die Oberfläche 66 an den Stellen A und B einfällt, erzeugt der Strahlpositionssensor 100 Ausgangssignale, die den jeweiligen Sensorelementen 110₄ und 110₇ entsprechen, auf die der zweite reflektierte Lichtstrahl 106 einfällt. Die Lasersystem-Steuereinheit 56 reagiert auf die Ausgangssignale, um zu bewirken, dass das Strahlpositionierungssystem 22 die Objektivlinse 26 entlang des Strahlweges 18 auf den axialen Abstand 104 bewegt, der die Position der Bildspalte 76 auf der Oberfläche 66 hält.
In einer zweiten Betriebsart ist das Lasersystem 90 wirksam, um die Menge an Energie, die durch den Bearbeitungsstrahl 28 aufgebracht wird, automatisch auf der Basis der gemessenen Dicke 70 der Schicht 60 nahe der zu bohrenden Stelle einzustellen. Wie in der ersten Betriebsart wird der Verfolgungsstrahl 96 in einem Winkel θ erzeugt und der erste reflektierte Lichtstrahl 102 wird vom Strahlpositionssensor 100 empfangen. In der zweiten Betriebsart breitet sich jedoch ein Teil des Verfolgungsstrahls 96 durch die Zieloberfläche 66 aus und reflektiert an der Oberfläche 68 der zweiten Schicht 62, die typischerweise ein metallischer Leiter ist. Dieser zweite reflektierte Lichtstrahl 106 wird auch vom Strahlpositionssensor 100 empfangen. Der Strahlpositionssensor 100 empfängt zwei Teile des Verfolgungslaserstrahls 96, wie von den Oberflächen 66 und 68 des sequentiell laminierten Ziels 30 reflektiert.
10A zeigt das vierte Sensorelement 110₄ und das zehnte Sensorelement 110₁₀ , die den ersten bzw. den zweiten reflektierten Lichtstrahl 102 und 106 empfangen. Der Abstand 114₆ ist das Bezugsdatenelement für die Oberfläche 68 der leitenden Schicht 62 relativ zum Bezugspunkt 112. 10B zeigt, dass, wenn sich der Verfolgungsstrahl 96 über eine Stelle bewegt, an der die Dicke 70 der Schicht 60 des Ziels 30 verringert ist, der Verschiebungsabstand 108 zwischen dem ersten und dem zweiten reflektierten Lichtstrahl 102 und 106 auch verringert ist und das vierte Sensorelement 110₄ und das siebte Sensorelement 1107 reflektierte Lichtstrahlen 102 bzw. 106 empfangen. Die größere Dicke 70 der Schicht 60 in 10A führt zu einer Spanne von sechs Sensorelementen 110 (zwischen den Sensorelementen 110₄ und 110₁₀ ), wohingegen die verringerte Dicke 70 in 106 zu einer Spanne von nur drei Sensorelementen 110 (zwischen den Sensorelementen 110₄ und 110₇ ) führt. Die Spanne zwischen den Sensorelementen 110 ist daher direkt proportional zur Dicke 70 der Schicht 60, so dass das Ausgangssignal aus dem Strahlpositionssensor 100 verarbeitet werden kann, um die Dicke 70 der Schicht 60 zu identifizieren und um eine entsprechende Menge die Bearbeitungsstrahlenergie, die zum Entfernen der geeigneten Menge an Material vom Ziel 30 aufgebracht wird, für die gemessene Dicke einzustellen.
Die Überwachung der Dicke 70 der dielektrischen Schicht 60 kann durch Filtern des ersten reflektierten Lichtstrahls 102 im Sensorelement 110₁₀ und Filtern des reflektierten Lichtstrahls 106 im Sensorelement 110₄ durchgeführt werden. Wenn die vorstehend beschriebene Implementierung mit Doppelreflexion nicht korrekt arbeitet, ist es möglich, zwei Strahlpositionssensoren 100 zu verwenden, von denen einer die dielektrische Oberfläche 66 überwacht und von denen der andere die leitende Oberfläche 68 überwacht. Jeder der Sensoren 100 besitzt ein Filter, so dass ein Filter an einem ersten Strahlpositionssensor 100 den dielektrischen reflektierten Lichtstrahl 102 beseitigt und das andere Filter an einem zweiten Strahlpositionssensor 100 den an der leitenden Schicht reflektierten Lichtstrahl 108 beseitigt. Lichtpolarisationsfilter wären zur Verwendung als Filter beim Erfassen der Differenz im Abstand 70 zwischen den Schichten 66 und 68 geeignet.
11 stellt einen Graphen 120 dar, der die Eigenschaften eines Bearbeitungsstrahls 122 mit Gaußprofil und eines Bearbeitungsstrahls 124 mit Bildprofil in Bezug auf den Durchmesser des Laserflecks als Funktion des axialen Abstandes zwischen dem Ziel und der Objektivlinse darstellt. Der Bearbeitungsstrahl 122 mit Gaußprofil und der Bearbeitungsstrahl 124 mit Bildprofil stellen alternative Formen von Energieprofilen des Bearbeitungslaserstrahls 28 dar. Die theoretische Bildebene ist der mathematische ideale Abstand zwischen der Objektivlinse 26 und der Zieloberfläche 66. Das Erhalten dieses Abstandes und das Aufrechterhalten desselben über den ganzen Prozess ist sehr erwünscht. Eine Abweichung von der theoretischen Bildebene ist tolerierbar, aber, wenn die Fleckgröße des Bearbeitungslaserstrahls 28 schrumpft, wird die Menge an zulässiger Abweichung von der Bildebene 80 so klein, dass die Schwankungen der Topographie des Ziels 30 beginnen, die Kontaktlochgröße in dem Ausmaß zu verändern, dass gebohrte Kontaktlöcher von einem Qualitätsstandpunkt unannehmbar werden können. Dies ist der Grund dafür, dass die Anlage so ausgelegt ist, dass sie der Topographie des Ziels folgt.
Für Fachleute ist es offensichtlich, dass viele Änderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
Zusammenfassung
Ein effizientes Verfahren und ein System (90) zum Durchführen einer Topographiemessung erleichtern das Erhöhen des Laserbearbeitungsdurchsatzes. Topographiemessungen an mehreren Punkten an einem Zielprüfstück (30) oder eine kontinuierliche Echtzeitmessung und Überwachung der Zielprüfstück-Oberflächentopographie (66) und Zielprüfstückdicke (70) können während eines Laserbearbeitungsprozesses durchgeführt werden. Die Messung der Dicke des mit einem Laser zu bearbeitenden Zielprüfstücks würde die Feinabstimmung der gelieferten Laserenergie (28) ermöglichen und zu einer Zielmaterialentfernung mit höherer Qualität führen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5751585 [0025]
- US 6430465 [0025]

Claims

System zur Laserbearbeitung eines Zielprüfstücks mit einer Oberfläche, umfassend: eine Laserquelle und eine Objektivlinse, die zusammenwirken, um einen Bearbeitungslaserstrahl zu erzeugen, der eine Bildspalte aufweist und sich entlang einer Bearbeitungsstrahlachse zum Einfall auf das Zielprüfstück ausbreitet, wobei die Objektivlinse und das Zielprüfstück um einen axialen Abstand getrennt sind; ein Strahlpositionierungssystem, das wirksam ist, um den axialen Abstand zu ändern und den Bearbeitungsstrahl und das Zielprüfstück relativ zueinander in einer Richtung entlang eines Bearbeitungsstrahlweges zu bewegen, um das Zielprüfstück an ausgewählten Stellen zu bearbeiten; eine Verfolgungsvorrichtung, die in einer kontaktlosen Beziehung zur Oberfläche des Zielprüfstücks angeordnet ist und mit dem Bearbeitungslaserstrahl in wirksamem Zusammenhang steht, um den Bearbeitungsstrahl während der relativen Bewegung in der Richtung entlang des Bearbeitungsstrahlweges zu führen, wobei die Verfolgungsvorrichtung wirksam ist, um in Echtzeit wiederholt einen Abstand zwischen der Oberfläche des Zielprüfstücks und der Objektivlinse während der relativen Bewegung zu messen und ein Signal zu erzeugen, das dem gemessenen Abstand entspricht; und eine Lasersteuereinheit, die mit dem Strahlpositionierungssystem zusammenwirkt und auf das Signal reagiert, um den axialen Abstand, der die Objektivlinse und das Zielprüfstück trennt, während der relativen Bewegung zu verändern, um die Position der Bildspalte relativ zum Zielprüfstück an den ausgewählten Stellen zu steuern.
System nach Anspruch 1, wobei die Verfolgungsvorrichtung eine Lasertriangulationsvorrichtung umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Zielprüfstück ein Ziel mit sequentieller Laminierung umfasst, das eine Schicht aus elektrisch leitendem Material umfasst, und wobei die Verfolgungsvorrichtung eine Kapazitätssonde umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Zielprüfstück ein Ziel mit sequentieller Laminierung umfasst, das eine Schicht aus elektrisch leitendem Material umfasst, und wobei die Verfolgungsvorrichtung eine Wirbelstromsonde umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die Verfolgungsvorrichtung eine konfokale Messvorrichtung umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei das Zielprüfstück ein Ziel mit sequentieller Laminierung umfasst, das eine Schicht aus dielektrischem Material umfasst, die benachbart zu einer Schicht aus elektrisch leitendem Material angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, wobei die Verfolgungsvorrichtung einen Verfolgungslaserstrahl emittiert und die dielektrische Schicht zumindest teilweise durchlässig ist und eine Dicke aufweist, und ferner einen Laserstrahl-Positionssensor umfasst, der einen Teil des Verfolgungslaserstrahls empfängt, der sich durch die dielektrische Schicht ausbreitet und von der elektrisch leitenden Schicht reflektiert wird, um eine Angabe der Dicke der dielektrischen Schicht zu liefern.
System nach Anspruch 7, wobei der Bearbeitungslaserstrahl in Form eines Stroms von Bearbeitungslaserimpulsen vorliegt und wobei die Lasersteuereinheit die Lieferung einer Anzahl von Bearbeitungslaserimpulsen zur dielektrischen Schicht bewirkt, die auf einer Bestimmung der Dicke der dielektrischen Schicht basieren.
System nach Anspruch 1, wobei das Zielprüfstück ein Ziel mit sequentieller Laminierung umfasst, das eine zumindest teilweise durchlässige obere Schicht umfasst, die Verfolgungsvorrichtung einen Verfolgungslaserstrahl emittiert und einen Laserstrahl-Positionssensor umfasst, und ein Teil des Verfolgungsstrahls an der oberen Schicht zum Einfall auf den Laserstrahl-Positionssensor reflektiert, um das Signal zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, wobei die Verfolgungsvorrichtung einen Verfolgungslaserstrahl emittiert, und ferner einen Laserstrahl-Positionssensor umfasst, wobei der axiale Abstand durch die Verschiebung der Reflexion des Verfolgungslaserstrahls von einem projizierten Weg, wie durch den Laserstrahl-Positionssensor gemessen, bestimmt wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Zielprüfstück eine Materialschicht umfasst, die eine Dicke aufweist und in der ein Kontaktloch gebildet werden soll, wobei der Bearbeitungslaserstrahl in Form eines Stroms von Bearbeitungslaserimpulsen vorliegt, und die Verfolgungsvorrichtung und die Lasersteuereinheit zusammenwirken, um eine Anzahl von Bearbeitungslaserimpulsen zum Zielprüfstück zu liefern, die auf einer Bestimmung der Dicke der Schicht basieren, um das Kontaktloch zu bilden.
System nach Anspruch 1, wobei der Bearbeitungslaserstrahl in Form eines Stroms von Bearbeitungslaserimpulsen vorliegt und wobei die Lasersteuereinheit die Lieferung einer Anzahl von Bearbeitungslaserimpulsen zum Zielprüfstück bewirkt, die auf der Basis der wiederholten Messungen durch die Verfolgungsvorrichtung basieren.
System nach Anspruch 1, wobei die relative Bewegung entweder in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung entlang des Bearbeitungsstrahlweges stattfindet, und wobei die Verfolgungsvorrichtung eine erste Verfolgungsvorrichtung bildet, und ferner mit einer zweiten Verfolgungsvorrichtung, die in einer kontaktlosen Beziehung zur Oberfläche des Zielprüfstücks angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Verfolgungsvorrichtung wirksam dem Laserbearbeitungsstrahl zugeordnet sind, so dass verschiedene von ihnen den Laserbearbeitungsstrahl in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung entlang des Bearbeitungsstrahlweges führen.
System nach Anspruch 1, wobei: das Zielprüfstück ein Ziel mit sequentieller Laminierung umfasst, das eine erste Schicht aus optisch undurchlässigem Material umfasst, die benachbart zu einer zweiten Schicht aus elektrisch leitendem Material angeordnet ist, wobei die erste Schicht eine erste Oberfläche aufweist und um einen ersten axialen Abstand von der Objektivlinse getrennt ist, und die zweite Schicht eine zweite Oberfläche aufweist und um einen zweiten axialen Abstand von der Objektivlinse getrennt ist; und die Verfolgungsvorrichtung eine erste Verfolgungsvorrichtung bildet, die eine Lasertriangulationsvorrichtung umfasst, und ferner eine zweite Verfolgungsvorrichtung umfasst, die entweder eine Kapazitätssonde oder eine Wirbelstromsonde umfasst, wobei die erste und die zweite Verfolgungsvorrichtung den ersten bzw. den zweiten axialen Abstand während der relativen Bewegung zwischen dem Bearbeitungsstrahl und dem Zielprüfstück messen.
Verfahren zum Durchführen einer Qualitätssteuerung von Kontaktlöchern, die durch einen Bearbeitungslaserstrahl gebildet werden, der durch ein System zum Bilden von Kontaktlöchern in einem Ziel mit sequentieller Laminierung mit einer oberen dielektrischen und einer elektrisch leitenden Oberfläche erzeugt wird, wobei das System eine Laserquelle und einen Laserstrahl-Positionierungsmechanismus umfasst, wobei die Laserquelle einen Laserstrahl emittiert, der sich entlang einer Strahlachse durch eine Objektivlinse ausbreitet, um den Bearbeitungslaserstrahl zu erzeugen, wobei der Bearbeitungslaserstrahl eine fokussierte Strahlspalte aufweist, wobei das Laserstrahl-Positionierungssystem dem Ziel mit sequentieller Laminierung und dem Bearbeitungslaserstrahl eine relative Bewegung verleiht, um zu ermöglichen, dass er Zielmaterial entfernt und dadurch Kontaktlöcher an ausgewählten Stellen des Ziels mit sequentieller Laminierung bildet, und die Objektivlinse relativ zum Ziel mit sequentieller Laminierung positionierbar ist, um einen axialen Abstand in einer Richtung entlang der Strahlachse festzulegen, um die fokussierte Strahlspalte des Bearbeitungslaserstrahls an oder in dem Ziel mit sequentieller Laminierung zu positionieren, umfassend: Richten eines Verfolgungslaserstrahls zum Einfall auf das Ziel mit sequentieller Laminierung, um das Terrain der oberen dielektrischen Oberfläche zu verfolgen, wobei sich der Verfolgungslaserstrahl, der auf das Ziel mit sequentieller Laminierung einfällt, in einen ersten und einen zweiten Strahlteil auftrennt, die an der dielektrischen Oberfläche und der elektrisch leitenden Oberfläche reflektieren, wobei der erste und der zweite Strahlteil um einen Trennabstand räumlich getrennt sind, der der Dicke der dielektrischen Oberfläche entspricht; Positionieren eines Strahlpositionssensors, um den ersten und den zweiten Strahlteil zu empfangen und ein Signal zu erzeugen, das den Trennabstand angibt; und Festlegen des axialen Abstandes zwischen der Objektivlinse und dem Ziel mit sequentieller Laminierung in Reaktion auf das Signal, um die fokussierte Strahlspalte des Bearbeitungsstrahls in Echtzeit auf oder innerhalb der Dicke der dielektrischen Schicht zu halten und dadurch Schwankungen der gebildeten Kontaktlöcher zu steuern.
Verfahren zur Laserbearbeitung eines Zielprüfstücks mit einer Zieloberfläche, wobei das System eine Laserquelle und einen Laserstrahl-Positionierungsmechanismus umfasst, wobei die Laserquelle einen Laserstrahl emittiert, der sich entlang einer Strahlachse durch eine Objektivlinse ausbreitet, um den Bearbeitungslaserstrahl zu erzeugen, wobei der Bearbeitungslaserstrahl eine fokussierte Strahlspalte aufweist, wobei das Laserstrahl-Positionierungssystem dem Zielprüfstück und dem Bearbeitungslaserstrahl eine relative Bewegung verleiht, um zu ermöglichen, dass er Zielmaterial an ausgewählten Stellen des Zielprüfstücks entfernt, und die Objektivlinse relativ zum Zielprüfstück positionierbar ist, um einen axialen Abstand in einer Richtung entlang der Strahlachse festzulegen, um die fokussierte Strahlspalte des Bearbeitungslaserstrahls an oder in dem Zielprüfstück zu positionieren, umfassend: Positionieren einer Verfolgungsvorrichtung in einer kontaktlosen Beziehung zur Zieloberfläche des Zielprüfstücks, um das Terrain der Zieloberfläche zu verfolgen, wobei die Verfolgungsvorrichtung wiederholt in Echtzeit einen Abstand zwischen der Zieloberfläche und der Objektivlinse während der relativen Bewegung misst, um ein Signal zu erzeugen, das dem gemessenen Abstand entspricht; und Festlegen des axialen Abstandes zwischen der Objektivlinse und dem Zielprüfstück in Reaktion auf das Signal, um die fokussierte Strahlspalte des Bearbeitungsstrahls in Echtzeit an oder in dem Zielprüfstück zu halten und dadurch Schwankungen in der Entfernung von Zielmaterial an den ausgewählten Stellen zu steuern.
System nach Anspruch 16, wobei die Verfolgungsvorrichtung eine Lasertriangulationsvorrichtung umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei das Zielprüfstück ein Ziel mit sequentieller Laminierung umfasst, das eine Schicht aus elektrisch leitendem Material umfasst, und wobei die Verfolgungsvorrichtung eine Kapazitätssonde umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei das Zielprüfstück ein Ziel mit sequentieller Laminierung umfasst, das eine Schicht aus elektrisch leitendem Material umfasst, und wobei die Verfolgungsvorrichtung eine Wirbelstromsonde umfasst.
System nach Anspruch 16, wobei die Verfolgungsvorrichtung eine konfokale Messvorrichtung umfasst.