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TW201944472A - 在基板中形成孔洞之方法 - Google Patents

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TW201944472A
TW201944472A TW108112648A TW108112648A TW201944472A TW 201944472 A TW201944472 A TW 201944472A TW 108112648 A TW108112648 A TW 108112648A TW 108112648 A TW108112648 A TW 108112648A TW 201944472 A TW201944472 A TW 201944472A
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卡列特安卓 皮耶希
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美商康寧公司
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Abstract

本文中描述了藉由減少進入基板中之準非繞射光束的背反射，以於基板中形成孔洞的方法。在一些實施例中，處理具有第一表面及第二表面的基板的方法包含以下步驟，將出口材料施加到該基板的第二表面上，其中出口材料的折射率與基板的折射率之間的差值為0.4或更低，並將脈衝雷射光束聚焦到被引導至基板內的準非繞射光束中，使得準非繞射光束穿過第一表面進入基板。脈衝雷射光束的至少一個波長可穿透（transparent to）基板。準非繞射光束在基板內生成誘導吸收作用，此誘導吸收作用在基板內產生損傷軌道。

Description

在基板中形成孔洞之方法
此申請案請求於2018年4月19日提交的美國專利臨時申請案，第62/659,905號的優先權權利，該專利申請案的全部內容以引用的方式併入本文中。
本揭露一般涉及用於在基板中形成孔洞的方法，更具體地，涉及使用雷射損傷及蝕刻製程在基板中形成孔洞的方法。
基板已被用作設置在電子組件(例如，印刷電路板、積體電路等)之間的中介層。此等基板具有可藉由電鍍製程填充的孔洞，其中導電材料(例如，銅)沉積在孔洞的側壁上並連續地堆積，直到孔洞被氣密性密封。此製程產生金屬化的穿通基板通孔，此等通孔提供穿過插件內供電子訊號穿過中介層的相對側之間的路徑。
可藉由雷射損傷及蝕刻製程形成有助於提供穿過基板之電連接的小直徑通孔。在此製程中，首先藉由使用雷射在基板中形成損傷軌道以沿著損傷軌道改變材料。隨後將蝕刻溶液施加到基板上。藉由蝕刻溶液使基板變薄。因為材料在損傷軌道處的蝕刻速率比在未損傷區域處更快，所以優先蝕刻損傷軌道以便穿過基板而拓開(open)孔洞。諸如金屬化製程的下游製程可能需要均勻的圓孔洞(即，具有低圓度偏差(circularity)的孔洞)及相對光滑的內表面。
在第一實施例中，處理具有第一表面及第二表面的基板的方法包含以下步驟，將出口(exit)材料施加到基板的第二表面上，其中出口材料的折射率與基板的折射率之間的差值為0.4或更低，並將脈衝雷射光束聚焦到被引導至基板內的準非繞射光束中，使得準非繞射光束穿過第一表面進入基板。該脈衝雷射光束的至少一個波長可穿透（transparent to）該基板。準非繞射光束在基板內生成誘導吸收作用，此誘導吸收作用在基板內產生損傷軌道。
在第二實施例中，第一實施例的方法中，差值為0.2或更低。
在第三實施例中，第一或第二實施例的方法中，其中基板係由玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷中的一者製成。
在第四實施例中，任一前述實施例的方法，其中準非繞射光束離開出口材料的位置，係在平行於準非繞射光束的方向上距離基板的第二表面50μm或更遠。
在第五實施例中，任一前述實施例的方法，其中將出口材料施加到第二表面，使得在損傷軌道周圍的預定區域處存在小於2.5%的反射。
在第六實施例中，任一前述實施例的方法，其中預定區域的直徑為300μm。
在第七實施例中，任一前述實施例的方法，其中出口材料包含至少兩層。
在第八實施例中，任一前述實施例的方法，其中出口材料為聚合物。
在第九實施例中，第一至第七中任一實施例的方法，其中出口材料為抗反射性塗層。
在第十實施例中，第一至第七中任一實施例的方法，其中出口材料為水。
在第十一實施例中，第十實施例的方法進一步包含附接到基板的支撐基板，使得水設置在支撐基板與基板的第二表面之間。
在第十二實施例中，第一至第七中任一實施例的方法，其中出口材料為聚矽氧層。
在第十三實施例中，第十二實施例的方法，進一步包含聚酯基板，其中聚矽氧層設置在聚酯基板與基板的第二表面之間。
在第十四實施例中，第一至第七中任一實施例的方法，其中出口材料是施加到基板的第二表面的光阻劑聚合物材料。
在第十五實施例中，任一前述實施例的方法，其中準非繞射光束為高斯-貝塞爾光束。
在第十六實施例中，第一至第十四中任一實施例的方法，其中準非繞射光束為艾里光束。
在第十七實施例中，任一前述實施例的方法，其中準非繞射光束具有一光束腰部，且準非繞射光束界定了具有第一端點及第二端點的雷射光束焦線，在準非繞射光束從光束腰部傳播的距離等於準非繞射光束的瑞利範圍的位置處界定各端點。
在第十八實施例中，任一前述實施例的方法，其中脈衝雷射光束包括短脈衝，短脈衝進一步包含複數脈衝。
在第十九實施例中，第十八實施例的方法，其中複數脈衝中的每脈衝的脈衝寬度，包含端點，在100飛秒至10皮秒的範圍內。
在第二十實施例中，任一前述實施例的方法，進一步包含以下步驟：藉由擴大基板中的損傷軌道，在蝕刻溶液中蝕刻該基板以產生直徑為1μm或更大的孔洞。
在第二十一實施例中，第二十實施例的方法，進一步包含以下步驟：用導電材料塗覆孔洞的內表面，以在孔洞的頂部與底部之間提供導電性。
在第二十二實施例中，第二十實施例的方法，其中從孔洞的腰部到第一表面之孔洞的內表面的平均表面粗糙度，與從孔洞的腰部到第二表面之孔洞的內表面的平均表面粗糙度之差值為1μm Ra或更低。
在第二十三實施例中，第一至第十六實施例及第十八至第二十二實施例中任一實施例的方法，其中準非繞射光束界定了具有第一端點及第二端點的雷射光束焦線，在準非繞射光束從光束腰部傳播的距離等於非繞射瑞利範圍的位置處界定各第一端點及第二端點，第一端點與第二表面相較更靠近基板的第一表面，第二端點與第一表面相較更靠近基板的第二表面，並且第二端點在基板外部，使得第二端點與第二表面之間的距離為100μm或更低。
在第二十四實施例中，第二十三實施例的方法，其中第二端點位於基板的外部，使得第二端點與第二表面之間的距離為10μm或更低。
在第二十五實施例中，在具有第一表面及第二表面的基板中形成孔洞的方法包含以下步驟，將脈衝雷射光束聚焦到被引導至基板內的準非繞射光束中，使得準非繞射光束穿過第一表面進入基板。準非繞射光束在基板內生成誘導吸收作用，並且在基板內產生損傷軌道。該脈衝雷射光束的至少一個波長可穿透（transparent to）該基板。準非繞射光束界定了具有第一端點及第二端點的雷射光束焦線，其中在準非繞射光束從光束腰部傳播的距離等於瑞利範圍的位置處界定各端點。第一端點與第二表面相較更靠近基板的第一表面，並且第二端點與第一表面相較更靠近基板的第二表面。第二端點位於基板的外部，使得第二端點與第二表面之間的距離為100μm或更低。該方法進一步包含藉由擴大基板中的損傷軌道，蝕刻基板以產生孔洞。
在第二十六實施例中，第二十五實施例的方法，其中第二端點與第二表面之間的距離為10μm或更低。
在第二十七實施例中，第二十五或第二十六實施例的方法，其中脈衝雷射光束的脈衝寬度，包含端點，在100飛秒至10皮秒的範圍內。
在第二十八實施例中，製品包含基板，基板具有第一表面、第二表面、及至少一個在基板內從第一表面延伸到第二表面的損傷軌道。該製品進一步包含設置在第一表面及第二表面中至少一者上的出口材料，其中在出口材料與第一表面及第二表面中至少一者之間界定了一交界，並且交界的反射率在包含端點為200奈米(nm)至2000nm範圍內的波長下為2.5%或更低。
在第二十九實施例中，第二十八實施例的製品，其中交界的反射率在1064nm±10nm、1030nm±10nm、及530nm±10nm的波長下為2.5%或更低。
在第三十實施例中，第二十八或第二十九實施例的製品，其中出口材料的折射率與基板的折射率之間的差值為0.4或更低。
在第三十一實施例中，第三十實施例的製品，其中差值為0.2或更低。
在第三十二實施例中，第二十八至三十一中任一實施例的製品，其中基板係由玻璃、玻璃陶瓷、及陶瓷中的一者製成。
在第三十三實施例中，第二十八至三十二中任一實施例的製品，其中出口材料包含至少兩層。
在第三十四實施例中，第二十八至三十二中任一實施例的製品，其中出口材料為聚合物。
在第三十五實施例中，第二十八至三十二中任一實施例的製品，其中出口材料為抗反射性塗層。
在第三十六實施例中，第二十八至三十二中任一實施例的製品，其中出口材料為水。
在第三十七實施例中，第三十六實施例的製品，進一步包含附接到基板的支撐基板，使得水設置在支撐基板與基板的第二表面之間。
在第三十八實施例中，第二十八至三十二中任一實施例的製品，其中出口材料為聚矽氧層。
在第三十九實施例中，第三十八實施例的製品，進一步包含聚酯基板，其中聚矽氧層設置在聚酯基板與基板的第二表面之間。
在第四十實施例中，第二十八至三十二中任一實施例的製品，其中出口材料是施加到基板的第二表面的光阻劑聚合物材料。
本文中實施例的其他特徵與優勢將於隨後的詳細敘述中，包含隨後的實施方式、申請專利範圍、以及隨附圖示予以闡述，並且對於熟習該項技術領域者而言可由實施方式之敘述輕易得知部分其他特徵與優勢，或者藉由實踐此揭露書所述而認識到其他特徵與優勢。
應當理解，一般性描述與以下的詳細描述皆描述了各種實施方式，並且旨在提供用於理解所要求保護的標的之性質與特性的概述或框架。此說明書包含隨附圖示以提供對各種實施例的進一步理解，且隨附圖示併入以及構成此說明書的一部分。本文中描述的圖示顯示了此揭露的不同實施例，且與敘述內容共同用於解釋所要求保護的標的之原理與操作。
大致地參照附圖，本揭露的實施例通常涉及用於在基板中形成孔洞的方法。具體而言，本文中描述的實施例採用雷射損傷及蝕刻製程以在基板內形成一個或更多個損傷軌道，隨後蝕刻基板，使得在基板內形成一個或更多個孔洞。在一些實施例中，基板為玻璃為主的基板，諸如玻璃及玻璃陶瓷。此等玻璃可為，舉例而言，Corning Eagle XG®玻璃、Corning Willow玻璃、Corning代碼2318玻璃、Corning代碼2320玻璃、Corning LotusTM NXT玻璃、或高純度熔融石英。在實施例中，施加脈衝的準非繞射雷射光束穿過基板，以形成穿過基板的一個或更多個損傷軌道。隨後將蝕刻溶液施加到基板上以在一個或更多個穿通孔洞中拓通(open up)一個或更多個損傷軌道。然而，如下文更詳細地描述者，在基板的出口表面處並且返回到基板的主體中的脈衝的準非繞射雷射光束之菲涅耳反射可能在與入口表面相較更靠近出口表面的位置處，引入不符需求的微裂縫及/或從該一個或更多個損傷軌道的橫向延伸的空隙。如下文更詳細地描述者，此等微裂縫及/或空隙可能在蝕刻製程之後在孔洞內產生不符需求的缺損，諸如具有高表面粗糙度的孔洞壁及高圓度偏差值的孔洞牆面。
諸如矽玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷、藍寶石等的非導電基板可用作設置在電子組件(例如，印刷電路板、積體電路等)之間的中介層。金屬化的穿通基板通孔(TSV)提供穿過中介層的路徑，以使電子訊號在中介層的相對側之間通過。此等基板亦可用作電子組件內的再分佈層。作為範例而非限制，諸如玻璃及玻璃陶瓷等玻璃為主的基板可在高頻應用中具有符合需求的電子特性，諸如在高頻下的低電損耗。進一步地，歸因於低熱膨脹係數(CTE)，此等玻璃基材料具有優異的熱尺寸穩定性。
在一些實施例中，本文所述的基板可由可供脈衝雷射光束的至少一個波長穿透（transparent to）以形成至少一個損傷軌道的任何材料製造而成。如本文中所用，「穿透(transparent)」係指材料具有對於每毫米材料深度具有小於約20%的光學吸收作用之光學損耗(諸如吸收或散射)，諸如對於指定的脈衝雷射波長，每毫米材料深度具有小於約10%的光學吸收作用之光學損耗(諸如吸收或散射)，或諸如對於指定的脈衝雷射波長，每毫米材料深度具有小於約1%的光學吸收作用之光學損耗(諸如吸收或散射)。可使用分光光度計(諸如由Agilent Technologies of Santa Clara，CA銷售的Cary 5000)量測基板的吸收作用。範例基板材料包含但不限於，硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃、鹼土鋁矽酸鹽玻璃、鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃、熔融石英、諸如藍寶石、矽、砷化鎵、玻璃陶瓷、或矽材料等結晶材料，或其組合。
在基板內形成的孔洞可藉由電鍍製程填充，其中導電材料(例如，銅)塗覆在孔洞的的內表面上並連續地堆積，直到孔洞被氣密性密封。應當理解，可使用任何可成功地將孔洞金屬化以形成TSV的製程。然而，因上述微裂縫及/或空隙導致的粗糙度可能導致孔洞內部的金屬塗層不均勻，這可能致使不適當的導電性或機械可靠性問題。
本文描述的一些實施例可藉由使用施加到基板的出口表面的出口材料，而抑制在雷射損傷製程期間微裂縫及/或空隙的形成。出口材料可為減少回到基板的主體中之雷射背反射之一層或更多層材料。已顯示，利用施加到基板的出口表面的出口材料形成的損壞軌道，沿著損壞軌道的微裂縫及/或空隙比並未將出口材料施加到出口表面的基板更少。因此，在化學蝕刻製程之後因而獲得的孔洞，比藉由不運用施加到基板的出口表面的出口材料之雷射處理形成的孔洞具有更光滑的表面。
下文詳細描述用於在基板中形成孔洞的方法的一些實施例。
現在參照圖1，示意性地圖示其中形成有多個損傷軌道110的範例基板100。基板100可由任何可供脈衝雷射光束的至少一個波長穿透（transparent to）以形成損傷軌道110的材料製造而成。取決於最終應用，基板100可具有任何合適的厚度(包含但不限於)包含端點為0.05毫米至10毫米。在一些實施例中，基板100的厚度包含端點在0.1毫米至0.7毫米的範圍內。損傷軌道110形成在入口表面102(即，第一表面)與出口表面104(即，第二表面)之間的基板100的主體內。如下文更詳細地描述者，損傷軌道110是在基板100的主體內形成的線，該基板具有藉由雷射誘導多光子吸收作用而改變的基板材料。損傷軌道110可為延伸穿過基板100的窄孔洞，或可為被基板材料中斷的非連續通道。
應當注意，當損傷軌道110是從入口表面102到出口表面104完全地形成時，將在蝕刻之後形成整體穿過基板100設置的穿通孔洞，諸如圖2中所繪示的穿通孔洞140。當損傷軌道110並未伸及(reach)入口表面102亦或出口表面104時，可在蝕刻之後形成盲孔洞。如下文詳細描述並且由圖3示意性地圖示者，藉由施加穿過基板100的主體之準非繞射雷射光束來形成損傷軌道110。
在形成損傷軌道110之後，隨後使基板100經受化學蝕刻劑。蝕刻劑不受本揭露的限制。可使用的典型蝕刻劑包含但不限於，氟化氫酸混合物、及諸如氫氧化鉀及氫氧化鈉的鹼性溶液。損傷軌道110為已被雷射光束損傷的基板100的主體內的區域。損傷軌道110的蝕刻速率大於基板100的未損傷區域的蝕刻速率。如圖2中示意性地顯示者，在蝕刻期間損傷軌道110的增加蝕刻速率允許在損傷軌道110處拓開孔洞140。儘管在圖2中圖示的孔洞140為基本上圓柱形，但不限於此等實施例。藉由本文所述的雷射損傷及蝕刻技術形成的孔洞140可具有沙漏形狀，使得它們具有直徑小於入口表面102及出口表面104處的孔洞開口的直徑之孔洞腰部。作為範例而非限制，孔洞140的孔洞開口的直徑，包含端點可在1μm與150μm之間。然而，可形成其他孔洞開口直徑。在美國專利第9,517,963號中描述了在基板中形成損傷軌道及因而獲得之孔洞的範例雷射及蝕刻條件。美國專利號第9,517,963全部內容藉由引用的方式併入本文。
在蝕刻製程之後，在一些實施例中，孔洞140在金屬化製程中以導電材料塗覆或以其他方式填充導電材料，以在孔洞140的頂部與底部之間提供導電性。導電材料不受本揭露的限制。可使用任何已知的或尚未開發之用於金屬化孔洞140的製程(例如，電鍍)。
圖3示意性地圖示範例光學系統120，此範例光學系統120用於形成穿過基板100的脈衝準非繞射光束122C，以形成一個或更多個損傷軌道110。準非繞射光束122C可形成穿過基板100的焦線126。將脈衝的準非繞射光束122C引導到基板100中會在基板100內生成誘導吸收作用並且沉積足夠得以破壞基板100中的化學鍵以形成損傷軌道110的能量。光學系統120可包含任何能夠產生本文所述的準非繞射光束122C的光學組件。在圖3所示的實施例中，光學系統120包含軸錐鏡123(即，圓錐形透鏡)、準直透鏡124、及聚焦透鏡125。來自雷射源(未顯示)的脈衝雷射光束122穿過軸錐鏡123，產生脈衝雷射光束122的初級準非繞射光束122A。初級準非繞射光束122A發散以形成藉由準直透鏡124接收的環形光束122B。準直透鏡124及聚焦透鏡125作為望遠鏡，中繼並縮微(de-magnify)初級準非繞射光束122A以提供穿過基板100之成像的準非繞射光束122C。成像的準非繞射光束122C在基板100的入口表面(即，入口表面102)上提供光束點。可採用望遠裝置的原因在於，望遠裝置將初級準非繞射光束122A投射到遠離光學系統120的光學表面的舒適工作距離，並且提供了更容易地控制藉由準非繞射光束122C界定之焦線126尺寸的能力。
作為非限制性範例，脈衝雷射光束122舉例而言可具有，包含端點在200nm至2000nm範圍內，但不限於1064nm、1030nm、532nm、530nm、355nm，或266nm的波長。操作雷射源以產生具有一脈衝寬度的複數個脈衝的短脈衝。在本文描述的範例中，每短脈衝包含二十個脈衝。然而，應當理解，每短脈衝可提供更多或更少的脈衝。脈衝的脈衝寬度包含端點可能在100飛秒至10皮秒的範圍內。如下面更詳細描述者，為了減少可能產生微裂縫的同調(coherent)背反射，可能需要飛秒範圍內的脈衝寬度。
在基板處量測之脈衝雷射光束可具有大於每毫米基板厚度40μJ的平均雷射短脈衝能量。所使用的平均雷射短脈衝能量可高達每毫米基板厚度2500μJ(μJ/ mm)，舉例而言，100至2000μJ/ mm、200至1750μJ/ mm、或500至1500μJ/ mm。此平均雷射能量亦可稱作平均每短脈衝線性能量密度、或每毫米基板厚度每雷射短脈衝的平均能量。如上所述，在美國專利第9,517,963號中描述了在基板內形成損傷軌道以產生蝕刻孔的其他雷射參數。
範例準非繞射光束122C的橫截面分佈可藉由貝塞爾函數來描述，因而此等雷射光束通常被稱作貝塞爾光束。在非限制性範例中，準非繞射光束具有約532nm的波長及約0.29的數值孔洞徑，因而在貝塞爾光束的中心處提供具有約1.2μm直徑的芯。可在數百微米的長度上保持該芯點中的雷射光束的強度，這比具有等效光束點尺寸(即，僅幾微米)的典型高斯分佈光束的繞射限制瑞利範圍長得多。
如圖3所顯示的此光學系統120可認為是將輸入脈衝雷射光束122的徑向(即，橫向)強度分佈(distribution)映射到沿光軸的強度分佈以形成焦線。利用來自雷射的典型高斯光束照射該光學系統120，沿光軸的實際強度將採用如圖4A所顯示的形式。產生的焦線的長度與發送到軸錐鏡123中的脈衝雷射光束122的直徑成比例。此準非繞射光束稱作高斯-貝塞爾光束。
應當注意，用於照射光學系統120的脈衝雷射光束122不需要具有高斯分佈，並且不需要另外使用軸錐鏡123來形成準非繞射光束122C。因此，可能沿光軸形成不同的能量分佈，其中能量分佈的強度可採取「中央突起形」分佈或其他分佈形狀的形式。如圖4B所顯示，這提供了更均勻地分配穿過基板100深度之能量的能力，或者定制能量分佈的能力，使得能確保基板100的某些區域接收比其他區域更多或更少的能量。在美國專利第2018-0062342號公開案中描述了此種光學器件的發明，該專利的全部內容藉由引用的方式併入本文。
如上所述，準非繞射光束122C的長度藉由其瑞利範圍決定。具體而言，準非繞射光束122C界定了具有第一端點及第二端點的雷射光束焦線126，在準非繞射光束從光束腰部傳播的距離等於準非繞射光束的瑞利範圍的位置處界定各端點。美國專利第15/718,848號申請案及荷蘭專利第2017998號申請案中提供了準非繞射光束的形成及決定其長度的詳細描述，包含將此種光束描述為不對稱(諸如非軸對稱)光束橫截面分佈的概括說明，此等申請案全部內容藉由引用的方式併入本文。
瑞利範圍對應於(相對於ISO 11146-1:2005(E)第3.12節中界定的光束腰部位置)雷射光束的變異數(相對於光束腰部位置的變異數)加倍且以雷射光束的橫截面積的發散度為量度之距離。瑞利範圍亦可被視為沿著光束軸的距離，在該距離處光束的橫截面分佈中觀察到的峰值光強度衰減到在光束腰部位置(最大強度的位置)處觀察到的值的一半。準非繞射光束界定了具有第一端點及第二端點的雷射光束焦線。在準非繞射光束從光束腰部傳播的距離等於準非繞射光束的瑞利範圍的位置處，界定準非繞射光束的第一及第二端點。與具有小瑞利範圍的雷射光束相比，具有大瑞利範圍的雷射光束具有低發散度且在光束傳播方向上的距離更慢地擴展。
光束橫截面係由其形狀及尺度(dimension)表徵。光束橫截面的尺度是由光束的光點尺寸(size)表徵。對於高斯光束而言，光點尺寸通常界定成光束強度減小到其最大值的1/e2 的徑向範圍。高斯光束的最大強度出現在強度分佈的中心（=0且=0(笛卡爾)或=0(圓柱形)，並且用於決定光點尺寸的徑向範圍係相對於中心量測。
具有高斯強度分佈的光束可能較不適用於形成損傷軌道110之雷射處理，因為當聚焦到足夠小的光點尺寸(諸如在微米範圍內的光點尺寸，諸如約1-5μm或約1至10μm)時，為了使可用的雷射脈衝能量能改變諸如玻璃之類的材料，此等光束在短傳播距離上顯著地繞射及發散。為了實現低發散度，期望控制或優化脈衝雷射光束的強度分佈以減少繞射。脈衝雷射光束可為非繞射性或弱繞射性。弱繞射雷射光束包含準非繞射雷射光束。代表性的弱繞射雷射光束包含貝塞爾光束、高斯-貝塞爾光束、艾里光束、韋伯光束及馬蒂厄光束。
非繞射或準非繞射光束通常具有複雜的強度分佈，諸如該等相對於半徑非單調減少的強度分佈。藉由類比於高斯光束，可將任何光束(甚至是非軸對稱光束)的有效光點尺寸界定為從最大強度(r=0)的徑向位置在任何方向上的最短徑向距離，在此處強度降低到最大強度的1/e2 。進一步地，對於軸對稱光束而言，係從最大強度(r=0)的徑向位置起的徑向距離，強度在該距離降至最大強度的1/e2 。基於軸對稱光束的有效光束點尺寸的瑞利範圍的標準可指定為用於形成下面的等式(1)中的損傷區域之非繞射或準非繞射光束：
其中FD 為無因次發散因數，具有的值為至少10、至少50、至少100、至少250、至少500、至少1000、在10至2000的範圍內、在50至1500的範圍內、在100到1000的範圍內。對於非繞射或準非繞射光束而言，若使用典型的高斯光束分佈，有效光束尺寸加倍的距離（即等式(1)中的ZR ）為FD 乘上預期距離。無因次發散因數FD 提供了用於決定雷射光束是否為準非折射的規範。如本文中所用，當FD 的值≧10時，若雷射光束的特性滿足等式(1)，則認為脈衝雷射光束122係準非繞射性。隨著FD 的值增大，脈衝雷射光束122更接近完全非繞射狀態。
現在參照圖5，脈衝準非繞射光束122C可沿損傷軌道110產生與入口表面(即入口表面102)相較更靠近出口表面(即，出口表面104)的微裂縫115。微裂縫115可包含在損傷軌道110內及從損傷軌道110延伸之基板100內的裂縫線或空隙。如上所述，此等微裂縫115可能在蝕刻孔洞140之後導致不期望的效果，諸如高平均內表面粗糙度(例如，Ra大於2μm)及高圓度偏差值(例如> 5微米)。下文參照圖13A及15A至18詳細描述圓度偏差。
圖6係在由紐約康寧的康寧公司以商品名EAGLE XG®製造及銷售的400μm鹼土鋁硼矽酸鹽玻璃製造的基板100內，形成的損傷軌道110之光學顯微鏡數位影像。具有約0.9毫米的焦線126長度的準非繞射光束122C以每短脈衝20個脈衝調製，並且每短脈衝提供120μJ的能量。雷射的波長為532nm，脈衝寬度為7皮秒，每脈衝之間為20奈秒。每損傷軌道施加一次短脈衝(每孔洞一次短脈衝)。如圖6所顯示，小的微裂縫115聚集在基板100的出口表面(即，出口表面104)附近。
為了說明每短脈衝的能量如何影響微裂縫115的形成，使用與圖6所示的範例相同的雷射條件，處理具有如圖6所示的範例的厚度及組成的若干基板，不同之處在於變化每短脈衝的能量。圖7A至7H圖示由每個圖示中所示的每短脈衝的能量因而獲得之損傷軌道110的數位影像。在每短脈衝為120μJ及以上的能量下，微裂縫115聚集在出口表面104附近。隨著每次脈衝能量進一步增加，微裂縫115變得更強並且該等裂縫存在的深度範圍增加。在所有情況下，微裂縫115傾向於在出口表面104附近聚集或在出口表面104附近具有最多微裂縫。應當注意，對於低能量(≤110μJ/短脈衝)而言，未在相應影像中觀察到微短裂縫115。然而，在每個影像中僅顯示少量損傷軌道110。儘管在一小部分的孔洞上(例如，1%或甚至0.1%)，檢查較大數量的損傷軌道110幾乎皆揭示出口表面104附近存在微裂縫115。然而，即使是一小部分具有較高粗糙度的孔洞亦可能對金屬化製程形成問題。此外，對於此狀態最差情況下之每短脈衝的能量，損傷軌道110通常弱到無法允許形成具有良好孔洞開口之可靠及徹底的蝕刻劑滲透，致使許多孔洞具有窄小腰部至最終沙漏孔洞外形。
另外，對具有與上述圖6所顯示的樣品相同的厚度及組成之樣品玻璃基板進行雷射處理，以評估藉由準非繞射光束界定的雷射光束焦線位置對微裂縫115的形成的影響。雷射光束參數與上面參考圖6所述的相同。圖8A至8F圖示當調動基板及用於產生準非繞射光束及因而獲得之焦線的光學組件之間的距離時，在基板中因而獲得的損傷軌道110。
圖8A為藉由準非繞射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移-400μm；圖8B為損傷軌道的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移-300μm。圖8C為損傷軌道的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移-150μm。圖8D為損傷軌道的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移+150μm。圖8E為損傷軌道的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移+300μm。圖8F為損傷軌道的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移+400μm。
應當注意，焦線的參考位置或標稱零位置係使焦線以基板的厚度為中心，使得大致相等量的焦線在基板的上方與下方延伸。圖8B至8E圖示將光學組件在-300μm至+300μm的範圍內的位置移動並不會顯著改變微裂縫115沿損傷軌道110的位置。微裂縫115保持在基板的出口表面附近聚集，並且不隨著光學組件的移位位置移動。僅於焦距位置的±400μm變化中，觀察到的微裂縫115的位置發生變化，在這種情況下，變成焦線偏移得非常嚴重而使得焦線的大部分長度位於基板外部。
圖7A至7H及8A至8F所示的實施例圖示微裂縫位於相對於基板的出口表面處於近似固定的位置，並隨著每短脈衝的能量增加而在一定程度上增加規模。不受理論束縛，微裂縫可藉由來自基板的出口表面(即，出口表面104)的菲涅耳反射形成，此菲涅耳反射將一部分光聚焦折回到焦線本身上。
參照圖9，調節脈衝雷射光束122以形成準非繞射光束122C，非繞射光束122C在基板100的主體內產生焦線126，以形成如上文所述的損傷軌道110。藉由菲涅耳反射，脈衝雷射光束122的一部分128在基板100的材料與大氣之間的交界處反向反射。脈衝雷射光束122的此部分128可在基板100內形成另一個焦線，此焦線長度與在基板下方(即，在出口表面104外部)延伸的原始焦線126的長度成比例。
因為脈衝雷射光束122具有短脈衝寬度(例如，約7皮秒至約11皮秒)，所以同調長度在毫米量級，因此背反射的光的部分128亦與脈衝輸入雷射光束122同調。該同調反射干擾原始焦線126。因此，與非同調反射相比，可能明顯存在更多的強度強化。靠近基板100的出口表面的此種強化的強度可能造成沿損傷軌道110的微裂縫。
參照圖9，本揭露的一些實施例藉由在雷射處理之前，將出口材料130施加到基板100的出口表面104，以減輕菲涅耳反射及不符需求的微裂縫及/或空隙的形成。選擇具有減小出口表面104處的菲涅耳反射的折射率的出口材料130。在一些實施例中，出口材料130的折射率與基板100的折射率緊密匹配，使得出口材料130的折射率與基板100的折射率之間的差值為0.4或更低、0.2或更低、或0.1或更低。如此折射率差異的減少可導致在接近垂直入射時的預期反射強度從典型的空氣到玻璃界面觀察為4%之值降低到減少的反射強度為2.5%或更低之值、0.6%或更低之值、或當在包含端點的200nm至2000nm的波長範圍內量測時，在出口表面104與出口材料130之間的界面處為0.4%或更低之值。在一非限制範例中，該交界的反射率在1064nm±10nm、1030nm±10nm、及530nm±10nm的波長下為2.5%或更低。折射率可基於波長及其他參數而改變。如本文所用，「折射率」係指在材料(諸如基板100與出口材料130的材料)暴露於雷射的條件下，材料在雷射的峰值波長處的折射率。諸如反射強度等相關參數亦用於在基板100與出口材料130暴露於雷射的條件下，雷射的峰值波長。
如圖10所顯示，藉由準非繞射光束122C界定的焦線126在基板100的出口表面104與出口材料130之間的交界下方延伸，使得脈衝雷射光束122的任何菲涅耳反射皆發生在基板100的塊狀材料之外。因此，減少了或消除了在基板100的塊狀材料內存在同調反射焦線。應當注意，較厚的出口材料130可能為優選的。如圖10所顯示，焦線126位於基板下方的部分有效地「折回」在藉由準非繞射光束122C產生的原始焦線126上。若出口表面104處的出口材料130很薄，則仍可能存在來自塗層的底表面132的反射，這可能造成與藉由來自基板100的出口表面104的任何反射所產生問題相類似問題。因此，出口材料130應該厚到足以使得焦線以足夠大的距離離開底表面132，以避免菲涅耳反射進入基板100。作為非限制性範例，出口材料130具有的厚度使得準非繞射光束122C在距出口表面104 50μm或更遠的距離處離開出口材料130、距離出口表面104 75μm或更遠處離開出口材料130、距離出口表面104 100μm或更遠處離開出口材料130、距離出口表面104 150μm或更遠處離開出口材料130、距出口表面104 200μm或更遠處離開出口材料130。
出口材料130應緊密地施加到基板100的出口表面104，以確保出口材料130與出口表面104之間基本上未具有間隙或氣泡。舉例而言，若出口材料130與出口表面之間的交界為50%的氣泡，則出口材料130可使效率降低50%。若在準非繞射光束通過的位置處存在氣泡，則可能發生菲涅耳反射並在因而獲得的損傷軌道110處產生微裂縫。因此，應將出口材料130施加到出口表面104，使得在需要孔洞的交界處的反射率為2.5%或更低。在一些實施例中，交界的反射率在損傷軌道110的預定區域內為2.5%或更低，以確保防止微裂縫。作為範例而非限制，預定區域可具有300μm的直徑並且圍繞損傷軌道110。換言之，在圍繞損壞軌道110的預定區域內的出口材料130與出口表面104之間不應存在氣隙或其他干擾材料。
出口材料130可藉由單層材料製成，或藉由多層堆疊層製成。圖11示意性地圖示包括設置在基板100的出口表面104與額外基板136(即，支撐基板)之間的水層134(或其他材料)的出口材料130。作為範例而非限制，額外基板136可藉由與基板100相同的材料製成。在基板100藉由具有約1.5的折射率的玻璃(例如，700μm厚的玻璃基板)製造的情況下，具有約1.33的折射率的玻璃與水134之間的折射率差值約為0.17， 此折射率差值小於玻璃與空氣之間的折射率差值，約為0.5。在雷射處理期間，由於折射率緊密匹配，在基板100與水134之間的交界處可能存在最小的菲涅耳反射。
出口材料130可為任何具有與基板100材料的折射率緊密匹配之折射率的材料。其他材料包含但不限於，聚合物(如聚乙烯薄膜)、玻璃基材料、光學膠(例如，Cranbury, NJ的Norland Products, Inc.銷售的NOA 63)、藍色光阻劑（例如，由E.I.du Pont de Nemours and Company of Wilmington, DE銷售的D15133640 21x100 MX5015 CS1 3)、聚酯基材上的聚矽氧層(例如，Hayward, CA的Gel-Pak®銷售的PF-20-X0及PF-20-X4 PF薄膜)、抗反射性塗層(例如，由Newton, NJ的Thor Labs銷售的塗層代碼UV)，及其組合。在評估的出口材料中，以下非限制性材料系統顯示出適合減輕微裂縫的候選材料：
設置在基板的出口表面與玻璃基板之間的NOA 63光學膠；
施加於基材的出口表面的聚乙烯薄膜(例如，東莞雲巖實業有限公司銷售的YY-100-011B PE自黏薄膜)；
施加在基板的出口表面上的藍色光阻劑，及設置在藍色光阻劑層與玻璃基板之間水；及
由Gel-Pak®銷售的PF-20-X4 PF薄膜(聚酯基材上的矽樹脂層)。
應當理解，出口材料130不限於上述材料，並且可使用折射率相對於基板100的差異為小於或等於0.4的其他材料。
為了說明包含設置在玻璃基板的出口表面與額外玻璃基板之間的水的出口材料的效果，藉由具有焦線長度為約0.9毫米的準非繞射光束對0.4毫米厚的EAGLE XG®玻璃基板進行雷射處理，每短脈衝以20個脈衝調製，並且每短脈衝提供130μJ的能量。雷射的波長為532nm、脈衝寬度為7皮秒、每脈衝之間為20奈秒。每孔洞施加一個短脈衝。第一樣品玻璃基板不包含施加到出口表面104的出口材料並且作為基準線(圖12A)。第二樣品玻璃基板在出口表面104與額外的0.7毫米厚的EAGLE XG®玻璃基板之間具有水(圖12B)。第三樣品玻璃基板具有施加到出口表面104之0.35μm厚的光阻劑聚合物層(D15133640 21x100 MX5015 CS1 3)(圖12C)。在圖12A中所顯示的第一基準線玻璃基板中觀察到微裂縫115。然而，如圖12B及12C所顯示，在第二及第三樣品玻璃基板中並未觀察到微裂縫115。因此，水及光阻劑聚合物層皆阻止了損傷軌道110中的微裂縫115的形成。
如上所述，存在於損傷軌道110內的微裂縫115可能造成因而獲得之蝕刻孔洞具有粗糙表面及不良(高)圓度偏差。圓度偏差被界定為，孔洞的最大直徑減去藉由從基板100的入口表面102或出口表面104取得的影像決定之孔洞的最小直徑。圖13A及13B分別圖示在並未將出口材料施加到出口表面104的情況下形成孔洞之400μm厚的EAGLE XG®玻璃基板100之出口表面104的頂視圖及橫截面側視圖。損傷軌道110(未顯示在圖13A及13B中)首先使用準非繞射光束形成，該準非繞射光束具有約0.9毫米的焦線長度，每脈衝以20個短脈衝調製，並且每短脈衝提供160μJ的能量。雷射的波長為532nm、脈衝寬度為7皮秒、每脈衝之間為20奈秒。每孔洞施加一個短脈衝。隨後對玻璃基板進行化學蝕刻，以形成從損傷軌道110拓開的複數個孔洞140。蝕刻劑為1.45M氫氟酸及1.58M硝酸溶液。亦可使用其他蝕刻劑溶液，諸如不同濃度的氫氟酸、不同濃度之諸如鹽酸或硝酸的無機酸、或用諸如氫氧化鉀或氫氧化鈉之鹼性溶液蝕刻代替。
在圖13A的頂視圖中，黑色圓圈為玻璃基板100的出口表面104處之出口孔洞140的直徑。蝕刻後孔洞140顯示橢圓形狀。孔洞140A及140B特別具有橢圓形狀，因此具有高圓度偏差，此等孔洞在諸如形成TSV之孔洞金屬化的下游製程中可能為不符需求的。在圖13B的橫截面側視圖中，孔洞140具有沙漏形狀，此沙漏形狀具有入口區段141、腰部區段142、及出口區段143。腰部區段142比入口區段141及出口區段143窄。由於在蝕刻之前的損傷軌道110中，存在與入口表面102相較更靠近出口表面104的微裂縫115，出口區段143的壁在紋理上為扇形的，致使產生粗糙的內部表面。如上所述，粗糙的內部表面可能對後來以導電材料填充孔洞140的金屬化製程產生負面影響。從圖13A可看出，出口區段143的內部表面看起來比入口區段141的內部表面粗糙。
圖14A及14B分別圖示了400μm厚的EAGLE XG®玻璃基板100之出口表面104的頂視圖及橫截面側視圖，玻璃基板100具有以施加到出口表面104的PF-20-X4材料形成的孔洞。雷射參數與參考圖13A及13B所述的相同。圖14A顯示了所獲得的孔洞140’之圓度偏差比圖13A所顯示的孔洞140之的圓度偏差有所改善。進一步地，孔洞入口區段141’、孔洞腰部區段142’、及孔洞140’的出口區段143’(特別是出口區段143’的壁)為光滑的，並且不具有圖13B中所繪示的孔洞140的扇形形狀。這說明藉由使用出口材料擴展了製造光滑及非微裂孔洞的雷射能量的加工範圍(window)。從圖13A可看出，出口區段143’的內部表面看起來與入口區段141’的內部表面一樣光滑。歸因於微裂縫的緩和，本文所述的一些實施例使得從孔洞的腰部到入口表面(即，入口區段141’)的孔洞之內表面的平均表面粗糙度，及從孔洞的腰部到出口表面的孔洞之內部表面的平均表面粗糙度(即， 出口段143’)小於1μm Ra。
可藉由在基板的邊緣附近形成孔洞來量測表面粗糙度。為了量測表面粗糙度，拍攝邊緣附近之孔洞的側面外形影像。對孔洞的影像執行邊緣檢測演算法，以決定孔洞的邊緣及基板的主體。影像處理程序ImageJ使用ImageJ中的「極小法」將孔洞的側面分佈的8位元影像轉換為二進制圖形。其後，使用邊緣檢測演算法，此演算法掃描影像中的每一行，直到檢測到在強度標度上從0到255的轉變(其對應於孔洞的邊緣)為止。使用最小平方演算法極小化擬合程序，將檢測到的邊擬合到多項式曲線，通常為此種二次元多項式：y = ax2 +bx+c ， 其中y 為從水平軸到檢測到的邊緣的距離，x 為水平軸上與基板中的深度相對應的位置，a 、b 、及c 為在擬合程序期間計算的常數。接下來，藉由從檢測到的邊緣數據中減去擬合多項式曲線來去除固有曲率，並且計算殘差以產生拉直的粗糙度分佈。可從拉直的粗糙度分佈中提取各種統計粗糙度參數，諸如但不限於，Ra、Rq、Rz、最高峰、最低谷、頂部直徑、底部直徑、及腰部百分比。美國專利第US2018-0068868號公開案中提供了關於計算孔洞內壁的表面粗糙度Ra的其他資訊，其全部內容藉由引用的方式併入本文。
為了決定在出口表面上施加有出口材料的大量基板孔洞陣列之孔洞質量的改善，藉由上述雷射損傷及蝕刻製程處理三個400μm厚的EAGLE XG®玻璃基板，每個玻璃基板中形成10,000個孔洞。具體而言，首先使用具有約0.9毫米的焦線長度的準非繞射光束形成10,000個損傷軌道，其中每脈衝以20個短脈衝調製，並且每短脈衝提供130μJ的能量。雷射波長為532nm、脈衝寬度為7皮秒、每脈衝之間為20奈秒。每孔洞施加一個短脈衝。並未將任何材料施加到基準線玻璃基板的出口表面。第二玻璃基板具有設置在出口表面與額外玻璃基板之間的水。第三玻璃基板具有施加在其出口表面上的光阻劑聚合物(藉由E. I. du Pont de Nemours and Company銷售的D15133640 21x100 MX5015 CS1 3)。
隨後對玻璃基板進行化學蝕刻，以形成從損傷軌道拓開的複數個孔洞。蝕刻劑為1.45M氫氟酸及1.58M硝酸蝕刻劑溶液。孔洞的直徑約為80μm。在蝕刻之後，用藉由伊利諾州伊塔斯卡的Keyence Corp. of America銷售的VHX-2000顯微鏡量測孔洞，以表徵孔洞的直徑及圓度偏差。如上文所述，圓度偏差為孔洞的最大直徑減去在入口表面或出口表面處量測之孔洞的最小直徑。值得注意的是，由於顯微鏡光學系統具有景深，並且不能簡單地量測玻璃基板在入口及出口表面精確處的孔洞直徑，因此量測結果可能會納入玻璃深度內的不規則性，諸如可能由內部缺損(諸如孔洞壁中的弓形形狀)引起的不規則性。
在圖15A至15D中顯示了柱狀圖，此柱狀圖顯示了未具有出口材料的基準線玻璃基板的入口表面直徑、出口表面直徑、入口表面圓度偏差、及出口表面圓度偏差的統計數據。具體而言，圖15A以圖表繪示了孔洞的入口表面直徑的柱狀圖、圖15B以圖表繪示了孔洞的出口表面直徑的柱狀圖、圖15C以圖表繪示了孔洞的入口表面圓度偏差的柱狀圖、及圖15D以圖表繪示了孔洞的出口表面圓度偏差柱狀圖。
入口表面及出口表面的直徑分佈非常相似，平均值接近82至83μm。然而，圓度偏差柱狀圖為不同的。圖15C中所顯示的入口表面圓度偏差較低，表示較圓的孔洞。然而，圖15D中所顯示的出口表面圓度偏差明顯偏離零，表明孔洞在玻璃基板的附近或出口表面處比較不圓。此為孔洞內部的缺損或粗糙的標誌，但僅在出口表面附近。
圖16A至16D繪示了針對具有施加到出口表面的光阻劑聚合物之玻璃基板，所取得與圖15A至15D相同的量測值。具體而言，圖16A以圖表繪示了孔洞的入口表面直徑的柱狀圖、圖16B以圖表繪示了孔洞的出口表面直徑的柱狀圖、圖16C以圖表繪示了孔洞的入口表面圓度偏差的柱狀圖、及圖16D以圖表繪示了孔洞的出口表面圓度偏差柱狀圖。
圖16D所顯示的出口表面圓度偏差柱狀圖與圖15D明顯不同，從而顯示出具有更多接近零圓度偏差的孔洞。然而，一部分孔洞具有更高的圓度偏差(即，比較不圓)，如分佈圖的尾部所示。具有較高圓度偏差的孔洞可能為光阻劑聚合物不一致或空間不均勻的結果，從而致改善一些位置，但卻未能改善另一些位置，而導致雙峰柱狀圖。
圖17A至17D繪示了針對將水施加到出口表面的部分，取得與圖15A至15D相同的量測值。具體而言，圖17A以圖表繪示了孔洞的入口表面直徑的柱狀圖、圖17B以圖表繪示了孔洞的出口表面直徑的柱狀圖、圖17C以圖表繪示了孔洞的入口表面圓度偏差的柱狀圖、及圖17D以圖表繪示了孔洞的出口表面圓度偏差柱狀圖。
在此情況下，圖17D所顯示的出口表面圓度偏差柱狀圖與圖15D所顯示的出口表面圓度偏差柱狀圖相比有明顯地改進。圖17D的柱狀圖的單峰非常接近零，表明此等孔洞比基準線玻璃樣品的孔洞更光滑及更圓。
圖18圖顯示了三個基準線玻璃樣品、兩個施加有光阻劑聚合物的玻璃樣品、及兩個施加有水的玻璃樣品的10,000個出口表面圓度偏差平均值的比較。此等孔洞係如上文圖15A至15D、圖16A至16D、及圖17A至17D所示相對於玻璃基板的方式製造。儘管兩種出口材料皆用於改善孔洞的質量，但圖18圖示了水產生比光阻劑聚合物材料更一致的結果。這可能暗示光阻劑聚合物材料並未在製造孔洞的所有位置處均勻地附著到出口表面。
因此，折射率接近基板的折射率的材料可被施加到基板的出口表面，以減少準非繞射光束的菲涅耳反射，從而減少沿著出口表面附近的損傷軌跡的微裂縫及/或空隙的形成。將微裂縫及/或空隙的形成最小化產生了具有低圓度偏差的高質量孔洞及具有小於2μm Ra的粗糙度的光滑內壁。
在一些實施例中，除了將出口材料施加到出口表面之外或代替將出口材料施加到出口表面之外，還存在使菲涅耳側反射的影響最小化的其他方式。舉例而言，可優化光學系統120以形成產生短路焦線126之準非繞射光束122C，使得焦線126很少或並未延伸到基板100的出口表面104下方(見圖3)。這可藉由使用沿光軸在光束強度產生急劇截斷之光學組件來實現，諸如圖4B的W形軸錐鏡範例所顯示。或者，如圖3所顯示，可藉由將諸如瞳孔般的硬光圈定位在軸錐鏡123前面的光束路徑中來實現截斷。藉由使輸入脈衝雷射光束122中的最外側光線漸暈(vignetting)，焦線126的尾部(即，端部)將被截斷，從而在焦線126的尾部處產生急劇截斷。
無論用於在焦線126的尾部生成急劇截斷的方法為何，若使焦線的尾部剛好僅延伸超過基板的底部(例如，100μm或更小基板、50μm或更小、10μm或更小、5μm或更小、或1μm或更小)，則僅有非常少、能引起強度強化並造成微裂縫的能量能反射回到基板100中。在一些實施例中，應相對於基板100進行焦線126的精確聚焦控制。可採用焦點階段補償方案，對處理時間的影響最小。
使具有同調性背反射最小化的另一種方法為，使用較短脈衝寬度的雷射光束。具體而言，雷射脈衝的脈衝寬度可使得脈衝的同調時間遠小於基板100的厚度。作為非限制性範例，當脈衝寬度為約10皮秒時，同調長度為毫米量級。這意味著背反射同調地(建設性地或破壞性地)干擾原始焦線126，產生強干涉效應。然而，若使用飛秒脈衝雷射，則可大大減小同調時間及長度，並且可減少或消除同調相互作用。背反射仍可能發生，但可減少可能產生微裂縫的干涉效應的大小。
現在應當理解，本文中所述的實施例提供了藉由雷射損傷及蝕刻製程在基板中製造孔洞的方法，其中孔洞具有相對低的圓度偏差及相對光滑的內壁表面。具有如此特性的孔洞符合下游製程(諸如金屬化製程以製造插入物或再分佈層)的需求。具體而言，本文中所述的方法採用準非繞射光束來產生損傷軌道，隨後對其進行化學蝕刻以在損傷軌道處拓開孔洞。藉由減少準非繞射光束的菲涅耳反射回到基板中的影響，減緩了致使高圓度偏差及粗糙內部表面之沿著損傷軌道靠近基板之出口表面的微裂縫。在一些實施例中，將具有與基板類似的折射率的出口材料施加到基板的出口表面，以使回到基板中之準非繞射光束的菲涅耳反射最小化。在一些實施例中，準非繞射光束的雷射光焦線被聚焦到基板中或以其他方式製備，使得雷射光焦線不會顯著地延伸至基板的出口表面下方。在一些實施例中，脈衝雷射光束的脈衝寬度較短(例如，在飛秒範圍內)，以使回到基板中之準非繞射光束的同調背反射最小化。
因此，本文中所述的實施例無需降低雷射光束的脈衝能量，即消除或顯著地減少存在於基板的出口表面附近的小微裂縫。藉由允許使用更高但不會產生微裂縫的雷射光脈衝能量，施加於基板出口表面的出口材料使得形成更強的損傷軌道變成可能，因此，在蝕刻後具有更拓開(即，更寬)腰部的孔洞。進一步地，本文中所述的實施例在雷射損傷步驟期間導致對雷射短脈衝(或脈衝)能量的更大製程容差。藉由減少或消除出口表面背反射，可使用高雷射能量而不造成微裂縫形成。因此，本文中所述的製程可更穩定，此乃因雷射能量中的微小變化不再對損傷軌道形成具有顯著影響，從而增加產量。
對於本領域熟習技術者顯而易見的是，在不脫離本揭露申請專利範圍的精神及範圍的情況下，可對這裡描述的實施例進行各種改進及變化。因此，只要此等修改及變化落入所附申請專利範圍及其均等物的範圍內，本說明書旨在涵蓋本文所述的實施例的修改及變化。
100‧‧‧基板
102‧‧‧入口表面/第一表面
104‧‧‧出口表面/第二表面
110‧‧‧損傷軌道
115‧‧‧微裂縫
120‧‧‧光學系統
122‧‧‧脈衝雷射光束
122A‧‧‧初級準非繞射光束
122B‧‧‧環形光束
122C‧‧‧準非繞射光束
123‧‧‧軸錐鏡
124‧‧‧準直透鏡
125‧‧‧聚焦透鏡
126‧‧‧焦線
128‧‧‧脈衝雷射光束的一部分
130‧‧‧出口材料
132‧‧‧底表面
134‧‧‧水層
136‧‧‧額外基板
140/140’‧‧‧孔洞
141/141’‧‧‧入口區段
142/142’‧‧‧腰部區段
143/143’‧‧‧出口區段
附圖中圖示的實施例實質上為說明性及範例性的，並非意圖限制由申請專利範圍所界定之標的。當結合以下附圖閱讀時，可理解以下對說明性實施例的詳細描述，其中相同的結構用相同的附圖標記表示，並且其中：
圖1示意性地繪示了根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例的具有形成在其中的複數個損傷軌道的範例基板；
圖2示意性地繪示了根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例的具有形成在其中的複數個孔洞的範例基板；
圖3示意性地繪示了根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例的在基板中產生損傷軌道的範例光學系統；
圖4A影像地繪示了根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例的沿光軸的範例高斯-貝塞爾光束強度分佈(profile)；
圖4B影像地繪示了根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例的藉由W-形軸錐鏡系統產生、沿雷射光束的光軸的範例中央突起形(top-hat)強度分佈；
圖5示意性地繪示了具有損壞軌道的範例基板，具有從損壞軌道延伸的微裂縫；
圖6為具有損壞軌道的玻璃基板的影像，具有從玻璃基板延伸的微裂縫；
圖7A為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為90μJ；
圖7B為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為100μJ；
圖7C為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為110μJ；
圖7D為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為120μJ；
圖7E為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為130μJ；
圖7F為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為140μJ；
圖7G為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為150μJ；
圖7H為藉由雷射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，雷射短脈衝能量為160μJ；
圖8A為藉由準非繞射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移-400μm；
圖8B為藉由準非繞射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移-300μm；
圖8C為藉由準非繞射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移-150μm；
圖8D為藉由準非繞射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移+150μm；
圖8E為藉由準非繞射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移+300μm；
圖8F為藉由準非繞射光束形成的玻璃基板內的損傷軌跡的影像，其中準非繞射光束的位置從標稱位置偏移+400μm；
圖9示意性地繪示了在基板的出口表面處，準非繞射光束的範例基板及背反射；
圖10示意性地繪示了根據本文描述及圖示之一個或更多個實施例的範例基板，該範例基板具有被施加於出口表面的範例出口材料，以減少準非繞射光束的背反射；
圖11示意性地繪示了根據本文描述及圖示之一個或更多個實施例的範例基板，該範例基板具有包含水層及玻璃層的範例出口材料；
圖12A是在未具有出口材料的情況下，經處理的玻璃基板的影像，並且顯示了沿損壞軌道的微裂縫；
圖12B為根據本文描述及圖示之一個或更多個實施例的以水施加於出口表面上並使用與圖12A所繪示的玻璃基板相同的雷射參數處理的玻璃基板的影像；
圖12C為根據本文描述及圖示之一個或更多個實施例的以光阻劑聚合物施加在出口表面上並使用與圖12A及12B所繪示的玻璃基板相同的雷射參數處理的玻璃基板的影像；
圖13A為在雷射處理期間並未將出口材料施加到出口表面的情況下，基板的出口表面的俯視圖，該基板具有穿過基板中蝕刻的孔洞；
圖13B為圖13A中所繪示基板的橫截面側視圖；
圖14A為在雷射處理期間根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例將光阻劑聚合物施加到出口表面情況下之基板的出口表面的俯視圖，該基板具有穿過基板中蝕刻的孔洞；
圖14B為圖14A所繪示基板的橫截面側視圖；
圖15A以圖表繪示了蝕刻在基板中之孔洞的入口表面直徑的柱狀圖，其中在雷射處理期間並未將出口材料施加到基板的出口表面；
圖15B以圖表繪示了蝕刻在圖15A的基板中之孔洞的出口表面直徑的柱狀圖；
圖15C以圖表繪示了蝕刻在圖15A的基板中之孔洞的入口表面圓度偏差的柱狀圖；
圖15D以圖表繪示了蝕刻在圖15A的基板中之孔洞的出口表面圓度偏差的柱狀圖；
圖16A以圖表繪示了在基板中蝕刻之孔洞的入口表面直徑的柱狀圖，其中在雷射處理期間根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例，將光阻劑聚合物施加到基板的出口表面；
圖16B以圖表繪示了蝕刻在圖16A的基板中之孔洞的出口表面直徑的柱狀圖；
圖16C以圖表繪示了蝕刻在圖16A的基板中之孔洞的入口表面圓度偏差的柱狀圖；
圖16D以圖表繪示了蝕刻在圖16A的基板中之孔洞的出口表面圓度偏差的柱狀圖；
圖17A以圖表繪示了在基板中蝕刻之孔洞的入口表面直徑的柱狀圖，其中在雷射處理期間根據本文描述及圖示的一個或更多個實施例，將水層及玻璃層施加到基板的出口表面；
圖17B以圖表繪示了蝕刻在圖17A的基板中之孔洞的出口表面直徑的柱狀圖；
圖17C以圖表繪示了蝕刻在圖17A的基板中之孔洞的入口表面圖形的柱狀圖；
圖17D以圖表繪示了蝕刻在圖17A的基板中之孔洞的出口表面圖形的柱狀圖；及
圖18以圖表繪示了並未經出口材料、但經光阻劑聚合物、及經水處理的玻璃基板雷射的平均入口直徑、入口圓度偏差、出口直徑、及出口圓度偏差。
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無
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無

Claims (10)

  1. 一種處理包括一第一表面及一第二表面的一基板的一種方法，該方法包括以下步驟： 將一出口材料施加到該基板的該第二表面，其中該出口材料的一折射率與該基板的一折射率之間的一差值為0.4或更低； 及將一脈衝雷射光束聚焦到被引導至該基板內的一準非繞射光束中，使得該準非繞射光束穿過該第一表面進入該基板，該準非繞射光束在該基板內生成一誘導吸收作用，該誘導吸收作用在該基板內產生一損傷軌道，其中該脈衝雷射光束的至少一個波長可穿透該基板。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該準非繞射光束離開該出口材料的一位置是在平行於該準非繞射光束的一方向上距離該基板的該第二表面50μm或更遠。
  3. 如請求項1所述之方法，其中將該出口材料施加到該第二表面，使得在該損傷軌道周圍的一預定區域處存在2.5%或更小的一反射，其中該預定區域的一直徑為300μm。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該出口材料為一聚合物、一抗反射性塗層、聚矽氧層、一光阻劑層及水中的一個或更多個。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該出口材料包含水與一支撐基板，使得該水設置在該支撐基板與該基板的該第二表面之間。
  6. 如請求項1所述之方法，其中： 該出口材料為一聚矽氧層和一聚酯基板；及 該聚矽氧層設置在該聚酯基板與該基板的該第二表面之間。
  7. 如請求項1所述之方法，其中：該準非繞射光束包括一光束腰部；及 該準非繞射光束界定了具有一第一端點及一第二端點的一雷射光束焦線，在該準非繞射光束從該光束腰部傳播的一距離等於該準非繞射光束的一瑞利範圍的位置處界定各端點。
  8. 如請求項1所述之方法，其中： 該脈衝雷射光束包括一短脈衝，該短脈衝包括複數脈衝；及 該複數脈衝中的每脈衝的一脈衝寬度，包含端點，在100飛秒至10皮秒的範圍內。
  9. 如請求項1所述之方法，進一步包括以下步驟：藉由擴大該基板中的該損傷軌道，在一蝕刻溶液中蝕刻該基板以產生一直徑為1μm或更大的一孔洞，其中從該孔洞的一腰部到該第一表面的該孔洞的該等內表面的一平均表面粗糙度，與從該孔洞的該腰部到該第二表面的該孔洞的該等內表面的一平均表面粗糙度之一差值為1μm Ra或更低。
  10. 如請求項1至6、8及9中任一項所述之方法，其中： 該準非繞射光束界定了具有一第一端點及一第二端點的一雷射光束焦線，在該準非繞射光束從一光束腰部傳播的一距離等於一瑞利範圍的位置處界定各端點； 該第一端點與該第二表面相較更靠近該基板的該第一表面； 該第二端點與該第一表面相較更靠近該基板的該第二表面；及 該第二端點位於該基板的外部，使得該第二端點與該第二表面之間的一距離為100μm或更低。
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