使用出口牺牲覆盖层在衬底中激光钻取通孔的工件和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请根据35u.s.c.§119要求于2015年4月28日提交的美国临时申请no.62/153638的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体结合于此。

背景

领域

本说明书大致涉及具有形成的通孔的玻璃制品的制造，且更具体而言，涉及用于使用出口牺牲覆盖层在衬底中激光钻取通孔的方法，以及包括衬底和出口牺牲覆盖层的工件。

技术背景

可以通过诸如激光加工、光电加工、直接模塑、放电加工和等离子体/反应蚀刻之类的方法在衬底中形成孔。这样的衬底可以用于数个电气器件中，诸如在硅微芯片和有机衬底之间路由电信号的内插器。

在激光钻孔的方法中，uv激光器的脉冲被引导至在预定位置中的衬底，从而在衬底中在预定位置处形成孔。在每个预定位置处施加的脉冲的数量可以基于衬底中的孔的期望深度来确定。由激光钻孔形成的孔的直径可以使用任选的蚀刻工艺被修改。在蚀刻工艺中，在孔已经通过激光被钻入衬底之后，诸如通过喷涂或浸没将蚀刻溶液施加到衬底的表面。蚀刻溶液的暴露的持续时间、温度、浓度和化学性可以基于衬底中的孔的期望直径来确定。

然而，随着通孔的期望直径和衬底的厚度减小，通孔的出入口直径比率减小到不可接受的水平。特别地，随着激光束被脉动到玻璃衬底中，孔的底部是锥形的并因此导致尖的部分。相应地，当通过脉冲激光束激光钻取通孔时，由于尖的部分，通孔的出口直径小于入口直径。即使在蚀刻工艺之后，因为跨衬底的所有表面去除了相同量的玻璃材料，所以由于小直径，出入口直径比率保持不受期望。

相应地，存在需要用于在衬底中形成具有高出入口直径比率的通孔的替代的工件和方法。

技术实现要素：

在第一方面，通过钻孔在衬底中形成通孔的方法包括将出口牺牲覆盖层粘附(affix)到衬底的激光束出口表面，将激光束定位在相对于衬底的并对应于通孔的期望位置的预定位置，以及通过使激光束重复地脉动到衬底的入口表面并穿过衬底的块体(bulk)来形成通孔。该方法进一步包括通过使激光束重复地脉动到形成在衬底中的通孔中使得激光束穿过衬底的激光束出口表面并进入出口牺牲覆盖层来在出口牺牲覆盖层中形成孔。

第二方面包括第一方面的方法，其中出口牺牲覆盖层的厚度大于约100μm。

第三方面包括第一方面或第二方面的方法，其中激光束被脉动通过衬底和出口牺牲覆盖层，使得衬底的通孔具有入口直径和出口直径，该方法进一步包括用蚀刻溶液蚀刻衬底，并且出口直径与所述入口直径之间的比率大于0.7。

第四方面包括第三方面的方法，其中衬底的厚度小于约150μm。

第五方面包括第四方面的方法，其中出口牺牲覆盖层的厚度至少为200μm。

第六方面包括第五方面的方法，其中入口直径小于约30μm。

第七方面包括第六方面的方法，其中入口直径大于约40μm，并且在蚀刻衬底之后，通孔的出口直径和入口直径之间的比率大于约0.8。第八方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述出口牺牲覆盖层是聚合物层。

第九方面包括第一方面至第七方面中任一方面的方法，其中所述出口牺牲覆盖层是玻璃层。

第十方面包括前述方面中任一方面的方法，其中所述激光束具有约355nm的波长，所述激光束具有在约5ns和约75ns之间的脉冲宽度，所述激光束以约1khz与约30khz之间的重复率被脉动，并且激光束具有在约25μj与约175μj之间的脉冲能量。

第十一方面包括第一至第十方面中任一方面的方法，其中所述激光束具有约355nm的波长，并且激光束具有在约0.02和约0.4之间的数值孔径。

第十二方面包括前述方面中任一方面所述的方法，进一步包括：将入口牺牲覆盖层粘附到所述衬底的激光束入口表面，并且在于衬底中形成通孔之前，通过在预定位置处重复地使激光束脉动来在所述入口牺牲覆盖层中形成通孔。

第十三方面包括第一方面至第七方面中任一方面或者第九至第十二方面中任一方面的方法，进一步包括在将出口牺牲覆盖层附接到衬底的激光束出口表面之前，将流体应用到出口牺牲覆盖层和激光束出口表面中的至少一个。

第十四方面包括第一方面至第七方面中的任一方面或者第九方面至第十二方面中的任一方面的方法，其中通过将液体聚合物材料应用到衬底的激光束出口表面，所述出口牺牲覆盖层被粘附到衬底的激光束出口表面。

第十五方面包括前述方面中任一方面的方法，进一步包括通过将溶剂应用到出口牺牲覆盖层来从衬底的激光束出口表面去除出口牺牲覆盖层。

第十六方面包括前述方面中任一方面的方法，其中在通孔被形成在衬底中之后，去除出口牺牲覆盖层。

第十七方面包括前述方面中任一方面的方法，进一步包括用蚀刻溶液蚀刻衬底，并将导电材料应用到通孔。

第十八方面包括前述方面中任一方面的方法，其中激光束被脉动通过衬底和出口牺牲覆盖层，使得衬底的通孔具有入口直径和出口直径，出口直径限定具有圆周c的通孔的出口孔，并且衬底的出口表面没有从出口孔的圆周c延伸的一个或多个通道。

第十九方面包括前述方面中任一方面的方法，其中衬底是玻璃。

在第二十方面中，具有孔的工件包括具有在其中形成的通孔的衬底和具有在其中形成的孔的出口牺牲覆盖层。衬底包括激光束入口表面和激光束出口表面。每个通孔的纵轴从激光束入口表面延伸到激光束出口表面。每个通孔包括在衬底的激光束入口表面处的入口直径和在激光束出口表面处的出口直径。入口直径小于约40μm，且入口直径与出口直径的比率大于约0.7。出口牺牲覆盖层可拆卸地粘附到衬底的激光束出口表面。出口牺牲覆盖层的每个孔具有与对应的通孔的纵轴对齐的纵轴。

第二十一方面包括第二十方面的工件，其中衬底的厚度小于约150μm，且出口牺牲覆盖层的厚度大于约300μm。

第二十二方面包括第二十方面或第二十一方面的工件，其中出口直径限定具有圆周c的通孔的出口孔，并且衬底的出口表面没有从出口孔的圆周c延伸的一个或多个通道。

第二十三方面包括第二十方面至第二十二方面中任一方面的工件，其中所述衬底是玻璃。

将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征和优点，这些特征和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图的本文所述的实施例可认识到。

应当理解的是，以上一般描述和以下详细描述两者描述了各个实施例，并旨在提供用于理解所要求的主题的本质和特性的概览或框架。附图被包括以提供进一步理解各个实施例，各个附图被并入并构成本说明书的一部分。附图图示了本文所描述的各个实施例，且和说明书一起用于解释所要求的主题的原理和操作。

附图说明

图1示意性地描绘了根据本文所示和所描述的一个或多个实施例的使用出口牺牲覆盖层的激光钻孔方法的横截面图；

图2示意性地描绘了根据本文所示和所描述的一个或多个实施例的使用出口牺牲覆盖层的激光钻孔方法中的衬底的俯视图；

图3示意性地描绘了根据本文所示和所描述的一个或多个实施例的蚀刻槽中的衬底；

图4示意性地描绘了根据本文所示和所描述的一个或多个实施例的在蚀刻工艺之后的具有通孔的衬底的部分横截面图；

图5a图示地描绘了其中通道从出口孔延伸的在玻璃衬底中的激光钻取的和蚀刻的通孔的出口孔；

图5b图示地描绘了根据本文所描述的一个或多个实施例的没有从出口孔延伸的通道的玻璃衬底中的激光钻取的和蚀刻的通孔的出口孔；

图6示意性地描绘了根据本文所示和所描述的一个或多个实施例的包括交替的衬底和出口牺牲覆盖层的堆叠的分解立体图；

图7示意性地描绘了根据本文所示和所描述的一个或多个实施例的穿过图6所描绘的堆叠的激光钻取的孔的部分横截面图；

图8示意性地描绘了根据本文所示和所描述的一个或多个实施例的使用入口牺牲覆盖层和出口牺牲覆盖层的激光钻孔方法的横截面图。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的实施例，在附图中图示出它们的示例。在可能时，将在所有附图中使用相同的附图标号来指示相同或类似的部件。本公开的实施例涉及通过激光钻孔在衬底中形成通孔的方法，其中通孔具有紧密匹配入口直径的出口直径。作为示例而非限制，这种衬底可以是用作电气器件中的内插器的玻璃制品，其中可以用导电材料填充通孔以提供玻璃过孔(throughglassvias；“tgv”)。如本文更具体地描述，出口牺牲覆盖层被提供在衬底的出口表面(即衬底的与接收激光束的入射表面或入口表面相对的表面)上。激光束在完全钻通衬底后继续钻通出口牺牲覆盖层。出口牺牲覆盖层使得能够形成具有比不使用出口牺牲覆盖层的激光钻孔工艺更大的出口直径的通孔。在一些实施例中，经激光钻孔的衬底进一步经受蚀刻工艺以使衬底变薄和/或进一步成形激光钻取的通孔。

更具体而言，如下文详细描述的，出口牺牲覆盖层在薄衬底中(例如，具有厚度为150μm或更小的衬底)提供具有拥有大的出入口直径比率(例如，大于0.8)的通孔的衬底。下文详细描述在衬底中形成通孔以及形成激光钻孔的衬底的各种方法。

现在参考图1，本文描述了根据实施例的在用于在衬底中形成通孔的激光钻孔方法中使用的部件。激光钻孔方法的部件通常包括衬底100、出口牺牲覆盖层130和提供聚焦的激光束20的激光钻孔系统10。在图1所示的实施例中，出口牺牲覆盖层130的耦合表面132可以可拆卸地附接到衬底100的出口表面112.出口表面112与衬底100的入口表面110相对。入口表面110是聚焦的激光束20入射在衬底100上的表面。

衬底100的组分和尺寸没有特别地限制，并且基于衬底100的期望的最终用途来选择。衬底可以由能够被激光钻孔并且被化学蚀刻的任何材料来制成。示例的衬底材料包括但不限于玻璃、玻璃陶瓷、硅和石英。在一些实施例中，衬底可以由透明材料制成。如本文所用，如果如由分光光度计测量的，材料在从390nm至700nm的范围内具有至少80％的透射率，则该材料是透明的。示例的透明衬底材料包括但不限于玻璃和玻璃陶瓷。作为非限制性示例，玻璃衬底可以是由纽约康宁市(corning)的康宁公司制造的eagle玻璃或编号2318的玻璃(code2318glass)等。

此外，在一些实施例中，衬底100可以是以具有4英寸、6英寸、8英寸或12英寸直径的晶片的形状。可替代地，衬底100可以是以具有适于其最终用途的任何尺寸的片材的形式。衬底100的厚度t1也可以取决于其最终用途而变化。例如，衬底100可以具有从大约30μm到大约1000μm的厚度t1。作为非限制性的示例，本文所述的激光钻孔方法已经示出为提供在具有厚度t1为小于大约150μm的衬底100中钻出的通孔的改善的出入口直径比率。尽管本文描述了具有厚度t1小于150μm的衬底，但是应该理解的是，出口牺牲覆盖层可以用于改善具有厚度t1为大于约150μm的衬底中的通孔质量。进一步，要理解的是，任何形状和大小的衬底都可以利用本文公开的方法来使用。

出口牺牲覆盖层130的组分可以是对激光钻孔敏感的任何组分。特别地，出口牺牲覆盖层130的组分应该具有热密度和热容量，使得在完全钻出衬底100之后，聚焦的激光束20可以继续钻穿出口牺牲覆盖层130。出口牺牲覆盖层130的组分还应该在激光束20离开衬底100并且钻穿出口牺牲覆盖层130之后提供激光束20的自聚焦效应，如下文更具体地描述。

在实施例中，出口牺牲覆盖层130可以包括聚合物膜或聚合物涂层。聚合物可以是允许在激光束烧蚀的窄通道内的激光束的光引导或光限制的任何聚合物材料。聚合物可以是可以被应用到衬底100的出口表面112而基本上没有空气间隙，可以在激光束的波长(例如355nm)下被烧蚀，并且可以从衬底100的出口表面112被去除而没有大量残留的任何材料。在一些实施例中，聚合物材料具有基本上等于衬底100的折射率的折射率。在其他实施例中，聚合物材料具有不同于衬底100的折射率的折射率。

作为非限制性示例，由宾夕法尼亚州哈特菲尔德市的萨默斯光学公司(summersopticalofhatfield，pennsylvania)制造的透镜结合型(lensbondtype)p-92可用作出口牺牲覆盖层130。也可使用其它聚合物材料，诸如由英国苏格兰格里诺克的不列颠聚乙烯工业有限公司(britishpolytheneindustries,ltd.ofgreenock,scotland,uk)制造的visqueen。

在实施例中，聚合物材料可以以液体形式应用到衬底100的出口表面112，并且接着被固化(例如，通过uv固化、热处理或干燥)。例如，液体形式的聚合物材料的应用可以最小化或消除出口牺牲覆盖层130和衬底100之间的空气间隙。液体聚合物材料可以通过任何适当的方法来应用，包括但不限于丝网印刷、狭缝式涂布或旋转涂布的方法。如下文更具体的描述，限定出口牺牲覆盖层130的聚合物材料可以通过溶剂、汽蒸工艺、剥离和其他方法来去除。

在实施例中，出口牺牲覆盖层130可以包括玻璃衬底。用于出口牺牲覆盖层130的玻璃衬底的组分不被特别地限制。作为非限制性示例，玻璃衬底可以是由康宁公司制造的eagle玻璃或编号2318的玻璃。作为另一个非限制性示例，出口牺牲覆盖层130的玻璃衬底可以是硅铝酸盐、硼硅酸盐、铝硼硅酸盐、钠钙硅酸盐中的任一种，并且可以是或含碱或无碱的。

出口牺牲覆盖层130应该具有厚度t2以确保聚焦的激光束20具有超越(overshoot)衬底100的材料，使得孔135的锥形部分完全设置在出口牺牲覆盖层130内，且衬底100内的通孔115基本上没有接近出口表面112的任何锥形部分。例如，出口牺牲覆盖层可以具有大于约100μm的厚度t2，诸如大于约200μm，或者大于约300μm。

注意到，出口牺牲覆盖层130可以充当衬底100的中间载体，特别是在衬底100较薄(诸如小于约150μm)的应用中。以这种方式，出口牺牲覆盖层130在各种制造工艺期间向衬底100提供额外的强度，从而防止衬底100的破损并提高了制造产量。

衬底100可以通过直接的、物理接触或通过与流体的附接而可拆卸地附接到出口牺牲覆盖层130。如图1所示，衬底100可以通过诸如流体或结合(bonding)材料之类的中间材料层120附接到出口牺牲覆盖层130。衬底100和出口牺牲覆盖层130应该基本上没有空气夹杂地被耦合在一起。值得注意的是，衬底100与出口牺牲覆盖层130之间的空气间隙可能导致在衬底100的出口表面112处的通孔115的出口开口周围的损坏。

在出口牺牲覆盖层130通过直接的物理接触可拆卸地耦合到衬底100的一些实施例中，出口牺牲覆盖层130的耦合表面132可以通过离子结合、共价结合和/或范德瓦尔斯(vanderwaals)吸引力分子地结合到衬底100的出口表面112。将出口牺牲覆盖层130分子地结合到衬底100可以提供高度均匀的结合，并且可以导致具有比其它耦合方法更高质量的孔(例如，减少的碎裂(chipping)和具有良好定义的圆度的孔)。

在实施例中，出口牺牲覆盖层130的耦合表面132和衬底100的表面112两者可以是光滑的、具有低颗粒计数、且基本上没有有机材料或其他材料。由分子键(诸如范德瓦尔斯吸引力)提供的结合能应该足以在整个激光钻孔工艺中维持出口牺牲覆盖层130和衬底100处于耦合关系。作为示例而非限制，结合能可以在约30mj/m²和约100mj/m²之间，以在激光钻孔工艺期间维持出口牺牲覆盖层130和衬底100处于耦合关系。表面112和132可以具有光滑度以允许在整个激光钻孔工艺中维持分子结合。作为示例而非限制，出口牺牲覆盖层130的耦合表面132和衬底100的出口表面112可以具有在熔融拉制的玻璃衬底(诸如康宁eagle)中发现的表面光滑度。应该理解，可以使用其他的玻璃衬底。

出口牺牲覆盖层130和衬底100的表面可在彼此附接之前被清洁，以最小化出口牺牲覆盖层130和衬底100之间的任何(多个)间隙。在实施例中，表面112和132应该基本上没有直径为约1μm或更大的颗粒。可以使用任何已知的或尚待开发的清洁工艺。非限制性清洁工艺包括在半导体工业中典型地使用的rca标准清洁1(“sc1”)、rca标准清洁2(“sc2”)、sc1加sc2和稀释hf。

如上所述，出口牺牲覆盖层130和衬底100之间的附接可以通过中间材料层120(诸如通过流体层)来提供。尽管在图1中图示了中间材料层120，但应当理解的是，在出口牺牲覆盖层130和衬底100通过直接接触耦合的应用中将不存在中间材料层120。示例性的流体附接可以包括向衬底100和出口牺牲覆盖层130中的一个或两者应用水或油的薄层，并且通过范德瓦尔斯相互作用将衬底100附接到出口牺牲覆盖层130。用于将衬底100和出口牺牲覆盖层130彼此附接的油不受特别限制，并且可包括来自cargille实验室的光学指数匹配流体、植物油、芥花籽油、花生油等。中间材料层120也可以是光学指数匹配粘合剂。

在衬底100被附接到出口牺牲覆盖层130之后，使用激光钻孔系统10来激光钻孔通孔115，诸如图1所示。衬底100中要被形成的孔的期望位置或图案可以在形成孔之前基于衬底所期望的用途来被确定。参考图1，示例的激光钻孔系统10包括产生输出激光束20的激光源(未示出)和聚焦或以其他方式调节激光束20使得其被定位成入射到衬底100的入口表面110(或如下在图7中描述和图示的入口牺牲覆盖层140)的耦合光学器件12。激光束20可以被定位在出口牺牲覆盖层130的顶部表面上与衬底100中的孔的预定位置对应的位置。

激光束20可以是具有能够对出口牺牲覆盖层130和衬底100进行钻孔的光学特性的任何激光束。在一个实施例中，激光束20可以是紫外(uv)激光束，其是发射约355nm波长的三倍频掺钕钒酸钇(nd：yvo4)激光。激光束可以通过非线性吸收机制与衬底的材料相互作用，蒸发衬底材料并产生从衬底喷射材料的等离子体，由此形成孔。尽管上文描述了nd：yvo4激光，但是应该认识到，可以使用能够在出口牺牲覆盖层130中形成通孔的任何激光。入射到衬底100的入口表面112上的激光束20可以具有在0.01与0.5之间的数值孔径，诸如在0.02与0.4之间、在0.05与0.3之间、在0.06与0.2之间，并且优选地为0.07的数值孔径。相对于衬底100的入口表面110的激光束的焦点可以被放置在顶部表面的大约200μm内，诸如在入口表面112的大约100μm内，或者在入口表面112的大约50μm内。

参考图1，图示了在衬底100内的多个激光钻取的通孔115和出口牺牲覆盖层130内的对应的孔。还图示了由激光束20形成的部分通孔117。

激光束20可以在预定位置处被脉动以在衬底100中形成通孔115。脉冲持续时间可以是从大约10纳秒到大约40纳秒，或者从大约25纳秒到大约35纳秒，或者大约30纳秒。脉冲的重复率可以在1khz与150khz之间，诸如在1khz与75khz之间，或在1khz与15khz之间。在衬底100中形成通孔所需的脉冲数量将取决于衬底100的材料以及其厚度而变化。对于许多玻璃类型，利用每个激光脉冲形成大约0.75μm的孔深度。激光束可以被脉动在衬底100中形成通孔所需的任意次数。

随着激光束被脉动到衬底100内的更深的深度，衬底100的材料提供激光束20的光导效应或光聚焦效应。该光导效应或光聚焦效应提供激光钻孔工艺，其中当激光束20被脉动到更深的深度时激光束20的焦点不需要被连续地调整。因为当激光束更深地钻入衬底100时激光束维持其焦点，所以通过简单地调整激光脉冲的数量，相同的工艺可以被用于创建高纵横比的通孔。

如上陈述，出口牺牲覆盖层130被提供为增加通孔115的出口直径dex以更紧密地匹配通孔115的入口直径den。部分形成在衬底100内的盲孔117具有锥形并且因此在其底部具有“尖的”形状。当激光束20被完全地脉动通过衬底100的厚度t1并且盲孔117因此变成通孔时，通孔在出口表面112处具有锥形部分，使得出口直径dex小于入口直径den。作为非限制性示例，出口直径dex平均比入口直径den小约12μm。如下文更具体地描述，蚀刻工艺可以从所有表面去除大约相同量的材料，这导致出口直径dex仍然小于入口直径den。对于小直径通孔(诸如小于50μm、小于30μm、小于25μm、小于20μm或小于15μm)，较小的出口孔直径dex(例如，小于约5μm)产生具有低出入口比率(诸如小于约0.6)的通孔，或者出口直径仅为约顶部直径的大小的一半的通孔。在诸如内插器应用之类的某些应用中，低的出入口比率可能是不期望的。

在激光束完全地脉动通过衬底100之后，出口牺牲覆盖层130的耦合表面132暴露于激光束20。激光束20可以被脉动到通孔115中任何次数以在出口牺牲覆盖层130中形成孔135。当激光束20烧蚀出口牺牲覆盖层130时，出口牺牲覆盖层130的材料也使激光束20自聚焦，如上文关于衬底100所述。在出口牺牲覆盖层130中的孔135具有与形成在衬底100中的通孔115的纵轴对准的纵轴。

如图1所示，激光束20被脉动到出口牺牲覆盖层130中，直到衬底中的通孔115在出口表面112处不具有锥形部分。相反，锥形部分是在出口牺牲覆盖层130的孔135内。相应地，通孔115的出口孔直径dex更紧密地匹配入口直径den。在实施例中，对于在大约25μm至大约40μm的范围内的入口直径den，出入口比率(即，dex/den)大于约0.7，且对于大于约40μm的入口直径，出入口比率大于约0.8。

注意到，出口牺牲覆盖层130内的孔135可以是盲孔或通孔。

图2是在其中已钻取多个通孔115的衬底100的俯视图。在实施例中，衬底中的多个通孔115和出口牺牲覆盖层中的多个孔135可以由上文所述的方法来制造。激光可以被定位在一个预定位置，并且在激光被放置在不同的预定位置之前，在该预定位置处在衬底100中形成通孔115以及在出口牺牲覆盖层130中形成孔135。可替代地，激光可以首先在多个预定位置处在衬底100中形成通孔115，且随后返回到在衬底100中的通孔115的位置，以在出口牺牲覆盖层130中形成孔135。

在出口牺牲覆盖层130中的孔135已经被形成之后，可以去除出口牺牲覆盖层130。出口牺牲覆盖层130可以通过任何合适的方法被去除，诸如将出口牺牲覆盖层130从衬底100撬开或物理分离，或者应用溶剂以去除用于将出口牺牲覆盖层130附接到衬底100的任何流体。

在一些实施例中，用于出口牺牲覆盖层130的材料可以被选择为具有不同于衬底100的热膨胀系数的热膨胀系数。如果出口牺牲覆盖层130具有不同于衬底100的热膨胀系数，则这两个部件将在加热时以不同的速率膨胀，这可以辅助去除出口牺牲覆盖层130而没有损坏。例如，在实施例中，衬底100通过加热出口牺牲覆盖层130和衬底100来被辅助，使得出口牺牲覆盖层130以比衬底100大的速率膨胀。出口牺牲覆盖层130接着可以被从衬底100拉离。

在出口牺牲覆盖层130由聚合物材料制造的实施例中，出口牺牲覆盖层130可以通过任何适当的方式被去除。例如，聚合物出口牺牲覆盖层130和衬底100可以被放置在热水浴(例如，约80℃至约100℃或其他温度)中并被浸泡一段时间，或在封闭的容器中被汽蒸。聚合物出口牺牲覆盖层130接着可以从衬底100的出口表面112被剥离。聚合物出口牺牲覆盖层130也可以通过将聚合物出口牺牲覆盖层130和衬底100浸泡在诸如n-甲基-2-吡咯烷酮之类的溶剂中被去除，该溶剂可以促进聚合物出口牺牲覆盖层130从出口表面112的释放。在又其他实施例中，聚合物出口牺牲覆盖层130可以从衬底100的出口表面112被剥离而无需应用溶剂或汽蒸。

在实施例中，在已经去除出口牺牲覆盖层130之后可以在衬底100上任选地执行蚀刻工艺，以进一步成形激光钻取的通孔115。蚀刻工艺不受特别地限制并且可以包括酸蚀刻。衬底100可以被设置在蚀刻槽160的蚀刻溶液170中，如图3所示。蚀刻溶液可以包括氢氟酸、硝酸和乙酸中的至少一种。如果使用底液，则该溶液可以包括koh、nh4oh和四甲基氢氧化铵(tmah)中的一种或多种。该溶液可以可替代地或附加地包括添加剂，诸如异丙醇、过氧化氢或臭氧化去离子水。在实施例中，蚀刻溶液可以包括氢氟酸和硝酸的混合物，其包括约10％至约30％的hf和约5％至约15％的hno3，诸如约20％的hf和约10％的hno3。通常，对于玻璃衬底，从蚀刻剂的玻璃去除速率可以为从约2μm/min至约20μm/min，诸如从约3μm/min至约15μm/min，或从约5μm/min至约10μm/min。蚀刻可以是各向同性的，并且可以扩大在衬底100中形成的通孔115的直径，以及减小衬底100的厚度。蚀刻溶液可以通过应用工艺来应用，包括但不限于喷涂到衬底上或衬底可以浸入在蚀刻溶液中。蚀刻工艺的持续时间不受限制，并且可以基于蚀刻溶液的蚀刻速率和衬底中的通孔的期望直径来确定。在一些实施例中，超声波搅拌175也可以被应用到蚀刻溶液170。

图4描绘了在用于扩大激光钻取的通孔115'的蚀刻工艺后的衬底100的部分横截面图。如图4所示，由于在激光钻孔过程期间使用出口牺牲覆盖层130，所以在出口表面112处的通孔115的出口直径dex基本上匹配入口直径den，由此提供大的出入口直径比率(例如，大于约0.8)。

另外，出口牺牲覆盖层130的使用已被示出为改善激光钻取的和蚀刻的通孔115的出口孔质量。在一些情况下，对衬底进行激光钻孔在蚀刻之前创建了从激光钻取的孔115的出口孔延伸的一个或多个微裂纹或其他缺陷。在蚀刻工艺期间，由于在蚀刻工艺期间相比在未损坏的位置处去除的材料，在微裂纹处去除更多的材料，所以这些微裂纹或其他缺陷变得扩大。相应地，一个或多个不期望的刨痕(divot)或通道可在蚀刻工艺后从激光钻取的和蚀刻的通孔115'延伸。如本文所使用的，单词“通道”和“刨痕”是指具有减小的厚度的衬底的区域。

图5a图示地描绘了在玻璃衬底内的激光钻取的和蚀刻的通孔115″的出口孔，其中通道117a、117b从激光钻取的和蚀刻的通孔115″的圆周c延伸。如图5a所示，由于存在通道117a、117b，所以玻璃衬底的厚度在激光钻取的和蚀刻的通孔115″的圆周c的周围是不均匀的。

已经示出，出口牺牲覆盖层130的使用可以在激光钻孔工艺之后防止形成微裂纹或其他缺陷从出口孔延伸。从出口孔延伸的微裂纹或其他缺陷的缺乏接着进一步防止通道或刨痕在蚀刻工艺期间向上打开。相应地，由于缺乏刨痕或通道，每个通孔115'周围的衬底100的区域在蚀刻工艺之后具有基本上均匀的厚度。如本文所述的出口牺牲覆盖层130的使用可以在出口孔的圆周周围的区域处提供衬底的基本上均匀的厚度。也就是说，出口孔基本上是圆形的并且在圆周处没有刨痕或通道。

图5b图示地描绘了在其圆周c周围的区域中没有通道或刨痕的激光钻取的和蚀刻的通孔115″′的出口孔。如图5b所示，玻璃衬底在激光钻取的和蚀刻的通孔115″′的出口孔的圆周c周围的区域中具有基本上均匀的厚度。

具有在其中形成的通孔的衬底100可以用作内插器器件(例如，玻璃内插器器件)以在微芯片和有机衬底之间路由电信号，以使密节距芯片与下方的较宽节距层之间的电连接扇出(fanout)，以在二维或三维封装体系结构和其他应用中连接多个硅芯片。相应地，在一些实施例中，通孔可以在金属化工艺期间用导电材料填充以在通孔内形成导电过孔。在实施例中，出口牺牲覆盖层130可以在金属化工艺期间被留下，使得其可以保护衬底免受处理损坏，以及在涂布导电材料期间用作掩模。以这种方式，导电材料可以仅被应用到通孔。这可以通过避免在金属化工艺期间添加额外的掩模的需要而减少内插器最终产品的成本。

上文所述的方法可以被用于在衬底中形成任何大小和具有任何图案的孔。该方法不限于任何特定的孔的大小或图案。然而，当通孔直径较小(例如，小于约100μm)并且衬底较薄(例如，小于约100μm)时，小的出入口直径比率尤其是有问题的。因此，以上方法可以被使用在具有小直径的孔和薄衬底的实施例中。

现在参考图6，在一些实施例中，包括交替的衬底100a-100c和出口牺牲覆盖层130a-130c的堆叠180以分解立体图被示出。应该理解，多于或少于三个的衬底和出口牺牲覆盖层可以被提供在堆叠180中。出口牺牲覆盖层130a-130c可以被配置为用作衬底100a-100c的载体的玻璃衬底，这种玻璃载体可以由铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钠钙硅酸盐玻璃制成，并且可以是或含碱或无碱的。在其他实施例中，出口牺牲覆盖层130a-130c由聚合物材料制成。如上所述，相邻的衬底和出口牺牲覆盖层应该以最小的空气夹杂被耦合在一起以提供在衬底100a-100c中的高质量的入口孔和出口孔。

图7是交替的衬底100a-100c和出口牺牲覆盖层130a-130c的部分堆叠180的横截面图。堆叠180可以被激光钻孔以并行地制造衬底100a-100c，由此增加产量。如图7所示，通过使激光束脉动通过整个堆叠180来激光钻取孔113，从而延伸通过每一层。每个孔113包括穿过第一衬底100a的第一通孔115a，穿过第一出口牺牲覆盖层130的第一通孔135a，穿过第二衬底100b的第二通孔115b，穿过第二出口牺牲覆盖层130b的第二通孔135b，穿过第三衬底100c的第三通孔115c以及穿过第三出口牺牲覆盖层130c的第三孔135(其可以是盲孔或通孔)。在第三牺牲覆盖层130c内的第三孔135c是锥形的，而第一通孔、第二通孔和第三通孔115a-115c不是锥形的，由此为第一通孔、第二通孔和第三通孔115a-115c提供大的出入口直径比率。

在使堆叠180的各个层分离之后，第一衬底、第二衬底和/或第三衬底100a、100b、100c可以被化学蚀刻以进一步使各自的通孔115a、115b、115c成形。

入口牺牲覆盖层也可以提供在衬底(诸如单个衬底或如图7所示的堆叠的最顶部衬底)的入口表面上。入口牺牲覆盖层可被提供以减少入口孔的缺陷并改善入口孔的质量。入口牺牲覆盖层可以防止入口孔的碎裂，以及改善入口孔的圆度。

图8是经由中间结合材料层150耦合到衬底100的入口表面110的入口牺牲覆盖层140和经由中间结合材料层120耦合到衬底100的出口表面112的出口牺牲覆盖层130的横截面部分图。应当理解的是，可以不提供中间结合材料层120、150，并且入口牺牲覆盖层140和出口牺牲覆盖层130可以被直接附接到衬底100，如上所述。图8进一步描绘了穿过由入口牺牲覆盖层140、衬底100和出口牺牲覆盖层130限定的堆叠的孔113'。孔113'由穿过入口牺牲覆盖层140的通孔145，穿过衬底100的通孔115以及穿过出口牺牲覆盖层130的孔135(其可以是通孔或盲孔)来限定。

入口牺牲覆盖层140可被配置为类似于上述的出口牺牲覆盖层130的玻璃层或聚合物层。额外的材料可以被用作入口牺牲覆盖层，诸如油墨、油、蜡等，如于2013年11月27日提交的美国专利公开no.2014/0147623中所描述，其整体通过引用结合于此。

入口牺牲覆盖层140的厚度没有被特别地限制。然而，随着入口牺牲覆盖层140的厚度增加，在入口牺牲覆盖层140中形成通孔所需要的激光脉冲的数量增加，因此厚的入口牺牲覆盖层140增加了处理时间。而且，如果入口牺牲覆盖层140太薄，则在入口牺牲覆盖层140没有破碎为许多片的情况下入口牺牲覆盖层140的分离可能是困难的。入口牺牲覆盖层140的厚度可以取决于牺牲覆盖层的组分而变化。入口牺牲覆盖层140可以具有任何尺寸，只要它在待要形成孔的位置覆盖衬底即可。相应地，入口牺牲覆盖层140可以具有与衬底100相同的尺寸。

激光束20被引导至入口牺牲覆盖层140的表面上的预定位置，并且激光束20被脉动以在该预定位置处在入口牺牲覆盖层140中形成通孔145。激光束进一步被引导穿过在入口牺牲覆盖层140中形成的通孔145，并且可以在衬底100中形成通孔115。如上所述，激光束20被进一步脉动以钻入出口牺牲覆盖层130。

在形成激光钻取的孔之后，可以从衬底100去除入口牺牲覆盖层140和出口牺牲覆盖层130。在一些实施例中，衬底100可以经受蚀刻工艺以进一步成形(多个)通孔115，如上所述。

另一个实施例提供了用上述方法使用的工件101。参考图1，工件101可以包括衬底100和可拆卸地粘附到衬底100的出口表面112的出口牺牲覆盖层130。衬底100具有通过上述方法在其中形成的通孔115。通孔115的纵轴在衬底100的厚度方向上延伸。出口牺牲覆盖层包括孔135(其可以是通孔或盲孔)，每个孔135具有与形成在衬底100中的相对应的通孔115的纵轴对应的纵轴。中间材料层120可以存在于出口牺牲覆盖层130和衬底100之间。

衬底的厚度可以小于约1000μm，诸如小于约750μm、小于约500μm、小于约250μm、优选小于约150μm。每个通孔115具有在衬底100的入口表面110中的入口直径den，以及在衬底的出口表面112中的出口直径dex。通孔的入口直径den小于约50μm。每个通孔115具有大于0.7(优选大于0.8)的出入口直径比率(den/dex)。通孔可以具有从约200μm到约1000μm的间距，诸如从约200μm到约800μm，从约200μm到约600μm，从约250μm到约500μm以及从约300μm到约400μm。

出口牺牲覆盖层130可以具有大于100μm(诸如大于200μm)的厚度。

在一些实施例中，工件101'进一步包括可拆卸地粘附到衬底100的入口表面110的入口牺牲覆盖层140(图8)。入口牺牲覆盖层140可以是玻璃入口牺牲覆盖层、聚合物入口牺牲覆盖层或者薄的颜料或基于染料的油墨入口牺牲覆盖层。入口牺牲覆盖层140可以可拆卸地附接到衬底100。入口牺牲覆盖层140包括通孔145，每个通孔具有与形成在衬底100中的通孔115的纵轴对应的纵轴。

示例

本公开的实施例将通过以下示例进一步阐明。

比较示例

比较示例1示出了在没有使用出口牺牲覆盖层的情况下通过激光钻孔在被配置为玻璃制品的衬底中形成的孔。

在比较示例1中，玻璃制品由康宁公司所制造的eagle制成，且具有130μm的厚度。使用355nm的纳秒脉冲激光形成通孔。透镜结合型p-92的50μm厚的层被用作入口牺牲覆盖层。不使用出口牺牲覆盖层。在蚀刻之前，所得到的通孔的入口直径den约为17μm，且出口直径dex约为5μm。蚀刻前的出入口直径比率为约0.3。在hf蚀刻工艺之后，去除约8μm的玻璃材料，提供约122μm厚的玻璃制品。通孔的蚀刻后的入口直径den为约25μm，且蚀刻后的出口直径dex为约13μm。蚀刻后的出入口直径比率为约0.5。

比较示例2

比较示例2示出了在没有使用出口牺牲覆盖层的情况下通过激光钻孔在被配置为玻璃制品的衬底中形成的孔。

在比较示例2中，玻璃制品由康宁公司所制造的eagle制成，且具有130μm的厚度。使用355nm的纳秒脉冲激光形成通孔。透镜结合型p-92的50μm厚的层被用作入口牺牲覆盖层。不使用出口牺牲覆盖层。使用hf蚀刻工艺来蚀刻玻璃制品。通孔的蚀刻后的入口直径den为约31μm，且蚀刻后的出口直径dex为约17.8μm。蚀刻后的出入口直径比率为约0.58。

示例1

示例1示出了根据本文描述的出口牺牲覆盖层方法在被配置为玻璃制品的衬底中形成通孔的效果，其中出口牺牲覆盖层被配置为透镜结合型p-92的100μm厚的层。

在示例1中，玻璃制品由康宁公司所制造的eagle制成，且具有130μm的厚度。使用355nm的纳秒脉冲激光形成通孔。透镜结合型p-92的50μm厚的层被用作入口牺牲覆盖层。此外，透镜结合型p-92的具有100μm厚度的出口牺牲覆盖层被应用到玻璃制品的出口表面。对于每个通孔，额外的激光脉冲被添加以适应由出口牺牲覆盖层所提供的材料的较厚堆叠。在去除牺牲覆盖层之后，使用hf蚀刻工艺蚀刻玻璃制品。通孔的蚀刻后的入口直径den为约31μm，且蚀刻后的出口直径dex为约18.8μm。蚀刻后的出入口直径比率为约0.61。

示例2

示例2示出了根据本文描述的出口牺牲覆盖层方法在被配置为玻璃制品的衬底中形成通孔的效果，其中出口牺牲覆盖层被配置为透镜结合型p-92的200μm厚的层。

在示例2中，玻璃制品由康宁公司所制造的eagle制成，且具有130μm的厚度。使用355nm的纳秒脉冲激光形成通孔。透镜结合型p-92的50μm厚的层被用作入口牺牲覆盖层。此外，透镜结合型p-92的具有200μm厚度的出口牺牲覆盖层被应用到玻璃制品的出口表面。对于每个通孔，额外的激光脉冲被添加以适应由出口牺牲覆盖层所提供的材料的较厚堆叠。在去除牺牲覆盖层之后，使用hf蚀刻工艺蚀刻玻璃制品。通孔的蚀刻后的入口直径den为约31μm，且蚀刻后的出口直径dex为约20.1μm。蚀刻后的出入口直径比率为约0.65。

示例3

示例3示出了根据本文描述的出口牺牲覆盖层方法在被配置为玻璃制品的衬底中形成通孔的效果，其中出口牺牲覆盖层被配置为透镜结合型p-92的300μm厚的层。

在示例3中，玻璃制品由康宁公司所制造的eagle制成，且具有130μm的厚度。使用355nm的纳秒脉冲激光形成通孔。透镜结合型p-92的50μm厚的层被用作入口牺牲覆盖层。此外，透镜结合型p-92的具有300μm厚度的出口牺牲覆盖层被应用到玻璃制品的出口表面。对于每个通孔，额外的激光脉冲被添加以适应由出口牺牲覆盖层所提供的材料的较厚堆叠。在去除牺牲覆盖层之后，使用hf蚀刻工艺蚀刻玻璃制品。通孔的蚀刻后的入口直径den为约31μm，且蚀刻后的出口直径dex为约21.2μm。蚀刻后的出入口直径比率为约0.68。相较比较示例2，300μm的聚合物出口牺牲覆盖层的使用导致蚀刻后的出入口直径比率从0.57到0.68增加19％。

注意到在示例1-3中，对于被用作出口牺牲覆盖层的透镜结合型p-92的每100μm，蚀刻后的出口直径dex增加约6％。

示例4

示例4示出了根据本文描述的出口牺牲覆盖层方法在被配置为玻璃制品的衬底中形成通孔的效果，其中出口牺牲覆盖层被配置为玻璃出口牺牲覆盖层。

在示例4中，由康宁公司所制造的eagle制成的50mm×50mm的玻璃制品被制备用于使用玻璃出口牺牲覆盖层的通孔的激光钻孔。透镜结合型p-92的50μm厚的层被用作入口牺牲覆盖层。玻璃制品具有300μm的厚度，并放置在两个显微镜载玻片的顶部，每个显微镜载玻片具有1mm的厚度。玻璃层仅通过范德瓦尔斯力结合而不使用粘合剂。该玻璃制品在视觉上被分为三个水平条带。玻璃制品的顶部三分之一结合到第一显微镜载玻片，而底部三分之一结合到另一个显微镜载玻片。玻璃制品的中心条带保持悬浮在空中。在该示例中，对于玻璃制品的三分之二，显微镜载玻片用作玻璃出口牺牲覆盖层，而对于三分之一没有使用出口牺牲覆盖层。

使用355nm的纳秒脉冲激光钻取三个相同的孔阵列。对玻璃制品的顶部部分和底部部分添加额外的激光脉冲，以继续激光钻孔到玻璃出口牺牲覆盖层中。在去除牺牲覆盖层之后，使用hf蚀刻工艺来蚀刻玻璃制品。通孔的蚀刻后的入口直径den跨整个玻璃制品为均匀的25μm。对于不使用出口牺牲覆盖层的玻璃制品的中心部分的蚀刻后的出口直径dex约为13μm，而对于具有玻璃出口牺牲覆盖层的被钻出的孔的蚀刻后的出口直径dex约为17.5μm。相应地，在没有玻璃出口牺牲覆盖层的通孔和存在玻璃出口牺牲覆盖层的通孔之间观察到蚀刻后的出入口直径比率从0.5到0.7的增加。

注意到，蚀刻后的出口孔的直径可以通过增加被添加以允许激光束更深地钻入玻璃出口牺牲覆盖层的激光脉冲的数量而被进一步增加。在玻璃衬底和玻璃出口牺牲覆盖层之间提供更好的结合或使用结合剂也将改善孔质量和出口直径。

现在应该理解，本文描述的实施例针对通过采用出口牺牲覆盖层的激光钻孔在玻璃衬底中形成通孔的工件和方法。出口牺牲覆盖层的使用导致通孔相对于不采用出口牺牲覆盖层的激光钻孔方法具有增加的出口直径。相应地，出口牺牲覆盖层增加了通孔的出入口直径比率，诸如大于约0.8的出入口直径比率。

对本领域的技术人员显而易见的是，可对本文描述的实施例可以作出各种修改和变化而不偏离所要求的主题的精神和范围。因此，旨在使说明书覆盖本文描述的各实施例的多种修改和变化，只要这些修改和变化落在所附权利要求书及其等效方案的范围内。