一种用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统及方法与流程

本发明涉及一种芯片或集成电路制造领域，尤其是涉及一种用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统及方法。

背景技术：

1、目前芯片产业的发展已经迈入了后摩尔时代。在后摩尔时代，芯片的发展演化出不同的技术方向，其中之一是超越摩尔方向，先进封装是超越摩尔技术方向的一种重要实现路径。既然制造芯片的传统平面工艺快走到头了，因此通过3d堆叠封装的先进技术构成三维结构的芯片就成为产业界的关注重点，其中硅通孔（through-silicon via, tsv）转接板是3d封装的关键。

2、硅通孔转接板打通孔时通常用等离子体深度刻蚀工艺制作，优点是孔径小、孔壁垂直，但工艺流程长、刻蚀速度慢。近年来，关于硅通孔的专利申请很多，例如，专利cn112908933a《硅通孔的制造方法》、专利cn216563077u《晶圆级硅通孔封装结构》、专利cn116387242a《硅通孔加工方法》、专利cn111968953a《硅通孔结构及其制备方法》、专利cn112908933a《硅通孔的制作方法》、专利cn115172270a《一种硅通孔结构及其制作方法》、专利cn115148594a《一种双面对准刻蚀的硅通孔制作工艺》、专利cn116264183a《一种硅通孔结构的形成方法》。这些专利围绕硅通孔转接板的结构与形状、绝缘层和阻挡层材料，以及电镀、化学机械抛光等工艺过程，从不同方面来展开，关于打通孔的方法都是等离子体深度刻蚀，因此打通孔时工艺流程长、刻蚀速度慢的问题依然存在。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统及方法，以解决背景技术中提及的等离子体深度刻蚀工艺流程长、刻蚀速度慢的问题。

2、本发明的一个技术方案如下：一种用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，包括：激光点光源阵列、扩束镜、倍频组件、聚焦透镜和加工台；

3、所述激光点光源阵列用于发出纳秒脉冲激光点光源，所述扩束镜、倍频组件、聚焦透镜沿着纳秒脉冲激光点光源的传播路径依次安装，所述加工台用于放置待加工圆晶，所述待加工圆晶位于所述聚焦透镜的焦点位置；

4、所述扩束镜能够将纳秒脉冲激光点光源扩束为准平行光，所述倍频组件用于对所述准平行光进行倍频，所述聚焦透镜用于将倍频后的准平行光聚焦为与纳秒脉冲激光点光源相对应的点光源阵列，所述加工台能够调整所述待加工圆晶的位置。

5、进一步地，所述激光点光源阵列包括纳秒脉冲光纤激光器以及与纳秒脉冲光纤激光器连接的光纤阵列。

6、进一步地，所述光纤阵列中的光纤阵列排布或者对应通孔位置进行排布。

7、进一步地，所述倍频组件包括kdp晶体、ktp晶体、bbo晶体、lbo晶体、sbbo晶体中的一种或多种。

8、进一步地，还包括反射镜，所述反射镜位于所述倍频组件与聚焦透镜之间，所述反射镜用于将倍频后的准平行光反射至聚焦透镜。

9、进一步地，还包括密封盒体，所述密封盒体设置在加工台上，所述待加工圆晶设置在密封盒体内，所述密封盒体的顶部设置有窗口，所述窗口位于聚焦透镜与待加工圆晶之间，所述密封盒体的两侧分别设置介质入口和介质出口，所述介质入口用于输入加工介质，所述介质出口用于密封盒体内加工介质的流出。

10、进一步地，所述加工介质包括助燃气体、反应气体、保护性气体、聚焦液体和易气化液体中的一种。

11、进一步地，所述助燃气体包括氧气，所述反应气体包括氯气或六氟化硫，所述保护性气体包括氩气，所述聚焦液体包括水，所述易气化液体包括乙醇。

12、本发明的另一个技术方案如下：一种用于上述任一所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统的刻蚀方法，包括：

13、s10：根据待加工圆晶上的芯片布局和光纤阵列的规格，将光纤阵列的每根光纤与待加工圆晶上的芯片进行对应；

14、s20：根据芯片中的硅通孔结构版图的轮廓，确定加工激光光束的加工路径，使得加工激光光束在运动路径上外切于轮廓；

15、s30：将待加工圆晶放置在高速激光刻蚀系统的加工台上，让每根光纤发射的激光光束根据所述加工路径进行同步加工。

16、本发明的有益效果：本发明采用技术成熟且产量大的纳秒脉冲光纤激光器，大幅降低了激光器的价格，增加了装置的经济性，使阵列加工成为可能，通过光纤阵列将许多光纤激光器的光点排列成特定图像，采用并行加工方式，显著加快了硅通孔的加工速度；采用倍频技术以及特定加工介质中的激光加工，减小了加工孔的直径，提高了加工孔的精度。本发明在保证加工精度的条件下，与光刻加等离子体刻蚀的方法相比，过程更简单、加工更快，与超快激光诱导刻蚀方法相比，设备更便宜、加工更快。

技术特征：

1.一种用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，包括：激光点光源阵列、扩束镜（3）、倍频组件（4）、聚焦透镜（6）和加工台（8）；

2.如权利要求1所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，所述激光点光源阵列包括纳秒脉冲光纤激光器（1）以及与纳秒脉冲光纤激光器（1）连接的光纤阵列（2）。

3.如权利要求2所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，

4.如权利要求1所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，所述倍频组件（4）包括kdp晶体、ktp晶体、bbo晶体、lbo晶体、sbbo晶体中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，还包括反射镜（5），所述反射镜（5）位于所述倍频组件（4）与聚焦透镜（6）之间，所述反射镜（5）用于将倍频后的准平行光反射至聚焦透镜（6）。

6.如权利要求1所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，还包括密封盒体（51），所述密封盒体（51）设置在加工台（8）上，所述待加工圆晶（7）设置在密封盒体（51）内，所述密封盒体（51）的顶部设置有窗口（52），所述窗口（52）位于聚焦透镜（6）与待加工圆晶（7）之间，所述密封盒体（51）的两侧分别设置介质入口（53）和介质出口（54），所述介质入口（53）用于输入加工介质，所述介质出口用于密封盒体（51）内加工介质的流出。

7.如权利要求6所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，所述加工介质包括助燃气体、反应气体、保护性气体、聚焦液体和易气化液体中的一种。

8.如权利要求7所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，其特征在于，所述助燃气体包括氧气，所述反应气体包括氯气或六氟化硫，所述保护性气体包括氩气，所述聚焦液体包括水，所述易气化液体包括乙醇。

9.一种用于权利要求1-8任一所述的用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统的刻蚀方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及一种芯片或集成电路制造领域，尤其是涉及一种用于硅通孔加工的高速激光刻蚀系统，包括，激光点光源阵列、扩束镜、倍频组件、聚焦透镜和加工台。激光点光源阵列用于发出纳秒脉冲激光点光源，扩束镜、倍频组件、聚焦透镜沿着纳秒脉冲激光点光源的传播路径依次安装，加工台用于放置待加工圆晶，待加工圆晶位于聚焦透镜的焦点位置。扩束镜能够将激光点光源扩束为准平行光，倍频组件用于对准平行光进行倍频，聚焦透镜用于将倍频后的准平行光聚焦为与纳秒脉冲激光点光源相对应的点光源阵列。本发明在保证加工精度的条件下，与光刻加等离子体刻蚀的方法相比，过程更简单、加工更快，与超快激光诱导刻蚀方法相比，设备更便宜、加工更快。

技术研发人员：陈大鹏,傅剑宇
受保护的技术使用者：无锡物联网创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4