一种玻璃晶圆微孔加工方法技术

本发明专利技术提供了一种玻璃晶圆微孔加工方法，包括加工步骤，所述加工步骤包括如下步骤：步骤S1：通过激光光学加工系统对玻璃晶圆进行加工，在玻璃晶圆上形成诱导孔或诱导路径；步骤S2：将具有诱导孔或诱导路径的玻璃晶圆放入支架内，将支架放入超声波设备内，将无氟蚀刻液倒入超声波清洗槽，无氟蚀刻液浸没玻璃晶圆，然后开启超声波设备，按照工艺对照表中孔径对应的参数设定相应的温度、压力、频率以及蚀刻时间。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术以激光光学加工系统为基础，结合无氟化学蚀刻工艺，并以超声波震动辅助加速蚀刻，实现孔径细、圆度好、锥度小、形貌好、孔壁光洁、深径比大，高速高精度阵列加工。度阵列加工。度阵列加工。

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃晶圆微孔加工方法


[0001]本专利技术涉及高精密智能激光加工领域，尤其涉及一种玻璃晶圆微孔加工方法。

技术介绍

[0002]玻璃通孔(Through Glass Via，TGV)转接板是垂直3D互联技术中关键部件，该技术的核心为深孔成型工艺。随着3D互联集成密度的不断极高，玻璃通孔TGV转接板的要求也在不断提升，具体体现在：通孔阵列密度更大，深径比不断提高，孔径向更微纳的10 um以下级别发展。传统的机械钻孔法、喷砂钻孔法、光敏玻璃成孔、等离子蚀刻及放电成孔工艺已经无法满足细微孔径、加工效率的要求。超快激光单脉冲打孔、多脉冲叩击、环切加工、或螺旋加工等方式来实现自上而下或自下而上的材料去除，借助微爆炸和烧蚀等过程直接制备微孔和微通道结构，可加工出直径为20
ꢀµ
m左右的微孔，但几乎无法获得直径低于10
ꢀµ
m的无锥度微孔。使用超快高斯激光束直接烧蚀获得微孔的技术，要求激光能量达到材料的烧蚀阈值，导致所形成的玻璃通孔表面仍然十分粗糙，孔锥度较大，不利于后续金属化工艺，也很难制作出更高密度的微孔阵列。
[0003]现有基于氢氟酸蚀刻玻璃通孔技术属于纯化学蚀刻，随着氢氟酸的挥发蚀刻速度会非规则减速，导致孔径不可控。各向异性蚀刻导致蚀刻锥度大，表面减薄量大，且表面质量差，内壁不光滑。高深宽比孔无法制作。表面氟残留超标，氢氟酸剧毒导致环保和安全隐患大。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种玻璃晶圆微孔加工方法，包括加工步骤，所述加工步骤包括如下步骤：步骤S1：通过激光光学加工系统对玻璃晶圆进行加工，在玻璃晶圆上形成诱导孔或诱导路径；步骤S2：将具有诱导孔或诱导路径的玻璃晶圆放入支架内，将支架放入超声波清洗槽内，将无氟蚀刻液倒入超声波清洗槽，无氟蚀刻液浸没玻璃晶圆，然后开启超声波设备，按照工艺对照表中孔径对应的参数设定相应的超声波清洗槽温度、超声波清洗槽压力、超声波频率以及蚀刻时间。
[0005]作为本专利技术的进一步改进，在所述步骤S1中，玻璃晶圆放置在垫了无尘纸的加工平台上，使玻璃晶圆边缘与加工平台边缘对齐，激光光学加工系统开启真空吸附、启动激光加工、CCD定位完成，激光光学加工系统将根据加工图的加工轨迹在玻璃晶圆上加工诱导孔或诱导路径。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，在所述步骤S2中，所述支架为无压烧结碳化硅晶舟。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，该玻璃晶圆微孔加工方法还包括在加工步骤之前进行准备步骤，所述准备步骤包括：加工图生成步骤：根据加工工艺要求和材料的蚀刻属性编辑加工轨迹并转换成加
工图；参数设置步骤：激光光学加工系统设置激光加工参数，采用试切的方式完成手工对焦；试切的方式：取一块与玻璃晶圆等厚的样件，首先按照物镜额定工作距离调整切割头位置，升降切割头反复试切，当切缝贯穿样件下表面后，向下调整（F
‑
H）/2的距离即完成对焦，其中F为切割头焦深，H为玻璃晶圆厚度。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述准备步骤还包括清洗吹干步骤，在所述清洗吹干步骤中，采用去离子水和超声波清洗玻璃晶圆，然后将玻璃晶圆吹干。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，该玻璃晶圆微孔加工方法还包括在加工步骤之后进行清洗步骤，在所述清洗步骤中，将玻璃晶圆放入超声波清洗槽内清洗干净。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，在所述参数设置步骤中，激光加工参数包括激光光学加工系统的焦深与玻璃晶圆厚度相匹配，手工对焦应确保玻璃晶圆上下方向位于聚焦后光束中心位置。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，在所述步骤S2中，按照工艺对照表中孔径对应的参数设定：超声波频率20
‑
80KHz、超声波清洗槽温度0
‑
650℃、超声波清洗槽压力0.1
‑
20MPa、蚀刻时间0.01
‑
80H。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述激光光学加工系统为带有3D结构光学特征的激光区域选择性辐照改性打孔设备，所述激光光学加工系统具有如下技术参数：激光器中心波长515
‑
532nm或1030
‑
1080nm，激光功率5
‑
5000W，脉冲宽度300fs
‑
100ns，单脉冲能量20nJ
‑
20J，重复频率1Hz
‑
1G Hz，光束质量≦1.3，支持基于绝对位置的同步激光脉冲输出；加工平台XY轴最高运动速度1000mm/s，最大加速度4g，重复精度200nm，定位精度
±
0.5um，加工范围730*920mm，具备真空吸附功能，具备CCD定位功能，具备PSO功能，具备超大图形导入导出和编辑功能以及工艺参数库管理功能，CCD表示工业相机，PSO表示位置同步输出。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述超声波设备具有如下技术参数：所述超声波设备包括超声波清洗槽，所述超声波清洗槽的容量是1600*1600*1500mm，震动频率1
‑
20MHz，具备顶盖密封功能，耐受压力20MPa，具备加热功能最高加热温度700℃。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述激光光学加工系统包括激光器，所述激光器出口光束经过扩束和偏振化选择，选取能量密度均匀的光束部分整形，从而保证激光能量在径向分布均匀，激光光路由高斯光调制为在轴向特定长度上无衍射，针对加工材料做球差补偿校正，确保聚焦光斑尺寸一致，从而保证激光聚焦后能量在孔轴向方向的均匀分布。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述无氟蚀刻液为8.5
±
0.5mol/l的KOH溶液。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述激光光学加工系统为轴向匀化无衍射光学系统，所述轴向匀化无衍射光学系统包括准直镜、平板锥透镜、共轭成像系统，所述准直透镜、所述平板锥透镜与所述共轭成像系统精准同轴，所述平板锥透镜位于所述准直镜和所述共轭成像系统之间。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述轴向匀化无衍射光学系统还包括波片，所述波片位于所述准直镜和所述平板锥透镜之间；所述共轭成像系统包括平凸透镜、以及与所述平凸透镜精准同轴的物镜。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述平板锥透镜的出光面与所述平凸透镜的焦点重合，所述平板锥透镜和所述平凸透镜之间的工作距离为100
‑
150mm，所述平凸透镜的焦距为
100mm，所述平凸透镜的直径为25.4mm，所述平板锥透镜的最大有效光束口径不大于所述平凸透镜直径的2/3。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，所述物镜的放大倍率为2X、或5X、或10X、或20X、或50X，所述物镜的焦距为4
‑
40mm，所述物镜的数值孔径为0.45。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术以激光光学加工系统为基础，结合无氟化学蚀刻工艺，并以超声波震动辅助加速蚀刻，实现孔径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，包括加工步骤，所述加工步骤包括如下步骤：步骤S1：通过激光光学加工系统对玻璃晶圆进行加工，在玻璃晶圆上形成诱导孔或诱导路径；步骤S2：将具有诱导孔或诱导路径的玻璃晶圆放入支架内，将支架放入超声波清洗槽内，将无氟蚀刻液倒入超声波清洗槽，无氟蚀刻液浸没玻璃晶圆，然后开启超声波设备，按照工艺对照表中孔径对应的参数设定相应的超声波清洗槽温度、超声波清洗槽压力、超声波频率以及蚀刻时间。2.根据权利要求1所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，在所述步骤S1中，玻璃晶圆放置在垫了无尘纸的加工平台上，使玻璃晶圆边缘与加工平台边缘对齐，激光光学加工系统开启真空吸附、启动激光加工、CCD定位完成，激光光学加工系统将根据加工图的加工轨迹在玻璃晶圆上加工诱导孔或诱导路径。3.根据权利要求1所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述支架为无压烧结碳化硅晶舟。4.根据权利要求1所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，该玻璃晶圆微孔加工方法还包括在加工步骤之前进行准备步骤，所述准备步骤包括：加工图生成步骤：根据加工工艺要求和材料的蚀刻属性编辑加工轨迹并转换成加工图；参数设置步骤：激光光学加工系统设置激光加工参数，采用试切的方式完成手工对焦；试切的方式：取一块与玻璃晶圆等厚的样件，首先按照物镜额定工作距离调整切割头位置，升降切割头反复试切，当切缝贯穿样件下表面后，向下调整（F
‑
H）/2的距离即完成对焦，其中F为切割头焦深，H为玻璃晶圆厚度。5.根据权利要求4所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，所述准备步骤还包括清洗吹干步骤，在所述清洗吹干步骤中，采用去离子水和超声波清洗玻璃晶圆，然后将玻璃晶圆吹干。6.根据权利要求1所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，该玻璃晶圆微孔加工方法还包括在加工步骤之后进行清洗步骤，在所述清洗步骤中，将玻璃晶圆放入超声波清洗槽内清洗干净。7.根据权利要求4所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，在所述参数设置步骤中，激光加工参数包括激光光学加工系统的焦深与玻璃晶圆厚度相匹配，手工对焦应确保玻璃晶圆上下方向位于聚焦后光束中心位置。8.根据权利要求1所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，在所述步骤S2中，按照工艺对照表中孔径对应的参数设定：超声波频率20
‑
80KHz、超声波清洗槽温度0
‑
650℃、超声波清洗槽压力0.1
‑
20MPa、蚀刻时间0.01
‑
80H。9.根据权利要求1所述的玻璃晶圆微孔加工方法，其特征在于，所述激光光学加工系统为带有3D结构光学特征的激光区域选择性辐照改性打孔设备，所述激光光学加工系统具有如下技术参数：激光器中心波长515
‑
532nm或1030
‑
1080nm，激光功率5
‑
5000W，脉冲宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：方艳阳，张立，周建红，
申请(专利权)人：深圳市圭华智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：