基于激光的材料加工方法和系统技术方案

不同的实施例可用于工件的靶材料的基于激光的改性，同时有利地实现在加工处理能力和/或质量上的改进。加工方法的实施例可包括以足够高的脉冲重复率将激光脉冲聚焦和引导至工件的一区域，以便材料被有效地从所述区域去除，并且在所述区域内、接近所述区域或两者的不想要的材料量相对于以较低重复率可获得的量有减少。在至少一个实施例中，超短脉冲激光系统可包括至少一个光纤放大器或光纤激光器。不同的实施例可适用于在半导体基片上或内切片、切割、划片和形成结构。工件材料还可包括金属，无机或有机电介质，或要通过飞秒和/或皮秒脉冲并且在某些实施例中用脉冲宽度达到几纳秒的脉冲进行微加工的任何材料。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119(e)要求下述申请的优先权：申请日为2008年3月21日、专利技术名称为“基于激光的材料加工方法和系统(LASER-BASEDMATERIALPROCESSINGMETHODSANDSYSTEMS)”的美国临时专利申请号61/038,725；申请日为2008年11月3日、发明名称为“基于激光的材料加工方法和系统(LASER-BASEDMATERIALPROCESSINGMETHODSANDSYSTEMS)”的美国临时专利申请号61/110,913；和申请日为2009年2月13日、专利技术名称为“基于激光的材料加工方法和系统(LASER-BASEDMATERIALPROCESSINGMETHODSANDSYSTEMS)”的美国临时专利申请号61/152,625；每个前述临时申请的公开内容以全文形式在此被结合入本文作为引用。本申请与申请日为2008年1月22日、专利技术名称为“ULTRASHORTLASERMICRO-TEXTUREPRINTING(超短激光微结构打印)”的共本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光的系统，所述基于激光的系统用于划片、切片、切割或加工包括半导体材料和图案的多材料工件，同时限制再沉积材料的积聚，所述图案包括电介质材料和金属材料的至少一种，所述系统包括：至少一个光学脉冲源，所述至少一个光学脉冲源被设置成产生长脉冲宽度可达到10纳秒的长脉冲和超短脉冲宽度在从10飞秒到500皮秒范围内的超短脉冲，所述长脉冲宽度长于所述超短脉冲宽度；光学放大系统，所述光学放大系统被设置成放大来自所述至少一个源的脉冲并产生具有至少一个脉冲宽度在从几十飞秒至500皮秒范围内的输出脉冲；调制系统，所述调制系统包括至少一个光学调制器，被设置成提供输出光学脉冲的重复率；光束传送系统，所述光束传送...

【技术特征摘要】
2008.03.21 US 61/038,725;2008.11.03 US 61/110,913;1.一种基于激光的系统，所述基于激光的系统用于划片、切片、切割或加工包括半导体
材料和图案的多材料工件，同时限制再沉积材料的积聚，所述图案包括电介质材料和金属
材料的至少一种，所述系统包括：
至少一个光学脉冲源，所述至少一个光学脉冲源被设置成产生长脉冲宽度可达到10纳
秒的长脉冲和超短脉冲宽度在从10飞秒到500皮秒范围内的超短脉冲，所述长脉冲宽度长
于所述超短脉冲宽度；
光学放大系统，所述光学放大系统被设置成放大来自所述至少一个源的脉冲并产生具
有至少一个脉冲宽度在从几十飞秒至500皮秒范围内的输出脉冲；
调制系统，所述调制系统包括至少一个光学调制器，被设置成提供输出光学脉冲的重
复率；
光束传送系统，所述光束传送系统被设置成将脉冲激光束聚焦和传送至所述工件；和
定位系统，所述定位系统被设置成相对于工件的一种或多种材料在多程通过中定位光
束，所述定位系统被设置成以所述重复率和光斑尺寸在工件的一种或多种材料上或内产生
预选定的光斑重叠因子的速率来定位光束，所述预选定的光斑重叠因子对应于75％和超过
99％之间的重叠；
其中基于激光的系统被设置成使得：
长脉冲被传送到所述图案而超短脉冲被传送到所述半导体材料，和
在由长脉冲去除图案的部分期间产生的热影响区(HAZ)的深度程度大于在由超短脉冲
去除半导体材料的部分期间产生的HAZ的深度程度。
2.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中图案包括电介质材料和金属材料。
3.根据权利要求2所述的基于激光的系统，其中在至少一部分的图案内的热积聚足够
高以避免电介质材料与金属材料的脱层。
4.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中光斑重叠因子超过99％。
5.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中至少一些输出脉冲具有的脉冲能量为
至少100nJ。
6.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中至少一些输出脉冲具有的脉冲能量在1
μJ-20μJ的范围内。
7.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中所述源和放大系统被设置为全光纤设
计。
8.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中放大系统包括基于光纤的啁啾脉冲放
大器，所述基于光纤的啁啾脉冲放大器包括脉冲展宽器和压缩器设置用于啁啾脉冲放大。
9.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中放大系统包括至少一个大模光纤放大
器。
10.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中定位系统包括光束偏转器。
11.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中光学放大系统被设置成将来自所述源
的脉冲放大到能量为至少1μJ并产生具有至少一个脉冲宽度在100fs-10ps范围内的超短输
出脉冲，所述光学放大系统包括至少一个大模光纤放大器，所述至少一个大模光纤放大器
包括掺杂的大芯泄漏信道光纤放大器、光子晶体光纤、或光子带隙光纤中的至少一个，其中
至少一个光纤放大器被设置成使得所述基于激光的系统发射近衍射极限的脉冲输出光束；
并且其中所述基于激光的系统被设置成可调节以在从100kHz至10MHz范围内的重复率产生
脉冲输出光束。
12.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中至少一些输出脉冲提供从0.25J/cm2-
30J/cm2范围内的能流。
13.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中至少一些输出脉冲提供从工件的至少
一种材料的烧蚀阈值之上到20倍的所述至少一种材料的烧蚀阈值的范围内的能流。
14.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中半导体材料具有一厚度，并且半导体
的厚度通过超短脉冲切割。
15.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中在至少一部分的图案内的热积聚足够
高以避免所述一部分的图案与半导体材料的脱层。
16.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中在输出光学脉冲的重复率下发生的再
沉积材料的积聚足够低以便省略去除较大量的再沉积材料的随后的加工操作。
17.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中再沉积材料的量足够低使得超声波清
洁系统能够去除再沉积材料而不需要基片涂层或化学浸蚀。
18.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中用于从至少一部分的图案去除材料的
光斑重叠比用于从至少一部分的半导体材料去除材料的光斑重叠大至少十倍。
19.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中所述重复率在至少500kHz...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·沙阿，赵奎千，许景周，
申请(专利权)人：IMRA美国公司，
类型：发明
国别省市：美国;US