提供了用于切割步骤制备透明衬底的内部处理的方法。用聚焦的激光束照射衬底，聚焦的激光束包括具有被选择以在衬底内产生丝的能量和脉冲持续时间的脉冲。相对于聚焦的激光束平移衬底以照射述衬底并在一个或多个额外的位置产生额外的丝。其中产生的丝形成限定用于切割所述衬底的内部刻划路径的排列。可改变激光束参数以调整丝长度和位置、以及非必须地引入V型通道或沟槽、给激光切割的边缘提供斜面。优选地，激光脉冲是以脉冲群列输送的，用于降低丝形成的能量阈值、增加丝长度、对丝修改区域进行热退火以使附带损害最小化、改进处理可重复性、以及与使用低重复率激光相比增加处理速度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2010年7月12号提交的题为“Method of Material Processing byLaser Filamentation ()”的第61/363，568号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文，并且本申请要求于2010年 8 月 12 号提交的题为“Method of Material Processing by Laser Filamentation ()”的第61/372，967号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过弓I用并入本文。
技术介绍
本公开涉及材料的激光处理的方法。更具体地，本公开涉及分离和/或切割晶片、衬底、以及板的方法。在当前的制造过程中，晶片或玻璃板的分离、切块、刻划、切、以及切割面处理是通常依赖于金刚石切削的关键的处理步骤，例如对于平板显示器以30cm/秒的速度。在金刚石切削以后，机械辊施加应力以传播切割样品的裂缝。该过程产生劣质的边缘、微裂缝、宽的切口宽度、以及大量的碎片，而这些是在产品的使用寿命、品质、以及可靠性方面的主要的缺点，而且还会招致额外的清洁和抛光步骤。运行金刚石刻划器的去离子水的费用要大于购买刻划器的费用，并且这种技术并不是环境友好的，因为水受到污染并且需要净化，这也增加了费用。通过提高技术，晶片上的芯片变得更小且相互更加靠近，这限制了金刚石刻划。30um是好的刻划宽度，但是15um就是挑战了。因为金刚石刻划是利用机械力对衬底进行刻划的，所以薄的样品是很难进行刻划。FPD行业正寻求将玻璃厚度从目前使用的传统厚度400-700um减少至150_300um，而刻划板是主要问题。实际上为了耐久性，FTO行业期待使用薄的钢化玻璃代替普通的玻璃。激光烧蚀加工是关于分离、切块、刻划、切割、切、以及切割面处理的活跃的发展领域，但是其具有缺点、特别是在透明材料中，例如缓慢的处理速度、产生裂缝、烧蚀屑污染、以及中型的切口宽度。此外，在激光相互作用的过程中的热传递会导致大区域的附加热损坏(即热影响区)。通过选择具有强烈地为介质所吸收的波长的激光可以显著地改进激光烧蚀处理(例如深UV准分子激光器或远红外C02激光器)。然而，由于这种物理烧蚀处理固有的强烈的相互作用，上述缺点不能被消除。可替代地，通过减少激光脉冲的持续时间，激光烧蚀作用也可以在透明介质的表面被改进。这对于在处理介质的内部是透明的激光是特别地有益的。当被聚焦到透明材料上或透明材料内部时，高的激光强度导致非线性吸收作用从而提供动态的不透明性，该动态的不透明性可以被控制以精确地将适当的激光能量存储在由焦体所限定的小体积的材料内。与更长的激光脉冲持续时间相比，脉冲的短持续时间提供数个进一步的优点，例如消除等离子反射和在这样的激光脉冲的短得多的时间尺度过程中减少通过热扩散的小分量及其它热传输作用产生的附带损害。因此在不透明的和透明材料的机械加工中飞秒和皮秒激光烧蚀都提供显著的益处。然而，使用甚至短至数十或数百飞秒的脉冲的透明材料的机械加工还与粗糙表面的形成和在激光形成的孔或沟附近的微裂缝相关联，这些对于易碎的材料像玻璃和光学晶体就特别地成问题。进一步，烧蚀屑将污染附近的样品和周围表面。一种切削或刻划玻璃和相关材料的无切口方法依赖于激光加热和冷却的组合，例如利用C02激光器和喷水器[第5，609，284号美国专利(Kondratenko);第6787732号美国专利UV激光器(Xuan)]。在紧密接近地加热和冷却的适当的情况下，产生高的应力，导致裂缝深入材料内，通过简单地穿过表面扫描激光冷却源，这些裂缝可以沿灵活的曲线轨迹传播。这样，热应力导致的刻划提供材料的干净分割且没有机械刻划或金刚石锯的缺点，并且没有产生碎片的激光烧蚀分量。然而，该方法依赖于应力导致的裂缝形成来引导刻划并需要[W0/2001/032571LASERDRIVEN GLASS CUT-1NITIATION (激光驱动玻璃切削启动)]启动裂缝形成的机械的或激光装置。短持续时间激光脉冲通常提供以下益处:能够在透明材料内部有效地传播，并且在透镜的焦点位置通过非线性吸收过程在块体内部局部地导致修改。然而，通过线性和非线性效应的共同作用的激光脉冲的空间的和时间的轮廓的强烈改造使得在透明光学介质中超快激光脉冲(> 5MW峰值功率)的传播复杂化，效应例如群速度色散(GVD)、线性衍射、自相位调制(SPM)、自聚焦、从价带到导带的电子的多光子/隧道电离(MPI/TI)、等离子体散焦、以及自陡峭效应[SL Chin等人发表于《加拿大物理学杂志》(Canadian Journal of Physics)第 83 卷第 863-905 页(2005 年)]。这些效应放出的不同程度取决于激光参数、材料非线性性质、以及进入材料内的聚焦条件。Kamata 等人[SPIE Proceedings6881_46, High-speed scribing of flat-paneldisplay glasses by use of alOO-kHz, 10-ff femtosecond laser (使用 100-kHz、IOW 飞秒激光高速对平板显示器进行高速刻划)，M.Kamata> T.1mahoko> N.1noue、T.Sumiyoshi>H.Sekita,电子激光股份有限公司(Cyber Laser Inc.)(日本);M.0bara,庆应大学(日本)]描述了用于平板显示器(FPD)玻璃的高速刻划技术。具有倍频780nm，300fs, 100 μ J输出的IOOkHz钛宝石啁啾脉冲放大激光器，，被聚焦在玻璃衬底的后表面的附近，超过玻璃损伤阈值，从而通过材料的光学破环产生空隙。由于激光器的高重复率，空隙到达背表面。被连接的空穴产生内部应力和损坏以及表面烧蚀，便于由机械应力或热冲击沿激光刻划线的方向切块。在该方法可能地提供快速的300mm/s的亥找Ij速度的同时，存在有限的切口宽度、表面损坏、切割面粗糙、以及由于内部形成的空隙到达表面而产生的烧蚀屑。
技术实现思路
在第一实施方式，提供了制备用于切割的衬底的方法，该方法的步骤包括:用聚焦的激光束的一个或多个脉冲照射衬底，其中衬底对激光束是透明的，并且其中该一个或多个脉冲具有被选择以在衬底内产生丝的能量和脉冲持续时间；相对于聚焦的激光束平移衬底以照射衬底并在一个或多个额外的位置产生额外的丝；其中丝包括限定用于切割衬底的内部刻划路径的阵列。本方法优选地包括切割衬底的步骤。衬底相对于聚焦的激光束被优选地平移，平移的速率被选择以产生在微米尺度上隔开的丝。该一个或多个激光脉冲的性质被优选地选择以在衬底内提供足够的光束强度以导致激光束的自聚焦。该一个或多个脉冲可以指定的频率提供两倍或更多倍，并且衬底可相对于聚焦的激光束以大体上恒定的速率平移，因此提供阵列中的丝的固定的间隔。该一个或多个脉冲包括单个脉冲或具有两个或更多脉冲的脉冲列。优选地，脉冲列中连续的脉冲之间的时间延迟小于一个或多个材料修改动力学的衰减发生的持续时间。该一个或多个脉冲中的每个的脉冲持续时间优选地小于大约lOOps，更优选地小于大约IOps0聚焦的激光束的光束焦点的位置可被选择本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.12 US 61/363,568;2010.08.12 US 61/372,9671.一种制备用于切割的衬底方法，所述方法包括以下步骤: 用聚焦的激光束的一个或多个脉冲照射所述衬底，其中所述衬底对所述聚焦的激光束是透明的，并且其中所述一个或多个脉冲具有被选择以在所述衬底内产生丝的能量和脉冲持续时间； 相对于所述聚焦的激光束平移所述衬底以照射所述衬底并在一个或多个额外的位置产生额外的丝； 其中所述丝形成限定用于切割所述衬底的内部刻划路径的排列。2.根据权利要求1所述的方法，其中衬底相对于所述聚焦的激光束以被选择以产生在微米尺度上隔开的丝的速率平移。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一个或多个脉冲以指定的频率提供两倍或更多倍，并且所述衬底相对于所述聚焦的激光束以大体上恒定的速率平移。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一个或多个脉冲是单个脉冲。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一个或多个脉冲包括具有两个或更多脉冲的脉冲列。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述脉冲列中连续的脉冲之间的时间延迟小于一个或多个材料修改动力学的衰减发生的持续时间。7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其中所述聚焦的激光束的光束焦点的位置被选择以在所述衬底内产生所述丝，其中所述衬底的至少一个表面基本没有烧蚀。8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其中所述一个或多个脉冲的性质被选择以在所述衬底内提供足够的光束强度以导致所述聚焦的激光束的自聚焦。9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其中所述聚焦的激光束的光束焦点的位置被选择以在所述衬底的至少一个表面内产生V型沟槽。10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底是玻璃。11.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底包括半导体。12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底选自透明陶瓷、聚合物、透明导体、宽带隙玻璃、晶体、结晶石英、金刚石、以及蓝宝石。13.根据权利要求1至12中任一权...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·艾博斯·胡塞尼，彼得·R·赫尔曼，
申请(专利权)人：费拉瑟美国有限公司，
类型：
国别省市：
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