[发明专利]基于激光的材料加工方法和系统

权利要求书

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在75％和99％之间或超过99％；

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，

在由长脉冲去除图案的部分期间产生的热影响区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热影响区的深度程度，和

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。

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，其中至少一些输出脉冲具有的脉冲能量为至少100nJ。

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在1μJ-20μJ的范围内。

6.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。

7.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被设置成用于啁啾脉冲放大的脉冲展宽器和压缩器。

8.根据权利要求1所述的基于激光的系统，其中放大系统包括至少一个大模光纤放大器。

9.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。

10.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。

11.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。

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。

13.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。