[发明专利]基于激光的材料加工方法和系统

说明书

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。

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、发明名称为“基于激光的材料加工方法和系统(LASER-BASED MATERIAL PROCESSINGMETHODS AND SYSTEMS)”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-BASED MATERIAL PROCESSING METHODSAND SYSTEMS)”的美国临时专利申请号61/110,913；和申请日为2009年2月13日、发明名称为“基于激光的材料加工方法和系统(LASER-BASED MATERIAL PROCESSING METHODS ANDSYSTEMS)”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、发明名称为“ULTRASHORTLASER MICRO-TEXTURE PRINTING(超短激光微结构打印)”的共同待审国际专利申请PCT/US08/51713相关，该PCT申请要求申请日为2007年1月23日、发明名称为“ULTRASHORT LASERMICRO-TEXTURE PRINTING(超短激光微结构打印)”的美国临时专利申请60/886,285的优先权。本发明还与申请日为2004年3月31日、发明名称为“FEMTOSECOND LASER PROCESSINGSYSTEM WITH PROCESS PARAMETERS,CONTROLS AND FEEDBACK(具有工艺参数、控制和反馈的飞秒激光加工系统)”的美国专利申请10/813,269相关，该美国申请现为美国专利7,486,705。上述专利申请和专利的每一篇均为本申请的受让人所有。上述申请和专利的每一篇的公开内容以其全文形式在此被结合入本文作为引用。

技术领域

本发明总体涉及脉冲激光器和利用高重复率脉冲激光加工材料。

背景技术

包括例如薄硅晶圆切割、印刷电路板(PCB)钻孔、太阳能电池制造和平板显示器制造的若干个材料加工应用涉及类似的材料加工技术和问题。早先的解决方案包括机械和平板印刷加工技术。不过，装置尺寸的减小、装置复杂度的增大和化学加工的环境代价使得所述行业朝向激光加工方法转变。现在采用通常波长为1μm或具有绿光或UV波长的频率转换形式的大功率二极管泵浦固态激光器。在某些应用中采用的一种方法包括以较高的扫描速度反复通过来逐渐切穿材料。在所述应用中，存在三个主要问题：(a)清晰利落的切割所需的材料而不对材料造成损害(例如，残余应力，脱层，热引起的材料改性等)，(b)实现商用可行的足够高量的材料去除率，和(c)重铸材料的减少和消除。

为有效和高质量基于激光的材料加工已经提出了不同的选择，包括以高重复率操作具有较少的碎屑和熔化。不过，限制在加工位置附近积聚再沉积材料的问题还没有充分解决，并且这一般是个难以克服的问题。由于快速加工需要高材料去除率，从加工位置射出的较大量被烧蚀材料一般可能包括熔融物、较大量的固体材料和蒸汽的一种或多种。还可能再沉积下至纳米级(例如10nm)的精细分布的微粒。