[发明专利]目标的激光处理方法

说明书

本公开涉及目标的激光处理方法。具体地，涉及一种利用沿着纵向光束轴以分布式的方式聚焦入射激光光束的光学结构通过激光成丝在材料中处理孔的装置、系统和方法。所述分布式聚焦方法使得能够在长距离形成丝，并且调整激光和聚集参数来决定丝的传播和终点从而产生单端/双端停止孔或通孔。从堆叠的或巢状结构中选择的透明衬底可以具有在该衬底内或者穿过该衬底所形成的孔而不影响邻近的衬底。这些分布式聚焦方法支持在硼硅玻璃和相似的脆性材料以及半导体中的形成具有远超10毫米的长度的丝。

本申请是申请号为201410379877.6、申请日为2014年8月4日、发明名称为“激光成丝在透明材料中非烧蚀光声压缩加工的方法和装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于在任何深度处开始或者在一组堆叠的晶片、一组板或衬底的任一个中钻出停止孔(stopped orifice)或通孔的非烧蚀方法和装置，所述一组堆叠的晶片、一组板或衬底主要是诸如玻璃、蓝宝石、硅的透明材料，但不限于此，使得所述孔和周边材料的结构特性超过现有技术中已知的特性。

背景技术

对于在诸如由玻璃或聚碳酸酯制成的透明衬底中钻出多个孔而言，存在巨大的需求。被钻孔的衬底的一种应用是被用作用于空气监测、颗粒监测、细胞学、趋化性(chemotaxis)、生物测定等的过滤器。这些通常需要直径在几百纳米到几十微米的孔，并且当批量生产时，这些孔保持彼此相同并且具有保持稳定的孔与表面积的比率。

发明内容

技术问题

当前，现有技术的材料处理系统通过金刚石钻孔或诸如烧蚀加工、结合的激光加热和冷却以及高速激光刻划等的激光曝光技术在诸如玻璃的衬底中产生孔。如下所述，所有这些现有技术系统具有低吞吐次数，无法对很多新的异类衬底材料起作用，具有多层衬底堆叠的不透明性问题，无法获得所寻求的紧密孔间距，使材料中的裂缝蔓延或者使得孔侧以及围绕起始点的表面具有不可接受的表面粗糙度。

在当前的制造中，对晶片或玻璃板进行分离(singulation)、处理来产生孔通常依赖于金刚石切割路线选择(routing)或钻孔。

激光烧蚀加工是针对分离、切块(dicing)、刻划(scribing)、切割(cleaving)、切(cutting)及切割面(facet)处理而言积极发展的领域，但是特别在透明材料中具有诸如处理速度慢、产生裂缝、烧蚀碎片污染以及中等尺寸的切口宽度的缺陷。此外，激光相互酌(laser interaction)期间的热传输能够导致大范围的附带热损伤(即，热影响区域)。尽管激光烧蚀处理能够通过选择具有被媒介强吸收的波长的激光(例如，深UV准分子激光或远红外CO₂激光)而得到极大地改善，但由于在该物理烧蚀处理中固有的积极的相互酌，上述缺陷无法被消除。

另选地，还可以通过缩短激光脉冲的持续时间来改善透明媒介表面处的激光烧蚀。这对于在处理媒介内部透明的激光尤其有益。当聚焦在透明材料上或内部时，高的激光强度引起非线性吸收效果以提供动态的不透明，所述动态不透明度能够被控制以将合适的激光能量精确地投入到由焦体(focal volume)所定义的小体积材料中。短的脉冲持续时间比较长持续时间的激光脉冲提供了多个进一步优点，诸如在这种激光脉冲的短得多的时间量程中通过少量的热扩散和其它热传输效果来消除等离子体反射并且减少附带损伤。因此，在不透明和透明材料这两者的加工中，飞秒和皮秒激光烧蚀提供显著的益处。然而，使用短至数十或数百飞秒的脉冲对透明材料进行加工还与激光形成的孔或沟附近的粗糙表面和微裂缝的形成相关联，这对于像Alumnia玻璃这种掺杂了电介质和光学晶体的易碎材料而言特别成问题。此外，烧蚀碎片将污染附近的样品和周围表面。