[發明專利]基于常規激光誘導材料變化的激光加工方法和加工裝置

有效

• 申請號: 200680054165.0
• 申請日: 2006-08-03
• 公開（公告）號: CN101415519B
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 鄭世采;梁志祥;全炳赫;崔在赫
• 申請（專利權）人: 韓國標準科學研究院
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;H01S3/10
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黃綸偉

技術領域

本發明涉及基于激光誘導材料狀態瞬變的激光加工方法，該方法非線性地提高了具有非常高的加工精度的超快激光微加工工藝的加工速度。

背景技術

隨著電子和器件相關技術的發展，對于微加工工藝的需求日益增加。具體地說，由于大尺寸、小薄膜厚度、高集成度、高機械強度、高功能化組成材料和基板的多層涂覆結構的技術趨勢，對于加工中封裝和加工后封裝的微加工技術的需要不斷增加。這種加工技術要求約100微米的加工分辨率，因此通常使用金剛石鋸切方法。然而，考慮到當前技術的發展趨勢，由于機械和熱損壞等的物理損壞，不能再使用金剛石鋸切方法。由此，急需新的技術發展以克服諸如由于昂貴的金剛石鋸片的磨損引起的成本增加的經濟負擔。為了克服傳統的技術問題，最近提出了高功率的UV激光器。然而，由于對對象材料的沖擊波和光化學損壞造成的機械損壞，高功率的UV激光器的使用存在局限性。然而，在生產下一代半導體材料和顯示器件的加工工藝中，要求包括切割、鉆孔、劃線(scribing)和切片(dicing)的各種加工工藝的加工精度應達到數十微米而不造成對象材料的光電特性變化。

已知情況是，超快激光技術可非常有效地應用于微加工，因為與利用相對較長激光脈沖的各種傳統加工技術相比，它把熱—機損壞減到最小。

此外，基于諸如電子束和等離子體的高能粒子的微加工會使元件的材料產生熱損壞，并且根據材料的種類不能加工某些材料。因此，正在積極地進行超短脈沖激光加工技術的開發，以努力解決基于高能粒子的微加工的問題。

由于超快激光加工技術沒有對于利用充足的激光功率提高加工速度不可缺少并很適用的放大技術，并且即使存在具有足夠峰值功率的激光脈沖，也由于在加工過程之間在空氣中的高階非線性效應引起激光束特性的變化，無法提高加工速度。

克服上述問題的新技術的前提條件是保持超快激光加工的特性而免受熱和機械損壞。當前的基于超快激光的微加工工藝和加工技術就加工速度而言還很差，為了將該涉及未來的技術應用于產業，急需開發新的加工技術。為了克服基于超快激光的微加工工藝的局限性，需要采用了通常用于傳統的相對長脈沖激光加工工藝的自適應光學系統的技術，因為原先的超快激光脈沖寬度和光束特性已經完全改變。當采用了自適應光學系統時，具體地說，由于脈沖寬度增大，在傳統的相對長脈沖寬度的激光加工工藝中造成問題的熱變形會降低加工質量。

發明內容

技術問題

因此，開發了本發明以解決現有技術中出現的上述問題，并且本發明的主要目的是提供一種用于提高基于超快激光的微加工工藝的加工速度的基于激光誘導材料瞬態變化的激光加工方法和加工裝置。

本發明的另一目的是提供一種基于激光誘導材料狀態瞬態變化的激光加工方法和加工裝置，其能夠顯著減小由大小為數十到數百納米的微結構造成的表面粗糙度，該微結構形成在通過超快激光工藝加工的材料表面上，能夠實現1微米級的加工，當對微光學器件施加所述超快激光加工工藝時產生該微結構。

技術方案

為了實現本發明的目的，提供了一種基于激光誘導材料狀態瞬態變化的激光加工方法，所述方法使超快激光的脈沖與不同于該超快激光的至少一個輔助激光的脈沖耦合，以可逆地改變待加工材料。

所述超快激光器振蕩出小于1皮秒的激光脈沖。

所述輔助激光束的脈沖被控制為隨時間變化。

所述超快激光器的脈沖和所述至少一個輔助激光器的脈沖之間的耦合是控制所述超快激光脈沖和所述輔助激光脈沖之間的相對時間位置的時間耦合。

所述超快激光器的脈沖和所述至少一種輔助激光器的脈沖之間的耦合包括時間耦合和在空間上使所述超快激光束的焦點與所述輔助激光束的焦點一致的空間耦合。

所述輔助激光束的脈沖寬度大于所述超快激光束的脈沖寬度。

所述激光加工方法用于選自切割、鉆孔、劃線和切片的半導體加工工藝。

為了實現本發明的目的，提供了一種基于激光誘導材料狀態瞬態變化的激光加工裝置，該裝置包括：超快激光振蕩器；輔助激光振蕩器，該輔助激光振蕩器包括隨時間改變激光束脈沖的耦合電子裝置；以及聚焦光學系統，該聚焦光學系統用于在空間上使所述超快激光振蕩器生成的超快激光束的焦點與時間耦合的輔助激光束的焦點耦合，并使所述超快激光束和所述輔助激光束聚焦。

所述聚焦光學系統使所述輔助激光束聚焦在已聚焦的超快激光束之內。

所述聚焦光學系統使所述輔助激光束聚焦在已聚焦的超快激光束之外。