[发明专利]利用超短脉冲激光的透明材料加工

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年3月7日提交的美国申请序列号61/064,476的优先权，该美国申请的发明名称为″Transparent material processing with an ultrashort pulse laser(利用超短脉冲激光的透明材料加工)″。本申请要求2009年1月22日提交的美国申请序列号61/146,536的优先权，该美国申请的发明名称为″Transparent material processing with anultrashort pulse laser(利用超短脉冲激光的透明材料加工)″。美国申请序列号61/064,476和61/146,536的全部内容在此被结合入本文引用。本申请与申请日为2006年9月8日、名称为″Transparent material processing with an ultrashort pulse laser(利用超短脉冲激光的透明材料加工)″的美国申请序列号11/517,325相关，该美国申请11/517,325要求申请日为2005年9月8日的美国申请序列号60/714,863的优先权。美国申请序列号11/517,325和60/714,863的全部内容在此被结合入本文引用。申请11/517,325以美国专利申请公开号20070051706于2007年3月8日公开。上述申请均受让于本申请的专利受让人。

技术领域

本发明涉及透光材料的超短脉冲激光处理，包括材料划片、焊接和标记。A.切割和划片

背景技术A.切割和划片

透光材料的切割通常通过机械方法进行。也许切割薄平材料的最常用方法是利用机械切割机(划片机)。这在微电子行业中是切割硅片的标准方法。不过，这种方法产生大量的碎片，这些碎片应当受控制以避免部件污染，导致增加所述工艺的整体成本。此外，用于高级微处理器设计的较薄晶片在用划片机切割时易于损坏。

为了解决这些问题，用于“划片和切割”材料切割的当前现有技术使用不同类型的激光在沿划片线断开材料前先在材料上划出表面槽。例如，亚皮秒激光脉冲已被用于切割硅和其它半导体材料(H.Sawada，“Substrate cutting method(基片切割方法)”，美国专利号6,770,544)。另外，聚焦的散光激光束已被用于为材料切割产生单个表面槽(J.P.Sercel，“System and method for cutting using a variable astigmatic focal beam spot”，美国专利申请号20040228004)。该专利声称通过优化散光聚焦几何形状，可以获得增大的处理速度。

为了获得精确、高质量的切割，槽必须具有一定的最小深度，其值随着应用而变化(例如，100μm厚的蓝宝石需要大致15μm深的槽以供可接受的切割)。由于槽的深度随着扫描速度增加而减小，最小的深度要求限制了最大的扫描速度，并因此限制了激光划片系统的总体处理能力。材料切割的另一技术采用多光子吸收以在透明靶材料体内形成单个激光改性的线特性(F.Fukuyo等人，“Laser processing method and laserprocessing apparatus”，美国专利申请号20050173387)。在表面槽的情况，要求这种亚表面特征的特定最小尺寸，以便获得精确、高质量的材料切割，这等同于对材料切割的处理速度进行限制。

“划片和切割”材料切割的值得注意的应用是用于分离各电子和/或光电子器件的晶圆划片。例如，采用蓝宝石晶圆划片进行蓝光发光二极管的切割。通过后侧激光烧蚀可以实现晶圆切割，使得晶圆前侧上的器件污染最小化(T.P Glenn等人，“Methodof singulation using laser cutting”，美国专利号6,399,463)。另外，可以利用辅助气体来帮助切割基片的激光束(K.Imoto等人，“Method and apparatus for dicing a substrate”，美国专利号5,916,460)。此外，可以首先利用激光来划表面槽并随后利用机械锯片来完成切割，对晶圆进行切割(N.C.Peng等人，“Wafer dicing device and method”，美国专利号6,737,606)。所述应用通常大量进行并因此处理速度尤为重要。