多光束整形激光加工系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多光束整形激光加工系統(tǒng)，它包括沿激光光路方向依次布置的激光器、柱面凹透鏡、柱面凸透鏡、一維衍射光學(xué)元件和聚焦透鏡。本發(fā)明這種多光束整形激光加工系統(tǒng)，能夠改善常見(jiàn)紫外納秒激光加工設(shè)備的加工效果，提高加工效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多光束整形激光加工系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多光束整形激光加工系統(tǒng)，主要用于對(duì)芯片的開(kāi)槽或切割加工。【背景技術(shù)】
[0002]市場(chǎng)對(duì)激光切割芯片質(zhì)量的要求越來(lái)越高，主要體現(xiàn)在需要更小的熱影響區(qū)，更快的切割速度等等，為了實(shí)現(xiàn)這些要求，出現(xiàn)了脈寬更短的皮秒、飛秒甚至阿秒激光器，主要是從改變脈寬的方面著手改善切割效果，但是這些激光器大多價(jià)格昂貴，目前市面上用于精細(xì)加工的激光設(shè)備大多使用納秒紫外激光器，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上面提及的高端激光器，但由于光學(xué)結(jié)構(gòu)的限制，越來(lái)越難滿足高精細(xì)的加工需要，要想實(shí)現(xiàn)精細(xì)加工，要么更換激光器，要么改進(jìn)光學(xué)結(jié)構(gòu)，而改進(jìn)光學(xué)結(jié)構(gòu)的成本相對(duì)小得多；
[0003]利用激光對(duì)樣品進(jìn)行各類(lèi)處理是激光加工領(lǐng)域最常見(jiàn)的工藝，傳統(tǒng)的激光加工系統(tǒng)在需要加大激光切寬或者加深切深時(shí)往往通過(guò)增加激光功率、離焦加工或者多次劃線等工藝方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些方式雖然可以增加切寬或者切深，但分別會(huì)帶來(lái)增加熱影響區(qū)、切割道形貌不佳和效率低等問(wèn)題；
[0004]利用衍射光學(xué)元件來(lái)提升加工效率的設(shè)備或文章已經(jīng)出現(xiàn)，但這種方法只是將一束激光分成多束，降低單光束的能量，通過(guò)多光束尾隨切割的方式改善切割效果，實(shí)質(zhì)上沒(méi)有改變單個(gè)聚焦激光光斑的能量分布，而激光的能量分布在一定程度上會(huì)影響切割效果；
[0005]現(xiàn)有的另一種光束整形工藝是通過(guò)柱透鏡組來(lái)實(shí)現(xiàn)光束整形，通過(guò)獲得較大長(zhǎng)寬比的條狀聚焦光斑的設(shè)備和文章亦已經(jīng)出現(xiàn)，這種方法的出發(fā)點(diǎn)主要是通過(guò)降低聚焦光斑在長(zhǎng)軸方向上的功率密度來(lái)降低熱影響區(qū)，但由于只有一束激光光斑，考慮到功率密度和材料損傷閾值的關(guān)系，在激光光斑長(zhǎng)軸方向上的兩端能量主要是在對(duì)材料進(jìn)行加熱，沒(méi)有去除效果；
[0006]常見(jiàn)一維衍射光學(xué)元件整形光路結(jié)構(gòu)如圖1左圖所示，激光器I發(fā)出的激光束1A，經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡2后得到經(jīng)過(guò)擴(kuò)束的新激光束2A，再經(jīng)過(guò)一維衍射光學(xué)元件5后獲得多束子激光束5A，一維衍射光學(xué)元件5的激光束分束數(shù)目根據(jù)設(shè)計(jì)值不同而不同，本發(fā)明中所有的示意圖均以分成三束為例，但實(shí)際數(shù)量按照權(quán)利要求書(shū)里面的界定，多束子激光束5A經(jīng)過(guò)激光聚焦鏡6聚焦獲得多束聚焦光束，最終在聚焦鏡的焦平面上獲得多個(gè)圓形激光光斑，將這些聚焦光斑聚焦到待加工樣品7的表面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上的切割，示意圖的初始狀態(tài)以在X方向上切割直線為例。
[0007]將圖1左圖中的部分光學(xué)元件做調(diào)整，例如將一維衍射光學(xué)元件在圖1左圖所示的初始狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)90 °，便可獲得在y方向排列的一維聚焦光斑，從而實(shí)現(xiàn)y方向上的直線切割，圖1中的附圖標(biāo)記5A'和6A'分別表示此情形下一維衍射光學(xué)元件分光后的子激光束和激光聚焦鏡聚焦前的聚焦光束。
[0008]圖2右圖所示是常見(jiàn)一維衍射光學(xué)元件整形光路實(shí)現(xiàn)一定切寬的光路示意圖，其中圖2左圖依舊是光路初始狀態(tài)示意圖，當(dāng)在小于90°的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件時(shí)，便可獲得在X方向或y方向上具有一定投影切寬的光斑分布，實(shí)現(xiàn)類(lèi)似激光開(kāi)槽的工藝，圖2中的附圖標(biāo)記5A''和6A''分別表示此情形下一維衍射光學(xué)元件分光后的子激光束和激光聚焦鏡聚焦前的聚焦光束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的是:針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種多光束整形激光加工系統(tǒng)，以改善常見(jiàn)紫外納秒激光加工設(shè)備的加工效果，提高加工效率。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種多光束整形激光加工系統(tǒng)，包括沿激光光路方向依次布置的激光器、柱面凹透鏡、柱面凸透鏡、一維衍射光學(xué)元件和聚焦透鏡。
[0011]作為優(yōu)選，所述柱面凹透鏡的像方虛焦點(diǎn)與所述柱面凸透鏡的物方實(shí)焦點(diǎn)重合。
[0012]作為優(yōu)選，所述激光器和柱面凹透鏡之間布置有擴(kuò)束鏡。
[0013]作為優(yōu)選，所述擴(kuò)束鏡的擴(kuò)束倍率在I?4倍之間。
[0014]作為優(yōu)選，所述激光器為紫外納秒激光器。
[0015]作為優(yōu)選，所述柱面凸透鏡的焦距絕對(duì)值為所述柱面凹凸鏡的焦距絕對(duì)值的1.1 ?1.3 倍。
[0016]作為優(yōu)選，所述一維衍射光學(xué)元件的分光數(shù)目在4?14個(gè)之間。
[0017]作為另一種優(yōu)選方式，所述一維衍射光學(xué)兀件的分光數(shù)目在2?6個(gè)之間。
[0018]作為優(yōu)選，所述一維衍射光學(xué)元件的光束分離角在0.005°?0.1°之間。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0020]1、本發(fā)明是這種多光束整形激光加工系統(tǒng)，在傳統(tǒng)多光束光路結(jié)構(gòu)中增加了一組柱透鏡一柱面凹透鏡和柱面凸透鏡，從而可以根據(jù)不同的需要恰當(dāng)改變柱面凹透鏡和柱面凸透鏡之間的距離，最終在激光聚焦鏡的焦平面上獲得不同形貌和不同分布的多個(gè)橢圓激光光斑，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整形，不但可以改善激光加工效果，還可以提高加工效率。相對(duì)于更早期的單高斯圓光斑激光加工系統(tǒng)，本發(fā)明除增加了一組數(shù)透鏡一柱面凹透鏡和柱面凸透鏡，還增加了 一維衍射光學(xué)元件。
[0021]2、因?yàn)楸景l(fā)明是這種多光束整形激光加工系統(tǒng)可以整體旋轉(zhuǎn)柱透鏡組，所以理論上可以在任意方向獲得相同的激光光斑形貌及相對(duì)位置分布，相比于現(xiàn)有技術(shù)中部分設(shè)備需要在切割完X方向后將芯片旋轉(zhuǎn)90°再切割的方式，本發(fā)明可以在X和y方向都能獲得相同的激光光斑形貌和相同的相對(duì)位置分布。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0023]圖1所示為常見(jiàn)多光束整形系統(tǒng)的其中一種一維光斑相對(duì)位置分布圖，主要用于在X方向或者y方向獲得較細(xì)的切割線；
[0024]圖2所示為常見(jiàn)多光束整形系統(tǒng)的另外一種一維光斑相對(duì)位置分布圖，主要用于在X方向或者I方向獲得一定切寬的切割線；
[0025]圖3左邊所示為本發(fā)明所使用的光路結(jié)構(gòu)示意圖，假定原始激光光斑相對(duì)位置如左圖所示，按照標(biāo)注所述的方法，可以獲得圖3右圖所示的新激光光斑分布，從而可以實(shí)現(xiàn)窄而深的I向切割；圖中虛線框表示被旋轉(zhuǎn)的部件；
[0026]圖4左邊所示為本發(fā)明所使用的光路結(jié)構(gòu)示意圖，假定原始激光光斑相對(duì)位置如左圖所示，按照標(biāo)注所述的方法，可以獲得圖4右圖所示的新激光光斑分布，從而可以實(shí)現(xiàn)窄而深的X向切割；
[0027]圖5左邊所示為本發(fā)明所使用的光路結(jié)構(gòu)示意圖，假定原始激光光斑相對(duì)位置如左圖所示，按照標(biāo)注所述的方法，可以獲得圖5右圖所示的新激光光斑分布，從而可以實(shí)現(xiàn)一定切寬的I向開(kāi)槽工藝；
[0028]圖6左邊所示為本發(fā)明所使用的光路結(jié)構(gòu)示意圖，假定原始激光光斑相對(duì)位置如左圖所示，按照標(biāo)注所述的方法，可以獲得圖6右圖所示的新激光光斑分布，從而可以實(shí)現(xiàn)一定切寬的X向開(kāi)槽工藝；
[0029]圖7所示為常見(jiàn)一維衍射光學(xué)元件整形光路獲得的激光聚焦光斑在X方向上劃線、切割芯片樣品的示意圖，圖中箭頭表示加工方向，附圖標(biāo)記20表示芯片的功能區(qū)，附圖標(biāo)記21表示芯片的切割道所在位置，附圖標(biāo)記22表示激光切割后的切痕；
[0030]圖8所示為常見(jiàn)一維衍射光學(xué)元件整形光路獲得的激光聚焦光斑在芯片上沿X方向上劃線、切割芯片樣品的示意圖，圖中箭頭表示加工方向；
[0031]圖9所示為常見(jiàn)一維衍射光學(xué)元件整形光路獲得的激光聚焦光斑在X方向上切割一定線寬的示意圖，例如開(kāi)槽工藝，圖中箭頭表示加工方向；
[0032]圖10所示為常見(jiàn)一維衍射光學(xué)元件整形光路獲得的激光聚焦光斑在y方向上切割一定線寬的示意圖，例如開(kāi)槽工藝，圖中箭頭表示加工方向；
[0033]圖11所示是本發(fā)明的多光束整形激光加工系統(tǒng)獲得的激光聚焦光斑在X方向上劃線、切割芯片樣品的示意圖，圖中箭頭表示加工方向，附圖標(biāo)記20表示芯片的功能區(qū)，附圖標(biāo)記21表示芯片的切割道所在位置，附圖標(biāo)記22表示激光切割后的切痕；
[0034]圖12所示是本發(fā)明的多光束整形激光加工系統(tǒng)獲得的激光聚焦光斑在y方向上劃線、切割芯片樣品的示意圖，圖中箭頭表示加工方向；。
[0035]圖13所示是本發(fā)明的多光束整形激光加工系統(tǒng)獲得的激光聚焦光斑在X方向上切割一定線寬的示意圖，例如開(kāi)槽工藝，圖中箭頭表示加工方向；
[0036]圖14所示是本發(fā)明的多光束整形激光加工系統(tǒng)獲得的激光聚焦光斑在y方向上切割一定線寬的示意圖，例如開(kāi)槽工藝，圖中箭頭表示加工方向。
[0037]其中:1_激光器，2-擴(kuò)束鏡，3-柱面凹凸鏡，4-柱面凸透鏡，5-—維衍射光學(xué)元件，6-聚焦透鏡，7-待加工材料。
【具體實(shí)施方式】
[0038]實(shí)施例:圖3?圖6出不了本發(fā)明這種多光束整形激光加工系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例。如圖3所示，該多光束整形激光加工系統(tǒng)包括沿激光光路方向依次布置的激光器1、擴(kuò)束鏡2、柱面凹透鏡3、柱面凸透鏡4、一維衍射光學(xué)元件5和聚焦透鏡6。其中擴(kuò)束鏡2的作用主要是為了改變光束的直徑，當(dāng)然經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后的激光束的發(fā)散角也會(huì)有所縮小，但目前大多激光器的激光發(fā)散角都已經(jīng)控制得比較小，如果激光器I發(fā)出的原始激光束直徑足夠大(大于5mm)，那么就不需要設(shè)置該擴(kuò)束鏡2。擴(kuò)束鏡2的擴(kuò)束倍率一般選擇在I?4倍之間，倍率若太大，則不利于后續(xù)光學(xué)零部件的實(shí)際調(diào)試；當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要選擇I倍擴(kuò)束時(shí)，即相當(dāng)于可以不使用擴(kuò)束鏡。
[0039]可見(jiàn)，本實(shí)施例這種多光束整形激光加工系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)一維衍射光學(xué)元件整形光路結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵區(qū)別在于:在激光器I和一維衍射光學(xué)元件5之間設(shè)置了由柱面凹透鏡3和柱面凸透鏡4構(gòu)成的柱透鏡組。
[0040]工作時(shí)，激光器I發(fā)出的原始激光束IA經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡2后得到直徑變大的新激光束2A，新激光束2A射到柱面凹透鏡3上，此柱面凹透鏡3可以將激光光束在一個(gè)方向上發(fā)散，另一個(gè)方向上保持原始傳輸特性不變。經(jīng)柱面凹透鏡3整形后的激光束再經(jīng)過(guò)所述柱面凸透鏡4，恰當(dāng)設(shè)置柱面凹透鏡3和柱面凸透鏡4的相對(duì)位置，可以從柱面凸透鏡4的出射面獲得一個(gè)在某一方向上尺寸沒(méi)有變化而在與前述方向相垂直的另外一個(gè)方向上被擴(kuò)束的準(zhǔn)直平行光束，此平行光束的截面形貌由最初的圓形變成橢圓形，橢圓的長(zhǎng)短軸之比取決于柱面凹透鏡3和柱面凸透鏡4的參數(shù)匹配。具有一定長(zhǎng)短軸比的準(zhǔn)直橢圓激光束入射到一維衍射光學(xué)元件5上，一維衍射光學(xué)元件5的目的是將入射激光按照設(shè)計(jì)的數(shù)量和分離角出射出去，從柱面凸透鏡4準(zhǔn)直出射的橢圓激光束經(jīng)過(guò)一維衍射光學(xué)元件5后分成多束橢圓形的子光束，這些子光束相對(duì)于入射到一維衍射光學(xué)元件上的激光束，只是在傳播方向和能量上有差異。具有橢圓形狀的子激光束入射到激光聚焦鏡上，根據(jù)高斯光斑計(jì)算公式，經(jīng)過(guò)聚焦后的激光光斑直徑與入射光斑直徑成反比，所以橢圓入射光斑經(jīng)過(guò)聚焦鏡6聚焦后亦能在焦平面上獲得一個(gè)橢圓形貌的激光聚焦光斑，激光聚焦鏡6把這些聚焦光斑聚焦到待加工材料7的表面以對(duì)材料進(jìn)行加工?？梢?jiàn)，柱面凹透鏡3和柱面凸透鏡4構(gòu)成的柱透鏡組以及一維衍射光學(xué)元件都實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光不同類(lèi)型的整形。通過(guò)旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件或者整體旋轉(zhuǎn)柱面凹透鏡3和柱面凸透鏡4構(gòu)成的柱透鏡組，即可以改變聚焦光斑在待加工材料7上的能量分布，針對(duì)不同材料的加工需求。
[0041]圖3左圖所示為本發(fā)明所使用的多光束整形激光加工系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)示意圖，以如圖3左圖所示的架構(gòu)安排作為本發(fā)明所涉及的激光加工系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)，激光器I發(fā)出的原始激光束IA經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡2后獲得擴(kuò)束的新激光束2A，經(jīng)過(guò)柱面凹透鏡3后得到一個(gè)方向上發(fā)散而另一個(gè)方向保持不變的激光束，該激光束再經(jīng)過(guò)柱面凸透鏡4后，在調(diào)整柱面凹透鏡3和柱面凸透鏡4共焦的前提下，可從柱面凸透鏡4的出射面獲得橢圓形貌分布的準(zhǔn)直激光束，經(jīng)過(guò)柱透鏡組整形后的準(zhǔn)直光束入射進(jìn)入一維衍射光學(xué)元件5，獲得多束子激光束5A，這些子激光束依舊具有橢圓形貌特征，這些子激光束再次入射到激光聚焦鏡6上，最終在激光聚焦鏡6的焦平面上獲得多個(gè)橢圓形貌的激光聚焦光斑，將這些聚焦光斑聚焦到待加工材料7上即可實(shí)現(xiàn)加工，且由于對(duì)光斑進(jìn)行了整形，切割速度也會(huì)得到提升，其中附圖標(biāo)記6A表示聚焦前的聚焦激光束。
[0042]圖3右圖所示為利用本發(fā)明激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)y方向線切割的示意圖。主要是在圖3左圖所示的基礎(chǔ)上將一維衍射光學(xué)元件5旋轉(zhuǎn)90°，便可使得多個(gè)聚焦光斑沿著y方向排列，且每個(gè)橢圓形聚焦光斑的長(zhǎng)軸都平行于I方向。這種形式便可在y方向獲得狹窄的切割線或者窄而深的切割線，且由于對(duì)光斑進(jìn)行了整形，切割速度也會(huì)得到提升。其中附圖標(biāo)記5B表示旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件后獲得的在空間上重新分布的新的多束子激光束，附圖標(biāo)記6B表示5B聚焦鏡聚6焦前的聚焦激光束。
[0043]圖4右圖所示為利用本發(fā)明的激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)X方向線切割的示意圖。主要是在圖4左圖所示的基礎(chǔ)上將柱面凹凸鏡3和柱面凸透鏡4構(gòu)成的柱透鏡組整體旋轉(zhuǎn)90°，使得多個(gè)聚焦光斑沿著X方向排列，且每個(gè)單個(gè)聚焦光斑長(zhǎng)軸都平行于X方向，這種形式便可在X方向獲得狹窄的切割線或者窄而深的切割線，且由于對(duì)光斑進(jìn)行了整形，切割速度也會(huì)得到提升。其中附圖標(biāo)記5C表示整體旋轉(zhuǎn)柱透鏡組后獲得的在空間上重新分布的新的多束子激光束，附圖標(biāo)記6C表示5C在聚焦鏡聚焦前的聚焦激光束。
[0044]圖5右圖所示為利用本發(fā)明的激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)y方向線切割一定線寬的示意圖，例如激光開(kāi)槽工藝。主要是在圖5左圖所示的基礎(chǔ)上在小于90°的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件5，便可獲得一個(gè)新的聚焦光斑分布形式:每個(gè)聚焦光斑的幾何中心連起來(lái)的線既不平行于X軸，也不平行于y軸，與X軸或者y軸的夾角在0°到90°之間，且在初始狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件并沒(méi)有改變單個(gè)聚焦光斑的長(zhǎng)短軸分布方向。圖5右圖所示的光路分布由于聚焦光斑的長(zhǎng)軸沿著y方向，所以比價(jià)適合在y方向上開(kāi)槽，且由于對(duì)光斑進(jìn)行了整形，切割速度也會(huì)得到提升。其中附圖標(biāo)記表示旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件后獲得的在空間上重新分布的新的多束子激光束，附圖標(biāo)記6D表示在聚焦鏡聚焦前的聚焦激光束。
[0045]圖6右圖所示為利用本發(fā)明的激光加工系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)X方向線切割一定線寬的示意圖，例如激光開(kāi)槽工藝。主要是在圖6左圖所示的基礎(chǔ)上，在小于90°的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件，同時(shí)整體旋轉(zhuǎn)由柱面凹凸鏡3和柱面凸透鏡4構(gòu)成的柱透鏡組，便可獲得一個(gè)新的聚焦光斑分布:每個(gè)聚焦光斑的幾何中心連起來(lái)的線既不平行于X軸，也不平行于I軸，與X軸或者y軸的夾角在0°到90°之間，且通過(guò)整體旋轉(zhuǎn)柱透鏡組可以改變單個(gè)聚焦光斑的長(zhǎng)短軸分布方向。圖6右圖所不的光路分布由于聚焦光斑的長(zhǎng)軸沿著X方向分布(與X方向平行)，所以比較適合在X方向上開(kāi)槽，且由于對(duì)光斑進(jìn)行了整形，切割速度也會(huì)得到提升。其中附圖標(biāo)記5E表示旋轉(zhuǎn)一維衍射光學(xué)元件和整體旋轉(zhuǎn)柱透鏡組后獲得的在空間上重新分布的新的多束子激光束，附圖標(biāo)記6E表示5E在聚焦鏡聚焦前的聚焦激光束。
[0046]由上可見(jiàn)，
[0047]本發(fā)明涉及的光學(xué)系統(tǒng)中增加了一組柱透鏡一柱面凹透鏡3和柱面凸透鏡4，規(guī)定沿著光路傳播方向?yàn)檎较颍瑒t假定柱面凹透鏡的焦距為_(kāi)f，則柱面凸透鏡的焦距選擇在1.lf-3.0f之間，通過(guò)調(diào)整柱面凹透鏡與柱面凸透鏡之間的相對(duì)距離，可以從柱面凸透鏡的出射面獲得一個(gè)初步整形的激光束，此激光束在一個(gè)方向上，假定為X方向，X方向上的激光束相比于經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡后的激光束在直徑上沒(méi)有變化，且為準(zhǔn)直出射，及此柱透鏡組對(duì)于激光束在這個(gè)方向上沒(méi)有整形效果，但在與之垂直的方向上，假定為y方向，y方向上的激光束會(huì)被這組柱透鏡改變傳播特性，通過(guò)調(diào)整柱面凹透鏡和柱面凸透鏡之間的距離，可以從柱面凸透鏡的出射面獲得一個(gè)在y方向匯聚、發(fā)散或者準(zhǔn)直的激光束，根據(jù)不同的需要可以恰當(dāng)改變這組柱透鏡之間的距離來(lái)獲得不同形貌的聚焦光斑。
[0048]本發(fā)明中用到的另外一個(gè)重要光學(xué)部件是一維衍射光學(xué)元件，功能是將原始激光束按照設(shè)計(jì)的分離角和特定的數(shù)量在一維方向上分開(kāi)，柱透鏡組對(duì)光束的整形可以較大幅度的降低切割時(shí)的熱影響區(qū)，而一維衍射光學(xué)元件通過(guò)分離出多個(gè)激光束得到多個(gè)聚焦光斑的方法，不但可以進(jìn)一步降低熱影響區(qū)，還可以大大提高加工速度。
[0049]當(dāng)下一維衍射光學(xué)元件的使用已經(jīng)慢慢開(kāi)始普及,此元件比較重要的參數(shù)包括光束分離角和分光數(shù)目等，其中分光數(shù)目主要取決于激光光源的功率和所需要的最大切寬或者需要的切深，光束分離角則會(huì)影響切割效果。
[0050]當(dāng)待加工樣品的切寬要求較寬或者切深要求較深時(shí)，就需要較多的分光數(shù)目，定義字母η為分光數(shù)目，當(dāng)然窄切寬或者淺切深都意味著相對(duì)較低的激光總功率，所以降低了對(duì)激光器功率的要求，本發(fā)明中考慮到目前常見(jiàn)芯片要求的開(kāi)槽寬度在20Um-80Um之間，所以選擇分光數(shù)目在4個(gè)到14個(gè)之間，分光數(shù)目太少是無(wú)法滿足切寬要求，分光數(shù)目太多時(shí)，由于激光器的總功率有限，則每束子光束獲得的功率就會(huì)變少，當(dāng)每束子激光束的功率密度小于待加工樣品的損傷閾值時(shí)就失去的切割去除材料的效果；
[0051]當(dāng)客戶(hù)要求的是窄切寬、深切深和較小的熱影響區(qū)時(shí)，需要將多光束并到一條線上切割，并且我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于這種要求，一維衍射光學(xué)元件的分光束數(shù)目在2-6個(gè)之間較佳，分光束為I時(shí)就根本沒(méi)有分光效果，分光數(shù)目太多時(shí)，對(duì)切深的加深幾乎沒(méi)有幫助，反而會(huì)增加熱影響區(qū)，并由于分光數(shù)目的增加而無(wú)謂增加對(duì)激光器的要求，進(jìn)而提高設(shè)備成本。
[0052]在實(shí)際使用時(shí)，為了獲得十分標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形激光光斑，最好將所述柱面凹透鏡3的像方虛焦點(diǎn)調(diào)整到與所述柱面凸透鏡4的物方實(shí)焦點(diǎn)重合。
[0053]光束分離角的大小會(huì)影響切割效果，在此申明，除特別注明外，本發(fā)明中所有提到的光束分離角均指經(jīng)過(guò)一維衍射光學(xué)元件分開(kāi)后的相鄰兩束子激光束之間的夾角，并定義字母β為此光束分離角，本發(fā)明中界定光束分離角在0.005° -0.1°之間，光束分離角太小時(shí)，經(jīng)過(guò)聚焦透鏡后的激光光斑就不能有效的在空間上分開(kāi)，當(dāng)要求一定切寬時(shí)，切寬可調(diào)的范圍就非常有限，或者當(dāng)需要將多光束并到一條線上且與切割方向相同時(shí)，會(huì)由于相鄰光光點(diǎn)之間的距離太短而導(dǎo)致第一個(gè)光點(diǎn)沒(méi)有足夠的時(shí)間去除材料，降低加工效率，當(dāng)光束分離角太大時(shí)，經(jīng)聚焦鏡聚焦后的激光光斑中心距離太大，切割中會(huì)因?yàn)橄噜徏す恻c(diǎn)作用到材料上時(shí)在時(shí)間上的差異而影響切割形貌，或者當(dāng)需要將多光束并到一條線上，且與切割方向相同時(shí)，會(huì)由于相鄰激光點(diǎn)之間的距離太長(zhǎng)，材料被第一個(gè)激光點(diǎn)作用了很久后才被下一個(gè)激光點(diǎn)作用，降低了切割效率，還會(huì)大大影響切割效果。
[0054]本發(fā)明的其中一種實(shí)施方式具體體現(xiàn)如下，激光器I選用355nm的紫外脈沖激光器，柱面凹透鏡的焦距為-25mm，柱面凸透鏡的焦距選擇為50mm，柱面凹透鏡與柱面凸透鏡平面之間的距離約為19mm，激光聚焦鏡的焦距約為50mm，被加工的材料為厚度120um的裸硅片，在進(jìn)行線切割時(shí)，選用的為1X4的一維衍射光學(xué)元件，在進(jìn)行類(lèi)似激光開(kāi)槽工藝時(shí)，選用的是1X7的一維衍射光學(xué)元件。
[0055]當(dāng)然，上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓人們能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多光束整形激光加工系統(tǒng),其特征在于:它包括沿激光光路方向依次布置的激光器(I)、柱面凹透鏡(3)、柱面凸透鏡(4)、一維衍射光學(xué)元件(5)和聚焦透鏡(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述柱面凹透鏡(3)的像方虛焦點(diǎn)與所述柱面凸透鏡(4 )的物方實(shí)焦點(diǎn)重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器(I)和柱面凹透鏡(3)之間布置有擴(kuò)束鏡(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述擴(kuò)束鏡(2)的擴(kuò)束倍率在I?4倍之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器(I)為紫外納秒激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述柱面凸透鏡(4)的焦距絕對(duì)值為所述柱面凹凸鏡(3)的焦距絕對(duì)值的1.1?1.3倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述一維衍射光學(xué)元件(4)的分光數(shù)目在4?14個(gè)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述一維衍射光學(xué)元件(4)的分光數(shù)目在2?6個(gè)之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光束整形激光加工系統(tǒng)，其特征在于:所述一維衍射光學(xué)元件(4)的光束分離角在0.005°?0.1°之間。
【文檔編號(hào)】B23K26/073GK103846547SQ201410048914
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】王杰, 潘傳鵬 申請(qǐng)人:蘇州蘭葉光電科技有限公司