CN110587124B - 一种飞秒激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种飞秒激光加工装置，本发明利用第一能量激光进行分束处理，分束得到的第一中心激光穿过光闸进行对准操作，而分束得到的第一边缘激光经光闸反射进行工件切割或钻孔的边缘修复，得到较为规整的通孔侧壁或切割道侧壁。

Description

一种飞秒激光加工装置
技术领域
本发明涉及半导体工件加工领域，具体为一种飞秒激光加工装置。
背景技术
众所周知，物质是由分子和原子组成的，但是它们不是静止的，都在快速地运动着，这是微观物质的一个非常重要的基本属性。飞秒激光的出现使人类第一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程。基于这些科学上的发现，飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用。特别值得提出的是，由于飞秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病变早期诊断、医学成象和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。在微加工领域，由于其对材料周围影响极小，能安全的切割，打孔、雕刻，甚至应用于集成电路的光刻工艺中。在国防领域，飞秒激光应用在安全切割高爆炸药，拆除废旧退役的火箭，炮弹等。在医学领域，飞秒激光像一把精密的手术刀，用于治疗近视，美容等方面。在生物学领域，飞秒激光轰击细胞 DNA，使其发生突变，用于研究基因变化的各种影响。 在环境领域，飞秒激光 LIBS 技术测量大气污染成分，检测环境污染水平。在科研领域，飞秒激光更是无处不在。随着飞秒激光技术的发展，飞秒激光能在更多领域获得更多的应用。
在半导体制程中，基板或器件间的上下互通互连，往往需要通孔来实现，半导体器件的单体化往往需要切割来实现。由于尺寸逐渐缩小，较小的高宽比（截面）的通孔以及较为不规则的切割道已经无法满足尺寸需要。例如，在单束激光钻孔过程中，由于在开始钻蚀的部分（工件的顶面）温度较高，钻蚀过快，其上部的侧壁部分也会受到持续的高温，如若按照上述的情形继续进行钻蚀，工件顶面部分的通孔位置的孔径将远大于所述衬底底面部分的通孔位置的孔径，并且侧壁是不平整的。这在实际生产中是极为不利的。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种飞秒激光加工装置，包括第一激光器、第二激光器、分束镜、光闸、对准板和聚光镜，其中，所述第一激光器、分束镜、光闸、对准板沿着第一光路依次排列，所述第二激光器、光闸、聚光镜沿着第二光路依次排列；所述第一激光器沿着所述第一光路发出第一能量激光，所述第二激光器为飞秒激光器，其沿着第二光路发出第二能量激光；其中，所述第一光路垂直于所述第二光路；
其中：所述光闸包括中心部分和围绕所述中心部分的边缘部分，所述中心部分为透光部分，所述边缘部分为反光部分；所述第一能量激光经分束镜分为第一中心激光和围在所述第一中心激光的第一边缘激光，所述第一中心激光透过所述中心部分用作与所述对准板对准的对准激光；所述第一边缘激光经所述边缘部分反射沿着第二光路到达聚光镜上，所述第二能量激光透过所述光闸的所述中心部分到达所述聚光镜上，经聚光镜改变路径聚集，第一边缘激光聚焦为边缘的第二边缘激光，第二能量激光聚焦为中心的第二中心激光。
根据本发明的实施例，还包括载物台，所述载物台用于承载待加工工件，其中，所述第二中心激光对准工件的待切割或钻孔的中心位置，所述第二边缘激光围绕于所述中心位置的周边位置。
根据本发明的实施例，所述分束镜为凹透镜与凸透镜的组合。
根据本发明的实施例，所述光闸与所述第一光路和第二光路的夹角均为45度。
根据本发明的实施例，所述第一能量激光的波长为350nm，所述第二能量激光的波长为1060nm。
根据本发明的实施例，所述边缘部分具有反射350nm的反射膜。
根据本发明的实施例，所述对准板为透明基板，在所述透明基板上具有刻画的对准标记。
本发明的优点如下：本发明利用第一能量激光进行分束处理，分束得到的第一中心激光穿过光闸进行对准操作，而分束得到的第一边缘激光经光闸反射进行工件切割或钻孔的边缘修复，得到较为规整的通孔侧壁或切割道侧壁。
附图说明
图1为本发明的飞秒激光加工装置的示意图；
图2为本发明的工件激光加工时的侧面示意图。
具体实施方式
参加图1和2，本发明的飞秒激光加工装置，包括第一激光器20、第二激光器10、分束镜3、光闸5、对准板4和聚光镜6，其中，所述第一激光器20、分束镜3、光闸5、对准板4沿着第一光路依次排列，所述第二激光器10、光闸5、聚光镜6沿着第二光路依次排列；所述第一激光器20沿着所述第一光路发出第一能量激光21，所述第二激光器10为飞秒激光器，其沿着第二光路发出第二能量激光11；其中，所述第一光路垂直于所述第二光路；
其中：所述光闸5包括中心部分51和围绕所述中心部分51的边缘部分52，所述中心部分51为透光部分，所述边缘部分52为反光部分；所述第一能量激光21经分束镜3分为第一中心激光23和围在所述第一中心激光23的第一边缘激光22，所述第一中心激光23透过所述中心部分51用作与所述对准板4对准的对准激光；所述第一边缘激光22经所述边缘部分52反射沿着第二光路到达聚光镜6上，所述第二能量激光11透过所述光闸5的所述中心部分51到达所述聚光镜6上，经聚光镜6改变路径聚集，第一边缘激光22聚焦为边缘的第二边缘激光24，第二能量激光11聚焦为中心的第二中心激光12。
根据本发明的实施例，还包括载物台（未示出，其承载工件），所述载物台用于承载待加工工件7，其中，所述第二中心激光12对准工件7的待切割或钻孔的中心位置9，所述第二边缘激光24围绕于所述中心位置8的周边位置9。
其中，所述分束镜3为凹透镜与凸透镜的组合，所述光闸5与所述第一光路和第二光路的夹角均为45度。所述第一能量激光21的波长为350nm，所述第二能量激光11的波长为1060nm，所述边缘部分52具有反射350nm的反射膜。
所述对准板4为透明基板，在所述透明基板上具有刻画的对准标记。在使用时，预先使用第一能量激光21的中心部分，即第一中心激光23对准所述刻画的对准标记，以完成激光器的对准，其中第一激光器和第二激光器相对固定，可以一并通过该步骤进行调节。在对准时，第一边缘激光22可以经由一遮光板挡住，该遮光板设置于所述分束镜3和光闸5之间。
在进行激光加工时，所述第二能量激光11作为飞秒激光，进行主要的中心区域钻蚀，而第二边缘激光24作为边缘区域的修复激光，边缘激光能量较小，其主要在于对侧壁的修复，从而避免侧壁的不规则、塌陷风险。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种飞秒激光加工装置，包括第一激光器、第二激光器、分束镜、光闸、对准板和聚光镜，其中，所述第一激光器、分束镜、光闸、对准板沿着第一光路依次排列，所述第二激光器、光闸、聚光镜沿着第二光路依次排列；所述第一激光器沿着所述第一光路发出第一能量激光，所述第二激光器为飞秒激光器，其沿着第二光路发出第二能量激光；其中，所述第一光路垂直于所述第二光路；
其特征在于：所述光闸包括中心部分和围绕所述中心部分的边缘部分，所述中心部分为透光部分，所述边缘部分为反光部分；所述第一能量激光经分束镜分为第一中心激光和围绕所述第一中心激光的第一边缘激光，所述第一中心激光透过所述中心部分用作与所述对准板对准的对准激光；所述第一边缘激光经所述边缘部分反射沿着第二光路到达聚光镜上，所述第二能量激光透过所述光闸的所述中心部分到达所述聚光镜上，经聚光镜改变路径聚集，第一边缘激光聚焦为边缘的第二边缘激光，第二能量激光聚焦为中心的第二中心激光。
2.根据权利要求1所述的飞秒激光加工装置，其特征在于：还包括载物台，所述载物台用于承载待加工工件，其中，所述第二中心激光对准工件的待切割或钻孔的中心位置，所述第二边缘激光围绕于所述中心位置的周边位置。
3.根据权利要求1所述的飞秒激光加工装置，其特征在于：所述分束镜为凹透镜与凸透镜的组合。
4.根据权利要求1所述的飞秒激光加工装置，其特征在于：所述光闸与所述第一光路和第二光路的夹角均为45度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的飞秒激光加工装置，其特征在于：所述第一能量激光的波长为350nm，所述第二能量激光的波长为1060nm。
6.根据权利要求5所述的飞秒激光加工装置，其特征在于：所述边缘部分具有反射波长为350nm的第一能量激光的反射膜。
7.根据权利要求6所述的飞秒激光加工装置，其特征在于：所述对准板为透明基板，在所述透明基板上具有刻画的对准标记。
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