Dispositivos de procesamiento con láser.
Aparato de procesamiento con láser (20) para irradiar un objeto a procesar en forma de oblea (1) con luz láser (L1) mientras se sitúa un punto de convergencia de la luz (P) en el interior del objeto para así formar una zona modificada (7),
comprendiendo el aparato:
un expansor de haz (34) para aumentar el tamaño de haz de la luz láser emitida desde una fuente de luz láser (22);
una lente condensadora (31) para converger la luz láser que incide sobre la misma por medio del expansor de haz hacia el objeto; y caracterizado por:
un elemento de sujeción de la lente (29) que sujeta la lente condensadora (31) y que incluye un primer orificio de transmisión de luz (32) para hacer que la luz láser incida sobre la lente condensadora;
en el cual un elemento de diafragma (38), que tiene un segundo orificio de transmisión de luz (39) para reducir y transmitir la luz láser, se dispone en una trayectoria óptica de la luz láser (L1) que conecta el expansor de haz (34) y el primer orificio de transmisión de luz (32) entre sí y está dispuesto para quedar separado del elemento de sujeción de la lente (29), de manera que se evita que el calor se transmita del elemento de diafragma (38) al elemento de sujeción de la lente (29), en el que la luz láser (L1) emitida desde el expansor de haz (34) es luz paralela, el segundo orificio de transmisión de luz (39) tiene un diámetro no mayor que el del primer orificio de transmisión de luz (32), y en el que el primer orificio de transmisión de luz (32) actúa de pupila de entrada de la luz láser (L1) a la lente condensadora (31) y la zona modificada (7) se forma por absorción multifotónica en el interior del objeto que se produce bajo un estado en el que la densidad de potencia máxima de la luz láser es de 1 x 108 W/cm2 o mayor.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2003/015555.
Solicitante: HAMAMATSU PHOTONICS K.K..
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 1126-1, ICHINO-CHO HAMAMATSU-SHI, SHIZUOKA-KEN 435-8558 JAPON.
Inventor/es: FUKUYO,FUMITSUGU, FUKUMITSU,KENSHI, OSAJIMA,Tetsuya.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B23K101/40 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B23 MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO EN OTRO LUGAR. › B23K SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO O CHAPADO POR SOLDADURA O SOLDADURA SIN FUSION; CORTE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO, p. ej. CORTE CON SOPLETE; TRABAJO POR RAYOS LASER (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión de metales B21C 23/22; realización de guarniciones o recubrimientos por moldeo B22D 19/08; moldeo por inmersión B22D 23/04; fabricación de capas compuestas por sinterización de polvos metálicos B22F 7/00; disposiciones sobre las máquinas para copiar o controlar B23Q; recubrimiento de metales o recubrimiento de materiales con metales, no previsto en otro lugar C23C; quemadores F23D). › B23K 101/00 Objetos fabricados por soldadura sin fusión, soldadura o corte. › Dispositivos semiconductores.
- B23K26/04 B23K […] › B23K 26/00 Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado. › Alineación, apuntado o focalización automáticos del haz de rayos láser, p. ej. utilizando la luz difundida de vuelta.
- B23K26/06 B23K 26/00 […] › Determinación de la configuración del haz de rayos, p. ej. con ayuda de máscaras o de focos múltiples.
- B23K26/14 B23K 26/00 […] › con una corriente de fluido asociada al haz de rayos, p. ej. un chorro de gas; Boquillas para tal fin (B23K 26/12 tiene prioridad).
- B23K26/40 B23K 26/00 […] › tomando en consideración las propiedades del material involucrado.
- B28D1/22 B […] › B28 TRABAJO DEL CEMENTO, DE LA ARCILLA O LA PIEDRA. › B28D TRABAJO DE LA PIEDRA O DE MATERIALES SIMILARES A LA PIEDRA (máquinas o procedimientos de explotación de minas o canteras E21C). › B28D 1/00 Trabajo de la piedra o de los materiales análogos, p. ej. ladrillos, hormigón, no previsto en otro lugar; Máquinas, dispositivos, herramientas a este efecto (trabajo fino de las perlas, joyas, cristales B28D 5/00; trabajo con muela o pulido B24; dispositivos o medios para desgastar o acondicionar el estado de superficies abrasivas B24B 53/00). › por recorte, p. ej. ejecución de entalladuras.
- B28D5/00 B28D […] › Trabajo mecánico de las piedras finas, piedras preciosas, cristales, p. ej. de materiales para semiconductores; Aparatos o dispositivos a este efecto (trabajo con muela o pulido B24; con fines artísticos B44B; por procedimientos no mecánicos C04B 41/00; postratamiento no mecánico de monocristales C30B 33/00).
- H01S3/00 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EL PROCESO DE AMPLIFICACION DE LUZ MEDIANTE EMISION ESTIMULADA DE RADIACIÓN [LASER] PARA AMPLIFICAR O GENERAR LUZ; DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EMISION ESTIMULADA DE RADIACION ELECTROMAGNETICA EN RANGOS DE ONDA DISTINTOS DEL ÓPTICO. › Láseres, es decir, dispositivos que utilizan la emisión estimulada de la radiación electromagnética en el rango de infrarrojos, visible o ultravioleta (láseres de semiconductores H01S 5/00).
PDF original: ES-2381254_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Dispositivos de procesamiento con láser.
La presente invención se refiere a aparatos de procesamiento con láser para formar una zona modificada por absorción multifotónica en el interior de un objeto a procesar en forma de oblea según el preámbulo de las reivindicaciones 1, 2 y 3 respectivamente (véase, por ejemplo, US 4 861 964) .
Antecedentes
Convencionalmente se conocen aparatos de procesamiento con láser que realizan un procesamiento, tal como el corte por fusión por irradiación de un objeto a procesar con luz láser. En general, este tipo de aparato de procesamiento con láser incluye un cabezal láser provisto de una lente condensadora para converger la luz láser sobre un objeto a procesar, mientras que en el lado de entrada de luz láser del cabezal láser se dispone un orificio de transmisión de luz como pupila de entrada para permitir que la luz láser incidente sobre la lente convergente tenga un diámetro fijo (véase, por ejemplo, la solicitud de patente Japonesa puesta a disposición del público nº HEI 5-212571 y la solicitud de modelo de utilidad Japonés puesta a disposición del público nº HEI 3-18.979) .
US 4.861.964 A describe un sistema de marcado con láser para irradiar superficialmente un substrato plano con un rayo láser de excímero. El sistema comprende un expansor de haz láser para producir un rayo de forma rectangular, una abertura en forma de ranura para bloquear una zona límite del rayo láser expandido, y una lente convexa cilíndrica para enfocar el rayo láser sobre el substrato, en el que el substrato se mantiene a una distancia de la lente que es aproximadamente igual a la distancia focal de la lente. La abertura queda separa del expansor de haz y está configurada de manera que la aberración esférica se suprime.
GB 1.087.534 A describe un útil de una máquina de corte con láser que varía el haz de salida de un láser en un haz de luz de sección transversal rectangular sin enfocar el haz resultante sobre la pieza de trabajo. El haz está configurado mediante una máscara antes de entrar en unas lentes cilíndricas que van sujetas mediante unos elementos de sujeción que están en contacto con la máscara.
JP 08-099187 A describe una cubierta de una lente que puede reducir la contaminación de una lente de transferencia sujeta en un elemento de sujeción de la lente, en la cual se monta una capucha cilíndrica en el elemento de sujeción de la lente para cubrir la parte lateral de la trayectoria óptica de un rayo láser que llega a la pieza de trabajo desde la lente de transferencia. En el lado frontal de la capucha se monta un diafragma de la lente. El rayo láser pasa por una máscara de modelado y es condensado y moldeado sobre la pieza de trabajo a través de la lente de transferencia, de manera que el patrón de modelado es transferido sobre la pieza de trabajo.
EP 1 110 661 A describe un aparato de trabajo con láser para realizar una ablación óptica, en el cual se irradia una máscara con luz láser, la cual se refleja sobre la pieza de trabajo.
Descripción de la Invención
En el aparato de procesamiento con láser mencionado anteriormente se emite luz láser con un tamaño de haz mayor que el diámetro de la pupila de entrada al orificio de transmisión de luz del cabezal láser, de modo que la luz láser cortada por una parte circundante del orificio de transmisión de luz calienta el cabezal láser, calentando de este modo la lente condensadora. Esto hace temer que el cabezal láser y la lente condensadora se dilaten, etc., cambiando de este modo la posición del punto de convergencia de luz láser respecto al objeto a procesar.
Dicho cambio en la posición del punto de convergencia de la luz se convierte en un problema particularmente grave en el procesamiento con láser en el cual se forma una zona modificada por absorción multifotónica en el interior de un objeto a procesar en forma de oblea. Esto se debe a que existe un caso en el cual se requiere controlar la posición de convergencia de la luz láser del orden de micras cuando por ejemplo se utiliza una oblea de silicio de 100 !m de grosor o menos como objeto a procesar.
A la vista de tales circunstancias, un objetivo de la presente invención es disponer un aparato de procesamiento con láser que pueda suprimir la fluctuación posicional en la posición de convergencia de la luz láser durante el procesamiento con láser a bajo nivel.
Para conseguir el objetivo mencionado anteriormente, el aparato de procesamiento con láser de acuerdo con la presente invención es un aparato de procesamiento con láser que presenta las características de las reivindicaciones 1, 2 ó 3.
En este aparato de procesamiento con láser, se emite una luz láser que tiene un tamaño de haz aumentado por el expansor de haz al segundo orificio de transmisión de luz del elemento de diafragma, de modo que la parte periférica exterior de la luz láser mayor que el segundo orificio de transmisión de luz se corta, con lo que la luz del láser atraviesa el segundo orificio de transmisión de luz mientras que se reduce el tamaño del haz. La luz láser que ha pasado por el segundo orificio de convergencia de luz se emite al primer orificio de transmisión de luz del elemento de sujeción de la lente, mientras que la luz láser que ha pasado por el primer orificio de transmisión de luz converge mediante la lente condensadora. El punto de convergencia de la luz queda situado en el interior del objeto a procesar en forma de oblea (es decir, delgado y plano) , para así formar una zona modificada por absorción multifotónica dentro del objeto. Cuando se dispone un elemento de diafragma en una trayectoria óptica de la luz láser que conecta el expansor de haz y el primer orificio de transmisión de luz entre sí, la cantidad de luz láser cortada por la parte circundante del primer orificio de transmisión de luz puede hacerse más pequeño que en el caso en el que la luz láser que tiene un tamaño de haz ampliado por el expansor de haz es emitido directamente al primer orificio de transmisión de luz del elemento de sujeción de la lente, de manera que el calentamiento del elemento de sujeción de la lente por la luz láser de cortada puede suprimirse. Además, incluso si el elemento de diafragma es calentado por la parte de la luz láser cortada por la parte circundante del segundo orificio de transmisión de luz, se impide que el calor se transmita del elemento de diafragma al elemento de sujeción de la lente, ya que el elemento de diafragma queda separado del elemento de sujeción de la lente. Por lo tanto, la fluctuación posicional en el punto de convergencia de luz láser debido principalmente al calentamiento el elemento de sujeción de la lente durante el procesamiento con láser puede suprimirse a bajo nivel, con lo cual la zona modificada puede formarse con precisión en una posición predeterminada dentro del objeto a procesar en forma de oblea.
Cuando la luz láser emitida desde el expansor de haz es luz paralela, el segundo orificio de transmisión de luz tiene un diámetro no mayor que el del primer orificio de transmisión de luz. Cuando la luz láser emitida desde el expansor de haz es luz completamente paralela, el diámetro de la luz láser que ha pasado por el segundo orificio de transmisión de luz del elemento de diafragma puede hacerse igual al del primer orificio de transmisión de luz si el diámetro del segundo orificio de transmisión de luz y el del primer orificio de transmisión de luz son iguales.
Cuando la fuente de luz láser emite la luz láser a un diámetro de haz q0 y un ángulo de divergencia 280, y el expansor de haz incrementa el tamaño del haz de la luz láser según un aumento M y emite la luz láser en un ángulo de divergencia 281; suponiendo que d1 es la distancia entre una parte de salida de la fuente de luz láser y una parte de entrada del expansor de haz, d2 es la distancia entre una parte de salida del expansor de haz y una abertura de entrada del segundo orificio de transmisión de luz, y d3 es la distancia entre la abertura de entrada del segundo orificio de transmisión de luz y una abertura de entrada del primer orificio de transmisión de luz; y siendo qL el diámetro del primer orificio de transmisión de luz, y siendo qS el diámetro del segundo orificio de transmisión de luz; qL y qS cumplen la relación Cuando la luz láser emitida desde el expansor de haz es luz divergente, la luz láser apenas puede incidir en la parte circundante del primer orificio de transmisión de luz si el diámetro qL del primer orificio de transmisión de luz y el diámetro qS del segundo orificio de transmisión... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Aparato de procesamiento con láser (20) para irradiar un objeto a procesar en forma de oblea (1) con luz láser (L1) mientras se sitúa un punto de convergencia de la luz (P) en el interior del objeto para así formar una zona modificada (7) , comprendiendo el aparato:
un expansor de haz (34) para aumentar el tamaño de haz de la luz láser emitida desde una fuente de luz láser (22) ;
una lente condensadora (31) para converger la luz láser que incide sobre la misma por medio del expansor de haz hacia el objeto; y caracterizado por:
un elemento de sujeción de la lente (29) que sujeta la lente condensadora (31) y que incluye un primer orificio de transmisión de luz (32) para hacer que la luz láser incida sobre la lente condensadora;
en el cual un elemento de diafragma (38) , que tiene un segundo orificio de transmisión de luz (39) para reducir y transmitir la luz láser, se dispone en una trayectoria óptica de la luz láser (L1) que conecta el expansor de haz (34) y el primer orificio de transmisión de luz (32) entre sí y está dispuesto para quedar separado del elemento de sujeción de la lente (29) , de manera que se evita que el calor se transmita del elemento de diafragma (38) al elemento de sujeción de la lente (29) , en el que la luz láser (L1) emitida desde el expansor de haz (34) es luz paralela, el segundo orificio de transmisión de luz (39) tiene un diámetro no mayor que el del primer orificio de transmisión de luz (32) , y en el que el primer orificio de transmisión de luz (32) actúa de pupila de entrada de la luz láser (L1) a la lente condensadora (31) y la zona modificada (7) se forma por absorción multifotónica en el interior del objeto que se produce bajo un estado en el que la densidad de potencia máxima de la luz láser es de 1 x 108 W/cm2 o mayor.
2. Aparato de procesamiento con láser (20) para irradiar un objeto en forma de oblea (1) a procesar con luz láser (L1) , mientras se sitúa un punto de convergencia de la luz (P) en el interior del objeto para así formar una zona modificada (7) , comprendiendo el aparato:
un expansor de haz (34) para aumentar el tamaño de haz de la luz láser emitida desde una fuente de luz láser (22) ;
una lente condensadora (31) para converger la luz láser que incide sobre la misma por medio del expansor de haz hacia el objeto; y caracterizado por:
un elemento de sujeción de la lente (29) que sujeta la lente condensadora (31) y que incluye un primer orificio de transmisión de luz (32) para hacer que la luz láser incida sobre la lente condensadora;
en el cual se dispone que un elemento de diafragma (38) que tiene un segundo orificio de transmisión de luz (39) para reducir y transmitir la luz láser en una trayectoria óptica de la luz láser (L1) que conecta el expansor de haz (34) y el primer orificio de transmisión de luz (32) entre sí y está dispuesto para quedar separado del elemento de sujeción de la lente (29) , de manera que se evita que el calor se transmita del elemento de diafragma (38) al elemento de sujeción de la lente (29) , el que la fuente de luz láser (22) emite la luz láser (L1) a un diámetro de haz q0 y un ángulo de divergencia 280, y el expansor de haz (34) incrementa el tamaño del haz de la luz láser según un aumento M y emite la luz láser en un ángulo de divergencia 281;
suponiendo que d1 es la distancia entre una parte de salida (22a) de la fuente de luz láser (22) y una parte de entrada (34a) del expansor de haz, d2 es la distancia entre una parte de salida (34b) del expansor de haz y una abertura de entrada (39a) del segundo orificio de transmisión de luz (39) , y d3 es la distancia entre la abertura de entrada (39a) del segundo orificio de transmisión de luz (39) y una abertura de entrada (32a) del primer orificio de transmisión de luz (32) ; y siendo qL el diámetro del primer orificio de transmisión de luz (32) , y qS el diámetro del segundo orificio de transmisión de luz (39) ;
qL y qS cumplen la relación en el que el primer orificio de transmisión de luz (32) actúa de pupila de entrada de la luz láser (L1) hacia la lente condensadora (31) y la zona modificada (7) se forma por absorción multifotónica en el interior del objeto que se produce bajo un estado en el que la densidad de potencia máxima de la luz láser es de 1 x 108 W/cm2 o mayor.
3. Aparato de procesamiento con láser (20) para irradiar un objeto en forma de oblea (1) a procesar con luz láser (L1) , mientras se sitúa un punto de convergencia de la luz (P) en el interior del objeto para así formar una zona modificada (7) , comprendiendo el aparato:
un expansor de haz (34) para aumentar un tamaño de haz de la luz láser emitida desde una fuente de luz láser (22) ;
una lente condensadora (31) para converger la luz láser que incide sobre la misma por medio del expansor de haz hacia el objeto; y caracterizado por:
un elemento de sujeción de la lente (29) que sujeta la lente condensadora (31) y que incluye un primer orificio de transmisión de luz (32) para hacer que la luz láser incida sobre la lente condensadora;
en el cual se dispone que un elemento de diafragma (38) que tiene un segundo orificio de transmisión de luz (39) para reducir y transmitir la luz láser en una trayectoria óptica de la luz láser (L1) que conecta el expansor de haz y el primer orificio de transmisión de luz (32) entre sí y está dispuesto para quedar separado del elemento de sujeción de la lente (29) , de manera que se evita que el calor se transmita del elemento de diafragma (38) al elemento de sujeción de la lente (29) , el que la fuente de luz láser (22) emite la luz láser (L1) a un diámetro de haz q0 y un ángulo de divergencia 280, y el expansor de haz (34) incrementa el tamaño del haz de la luz láser según un aumento M y emite la luz láser en un ángulo de divergencia 281;
suponiendo que d1 es la distancia entre una parte de salida (22a) de la fuente de luz láser (22) y una parte de entrada (34a) del expansor de haz (34) , d2 es la distancia entre una parte de salida (34b) del expansor de haz (34) y una abertura de entrada (39a) del segundo orificio de transmisión de luz (39) , y d3 es la distancia entre la abertura de entrada (39a) del segundo orificio de transmisión de luz (39) y una abertura de entrada (32a) del primer orificio de transmisión de luz (32) ; y siendo qL el diámetro del primer orificio de transmisión de luz (32) , y qS el diámetro del segundo orificio de transmisión de luz (39) ;
qL y qS cumplen la relación
en el que el primer orificio de transmisión de luz (32) actúa de pupila de entrada de la luz láser (L1) hacia la lente condensadora (31) y la zona modificada (7) se forma por absorción multifotónica en el interior del objeto que se produce bajo un estado en el que la densidad de potencia máxima de la luz láser es de 1 x 108 W/cm2 o mayor.
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