(57)【要約】  微小流体デバイス（１０）を加工するための方法及び装置が提供される。レーザの利用により、デバイスを構成する複数層の中の一層の選択された部分が除去される。層のその部分は、該層がデバイスを構成する他の層と合一される前に除去されても良く、或いはその部分は、各層が結合接着された後に除去されても良い。除去に用いるレーザビームは少なくとも２種のレーザビーム（３、４）の組合せであり、その一方（３）は連続ビームで除去されるべき部分のメルトを生成し、他方（４）は何らかの手段で変調されるか又はパルス化されて周期的に衝撃波を誘起して該当部分を除去する。レーザビームは、同じアライメントシステムにおける少なくとも一つの部分（５、８、９）を利用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層デバイスの少なくとも一部を加工する方法であって、製造プロセスの過程で少なくとも一種のレーザを使用して前記部分の少なくとも一層を改変する方法。
【請求項２】
一種を超える波長を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数のレーザビームを用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複数のレーザビームは、形成された構造を改善する、及び／又は製造プロセスを単純化する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
複数のレーザビームは、同じアライメントシステムの少なくとも一部を用いる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時作動される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
複数のレーザビームは、随意的に、少なくとも部分的に共時的に、或いは少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
複数のレーザビームは一以上のタイミング特性で作動される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
レーザビームのエネルギーを増大させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
増大されたレーザビームエネルギーがより速い加工を可能にする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
増大されたレーザビームエネルギーが、熱融解、プラズマ生成、結合手の切断によるアブレージョンとその後の体積膨張、多光子結合解離のうちの任意の一以上である、加工の主メカニズムを変更する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
複数のレーザビームで製造プロセスを単純にする、請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
単純化された製造プロセスは、コスト削減、アライメントの改善、加工スピードの向上、及び、任意的に行われる、複数のビームが同じアライメントシステムの複数部分を利用すること、の一以上を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第一のレーザビームがメルトを生成し、第二のレーザビームは所望によりレーザ誘起衝撃波によって、また所望によってはパルス化レーザビームで材料を除去する、請求項３に記載の方法。
【請求項１５】
第一のレーザビームは結合エネルギー又は格子エネルギーを励起状態へと高め、第二のレーザビームは所望により高エネルギー密度下で材料を除去する、請求項３に記載の方法。
【請求項１６】
第一のレーザビームは材料を除去し、第二のレーザビームは、所望により、表面リフローの誘起による変形、砕片量の最少化、結晶性の変更、及び／又は表面化学の改変によって表面形状を変更する、請求項３に記載の方法。
【請求項１７】
第一の波長を有する第一のレーザビームを第一の層に向けて用い、第二の波長を有する第二のレーザビームを第二の層に向けて用いる、請求項３に記載の方法。
【請求項１８】
複数のレーザビームは、層への入射に先立って結合される、請求項３に記載の方法。
【請求項１９】
複数のレーザビームは、鏡、レンズ等の光学素子を利用して結合される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数のレーザビームは、当初、同一の出力源から発せられる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
層中に添加剤を使用して、その層或いは別の層におけるレーザビームの効果を変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
添加剤は、レーザの波長において照射吸収に影響を及ぼし、所望により改善するものである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
吸収及び／又は反射特性を備えた層を利用してレーザの効果に影響を及ぼす、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
吸収及び／又は反射特性は、吸収層の選択的加工を許容するものである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
構造の形成を改善するために熱伝導層の利用を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
熱の減少又は案内によって、改善された構造形態を提供し、或いは周辺の材料や構造に及ぼされる機械加工プロセスの影響を小さくする、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
レーザ源と層との間にマスキング要素を使用して、当該層の或る領域のレーザビームへの曝露を制限又は変更する、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
マスキング要素は層である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
並行処理を行ってスループットを向上させることを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
マスキング要素は製造において部品のアライメントを取るのに寄与する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
マスキング要素はより高い空間分解能を提供する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
マスキング要素は、層の或る領域から熱を伝導によって逃がすこと、（ｂ）表面を砕片から保護すること、及び／又は（ｃ）加工中に一以上の構造体を支持すること、の内の一以上を行うものである、請求項２７に記載の方法。
【請求項３３】
光学要素を利用してレーザビームを変化させ又は集中させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
光学要素は、レーザビームの周波数、強度、方向、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項３３に記載の方法。
【請求項３７】
加工プロセス中、又はその後に層が除去される、請求項１に記載の方法。
【請求項３８】
除去される前の層は、次の各機能、即ち、表面を砕片から保護すること、熱伝導、切欠き構造や自在正立構造の支持、ビームの集中やマスキング、二次的加工プロセスが起こるようにすること、の内の一以上の機能を果たすものである、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
少なくとも一層がポリマー、金属、金属酸化物、金属箔、紙、ニトロセルロース、ガラス、シリコーン、フォトレジスト、セラミック、木材、布地の内の一以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４０】
プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項１に記載の方法。
【請求項４１】
プロセスはウェブに基づくものではない、請求項１に記載の方法。
【請求項４２】
少なくとも一の非レーザ加工段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４３】
非レーザ加工段階は、所望によりレーザ加工段階の前、途中、又は後に行われる、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
非レーザ加工段階は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
非レーザ加工段階は、レーザ加工プロセスで生ずる熱影響部を小さくするための予備処理プロセスを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４６】
予備処理プロセスは、材料の一部に対し冷却又はヒートシンクを提供すること、及び、材料の表面特性やバルク特性を変えて熱伝導性や吸収特性を変更すること、の一以上を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
所望により一以上の部分に対し、構造付与、硬化、表面処理、コーティング又は改変を行うための後処理プロセスを含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４８】
層のレーザ加工対象領域、基板やツール上の局所領域の一箇所以上を加熱してツール周辺のマテリアル・フローを改善する、請求項４２に記載の方法。
【請求項４９】
ツールがエンボス加工ツールである、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
エンボス加工の前に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
エンボス加工を行う間に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
レーザを層の所定の領域に選択的に照射して該領域を弱くすることで構造体を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５３】
構造体がバーストバルブである、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
構造体が切離し用ガイドである、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
レーザの選択的適用により層のバリア特性を変化させる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
変化が層の穿孔を含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
多層デバイスの或る要素部分を該デバイスの組立ての前にレーザ処理する、請求項１に記載の方法。
【請求項５８】
多層デバイスの組立て後に該デバイスの一部をレーザ処理する、請求項１に記載の方法。
【請求項５９】
多層デバイスの組立てはレーザ処理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６０】
組立てはレーザ処理結合段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６１】
アライメント・マーク、ノッチ、溝、アライメントをとるためのエッジガイドの一以上の利用を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６２】
コントロールシステムの利用を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６３】
コントロールシステムは、機械的センサ・フィードバック、光学的センサ・フィードバック、部品の平行移動及び／又はレーザスキャニング調整の一種以上を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
多層デバイスは微小流体デバイスである、請求項１に記載の方法。
【請求項６５】
請求項１〜６４の何れか一項に記載の方法によって多層デバイスの少なくとも一部分を加工するための装置。
【請求項６６】
多層デバイスの少なくとも一部分を加工するための装置であって、加工プロセス中に前記部分の中の少なくとも一層を改変するためのレーザビームを発生する少なくとも一種のレーザ源を有する装置。
【請求項６７】
複数のレーザビームを含む、請求項６５又は請求項６６に記載の装置。
【請求項６８】
複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時的に作動される、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
複数のレーザビームは、所望により少なくとも部分的に共時的に、又は少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項６７に記載の装置。
【請求項７０】
レーザビームを改変又は集中させるための光学要素を含む、請求項６５又は請求項６６に記載の装置。
【請求項７１】
光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項７０に記載の装置。
【請求項７３】
光学要素は、レーザビームの周波数、強度、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項７０に記載の装置。
【請求項７４】
プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項６５又は請求項６６に記載の装置。
【請求項７５】
プロセスはウェブに基づくものではない、請求項６５又は請求項６６に記載の装置。
【請求項７６】
少なくとも一の非レーザ加工要素を含む、請求項６５又は請求項６６に記載の装置。
【請求項７７】
非レーザ加工要素は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項７６に記載の装置。
【請求項７８】
多層デバイスは微小流体デバイスである、請求項６５又は請求項６６に記載の装置。
【請求項７９】
先の請求項の何れか一項に記載の方法又は装置を利用して加工される、多層デバイスの一部分。
【請求項８０】
請求項１〜７９に記載の方法又は装置を利用して加工される多層デバイス。
【請求項８１】
多層デバイスは微小流体デバイスである、請求項７９又は請求項８０に記載の部分又は装置。
【請求項８２】
基板を含むデバイスの少なくとも一部分を加工するための方法であって、製造プロセスにおいて少なくとも一種のレーザを用いて基板の一部を改変する方法。
【請求項８３】
一種を超える波長を用いる、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
複数のレーザビームを用いる、請求項８２に記載の方法。
【請求項８５】
複数のレーザビームは、形成された構造を改善する、及び／又は製造プロセスを単純化する、請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
複数のレーザビームは、同じアライメントシステムの少なくとも一部を用いる、請求項８４に記載の方法。
【請求項８７】
複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時作動される、請求項８４に記載の方法。
【請求項８８】
複数のレーザビームは、随意的に、少なくとも部分的に共時的に、或いは少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項８４に記載の方法。
【請求項８９】
複数のレーザビームは一以上のタイミング特性で作動される、請求項８４に記載の方法。
【請求項９０】
レーザビームのエネルギーを増大させる、請求項８２に記載の方法。
【請求項９１】
増大されたレーザビームエネルギーがより速い加工を可能にする、請求項９０に記載の方法。
【請求項９２】
増大されたレーザビームエネルギーが、熱融解、プラズマ生成、結合手の切断によるアブレージョンとその後の体積膨張、多光子結合解離のうちの任意の一以上である、加工の主メカニズムを変更する、請求項９０に記載の方法。
【請求項９３】
複数のレーザビームで製造プロセスを単純にする、請求項８４に記載の方法。
【請求項９４】
単純化された製造プロセスは、コスト削減、アライメントの改善、加工スピードの向上、及び、任意的に行われる、複数のビームが同じアライメントシステムの複数部分を利用すること、の一以上を含む、請求項９３に記載の方法。
【請求項９５】
第一のレーザビームがメルトを生成し、第二のレーザビームは所望によりレーザ誘起衝撃波によって、また所望によってはパルス化レーザビームで材料を除去する、請求項８４に記載の方法。
【請求項９６】
第一のレーザビームは結合エネルギー又は格子エネルギーを励起状態へと高め、第二のレーザビームは所望により高エネルギー密度下で材料を除去する、請求項８４に記載の方法。
【請求項９７】
第一のレーザビームは材料を除去し、第二のレーザビームは、所望により、表面リフローの誘起による変形、砕片量の最少化、結晶性の変更、及び／又は表面化学の改変によって表面形状を変更する、請求項８４に記載の方法。
【請求項９８】
第一の波長を有する第一のレーザビームは基板中の特定の化学結合を標的とし、第二の波長を有する第二のレーザビームは基板中のこれとは異なる化学結合を標的として用いられる、請求項８４に記載の方法。
【請求項９９】
複数のレーザビームは、層への入射に先立って結合される、請求項８４に記載の方法。
【請求項１００】
複数のレーザビームは、鏡、レンズ等の光学素子を利用して結合される、請求項９９に記載の方法。
【請求項１０１】
複数のレーザビームは、当初、同一の出力源から発せられる、請求項８４に記載の方法。
【請求項１０２】
基板の一部に添加剤を使用して、該基板の当該部分或いは別の部分におけるレーザビームの効果を変更する、請求項８２に記載の方法。
【請求項１０３】
添加剤は、レーザの波長において照射吸収に影響を及ぼし、所望により改善するものである、請求項８２に記載の方法。
【請求項１０４】
レーザ源と基板の間にマスキング要素を使用して、当該基板の或る部分のレーザビームへの曝露を制限又は変更する、請求項８２に記載の方法。
【請求項１０５】
マスキング要素は基板中の層である、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】
並行処理を行ってスループットを向上させることを含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項１０７】
マスキング要素は製造において部品のアライメントを取るのに寄与する、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０８】
マスキング要素はより高い空間分解能を提供する、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０９】
マスキング要素は、基板の一部から熱を伝導によって逃がすこと、（ｂ）表面を砕片から保護すること、及び／又は（ｃ）加工中に一以上の構造体を支持すること、の内の一以上を行うものである、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１１０】
光学要素を利用してレーザビームを変化させ又は集中させる、請求項８２に記載の方法。
【請求項１１１】
光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１３】
光学要素は、レーザビームの周波数、強度、方向、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１４】
プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項８２に記載の方法。
【請求項１１５】
プロセスはウェブに基づくものではない、請求項８２に記載の方法。
【請求項１１６】
少なくとも一の非レーザ加工段階を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項１１７】
非レーザ加工段階は、所望によりレーザ加工段階の前、途中、又は後に行われる、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
非レーザ加工段階は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１９】
非レーザ加工段階は、レーザ加工プロセスで生ずる熱影響部を小さくするための予備処理プロセスを含む、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１２０】
予備処理プロセスは、材料の一部に対し冷却又はヒートシンクを提供すること、及び、材料の表面特性やバルク特性を変えて熱伝導性や吸収特性を変更すること、の一以上を含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項１２１】
所望により一以上の部分に対し、構造付与、硬化、表面処理、コーティング又は改変を行うための後処理プロセスを含む、請求項８２に記載の方法。
【請求項１２２】
基板のレーザ加工対象部分又はツールの一箇所以上を加熱してツール周辺のマテリアル・フローを改善する、請求項８２に記載の方法。
【請求項１２３】
ツールがエンボス加工ツールである、請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
エンボス加工の前に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２５】
エンボス加工を行う間に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項１２３に記載の方法。
【請求項１２６】
請求項８２〜１２５の何れか一項に記載の方法によってデバイスの少なくとも一部を加工する装置。
【請求項１２７】
基板を含むデバイスの少なくとも一部分を加工するための装置であって、該装置は、製造プロセスにおいて少なくとも一種のレーザ源を有し、該レーザ源は基板の少なくとも一部を改変するためのレーザビームを発生する装置。
【請求項１２８】
複数のレーザビームを用いる、請求項１２６又は請求項１２７に記載の装置。
【請求項１２９】
複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時作動される、請求項１２８に記載の装置。
【請求項１３０】
複数のレーザビームは、随意的に、少なくとも部分的に共時的に、或いは少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項１２８に記載の装置。
【請求項１３１】
レーザビームを変化させ又は集中させるための光学要素を含む、請求項１２６又は請求項１２７に記載の装置。
【請求項１３２】
光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項１３１に記載の装置。
【請求項１３３】
光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項１３１に記載の装置。
【請求項１３４】
光学要素は、レーザビームの周波数、強度、方向、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項１３１に記載の装置。
【請求項１３５】
プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項１２６又は請求項１２７に記載の装置。
【請求項１３６】
プロセスはウェブに基づくものではない、請求項１２６又は請求項１２７に記載の装置。
【請求項１３７】
少なくとも一の非レーザ加工要素を含む、請求項１２６又は請求項１２７に記載の装置。
【請求項１３８】
非レーザ加工要素は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項１３７に記載の装置。
【請求項１３９】
請求項８２〜１３８の何れか一項に記載の方法又は装置を利用して加工される、デバイスの一部分。
【請求項１４０】
請求項８２〜１３８に記載の方法又は装置を利用して加工されるデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本願は２００６年６月７日に出願された米国仮特許出願第６０／８１１，４３７号に基づく優先権を主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。本願はまた、２００６年６月７日に出願されたオーストラリア仮特許出願第２００６９０３０９８号に基づく優先権も主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【０００２】
本願はまた、２００６年１１月２２日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＩＢ２００６／００３３１１号に基づく優先権も主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。本願はまた、２００７年１月１１日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２００７／００００１２号に基づく優先権も主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。本願はまた、２００７年１月２４日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２００７／００００６１号に基づく優先権も主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。本願はまた、２００７年１月２４日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２００７／００００６２号に基づく優先権も主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。本願はまた、２００７年４月１０日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２００７／０００４３５号に基づく優先権も主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【０００３】
本発明は一般に単一層又は複数層の材料をレーザ加工するための加工方法及び装置に関する。本発明の技術分野はまた、食品及び薬剤、医療、インビトロ診断薬、更に微小流体装置とパッケージングに関連する各種要素の製造にまで及ぶ。
本発明は一般に各種材料をレーザ加工するための加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
通常、デバイスのレーザ処理は、レーザ切断、表面機械加工、表面処理及びレーザ溶接の分野のものが行われてきた。レーザ切断は通常、基板全体に亘って切断するものであり、表面機械加工技法は基板の一部を選択的に除去するものであり、物理的表面処理は表面を融解させたりエッチングしたりする一方、化学的表面処理は通常、アブレージョン（除去）閾値を下回る領域で行われ表面特性を改変するものである。またレーザ溶接は通常、２種の表面の間にある界面材料を選択的に融解させるもので、直接表面同士を接触させて行われるか、或いは、内部表面同士を結合させるための透過伝導溶接又は逆伝導溶接によって行われる。ビーム走査システムは、どの方法においても知られており、必要とされるエネルギー密度、材料特性、分解能及び処理能力に応じ、各種リソグラフィーシステムが構造付与や表面改質のために利用されてきた。
【０００５】
多層材料のレーザ処理の応用態様の典型例としては、材料の外層の除去（ワイヤから絶縁材を除去する、プリント配線基板上に電極を露出させる、或いは透過法や逆伝導法で溶着を行う、等）が挙げられる。
【０００６】
レーザ透過溶着法では、照射されるレーザの波長に対し、一方の材料は透過性、他方の材料は吸収性である。これにより、レーザビームは二材料のいずれかを選択的に加熱でき、温度がガラス転移温度を超えて上昇するとその領域に局部溶着を生じさせる。しかしながら、生産現場に取り入れるためには、プロセス時間の問題や、適合材料の制限、処理可能な層の数などの主たる問題点が存在する。
【０００７】
逆伝導溶着法は、熱を背面でのレーザ吸収によって生じさせる以外はレーザ透過溶着法と同様に行われる。ポリマーフィルムは吸収層の上方に保持固定されるが、その表面からの熱伝導により、局部的融解が起こる。各層を構成するポリマー内部における均一な熱伝導によって、空間分解能が制限されるので、この技法が適切に用いられるのは薄膜や比較的大きな構造体だけである。
【０００８】
より最近では、クリアウェルド（Clearweld（商標））等、特殊なレーザ吸収体を利用する溶着が行われている。しかし実際には、この材料は微細加工された基板の大量生産に適用することは困難であり、また、製品の外観を見劣りさせる多少混濁した溶着部や、ある種のデバイスにおけるセンサ応答等の動作上の障害の問題がある。
【０００９】
各種レーザはまた基板表面を微細加工するためにも用いられる。レーザ技法は通常、紫外（ＵＶ）レーザ（典型的にはエキシマレーザ）を使用し、１ミクロンに至る微細さの異方性エッチング構造体を作成できる。残念ながら、このシステムは高価であることに加え、材料加工が比較的遅い。より近年では、材料の厚み次第では１００μｍの微細さにまで溝を加工できる短波長紫外レーザの利用が注目されている。残念なことにこのシステムでは広い熱影響部がもたらされるため、微小流体のための設計に必要な微細構造等、微細構造物は制限を受けることになる。同様に、赤外（ＩＲ）ＹＡＧレーザやＣＯ2レーザで製作できるのは、微小流体用の溝とはいっても大きな構造物（数百ミクロンのオーダーのもの）のためのもののみであることが示されている。
【００１０】
これらの技法を各種製造プロセスに取り入れるにあたっては、レーザによる加工プロセスが完了するまでの時間と、切断や加工の結果もたらされる表面の形状品質が問題となる。
【００１１】
本明細書は先行技術についても言及するが、そのような言及の存在によってその先行技術が通常の一般知識の範疇のものであることを認めたり示唆したりするものではなく、また、認めたり示唆したりしているものと解釈されるべきではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、単層材料及び多層材料にレーザ加工を行うための方法を提供するものである。本発明は装置、方法及び製品を含む。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る装置、方法及び製品は、その各種実施形態に体現されているように、例えば次のような多くの利点を有する。
−熱影響部が小さい。
−構造物を構成する要素のサイズの改善。
−加工における正確性の改善。
−加工における精密性の改善。
−支持されていない構造を備えた部品（或いは部分）を簡単に製作可能。
−赤外（ＩＲ）ＹＡＧレーザやＣＯ2レーザ等、低コストのレーザを微細加工に利用可能。
−並行加工が可能。
【００１４】
本発明は、その第一の様相において、基板を含むデバイスの少なくとも一部分を加工するための方法であって加工プロセス中に少なくとも一種のレーザによって前記基板の一部を改変する方法を提供する。幾つかの実施形態において、多層デバイスの少なくとも一部分を加工するための上述の方法であって、加工プロセス中に少なくとも一種のレーザによって前記一部分の少なくとも一層を改変することを含む方法が提供される。
【００１５】
本発明は、その第二の様相において、基板を含むデバイスの少なくとも一部分を加工するための装置を提供するものであって、当該装置は、加工プロセス中に前記基板の少なくとも一部を改変するためのレーザビームを生ずる少なくとも一種のレーザ源を有する。幾つかの実施形態において、多層デバイスの少なくとも一部分を加工するための上述の装置であって、加工プロセス中に少なくとも一種のレーザによって前記一部分の中の少なくとも一層を改変するためのレーザビームを発生する少なくとも一種のレーザ源を有する装置が提供される。
【００１６】
本発明は、その第三の様相において、本発明に係るプロセスに従って加工された、或いは本発明に係る装置を利用して加工されたデバイスの部品（或いは部分）が提供される。
【００１７】
本発明は、その第四の様相において、本発明に係るプロセスに従って加工された、或いは本発明に係る装置を利用して加工されたデバイスが提供される。
【００１８】
幾つかの好ましい実施形態は、微小流体装置等、専門的な装置の加工に特に適切である。
【００１９】
本発明の方法や装置においては、適切な特徴を備えた適切なレーザであれば如何なるものをも利用可能である。例えば或る実施形態においては種々異なる波長が利用され、別の実施形態においては複数のレーザビームが利用される。
【００２０】
複数のレーザビームを含む実施形態においては、これらレーザビームにより、形成される構造体の改善及び／又は製造プロセスの簡素化等が実現される。或る実施形態では、それら複数のレーザビームは同一のアライメントシステムの少なくとも一部分を用いる。これら複数のレーザビームは互いに作用し合ったり、又は全体としてのプロセスを高めるような仕方で利用される。このように、例えば、複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時に作動されたり、随意的に、少なくとも部分的に同時作動されたり、少なくとも部分的に断続的に作動されことができる。複数のレーザビームはまた、一以上のタイミング特性で作動されることができる。
【００２１】
或る実施形態においては、レーザビームのエネルギーを増大させることで、例えばより迅速な加工が可能となる。このように或る実施形態においては、レーザビームエネルギーの増大により、加工における主メカニズムの変更（即ち、熱融解やプラズマ生成、結合手の切断によるアブレージョンとその後の体積膨張、多光子結合解離のうちの任意の一以上）が可能となる。
【００２２】
複数のレーザビームを利用する実施形態ではまた、加工プロセスの単純化が可能となる。これは例えば、コスト削減、アライメントの改善、加工スピードの向上、また任意ではあるが例えば複数のビームが同じアライメントシステムの複数部分を利用すること等によって可能となるものである。
【００２３】
或る実施形態においては第一のレーザビームと第二のレーザビームが互いに協働する。そのような一実施形態においては、第一のレーザビームはメルトを生成し、第二のレーザビームは所望によりレーザ誘起衝撃波によって、また所望によりパルス化レーザビームによって材料を除去する。別の実施形態においては、第一のレーザビームは結合エネルギー又は格子エネルギーを励起状態へと高め、第二のレーザビームは所望により高エネルギー密度下で材料を除去する。更なる実施形態においては、第一のレーザビームは材料を除去し、第二のレーザビームは表面形状を変えるが、これは所望により、表面リフローの誘起で変形させたり、砕片量を最少化したり、結晶性を変えたり、及び／又は表面化学を改変したりすることで行われる。或る実施形態では、第一の波長を有する第一のレーザビームを基板の第一の部分に向けて用い、第二の波長を有する第二のレーザビームを基板の第二の部分に向けて用いる。多層構造を有するデバイスに適用可能なこれら実施形態では、第一のレーザは第一の層を標的とし、第二のレーザは第二の層を標的とする。また別の実施形態では、第一のレーザビームは基板中の特定の化学結合を標的とし、第二の波長を有する第二のレーザビームは、基板中のこれとは異なる化学結合を標的とするように用いられる。
【００２４】
複数のレーザビームを含む実施形態の内の或るものでは、ビームは、基板の一部や層への入射に先立って結合される。ビーム同士の結合はどのような方法で行ってもよく、例えば鏡やレンズなどの光学素子を利用することができる。或る実施形態においては、複数のレーザビームは当初、同一の出力源から発せられる。
【００２５】
レーザ加工される材料は適切である限りどのような形態であってもよい。好ましい実施形態の幾つかにおいては、層中に添加剤を使用することを含み、これによってその層或いは別の層におけるレーザビームの効果を変更する。このように添加剤は、例えば、使用レーザの波長における照射吸収に影響を及ぼしたり更にはこれを改善したりすることができる。しかしながらこれはまた基板を通してのレーザビームの透過をも増大させ、その結果、下方の基板や層に間接的影響を及ぼす。幾つかの実施形態は、基板の一部（例えば層等）であって吸収及び／又は反射特性を備えた部分を利用してレーザの効果に影響を及ぼすことを含む。これらの特性は、適切である限り如何なる形態であっても良く、例えば、基板における吸収部（例えば層等）の選択的加工を許容するものとすることができる。
【００２６】
レーザ加工を受ける材料におけるその他の好適な様相も、提供、改変、或いは最適化可能である。例えば、材料は構造の形成を改善するために熱伝導部（例えば層等）を含むことができる。
【００２７】
種々の熱技術もまた本発明の一部として利用される。例えば熱を減少させたり導いたりすることによって、改善された構造形態を提供したり周辺の材料や構造に及ぼされる機械加工プロセスの影響を小さくすることができる。
【００２８】
種々のマスキング技法もまた本発明の一部として利用される。即ち、一実施形態においては、レーザ源と基板の一部（例えば層等）との間にマスキング要素を使用することを含み、これにより、当該基板や層の或る領域がレーザビームへ曝露されることを制限したり変更したりすることができる。マスクやマスキング要素は適切である限りどのような形状でもよく、例えば、多層構造デバイス関連の用途では、マスキング要素は、それ自身が基板や層の一部であることができる。
【００２９】
本発明はまた、スループットを向上させるためにも利用でき、これは、例えば並行処理を行うことによって達成できる。その目的での幾つかの実施形態においては、マスキング要素は、製造中、部品のアライメントを取るのに役立たせることができる。幾つかの実施形態では、マスキング要素はより高い空間分解能を提供する。マスキング要素は一以上の機能を果たすことができ、これは例えば次のような機能、即ち、層等、基板の一部の領域から熱を伝導によって逃がすこと、（ｂ）表面を砕片から保護すること、及び／又は（ｃ）加工中に一以上の構造体を支持すること、である。
【００３０】
更に本発明は、光学要素を利用してレーザビームを変化させたり集中させたりすることで最適化を図ることができる。光学要素は、適切であれば如何なる形状をとることもでき、例えば、一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を有することができる。幾つかの実施形態では、光学要素は、加工工程での部品のアライメントを単純化することができる。光学要素は一以上の機能を果たすことができ、例えば、レーザビームの周波数、強度、方向、持続時間やタイミングのうちの一以上を変えることができる。
【００３１】
本発明の幾つかの実施形態においては、基板の一部である層等は、加工プロセス中に或いはその後に除去することができる。そのような除去可能な基板部分や層（以下、「犠牲部分」或いは「犠牲層」と称することがある）を用いることによって、本発明に更なる利点を付加することができる。そのような除去されることになる基板部分や層を含む幾つかの実施形態においては、除去される部分は次の機能の内の一以上、即ち、表面を砕片から保護すること、熱伝導、切欠き構造や自在正立構造の支持、ビームの集中やマスキング、二次的加工プロセスが起こるようにすること、の機能を果たすことができる。
【００３２】
本発明に係るレーザ加工及び／又は製造工程の対象である基板材料及び／又は層は、適切でさえあれば如何なるタイプのものであっても良い。よって、それらは例えば、ポリマー、金属、金属酸化物、金属箔、紙、ニトロセルロース、ガラス、シリコーン、フォトレジスト、セラミック、木材、布地の一以上のものであることができる。
【００３３】
本発明に係る方法や装置のプロセス・フローは適切でさえあれば如何なる配列の仕方をとることもできる。幾つかの実施形態では、プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用し、一方、他の実施例ではウェブに基づかないプロセスが行われる。
【００３４】
本発明の方法や装置はまた、レーザ加工段階の前、途中、或いは後に行うことができる、付加的な非レーザ加工段階の利用に特に好適である。適切でさえあれば、如何なる非レーザ加工段階でも本発明と組み合わせて用いることができる。よって幾つかの実施形態では、非レーザ加工段階は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の一種以上を含む。また幾つかの実施形態では、非レーザ加工段階は予備処理プロセスを含み、これは例えば、レーザ加工プロセスで生ずる熱影響部を小さくするプロセスなどである。本発明における予備処理プロセスは、適切である限り如何なる段階をも含むことができ、例えば、次に記載する一種以上が挙げられる。即ち、材料の一部に対し冷却やヒートシンクを提供すること、材料の表面特性やバルク特性を変えて熱伝導性や吸収特性を変更すること。
【００３５】
幾つかの実施形態では、更に後処理プロセスが提供され、これは例えば、一以上の部分に対し所望により行う構造付与、硬化、表面処理、コーティング或いはレンダリング（改変）である。
【００３６】
熱エネルギー即ち熱の利用は、特に好適な非レーザ加工段階の一例である。一実施形態においては、基板や層におけるレーザ加工対象領域、基板やツール上の局所領域、の内の一箇所以上を加熱することでツール周辺のマテリアル・フローを改善する。適切なものでありさえすれば如何なるツールを利用してもよく、例えば、エンボス加工ツールを利用することができる。一実施形態においては、エンボス加工領域をレーザビームでスキャンする。そのようなスキャニングは適切なタイミング、例えば、エンボス加工の前、エンボス加工を行っている間、或いはエンボス加工の後に行うことができる。
【００３７】
幾つかの実施形態においては、レーザを基板や層の所定の領域に選択的に照射してこれを弱くすることで構造体を形成する。このような加工段階を行うことで種々多様な有用な構造体、例えば、バーストバルブ、切離し用ガイド(tearing guides)、穿孔部、メッシュ、等を形成することができる。幾つかの実施形態ではレーザを利用して基板や層の一部のバリア特性を変化させるが、これはレーザを選択的に適用することで実施される。これは適切なものでさえあれば如何なる手段によって行ってもよく、例えば、基板や層の一部を貫通する一連の穿孔や穿孔ネットワークによって行うことができる。
【００３８】
本発明に係るレーザ処理段階は、適切でさえあれば如何なる段階でも行うことができる。例えば、本発明に従って製造されるべきデバイスの或る要素部分を、当該デバイスの組み立ての前、或いは後でレーザ処理に付すことができる。幾つかの実施形態では、多層デバイスの組み立てはレーザ処理を含む。これは例えば、補助的にレーザを使用することで各層を結合させるなど、組み立てがレーザ処理による結合段階を含む場合等である。
【００３９】
精密アライメントは、本発明における或る種の実施形態では非常に重要である。幾つかの実施形態においては、本方法或いは本装置は、アライメント・マークや、ノッチ、溝、エッジガイドの一種以上を含む。また幾つかの実施形態ではコントロールシステムの利用を含む。コントロールシステムは、適切なものを利用することができ、例えば、次の一種以上を利用しうる。即ち、機械的センサ・フィードバック、光学的センサ・フィードバック、部品の平行移動及び／又はレーザスキャニング調整の一種以上である。
【００４０】
本明細書（添付の請求の範囲も含む）において、文脈から要請される特段の必然性がない限り、用語「含む(comprise)」及びその変化形（"comprises" や "comprising" 等）は、記述された一完全体要素又は複数の完全体要素からなる段階や群を包含することを意図しているものであり、その他の如何なる完全体要素又は複数の完全体要素からなる段階や群が排除されるものではないと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１Ａ、１Ｂは、複数のレーザビームの結合例を示す概念図である。
【図２】図２は、カード或いはシートの製造システムの概念図である。
【図３】図３は、ウェブ或いは連続した製造システムの概念図である。
【図４】図４は、レーザ加工とエンボス加工を組合せた概念図である。
【図５】図５は、同時にレーザ及びエンボス加工を行う概念図である。
【図６】図６は、熱伝導層を有するか或いは有さない多層デバイスにおけるレーザ加工の概念図である。
【図７】図７は、多層デバイスの層を選択的にレーザ加工する場合の概念図である。
【図８】図８は、多層デバイスのレーザ加工中に反射レーザを使用する場合の概念図である。
【図９】図９は、レーザ加工による微小流体装置の製作例の概念図である。
【図１０】図１０は、透明層を通してのレーザ加工による微小流体装置の製作例の概念図である。
【図１１】図１１は、レーザ加工のために多層デバイス上でマスキングを利用する場合の概念図である。
【図１２】図１２は、レーザ加工のために多層デバイス上で光学要素を利用する場合の概念図である。
【図１３】図１３は、レーザ加工の間、保護層を利用する場合の概念図である。
【図１４】図１４は、レーザ加工でバーストバルブを形成する例の概念図である。
【図１５】図１５は、多層デバイスを加工して切離し構造部を設けた例の概念図である。
【図１６】図１６は、多層デバイスを修正して制御されたバリア層特性を持たせた例の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
ここで、本発明を、特に好ましい実施形態である、食品及び薬剤、医療、インビトロ診断薬、更には微小流体装置及びパッケージングに関連する実施形態について説明することが便利である。しかしながら、本発明は広範な状況と製品に適用可能であり、上記以外の構造体や組立体もまた本発明の範囲に入ると考えられることが理解されるべきである。本明細書に記載した構造体や組立体に対する種々の修正、改変、変形、及び／又は付加もまた本発明の領域及び範囲に入ると考えられることが理解されるべきである。
【００４３】
本明細書において用語「流体」は、気相或いは液相の材料をいう。本明細書において用語「微小流体（の）(microfluidic)」は、少なくとも一のサイズが１ｍｍ未満である構造体において行われる、流体の取扱い、操作、或いは処理についていう。本明細書において用語「ビーム」や「光線」は、一個を超えるフォトンが実質的に同じ方向に進むことをいう。本発明で用いられるレーザ加工技法の例としては、ビーム・スキャンやリソグラフィーシステムが挙げられるがこれらに限定されるものではない。本発明で利用される、レーザと材料の間の相互作用は、適切である限り如何なるタイプのものであってもよく、例えば、フォトサーマルプロセスやフォトケミカルプロセス、これらを組み合わせたプロセスなどを利用することができる。
【００４４】
基板や材料に入射するレーザビームは、単一のレーザからのものでも複数のレーザからのものでもよい。複数のレーザビームを結合してワークピースを加工する場合には、これらビームは同時に作動されてもよいし、異なるタイミング特性で作動されてもよい。例えば、これらレーザビームは、同一の波長又は異なる波長で同一の領域を異なるスイッチング周波数で交番的に、共時的(concurrently)に、或いは同時的に(simultaneously)作動させることができる。
【００４５】
複数のビームを結合することで、例えば、ビームのエネルギー密度を上げて迅速な加工を実現するなど、各種改良が可能となる。加えて、複数のビームを結合してビームのエネルギー密度を上げることで、加工の主メカニズム（熱融解、プラズマ生成、結合手の切断によるアブレージョンとその後の体積膨張、多光子結合解離のうちの任意の一以上）が可能となる。更に複数ビームの結合は、これらビームが同一のアライメント機構で運ばれる場合には、アライメントの問題が減ると共に加工スピードが向上するので、製造段階での実施を単純化することができる。或る例では、アライメント機構を、各レーザビームがそれぞれ別個の光路と共通のアライメントコントローラを通る形式としたり、或いは、各ビームが共通の光路（レーザビーム案内ステージが両ビームに共通である場合等）を分け合うようにしたりすることができる。この例としては、ガルボ・ミラー・スキャナーやｘ−ｙ駆動アウトプット・オプティクスが両方のレーザビームに共通である場合が挙げられる。製造におけるそのような改良は、微小構造物の場合においては特に重要であるが、それは、高コストのアライメントシステムの追加使用（そのような追加使用は、複数のアライメントシステム間でのビーム配置のエラーに関して要求される許容度の問題を提起する）を避けることができるからである。複数のビームを使用する場合の更なる利点は、複数の加工方法が利用できるようになることであり、これは加工スピードの向上と構造形状の改善を意味する。これは種々の方法で行うことができる。例えば次の各方法が挙げられる。
【００４６】
−第一のレーザビームでメルトを生成し、第二のレーザビームからのレーザ誘起衝撃波で材料を除去する。この例としては、メルト生成のための連続レーザビームと材料除去を惹起させるためのパルス化レーザビームとの組合せ使用が挙げられる。
【００４７】
−第一のレーザビームで結合エネルギーを上昇させ、第二のレーザビームで材料を除去する。第一のレーザビームは結合エネルギーや格子エネルギーを上昇させ励起状態とするが、エネルギー密度については結合が切れるまでには高めない。第二のレーザビーム（こちらはより高フォトンエネルギーである）で結合の解離が誘起されて材料が除去される。
【００４８】
−第一のレーザビームで材料を除去し、第二のビームで表面形状を変える。第二のビームは例えば表面リフローを誘起して、形状再構築、砕片量の減少、結晶性の変更、及び／又は表面化学の変化をもたらす。各レーザビームは、熱メカニズムを利用するものでもアブレージョン機構を利用するものでもよい。
【００４９】
−第一のレーザビームで結晶性、結合化学、表面形状等、材料変化を誘起させ、第二のレーザビームで材料を除去する。例えば、第一のレーザビームによって、第二のレーザビームに対する材料の吸収特性を向上させるか、或いは、第一のレーザビームを用いて、第二のレーザビームに対する材料の吸収特性を選択的に低下させる。
【００５０】
−波長の異なる複数レーザビームを用い、異なる加工対象を標的とする。即ち、例えば、異なる複数種の波長で同一材料において異なる複数種の結合エネルギーや振動エネルギーを標的にでき、或いは、多層デバイスの場合でも同様であるが、複数の材料を加工する場合、複数の異なるレーザによって異なる複数種の材料や複数層を標的とすることができる。
【００５１】
一実施形態においては、材料の照射に先立ち複数のレーザビームが組合わされる。即ち、図１Ａに示すように２個の別個のレーザ（１、２）からのビーム（３、４）が反射ミラー（５、６、７、８）とレンズ系（９）によって結合され、ワークピース（１０）が加工される。図１Ｂの例では、単一のレーザ源（１１）からのレーザビーム（１２）は、部分的に反射性を有するミラー（１３）で２本の別個のビーム（２２、２３）に分割され、一方のビーム（２２）は、変換系（１９）で（タイミングや波長が）変換された後でミラー要素（１５、１６、１７、１８）及びレンズ系（２０）によって再結合されてワークピース（２１）を加工する。ここでこの変換系は、例えばディレイ・ライン、スイッチ・ゲート、或いは周波数逓倍器等である。レーザビームの変換には適切な如何なる手段を用いてもよく、例えば、（ａ）周波数によるもの（例えばＹＡＧレーザのビーム（基本周波数の１．０６μｍが４逓倍により２６６ｎｍになる）を利用する周波数逓倍等）や、（ｂ）持続時間（連続波レーザビームをパルス波形に切り替える等）が挙げられる。
【００５２】
レーザ加工された構造体は、不連続の部品上、或いは連続材料のリール上に製作されることができる。図２は、カード等、不連続の部品乃至物品を製作する製造ラインの一実施形態を示す。この例では、積層材料は、ラミネーション工程の前に当該ライン系統中で型押し（stamp）されたり、別プロセスで変換させたりすることができる。本プロセスでは、装入／排出ホッパ（２４、２５）と、ＩＳＯ７８１６フォーマット材料のカード（２６）を受け入れるカード処理システムとが示されている。カードに対し順次的に行われる加工プロセスは、レーザ加工系統（２７）、予備形成済みの積層体（３２）を重ねるラミネーション工程（２８）、エンボス形成工程（２９）、トッピング工程（３０）、及び最終プログラミング又は暗号化工程（３１）を含む。
【００５３】
連続した部品、或いはウェブ上で実施するための製造ラインの一例を図３に示す。この例で示されるモジュール化された製造ユニット同士の間には材料供給装置（４３）が配置され、これらユニットは、ストック材料装入物の形成（３３）、ブリスターの形成（３４）、充てん（３５）、結合（３６）、印刷（３７）、硬化（３８）、張力制御（３９）、材料の案内と巻出し（４０）、複合材料によるレーザ加工（４１）、打抜き（４２）、更に最終部品の収集（４４）を含むものとして描かれている。
【００５４】
本発明に従って製造される構造体は、切断や改変、分割を行うことでより小さい部品にすることができる。
【００５５】
本発明の一実施形態においては、レーザ加工された部品を他の要素と結合するが、該要素は連続した基板であってもなくてもよく、平坦であってもなくてもよく、また、単一或いは複数の要素からなるものであることができる。
【００５６】
他の一実施形態では、レーザ加工プロセスは他の構造付与プロセスと組み合わせることができ、その例としては、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化、その他の構造付与方法が挙げられる。
【００５７】
本発明はまた、他のプロセスと組合せることでレーザ加工のプロセスを促進したり、レーザ加工されたデバイスの性能を向上させたりすることができる。例えば、本発明を一以上の予備処理プロセスと組合せることで、レーザ加工プロセスで生じる熱影響部を減少させることができる。そのような予備処理としては、対象材料である各種部品に対する冷却やヒートシンク（吸熱）、或いは材料表面やバルク特性の改質による熱の伝導性や吸収性の変更が挙げられる。後処理プロセスもまた利用することができ、これにより部品に対する構造付与、硬化、表面処理、コーティング、改変を行うことができる。例えば、ＰＣＴ／ＡＵ２００７／００００６１は、通常の熱エンボス加工よりもエンボス面をより速く複製できる、レーザ・エンボス加工組合せプロセスを記載している。エンボス加工対象である局所をレーザで予備加工することにより当該局所の材料が改変されるので、（ａ）軟化点の引き下げ（特に配向フィルムの場合）、露出領域の予備加熱、（ｂ）材料のリフロー、及び（ｃ）場合によってはエンボス領域からのアブレージョン（除去）、が可能となる。
【００５８】
レーザで処理した後、且つスタンピングの前に、処理対象フィルム領域や基板上の局所領域、或いはツールを加熱してツール回りのマテリアル・フローを改善することができる。レーザビームは基板の全表面を露出させたり又はエンボス加工対象の領域だけを露出させたりすることができるが、図４では、集中させたレーザビーム（４５）でエンボス加工前（４９）にエンボス領域（４６）をスキャンする。次いで、エンボス加工中（５０）、エンボス領域（４６）に存在する材料は、エンボス加工ツール（４７）の周囲で変形し、ツール（４７）が除去（５１）されたときにはツール形状が材料（４８）に複写されている。このようなプロセスにより、微細構造体を形成するために、高価で時間のかかるＵＶエキシマシステムに代えて長波長レーザ装置を使用できるようになる。エキシマ関連の各種手法とは異なり、このような長波長のシステムはより激しい熱損傷を与え、また通常、焦点サイズがより大きいので、微細構造加工を行うための空間分解能に関し大きな制約となる。レーザ加工プロセスとエンボス加工を組合わせることで、レーザの単独使用の場合に比べ、より微細でより正確に形成された微細構造体が製作できると共に、エンボス加工単独使用の場合に比べ、より大きな構造体が製作できる。その結果、エキシマレーザ加工よりずっと速く且つ安価な方法が提供される。同様に、レーザ切断プロセスで生じる削りくずや粗いエッジもまた、構造付与の後で処理でき、加工流れのパフォーマンスを改善できる。
【００５９】
その他のプロセスをレーザ加工と組合わせる場合、両者は同時に実施しても良いし、順番をどのように変えて行っても良い。幾つかの実施形態では、両者は同時に行われる。例えば、一実施形態においてはエンボス加工された材料を、エンボス加工のプロセス途上でレーザ加工する。エンボス加工ツールが材料の表面に押し当てられている間、レーザを当該材料の裏面から照射してツール周辺の局所リフローを誘発させることでエンボス加工のスピードを上げ、及び／又はエンボス加工による形状の複製を改善する。このような加工の仕方は、リフロー領域周辺の材料に誘起された応力の緩和にも役立つ。なお、微細構造の形成においては、誘起された応力は、ツールが除去されたときに構造体の変形を招くので重要な問題である。このタイプの加工を行う際は、エンボス加工された材料を支持するため、通常、レーザの波長が透過する材料が用いられる。或いは、レーザ光吸収層をエンボス加工領域に近接して配置される薄い層とすると共に、基板を透明なものとすることができ、その場合レーザ照射を受けてエンボス領域は吸収層で加熱される。図５は、照射に先立ちツールで行う表面のエンボス加工（５６）、照射の実施（５７）、及び照射後のツール除去（５８）を示す。これらの工程においては、エンボス加工される材料（５３）をレーザビーム（５５）に無反応なキャリア層（５４）で支持しているので、材料がエンボス加工ツール（５２）と接している間も材料（５３）を照射できる。
【００６０】
アライメント・マークやノッチ（Ｖ字型の刻み目）、溝、エッジガイドの利用は、多くの製造システムでアライメントをとるために用いられる一般的なアプローチである。そのようなプロセスの好ましい一実施形態においては、本発明は、アライメントをとることを容易にし品質管理を行うためにコントロールシステムを利用する。コントロールシステムのパラメータとしては、部品の平行移動やアライメントを改善するためのレーザスキャニング調整と共に行われる機械的及び／又は光学的センサ・フィードバックが挙げられるがこれらに限定されない。
【００６１】
本発明におけるある種の好ましい実施形態においては、一種以上の材料が特定の吸収剤を添加剤として含むことでレーザの波長における材料の吸収を改善することができる。
【００６２】
本発明におけるある種の好ましい実施形態においては、レーザ加工されるデバイスや要素は多層材料で作製されている。そのような材料の一以上の層は互いに異なる熱伝導特性を有することができ、これにより構造体の形成を改善することができる。例えば、図６Ａは、熱伝導層を備えずにレーザビーム（５２）で基板材料（５３）を切断する態様を示し、図４Ｂは、加工プロセス中に熱伝導を提供する熱伝導層（５４）を有する多層基板のレーザ加工を示す。この技法を用いると、機械加工プロセス中において熱の影響を受ける領域を減少させたりガイドしたりできるので、構造形状を改善することができ、また周辺の材料や構造（５５）に及ぼされる、機械加工プロセスによる影響を少なくすることができる。
【００６３】
本発明におけるある種の好ましい実施形態においては、レーザ加工されるデバイスや要素は多層材料で製作されている。材料における一以上の層はそれぞれ異なる吸収特性を有することができ、図７に示すように吸収層の選択的機械加工を可能にする。図７Ａ、Ｂ、Ｃは、吸収層（５７）と透過層（５８）の配置を異にする、上層、中間層及び基底層を、レーザビーム（５６）で選択的に機械加工する例を示す。
【００６４】
本発明におけるある種の好ましい実施形態においては、レーザ加工されるデバイスや要素は多層材料で製作されている。材料における一以上の層はそれぞれ異なる吸収特性及び／又は反射特性を有することができ、これによって吸収層の選択的機械加工が可能となる。図８Ａ、Ｂに示す例では、アンダーカット構造（５９）は、基板材料（６１）を通り表面（６２）で反射されるレーザビーム（６０）で機械加工される。
【００６５】
本発明における別の好ましい実施形態においては、レーザ加工される多層デバイスや多層要素は、組立てに先立って機械加工される。例えば、図９Ａは、上層（６４）との結合に先立ち、基板（６３）をレーザ彫刻で加工して得る微小流体デバイスを示す。別の例として、図９Ｂは、層（６６）を貫通して切抜きを行った後で基板（６５、６７）を上下に密着させて得られる微小流体構造を示す。
【００６６】
また本発明の別の好ましい実施形態においては、レーザ加工されるデバイスや要素は、多層要素や多層デバイスへと組み立てた後で機械加工される。例えば、図１０はレーザ加工によって微小流体デバイス中にチャネルを形成する様子を示す。この例では、上層（６９）はレーザビーム（６８）に対し非常に透明であると共に、一以上の下層（７０）はレーザエネルギーを大量に吸収するので、ビアやチャンバ、チャネル（７１）などの内部構造を形成できる。この技法はまた、一以上の層を犠牲層として機械加工された層に結合し、その犠牲層を機械加工プロセスの後で除去することにより、削り屑や砕片、切欠き領域を除去するのに特に有用である。或いは、この機械加工プロセスは、機械加工された層をその隣接層に結合したり、或いは、それら層同士の結合を、機械加工された領域の回りにおいてレーザ加工プロセスが誘起する局所融解やリフローによって改善したりすることができる。
【００６７】
本発明における別の実施形態においては、デバイスや要素は、照射を特定の位置へと導くマスキング要素として作用する層を含むことができる。このアプローチは、フルビーム照射で通常達成できる大きさより小さい構造体を得るのに、大きなレーザビームを利用することを可能にする。大ビームのレーザやレーザ・カーテンの利用はまた、同一のレーザビームからの並行機械加工を可能とするので、機械加工プロセスのスループットを向上できる。このような方法はまた、マスクの利用により狭い許容差を提供するので、レーザシステムに対するアライメント要求を下げるという利点がある。このようなマスキングシステムは、更に、従来のリソグラフィーシステムの場合と同様、より大きな空間分解能を提供することができる。加えて、このマスキングシステムは、もしマスクが加工された要素の一部であるならば、単一のデバイス上の複数の形状同士のアライメントや、加工された個々の部分間のアライメントを単純化できるので、製造上の利点を提供できる。更に、マスク材料を利用することで、（ａ）構造付与領域から熱の一部を伝導して逃がすことにより試料の熱影響部を改善、（ｂ）基板表面を砕片から保護、及び／又は（ｃ）プロセスの間、機械加工した構造体の支持、が可能となる。図１１は、マスク（７１）によって制限される、比較的大きなレーザビーム乃至カーテン（７３）への材料（７２）の曝露を示す。
【００６８】
本発明の別の実施形態においては、デバイスや要素はレンズ、プリズム、その他の屈折性或いは回折性材料などの光学要素を用いる層を組み込むことで、照射を特定の位置へと集中及び／又は方向変更させることができる。この方法はまた、光学要素の利用により狭い許容差を提供するので、レーザシステムに対するアライメント要求を下げるという利点がある。このような光学要素は、照射を集中させることにより、より大きな空間分解能を提供することができる。加えて、これらの光学要素は、加工された要素の一部としてこれら光学要素を備えることにより、単一のデバイス上の複数の形状同士のアライメントや、加工された個々の部分間のアライメントを単純化できるので、製造上有利である。
【００６９】
図１２は、部品に組み込まれた光学要素によってレーザ照射を集中させる例を示す。図１２Ａの例は、レーザビームが透過する材料（７５）の表面に成形されたレンズ（７４）を示し、集中された照射光は、照射光が集中されない場合と比べ、第二の材料（７７）をより速く加工する、更に大きな局所的光強度を提供するか、アブレージョン（除去）閾値より高い。同様に、図１２Ｂの例は、レーザ照射光（８０）に半透過的な材料（７８）を示すと共に、照射光が集中された高光強度の箇所で局所的機械加工（７９）がなされることを示す。
【００７０】
本発明の幾つかの実施形態においては、多層構造の部品に存在する層は、レーザ加工プロセスの後で、或いは当該部品の加工プロセスの後で、除去される。種々の目的のため、機械加工プロセスにおいて余分な層を用いることができる。例えば、表面を砕片から保護するための層や、機械加工された基板の熱影響部をできるだけ小さくするために熱伝導体として機能する層、ＵＳ−ＰＣＴ／ＡＵ２００７／００００６１に記載の、切欠き構造や自在正立構造を支持するための層である。これらの層はまた、機械加工プロセスにおいて、ビームを集中させたりマスクしたりするためや、熱伝導を提供するため、或いは二次的機械加工プロセスを生起させるために利用することができる。
【００７１】
図１３の例は、保護層を用いてレーザ加工プロセスを改良するものである。この例では、基板（８２）は二層の保護層（８１、８３）を有し、機械加工プロセスにおいてこれら３種の材料全てが貫通切除される。機械加工プロセスの多くは、上面（８４）と下面（８５）で切り口の回りに変形を引き起す。外側犠牲層（８１、８３）を除去することで、内部の基板（８２）は比較的きれいな表面（８６、８７）で残され、周辺領域においては熱損傷が低減できる。
【００７２】
本発明の一実施形態においては、選択的に機械加工された層を用いて周辺構造を弱体化させることでバーストバルブを製作する。このバーストバルブは、多層デバイス中の一層を部分的に貫通する機械加工、或いは一層を完全に貫通する機械加工を行い、加圧により破壊する薄い隣接層を残すことにより形成される。隣接する透明な熱伝導層乃至反射層を利用することにより、層を選択的に機械加工することができる。図１４は、透明な隣接層を完全に貫通して機械加工することにより微小流体デバイス中に製作されるバーストバルブを示す。図１４Ａは、２本の隣り合うチャネル（８９、９０）の間にバーストバルブ（８８）を形成する例を示し、これは基板（９２）レーザ照射が透過する基板を通してレーザ加工（９１）を行うと共に内部層（９３）をエッチングして、加圧下で破壊する、材料の非吸収層（９４）のみを残すことで形成される。図１４Ｂも同様の構造を示すが、この例ではバーストバルブはチャネル（９５）と熱形成された液体貯留部（９６）との間に形成される。この液体貯留構造体の例においては、機械加工された層に隣り合う或いは接する機械加工されていない薄い層は、例えば、レーザ吸収層に比べ改良されたバリア特性や化学的親和性を有するものとすることができる。
【００７３】
本発明の一実施形態においては、選択的に機械加工された層を利用し、周辺構造を弱くすることにより切離し用ガイドを形成する。例えば図１５は、パッケージングに使用される切離し線（９８）を提供する、機械加工された基板（９７）を示す。構造を付与された層の内の幾層かが機械加工されユーザのための調整された切離し線を提供するが、この切離し線はパッケージングにおけるバリア特性を維持している。図１５Ａの中心で下に延びている点線（９９）は、図１５Ｂに示す像の断面切断線を示す。図１５Ｂは、外層（１０１、１０２）がそのまま完全な形で残されたまま内部基板（１００）が穿孔加工されている様子を示す。
【００７４】
本発明の一実施形態においては、選択的に機械加工された層を利用し、多層材料の内の選択された複数層を穿孔することで、デバイスのバリア特性を変える。この技法により、複数の同種材料を用いたパッケージングやパッケージング全体のための製作プロセス等に関し、多層デバイスのバリア特性の空間的制御が可能となるという付加的利点が得られる。図１６に示す次の例では、熱形成された２パック・トレイ（１０３）は、同じ密封多層ラミネートを利用しているが、機械加工プロセスにより各トレイ（１０４、１０５）には異なるバリア特性が付与される。図１６Ａの中心で下に延びている点線（１１０）は、図１６Ｂに示す像の断面切断線を示す。この例では、熱形成されたトレイ（１０９）は、ラミネートされた３層（１０５、１０６、１０７）によって密封され、中央の層（１０６）が穿孔されて複数のトレイ容器の中の一容器のバリア特性が改変されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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