(57)【要約】【課題】透明な及び半透明な基板を任意の種々の所望の形状に効果的且つ効率的に切断する方法及び装置を提供すること。【解決手段】少なくとも１つの基板を作業面上に位置決めするステップと、パルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力するステップと、レーザ信号の少なくとも１つの電力プロフィールを調節して基板内に微小割れ目を形成するよう構成された少なくとも１つの切断信号を形成するステップと、切断信号を基板に差し向けるステップと、切断信号により基板内に多数の微小割れ目を形成するステップであって、微小割れ目は、基板の第１の表面と第２の表面との間に形成され、多数の微小割れ目は、基板内に所望の形状の少なくとも１つの切断線を形成するステップと、基板を少なくとも１本の所望の切断線に沿って分離するステップと、を含む。【選択図】図１
2019064916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明及び半透明な基板をレーザ切断する方法であって、
少なくとも１つの基板を作業面上に位置決めするステップと、
パルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力するステップと、  前記レーザ信号の少なくとも１つの電力プロフィールを調節して前記基板内に微小割れ目を形成するよう構成された少なくとも１つの切断信号を形成するステップと、
前記切断信号を前記基板に差し向けるステップと、
前記切断信号により前記基板内に多数の微小割れ目を形成するステップであって、前記微小割れ目は、前記基板の第１の表面と第２の表面との間に形成され、前記多数の微小割れ目は、前記基板内に所望の形状の少なくとも１つの切断線を形成するステップと、
前記基板を少なくとも１本の所望の切断線に沿って分離するステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
強化ガラス基板を前記作業面上に位置決めするステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
非強化ガラス基板を前記作業面上に位置決めするステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
サファイア基板を前記作業面上に位置決めするステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記基板及び前記レーザシステムのうちの少なくとも一方を選択的に動かし、それにより前記切断信号が前記基板の表面を制御可能に横切ることができるようにするステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記レーザシステムをＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうちの少なくとも１つの回りに動かすステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記レーザシステムをＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうちの少なくとも１つの回りに回転させるステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記作業面上に位置決めされた前記透明な基板をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうちの少なくとも１つの回りに動かすステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記作業面上に位置決めされた前記透明な基板をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のうちの少なくとも１つの回りに回転させるステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記基板内に１つ又は２つ以上の遠位微小割れ目を形成するステップを更に含み、
前記遠位微小割れ目は、前記透明な基板の第２の表面の近くに形成され、前記基板の前記第２の表面は、前記作業面の近くに位置決めされる、
請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記基板内に１つ又は２つ以上の中央微小割れ目を形成するステップを更に含み、
前記中央微小割れ目は、前記透明な基板の前記第１の表面と前記第２の表面との間で前記透明な基板内の中央に形成される、
請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記基板内に１つ又は２つ以上の近位微小割れ目を形成するステップを更に含み、
前記近位微小割れ目は、前記透明な基板の第１の表面の近くに形成され、前記基板の前記第１の表面は、前記作業面から見て遠くに位置決めされる、
請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記基板内に１つ又は２つ以上の遠位微小割れ目を形成するステップを更に含み、
前記遠位微小割れ目は、前記透明な基板の第２の表面の近くに形成され、前記基板の前記第２の表面は、前記作業面の近くに位置決めされ、
前記基板内に１つ又は２つ以上の中央微小割れ目を形成するステップを更に含み、
前記中央微小割れ目は、前記透明な基板の前記第１の表面と前記第２の表面との間で前記透明な基板内の中央に形成され、
前記基板内に１つ又は２つ以上の近位微小割れ目を形成するステップを更に含み、
前記近位微小割れ目は、前記透明な基板の第１の表面の近くに形成され、前記基板の前記第１の表面は、前記作業面から見て遠くに位置決めされる、
請求項１記載の方法。
【請求項１４】
楕円偏光を有する切断信号で前記基板を照射するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１５】
約ゼロの値を有するよう前記楕円偏光切断信号の短軸を調節するステップを更に含む、  請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
約１の値を有するよう前記楕円偏光切断信号の短軸及び長軸のうちの少なくとも一方を調節するステップを更に含む、
請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
円偏光信号に近似するよう前記切断信号の偏光を調節するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１８】
直線偏光信号に近似するよう前記切断信号の偏光を調節するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１９】
直線偏光切断信号に近似するよう前記切断信号の偏光を調節するステップと、
直線偏光切断信号を前記基板全体にわたって制御可能に動かすステップであって、前記切断信号の移動方向は、前記切断信号の偏光と直交しているステップと、
前記切断信号を前記基板全体にわたって動かしながら前記切断信号の前記直線偏光の向きを制御可能に調節して前記直線偏光を前記切断方向と直交する角度に維持するステップとを更に含む、
請求項５記載の方法。
【請求項２０】
直線偏光切断信号に近似するよう前記切断信号の偏光を調節するステップと、
直線偏光切断信号を前記基板全体にわたって制御可能に動かすステップであって、前記切断信号の移動方向は、前記切断信号の偏光に平行であるステップと、
前記切断信号を前記基板全体にわたって動かしながら前記切断信号の前記直線偏光の向きを制御可能に調節して前記直線偏光を前記切断方向に平行な角度に維持するステップと、を更に含む、
請求項５記載の方法。
【請求項２１】
破断力を前記基板に加えて前記基板を前記切断線に沿って分離するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項２２】
前記破断力は、前記切断線の近くのところで前記基板中に熱応力を生じさせる、
請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記破断力は、前記切断線の近くのところで前記基板中に内部応力を生じさせる、
請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記破断力は、前記切断線の近くのところで機械的力を前記基板に加える、
請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
前記基板を前記切断信号で照射しながら前記レーザシステム及び前記基板のうちの少なくとも一方を動かし、その結果、前記切断線が前記基板を制御可能に横切るようにするステップと、
デバイス形状を備えた少なくとも１つのデバイス本体及び少なくとも１つの廃棄領域を前記基板中に形成するステップと、
前記廃棄領域中に１つ又は２つ以上の分離特徴部を形成するステップと、
前記デバイス本体を前記廃棄領域から分離するステップと、を更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項２６】
前記基板中に一様な横方向寸法の微小割れ目を形成するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項２７】
前記基板中に非一様な横方向寸法の微小割れ目を形成するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項２８】
前記基板中に約１μｍ〜約１００μｍの横方向寸法を有する微小割れ目を形成するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項２９】
前記基板中に約１０μｍ〜約２５μｍの横方向寸法を有する微小割れ目を形成するステップを更に含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３０】
透明及び半透明な基板中にデバイス本体を形成する方法であって、
少なくとも１つの基板を作業面上に位置決めするステップと、
パルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力するステップと、  前記レーザ信号の電力プロフィールを調節して前記基板内に微小割れ目を形成するよう構成された少なくとも１つの切断信号を形成するステップと、
前記切断信号を前記基板に差し向けるステップと、
前記切断信号により前記基板内に多数の微小割れ目を形成するステップであって、前記微小割れ目は、前記基板内にデバイス本体及び廃棄領域を定める少なくとも１本の切断線を形成し、前記微小割れ目は、前記基板の第１の表面と第２の表面との間に形成されるステップと、
前記レーザシステムにより前記基板の前記廃棄領域内に少なくとも１つの分離特徴部を形成するステップと、
前記デバイス本体を前記廃棄領域から分離するステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項３１】
強化ガラス基板を前記作業面上に位置決めするステップを更に含む、
請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
非強化ガラス基板を前記作業面上に位置決めするステップを更に含む、
請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
サファイア基板を前記作業面上に位置決めするステップを更に含む、
請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
熱分離力を前記作業面に加えて前記デバイス本体を前記廃棄領域から分離するステップを更に含む、
請求項３０記載の方法。
【請求項３５】
機械的分離力を前記作業面に及ぼして前記デバイス本体を前記廃棄領域から分離するステップを更に含む、
請求項３０記載の方法。
【請求項３６】
強化された透明な基板を切断する方法であって、
透明な基板を作業面上に位置決めするステップと、
パルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力するステップと、  前記レーザ信号の電力プロフィールを調節して前記透明な基板内に微小割れ目を形成するよう構成された少なくとも１つの切断信号を形成するステップと、
前記切断信号の偏光を調節して長軸及び短軸を有する楕円偏光切断信号を形成するステップと、
前記切断信号を前記透明な基板に差し向けるステップと、
前記切断信号により前記透明な基板内に多数の微小割れ目を形成するステップであって、前記多数の微小割れ目は、前記透明な基板の第１の表面と第２の表面との間に形成され、前記多数の微小割れ目は、前記透明な基板内に所望の形状の少なくとも１本の切断線を形成するステップと、
前記切断信号を前記基板全体にわたって変位させて前記基板内にデバイス本体を形成するステップであって、前記切断信号の移動方向は、前記切断信号の前記楕円偏光の前記長軸と直交するステップと、
少なくとも１つの破断力を前記透明な基板に加えて前記透明な基板を所望の切断線に沿って分離するステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
透明及び半透明な基板が現在、極めて多くの分野で用いられている。例えば、大抵の大衆消費電子デバイス、例えば携帯電話、「スマート」フォン、タブレット型コンピュータ等は、表示装置、カメラ等を保護するために、ガラス、サファイア、及び／又はガラス状基板を有する。さらに、タッチスクリーン技術型ディスプレイを備えた電子デバイスが普及している。更に、透明及び半透明な基板、例えば種々のガラスがマイクロエレクトロニクス包装、太陽電池製造、宇宙空間用途、医療器具、製造システム等で用いられることは珍しいことではない。その結果、ガラス基板は、現在、種々の幾何学的特徴が盛り込まれた多様な寸法及び形状で製造されている。
【０００２】
現在、ガラス基板を製造するために用いられるプロセスが多く存在する。例えば、機械的穴あけ、切断、サンドブラスチング、及び表面研磨が種々の特徴をガラス基板中に製作するために或る程度まで用いられるプロセスの全てである。これら機械的プロセスは、従来幾分有用であることが判明したが、多くの欠点が確認されている。例えば、消耗性の材料が機械的加工で用いられている。したがって、加工のコストは、消耗性の材料のコストに応じて幾分ばらつきがある。更に、このような消耗品の消費及び処分は、環境的に望ましくなく又は問題にもなる場合がある。さらに、機械的加工は、多くの用途にとって必要な正確さ及び精度を提供することができない労働集約型の時間のこのようなプロセスであるといえる。
【０００３】
しかしながら、レーザがガラス又はこれに類似した透明／半透明な基板を加工するためにますます用いられている。機械的プロセスとは異なり、レーザを利用した加工技術は、消耗性の材料の使用を必要としない。更に、高品質レーザプロセスの必要とする加工後手順（即ち、研磨など）は、機械的加工の場合よりも少ない。したがって、レーザを利用した加工は、同等の機械的加工と比べてスループット及び正確さに関して利点をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現時点において、ＣＯ2レーザ加工は、最も典型的には、直線的に及び大きな曲率半径を備えた曲線（数センチメートルを超える曲率半径を備えた曲線）上に、ガラスを切断するために用いられている周知のレーザ利用ガラス切断プロセスである。このプロセスは、典型的には、ガラスを局所的に加熱するためにＣＯ2レーザを用いると共にガラスを冷却するために後続冷却ガスジェットを用い、その結果、割れ目（fracture）がガラス基板とＣＯ2レーザビーム／ガスジェットとの相対運動によって定まる近似方向に伝搬する。典型的には、ＣＯ2レーザ加工は、比較的広いガラスシートの大まかではあるが迅速な直線切断のために用いられる。ＣＯ2レーザ加工は、幾分有用であることが判明したが、多くの欠点が確認されている。例えば、複雑な形状、小さな穴（約２００ｍｍ以下）及び曲線（約２００ｍｍ以下の曲率半径を備えた曲線）をＣＯ2レーザプロセスにより切断することは、問題であることが判明している。
【０００５】
その結果、別のレーザ利用ガラス切断システムが開発された。例えば、パルスレーザシステムがいわゆる「ステルスダイシング（stealth dicing）」切断プロセスを行うために用いられている。これらパルスレーザ利用切断プロセスは、パルスレーザ源を用いて表面下改変特徴部（亀裂、溶融ゾーン、屈折率変化部）を生じさせ、これら特徴部は、意図した直線経路に沿って劈開破壊又は破断を案内するために用いられる。この技術の極めて一般的な用途は、例えば結晶シリコン（集積回路）及びサファイア（発光ダイオード）ウェーハ基板又は基板上に実装されたマイクロ電子デバイスや微小光学デバイスのダイシングにある。同様なレーザ利用切断プロセスが高応力の熱的及び／又は化学的に強化されたガラス（例えば、コーニング・インコーポレイテッド（Corning, Inc.）製の“Gorilla Glass ”、旭硝子（Asahi Glass）社製の“Dragontrail ”、ショット（Schott）社製の“Xensation”等）を切断するために開発された。種々のパルスレーザ利用切断プロセスが従来、幾らか好結果を得られることが判明したが、多くの欠点が確認されている。例えば、これら先行技術のレーザ利用切断プロセス及びシステムは、ガラスを小さな曲率半径（例えば、約１００ｍｍ以下の曲率半径）を備えた湾曲した経路に沿って効果的且つ効率的に切断し又は分離することが大抵の場合できない。
【０００６】
上記の内容に照らして、透明な及び半透明な基板を任意の種々の所望の形状に効果的且つ効率的に切断する方法及び装置が目下要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願は、透明又は半透明な材料をレーザビームで加工し、その結果、このような材料の単一シートを２つ又は３つ以上の小片に決定論的に分離するための方法及び装置に関する。本明細書において提供される説明は、ガラス基板の切断に関するが、当業者に理解されるように、本明細書において説明する方法及び装置を用いて、種々の透明な及び半透明な基板を任意種々の形状に切断することができる。例示の基板材料としては、ガラス、強化ガラス、シリカを主成分とする材料、セラミックポリマー、ポリマー材料、ポリマー組成物、シリコン材料、ゲルマニウム材料、半導体材料、半導体基板、サファイア、結晶等が挙げられるが、これらには限定されない。さらに、本明細書において説明するプロセス及び装置は、真っ直ぐな線をなす切れ目及び更に湾曲した線に使用できる。
【０００８】
具体的に説明すると、一実施形態では、本願は、透明な基板を作業面上に位置決めし、パルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力することによって強化された透明な基板をレーザ切断する方法を開示する。さらに、レーザ信号の電力プロフィール（分布）を調節して透明な基板内に微小割れ目を形成するよう構成された切断信号を形成するのが良い。しかる後、切断信号を透明な基板に差し向け、それにより透明な基板内に多数の微小割れ目を形成する。微小割れ目を透明な基板の第１の表面と第２の表面との間に形成し、多数の微小割れ目は、透明な基板内に所望の形状の切断線を形成する。しかる後、破断力を透明な基板に加えて透明な基板を所望の切断線に沿って分離する。
【０００９】
別の実施形態では、本願は、強化ガラス基板から作られたデバイス本体を形成する方法を開示する。具体的に言えば、本願は、少なくとも１つの透明な強化ガラス基板を作業面上に位置決めするステップ及びパルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力するステップを開示する。レーザ信号の電力プロフィールを調節して強化ガラス基板内に微小割れ目を形成するよう構成された少なくとも１つの切断信号を形成する。しかる後、切断信号を強化ガラス基板に差し向け、それにより切断信号で強化ガラス基板内に多数の微小割れ目を形成し、微小割れ目は、強化ガラス基板内にデバイス本体及び廃棄領域を定める少なくとも１本の切断線を形成する。さらに、一実施形態では、微小割れ目は、強化ガラス基板の第１の表面と第２の表面との間に形成される。更に、レーザシステムにより強化ガラス基板の廃棄領域内に少なくとも１つの分離特徴部を形成するのが良い。しかる後、少なくとも１つの分離力を強化ガラス基板に加えてデバイス本体を廃棄領域から分離する。
【００１０】
更に、本願は、透明な基板を作業面上に位置決めするステップと、パルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力するステップとを含む強化された透明な基板を切断する方法を開示する。レーザ信号の電力プロフィールを調節して透明な基板内に微小割れ目を形成するよう構成された少なくとも１つの切断信号を形成する。更に、切断信号の偏光を調節して長軸及び短軸を有する楕円偏光切断信号を形成する。切断信号を透明な基板に差し向け、その結果、切断信号により透明な基板内に多数の微小割れ目を形成し、微小割れ目は、透明な基板の第１の表面と第２の表面との間に形成される。多数の微小割れ目は、透明な基板内に所望の形状の１本の切断線を形成する。さらに、切断信号を基板全体にわたって変位させて基板内にデバイス本体を形成するのが良く、切断信号の移動方向は、切断信号の長軸と直交する。しかる後、少なくとも１つの破断力を透明な基板に加えて透明な基板を所望の切断線に沿って分離する。
【００１１】
本明細書において説明する透明及び半透明な基板をレーザ切断する方法及び装置の他の特徴及び他の利点は、以下の詳細な説明を考慮すると明らかになろう。
【００１２】
透明及び半透明な基板をレーザ切断する方法及び装置の種々の実施形態について添付の図面により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本願において開示されるレーザ切断方法を受ける透明な基板の斜視図である。
【図２】図１に示されたレーザシステムを用いた加工に続き多くの微小割れ目が形成された透明又は半透明な基板の断面図である。
【図３】図１に示されたレーザシステムを用いた加工中における微小割れ目が形成された透明又は半透明な基板の断面図である。
【図４】図１に示されたレーザシステムを用いた加工後における微小割れ目が形成された透明又は半透明な基板の断面図である。
【図５】図１に示されたレーザシステムを用いた加工後における一様なサイズの多数の微小割れ目が形成された透明又は半透明の基板の断面図である。
【図６】図１に示されたレーザシステムを用いた加工後における非一様なサイズの多数の微小割れ目が形成された透明又は半透明の基板の断面図である。
【図７】図１に示されたレーザシステムの出力信号の電力プロフィール又は分布（レーザ出力／パルス幅）のグラフ図である。
【図８】図７に示された電力プロフィールを有するレーザ信号を出力する図１に示されているレーザシステムを用いて形成された透明な又は半透明な基板の微小割れ目及び表面チッピングの画像を示す図である。
【図９】図１に示されたレーザシステムの出力信号の電力プロフィール（レーザ出力／パルス幅）の別の実施形態のグラフ図である。
【図１０】図９に示された電力プロフィールを有するレーザ信号を出力する図１に示されているレーザシステムを用いて形成された透明な又は半透明な基板の微小割れ目及び表面チッピングの画像を示す図である。
【図１１】図１０に示されたレーザシステムの出力信号の電力プロフィール（レーザ出力／パルス幅）の別の実施形態のグラフ図である。
【図１２】図１１に示された電力プロフィールを有するレーザ信号を出力する図１に示されているレーザシステムを用いて形成された透明な又は半透明な基板の微小割れ目及び表面チッピングの画像を示す図である。
【図１３】注文通りのパルスエンベロープを有する図１に示されているレーザシステムによって出力されるレーザ信号の実施形態のグラフ図である。
【図１４】別の注文通りのパルスエンベロープを有する図１に示されているレーザシステムによって出力されたレーザ信号の実施形態のグラフ図である。
【図１５】図１に示されたレーザシステムを用いて微小割れ目の向きに対する偏光ベクトルの向きを制御することによって形成された透明な又は半透明な基板の微小割れ目及び表面チッピングの画像を示す図である。
【図１６】図１に示されたレーザシステムを用いて透明な又は半透明な基板を備えたデバイス本体を形成するためのオートクレーブ処理プロセスの実施形態の斜視図である。
【図１７】図１に示されたレーザシステムを用いて透明な又は半透明な基板を備えたデバイス本体を形成するオートクレーブ処理プロセスの実施形態の斜視図であり、切断線及びオートクレーブ処理特徴部が基板上に形成されている状態を示す図である。
【図１８】図１に示されたレーザシステムを用いて透明な又は半透明な基板を備えたデバイス本体を形成するオートクレーブ処理プロセスの実施形態の斜視図であり、デバイス本体が基板の廃棄領域から分離されている状態を示す図である。
【図１９】本明細書において説明する方法及び装置を用いて透明な又は半透明な基板中に形成された特徴部又はデバイスを分離する例示の方法の斜視図であり、デバイス本体及び廃棄領域が図１に示されたレーザシステムを用いて基板内に形成されている状態を示す図である。
【図２０】本明細書において説明する方法及び装置を用いて基板上に形成された廃棄領域内に分離特徴部を形成する仕方を示す斜視図であり、分離特徴部が図１に示されたレーザシステムを用いて基板内に形成されている状態を示す図である。
【図２１】本明細書において説明する方法及び装置を用いて基板上に形成されたデバイス本体の分離プロセスの斜視図である。
【図２２】本願において説明するオートクレーブ処理プロセス及びレーザ切断プロセスを用いて形成されたデバイス本体の斜視図である。
【図２３】本明細書において説明する方法及び装置を用いて透明な又は半透明な基板中に形成された特徴部又はデバイスを分離する例示の方法の斜視図であり、デバイス本体及び廃棄領域が図１に示されたレーザシステムを用いて基板内に形成されている状態を示す図である。
【図２４】本明細書において説明する方法及び装置を用いて基板上に形成された廃棄領域中の分離特徴部の形成の仕方の斜視図であり、分離特徴部は図１に示されたレーザシステムを用いて基板内に形成されている状態を示す図である。
【図２５】本明細書において説明する方法及び装置を用いて基板上に形成されたデバイス本体の分離プロセスの斜視図である。
【図２６】本願において説明するオートクレーブ処理プロセス及びレーザ切断プロセスを用いて形成されたデバイス本体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本願において開示するレーザ切断方法を受ける透明な基板の斜視図である。図示の実施形態では、レーザを利用するガラス切断システム１０は、加工を受ける少なくとも１枚のガラス基板１２を支持すると共に位置決めするよう構成された少なくとも１つの作業面１４を含む。一実施形態では、作業面１４は、ガラス基板１２をＸ軸、Ｙ軸、及び／又はＺ軸に沿って正確に動かすことができ又はＸ軸、Ｙ軸、及び／又はＺ軸回りに回転することができる可動作業面から成る。オプションとして、作業面１４は、静止状態又は定置式のものであって良い。さらに、レーザ利用ガラス切断システム１０は、少なくとも１つのレーザ信号１８を少なくとも１つのオプティクス一式(光学系)２０に出力するよう構成された少なくとも１つのレーザシステム１６を含む。一実施形態では、レーザシステム１６は、レーザ信号１８を約５０ｎｍ〜約５５０ｎｍの波長で出力するよう構成された高出力ハイブリッドファイバレーザを含む。例えば、レーザシステム１６は、約０．１Ｗ以上の出力電力を有すると共に約３５５ｎｍの波長を有するレーザ信号１８を出力するよう構成されたスペクトラ‐フィジックス・インコーポレイテッド（Spectra-Physics, Inc. ）製のQuasar（商標）レーザを含むのが良い。具体的に説明すると、一実施形態では、Quasar（商標）レーザは、約３５５ｎｍの波長で約０．３４Ｗの出力電力を有するレーザ信号１８を出力するよう構成されている。当業者に理解されるように、本発明では任意の種々のレーザシステムを用いることができる。一実施形態では、レーザシステム１６は、約０．１Ｗ以上の出力電力を有するレーザ信号１８を出力するよう構成されている。例えば、一実施形態では、レーザ信号１８は、約１Ｗの出力電力を有する。別の実施形態では、出力電力は、約５Ｗである。さらに別の実施形態では、出力電力は、約１０〜２０Ｗである。さらに別の実施形態では、出力電力は、約３５Ｗである。オプションとして、出力電力は、約３５Ｗ以上であっても良い。別の実施形態では、レーザ信号１８は、約１５０ｎｍ〜約１６００ｎｍの波長を有する。オプションとして、レーザ信号１８は、約３２０ｎｍ〜約３８０ｎｍの波長を有しても良い。さらに、レーザ信号１８は、パルス出力レーザ信号１８を出力するよう構成されているのが良い。例えば一実施形態では、レーザシステム１６は、約１ｋＨｚ〜約２５０ｋＨｚの繰り返し率を有する。オプションとして、レーザシステム１６は、連続波形レーザ信号１８を出力するよう構成されていても良い。
【００１５】
再び図１を参照すると、少なくとも１つのオプティクス一式２０は、レーザシステム１６からレーザ信号１８を受け取る。一実施形態では、オプティクス一式２０には少なくとも１つの光学デバイスが含まれる。例示の光学デバイスとしては、レンズ、鏡、回折光学素子、光ファイバ、偏光子、偏光回転子、偏光調節器、ポッケルセル、液晶デバイス、格子、ビームスプリッタ、ビームシェイパ、ビームダンプ、アパーチュア、シャッタ、減衰器、Ｑスイッチ、ＳＥＳＡＭ、光学マウント、リニアモータ、短軸光学スキャナ、多軸光学スキャナ、ｆ‐シータ対物レンズ、テレセントリックｆ‐シータ対物レンズ、ジンバル式マウント、ガントリ、検出器、カメラ等が挙げられるが、これらには限定されない。一実施形態では、オプティクス一式２０は、少なくとも１つのレーザ信号１８を受け取って入力レーザ信号１８を状態調節し又は違ったやり方で変性して基板１２上に差し向けられる少なくとも１つの切断信号２２を生じさせるよう構成され、それにより、基板１２上又は基板１２内に少なくとも１つの切断線２４が形成される。図示の実施形態では、少なくとも１つの切断信号２２が自由空間を通って基板１２に送り出される。オプションとして、切断信号２２は、少なくとも１つの包囲送り出し経路又は関節連結ビームディレクタシステムを通って基板１２に送り出されても良い。さらに別の実施形態では、切断信号２２は、１つ又は２つ以上の光ファイバデバイスを通って基板１２に送り出される。図示の実施形態では、オプティクス一式２０は、レーザシステム１６から離れて設けられた少なくとも１つの別の素子を含む。オプションとして、レーザシステム１６及びオプティクス一式２０は、単一ハウジング内に併存されても良い。さらに一実施形態では、作業面１４、レーザシステム１６及びオプティクス一式２０のうちの少なくとも１つは、種々の軸線に沿って動くことができるよう構成されているのが良い。例えば、作業面１４、レーザシステム１６及びオプティクス一式２０のうちの少なくとも１つは、Ｘ軸、Ｙ軸、及び／又はＺ軸に沿って動くよう構成されていても良く又はＸ軸、Ｙ軸、及び／又はＺ軸回りに回転可能であっても良い。したがって、作業面１４、レーザシステム１６及びオプティクス一式２０のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのユーザ制御可能又はコンピュータ制御式可動ステージ、ガントリ、テーブル、シータステージ、リニアモータ、圧電アクチュエータ等上に位置決めされても良く、或いはこれらを含んでも良い。
【００１６】
図２は、本明細書において開示するレーザ切断方法を受ける基板のより詳細な斜視図である。図示のように、ガラス基板３０は、第１の表面３２及び少なくとも、第２の表面３４を有する。図示の実施形態では、第１の表面３２と第２の表面３４は、互いに反対側に位置している。オプションとして、第１の表面３２と第２の表面３４は、互いに反対側に位置する必要はない。内部コア３６が第１の表面３２と第２の表面３４との間に設けられている。一実施形態では、内部コア３６は、約０．０５ｍｍ〜約１０．００ｍｍの横方向寸法３８を有するが、当業者に理解されるように、内部コア３６は、任意の横方向寸法を有しても良い。一実施形態では、基板３０は、ガラス又はシリカを主成分とする材料で作られる。別の実施形態では、基板３０は、強化ガラス材料から成る。さらに別の実施形態では、基板は、セラミックスから作られる。オプションとして、基板３０は、１種類又は２種類以上のポリマーで作られても良い。別の実施形態では、基板３０は、多数の材料で作られても良い。さらに、基板３０は、一体形の物体から成るのが良く、或いは変形例では、積層構造体から成っても良い。
【００１７】
再び図２を参照すると、一連の微小割れ目（４０，４２，４４）が基板３０の内部コア３６内に形成されるのが良い。割れ目は性質が「微小」であり、用いられるプロセスパラメータに応じて、数マイクロメートルから２０〜３０、又は数十マイクロメートルまでの範囲の寸法を有する。これら微小割れ目は、ガラスを十分に弱体化するためにそして最小抵抗経路を作り、それにより最終の破断プロセス中に伝搬する割れ目の正確な誘導を可能にすることによって、適当な密度で且つガラス全体にわたって一様に作られるのが良い。
【００１８】
図２に示されているように、一連の遠位微小割れ目４０が第２の表面３４に近接したところで基板３０の内部コア３６内に形成されている。同様に、一連の中央微小割れ目４２が基板３の内部コア３６内に形成されている。図示のように、一連の近位微小割れ目４４が第２の表面３２に近接したところで基板３０の内部コア３６内に形成されている。図示の実施形態では、３つの一連の微小割れ目４０，４２，４４が内部コア３６内に形成されている。当業者に理解されるように、基板３０の内部コア３６内に任意個数の微小割れ目を形成しても良い。オプションとして、微小割れ目は、同様に、第１の表面３２上、第２の表面３４上、又はこれら両方の表面上に形成されても良い。内部コア３６内に作られる微小割れ目の間隔、形状、頻度、及び寸法は、レーザシステム１６及びオプティクス一式２０（図１参照）のうちの少なくとも一方の電力、ビームサイズ、焦点サイズ等を調整することによって変えることができる。例えば、オプティクス一式２０は、約０．５μｍ〜約５０μｍの寸法への光の収束又は光の画像化を生じさせるのに適した開口数を有するよう構成されているのが良い。したがって、微小割れ目４０，４２，４４は、約１μｍ〜約３００μｍの横方向寸法を有するのが良い。当業者に理解されるように、これよりも大きな微小割れ目（例えば、約１００μｍ以上の横方向寸法を有する）は、迅速な全体的基板切断プロセスを可能にするが、加工済みのガラス切断エッジのばらつきが増大することになり、これは、一般に、低品質結果であるとみなされる。したがって、相当な追加の且つ望ましくない後加工又は処理が必要な場合がある。一実施形態では、微小割れ目４０，４２，４４は、約１０μｍ〜約２５μｍの横方向寸法を有するであろう。
【００１９】
図２に示されているように、微小割れ目４０，４２，４４は、基板３０の第１の表面３２上に実質的に同一直線上に形成され、それにより任意の種々の所望の形状、幅、長さ等で切断すなわち劈開線４６が形成される。別の実施形態では、微小割れ目４０，４２，４４は、同一直線上に配置されず、それにより同一直線上積み重ねアーキテクチャで達成できる実装密度よりも高い実装密度の実現が可能である。切断ガラスの形状を制御できるようにすることは、合焦レーザエネルギーの正確な位置決めにより標的基板３０の内部コア３６の内部全体にわたって作られた一連の微小割れ目４０，４２，４４によって提供される。当業者に理解されるように、代表的には、微小割れ目４０，４２，４４を形成するのに十分なエネルギーを含む切断ビーム２２（図１参照）のプロフィールは、円形であるのが良い。別の実施形態では、切断ビーム２２（図１参照）のプロフィールは、任意の種々の形状で、例えば、楕円形などで形成できる。微小割れ目４０，４２，４４は、基板３０の内部コア３６内のどこかの場所に寸法決めされると共に位置決め可能であり、その結果、基板３０を最小の労力で且つ最高の品質で所定の切断線４６に沿って分離することができるようになる。品質が高いということは、一般に、劈開されたエッジの最小表面粗さが最小限であること及び意図した分離線４６から分離された実際のエッジの偏差（「ワンダー（wander）」）が最小限であることを意味している。
【００２０】
図３及び図４は、基板５０の内部コア５２内に微小割れ目を形成するプロセスを示している。図３に示されているように、内部コア５２は、第１の表面５４と第２の表面５６との間に設けられている。遠位微小割れ目５８が先に基板５０の第２の表面５６の近くに形成されている。パルス切断ビーム６０が内部コア５２内の所望の中央場所６２に集束されている。その結果、ここの微小割れ目６４は、レーザシステムの出力（例えば、図１に示されているレーザシステム１６によって出力されたビーム１８）の各サイクル動作を行うために放出される全エネルギーによって作られ、このようなレーザシステムの出力は、或る程度の決定論的ＰＲＦ（パルス繰り返し数）で繰り返し生じる。例えば、１００ｋＨｚのサイクル動作ＰＲＦの状態で１０Ｗの出力平均電力で動作するｑスイッチ式パルスレーザは、エネルギー出力が１０Ｗ／１００ｋＨｚであることを示唆しており、これは、１００μＪのエネルギーに等しい。このエネルギーを毎秒１００，０００回のレートで集積させるのが良い。代表的には、このエネルギーは主として、光の単一パルス中に含まれ、レーザの「パルスエネルギー」と呼ばれる。レーザパルスエネルギー及びレーザ平均電力が材料加工作業にどのような影響を及ぼすかを特徴付ける一手法は、次の通りであり、即ち、パルスエネルギーの量がレーザによって材料中に引き起こすことができる材料改質（アブレーション、微小割れ目等）の程度を決定し、平均電力がこの変性をどれほど迅速に実施できるかを決定する。例えば、単一の１００μＪレーザパルスが所望の微小割れ目寸法を作ることができる場合、このパルスエネルギーを放出する１Ｗレーザが毎秒一万のレートでこれを行い、毎秒一万個の微小割れ目を作ることができ、同様に、この同一のパルスエネルギーを放出する２０Ｗレーザは、毎秒二十万個のこのような特徴部を作ることができる。
【００２１】
図５は、本明細書において説明するレーザ切断プロセスを受けた後の基板の断面図である。図示のように、基板７０は、第１の表面７４と第２の表面７６との間に配置された内部コア７２を有している。少なくとも１つの遠位微小割れ目８０と、少なくとも１つの中央微小割れ目８２と、少なくとも１つの中間微小割れ目８４と、少なくとも１つの近位微小割れ目８６とから成る一連の微小割れ目が基板７０の内部コア７２に形成されている。図示のように、微小割れ目８０，８２，８４，８６は、実質的に同一の寸法及び形状を有する。これとは対照的に、図６は、第２の表面７６′及び第１の表面７４′の近くにそれぞれ位置決めされていて中央微小割れ目８２′及び中間微小割れ目８４′とは異なる形状及び／又は寸法を有する遠位微小割れ目８０′及び近位微小割れ目８６′を有する基板７０′の断面図である。したがって、当業者に理解されるように、基板内に形成される任意の微小割れ目の寸法及び形状を所望に応じて変化させることができることは理解されよう。
【００２２】
再び図１及び図２を参照すると、レーザ切断プロセス後、レーザ加工済み基板１２の最終の分離は、種々の熱的及び／又は機械的手段により達成できる。幾つかの場合、分離は、レーザ加工それ自体から結果として得られる材料内の或る特定の応力分布及び／又は相違の結果として自発的に起こる場合がある。例示の分離プロセスとしては、熱サイクル、超音波処理、機械的穴あけ／劈開、圧縮ガス、又は真空分離が挙げられるが、これらには限定されない。選択された分離プロセスは、分離を生じさせるのに十分な力をレーザ加工後基板１２に選択的に加える。最も高い密度及び最も高い一様性をもって基板３０内に配置された微小割れ目４０，４２，４４（図２参照）の結果として、レーザ加工の完了時に基板３０を切断するのに必要な力は最小限であろう（ほぼゼロに等しい）。幾つかの場合、材料内の優先的に配置された微小割れ目の密度が極めて高い場合、分離は、僅かな震動及び／又は加速によって引き起こされる場合があり、例えば、材料の日常的な取り扱いの際に生じる場合がある。
【００２３】
走査／切断方向が３次元空間内でＹ軸であるとみなすと共に材料中におけるレーザビーム伝搬方向が直交するＺ軸であるとみなすと、Ｙ軸とＺ軸の両方における微小割れ目の広がりを最大にすると、最も高いスループットの利点が得られることが解る。というのは、これにより、最も高い走査速度が可能だからである。直交Ｘ軸に沿う微小割れ目のばらつきがあると、これが切断エッジの粗さを増大させる傾向があることも又解る。
【００２４】
持続時間がナノ秒という時間スケール方式であるパルスを放出するレーザの場合、歴史的には、微小割れ目を表面の直ぐ近くに配置することが困難であり、この場合、必ず、これら表面が同時に損傷する（チッピング、亀裂発生、スポーリング等）。この理由で、本発明の背景技術の項に詳細に説明されている先行技術のパルスレーザシステムは、パルスレーザエネルギーの焦点を加工中の基板のコア内に意図的に配置し、基板の第１の表面及び第２の表面を入射レーザエネルギーから隔離していた。基板の第１及び／又は第２の表面のいずれかの近くに微小割れ目を配置しようとする従来の試みの結果として、一般に、大きくて（即ち、約４０μｍ以上）望ましくない表面チップが生じていた。パルスエネルギーを減少させると、チッピング寸法を幾分減少させることができるが、結果として得られる微小割れ目のＺ及びＹ方向の広がりが実質的に減少することになる。さらに、レーザ切断プロセスのスループットも又減少することになる。さらに又、結果として得られるチッピング寸法は、用途にとっては依然として受け入れることができない場合がある。例えば、図７は、ガラス基板を切断するために用いられる典型的な先行技術のパルスレーザの電力と時間出力との関係をグラフ図で示している。図８は、この種のパルスレーザ出力が第１の表面に近接したところに微小割れ目を生成するために用いられる場合の結果としてのガラス表面損傷／チッピングを示している。図示のように、基板９０は、第１の横方向寸法の多くの第１の微小割れ目９２及び第１の微小割れ目９２の横方向よりも数桁大きい第２の横方向寸法を備えた多くの微小割れ目９４を有している。
【００２５】
図８に示されている表面チッピングは、寸法が約５０μｍであり、これは、走査されたビーム経路に沿ってランダムである場合がある。図示の３本の線の各々は、基板の表面に対するレーザビームの僅かに異なる合焦位置を有する状態を示している。図８は、脆弱な透明材料、例えばガラスを加工するために用いられる典型的なナノ秒パルスレーザ源によって引き起こされる強い熱勾配が材料の表面の近くに生じたときの典型的な結果を示している。
【００２６】
これとは対照的に、本願において説明する装置及び方法は、特に、基板の表面の近くのところに微小割れ目を形成する際、最適結果を得るために基板のところに差し向けられるエネルギーの新規な電力プロフィール又は分布（電力と時間との関係）を利用している。具体的に説明すると、本願において用いられる別の技術は、レーザの各サイクル動作により単一よりも実質的に多いレーザパルスの発生を可能にする。例えばレーザシステムのサイクル周波数が約１００ｋＨｚである場合、実質的に２以上の光のパルスを１０μｓごとのサイクル間隔の間、レーザによって放出することができる。さらに、この技術は、注文通りの電力エンベロープ、即ち、レーザによって放出される電力と時間の関係を高い融通性の度合いでカスタマイズすることができる時間間隔のディジタルプログラミングを可能にする。図９は、高速フォトダイオード電力検出器によって検出されて高速オシロスコープ上に表示されるこのような注文通りの電力エンベロープ（約５５ｎｓだけ離されると共に約２５０ｎｓの時間窓内に含まれる５つのパルスで構成される）を示している。図１０は、図９に示されている注文通りの電力エンベロープを用いた基板の光学電子顕微鏡画像中に見てとれるガラスチッピングの減少を示している。具体的に説明すると、基板９０′は、第１の横方向寸法の多くの第１の微小割れ目９２′及び第１の微小割れ目９２′の横方向寸法よりも僅かに大きな第２の横方向寸法を有する第２の微小割れ目９４′を有している。図示のように、図１０に示されている第２の微小割れ目９４′は、図８に示されている第２の微小割れ目９４よりも数桁小さい。２５０ｎｓの注文通りの窓中の５つのパルスから成る群により生じたガラスチッピングの度合いを望ましくは、図７に示されている単一のパルスによる場合と比較する。チッピングサイズは、約５０％だけ減少して約２５μｍになっている。さらに、チップのサイズは、より一貫している。
【００２７】
図１１及び図１２は、注文通りの電力エンベロープを用いたガラスをレーザ切断するプロセスの結果を示している。図１１は、注文通りの電力出力エンベロープを放出することができるレーザシステムの出力を示している。具体的に説明すると、図１１は、パルス電力が可変の状態で電力と時間の関係をグラフ図で示している。図１２は、図１１に示された注文通りの電力エンベロープを用いた加工済みガラス基板の光学顕微鏡画像を示している。図示のように、図１１に示されている注文通りの電力エンベロープを有する信号を出力するよう構成されたレーザシステムは、図７及び図８に示されている先行技術のレーザシステムよりも望ましくない度合いがかなり小さいチッピングをもたらしている。
【００２８】
図７〜図１２は、レーザエネルギー出力を特定の時間窓内に注文通りに誂えることが従来型単一パルスプロセスと比較して、表面チッピングにおいて実証可能に劇的な改良をどのように提供することができるかを実証している。当業者に理解されるように、最適結果をもたらす注文通りの電力エンベロープの特定の分布は、或る程度、基板の光学的及び熱的性質並びに種々の他のプロセスパラメータで決まる場合があり、種々の他のプロセスパラメータとしては、レーザ放射波長、注文通りの電力エンベロープ内で利用できる全エネルギー、基板に向かって投射される焦点スポットサイズの寸法、基板に対する投射焦点スポットの場所及び放出エネルギーのＰＲＦ又はレーザサイクル時間が挙げられるが、これらには限定されない。図１２は、図８及び図１０に示された表面チッピングと比較したチッピングの最適化された減少結果を示している。具体的に説明すると、基板９０″は、第１の横方向寸法の多くの第１の微小割れ目９２″及び第１の微小割れ目９２″の横方向寸法よりも僅かに大きい第２の横方向寸法を有する多くの第２の微小割れ目９４″を有している。図示のように、図１２に示されている第２の微小割れ目９４″は、図８及び図１０に示されている微小割れ目９４″よりも数桁小さい。
【００２９】
一実施形態では、或るレーザサイクル周波数で繰り返される放出レーザエネルギーを含むエンベロープは、２〜１００の光のパルスを含むのが良く、各パルスは、０．０００５ナノ秒（以下ｎｓ）を超え且つ５００ｎｓ未満のＦＷＨＭ（半値全幅）時間幅を有し、パルスの電力最大値は、約１ｎｓ以上且つ約１０００ｎｓ以下の時間だけ時間的に隔てられており、これらパルスは、約１ｎｓ〜１０００ｎｓの時間的寸法を有する注文通りのエンベロープ内に含まれる。レーザサイクル周波数は、約１Ｈｚ〜約１００００ｋＨｚであるのが良い。当業者に理解されるように、幾つかの実施形態では、隣り合うパルス相互間の電力は、約ゼロの値に戻らない場合があるが、そうではなくて、隣り合うパルス相互間の電力は、先行するパルスの最大値の実質的に約５０％に近い百分率だけ減少するに過ぎない場合がある。この場合、放出エネルギーは、１つ又は２つ以上のパルスとして注文通りに設定されるのが良く、パルスの各々は、滑らかに且つ一体的に電力の最大値まで立ち上がり、次にこれから立ち下がるということがなく、そうではなくて、エンベロープ内の１つ又は２つ以上のパルスは、各々が約１ｎｓ〜約１０００ｎｓの或る程度の時間的長さだけ隔てられた少なくとも２つの電力最大値が存在するよう調節され、このような時間的長さの中で電力は先行する最大値の実質的に約５０％に近い量だけ減少する。図１３及び図１４は、上述の注文通りのパルスエンベロープのパラメータをグラフ図で示している。
【００３０】
オプションとして、入射レーザビームの偏光を様々にし又は変化させると、例えば劈開側壁表面粗さ、意図した切断線からのカットエッジ偏差等の面で結果の最も高い加工スループット及び最も高い品質を生じさせることができる。当業者に理解されるように、微小割れ目の優先的な向きを達成できることにより、もし微小割れ目が意図した切断方向（レーザビームと標的材料との相対運動と同一の方向）に沿って大きな程度まで延びると共に垂直の方向に少ない程度まで延びるよう微小割れ目を差し向けることができれば、高い加工速度及び僅かなエッジばらつきの達成が可能である。このような向きは、レーザ偏光（入射レーザパルスの電界ベクトルの向き）が直線的であり且つ意図した切断方向に実質的に垂直であり且つ基板の表面に実質的に平行に差し向けられる場合に実現できる。より一般的な言い方として、所望の微小割れ目の向きは、偏光楕円の長軸が切断方向に実質的に垂直であり且つ材料の表面に実質的に平行であるように差し向けられた楕円偏光（レーザ照射の電界に対する長軸及び短軸成分を有するものとして定義される）を照射レーザエネルギーが有する場合に達成される。理想的な微小割れ目向きに関する独特な且つ理想的な方式として、楕円偏光の短軸は、約ゼロの値を有し、それ故、ビームは、偏光が意図した切断方向と直交し且つ材料の表面に平行に差し向けられた状態でほぼ直線偏光される。図１５は、微小割れ目の向きに対する偏光ベクトル向きを制御する作用効果を実証している。当業者に理解されるように、他のパラメータが微小割れ目の向きに影響を及ぼす恐れがある。例えば、或る特定の楕円率を備えたレーザビームは、微小割れ目の向きに優先度を生じさせるために利用できる。このようなパラメータは、本明細書において説明する偏光制御を補足し合うものとして使用されるのが良い。
【００３１】
図６に示されているように、微小割れ目を意図した切れ目の方向に沿って差し向けることによって多くの利点を得ることができる。例えば、レーザ出力の各サイクル動作ごとに生じる微小割れ目をレーザサイクル時間又はＰＲＦが所与の場合に速度の高い比率で互いに直ぐ隣接して配置することができ、これは、レーザ加工後の容易な分離を行う上で有益である。さらに、切断エッジは、意図した切断経路からの僅かな量のずれを有する。というのは、意図した切断方向から遠ざかる応力集中部分の広がりが僅かだからである。さらに、理想的な微小割れ目向きを備えた状態で切断された完成品は、理想的ではない向きと比較して、一部の本体中への応力伝搬経路の広がりが小さいので、高い耐衝撃性、耐曲げ強度等を有する可能性が多分にある。オプションとして、レーザシステムは、円偏光（１に等しい楕円率を有する楕円偏光の特別な場合）を有する光信号を出力するよう構成されているのが良く、このような光信号は、幾つかの用途では意図した切断経路に対して微小割れ目の向きを均一化する傾向がある場合がある。さらに当業者に理解されるように、市場には、入力信号、例えばユーザにより制御されるアナログ又はディジタル電圧又は電流信号に基づくレーザビームの偏光状態（向き、楕円率等）を迅速且つ正確に調節することができる或る特定の光学部品が存在し、例えば曲線、円形線、楕円線等の切断線の周囲全体に沿って好ましい偏光状態及び向き（及びそれ故に好ましい微小割れ目向き）を維持することができる。さらに理解されるように、円形対称性を有する意図した切断経路、例えば円及び楕円に関し、レーザビームの２つの別個独立の走査（又は材料の類似並進）の使用により微小割れ目をインターリーブすることが優先的であるといえ、このような走査の各々は、（１）材料の表面に実質的に平行であり、（２）互いに直交している偏光向きで実行される。すなわち、二段法を用いるのが良く、このような二段法では、微小割れ目が同一の湾曲経路に沿うが、偏光向きが２つのステップ相互間で約９０°回転した状態で形成する。
【００３２】
図１６〜図１８は、ガラスの透明な且つ／或いは半透明な基板を加工する際に用いられるレーザオートクレーブ処理プロセスの一実施形態を示している。図１６は、透明な基板１０２を示している。一実施形態では、基板１０２は、ガラス基板から成る。別の実施形態では、基板１０２は、強化ガラス基板から成る。オプションとして、基板１０２は、シリカ材料、セラミックス、サファイア、ポリマー、エーロゲル、半導体材料、透明な材料、半透明な材料等のうちの１つ又は２つ以上で構成されても良い。
【００３３】
再び図１６を参照すると、少なくとも１つのデバイス本体１０６が少なくとも１つの切断線１０４によって定められている。したがって、少なくとも１つのデバイス本体１０６及び少なくとも１つの廃棄領域１０８が基板１０２上に形成される。一実施形態では、切断線１０４は、上述の段落番号［０００７］〜［００１３］（ただし、図５の説明まで）に記載されると共に図１〜図５に示されているような一連の微小割れ目から成る。一実施形態では、切断線１０４を形成する微小割れ目は、基板１０２の本体内に配置される。当業者に理解されるように、切断線１０４を形成する微小割れ目は、基板１０２内のどの場所に形成されても良い。上述したように（段落番号［０００７］〜［００１３］を参照されたい）一実施形態では、切断線１０４を形成する微小割れ目は、基板１０２の内部構造体を改質するよう構成されている。したがって、材料を基板１０２から除去しても良く、或いは除去しなくても良いが、これとは異なり、微小割れ目が基板１０２本体内に形成される。
【００３４】
図１７に示されているように、切断線１０４がいったん形成されると、一連のオートクレーブ処理特徴部１１０が切断線１０４上の又はその近くに位置する基板１０２上の種々の場所に形成される。一実施形態では、オートクレーブ処理特徴部１１０は、デバイス本体１０６と廃棄領域１０８との間に僅かな分離領域を生じさせるよう構成されている。一実施形態では、分離領域は、オートクレーブ処理特徴部１１０の形成中、切断線１０４上又はその近くの領域にレーザエネルギーを加えた結果として生じる熱応力の導入によって形成される。一実施形態では、分離領域は、デバイス本体１０６を廃棄領域１０８から分離する。別の実施形態では、分離領域は、デバイス本体１０６の幾つかの部分だけを廃棄領域１０８から分離する。図１８に示されているように、オートクレーブ処理特徴部１１０がいったん形成されると、基板１０２は、分離加工を受けるのが良い。図１９〜図２６は、本明細書において説明した方法及び装置を用いて透明な又は半透明な基板中に形成される特徴部を分離する２つの例示の方法を示している。図１９に示されているように、マスター基板２０２を上述の段落番号［０００８］及び［０００９］で説明したレーザシステムで照射する。一実施形態では、多数の微小割れ目で構成された少なくとも１つのデバイスプロフィール切断線２０４を基板２０２中に形成し、それにより少なくとも１つのデバイス本体２０６及び少なくとも１つの廃棄領域２０８を定める。変形例では、意図したプロフィール切断線に沿って又はこれに著しく近接して位置する単一の連続した大きな割れ目又は複数個の連続した大きな割れ目セグメントが基板２０２中に形成されても良く、それにより少なくとも１つのデバイス本体２０６及び少なくとも１つの廃棄領域２０８が定められる。上述したように、切断線は、任意の種々の形状及び寸法で形成できる（これについては、図２〜図４、上述の段落番号［００１０］〜［００１３］を参照されたい。
【００３５】
図２０に示されているように、しかる後、１つ又は２つ以上の補足的分離特徴部２１０をレーザシステムで廃棄領域２０８内に形成するのが良い。一実施形態では、分離特徴部は、切断線２０４から見て遠くに配置される。別の実施形態では、分離特徴部は、切断線２０４の近くに配置される。分離特徴部２１０を廃棄領域２０８内に直線状に形成しても良く、非直線状に形成しても良く且つ／或いはランダムに形成しても良い。一実施形態では、廃棄領域２０８中に形成された分離特徴部２１０のうちの少なくとも１つは、切断線２０４を形成する微小割れ目よりも大きな横方向寸法を有する（これについては、図２、微細割れ目４０，４２，４４を参照されたい）。オプションとして、分離特徴部２１０のうちの少なくとも１つは、切断線２０４を形成する微小割れ目よりも小さな横方向寸法を有しても良い。さらに、分離特徴部２１０は、所望に応じて任意の種々の形状及び寸法で形成されるのが良く、それにより廃棄領域２０８からデバイス本体２０６の効果的な分離が可能である。
【００３６】
しかる後、図２１に示されているように、任意の種々の方法を用いてデバイス本体２０６を廃棄領域２０８から分離するのが良い。例えば、一実施形態では、廃棄領域２０８中に形成された切断線２０４及び分離特徴部２１０に熱応力を加え、その結果として、デバイス本体２０６を形成する切断線２０４に沿う割れ目並びに廃棄領域２０８中の基板２０２の少なくとも１つの分離割れ目の望ましい伝搬が生じる。別の実施形態では、機械的分離力を廃棄領域２０８内の分離特徴部２１０に加える。例示の分離力としては、レーザに誘導され又は違ったやり方で誘導された熱応力、振動、音波等が挙げられるが、これらには限定されない。さらに、幾つかの実施形態では、デバイス本体２０６及び廃棄領域２０８の分離は、分離力を加えなくても起こる。図示の実施形態では、分離特徴部は、廃棄領域２０８内でランダムであっても良い。別の実施形態では、排気量域内の分離割れ目は、ランダムではない。図２２に示されているように、所望の形状を有するデバイス本体２０６が分離力を加えた結果として提供される。
【００３７】
同様に、図２３〜図２６は、段落番号［００１３］（ただし、図１４〜図１６の説明）に記載された分離技術を用いて基板内に少なくとも１つの特徴部を形成する一方法を示している。図２３に示されているように、１本又は２本以上の切断線３０４を基板３０２内に形成する。図示の実施形態では、切断線３０４は、少なくとも１つのデバイス本体３０６を形成し、このデバイス本体内に少なくとも１つの廃棄領域３０８が形成される。図２４に示されているように、１つ又は２つ以上の分離特徴部３１０を廃棄領域３０８内に形成する。しかる後、少なくとも１つの分離力を切断線３０４及び／又は図２５に示されているように廃棄領域３０８内に形成された分離特徴部３１０のうちの少なくとも１つに加える。図２６は、基板３０２からの廃棄領域３０８の分離後に結果として得られるデバイス本体３０６を示している。
【００３８】
本明細書に開示した実施形態は、本発明の原理の例示である。本発明の範囲に含まれる他の改造例を採用することができる。したがって、本願に開示されたデバイスは、図示すると共に本明細書において説明したデバイスそのものに限定されることがない。
【図１】
2019064916.tif 000003
【図２】
2019064916.tif 000004
【図３】
2019064916.tif 000005
【図４】
2019064916.tif 000006
【図５】
2019064916.tif 000007
【図６】
2019064916.tif 000008
【図７】
2019064916.tif 000009
【図８】
2019064916.tif 000010
【図９】
2019064916.tif 000011
【図１０】
2019064916.tif 000012
【図１１】
2019064916.tif 000013
【図１２】
2019064916.tif 000014
【図１３】
2019064916.tif 000015
【図１４】
2019064916.tif 000016
【図１５】
2019064916.tif 000017
【図１６】
2019064916.tif 000018
【図１７】
2019064916.tif 000019
【図１８】
2019064916.tif 000020
【図１９】
2019064916.tif 000021
【図２０】
2019064916.tif 000022
【図２１】
2019064916.tif 000023
【図２２】
2019064916.tif 000024
【図２３】
2019064916.tif 000025
【図２４】
2019064916.tif 000026
【図２５】
2019064916.tif 000027
【図２６】
2019064916.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月28日(2019.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明及び半透明な基板をレーザ切断する方法であって、
少なくとも１つの基板を作業面上に位置決めするステップと、
パルスレーザシステムから少なくとも１つのパルスレーザ信号を出力するステップと、  前記レーザ信号の少なくとも１つの電力プロフィールを調節して前記基板内に微小割れ目を形成するよう構成された少なくとも１つの切断信号を形成するステップと、
前記切断信号を前記基板に差し向けるステップと、
前記切断信号により前記基板内に多数の微小割れ目を形成するステップであって、前記微小割れ目は、前記基板の第１の表面と第２の表面との間に形成され、前記多数の微小割れ目は、前記基板内に所望の形状の少なくとも１つの切断線を形成するステップと、
前記基板を少なくとも１本の所望の切断線に沿って分離するステップと、を含む、
ことを特徴とする方法。
【外国語明細書】
2019064916000001.pdf