(57)【要約】      （修正有）【課題】脆弱な材料基板から切り出された閉形状（内部形状）を取り除く改善された方法の提供。【解決手段】脆弱な透明基板１から閉形状２を加工して取り除く方法は、超高速レーザーパルスのバーストを使用してオリフィスのパターンを基板１に穴あけするステップを含む。オリフィスは、光音響圧縮加工により形成され、透明基板１を完全または部分的に貫通する。透明基板１の離間したオリフィスからなるスクライブ線２１Ｓは、閉形状パターン２を基板１に作成する。離間したオリフィスからなるスクライブ線２１Ｓの領域に熱源を適用して、閉形状パターン２を透明基板１から分離する方法。【選択図】図１
2015129076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板から閉形状を加工して取り除く方法であって、
透明基板を提供するステップと、
レーザーパルスのバーストを含む超高速レーザーパルスを提供するステップと、
前記レーザービームを透明基板に集束でき、前記レーザービームと透明基板との間のパターン化された相対的な移動を可能にするレーザービーム伝送システムを提供するステップと、
前記レーザービームを透明基板に対して相対的に集束して前記透明基板の外部にビームウエストを形成するステップであって、前記透明基板を通過する連続的なレーザーフィラメントを光学破壊なしで形成するのに十分なエネルギー密度が前記透明基板の内部で維持されるように、前記透明基板の表面に入射する前記レーザーパルスが集束されるステップと、
光音響圧縮加工により、前記レーザーフィラメントを中心として透明基板を完全または部分的に貫通する複数のオリフィスを穴あけするステップと、
前記レーザーフィラメントを透明基板内で方向付けて、前記透明基板に穴あけされた離間したオリフィスからなるスクライブ線を含む閉形状パターンを前記透明基板に作成するステップと、
前記透明基板に穴あけされた離間したオリフィスからなるスクライブ線を含む前記透明基板の前記閉形状パターンの領域に熱源を適用して、前記閉形状パターンを透明基板から取り除くステップと
を含む方法。
【請求項２】
透明基板から閉形状を加工して取り除く方法であって、
複数のオリフィスを穴あけし、前記穴あけされた複数のオリフィスからなるスクライブ線を作成するステップであって、前記複数のオリフィスのそれぞれが、レーザーパルスのバーストを含む超高速レーザーパルスを有するレーザービームによる光音響圧縮加工によって前記透明基板に穴あけされ、前記スクライブ線が該スクライブ線で囲まれた閉形状と該スクライブ線の外側のカレットとを作成し、前記複数のオリフィスが相互に離間しているステップと、
前記透明基板の複数のオリフィスからなる前記スクライブ線で囲まれた閉形状と、前記閉形状の外側の透明基板とを加熱して、前記閉形状を透明基板から分離するステップと
を含む方法。
【請求項３】
前記透明基板の複数のオリフィスからなる前記スクライブ線で囲まれた閉形状を加熱する前記ステップが、前記複数のオリフィスからなる前記スクライブ線に沿って熱を適用して前記閉形状を透明基板から分離するステップを含む請求項２記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項４】
前記加熱するステップが、前記熱源と透明基板との間の相対的な移動を含む請求項３記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項５】
前記加熱するステップが、レーザー源を使用して実行される請求項４記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項６】
前記レーザー源が、ＣＯ２レーザーである請求項５記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項７】
前記加熱するステップが、炎を使用して実行される請求項４記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項８】
前記加熱するステップが、ヒートガンを使用して実行される請求項４記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項９】
前記ＣＯ２レーザーの透明基板上でのスポットサイズが、直径１００μｍ〜１０ｍｍである請求項６記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１０】
前記ＣＯ２レーザーの透明基板上でのスポットサイズが８ｍｍであり、前記スポットサイズのうち６ｍｍが前記透明基板の複数のオリフィスからなるスクライブ線の外側に位置し、前記スポットサイズのうち２ｍｍが前記閉形状に位置し、前記複数のオリフィスの外側の透明基板が前記閉形状よりも加熱される請求項６記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１１】
前記複数のオリフィスが、中心間で２〜１０μｍ離間している請求項１記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１２】
前記複数のオリフィスが、中心間で２〜１０μｍ離間している請求項２記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１３】
前記複数のオリフィスが、前記透明基板を部分的に貫通する請求項２記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１４】
前記複数のオリフィスが前記透明基板を完全に貫通する請求項２記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１５】
透明基板から閉形状を加工して取り除く方法であって、
複数のオリフィスを穴あけし、前記穴あけされた複数のオリフィスからなるスクライブ線を作成するステップであって、前記複数のオリフィスのそれぞれが、レーザーパルスのバーストを含む超高速レーザーパルスを有するレーザービームを使用した光音響圧縮によって透明基板に穴あけされ、前記スクライブ線が該スクライブ線で囲まれた閉形状と該スクライブ線の外側の本体とを作成し、前記複数のオリフィスが相互に離間しているステップと、
前記透明基板の複数のオリフィスからなる前記スクライブ線で囲まれた閉形状を加熱して破壊するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
前記加熱するステップが、ＣＯ２レーザー源を使用して実行される請求項１５記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１７】
前記加熱するステップが、ヒートガンを使用して実行される請求項１５記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１８】
前記加熱するステップが、炎を使用して実行される請求項１５記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項１９】
前記閉形状を冷熱源で冷却するステップをさらに含む請求項１５記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項２０】
前記冷熱源が低温流体またはドライアイスである請求項１９記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項２１】
前記閉形状に機械的な圧力を適用して、前記スクライブ線で囲まれた閉形状を分離するステップをさらに含む請求項１５記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項２２】
透明基板を加工する方法であって、
複数のオリフィスを穴あけし、前記穴あけされた複数のオリフィスからなるスクライブ線を作成するステップであって、前記複数のオリフィスのそれぞれが、レーザーパルスのバーストを含む超高速レーザーパルスを有するレーザービームによる光音響圧縮加工によって透明基板に穴あけされ、前記複数のオリフィスが相互に離間しているステップと、
前記透明基板の複数のオリフィスからなるスクライブ線を加熱し、該スクライブ線の第１の側および第２の側の透明基板を加熱して、前記透明基板を第１の部分と第２の部分とに分離するステップと
を含む方法。
【請求項２３】
前記透明基板が、チューブ形状である請求項２２記載の透明基板を加工する方法。
【請求項２４】
透明基板から閉形状を加工して取り除く方法であって、
前記透明基板に光音響圧縮加工を使用して第１の複数のオリフィスを穴あけすることにより、前記第１の複数のオリフィスを含む内側円形パターンをスクライブするステップと、
前記透明基板に光音響圧縮加工を使用して第２の複数のオリフィスを穴あけすることにより、前記第２の複数のオリフィスを含む外側円形パターンをスクライブするステップと、
前記第１の複数のオリフィスを含む前記内側円形パターンの内部である前記透明基板の第１の部分を加熱するステップと、
前記第２の複数のオリフィスを含む前記外側円形パターンの内部である前記透明基板の第２の部分を加熱するステップと、
前記第１の複数のオリフィスを含む前記内側円形パターンの内部である前記透明基板の前記第１の部分を、前記透明基板の残りの部分から分離するステップと、
前記第２の複数のオリフィスを含む前記外側円形パターンの内部である前記透明基板の前記第２の部分を、前記透明基板の残りの部分から分離するステップと
を含む方法。
【請求項２５】
前記透明基板の第１の部分を加熱するステップが、レーザー、炎、およびヒートガンのいずれかである熱源を使用して実行され、前記透明基板の第２の部分を加熱するステップが、レーザー、炎、およびヒートガンのいずれかである熱源を使用して実行される請求項２４記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項２６】
前記透明基板の第１の部分と前記第２の部分とを冷却して前記透明基板の第１の部分と前記第２の部分との分離を促進するステップをさらに含む請求項２４記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【請求項２７】
前記第１の複数のオリフィスと前記第２の複数のオリフィスとが、前記透明基板を貫通して穴あけされる請求項２４記載の透明基板から閉形状を加工して取り除く方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２０１３年１１月１９日に提出された米国仮特許出願第６１９０６３０３号の優先権および利益を主張する。
２０１３年１１月１９日に提出された米国仮特許出願第６１９０６３０３号の全体を本明細書にて引用により援用する。
【０００２】
本発明は、脆弱な材料基板から切り出された閉形状（内部形状）を取り除く改善された方法に関する。
【０００３】
現在、大きな基板シートから切断された幾何学的形状を取り除くための方法はいくつかある。
これらの方法のほとんどでは、ブロードカット（ｂｒｏａｄ  ｃｕｔ）と追加のリリースカット（ｒｅｌｅａｓｅ  ｃｕｔ）とを使用して所望の部品を取り除くか、押圧を適用するか、材料基板を湾曲または圧力ロールする。
これらの方法の多くにおける問題は、以下のいずれかが残ることである。
損傷した周縁部または粗い周縁部。特に、幾何学的形状が複雑な形状である場合。
多数の微細亀裂を含む脆弱な縁部または形状。
【０００４】
これらすべての方法が何パーセントかの失敗率を有し、それによって取り除かれた形状が損傷したり、使用不可になったりするのは明らかである。
【０００５】
閉形状を取り除くための従来技術を進歩させるのは、いかなる態様でも形状を損傷せず、またはいかなる種類の脆弱性も形状にもたらさずに、形状を取り除く方法である。
【発明の概要】
【０００６】
以下に詳細に説明するように、本発明の目的は、脆弱な材料基板から切断された閉形状を、この閉形状を脆弱化または損傷せずに取り除くための構造および方法を提供することである。
【０００７】
さらなる目的は、閉形状を取り除くための安価な方法であって、スクライブされた閉形状との相性が良く、失敗率が低く、安価に実行できる方法を提供することである。 
スクライビングされたとは、透明な材料基板に、その透明な材料基板を部分的または完全に貫通するオリフィスが含まれることを意味する。
【０００８】
本発明のさらに別の目的は、閉形状を取り除くための方法であって、周縁部に表面粗さまたはデブリが残らず、微細亀裂が生じない方法を提供することである。
【０００９】
以下の明細書では、基板材料としても利用できるガラス、Ｓｉウエハ、サファイア等の任意の透明材料から閉形状を切断して取り除くための新規かつ独自の方法について説明する。
本明細書で開示される発明は、上述した多くの利点と、多くの新規な特徴とを備えている。
【００１０】
透明基板から閉形状を加工して取り除く方法は、レーザーパルスのバーストを含む超高速のレーザーパルスビームを提供するステップと、レーザービームを透明な材料基板に対して集束でき、レーザービームと透明な材料基板との間のパターン化された相対的な移動を可能にするレーザービーム伝送システムを提供するステップと、レーザービームを透明な材料基板に対して集束して材料基板の外部でビームウエストを形成するステップであって、透明な材料基板を通過する連続的なレーザーフィラメントを光学破壊なしで形成するのに十分なエネルギー密度が透明な材料基板の内部で維持されるように、材料基板の表面に入射するレーザーパルスが集束されるステップと、光音響圧縮加工により、レーザーフィラメントを中心として透明な材料基板を完全または部分的に貫通する複数のオリフィスを穴あけするステップと、レーザーフィラメントを透明な材料基板内で方向付けて、透明な材料基板に穴あけされた離間したオリフィスからなるスクライブ線を含む閉形状パターンを透明な材料基板に作成するステップと、透明な材料基板に穴あけされた離間したオリフィスからなるスクライブ線を含む透明な材料基板の閉形状パターンの領域に熱源を適用して、閉形状パターンを透明な材料基板から取り除くステップとを含む。
【００１１】
本発明の主題は、本明細書の結びの部分で具体的に指摘され、明確に請求される。
ただし、本発明の構成および動作方式は、本発明のさらなる利点および目的とともに、以下の説明を添付の図面と併せて参照することにより最良に理解される。
図面において、同様の要素には、同様の符号を付す。
本発明のその他の目的、特徴、および側面は、以下に詳細に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】スクライブされた閉形状を含み、その閉形状が目的の部分である材料基板の概略図。
【図１Ａ】オリフィス／穴の間隔を示す、図１の部分拡大図。
【図１Ｂ】図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図。
【図２】スクライブされた閉形状を含み、基板本体が目的の部分であって内部形状が切り落とされる材料基板の概略図。
【図２Ａ】図２に示すスロットの拡大図。
【図２Ｂ】オリフィスと熱源のパスとを示す、図２Ａの一部拡大図。
【図２Ｃ】図２に示す円形の切り欠きの拡大図。
【図２Ｄ】オリフィスと熱源のパスとを示す、図２Ｃの一部拡大図。
【図２Ｅ】図２の正方形の切り抜きの拡大図。
【図２Ｆ】オリフィスと熱源のパスとを示す、図２Ｅの一部拡大図。
【図３】閉形状の取り除きを示す別の概略図。
【図３Ａ】オリフィスと熱源のパスとを示す、図３の一部拡大図。
【図４】劈開されるチューブを示す図。
【図４Ａ】劈開されるチューブを示す図。
【図５】ＨＤＤプラッタまたはシートのガラス基板で熱を形成できるレーザー加工システムの例を表す図。
【図６】非テレセントリックレンズを使用するＸ−Ｙスキャナのステージの制御を通じて複数の軸を制御する機能を示す実施形態の図。
【図７】テレセントリックレンズを使用するＸ−Ｙスキャナのステージの制御を通じて複数の軸を制御する機能を示す実施形態の図。
【図８（ａ）】シングレーション後の処理なしで所望の傾斜結果を実現できる、傾斜した縁部を備えた内部形状を作成するための傾斜切り出しアプローチを示す図。
【図８（ｂ）】シングレーション後の処理なしで所望の傾斜結果を実現できる、傾斜した縁部を備えた内部形状を作成するための傾斜切り出しアプローチを示す図。
【図８（ｃ）】シングレーション後の処理なしで所望の傾斜結果を実現できる、傾斜した縁部を備えた内部形状を作成するための傾斜切り出しアプローチを示す図。
【図８（ｄ）】シングレーション後の処理なしで所望の傾斜結果を実現できる、傾斜した縁部を備えた内部形状を作成するための傾斜切り出しアプローチを示す図。
【図８（ｅ）】工程によって許容される分離の程度等に応じて２つ以上の面により面取りを作成できることを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細には、ガラス群だがこれに限定されない透明な材料基板は、閉形状が切り出される一般的な基板である。
一般的な例は、対象物の透明な材料基板内の複雑な閉形状構成である。
対象物となる透明な材料基板は、透明セラミック、ポリマー、透明導電体、バンドギャップの大きいガラス、結晶、結晶水晶、ダイヤモンド（天然または人工）、サファイア、希土類元素製剤、ディスプレイ用金属酸化物、およびコーティング有りまたはコーティング無しの研磨状態または非研磨状態のアモルファス酸化物などであり、プレートやウエハを含むがこれらに限定されない任意の幾何学的構成を網羅するように意図される。
材料基板は、２つ以上の層を含む可能性があり、それら２つ以上の層の少なくとも１つの中にフィラメントアレイを生成するように集束するレーザービームのビーム焦点の位置が選択される。
多層の材料基板は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）等の多層フラットパネルディスプレイガラスを含む可能性がある。 
多層の材料基板は、たとえばガラスとそのガラスに融合、添加、または接着された薄いサファイアのシートとからなる複合材料を含む可能性がある。
通常、これは、スマートフォンのカバー等の用途で引っかき傷に対する抵抗を高めるために使用される。
また、材料基板は、自動車用ガラス、チューブ、アンプル、電球、蛍光管、窓、バイオチップ、ハードディスクドライブ、光学センサ、平面光波回路、光ファイバ、建築用ガラス、飲料用ガラス製品、アートグラス、シリコン、１１１−Ｖ半導体、超小型電子チップ、メモリチップ、センサチップ、電気工学レンズ、フラットディスプレイ、強固なカバー材料を必要とするハンドヘルドコンピューティングデバイス、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、または垂直キャビティ面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）である可能性がある。
【００１４】
本明細書で説明される、脆弱な材料基板から閉形状を取り除く方法では、超高速レーザーパルスのバーストを使用して、透明な材料基板を光音響圧縮加工により部分的または完全に切断またはスクライブするフィラメントを、材料基板の表面に対して任意の角度（傾斜）で、単一の基板の表面または内部の任意の場所から、または間隙で分離されているかもしくは分離されていない積層した材料基板の任意の材料基板から、開始する。
取り除きは、切断またはスクライビングの後に、（機械ローラ等により）物理的な圧力を適用するか、気体のバーストを適用するか、液体の流れを適用するか、材料基板との間にスクライブ／切断の位置で分離を生じさせるだけの十分な温度差がある炎、ヒートガン、ＣＯ２レーザー等の熱源を適用するか、または材料基板との間にスクライブ／切断の位置で分離を生じさせるだけの十分な温度差がある冷熱源を適用することにより行われる。
冷熱源の例として、ドライアイスまたは低い凍結温度を有する流体の噴霧がある。
一実施形態では、切断部の周囲に適用される温度は、閉形状の縁部を焼鈍し、かつ、閉形状を材料基板から取り除くのに十分である。
【００１５】
以下の説明では、材料基板で閉形状を形成するために使用されるレーザービームおよび装置について詳述する。
材料基板を切断またはスクライブした後、複数の異なる方法により分離を実行することができる。
実際の閉形状は、複数の異なる方法で材料基板から切断することができる。
すなわち、光音響圧縮加工により形状の周囲に一連の貫通したオリフィスを作成する、連続的な光音響圧縮加工により形状の周囲に貫通切断線を作成する、光音響圧縮加工により形状の周囲に一連の貫通切断線を作成する、光音響圧縮加工により形状の周囲に一連の有底オリフィスを作成する、連続的な光音響圧縮加工により形状の周囲に有底切断線（スクライブ）を作成する、光音響圧縮加工により形状の周囲に一連の有底切断線（破線スクライブ）を作成する、光音響圧縮加工により形状の周囲に一連の閉空洞を作成する、連続的な光音響圧縮加工により形状の周囲に閉空洞切断線（内部スクライブ）を作成する、光音響圧縮加工により形状の周囲に一連の閉空洞切断線（内部破線スクライブ）を作成する、などが可能である。
これらの方法の主な違いは、スクライブ／切断線の種類（部分的であるか、内部空洞であるか、貫通しているか）と、スクライブ／切断線の長さ（輪郭全体であるか、輪郭を形成する部分的な線であるか、輪郭を形成する部分的な穴であるか）である。
【００１６】
本発明の開示は、レーザービームにより誘起される光音響圧縮加工によって透明な基板材料にオリフィスを加工する装置、システム、および方法を提供する。
既知のレーザー材料加工方法と異なり、本発明の実施形態では、入射レーザービームを長手方向のビーム軸に沿って分散させる光学構成を利用する。
これにより、主焦点と副焦点とを直線的に並べて（オリフィスの直線軸に一致するが、主焦点または焦点ウエストから垂直方向にずれている）、入射レーザービームが基板材料を通過するときに連続して再集束できるようにし、それによって基板材料内のビーム経路に沿った屈折率を修正し且つ光学破壊に直面しないフィラメントの作成を可能にして、対象物の基板材料における入射レーザービームの継続的な再集束を長距離にわたって継続できるようにする。
【００１７】
この分散集束方法では、分散集束要素装置により副焦点を作成し、主焦点ウエストを基板材料の表面上または内部から基板材料の外部に移動することにより、主焦点ウエストに存在する入射レーザービームの不要なエネルギーを「ダンピング」または低減することができる。
このようにビームフルエンスのダンピングと主焦点ウエストおよび副焦点ウエストの線形配列とを組み合わせることで、これまで既知の方法を使用して可能だった距離を大幅に上回る距離にわたりフィラメントを形成しつつ、フィラメント領域の全長にわたり実際の改質および圧縮を行うための十分なレーザー強度（フルエンスμＪ／ｃｍ２）を維持することができる。
この分散集束方法は、１ミリメートルを優に超える長さのフィラメントの形成をサポートし、且つ、エネルギー密度を基板材料の光学破壊しきい値よりも低く維持する。
これにより、複数の積層基板であっても異種の基板材料（対象材料の層の間の空気またはポリマーの間隙など）にわたり同時に穴あけできるだけの十分な強度を保ち、穴あけ距離全体での先細りをごくわずかにし、比較的滑らかな壁のオリフィスを対象の基板材料の上方、下方、または内部から形成できるようにする。
【００１８】
レーザーパルスの光学密度により、自己集束現象が起こり、フィラメントの内部／近傍／周囲の領域で非アブレーションの初期光音響圧縮加工を行うのに十分な強度のフィラメントが生成される。
これにより、フィラメントに一致する実質的に一定の直径の線形対称空洞が作成され、またレーザーパルスの連続的な自己集束および集束解除と分散ビームの副焦点ウエストによるエネルギー入力との組み合わせによって、対象材料の指定された領域を横断または貫通するオリフィスの形成を方向付ける／案内するフィラメントが形成される。
このオリフィスは、対象物から材料を除去するのではなく、形成されるオリフィスの周囲の対象材料を光音響圧縮加工することによって形成することができる。
【００１９】
対象物の表面でのフルエンスレベルは、入射レーザービームの強度と特定の分散集束要素装置とに依存することがわかっており、特定の対象材料、対象物の厚さ、所望の加工速度、オリフィス全体の深さ、およびオリフィスの直径に応じて調節される。
また、穴あけされるオリフィスの深さは、レーザーエネルギーが吸収される深さに依存する。
したがって、単一のレーザーパルスによって取り除かれる材料の量は、材料の光学特性と、入射レーザービームの波長およびパルス長とに依存する。
このため、本明細書では、使用するシステムおよび材料で最適な結果を得るために経験的な判断を必要とする幅広い加工パラメータを各基板および対応する用途と共に示す。
よって、表面でのフルエンスレベルが一時的かつ局所的なアブレーション（蒸発）加工を開始するのに十分な高さである場合、対象物の入口点で最小限のアブレーション噴出土手が形成されることがある。
ただし、このプラズマ作成は、必然ではない。
状況によっては、過渡的かつ一時的なアブレーション穴あけを実行するのに十分な強度のフルエンスレベルを対象物の表面で利用して幅広の傾斜した入口を作成しつつ、オリフィスの残りの部分は同一の直径とするのが望ましい場合がある。
このようなオリフィスは、一時的なアブレーション加工とそれに続く継続的な光音響圧縮加工とを許容するエネルギーレベルを使用した分散焦点混合型穴あけ方法により作成される。 
これは、本発明により、アブレーション加工に必要なフルエンスレベルが傾斜部（または他の形状構成）の所望の深さで消耗するように、材料におけるレーザービームの線形吸収と非線形吸収とをバランスさせたフルエンスレベルを対象物の表面で選択することにより実現することができる。
この分散焦点混合型手法では小さな噴出土手ができるが、対象物の表面に犠牲層を適用することで除去できる。
一般的な犠牲層は、ＰＶＡ、メタクリル樹脂、ＰＥＧ等を含むがこれらに限定されない樹脂またはポリマーであり、通常必要な厚さはわずか１〜３００ミクロンである（ただし、透明材料の加工では１０〜３０ミクロンの範囲が利用される）。
犠牲層は、一般的には、対象材料の表面に噴霧することにより適用される。 
犠牲層は、技術分野でよく知られているように、溶融したデブリが表面に付着するのを防ぎ、代わりに除去可能な犠牲材料に付着させることにより、透明材料に噴出土手が形成されるのを防ぐ。
【００２０】
光音響圧縮加工を実現するには、以下のシステムが必要である。
・バーストパルスエンベロープ内に２〜５０のサブパルスを含むプログラミング可能なパルス列を含むレーザービームを生成できるバーストパルスのレーザーシステム。
さらに、このレーザーシステムは、利用する対象材料に応じて、１〜２００ワットの平均出力を生成できる必要がある。
通常、この範囲は、ホウケイ酸ガラスの場合で５０〜１００ワットである。
・対象材料での入射フルエンスが、カー効果の自己集束および伝搬を引き起こすのに十分である弱収束の多焦点空間ビームプロファイルを生成できる分散集束要素装置（正レンズおよび負レンズを含む可能性があるが、全体として正集束効果を有する）。
・対象物にレーザービームを伝えることができる光学伝送システム。
【００２１】
商業運転では、光学系に対して材料（またはビーム）を移動する（またはその逆で移動する）機能、またはシステム制御コンピュータにより駆動される協調／複合動作も必要である。
【００２２】
この光学伝送システムを使用して光音響圧縮加工によりオリフィスまたはビアを穴あけするには、特定の対象物に対して、分散焦点要素装置の特性、バーストパルスのレーザービームの特性、および主焦点の位置の各条件を操作する必要がある。
【００２３】
分散焦点要素装置は、非球面プレート、テレセントリックレンズ、非テレセントリックレンズ、非球面レンズ、環状ファセットレンズ（ａｎｎｕｌａｒｌｙ  ｆａｃｅｔｅｄ  ｌｅｎｓｅｓ）、カスタム研磨収差（非完全）レンズ、正レンズと負レンズとの組み合わせまたは一連の補正プレート（位相シフトマスキング）、入射レーザービームに対して傾斜した任意の光学要素、レーザービームの伝搬を操作できる能動補正光学要素、著しく非理想的な非ガウスビーム強度プロファイルを生成する任意の数の光学要素など、技術分野で一般的に採用されている多様な既知の集束要素でよい。
上述した光学要素装置候補の主焦点ウエストは、通常は、主焦点ウエストにおける入射レーザービームのフルエンスが９０％を超えず、また、５０％を下回らない。
ただし、事例によっては、分散焦点要素装置の光学効率が９９％に近づくことがある。
上述した工程では、非球面の収差レンズが使用される場合がある。
分散焦点要素装置の実際の光学効率は、個別の用途ごとに微調節する必要がある。
利用者は、各透明材料、対象物の物理構成および特性、ならびに特定のレーザーパラメータに応じた一群の経験的テーブルを作成する。
これらのテーブルをコンピュータ化して使用することで、集中型または分散型の制御構造を通じてシステムを駆動することができる。
【００２４】
炭化ケイ素、ガリウムリン、サファイア、強化ガラス等はそれぞれ独自の値を持つ。
このテーブルは、基板材料内にフィラメントを作成し（レーザー出力、繰り返し率、焦点位置、およびレンズ特性のパラメータを上述したように調節する）、亀裂面または光音響圧縮加工の軸を誘起してオリフィスを作成するのに十分なフルエンスが存在することを確認することにより実験的に決定される。
【００２５】
ホウケイ酸塩でできた厚さ２ｍｍの単一の平面対象物に、５０μＪのエネルギーと２００ｋＨｚの周波数（繰り返し率）でバーストごとに（５０ＭＨｚで）５パルスを出力する５０ワットレーザーを使用して、直径１ミクロンの貫通したオリフィスを穴あけするためのサンプル光学効率は、レーザービームの主焦点ウエストが所望の起点から最大５００μｍ離れたところに位置する状態で６５％である。
【００２６】
この光音響圧縮穴あけ工程で満たす必要がある一群の物理パラメータも存在することに注目されたい。
レーザービームスポットの直径は、フィラメントの直径よりも大きく、フィラメントの直径は、オリフィスの直径よりも大きい。
さらに、分散レーザービームの主焦点ウエストは、フィラメントが作成される対象となる基板材料の内部または表面上に位置することはない。
【００２７】
主焦点ウエストの位置は、一般に所望の起点から５〜５００μｍ離れた範囲内である。
これは、エネルギーダンプ距離と呼ばれる。
また、各透明材料に応じた経験的テーブルの作成により、対象物の物理構成および特徴と、レーザーのパラメータとが判断される。
これは、上述した方法により作成されたテーブルより推測される。
【００２８】
レーザービームのエネルギー特性の一例は、次のとおりである。
すなわち、繰り返し率１Ｈｚ〜２ＭＨｚ（繰り返し率により、試料の移動速度と隣接フィラメント間の間隔とが画定される）で、レーザービームのパルスエネルギーは、５μＪ〜１００μＪである。
フィラメントの直径および長さは、各バーストエンベロープ内に存在する一時的エネルギー分散を変更することにより調節することができる。
【００２９】
ここでは、バーストピコ秒パルス光を使用している。
これは、対象材料に堆積するエネルギーの総量が少なく、光音響圧縮加工が材料を亀裂させずに進行できるからである。
また、対象材料で生成される熱が少ないため、効率的な小単位のエネルギーが材料に堆積し、よって、フィラメントの周囲で材料の完全性を損なうことなく材料を基底状態から最大励起状態に漸進的に高めることができるからである。
【００３０】
実際の物理工程は、本明細書で説明するように発生する。
パルスバーストレーザーの入射光ビームの主焦点ウエストが、分散集束要素装置を通じて、フィラメントが作成される対象材料の上方または下方（内部となることはない）の空間の点に提供される。
これにより、対象物の表面にレーザービームスポットが作成されるとともに、白色光が生成される。
対象物の表面のレーザービームスポットの直径は、フィラメントの直径および所望の形状（オリフィス、スロット等）の直径を上回る。
したがって、表面のレーザービームスポットに入射するエネルギーの量は、二次電気光学効果（カー効果―材料の屈折率の変化は、適用される電場に比例する）を生成するための臨界エネルギーよりも大きいが、アブレーション加工を誘起するために必要な臨界エネルギーよりは低く、より明確には、材料の光学破壊のしきい値を下回る。
自己集束条件とプラズマ集束解除条件との間のバランスを維持できるように対象材料で必要な出力を時間的尺度にわたり維持した結果として、光音響圧縮加工が進行する。
この光音響圧縮加工は、均一で高出力なフィラメント形成伝搬工程の結果である。これにより、材料は、アブレーション加工を介した除去よりも有利に転位される。
したがってきわめて長いフィラメントの形成が、分散集束要素装置によって作成される空間拡張された副焦点によって誘発され、光学破壊に到達することなく自己集束効果が維持される。
この分散集束要素装置では、多数の周辺光線および近軸光線が、主焦点に対して相対的な異なる空間位置で収束する。
これらの副焦点は、無限空間に延在するが、対象物の厚さに経験的に対応する限られた範囲のみで有用な強度を持つ。
副焦点のエネルギーを、基板の表面よりも低いレベルであるがフィラメント事象の能動的な底面であるレベルに集束させることにより、レーザーエネルギーがプラズマによる吸収とデブリによる散乱とを回避しながら、材料の大半にアクセスすることが可能となる。
【００３１】
分散焦点要素装置は、不均等に分散しているように見える入射ビームの焦点を、主焦点ウエストと一連の直線的に配置された副焦点ウエスト（焦点）とを含む分散焦点ビーム経路に発展させるために、入射レーザービームの経路に配置された単一の収差焦点レンズでよい。
これらの焦点の配列は、オリフィスの直線軸と共線的である。
なお、主焦点ウエストは、対象材料の表面上または内部に位置することはない。
主焦点ウエストは、対象材料の上方または下方にある。これは、集束されたレーザービームの対称的かつ非線形の特性により、オリフィスが、主焦点ウエストの上方または下方から開始されるからである。
したがって、ビームスポット（約１０μｍ離れている）が、対象物の表面に存在し、弱い副焦点ウエストが、対象物内に共線的に存在する。
これは、材料が最後の光学要素として機能して、レーザーの電場により対象物の屈折率が変化する際に、これらの焦点を作成するからである。
この分散焦点により、フィラメントラインまたはフィラメント領域を形成するようにレーザーエネルギーを材料に堆積させることができる。
複数の焦点を直線状に配置し、材料を最後のレンズとして機能させることにより、対象材料は、超高速バーストパルスのレーザービームを照射されたときに、多数の連続する局所的な加熱を被る。
これにより、直線状に配列された焦点の経路に沿って、材料の局所的な屈折率（詳細には複素屈折率）の変化が、熱的に誘起される。
これにより、長くて先細りのないフィラメントが対象物に発展し、それに続いて、音響圧縮波が材料の所望の領域を環状に圧縮して、フィラメンテーション経路の周辺に空洞および圧縮された材料のリングが作成される。
次に、レーザービームが再集束し、再集束したレーザービームと副焦点ウエストのエネルギーとの組み合わせによって臨界エネルギーレベルが維持され、この一連の事象が自動的に繰り返されて、縦横比（オリフィスの長さ／オリフィスの直径）が１５００：１で、先細りがほとんどまたは全くなく、オリフィスの入口サイズと出口サイズとが事実上同じ直径であるオリフィスが穴あけされる。
これは、エネルギーを対象材料の上面または内部に集束させ、結果として、フィラメンテーション距離が光学破壊に到達してフィラメンテーションが劣化または停止するまでの短いものとなる先行技術と異なる。
【００３２】
空隙を挟んだ３枚の積層構成のプレート状対象物のうちの下の２枚へのオリフィスの穴あけは、主焦点ウエストが最後の対象物の下方に位置している状態で行われる。
穴あけは、複数層の構成の上方、下方、または中間から行うことができるが、同じレンズセットおよび曲率を使用した場合は、穴あけ事象は、常に、主焦点ウエストから同じ距離で発生する。
焦点ウエストは、常に、材料の外部にあり、基板表面に達することはない。
【００３３】
光音響圧縮加工を通じてオリフィスを穴あけする方法は、以下の連続するステップにより実現される。
１．レーザー源から、選択的な分散焦点レンズ集束装置を通じてレーザーエネルギーを渡す。
２．レーザー源に対する分散焦点レンズ集束装置の相対的な距離および／または角度を、レーザーエネルギーを分散焦点構成で集束して主焦点ウエストと少なくとも１つの副焦点ウエストとを作成するように調節する。
３．主焦点ウエストが加工される対象物の表面上または内部に位置しないように、主焦点ウエストまたは対象物を調節する。
４．主焦点ウエストの下方または上方に位置する対象物の表面上のレーザーフルエンスのスポットが、対象物に形成されるフィラメントの直径よりも常に大きな直径となるように、焦点を調節する。
５．光音響圧縮加工が対象物の所望の内部に確実に伝搬するように、副焦点ウエストのフルエンスレベルを十分な強度および数に調節する。
６．適切な波長、適切なバーストパルス繰り返し率、および適切なバーストパルスエネルギーを有するレーザーパルス（１〜５０パルス／サブパルス）の少なくとも１つのバーストを、選択的な分散焦点レンズ集束装置を通じて、レーザー源から対象物に適用する。
ここで、レーザーパルスが対象物の加工の起点に接触するスポットで対象物に適用されるパルスエネルギーまたはフルエンスの総量は、光音響圧縮加工を開始および伝搬するために必要な臨界エネルギーレベルよりも大きいが、アブレーション加工を開始するために必要なしきい値臨界エネルギーレベルよりも低い。
７．所望の加工が完了したら、レーザーパルスのバーストを停止する。
【００３４】
既に述べたように、オリフィスの入口が先細りした特殊なオリフィス構成が望ましい場合がある。
これは、所望の距離だけアブレーション加工ができるレーザーフルエンスレベルでオリフィスを開始し、アブレーション加工の臨界レベルよりも低く且つ材料の所望の深さまで光音響加工を行うための臨界レベルよりも高いレーザーフルエンスレベルで穴あけを完了することにより実現される。
この種のオリフィス形成では、対象物の表面への除去可能な犠牲層の適用も利用できる。
これにより、噴出土手を犠牲層の上に形成し、後で、噴出土手を犠牲層と共に除去することができる。
このようなアブレーション加工と光音響圧縮加工との混合型加工方法によるオリフィスの穴あけは、以下のステップにより実行することができる。
なお、ここでは、犠牲層の適用を利用しているが、利用する場合は最初に実行しなくてもよい。
１．対象物の少なくとも１つの表面に犠牲層を適用する。
２．レーザー源から、選択的な分散焦点レンズ集束装置を通じてレーザーエネルギーを渡す。
３．レーザー源に対する分散焦点レンズ集束装置の相対的な距離および／または角度を、レーザーエネルギーを分散焦点構成で集束して主焦点ウエストと少なくとも１つの副焦点ウエストとを作成するように調節する。
４．主焦点ウエストが加工される対象物の表面上または内部に位置しないように、主焦点ウエストまたは対象物を調節する。
５．対象物の表面上のレーザーフルエンスのレーザービームスポットが主焦点ウエストの下方または上方に位置するように、焦点を調節する。
６．対象物の表面上のレーザーフルエンスのレーザービームスポットを、対象物に形成されるフィラメントの直径よりも常に大きな直径を有するように調節する。
７．副焦点ウエストのフルエンスレベルが、対象物の所望の内部に光音響圧縮加工を確実に伝搬できる強度および数であることを確認する。
８．適切な波長、適切なバーストパルス繰り返し率、および適切なバーストパルスエネルギーを有するレーザーパルス（１〜５０パルス／サブパルス）の少なくとも１つのバーストを、選択的分散焦点レンズ集束装置を通じて、レーザー源から対象物に適用する。
ここで、レーザーパルスが対象物の加工の起点に接触するレーザービームスポットで対象物に適用されるパルスエネルギーまたはフルエンスの総量は、アブレーション加工を所望の深さまで開始するために必要な臨界エネルギーレベルよりも大きく、その後、アブレーション加工により穴あけされたオリフィスの底部におけるフルエンスエネルギーは、フィラメンテーションおよび光音響圧縮加工を開始および伝搬するために必要な臨界エネルギーレベルよりも大きいが、アブレーション加工を開始するために必要なしきい値臨界エネルギーレベルよりも低い。
９．所望の加工が完了したら、レーザーパルスのバーストとフィラメンテーションとを停止する。
【００３５】
レーザー特性、主焦点ウエストの位置、ならびに最終的な集束レンズの配置および作成されるオリフィスの特徴のさまざまなパラメータを次の表に示す。
これらは、対象材料の種類、対象材料の厚さ、ならびに所望のオリフィスのサイズおよび位置によって値が大きく異なるため、範囲で表されていることに注意されたい。
次の表は、閉形状用のオリフィスを光音響圧縮加工する用途で使用されるパラメータを含んでいる。
【００３６】
2015129076.tif 000003
【００３７】
既に述べたように、上記パラメータは、対象物によって異なる。
使用可能な例として、透明基板に３ミクロンの穴を深さ２ｍｍで穴あけするには、装置およびパラメータとして、波長１０６４ｎｍのレーザー、６５ワットの平均出力、１００ｋＨｚの繰り返し率、８０μＪのパルスエネルギー、およびバースト内の周波数５０ＭＨｚで８個のサブパルスを使用する。
【００３８】
たとえば、パルス幅が１０ピコ秒と仮定した場合のパルス出力は、８０μＪを１０ピコ秒で除算し、８ＭＷ（ＭＷ＝メガワット）となる。
これを、２ｍｍの空間（フィラメント活性領域が長さ２ｍｍ）にわたって焦点を分散させる収差レンズで、材料の表面の５〜５００μｍ上方または下方で集束させる。
【００３９】
図１は、スクライブされた閉形状を含み、その閉形状が目的の部分である基板の概略図である。
閉形状（目的の部分）は、図１の中央の符号２で表された部分である。
【００４０】
本体が目的の部分である場合と、閉形状が目的の部分である場合とで、２つの方法がある。
図１に示すように、製品２は、メインの基板１にフィラメンテーションスクライビングで形成された目的部分である閉形状である。
図１を参照すると、実線２１Ｓは、基板１の表面１Ｓに切り込まれたスクライブ線を表す。
ＣＯ２レーザースポット２１は、破線２２Ａ、２２Ｂで示されるように、スクライブ線２１Ｓの近傍を約３対１の比率で囲む基板を加熱する。
ワークに応じて、ＣＯ２レーザービームのスポットサイズは、１００μｍ〜１０ｍｍに調節される。
例として、スマートフォンのカバーガラスまたは自動車のフロントガラス、鏡、建築用の窓等を作成する場合、レーザービームのスポットサイズは、８ｍｍに設定される。
これは、焦点距離が、約１０００ｍｍの（視野がきわめて広い）テレセントリックレンズを使用し、幾何学的焦点を対象物よりもかなり上方に設定して、スクライブ線上にきわめて大きいレーザービームのスポットサイズを形成することにより実現される。
【００４１】
引き続き図１を参照すると、ＣＯ２レーザービームのスポット直径８ｍｍのうち、２ｍｍがスクライブ線２１Ｓの内側に位置し、６ｍｍがスクライブ線２１Ｓの外側に位置している。 
閉形状（目的の部分）が枠から分離されるまで、枠が加熱される。
外側部分、すなわち、カレット（ｃｕｌｌｅｔ）のほうがより加熱されて拡張し、フィラメントスクライブ線２１Ｓに沿って劈開線を作成する。
【００４２】
図１Ａは、穴（オリフィス）２１Ｂの間隔を示す図１の部分拡大図である。 
オリフィス２１Ｂは、直径約１μｍである。
図１Ａのオリフィス２１Ｂの間に、微小亀裂２１Ｃが示されている。
微小亀裂２１Ｃは、光音響圧縮加工に起因する衝撃波により作成される。
穴（オリフィス）の間隔は、符号２５で示されているように、中心間の距離が２〜１０μｍである。
ただし、これは、形状の種類（試料の種類）、基板の厚さ、およびオリフィスの深さによって異なる。
【００４３】
図１Ｂは、図１Ａの線１Ｂ−１Ｂに沿った断面図である。
オリフィス２１Ｂは、基板を完全に通過している。
オリフィス２１Ｂは、基板の底部から始まり、基板を貫通せずに、基板の上部に向かって上方に延長させることができる。
オリフィス２１Ｂは、基板の底部から、基板の上面の５〜１００μｍ以内まで延長させることができる。
透明基板に穴あけされたすべてのオリフィス２１Ｂは、実質的に円筒形状であり、先細りしていない。
オリフィス２１Ｂの深さのすべての例で、ＣＯ２レーザーによる劈開が機能する。
【００４４】
図２は、スクライブされた閉形状３３、４３、および５３を含み、基板本体１Ｓが目的の部分であって内部形状が切り落とされる（基板から取り除かれる）基板の概略図である。
図２に示すように、部品２に作成されたスロット３、円４、および、正方形５の任意の１つまたは組み合わせ等の閉形状が目的の部分でない場合、スロット３、円４、および、正方形５の任意の１つまたは組み合わせを溶かして破壊し、スロット３、円４、および、正方形５の任意の１つまたは組み合わせを基板本体１Ｓから取り除くことができる。
スロット３、円４、または正方形５の中心が、ＣＯ２レーザースポット３１、４１、または５１により加熱される。
ガルバノスキャナは、ＣＯ２レーザースポット３１、４１、５１をパス３２、４２、または５２に沿って複数回移動して溶融点に到達し、閉形状を変形させる。
この変形が、閉形状部分の膨張につながり、この部分が冷えて収縮すると、フィラメントスクライブ線に沿って分離が生じ、内側の閉形状が、その自重で自然に落下する。
スロット状の閉形状である場合、レーザービームのスポットサイズは、１ｍｍ未満に設定され、ガルバノスキャナは、パスを描いてオリフィス３３からなるスクライブ線内の基板を溶かし、オリフィス３３からなるスクライブ線で画定された形状を基板本体１Ｓから取り除く。
正方形５の場合、レーザービームのスポットサイズは、２ｍｍに設定される。
レーザービームのスポットサイズは、限定要因ではなく、基板から取り除く閉形状の内部にとどまる限り、どんなに大きくてもよい。
【００４５】
円（円形切り欠き）は、たとえば、光音響圧縮加工された材料の領域を基板に作成し、一定の熱を円の中心に適用しながら熱源を動かして円の円周または境界をトレースすることにより、１〜５０ｍｍの半径で取り除くことができる。
円の中心に熱領域が作成される。
熱領域は、光音響圧縮加工された材料の領域に沿って間断的に作成される。
円の中心の加熱は、円が軟化するまで続き、その後で、加熱工程が停止する。
輻射および対流による冷却の後、加熱された円が縮む。
これにより、損傷が少なく、高品質で、取り除き工程による追加の歪みが切断面に作成されない状態で、閉形状が基板から自発的に取り除かれる。
この構成では、レーザービームのスポットサイズは、２ｍｍ未満に設定され、ガルバノスキャナは、パスを描いて基板を溶かし、基板本体１Ｓから取り除く。
【００４６】
図２Ａは、図２に示すスロット３の拡大図である。
図２Ｂは、オリフィス３３と熱源のパス３２とを示す、図２Ａの一部拡大図である。
微小亀裂３３Ｃが、図２Ｂのオリフィス３３の間に描かれている。
図２Ｃは、図２に示す円形４の拡大図である。
図２Ｄは、オリフィス４３と熱源のパス４２とを示す、図２Ｃの一部拡大図である。
微小亀裂４３Ｃが、図２Ｄのオリフィス４３の間に描かれている。
図２Ｅは、図２の正方形５の拡大図である。
図２Ｆは、オリフィス５３と熱源のパス５２とを示す、図２Ｅの一部拡大図である。
微小亀裂５３Ｃが、図２Ｆのオリフィス５３の間に描かれている。
すべての例で、熱源は、ＣＯ２レーザー熱源または他の何らかの熱源である。
【００４７】
ガラスに２つの円をスクライブしてハードディスクドライブ用のディスクを形成するのは、業界にとって容易ではない。
関連技術では、ダイヤモンドローラースクライビング後のファセット品質がきわめて悪く、研削が必要となり、そのことが製品コストを上昇させる。
図３は、閉形状の取り除きを示す別の概略図である。
透明基板６０のスクライビングの後、プラッタが基板本体（主要部分）から取り除かれ、中央のディスク８５もプラッタから取り除かれる。
【００４８】
図３Ａは、オリフィス８１Ｅと熱源のパスとを示す、図３の一部拡大図である。
微小亀裂８９Ｃが図３Ａのオリフィスの間に描かれている。
オリフィス８１Ｅは、上述したように、透明基板６０を部分的または完全に貫通する。
透明基板６０に穴あけされるすべてのオリフィス８１Ｅは、実質的に円筒形状であり、先細りしていない。
【００４９】
符号８１Ｉは、円形の内部スクライブ線を表し、符号８１Ｅは、円形の外部スクライブ線を表す。
スクライブとは、透明基板６０に、その透明基板６０を完全に貫通するか、または完全に貫通しないオリフィスが含まれることを意味する。
出力約２００ｋＷのＣＯ２レーザーを使用して、材料を膨張させ取り除き線を形成するための熱領域を透明基板６０に作成する。
たとえば、取り除く閉形状がディスク中心の切り欠き８５である場合、その部分を透明基板６０の溶融点近くまで加熱する。
透明基板６０の熱膨張と、それに続く透明基板６０の冷却と、それに続く中央の切り欠き８５の収縮とにより、切り欠き８５が自重で落下し、またはエアノズルのわずかな接触、機械的な指圧、もしくは他の何らかの自動装置により落下する。
プラッタ８０を透明基板６０の本体から取り除くことが目的である場合、外部スクライブ線８１Ｅを、損傷が発生しないように加熱する。
ＣＯ２レーザースポット７１のサイズは、直径約１０ｍｍであり、レーザービームの７０％超が透明基板６０の本体に位置して、本体を拡張させる。
劈開線がスクライブ線８１Ｅに沿って形成され、ディスクがきわめて高品質に、チッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）やファセットの損傷を発生させずに、透明基板６０の本体から取り除かれる。
【００５０】
円形のスクライブ線８１Ｉ、８１Ｅは、超高速バーストフィラメンテーションにより穴を円形に形成する方法により、ガラス製の透明基板６０に１秒程度で作成される。
ＣＯ２レーザースポット７１および８２をパス７２Ａ、７２Ｂおよび８５Ａ、８５Ｂに沿って複数回走査することで、最終製品が数秒で作成される。
中央の円８５は、自重、空気圧、または機械的な指圧で落下し、ディスク８０もカレットから取り除かれる。
【００５１】
さらに、図３を参照すると、ディスク８０は、１μｍの精度で切断され、ファセットの粗さは、１μｍ未満である。
超高速バーストのフィラメントにより、微小亀裂または縁部のチッピングを発生させずに部品を切断するため、切削は不要である。
【００５２】
図４および図４Ａは、劈開されるチューブを示す図である。
チューブ９０および１００は、スクライブ線９１および１０１に沿ってそれぞれスクライブされている。
ＣＯ２レーザービームは、破線で示されるパス９２Ａおよび９２Ｂに沿ってスクライブ線９１を加熱し、これによって、チューブ９０が分割される。
スクライブ線９１および１０１は、チューブ９０および１００を貫通するか、または貫通しない一連のオリフィスを含む。
ＣＯ２レーザービームは、破線で示されるパス１０２Ａおよび１０２Ｂに沿ってスクライブ線１０１を加熱し、これによって、チューブ１００が分割される。
図４および図４Ａの例では、チューブ９０および１００はそれぞれの対称軸を中心に回転して、超高速バーストフィラメンテーションと、それに続くＣＯ２レーザービームによる加熱とにより、スクライブ線９１および１０１を形成する。
他の熱源を使用して、パス９２Ａおよび９２Ｂとパス１０２Ａおよび１０２Ｂとに沿って加熱を行うこともできる。
【００５３】
以下の説明では、基板に閉形状を形成するために使用されるレーザービームおよび装置について詳述する。
基板を切断またはスクライブした後、上述した方法のいずれかを適用することにより分離が実行される。
本明細書で説明するように、実際のスクライブ／切断線は、基板の表面に対して角度がついている（傾斜している）場合がある。
貫通して切断される閉形状の場合、下方に向けて先細りするように基板を切断して、切断の完了時に閉形状が重力で基板から取り除かれないようにするのが望ましい場合がある。
その場合、形状の上方の周縁部が、基板に形成された下方の周縁部よりも大きいため、形状は、そのまま保持され、後で、基板の上部から抜き取ることができる。
【００５４】
フィラメンテーションによる光音響圧縮加工が可能な任意の材料で、閉形状を切断し、材料から分離することができる。
【００５５】
閉形状を作成してガラス基板から取り除く先行技術の方法では、ガラスをシート状に形成し、そのガラス基板で閉形状をダイヤモンドソー（またはローラー）により切断またはスクライブし、屈曲させて分離する必要がある。
これは、閉形状の粗形成または粗加工である。
その後で、閉形状の縁部の研削や洗浄といった仕上げ加工を行う。
これらは、高価で時間のかかるステップであり、各ステップで粗加工および仕上げ加工のすべての工程で解放された研磨粒子により閉形状が粒子汚染される可能性が高まる。
【００５６】
代替で、各閉形状をブランク型に個別に流し込む（まれな）方法もあるが、このブランクも縁部を研削し、研磨し、洗浄する必要がある。 
その後、閉形状を高い精度で個別に研削して、衣類の引っ掛かりやシールの剥離などを防ぐ円滑な水平面を実現する。
【００５７】
本発明では、超高速レーザーパルスのバーストを使用する新規な方法により、積層した一連の材料の任意またはそれぞれでオリフィスまたは切断を加工できる。
レーザーの光および集束のパラメータは、指定された深さおよび幅のオリフィスを所望の始点および終点で材料の内部に作成するように調節されている。
詳細には、本発明は、先行技術に対して、切断面がより滑らかであり、微小亀裂の伝搬が最小限に抑えられ、より長く／深いオリフィスを作成でき、オリフィスの先細りがなく、非線形吸収を伴い、オリフィスの内径が一定であり、入口部の歪みが最小限に抑えられ、付帯的損傷が軽減されるという大きな利点を有する。
【００５８】
本発明の主たる目的は、超高速レーザーパルスのバーストによるフィラメンテーションにより透明基板から閉形状をスクライブまたは切断し、それらの形状を透明基板から取り除くための、高速で、正確で、経済的な非アブレーションレーザー加工の方法を提供することである。
最終的に取り除かれる閉形状を材料内で切断／スクライブする際に利用される装置および方法について、本明細書で劈開システムおよび閉形状方法として詳述する。
【００５９】
超高速パルスレーザーは、多光子、トンネルイオン化、および電子雪崩の各工程を積極的に駆動することにより表面をきれいに微小加工、改質、および処理するための高い強度を提供する。
この工程では、対象の透明材料に、アブレーション穴あけで使用されるエネルギーよりも少なく、かつ、基板内でのフィラメント形成に向けた自己集束を開始するための臨界エネルギーレベルよりも大きいエネルギーを供給する。
これにより、材料内の焦点における屈折率を変更し、（先行技術のアブレーション穴あけシステムで直面する）光学破壊に直面しない光音響圧縮加工を発生させ、対象材料内でのレーザービームの継続的な再集束を長距離にわたって継続して、複数の積層した基板でも先細りを抑えてオリフィス壁を比較的滑らかにしつつ対象材料の上方、下方、または内部から同時に穴あけおよびスクライブできるようにする。
製作ユニットの方向付け／ステアリングにより形成されたフィラメントは、オリフィスの穴あけ、対象物の表面もしくは内部の切断、スクライビング、またはダイシングに使用できる。
【００６０】
閉形状方法
上述したレーザー加工技法を、超高速レーザーパルスのバーストにより基板に形成されたフィラメントを正確に集束するコンピュータ制御のレーザー加工システムの機能と組み合わせて利用することにより、平坦なファセットを作成する必要のない、正確で経済的な閉形状の切断（穿孔）が可能となる。
基板に対してフィラメントを修正することにより、基板の表面に対して多様な角度で、無数の全切断または部分切断を行うことができる。
コンピュータ制御の３Ｄモデリング機能および切断の精度により、鋭角および鈍角を含む多数の閉形状を切断することができる。
【００６１】
閉形状の取り除きは、機械的もしくはガスや液体の付勢による直接圧力により実行するか、または基板を一瞬だけ変形することにより実行することができる。
また、基板または閉形状の任意の部分に熱源または冷熱源を適用することにより実行することも可能である。
使用する材料および閉形状が切断／スクライブ線を境にして温度差に良好に反応する場合は、熱源と冷熱源とを同時に使用することができる。
【００６２】
脆弱な透明基板から閉形状を取り除く方法は、
透明基板を提供するステップと、
超高速レーザーパルスを、レーザーパルスのバーストを含むレーザービームの形式で提供するステップと、
レーザービームを透明基板に集束でき、レーザービームと平面ガラス基板との間のパターン化された相対的な移動を可能にするレーザービーム伝送システムを提供するステップと、 
レーザービームを透明基板に対して相対的に集束して透明基板の外部にビームウエストを形成するステップであって、透明基板を通過する連続的なレーザーフィラメントを光学破壊なしで形成するのに十分なエネルギー密度が透明基板の内部で維持されるように、透明基板の表面に入射するレーザーパルスが集束されるステップと、
光音響圧縮加工により、フィラメントを中心として透明基板の一部を完全または部分的に通過するオリフィスを穴あけするステップと、
集束されたレーザービームと透明基板との間の相対的な移動をレーザービーム伝送システムにより可能にして、レーザーフィラメントの位置を移動し、オリフィスを透明基板に作成して透明基板を切断するステップと、
透明基板の切断の進行に応じて、透明基板内でレーザーフィラメントを方向付けて閉形状パターンを透明基板にトレースするステップと、
透明基板で切断された閉形状パターンの領域に熱源を適用して、閉形状を透明基板から分離するステップと
により進行する。
【００６３】
材料のスクライブ線に沿った部分の表面または内部に損傷を与えないよう、レーザービームを正確に集束する必要がある。
表面の加熱は、ＣＯ２等の波長の長いレーザービームを使用して加熱できる（透明基板は、ＣＯ２の波長に対して不透明である）。
内部については、透明基板を通過する波長のレーザービームを使用する。
その場合、スクライブ線に沿った材料の大半が加熱される。
【００６４】
本体が最終製品であり、小さな円やポケットなどの内側の閉形状が使用されない部分である場合、切り欠き部分をＣＯ２レーザービームの熱で溶かし、透明基板を冷却するほうが実用的である。
この場合も、スクライブ線に沿って取り除き線が形成され、内側の閉形状が重力によって落下するか、または機械的な指圧もしくは空気圧が使用される。
【００６５】
劈開システム
すべてのレーザー加工システムには、少なくとも２つの共通点がある。
すなわち、ワーク上の入射レーザービームの位置を変えることと、レーザービームの集束、出力、および伝送のさまざまなパラメータを調節できることである。
【００６６】
これらのレーザー加工システムは、入射レーザービームに対してワークを動かすか（たとえば、Ｘ−Ｙ面で移動可能なテーブルを使用）、ワークに対して入射レーザービームを動かすか（たとえば、ステアリングミラーまたはガントリーブリッジを使用）、または両手法の組み合わせを利用する。
【００６７】
図５は、ＨＤＤプラッタまたはシートのガラス基板に熱を形成できるレーザー加工システム１１１の例を表す。
このレーザー加工システム１１１は、適切なビームステアリング光学系を備えたＣＯ２、ファイバ、またはソリッドステートのレーザー１１１を含む。
これにより、ＸＹ面の回転ステージ（シータ、θ）、３Ｄ  ＸＹＺ移動ステージ、およびビームまたは部品をＸ軸に対して傾斜させる軸（ガンマ、γ）を協調制御構造で含む多軸回転移動ステージにレーザービームを伝送することができる。
図示された例示的な実施形態では、レーザービームは、調節光学系１１０（たとえば、追加で調節または操作される可能性がある弱集束スポットを提供できる正レンズ、負レンズ、またはレンズの組み合わせ）、ビームサンプリングミラー１１２、電力計１１３、Ｘ−Ｙスキャナ１１４、最終集束レンズ１１５、およびワーク１１７を位置決めするサーボ制御ステージ１１６により操作される。
レーザースポットの位置および深さは、自動車の窓や他のガラス部品のように湾曲した面または不均等な面で一定の作動距離を維持するオートフォーカス構成（たとえば、位置検知装置を使用）により制御される。
【００６８】
図６および図７は、非テレセントリックレンズ１２０（図６）およびテレセントリックレンズ１２２（図７）を使用して、Ｘ−Ｙスキャナ１１４のステージの制御を通じて複数の軸を制御する機能を示す例示的な実施形態を示している。
他の光学構成を使用することも可能である。
これらの角度付きまたは傾斜した切断またはスクライブを利用して、完全に切断された閉形状が、本明細書に記載するように、重力、空気圧、または機械的な力により基板から落下するのを防ぐことができる。
【００６９】
図８（ａ）乃至図８（ｄ）は、縁部が傾斜した内部形状を作成するための傾斜切り欠きアプローチを示している。
このアプローチは、所望の角度付き結果を実現するためのシングレーション後の処理を必要としない。
図８（ａ）乃至図８（ｃ）で、ビームトラックは、垂直（シータ）軸１３６を中心とする回転を通じて実現される。
入射レーザービーム１３７の入射角は、固定され、最終的な部品の縁部１３８で望まれる傾斜と等価である。
この非限定の実施形態は、フィラメントアレイによる複雑な切り欠きの中心での熱の作成をサポートする装置として、傾斜のついた切断と、回転ステージの移動とを可能にする。
オリフィスは、上述したように、基板を部分的または完全に貫通する。
【００７０】
図８（ｄ）は、内部または表面を熱で劈開した後の、異なる角度の複数のフィラメント形成する入射レーザービーム１４２による面取り部１４０の形成の例示的な実施形態を示している。
入射レーザービーム１４２およびフィラメントパスを制御して、さまざまな角度の面取り縁部または傾斜した縁部を形成できることを理解されたい。
協調した（並列）形成の場合、光学系を通じて入射レーザービーム１４２を分割および誘導して、垂直とは違う角度で対象物に到達する複数のビームパスを垂直の入射レーザービームと共に実現して、３面縁部または面取りを作成することができる。
【００７１】
面取りは、たとえば、工程によって許容される分離の程度に基づいて、２つ以上の面で作成できることが理解される。
いくつかの例示的な構成を図８（ｅ）に示す。
【００７２】
一部の実施形態では、以下に説明するように、１つのレーザービーム（およびビーム分離光学系）で両方のスクライビングステップを同時に実行できるようにレーザー加工システムを構成することができる。
このとき、入射レーザービームが十分な出力を備えていることが条件となる。
たとえば、平均出力が約７５Ｗのレーザービームは、すべての加工ステップを同時に実行するのに十分であることがわかっており、その後、別の高出力の入射レーザービームを使用して、ビーム分割による劈開を実行することができる。
【００７３】
多軸の回転移動制御を備え、レーザーパルスを利用して表面または内部の加熱を実現する上述した装置は、閉形状を切り出してスマートフォンのカバーガラス、ガラス製ＨＤＤプラッタ（ベアガラスまたは磁気媒体で被覆されたガラス基板から作成）、自動車の窓等の製品を作成するために、さまざまな焦点位置、非垂直の入射角、および可変のレシピ制御位置で入射レーザービームをワークに与えてフィラメントアレイに沿った曲線の熱領域を作成する目的で利用できる。 
これを現在利用されているレーザーアブレーション加工で行うことは不可能である。
当業者は、これらすべての軸がすべての用途に必要なわけではないこと、および、一部の用途では、簡素なシステム構成のほうが恩恵があることを理解する。
さらに、示された装置は、本開示の実施形態の例示的な実装の１つに過ぎないこと、および、そのような実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、さまざまな基板、用途、および部品提供スキームのために変更、改良、または組み合わせられることが理解される。
【００７４】
本発明は、以上の説明または図面に示された構成要素の配置に用途が限定されるわけではないことを理解されたい。
本発明は、他の実施形態に対応し、さまざまな異なる順序のステップで実現および実行することができる。
たとえば、閉形状を基板から取り除く複数の方法について詳述したが、技術分野においては、適用される熱源を基板の焼き戻しまたは焼鈍にも使用して、製造業者が焼鈍のステップと分離のステップとを組み合わせることが可能であることがよく知られている。
【００７５】
また、本明細書で採用されている表現および用語は、説明を目的としたものであり、限定とみなされるべきものではないことを理解されたい。
よって、当業者は、本開示が本発明の複数の目的を実行するための他の構造、方法、およびシステムを設計するための基盤として容易に利用できることを理解する。
したがって、特許請求の範囲については、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、そのような等価の構造物を含んでいるとみなすことが重要である。
【符号の説明】
【００７６】
１  ・・・基板
１Ｓ・・・基板本体
２  ・・・閉形状（製品）
２１  ・・・ＣＯ２レーザースポット
２１Ｂ・・・オリフィス
２１Ｃ・・・微小亀裂
２１Ｓ、９１、１０１・・・スクライブ線
２２Ａ・・・破線
２２Ｂ・・・破線
２５  ・・・穴（オリフィス）の間隔
３１、４１、５１、７１、８２・・・ＣＯ２レーザースポット
３２、４２、５２、７２Ａ、７２Ｂ、８５Ａ、８５Ｂ・・・パス
９２Ａ、９２Ｂ、１０２Ａ、１０２Ｂ・・・パス
３３、４３、５３・・・閉形状（オリフィス）
３３Ｃ、４３Ｃ、５３Ｃ・・・  微小亀裂
３  ・・・スロット
４  ・・・円
５  ・・・正方形
６０  ・・・透明基板
８０  ・・・プラッタ
８１Ｉ・・・円形の内部スクライブ線
８１Ｅ・・・円形の外部スクライブ線（オリフィス）
８５  ・・・中央のディスク
８９Ｃ・・・微小亀裂
９０、１００  ・・・チューブ
１１１  ・・・レーザー加工システム
１１０  ・・・調節光学系
１１２  ・・・ビームサンプリングミラー
１１３  ・・・電力計
１１４  ・・・Ｘ−Ｙスキャナ
１１５  ・・・最終集束レンズ
１１７  ・・・ワーク
１１６  ・・・サーボ制御ステージ
１３６  ・・・垂直（シータ）軸
１３７  ・・・入射レーザービーム
１４０  ・・・面取り部
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図８（ｃ）】
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【図８（ｄ）】
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【図８（ｅ）】
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【外国語明細書】
2015129076000001.pdf