(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、第１の層、第２の層、および前記第１の層と前記第２の層との間に位置するビーム破壊要素を備えているワークピース内に形成するステップ、
を有してなり、
前記レーザビーム焦線が前記第１の層内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記第１の層内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の層がキャリア層であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の層がガラスシートを含むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記レーザビームのパルス持続時間が、約１ピコ秒超と約１００ピコ秒未満との間の範囲であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１の層が、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記欠陥ラインの平均直径が、約０．１μｍから約５μｍの間の範囲であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記ワークピースおよび前記レーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記ワークピース内に前記輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記輪郭に沿って前記ワークピースを破断するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記輪郭に沿って赤外レーザを導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記ワークピースが、ＯＬＥＤ素子、ＤＬＰ素子、ＬＣＤセル、または半導体デバイス、のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から９いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その全開示が参照することにより本書に組み込まれる、２０１３年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／９１７，０９２号、並びに２０１４年７月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／０２２，８９６号、さらに２０１４年１０月３１日に出願された米国特許出願第１４／５３０４５７号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、最先端機器のサイズ、重量、および材料コストを減少させたいという顧客の要求を満たすための精密マイクロマシニングおよびそのプロセス開発の向上が、タッチスクリーン、タブレット、スマートフォン、およびテレビ用フラットパネルディスプレイにおけるハイテク産業の速いペースの成長につながった。ここでは超高速工業用レーザが、高精度が要求される用途にとって重要なツールになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ガラスを切断するためには、種々の既知の手法が存在する。従来のレーザによるガラス切断プロセスにおいてガラスの分離は、レーザによるスクライビングまたは穿孔の後に、機械的な力で、または熱応力誘起の亀裂伝搬で、分離するものに頼っている。現在のレーザ切断技術のほぼ全ては、以下に挙げる欠点の１以上を呈する。
【０００４】
（１）切断に使用される長レーザパルス（ナノ秒スケール以上）に伴う大きい熱影響部（ＨＡＺ）に起因して、キャリア上の薄型ガラスに対して自由形状切断を行う能力が制限されること。
【０００５】
（２）熱応力を生成し、これが衝撃波の発生に起因してレーザ照射領域付近のガラス表面にしばしば亀裂をもたらし、さらに無制御の材料除去をもたらすこと。
【０００６】
（３）ガラスの表面下のガラスに数百μｍ（以上）延在する表面下損傷をガラス内に生成し、亀裂伝搬の開始位置となり得る欠陥地点をもたらすこと。
【０００７】
（４）切断の深さ（例えば、数十μｍ以内まで）の制御が困難であること。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本書で開示される実施形態は、透明材料（ガラス、サファイアなど）に、この材料を掘削、切断、分離、穿孔、または別のやり方で処理するために、小さい（μｍ以下の）「孔」を生成する方法および装置に関する。より具体的には、超短（すなわち１０-10から１０-15秒）パルスレーザビーム（波長は、例えば１０６４、５３２、３５５、または２６６ナノメートルなど）を、透明材料の表面または内部の焦点領域に欠陥を生じさせるのに必要な閾値を上回るエネルギー密度まで集束せる。プロセスを繰り返すことによって、既定の経路に沿って位置合わせされた一連のレーザ誘起の欠陥が生成され得る。レーザ誘起のこれらの特徴を、間隔を空けて十分に近づけることにより、機械的に脆弱な制御された領域を透明材料内に生成することができ、この一連のレーザ誘起の欠陥により画成される経路に沿って、透明材料を精密に（機械的にまたは熱的に）破断または分離することができる。超短レーザパルスの後に随意的に炭酸ガス（ＣＯ2）レーザまたは他の熱応力発生源を追従させることにより、例えば透明材料の分離または基板シートからのパーツの分離を、完全に自動化することができる。
【０００９】
透明材料が一緒に結合されてスタックまたは層構造を形成している特定の用途では、下にある層を乱すことなく特定の層の境界まで選択的に「切断」することがしばしば望まれる。これは、好適な切断深さの位置に反射または吸収性（所望の波長に対する）の材料または層を加えることによって行うことができる。反射層は、薄い材料（例えばアルミニウム、銅、銀、金など）を堆積することによって形成することができる。散乱または反射層は、入射エネルギーを散乱または反射する（入射エネルギーを吸収し、熱的に消散させるのとは対照的）ため優先される。このようにして切断の深さを、下にある層を損傷することなく制御することができる。一用途では、透明材料がキャリア基板に結合され、透明材料とキャリア基板との間に反射または吸収性の層が形成される。反射または吸収性の層によって、下にあるキャリア基板を損傷することなく透明材料を切断することが可能になり、これによりキャリア基板をその後再利用することができる。キャリア基板は、本書で説明される１以上のレーザ処理ステップによってキャリア基板の上にある層を改質、切断、または掘削することを可能にする、機械的剛性またはハンドリングの容易さを提供するために使用される支持層である。
【００１０】
一実施の形態において、材料を、レーザ掘削、切断、分離、または別のやり方で処理する方法は、パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数の材料を備えたワークピース内に形成するステップを含み、この複数の材料は、レーザ処理される材料であるレーザビームに面した第１の層、第２の層、および第１の層と第２の層との間に位置するビーム破壊層、を含む。レーザビーム焦線は第１の層の材料内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収は、レーザビーム焦線に沿って第１の層の材料内に欠陥ラインを生じさせる。ビーム破壊層は、例えばキャリア層でもよい。
【００１１】
別の実施形態において、レーザ処理の方法は、パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層と透明導電層とを備えているワークピース内に形成するステップを含み、レーザビーム焦線はワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収は、レーザビーム焦線に沿って透明導電層を通りガラス層内へと欠陥ラインを生じさせる。
【００１２】
さらに別の実施形態において、レーザ処理の方法は、パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであってガラス層の夫々の間に透明保護層を含んでいるワークピース内に、形成するステップを含み、レーザビーム焦線はワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収は、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせる。
【００１３】
さらに別の実施形態において、レーザ処理の方法は、パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであってガラス層の夫々の間に空隙を含んでいるワークピース内に、形成するステップを含み、レーザビーム焦線はワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収は、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせる。
【００１４】
さらに別の実施形態において、レーザ処理の方法は、パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ワークピース内に形成するステップを含む。ワークピースはガラス層を備えたものであり、レーザビーム焦線はガラス層内に誘起吸収を発生させ、さらにこの誘起吸収は、レーザビーム焦線に沿ってガラス層内に欠陥ラインを生じさせる。この方法は、ワークピースおよびレーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップと、ガラス層をこの輪郭に沿って分離させる、酸エッチングプロセスを適用するステップとをさらに含む。
【００１５】
酸エッチングを使用すると、単なるレーザによる方法では高速および高生産量とするのは困難になり得る、大型片内の孔、またはスロット、または他の内部輪郭など、複雑な輪郭の取外しが可能になる。さらに、酸エッチングを使用すると、メタライゼーションまたは他の化学的コーティングに実用的な寸法の、孔の形成が可能になる。レーザによって生成された孔は並行処理でターゲット直径まで並行して拡大され、これはレーザを使用してさらなるレーザ露出を用いることによって大きい直径まで孔を掘削するものよりも速くなり得る。
【００１６】
酸エッチングでは、レーザに長時間に亘って露出されることによって生じ得る任意の微小亀裂または損傷が弱められて、レーザのみを使用した場合より強いパーツが生成される。
【００１７】
さらに別の実施形態において、レーザ処理の方法は、パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ワークピース内に形成するステップを含む。ワークピースはガラス層を備えたものであり、レーザビーム焦線はワークピース内に誘起吸収を発生させ、さらにこの誘起吸収は、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせる。この方法は、ワークピースおよびレーザビームを閉じた輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより閉じた輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップと、この閉じた輪郭によって囲まれたガラス層の部分を、取り除くのを助ける、酸エッチングプロセスを適用するステップとをさらに含む。
【００１８】
さらに別の実施形態において、レーザ処理の方法は、パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップと、ワークピースおよびレーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップと、この輪郭に沿って赤外レーザビームを導くステップとを含む。赤外レーザビームは、炭酸ガス（ＣＯ2）レーザまたは他の赤外レーザによって生成され得る。
【００１９】
本開示による薄型ガラスのレーザ切断の利点としては、アブレーション領域またはその付近での亀裂の生成を最小にするまたは防ぐこと、および任意の形状の自由形状切断を行うことができる能力が挙げられる。ガラス基板から分離された、フラットパネルディスプレイなどの用途のためのパーツでは、応力が中心に加えられた場合でさえエッジから壊れるという明白な傾向があるため、そのエッジの亀裂およびエッジでの残留応力を避けることが重要である。超高速レーザの高いピーク出力を、本書で説明される方法に合わせたビーム送出と組み合わせると、本方法は有害な熱の影響なしで切断を行う「低温」アブレーション技術であるため、これらの問題を回避することができる。本方法による超高速レーザを用いたレーザ切断は、ガラス内に本質的に残留応力を生成しない。
【００２０】
本実施形態は、
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、第１の層、第２の層、および第１の層と第２の層との間に位置するビーム破壊要素、を備えているワークピース内に形成するステップ、
を含み、さらに、レーザビーム焦線が第１の層内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿って第１の層内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２１】
本実施形態は、
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層と透明導電層とを備えているワークピース内に形成するステップ、
を含み、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿って透明導電層を通りガラス層内へと欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２２】
本実施形態は、
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであってガラス層の夫々の間に透明保護層を含んでいるワークピース内に、形成するステップ、
を含み、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２３】
本実施形態は、
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであってガラス層の夫々の間に空隙を含んでいるワークピース内に、形成するステップ、
を含み、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２４】
本実施形態は、
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、レーザビーム焦線がガラス層内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってガラス層内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
ワークピースおよびレーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより輪郭に沿ってガラス層内に複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
ガラス層をこの輪郭に沿って分離させる、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２５】
本実施形態は、
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
ワークピースおよびレーザビームを閉じた輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより閉じた輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
この閉じた輪郭によって囲まれたガラス層の部分を、取り除くのを助ける、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２６】
本実施形態は、
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
ワークピースおよびレーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
この輪郭に沿って赤外レーザを導くステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２７】
本実施形態は、
穿孔を形成する方法であって、
（ｉ）キャリアの上に配置されたビーム破壊要素と、ビーム破壊要素の上に配置された第１の層とを備えている、マルチレイヤ構造を提供するステップ、
（ｉｉ）波長λのレーザビームを、この波長λに対して透明な第１の層の第１の部分に集束させることにより、第１の層内で高レーザ強度の領域を形成するステップであって、この高レーザ強度が、高レーザ強度のこの領域内で非線形吸収をもたらすのに十分なものであり、ビーム破壊要素が、このビーム破壊要素の第１の層とは反対側に配置されたキャリア材料または他の層に、非線形吸収が発生するのを防ぎ、非線形吸収が、レーザビームから第１の層の高強度の領域内へのエネルギー伝達を可能にして、このエネルギー伝達によって第１の層の高レーザ強度の領域内で、レーザビームの伝搬方向に延在する第１の穿孔を生成する、ステップ、
（ｉｉｉ）レーザビームを第１の層の第２の部分に集束させるステップ、および、
（ｉｖ）ステップ（ｉｉ）を繰り返して、基板の第２の部分に、レーザビームの伝搬方向に延在する第２の穿孔を形成するステップであって、ビーム破壊要素が、第２の穿孔の形成中に、ビーム破壊要素の第１の層とは反対側に配置されたキャリア材料または他の層に、非線形吸収が発生するのを防ぐ、ステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
【００２８】
前述のものは、添付の図面に示されている実施形態例の以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。図面において、同じ参照符号は異なる図を通じて同じ部分を参照する。図面は必ずしも原寸に比例したものではなく、代わりに代表的な実施形態を説明することに重点を置いている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】レーザエネルギーに面している薄型材料Ａと、改質境界面であって、改質境界面のレーザビームから遠い側のスタックの部分と相互作用しないようにレーザエネルギーを破壊する改質境界面と、肉厚材料Ｂとの、３つの層から成るスタックの図
【図２Ａ】レーザビーム焦線の位置付け、すなわちレーザ波長に対して透明な材料の、焦線に沿った誘起吸収によるレーザ処理を示した図
【図２Ｂ】レーザビーム焦線の位置付け、すなわちレーザ波長に対して透明な材料の、焦線に沿った誘起吸収によるレーザ処理を示した図
【図３Ａ】レーザ処理用光学アセンブリの図
【図３Ｂ−１】基板に対し透明材料内の異なる位置にレーザビーム焦線を形成することによって基板を処理する、種々の可能性を示した図
【図３Ｂ−２】基板に対し透明材料内の異なる位置にレーザビーム焦線を形成することによって基板を処理する、種々の可能性を示した図
【図３Ｂ−３】基板に対し透明材料内の異なる位置にレーザビーム焦線を形成することによって基板を処理する、種々の可能性を示した図
【図３Ｂ−４】基板に対し透明材料内の異なる位置にレーザビーム焦線を形成することによって基板を処理する、種々の可能性を示した図
【図４】レーザ処理用の第２の光学アセンブリの図
【図５Ａ】レーザ掘削用の第３の光学アセンブリの図
【図５Ｂ】レーザ掘削用の第３の光学アセンブリの図
【図６】レーザ処理用の第４の光学アセンブリの概略図
【図７Ａ】ピコ秒レーザに対するレーザ発光を時間の関数として描いた図。各発光は１以上のサブパルスを含有し得るパルス「バースト」で特徴付けられる。持続時間、パルス間の隔たり、およびバースト間の隔たりに対応する時間が図示されている。
【図７Ｂ】ピコ秒レーザに対するレーザ発光を時間の関数として描いた図。各発光は１以上のサブパルスを含有し得るパルス「バースト」で特徴付けられる。パルス持続時間、パルス間の隔たり、およびバースト間の隔たりに対応する時間が図示されている。
【図８】ガラス‐空気‐ガラスの複合構造に入射する集束ガウスビームおよびベッセルビーム間の比較を示した図
【図９】多数のシートを摩滅または汚染を低減しながら切断するために透明保護層を備えているスタッキングの図
【図１０】カプセル化デバイスの空隙および切断を示した図
【図１１】レーザ穿孔と後のエッチングまたはレーザ穿孔およびＣＯ2レーザによる取外しでの、インターポーザまたは窓の切断を示した図
【図１２】透明導電層（例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ））でコーティングされたエレクトロクロミックガラスなどの物品の切断を示した図
【図１３】スタックのいくつかの層を、他の層を損傷せずに精密に切断するものを示した図
【図１４Ａ】ガラスまたはプラスチックの内側層を備えたプラスチックフィルム外側層を含む、一例の積層スタックの側面図
【図１４Ｂ】開示されるレーザによる方法を用いて図１４Ａに示されている積層体の全ての層を通って作られたレーザ穿孔を示した図
【図１４Ｃ】レーザ穿孔１４５０から得られる欠陥ラインを示した図
【図１５】図１４Ａ〜Ｃに示されている積層体の上面図
【図１６Ａ】図１４Ａ〜Ｃに示されているものに類似しているが、積層体のいくつかの層のみを通って延在するレーザ穿孔を含む積層体の図
【図１６Ｂ】積層体の特定の深さのみに延在する、図１６Ａのレーザ穿孔に対応する欠陥ラインを示した図
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施形態例の説明を以下に示す。
【００３１】
本書で説明される実施形態は、透明材料内に、または透明材料を通る、高精度の切込みを、光学的に生じさせる方法および装置に関する。表面下損傷を、およそ深さ１００μｍ以下、または深さ７５μｍ以下、または深さ６０μｍ以下、または深さ５０μｍ以下程度に制限することができ、切断で生成される破片はほんの僅かになり得る。本開示によるレーザを用いる透明材料の切断は、本書において掘削またはレーザ掘削またはレーザ処理とも称され得る。本開示の文脈の中で、材料がレーザの波長に対して実質的に透明であるとは、この波長での吸収が材料の深さ１ｍｍ当たり、約１０％未満、好適には約１％未満の場合である。
【００３２】
以下で説明される方法によれば、レーザを使用して１回の通過で、表面下損傷および破片の生成を極めて小さく（＜７５μｍ、多くは＜５０μｍ）しながら、材料を通る高度に制御されたフルライン穿孔を生成することができる。これは、典型的な、点集束レーザを使用して材料をアブレーションするものとは対照的であり、後者の場合、ガラスの厚さを完全に穿孔するために多数の通過を必要とすることが多く、多量の破片がアブレーションプロセスで形成され、より広範囲に及ぶ表面下損傷（＞１００μｍ）およびエッジの欠けが生じる。本書では表面下損傷とは、本開示に従ってレーザ処理を受けた基板または材料から分離されたパーツの外縁表面における、最大サイズ（例えば、長さ、幅、直径）の構造的欠陥を称する。構造的欠陥は外縁表面から延在するものであるため、表面下損傷は本開示によるレーザ処理により損傷が生じた外縁表面からの、最大深さとしても見なすことができる。分離されたパーツの外縁表面は、本書において、分離されたパーツのエッジまたはエッジ表面と称され得る。構造的欠陥は亀裂または空所となり得、これは基板または材料から分離されたパーツの、破断または破壊を促進する機械的に脆弱な点を表す。表面下損傷のサイズを最小にすることによって、本方法は分離されたパーツの構造的完全性および機械的強度を向上させる。
【００３３】
従って、透明材料に微細な（すなわち、直径＜２μｍかつ＞１００ｎｍ、またいくつかの実施形態では＜０．５μｍかつ＞１００ｎｍの）細長い欠陥ライン（本書では穿孔または損傷跡とも称される）を、１以上の高エネルギーパルス、または高エネルギーパルスから成る１以上のバーストを用いて生成することができる。穿孔は、レーザによって改質された基板材料の領域を表す。レーザ誘起の改質は、基板材料の構造を破壊し、機械的に脆弱な場所を構成する。構造的破壊は、圧縮、溶解、材料の移動、再配置、および結合切断を含む。穿孔は基板材料の内部へと延び、穿孔の断面形状はレーザの断面形状に一致する（概して円形）。穿孔の平均直径は、０．１μｍから５０μｍの範囲、または１μｍから２０μｍの範囲、または２μｍから１０μｍの範囲、または０．１μｍから５μｍの範囲でもよい。いくつかの実施形態において穿孔は、基板材料の上から下まで延在する孔または開口チャネルである「貫通孔」である。いくつかの実施形態において、穿孔は連続的に開口したチャネルでなくてもよく、レーザによって基板材料から移動された中実材料の区間を含み得る。この移動された材料は、穿孔により画成された空間を遮断または部分的に遮断する。１以上の開口チャネル（遮断されていない領域）が、移動された材料の区間の間に分散されていてもよい。開口チャネルの直径は、＜１０００ｎｍ、または＜５００ｎｍ、または＜４００ｎｍ、または＜３００ｎｍ、または１０ｎｍから７５０ｎｍの範囲、または１００ｎｍから５００ｎｍの範囲でもよい。本書で開示される実施形態における孔を囲む材料の、破壊または改質された（例えば、圧縮、溶解、または別のやり方で変化した）エリアの直径は、＜５０μｍ（例えば、＜１０μｍ）であることが好ましい。
【００３４】
個々の穿孔は、数百キロヘルツの速度で生成され得る（例えば１秒当たり数十万の穿孔）。従って、レーザ光源と材料との間の相対運動で、これらの穿孔は互いに隣接して設けられ得る（要望に応じて、空間的隔たりはサブミクロンから数μｍまたはさらには数十μｍまで変化する）。この空間的隔たりは、切断を助けるよう選択される。
【００３５】
さらに、光学系を慎重に選択することによって、スタックされた透明材料の個々の層の選択的切断が実現できる。透明材料のスタックのマイクロマシニングおよび選択的切断は、ビーム送出光学系と共に適切なレーザ光源および波長を選択し、さらに所望の層の境界にビーム破壊要素を配置することによって、切断深さを精密に制御して達成される。ビーム破壊要素は、材料の層でもよいし、または境界面でもよい。本書においてビーム破壊要素は、レーザビーム破壊要素、または破壊要素などと称され得る。ビーム破壊要素の実施形態は本書において、ビーム破壊層、レーザビーム破壊層、破壊層、ビーム破壊境界面、レーザビーム破壊境界面、または破壊境界面などと称され得る。
【００３６】
ビーム破壊要素は、入射レーザビームに対して、反射、吸収、散乱、デフォーカス、または別のやり方で干渉し、その下にあるスタック内の層をレーザビームが損傷または別のやり方で改質することを、抑制または防止する。一実施の形態においてビーム破壊要素は、レーザ掘削が行われる透明材料の層の下に位置する。本書では、ビーム破壊要素が透明材料の下にあるとは、ビーム破壊要素の配置が、レーザビームがビーム破壊要素に当たる前に透明材料を通過しなければならないような場合である。ビーム破壊要素は、レーザ掘削が行われる透明層の下にあって、この透明層に直接隣接するものでもよい。スタックの異なる層間に光学的性質の相違が存在するように、層を挿入するまたは境界面を改質することによって、スタック材料を高い選択性でマイクロマシニングまたは切断することができる。スタック内の材料間の境界面を、対象のレーザ波長でより反射、吸収、デフォーカス、および／または散乱するものとすることによって、切断をスタックの一部または１つの層に制限することができる。
【００３７】
レーザ波長は、レーザ処理される（レーザによって掘削、切断、アブレーション、損傷、または別のやり方で明らかに改質される）スタック内の材料が、このレーザ波長に対して透明であるように選択される。一実施の形態において、レーザによって処理される材料は、吸収されるそのレーザ波長の強度が材料の厚さ１ｍｍ当たりで１０％未満の場合に、そのレーザ波長に対して透明である。別の実施形態において、レーザによって処理される材料は、吸収されるそのレーザ波長の強度が材料の厚さ１ｍｍ当たりで５％未満の場合に、そのレーザ波長に対して透明である。さらに別の実施形態において、レーザによって処理される材料は、吸収されるそのレーザ波長の強度が材料の厚さ１ｍｍ当たりで２％未満の場合に、そのレーザ波長に対して透明である。さらに別の実施形態において、レーザによって処理される材料は、吸収されるそのレーザ波長の強度が材料の厚さ１ｍｍ当たりで１％未満の場合に、そのレーザ波長に対して透明である。
【００３８】
レーザ光源の選択は、透明材料の多光子吸収（ＭＰＡ）を誘起する能力にさらに基づく。ＭＰＡは、材料をより低いエネルギー状態（通常、基底状態）からより高いエネルギー状態（励起状態）へと励起するために、同一のまたは異なる周波数の多数の光子を同時に吸収するものである。励起状態は、励起された電子状態またはイオン化状態とし得る。材料の、より高いエネルギー状態とより低いエネルギー状態との間のエネルギー差は、２以上の光子のエネルギーの合計に等しい。ＭＰＡは、線形吸収よりも一般に数桁弱い非線形プロセスである。ＭＰＡの強度は光強度の２乗以上の出力に依存するため線形吸収とは異なり、したがって非線形光学プロセスになる。通常の光強度で、ＭＰＡは極わずかである。レーザ光源（特にパルスレーザ光源）の焦点領域内など光強度（エネルギー密度）が極めて高い場合、ＭＰＡはかなりのものとなり、光源のエネルギー密度が十分に高い領域内の材料において大きな効果につながる。焦点領域内では、イオン化をもたらすのに十分な高エネルギー密度になり得る。
【００３９】
原子レベルで、個々の原子のイオン化は個別のエネルギー要件を有する。ガラス内で通常使用されるいくつかの元素（例えば、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ）のイオン化エネルギーは比較的低い（〜５ｅＶ（８．０１×１０-19Ｊ））。ＭＰＡの現象がない場合、〜５ｅＶ（８．０１×１０-19Ｊ）で線形イオン化を生じさせるには、約２４８ｎｍの波長が必要になる。ＭＰＡでは、〜５ｅＶ（８．０１×１０-19Ｊ）のエネルギー分離状態間のイオン化または励起は、２４８ｎｍよりも長い波長で達成され得る。例えば波長５３２ｎｍの光子のエネルギーは〜２．３３ｅＶ（３．７３×１０-19Ｊ）であり、そのため波長５３２ｎｍの２つの光子は、例えば二光子吸収（ＴＰＡ）において、〜４．６６ｅＶ（７．４７×１０-19Ｊ）のエネルギー分離状態間で移行を誘起し得る。従って、材料の領域内で原子および結合を選択的に励起またはイオン化することができ、この場合レーザビームのエネルギー密度は、例えば必要な励起エネルギーの半分のレーザ波長の非線形ＴＰＡを誘起するのに十分な高いものである。
【００４０】
ＭＰＡは、励起された原子または結合の、隣接する原子または結合からの局所的再構成および分離をもたらすことができる。結合または構成の改質が得られると、ＭＰＡが起こる材料の領域からの物質の非熱的アブレーションおよび除去をもたらすことができる。この物質の除去によって構造的欠陥（例えば、欠陥ライン、損傷ライン、または「穿孔」）が生成され、これが材料を機械的に脆弱化させ、機械的または熱的な応力が加えられたときに亀裂または破断が生じやすい状態にする。穿孔の配置を制御することによって、亀裂が生じる輪郭または経路を精密に画成することができ、材料の精密なマイクロマシニングを達成することができる。一連の穿孔によって画成される輪郭を傷（fault）ラインと見なすことができ、材料内の構造的脆弱領域に相当する。一実施の形態においてマイクロマシニングは、レーザによって処理された材料からのパーツの分離を含み、ここでのこのパーツは、レーザにより誘起されたＭＰＡ効果で形成された穿孔の閉じた輪郭により決定された、精密に画成された形状または外縁を有する。本書では、閉じた輪郭という用語は、レーザラインにより形成された穿孔の経路を称し、この場合この経路は、いくつかの位置でそれ自体と交わる。内部の輪郭とは、得られる形状が材料の外側の部分によって完全に囲まれるように形成された経路である。
【００４１】
レーザは超短パルスレーザ（数十ピコ秒オーダー以下のパルス持続時間）であり、パルスモードまたはバーストモードで動作され得る。パルスモードでは、一連の名目上同一の単一パルスが、レーザから放出されてワークピースへと導かれる。パルスモードにおいてレーザの繰返し率は、パルス間の時間間隔によって決定される。バーストモードにおいてパルスのバーストはレーザから放出され、このとき各バーストは（等しいまたは異なる振幅の）２以上のパルスを含む。バーストモードにおいて、バースト内のパルスは第１の時間間隔（これがバーストに対するパルスの繰返し率を画成する）だけ隔てられ、またバーストは第２の時間間隔（これがバースト繰返し率を画成する）だけ隔てられ、このとき第２の時間間隔は典型的には第１の時間間隔よりも大幅に長い。本書では（パルスモード関連でも、バーストモード関連でも）時間間隔とは、パルスまたはバーストの対応する部分間の時間の差を称する（例えば、前縁から前縁、ピークからピーク、または後縁から後縁）。パルスおよびバーストの繰返し率は、レーザの設計により制御され、レーザの動作条件を調節することによって制限内で典型的には調節することができる。典型的なパルスおよびバーストの繰返し率は、ｋＨｚからＭＨｚ範囲である。
【００４２】
レーザパルス持続時間は（パルスモードで、またはバーストモードのバースト内のパルスに対して）、１０-10秒以下、または１０-11秒以下、または１０-12秒以下、または１０-13秒以下でもよい。本書で説明される例示的な実施形態において、レーザパルス持続時間は１０-15を上回る。
【００４３】
複数の穿孔は間隔を空けて配置され得、レーザ、および／または基板またはスタックの動きの制御によってレーザに対する基板またはスタックの速度を制御することで、穿孔を精密に位置付けることができる。一例として、１００ｋＨｚの一連のパルス（またはパルスのバースト）に露出された２００ｍｍ／秒で移動している薄型透明基板では、２μｍ隔てられた一連の穿孔を生成するために個々のパルスの間隔は２μｍとなる。この欠陥ライン（穿孔）の間隔は十分近いため、一連の穿孔によって画成される輪郭に沿った機械的または熱的分離が可能になる。傷ラインの方向に沿った隣接する欠陥ライン間の距離は、例えば０．２５μｍから５０μｍの範囲、または０．５０μｍから約２０μｍの範囲、または０．５０μｍから約１５μｍの範囲、または０．５０μｍから１０μｍの範囲、または０．５０μｍから３．０μｍの範囲、または３．０μｍから１０μｍの範囲でもよい。
熱分離：
いくつかの事例において、一連の穿孔または欠陥ラインによって画成された輪郭に沿って生成される傷ラインは、そのパーツを自発的に分離するには十分ではなく、二次ステップが必要になり得る。それが望ましい場合、例えば第２のレーザを使用し、熱応力を生じさせて分離してもよい。イオン交換による化学強化を受ける前のコーニングのＥａｇｌｅ ＸＧまたはコーニングガラスコード２３１８などの低応力ガラスの場合、熱応力を生じさせるよう、またパーツを基板から分離させるよう、傷ライン生成後に機械的な力を加えることによって、または熱源（赤外レーザ、例えば、ＣＯ2レーザなど）を用いることによって分離を達成することができる。別の選択肢は、分離の開始時にのみＣＯ2レーザを使用し、その後手動で分離を終えるものである。随意的なＣＯ2レーザによる分離は、例えば１０．６μｍで発光するデフォーカスされた連続波（ｃｗ）レーザで、そのデューティサイクルを制御することにより出力を調節して達成され得る。焦点変化（すなわち、集束されたスポットサイズまでの、このスポットサイズを含むデフォーカス範囲）を使用し、スポットサイズを変化させることによって、誘起される熱応力を変化させる。デフォーカスレーザビームは、おおよそレーザ波長のサイズの、最小の回折限界スポットサイズよりも大きいスポットサイズを生成するようなレーザビームを含む。例えば、２から１２ｍｍ、または約７ｍｍ、２ｍｍ、および２０ｍｍのデフォーカスされたスポットサイズ（１／ｅ2直径）をＣＯ2レーザで使用してもよく、例えばその回折限界スポットサイズは１０．６μｍの発光波長を前提とすると大幅に小さい。
エッチング：
例えば酸エッチングを使用すると、例えばガラス層を備えたワークピースを分離することができる。例えば一実施の形態において、使用される酸は容積で１０％のＨＦ／１５％のＨＮＯ3でもよい。２４〜２５℃の温度で５３分間いくつかの部分をエッチングして、レーザでＭＰＡにより形成された孔の直径を、例えば〜１００μｍに拡大させることができる。このレーザ穿孔された部分をこの酸浴内に浸漬させてもよく、例えば４０ｋＨｚおよび８０ｋＨｚの周波数を組み合わせた超音波攪拌を用いて、孔への流体の浸透および孔内部での流体の交換を助けることができる。さらに、超音波場からの定在波パターンがその部分に「高温点」またはキャビテーションに関連する損傷を生じさせないよう、超音波場内で手動によるその部分の攪拌を行ってもよい。酸の組成およびエッチング速度は、その部分をゆっくりエッチングするように意図的に設計され得る−例えば、材料の除去速度は１．９μｍ／分でしかない。例えば約２μｍ／分未満のエッチング速度で、酸は狭い孔に十分に浸透することができ、また攪拌によって、最初にレーザで形成されたときには非常に狭い孔から、新たな流体の交換および溶解された材料の除去を行うことができる。酸が孔に浸透し、孔が隣接する孔とつながるサイズに拡大すると、穿孔された輪郭が基板の残部から分離する。例えばこれにより、孔またはスロットなどの内部特徴を、より大きい部分から抜き出すことができ、あるいは窓を、この窓を含むより大きい「フレーム」から抜き出すことができる。
【００４４】
図１に示されている実施形態において、マルチレイヤスタックにおける切断の深さの精密な制御は、ビーム破壊境界面（「改質境界面」と表示されている）の形のビーム破壊要素を含むことによって達成される。ビーム破壊境界面は、レーザ放射が破壊境界面の位置を越えてマルチレイヤスタックの部分と相互作用するのを防ぐ。
【００４５】
一実施の形態においてビーム破壊要素は、二（または多）光子吸収によって改質が起こるスタックの層の、すぐ下に位置付けられる。このような構成は図１に示されており、ここでビーム破壊要素は材料Ａのすぐ下に位置付けられた改質境界面であり、材料Ａは、本書で説明される二（または多）光子吸収の機構によって穿孔の形成が行われる材料である。本書では、下または別の位置よりも下方の位置を参照する場合には、レーザビームが最初に入射するマルチレイヤスタックの表面が、上部または最上部の位置であると仮定する。例えば図１では、レーザ光源に最も近い材料Ａの表面が上部表面であり、ビーム破壊要素が材料Ａの下に配置されるとは、レーザビームが、材料Ａを横切った後にビーム破壊要素と相互作用することを意味する。
【００４６】
ビーム破壊要素は、切断される材料とは異なる光学的性質を有する。例えばビーム破壊要素は、デフォーカス要素、散乱要素、半透明要素、回折要素、吸収要素、または反射要素でもよい。デフォーカス要素は、レーザ光がデフォーカス要素上またはデフォーカス要素の下方にレーザビーム焦線を形成するのを防ぐ材料を含む、境界面または層である。デフォーカス要素は、光ビームの波面を散乱するまたは乱す不均等な屈折率を有する、材料または境界面から成るものでもよい。半透明要素は、レーザビームを、半透明要素のレーザビームから遠い側のスタックの部分でレーザビーム焦線を形成するのを防ぐのに十分なエネルギー密度に低下させるよう散乱または減衰させて初めて、光を通過させることができる材料から成る境界面または層である。一実施の形態において、半透明要素がもたらす散乱または逸脱は、レーザビームの光線の少なくとも１０％である。
【００４７】
より具体的には、破壊要素の反射性、吸収性、デフォーカス、回折性、減衰、および／または散乱を採用して、レーザ放射に対するバリアすなわち妨害物を生成することができる。レーザビーム破壊要素は、いくつかの手段で生成することができる。スタック系全体の光学的性質がそれほど重大ではない場合、１以上の薄膜をスタックの所望の２つの層の間にビーム破壊層として堆積させてもよく、このとき１以上の薄膜は、そのすぐ上の層よりも多くのレーザ放射を吸収、散乱、デフォーカス、減衰、反射、回折、および／または放散して、ビーム破壊層の下の層がレーザ光源から過度のエネルギー密度を受けないよう保護する。スタック系全体の光学的性質が重要である場合、ビーム破壊要素はノッチフィルタとして実装され得る。これは以下のいくつかの方法で行うことができる。
【００４８】
ａ）特定の波長または波長範囲で入射レーザ放射の回折が起こるように、（例えば、薄膜成長、薄膜パターン形成、または表面パターン形成によって）ビーム破壊層または境界面の位置に構造を生成する、
ｂ）入射レーザ放射の散乱が起こるように、（例えば、薄膜成長、薄膜パターン形成、または表面パターン形成によって）ビーム破壊層または境界面の位置に構造を生成する（例えば、テクスチャ表面）、
ｃ）レーザ放射の減衰位相シフトが起こるように、（例えば、薄膜成長、薄膜パターン形成、または表面パターン形成によって）ビーム破壊層または境界面の位置に構造を生成する、および、
ｄ）レーザ放射のみを反射するように、ビーム破壊層または境界面の位置に薄膜スタックによって分布ブラッグ反射器を生成する。
【００４９】
ビーム破壊要素によるレーザビームの吸収、反射、回折、散乱、減衰、デフォーカスなどは、完全なものである必要はない。ビーム破壊要素のレーザビームへの影響が、集束レーザビームのエネルギー密度または強度を、ビーム破壊要素によって保護される（下にある）スタック内の層の、切断、アブレーション、穿孔などに要求される閾値を下回るレベルまで減少させるのに十分なものであることのみが必要である。一実施の形態においてビーム破壊要素は、集束レーザビームのエネルギー密度または強度を、二（または多）光子吸収を誘起するのに必要な閾値を下回るレベルまで減少させる。ビーム破壊層またはビーム破壊境界面は、レーザビームを吸収、反射、回折、または散乱するように構成され得、ここでこの吸収、反射、回折、または散乱は、キャリア（または他の下にある層）に伝達されるレーザビームのエネルギー密度または強度を、キャリアまたは下にある層において非線形吸収を誘起するのに必要なレベルを下回るレベルまで減少させるのに十分なものである。
【００５０】
図２Ａおよび２Ｂを参照すると、材料をレーザ掘削する方法は、ビームの伝搬方向に沿って見て、パルスレーザビーム２をレーザビーム焦線２ｂへと集束させるステップを含む。レーザビーム焦線２ｂは、高エネルギー密度の領域である。図３Ａに示されているように、レーザ３（図示なし）は、光学アセンブリ６に入射する部分２ａを含むレーザビーム２を放出する。光学アセンブリ６は出力側で入射レーザビームの方向を変え、ビーム方向に沿った画成された拡大範囲（焦線の長さｌ）に亘るレーザビーム焦線２ｂとする。
【００５１】
層１は、レーザ処理および二（または多）光子吸収による内部改質が起こるはずの、マルチレイヤスタックの層である。層１は、より大きいマルチレイヤワークピースの要素であり（その残りは図示されていない）、ワークピースは典型的には、その上にマルチレイヤスタックが形成される基板またはキャリアを含む。層１は、本書で説明したように二（または多）光子吸収の補助によるアブレーションまたは改質によって孔、切込み、または他の特徴が形成される、マルチレイヤスタック内の層である。例えば図１において、材料Ａは層１に相当し、材料Ｂはビーム破壊要素の下にある層である。層１は、レーザビーム２のレーザビーム焦線２ｂと少なくとも部分的に重なり合うようにビーム路内に位置付けられる。参照符号１ａは、光学アセンブリ６またはレーザの夫々に面している（最も近いまたは近接する）層１の表面を指定し、また参照符号１ｂは、層１の反対の表面（光学アセンブリ６またはレーザから遠い、すなわちさらに離れている表面）を指定する。層１の厚さ（平面１ａおよび１ｂすなわち基板平面に対して、垂直に測定される）はｄで表示されている。
【００５２】
図２Ａに描かれているように、層１は、縦方向のビーム軸に実質的に垂直に、従って光学アセンブリ６により生成された同じ焦線２ｂの背後に位置合わせされる（この基板は図の面に垂直である）。ビームの方向に沿って見ると、（ビームの方向へと見て）焦線２ｂが層１の表面１ａよりも手前で始まり、層１の表面１ｂの手前で終わるように、層１は焦線２ｂに対して位置付けられ、すなわち焦線２ｂは層１内で終端し、表面１ｂを越えて延在しない。レーザビーム焦線２ｂが層１と重なり合っているエリア、すなわち層１の焦線２ｂと重なり合っている部分において、レーザビーム焦線２ｂは層１内に非線形吸収を発生させ（レーザビーム焦線２ｂ沿いを適切なレーザ強度であると仮定し、この強度は、長さｌの区間（すなわち、長さｌの線焦点）にレーザビーム２を適切に集束させることによって確実になる、する）、これが、誘起非線形吸収が層１内に発生する（縦のビーム方向に沿って位置合わせされた）区間２ｃを画成する。このような線焦点は、いくつかのやり方、例えばベッセルビーム、エアリービーム、ウェバービーム（Weber beam）、およびマシュービーム（Mathieu beam）（すなわち、非回折ビーム）で生成することができ、その場のプロファイルは典型的には、横切る方向（すなわち、伝搬方向）においてガウス関数よりもゆっくりと減衰する、特殊関数によって与えられる。誘起された非線形吸収は、層１内に区間２ｃに沿って欠陥ラインの形成をもたらす。欠陥ラインの形成は、単に局所的ではなく、むしろ誘起吸収の区間２ｃの全長に亘って延在し得る。区間２ｃの長さ（レーザビーム焦線２ｂが層１と重なり合っている長さに相当する）は、参照符号Ｌで表示されている。誘起吸収の区間２ｃ（または欠陥ライン形成を受ける層１の材料内の区間）の平均直径または範囲は、参照符号Ｄで表示されている。この平均範囲Ｄは基本的には、レーザビーム焦線２ｂの平均直径δ、すなわち約０．１μｍから約５μｍの間の範囲の平均スポット直径に相当する。
【００５３】
図２Ａが示しているように、（レーザビーム２の波長λに対して透明である）層１は、焦線２ｂに沿った誘起吸収によって局所的に加熱される。誘起吸収は、焦線２ｂの範囲内のレーザビームの高強度（エネルギー密度）に関連した非線形効果から生じる。図２Ｂは、対応する誘起された張力が微小亀裂の形成につながるように、加熱された層１が最終的に拡大することを示しており、その張力は表面１ａで最も高い。
【００５４】
焦線２ｂを生成するために適用され得る代表的な光学アセンブリ６の他、この光学アセンブリを適用することができる代表的な光学セットアップを以下で説明する。全てのアセンブリまたはセットアップは上記説明に基づいているため、同一の要素または特徴、あるいはその機能が等しいものに対して、同一の参照符号を用いる。従って、その相違点のみを以下で説明する。
【００５５】
一連の穿孔により画成された輪郭に沿って亀裂を形成した後の分離面を確実に高品質なもの（破壊強度、幾何学的精度、粗さ、および再加工要件の回避に関して）とするために、亀裂の輪郭を画成する穿孔を形成するために使用される個々の焦線は、以下で説明する光学アセンブリを用いて生成するべきである（以下、光学アセンブリは代わりにレーザ光学系とも称される）。分離面の粗さは、焦線のスポットサイズまたはスポット直径によって主に決定される。表面の粗さは、例えば、ＡＳＭＥ Ｂ４６．１規格によって定義される表面粗さパラメータＲａによって特徴付けることができる。ＡＳＭＥ Ｂ４６．１に記載されているように、Ｒａは、評価される長さの範囲内で記録された、表面プロファイル高さの平均線からの偏差の絶対値の相加平均である。別の言い方をすると、Ｒａは、平均に対する表面の個々の特徴（ピークおよび谷）の、高さにおける偏差の絶対値の集合平均である。
【００５６】
層１の材料と相互作用するレーザ３の所与の波長λに対して、例えば０．５μｍから２μｍの小さいスポットサイズを得るためには、通常、レーザ光学系６の開口数に特定の要件を課さなければならない。これらの要件は、以下で説明されるレーザ光学系６によって満たされる。必要な開口数を得るために、光学系は一方では、既知のアッベの公式（Ｎ．Ａ．＝ｎ・ｓｉｎ（θ）、ｎ：処理される材料の屈折率、θ：アパーチャ角の半角、さらにθ＝ａｒｃｔａｎ（ＤL／２ｆ）、ＤL：アパーチャ直径、ｆ：焦点距離）に従って、所与の焦点距離のために必要な開口に対処しなければならない。他方では、レーザビームは光学系を必要なアパーチャまで照らさなければならず、これは典型的には、レーザと集束光学系との間で拡大望遠鏡を用いてビームを拡大することによって達成される。
【００５７】
スポットサイズは、焦線に沿った均一な相互作用のために、あまり強く変化しないものであるべきである。これは例えば、ビームの開口、すなわち開口数の割合が、ごく僅かしか変化しないように、集束光学系の小さい円形エリアのみを照らすことによって確実にすることができる（以下の実施形態参照）。
【００５８】
図３Ａによれば（レーザ放射２のレーザビーム束における中心ビームのレベルでの、基板平面に垂直な断面であり、ここでも、焦線２ｂまたは誘起吸収の区間２ｃが基板の法線に平行になるように、レーザビーム２は層１に垂直に（光学アセンブリ６に入る前）入射し、すなわち入射角は０°である）、レーザ３により放出されたレーザ放射２ａは、使用されるレーザ放射に対して完全に不透明な円形アパーチャ８に最初に導かれる。アパーチャ８は縦方向のビーム軸に垂直に配向され、かつ図示のビーム束２ａの中心ビームに中心が置かれる。ビーム束２ａの中心付近のビーム束または中心ビーム（ここでは２ａＺで表示されている）がアパーチャに当たり、完全にアパーチャによって遮断されるように、アパーチャ８の直径は選択される。ビーム束２ａの外側外縁範囲のビームのみが（周辺光線、ここでは２ａＲで表示されている）ビームの直径に比べて小さいアパーチャサイズのため遮断されず、アパーチャ８の横を通り過ぎて、本実施形態では球状にカットされた両凸レンズ７として設計されている光学アセンブリ６の集束光学素子の周縁エリアに当たる。
【００５９】
レンズ７は、中心ビームにその中心が置かれ、また一般的な球状にカットされたレンズの形の、補正されていない両凸集束レンズとして設計されている。このようなレンズの球面収差は有利になり得る。代わりに、理想的な焦点ではなく、明白な画成された長さの細長い焦線を形成する、理想的に補正された系から逸脱している非球面またはマルチレンズ系を利用することもできる（すなわち、単一の焦点を有するものではないレンズまたは系）。従ってレンズのゾーンは、レンズ中心からの距離次第で焦線２ｂに沿って集束する。ビームの方向を横切るアパーチャ８の直径は、ビーム束の直径（ビームの強度がピーク強度の１／ｅ2に減少するのに要する距離によって画成される）のおよそ９０％であり、光学アセンブリ６のレンズ７の直径のおよそ７５％である。ビーム束の中心を遮断することによって生成される、収差補正されていない球面レンズ７の焦線２ｂは、こうして使用される。図３Ａは、中心ビームを通る１つの平面における断面を示したものであり、図示のビームを焦線２ｂの周りに回転させると、完全な３次元の束が見られるであろう。
【００６０】
図３Ａに示されているレンズ７および系によって形成されるこの種の焦線の１つの潜在的な欠点は、条件（スポットサイズ、レーザ強度）が焦線に沿って（従って、材料の所望の深さに沿って）変化することがあり、それにより所望のタイプの相互作用（溶解しないもの、誘起吸収、亀裂形成までの熱可塑性変形）が、恐らく焦線の選択された部分でのみ起こり得ることである。これは、恐らく入射レーザ光の一部のみが、処理される材料に所望のやり方で吸収されることを意味する。このように、プロセスの効率（所望の分離スピードに対して必要な平均レーザ出力）は損なわれる可能性があり、またレーザ光が望ましくない領域（基板または基板保持固定具に付着している、部分または層）にも伝達されて、望ましくない形（例えば、加熱、拡散、吸収、望ましくない改質）でこれらの領域と相互作用する可能性もある。
【００６１】
図３Ｂ−１〜４は（図３Ａの光学アセンブリに対してだけではなく、任意の他の適用できる光学アセンブリ６に対しても）、光学アセンブリ６を層１に対して適切に位置付けるおよび／または位置合わせすることによっても、また光学アセンブリ６のパラメータを適切に選択することによっても、レーザビーム焦線２ｂの位置を制御できることを示している。図３Ｂ−１が示すように、焦線２ｂの長さｌを、層厚さｄを超えるように調節することができる（ここでは倍率２で）。層１が焦線２ｂに対して（縦のビーム方向に見て）中心に置かれる場合、誘起吸収の区間２ｃは基板厚さ全体に亘って生成される。
【００６２】
図３Ｂ−２に示されている事例では、おおよそ層厚さｄに相当する長さｌの焦線２ｂが生成される。層１は、処理される材料の外部の点から線２ｂが始まるように線２ｂに対して位置付けられるため、誘起吸収の区間２ｃ（ここでは基板表面から、反対の表面１ｂまでではなく画成された基板深さまで延在する）の長さＬは焦線２ｂの長さｌよりも短い。図３Ｂ−３は、図３Ｂ−２と同様に線２ｂの長さｌが層１における誘起吸収の区間２ｃの長さＬよりも長くなるように、基板１が（ビーム方向に沿って見て）焦線２ｂの開始点の上方に位置付けられている事例を示している。焦線は従って層１の内部から始まり、反対の（遠い）表面１ｂを越えて延在する。図３Ｂ−４は、−入射方向に見て基板を焦線に対して中心に位置付けた事例で−焦線が層１内部の表面１ａ付近で始まり、層１内部の表面１ｂ付近で終わるように（例えば、ｌ＝０．７５・ｄ）、焦線の長さｌが層厚さｄよりも短い事例を示している。レーザビーム焦線２ｂの長さｌは、例えば、約０．１ｍｍから約１００ｍｍの間の範囲、または約０．１ｍｍから約１０ｍｍの間の範囲、または約０．１ｍｍから約１ｍｍの間の範囲でもよい。種々の実施形態は、長さｌが例えば、約０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、または５ｍｍとなるように構成され得る。
【００６３】
焦線が表面１ａ、１ｂの少なくとも一方にまで及び、その結果、誘起された非線形吸収の区間２ｃが処理される層または材料の少なくとも１つの表面上で始まるように、焦線２ｂを位置付けると特に有利である。このようにして、表面でのアブレーション、毛羽立ち、および微粒子化を回避しながら、事実上理想的な切断を達成することができる。
【００６４】
図４は、別の適用可能な光学アセンブリ６を描いたものである。基本構造は図３Ａで説明したものに従うため、相違点のみを以下で説明する。図示の光学アセンブリは、画成された長さｌの焦線が形成されるように成形された非球面の自由表面を備えた光学系を、焦線２ｂを生成するために使用するものをベースにしている。このために、光学アセンブリ６の光学素子として非球面が使用され得る。例えば図４では、アキシコンとも称されることが多い、いわゆる円錐プリズムが使用されている。アキシコンは、光軸に沿った線上にスポット源を形成する（またはレーザビームをリング状に変形させる）、特殊な円錐状にカットされたレンズである。このようなアキシコンの設計は当業者には主に既知であり、この例において円錐角は１０°である。ここでは参照符号９で表示されているアキシコンの頂点は、入射方向へと向いており、ビーム中心に中心がある。アキシコン９によって生成された焦線２ｂはそのアキシコンの内部で始まるため、層１（ここではビームの主軸に垂直に位置合わせされている）をビーム路内のアキシコン９のすぐ背後に位置付けてもよい。図４が示すように、アキシコンの光学的特性のため、層１を焦線２ｂの範囲内に維持しながらビームの方向に沿ってシフトさせることも可能である。従って層１の材料内の誘起吸収の区間２ｃは、全深さｄに亘って延在する。
【００６５】
ただし図示の設計は以下の制約を受ける。すなわち、アキシコン９によって形成された焦線２ｂの領域はアキシコン９内で始まるため、アキシコン９と処理される材料との間に隔たりが存在している状況では、レーザエネルギーのかなりの部分は、材料内に位置している焦線２ｂの誘起吸収の区間２ｃへと集束されない。さらに焦線２ｂの長さｌは、アキシコン９の屈折率と円錐角とによるビーム直径に関連する。このため、比較的薄い材料の場合（数ミリメートル）、焦線全体は処理される材料の厚さよりもかなり長く、多くのレーザエネルギーが材料内に集束されないという結果になる。
【００６６】
こういった理由で、アキシコンと集束レンズとの両方を含む光学アセンブリ６を使用することが望ましくなり得る。図５Ａはこのような光学アセンブリ６を描いたものであり、ここではレーザビーム焦線２ｂを形成するように設計された非球形の自由表面を備えている（ビーム方向に沿って見て）最初の光学素子がレーザ３のビーム路内に位置付けられている。図５Ａに示されている事例において、この最初の光学素子は円錐角５°のアキシコン１０であり、ビーム方向に垂直に位置付けられかつレーザビーム３上に中心がある。アキシコンの頂点はビーム方向に向かって配向されている。２番目の集束光学素子、ここでは平凸レンズ１１（その湾曲がアキシコンに向かって配向されている）が、アキシコン１０からビーム方向に距離Ｚ１の位置に位置付けられている。この事例でおよそ３００ｍｍである距離Ｚ１は、アキシコン１０によって形成されたレーザ放射がレンズ１１の外側放射状部分に円形に入射するように選択される。レンズ１１は円形の放射を出力側で、この事例ではレンズ１１からおよそ２０ｍｍの距離Ｚ２の位置で、この事例では１．５ｍｍの画成された長さの焦線２ｂへと集束させる。レンズ１１の有効焦点距離は、本実施形態において２５ｍｍである。アキシコン１０によるレーザビームの円形の変形は、参照符号ＳＲで表示されている。
【００６７】
図５Ｂは、図５Ａによる層１の材料における焦線２ｂまたは誘起吸収２ｃの形成を詳細に描いたものである。両素子１０、１１の光学的特性、並びにこれらの位置付けは、ビーム方向において焦線２ｂの長さｌが層１の厚さｄと厳密に一致するように選択される。結果として、図５Ｂに示されているように焦線２ｂを層１の２つの表面１ａおよび１ｂの間に厳密に位置付けるよう、層１をビーム方向に沿って厳密に位置付けることが必要となる。
【００６８】
従って、焦線がレーザ光学系から特定の距離の位置に形成されれば、またレーザ放射のより大部分が焦線の所望の端部まで集束されれば、有利である。説明したように、これは主に集束する素子１１（レンズ）を、特定の外側放射状領域上を円形（環状）にのみ照らすことによって達成され得る。これは一方では、必要な開口数、従って必要なスポットサイズを実現する役割を果たし、しかし他方で拡散円の強度は、基本的には円形スポットが形成されるようなスポット中心において、必要な焦線２ｂの後、極短距離で小さくなる。このように欠陥ラインの形成は、必要な基板深さで短距離の範囲内で停止される。アキシコン１０および集束レンズ１１の組合せは、この要件を満たす。アキシコンは２つの異なるやり方で作用する。すなわち、アキシコン１０のために、通常丸いレーザスポットがリングの形で集束レンズ１１に送られ、またアキシコン１０の非球面性の効果によって、焦点面内の焦点の代わりにレンズの焦点面を超えて焦線が形成される。焦線２ｂの長さｌは、アキシコンのビーム直径によって調節することができる。他方で焦線に沿った開口数は、距離Ｚ１（アキシコンとレンズとの隔たり）によって、またアキシコンの円錐角によって調節され得る。このようにして、レーザエネルギー全体を焦線に集中させることができる。
【００６９】
欠陥ラインの形成が、処理される層または材料の裏面へと続くように意図されている場合、円形（環状）の照明は依然として以下のような利点を有し、すなわち、（１）レーザ光のほとんどが焦線の必要な長さに集中されたままであるという意味で、レーザ出力が最適に使用される、および（２）円形照射ゾーンを、他の光学的機能を用いて設定された所望の収差と併せることによって、焦線に沿って均一なスポットサイズ−従って、焦線により生成される穿孔に沿った均一な分離プロセス−を達成することができる。
【００７０】
図５Ａに描かれている平凸レンズの代わりに、収束メニスカスレンズ、または別のより高度に補正された集束レンズ（非球面マルチレンズシステム）を使用することも可能である。
【００７１】
図５Ａに描かれているアキシコンおよびレンズの組合せを用いて極短い焦線２ｂを生成するためには、アキシコンに入射するレーザビームのビーム直径を非常に小さく選択することが必要になる。これは、ビームの中心をアキシコンの頂点に極めて精密に合わせなければならないという、またその結果レーザの方向性の変動（ビームドリフトの安定性）に非常に敏感になるという、現実的な欠点を有する。さらに、強くコリメートされたレーザビームは非常に発散的であり、すなわち光の偏向に起因して、ビーム束は短距離で不鮮明になる。
【００７２】
図６に示されているように、両方の影響は、光学アセンブリ６に別のレンズ、すなわちコリメートレンズ１２を含むことによって回避することができる。さらなる正レンズ１２は、集束レンズ１１の円形照明を非常に厳しく調節する役割を果たす。コリメートレンズ１２の焦点距離ｆ’は、アキシコンからコリメートレンズ１２までのｆ’に等しい距離Ｚ１ａから、所望の円の直径ｄｒが得られるように選択される。リングの所望の幅ｂｒは、（コリメートレンズ１２から集束レンズ１１までの）距離Ｚ１ｂによって調節することができる。純粋幾何学上、円形照明の幅が小さいと短い焦線につながる。最小値は距離ｆ’で達成され得る。
【００７３】
従って、図６に描かれている光学アセンブリ６は図５Ａに描かれているものに基づいているため、その相違点のみを以下で説明する。ここでは（その湾曲がビーム方向に向いている）平凸レンズとしても設計されているコリメートレンズ１２が、ビーム路内に中央に、一方の側の（その頂点がビーム方向に向いている）アキシコン１０と他方の側の平凸レンズ１１との間にさらに設けられている。アキシコン１０からコリメートレンズ１２までの距離をＺ１ａ、コリメートレンズ１２から集束レンズ１１までの距離をＺ１ｂ、さらに集束レンズ１１から焦線２ｂまでの距離をＺ２と称する（常にビーム方向に見て）。図６に示されているように、コリメートレンズ１２上に円直径ｄｒで発散的に入射する、アキシコン１０によって形成された円形放射ＳＲは、集束レンズ１１での少なくとも略一定の円直径ｄｒのために、距離Ｚ１ｂに沿って必要な円の幅ｂｒに調節される。図示の事例では非常に短い焦線２ｂを生成するよう意図されており、そのためレンズ１２の位置でおよそ４ｍｍの円の幅ｂｒは、レンズ１２の集束特性によりレンズ１１の位置でおよそ０．５ｍｍまで減少される（この例において円直径ｄｒは２２ｍｍである）。
【００７４】
図示の例では、典型的な２ｍｍのレーザビーム直径、焦点距離ｆ＝２５ｍｍの集束レンズ１１、焦点距離ｆ’＝１５０ｍｍのコリメートレンズを使用し、さらに距離Ｚ１ａ＝Ｚ１ｂ＝１４０ｍｍおよびＺ２＝１５ｍｍを選択して、０．５ｍｍ未満の焦線の長さｌを得ることができる。
【００７５】
より具体的には、図７Ａおよび７Ｂに示されているように、本書で説明される特定の実施形態によればピコ秒レーザは、「バーストパルス」とも呼ばれることもある、パルス５００Ａの「バースト」５００を生成する。バーストは、パルスの放出が均一な安定した流れではなく、むしろパルスの密集した塊であるような種類のレーザ動作である。各「バースト」５００は、１００ピコ秒まで（例えば０．１ピコ秒、５ピコ秒、１０ピコ秒、１５ピコ秒、１８ピコ秒、２０ピコ秒、２２ピコ秒、２５ピコ秒、３０ピコ秒、５０ピコ秒、７５ピコ秒、またはこれらの間）の非常に短い持続時間Ｔdの、多数のパルス５００Ａ（２パルス、３パルス、４パルス、５パルス、１０、１５、２０以上など）を含有し得る。パルス持続時間は一般に、約１ピコ秒から約１０００ピコ秒の範囲、または約１ピコ秒から約１００ピコ秒の範囲、または約２ピコ秒から約５０ピコ秒の範囲、または約５ピコ秒から約２０ピコ秒の範囲である。単一のバースト５００内のこれらの個々のパルス５００Ａは「サブパルス」とも呼ばれることもあり、これはこれらの個々のパルスが、パルスから成る単一のバースト内で起こるという事実を単に示している。バースト内の各レーザパルス５００Ａのエネルギーまたは強度は、そのバースト内の他のパルスのものと等しくなくてもよく、バースト５００内の多数のパルスの強度分布は、レーザ設計に左右される、時間での指数関数的減衰に従い得る。好適には、本書で説明される例示的な実施形態のバースト５００内の各パルス５００Ａは、バースト内の続くパルスから１ナノ秒〜５０ナノ秒（例えば、１０〜５０ナノ秒、または１０〜４０ナノ秒、または１０〜３０ナノ秒）の持続時間Ｔpだけ時間的な隔たりがあり、この時間はしばしばレーザキャビティ設計に左右される。所与のレーザでは、バースト５００内の各パルス間の時間の隔たりＴp（パルス間の隔たり）は比較的均一である（±１０％）。例えばいくつかの実施形態において、各パルスは続くパルスからおよそ２０ナノ秒の時間的な隔たりがある（５０ＭＨｚのパルス繰返し周波数）。例えば、約２０ナノ秒のパルス間の隔たりＴpを生み出すレーザでは、バースト内のパルス間の隔たりＴpは約±１０％以内で維持され、すなわち約±２ナノ秒である。各「バースト」間の時間（すなわち、バースト間の時間の隔たりＴb）は大幅に長くなる（例えば、０．２５≦Ｔb≦１０００マイクロ秒、例えば１〜１０マイクロ秒、または３〜８マイクロ秒）。例えば本書で説明されるレーザの例示的な実施形態いくつかにおいて、約２００ｋＨｚのレーザ繰返し率または周波数では、これはおおよそ５マイクロ秒である。レーザ繰返し率は、本書においてバースト繰返し周波数またはバースト繰返し率とも称され、バースト内の第１のパルスから続くバースト内の第１のパルスまでの間の時間として定義される。他の実施形態においてバースト繰返し周波数は、約１ｋＨｚから約４ＭＨｚの間の範囲、または約１ｋＨｚから約２ＭＨｚの間の範囲、または約１ｋＨｚから約６５０ｋＨｚの間の範囲、または約１０ｋＨｚから約６５０ｋＨｚの間の範囲である。各バースト内の第１のパルスから続くバースト内の第１のパルスまでの間の時間Ｔbは、０．２５マイクロ���（４ＭＨｚのバースト繰返し率）から１０００マイクロ秒（１ｋＨｚのバースト繰返し率）、例えば０．５マイクロ秒（２ＭＨｚのバースト繰返し率）から４０マイクロ秒（２５ｋＨｚのバースト繰返し率）、または２マイクロ秒（５００ｋＨｚのバースト繰返し率）から２０マイクロ秒（５０ｋＨｚのバースト繰返し率）でもよい。正確なタイミング、パルス持続時間、および繰返し率は、レーザ設計およびユーザ制御可能な動作パラメータ次第で変化し得る。高強度の短パルス（Ｔd＜２０ピコ秒、好適にはＴd≦１５ピコ秒）を、うまく機能するよう図示した。
【００７６】
材料の改質に必要なエネルギーを、バーストエネルギー−バースト内に含まれるエネルギー（各バースト５００は一連のパルス５００Ａを含む）の観点から、あるいは単一のレーザパルス（多数のこの単一のレーザパルスでバーストを構成し得る）内に含まれるエネルギーの観点から説明することができる。これらの適用に対し、バースト当たりのエネルギー（切断される材料１ミリメートル当たり）は、１０〜２５００μＪ、または２０〜１５００μＪ、または２５〜７５０μＪ、または４０〜２５００μＪ、または１００〜１５００μＪ、または２００〜１２５０μＪ、または２５０−１５００μＪ、または２５０〜７５０μＪでもよい。バースト内の個々のパルスのエネルギーはより少なく、正確な個々のレーザパルスのエネルギーは、バースト５００内のパルス５００Ａの数と、図７Ａおよび７Ｂに示されているような経時的なレーザパルスの減衰の割合（例えば、指数関数的な減衰率）に依存する。例えば一定のエネルギー／バーストに対し、パルスバーストが１０の個々のレーザパルス５００Ａを含む場合、個々の各レーザパルス５００Ａは、同じバーストパルス５００が個々のレーザパルスを２つのみ含む場合よりも少ないエネルギーを含有する。
【００７７】
このようなパルスバーストを生成することができるレーザを使用すると、例えばガラスなどの透明材料を切断または改質するのに有利である。単一パルスレーザの繰返し率だけ時間間隔の空いた、単一パルスを使用するのとは対照的に、レーザエネルギーをバースト５００内の急速なパルスシーケンスに広げるバーストパルスシーケンスを使用すると、単一パルスレーザで可能なものよりも大きい時間スケールで、材料との高強度の相互作用を利用することが可能になる。単一パルスの時間を拡大することはできるが、この拡大を行うとエネルギーの保持のために、パルス内の強度はパルス幅に亘って略一斉に低下せざるを得なくなる。従って、１０ピコ秒の単一パルスが１０ナノ秒のパルスに拡大されると、強度はおよそ３桁低下する。この低下によって光の強度は、非線形吸収がもはや有意なものとならず、光と材料との相互作用がもはや切断を可能にするほど強いものではない程度まで低下し得る。対照的にバーストパルスレーザでは、バースト５００内の各パルスすなわちサブパルス５００Ａでの強度を非常に高く保つことができる−例えば、パルス持続時間Ｔdが１０ピコ秒の、およそ１０ナノ秒の隔たりＴpだけ時間間隔の空いた３つのパルス５００Ａによれば、依然として各パルス内の強度を単一の１０ピコ秒パルスの強度よりもおよそ３倍高くすることができ、同時にレーザは３桁大きい時間スケールに亘って材料と相互作用することができる。従って、バースト内の多数のパルス５００Ａのこの調節によれば、予め存在しているプラズマプルームとの光の相互作用を多少なりとも助けることができ、最初のまたは以前のレーザパルスによって予め励起された原子および分子での光‐材料の相互作用を多少なりとも助けることができ、さらに欠陥ライン（穿孔）の制御された成長を促進することができる材料内の加熱効果を多少なりとも助けることができるようなやり方で、レーザ‐材料の相互作用の時間スケールの操作を可能にすることができる。材料を改質するのに必要なバーストエネルギーの量は、基板材料の組成と、基板との相互作用に用いられる線焦点の長さとに依存する。相互作用の領域が長くなればなるほど、よりエネルギーが広がり、必要とされるバーストエネルギーがより高くなる。
【００７８】
欠陥ラインまたは孔は、パルスの単一のバーストがガラスの本質的に同じ位置に当たると材料内に形成される。すなわち、単一のバースト内の多数のレーザパルスは、ガラスに単一の欠陥ラインまたは１つの孔位置を生成し得る。当然のことながら、ガラスを（例えば、一定に移動する台により）並進させる、またはビームをガラスに対して移動させる場合、バースト内の個々のパルスはガラス上の厳密に同じ空間的位置にはなり得ない。しかしながらこれらのパルスは互いに十分に１μｍ範囲内であり、すなわちこれらはガラスに本質的に同じ位置で当たる。例えばこれらのパルスは、互いからの間隔ｓｐが０＜ｓｐ≦５００ｎｍの位置でガラスに当たり得る。例えば、２０パルスのバーストがガラスのある位置に当たる場合、バースト内の個々のパルスは互いから２５０ｎｍの範囲内でガラスに当たる。従って、いくつかの実施形態では１ｎｍ＜ｓｐ＜２５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、１ｎｍ＜ｓｐ＜１００ｎｍである。
【００７９】
一般に、利用できるレーザ出力が高くなればなるほど、上記プロセスで材料をより速く切断することができる。本書で開示されるプロセスは、ガラスを０．２５ｍ／秒またはこれよりも速い切断スピードで切断することができる。切断スピード（すなわち、切断するスピード）は、レーザビームが多数の欠陥ラインの孔を生成しながら基板材料（例えば、ガラス）の表面に対して動く速度である。製造のための設備投資を最小にするために、また設備稼働率を最適化するために、例えば４００ｍｍ／秒、５００ｍｍ／秒、７５０ｍｍ／秒、１ｍ／秒、１．２ｍ／秒、１．５ｍ／秒、または２ｍ／秒、またはさらには３．４ｍ／秒から４ｍ／秒などの、高速の切断スピードが望まれることが多い。レーザ出力は、バーストエネルギーにレーザのバースト繰返し周波数（率）を乗じたものに等しい。一般に、ガラス材料を高速の切断スピードで切断するために、欠陥ラインの間隔は典型的には１〜２５μｍであり、いくつかの実施形態では、間隔は好適には３μｍ以上−例えば３〜１２μｍ、または例えば５〜１０μｍである。
【００８０】
例えば、３００ｍｍ／秒の線形切断スピードを達成するためには、３μｍの孔のピッチは、少なくとも１００ｋＨｚのバースト繰返し率のパルスバーストレーザに相当する。６００ｍｍ／秒の切断スピードでは、３μｍのピッチは少なくとも２００ｋＨｚのバースト繰返し率のバーストパルスレーザに相当する。２００ｋＨｚで少なくとも４０μＪ／バーストを生成し、６００ｍｍ／ｓの切断スピードで切断するパルスバーストレーザのレーザ出力は、少なくとも８ワットである必要がある。従って、より高速の切断スピードには、より高いレーザ出力が必要になる。
【００８１】
例えば、３μｍピッチおよび４０μＪ／バーストで０．４ｍ／秒の切断スピードには、少なくとも５Ｗのレーザが必要となり、３μｍピッチおよび４０μＪ／バーストで０．５ｍ／秒の切断スピードには、少なくとも６Ｗのレーザが必要となる。従って、パルスバーストピコ秒レーザのレーザ出力は６Ｗ以上であることが好ましく、より好適には少なくとも８Ｗ以上であり、さらに好適には少なくとも１０Ｗ以上である。例えば、４μｍピッチ（欠陥ラインの間隔、または損傷跡の間隔）および１００μＪ／バーストで０．４ｍ／秒の切断スピードを達成するためには、少なくとも１０Ｗのレーザが必要となり、４μｍピッチおよび１００μＪ／バーストで０．５ｍ／秒の切断スピードを達成するためには、少なくとも１２Ｗのレーザが必要となる。例えば、３μｍピッチおよび４０μＪ／バーストで１ｍ／秒の切断スピードを達成するには、少なくとも１３Ｗのレーザが必要になる。さらに、例えば４μｍピッチおよび４００μＪ／バーストで１ｍ／秒の切断スピードには、少なくとも１００Ｗのレーザが必要になる。
【００８２】
欠陥ライン（損傷跡）間の最適なピッチおよび正確なバーストエネルギーは材料依存であり、経験的に決定され得る。ただし、レーザパルスエネルギーを上昇させること、または損傷跡をより近いピッチで作ることは、常に基板材料をより良い状態で、すなわちエッジ品質を向上させて分離するための条件ではないことに留意されたい。欠陥ライン（損傷跡）間のピッチが小さすぎると（例えば＜０．１μｍ、またはいくつかの例示的な実施形態では＜１μｍ、または他の実施形態では＜２μｍ）、近接する続く欠陥ライン（損傷跡）の形成を妨げてしまうときがあり、また穿孔された輪郭の周りでの材料の分離を妨げることが頻繁にあり得る。ガラス内の望ましくない微小亀裂の増加は、ピッチが過度に小さい場合にも起こり得る。ピッチが長すぎると（例えば＞５０μｍ、またいくつかのガラスでは＞２５μｍまたはさらには＞２０μｍ）、「無制御の微小亀裂」をもたらす可能性があり−すなわち、意図された輪郭に沿って欠陥ラインから欠陥ラインへと伝搬する代わりに微小亀裂が異なる経路に沿って伝搬し、意図された輪郭から離れた、異なる（望ましくない）方向へとガラスに亀裂を生じさせる。この残存する微小亀裂が、ガラスを脆弱化させる傷を構成するため、これは最終的には分離されたパーツの強度を低下させる可能性がある。欠陥ラインを形成するためのバーストエネルギーが過度に高いと（例えば＞２５００μＪ／バースト、またいくつかの実施形態では＞５００μＪ／バースト）、これまでに形成された欠陥ラインを「治す」、すなわち再溶解を生じさせる可能性があり、これがガラスの分離を妨げることがある。従ってバーストエネルギーは、＜２５００μＪ／バースト、例えば、≦５００μＪ／バーストであることが好ましい。また、過度に高いバーストエネルギーを使用すると、分離後のパーツのエッジ強度を低下させ得る構造的欠陥を生み出す、極めて大きい微小亀裂の形成を引き起こし得る。バーストエネルギーが過度に低い（例えば＜４０μＪ／バースト）と、ガラス内に欠陥ラインがそれほど形成されない可能性があり、従って、特に高い分離力を必要とする、あるいは穿孔された輪郭に沿って分離することが全くできなくなる可能性がある。
【００８３】
このプロセスによって可能になる典型的な例示的な切断速度（スピード）は、例えば０．２５ｍ／秒以上である。いくつかの実施形態において、切断速度は少なくとも３００ｍｍ／秒である。いくつかの実施形態において、切断速度は少なくとも４００ｍｍ／秒、例えば５００ｍｍ／秒から２０００ｍｍ／秒以上である。いくつかの実施形態において、ピコ秒（ｐｓ）レーザはパルスバーストを利用し、０．５μｍから１３μｍの間、例えば０．５から３μｍの間の周期で欠陥ラインを生じさせる。いくつかの実施形態において、パルスレーザのレーザ出力は１０Ｗ〜１００Ｗであり、また材料および／またはレーザビームを互いに対して、少なくとも０．２５ｍ／秒、例えば０．２５ｍ／秒から０．３５ｍ／秒、または０．４ｍ／秒から５ｍ／秒の速度で相対移動させる。ワークピースで測定したパルスレーザビームの各パルスバーストの平均レーザエネルギーは、ワークピースの厚さ１ｍｍ当たり４０μＪ／バーストを上回ることが好ましい。好適には、ワークピースで測定したパルスレーザビームの各パルスバーストの平均レーザエネルギーは、ワークピースの厚さ１ｍｍ当たり２５００μＪ／バースト未満よりであり、また好適にはワークピースの厚さ１ｍｍ当たり約２０００μＪ／バースト未満であり、またいくつかの実施形態ではワークピースの厚さ１ｍｍ当たり１５００μＪ／バースト未満であり、例えばワークピースの厚さ１ｍｍ当たり５００μＪ／バースト以下である。
【００８４】
我々は、アルカリ含有量が低い若しくはアルカリが含まれていない、アルカリ土類ホウアルミノケイ酸ガラスに穿孔するためには、かなり高い（５から１０倍高い）容積パルスエネルギー密度（μＪ／μｍ3）が必要であることを見出した。これは例えば、好適にはバースト当たり少なくとも２パルスのパルスバーストレーザを利用し、アルカリ土類ホウアルミノケイ酸ガラス（低または無アルカリ）内に約０．０５μＪ／μｍ3以上、例えば少なくとも０．１μＪ／μｍ3、例えば０．１〜０．５μＪ／μｍ3の容積エネルギー密度を提供することによって達成され得る。
【００８５】
従ってレーザが、バースト当たり少なくとも２パルスのパルスバーストを生成することが好ましい。例えばいくつかの実施形態において、パルスレーザの出力は１０Ｗ〜１５０Ｗ（例えば、１０Ｗ〜１００Ｗ）であり、かつパルスレーザはバースト当たり少なくとも２パルスのパルスバーストを生成する（例えば、バースト当たり２〜２５パルス）。いくつかの実施形態において、パルスレーザの出力は２５Ｗ〜６０Ｗであり、かつパルスレーザはバースト当たり少なくとも２〜２５パルスのパルスバーストを生成し、さらにレーザのバーストにより生成された隣接する欠陥ライン間の周期または距離は２〜１０μｍである。いくつかの実施形態において、パルスレーザの出力は１０Ｗ〜１００Ｗであり、かつパルスレーザはバースト当たり少なくとも２パルスのパルスバーストを生成し、さらにワークピースおよびレーザビームを互いに対して少なくとも０．２５ｍ／秒の速度で相対移動させる。いくつかの実施形態ではワークピースおよび／またはレーザビームを、互いに対して少なくとも０．４ｍ／秒の速度で相対移動させる。
【００８６】
例えば０．７ｍｍ厚のイオン交換されていないコーニングコード２３１９またはコード２３２０Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスの切断では、約１５０〜２５０μＪ／バーストのパルスバーストエネルギーおよび２〜１５の範囲のバーストパルス数で３〜７μｍのピッチがうまく機能し得、また好適には３〜５μｍのピッチおよび２〜５のバーストパルス数（バースト当たりのパルスの数）でうまく機能し得ることが認められる。
【００８７】
１ｍ／秒の切断スピードで、Ｅａｇｌｅ ＸＧ（登録商標）ガラスの切断には典型的には１５〜８４Ｗのレーザ出力の使用を必要とし、３０〜４５Ｗで十分であることが多い。一般に、様々なガラスおよび他の透明材料を横切って、０．２〜１ｍ／秒の切断スピードを達成するためには１０Ｗから１００Ｗの間のレーザ出力が好ましく、多くのガラスでは２５〜６０Ｗのレーザ出力で十分である（または最適である）ことを出願人らは見出した。０．４ｍ／秒から５ｍ／秒の切断スピードのためには、バーストエネルギーが４０〜７５０μＪ／バースト、バースト当たり２〜２５パルス（切断される材料に依存）、さらに欠陥ラインの隔たり（ピッチ）が３から１５μｍまたは３〜１０μｍで、レーザ出力は好適には１０Ｗ〜１５０Ｗであるべきである。このような切断スピードのためにはピコ秒パルスバーストレーザの使用が好ましく、というのもピコ秒パルスバーストレーザは、高出力と、このバースト当たりの必要なパルス数を生み出すためである。従って、いくつかの例示的な実施形態によれば、パルスレーザは１０Ｗ〜１００Ｗ、例えば２５Ｗから６０Ｗの出力を生み出し、さらにバースト当たり少なくとも２〜２５のパルスでパルスバーストを生成し、また欠陥ライン間の距離は２〜１５μｍであり、かつレーザビームおよび／またはワークピースを互いに対して、少なくとも０．２５ｍ／秒の速度で、いくつかの実施形態では少なくとも０．４ｍ／秒で、例えば０．５ｍ／秒から５ｍ／秒、またはこれよりも高速の速度で相対移動させる。
【００８８】
図８は、ガラス‐空気‐ガラス複合構造に入射する、集束ガウスビームおよびベッセルビーム間の比較を示している。集束ガウスビームは、第１のガラス層に入ると発散して大深度まで掘削しないか、あるいは、ガラスが掘削されるときに自己集束が起こる場合には、ビームは第１のガラス層から出てくると回折し、第２のガラス層内へと掘削しない。カー効果によるガウスビームの自己集束（「フィラメンテーション」と称されることもある）に頼るのは、空隙を有する構造では問題があり、というのも空気中でカー効果による自己集束を誘起するために必要な出力は、ガラス中で必要とされる出力の約２０倍にもなるためである。対照的に、ベッセルビームは線焦点の全範囲に亘って両方のガラス層を掘削する。ベッセルビームで切断されたガラス‐空気‐ガラス複合構造の一例が、露出された切断エッジの側面図を示した図８の差込写真に示されている。上部および下部のガラス片は０．４ｍｍ厚のコーニング社コード２３２０ガラスであり、その中心張力（ＣＴ）は１０１ＭＰａである。ガラスの２つの層間の例示的な空隙は、約４００μｍである。切断はレーザの２００ｍｍ／秒での単一の通過で行われ、その結果約４００μｍで隔てられていたにも拘らず、２片のガラスは同時に切断された。
【００８９】
本書で説明される実施形態のいくつかのにおいて、空隙の厚さは５０μｍから５ｍｍの間、または５０μｍから２ｍｍの間、または２００μｍから２ｍｍの間である。
【００９０】
例示的なビーム破壊層としては、ポリエチレンプラスチックシート（例えば、ブリティッシュ・ポリシーン工業社（British Polythene Industries Limited）から市販されているＶｉｓｑｕｅｅｎ）が挙げられる。図９に示されているような透明層は、透明ビニル（例えば、ＭＯＬＣＯから市販されているＰｅｎｓｔｉｃｋ）を含む。他の集束レーザによる方法とは異なり、遮断層または停止層の効果を得るために正確な焦点を精密に制御する必要はないし、あるいはビーム破壊層の材料を特に耐久性のある、または高価なものとする必要もないことに留意されたい。多くの用途では、レーザ光を破壊して線焦点が生じるのを防ぐようレーザ光と若干干渉する層を単に必要とする。Ｖｉｓｑｕｅｅｎがピコ秒レーザおよび線焦点による切断を妨げるという事実は理想的な例である−他の集束ピコ秒レーザビーム（例えば、ガウスビーム）は最も確実にＶｉｓｑｕｅｅｎを貫通掘削し、他のレーザによる方法で材料を貫通掘削しないよう望む場合は、レーザの焦点をＶｉｓｑｕｅｅｎ付近ではない位置に非常に精密に設定しなければならなくなる。
【００９１】
図１０は、カプセル化デバイスの空隙および切断を示している。この線焦点プロセスは、かなりの大きさの巨視的空隙が存在したとしても、スタックされた複数のガラスシートを通して同時に切断することができる。これは、図８に示されているような他のレーザによる方法では不可能である。ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）などの多くの機器では、ガラスのカプセル化が必要である。２つのガラス層を同時に通って切断できると、信頼できかつ効率的なデバイスのセグメント化プロセスとして非常に有利である。セグメント化とは、１つの要素が、複数の他の要素を含有し得るより大きい材料のシートから分離され得ることを意味する。要素のスタック全体の切断に単一のレーザの通過を用いるということは、レーザの２度目の通過が１度目の通過と厳密に同じ位置には決してならない多数の通過による方法で生じる可能性があるような、各層の切断エッジ間の位置合わせずれが生じないことを意味する。本書で説明される方法によってセグメント化、切断、または生成され得る他の要素は、例えば、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）素子、ＤＬＰ（デジタルライトプロセッサ）素子、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）セル、半導体デバイス基板である。
【００９２】
図１１は、摩滅または汚染を低減しながら多数のシートを切断するための、透明保護層を含むスタッキングを示している。ディスプレイガラスシートのスタックの同時切断は非常に有利である。ビニルまたはポリエチレンなどの透明ポリマーを、ガラスシートの間に設けてもよい。この透明ポリマー層は、互いに密接に接触している複数のガラス表面への損傷を低下するのに役立つ、保護層としての役割を果たす。この保護層は、切断プロセスは機能させることができるが、ガラスシートが互いに引っ掻くことのないよう保護し、さらにいかなる切断の破片（このプロセスでは小さいものではあるが）もガラス表面を汚染しないようにする。この保護層は、基板またはガラスシート上に堆積された蒸着誘電体層から成るものでもよい。
【００９３】
図１２は、透明導電層（例えばＩＴＯ）でコーティングされたエレクトロクロミックガラス（「透明基板」と表示）などの物品の切断を示している。酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電層を既に備えているガラスの切断は、エレクトロクロミックガラス用途と、さらにタッチパネル機器にとって付加価値が高い。このレーザプロセスは、透明導電層への損傷を最小限とし、かつ破片の生成がほとんどない状態で、このような層を通って切断することができる。穿孔された孔が極めて小さいサイズ（＜５μｍ）であるということは、切断プロセスによって影響が及ぼされるＩＴＯがほとんどないことを意味し、一方で他の切断方法は、はるかに多い表面損傷および破片を生成することになる。
【００９４】
図１３は、図１にも示したような他の層を損傷せずスタック内のいくつかの層を精密に切断するものを、多数の層（すなわち３以上の層）にまで構想を拡大して示したものである。図１３の実施形態において、ビーム破壊要素はデフォーカス層である。
【００９５】
実施形態の方法は、ガラス、プラスチック、およびゴムなどの実質的に透明な材料を、穿孔して切断することができるという利点を有する。穿孔は、積層ワークピースの多数のラミネート層または選択された層を通るものとすることができる。非常に独特な製品形状および特徴を生み出すことができ、また実施形態を使用して、成形済みの３Ｄ形状を、例えばこの積層ワークピースの３Ｄ表面に垂直に全ての層を穿孔するように配向されたレーザビームで、切断することさえ可能である。選択された層を穿孔および／または脆弱化させて、自動車のフロントガラスまたは他の安全ガラスの用途などのために、制御された破損を可能にすることもできる。例えば、層厚さ０．１ｍｍから１ｍｍのガラス、プラスチック、および／またはゴムのラミネート層を、非常に高確度で、また非常に良好なエッジ品質で製造するために、高速で切断することができる。開示されるレーザプロセスは、いかなるエッジ仕上げの必要性も排除することさえ可能であり、これはコスト面で著しく有利である。
【００９６】
図１４Ａは、プラスチックフィルムの外側層をガラスまたはプラスチックの内側層と共に含む、一例の積層スタックの側面図である。積層スタック１４００は、プラスチックフィルム１４０５とプラスチックフィルム１４３５との間に、層１４１０、１４１５、１４２０、１４２５、および１４３０を含んでいる。層１４１０、１４１５、１４２０、１４２５、および１４３０は、ガラスまたはプラスチックでもよく、また同じ組成でもよいし、または異なる組成でもよい。プラスチックフィルム１４０５および１４３５は、０．０１ｍｍ〜０．１０ｍｍの範囲の典型的な厚さを有している。層１４１０、１４１５、１４２０、１４２５、および１４３０は、０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲の典型的な厚さを有している。積層スタック１４００の全厚は、典型的には１．０ｍｍ〜４．０ｍｍの範囲である。積層体は、一緒に融合されたものでもよいし、接着剤で結合されたものでもよく、あるいは隣接する層間に空隙または真空間隙を有するものでさえ可能である。全ての層が、実質的に透明であり、かつレーザビームを破壊できたはずの有意な欠陥を含んでいない場合には、レーザ穿孔は積層体の全てまたは一部を通って生成され得る。
【００９７】
図１４Ｂは、開示されるレーザによる積層体切断方法を用いて、図１４Ａに示した積層体の全ての層を通って生成されたレーザ穿孔１４５０を示している。いくつかの実施形態において積層体は３Ｄ表面を有し、かつレーザは、例えばレーザビームがこの積層体にその３Ｄ表面に垂直に穿孔することが可能になる、積層体の形状に適応した角度で位置付けられる。
【００９８】
図１４Ｃは、レーザ穿孔１４５０から得られる欠陥ライン１４５２を示している。一連の隣接する欠陥ラインは積層体を脆弱化して、その一連の隣接する欠陥ラインによって画成されるエッジすなわち輪郭に沿った分離に備えた状態にすることができる。
【００９９】
図１５は、図１４Ａ〜Ｃに示した積層体の上面図である。図１５は、レーザ穿孔が積層体の１つのエッジ全体と、積層体の長方形区間との両方を取り除くのを助けるように形成されることを示している。この切断は、図示のような一連の隣接するレーザ穿孔で行われ得る。図１５において一連の隣接するレーザ穿孔は、鉛直および水平に向いた直線を成している。しかしながら他の事例において、隣接する穿孔は例えば湾曲した輪郭に沿う。さらに、孔、スロット、開口、窪み、および任意の形状を生成することができる。図１５に示されているガラスまたはプラスチックの長方形（または他の事例では他の形状）は、例えばパンチおよびダイによる方法で行われるように、これを機械的に押して材料に通すことによって取り除くことができる。このガラスまたはプラスチックは、例えば真空吸着カップなどを用いて、他の方法で取り除くこともできる。
【０１００】
図１６Ａは、図１４Ａ〜Ｃに示したものに類似する積層体の側面図であり、ただしレーザ穿孔１４５０’は積層体のいくつかの層のみを通って延在している。穿孔の深さは、任意の数の層を切断して取り除き、残りの層を所定位置に残すことができるように選択され得る。従って、孔、スロット、開口、窪み、および任意の形状の他の特徴を切断することができる。この切断方法は、選択されたエリアの切断および除去をもたらし、１以上の３Ｄ表面を有する積層形状を生成することができる。
【０１０１】
図１６Ｂは、積層体の特定の深さのみに延在するレーザ穿孔１４５０’に対応する、欠陥ライン１４５２’を示している。
【０１０２】
本書で引用された全ての特許、公開出願、および参考文献の関連する教示は、その全体が参照することにより組み込まれる。
【０１０３】
本書では例示的な実施形態を説明したが、添付の請求項により包含される範囲から逸脱することなく、その形状および詳細を種々変化させ得ることは当業者には理解されるであろう。
【０１０４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０５】
実施形態１
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、第１の層、第２の層、および前記第１の層と前記第２の層との間に位置するビーム破壊要素、を備えているワークピース内に形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記第１の層内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記第１の層内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
【０１０６】
実施形態２
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層と透明導電層とを備えているワークピース内に形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記透明導電層を通り前記ガラス層内へと欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
【０１０７】
実施形態３
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであって該ガラス層の夫々の間に透明保護層を含んでいるワークピース内に、形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
【０１０８】
実施形態４
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであって該ガラス層の夫々の間に空隙を含んでいるワークピース内に、形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
【０１０９】
実施形態５
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、前記レーザビーム焦線が前記ガラス層内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ガラス層内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
前記ワークピースおよび前記レーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記輪郭に沿って前記ガラス層内に複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
前記ガラス層を前記輪郭に沿って分離させる、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【０１１０】
実施形態６
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
前記ワークピースおよび前記レーザビームを閉じた輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記閉じた輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
前記閉じた輪郭によって囲まれた前記ガラス層の部分を、取り除くのを助ける、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【０１１１】
実施形態７
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
前記ワークピースおよび前記レーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
前記輪郭に沿って赤外レーザを導くステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【０１１２】
実施形態８
前記輪郭に沿って前記ワークピースを破断するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態５、６、または７記載の方法。
【０１１３】
実施形態９
前記ビーム破壊要素がビーム破壊層であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１１４】
実施形態１０
前記ビーム破壊要素がキャリア層であることを特徴とする実施形態１から９いずれか１項記載の方法。
【０１１５】
実施形態１１
前記第１の層がガラスシートを含むことを特徴とする実施形態１、９、または１０記載の方法。
【０１１６】
実施形態１２
前記第１の層および前記第２の層が、ガラスを含むことを特徴とする実施形態１、８、９、１０、または１１記載の方法。
【０１１７】
実施形態１３
前記レーザビームのパルス持続時間が、約１ピコ秒超と約１００ピコ秒未満との間の範囲であることを特徴とする実施形態１から１２いずれか１項記載の方法。
【０１１８】
実施形態１４
前記レーザビームが、約１ナノ秒から約５０ナノ秒の間の範囲の持続時間で隔てられた少なくとも２つのパルスから成るバーストの状態でパルスを提供し、さらに前記バーストの繰返し周波数が約１ｋＨｚから約６５０ｋＨｚの間の範囲であることを特徴とする実施形態１から１３いずれか１項記載の方法。
【０１１９】
実施形態１５
前記ガラス層が、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする実施形態２、５、６、または７記載の方法。
【０１２０】
実施形態１６
前記欠陥ラインの平均直径が、約０．１μｍから約５μｍの間の範囲であることを特徴とする実施形態１から１５いずれか１項記載の方法。
【０１２１】
実施形態１７
前記透明保護層が、エポキシ樹脂およびビニルのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする実施形態３、１３、１４、１５、または１６記載の方法。
【０１２２】
実施形態１８
前記ワークピースおよび前記レーザビームを互いに対して相対移動させ、それにより前記ワークピース内に複数の欠陥ラインを形成するステップをさらに含み、隣接する前記欠陥ライン間の間隔が０．５μｍから２０μｍの間であることを特徴とする実施形態１から１７いずれか１項記載の方法。
【０１２３】
実施形態１９
前記空隙が、前記ガラス層間に接着されたエポキシ樹脂またはガラスフリットによって提供されることを特徴とする実施形態４記載の方法。
【０１２４】
実施形態２０
前記ビーム破壊層が反射材料であることを特徴とする実施形態９記載の方法。
【０１２５】
実施形態２１
前記ビーム破壊層がデフォーカス層であることを特徴とする実施形態９記載の方法。
【０１２６】
実施形態２２
前記デフォーカス層が半透明材料であることを特徴とする実施形態２１記載の方法。
【０１２７】
実施形態２３
前記ガラスシートを通って生成された前記欠陥ラインの範囲が、前記ガラスシート内の前記レーザビーム焦線の長さと一致することを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載の方法。
【０１２８】
実施形態２４
前記パルス持続時間が、約５ピコ秒超から約２０ピコ秒未満の間の範囲であることを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載の方法。
【０１２９】
実施形態２５
前記レーザビームの繰返し率が、約１ｋＨｚから２ＭＨｚの間の範囲であることを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載の方法。
【０１３０】
実施形態２６
前記繰返し率が、約１０ｋＨｚから６５０ｋＨｚの間の範囲であることを特徴とする実施形態２５記載の方法。
【０１３１】
実施形態２７
前記バーストの前記パルスが、１０〜３０ナノ秒の持続時間で隔てられていることを特徴とする実施形態１４記載の方法。
【０１３２】
実施形態２８
前記第１の層が、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１３３】
実施形態２９
前記ガラス層の少なくとも１つが、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする実施形態３または４記載の方法。
【０１３４】
実施形態３０
前記欠陥ラインの長さが、約０．１ｍｍから約１００ｍｍの間の範囲であることを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載の方法。
【０１３５】
実施形態３１
前記欠陥ラインの長さが、約０．１ｍｍから約１ｍｍの間の範囲であることを特徴とする実施形態３０記載の方法。
【０１３６】
実施形態３２
前記ワークピースを通って生成された前記欠陥ラインの長さが、前記レーザビーム焦線の長さと一致することを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載の方法。
【０１３７】
実施形態３３
前記欠陥ラインの平均直径が、約０．１μｍから約５μｍの間の範囲であることを特徴とする実施形態１から７いずれか１項記載の方法。
【０１３８】
実施形態３４
前記透明導電層が酸化インジウムスズを含むことを特徴とする実施形態２記載の方法。
【０１３９】
実施形態３５
前記空隙の厚さが、５０μｍから２ｍｍの間であることを特徴とする実施形態４記載の方法。
【０１４０】
実施形態３６
前記ワークピースが、ＯＬＥＤ素子、ＤＬＰ素子、ＬＣＤセル、または半導体デバイス、のうちのいずれかであることを特徴とする実施形態１から３５いずれか１項記載の方法。
【０１４１】
実施形態３７
実施形態１から７のいずれかによって処理されるガラス素子。
【０１４２】
実施形態３８
前記誘起吸収が前記第２の層では起こらないことを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１４３】
実施形態３９
前記欠陥ラインが、前記複数のガラス層のうちの少なくとも２つに存在することを特徴とする実施形態３または４記載の方法。
【０１４４】
実施形態４０
穿孔を形成する方法であって、
（ｉ）キャリアの上に配置されたビーム破壊要素と、該ビーム破壊要素の上に配置された第１の層とを備えている、マルチレイヤ構造を提供するステップ、
（ｉｉ）波長λのレーザビームを、該波長λに対して透明な前記第１の層の第１の部分に集束させることにより、前記第１の層内で高レーザ強度の領域を形成するステップであって、該高レーザ強度が、高レーザ強度の前記領域内で非線形吸収をもたらすのに十分なものであり、前記ビーム破壊要素が、該ビーム破壊要素の前記第１の層とは反対側に配置された前記キャリア材料または他の層に、前記非線形吸収が発生するのを防ぎ、前記非線形吸収が、前記レーザビームから前記第１の層の高強度の前記領域内へのエネルギー伝達を可能にして、該エネルギー伝達によって前記第１の層の高レーザ強度の前記領域内で、前記レーザビームの伝搬方向に延在する第１の穿孔を生成する、ステップ、
（ｉｉｉ）前記レーザビームを前記第１の層の第２の部分に集束させるステップ、および、
（ｉｖ）ステップ（ｉｉ）を繰り返して、前記基板の前記第２の部分に、前記レーザビームの前記伝搬方向に延在する第２の穿孔を形成するステップであって、前記ビーム破壊要素が、前記第２の穿孔の形成中に、該ビーム破壊要素の前記第１の層とは反対側に配置された前記キャリア材料または他の層に、前記非線形吸収が発生するのを防ぐ、ステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【符号の説明】
【０１４５】
１    層
２    レーザビーム
２ｂ    レーザビーム焦線
２ｃ    誘起吸収の区間
６    光学アセンブリ
１４５０    レーザ穿孔
１４５２    欠陥ライン
【図１】
0006585050.tif 000002
【図２Ａ】
0006585050.tif 000003
【図２Ｂ】
0006585050.tif 000004
【図３Ａ】
0006585050.tif 000005
【図３Ｂ−１】
0006585050.tif 000006
【図３Ｂ−２】
0006585050.tif 000007
【図３Ｂ−３】
0006585050.tif 000008
【図３Ｂ−４】
0006585050.tif 000009
【図４】
0006585050.tif 000010
【図５Ａ】
0006585050.tif 000011
【図５Ｂ】
0006585050.tif 000012
【図６】
0006585050.tif 000013
【図７Ａ】
0006585050.tif 000014
【図７Ｂ】
0006585050.tif 000015
【図８】
0006585050.tif 000016
【図９】
0006585050.tif 000017
【図１０】
0006585050.tif 000018
【図１１】
0006585050.tif 000019
【図１２】
0006585050.tif 000020
【図１３】
0006585050.tif 000021
【図１４Ａ】
0006585050.tif 000022
【図１４Ｂ】
0006585050.tif 000023
【図１４Ｃ】
0006585050.tif 000024
【図１５】
0006585050.tif 000025
【図１６Ａ】
0006585050.tif 000026
【図１６Ｂ】
0006585050.tif 000027