(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、該第１の面の反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の内部とを有するワークピースを用意し、
ビームウェストによって特徴付けられる焦点合わせされたレーザパルスビームを生成し、
前記ワークピース内に複数の改質領域を形成し、それぞれの改質領域は前記ワークピースの前記第２の面から前記内部に延び、
前記複数の改質領域のそれぞれを形成する際に、
前記ワークピースと前記レーザパルスビームとの間で相対運動を生じさせつつ、前記ビーム内のレーザパルスが前記ワークピースの前記第１の面を通過して前記内部に入り前記第２の面に向かうように、前記レーザパルスビームを前記ワークピース上に照射して前記ワークピースの複数の部分を改質し、このとき改質される前記ワークピースの複数の部分のうちの少なくとも１つが前記ワークピースの前記第２の面に位置するようにし、かつ、前記ワークピースの少なくとも１つの第１の改質済の部分が、前記ビームウェストにおけるレーザパルスのフルエンスよりも小さいが前記第１の改質済の部分とは異なる前記ワークピースの別の部分を改質するのに十分なフルエンスによって特徴付けられるレーザパルスで照射されるようにし、
前記ワークピースの前記第１の改質済の部分を前記レーザパルスで照射した後、前記ワークピースの少なくとも１つの第２の改質済の部分が、前記フルエンスによって特徴付けられる前記レーザパルスで照射されないように、前記レーザパルスビームの特性を修正する、
方法。
【請求項２】
さらに、前記レーザパルスビームの特性に基づいて改質領域が延び得る前記ワークピースの前記内部の深さを決定する、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ビームの前記特性はパルス繰り返し率である、請求項１の方法。
【請求項４】
前記ビームの前記特性はパルス強度である、請求項１の方法。
【請求項５】
前記ビームの前記特性はパルスフルエンスである、請求項１の方法。
【請求項６】
前記ビームの前記特性は空間的パルススポット形状である、請求項１の方法。
【請求項７】
前記ビームの前記特性はパルススポットサイズである、請求項１の方法。
【請求項８】
前記ビームの前記特性は、前記レーザパルスが前記ワークピースの前記第１の面に当たる光軸の向きである、請求項１の方法。
【請求項９】
前記ビームの前記特性はパルス持続時間である、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記ビームの前記特性は時間的パルス形状である、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記ビームの前記特性はパルス波長である、請求項１の方法。
【請求項１２】
前記レーザパルスビームを前記ワークピースに照射する際に、前記ビームウェストが前記ワークピースの外側に位置するように前記レーザパルスビームを前記ワークピースに照射する、請求項１から１１のいずれか一項の方法。
【請求項１３】
第１の面と、該第１の面の反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の内部とを有するワークピースを用意し、
ビームウェストによって特徴付けられる焦点合わせされたレーザパルスビームを生成し、
前記ワークピース内の複数の改質領域を形成し、それぞれの改質領域は前記ワークピースの前記第２の面から前記内部に延び、
前記複数の改質領域のそれぞれを形成する際に、
前記ワークピースと前記レーザパルスビームとの間で相対運動を生じさせつつ、前記ビーム内のレーザパルスが前記ワークピースの前記第１の面を通過して前記内部に入り前記第２の面に向かうように、焦点合わせされたレーザパルスビームを前記ワークピース上に照射して前記ワークピースの複数の部分を改質し、このとき改質される前記ワークピースの複数の部分のうちの少なくとも１つが前記ワークピースの前記第２の面に位置するようにし、かつ、前記ワークピースの少なくとも１つの第１の改質済の部分が、前記ビームウェストにおけるレーザパルスのフルエンスよりも小さいが前記第１の改質済の部分とは異なる前記ワークピースの別の部分を改質するのに十分なフルエンスによって特徴付けられるレーザパルスで照射されるようにし、
前記ビーム内の少なくとも１つのレーザパルスは、紫外スペクトルの波長を有する光を含んでいる、
方法。
【請求項１４】
前記焦点合わせされたレーザパルスビームを前記ワークピースに照射する際に、前記ビームウェストが前記ワークピースの外側に位置するように前記焦点合わせされたレーザパルスビームを前記ワークピースに照射する、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記ビーム内の少なくとも１つのレーザパルスが非円形のスポットで前記第１の面に当たる、請求項１から１４のいずれか一項の方法。
【請求項１６】
前記ワークピースは、強化ガラスワークピースを含む、請求項１から１５のいずれか一項の方法。
【請求項１７】
前記ビーム内の少なくとも１つのレーザパルスは、可視スペクトルの緑色領域の波長の光を有する、請求項１から１６のいずれか一項の方法。
【請求項１８】
前記レーザパルスビームは、１０％よりも大きいデューティーサイクルを有する、請求項１から１７のいずれか一項の方法。
【請求項１９】
前記レーザパルスビームは、５０％よりも小さいデューティーサイクルを有する、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記改質領域の少なくとも１つは、前記ワークピースの前記第２の面から前記ワークピース内に前記ワークピースの厚さの３０％よりも長い高さだけ延びている、請求項１から１９のいずれか一項の方法。
【請求項２１】
前記改質領域の少なくとも１つは、前記ワークピースの前記第２の面から前記ワークピース内に前記ワークピースの厚さの６０％よりも短い高さだけ延びている、請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記レーザパルスの少なくとも１つは、１８ｎｓよりも長いパルス持続時間を有する、請求項１から２１のいずれか一項の方法。
【請求項２３】
前記レーザパルスの少なくとも１つは、２０ｎｓよりも短いパルス持続時間を有する、請求項１から２２のいずれか一項の方法。
【請求項２４】
前記改質領域は、基準線から測定して約３０°未満の傾斜角を有する、請求項１から２３のいずれか一項の方法。
【請求項２５】
前記傾斜角は、約１０°未満である、請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記傾斜角は、約１°未満である、請求項２５の方法。
【請求項２７】
さらに、前記ワークピースの特性に基づいて改質領域が延び得る前記ワークピースの前記内部における深さを決定する、請求項１から２６のいずれか一項の方法。
【請求項２８】
前記ワークピースと前記ビーム源の前記出力との間で相対運動を生じさせることは、前記レーザパルスビームが分離経路に沿って第１の面の端から端まで移動するように前記ワークピースと前記ビーム源の前記出力との間で相対運動を生じさせることである、請求項１から２７のいずれか一項の方法。
【請求項２９】
さらに、前記分離経路に沿って前記ワークピースを分離させる、請求項２８の方法。
【請求項３０】
隣接する改質領域間の前記経路に沿った距離は、１００μｍよりも大きい、請求項２８の方法。
【請求項３１】
隣接する改質領域間の前記経路に沿った距離は、３００μｍよりも小さい、請求項３０の方法。
【請求項３２】
前記ワークピースの別の部分は、前記ワークピースの前記第１の改質済の部分に隣接する前記ワークピースの部分である、請求項１から３１のいずれか一項の方法。
【請求項３３】
第１の面と、該第１の面と反対側の第２の面と、前記第１の面と前記第２の面との間の内部とを有するワークピースを加工するための装置であって、
前記ワークピースを支持して移動させるためのサポートと、
ビームウェストによって特徴付けられる焦点合わせされたレーザパルスビームを生成してその位置を定めるためのビーム源と、
前記サポート及び前記ビーム源からなる群から選択された少なくとも１つに連結されたコントローラであって、前記ワークピース内の複数の改質領域であって、それぞれが前記ワークピースの前記第２の面から前記内部に延びる複数の改質領域を形成するように前記サポート及び前記ビーム源からなる群から選択された少なくとも１つの動作を制御するように構成されたコントローラと、
を備え、前記加工は、
前記ワークピースと前記ビームとの間で相対運動を生じさせつつ、前記ビーム内のレーザパルスが前記ワークピースの前記第１の面を通過して前記内部に入り前記第２の面に向かうように、前記レーザパルスビームを前記ビーム源の出力から前記ワークピース上に照射して前記ワークピースの複数の部分を改質し、このとき改質される前記ワークピースの複数の部分のうちの少なくとも１つが前記ワークピースの前記第２の面に位置するようにし、かつ、前記ワークピースの少なくとも１つの第１の改質済の部分が前記ビームウェストにおけるレーザパルスのフルエンスよりも小さいが前記第１の改質済の部分とは異なる前記ワークピースの別の部分を改質するのに十分なフルエンスによって特徴付けられるレーザパルスで照射されるようにし、
前記ワークピースの前記第１の改質済の部分を前記レーザパルスで照射した後、前記ワークピースの少なくとも１つの第２の改質済の部分が、前記フルエンスによって特徴付けられる前記レーザパルスで照射されないように、前記レーザパルスビームの特性を修正する
ことを含む、装置。
【請求項３４】
前記加工は、前記ビームウェストが前記ワークピースの外側に位置するように前記焦点合わせされたレーザパルスビームを前記ワークピースに照射することを含む、請求項３３の装置。
【請求項３５】
前記ワークピースの別の部分は、前記ワークピースの前記第１の改質済の部分に隣接する前記ワークピースの部分である、請求項３３又は３４の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は米国通常出願である。本出願は、２０１３年８月１６日に提出された米国仮出願第６１／８６６，７３６号、２０１３年２月１９日に提出された米国仮出願第６１／７６６，２７４号、２０１２年１２月１０日に提出された米国仮出願第６１／７３５，４８９号、２０１２年９月２１日に提出された米国仮出願第６１／７０４，０３８号の利益を享受し、これらの米国仮出願の内容はあらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景】
【０００２】
本発明の実施形態は、概してガラス製シート、ウェハ、基板などのワークピースを分離する方法に関するものである。
【０００３】
化学的に強化されているか、熱的に強化されているか、あるいは強化されていないかにかかわらず、薄いガラス基板をはじめとする硬質光学材料は、民生電子機器や他の工業分野において幅広く応用されている。例えば、化学強化ガラス基板又は熱強化ガラス基板は、ＬＣＤやＬＥＤディスプレイ、携帯電話に組み込まれたタッチアプリケーション、テレビやコンピュータのモニタなどのディスプレイ装置、他の種々の電子デバイスのためのカバー基板として用いられている。そのような民生電子デバイスの製造に関連するコストを低減するために、大型基板又は共通基板が硬質光学材料製造メーカから材料ユーザに輸送され、ユーザが機械式スコアリングホイール（mechanical scoring wheel）やレーザを用いて共通基板から個々の基板を個片化することが行われる。
【０００４】
しかしながら、特に共通ガラス基板が化学強化ガラス又は熱強化ガラスからなる場合には、共通基板から個々のガラス基板を個片化することが難しい。例えば、圧縮応力の大きさ及び中央の引っ張り領域内に蓄積された弾性エネルギーによって、化学強化ガラス又は熱強化ガラスの切断及び仕上げが難しくなることがある。表面圧縮応力の高い層及び圧縮応力の高い深い位置にある層により、従来のスクライブ・曲げプロセスと同様に、ガラス基板を機械的にスクライブするのが難しくなる。さらに、中央引っ張り領域に蓄積された弾性エネルギーが十分に高い場合には、表面圧縮応力の高い層を貫通する際に、ガラスが爆発するように破損することがある。他の場合においては、弾性エネルギーが解放されることにより、分離経路からずれたところで切断が生じる場合がある。同様に、鋼玉、セラミック、半導体、金属、又は合金のような電子ディスプレイ用カバー材料としての利用に適合した他の硬質光学材料やガラスセラミックを分離又は個片化する際に問題が生じる。したがって、強化ガラス基板をはじめとする硬質光学材料を分離するための信頼できる方法に対して必要性が認められる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書において例示的に述べられる１以上の実施形態において、分離経路の一実施形態に沿って分離可能なワークピースを示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示されるIB−IB線断面図であり、分離経路に沿って分離可能なワークピースの一実施形態を示すものである。
【図２】図２は、複数の改質領域が分離経路に沿って形成された後における図１Ｂに示されるワークピースの断面図である。
【図３Ａ】図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａは、レーザパルスを照射してワークピース上に当てて図２に示される改質領域を形成可能なパルスタイミングを示すパルスタイミング図である。
【図３Ｂ】図３Ｂ、図４Ｂ、及び図５Ｂは、それぞれ図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａに示されるパルスタイミングによりワークピースに当たったレーザパルスの結果として改質領域を形成する様々な段階を模式的に示す拡大断面図である。
【図４Ａ】図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａは、レーザパルスを照射してワークピース上に当てて図２に示される改質領域を形成可能なパルスタイミングを示すパルスタイミング図である。
【図４Ｂ】図３Ｂ、図４Ｂ、及び図５Ｂは、それぞれ図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａに示されるパルスタイミングによりワークピースに当たったレーザパルスの結果として改質領域を形成する様々な段階を模式的に示す拡大断面図である。
【図５Ａ】図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａは、レーザパルスを照射してワークピース上に当てて図２に示される改質領域を形成可能なパルスタイミングを示すパルスタイミング図である。
【図５Ｂ】図３Ｂ、図４Ｂ、及び図５Ｂは、それぞれ図３Ａ、図４Ａ、及び図５Ａに示されるパルスタイミングによりワークピースに当たったレーザパルスの結果として改質領域を形成する様々な段階を模式的に示す拡大断面図である。
【図６】図６は、本明細書において例示的に述べられる１以上の実施形態において、それに沿ってワークピースを分離可能な分離経路の他の実施形態を示す平面図である。
【図７】図７は、図２に関して例示的に述べられた改質領域などを形成するために駆動され得る、一実施形態におけるビーム源を含むワークピース加工装置を模式的に示すものである。
【図８】図８から図１１は、図７に示されるワークピース加工装置に組み込むことができるビーム源の他の実施形態を模式的に示すものである。
【図９】図８から図１１は、図７に示されるワークピース加工装置に組み込むことができるビーム源の他の実施形態を模式的に示すものである。
【図１０】図８から図１１は、図７に示されるワークピース加工装置に組み込むことができるビーム源の他の実施形態を模式的に示すものである。
【図１１】図８から図１１は、図７に示されるワークピース加工装置に組み込むことができるビーム源の他の実施形態を模式的に示すものである。
【図１２】図１２は、ワークピース加工装置を用いてワークピースを加工する方法の一実施形態を説明するフローチャートである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図１２に関して例示的に述べられる方法とともに用いられるワークピースキャリアの一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１３Ａに示されるXIIIB−XIIIB線断面図であり、ワークピースキャリアの一実施形態を模式的に示すものである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１２に関して例示的に述べられる方法とともに用いられるワークピース加工装置の一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａに示されるXIVB−XIVB線断面図であり、ワークピース加工装置の一実施形態を模式的に示すものである。
【図１５】図１５は、図１４Ａ及び図１４Ｂに示されるもののようなワークピース加工装置とともに使用される搬送システムの一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図１６】図１６は、ワークピースをワークピース加工装置から図１５に示される搬送システムの一実施形態に搬送する方法の一実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１７】図１７は、ワークピースを図１５に示される搬送システムの他の実施形態からバッファステーションに搬送する方法の一実施形態を模式的に示す正面図である。
【図１８】図１８は、ワークピース改質プロセス中にビームのビームウェストがＺ軸に沿った適切な位置にあることを確実にするためのプロセスを説明するフローチャートである。
【図示された実施形態の詳細な説明】
【０００６】
以下、添付図面を参照しつつ例示的な実施形態を説明する。本発明の精神及び教示から逸脱することなく多くの異なる形態及び実施形態が可能であり、本明細書に述べた例示的な実施形態に本開示が限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、本開示が完全かつすべてを含むものであって、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。
【０００７】
図面においては、理解しやすいように、構成要素のサイズや相対的なサイズが誇張されている場合がある。本明細書において使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、限定を意図しているものではない。本明細書において、「前」「裏」「後」「左」「右」「上部」「底部」「上側」「下側」などの方向を示す様々な用語は便宜的にのみ用いられるのであって、説明される構造が使用され得る環境に対して絶対的な方向又は固定的な方向にその説明されるものを限定することを意図するものではない。
【０００８】
本明細書で使用されるように、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことも理解されよう。特に示している場合を除き、値の範囲が記載されているときは、その範囲は、その範囲の上限と下限の間にあるサブレンジだけではなく、その上限及び下限を含むものである。
【０００９】
以下により詳細に述べられるように、本明細書において例示的に述べられる実施形態は、概して、ワークピース（例えば、１以上の材料又は１以上の材料層を有するシート、プレート、基板など）内の複数の領域を改質することによって、ワークピース内に複数の改質領域を形成する方法として特徴付けることができる。改質領域は、ワークピース内に形成された１以上のクラック、割れ目、ボイド、高密度領域など、又はこれらの組み合わせを含み得る。一般的に、ワークピースは、第１の面と、この第１の面の反対側の第２の面と、第１の面と第２の面との間の内部とを有するものとして特徴付けることができ、改質領域は、分離経路に沿ってワークピース内に配置される。以下により詳細に述べるように、ビーム内のレーザパルスがワークピース上の第１の面に入射した後、ワークピースの内部に入って第２の面に向かうように、レーザパルスビームをワークピース上に照射することを含むワークピース改質プロセスによって改質領域がワークピース内に形成される。第２の面から第１の面まで延びる１以上の改質領域、第２の面から内部に延びて第１の面から離れた位置で終端する１以上の改質領域、内部の中を延び第１の面及び第２の面から離れた１以上の改質領域、又はこれらの組み合わせを形成するように、ワークピース改質プロセスを行うことができる。
【００１０】
一実施形態においては、ワークピースは、（例えば、その内部の様々な位置におけるワークピースの組成に起因して、形成されたプロセスに起因して、これと類似のものに起因して、又はこれらの組み合わせに起因して）内部に応力が作用していてもてよい。そのような実施形態においては、改質領域を形成する際にワークピースの内部に１以上の応力場を生成することができる。この応力場は、一般的に、改質領域を取り囲み、分離経路に沿って延びる。ワークピース内を延びる改質領域の高さ、ワークピース内の内部応力などのファクターに応じて、上記１以上の応力場は、ワークピースが分離経路に沿って自発的に分離するように、１以上のクラックをワークピースの内部に（例えば、第１の面と第２の面との間を完全に貫通するように）生成及び／又は伝播させるのに十分なものとなり得る。ワークピースが分離経路に沿って自発的に分離するのにかかる時間は、一般的に、例えば、改質領域を形成する前のワークピース内の内部応力の大きさ、分離経路に沿って形成された改質領域の数、隣接する改質領域間の分離経路に沿った距離、ワークピース内に延びる改質領域の高さなど、又はこれらの組み合わせに対応し得る。
【００１１】
他の実施形態においては、改質領域を形成した後に、ワークピース（例えば、内部応力が作用しているワークピース又は内部応力が作用していないあるいは無視できるワークピース）に対して有利な方法により（例えば、ワークピースを加熱することにより、ワークピースを冷却することにより、ワークピースを曲げることにより、ワークピースに機械的衝撃を与えることにより、ワークピース内に改質領域よりもさらに延びるベントや溝、クラックを形成することにより、これと類似の方法により、又はこれらの組み合わせにより）応力を作用させて、上述した１以上の応力場を生成して（例えば、第１の面と第２の面との間を完全に貫通するように）１以上のクラックをワークピースの内部に生成及び／又は伝播させ、ワークピースを分離経路に沿って分離してもよい。
【００１２】
一般的に、ワークピースは、サファイアを含む鋼玉、セラミック、半導体、金属又は金属合金、ガラス、ガラスセラミックなど、又はこれらの組み合わせのような材料から形成され得る。ワークピースを構成し得るセラミック材料の例としては、アルミナ、ベリリア、ジルコニアなど、又はこれらの組み合わせが挙げられる。ワークピースを構成し得る半導体材料の例としては、元素半導体や化合物半導体（例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウム、シリコンカーバイドなど、又はこれらの組み合わせ）、半導体酸化物など、又はこれらの組み合わせが挙げられる。ワークピースを構成し得る金属及び金属合金の例としては、アルミニウム、インジウム、チタン、亜鉛、ステンレス鋼など、その合金、その酸化物、その窒化物など、又はこれらの組み合わせが挙げられる。ワークピースを構成し得るガラスの例としては、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ナトリウムガラス、アルミノ珪酸カルシウムガラス、リン酸ガラス、フッ化物ガラス、カルコゲナイドガラス、バルク金属ガラスなど、又はこれらの組み合わせが挙げられる。ワークピースがガラスからなる場合には、化学的に強化してもよく、熱的に強化してもよく、類似のことをしてもよく、あるいはこれらを組み合わせて行ってもよく、あるいは強化しなくてもよい。
【００１３】
ここで、ワークピース改質プロセスの対象となり得るワークピース及びそのようにして形成された改質領域の例示的実施形態について図１Ａ、図１Ｂ、及び図２を参照して説明する。
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、ワークピース１００は、第１の面１０２と、第１の面１０２の反対側の第２の面１０４と、第１の面１０２と第２の面１０４との間の内部１０６と、ワークピース１００の周縁に（例えば、第１の面１０２から第２の面１０４まで）延びる端面とを有し得る。一実施形態においては、（例えば、Ｘ軸に沿って測定した）ワークピース１００の横方向の寸法は３００ｍｍ〜１５００ｍｍ（あるいはそのあたり）であってもよく、（例えば、Ｙ軸に沿って測定した）ワークピース１００の横方向の寸法は、４００ｍｍ〜１８００ｍｍ（あるいはそのあたり）であってもよい。しかしながら、ワークピース１００の横方向の寸法を好適な形態又は有利な形態で変更してもよいことは理解できよう。図示された実施形態においては、第１の面１０２及び第２の面１０４は、ともに実質的に平坦で互いに平行である。したがって、第１の面１０２から第２の面１０４までの距離はワークピース１００の厚さｔとして定義できる。一実施形態においては、ワークピース１００の厚さは、２００μｍから１０ｍｍの範囲にある（例えば、１ｍｍ未満、０．７ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．４ｍｍ未満、あるいはそのあたり）。しかしながら、他の実施形態においては、ワークピース１００の厚さは、２００μｍより小さくてもよいし、あるいは１０ｍｍより大きくてもよい。さらに他の実施形態においては、第１の面１０２と第２の面１０４とが実質的に平坦でないか、互いに平行でない場合があり、あるいは実質的に平坦でも互いに平行でもない場合がある。
【００１５】
図示された実施形態においては、ワークピース１００は、内部に応力が作用するワークピースであって化学的強化ガラスからなるものであり、第１の面１０２から内部１０６に向かって広がる第１の圧縮領域１０８と、第２の面１０４から内部１０６に向かって広がる第２の圧縮領域１１０と、第１の圧縮領域１０８と第２の圧縮領域１１０との間に広がる中央引っ張り領域１１２とを有している。第１の圧縮領域１０８及び第２の圧縮領域１１０に位置するワークピース１００の部分は圧縮された状態にあり、中央引っ張り領域１１２内のワークピース１００の部分は引っ張られた状態にある。第１の圧縮領域１０８の厚さ（そして、同様に、第２の圧縮領域１１０の厚さ）は、「層の深さ」又は「ＤＯＬ」としても知られている。一般的に、第１の面１０２及び第２の面１０４のそれぞれにおける表面圧縮応力は、６９ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲となり得る（例えば、１００ＭＰａより大きい、３００ＭＰａより大きい、５００ＭＰａより大きい、７００ＭＰａより大きい、９００ＭＰａより大きい、あるいはそのあたり）。しかしながら、他の実施形態において、第１の面１０２又は第２の面１０４のいずれかにおける表面圧縮応力は、６９ＭＰａより小さくてもよいし、あるいは１ＧＰａよりも大きくてもよい。一般的に、ＤＯＬは２０μｍから１００μｍの範囲になり得る。しかしながら、他の実施形態において、ＤＯＬは、２０μｍよりも小さくてもよいし、あるいは１００μｍよりも大きくてもよい。引っ張り領域内のシートの最大引っ張り応力は、以下の式により決定することができる。
【数１】
0006397821.tif 000002
ここで、ＣＳは上述した第１の面１０２及び第２の面１０４での表面圧縮応力であり、ｔはワークピース１００の厚さ（ミリメートル（ｍｍ）で表現される）であり、ＤＯＬは圧縮領域の層の深さ（ｍｍで表現される）であり、ＣＴはワークピース１００内の最大中央引っ張り応力（ＭＰａで表現される）である。
【００１６】
以下でより詳細に説明するように、上述したワークピース改質プロセスは、（例えば、ビーム内のレーザパルスが第１の面１０２でワークピース１００に入射した後、第２の面１０４に向かってワークピースの内部１０６を透過するように）ビーム源を動作させてレーザパルスビームそのレーザヘッドからワークピース１００上に照射することにより行われる。ビームがワークピース１００上に照射されているときに、レーザパルスのビームが分離経路１１４に沿って第１の面１０２の端から端まで（例えば点Ａと点Ｂとの間で）少なくとも１回移動するように（例えば、ビームに対してワークピース１００を移動することにより、あるいはワークピース１００に対してビームを平行移動することにより、あるいはその両方により）ワークピース１００とビームとの間の相対運動が誘導される。分離経路１１４は直線状に描かれているが、分離経路１１４の少なくとも一部が曲がっていてもよいことは理解できよう。一実施形態においては、レーザパルスビームは分離経路１１４と同一直線上にあるように少なくとも１回平行移動される。他の実施形態においては、レーザパルスビームは（分離経路１１４に平行ではあるが）分離経路１１４の片側又は両側からオフセットされるように少なくとも１回平行移動される。一般的に、２００ｍｍ／ｓから１０００ｍｍ／ｓの範囲の走査速度で第１の面１０２の端から端まで（例えば点Ａから点Ｂまで）ビームを平行移動することができる。もちろん、走査速度が２００ｍｍ／ｓ未満であってもよい。さらに、例えば、分離経路１１４の幾何学形状、ワークピース１００が移動可能な最高（又は最も速い好適な）速度、レーザビーム源のレーザヘッドが移動可能な最高（又は最も速い好適な）速度、レーザビーム源の内部にあるビームポジショナが動作可能な最大周波数などのファクターによっては、走査速度が１０００ｍｍ／ｓよりも速くてもよい。
【００１７】
図２を参照すると、ワークピース改質プロセスを行う際に、改質領域２００のような複数の改質領域がワークピース１００内に形成される。例示的に示されているように、それぞれの改質領域２００は、第２の面１０４から内部に向かって高さｈ１だけ延びており、この高さｈ１はＤＯＬよりも大きい。したがって、それぞれの改質領域２００は、第２の圧縮領域１１０を縦断して延びて中央引っ張り領域１１２内で終端していてもよい。一般的に、ｈ１は、ワークピース１００の厚さｔの３０％から６０％の範囲となり得る。図２ではそれぞれの改質領域２００が同じ（あるいは少なくとも実質的に同じ）高さｈ１だけ延びているように示されているが、少なくとも１つの改質領域２００が内部１０６に向かって、他の改質領域２００とは異なる高さまで延びるようにワークピース改質プロセスのパラメータを変更あるいは制御してもよいことは理解できよう。図２ではそれぞれの改質領域２００が中央引っ張り領域１１２内で終端しているものとして示されているが、少なくとも１つの改質領域２００が第２の圧縮領域１１０又は第１の圧縮領域１０８内で終端するようにワークピース改質プロセスのパラメータを変更あるいは制御してもよいことは理解できよう。
【００１８】
例示的に示されているように、それぞれの改質領域２００は、直線（あるいは少なくとも実質的に真っ直ぐな線）に沿って第２の面１０４からワークピース１００の内部に向かって（例えば、Ｘ軸及びＹ軸の一方又は双方に対して）直交するように（あるいは少なくとも実質的に直交するように）延びている。しかしながら、他の実施形態においては、改質領域２００の少なくとも１つが直線に沿って（あるいは少なくとも実質的に真っ直ぐな線に沿って）第２の面１０４からワークピース１００の内部に向かって実質的に直交しないように延びるように、ワークピース改質プロセスを行ってもよい。さらに他の実施形態においては、改質領域２００の少なくとも１つが湾曲した線、曲がった線、あるいは真っ直ぐではない線に沿って第２の面からワークピース１００の内部に向かって延びるようにワークピース改質プロセスを行ってもよい。さらに、改質領域２００はワークピース１００の内部１０６に向かって互いに平行に（あるいは少なくとも実質的に互いに平行に）延びているように示されているが、改質領域２００のうち少なくとも２つがワークピース１００の内部１０６に向かって互いに実質的に斜めに（あるいは互いに垂直又は少なくとも実質的に垂直に）延びるようにワークピース改質プロセスを行ってもよい。
【００１９】
例示的に示されているように、それぞれの改質領域２００は、（第２の面１０４に沿って）隣接する改質領域から距離Ｄだけ離れており、この距離Ｄは１００μｍから３００μｍの範囲にある。例えば、上述した走査速度、レーザビーム源の内部にあるビームポジショナが動作可能な最大周波数、改質領域が内部１０６に向かって延びる高さｈ１、ワークピース１００の内部１０６にある改質領域２００の方向など、あるいはこれらの任意の組み合わせなどのファクターによっては、距離Ｄは１００μｍより小さくても、３００μｍよりも大きくてもよい。隣接する改質領域２００の間の距離が分離経路１１４に沿って一定（あるいは少なくとも実質的に一定）であるものとして示されているが、隣接する改質領域２００の間の距離を分離経路１１４に沿って変化させるようにワークピース改質プロセスを行ってもよいことは理解できよう。
【００２０】
次に、ワークピース改質プロセスの例示的な実施形態を図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、及び図５Ｂに関連して説明する。
【００２１】
概して図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、及び図５Ｂを参照すると、ワークピース１００の一部を改質（例えば、割ったり、アブレートしたり、溶融したり、引き裂いたりなど）するように構成されたレーザパルスのビームを生成するようにビーム源（図示せず）を動作させることができる。一般的に、ビーム内のレーザパルスは、ワークピース１００が少なくとも好適な形態で又は有利な形態で透明となるような波長を有しており、ビームを（例えば、図３Ｂに示されるように光軸３００に沿って）第１の面１０２上に照射し、その後、ワークピース１００の内部１０６に入射させ第２の面１０４を透過させることができるようになっている。図示された実施形態においては、光軸３００がワークピース１００の第１の面１０２に対して直交するように（あるいは少なくとも実質的に直交するように）光軸３００がワークピース１００に対して方向付けられている。例えば、光軸３００はＺ軸に平行（あるいは少なくとも実質的に平行）であり、第１の面１０２は、Ｘ軸及びＹ軸によって規定される平面内に置かれている（あるいは少なくとも実質的に置かれている）。他の実施形態においては、以下でより詳細に説明するが、光軸３００が第１の面１０２に対して実質的に斜めであってもよい。一実施形態においては、ビーム内のレーザパルスは、紫外スペクトル（例えば、３５５ｎｍ又はそのあたり）又は可視スペクトル（例えば、５３２ｎｍ又はそのあたりを含む緑色スペクトル）内の波長を有していてもよい。ビームウェストＢＷが第２の面１０４上又は第２の面１０４の近傍に位置している空間強度分布３０２（「ビームプロファイル」とも呼ばれる）を有するビームを生成するようにビームの焦点を合わせてもよい。図３Ｂ、図４Ｂ、及び図５Ｂは、ビームウェストＢＷが第２の面１０４の近傍でワークピース１００の外側の位置にある実施形態を示しているが、ＢＷが第２の面１０４の近傍でワークピース１００の内部１０６の中の位置にあってもよい。本明細書では、ビームウェストＢＷが第２の面から３ｍｍ未満（例えば、１．５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．１ｍｍ未満、０．０５ｍｍ未満など）の距離だけ離れている場合に、ビームウェストＢＷが第２の面１０４の「近傍」にあるということとする。ビームは、パルス持続時間が１８ｎｓから２０ｎｓの範囲にあり、ピークパルスパワーが２Ｗから１０Ｗの範囲にあるレーザパルスを含んでいてもよく、パルス繰り返し率が９０ｋＨｚから１２０ｋＨｚの範囲にあってもよい。しかしながら、パルス持続時間、ピークパルスパワー、及びパルス繰り返し率を上述した範囲よりも大きくしても、あるいは小さくしてもよいことは理解できよう。
【００２２】
上記で例示的に述べたように構成することにより、レーザパルスがビームのビームウェストＢＷに近づくにつれて、ビームの光軸３００に沿って照射されるレーザパルスの強度及び／又はフルエンスは一般的に増加し、ビームウェストＢＷで最大値に達する。このように、ビームウェストＢＷに存在するあるいはビームウェストＢＷの近傍に存在するワークピース１００の材料内にレーザパルス内の電磁放射の非線形吸収（例えば、多光子吸収、アバランシュ吸収（avalanche absorption）など、又はこれらの組み合わせ）が誘起されることがあり、ビームウェストＢＷから離れたワークピース１００の材料内ではレーザパルス内の電磁放射の吸収がほとんど生じないか全く生じないことがある。したがって、ワークピース内に既存の欠陥が存在しない場合には、ビーム内のレーザパルスが、ビームウェストＢＷに位置するワークピース１００の部分あるいはビームウェストＢＷの近傍に位置するワークピース１００の部分を改質（例えば、割ったり、アブレートしたり、溶融したり、引き裂いたりなど）する。しかしながら、ビームウェストＢＷの光軸３００に沿った位置が維持されていたとしても、ビームウェストＢＷから離れていて改質されないようなワークピースの付加的な部分を付加的なレーザパルスをワークピース１００上に照射することにより改質してもよい。
【００２３】
このように、図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、改質領域２００を形成するために、レーザパルス３０４のような第１のレーザパルスを時刻Ｔ１でワークピース１００に照射する。第１のレーザパルス３０４は、ビームウェストＢＷに近づくまで、ほとんど吸収されないか全く吸収されないまま、光軸３００に沿ってワークピース１００を透過する。ビームウェストＢＷで、第１のレーザパルス３０４は、ワークピース１００内で非線形吸収を誘起するのに十分なほどの強度及び／又はフルエンスを急速に得て、第２の面１０４でワークピース１００の最初の引き裂き部分３０６を改質（例えば、割ったり、アブレートしたり、溶融したり、引き裂いたりなど）する。その後、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、（例えば、ワークピース１００を矢印４０２（ワークピース移動方向矢印）で示される方向に移動させることにより、又は矢印４０４（ビーム移動方向矢印）で示される方向に走査することにより、あるいはこれらの組み合わせにより）ビームとワークピース１００との間の相対運動を誘起しつつ、レーザパルス４００のような後続のレーザパルスをワークピース１００上に照射してもよい。パルス３０４，４００，５００のパルスエネルギーは均一であるものとして図示されているが、これは便宜的なものに過ぎない。後続のレーザパルス４００は、先に照射されたレーザパルスにより改質されたワークピース１００の部分に近づくまで、ほとんど吸収されないか全く吸収されないまま、光軸３００に沿って順次ワークピース１００を透過する。そして、その部分では、ワークピース１００を改質（例えば、割ったり、アブレートしたり、溶融したり、引き裂いたりなど）するのには十分ではないであろう強度及び／又はフルエンスが、ワークピース１００の改質済の部分に隣接するワークピース１００の部分を改質（例えば、割ったり、アブレートしたり、溶融したり、引き裂いたりなど）するのに十分となる。このように、ビーム及びワークピース１００が互いに相対運動を行いつつ、その後照射されるレーザパルスがワークピース１００上に照射され、ワークピース１００の改質済の部分を照らすことにより、ワークピース１００の付加的な部分を改質（例えば、割ったり、アブレートしたり、溶融したり、引き裂いたりなど）することができる。
【００２４】
後続の引き裂かれた部分４０６を含む改質領域２００のような改質領域が第２の面１０４から内部１０６に向かって好適な高さ又は有利な高さ（例えば、上述した高さｈ１）に延びるように形成されるまで、ワークピース１００の改質済の部分を照らすプロセスを続けてもよい。この好適な高さ又は有利な高さは、先に述べたシャタリング（shattering）のような悪影響を引き起こすことがなく、共通基板からのワークピース１００の分離を正確かつ確実に制御するのに役立つ高さを意味する。好適な高さ又は有利な高さは、共通基板の種々の特性の関数である。これらの特性には、基板の材料の基本的組成、硬さなどに対する処理方法、基板の厚さ、及び分離時の温度が含まれる。ビーム及びワークピース１００を互いに相対運動させつつ、ワークピース１００内での改質領域２００の形成を終了するために、ビーム又はそのパルスの１以上の特性を修正して、変更した特性５０２を有するパルスを形成してもよい。例えば、ワークピース１００内の改質済の部分がその後照射されるレーザパルスによって照らされないように（あるいは、その後照射されるレーザパルスの一部のみに照らされるように、あるいは、改質済の部分に隣接するワークピース１００の部分を改質するには不十分な強度及び／又はフルエンスを有する、その後照射されるレーザパルスに照らされるようになど、あるいはこれらの組み合わせ）、（例えば、ビームポジショナ又は複数のビームポジショナのシステムとして、音響光学（ＡＯ）変調器（ＡＯＭ）、ＡＯ偏向器（ＡＯＤ）、電気光学（ＥＯ）変調器（ＥＯＭ）、ＥＯ偏向器（ＥＯＤ）、ファーストステアリングミラー、検流計ミラーなど、又はこれらの組み合わせを用いて）ワークピース１００に対する光軸３００の向きを変更してもよい。他の例においては、ワークピース１００内の改質済の部分がその後照射されるレーザパルスによって照らされないように、ビームの時間的特性（例えば、パルス繰り返し率、パルス持続時間、時間的形状など、又はこれらの組み合わせ）を変更してもよい。さらに、ワークピース１００内の改質された部分のサイズ、形状、及び向きは、一般的に、照射されたレーザパルスにより照らされたワークピース１００上のスポットのサイズ、形状、及び向きに対応することが知られている。このため、他の例においては、ワークピース１００内の改質済の部分がその後照射されるレーザパルスによって照らされないように（あるいは、その後照射されるレーザパルスの一部のみに照らされるように、あるいは、改質済の部分に隣接するワークピース１００の部分を改質するには不十分な強度及び／又はフルエンスを有する、その後照射されるレーザパルスに照らされるようになど、あるいはこれらの組み合わせ）、ビームの空間的特性（例えば、レーザパルススポットの形状、レーザパルススポットのサイズ、分離経路に対するレーザパルススポットの向きなど、又はこれらの組み合わせ）を変更してもよい。
【００２５】
図５Ａ及び図５Ｂに示される実施形態においては、少なくともレーザパルスの継続バースト５００を生成するようにビームのパルス繰り返し率を中断あるいは変更することにより、上述した改質領域２００の形成が終了する。最初のバースト３０４とそれに続くパルス４００とからなるパルスの第１のバーストと継続バースト５００との間の時間は、連続バースト５００間の時間よりも短い。一実施形態においては、連続バースト５００間の時間は、１０ｎｓから１ｍｓの範囲（例えば５０μｓから５００μｓの範囲）又はそのあたりである。一実施形態においては、改質期間中のデューティーサイクルは、０％から１００％の範囲（例えば、１０％から５０％の範囲、あるいは多かれ少なかれワークピース１００の走査速度に依存するものなど）となり得る。
【００２６】
任意の好適な方法又は有利な方法あるいはそれらの組み合わせによりレーザパルスの１以上のバースト５００又はすべてのバースト５００を生成してもよい。例えば、バーストモードで動作可能なレーザによりレーザパルスのバースト５００を直接生成してもよい。他の例においては、まず、一定のパルス繰り返し率で前置レーザパルスビームを生成し、（音響光学（ＡＯ）変調器（ＡＯＭ）、ＡＯ偏向器（ＡＯＤ）、電気光学（ＥＯ）変調器（ＥＯＭ）、ＥＯ偏向器（ＥＯＤ）、ファーストシャッタ、レーザトリガなど、又はこれらの組み合わせを用いて）前置レーザパルスビームを修正することにより、レーザパルスのバースト５００を生成してもよい。
【００２７】
図５Ａは、それぞれのバースト５００が５個のレーザパルスからなる実施形態を示しているが、いずれのバースト５００も、ワークピース１００の材料、レーザパルス内の光の波長、パルス持続時間、ピークパルスパワー、改質領域がワークピース１００に向かって延びる所望の高さなど、又はこれらの組み合わせに応じて、２から１００の範囲の任意の数のレーザパルス又はより多くのレーザパルス（例えば、３〜７個のレーザパルス）を含んでいてもよいことは理解できよう。さらに、バースト５００が単一のレーザパルスを含んでいてもよいことも理解できよう。図５Ａは、バースト内のそれぞれのレーザパルスが同じパルス持続時間、ピークパルスパワー、及び時間的パルスエネルギープロファイルを有する実施形態を示しているが、同一のバースト内の異なるレーザパルスにおけるパルス持続時間、ピークパルスパワー、時間的パルスエネルギープロファイルなど、又はこれらの組み合わせが異なっていてもよいことは理解できよう。
【００２８】
図５Ｂに例示的に示されている実施形態においては、改質領域２００は、第２の面１０４から垂直ではない方向に延びており、ワークピース１００が走査される方向（例えば、矢印４０２により示される方向）に偏っている。しかしながら、ビームとワークピース１００との間の相対運動が所定の速度であれば、改質領域２００などの改質領域の傾斜角Θは、ビーム内のレーザパルスの波長に応じて変化し得ることが知られている。例えば、可視緑色スペクトルの波長を有するレーザパルスは、紫外スペクトルの波長を有するレーザパルスにより生成される改質領域の傾斜角よりも大きな傾斜角Θで第２の面１０４から延びる改質領域を生成する傾向がある。特に、紫外スペクトルの波長を有するレーザパルスは、ほとんど又は実質的に０度の傾斜角Θで第２の面１０４から延びる改質領域を生成する傾向がある。ビーム内のレーザパルスの波長にかかわらず、ビームとワークピース１００との相対運動中にワークピース１００に対する光軸３００の方向を調整して、（例えば、それぞれの改質領域２００が確実に実質的に０度以上の傾斜角Θで第２の面１０４から延びるように）それぞれの改質領域２００の傾斜角Θを制御してもよい。改質領域２００の傾斜角Θを小さくすることによって、分離経路１１４に沿って隣接する改質領域２００間の距離を小さくすることができ、分離経路１１４に沿って形成される改質領域２００の数を増やすことができる。これにより、好適な方法で又は有利な方法で分離経路１１４に沿ってワークピース１００を分離することが容易になる。図５Ｂに見られるように、傾斜角Θは約３０°以上であってもよい。材料によっては、最適な傾斜角Θは、約１°刻みで約０°から約３０°までの間にあり得る。
【００２９】
上述したように、ワークピース１００内の改質部分のサイズ、形状、及び方向は、一般的に、照射されたレーザパルスにより照らされたワークピース１００上のスポットのサイズ、形状、及び方向に対応することが知られている。したがって、一実施形態においては、好適な方法又は有利な方法で分離経路１１４に沿ってワークピース１００を容易に分離できるように、ビームの空間的特性（例えば、レーザパルスのスポット形状、レーザパルスのスポットサイズ、レーザパルスのスポットの分離経路に対する方向など、又はこれらの組み合わせ）を選択してもよい。一実施形態においては、ワークピース１００上に照射されたレーザパルスは、その形状の第１の軸（長軸）が比較的大きな寸法で第２の軸（短軸）が比較的小さな寸法を有しているものとして特徴付けられる非円形のスポット（例えば、楕円形、矩形など）でワークピース１００（例えば第１の面１０２上）に当たってもよい。非円形の第１の軸（長軸）が分離経路１１４に揃うように（例えば、分離経路１１４に平行となるように、あるいは少なくとも実質的に平行となるように）、スポットの方向を選択、調整、変更、又は制御してもよい。非円形のレーザパルススポットを生成するために、上述したビーム源が、レーザにより生成されたレーザパルスを整形するように構成されたビーム整形器（本明細書においては「整形器」ともいう）を含んでいてもよい。使用できる整形器の例としては、内部にスリットが形成されたビームクロッパ、プリズム対、レーザパルスをチャープ（chirp）するように構成されたＡＯＤ又はＡＯＭシステムなど、又はこれらの組み合わせが挙げられる。レーザパルススポットの方向を調整するために、上述したビーム源は、レーザにより生成されたレーザパルスを回転し、又はレーザにより生成されたレーザパルスが通過する光学系を回転し、整形器を回転するなど、あるいはこれを組み合わせるなどするように構成されたビーム回転器（本明細書においては「回転器」ともいう）を含んでいてもよい。一実施形態においては、回転器は、互いに９０度をなす２つの方向の間でレーザパルススポットを回転させるように構成されたドーブプリズムを含んでいてもよい。
【００３０】
例えば、図６を参照すると、レーザパルスは、分離経路６００に沿った第１の位置でワークピース１００の第１の面１０２に当たって非円形（例えば楕円形）のレーザパルススポット６０２を規定し得る。スポット６０２の長軸が第１の位置で分離経路６００に平行となるように位置合わせされるようにスポット６０２が方向づけられていてもよい。他の実施形態においては、分離経路６００に沿った異なる位置における幾何学的形状の相違に対応するようにスポットの方向を調整してもよい。例えば、レーザパルスは、分離経路６００に沿った第２の位置でワークピース１００の第１の面１０２に当たって、（第１の面１０２に対して）スポット６０２とは異なる方向の非円形（例えば楕円形）のレーザパルススポット６０４を規定し得る。しかしながら、スポット６０２と同様に、スポット６０４の長軸が第２の位置で分離経路６００に平行となるように位置合わせされていてもよい。一実施形態においては、長軸に沿ったスポット６０２（又は６０４）の寸法は、短軸に沿ったスポット６０２（又は６０４）の寸法よりも大きくてもよい（例えば、２倍以上大きくてもよい）。
【００３１】
ワークピース改質プロセスの様々な実施形態について例示的に述べてきたが、次に、上記で例示的に説明したような改質領域を形成するために用いることができるビーム源を含むワークピース加工装置の例示的な実施形態について図７から図１１を参照して説明する。
【００３２】
図７を参照すると、ワークピース加工装置７００は、上述したレーザパルスビームを生成するように構成されたビーム源７０２と、サポート７０４とを含み得る。
【００３３】
図示された実施形態においては、ビーム源７０２は、レーザ光パルスを生成するように構成されたレーザと、（例えば、レーザにより生成されたレーザ光を拡大、コリメート、フィルタするなどできるように構成された）光学系と、上記で例示的に述べた整形器と、高周波ポジショナ（例えば、音響光学（ＡＯ）変調器（ＡＯＭ）、ＡＯ偏向器（ＡＯＤ）、電気光学（ＥＯ）変調器（ＥＯＭ）、ＥＯ偏向器（ＥＯＤ）など、又はこれらの組み合わせ）と、レーザパルスビームをレーザヘッド７０６にリレーするように構成された他の任意のビームダンプ要素又はリレー要素とを含んでいてもよい。レーザヘッド７０６は、ミラーと、上記で例示的に述べた回転器と、低周波ポジショナ（例えば１以上の検流計ミラー）と、走査レンズ７０８とを含み得る。一般的に、高周波ポジショナ及び低周波ポジショナは、ワークピース１００に対して光軸３００の向きを調整するように駆動され得る。レーザヘッド７０６は、ワークピース１００に対する光軸３００の位置を調整するように（例えば、上述したＸ軸に沿って直線的に、上述したＹ軸に沿って直線的に、又はこれに類似する方法あるいはこれらの組み合わせにより）ワークピース１００に対して移動可能であってもよい。
【００３４】
ワークピース１００を支持して（例えば、上述したＸ軸に沿って直線的に、上述したＹ軸に沿って直線的に、上述したＺ軸周りに回転させて、又はこれに類似する方法あるいはこれらの組み合わせにより）ワークピース１００を移動するようにサポート７０４を構成してもよい。サポート７０４は、ワークピース１００を支持するように構成されたチャック（例えば、真空チャック、静電チャックなど）を含んでいてもよく、あるいはチャックのような構造に対して着脱可能なワークピース１００を支持するように構成されたキャリア８００を含んでいてもよい。
【００３５】
図示はしないが、ワークピース加工装置７００は、ビーム源７０２及びサポート７０４の動作を調整し、上記で例示的に説明したワークピース改質プロセスを行うために、ビーム源７０２及びサポート７０４の一方又は双方に連結されるコントローラをさらに含んでいてもよい。上記説明にかかわらず、図８〜図１１に示されるように、ビーム源７０２を他の好適な構成又は有利な構成で設けてもよいことは理解できよう。
【００３６】
図１２を参照すると、キャリア８００を用いたワークピース１００のロードは、ワークピース１００をキャリア８００にロードするステップと、キャリア８００をワークピース加工システム８０２にロードするステップと、ワークピース１００をワークピース加工装置７００で加工するステップと、ワークピース１００をバッファステーション８０４に移送するステップと、加工済のワークピース１００をアンロードするステップとを含んでいる。
【００３７】
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、キャリア８００は、実質的に矩形であり、流体チャネル８０６と真空保持チャネル８０８とを備えている。ＢＷが流体チャネル８０６内に位置してキャリア８００内に位置しないように、流体チャネル８０６は分離経路に対応する位置にある。流体チャネル８０６は、空気、窒素ガス、水などを含み得る。これにより、ＢＷがキャリア８００に対して不必要にダメージを与えることなく、ワークピース１００に影響を与えることが可能となる。真空保持チャネル８０８は、チャック８１６内の真空孔に連通しており、ワークピース１００をキャリア８００に保持する。
【００３８】
図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、ベース８０４上にサポートレール８１０があり、このサポートレール８１０は、チャック８１６を支持し、チャック８１６を貫通してチャック８１６に対してキャリア８００を昇降するピン８１８を持ち上げる。チャック８１６は、連結部８１４をチャックするためにキャリア上に載る。次に、キャリア８００がチャック８１６上に載る。この構成により、チャック８１６とキャリア８００をＹ軸方向に移動させることができ、これによりワークピース１００をＹ軸方向に移動させることができる。チャック８１６及びキャリア８００の周囲及び上方には、Ｘ軸方向の移動のためにレーザヘッド７０６を支持するガントリー８１２がある。チャック８１６の連携とガントリー８１２上のレーザヘッド７０６の移動とによって、実質的にあらゆるワークピース１００に対して光軸３００によるアクセスが可能となる。
【００３９】
図１５から図１７を参照して、ワークピース１００のロードとアンロードを説明する。以下のキャリア８００の移動の説明は、キャリア８００上にあるワークピース１００を含んでいる。アンロードの際には、キャリア８００は、搬送ロボット８２０に最も近いワークピース加工装置８０２上の位置まで平行移動される。ピン８１８を持ち上げて、キャリア８００を持ち上げる。そして、水平アクチュエータ８２２がキャリア８００に接触してキャリア８００が搬送ロボット８２０上で中央に位置するようにキャリア８００を引き寄せる。水平アクチュエータ８２２は、加工済のワークピース１００を載せたキャリア８００をワークピース加工装置８０２からバッファステーション８０４に移動するように構成されており、バッファステーション８０４では、（分離経路１１４／６００に沿って分離された）個片化ワークピース１００をキャリア８００から取り出すことができる。そして、フレーム８２４がキャリア８００を垂直に移動してバッファステーション８０４の棚８２６にキャリア８００を合わせる。水平アクチュエータ８２２は、さらにキャリア８００をバッファステーション８０４のスロットに平行移動する。ロードは反対の順序で行われる。
【００４０】
図１８を参照すると、ワークピース１００がキャリア８００上に位置して、ワークピース１００とキャリア８００の双方がワークピース加工装置８０２上の所定の位置にロードされると、加工される特定のワークピース１００に対してＢＷが適切に位置することを確実にする前処理ステップがある。キャリア８００及びレーザヘッド７０６は、第２の面１０４のＺ方向高さを測定するために移動される。そして、加工する特定の位置におけるＺ方向高さが決定される。特定の位置に対するＺ方向高さデータは、その特定の位置に最も近い位置に対して決定された基準Ｚ方向高さデータと比較される。最終的に、特定の位置における加工Ｚ方向高さデータが基準Ｚ方向高さデータと所定の閾値を超えて異なっていた場合には、レンズ７０８の位置が光軸３００に沿って調整され、ビームウェストがその特定の位置においてワークピース１００に対してＺ軸に沿った正しい位置となる。
【００４１】
上記は、本発明の例示的な実施形態を説明するものであって、本発明を限定するものと解釈すべきではない。いくつかの実施形態について説明してきたが、本発明の新規な教示及び効果から大きく逸脱することなく多くの修正が可能であることは、当業者であれば容易に理解できよう。したがって、そのようなすべての修正は、特許請求の範囲において規定される本発明の範囲に含まれることを意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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