(57)【要約】  本発明は、０．５ｍｍ〜２０ｍｍの間の厚さを有する誘電体の被加工物（１）に線条を形成するための方法および装置に関し、さらに当該厚さは空間的に変化し、および／または、被加工物を区切る境界面（１１，１２）のうち少なくとも１つは、０．１μｍ〜１０ｍの間の曲率半径を有する少なくとも１つの曲率を有し、本発明はさらに、特殊な構成のエッジを有する誘電体の被加工物（１）にも関する。
2018531797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体の被加工物（１）に線条を形成するための方法であって、
有利には、前記被加工物の厚さは空間的に変化し、および／または、前記被加工物を区切る境界面（１１および１２）のうち少なくとも１つは、０．１μｍ〜１０ｍの間の曲率半径を有する少なくとも１つの曲率を有し、
前記方法は、
ａ）前記誘電体の被加工物（１）を設けるステップと、
ｂ）前記被加工物（１）に線条ゾーン（２）の推移線を規定するステップと、
ｃ）レーザが短パルスレーザまたは超短パルスレーザとして構成されているレーザ加工装置（３５）であって、前記レーザは、前記被加工物（１）の透過領域の波長を有するレーザ光を放射し、さらに、ビーム成形のための、特に前記レーザ光の集光のための、ビーム成形装置（５４）を備えているレーザ加工装置（３５）を準備するステップと、
ｄ）前記被加工物（１）の厚さおよび／または表面輪郭および／または前記被加工物（１）の散乱中心を特定するため、および有利には、レーザ加工ヘッドと前記被加工物（１）の前記レーザ加工ヘッド側の表面（１１）との間の距離を監視するための装置を準備するステップと、
ｅ）前記被加工物（１）の表面輪郭および／または厚さおよび／または前記被加工物（１）の散乱中心を、有利には光学測定によって特定するステップと、
ｆ）レーザパルスが前記被加工物（１）に線条（３）を形成するように、レーザ光を単パルスとしてのレーザパルスの形態またはバーストの形態で前記被加工物（１）に作用させるステップと、
ｇ）ステップｂ）において規定された推移線の推移に従って、前記被加工物（１）に対して前記レーザ光を相対的に移動させるステップと、
ｈ）前記被加工物（１）の表面（１１および１２）に関して前記線条の開始点の位置および向きを、ステップｅ）の
前記被加工物（１）の厚さおよび／または
前記被加工物（１）の表面輪郭および／または
前記被加工物（１）の散乱中心
の特定結果に依存して定めて、前記線条ゾーン（２）に、規定された開始点および終了点を有する線条（３）、有利には空洞を形成するように、ステップｆ）およびｇ）を繰り返すステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記レーザ光の入射位置における局所的な前記曲率を、特に、前記被加工物の表面の接線として計算し、前記接線に基づいて面法線ベクトルの方向を求める、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記被加工物の厚さは、有利には０．５〜２０ｍｍの間である、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
光学共焦点測定によって、または、レーザ三角測量法、光切断法、光干渉断層撮影法もしくは二次元干渉測定法によって、前記表面輪郭を特定する、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
ステップｂ）において規定された前記推移線の推移に従って前記被加工物（１）に対して前記レーザ光を相対的に移動させる際に、前記レーザ光の入射位置および／または前記被加工物を移動させる、
請求項１または２記載の方法。
【請求項６】
複数の前記線条（３）が、入射する前記レーザ光の方向に上下に重なり合うように、前記線条ゾーン（２）に前記複数の線条（３）を、前記被加工物（１）のそれぞれ異なる高さ区間に形成する、
請求項１または４記載の方法。
【請求項７】
前記被加工物（１）の、前記レーザ光を生成するための装置とは反対側の表面（１２）に近い方の前記線条（３）を、先に形成する、
請求項６記載の方法。
【請求項８】
先に形成される前記線条（３）の開始点は、後で形成される線条（３）の終了点である、
請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
前記線条（３）が前記被加工物（１）の一方の表面（１１）から反対側の表面（１２）まで達し、ないしは貫通して、孔を有する表面を形成するように、前記線条（３）を形成する、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記線条（３）は、空洞の長さが径より大きくなるように、かつ、前記線条ゾーン（２）内の、前記線条（３）の周囲の誘電体材料の領域（１４）の少なくとも一部が、前記線条ゾーン（２）外にある領域（１３）より高い密度を有するように、管状の空洞として形成される、
請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記レーザ光と前記被加工物（１）との非線形光学的な相互作用がなされることにより、前記被加工物（１）中に完全なプラズマ形成および／またはプラズマ爆発が生じて、プラズマ形成が行われた後に前記被加工物（１）に空洞が得られる、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記集光装置は、レーザパルスの期間中に前記レーザ光を線焦点の形態で集光するように調整されており、
前記線焦点は、１０ｍｍ以下の長さと１０μｍ以下の径とを有利には前記レーザパルスの伝播方向に有する高い光強度のチャネルによって特徴付けられるものである、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記ビーム成形装置は、集光レンズおよび／またはアキシコンレンズおよび／または光学回折素子、および／または、複数の同心円の線から構成された光学格子、および／または、コンピュータ生成されたホログラムを備えている、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
ステップｅ）において求められた前記被加工物（１）の表面輪郭を考慮して、前記レーザ光側の表面（１１）に７５°〜１０５°の間の角度で、有利には９０°の角度すなわち面法線ベクトルの方向に供給するように、前記レーザ光をロボットによって光ファイバおよび／またはミラー複合体を用いて導く、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記被加工物（１）の表面輪郭の特定結果に基づき、前記被加工物の面モデルが得られる、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記線条の形成が終了した後、前記被加工物（１）は、前記線条ゾーン（２）に沿って脆弱化した被加工物（１）となる、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記各線条間に微小の亀裂を生じさせるための分割工程またはクリービング工程を行う、
請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記分割工程は、有利には赤外レーザの照射、有利にはＣＯ２レーザの照射による、亀裂を生じさせるための事前傷線に沿った熱力学的応力の誘発を含む、
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記被加工物は、ガラス、有利にはアルミノケイ酸ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、またはガラスセラミックである、
請求項１から１８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２０】
０．５〜２０ｍｍの間の厚さを有する誘電体の被加工物（４）であって、
前記厚さは、空間的に変化し、および／または、前記被加工物を区切る境界面（１１および１２）のうち少なくとも１つは、０．１μｍ〜１０ｍの間の曲率半径を有する少なくとも１つの曲率を有し、
前記被加工物（１）の少なくとも１つのエッジ（４１）は、原子間力顕微鏡および／または白色光干渉計を用いた粗さ測定によって測定される、１〜５μｍの粗さＲＭＳを有し、
前記エッジ（４１）において前記被加工物（４）の材料の少なくとも一部の特性は、前記被加工物（４）の他の領域（４２）とは異なり、たとえば相含有率、屈折率および／または密度が異なる、
被加工物（４）。
【請求項２１】
特に請求項１から１９までのいずれか１項記載の方法を実施するための、および有利には請求項２０記載の誘電体の被加工物を製造するための装置であって、
光源、特にレーザ光源と、
被加工物（１）を設けるための装置と、
前記被加工物（１）に対して前記光源の光路（６４）を相対的に移動させるための装置と、
前記被加工物（１）に対する前記光源の光路（６４）の相対移動を制御するための装置と、
有利には光学測定によって、前記被加工物（１）の表面輪郭および／または前記被加工物（１）の厚さおよび／または前記被加工物（１）の散乱中心を特定するための装置と、
を備えている装置。
【請求項２２】
前記被加工物（１）を設けるための装置は傾動テーブルを備えており、
前記傾動テーブルは有利には、３つの直交する空間的方向において並進移動可能であり、有利には２つの直交する空間的方向まわりに旋回可能に構成されている、
請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記傾動テーブルは、固定位置の１つの空間点まわりに、有利には、前記傾動テーブル上に設けられた前記被加工物（１）の１つのプロファイル点（２１）まわりに、相対的に旋回可能に構成されている、
請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
前記被加工物（１）の表面輪郭および／または前記被加工物（１）の厚さおよび／または前記被加工物（１）の散乱中心を特定するための装置は、前記被加工物に対して相対的に有利には２つの直交する空間的方向において並進移動可能な測定ヘッド（５）を備えており、
前記測定ヘッド（５）は、
多色光源（５１）と、
前記光を集光する高発散性の光学系（５４）であって、複数の異なる波長をそれぞれ異なる焦点距離で集光する高発散性の光学系（５４）と、
後方反射された光を分光分析できる分光計と、
を備えている、
請求項２１から２３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項２５】
前記被加工物（１）に対して前記光源の光路（６４）を相対的に移動させるための装置は、３つの直交する空間的方向において前記傾動テーブルを並進移動させるための、および、２つの直交する空間的方向まわりに前記傾動テーブルを旋回させるための並進機構部とロボットアームとを備えている、
請求項２１から２３までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状が所定の目標輪郭から偏差している誘電体の被加工物に線条を形成するための、特にカットするための方法、および、特殊な構成のエッジを有する誘電体の被加工物に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体の被加工物、たとえばウェハを、レーザ光の作用によって分割する方法は、既に何年も前から従来技術となっている。近年では、分割対象の被加工物の透過領域の波長を有するレーザが被加工物に作用するフィラメンテーション技術が開発されている。レーザのこの作用は、超短パルスレーザ光を用いて行われ、パルスは単パルスとして、またいわゆるバーストモードで、すなわち離散的なバーストとすることができる。このようにして、たとえばガラス等の誘電体の被加工物にいわゆる線条を形成することができる。「線条」とは、被加工物に入れられた細長いパターンであって、このパターンの領域において被加工物の性状が変化したパターンをいう。たとえば、線条の領域にマイクロクラックおよび／または構造変化が、たとえば結晶化または新たな相の形成の形態で生じる。このようにして被加工物に形成された欠陥は、予め決まった傷線に沿って位置し、これによって、当該線に沿って被加工物を後で分割するための出発点として作用する。かかる方法はたとえば、独国特許出願公開第１０２０１２１１０９７１号明細書（DE 10 2012 110 971 A1）に記載されている。
【０００３】
さらに、国際公開第２０１４／１１１３８５号（WO 2014/111385 A1）に、面状の基材をレーザ方式で加工するための方法および装置が開示されている。同文献では、被加工物に線焦点を形成し、誘導吸収を生じさせ、この吸収によって基材の材料に亀裂形成を誘発させて、基材、たとえばウェハまたはガラス部材を、複数のカット線に沿って分割する。その際には、線条は線条形成の開始点から被加工物の少なくとも１つの表面まで一続きのパターンとして、すなわち切れ目なく生じる。
【０００４】
欧州特許出願公開第２７８１２９６号明細書（EP 2 781 296 A1）にも２段階の方法が記載されており、当該方法では、最初にレーザを用いて、予め規定された推移線に沿って線条すなわち傷ゾーンを生じさせてから、次のステップにおいて、たとえばＣＯ２レーザを用いて、当該推移線に沿って被加工物を分割できるように材料切除および／または変形工程を行う。
【０００５】
国際公開第２０１２／００６７３６号（WO 2012/006736 A2）に、分割工程の準備のために透明基材を処理するための方法が記載されている。当該方法では、レーザを用いて基材の内部に線条を形成し、また、基材の少なくとも１つの表面にトレンチ状の凹部を形成することも可能である。この線条は、レーザパラメータの具体的な設定に依存してレーザビームの自己集光に基づき基材の内部に形成され、その際には、基材に複数の線条を並べて形成することも可能である。このようにして形成された欠陥線に沿って、次のステップにおいて基材の分割がなされる。
【０００６】
しかし、たとえば通常の製造技術上の公差の範囲内で面平行である表面によって区切られている板材またはリボン等の形態の、平坦ないしは面状でない被加工物を分割したい場合、上述の方法は限界に突き当たる。
【０００７】
たとえば、ガラス板等の反った板材の問題が長い間知られている。さらに、かかる板材はその延在方向においてある程度のうねり、または一般的に厚さばらつきを有することも多いので、一般的に平坦な形状との偏差が存在する。可能な限りエラーおよび損失のない分割を可能にするためには、表面に対する線条の相対的な位置決めが、誘発される傷の再現可能性の良否を決定するので、最適な形状でない上述のような被加工物の場合、不具合が増加する。さらに、上述の公知の方法では、面状の平坦な形状から大きく偏差する形状または特に大きな厚さを有する被加工物の線条形成ないしは分割をそもそも行うことができない。
【０００８】
よって、面状の形状から偏差する形状、たとえば楔形の形状、ならびに／もしくは大きな厚さを有する被加工物、または、たとえば曲率を有する境界面によって特徴付けられる被加工物の線条形成ないしは分割を行う方法が要請されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、厚さが大きい被加工物と面状の形状から偏差した形態の被加工物とを分割できる方法、および、かかる分割により製造された被加工物、特に当該方法によって形成されたエッジを有する被加工物を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は驚くべきことに、請求項１に記載の方法および請求項２０に記載の被加工物によって解決される。有利な実施形態は、各従属請求項から導き出すことができる。
【００１１】
有利には０．５ｍｍ〜２０ｍｍの間の厚さを有する誘電体の被加工物に線条を形成するための本発明の方法であって、当該厚さは空間的に変化し、および／または、被加工物を区切る境界面（１１）ならびに（１２）のうち少なくとも１つは、０．１μｍ〜１０ｍの間の曲率半径を有する少なくとも１つの曲率を有する誘電体の被加工物に線条を形成するための本発明の方法は、以下のステップを有する：
【００１２】
ａ）最初に誘電体の被加工物を設けるステップ。
本発明の誘電体の被加工物はたとえば、板形状またはリボン形状から偏差する立体形態を有するウェハまたはガラス部材とすることができる。
本発明の被加工物は、たとえば楔状とすることができる。しかし、被加工物を反った板材とすること、またはいわゆる微小うねりによって特徴付けることも可能である。したがって一般的には、板形状またはリボン形状からの偏差は比較的小さいものとすることが可能であるが、被加工物を３次元の成形体の形態とすること、たとえばアンプルまたは管の形態の中空体とすることも可能である。
【００１３】
ｂ）第２のステップにおいて、被加工物に線条を含むゾーンの推移線を規定し、これによって、後の被加工物エッジも規定する。このゾーンは「線条ゾーン」とも称される。
【００１４】
ｃ）次に第３のステップにおいて、レーザが短パルスレーザまたは超短パルスレーザとして構成されたレーザ加工装置であって、当該レーザが、被加工物の透過領域の波長を有するレーザ光を放射するレーザ加工装置を準備する。
レーザ加工装置はさらに、ビーム成形のためのビーム成形装置、特にレーザ光を集光するためのビーム成形装置も備えている。
【００１５】
ｄ）第４のステップにおいて、被加工物の厚さを特定するため、および／または被加工物の（１つもしくは複数の）表面輪郭を特定するため、および／または被加工物の散乱中心を特定するための装置を準備する。
有利には上記装置を、レーザ加工ヘッドと被加工物の当該レーザ加工ヘッド側の表面との間の距離の監視のためにも用いることができる。
【００１６】
ｅ）第５のステップにおいて、光学測定によって、たとえば共焦点測定によって、被加工物の表面輪郭および／または被加工物の厚さおよび／または被加工物の散乱中心を特定する。
【００１７】
ｆ）第６のステップにおいて、レーザパルスが被加工物に線条を形成するように、レーザ光を１つのレーザパルスの形態またはバーストの形態で被加工物に作用させる。
線条としては本発明では、レーザ光によって引き起こされたパターンであって、径が数μｍの領域と非常に小さくかつ長さがミリメータ領域であるパターンを形成する。
このパターンは、その領域において被加工物の元の性状が変化していることによって特徴付けられるものである。
たとえば、元の被加工物と比較して増大した厚さの新たな相を形成することができる。線条の少なくとも一部において（再）結晶化も可能である。
さらに、線条の領域には典型的には亀裂が、特にマイクロクラックが形成される。
よって、線条は一般的に、線条の推移線に沿って被加工物の分割を行うことができるように被加工物の脆弱部となる被加工物のパターンである。
有利には、線条は空洞として形成される。
【００１８】
ｇ）最後に第７のステップにおいて、第２のステップないしはステップｂ）において規定された推移線の推移に従って、被加工物に対してレーザ光を相対的に移動させる。
【００１９】
ｈ）さらに、規定された開始点および終了点を有する線条、有利には空洞が、線条ゾーンに形成されるように、ステップｆ）およびｇ）を繰り返す。
【００２０】
本発明の方法では、被加工物における線条の開始点の空間的位置決めを、有利には、当該被加工物を区切る表面に対して相対的に、ステップｅ）において行われた表面輪郭の特定結果ならびに／もしくは被加工物の厚さの特定結果に依存して行い、および／または有利には、被加工物の内部の散乱中心の特定結果に応じて、この特定された散乱中心に対して相対的に行うこともできる。
【００２１】
有利には、レーザビームの入射位置における局所的な曲率または局所的な接線を計算し、これに基づいて面法線ベクトルの方向を求める。
【００２２】
３次元形状の物体の場合、すなわち、当該物体を区切る表面が面平行に延在していない物体の場合、各プロファイル点のプロファイルデータと場合によっては隣接するプロファイル点のプロファイルデータとから計算された、表面のプロファイル点における表面の法線方向と、元のレーザビーム方向すなわち未補正のレーザビーム方向と、の間の差を求めることにより、表面の任意の位置においてレーザビームの垂直入射すなわち垂直投射を可能にするための補正角が得られる。ここで「プロファイル点」とは、被加工物の表面のうち１つの表面上にある１点をいう。
【００２３】
開始点の位置決めは、本方法ではたとえば、開始点が被加工物の表面に対して相対的に当たるように行うことができる。
【００２４】
このことはたとえば、ステップｅ）において被加工物の表面輪郭を、特に表面の複数のプロファイル点について特定し、その後に表面輪郭の推移に依存して線条の各開始点を被加工物の１つの表面から所定の距離に規定する場合に、行うことができる。
【００２５】
たとえば、被加工物の表面輪郭を特定した後に、全ての各線条開始点を被加工物に、当該被加工物の、レーザ加工装置とは反対側の表面（すなわち当該被加工物の下面）からそれぞれ０．５ｍｍの距離に配置することができる。
【００２６】
また、全ての線条開始点にそれぞれ固有の開始値を割り当てることができ、具体的にはたとえば、第１の線条を被加工物の下面から０．２ｍｍの距離に配置し、第２の線条を０．５ｍｍの距離に配置し、第３の線条を１ｍｍの距離に配置することができる。
【００２７】
１つの線条だけでは被加工物の全厚を完全に貫通できない厚さに、被加工物の厚さを選択することができる。かかる場合、複数の線条を上下に形成することが好適である。かかる場合、新たな線条の開始点が、最後に形成された線条の終了点でもある場合にも、特に有利であることが判明している。かかる場合において有利には、線条の開始点が被加工物の散乱中心の特定結果に基づくように当該開始点を特定する。
【００２８】
このようにして被加工物に線条が形成されることにより、その材料において内部の傷の形態で材料変換がなされ、この内部の傷は、当該位置における材料の散乱の変化の形態で光学的に特定することができる。
【００２９】
このようにして特に有利には、複数の部分線条から構成された一続きの長い線条を形成することができる。被加工物の上面すなわちレーザ加工装置側の表面から見て最下部の線条、すなわち最後に形成される線条の開始点は、被加工物の表面輪郭ならびに／もしくは厚さの特定結果および／または被加工物の散乱中心の特定結果に基づいて設けることができる。
【００３０】
その後に続く部分線条の各開始点は、後続の加工ステップにおいて、それぞれ先に形成された部分線条の終了点によって形成される散乱中心をそれぞれ特定することによって特定される。このようにして、各部分線条の開始点が、先に形成された部分線条の終了点によって形成された、一続きの長い線条が得られる。
【００３１】
また、上述のようにして、一続きでない複数の線条であって、たとえば先に形成された線条の終了点とその後に形成される線条の開始点との間に、加工者によって規定された所定の距離がある複数の線条を、上下に形成することも可能である。
【００３２】
レーザとしては特に、いわゆる短パルスレーザを使用することができる。長い線条を形成するためには、かかる超短パルスレーザをいわゆるバーストモードで動作させることが特に有利である。かかる動作では、レーザパルスを単パルスとして出力するのではなく、短時間で連続して出力される複数のパルス、いわゆるバーストから構成する。
【００３３】
本発明の適切なレーザ光源は、波長１０６４ｎｍのネオジムドープされたイットリウム−アルミニウム−ガーネットレーザである。レーザ光源はとりわけ、１０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの間の繰り返し周波数、有利には３０ｋＨｚ〜１１０ｋＨｚの間、非常に特に有利には３５ｋＨｚ〜１０５ｋＨｚの間の繰り返し周波数で動作する。スキャン速度は有利には、繰り返し周波数に依存して、隣り合った線条状の傷間の距離が４μｍ〜１０μｍの範囲内になるように選択することができる。
【００３４】
レーザパルスの適切なパルス幅は１００ｐｓ未満、有利には１０ｐｓ未満の範囲内である。パルス持続時間は１ｐｓ未満とすることもできる。レーザ光源（以下「レーザ」ともいう）の典型的な出力は、特に有利には４０〜１００Ｗの範囲内である。線条状の傷を達成するためには、本発明の有利な一発展形態では、２００μＪ超のバーストでパルスエネルギーを使用し、さらに有利には、バースト総エネルギーは５００μＪ超である。
【００３５】
超短パルスレーザをバーストモードで動作させる場合、繰り返し周波数はバーストの出力の繰り返し周波数である。パルス持続時間は基本的に、レーザを単パルスモードで動作させるかまたはバーストモードで動作させるかに依存しない。バーストにおけるパルスのパルス長は典型的には、単パルスモードのパルスのパルス長と同様である。
【００３６】
さらに、第２次高調波発生または第３次高調波発生によって種々の波長領域の高エネルギーの超短パルスを、たとえば赤外域（１０６４ｎｍ）、ＶＩＳ域（５３２ｎｍ）またはＵＶ域（３５５ｎｍ）の高エネルギーの超短パルスを得ることも可能であり、これによって、線条形成すなわちフィラメンテーションに重要な条件のうちいずれか、具体的には、使用されるレーザ光に対して透明な媒質が存在するとの条件、たとえばガラス等の光スペクトル領域において透明な媒質だけでなく、たとえばシリコン等の赤外域で透明な媒質が存在するとの条件が満たされる。したがって、上述のような多段階の線条形成のプロセスは、シリコンウェハの分割前処理としても適用することができる。
【００３７】
被加工物の表面輪郭の特定はたとえば、被加工物の表面上においてたとえば２つの直交する空間的方向に対して平行に測定ヘッドを移動させるトラバース測量の形態で行うことができる。
【００３８】
その際には、集光光学系の予め決まった参照点を基準として、被加工物の両表面の位置を、各測定位置に生じる最大散乱強度の測定によって求める。
【００３９】
かかる方法により、脆性材料の表面の実形状を点群の形態で求めることができる。表面の実際の局所的曲率は、被加工物表面を内挿した後に微分することによって表すことができる。測定ヘッドと（１つまたは複数の）被加工物表面との間の距離のばらつきは、表面が互いに面平行の向きとなっている平坦な被加工物の理想形状からの形状偏差を表し、この手法によって検出される。
【００４０】
求められたプロファイルデータから、微分によって表面の局所的曲率を求めることもでき、これによって被加工物表面のモデルを得ることができる。共焦点距離測定の場合におけるこの手順は、たとえば独国特許発明第１０３２５９４２号明細書（DE 10325942 B4）、独国特許発明第１０３１７８２６号明細書（DE 10317826 400 B4）および独国特許発明第１０２００６０１７４００号明細書（DE 10 2006 017 B4）に記載されている。欧州特許第２０４４３８７号明細書（EP 2 044 387 B1）に、ガラス製造における共焦点センサ技術の産業上の利用可能性についての記載がある。
【００４１】
これに代えて、輪郭取得のためには共焦点距離測定の他、他の手法を使用することもでき、たとえばレーザ三角測量法、光切断法または二次元干渉測定法もガラスに使用することができる。
【００４２】
線条形成またはフィラメンテーションのプロセスを行うためには、コンピュータ支援下で、被加工物表面の複数のプロファイル点を含む面モデルを使用して適切な集光光学系を用いて、たとえばモータ駆動される望遠鏡またはモータにより可動な集光レンズ等を用いて、焦点の位置を変化させて線条形成の開始点をガラス厚の方向において調整し、ないしは、形成される線条パターンの位置をガラス厚の方向において調整する。被加工物表面の局所的曲率の場合には、集光光路上にて適切な措置をとることによって、被加工物におけるレーザビームの入射角を補正することができる。
【００４３】
所与の材料、レーザパラメータおよび光学系パラメータの場合、線条パターンの形態は、線条の開始点の位置だけでなく、ガラス厚の方向における線条の位置も規定通りに調整できるように、再現可能に規定される。とりわけ、線条パターンの終了点間の距離を調整することができる。
【００４４】
被加工物の後の分割のために十分に長い１つの線条を１つのレーザ処理ステップで形成することができないほど、被加工物の厚さが大きい場合、本発明の一実施形態では、複数の線条を被加工物の異なる高さ区間に形成する。その際には、互いに上下に形成されるこれらの線条は、入射するレーザ光の方向において正確に上下に重なり合う。すなわち、これらの線条の空間的位置決めは、被加工物内における高さについてのみ相違し、横方向には相違しない。
【００４５】
本発明の他の一実施形態では、被加工物の、レーザ光を生成するための装置とは反対側の表面に近い方の線条を、先に形成する。このように被加工物内の「下方」から「上方」へ進行する必要があるのは、レーザビームの集光可能性と、内部の傷の検出可能性とを保証するためである。つまり、既に形成された線条、すなわち、材料変換の形態の内部の傷は、当該線条より「後」におけるレーザビームの集光可能性、すなわちレーザとは反対側におけるレーザビームの集光可能性を阻害してしまうからであり、また、光学測定機器は線条の開始点しか検出できず、当該線条を通じては他の散乱中心を検出できないことが多いからである。
【００４６】
有利には、先に形成された線条の開始点が、後で形成される要素の終了点となることにより、その結果として可能な限り一続きの長い１つの線条が得られるようにする。
【００４７】
本発明の有利な一実施形態では、線条が被加工物の全厚を貫通するように形成されている。
【００４８】
本発明の他の一実施形態では、線条は管状の空洞として形成されている。この空洞は、長さが径より大きく、かつ、線条を包囲する誘電体材料の領域が少なくとも部分領域において、線条ゾーン外にある領域より高い密度を有することによって特徴付けられる。
【００４９】
本発明の他の一実施形態では、レーザ光と被加工物との非線形光学的な相互作用がなされ、これによって被加工物中に完全なプラズマ形成および／またはプラズマ爆発が生じて、プラズマ形成が行われた後に被加工物に空洞が得られるようにする。
【００５０】
本発明の一実施形態では、集光装置ないしはビーム成形装置は、レーザパルスの期間中にレーザ光を線焦点の形態で集光するように調整されている。この線焦点は、長さが１０ｍｍ以下かつ径が１０μｍ以下である高い光強度のチャネルによって特徴付けられるものである。
【００５１】
本発明の他の一実施形態では、ビーム成形装置ないしは集光装置は、集光レンズ、有利には球面収差が増大した集光レンズ、および／またはアキシコンレンズ、および／または、複数の同心円形の線から構成された光学格子、および／または光学回折素子、および／または、コンピュータ生成されたホログラムを備えている。
【００５２】
また、本発明のさらに他の一実施形態では、ステップｅ）において求められた被加工物の表面輪郭を考慮して、７５°〜１０５°の間の角度で、有利には９０°の角度すなわち面法線方向で、レーザ光側の表面に供給するように、レーザビームをロボットによって光ファイバおよび／またはミラー複合体を用いて導くことができる。このことによって面法線ベクトルの概念は、表面の法線ベクトルまたは表面の法線方向の概念と同義で使用されることとなる。特に、「レーザ光を基準とする法線方向」との概念は、被加工物内部へ向かう方向、すなわち、レーザ加工装置の光路の光の伝播方向をいうものとする。
【００５３】
本発明の他の一実施形態では、被加工物の表面輪郭を特定した後、当該被加工物の面モデルを作成し、この面モデルは有利には、複数のプロファイル点を含む。
【００５４】
本発明の他の一実施形態ではこのモデルに依存して、被加工物の線状ゾーンの規定された推移線に相当する分割線に沿って、線条開始点のコンピュータ支援下での制御を行う。
【００５５】
誘電体の被加工物の線条形成を行うための本発明の方法を行った後は、この被加工物は、線条によって形成された分割線または推移線によって複数の異なる領域に分割された状態となる。被加工物はこれによって分割されることはなく、線条によって形成された分割線において脆弱化しただけである。
【００５６】
ここで本発明の他の一実施形態では、個々の線条間にごく微小の亀裂を生じさせ、または意図的に引き起こすことができ、たとえば次の分割工程またはクリービング工程によって生じさせ、または意図的に引き起こすことができる。
【００５７】
このクリービング工程では、熱力学的応力を誘発することによって、分割線または推移線に沿って延在する事前傷線に沿って亀裂を制御する。このことはたとえば、ＣＯ２レーザ等の赤外線レーザを照射することによって（次に冷却することによって、または次に冷却をせずに）行うことができる。
【００５８】
分割線が直線状または弧状に加えられた場合には、この時点で被加工物を分割することができる。しかし、線条によって形成された事前傷線が閉じられた線になっている場合、本発明の他の一実施形態では別の工程として、引き離しを行う。
【００５９】
かかる引き離しはたとえば、被加工物に応力を加えることによって生じさせることができる。有利にはこの応力は、事前傷線によって規定された部分領域のみを加熱するが他の部分領域をより低い温度のままにしておくことにより、これらの領域間に、分割線に沿って引き離しがなされるような機械的応力を生成するように、選択的に加熱することによって加えられる。
【００６０】
本発明の誘電体の被加工物は、有利にはガラスまたはガラスセラミックである。本願明細書の中と、添付の特許請求の範囲の意味については、「ガラス」との概念はガラスおよびガラスセラミックの上位概念を構成する。というのも、ガラスセラミックもガラスを含有するからである。有利には、ガラスはアルミノケイ酸ガラスまたはホウケイ酸ガラスである。
【００６１】
本発明の方法によって、有利には少なくとも０．５ｍｍかつ最大２０ｍｍの間の厚さを有する誘電体の被加工物であって、さらに当該厚さが空間的に変化し、および／または、当該被加工物を区切る境界面のうち少なくとも１つの境界面が、０．１μｍ〜１０ｍの曲率半径を有する少なくとも１つの曲率を有し、さらに、被加工物の少なくとも１つのエッジは１〜５μｍの粗さＲＭＳを有し、当該粗さは、原子間力顕微鏡および／または白色光干渉計を用いて粗さ測定によって求められ、当該領域において被加工物の材料の特性、たとえば相含有率、屈折率および／または密度が、少なくとも部分的に当該被加工物の他の領域とは異なる、誘電体の被加工物が得られる。
【００６２】
有利には、特に本願にて開示された誘電体の被加工物に線条を形成するための方法を実施するための、および有利には誘電体の被加工物を製造するための装置は、
・光源、特にレーザ光源と、
・被加工物を設けるための装置と、
・被加工物に対して光源の光路を相対的に移動させるための装置と、
・被加工物に対する光源の光路の相対移動を制御するための装置と、
・有利には光学測定によって、被加工物の表面輪郭および／または被加工物の厚さおよび／または被加工物の散乱中心を特定するための装置と
を備えている。
【００６３】
特に有利には、被加工物を設けるための装置は傾動テーブルを備えており、この傾動テーブルは有利には、３つの直交する空間的方向において並進移動可能であり、有利には２つの直交する空間的方向まわりに旋回可能に構成されている。傾動テーブルが固定位置の１つの空間点まわりに、有利には、傾動テーブル上に設けられた被加工物の１つのプロファイル点まわりに相対的に旋回可能に構成されている場合、かかる構成によって、傾動テーブルの旋回により、光源の光路の方向、特にレーザ光源の主光線の光路の方向を、面法線ベクトルの方向において調整することができる。
【００６４】
有利な一実施形態では、被加工物の表面輪郭および／または被加工物の厚さおよび／または被加工物の散乱中心を特定するための装置は、有利には２つの直交する空間的方向において当該被加工物に対して相対的に並進移動可能な測定ヘッドと、複数の異なる波長をそれぞれ異なる焦点距離で集光して光を集光する高発散性の光学系と、を備えており、当該測定ヘッドは多色光源を備えており、被加工物の表面輪郭および／または被加工物の厚さおよび／または被加工物の散乱中心を特定するための装置はさらに、後方反射された光を、特に被加工物１から後方反射された光を分光分析できる分光計を備えている。
【００６５】
有利には、被加工物に対して光源の光路を相対的に移動させるための装置は、３つの直交する空間的方向において傾動テーブルを並進移動させるための、および、２つの直交する空間的方向まわりに傾動テーブルを旋回させるための並進機構部とロボットアームとを備えている。
【００６６】
以下、本発明を有利な実施形態に基づいて、添付の図面を参照して詳細に説明する。添付の図面は明確にするため、かつ分かりやすくするため、実寸の比率通りには示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】被加工物のそれぞれ異なる高さに複数の線条を有する被加工物の概略的な断面図である。
【図２】表面が面平行でない被加工物の表面輪郭を求めるための共焦点測定原理の概略図である。
【図３】理想的には面平行の表面を有する被加工物のそれぞれ異なる深さにある複数の線条の形成の概略図である。
【図４】被加工物を区切る表面および被加工物の散乱中心の位置の、光学測定による特定を示す概略図である。
【図５】表面が面平行でない被加工物と、その面法線ベクトルの計算とを示す概略図である。
【図６】表面が面平行でない被加工物と、その面法線ベクトルの計算とを示す概略図である。
【図７】線条ゾーンが入れられた被加工物の概略的な平面図である。
【図８】本発明の方法により線条ゾーンに沿って分割された被加工物の概略的な平面図である。
【図９】理想的な面平行の表面を有しない被加工物のそれぞれ異なる深さの複数の線条の形成を示す概略図であり、同図では、内部に可動のミラーが配置されたロボットアームと、横方向においてｘ方向およびｙ方向に可動の傾動テーブルとが使用され、当該傾動テーブルはｘ方向およびｙ方向まわりに旋回可能に構成されている。
【図１０】理想的には面平行の表面を有しない被加工物のそれぞれ異なる深さにある複数の線条の形成の概略図であり、同図では、内部に導光体が配置されたロボットアームが使用される。
【図１１】理想的には面平行に延在する表面を有しない被加工物のそれぞれ異なる深さにある複数の線条の形成の概略図であり、同図では、光を導光するための内側鏡面加工された壁を備えたロボットアームが使用される。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
以下の、複数の有利な実施形態の説明では、同一の符号は同一または同一作用の要素および構成を示す。
【００６９】
図１は、誘電体の被加工物１の概略的な断面図であり、この断面図は実寸の比率通りではない。被加工物１は、理想的に平坦な形状からの偏差を有し、当該被加工物１を区切る両表面１１および１２は理想的に互いに平行にはなっておらず、むしろ、被加工物１の厚さは不規則に増大している。
【００７０】
同図はさらに複数の線条３も示しており、概観しやすくするため、これらの線条３全てにはそれぞれ固有の符号を付していない。
【００７１】
さらに、互いに面平行には配置されていない表面１１および１２によって区切られている被加工物１の厚さが、被加工物１の延在方向において変化しており、さらに、表面１１および１２は曲率を有する。本発明の被加工物は一般的には、当該被加工物を区切る表面の横方向の広がりが、当該被加工物の厚さより少なくとも１オーダ大きくなるように構成されている。
【００７２】
一般的に図示の実施例に限定されることなく、被加工物１は、以下の構成のうち少なくとも１つを具備する構成とすることができる：
・被加工物１の表面１１および１２は互いに面平行ではなく、むしろ、当該表面１１および１２の横方向の広がりにおいて当該被加工物の厚さが変化している。たとえば被加工物１は、被加工物１の反射特性を最適化するために表面に、たとえば表面１に意図的にパターンを入れた板材、たとえば角錐形のパターンを入れた板材とすることができる。
また、被加工物１を簡単な楔形とすることができ、または
・表面１１および１２のうち少なくとも１つの表面が、０．１μｍ〜１０ｍの範囲の半径を特徴とする曲率を有する。具体的には、理想的な板材形状からの被加工物１の偏差は、非常に小さい偏差とすることもでき、この非常に小さい偏差は、たとえば反り（warp）またはいわゆるうねりまたは微小うねりを有する板材の場合に存在するものである。
【００７３】
被加工物１の厚さは、少なくとも０．５ｍｍ〜最大２０ｍｍの範囲内である。かかる厚さの場合、一般的に、１つの線条３だけでは被加工物の厚さにわたって、後のきれいな分割を行うために十分な事前傷を当該被加工物に入れることができない。むしろ、このように厚い被加工物の場合には、複数の線条３を順次、当該被加工物のそれぞれ異なる高さ領域に形成する必要がある。
【００７４】
本実施例では最初に、下一列の線条３を形成する。この下一列の線条３は、被加工物１の、レーザとは反対側の表面１２の近くに配置される。その後、第２のステップにおいて他の線条３を、被加工物１のより高い領域に形成する。これら他の線条３は空間的に、有利には先に形成された線条３の厳密に真上に位置する。
【００７５】
図２は、面平行でない表面１１および１２を有する被加工物１の表面輪郭を求めるための共焦点測定原理の概略図であり、同図に示されている被加工物１の平坦性からの偏差はごく僅かしか現れていない。この測定原理は、たとえば国際公開第２００８／００９４７２号（WO 2008/ 009472 A1）にも記載されており、以下説明する。
【００７６】
被加工物１の表面輪郭および／または厚さおよび／または被加工物１の散乱中心を特定するための装置の測定ヘッド５は多色光源５１を備えており、この多色光源５１はたとえば、ハロゲンランプまたはダイオードとして構成することができる。光の可能な限り点状の焦点を達成するためには、光源５１の光はまず絞り部５２を通過し、その次に高発散性の光学系５４に入射して、当該光学系５４はこの光を集光し、その際には、複数の異なる波長がそれぞれ異なる焦点距離で集束される。
一例として、３つの異なる波長λ１，λ２，λ３の光の光円錐が示されている。波長λ１の光は被加工物１より手前で既に集束している。波長λ２の光の焦点は、被加工物の、測定ヘッドおよびレーザの方を向いた表面１１上に位置し、波長λ３を有する光の焦点は被加工物１の表面１２上に位置する。波長λ２およびλ３の光の一部は表面１１および１２において反射されて光学系５４へ戻り、半透過性のミラー５３を介して分光計５５の入射絞り部に集光されて、当該分光計において分析される。それに対して、λ２とλ３との間の波長を有する光が光学系へ反射し戻る程度は僅かのみである。一例のスペクトル５６は、両波長λ２およびλ３に相当する両最大値５７および５８を示している。
【００７７】
両最大値間の間隔Δλは被加工物の厚さを表す尺度であり、被加工物の厚さを測定するために用いられる。このスペクトル間隔Δλは、正規化によって被加工物の厚さｄに換算することができる。さらに、測定ヘッド５に接続されたコンピュータ６９にテーブルを記憶しておくこともでき、このコンピュータ６９は、スペクトル間隔Δλの複数の各値について各厚さ値を記憶している。かかるテーブルは、複数の異なる屈折率の被加工物を使用する場合に有利となり得る。かかる場合には、各被加工物の材料ごとに専用のテーブルをコンピュータ６９に記憶しておくことができる。
【００７８】
このようにして、上記段落で記載されている本装置は、被加工物１の表面輪郭および／または厚さおよび／または被加工物１の散乱中心を特定するための装置の光学測定システムを構成し、被加工物に対して相対的に有利には２つの直交する空間的方向において並進移動可能な測定ヘッド５を備えており、これらの直交する空間的方向は、たとえば図９、図１０および図１１に示されているｘ方向およびｙ方向の方向に延在するものである。
【００７９】
測定ヘッド５はここでは多色光源５１と、その光を集光する高発散性の光学系５４と、を備えており、当該光学系５４では、複数の異なる波長がそれぞれ異なる焦点距離で集光され、後方散乱および／または反射された光、有利には被加工物１から後方散乱および／または後方反射された光を分光分析できる分光計５５を備えている。
【００８０】
被加工物１が設けられている参照面３４（たとえば図５および図６を参照のこと）が、光学測定システムの測定ヘッド５（「共焦点センサ」ともいう）の測定領域内にあり、かつ、被加工物１の曲面の表面１２が当該参照面３４上にある場合、参照面３４の物性如何に応じて、３つのピークおよび反りが現れ、ないしは、被加工物１の反りを、被加工物１の表面１２上の点間の最大高さ差として特定することができ、または、被加工物の表面１１上のプロファイル点２１と参照面３４とについても特定することができる。その際には、被加工物１の厚さばらつきに依存して、表面１１および表面１２にかかる反りの局所的に互いに相違する値を得ることもできる。
【００８１】
図３は、理想的な誘電体の被加工物１、すなわち、両表面１１および１２が互いに面平行である誘電体の被加工物１を、概略的に示す図である。
【００８２】
同図ではレーザ加工装置３５は、高発散性の光学系５４、たとえば球面収差を有する集光レンズまたはアキシコンレンズ等と、当該レーザ加工装置３５の点線で示された光路６４と、によって、概略的にのみ示されている。
【００８３】
図３の左側には、各矢印の隣に文字ｘ，ｙおよびｚを付したものによって、３つの直交する空間的方向が示されており、これら３つの空間的方向は直交座標系を構成し、以下の図の説明に際してもこれらの空間的方向を参照する。理想的に面平行の形状の被加工物１の場合、空間的方向ｚは両表面１１，１２に対して垂直に延在しており、空間的方向ｘおよびｙはこれらの表面１１，１２に対して平行に延在している。
【００８４】
空間的方向ｙは、図３および後続の図において、同図の観察者を基準として「後方」に向かって、すなわち図３の中に向かって延在している。
【００８５】
図３において概略的にのみ示されているレーザ加工装置３５、ひいては高発散性の光学系５４は、モータによって、文字ｘ，ｙおよびｚが付されている双方向矢印のように当該双方向矢印の方向に、ひいては３つの直交する空間的方向ｘ，ｙおよびｚに並進移動することができる。これについては、以下にて図９を参照して詳細に説明する。
【００８６】
厚さｄの被加工物１の場合、レーザ加工装置３５によって、長さＩの複数の線条３を有利にはコンピュータ支援下で、被加工物１のそれぞれ異なる深さに簡単に形成することができる。
【００８７】
概観しやすくするため、線条３全てにはそれぞれ個別の符号は付されていない。
【００８８】
図４には、上述の共焦点測定システムを含む、測定ヘッド５を備えた光学測定システムを示しており、この光学測定システムを用いて、被加工物１の表面１１，１２の相互間の相対的位置を、有利には、表面１１上に位置する複数のプロファイル点２１について特定することができる。これら複数のプロファイル点２１については、図５および図６を参照して詳細に説明する。
【００８９】
この測定ヘッド５を備えた光学測定システムを用いて、たとえば被加工物１内部において線条３の終了点によって得られる散乱中心の位置を特定することができる。この散乱中心も、スペクトル５６の像においてしばしば比較的弱く現れることが多い最大値５９として、両波長λ２およびλ３に相当する両最大値５７および５８の間に生じ、これによって散乱中心の深さ、特に表面１１のプロファイル点２１より下方の深さを、スペクトル５６の像における位置によって表すことができる。
【００９０】
たとえば上述のようにして、複数の線条を規定通りにそれぞれ異なる深さに形成することもでき、具体的にはたとえば、被加工物１の表面１２から内部へ延在する線条３１を形成し、この線条３１に繋がる線条３２を形成して、さらに線条３２に繋がる線条３３を形成することもできる。
【００９１】
また一般的に、同図で示されている表面輪郭または厚さの光学測定の実施例に限定されることなく、光学測定手法とは異なる手法を使用することも可能である。
【００９２】
たとえば表面輪郭の特定は、機械的な走査手法を用いて表面１１を走査することによって行うこともできる。容量測定を用いて厚さないしは表面輪郭を特定することもでき、または、原子間力顕微鏡を用いて走査することによって特定することもできる。
【００９３】
他の光学測定手法として、当業者に自明である干渉測定法、たとえば、光干渉断層撮影法（ＯＣＴ）の形態の干渉測定法も可能である。
【００９４】
図５は、表面１１，１２が互いに面平行でない被加工物１を概略的に示す図である。
【００９５】
測定ヘッド５を備えた共焦点測定システムは、表面１１上の複数のプロファイル点２１の位置を取得する。ここでは分かりやすくするため、プロファイル点２１全てには個別の符号を付していない。
【００９６】
表面１１上の複数のプロファイル点２１の位置が特定された後は、このプロファイル点２１の位置から、コンピュータ６９において表面１１の表面輪郭の像が得られる。ここでたとえば、同様にコンピュータ６９を用いて、このプロファイルデータから局所的な接線を求めることにより、または微分によって、レーザビームの入射位置における表面１１の局所的な曲率、たとえばプロファイル点２１の位置における表面１１の局所的な曲率を計算することができる。
【００９７】
これによって、図５ではプロファイル点２１とｘ方向にずれた位置のプロファイル点２１ｘとを通って延在する接線６０について示されている面法線ベクトル６３の方向が求められる。この接線６０は、ｘ方向に対する当該接線６０の相対的な傾きを求めることによって、ｘ方向における補正角６２を求めるために使用することができる。プロファイル点２１の位置におけるｘ方向に対する接線６０のこの相対的な傾きは、ｘ方向における法線ベクトル６３の（ｚ軸に対する相対的な）傾きに相当し、よって、この傾き角６２により、表面１１に垂直入射するためにレーザ加工装置３５の線条形成のために使用される光路の主光線６５がｘ方向に傾かなければならない角度に正確に一致する。
【００９８】
図６は、プロファイル点２１に対してｙ方向にずれた位置のプロファイル点２１ｙを示しており、このプロファイル点２１ｙを用いて、上述にてｘ方向について説明したように、ｙ方向における補正角を求めることができる。
【００９９】
この補正角は各プロファイル点２１に対して対応付けることができ、各補正角はそれぞれ、ｙ方向におけるｚ方向に対する面法線ベクトル６３の相対的な傾きを表す角度と、ｘ方向におけるｚ方向に対する面法線ベクトル６３の相対的な傾きを表す角度と、を含む。
【０１００】
この傾き角をプロファイル点２１ごとにコンピュータ６９に記憶し、その後に線条形成の際に、レーザ加工装置３５の光路６４の傾きを補正するために使用することができる。
【０１０１】
とりわけこの補正角を用いて、光路６４の主光線６５を当該補正角だけ傾斜させて、この補正角に対応する各プロファイル点２１に入射させることにより、表面１１への光路６４の垂直方向の入射ひいては各法線ベクトル６３の方向の入射を、複数のプロファイル点のプロファイル点２１ごとに保証することもできる。
【０１０２】
ここで開示されている本発明の実施形態において使用される、プロファイル点２１からプロファイル点２１ｘまでの典型的な距離、および、プロファイル点２１からプロファイル点２１ｙまでの典型的な距離は、約３〜５μｍ付近である。これは、表面１１上の複数のプロファイル点２１のラスタ間隔にも相当する。
【０１０３】
よって、元の光線方向６１すなわち補正前の光線方向６１と法線方向６３との間の差を上述のように求めることにより、表面１１上へプロファイル点２１ごとにレーザビームの垂直投射を保証するために、考察対象の表面、ここでは表面１１の特定の位置におけるレーザビームの垂直投射を特に上述のように補正するときの、ｘ方向およびｙ方向における補正角が求められる。
【０１０４】
レーザ加工装置の光路６４のレーザビームが、平行に延在する光のみを有するものでない場合、レーザ光の最大強度が伝播する方向をレーザビームまたは光路の方向とみなす。この最大強度が伝播する方向は、通常は光路６４の主光線に相当し、図３では符号６５が付されている。
【０１０５】
有利な一実施形態では、プロファイル点２１の位置における被加工物１の局所的な厚さを、表面１１上の１つのプロファイル点２１から表面１２までの距離によって、有利には測定ヘッド５を用いて特定することもでき、この局所的な厚さに依存して線条３を被加工物１に入れることができる。
【０１０６】
有利な他の一実施形態では、プロファイル点２１の位置における被加工物１の散乱中心の位置を、表面１１上の１つのプロファイル点２１から当該散乱中心までの距離によって、有利には測定ヘッド５を用いて特定することもでき、散乱中心に依存して、特に散乱中心の位置に依存して、線条３を被加工物１に入れることができる。その際には散乱中心は、各プロファイル点について散乱中心５９の比較的弱く現れる最大値を他に特定できないことで認識できる当該各プロファイル点の下方に位置することを要しない。
【０１０７】
図６は、表面１１，１２が面平行でないことによって特徴付けられる被加工物１の他の図である。当該被加工物１はここでは、曲面のまたは反った板材である。
【０１０８】
有利には上述のように、両表面１１，１２のプロファイルデータを求め、被加工物１の表面輪郭のモデルが得られ、このモデルは、それぞれ表面１１および１２に分類される各プロファイル点２１の対応する位置座標と共に、コンピュータ６９に記憶される。
【０１０９】
このことは有利には、隣り合って有利にはｘ方向および／またはｙ方向に延在する複数の平行な測定区間に沿って測定を行うことにより行われ、これにより、ｘ方向およびｙ方向における差形成または微分、すなわち走査線に沿った方向と当該走査線に対して横方向とにおける差形成または微分を行うことができる。
【０１１０】
次のステップにおいて、コンピュータ６９を用いて、有利には上述のように、各局所的な面法線ベクトルの方向における補正された方向を求めるための各傾きを特定する。
【０１１１】
上述のように法線ベクトルと未補正の光線方向との間の差、ひいてはｚ方向に対して平行に延在する光線方向との間の差を求め、当該差が上述の接線の傾きに相当することにより、各プロファイル点２１に対応した局所的な補正角が得られ、上述のようにコンピュータ６９に記憶される。
【０１１２】
このような各自の補正角によって、プロファイル点２１ごとに局所的にそれぞれ、当該プロファイル点２１における都度の考察対象の表面１１，１２へのレーザ光の垂直投射を保証することができる。
【０１１３】
本発明では、上述の補正角および被加工物１の厚さを、線条ゾーンの規定された推移線上に位置するプロファイル点２１についてのみ特定することも可能である。
【０１１４】
図７は、分割すべき被加工物１の概略図である。線条３（これらの線条３全てには個別の符号を付していない）は線条ゾーン２内に位置する。線条ゾーン２は、線条を配置した線が延在する場所を示すものである。
【０１１５】
線条ゾーンの周囲に、線条３の形成によって阻害ないしは変化されなかった被加工物１の他の領域１３と、線条３の形成によって特性が少なくとも部分的に異なる領域１４と、が存在する。たとえば、領域１４内では材料の屈折率が領域１３に対して変化することができ、または、少なくとも部分的に密度または相含有率が変化している。
【０１１６】
線条ゾーン２に沿って被加工物１を分割して、２つの新たな被加工物を形成することができる。
【０１１７】
図７中、図示の輪郭はたとえば矩形である。しかし、その角は通常は理想的に鋭利な角ではなく、有限の半径を有し、これはたとえばミリメータ領域となり得る。
【０１１８】
また一般的に、図示の実施例に限定されることなく、丸形または楕円形の内側輪郭も可能であり、また、角に丸みをつけた角形の形状も可能である。
【０１１９】
図示されていないが、被加工物を２つの部分に分割できる線を、単純な直線または曲線とすることも可能である。
【０１２０】
図８は、被加工物１から得られた上述の新たな被加工物４を概略的に示す、実寸通りの比率ではない図である。この被加工物４はエッジ４１を有し、このエッジ４１は、元の被加工物１の線条ゾーン２に沿って得られたものである。よってエッジ４１は、その領域において被加工物４の材料の少なくとも一部の特性が被加工物４の他の領域４２とは異なること、たとえば相含有率、屈折率および／または密度が異なることを特徴とする。
【０１２１】
以下参照する図９は、理想的な面平行の表面１１，１２を有しない被加工物１のそれぞれ異なる深さにある複数の線条の形成の概略図である。
【０１２２】
図９にはロボットアーム９０が示されており、このロボットアーム９０は、当該ロボットアーム９０内に配置された可動の、特に規定通りに傾動可能なミラー８０，８１を備えており、これらのミラー８０，８１はコンピュータ６９によって制御されて規定の傾動位置をとり、これによって、レーザ加工装置の光路６４の伝播方向を制御する。こうするためには、ミラー８０，８１は伝送路８２を用いてコンピュータ６９に接続されている。
【０１２３】
有利にはロボットアーム９０内に配置され、またはロボットアーム９０に固定的に接続されて配置されたレーザ８７も、規定された単パルスまたはバーストを出力するようにコンピュータ６９によって駆動制御される。
【０１２４】
伝送路８２を介して、ビーム成形装置の一部としての高発散性の光学系５４またはアキシコンレンズも、コンピュータ６９に接続されている。レーザ光を集光するためには、発散性の光学系５４またはアキシコンレンズを、双方向矢印によって示されているように、長手方向に制御下で移動させることができる。
【０１２５】
かかる移動によって、被加工物１内に、有利には、規定されたプロファイル点２１より下方において被加工物１内の設定可能な深さに、規定された焦点を生成することができる。
【０１２６】
ロボットアーム９０は３つの空間的方向ｘ，ｙおよびｚに制御下で並進移動することができ、また、少なくとも２つの空間的方向において制御下で旋回可能に構成されているので、これによって焦点の正確な位置を規定通りに調整できるだけでなく、レーザ加工装置の光路の方向、ひいては光路の主光線６５の方向を規定通りに調整することもできる。
【０１２７】
ここで上述の方法を適用することによって、表面１１の各プロファイル点２１の表面に対して垂直に主光線６５を入射させるように調整することができる。
【０１２８】
さらに、ミラー８０を規定通りに傾動させることによって、主光線６５が高発散性の光学系５４に入射する場所を調整することもできる。主光線６５が光学系５４の中央に入射せず、中央から脇にずれる場合には、これによって、主光線６５が光学系５４から出射する当該主光線６５の方向も操作することもできる。その際には、傾きを小さくするために発散性の光学系５４を動かさずに維持し、レンズを側方で使用することによってビームの重心を傾け、ひいては主光線６５の方向を傾けることができる。典型的には、最大で約３．６°の傾き角を生じさせることができる。
【０１２９】
図９にはさらに、横方向においてｘ方向およびｙ方向に可動の傾動テーブル９１も示されており、これは、ｘ方向およびｙ方向まわりに旋回可能に構成されている。
【０１３０】
傾動テーブル９１の下部分９３に対して当該傾動テーブル９１の上部分９２をｘ方向に相対的に並進移動させるため、並進機構部９４が設けられている。この並進機構部９４も、伝送路８２を介してコンピュータ６９に接続されている。
【０１３１】
図９には示されていない他の並進機構部が、同様に、下部分９３に対して上部分９２をｙ方向に相対的に並進移動させる。
【０１３２】
傾動テーブルは、同様に伝送路８２を介してコンピュータ６９によって駆動制御される並進機構部９５，９６および９７によって、ｚ方向におけるその位置を移動するだけでなく、規定通りに傾動することもできる。こうするためには、並進機構部９７は並進機構部９５および９６に対してｙ方向に相対的にずらして傾動テーブル９１に取り付けられていることにより、傾動テーブルをｚ方向に規定通りに移動させるだけでなくｙ軸およびｘ軸まわりに傾動テーブルを規定通りに旋回させることもできる３点支持が達成される。
【０１３３】
とりわけこのことによって、被加工物１に線条３を形成するため、発散性の光学系を動かすことに代えて、または発散性の光学系を動かすと共に、傾動テーブルを動かすこともできる。
【０１３４】
よって、有利な本実施形態では、推移線の規定された推移に沿ってレーザビームの入射位置を形成するため、レーザビームの特に主光線６５および／または被加工物１を動かすことができる。
【０１３５】
特に有利な一実施形態では、固定位置の１空間点まわりに相対的に、有利には傾動テーブル上に設けられた被加工物１の１つのプロファイル点２１まわりに相対的に、傾動テーブル９１が旋回できるように構成されており、かかる旋回によって、傾動テーブル９１は独立して、線条ゾーン２に沿って線条３を形成するために必要な全ての動きフローを提供することができる。
【０１３６】
図１０は、レーザ加工装置３５のロボットアーム９０の他の一実施形態を示しており、本実施形態が、図９に示されたロボットアーム９０の実施形態と相違する点は、レーザ８７の光を導光するためにミラー８０および８１を使用する代わりに、たとえばフォトニック結晶ファイバ（すなわち、微細構造中空コアファイバ）等の形態の導光体８８が使用されることのみであり、この導光体８８はとりわけ、使用される超短パルスレーザ８７の光に対して連続動作に耐え得る適性を有し、当該光を高発散性の光学系５４またはアキシコンレンズへ導くものである。
【０１３７】
図１１は、レーザ加工装置３５のロボットアーム９０のさらに他の一実施形態を非常に概略的に示しており、本実施形態が、図９に示されたロボットアーム９０の実施形態と相違する点は、レーザ８７の光を導光するためにミラー８０および８１を使用する代わりに、内部鏡面処理されたロボットアーム３５が使用されることのみであり、このロボットアーム３５はとりわけ、使用される超短パルスレーザ８７の光に対して連続動作に耐え得る適性を有し、図９では非常に簡素化して示されているのみである当該ロボットアーム３５の内側８９での後方反射によって、当該光を高発散性の光学系５４またはアキシコンレンズへ導くものである。
【０１３８】
したがって、上記にて説明した装置、特に、上記の方法を実施するための、および有利には、誘電体の被加工物を製造して当該被加工物を分割するための装置は、それぞれ
光源、特にレーザ光源８７と、
たとえば傾動テーブル９１等の形態の、被加工物１を設けるための装置、および、被加工物１に対してレーザ光源８７の光路６４を相対的に移動させるための装置と、
を備えており、
被加工物１に対してレーザ光源８７の光路６４を相対的に移動させるための装置は、上述の並進機構部９４，９５，９６と、図９に示されていない、傾動テーブル９１の上部分９２をｙ方向に移動させるための並進機構部と、ロボットアーム９０と、を備えており、
本装置はさらに、
被加工物１に対する光源の光路６４の相対移動を制御するための、コンピュータ６９によって構成された装置と、
有利には光学測定によって、被加工物１の表面輪郭および／または被加工物１の厚さおよび／または被加工物１の散乱中心を特定するための装置と、
を備えており、
被加工物１の表面輪郭および／または被加工物１の厚さおよび／または被加工物１の散乱中心を特定するための装置は、共焦点光学センサとして、並進移動可能な測定ヘッド５を備えている。上述のコンピュータ支援される全ての過程において、それぞれ１つのコンピュータ６９を用いることができ、または、有利には複合体として動作する複数のコンピュータを使用することができる。
【０１３９】
本発明では、上記にて記載されたように、方法のステップ全てを順次実施せずに、光学共焦点測定によって、またはレーザ三角測量法、光切断法または二次元干渉測定法によって、表面輪郭、厚さまたは散乱中心の特定をまずは独立して行い、その後に初めて後の時期において、その求められたデータに基づいて線条形成を行うこともできる。
【符号の説明】
【０１４０】
１    被加工物
１１  被加工物のレーザ側の表面
１２  被加工物のレーザ側とは反対側の表面
１３  被加工物の線条ゾーン外の領域
１４  被加工物の線条ゾーン内の領域
２    線条ゾーン
３    線条
４    線条形成により得られた被加工物
５    測定ヘッド
２１  プロファイル点
３１  被加工物の異なる深さにある複数の線条
３２  被加工物の異なる深さにある複数の線条
３３  被加工物の異なる深さにある複数の線条
３４  被加工物１が設けられる参照面
３５  レーザ加工装置
４１  線条形成により生じたエッジ
４２  被加工物の、エッジ領域外にある領域
５１  多色光源
５２  絞り部
５３  半透過性ミラー
５４  ビーム成形装置の一部としての高発散性の光学系またはアキシコンレンズ
５５  分光計
５６  スペクトル
５７  最大値
５８  最大値
５９  散乱中心の比較的弱く現れた最大値
６０  被加工物表面の接線
６１  未補正の光線方向
６２  補正角
６３  面法線ベクトルの方向
６４  レーザ加工装置の光路
６５  レーザ加工装置の光路の主光線
６９  コンピュータ
８０  規定通りに傾動可能なミラー
８１  規定通りに傾動可能なミラー
８２  伝送路
８７  レーザ
８８  導光体
８９  ロボットアーム９０の内側
９０  ロボットアーム
９１  傾動テーブル
９２  傾動テーブルの上部分
９３  傾動テーブルの下部分
９４  並進機構部
９５  並進機構部
９６  並進機構部
Ｉ    線条の長さ
ｄ    被加工物厚
ｘ，ｙ，ｚ  空間的方向
【図１】
2018531797.tif 000003
【図２】
2018531797.tif 000004
【図３】
2018531797.tif 000005
【図４】
2018531797.tif 000006
【図５】
2018531797.tif 000007
【図６】
2018531797.tif 000008
【図７】
2018531797.tif 000009
【図８】
2018531797.tif 000010
【図９】
2018531797.tif 000011
【図１０】
2018531797.tif 000012
【図１１】
2018531797.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月9日(2017.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体の被加工物（１）に線条を形成するための方法であって、
前記被加工物の厚さは空間的に変化し、および／または、前記被加工物を区切る境界面（１１および１２）のうち少なくとも１つは、０．１μｍ〜１０ｍの間の曲率半径を有する少なくとも１つの曲率を有し、
前記方法は、
ａ）前記誘電体の被加工物（１）を設けるステップと、
ｂ）前記被加工物（１）に線条ゾーン（２）の推移線を規定するステップと、
ｃ）レーザが短パルスレーザまたは超短パルスレーザとして構成されているレーザ加工装置（３５）であって、前記レーザは、前記被加工物（１）の透過領域の波長を有するレーザ光を放射し、さらに、ビーム成形のための、特に前記レーザ光の集光のための、ビーム成形装置（５４）を備えているレーザ加工装置（３５）を準備するステップと、
ｄ）前記被加工物（１）の厚さおよび／または表面輪郭および／または前記被加工物（１）の散乱中心を特定するための装置を準備するステップと、
ｅ）前記被加工物（１）の表面輪郭および／または厚さおよび／または前記被加工物（１）の散乱中心を特定するステップと、
ｆ）レーザパルスが前記被加工物（１）に線条（３）を形成するように、レーザ光を単パルスとしてのレーザパルスの形態またはバーストの形態で前記被加工物（１）に作用させるステップと、
ｇ）ステップｂ）において規定された推移線の推移に従って、前記被加工物（１）に対して前記レーザ光を相対的に移動させるステップと、
ｈ）前記被加工物（１）の表面（１１および１２）に関して前記線条の開始点の位置および向きを、ステップｅ）の
前記被加工物（１）の厚さおよび／または
前記被加工物（１）の表面輪郭および／または
前記被加工物（１）の散乱中心
の特定結果に依存して定めて、前記線条ゾーン（２）に、規定された開始点および終了点を有する線条（３）、有利には空洞を形成するように、ステップｆ）およびｇ）を繰り返して、複数の前記線条（３）が、入射する前記レーザ光の方向に上下に重なり合うように、前記線条ゾーン（２）に前記複数の線条（３）を、前記被加工物（１）のそれぞれ異なる高さ区間に形成するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記レーザ光の入射位置における局所的な前記曲率を、特に、前記被加工物の表面の接線として計算し、前記接線に基づいて面法線ベクトルの方向を求める、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記被加工物の厚さは、０．５〜２０ｍｍの間である、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
光学共焦点測定によって、または、レーザ三角測量法、光切断法、光干渉断層撮影法もしくは二次元干渉測定法によって、前記表面輪郭を特定する、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
ステップｂ）において規定された前記推移線の推移に従って前記被加工物（１）に対して前記レーザ光を相対的に移動させる際に、前記レーザ光の入射位置および／または前記被加工物を移動させる、
請求項１または２記載の方法。
【請求項６】
前記被加工物（１）の、前記レーザ光を生成するための装置とは反対側の表面（１２）に近い方の前記線条（３）を、先に形成する、
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
先に形成される前記線条（３）の開始点は、後で形成される線条（３）の終了点である、
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記線条（３）が前記被加工物（１）の一方の表面（１１）から反対側の表面（１２）まで達し、ないしは貫通して、孔を有する表面を形成するように、前記線条（３）を形成する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記線条（３）は、空洞の長さが径より大きくなるように、かつ、前記線条ゾーン（２）内の、前記線条（３）の周囲の誘電体材料の領域（１４）の少なくとも一部が、前記線条ゾーン（２）外にある領域（１３）より高い密度を有するように、管状の空洞として形成される、
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザ光と前記被加工物（１）との非線形光学的な相互作用がなされることにより、前記被加工物（１）中に完全なプラズマ形成および／またはプラズマ爆発が生じて、プラズマ形成が行われた後に前記被加工物（１）に空洞が得られる、
請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記集光装置は、レーザパルスの期間中に前記レーザ光を線焦点の形態で集光するように調整されており、
前記線焦点は、１０ｍｍ以下の長さと１０μｍ以下の径とを前記レーザパルスの伝播方向に有する高い光強度のチャネルによって特徴付けられるものである、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記ビーム成形装置は、集光レンズおよび／またはアキシコンレンズおよび／または光学回折素子、および／または、複数の同心円の線から構成された光学格子、および／または、コンピュータ生成されたホログラムを備えている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
ステップｅ）において求められた前記被加工物（１）の表面輪郭を考慮して、前記レーザ光側の表面（１１）に７５°〜１０５°の間の角度で、有利には９０°の角度すなわち面法線ベクトルの方向に供給するように、前記レーザ光をロボットによって光ファイバおよび／またはミラー複合体を用いて導く、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記被加工物（１）の表面輪郭の特定結果に基づき、前記被加工物の面モデルが得られる、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記線条の形成が終了した後、前記被加工物（１）は、前記線条ゾーン（２）に沿って脆弱化した被加工物（１）となる、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記各線条間に微小の亀裂を生じさせるための分割工程またはクリービング工程を行う、
請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記分割工程は、有利には赤外レーザの照射、有利にはＣＯ２レーザの照射による、亀裂を生じさせるための事前傷線に沿った熱力学的応力の誘発を含む、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記被加工物は、ガラス、有利にはアルミノケイ酸ガラスもしくはホウケイ酸ガラス、またはガラスセラミックである、
請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
０．５〜２０ｍｍの間の厚さを有する誘電体の被加工物（４）であって、
前記厚さは、空間的に変化し、および／または、前記被加工物を区切る境界面（１１および１２）のうち少なくとも１つは、０．１μｍ〜１０ｍの間の曲率半径を有する少なくとも１つの曲率を有し、
前記被加工物（１）の少なくとも１つのエッジ（４１）は、原子間力顕微鏡および／または白色光干渉計を用いた粗さ測定によって測定される、１〜５μｍの粗さＲＭＳを有し、
前記エッジ（４１）において前記被加工物（４）の材料の少なくとも一部の特性は、前記被加工物（４）の他の領域（４２）とは異なり、たとえば相含有率、屈折率および／または密度が異なる、
被加工物（４）。
【国際調査報告】
2018531797.tif 000014
2018531797.tif 000015
2018531797.tif 000016
2018531797.tif 000017
2018531797.tif 000018
2018531797.tif 000019