(57)【要約】パルスレーザの使用による材料の処理の方法であって、超短レーザパルス（２２）の列を生成すること、各レーザパルス（２２）を材料へ、処理経路（２５）のそれぞれに割り当てられた規定の処理点（２６）に関して配向すること、及び合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が材料の第１表面（２）に対する所定の空間的関係を備えるように、各レーザパルス（２２）を合焦させること、を含み、各照射されたレーザパルス（２２）は、材料内にそれぞれの割れ目を生成する。本発明によると、各レーザパルスは、レーザパルスのその焦点における伝播方向に直角な断面によって規定されるところの断面領域が、特定の形状であり、且つ、その副拡幅軸（Ｂ）よりも大きく拡がる主拡幅軸（Ａ）を有するように、そのビームプロファイルに関して成形される。１つの主割れ目（２４）が、各レーザパルス（２２）によって生成され、主割れ目（１２、２４）は、基本的に焦点におけるそれぞれのパルスの主拡幅軸（Ａ）の配向に従い配向される。さらに、各レーザパルス（２２）は、その主拡幅軸（Ａ）の焦点における配向が、割り当てられた処理点（２６）での処理経路（２５）に対するそれぞれの接線の配向に対する所定の配向に対応するように照射される。
2017528322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザの使用による材料（１）の処理の方法であって、材料（１）は、特にパルスレーザの波長について透明又は半透明であり、
‐  超短レーザパルス（２２、２２’）、特に１ナノ秒、特にピコ秒又はフェムト秒未満のレーザパルスのパルス持続時間を有する、の列を生成すること、
‐  各レーザパルス（２２）を材料（１）へ、処理経路（２５）のそれぞれに割り当てられた規定の処理点（２６）に関して配向すること、及び
‐  合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が、材料（１）の第１表面（２）に対する所定の空間関係を備えるように、各レーザパルス（２２）を合焦させること、
を含み、
各照射されたレーザパルス（２２）は、材料（１）内にそれぞれの割れ目を生成する処理の方法において、
‐  レーザパルスのその焦点における伝播方向に直角な断面によって規定されるところの断面領域（１１、３１）が、特定の形状であり、且つ具体的には主拡幅軸（Ａ）に対して直角であるところの副拡幅軸（Ｂ）よりも著しく大きく拡がる主拡幅軸（Ａ）を有するように、各レーザパルスをそのビームプロファイルに関して成形すること、
‐  各レーザパルス（２２）によって１つの主微小割れ目（１２、２４）を生成すること、主微小割れ目（１２、２４）は、
‐  基本的に焦点におけるそれぞれのパルスの主拡幅軸（Ａ）の配向に従い配向された、且つ
‐  焦点における断面領域（１１、３１）のそれぞれの主拡幅軸（Ａ）の広がりよりも著しく大きく、横方向拡幅は、それぞれの主拡幅軸（Ａ）の長さの３〜３０倍の範囲内である
横方向拡幅を有し、及び
‐  焦点におけるその主拡幅軸（Ａ）の配向が、割り当てられた処理点（２６）での処理経路（２５）に対するそれぞれの接線の配向に対する所定の配向に対応するように各レーザパルス（２２）を照射すること、
を特徴とする、上記の方法。
【請求項２】
各レーザパルス（２２）の断面領域（１１、３１）の主拡幅軸（Ａ）の配向は、処理経路（２５）の進路に依存して、ビームプロファイルの、特に断面領域（１１、３１）の中心の周りでの、規定された回転によって適合させられる
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各レーザパルス（２２）は、それぞれの接線の配向から２０°までの角度偏位に対応するところの、その主拡幅軸（Ａ）の所定の配向、を有して照射され、特に、主拡幅軸（Ａ）の配向は、それぞれの接線の配向に対応し、
特に、材料（１）内での割れ目伝播についての所定の時間遅れが、レーザパルス（２２）の主拡幅軸（Ａ）の配向の角度偏位を、それぞれに割り当てられた接線に対して、対応的に設定することによって調整される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
レーザパルスの少なくとも１つは、その断面領域（１１、３１）が楕円形であり、且つ主拡幅軸（Ａ）が楕円形の断面領域（１１、３１）の主軸（Ａ）、によって規定されるように成形され、断面領域（１１、３１）の主軸（Ａ）の長さの副軸（Ｂ）の長さに対する比が、少なくとも１．１：１、特に少なくとも２：１であり、特に２：１から３：１の範囲内、である
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
レーザパルス（２２）の列を材料へ配向した後に、起動レーザパルス（２２”）と材料（１）との相互作用が処理経路（２５）に沿って材料（１）の破砕を起動するように、少なくとも１つの別の起動レーザパルス（２２”）が材料（１）に、規定された処理経路（２５）に関して照射される
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
‐  第１表面（２）上の、又は第１表面に関連する平面内の、及び／又は
‐  連続的に照射されるところのレーザパルス（２２）の少なくとも２つのパルスの間の焦点における、
横方向の間隔が、
‐  それにより生起された主微小割れ目（１２、２４）の横方向の長さの平均に対応する、又は
‐  これらのパルス（２２）の焦点におけるそれぞれの断面領域（１１、３１）の主拡張部、特に主軸（Ａ）、の長さの平均よりも大きい、ここで
‐  それぞれの主微小割れ目（１２、２４）は、規定された間隔で創り出される、又は
‐  それぞれの主微小割れ目（１２、２４）は隣接する、又は
‐  連続するレーザパルスの最初のパルスによって生起された主微小割れ目（１２、２４）は、連続するレーザパルスの２番目のパルスによって誘起された主微小割れ目（１２、２４）に起因して拡大される、
ようにレーザパルス（２２）を配向すること、
を特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
レーザパルス（２２）の特性、特に主拡幅軸（Ａ）の長さ、パルス繰り返しレート、パルス持続時間、及び／又はパルスエネルギー、が処理されるべき材料（１）の性質、特に化学的構成要素、及び／又は材料の厚さ、に対して調整されて、各レーザパルスは、特に材料（１）全体を通って、指定された横方向の長さを有する、及び／又は焦点面に垂直な方向の指定された拡張部を有する、それぞれの主微小割れ目（１２、２４）を生起する
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
材料（１）に配向されるところのレーザパルス（２２）の列の単一レーザパルスは、少なくとも３μｍ、特に少なくとも１０μｍ、の横方向長さを有する主微小割れ目（１２、２４）を生起する、特にここで、単一レーザパルスは、少なくとも１０μＪ、特に約４０μＪ、のパルスエネルギー、フェムト秒オーダーのパルス持続時間を備え、且つ材料（１）は、透明又は半透明であり、特に化学的強化ガラス、強化されていないガラス、又はサファイア、で作られる
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
材料（１）の切断は、処理経路（２５）に沿って隣接する仕方で連続する主微小割れ目（１２、２４）を誘発することによって実行され、切断エッジは、材料（１）内の連続する主微小割れ目（１２、２４）の進路によって規定され、特に、材料（１）の切断は、材料の第１表面に関して０．２〜１０ｍ／ｓ、特に０．２〜３ｍ／ｓ、の範囲内の横方向の切断速度で実行され、切断速度は、少なくとも断面領域の形状、特に断面領域（１１、３１）の主軸（Ａ）と副軸（Ｂ）の長さの比、パルスエネルギー、パルス持続時間、及びパルス切り返しレート、に依存し、
特に、材料（１）の切断は、処理経路（２５）に沿うレーザパルス（２２）の繰り返される照射によって実行され、レーザパルス（２２）を処理経路（２５）に沿って、最初に配向することによって生起された主微小割れ目（１２ａ、１２ｂ、２４）は、少なくとも焦点面に垂直な方向に伝播し、第２回目に又は更なる時にレーザパルス（２２）を処理経路（２５）に沿って配向するとき、特に、焦点の位置は、処理経路（２５）に沿うレーザパルス（２２）の各照射について適合させられる
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
規定されたバーストエネルギーを有するレーザパルスのバーストを生成すること、ここで、レーザパルスのバーストは、材料の割り当てられた点、特に処理点（２６）、に配向され、材料（１）内のそれぞれの主微小割れ目（１２、２４）の規定された誘発と伝播が提供され、特にここで、バーストエネルギーは、少なくとも１０μＪであること
を特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
バーストのレーザパルス（２２）は、
‐  １〜１００ナノ秒の範囲内、特に１０〜２０ナノ秒の範囲内、のパルスからパルスへの時間遅延を有して、特にバーストは、材料の表面に垂直な方向へ１０〜１５０μｍの範囲内、特に４０〜１００μｍの範囲内、の拡幅を有して材料内に微小割れ目（１２、２４）を生成させ、及び／又は
‐  規定されたパワープロファイルを含み、パワープロファイルが、
‐  レーザバーストのパルスのパルスエネルギーの指数関数的な減少、特に、ここで初期のバーストパルスのエネルギーは、バーストエネルギーの１５％〜３０％の範囲内、特にバーストエネルギーの２０％〜２５％の範囲内、である、又は
‐  レーザバーストのパルスのパルスエネルギーの指数関数的な増加、又は
‐  レーザバーストのパルスについての一定のパルスエネルギー
によって規定され、及び／又は
‐  規定されたパルス持続時間プロファイルを備えて、パルス持続時間プロファイルが、
‐  レーザバーストのパルスのパルス持続時間のパルスからパルスへの増加、又は
‐  レーザバースト減少のパルスのパルス持続時間のパルスからパルスへの減少、又は
‐  レーザバーストの１つのバーストの間のパルス持続時間の、特に規定された増加レート及び減少レートを有する、パルスからパルスへの増加と減少の両方、
によって規定され、
生成されること、
を特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
材料（１）の第１表面（２）に補償板（５０）を備えること、ここで、補償板（５０）は、規定された厚さ及び光伝達特性を備え、特に光伝達特性、特に屈折率、は材料（２）の特性に対応し、そしてレーザパルス（２２）は、材料（１）に到達する前に補償板（５０）を通過する
ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも２つの焦点面（Ｅ、Ｆ）が規定され、且つ合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が２つの焦点面（Ｅ、Ｆ）内に存在するように、レーザパルス（２２）を合焦させること、ここで、−レーザパルス（２２）を材料（１）へ配向しながら−
‐  可変の合焦が、可変焦点レンズを用いて焦点距離を変えることによって実行され、及び／又は
‐  静的合焦が、多焦点レンズを用いて少なくとも２つの焦点距離を同時に与えることによって実行される
ことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
パルスレーザの使用による材料（１）の処理の方法であって、材料（１）は、特にパルスレーザの波長について透明又は半透明であり、
‐  超短レーザパルス（２２、２２’）、特に１ナノ秒、特にピコ秒又はフェムト秒、未満のレーザパルスのパルス持続時間を有する、の列を生成すること、
‐  各レーザパルス（２２）を材料（１）へ、処理経路（２５）のそれぞれに割り当てられた規定の処理点（２６）に関して配向すること、及び
‐  合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が、材料（１）の第１表面（２）に対する所定の空間的関係を備えるように、各レーザパルス（２２）を合焦させること、
‐  レーザパルスのその焦点における伝播方向に直角な断面によって規定されるところの断面領域（１１、３１）が、特定の形状であり、且つ副拡幅軸（Ｂ）よりも著しく大きく拡がる主拡幅軸（Ａ）を有するように、各レーザパルスをそのビームプロファイルに関して成形すること、
‐  各レーザパルス（２２）によって、基本的に焦点におけるそれぞれのパルスの主拡幅軸（Ａ）の配向に従い配向された横方向拡幅を有する１つの主微小割れ目（１２、２４）を生成すること、且つ
‐  焦点におけるその主拡幅軸（Ａ）の配向が、割り当てられた処理点（２６）での処理経路（２５）に対するそれぞれの接線の配向に対する所定の配向に対応するように、各レーザパルス（２２）を照射すること、
を含む処理の方法において、
各レーザパルス（２２）は、それぞれの接線の配向から２０°までの角度偏位に対応するところの、その主拡幅軸（Ａ）の所定の配向で照射され、
特に、材料（１）内での割れ目伝播についての所定の時間遅れは、それぞれに割り当てられた接線に対して、レーザパルス（２２）の主拡幅軸（Ａ）の配向の角度偏位を対応的に設定することによって調整される
ことを特徴とする、上記の方法。
【請求項１５】
パルスレーザの使用による材料（１）の処理の方法であって、材料（１）は、特にパルスレーザの波長について透明又は半透明であり、
‐  超短レーザパルス（２２、２２’）、特に１ナノ秒、特にピコ秒又はフェムト秒、未満のレーザパルスのパルス持続時間を有する、の列を生成すること、
‐  各レーザパルス（２２）を材料（１）へ、処理経路（２５）のそれぞれに割り当てられた規定の処理点（２６）に関して配向すること、及び
‐  合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が、材料（１）の第１表面（２）に対する所定の空間的関係を備えるように、各レーザパルス（２２）を合焦させること、
‐  レーザパルスのその焦点における伝播方向に直角な断面によって規定されるところの断面領域（１１、３１）が、特定の形状であり、副拡幅軸（Ｂ）よりも著しく大きく拡がる主拡幅軸（Ａ）を有するように、各レーザパルスをそのビームプロファイルに関して成形すること、
‐  各レーザパルス（２２）によって１つの主微小割れ目（１２、２４）、その主微小割れ目（１２、２４）は、焦点におけるそれぞれのパルスの主拡幅軸（Ａ）の配向に従い基本的に配向された横方向拡幅を有する、を生成すること、且つ
‐  焦点におけるその主拡幅軸（Ａ）の配向が、割り当てられた処理点（２６）での処理経路（２５）に対するそれぞれの接線の配向に対する所定の配向に対応するように、各レーザパルス（２２）を照射すること、
を含む方法において、
少なくとも２つの焦点面（Ｅ、Ｆ）が規定され、且つ合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が２つの焦点面（Ｅ、Ｆ）内に存在するように、レーザパルス（２２）を合焦させること、ここで、−レーザパルス（２２）を材料（１）へ配向しながら−
‐  可変の合焦が、可変焦点レンズを用いて焦点距離を変えることによって実行される、及び／又は
‐  静的合焦が、多焦点レンズを用いて少なくとも２つの焦点距離を同時に与えることによって実行される、
ことを特徴とする、上記の方法。
【請求項１６】
パルスレーザの使用による材料（１）の処理の方法であって、材料（１）は、特にパルスレーザの波長について透明又は半透明であり、
‐  超短レーザパルス（２２、２２’）、特に１ナノ秒、特にピコ秒又はフェムト秒未満のレーザパルスのパルス持続時間を有する、の列を生成すること、
‐  各レーザパルス（２２）を材料（１）へ、処理経路（２５）のそれぞれに割り当てられた規定の処理点（２６）に関して配向すること、及び
‐  合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が、材料（１）の第１表面（２）に対する所定の空間的関係を備えるように、各レーザパルス（２２）を合焦させること、
‐  レーザパルスのその焦点における伝播方向に直角な断面によって規定されるところの断面領域（１１、３１）が、特定の形状であり、副拡幅軸（Ｂ）よりも著しく大きく拡がる主拡幅軸（Ａ）を有するように、各レーザパルスをそのビームプロファイルに関して成形すること、
‐  各レーザパルス（２２）によって１つの主微小割れ目（１２、２４）、その主微小割れ目（１２、２４）は、基本的に焦点におけるそれぞれのパルスの主拡幅軸（Ａ）の配向に従い配向された横方向拡幅を有する、を生成すること、且つ
‐  焦点におけるその主拡幅軸（Ａ）の配向が、割り当てられた処理点（２６）での処理経路（２５）に対するそれぞれの接線の配向に対する所定の配向に対応するように、各レーザパルス（２２）を照射すること、
を含む方法において、
規定された厚さ及び光伝達特性、特に光伝達特性、特に屈折率、が材料（２）の特性に対応する、を備える補償板（５０）を材料（１）の第１表面（２）に備えること、ここで、レーザパルス（２２）は、材料（１）に到達する前に補償板（５０）を通過する、
ことを特徴とする、上記方法。
【請求項１７】
材料（１）、特にパルスレーザの波長について透明又は半透明の材料、の処理をするためのレーザシステム（２０）であって、
‐  規定されたビームプロファイルを有する超短レーザパルス（２２）、特に１ナノ秒、特にピコ秒又はフェムト秒未満のレーザパルスのパルス持続時間を有する、の列を生成するためのレーザ源、及び
‐  各レーザパルス（２２）を材料（１）へ、処理経路（２５）のそれぞれに割り当てられた規定の処理点（２６）に関して配向し、且つ
‐  合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が、材料（１）の第１表面（２）に対する所定の空間的関係を備えるように、各レーザパルス（２２）を合焦させる
‐  ためのビーム規定ユニット、
を備え、
材料（１）に配向され、各それぞれに合焦されたレーザパルスが、材料（１）内にそれぞれの微小割れ目（１２、２４）を生起する、
レーザシステムにおいて、
‐  レーザ源は、各レーザパルス（２２）が、レーザパルス（２２）のその焦点におけるその伝播方向に直角の断面によって規定されるところの断面領域（１１、３１）が、特定の形状であり、且つ、副拡幅軸（Ｂ）、特に主拡幅軸（Ａ）に直交する、よりも著しく大きな拡幅の主拡幅軸（Ａ）を有し、それにより１つの主微小割れ目（１２、２４）が、各レーザパルスによって生起され得、主微小割れ目（１２、２４）は、横方向拡幅を有し、
‐  基本的に、それぞれのパルス（２２）の焦点における断面領域（１１、３１）の主拡幅軸（Ａ）の方向に従い配向された、かつ
‐  焦点における断面領域（１１、３１）のそれぞれの主拡幅軸（Ａ）の拡幅よりも著しく大きく、横方向拡幅は、それぞれの主拡幅軸（Ａ）の長さの３〜３０倍の範囲内であること、そして、
‐  処理機能が、各レーザパルス（２２）が、焦点におけるその主拡幅軸（Ａ）の配向が、割り当てられた処理点（２６）での処理経路（２５）に対するそれぞれの接線の配向に対する所定の配向に対応するように照射されうるような仕方で、ビーム規定ユニット、及び特にレーザ源、を制御するように設計されること、
を特徴とする、上記レーザシステム（２０）。
【請求項１８】
処理機能は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法が、処理機能の実行に際して実行されるような仕方で、設計される、特にここで
‐  ビーム規定ユニットは、可変焦点レンズ、及び／又は多焦点レンズを備える、及び／又は
‐  補償板（５０）が、材料（１）の第１表面（２）に備えられる、
ことを特徴とする、請求項１７に記載のレーザシステム（２０）。
【請求項１９】
材料（１）、特にパルスレーザの波長について透明又は半透明、の処理用のレーザシステム（２０）であって、
‐  規定されたビームプロファイルを有する超短レーザパルス（２２）、特に１ナノ秒、特にピコ秒又はフェムト秒未満のレーザパルスのパルス持続時間を有する、の列を生成するためのレーザ源、及び
‐  各レーザパルス（２２）を材料（１）へ、処理経路（２５）のそれぞれに割り当てられた規定の処理点（２６）に関して配向すること、及び
‐  合焦されたレーザパルス（２２）のそれぞれの焦点が、材料（１）の第１表面（２）に対する所定の空間的関係を備えるように、各レーザパルス（２２）を合焦させること、
‐  のためのビーム規定ユニット、
を備え、
材料（１）に配向され、各それぞれに合焦されたレーザパルスが、材料（１）内にそれぞれの微小割れ目（１２、２４）を生起する、レーザシステムにおいて、
‐  レーザ源は、各レーザパルス（２２）が、レーザパルス（２２）のその焦点におけるその伝播方向に直角の断面によって規定されるところの断面領域（１１、３１）が、特定の形状であり、且つ、副拡幅軸（Ｂ）、特に主拡幅軸（Ａ）に直交する、よりも著しく大きな拡幅の主拡幅軸（Ａ）を有するように、そのビームプロファイルに関して成形可能であるような仕方で設計され、それにより１つの主微小割れ目（１２、２４）が、各レーザパルスによって生起され得、主微小割れ目（１２、２４）は、基本的に、それぞれのパルス（２２）の焦点における断面領域（１１、３１）の主拡幅軸（Ａ）の方向に従い配向された横方向拡幅を有し、かつ
‐  処理機能が、
‐  各レーザパルス（２２）は、請求項１４の方法に記載のその主拡幅軸（Ａ）の配向で照射され得るような、又は
‐  各レーザパルス（２２）は、請求項１５の方法に記載のその主拡幅軸（Ａ）の配向で照射され得、及びレーザパルス（２２）は、請求項１５の方法に従って合焦されるような、ここで、ビーム規定ユニットは可変焦点レンズ、及び／又は多焦点レンズを備える、又は
‐  各レーザパルス（２２）は、請求項１６の方法に記載のその主拡幅軸（Ａ）の配向で照射され得、補償板（５０）が材料（１）の第１平面（２）に備えられる、
ような仕方で、ビーム規定ユニット、及び特にレーザ源、を制御するように設計される、
ことを特徴とする、上記レーザシステム（２０）。
【請求項２０】
請求項１〜１６の何れか１項の方法を制御し、及び／又はそれぞれに実行するためのコンピュータ実行可能命令を有する、特に請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のレーザシステム（２０）上で実行するときの、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、パルスレーザを用いて材料を処理するための方法に関する。ここで、指定された処理経路に沿う材料の精確な切断が高速で可能であるように、第２方向に対してよりもこれと直交する第１方向により大きな空間的拡幅を有する、ビーム断面でのレーザパワー空間分布を有するレーザビームパルスを照射することによって、規定された配位を有する微小割れ目が材料内に生起される。
【背景技術】
【０００２】
脆弱な材料の機械加工のための確立された機械的方法、例えば鋸切断およびスクライビングは、工業的ニーズをしばしば満たすことができず、また品質及び処理量についてのニーズを満たすために、広範な後処理を必要とする。今日、レーザは、様々なタイプの材料の機械加工のために用いられることが増えている。レーザ切断処理、例えば溶融、蒸発、及び融合切断が、金属及びポリマーのような延性材料の切断のために用いられる。これらの方法は、透明又は半透明な材料の切断が要求される高品質かつ切断速度の標準を満たすためには適切ではない。
【０００３】
透明材料のそのような切断のために、公知の具体例として、D. Helie and R. Vallee, “Micromashining of Thin Glass Plates with a Femtosecond Laser （フェムト秒レーザによる薄いガラス板の微細機械加工）”, Proc. of SPIE Vol. 7386, 738639, Photonics North 2009, があり、制御された破砕技術は、これらの材料を加工するために十分適切な方法である。
【０００４】
曲線の且つ閉じた形状の内側の構造物が切断される必要があるときに、レーザの直接アブレーション処理が用いられうる。しかし、アブレーションレート、すなわち直接アブレーション法の処理速度は、レーザ平均パワーに比例し、かつ通常は数ｍｍ／秒に制限される。遅い処理速度に加えて、割れ目の形成、アブレーションの破片による汚染、切断に沿った副次的な損傷（熱の影響を受けた領域）は、レーザ直接アブレーション処理の典型的な欠点である。
【０００５】
ガラス基板の機械加工のためのフェムト秒レーザのフィラメンテーションの応用は、直接アブレーションプロセスに対する興味深い代替である。ディスプレイガラスの高速切断（ここでサンプルは、ガラスの切断の前にフェムト秒レーザパルスを用いて予め処理される）の考えは、Ahmed 達により提案された（F. Ahmed, M.S. Lee, H. Sekita, “Display Glass Cutting by Femtosecond Laser induced single shot periodic void array（単一ショット周期的空隙アレイを誘導されたフェムト秒レーザによるディスプレイガラスの切断）”, Appl. Phys. A (2008) 93, 189-192）。この研究において達成された最大処理速度は、１５ｍｍ／秒であった。速度は、空隙間の最小距離によって限界付けられている。なぜなら、空隙周期が１０μｍより大きいときは、サンプルを切断することが不可能だったからである。
【０００６】
増大された応力およびフィラメンテーションにより誘導された微小キズ(micro-defects)が、薄いホウケイ酸ガラス基板の切断のために用いられること、及びガラスの様々なタイプから単一の３次元部品を製作することは公知である。しかし、生成された切断エッジの制御は、この技術によって実現され得ないので、曲線からなる内部の構造の切断のために上記で提案された方法の適用は、容易ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、（例えば透明又は半透明の）材料についての、より速い速度（例えば、＞１５ｍｍ／秒）での望まれた処理経路に沿う、材料のより精密な処理、特に切断エッジの品質に関して、が可能である、改善された処理方法を提供することが本発明の目的である。
【０００８】
本発明の更なる目的は、高精度且つ高速で、透明又は半透明材料内の曲線の又はそれ以外の形状の輪郭を切断することを可能にするところのレーザ切断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的は、独立請求項の特徴を実現することによって達成される。代替的又は有利な仕方で、本発明をさらに発展させる特徴は、従属請求項に記載される。
【００１０】
本発明は、１つの態様において、透明な材料の内部での微小キズの配向の形成及び制御を用いて、板、ウエハ、及び／又は基板を切断することに関する。これは、材料において曲線の形状構造、及び／又は内側の閉じた形状構造を製作することはもちろん、直線切断のためにも用いられうる。
【００１１】
本発明は、一般にパルスレーザの使用による材料の処理のための方法に関し、特に（パルスレーザの波長に対して）透明又は半透明な材料の処理のための方法に関する。
【００１２】
本方法は、（超短）レーザパルス、特に１ナノ秒未満のパルス持続時間を有するレーザパルス、特にピコ秒レーザパルス、特にフェムト秒レーザパルス、の列を生成すること、及び各レーザパルスを処理経路のそれぞれに割り当てられた規定の処理点に関連させて材料へ配向させること含む。各レーザパルスは、合焦されたレーザパルスのそれぞれの焦点が、材料の第１表面について（特に材料の厚さに対応するｚ軸について）所定の空間的関係を備えるように、合焦される。例えば、各レーザパルスは、合焦されたレーザパルスのそれぞれの焦点が、材料の第１表面に、又は材料の第１表面と反対側の第２表面との間に、又は材料の反対側の第２表面にあるように合焦される。各照射されたレーザパルスは、（特に脆弱な）材料内にそれぞれの微小割れ目(micro-crack)を引き起こす。
【００１３】
主たる物理的な効果（それはレーザエネルギーの透明又は半透明な材料との結合を可能にする）は、非線形吸収である。非線形吸収は、材料内部へのレーザエネルギーの閉じ込めを可能にする。超短レーザパルスの照射は、材料内での非線形過程、例えば非線形吸収及び自己焦点合わせなどを作る
【００１４】
従って、透明又は半透明な材料の処理のために、照射されたレーザパルスのそれぞれの波長は、処理されるべき材料の波長−透明又は波長−半透明の領域に対応する。言い換えれば、照射されたレーザ光の波長は、材料の透明性又は半透明性に従い適合させられる。通常、レーザパルスは、ガラスの処理のために１つの一般的な波長、例えば近赤外領域で照射される。
【００１５】
図１は、従来技術で公知なような、１０４０ｎｍでの１つのフェムト秒レーザパルスの照射によって誘起されたガラス材料１００の内部の一般的なキズを示す。ここで用いられたレーザビームは、完全に対称な円形ビームプロファイルを備える。この円形プロファイルに起因して、生じるキズは、生成されたチャネル１０１の周りの放射状割れ目１０２の集合から成る。そのような割れ目の最小サイズは、典型的には約１０μｍ長である。ガラス内部の微小キズの種類及び形状を制御することが、円形ビームプロファイルを照射することによっては実現され得ないので、本発明の方法は、代わりのアプローチに基づく。
【００１６】
本発明の１の一般的な態様によると、各レーザパルスは、断面領域（それはレーザパルスの焦点における伝播方向に直角なレーザパルスの断面によって規定される）が特定の形状であり、且つ副拡幅軸よりも著しく大きな拡幅の主拡幅軸を有する、特にここで、副拡幅軸は、主拡幅軸に対して直角である（即ち、ビームプロファイルは非円形である）ようにそのビームプロファイルに関して成形される。さらに、１の主微小割れ目が、各レーザパルスによって生起され、主微小割れ目は、基本的にそれぞれのパルスの焦点における断面領域の主拡幅軸の方向に従って配向された横方向拡幅を有する。加えて、各レーザパルスは、焦点における主拡幅軸の配向が、特定の処理点での処理経路についてのそれぞれの接線の配向に相対的な所定の配向に対応するように照射される。そのようなアプローチは、ここで記載された方法の何れか別の仕様、例えば補償板又は多焦点レンズ（以下を参照）と組み合されうる。これらのアプローチの各々は、非円形レーザを用いる、材料の、好ましくはガラスの効率的かつ高品質のレーザ処理の共通の問題への特定の解決策を提供する。
【００１７】
本発明の別の一般的な態様によると、各レーザパルスは、断面領域（それはレーザパルスの伝播方向に直角な焦点面での断面によって規定される）が特定の形状であり、且つ副拡幅軸よりも著しく大きな拡幅の主拡幅軸を有する、特にここで、副拡幅軸は、主拡幅軸に対して直角である（即ち、ビームプロファイルは、好ましい（主）拡幅軸を有する非円形である）ようにそのビームプロファイルに関して成形される。さらに、１の主微小割れ目が、各レーザパルスによって生起され、主微小割れ目は、基本的にそれぞれのパルスの焦点における断面領域の主拡幅軸の方向に従って配向された横方向拡幅を有し、かつ主微小割れ目の横方向拡幅は、焦点における断面領域のそれぞれの主拡幅軸の拡幅よりも著しく大きく、横方向拡幅は、それぞれの主拡幅軸の長さの３〜３０倍の範囲内にある。加えて、各レーザパルスは、焦点における主拡幅軸の配向が、特定の処理点での処理経路についてのそれぞれの接線の配向に相対的な所定の配向に対応するように照射される（材料に照射される）。
【００１８】
本発明の文脈において、断面、特にレーザビームの中心までの距離によって規定される、の領域は、レーザピークパワーの半分（半値全幅、ＦＷＨＭ）に、又はそのパワーの１／ｅ２（ガウスビームプロファイル）までの減少に対応する。通常、基準（１／２又は１／ｅ２）は、断面の形状（楕円形）ではなく、サイズのみに影響する。材料内の望まれた微小割れ目を生起するところのレーザビーム（即ち、レーザパルスのビームプロファイル）の形状に関して、上記で定義されたような断面領域は、レーザビームが通る、焦点又は焦点面それぞれでの対応する断面に関する。
【００１９】
特に、レーザパルスの列の単一のレーザパルスは、少なくとも１０μＪ、特に３０又は４０μＪを超える、のパルスエネルギーを備え、且つフェムト秒レーザパルス又は少なくとも１０ｐｓよりも短い持続時間を有するパルスであり、それは、レーザパルス断面のそれぞれの主拡幅軸の拡幅よりも著しく大きい主微小割れ目の横方向拡幅をもたらす。
【００２０】
本発明による、材料、例えばガラス又はサファイアの基板、を処理するという意味での切断は、好ましくは（切断は単一線走査によって達成されうることを仮定して）それぞれのレーザシステムの以下のパラメータを用いて実行されうる：約３４μＪのパルスエネルギー、２００ｋＨｚまでの繰り返しレート、及び６．８Ｗの平均パワー。さらに、レーザビームは、空間的に平行楕円形ビーム形状に成形され、強度プロファイルは、副スポット径よりも約２．１８倍大きな主スポット径を有する両軸でのガウス分布である。その結果、それぞれの主拡幅軸の長さの３〜３０倍の横方向拡幅を有する主微小割れ目が引き起こされる。サンプルは、好ましくは、６ｍ／ｓまでの速度で焦点まで動かされうる。
【００２１】
ビームプロファイルは、必ずしも「ガウス」プロファイルでなければならないということではなく、代替的に「シルクハット」又は「ドーナツ」プロファイル、又は断面領域での適切な非円形性を与える任意の他のビームプロファイルであってもよいことが理解されるべきである。
【００２２】
さらに、本発明の文脈において、断面領域の（完全）対称性は、連続的な仕方で（すなわち回転の度合いから独立に）回転的に対称的であると理解され、対称性はまた、レーザパルスのビームプロファイルの１実施態様に対応するところの個別的な仕方でのみ（例えば回転の各１８０°に対して）回転対称であることが理解される。例えば本出願では、円形が、対称的であると仮定され、その副軸よりも顕著に大きな主拡幅軸（主軸）を有する楕円形は、対称な仕方である（完全対称ではない）と仮定される。さらに、対称な体は、幾何学的中心を横切る任意の軸に対しては非対称であるとして理解されるべきであり、体は、そのような軸の１つに対して対称性が与えられない限り、非対称であると仮定されるべきである。勿論、非対称な形状は、必ずしも何らかの対称性を備える必要はない。
【００２３】
上記の処理方法によって、材料の制御された扱いが、生起されるキズの形成及び配向における規定された仕方で、材料内に微小キズ（微小割れ目）を生成することによって提供される。（対称な円形ビームの代わりに）記載されたような主拡幅軸を有するレーザビームに起因して、非常に良く規定された単一の主微小割れ目（微小キズ）が、（任意の数の照射割れ目の代わりに）得られる。そこでは、最初に衝突するパルス毎に、単一の主微小割れ目のみが出現する。
【００２４】
勿論、追加的に（放出されたレーザパルスと処理されるべき材料との相互作用によって）生成された著しく小さな副割れ目が存在しうる。その拡幅軸は、主割れ目の拡幅軸とは異なる。しかし、これら副割れ目は、本質的に小さなサイズのために、材料の望まれる処理に貢献しないので、それらは、本発明との関係においては無視しうると考えられる。
【００２５】
レーザビームの断面領域の形状に関して、レーザパルスは、規定された主拡幅方向が断面領域によって与えられるように成形される。こうして、パルスは、細長い形状の種類、例えばストリップ、特に線の方向に対してほとんど拡幅を持たない線、又は長方形（ここで勿論、長方形のより長い辺は、主拡幅軸を規定する）、又は以下に記載されるように主軸及び副軸を伴う楕円形を有しうる。
【００２６】
パルスは、主拡幅軸の配向が処理経路の接線の配向と関係付けられるように、表面に配向されるので、それによって生起された（引き起こされた）各主微小割れ目はまた、その配向について、特にそれぞれの処理点での処理経路の接線の配向、に関係付ける。
【００２７】
本発明による方法が基本的に（しかし排他的ではなく）関係させられるところの処理経路は、曲線的な（湾曲した）処理経路として具体的に表される。
【００２８】
さらに、透明又は半透明の材料により長い主拡幅軸を有する細長いレーザパルスを照射することによって生成されるところの主微小割れ目は、基本的に同じパルスエネルギーを有する円形パルスによって誘起された微小割れ目と比較して、より長い長さを有する。
【００２９】
さらに、従来技術として公知のフィラメント化と対照的に、本方法によって生起された主割れ目は、その断面領域の主軸よりも顕著に大きな横方向サイズである。フィラメント化は、材料全体を貫通する（ｚ方向に）、ビーム断面のサイズの領域において精確な直径のチャネルを生成することを目的とする。本発明との関連において生起されるべき主割れ目は、ビーム径と比較して顕著に大きな横方向拡幅を有することを望まれ且つ生起される。
【００３０】
本発明によると、それぞれの主微小割れ目は、焦点における断面領域のそれぞれの主拡幅軸の長さよりも顕著に長い横方向長さを有して生起される。横方向長さは、焦点面に基本的に平行な方向におけるそれぞれの主微小割れ目の長さに関係する。記載されたように、横方向長さは、レーザビームのそれぞれの主軸の長さの３〜３０倍の範囲内にある。即ち、横方向長さは、レーザによって変容を受けた領域（ここでレーザパルスは材料に衝突する）の拡幅よりも大きい。
【００３１】
結果として、２つの連続するレーザパルスの間の材料での／材料内での間隔は、これに対応して広く、且つ（横処理方向に関する、例えば焦点面内における）いかなる処理の中断もなく切断（処理）経路を依然として与えるように選択されうる。
【００３２】
２つの連続するパルスの間の間隔は、広く選択され得、対応する切断速度は、著しく増加されうる。切断速度は、処理されるべき基板に対してレーザビームを横方向に移動させる速度として定義され、数学的には、基板での２つの連続するパルス間の間隔とレーザパルスが照射される繰り返し周波数との積として定義される。
【００３３】
特に、材料へ配向された２つの連続的に照射されるパルスの間の間隔は、そのようなレーザパルスにより引き起こされた主微小割れ目の長さよりも長く選択される。それにより、より速い切断速度であっても、与えられた要求に従う切断品質が依然として達成されうる。
【００３４】
付け加えると、２つの変容領域の間の、すなわち基板と相互作用する複数のレーザパルスの間の大きな間隔に起因して、処理されるべき材料を通る且つ処理経路に沿ったｚ方向における断面の全体的な粗さが、より良い品質（より少ない粗さ）を有して実現されうる。処理されるべきガラスの粗さは、レーザで変容されない領域において非常に小さい。こうして、レーザパルスの間の間隔が増加すると、非変容の領域は同様に大きくされ、かつ粗さはそれに従って減少する。
【００３５】
特に、レーザパルスの照射について、レーザシステム（即ち、レーザビームがレーザシステムによって照射されるところの点）とレーザシステムと向き合うところの材料の第１表面との間の距離は、レーザビームの焦点距離以下に対応し、そしてレーザシステムと第２表面（その第２表面はレーザシステムからそらされている）との間の距離は、良好に合焦されたビームを提供するために、例えば規定された焦点面においてレーザビームの焦点距離以上である。
【００３６】
代わりに、レーザパルスは、照射されたレーザパルスの焦点が材料内の異なる面内に存在するように、合焦され且つ照射される。このアプローチは、例えば特別に成形された材料の、又は規定された構造を備える材料の処理を可能にする。
【００３７】
言い換えれば、レーザパルスは、少なくとも２つの焦点面が材料内に規定されるように合焦されることができ、そして合焦されたレーザパルスのそれぞれの焦点は、２つの焦点面内に存在するか、又は、レーザパルスを材料の方に向かわせる間に、可変な焦点合わせは、ｚ方向の可変な合焦されたスポットを形成するために、可変焦点レンズを用いて焦点距離を変えることで実行されうる。可変焦点レンズは、需要に応じてレーザビームの照射方向に沿って異なる焦点を提供することを可能にし、例えばレンズの光学的特性を変えることによって焦点距離は同様に変化する。
【００３８】
さらに、静的な焦点合わせは、単一の多焦点レンズを用いて少なくとも２つの焦点距離を同時に提供することによって実行される。そのような多焦点レンズの光学は、異なる焦点距離の少なくとも２つの焦点を同時に規定する。
【００３９】
連続するパルスの焦点距離を変える、又は少なくとも２つの焦点を同時に与えるという上記のアプローチは、少なくとも２つの平面内に割れ目が誘起されるべきであるとき（そのような複数の平面は特に基板の第１表面に平行である）、処理速度の増加を可能にする。
【００４０】
代替的に、レーザビームは、焦点が上方に、しかし依然として第１表面の近くに存在するか、又は下方に、しかし依然として第２表面の近くに存在するように合焦される。
【００４１】
レーザパルスは、好ましくは、１ナノ秒未満の、特に１０ピコ秒未満の、又はフェムト秒領域内の、パルス持続時間を有する超短レーザパルスでありうる。
【００４２】
本発明に関連して、処理されるべき材料は、特に透明な材料、特にガラス又はサファイア、特に強化されたガラス、の形態である。
【００４３】
上記の効果及び特性は、別の利点、即ち、連続するレーザパルスであってパルス相互についての規定された横方向間隔及び規定された配向を有するものを照射することによって、材料内の割れ目の横方向の伝播がその方向に関して制御され且つ規定されうるという利点を与える。引き起こされた割れ目は、基本的に次に続くレーザパルスの焦点における細長い断面領域の主拡幅軸の突出の配向に従い伝播する。即ち、レーザパルスが、表面上に直角に衝突する（レーザビームの伝播横行は、材料の表面に直角である）場合に、割れ目は、基本的に（例えば楕円形ビームプロファイルの）断面領域の主拡幅軸の配向に従い伝播する。
【００４４】
付け加えると、材料内部での微小割れ目の制御された形成及び制御された配向についての本発明の方法は、切断が著しく速い速度で実行されうるという、他のレーザ処理方法（特に切断）を超えた有利点を提供する。このことは、切断に用いられる空隙の間の間隔が、微小割れ目のサイズによって規定されることが原因で、達成される。これらキズがより長い長さを有して創り出されると、より少ないパルスが切断のために放出されなければならず、ひいては切断速度はそれに応じて増加させられうる。
【００４５】
さらに、本発明による方法は、透明又は半透明（波長について）の材料内の曲線の輪郭及び内側の閉じた形状構造の精確な切断を与える。
【００４６】
付け加えると、高品質の切断が提供されて、そこでは切断エッジに沿う切れ端及び破片が発生しない。そして切り傷が一切無いか又は非常に小さな傷を有する処理が、提供される。特に、微小割れ目が切断の後の材料内に一切無いか又は極く僅か残される。
【００４７】
レーザ処理の上記方法は、好ましくは、超短レーザパルス、即ちフェムト秒又はピコ秒オーダーのパルス持続時間を有するパルスを生成するためのレーザシステムで実現されうる。ここで、該システムは、方法を実行するために特定の仕方で具体化されなければならない。一般に該システムは、例えば、イッテルビウム又はネオジム添加レーザ媒質であるイッテルビウム添加ウォルフラムメート（例えば、Ｙｂ：ＫＹＷ、又はＹｂ：ＫＧＷ）又はネオジウム添加ヴァナデート（例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４）を有するモードロックレーザ発振器を備えうる。そのような一般的な構成のシステムは、材料処理の応用について十分に公知である。
【００４８】
本発明の１実施態様によると、各レーザパルスの断面領域の主拡幅軸の配向は、処理経路の進路に依存しつつ、ビームプロファイルの規定された回転によって適合させられる。ビームプロファイルは、特に断面領域の中心の周りを回転させられる。ビームプロファイルのそのような回転可能性は、曲線の経路にも同様に従う材料処理を提供する。ここで、経路の向きの変化に際して、ビームプロファイルの配向は、照射されたパルスが、処理経路へのそれぞれに規定された（主拡幅軸に関する）接線に対して配向されて残るように、適合させられる。
【００４９】
これによって、割れ目伝播を制御する可能性は、細長い、非円形(例えば、楕円形、又は成形された縞)のビームを用いて与えられる。例えば、楕円形ビームは、それぞれの曲率を有する曲線の経路に沿った処理を与えるためにステップ当たり１５°で回転させられる。処理されるべきサンプルへの楕円形ビームの配向の変化は、サンプル、例えばガラスサンプルの内部に生起される微小割れ目の配向の変化を導く。上述されたように、微小割れ目伝播の方向は、基本的に材料の複数の表面の間の焦点における楕円の主軸の方向と一致する。
【００５０】
レーザパルスに対する断面、即ちビームプロファイルの配向の変化は、例えば、光学的又は電気光学要素（例えばミラー、プリズム等）の特定の可変構成によって、及び／又は特定のレーザシステムからのレーザビームを結合することに関する特定の適合によって実現される。配向のそのような適合は、ビーム規定要素によって与えられうる。
【００５１】
ガラスのようなアモルファス材料に対して照射されたレーザパルスの主拡幅軸を配向させることに関しては、パルスが、適切な、材料の処理を与えるために、材料に対してどのように配向されるかということは（材料内に規定された構造がないので）一般的に無関係である。しかし、結晶性の材料の処理及び特に切断に関しては、材料に照射される第１パルスの主軸の配向は、顕著に処理に影響し、特にレーザ切断に関する材料の粉砕の仕方に影響しうる。結晶性構造化材料の精確な切断を提供するために、最初の照射パルスの主拡幅軸の配向は、そのような主拡幅軸の配向が材料の結晶性の構造に対応するような（即ち材料内の結晶の配向に対応するような）仕方で設定されるべきである。このため、処理経路、及び／又は処理されるべき結晶性材料のレーザシステムに対する配向は、それに従って適合させられうる。
【００５２】
処理経路に従う各レーザパルスを配向することに関して、各レーザパルスは、その主拡幅軸の所定の配向で照射され得て、（所定の配向が）それぞれの処理点での接線の配向から２０°まで、特に１０°まで、の角度偏移に対応する。
【００５３】
処理経路に対するそれぞれの接線からの規定された回転的角度偏移を設定することによって、材料内の連続的な割れ目の伝播は、ガラスのような特定の材料について制御されうる（例えば、生起された主微小割れ目は、隣接せずに、主微小割れ目の間に規定の空隙が存在する）。即ち、割れ目の伝播（材料の粉砕）は、レーザ処理の後の規定の時間間隔の後に生じる。そのような材料について、割れ目の伝播は、記載された角度偏移に依存する。この効果及びその制御性は、そのような材料の切断のために有利的であり得、材料は、全処理工程の完了後に、初めて破裂する。
【００５４】
こうして、材料内での割れ目伝播についての所定の時間遅れは、レーザパルスの主拡幅軸のそれぞれに割り当てられた接線に対する配向の角度偏位を対応的に設定することによって調整されうる。
【００５５】
レーザパルスが材料の表面に衝突する位置に関して、パルスは十分に規定された仕方で置かれる。
【００５６】
本発明の特定の実施態様によると、レーザパルスは、表面上の横方向の間隔、又は第１表面に関連する平面内の横方向の間隔、及び／又は連続的に照射されるところのレーザパルスの少なくとも２つのパルスの間の焦点における横方向の間隔が、それにより引き起こされた主微小割れ目の横方向の長さの平均に対応するように、照射される。
【００５７】
こうして、上記の関連において、レーザパルスによって生起された主微小割れ目の長さが、ビーム中心から断面の主拡幅軸に沿って、レーザのパワーが例えばピークパワーの１／ｅ２である点までの（焦点面内おける）距離の３〜３０倍に対応する。そしてそのようなパルスの２つの間の距離は、基本的には生起された主微小割れ目の長さの平均であり、生起された主微小割れ目は、相互に接触している（隣接している）。言い換えれば、１例として、パルスの焦点における主拡幅軸の長さは、２〜３μｍの範囲内であり、そして生起された主微小割れ目は、１０〜６０μｍの範囲内の横（材料の第１表面、及び／又は焦点面に平行な）方向の長さを有し、レーザパルスは、１０〜６０μｍの範囲のそれぞれの値に対応する各他のパルスの間の間隔で照射される。
【００５８】
好ましくは、材料の精確な処理又は切断を提供するために、レーザパルスは、生起された主微小割れ目が横方向に相互に接触又はほとんど接触するように照射される。微小割れ目は、それぞれのパルスの断面の主軸の長さよりも顕著に長い長さを含むので、表面上のパルスの間の間隔は、これに対応してより大きく選択される。
【００５９】
本発明のそれぞれの実施態様によると、レーザパルスは、連続的に照射されるところのレーザパルスの（それらの焦点、又は第１表面上記のそれぞれに関する）少なくとも２つの間の横方向の間隔が、これらのパルスの焦点におけるそれぞれの断面領域の主拡張部、特に主軸、の長さの平均よりも大きいように、照射される。これにより、それぞれの主微小割れ目は、それらの間の規定された間隔で創り出され、又はそれぞれの主微小割れ目は隣接する（基本的に微小割れ目間の間隔はなく且つ基本的に重なりもない）。さらに、連続するレーザパルスの最初のパルスによって生起された主微小割れ目は、連続するレーザパルスの２番目のパルスによって誘起された主微小割れ目に起因して拡大される。
【００６０】
特に本発明によると、レーザパルスは、連続的に照射されるレーザパルスが上記で記載されたように相対的に横方向の間隔で表面に衝突するように照射される。その結果、単一レーザパルス（のみ）が、各それぞれの処理点に配向される。ここで、先行及び続くレーザパルスへの規定された間隔が存在する。
【００６１】
好ましくは、処理経路上の連続する（隣接する）処理点の間隔は、上に概要を示したように横方向の間隔に対応する。こうして、２つの処理点の間の間隔は、これらの点に照射されたパルスによって引き起こされた主微小割れ目の横方向長さの平均に対応しうる。
【００６２】
好ましい実施態様によると、レーザパルスの少なくとも１つは、その断面が（焦点で）楕円形状であるように成形され、そして主拡幅軸は、楕円形の断面領域の主軸（の方向）によって規定される。即ち、主軸は、主拡幅軸に対応する。
【００６３】
本発明による、楕円形のパルスプロファイルのレーザパルスによって線形の主微小割れ目を生起することについて、レーザビーム（それぞれはレーザパルス）は、（楕円形の）断面領域の主軸の長さの副軸の長さに対する関係が、少なくとも１．１：１又は１．２：１であるように構成（成形）される。
【００６４】
本発明の方法によるガラスの切断は例えば、切断品質及び処理速度に関して信頼性の高い良好な結果を示す。ここで、２．１８のビームプロファイル楕円率（即ち、主軸の長さの副軸の長さに対する比が、２．１８：１である）が用いられる。したがって、本発明の特定の実施態様によると、断面領域の主軸の長さの副軸の長さに対する関係は、少なくとも２：１、特には２：１から３：１の範囲内、である。
【００６５】
処理されるべき特定の材料に関する適切な処理について、レーザパラメータは、特に材料のタイプに適合させられる。本発明の実施態様に関して、レーザパルスの特性、特に主拡幅軸の長さ（例えば、ガウスレーザのビームプロファイルの楕円率）、パルス繰り返しレート、パルス持続時間、及び／又はパルスエネルギーが、処理されるべき材料の性質に対して、特に化学的構成要素、及び／又は材料の厚さに対して調整されて、各レーザパルスは、特に材料全体を通る、指定された横方向の長さを有する、及び／又は焦点面に垂直な方向の指定された拡張部を有するそれぞれの主微小割れ目を生起する。
【００６６】
そのようにそれぞれに適合させられたレーザパルスを備えることによって、規定された長さを有する主微小割れ目が、材料内に作り出されうる。そして材料の処理、例えば切断は、より信頼性の高い及び最適化された仕方で実行されうる。
【００６７】
本発明の特定の構成によると、材料に配向されたレーザパルスの列の単一レーザパルスは、少なくとも３μｍ、特に少なくとも１０μｍ、の横方向長さを有する主微小割れ目を生起する。特に、単一レーザパルスは、約４０μＪのパルスエネルギー、フェムト秒オーダーのパルス持続時間を備え、そして材料は、透明又は半透明であり、特に強化された（視覚的に透明な）ガラス、強化されていないガラス、又はサファイア、で作られ、例えば携帯電話の表示部用に用いられるガラスシートである。
【００６８】
本発明の別の構成によると、材料に配向されたレーザパルスの列の単一レーザパルスは、材料の表面に垂直の方向に、１０〜５０μｍの範囲内、特に１０〜３０のμｍの範囲内、の拡幅を有する微小割れ目を引き起こす。
【００６９】
材料に関して、処理は材料を切断する形態であり、そのような材料の切断は、本発明によると、処理経路に沿って隣接する仕方で連続する主微小割れ目を誘発することによって実行され、切断エッジは、材料内の連続する主微小割れ目の進路によって規定される。
【００７０】
特に、材料の切断は、材料の表面に関して０．２〜１０ｍ／ｓ、特に０．２〜３ｍ／ｓ、の範囲内の横方向の切断速度で実行され、切断速度は、少なくとも断面領域の主軸の拡幅（即ち、主軸と副軸との比）に、特に断面領域の主軸と副軸の長さの比に、生起された微小割れ目（微小キズ）の横方向（及び／又は垂直な）長さにパルスエネルギーに、パルス持続時間に、及びパルス切り返しレートに依存する。パルスエネルギー高ければ高い程、生起された主微小割れ目はより大きくなり得、そして、経路に沿って切断するために照射されるべきレーザパルスの数はより少ない。付け加えると、もしパルス繰り返しレートが増加されると、衝突するパルスの間隔はいずれにしても維持されうるので、切断速度は増加される。
【００７１】
相対的に厚い材料の切断に関して、材料の切断は、処理経路に沿うレーザパルスの繰り返される照射によって実行され得、処理経路に沿ってレーザパルスを最初に配向することによって生起された主微小割れ目は、少なくとも焦点面に垂直な方向に伝播し、第２回目に又は更なる時に処理経路に沿ってレーザパルスを配向するとき、特に、焦点の位置は、処理経路に沿うレーザパルスの各向きについて適合させられる。そうすることによって、（処理経路の繰り返しの数に従う）レーザパルスの規定された数が、各処理点に照射され、そして最初に生起された微小割れ目は、照射された各追加のパルスによって拡大されうる。
【００７２】
特に、各そのような操作は、適合された焦点距離で照射されるべきパルスの列を備えるためにレーザシステムと材料サンプルとの間の異なる距離で実行される。代替的に、焦点距離は、それぞれの光学要素を調整することによって適合させられる。例えば、２度目に経路を走査するとき、距離は、レーザビームの焦点が、材料の第２表面（それは、照射するレーザの点から遠ざかる）の範囲に最早なく、むしろ第１表面（それは照射するレーザの点に向き合う）に近いサンプルの「内側」に存在するように増加させられる。
【００７３】
そのような切断についての特定の例として、約０．５５ｍｍの厚さの「Gorilla」ガラス（米国、コーニング社による）は、以下の切断パラメータにより精確にかつ信頼性高く切断されうる。超短レーザパルスは、約２．１８の楕円率を有する楕円形状を備える。パルスエネルギーは、３４μＪであり、そしてパルスは、３．３ｋＨｚの周波数（繰り返しレート）で照射される。このようにして、約１００ｍｍ／秒の走査速度が達成され、切断経路は、４回処理されるべきであり、ひいては２５ｍｍ／秒の効果的な切断速度が得られる。そのような切断は、１４０ｍＷの平均レーザパワーを用いて実行される。パワーを８Ｗまで増すこと且つ繰り返しレートを２００ｋＨｚまで増すことによって、１．５ｍ／秒の切断速度は、達成されうる。
【００７４】
上に例示的に概要を示したような切断プロセスに対して、好ましくはレーザパルスのバースト（単一のパルスの代わりに１つの処理点に連続的に照射された多数レーザパルス）は、各走査でより大きな微小割れ目を得るために用いられる。
【００７５】
こうして、本発明による最適化された（速く且つ精確な）材料処理の観点で、規定されたバーストエネルギーを有するレーザパルスのバースト（即ち、バーストのパルスの総計は、規定された総バーストエネルギーを備える）が生成されうる。レーザパルスのバーストは、材料の割り当てられた点、特に処理点、に配向され、材料内のそれぞれの主微小割れ目の規定された誘発と伝播が与えられ、特にバーストエネルギーは少なくとも１０μＪである。
【００７６】
特に、バーストのレーザパルスは、１〜１００ナノ秒の範囲内、特に１０〜２０ナノ秒の範囲内、のパルスからパルスへの時間遅延を有して生成される。そのような時間遅延は、好ましくは材料の応力緩和時間に依存して選択される。すなわち、もし異なる緩和特性を有する材料が処理されるならば、パルスからパルスへの時間遅延はそれに従うように適合させられる。
【００７７】
大きな利点として、そのようなバーストは、材料内に割れ目を、材料の表面に垂直な方向へ１０〜１５０μｍの範囲内、特に４０〜１００μｍの範囲内、の拡幅をもって引き起こしうる。勿論、生起された割れ目のサイズは用いられた材料及びレーザ構成に依存する。
【００７８】
本発明の特定の実施態様によると、バーストのレーザパルスは、追加的又は代替的に、パワープロファイルを備えて生成される。パワープロファイルは、レーザバーストのパルス（即ち、バースト内のパルス）のパルスエネルギーの指数関数的な減少（特にここで、初期のバーストパルスのエネルギーは、バーストエネルギーの１５％〜３０％の範囲内、特にバーストエネルギーの２０％〜２５％の範囲内、である）、又はレーザバーストのパルスのパルスエネルギーの指数関数的な増加、又はレーザバーストのパルスについての一定のパルスエネルギーによって規定される。
【００７９】
上のバーストは、少なくとも５つのサブパルスを含むことができ、それらは規定されたパルス間の時間遅延を持って生成される。ここで、時間遅延は、全てのパルスに対して変化又は一定でありうる。サブパルスの最初に照射されたパルスは、全バーストエネルギーの約２３％を備え得、そして連続するパルスは、連続的に減少するエネルギーを備えうる。
【００８０】
代替的又は追加的に、バーストのレーザパルスは、規定されたパルス持続時間プロファイルを持って生成される。持続時間プロファイルは、レーザバーストのパルスのパルス持続時間（パルス長）のパルスからパルスへの増加又は減少によって規定されうる。又はレーザパルスの１つのバーストの間のパルス持続時間のパルスからパルスへの増加及び減少の両方によって規定されうる。そのような増加、及び／又は減少は、特定の増加レート及び減少レートを伴い与えられうる。さらに、パルス持続時間（及びエネルギー）は、バースト内のパルスのパルスエネルギーがパルス持続時間の変化によって変わらないように調整されうる。こうして、例えば完全に一定のパルスエネルギーを要求するが、１つのバーストに亘って増加、及び／又は減少するパルス持続時間を適用するときには、改善された結果を示すところの特定の処理パラメータが実現されうる。
【００８１】
例えば、３５０フェムト秒から始まり２．５ピコ秒まで増加する１４パルスバースト（１４個のサブパルスを含むバースト）の増大するパルス持続時間は、断面の表面粗さについて非常に良好な品質へ導く。表面粗さは、ここでバーストにより処理された材料の至るところに生成される切断面（切断表面）に関する。
【００８２】
一般に本発明による方法に関して、レーザパルスは、特に各レーザパルスの断面領域の中心が割り当てられた処理点に依存する材料の表面に又は内部に位置するように、配向（照射）されうる。特に、ここでレーザパルスは、各断面領域の中心が処理経路上にあるように、又はそれぞれの処理点に対応するように、配向される。
【００８３】
本発明の１実施態様によると、補償板は、材料の第１表面（該表面はレーザ源に向き合う）に備えられ、補償板は、規定された厚さ及び光伝達（又は吸収）特性を備え、そしてレーザパルスは、材料に到達する前に補償板を通過する。特に光伝達特性、特に屈折率は、処理されるべき材料の特性に対応する。このようにして、細長い又は楕円形のレーザパルスでのレーザ処理の品質は、さらに、例えばより精確に且つ信頼性の高い仕方で裂開を与える表面の近くに精確な割れ目を生成する能力によって改善されうる。
【００８４】
補償板は、材料上に直接的に、即ち材料と接触して置かれてもよく、又は補償板と材料との間の規定された空隙（例えば、空気又は特定の処理用媒体を満たされた）が備えられてもよい。
【００８５】
本発明はまた、材料、特にレーザの波長（用いられた波長の意味）について透明又は半透明な材料、特に脆弱な材料、の処理のためのレーザシステムに関する。レーザシステムは、規定されたビームプロファイル、特に、１ナノ秒（又は＜１００ピコ秒）、特にピコ秒又はフェムト秒未満のレーザパルスのパルス持続時間を有する超短レーザパルスの列を生成するためのレーザ源、及びビーム規定ユニットは、各レーザパルスを材料へ、処理経路のそれぞれに割り当てられた規定の処理点に関して配向するための、及び合焦されたレーザパルスのそれぞれの焦点が、材料の第１表面に対する所定の空間的関係を備えるように、各レーザパルスを合焦させる（例えば、合焦されたレーザパルスのそれぞれの焦点が材料の第１表面上に、又は第１と反対側の第２の表面の間に存在するように、各レーザパルスを合焦させる）ためにビーム規定ユニットを備える。材料に配向されるところの各それぞれに合焦されたレーザパルスは、材料内にそれぞれの微小割れ目を引き起こす（生起する）。
【００８６】
本発明によると、レーザ源は、レーザパルスのその焦点における伝播方向に直角な断面によって規定されるところの断面領域が、特定の形状であり（即ち、ビームプロファイルは例えば楕円形の形状であり）、且つその副拡幅軸よりも著しく大きく拡がる主拡幅軸を有するように、各レーザパルスをそのビームプロファイルに関して成形可能であるような仕方で設計される。それにより、１つの主微小割れ目が各レーザパルスによって生成され、主微小割れ目は、焦点におけるそれぞれのパルスの断面領域の主拡幅軸の方向に従い基本的に配向された横方向拡幅を有する。さらにシステムは、焦点におけるその主拡幅軸の配向が、割り当てられた処理点での処理経路に対するそれぞれの接線の配向に相対的に所定の配向に対応するように各レーザパルスは照射可能であるような仕方で、ビーム規定ユニットを制御するように設計されるところの処理機能、及び特にレーザ源を備える。
【００８７】
レーザシステムは、特に、レーザパルスのビーム成形及び移動の上記の特徴に従い、規定ユニット及びレーザ源を制御するための制御ユニットを備える。
【００８８】
レーザシステムの特定の実施態様によると、処理機能は、上に記載された方法が処理機能の実行として遂行されるような仕方で設計される。
【００８９】
特に、レーザシステムは、レーザ源、及び／又はビーム規定ユニットに対して少なくとも２つの方向（ｘ及びｙ方向）に移動し得るように設計されるところの台を備え、台は、処理されるべきサンプルの望まれた移動を与える。特にここで台は、レーザパルスが、それぞれの規定された処理点に関する材料に配向されるように動きうる。
【００９０】
さらに、本発明は、上に記載された方法を制御し、及び／又はそれぞれに実行するための、特に上記のレーザシステム上でランするときのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータプログラム製品に関する。すなわち、コンピュータプログラムは、好ましくは、非円形レーザパルスが記載された方法に従って照射されるように適切なレーザシステムを制御するように適合させられる。
【００９１】
本発明による方法及びデバイスは、図面において概略的に示された動作例に関して、純粋に例としてより詳細に以下に記載又は説明される。
ことを特徴とする、上記の方法。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】従来技術から公知であるような円形レーザパルスで処理されたサンプルを通る横引き傷を示す図である。
【図２】本発明による、楕円形ビームプロファイルのレーザパルスで処理された透明材料を通る横引き傷を示す図である。
【図３ａ】本発明により処理されるべき材料上に規定されたビームプロファイルを有するフェムト秒レーザパルスの照射のためのレーザ照射ユニットを示す図である。
【図３ｂ】本発明により処理されるべき材料上に規定されたビームプロファイルを有するフェムト秒レーザパルスの照射のためのレーザ照射ユニットを示す図である。
【図４ａ】本発明による曲線的構造のレーザ切断を示す該略図である。
【図４ｂ】本発明による曲線的構造のレーザ切断を示す該略図である。
【図５ａ】本発明による照射された楕円形パルスの数による横サイズの依存性を示す説明図である。
【図５ｂ】本発明による照射された楕円形パルスの数による横サイズの依存性を示す説明図である。
【図５ｃ】本発明による照射された楕円形パルスの数による横サイズの依存性を示す説明図である。
【図５ｄ】本発明による照射された楕円形パルスの数による横サイズの依存性を示す説明図である。
【図５ｅ】本発明による照射された楕円形パルスの数による横サイズの依存性を示す説明図である。
【図６】本発明による、レーザパルスのバーストのパワープロファイルの実施態様を示す図である。
【図７ａ】本発明によるレーザパルスのバーストのレーザパルスのパルス長の生じ得る変動を示す説明図である。
【図７ｂ】本発明によるレーザパルスのバーストのレーザパルスのパルス長の生じ得る変動を示す説明図である。
【図７ｃ】本発明によるレーザパルスのバーストのレーザパルスのパルス長の生じ得る変動を示す説明図である。
【図８】本発明で用いられたビームプロファイルの測定値を示す図である。
【図９】発明様形状のレーザパルスと透明材料との相互作用及びそれにより生じた主割れ目を示す図である。
【図１０】本発明による透明材料のレーザ切断の特定の方法を示す斜視図である。
【図１１ａ】レーザ処理された材料を通る横引き傷を示す図である。
【図１１ｂ】図１１ａに対応する粗さ分析を示す図である。
【図１２】本発明による、補償板を用いる材料処理の別の実施態様を示す図である。
【図１３】細長いレーザパルスを用いる本発明による材料処理の実施態様及び一連のパルスのための焦点の変動を示す図である。
【図１４】非円形レーザパルスを用いる本発明による材料処理の実施態様及び少なくとも２つの焦点における各レーザパルスの集束を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
図２は、透明材料１、例えば化学的に強化されたガラス、例えば「Xensation（商標）」アルミノケイ酸ガラス（ドイツ、Schott社による）又は「Gorilla（商標）」ガラス（米国、Corning社による）のようなガラスを通る横引き傷（cross cut）を示す。ここで、楕円形ビームプロファイル１１ａを有する超短レーザパルス（すなわち、該レーザパルスの断面１１の形状が楕円形である）は、材料１内での焦点面に直角に衝突する。ビームプロファイル、特にパルス持続時間、及び／又はパルスエネルギーにより規定された仕方で、レーザパルスによって材料１内に運ばれたエネルギーの効果として、単一の主な細長い微小キズ１２（微小割れ目１２）が、材料１内に作り出される。
【００９４】
代替的に、処理されるべき材料は、太陽電池又はフラットパネルディスプレイで用いられるところの伝導性の且つ透明な酸化物フィルム、例えば規定の厚さを持つＺｎＯの酸化物フィルム、によって形成される。
【００９５】
図２から分かるように、微小割れ目１２の横方向の拡幅は、断面領域１１の主拡幅軸（ここでは主軸）の長さよりも顕著に大きい。適切な非円形の細長いビームプロファイル、例えば楕円形ビームプロファイルを有する超短レーザパルスを照射することによって、本発明の意味では、特に材料１上の単一点に２つ以上のパルスを照射することによって、そのような微小割れ目１２は発生する。横方向の長さは、焦点面に基本的に平行な方向における微小割れ目１２の長さに関係する。
【００９６】
本発明による端部での副拡幅軸よりも長い主拡幅軸を持つ（例えば楕円形の）ビームプロファイルを有するレーザパルスの照射により生成された微小割れ目は、材料とレーザ特性との相互作用に起因して、特にそのサイズに関して十分に規定されることは理解されるべきことである。
【００９７】
本発明の上記の実施態様に関連して、レーザビームの焦点における断面領域のサイズは、レーザビーム（チャネル１５）の中心までの距離によって定義され得、該距離は、例えば、（特にガウスビームプロファイルに対する）そのパワーのレーザピークパワーの１／ｅ２への減少に対応する。
【００９８】
図３ａは、本発明により規定されたビームプロファイルを有する超短（例えばフェムト秒、特に＜６００ｆｓ）レーザパルス２２の照射のためのレーザ照射ユニット２０を示す。該ユニット２０は、照射されたレーザビーム２１の向きが、規定された仕方で変えられうるように設計される。こうして、ビーム２１は、規定されたパターンに従って、特に規定された処理経路又は切断経路に沿って処理されるように基板１の表面上を移動させられうる。レーザビームのそのような動きを提供するために、照射ユニット２０は例えば走査用ヘッドを備える。
【００９９】
さらに、照射ユニット２０は、特定の非円形状のレーザビーム２１の伝播方向に直角にレーザビーム２１を通る焦点における断面によって規定されるところの断面領域を持っているビーム形状を有するレーザビーム２１を備える。ここで、ビーム形状の主拡幅に対応している軸の長さは、望まれた形状の副拡幅に対応している別の（直交する）軸の長さよりも長い。規定された速度でレーザビームを表面上で動かし且つ所定のパルス繰り返しレートを有するそのような非円形レーザパルス２２を照射することによって、多数のレーザパルス２２が、表面に照射されうる。ここで、パルス２２は、規定された互いに対する横方向間隔で表面に衝突する。
【０１００】
代替的に、図３ｂに示されたように、レーザビーム２１は、レーザ源２０から一定方向に照射される。ここで、基板１を支持するテーブル１９が準備され、そしてテーブル１９は、ｘ及びｙ方向に移動可能であり、及び／又はレーザ源２０に相対的に回転可能である。こうして、与えられた処理経路に従う処理は、規定された繰り返し周波数及びビームプロファイルの配向を有するレーザパルスを照射しつつ、それに対応してサンプル１を動かすこと（ひいては走査速度を規定すること）によって可能にされる。特に、レーザ照射点とテーブル１９との間の距離は、レーザ源２０又はテーブル１９のどちらか（又は両方）をｚ軸に沿って動かすことによって調整可能である。
【０１０１】
特に、レーザビーム２１を動かすこととサンプル１を動かすこととの組合せが適用されうる。
【０１０２】
好ましくは、２つの連続するレーザパルス２２の表面上の間隔（例えば表面上でのこれらパルスの中心間の距離）又は焦点面（それは基板１の上面と底面との間に置かれている）での間隔が、これらレーザパルスによって生起されるところの、材料（ガラスのタイプのような透明又は半透明材料）内の主微小割れ目の長さの平均長に対応するように、繰り返しレート及び走査速度は適合させられる。
【０１０３】
そのようなレーザパルスによって生じさせられた主微小割れ目の長さは、ここでは基本的に、断面領域の（パルスの細長い断面の）各々の主軸の長さの約５〜１０倍である（より良い表示のために、ここではレーザスポットは生じた微小割れ目と比較して大き過ぎる仕方で表示される）。ここで、断面領域は、ビーム中心でのレーザパルスの強度についての半値全幅（ＦＷＨＭ）値によって定義される（勿論、断面領域は、ビームプロファイルの拡幅を規定することを可能にする従来技術での公知の別のアプローチに基づいて規定されうる）。影響を受けた主微小割れ目の長さは、パルスエネルギー、パルス持続時間、材料の同一点での照射されたパルスの数、及び材料特性のような幾つかの因子に依存する。
【０１０４】
主微小割れ目の長さは、基本的には各々の主拡幅軸の長さの倍数に対応する。そのような照射されたレーザパルス列によって生じた主微小割れ目は、レーザスポットをそれぞれの（主微小割れ目と主拡幅軸の長さの比に対応する）間隔で置くことによってそれぞれに達成された（材料の表面上の）主微小割れ目の間に空間がないように連続的に照射されうる。そのような処理アプローチを用いることによって、材料の連続的な切断が提供される、ここで、それぞれの切断エッジは、各照射されたレーザパルス２２による割れ目の伝播によって規定される。
【０１０５】
特に、処理されるべき（特に切断されるべき）材料に依存して、レーザパルス２２は、断面領域の間及び生起された表面２上の主微小割れ目の間に、規定された空間を有して置かれうる。所定の処理経路に沿う精確且つ十分に規定された材料の裂け目は、主微小割れ目から主微小割れ目までの直接的な接続線に従って生起された複数の主微小割れ目の間で、材料がまた割れるように、依然として与えられる。
【０１０６】
サンプル１上に連続して衝突する２つのパルス２２の間の間隔を最適化する、即ち、今まで通り材料の精確な処理又は切断が、要求される必要性、例えば精度及び切断品質の観点からの必要性に今まで通り合わせることによって可能であるような最大の間隔を選択することによって、最適化された（高）処理（切断）速度が達成されうる。
【０１０７】
１例として、材料は、０．７ｍｍの厚さを有する、視覚的に透明又は半透明（少なくとも約１０４０ｎｍの波長域に対して）な材料の一種（例えば、「Xensation（商標）」ガラス）でありえ、そしてレーザ源２０は、６０ｍＷの平均パワーで運転される、ここで各パルスは、２４μＪのエネルギー、及び１０４０ｎｍの波長、及び２ｋＨｚの繰り返しレートを有する。そのような構成で、１００ｍｍ／秒の走査速度が、約５０μｍの横方向長さを有する微小割れ目を生成することによって達成されうる。ここで、生まれた微小割れ目は、材料の全厚みを貫通して伝播し、ひいてはクリーンな切断が与えられる。レーザ２０のパワーを８Ｗ又はそれ以上にまで増加させることで、約１０ｍ／秒の処理速度が実現できる。そのような処理のために、好ましくはレーザパルスのサブセット（バースト、例えば図６を参照）が、特にもしより厚い材料が切断されるべきであるならば、各切断点に対して適用されうる。
【０１０８】
図４ａは、本発明による曲線的構造のレーザ切断の該略的な表示を示す。一連のレーザパルス２２が、指示された曲線的な処理経路２５に沿って材料１上に照射される（一連のレーザパルスのパルスは、それらの断面領域の配向を除いて同一の特性を備えているので、表示されたパルスの残りの代表として、パルス２２の１つだけが、数字で引用される）。レーザパルス２２は、各パルス２２の規定された断面領域の間の規定された間隔が存在するように設定される。断面領域は、ピークパワーがそのピークパワーの１／ｅ２まで減少する点の、ビーム中心までの距離によって規定されうる。
【０１０９】
ここで、各パルス２２は、材料１内に微小割れ目を引き起こし、（微小割れ目の横方向の長さについての）その拡幅は、焦点における各断面領域の主軸の長さよりも大きい。焦点面は、材料１の第１表面２（レーザ源に向く）と第２表面３（該第１表面２に対向する）との間で規定される。ここでレーザパルス２２は、そのような共通の平面に横たわるところの各焦点を伴い照射される。
【０１１０】
図４ａによる例において示されるように、各パルス２２は、ｚ方向に材料全体１を貫くチャネル２３の１種を生成する。勿論、もしチャネル２３が材料全体１を貫くならば、それは、材料１の厚さに少なくとも依存することが理解されるべきである。レーザパルス２２は、材料１の第１表面２に直交する方向（すなわち、ｚ方向）に作用する。
【０１１１】
図４ｂは、図４ａに示されたのと同様に処理される材料（第１表面２）についての上からの該略図を示す。パルス２２は、生成された主割れ目２４が、基本的に相互に係合するように、且つそれにより１つの連続的なエッジが、生成された主微小割れ目２４によって作られるように規定された相対距離で照射される。
【０１１２】
本発明によると、楕円形ビームの回転によって、主微小キズ２４（割れ目）の配向は、要求された処理方向についていく。このため、レーザパルス２２の楕円形断面の主軸の配向（＝主拡幅軸）は、処理経路２５に対するそれぞれの接線に平行なこれらの軸の方向を与えるように、又はこれらの軸がそのような接線と同軸でさえあるように適合させられる（変化させられる）。言い換えると、各それぞれのレーザパルス２２の主軸は、それが、経路２５のそれぞれの処理点２６における処理経路２５の接線に少なくとも平行であるように設定される。ここで、各レーザパルス２２は、規定された処理点２６へ割り当てられる。
【０１１３】
こうして、本発明によると、如何なる曲線も、処理経路２５の曲線に従うビームプロファイルの回転の原理を用いることによって材料１から切り出されうる。切断エッジは、誘起された主微小割れ目２４の列から現れる。ここで、レーザパラメータ（例えば、パルスエネルギー、繰り返しレート、パルス持続時間、及びレーザパルスの形状）及び処理されるべき材料１の特性（例えば、透明性、厚さ、及び硬さ）は、切断品質及び切断速度を規定する。
【０１１４】
例えば、切断されるべき材料１が、単一レーザパルス２２の照射によって、ｚ軸に沿って材料１内に生起されるところの主微小割れ目の長さよりも厚い場合、１以上のレーザパルス２２は、各処理点２６に対して照射されうるか、又はパルスエネルギーが、材料１全体を貫くところの微小割れ目２４を作るために増やされる。これは、同じ処理経路の反復される走査によって、及び／又は、各処理点に対してレーザバーストを照射することによって為されうる。
【０１１５】
本発明の具体的な実施態様によると、レーザパルス２２のサブ列（バースト、例えば図６参照）は、レーザパルスの集合が材料１の規定された点に衝突し、そしてその点から出現する微小割れ目がその点に照射されたバーストパルスの数により拡大されるように、規定された繰り返し周波数で各処理点２６に対して照射される。それにより、微小割れ目２２は、特に材料の表面に沿って横方向へ、及び／又は表面に直角（ｚ方向）に材料１内へ大きくなる。
【０１１６】
特に、レーザパルス２２は、パルスが割り当てられる処理点２６に衝突するように照射される。ここでより明確に示されるように、レーザパルス２２は、規定されたオフセットで経路２５へ、及び経路２５に沿ったそれぞれの処理点２６へ照射される。
【０１１７】
レーザ特性は、処理経路２５に沿って輪郭を切断する間に適合されられうる。基本的に直線の切断部分を備える処理経路２５の領域のために、より高いエネルギーが、より長い横方向長さを有する微小割れ目を生成するために用いられうる。ここで、より小さなサイズを持つ微小割れ目を生成するために、ひいてはそこに曲線の輪郭をより精確に生成するために、曲線に沿う切断のときに、パルスエネルギーは減らされうる。これに対応して、切断速度、及び／又はパルス繰り返しレートは同様に適合させられる。
【０１１８】
代替的又は付加的に、規定され且つ基本的に一定であるエネルギー量が、処理経路の長さの単位当たりの材料内、又は材料の面積（又は体積）の単位当たりの材料内へ運ばれるように、パルスは規定された処理経路に沿って照射されうる。
【０１１９】
単一の処理点に照射されたレーザパルスの数との関連におけるパルスによって生成された微小キズ２４の横方向サイズに関して、図５ａ〜５ｅは、本発明による、その横方向サイズの照射されたパルスの数への依存性を示す。それにより、パルスは、フェムト秒域でのパルス持続時間であり、且つ約１３ナノ秒の２つの連続するパルスの間の時間遅れ（バースト周波数）で照射される。処理された材料は、化学的に強化されたガラスによって形成される。
【０１２０】
図５ａは、単一パルスの照射により生成された主微小割れ目２４を概略的に示す。特に、この微小割れ目２４の長さは約１９μｍである。図５ｂは、材料の同一点への２つのパルスの衝突で生成された微小キズ２４を示す。ここで、微小キズの長さは、約７０％まで、特に約３２μｍまで増加する。３つのパルスを同一材料の単一点に照射するとき、それによって生起された微小割れ目２４のサイズは、図５ｃに示されたように単一パルスによる微小割れ目のサイズ（約４５μｍ）の約２３６％である。４つのパルスの照射は、図５ｄに示されたように当初の微小割れ目（約５３μｍ）の約２７８％の微小割れ目サイズに導き、そして４パルスを超える、即ち、多数の照射は、図５ｅに示されたように少なくとも５６μｍの長さを有する微小割れ目２４を（示された例に従い）生成する。
【０１２１】
一般に本発明の文脈における上記のようなバーストのバースト生成に関して、材料上の単一（処理）点に持ち込まれた全エネルギーは、照射されたパルスの数に依存せず、例えば３つおよび５つの生成されたバーストパルスについて同じであることが理解されるべきである。言い換えれば、例えば図５ａによる単一パルスのパルスエネルギーは、図５ｂの文脈において照射された２つのパルスのパルスエネルギーの合計に対応する。
【０１２２】
パルスのバーストの上記使用によって引き起こされた微小割れ目の軸方向サイズ（ｚ方向）に関して、例えば、微小割れ目の軸方向長さは、４つのパルスの照射によって、単一パルスによって引き起こされる微小割れ目の軸方向の長さと比較して約「３」の因子まで増加する。
【０１２３】
従って、レーザパルスのバーストの使用は、特に材料の可能な厚さに関して、本発明による方法で処理可能である（即ち精確に切断されうる）材料の範囲を一層広げる。さらに、横方向の微小割れ目サイズがまた違ったように増加するので、より速い切断速度がまた達成されうる。
【０１２４】
さらに、本発明によるバーストモードの使用に関して、１つのバースト内のパルスの性質は、特に処理されるべき材料の種類（性質）に従って適合させられる。好ましくは、パルスからパルスへの時間周期（２つの連続するパルスの間の時間遅延）は、それが、材料の応力緩和時間に基本的に対応するように、又はそれよりも短いものであるように設定される。これは、材料内の微小キズが、（照射されたレーザパルスによる）応力伝播を誘起することによって出現するからである。ここで、応力は、レーザ励起の点での熱衝撃によって引き起こされる。バーストのパルスの間の時間はこれにより、材料のそれぞれの応力緩和時間と同一又はより短いものであるべきである。例えば、化学的強化ガラスの応力緩和時間は、約１０〜２０ナノ秒の範囲内であり、したがってバーストのパルスは、２つの連続するパルスの間の約１３ナノ秒の時間遅延で照射されうる。
【０１２５】
図６は、本発明の文脈における材料の処理のために照射されるレーザパルスのバーストのパワープロファイルの１実施態様を示す。ここで、５つのレーザパルスが、それぞれのバースト内で生成され、バースト内のレーザパルスの数が、処理要求に応じて変化しうる。バースト内のパルスは、規定されたパルスからパルスへの時間遅れ（ラグ）Δｔ内、それは例えば約１３ナノ秒である、に生成される。さらに、バーストの最初のパルスは、特定のパルスパワーＰ１（及びそれぞれのパルスエネルギーＥ１）を備え、バースト内の連続するパルスは、パルスエネルギーを連続的に減少させつつ生成される。
【０１２６】
ここで示されるように、パルスからパルスへのエネルギーは、指数関数的に減少する。そのような指数関数的減少は、特定の実施態様に従い次の関数によって規定されうる。
【数１】
2017528322.tif 000003
ここで、τ＝５０ナノ秒である。
【０１２７】
図７ａ〜７ｃは、レーザパルスのバーストのレーザパルスの起こり得る変化を示す。図７ａは、それぞれのパルス持続時間の増加を示しており、最初のバーストパルスについて約２００〜３００ｆｓ（フェムト秒）の持続時間で開始し、そしてバーストの最後のレーザパルスについて約２７００ｆｓの持続時間で終了している。バーストは１４個のサブパルスを含む。
【０１２８】
図７ｂは、バースト内でのパルス持続時間の反対の変化を示しており、約２７００ｆｓの長い持続時間で開始し且つ５００〜２００ｆｓの範囲内のパルスでバーストを終了する。
【０１２９】
上に記載されたように、バーストレーザパルスの減少する持続時間と増大する持続時間との組合せ（又はその逆）は、本発明の範囲内にある。図７ｃは、１つのバーストのパルス持続時間のそのような調節を示す。最初の６つのパルスは、パルスからパルス長の最小（ここでは約２５０フェムト秒）をもたらすパルスまで、より短い持続時間を有するように設計され、続く（６つの）パルスについての持続時間は再び増加する。描かれたように、持続時間の減少の又は増加のレート（点線の傾き）は、望まれた値に従って調整されることができ、そして最小値の位置は、それに従って変化しうる。即ち、減少する長さを有するパルスの数は、増加する長さを有するパルスの数とは異なりうる。
【０１３０】
図８は、本発明で用いられた楕円形ビームプロファイルの測定値を示す。レーザビームの断面３１が示されており、そのビームは、本発明による材料処理のために規定されたパルス持続時間（パルス持続時間は、通常はパルスのＦＷＨＭ値に基づいて規定される）を有するレーザパルスの形で用いられる。ビームプロファイル、即ち断面領域３１は、主軸Ａ及び副軸Ｂを有する楕円形であり、主軸Ａの長さは、副軸Ｂの長さよりも約２．２倍長い。そのような楕円率は、例えばガラス様の材料内に及び一般的に透明な材料内に、規定された基本的に直線的なキズ（ここでは「主微小割れ目」と呼ばれる）の創出を与える。
【０１３１】
本発明の別の特定の実施態様（図示されていない）によると、主軸の長さの副軸の長さに対する比は、約１．５：１、２：１、３：１、又は３：１を超えることさえある。主軸と副軸との間の比は、好ましくは、処理されるべき材料、並びに出現する微小割れ目サイズ及び切断速度についての最適値に関して選択される。
【０１３２】
さらに、そのような楕円形ビームで測定されたものとして主軸Ａ及び副軸Ｂに沿うビームプロファイルの強度分布が示される。曲線３２は、副軸Ｂの経路内のレーザ照射の強度分布を描き、そして曲線３３は、主軸Ａの経路内のレーザ照射の強度分布を描く。明瞭に分かるように、分布３２、３３は、それらの幅（例えば、半分の高さでの全幅）について相互に著しく異なる。各分布は、それぞれのレーザパルスのビームプロファイルの楕円率についての測定値である。
【０１３３】
図８及び本応用を通しての断面及びビームプロファイルのそれ以外の表示の文脈において、ここで示されたように好ましくはガウスレーザビームの断面が、レーザビーム全体に亘る現実の強度分布の単に概略の表示に過ぎないこと、及びレーザパルスの形状は、ビーム断面の中心での最大値に対して規定されたピークパワーの減少に沿った境界線で描かれていることが理解されるべきである。特に、「半分の高さ／最大値」での全幅（ＦＷＨＨ）値又はピークパワーの１／ｅ２への減少が、レーザパルスの形状（及びサイズ）を表示するために用いられる。
【０１３４】
図９は、処理されるべき透明な材料と、その焦点、焦点面４それぞれで楕円形状の断面領域を有する超短レーザパルス２２との間の相互作用を示す。レーザパルス２２は、透明な材料の第１表面２、即ちレーザ照射点と向き合うその面に直角に配向され、第１表面２に伝わり、そして基本的に焦点面４の付近で材料と相互作用する。高パルスエネルギー（例えば上に記載されたような）、１００ピコ秒未満の超短パルス持続時間、及び少なくとも２：１のビームプロファイルの楕円率によって、主微小割れ目２４が材料内に生成される。
【０１３５】
図から分かるように、微小割れ目２４の横方向の拡幅、即ち少なくとも第１表面２又は焦点面４に平行な拡幅は、実質的にビーム径をその主軸に対して（ｘ方向に）拡げる。さらに、主微小割れ目２４は、ｚ方向に拡がるが、基本的にｘ方向に配向される。
【０１３６】
図１０は、本発明による透明な材料、例えば化学的強化ガラスのレーザ切断の特定の方法を示す（「キック方法」）。楕円形レーザパルス２２’の第１列が、規定された、特に曲線を成す（ここには図示されていない）処理経路に沿って材料１に照射される。ここで、パルスは、生起された主微小割れ目が互いの間で十分な間隔を有するように、ひいてはパルス２２’の第１列で処理された後で材料の破砕が生じないように照射される。
【０１３７】
材料１の破砕を起動するために、少なくとも１つの別のレーザパルス２２”が、処理された処理経路に沿う端部の１つに又は規定された点に向けられ、そして材料１の破砕を起動する。パルスは特に、既に引き起こされた主微小割れ目の少なくとも１つが追加のパルス２２”によって拡大され、ひいては処理経路に沿って材料１の破壊を促進するように照射される。代替的に又は追加的に、別のレーザパルス２２”は、異なるレーザパラメータを用いて生成される。例えば、別のレーザパルス２２”は、より高いパルスエネルギーを備え、又は拡幅の主軸の、拡幅の副軸に対する異なる比を備える。
【０１３８】
言い換えると、一般に、レーザパルスの列を材料へ配向した後に、起動用レーザパルス２２”と材料１との相互作用が、処理経路に沿って材料１の破砕を起動するように、少なくとも１つの別の起動用レーザパルス２２”が、規定された処理経路を参照して材料１に照射される。
【０１３９】
図１１ａは、本発明の方法により処理される材料１を通る横引き傷を示す。処理の方向はｙ方向である。見られうるように、材料１内の変容を受けた領域４１（簡単化のために、それらの内の１つだけに参照符号が付されている）は、材料１と作用する各レーザパルスにより生成される。さらに、各変容を受けた領域４１のそれぞれの割れ目の長さ４２が描かれている。そのような関連する割れ目の長さ４２は、変容を受けた領域４１のｙ方向の幅（基本的にレーザパルスの断面領域の拡幅の主軸に対応する）よりも著しく大きい。
【０１４０】
図１１ｂは、直線４３に沿う地形的測定値（プロファイル）、すなわち変容を受けた平面（ｙ−ｚ平面）及び焦点面（ｘ−ｙ平面）におけるレーザ処理の後の材料１のプロファイルを示す。ｙ方向のそれぞれの位置に亘るプロファイルの高さが示される。曲線のピークは変容を受けた領域４１の地形的特性を示す。地形的曲線のピーク間の間隔４４は、変容を受けた領域の間の間隔（２つの連続するレーザパルスの間の間隔）に対応する。従って、粗さは、主に変容箇所４１の各々で増加するが、そのような変容箇所４１の間の領域においては比較的に低いままである。
【０１４１】
このことは、変容を受けた領域４４の間の間隔が大きければ大きいだけ、処理品質は良好であること、即ち全体的な粗さはより少ないこと、を意味する。本発明による方法を応用することにより、１μｍ未満の粗さ（Ｒａ）が、ここで記載されたようにガラス基板で実現されうる。
【０１４２】
さらに、処理の頑健性が、変容を受けた領域４１の間の間隔４４を増加させることによって改善されうる。従来技術で公知の別のレーザ処理において用いられるパルス間の間隔が小さなケース（例えば３〜５μｍ）においては、次の（連続する）変容を受ける領域の形成（形状、ｚ位置等）は、前に変容を受けた領域によって影響される。そこでの処理窓が、例えば、第２の変容を受ける領域の形成がもはや第１の変容を受けた領域によって影響されないようなＤｍｉｎ〜３−５μｍのパルス間隔によって定義され、及び特に材料が依然制御された仕方で裂かれうるところのＤｍａｘ〜４−６μｍによって定義される。これはまた、処理のために適用可能なレーザ繰り返しレート、切断速度、パルスエネルギー等を制限する。
【０１４３】
本発明による、連続的なレーザパルス（又はバースト）間の拡大された間隔のケースにおいて、第２の（連続的）変容を受けた領域の形成は、第１の変容を受けた領域から独立している（影響されない）。処理窓は、生起される著しく長い横方向割れ目の長さに依存する間隔Ｄｍａｘ≫６μｍ（例えば５０μｍまで）のみによって制限される。
【０１４４】
図１２は、本発明による材料処理の別の実施態様を示す。追加の層又は平面５０が、処理されるべき材料１の頂部、即ちレーザシステムでのレーザ光２１を照射する点と向き合うところのその表面２に備えられる。図示された実施態様によると、補償板５０の（複素）屈折率（ｎ１）は、基板１の屈折率（ｎ２）と同じオーダー、特には同一である。フレネル損失は、ｎ１がｎ２に等しいときに低減されうる。補償板５０の光伝達特性は、好ましくは基板と類似であるように選択される。補償板５０は、レーザ波長について透明又は半透明であってもよい。
【０１４５】
そのような補償要素５０を材料１の上に置くことによって、引き起こされた主微小割れ目の品質は、補償板５０なしでの加工に比較して著しく良くなる。さらに、基板１の上部表面２に近くに誘起された割れ目の観点から見て、著しい改良が成されうる。そのためには勿論、該板５０の厚さとレーザビームの焦点距離とのマッチングが、それぞれに取られなければならない。主微小割れ目がより良好な品質を有するという利点に加えて、上部表面に近い加工のとき、また、切断の直線性が、該板５０の使用によって増大されうる。
【０１４６】
補償板５０は、基板１内の変容を受けた領域４１をその位置（ｚ方向における）及び形状に関して調整することを可能にする。
【０１４７】
従って、楕円形レーザパルスの照射と処理されるべき材料（例えばガラス基板）を伴うそのような補償板５０との組合せは、例えば改良されたガラスの切断品質のための更に改良された処理パラメータをもたらす。
【０１４８】
図１３は、細長い（例えば楕円形の）レーザパルス（横のｘ又はｙ方向に関する）及び連続するパルスのための焦点の変化を用いた材料処理の１実施態様を示す。それぞれのパルスの焦点は、２つの焦点面Ｅ及びＦ内にある。ｚ方向における焦点の位置の変化は、連続するパルスが異なる焦点面Ｅ及びＦに置かれるようにパルスからパルスへと実現されうる。そのような変化は、好ましくは、高い変化の頻度を持って様々な焦点を与えることが出来るレンズを用いて実現される。
【０１４９】
変容を受ける領域４１及びｚ方向の様々な焦点位置を有する割れ目のそれぞれの中心を生成するというこの方法は、割れ目の起動が２以上の焦点面Ｅ及びＦにおいて要求される場合、例えばもし処理されるべき基板１が相対的に厚い厚さである場合に、効果的な切断速度の増加を与える（即ち、１つの焦点面だけに割れ目を創出することを伴う処理は、十分な破砕結果を保証するのに十分ではない）。言い換えると、ｙ方向への１回の走査の間に異なる焦点位置を有するパルスを照射することによって、唯１回の走査で十分である。一方、代替的に従来技術によると、固定の焦点距離を用いる加工において、第２の走査が要求される。
【０１５０】
焦点距離の可変な調整のために配置されるレンズは、好ましくはＭＨｚオーダーの周波数で動作し、各照射されたレーザパルスに対して焦点の位置を変えることをもたらす。
【０１５１】
図１４は、非円形（例えば楕円形）の（横のｘ又はｙ方向に関する）レーザパルス、及びそのそれぞれの照射方向（ｚ方向）に沿って少なくとも２つの焦点（焦点面Ｅ及びＦ）に各レーザパルスを集束する（合焦させる）ことを用いた材料処理の１実施態様を示す。１つのレーザパルスについての２つの焦点のそのような形成は、多焦点レンズによって与えられる。
【０１５２】
そのように処理の大きな利点として、２つの変容を受けた領域は、唯一つのレーザパルスの照射で引き起こされ得て、そのレーザパルスは、異なるｚ位置に２つの割れ目の中心を与え、ひいては処理経路に沿うレーザ光の単一の通過によって比較的に厚い厚さのガラス基板１の切断（開裂）を実現することを可能にする。異なる焦点距離を有する第２の通過は、回避されうる。従って、顕著に高い効率の（より速い）処理速度が、実現されうる。
【０１５３】
本発明は、上記で、部分的には、幾つかの特定の実施態様を参照して示されるけれども、実施態様の様々な特徴の数多くの変形及び組合せが為されうること、及び様々な特徴は、材料のレーザ処理のアプローチ、及び／又は従来技術で公知のパルスレーザシステムと組み合されうることが理解されるべきである。
【図１】
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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５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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