JP2011517299A - 超短パルスレーザによる透明材料処理 - Google Patents
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
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- B29C66/05—Particular design of joint configurations
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- B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
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- B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
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- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/733—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence
- B29C66/7336—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence at least one of the parts to be joined being opaque, transparent or translucent to visible light
- B29C66/73365—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence at least one of the parts to be joined being opaque, transparent or translucent to visible light at least one of the parts to be joined being transparent or translucent to visible light
- B29C66/73366—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence at least one of the parts to be joined being opaque, transparent or translucent to visible light at least one of the parts to be joined being transparent or translucent to visible light both parts to be joined being transparent or translucent to visible light
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- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
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- B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
- B29C65/16—Laser beams
- B29C65/1687—Laser beams making use of light guides
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- B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
- B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
- B29C66/731—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined
- B29C66/7316—Surface properties
- B29C66/73161—Roughness or rugosity
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- B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
- B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
- B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
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Abstract
Description
光学的に透明な材料の切断は機械的な方法によって行われることが多い。おそらく、薄く平坦な材料を切断する最も一般的な方法は機械式ダイシングソーを使用することである。これは、シリコンウェハをダイシングするための、マイクロエレクトロニクス業界における標準的な方法である。しかし、この方法は、部品汚染を回避するために、管理されなければならないかなりの廃物を生じ、プロセスの総合コストの増加をもたらす。さらに、マイクロプロセッサ設計に使用される薄いウェハはダイシングソーによって切断されると飛散する傾向がある。
ガラス及びプラスチックスなどの2つ以上の光学的に透明な材料の接合は種々の産業の用途にとって有益である。光学的な透明性が機能を可能にするか又は補助する、或いはその他の方法でさらなる(例えば、美的な)価値をもたらす任意のタイプのデバイスの構築は、そのような接合プロセスから利益を得ることができる。一例は、目視検査が必要である(例えば、通信及び生体医療産業)コンポーネントの密閉封止である。
からなる。
サブ表面マークのガラスへのパターニングは、2−Dポートレート及び3−D彫刻作品を作るために芸術家によって適合されてきた。これらのマークは、外部照明を必要とすることなく、広範囲の条件下でよく見えるように設計される。
[図2]本発明の一実施形態による、収束されたガウス型ビームによって生成される表面及びバルクのスクライブフィーチャの図である。
[図3]本発明の一実施形態による、複数のサブ表面スクライブ線を生成するためにアクシコンレンズを使用するシステムの図である。
[図4]本発明の一実施形態で使用される収束されたガウス型非点収差ビームの強度等高線プロットである。
[図5]ターゲット材料に対して深さ方向に離間したビームウェストを有する複数の収束ビームを形成するように構成されるシステムを概略的に示す図である。
[図5a]複数の収束スポットを同時に生成するように構成された回折光学要素(diffractive optical element)(DOE)の図である。
[図5b]共線的な複数の収束ビームを迅速に形成するための種々の構成のうちの1つの構成を概略的に示す図である。
[図5c]共線的な複数の収束ビームを迅速に形成するための種々の構成のうちの1つの構成を概略的に示す図である。
[図5d]異なる深さで形成され、且つ、種々の形状及びコントラストを有するフィーチャの実施例を概略的に示す図である。
[図6]本発明の一実施形態による、透明材料を溶接する方法で使用されるシステムの図であり、aはシステムの略図を示し、bは隣接する材料内で収束するビームの詳細を示す拡大図である。
[図7]隆起したリッジが2つの片の間の隙間を充填するために使用される溶接プロセスの図であり、aは隙間を示し、bは下側片の表面のわずかに下にレーザビームを収束することによって形成される隆起を示し、cは隆起したリッジと接合される上側片との間の界面までレーザ焦点が移動するときに形成される溶接を示す。
[図8]矢印マークが、本発明に従って可能なマーキングの実施例として使用されたサブ表面マーキングの図を示す。
[図9]矢印マークが、本発明に従って可能なマーキングの実施例として使用されたサブ表面マーキングの図を示す。
[図10]矢印マークが、本発明に従って可能なマーキングの実施例として使用されたサブ表面マーキングの図を示す。
[図11]例示的なマークアスペクト比についてのエッジ照明及びマーク幾何学的形容を示す図である。
[図12a及び12b]基板のエッジから観察した、エッジ照明の2つの図であり、マークパターンを書き込むときのレーザビームの方向、及び、ビュアシステムがマークされたパターンを検出することになる方向を示す。
[図12a]基板表面が観察方向に直交せず、書き込みレーザビームが基板表面に直交し、マークが底部エッジから照明される図である。
[図12b]書き込みレーザビームが観察方向に平行であり、マークが底部エッジから照明される図である。
[図13a]反射マークの照明及び観察のための例示的な配置構成を概略的に示す図である。
[図13b]最適位置で観察されるマークの写真である。
[図13c]最適でない位置で観察されるマークの写真である。
[図13d]アクティブな照明がない状態で観察されるマークの写真である。
[図14]a、b及びcは、線収束光源によってエッジ照明された、単一基板内の異なる深さに書き込まれる2つのアイコンの写真である。
[図15]アレイ内の特定の要素の選択的な照明が、所望の離散的パターンを生成する多層デジタルカウンタアイコンを示す例示的な図である。
[図15a]微小マークが、2つの異なる基板間の界面で又は界面の近くで書き込まれ、一方の基板内の全反射が、パターンをエッジ照明するために使用される配置構成を示す図である。
[図16]薄いシート内へエッジ照明を結合するオフセットエッジ照明を示す図である。
[図17〜18]基板のエッジから観察された、非エッジ照明及び投影スクリーンの2つの図であり、マークパターンを書き込むときのレーザビームの方向及びマークされたパターンをビュアが見る方向を示す。
[図17]基板が観察方向に直交しないが、書き込みレーザの方向が基板に直交する図である。
[図18]基板が照明に直交せず、観察方向及び書き込みレーザビームの方向が観察方向に平行である図である。
[図19]レーザスクライビングの発明の一実施形態の実験結果を示す光学顕微鏡写真である。
[図20]本発明の一実施形態に従って溶接された溶融シリカを示す画像シーケンスにおいて、aは溶接部を破断する前の溶融シリカを示し、bは溶接部を破断した後の溶融シリカの底部表面を示し、cは溶接部を破断した後の溶融シリカの上部表面を示す。
[図21]本発明に従って作られたガラスマーキングされたサンプルの写真である。
[図22]本発明に従って作られたガラスマーキングされたサンプルの写真である。
[図23]本発明に従って作られたガラスマーキングされたサンプルの写真である。
[図24]a及びbは、長パルスレーザを使用したレーザマーキングによって作られた従来技術の装飾製品の写真、及びその個々のマークの写真である。
[図25]a及びbは、図11に示す略図と同様に配向した、ガラスから得られた断面の顕微鏡画像、及びポリカーボネートサンプルから得られた断面の顕微鏡画像である。
[図26a]強化ガラス及びサファイア材料サンプルに関して得られた種々の実験結果を示し、顕微鏡画像は、複数の深さ方向ロケーション及び種々の横方向(X−Y)ロケーションに収束されたビームを提供するIR/緑色の共線的多焦点ビーム発生器によって得られた結果を示す。
[図26b]強化ガラス及びサファイア材料サンプルに関して得られた種々の実験結果を示し、顕微鏡画像は、複数の深さ方向ロケーション及び種々の横方向(X−Y)ロケーションに収束されたビームを提供するIR/緑色の共線的多焦点ビーム発生器によって得られた結果を示す。
[図26c]強化ガラス及びサファイア材料サンプルに関して得られた種々の実験結果を示し、顕微鏡画像は、複数の深さ方向ロケーション及び種々の横方向(X−Y)ロケーションに収束されたビームを提供するIR/緑色の共線的多焦点ビーム発生器によって得られた結果を示す。
[図26d]強化ガラス及びサファイア材料サンプルに関して得られた種々の実験結果を示し、顕微鏡画像は、複数の深さ方向ロケーション及び種々の横方向(X−Y)ロケーションに収束されたビームを提供するIR/緑色の共線的多焦点ビーム発生器によって得られた結果を示す。
図1は、その後の割断のために透明材料をスクライブする方法である本発明の一実施形態を示す。この実施形態は、超短レーザパルスのビーム(2)を生成するレーザシステム(1)、所望のレーザビーム強度分布を生成する光学システム(6)、及びレーザパルスの波長に対して透明なスクライブされるターゲット材料(7)を使用する。さらに、Z軸ステージ(8)はビーム焦点位置(深さ)制御のために使用され、自動化されたX−Y軸ステージアセンブリ(9)は加工品(7)を収束したレーザビームに対して横方向に移動させるために必要とされる。或いは、走査ミラー(3)、(4)、及び(5)を使用して固定ターゲット材料に対してレーザビーム(2)が移動し得る。
本発明の別の実施形態は、透明材料のレーザ溶接のためのプロセスに関する。図6に示すように、本実施形態は、高繰返しレートの超短レーザパルスビーム(51)を生成するレーザシステム(50)、十分な収束パワーの収束要素(55)(例えば、レンズ、顕微鏡対物レンズ)、及び、その少なくとも一方がレーザの波長に対して透明である、一緒に接合される少なくとも2つの材料(56)及び(57)の使用を必要とする。さらに、ビーム焦点ポジショニングステージ(58)はレーザビーム(51)の焦点位置を調整するために使用され、自動化された動きステージアセンブリ(59)は加工品(56)及び(57)を収束されたレーザビームに対して移動するために一般に必要とされる。
図1aに示す同じシステムが、透明材料内にサブ表面マークを作るために使用され、印加されるレーザビームは透明材料基板の表面の下に収束される。
フィーチャ、例えば、マークの可視性トレードオフは、一般に、
照明されるとはっきり見える(オン可視性)
照明されないと見るのが難しい(ほとんど見えない)(オフ可視性)
として規定されてもよい。
図8〜12及び14は透明材料内のサブ表面マークの実施例を示す。サブ表面マークは、マークを形成する局在化したミクロクラックから散乱する光のために見えた。マークは、観察方向に垂直なマークの断面積と比較して、エッジ照明に垂直な方向に実質的に大きな断面積を有する。そのため、マークはエッジ照明によってより明瞭に見え、エッジ照明がない場合、ほとんど見えない。
図14は、2つのアイコンが単一基板に書き込まれる多層アイコンディスプレイの実例を示す。図14aの緑色矢印は基板の右にある緑色光源によってエッジ照明されている。図14bの赤色ハザードサインは基板の上部にある赤色光源によってエッジ照明されている。図14cは両方の光源がオフであるときの基板を示す。両方のアイコンはガラス基板の同じ領域内にあるように見える。個々のアイコンは各光源を切換えることによって選択的に照明され得る。その理由は、レーザ書き込みマークがガラス内の異なる深さにあり、2つの光源が、線焦点の軸がガラス基板の平面に平行である円柱レンズを使用して線収束されるからである。
一部の実施形態では、アイコンは非エッジロケーションから照明される。図17は、基板が、照明及び観察方向に対して直交しないアイコンの非エッジ照明を示す図である。しかし、書き込み方向は基板に対して直交した。
先の実施例では、グラフィカルパターンはターゲット材料に書き込まれる。これは、後でパターンが変更されるか又は再プログラムされることができないため、ディスプレイの柔軟性を制限する。微小マークの大きく均一なフィールドもまた、スクリーンとして使用されることができ、グラフィクスは、迅速走査ミラー又はLEDのアレイなどの異なる方法を使用して投影される。
種々の実施形態では、アイコンの処理条件は可視性トレードオフについて最適化されてもよい。より速い併進速度又はより低いパルスエネルギーなどの異なる処理条件を使用して、少なく散乱するマークを作ることが可能である。これらのパラメータを制御することによって、「より白い(whiter)」領域が少ない光を散乱し、「より黒い(blacker)」領域がより多くの光を散乱する、又は、その逆である「グレースケール(grayscale)」アイコンを生成することが可能である。
一部の実施形態では、ガラス以外の材料の表面及び/又はバルクが修正されてもよい。1つ以上のレーザビームが、照明及び検出のための適した配置構成によって検出可能なフィーチャを形成する可能性がある。
スクライビングに加えて、図5に示す多焦点機械加工が、切断、溶接、接合、マーキング、又は他の機械加工動作に利用されてもよい。
1.超短パルスレーザスクライビング
図19に示すように、レーザビームの1回のパスによって、20X非球面収束対物レンズ(焦点長8mm)を使用して、一対のスクライブ線(表面溝(70)及びサブ表面スクライブフィーチャ(71))が100μm厚サファイアウェハ内に同時に機械加工された。割段小面は良好な品質を示している。走査速度は40mm/秒であった(最適化されていない)。
多数のレーザパルスが、溶接される材料の特定の領域内に吸収された後、加熱、溶融、及び材料の混合が起こり、冷却すると別個の材料が一緒に融着される。材料を一緒に溶接するのに必要なパルス数は、他のプロセス変数(レーザエネルギー、パルス繰返しレート、集光幾何学形状など)並びに材料の物理特性に依存する。例えば、高熱伝導率と高融点の組合せを有する材料は、溶接が起きるための照射容積内で十分な熱の蓄積を達成するために、より高いパルス繰返しレート及びより低い併進速度を必要とする。
200kHzのパルス繰返しレートで動作し、且つ、1045nmの波長を有する高繰返しレートのフェムト秒パルスレーザ源による実験は2つの光学的に透明な材料のレーザ接合をもたらした。特に、約2μJレーザパルスは、100mm焦点長レンズによって、1/4インチ厚さの透明ポリカーボネート片の上部表面を通り、同じサイズの透明ポリカーボネート片の上部表面と底部表面の界面に収束された。ポリカーボネート片は材料の界面近くへのビーム焦点領域の位置決めを維持しながら、直線的に且つレーザ伝搬方向に垂直な平面内で併進した。2つの片はレーザ照射界面で一緒に融着され、両者を破断させて、互いに自由にするためにかなりの力が必要とされた。
図21は、側面から緑色光源によって照明された矢印マークを有するガラスサンプルを示す。ここでは、矢印パターンが明瞭に見える。図8〜10の図は矢印パターンの詳細を示し、照明光源に垂直な、異なる深さの線(この場合、緑色)はレーザ光を厳密収束させることによって生成された。こうしたマークを形成するために使用されるレーザパラメータ及び走査速度は以下の表に見出され得る。
実験は、図5cに示した波長結合プロセスを使用して実施され、また、種々の深さにおけるフィーチャ形成を試験し、飛散を回避するようにパラメータを調整する予備的な単一ビーム実験を含んだ。ソーダライムガラス、強化ガラス、及びサファイアサンプルが処理された。1mm厚を有するソーダライムガラス(例えば、顕微鏡スライド)は、その低いレーザ修正閾値及び低コストのために最初に試験された。強化ガラス及びサファイアは広範な工業的使用及びレーザ機械加工に関する潜在的な挑戦のために、かなり重要である。
強化ガラスをスクライブし、破断する能力が、2波長、複数ビーム処理を含む超短レーザパルスによって試験された。カバーガラス板700μmがこれらの実験で利用された。市販のある強化ガラスは、携帯型電子機器のために、例えば、化学強化表面を有するタッチスクリーンとして使用するために特に設計され、700μm〜2mmの厚さを有する。
考えられる飛散を回避するために、レーザ曝露線は、サンプルの前部表面の下、約240μmで最初に試験され、次に、表面の上、約120μmまで徐々に上げられた。FCPA μJewel D−1000レーザシステムは、以下のパラメータで、強化ガラスをスクライブするために使用された。
レーザ:IMRA FCPA μJewel D−1000
波長:523nmのSHG
パルス繰返しレート:100kHz
収束レンズ:SHG用にコーティングされた16X非球面
レーザパワー:400mW SHG
スキャン速度:20mm/秒
焦点深さ:−240μm(内部)から+120μm(表面の上)
ガラスは、その後、スクライブ及び破断プロセスについて試験された。最初に、20mm/秒のスキャン速度、400mWのSHGパワー、及び−30μmのレーザ焦点によって形成された単一表面アブレーション線が使用された。図26b−1はクラックのトレース(左)及び表面粗さのトレース(右)に関してガラスの破断小面を示す。
共線的2色スクライブもまた、強化ガラスについて試験された。広い範囲のパワーの組合せ(SHG及びIR)が利用された。ガラスは、以下のパラメータによって、明瞭に破断した。
レーザ:IMRA FCPA μJewel D−1000
パルス繰返しレート:100kHz
波長:SHG及びIR
パワー:150mW SHG及び460mW IR
焦点:IRは表面、SHGは、表面の下、約200μm
スキャン速度:20mm/秒
実験はまた、サファイアに関して実施された。2つの別個の基板フィーチャが生成された。しかし、スクライブ線に沿う有効な破断は得られなかった。この試験ウェハの処理は、基板フィーチャのサイズに対して約0.5mmのウェハ厚によって制限される可能性がある。こうした大きな厚さは、生成されるスクライブ修正のサイズについて過剰である可能性がある。図26dの各深さにおける2つの線は25μmだけ分離されている。異なる深さにおけるさらなる共線的スクライブパスは許容可能な割断結果を提供することが予想される。
こうして、本発明者等は、超短レーザパルスによる透明材料処理のための方法及びシステム並びにそれらから作られる製品を開示した。プロセスは、切断、スクライビング、溶接、マーキング、及び/又は接合を含むが、それに限定されない。空間的及び時間的処理の種々の組合せ、例えば、順次処理又は並列処理が利用されてもよい。
Claims (63)
- 透明材料の表面下にレーザ修正されたフィーチャのパターンを生成する方法であって、
厳密収束超短レーザパルスを使用して、前記材料内に異なる深さで複数の線を形成するステップ、
前記レーザのパラメータを制御することによって前記線の粗さを制御するステップ、及び、
前記線にほぼ垂直に伝搬する光を使用して前記線を照明するステップ
を備える方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記超短パルスのパルス幅が約1ns未満であり、前記透明材料が透明ポリマーからなる方法。
- 請求項1に記載の方法であって、厳密収束超短パルス内の総合エネルギーが約20μJ未満である方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記制御するステップが、散乱コントラスト及び散乱角の少なくとも一方を調整するステップを備える方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記透明材料がポリカーボネートを備え、厳密収束超短パルスが約1ps未満のパルス幅及び1μJ未満のパルスエネルギーを有する方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記超短パルスと前記材料との間に相対的な動きを生成するステップ、並びに、前記パターンの断面積が照射方向に沿うのに比べて観察方向に沿って小さくなるように、前記レーザ及び前記動きのパラメータを制御することによって、前記線の深さと幅のアスペクト比を制御するステップを備える方法。
- 透明材料の表面下にレーザ修正されたフィーチャのパターンを生成するシステムであって、
約10fs〜約500psの範囲のパルス幅を有するパルスを生成するレーザサブシステム、
前記材料に対して前記パルスを位置決めするポジショニングシステム、及び
前記パルスを収束させ、前記材料内に少なくとも1つのフィーチャを形成する光学システムであって、前記少なくとも1つのフィーチャが、深さ、幅、及び、第1の照射方向に沿って入射する制御された照射に応答して検出方向に沿って検出可能な放射を生成するための物理的特性を有する、光学システム
を備えたシステム。 - 請求項7に記載のシステムであって、前記パルスが約100fs〜200psの範囲のパルス幅を有し、前記レーザ源がファイバベース・チャープドパルス増幅器システムを備えるシステム。
- 透明材料の修正のためのレーザベースシステムであって、
パルスレーザ出力を生成するパルスレーザ装置、
前記出力を受け取る多焦点ビーム発生器であって、前記出力を使用して複数の収束ビームを形成するように構成され、各収束ビームがビームウェストを有し、前記ビームウェストが、前記材料に対して深さ方向に離間し、前記複数の収束ビームの少なくとも1つのビームウェストが、前記材料内にあり、且つ、前記材料の修正をもたらす、多焦点ビーム発生器、
前記材料と前記収束ビームとの間に相対的な動きを生成する動きシステム、及び、
前記パルスレーザ装置及び前記動きシステムに結合され、前記複数の収束ビームが前記相対的な動きの間に形成されるように前記システムを制御するコントローラ
を備えるレーザベースシステム。 - 請求項9に記載のレーザベースシステムであって、前記多焦点ビーム発生器が波長変換器を備え、前記収束ビームが複数の波長からなるレーザベースシステム。
- 請求項10に記載のレーザシステムであって、第1の波長がIR波長であり、第2の波長が前記材料の吸収端より長い可視波長又は近UV波長であるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、前記多焦点ビーム発生器が偏光要素を備え、前記収束ビームが複数の偏光からなるレーザシステム。
- 請求項12に記載のレーザシステムであって、前記偏光が円偏光からなるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、前記深さ方向に離間したビームウェストが、前記収束ビームの伝搬方向に沿う共線的ロケーションに形成されるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、前記複数の収束ビームが、ある照射時間間隔中に形成され、前記時間間隔中の前記相対的な動きが、収束ビームのほぼビームウェスト径未満の相対的変位を生成し、前記深さ方向に離間したビームウェストが、前記表面に対してほぼ垂直方向に沿って、且つ、前記表面にほぼ垂直な平面の一部分に相当する局在化領域内に形成されるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、前記収束ビームが約10ns未満の照射時間間隔中に形成され、前記相対的な動きが約1mm/秒〜約10m/秒の範囲の速度からなるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、少なくとも1つの生成されたパルス出力が約10fs〜100psの範囲のパルス幅を有するレーザパルスからなるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、前記多焦点ビーム発生器が、複数の光学経路に沿ってビームを伝搬させるように構成されたビームスプリッタ及びビームコンバイナ、並びに、前記ビームの焦点を制御し、前記深さ方向に離間したビームウェストを形成するように構成された収束要素を備えるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、ビーム偏向器を備えるとともに、前記材料と前記ビーム偏向器との間に配設されたスキャンレンズを備えるレーザシステム。
- 請求項9に記載のレーザシステムであって、前記パルスレーザ装置が約10Khz〜100Mhzの範囲の繰返しレートのレーザ出力パルスを生成し、前記多焦点ビーム発生器が前記繰返しレートで前記複数の収束ビームを形成するように構成されたレーザシステム。
- 請求項9に記載のシステムであって、前記複数のビームが同時に形成されるシステム。
- 請求項9に記載のシステムであって、前記コントローラが前記多焦点ビーム発生器に結合され、前記コントローラ及び前記多焦点ビーム発生器が偏光、波長、フルエンス、及びビームウェスト位置の少なくとも1つを制御するように構成されたシステム。
- 材料を修正するためのレーザベース方法であって、
パルスレーザビームを生成するステップ、
複数の収束パルスビームを形成するステップであって、各ビームがビームウェストを有し、前記ビームウェストが前記材料に対して深さ方向に離間し、前記ビームウェストの少なくとも1つが、前記材料内にあり、且つ、少なくとも1つのサブ表面フィーチャを生成する前記材料内の材料修正をもたらす、形成するステップ、
前記材料と前記収束ビームとの間の相対的な動きを生成するステップ、並びに、
前記複数の収束パルスビームが、前記動きの間に形成されるように、前記形成すること及び前記動かすことを制御するステップ
を備える方法。 - 請求項23に記載の方法であって、少なくとも1つのサブ表面フィーチャが形成され、前記フィーチャが細長い形状及び円形状の少なくとも一方からなる方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記フィーチャが機械的分離プロセス中に前記材料の明瞭な分離をもたらす深さ方向間隔によって形成される方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記材料が強化ガラスからなる方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記材料がサファイア又は半導体であり、前記収束パルスビームが、前記材料が高い透過性がある波長からなる方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記材料の表面部分とサブ表面部分の両方を修正する前記フィーチャが形成される方法。
- 請求項23に記載の方法であって、少なくとも1つの収束パルスビームが約100ps未満のパルス幅を有するパルスからなる方法。
- 請求項23に記載の方法であって、少なくとも1つの収束パルスビームが前記材料内に約1J/cm2〜150J/cm2の範囲のフルエンスを生成する方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記ビームウェストがビームウェスト径より小さい深さ方向分離によって形成される方法。
- 請求項23に記載の方法であって、前記材料に対して深さ方向に沿って空間的なオーバラップを有する複数のサブ表面フィーチャが形成される方法。
- 材料の修正のためのレーザベースシステムであって、
パルスレーザビームを生成するパルスレーザ装置、
前記材料に対して深さ方向に離間した複数の収束パルスビームを形成する手段であって、前記複数の収束パルスビームの少なくとも1つが前記材料内にビームウェストを有し、且つ、少なくとも1つのサブ表面フィーチャを生成する前記材料内の材料修正をもたらす、形成する手段、
前記材料と前記収束ビームとの間の相対的な動きを生成する手段、並びに、
前記複数の収束パルスビームが、前記動きの間に形成されるように、前記形成すること及び前記動かすことを制御するコントローラ
を備えるレーザベースシステム。 - 材料修正のためのレーザベース方法であって、
共線的方向に沿って複数のレーザビームを収束及び送出するステップであって、それにより、前記パルスと前記材料との間の制御された相対的な動きの間に、前記材料に対して深さ方向に空間的配置構成を有する複数のフィーチャを形成する、収束及び送出するステップを備える方法。 - 請求項34に記載の方法であって、前記空間的配置構成が分離プロセス中に前記材料の明瞭な分離を提供するように事前選択される方法。
- 請求項34に記載の方法であって、前記収束及び送出するステップは前記フィーチャを同時に形成する方法。
- 制御された照射に応答して検出可能な空間的パターンを生成するデバイスであって、
内部に少なくとも1つのフィーチャを形成されている実質的に透明な媒体を備え、前記少なくとも1つのフィーチャが、深さ、幅、及び、照射方向に沿って入射する制御された照射に応答して、検出方向に沿って検出可能な放射を生成するための物理的特性を有し、前記検出可能な放射が前記空間的パターンを表し、少なくとも前記光学特性が、好ましくない放射に応答して、前記検出方向に沿う検出を実質的に制限するデバイス。 - 請求項37に記載のデバイスであって、前記パターンに相当する幾何学的形状を充填するフィーチャを備えるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、1つ以上の検出可能な空間的パターンが、深さ方向に制御された照射に応答して生成され、それにより、切換え可能な空間的パターンが設けられるように、前記媒体内の異なる深さで形成されたフィーチャからなるデバイス。
- 請求項39に記載のデバイスであって、透明材料の複数の層を備え、前記深さ方向に制御された照射が層内の全反射によって閉じ込められて、前記層内の又は前記層に近接するフィーチャだけを照射するデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、前記制御された照射の少なくとも一部分が少なくとも第2の方向に沿って入射し、前記フィーチャが複数の向きで形成されるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、前記制御された照射を生成するために、少なくとも1つの発生源からの放射を受け取り、前記放射を前記第1の方向に沿って誘導するように構成される前記デバイス内の少なくとも1つの領域をさらに備えるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、深さと幅の前記比が約10より大きいデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、柔軟性がある特性及び実質的に飛散防止性がある特性の少なくとも一方を有する材料を備えるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、前記媒体が2つ以上の異なる透明材料を含み、少なくとも1つの材料が、柔軟性がある特性及び実質的に飛散防止性がある特性の少なくとも一方を有するデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、デバイスの少なくとも一部分がポリマーからなるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、デバイスの少なくとも一部分がポリカーボネートからなるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、前記少なくとも1つのフィーチャが、1つ以上の収束された超短レーザパルスを使用して形成されるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、前記フィーチャがアレイとして形成され、前記アレイが、前記空間的パターンを投影するように、選択的に照射されるデバイス。
- 請求項37に記載のデバイスであって、前記フィーチャがアレイとして形成され、前記アレイの要素からの前記検出可能な放射が、前記照射又は前記物理的特性の少なくとも一方の結果として変動し、前記パターンがグレースケールパターンに相当するデバイス。
- システムであって、
制御された照射に応答して検出可能な空間的パターンを生成するデバイスであって、内部に少なくとも1つのフィーチャが形成されている実質的に透明な媒体を備え、前記少なくとも1つのフィーチャが、深さ、幅、及び、照射方向に沿って入射する制御された照射に応答して、検出方向に沿って検出可能な放射を生成するための物理的特性を有し、前記検出可能な放射が前記空間的パターンを表し、少なくとも前記光学特性が、好ましくない放射に応答して、前記検出方向に沿う検出を実質的に制限する、生成するデバイス、及び
少なくとも1つの検出可能な空間的パターンを形成するために、前記デバイスを選択的に照射する照明器
を備えるシステム。 - 請求項51に記載のシステムであって、選択的に照射する前記手段が複数の放射源を備えるシステム。
- 請求項51に記載のシステムであって、照射する前記手段が細長いビームを生成し、前記細長いビームを前記第1の照射方向に沿って投影するための非球面光学コンポーネントを備えるシステム。
- 請求項51に記載のシステムであって、前記検出方向に沿って配設された検出システムをさらに備えるシステム。
- 請求項51に記載のシステムであって、照射する前記手段が前記デバイスの少なくとも一部分を選択的に照射する走査機構を備えるシステム。
- 方法によって作られる製品であって、
請求項34に記載の方法、及び、
前記製品の材料部分を得るために材料を分離するステップを備える製品。 - 透明材料をスクライブする方法であって、前記材料内の表面溝及び前記材料のバルク内の少なくとも1つの修正された領域を同時に作成するために、超短レーザパルスの収束ビームの1回スキャンを使用するステップを備える方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記パターンが、垂直から照明されると、肉眼に明瞭に見え、周囲光下では実質的に肉眼に見えない方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記照明するステップが、前記パターンを効率的に照明するために選択された出力開口数を有する光導波路を介して、前記線上に収束光源を向けることによって、又は、前記線に前記光を向けることによって行われる方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記線のうちの異なる線が、互いに対して規定された角度にあり、前記照明するステップが、複数の発生源から前記線に光を向けることによって実施され、前記複数の発生源の各発生源が前記線の部分集合にほぼ垂直な方向に光を向ける方法。
- 請求項9に記載のレーザベースシステムであって、前記多焦点ビーム発生器が波長変換器及び偏光要素を備え、異なる位置又は深さに収束された複数波長と複数偏光の両方を備える収束ビームを形成するように構成されるレーザベースシステム。
- 透明材料の表面下にレーザ修正されたフィーチャのパターンを生成する方法であって、
厳密収束超短レーザパルスを使用して、前記材料内に異なる深さで複数の線を形成するステップ、
少なくとも1つの線が、強いスペキュラー反射成分を有する拡張した平面領域を備えるように、レーザパラメータを制御するステップ
を備える方法。 - 請求項62に記載の方法であって、前記レーザパラメータがパルス幅からなり、前記パルス幅が約300fs〜25psの範囲である方法。
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