JP2015506902A - 非金属材料を分離するためのシステム及び方法 - Google Patents
非金属材料を分離するためのシステム及び方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015506902A JP2015506902A JP2014555567A JP2014555567A JP2015506902A JP 2015506902 A JP2015506902 A JP 2015506902A JP 2014555567 A JP2014555567 A JP 2014555567A JP 2014555567 A JP2014555567 A JP 2014555567A JP 2015506902 A JP2015506902 A JP 2015506902A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scribe
- break
- metallic substrate
- along
- path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/38—Removing material by boring or cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
- B23K26/146—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/36—Removing material
- B23K26/40—Removing material taking account of the properties of the material involved
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B33/00—Severing cooled glass
- C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
- C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
Abstract
スクライブビームとブレークビームに変換される単一レーザビームを用いて非金属基板が分離される。システムは、レーザビームを生成するための単一レーザ源と、レーザビームを第1の平均パワーを有するスクライブビームと第2の平均パワーを有するブレークビームに変換するためのビーム分離器とを含んでいる。ビーム分離器は、スクライブビームを第1の経路に沿って非金属基板上のスクライブラインに照射し、ブレークビームを第2の経路に沿って非金属基板のスクライブビームから離れた位置に照射する。スクライブビームは、スクライブラインに沿って非金属基板を急速に加熱する。クエンチングサブシステムが、冷却流体流れを非金属基板に当ててスクライブビームにより加熱されたスクライブラインに沿ってマイクロクラックを伝播させる。ブレークビームは、冷却流体流れによりクエンチされた非金属基板を急速に再加熱して非金属基板をマイクロクラックに沿って分離する。
Description
本開示は、非金属材料を複数の小片に分離することに関するものである。特に、本開示は、単一レーザ源を用いて、冷却源とともに用いられるスクライブビーム及びブレークビームを生成してガラス、シリコン、セラミック、又は他の非金属材料を分離することに向けられたものである。
高パワーレーザ(例えば、500WのCO2レーザ)は、材料の溶融、蒸発、及び放出によりガラスやシリコン、セラミックなどの非金属基板を切断することがあるが、これにより表面の完全性(integrity)が悪化し、許容誤差が広がり、強度が低下する。非金属材料を分離する他の方法では、非溶融型(又は非蒸発型)の熱プロセスとそれに続く引っ張りプロセス(strain process)が用いられる。熱プロセスに関して、脆性材料の温度が所望のレベルまで上昇し、その後、脆性材料が急速に冷却又はクエンチされて分子結合が破壊されると、脆性材料はその臨界熱衝撃温度を超える。これにより材料内に「ベント(vent)」又は「ブラインドクラック(ブラインドクラック)」が形成される。ある熱プロセスでは、スクライブラインに沿って材料を加熱する第1のレーザビームを生成する第1のレーザ源が用いられる。この第1のレーザビームのすぐ後にクエンチ用の冷却流体流れ(例えば、ヘリウム及び/又は水)が続く場合がある。
その後、従来からの機械的方法又は第2のレーザプロセスのいずれかを用いてブラインドクラックに沿って材料を破断することによって材料を完全に分離するために引っ張りプロセスを用いることができる。機械的な引っ張り方法には、スクライブラインに沿って基板を完全に破断するのに十分な物理的な力を薄い基板(例えば約0.5mm未満)に与えるために「ギロチン」破断器を用いる方法が含まれ得る。しかしながら、より厚みのある材料に対しては、レーザスクライビング動作から生じる残留引っ張り力が、機械的な力を用いて材料を綺麗に分離するのには十分ではない場合がある。このため、クエンチ工程の後に、スクライブラインに沿って再度基板を急速に加熱して材料を完全に分離するための第2のレーザビームを生成するために第2のレーザ源を用いてもよい。しかしながら、2つのレーザを使用すると、システムがより複雑となり、メンテナンス作業も増加する。
スクライブビームとブレークビームに変換される単一レーザビームを用いて非金属基板が分離される。システムは、レーザビームを生成するための単一レーザ源と、レーザビームを第1の平均パワーを有するスクライブビームと第2の平均パワーを有するブレークビームに変換するためのビーム分離器とを含んでいる。ビーム分離器は、スクライブビームを第1の経路に沿って非金属基板上のスクライブラインに照射し、ブレークビームを第2の経路に沿って非金属基板のスクライブビームから離れた位置に照射する。スクライブビームは、スクライブラインに沿って非金属基板を急速に加熱する。クエンチングサブシステムが、冷却流体流れを非金属基板に当ててスクライブビームにより加熱されたスクライブラインに沿ってマイクロクラックを伝播させる。ブレークビームは、冷却流体流れによりクエンチされた非金属基板を急速に再加熱して非金属基板をマイクロクラックに沿って分離する。
さらなる態様及び利点は、添付図面を参照して述べられる以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。
システム及び方法は、単一レーザ源からのレーザビームをスクライブビームとブレークビームとに変換することにより非金属材料を分離する。例であって、限定するものではないが、、非金属材料には、ガラス、シリコン、セラミック、又は他の材料が含まれ得る。実質的に材料をアブレートすることなく(例えば、溶融、蒸発及び/又は放出させることなく)、冷却流れと連係して、所望のスクライブラインに沿って非金属材料にマイクロクラックを伝播させるようにスクライブビームの平均パワーが選択される。材料を分離片に破断させるような引っ張り力をスクライブラインに沿って生じさせるようにブレークビームの平均パワーが選択される。
一実施形態では、連続波(CW)レーザビームは、例えば、ファーストステアリングミラー(FSM)、ミラーガルバノメータビーム偏向器(本明細書において「ガルボ」又は「ガルボミラー」という)、音響光学偏向器(AOD)、電気光学偏向器(EOD)、他の光学偏向装置、又はこれらの組み合わせを用いて、スクライブビームとブレークビームとの間で「時分割」される。そのような実施形態においては、CWビームは、ある期間においてはスクライブビーム経路に沿って偏向され、他の期間においてはブレークビーム経路に沿って偏向される。後述するように、それぞれのビームの平均パワーは、スクライブビーム及びブレークビームのデューティサイクルを選択することにより制御され得る。
加えて、あるいは他の実施形態においては、それぞれの平均パワーは、スクライブビームとブレークビームを選択的に変調することにより制御され得る。例えば、以下に詳述するように、音響光学変調器(AOM)が、CWビームを受けて変調スクライブビームと変調ブレークビームの両方(例えば0次ビームと1次ビームとして)を出力するようにしてもよい。
アブレーションがほとんどないか全くないように材料を加熱し、材料(例えばガラス)の表面温度を「転移」温度よりも低く維持して材料の完全性にダメージを与えることを避けるように、スクライブビームの平均パワーが選択される。クエンチジェットが当てられると、中央がまだ膨張している状態でガラスの表面が収縮する。これにより、表面引っ張り応力が大きくなる。そのような引っ張り応力がガラスの臨界破壊点を超えると、スクライブビームと冷却ノズルによって規定される経路に続くベントが生成される。材料によっては、冷却液体ジェット、液体と気体の混合物、あるいは気体単体もクエンチのために使用され得る。熱膨張係数の低い材料のような材料に対しては、臨界破壊応力を超えるためには高い勾配が必要とされる場合がある。そのような実施形態においては、効果的なクエンチのために気体と水の混合物が使用され得る。換言すれば、液体の蒸発から放出された潜熱が、対流性熱伝達及び伝導性熱伝達と組み合わされて、より効率的に材料をクエンチするのに役立つ。これにより、高速な温度クエンチが実現され、高い引っ張り応力に対して大きな熱勾配を生成することができる。
ある実施形態においては、マイクロクラックを材料中に伝播させるために、例えば、縁部のノッチや小さなクラックなどの初期欠陥が必要とされる場合がある。多くの材料は、以前の製造プロセスの結果として縁部に沿って欠陥を既に有している。しかしながら、残留欠陥に依存するのではなく、制御された方法で所定の位置に初期欠陥を生じさせることがより好ましいことが分かっている。
ここで、同様の参照符号が同様の要素を示している図面を参照する。理解を容易にするために、参照符号の最初の数字は、対応する要素が最初に用いられる図面の番号を表している。以下の説明では、本明細書に開示された実施形態が完全に理解できるように、非常にたくさんの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、具体的な詳細のうち1つ以上のものがなくても、あるいは、他の方法、構成要素、又は材料によっても実施形態を実現できることは、当業者であれば理解できるであろう。また、実施形態の態様を不明瞭にすることを避けるために、既知の構造、材料、又は動作は、図示されていないか、あるいは詳細には述べられていない場合がある。さらに、1つ以上の実施形態においては、任意の適切な方法により、ここで述べられる特徴、構造、又は特性を組み合わせることができる。
実施形態は種々の工程を含んでいてもよく、これらの工程は、汎用又は専用コンピュータ(又は他の電子機器)により実行される機械実行可能な指令の形態で具現化され得る。あるいは、これらの工程を実施する特定のロジックを含むハードウェア要素により、あるいはハードウェア、ソフトウェア、及び/又はファームウェアの組み合わせによりこれらの工程を行ってもよい。
また、本明細書で述べられた処理を行わせるようにコンピュータ(又は他の電子機器)をプログラムするのに使用され得る指令を格納した一時的なものではない機械読取可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品として実施形態を実現してもよい。機械読取可能な媒体には、ハードドライブ、フロッピーディスク、光ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁気又は光カード、固体記憶装置、又は電子的指令の格納に好適な他の種類の媒体/コンピュータ読取可能媒体が含まれ得るが、これらに限られるものではない。
図1は、一実施形態において、非金属材料110を分離するためのレーザ加工システム100のブロック図である。システム100は、単一CWレーザ源112と、ステアリング可能な偏向器114と、集束レンズ116と、クエンチングサブシステム118と、運動ステージ120とを含んでいる。CWレーザ源112は、特定の種類の材料110を加工するために選択された所定の波長及び平均パワーでCWレーザビーム122を出力するように構成されている。単なる例であって、限定するものではないが、CWレーザ源112は、約9μmから約11μmの間の範囲の波長のレーザビーム122を出力するように構成された二酸化炭素(CO2)レーザであってもよい。本明細書で述べられる例においては、CWレーザビーム122は、約700Wから約750Wの間の範囲の平均パワーを有している。しかしながら、これらの値が一例であって、材料やレーザプロセスに基づいて任意の波長又は平均パワーを用いることができることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。さらに、他の実施形態においては、CWレーザ源112を、それぞれのスクライビング経路及びブレーキング経路に沿って異なるパルスが照射されるパルスレーザに置き換えてもよい。
図1に示されるように、ステアリング可能な偏向器114は、CWレーザ源112からレーザビーム122を受けて、このレーザビーム122をスクライブビーム124に対応する第1の経路又はブレークビーム126に対応する第2の経路のいずれかに沿って選択的に偏向させるように制御され得るFSM、ガルボ、又は他の偏向器を含み得る。ある実施形態においては、ステアリング可能な偏向器114は、材料に対する所望の加熱を実現するようにある範囲の周波数にわたって選択的に動作し得る。例えば、ガラスはミリ秒のオーダーで熱を放散し得る。スクライブビーム124とブレークビーム126との間でレーザビーム122を高い周波数(例えば1kHz以上)で偏向することにより、それぞれのビーム124,126(図2B及び図2C参照)におけるパルスが1ミリ秒以下で分離される。このため、そのようなスイッチング周波数では、スクライブビーム124とブレークビーム126の双方がガラス材料に対する連続的な加熱を実現する。
説明の便宜上、スクライブビーム124は実線で示され、ブレークビーム126は破線で示されている。この実施形態においては、ステアリング可能な偏向器114は、2つの経路の間でレーザビーム122を時分割する。例として、時分割により、スクライブビーム124の平均パワーが約250Wとなり、ブレークビーム126の平均パワーが約500Wとなるように750Wのレーザビーム122が分割され得る。しかしながら、ブレークビーム126よりもスクライブビーム124により多くのパワーを配分するなど、分離される特定の材料や特定のレーザ加工用途に応じてスクライブビーム124とブレークビーム126との間でレーザビーム122のパワーを任意に配分できることは、当業者であれば理解できるであろう。ある実施形態においては、スクライブビーム経路及びブレークビーム経路のそれぞれにおける付加的な光学要素(図示せず)によりスクライブビーム124及びブレークビーム126のパラメータ(例えば、スポットサイズやスポット形状)を選択的に別々に制御してもよい。
図2A、図2B、及び図2Cは、例示の実施形態において、CWレーザビーム122のパワーがどのようにスクライブビーム124とブレークビーム126との間で時間的に分配されているかをグラフで示すものである。説明の便宜上、パワーと時間の双方が任意単位(a.u.)で示されている。図2Aは、レーザ源により出力されるCWレーザビーム122に関して時間に対するパワーを示している。図2Bは、スクライブビーム124に関して時間に対するパワーを示している。図2Cは、ブレークビーム126に関して時間に対するパワーを示している。この例では、ステアリング可能な偏向器114は、時間軸に沿って0から約1a.u.の間の時間、約4a.u.から約5a.u.の間の時間、約8a.u.から約9a.u.の間の時間にレーザパワーの100%をスクライブビーム124に対応する経路に沿って照射する。ステアリング可能な偏向器114は、スクライブビームの休止時間中は(例えば、時間軸に沿って約1a.u.から約4a.u.まで、約5a.u.から約8a.u.まで)レーザパワーの100%をブレークビーム126に対応する経路に沿って照射する。このように、この例では、パワーの約25%がスクライブビーム124に分配され、パワーの75%がブレークビーム126に分配される。
図1に戻って、運動ステージ120は、レーザビーム124,126と材料110との間のスクライブラインに沿った相対運動を提供するものである。この例では、運動ステージ120は、クエンチングサブシステム118により出力される冷却流れ(図示せず)がスクライブビーム124に続き、次にブレークビーム126がこれに続くように、材料110を矢印128により示されるように右に移動する。
例えば、図3は、一実施形態において、スクライブライン316に沿ったレーザビームスポット310,312の相対的位置とクエンチ位置314とを示す、図1に示される材料110の上面図の模式図である。図3のレーザスポット310,312は、それぞれの長軸がスクライブライン316に合わせられた楕円形である。しかしながら、円形のビームスポット又は他の空間的に整形された(例えば矩形又はテーパ形状の)ビームスポットを用いることもできることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。さらに、レーザビームスポット310,312とクエンチ位置との間のそれぞれの距離は、加工される材料110の種類や材料110内の放熱、使用されるレーザパラメータ(例えば、波長、パワー、及び他のパラメータ)、及びクエンチングにより材料110を冷却する速度に依存している。この例では、運動ステージ120が材料を矢印128により示される方向に移動させ、図1に示されるステアリング可能な偏向器114は、スクライブビーム124に対応するレーザビーム122の部分をレーザスポット310に偏向し、ブレークビーム126に対応する部分をビームスポット312に偏向する。
他の実施形態においては、ステアリング可能な偏向器114は、2つの方向に(例えば、X軸方向及びY軸方向の双方に)偏向するように構成される。例えば、ステアリング可能な偏向器114は、X軸に偏向する第1のFSMと、Y軸に偏向する第2のFSMとを含み得る。第1の方向に偏向するFSMと第2の方向に偏向するガルボのような他の構成も可能である。このように、ステアリング可能な偏向器114は、スクライブライン316に垂直な方向にビーム124,126の一方又は双方を偏向し得る。
例えば、図4は、一実施形態において、ブレークビーム126に対応する2重レーザビームスポット410,412を示す、図1に示される材料110の上面図の模式図である。この実施形態では、ステアリング可能な偏向器114は、ブレークビーム126をX方向(水平方向又は矢印128により示される方向)及びY方向(垂直方向又は矢印128に垂直な方向)の双方に偏向された2つのブレークビームにさらに分割(例えば時分割)する。これは、例えば、(例えばX軸用の)第1の偏向器の次に(例えばY軸用の)第2の偏向器を縦続接続することにより行うことができる。図4に示されるように、2重ブレークビームに対応するレーザスポット410,412は、スクライブビーム124及びクエンチングサブシステム118により生成されたマイクロクラック上の引っ張り力を増すために、スクライブライン316のいずれかの側に位置していてもよい。
図5Aは、一実施形態において、非金属材料110を分離するためのレーザ加工システム500のブロック図である。システム500は、図1に関して先に述べた単一CWレーザ源112と、集束レンズ116と、クエンチングサブシステム118と、運動ステージ120とを含んでいる。しかしながら、この実施形態においては、システム500は、スクライブビーム124に対応する第1の経路又はブレークビーム126に対応する第2の経路のいずれかに沿ってレーザビーム122を選択的に偏向するAOD510を含んでいる。AOD510に代えて、あるいはAOD510とともにEODを用いてもよい。また、説明の便宜上、スクライブビーム124は実線で示され、ブレークビーム126は破線で示されている。この実施形態では、AOD510は、2つの経路間でレーザビーム122を時分割する。
また、システム500は、スクライブビーム124及びブレークビーム126をそれぞれの経路に沿って材料110に照射するためのリレーレンズ512及び偏向器514を含んでいる。一実施形態においては、偏向器514は、固定ミラーである。他の実施形態においては、偏向器514はステアリング可能な偏向器であり、例えば、1以上のFSM及び/又は1以上のガルボを含み得る。加えて、あるいは他の実施形態においては、AODは、上述したようにスクライブビーム124及びブレークビーム126の少なくとも一方を少なくとも2つの方向(例えば、X軸方向及びY軸方向)に選択的に偏向させるための複数のAOD及び/又はEODを含み得る。
図5Bは、他の実施形態において、非金属材料110を分離するためのレーザ加工システム520のブロック図である。システム520は、図1に関して先に述べた単一CWレーザ源112と、集束レンズ116と、クエンチングサブシステム118と、運動ステージ120とを含んでいる。また、システム520は、図5Aに関して先に述べたリレーレンズ512と偏向器514を含んでいる。しかしながら、この実施形態では、システム520は、レーザビーム122をスクライブビーム124とブレークビーム126に分離し、スクライブビーム124とブレークビーム126を選択的に変調してそれぞれの平均パワーをさらに制御するためのAOM522を含んでいる。一実施形態においては、AOM522は、スクライブビーム124及びブレークビーム126として0次ビームと1次ビームとを同時に出力する。他の実施形態においては、AOM522は、スクライブビーム124及びブレークビーム126として別個に制御された2つの1次ビームを出力するように構成されていてもよい(例えば、0次ビームがビームダンプに送られる)。加えて、あるいは他の実施形態においては、AOM522がAODの機能を含んでいる。一実施形態においては、偏向器514は固定ミラーである。他の実施形態においては、偏向器514はステアリング可能な偏向器であり、例えば、1以上のFSM及び/又は1以上のガルボを含み得る。
図6は、他の実施形態において、非金属材料110を分離するためのデュアルパスレーザ加工システム600のブロック図である。システム600は、図1に関して先に述べた単一CWレーザ源112と、集束レンズ116と、クエンチングサブシステム118と、運動ステージ120とを含んでいる。しかしながら、この実施形態では、システム600は、第1の偏向器514(a)と、存在する場合には第1の光学要素612(a)と、ビームコンバイナ614とを含む第1の光路にレーザビームの一部(例えばスクライブビーム124)を向けるように構成されたビームスプリッタ610を含んでいる。また、ビームスプリッタ610は、第2の偏向器514(b)と、存在する場合には第2の光学要素612(b)と、ビームコンバイナ614とを含む第2の光路にレーザビームの一部(例えばブレークビーム126)を向ける。ビームスプリッタ610は、分極ビームスプリッタキューブや部分反射ミラーなどのバルク光学系を含んでいてもよい。ビームの分割を行うために、AOD、EOD、及び切替可能液晶ディスプレイ(LCD)偏光子を構成して駆動させてもよい。あるいは、光ファイバによる実装において、光ファイバカプラをビームスプリッタとして機能させてもよい。
ある実施形態においては、スクライブビーム124及びブレークビーム126のパラメータを選択的に別個に制御してもよい。例えば、各経路のオプションである光学要素612(a),612(b)をビームの光学的特性を整形するあるいは変化させるために含めてもよく、これらは、例えば、偏光子、分極モディファイア(polarization modifiers)、ファラデーアイソレータ、空間的ビームプロファイルモディファイア(spatial beam profile modifiers)、時間的ビームプロファイルモディファイア(temporal beam profile modifiers)、周波数シフタ、倍周光学系、減衰器、パルス増幅器、モード選択光学系、ビームエクスパンダ、レンズ、及びリレーレンズを含んでいてもよい。また、付加的な光学要素は、追加の光路距離、折り返し光路、及び光ファイバ遅延ラインを含む遅延要素を含んでいてもよい。
図7A及び図7Bは、例示の実施形態において、AOM522がどのようにスクライブビーム124とブレークビーム126との間でCWレーザビーム122のパワーを分配し変調しているかをグラフで示すものである。説明の便宜上、パワーと時間の双方が任意単位(a.u.)で示されている。上述したように、図2Aは、レーザ源により出力されるCWレーザビーム122に関して時間に対するパワーを示している。図7Aは、スクライブビーム124に関して時間に対するパワーを示している。図7Bは、ブレークビーム126に関して時間に対するパワーを示している。図7Aに示される例は、AOM522が図7Aに示されるスクライブビーム124のパワーを0%から80%の間でさらに変調している点を除き、図2Bに示される例と同様である。このように、スクライブビーム124がオンの間(例えば、時間軸に沿って0から約1a.u.まで、約4a.u.から約5a.u.まで、約8a.u.から約9a.u.まで)は、AOM522は、図7Bに示されるように、パワーの20%をブレークビーム126に分配し続ける。換言すれば、ブレークビーム126に対してパワーを完全にオフにするのではなく、AOM522は、最大パワーの少なくとも20%を常にブレークビーム126に維持している。
本発明の基底にある原理から逸脱することなく、上述した実施形態の詳細に対して多くの変更を行うことができることは、当業者であれば理解できるであろう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。
Claims (20)
- 非金属基板を分離するためのシステムであって、
レーザビームを生成するための単一レーザ源と、
前記レーザビームを第1の平均パワーを有するスクライブビームと第2の平均パワーを有するブレークビームに変換するためのビーム分離器であって、前記スクライブビームを第1の経路に沿って非金属基板上のスクライブラインに照射し、前記ブレークビームを第2の経路に沿って前記非金属基板の前記スクライブビームから離れた位置に照射し、前記スクライブビームにより前記スクライブラインに沿って前記非金属基板を急速に加熱するビーム分離器と、
冷却流体流れを前記非金属基板に当てて前記スクライブビームにより加熱された前記スクライブラインに沿ってマイクロクラックを伝播させるクエンチングサブシステムと、
を備え、
前記ブレークビームは、前記冷却流体流れによりクエンチされた前記非金属基板を急速に再加熱して前記非金属基板を前記マイクロクラックに沿って分離する、
システム。 - 前記ビーム分離器は、前記第1の経路と前記第2の経路との間で選択された速度で1サイクル中に往復するように前記レーザビームを繰り返し偏向させるように構成されている、請求項1のシステム。
- 前記選択された速度は、前記レーザビームが前記第1の経路に沿って偏向されるサイクルごとの第1の期間と、前記レーザビームが前記第2の経路に沿って偏向されるサイクルごとの第2の期間とを定義し、前記第1の期間及び前記第2の期間の少なくとも一方が、前記第1の平均パワー及び前記第2の平均パワーの少なくとも一方を変化させるように選択的に調整可能である、請求項2のシステム。
- 前記ビーム分離器は、ファーストステアリングミラーとミラーガルバノメータビーム偏光器とを有する群から選択されるステアリング可能な偏向器である、請求項2のシステム。
- 前記ビーム分離器は、音響光学偏向器と電気光学偏向器とを有する群から選択される、請求項2のシステム。
- 前記ビーム分離器は、さらに、
前記ブレークビームを第1のブレークビームと第2のブレークビームとに変換し、
前記スクライブラインの両側を同時に再加熱して前記非金属基板を前記マイクロクラックに沿って分離するように、前記第1のブレークビームと前記第2のブレークビームの双方を前記スクライブラインに平行な第1の方向と前記スクライブラインに垂直な第2の方向に偏向する、
請求項1のシステム。 - 前記ビーム分離器は、前記スクライブビーム及び前記ブレークビームの少なくとも一方のパワーを選択的に変調する変調器を備える、請求項1のシステム。
- 前記変調器は、音響光学変調器である、請求項7のシステム。
- 前記ビーム分離器は、ビームスプリッタである、請求項1のシステム。
- 前記非金属基板と前記スクライブビーム、前記ブレークビーム、及び冷却流体流れとの間で相対運動を生じさせる運動ステージであって、前記スクライブビームと前記冷却流体流れをスクライブラインに沿って走査する運動ステージをさらに備えた、
請求項1のシステム。 - 非金属基板を分離するための方法であって、
単一レーザ源からレーザビームを生成し、
前記レーザビームを第1の平均パワーを有するスクライブビームと第2の平均パワーを有するブレークビームに分離し、
前記スクライブビームを第1の経路に沿って非金属基板上のスクライブラインに照射し、前記ブレークビームを第2の経路に沿って前記非金属基板の前記スクライブビームから離れた位置に照射し、前記スクライブビームは前記スクライブラインに沿って前記非金属基板を急速に加熱し、
冷却流体流れを前記非金属基板に当てて前記スクライブビームにより加熱された前記スクライブラインに沿ってマイクロクラックを伝播させ、
前記ブレークビームは、前記冷却流体流れによりクエンチされた前記非金属基板を急速に再加熱して前記非金属基板を前記マイクロクラックに沿って分離する、
方法。 - 前記レーザビームを分離する際に、前記第1の経路と前記第2の経路との間で選択された速度で1サイクル中に往復するように前記レーザビームを繰り返し偏向させる、請求項11の方法。
- 前記選択された速度は、前記レーザビームが前記第1の経路に沿って偏向されるサイクルごとの第1の期間と、前記レーザビームが前記第2の経路に沿って偏向されるサイクルごとの第2の期間とを定義し、前記第1の期間及び前記第2の期間の少なくとも一方が、前記第1の平均パワー及び前記第2の平均パワーの少なくとも一方を変化させるように選択的に調整される、請求項12の方法。
- さらに、ファーストステアリングミラーとミラーガルバノメータビーム偏光器とを有する群から選択されるステアリング可能な偏向器を用いて前記レーザビームを分離する、請求項12の方法。
- さらに、音響光学偏向器と電気光学偏向器とを有する群から選択されるビーム分離器を用いて前記レーザビームを分離する、請求項12の方法。
- 前記レーザビームを分離する際に、
前記ブレークビームを第1のブレークビームと第2のブレークビームとに変換し、
前記スクライブラインの両側を同時に再加熱して前記非金属基板を前記マイクロクラックに沿って分離するように、前記第1のブレークビームと前記第2のブレークビームの双方を前記スクライブラインに平行な第1の方向と前記スクライブラインに垂直な第2の方向に偏向する、
請求項11の方法。 - さらに、前記レーザビームを変調して前記スクライブビーム及び前記ブレークビームの少なくとも一方のパワーを選択的に変調する、請求項11の方法。
- さらに、音響光学変調器を用いて前記レーザビームを変調する、請求項17の方法。
- さらに、
前記非金属基板と前記スクライブビーム、前記ブレークビーム、及び冷却流体流れとの間で相対運動を生じさせて、前記スクライブビームと前記冷却流体流れをスクライブラインに沿って走査する、
請求項11の方法。 - 非金属基板を分離するためのシステムであって、
単一レーザ源からレーザビームを生成する手段と、
前記レーザビームを第1の平均パワーを有するスクライブビームと第2の平均パワーを有するブレークビームに分離する手段と、
前記スクライブビームを第1の経路に沿って非金属基板上のスクライブラインに照射し、前記ブレークビームを第2の経路に沿って前記非金属基板の前記スクライブビームから離れた位置に照射し、前記スクライブビームにより前記スクライブラインに沿って前記非金属基板を急速に加熱する手段と、
冷却流体流れを前記非金属基板に当てて前記スクライブビームにより加熱された前記スクライブラインに沿ってマイクロクラックを伝播させる手段と、
を備え、
前記ブレークビームは、前記冷却流体流れによりクエンチされた前記非金属基板を急速に再加熱して前記非金属基板を前記マイクロクラックに沿って分離する、
システム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/364,099 | 2012-02-01 | ||
US13/364,099 US20130193617A1 (en) | 2012-02-01 | 2012-02-01 | Systems and methods for separating non-metallic materials |
PCT/US2013/021974 WO2013116001A1 (en) | 2012-02-01 | 2013-01-17 | Systems and methods for separating non-metallic materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015506902A true JP2015506902A (ja) | 2015-03-05 |
Family
ID=48869549
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014555567A Pending JP2015506902A (ja) | 2012-02-01 | 2013-01-17 | 非金属材料を分離するためのシステム及び方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20130193617A1 (ja) |
JP (1) | JP2015506902A (ja) |
KR (1) | KR20140119718A (ja) |
CN (1) | CN104114317A (ja) |
TW (1) | TW201343306A (ja) |
WO (1) | WO2013116001A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018180417A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | スクライブ加工方法及びスクライブ加工装置 |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9499921B2 (en) | 2012-07-30 | 2016-11-22 | Rayton Solar Inc. | Float zone silicon wafer manufacturing system and related process |
US9404198B2 (en) * | 2012-07-30 | 2016-08-02 | Rayton Solar Inc. | Processes and apparatuses for manufacturing wafers |
KR102405122B1 (ko) * | 2015-09-10 | 2022-06-08 | 삼성디스플레이 주식회사 | 기판 분리 장치 및 이를 이용한 기판 분리 방법 |
DE102015224115B4 (de) * | 2015-12-02 | 2021-04-01 | Avonisys Ag | Laserstrahl-bearbeitungsvorrichtung mit einer einkoppelvorrichtung zum einkoppeln eines fokussierten laserstrahls in einen flüssigkeitsstrahl |
US11575113B2 (en) | 2017-11-15 | 2023-02-07 | Chengdu Boe Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Display panel and manufacturing method therefor, display device |
CN107855665B (zh) * | 2017-11-15 | 2019-06-04 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种显示面板及其切割方法、显示装置 |
CN111262125B (zh) * | 2020-01-19 | 2021-05-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种硅基激光器及其制备、解理方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6420678B1 (en) * | 1998-12-01 | 2002-07-16 | Brian L. Hoekstra | Method for separating non-metallic substrates |
EP1232038B1 (en) * | 1999-11-24 | 2008-04-23 | Applied Photonics, Inc. | Method and apparatus for separating non-metallic materials |
US7638730B2 (en) * | 2003-03-21 | 2009-12-29 | Rorze Systems Corporation | Apparatus for cutting glass plate |
KR100556587B1 (ko) * | 2004-08-24 | 2006-03-06 | 주식회사 이오테크닉스 | 폴리곤 미러를 이용한 레이저 가공장치 |
US20080070378A1 (en) * | 2006-09-19 | 2008-03-20 | Jong-Souk Yeo | Dual laser separation of bonded wafers |
-
2012
- 2012-02-01 US US13/364,099 patent/US20130193617A1/en not_active Abandoned
-
2013
- 2013-01-17 KR KR1020147021451A patent/KR20140119718A/ko not_active Application Discontinuation
- 2013-01-17 WO PCT/US2013/021974 patent/WO2013116001A1/en active Application Filing
- 2013-01-17 CN CN201380007417.4A patent/CN104114317A/zh active Pending
- 2013-01-17 JP JP2014555567A patent/JP2015506902A/ja active Pending
- 2013-01-22 TW TW102102305A patent/TW201343306A/zh unknown
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018180417A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | スクライブ加工方法及びスクライブ加工装置 |
JPWO2018180417A1 (ja) * | 2017-03-31 | 2020-03-05 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | スクライブ加工方法及びスクライブ加工装置 |
JP7456604B2 (ja) | 2017-03-31 | 2024-03-27 | 株式会社M―Sfc | スクライブ加工方法及びスクライブ加工装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104114317A (zh) | 2014-10-22 |
WO2013116001A1 (en) | 2013-08-08 |
US20130193617A1 (en) | 2013-08-01 |
TW201343306A (zh) | 2013-11-01 |
KR20140119718A (ko) | 2014-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2015506902A (ja) | 非金属材料を分離するためのシステム及び方法 | |
US20210291296A1 (en) | Phased array steering for laser beam positioning systems | |
CN105658373B (zh) | 用于将平坦的工件分离成多个部段的方法和设备 | |
US10556293B2 (en) | Laser machining device and laser machining method | |
TWI519371B (zh) | 用短雷射脈衝的定製的叢波之雷射微加工 | |
US9757815B2 (en) | Method and apparatus for performing laser curved filamentation within transparent materials | |
JP5910075B2 (ja) | 被加工物の加工方法 | |
CN101844275B (zh) | 基板切割方法 | |
US20150209898A1 (en) | Method and dicing device of processing transparent specimen using ultrafast pulse laser | |
JP2015093284A (ja) | レーザピーニング方法及びレーザピーニング装置 | |
TWI647187B (zh) | 自載體分離玻璃片的方法 | |
JP2015511572A (ja) | 強化ガラスの分離のための方法及び装置並びにこれにより生成された製品 | |
WO2014156690A1 (ja) | レーザ加工装置及びレーザ加工方法 | |
KR101944657B1 (ko) | 분할된 레이저 빔들을 이용한 반도체 워크피스의 레이저 스크라이빙 방법 | |
EP2944412B1 (en) | Method and apparatus for laser cutting of transparent media | |
US20100193481A1 (en) | Laser constructed with multiple output couplers to generate multiple output beams | |
JP2017174941A (ja) | レーザ加工方法及びレーザ加工装置 | |
Liu et al. | Modulation of crack formation inside single-crystal sapphire using ultrafast laser Bessel beams | |
KR101259580B1 (ko) | 펄스 레이저의 분산 조절을 이용한 레이저 가공장치 및 가공방법 | |
JP2005314198A (ja) | ガラス割断用レーザ装置 | |
JP2008209797A (ja) | レーザ照射装置、及び、露光方法 | |
JP2020021968A (ja) | 半導体加工対象物のスクライブ方法 | |
JP6503435B1 (ja) | レーザ装置 | |
JP2023079907A (ja) | 基板の切断方法、及び、基板小片の製造方法 |