JP2017528322A5

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Publication number: JP2017528322A5
Application number: JP2017500887A
Authority: JP
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2018-08-09

Claims

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ナノ秒未満の、特にピコ秒又はフェムト秒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）を生成することであって、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、方法。
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。
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。
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。
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。
‐ 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ようにレーザパルス（２２）を配向することであって、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。
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。
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。
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）の各配向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。
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。
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
‐ レーザパルスの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。
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。
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。
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ナノ秒未満の、特にピコ秒又はフェムト秒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、方法。
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ナノ秒未満の、特にピコ秒又はフェムト秒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、方法。
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ナノ秒未満の、特にピコ秒又はフェムト秒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を備える補償板（５０）を材料（１）の第１表面（２）に備えることであって、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）を通過し、特に、光伝達特性、特に屈折率、が材料（２）の特性に対応する、
ことを特徴とする、上記方法。
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ナノ秒未満の、特にピコ秒又はフェムト秒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
‐ビーム規定ユニットであって、
‐ 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、特に主拡幅軸（Ａ）に直交するところの、副拡幅軸（Ｂ）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に設計され、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、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、レーザシステム（２０）。
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）。
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ナノ秒未満の、特にピコ秒又はフェムト秒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
‐ビーム規定ユニットであって、
‐ 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、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
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、特に主拡幅軸（Ａ）に直交するところの、副拡幅軸（Ｂ）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、
‐ 請求項１４に記載の方法に従って、各レーザパルス（２２）は、その主拡幅軸（Ａ）の配向で照射され得る、又は
‐ 請求項１５に記載の方法に従って、各レーザパルス（２２）は、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、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
‐ 請求項１６に記載の方法に従って、各レーザパルス（２２）は、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コンピュータプログラム製品であって、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。