JP2018535912A - 透明材料のレーザ加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ分野、特に、透明材料のレーザ加工に関し、ガラス、化学強化ガラス、サファイア、および、他の結晶性材料などの透明材料の、超短パルス非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを用いた切断、破断、および、他の種類の加工のために、使用しうる。光学素子を、ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム光路に挿入することよって、ガウス強度プロファイル超短パルスレーザビームを、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームに変形する。ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの非対称性は、加工対象物内で局在したガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームが、レーザビームの伝播方向に、および、レーザビームの伝播方向に垂直な平面内で、細長い形状を有し、それに対応した細長い形状の破損領域を、加工対象物内に生成するように、光学素子の材料、および／または、光学素子のパラメータ、および／または、ビーム光路における光学素子の位置を適切に選択することによって、設定される。加工対象物とレーザビームの制御した相対的変位を行うことで、必要な数の更なる細長い形状の破損領域を生成し、それらを、加工対象物において、長手方向に所定の軌跡に沿って順次配置して、加工対象物の切断および／または破断平面を形成する。

Description

本発明は、レーザ分野に関し、詳しくは、透明材料の加工に関し、超短パルス非対称ガウス‐ベッセル強度分布レーザビームを用いて、ガラス、化学強化ガラス、サファイア、および、他の結晶性材料を含む透明材料の切断、破断、および、他の加工処理に使用しうる。

透明材料の切断、スクライブまたは破断方法および装置のほとんどは、レーザ光源によって生成されたレーザビームを、透明材料の表面上、または、バルク中で合焦させて、外力の影響により透明材料を分離または破断させる亀裂を透明材料に形成することに基づいている。

特許文献１は、透明材料をあらかじめ切断する方法を開示しており、超短パルスレーザビームを加工対象物に向けて、その中で合焦させる工程を含み、加工対象物の材料は、合焦したレーザビームを透過するものである。レーザパルスの持続時間およびエネルギーは、ビーム伝播方向に沿って加工対象物を通って延伸する糸状の破損領域（フィラメント）を形成するように、選択される。加工対象物を、合焦したレーザビームに対して選択的に平行移動させて、加工対象物の切断、または、加工対象物の一部の分離のための軌跡を画定する。

同様の透明材料の加工方法および装置が、特許文献２に開示されている。超短パルスガウス強度分布レーザビームを採用した、透明材料の加工方法が記載されている。その方法は、以下の一連の動作を含む：超短パルスガウス強度分布レーザビームを光学系に向けて、ガウス‐ベッセル強度分布レーザビームを形成し、それは、光学素子によって、加工対象物に向けられて、その中で局在する。加工対象物の材料は、局在したガウス‐ベッセル強度分布レーザビームを透過し、レーザパルスの持続時間およびエネルギーは、加工対象物の材料の光学的破損閾値を超えて、合焦したレーザビームの伝播方向に沿って加工対象物を横切って延伸する微細亀裂からなる破損領域を形成するように、選択される。加工対象物を、合焦したレーザビームと相対的に変位させることで、更なる破損領域の形成が可能になり、切断／破断平面の軌跡を形成する。

国際公開第２０１２／００６７３６号 国際公開第２０１４／０７９４７８Ａ１号

ガウスまたはガウス‐ベッセルレーザビームの単一パルスを採用して、加工対象物の一部または全厚さに侵入させる透明材料の加工装置が、知られている。既知の方法および装置は、ガウス‐ベッセル強度分布レーザビームを、透明な加工対象物内で局在させて、レーザ伝播方向に延伸する破損領域を形成する。破損領域は、レーザビーム伝播方向に垂直な平面内で、円形の形状を有する。連続した円形の破損領域は、切断および／または破断平面の軌跡を画定する。加工対象物に形成された、そのような切断および／または破断平面は、円に近い形状を有する破損領域から構成されており、切断および／または破断平面の軌跡について、加工対象物のバルク中および表面上で、ランダムな方向の、または、いくつもの方向にさえ、応力および亀裂を生じる。これは、特に、切断および／または破断平面の軌跡が様々な曲率半径を有する場合に、切断および／または破断品質に悪影響を与える。加工対象物のバルク中および表面で、意図した切断軌跡から逸れる方向にランダムな亀裂および応力を形成することは、加工した加工対象物の機械的強度を低下させ、それは、欠陥部品の発生、加工対象物の材料の使用量の増加、および、処理効率低下につながる。

本発明の第１の態様によれば、実施形態１による透明材料の加工方法を提供する。

他の態様において、実施形態１９による透明材料の加工方法を提供する。

レーザビーム伝播方向に垂直な平面に生成した破損領域の細長い形状は、楕円形に類似していてもよい。

細長い形状の破損領域は、加工対象物内で、切断および／または破断平面の軌跡に沿って、互いに、ある距離で配置され、隣接した破損領域の中心間の距離ｄｘは、１つの破損領域（１８ｂ）の長さの約０．５から約１５倍の範囲であり、破損領域の長軸に沿った長さ（１８ｅ）は、約１μｍから約２０μｍであり、破損領域の前記長軸に沿った該長さは、短軸に沿った長さの１．３から５倍、好ましくは、２倍であってもよい。加工対象物の透明材料は、ガラス、化学強化ガラス、サファイア、および、他の結晶性材料からなる群から選択される。

透明な加工対象物内に生成した破損領域のレーザビーム伝播方向に沿った長さは、板状の加工対象物の厚さより短く、板状の加工対象物のいずれの表面にも、つながっていないか、破損領域の長さは、加工対象物の厚さと一致し、板状の加工対象物の両方の表面に、つながっているか、または、破損領域の長さは、板状の加工対象物の厚さより短く、表面の１つにのみに、つながっていてもよい。

加工対象物の透明材料は、ガラス（例えば、熱強化ガラスを含む）、化学強化ガラス、サファイア、または、他の結晶性材料であってもよい。

本発明の更なる態様によれば、実施形態７による透明材料の加工装置を、提供する。

更なる態様によれば、実施形態２４による透明材料の加工装置を、提供する。

光学素子は、ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、レーザビームの半分を覆うように配置された透明板であり、レーザビームのうち、覆われた部分と覆われていない部分が対称であり、ビームのうち、覆われていない部分は、直に進み、一方、ビームのうち、覆われた部分は、透明板を通り抜けるものであってもよい。

光学素子は、異なる厚さの第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、レーザビームが２つの部分に分けられるように配置された透明板であり、ビームの第１の部分は、板の第１のゾーンを通り、ビームの第２の部分は、板の第２のゾーンを通るものであってもよい。２つの部分は、等しく対称な部分であってもよい。

光学素子は、異なる屈折率の第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、ビームが２つの部分に分けられるように配置された透明板であり、ビームの第１の部分は、板の第１のゾーンを通り、ビームの第２の部分は、板の第２のゾーンを通るものであってもよい。２つの部分は、等しく対称な部分であってもよい。

制御された位置決め機構は、光学素子が取り付けられた回転ステージ、および、加工対象物が取り付けられる直線移動自在ステージを含み、これらのステージは、切断および／または破断平面の所定の軌跡に基づくコマンドをコンピュータから受信する制御部よって、切断および／または破断平面の軌跡の方向を、光学素子を回転するステージによって制御し、ある変位距離での加工対象物における破損領域の位置決めを、加工対象物を直線的に移動するステージによって制御するように、制御されてもよい。

位置決め機構は、ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内で、固定光学素子の後側に配置されて、回転ステージに取り付けられたドーブプリズムと、加工対象物が取り付けられる直線動作ステージとを含み、回転および直線動作ステージは、切断および／または破断平面の所定の軌跡に基づくコマンドをコンピュータから受信する制御部よって、切断および／または破断平面の軌跡の方向を、ドーブプリズムを回転するステージによって制御し、ある変位距離での加工対象物における破損領域の位置決めを、加工対象物を直線的に移動するステージによって制御するように、制御されてもよい。

レーザ光源のレーザ照射光の偏光状態を直線状から円形に変えるための１／４波長位相板が、レーザビーム伝播方向に沿って見た光学素子の前側または後側で、かつ、ドーブプリズムの前側で、レーザビーム光路に配置されていてもよい。

レーザ光源のレーザ照射光を同じ偏光状態に維持するための１／２波長位相板が、レーザビーム伝播方向に沿って見た光学素子の後側で、かつ、ドーブプリズムの前側で、レーザビーム光路に配置されて、ドーブプリズムと共に回転するための回転ステージに取り付けられていてもよい。

提案する透明材料の加工方法および装置は、結果的に、レーザビーム伝播方向に、および、レーザビーム伝播方向に垂直な平面で、細長い（非対称）形状を有する破損領域を、加工対象物内に形成する。細長い（非対称）破損領域を、連続して、加工対象物内に必要な切断および／または破断を形成するのに必要とする切断および／または破断平面の軌跡に沿った制御した位置に位置決めする位置決め機構によって、レーザによって加工対象物内に形成される破損領域の方向および距離を、制御する。加工対象物内に生成した細長い形状の破損領域は、好ましくは、楕円形に類似した形状を有する。そのような細長い形状の破損領域は、結果的に、破損領域内で、破損領域の長さ寸法に沿って伝播する亀裂を生じる。提案する方法および装置によれば、細長い形状の破損領域を用いて、破断および／または切断平面を形成することで、加工対象物における応力または亀裂形成方向の制御を可能にして、切断軌跡に沿った好ましい応力または亀裂を形成して、加工対象物のバルク中または表面で、切断軌跡を逸れたランダムな方向の亀裂または応力を最小にするか、防ぐことを可能にする。

いくつかの実施形態において、これにより、透明材料の加工品質の大きな改良、加工対象物の材料の歩留まりの改良、並びに、自由形状で板状の透明材料の加工対象物の加工スループットおよび加工速度の改良という結果につながる。破損領域を細長くすること、切断および／または破断平面の軌跡に沿った微細な亀裂の規則正しい配置、並びに、微細な亀裂、および、そのサイズの規則正しい誘導により、加工品質、スループット、および、加工速度を、改良しうる。

提案する透明材料の加工装置の主要ブロック図である。 レーザビームの強度プロファイルの対称性を乱すための光学素子の構成、および、レーザビームに対する変位を示す図である。 提案する一実施形態による装置の主要光学配置を示し、光学素子が回転ステージに取り付けられて、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成する光学系の後側のガウス強度プロファイルレーザビームの光路内に、位置している。 提案する一実施形態による装置の主要光学配置を示し、光学素子が、回転ステージに取り付けられて、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に位置している（２つの選択可能な光学配置を示している）。 提案する一実施形態による装置の主要光学配置を示し、固定光学素子が、ガウス強度プロファイルレーザビームの光路内に位置し、その後側で、回転ステージに取り付けられたドーブプリズムが位置している。 提案する一実施形態による装置の主要光学配置を示し、固定光学素子が、ガウス強度プロファイルレーザビームの光路内に位置し、回転ステージに取り付けられたドーブプリズムが、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に位置している。 破損領域の写真をまとめて示している：（上段）透明材料の加工対象物内で、対称および非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームによって生成したものであり、（下段）において、１８ａは、対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームによって透明材料の加工対象物のバルク中で生じたランダムな方向の亀裂に囲まれた破損領域であり（光路中に、レーザビームを非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームに変形しうる光学素子がない）、 １８ｂは、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームによって透明材料の加工対象物のバルク中で生じた亀裂を有する破損領域である（レーザビームの光路中に、それを非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームに変形しうる光学素子がある）。 レーザによって生成し、楕円形の形状と類似した細長い形状を有する改質部分を示す概略図であり、切断および／または破断平面の軌跡に沿って長手方向に順次変位されている。 透明材料の加工対象物のバルク中で生成した破損領域の長さ１８ｆおよび配置の４つの選択可能な実施形態を、まとめて示している。 透明材料の加工対象物のバルク中で生成した破損領域の写真であり、光学素子の回転による亀裂方向の制御を示している。

図面を参照すると、透明材料をレーザ加工する装置は、以下を含む：
‐超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム２を生成するレーザ光源１、
‐ガウス‐ベッセル強度プロファイル超短パルスレーザビームを、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームに変形する光学素子（３、３’、３”）と、
‐切断および／または破断平面の軌跡を形成しながら、破損領域１８ｂを、加工対象物７内で、望ましい方向に沿って向けるように制御された回転装置（４ａ、４ｂ）と、
‐ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成し、それを、局在したレーザビームを透過する加工対象物７内で局在させる光学系５、
‐コンピュータ９から制御コマンドを受信する制御部１０によって制御された、直線動作が可能なステージ８と、
‐ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する、空間光変調器および円錐レンズ（アキシコン）などの光学素子１１、
‐ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、加工対象物７のバルク中で局在させる光学素子のセットアップ１２、１３、
‐光学素子（３、３’、３”）の機能を行うための透明板１４ａ、
‐異なる厚さの２つのゾーンを含み、光学素子（３、３’、３”）の機能を行うための透明板１４ｂ、
‐異なる屈折率の２つのゾーンを含み、光学素子（３、３’、３”）の機能を行うための透明板１４ｃ、および、
‐光学素子（３、３’、３”）またはドーブプリズム（１６、１６’）を回転するための回転動作が可能なステージ（１５、１５’、１５”）。

非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成するための光学セットアップ１９は、光学素子（３、３’、３”）、制御された回転装置（４ａ、４ｂ）、および、光学系（５）を含む。

図１は、提案する透明材料の加工装置の主要ブロック概略図である。板状の加工対象物の材料は、レーザ光源１からのレーザ照射光２を透過する。

いくつかの実施形態において、破損領域を形成するのに適切なレーザ波長は、その波長における加工対象物による吸収と散乱による合計損失が、２０％／ｍｍ未満か、１５％／ｍｍ未満か、１０％／ｍｍ未満か、５％／ｍｍ未満か、または、１％／ｍｍ未満である波長であり、「／ｍｍ」という大きさは、加工対象物内のレーザビーム伝播方向の距離１ミリメートル当たりという意味である。加工対象物が、そのレーザ波長に対し透明な場合には、レーザから加工対象物へのエネルギーの伝達は、主に、超短パルス照射光の高強度によって可能になる非線形過程を通して発生する。非線形過程は、２光子吸収などの多光子過程を含む。

方法は、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成するための光学セットアップ１９を選択し、レーザ照射のパラメータを、パルス状非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム６ｂが、加工対象物７の材料と相互作用して、レーザビーム伝播方向に、および、レーザビーム伝播方向に垂直な平面で、細長い（非対称）形状を有する破損領域１８ｂを、加工対象物の材料内に生成するように、選択することによって実現する。長手方向に連続した破損領域１８ｃを形成するように生成する破損領域１８ｂの数、および、位置決めは、コンピュータ９から、加工対象物７と非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを相対的に変位させるコマンドを受信した制御部１０によって、制御される。生成した細長い形状の破損領域１８ｂは、破損領域の周りで高まった内部応力により生じた微細亀裂平面を介し、軌跡に沿って互いに接続して、破断面１８ｄとなる。加工対象物の材料内の破損領域１８ｂのサイズおよび大きさは、レーザパルス持続時間、平均レーザパルスエネルギー、レーザ波長、および、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム円錐角度などのパルス状レーザビーム特性の選択を通して、制御される。加工対象物の材料のタイプ、厚さ、更に、積層構造体を有する場合には、それに応じて、レーザビーム伝播方向に垂直な平面における破損領域１８ｂの長軸１８ｅに沿った典型的な長さは、約１μｍから約２０μｍであり、破損領域の長軸に沿った長さは、短軸に沿った長さの１．３から５倍、好ましくは、２倍である。

その方法は、１０ｐｓから１００ｐｓの範囲など、約１ｐｓから１００ｐｓの範囲のパルス持続時間を有する超短パルスレーザによって実現される。加工対象物の材料において測定した平均レーザパルスエネルギーが、約４００μＪなど、約１０００μＪ未満となるように設定される。レーザ光源の波長は、そのレーザ波長の単一光子のエネルギーが、加工対象物の材料のバンドギャップ未満で、約３μｍ未満となるように選択される。光学セットアップ１９は、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの円錐半角１７が、例えば、４から２０度の範囲など、４から４５度の範囲になるように設定される。板状の加工対象物７と、ビーム伝播方向に垂直な平面で楕円形に類似した細長い形状を有する非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム６ｂとを、互いに平行移動することによって、次の改質部分は、加工対象物の材料のタイプ、厚さ、更に、積層構造を有する場合には、それに応じて、１つの破損領域の長軸１８ｅに沿った長さの０．５から１．５倍の範囲でありうる距離ｄｘで、切断および／または破断平面の軌跡に沿って長手方向に変位する。

光学セットアップ５およびレーザビーム２の特性は、ビーム伝播方向に垂直な平面で楕円形に類似した細長い形状を有する非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム６ｂと、加工対象物７の材料との相互作用が、レーザビーム伝播方向に沿って破損領域１８ｂを生成するように選択され、この破損領域１８ｂの長さ１８ｆは、板状の加工対象物７の厚さより短く、板状の加工対象物のいずれの表面にも、つながっていないか、破損領域の長さ１８ｆが、板状の加工対象物の厚さと一致し、板状の加工対象物の両方の表面７ａ、７ｂにつながっているか、破損領域の長さ１８ｆが板状の加工対象物７の厚さより短く、前側表面７ａにつながっているか、または、破損領域の長さ１８ｆが板状の加工対象物７の厚さより短く、後側表面７ｂにつながっている。

図３ａは、開示した方法の一実施形態の主要光学配置を示し、超短パルスレーザ１が生成したガウス強度プロファイルレーザビーム２が、光学素子３を通り抜けて、レーザビームの対称性が乱れている。更に、レーザビームを、空間光変調器または円錐レンズなどの典型的なベッセル−ガウスビームを生成する光学素子１１を通り抜けさせて、レーザビームを、レーザビーム伝播方向に垂直な平面で楕円形に類似した細長い形状を有する非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームに変形する。非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームのプロファイルを、レーザビーム結像光学セットアップ１２、１３によって変えるか、または、単に、加工対象物７のバルク中で局在させうる。非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームと加工対象物の材料との相互作用により、破損領域１８ｂを生成し、それは、切断および／または破断平面の軌跡に沿った材料内の微細亀裂平面１８ｄの生成につながり、その方向は、光学素子３が回転ステージ１５によって回転される回転装置４ａによって、制御される。全てが、所定の切断および／または破断平面の軌跡に基づくコマンドをコンピュータ９から受信するものである平行移動ステージ８、回転ステージ１５、および、制御部１０を用いて、材料内に、連続したレーザパルスＸ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１１８ｃが、あるパルス間隔で配置される。その代わりに、レーザ光源１を有するか、または、有さない光学セットアップを、加工対象物と相対的に平行移動させて、同じ効果を実現しうる。

図３ｂは、第１の実施形態に基づく、開示した方法の他の実施形態の主要光学配置を示している。回転ステージ（１５’、１５”）に取り付けられた光学素子（３’、３”）を含む制御された回転装置４ａを用いて、切断および／または破断平面の軌跡を生成しながら、加工対象物７内の破損領域６ｂの亀裂方向を設定する。制御された回転装置４ａは、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内で、レーザビーム伝播方向に沿って見たガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する光学素子１１の後側か、または、光学素子１２、１３の間に位置する。

図４ａは、開示した方法の他の実施形態の主要光学配置を示しており、光学配置１９は、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成するのに使用される光学セットアップ５の前側に位置したガウス強度プロファイルビーム２の光路内に、制御された回転装置４ｂを含む。制御された回転装置４ｂは、光学素子３、および、レーザビーム伝播方向に沿って見た固定光学素子３の後側で回転ステージ１５に取り付けられたドーブプリズム１６を含む。超短パルスレーザ１によって生成されたガウス強度プロファイルレーザビーム２は、ガウス強度プロファイルレーザビーム２の光路内でビームの対称性を乱す光学素子３を通り抜け、次に、空間光変調器または円錐レンズなどの典型的なベッセル−ガウス強度プロファイルレーザビームを生成する光学素子１１を、通り抜ける。結果的に得られる非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、レーザビーム結像光学セットアップ１２、１３によって変えるか、または、単に、加工対象物７のバルク中で局在させうる。非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームと加工対象物の材料との相互作用により、破損領域１８ｂを生成し、それは、材料内で、微細亀裂平面１８ｄ軌跡の生成につながり、その方向を、光学素子３を通り抜けた超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム２の画像を回転することによって制御される。これは、ドーブプリズム１６を、回転ステージ１５で回転することによって実現させる。反射率がドーブプリズムの角度に応じて変化する問題が生じた場合に、それを解決するには、１／４波長位相板（１６ｂ、１６ｂ’）を用いて、レーザ照射光の直線偏光を円形に変えるか、または、１／２波長位相板１６ｂ”を、ドーブプリズム１６と共に回転して、同じレーザビーム偏光状態を維持しうる。全てが、所定の切断および／または破断平面の軌跡に基づくコマンドを、コンピュータ９から受信するものである平行移動ステージ８、回転ステージ１５、および、制御部１０を用いて、材料内に、連続したレーザパルスＸ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１１８ｃが、あるパルス間隔で配置される。その代わりに、レーザ光源１を有するか、または、有さない光学セットアップを、加工対象物と相対的に平行移動させて、同じ効果を実現しうる。

図４ｂは、開示した方法の他の実施形態の主要光学配置を示しており、図４ａの主要光学配置によって開示した実施形態に基づく。本実施形態において、制御された回転装置４ｂは、ガウス強度プロファイルレーザビーム２の光路内に配置された固定光学素子３と、その後側または前側に、レーザ照射光の直線偏光状態を円形に変えることを意図して配置されうる１／４波長位相板（１６ｂ、１６ｂ’）を含む。切断および／または破断平面の軌跡を生成しながら、加工対象物７内の破損領域６ｂの亀裂方向を設定するために、ドーブプリズム１６’を回転ステージ１５’に取り付ける。ドーブプリズム１６’を、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内で、レーザビーム伝播方向に沿って見た光学素子１１の後側に配置して、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する。

図２は、光学素子３のいくつかの実施形態を示している。光学素子３は、透明材料の板であり、その材料は、ガラス、結晶体、または、複屈折結晶体であるか、および／または、反射防止膜などの反射率に影響する積層構造体を有する。提案する発明の実施形態における光学素子３の目的は、レーザビームの一部について、更なる光路を導入することによって、ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの非対称性を生成することである。レーザビームに非対称性を導入することにより、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームは、細長い、好ましくは、楕円形の形状を有するガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム６ｂに変形される。

光学素子３は、いくつかの技術的解決手法を用いて実現しうる。光学素子３は、レーザビームの一部だけをガラス板１４ａでありうる。一実施形態において、ガラス板１４ａは、ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、レーザビームの半分を覆うように配置され、レーザビームのうち、覆われた部分と覆われていない部分は対称である。

上記のように、レーザビームを、ガラス板１４ａによって部分的に覆うので、レーザビームの異なる部分間で光路差を生じて、レーザビームの強度プロファイルの対称性が乱される。板１４ａの厚さは、０．５ｍｍなど、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームに変形するように、選択される。

光学素子３の他の実施形態は、異なる厚さの２つのゾーンを含む透明板１４ｂであり、レーザビームの光路に配置された場合には、異なるゾーンを通り抜けるレーザビームの部分ごとに、異なる光路長を生成する。上記の異なる厚さの２つのゾーンは、レーザビームを、２つの等しく対称な部分に分け、ビームの第１の部分は、板１４ｂの第１のゾーンを通り抜け、ビームの第２の部分は、板１４ｂの第２のゾーンを通り抜ける。

光学素子３の他の実施形態は、異なる屈折率の２つのゾーンを含む透明板１４ｃであり、レーザビームの光路に配置された場合には、異なる屈折率のゾーンを通り抜けるレーザビームの部分ごとに、異なる光路長を生成する。透明板１４ｃは、レーザビームの光路に、レーザビームを２つの等しく対称な部分に分け、ビームの第１の部分は、板１４ｃの第１の屈折率ゾーンを通り抜け、ビームの第２の部分は、板１４ｃの第２の屈折率ゾーンを通り抜けるように、配置される。

提案する発明の他の実施形態によれば、透明板（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を、レーザビームの光路に、レーザビームを部分的に覆って配置し、ビームを非対称な部分に分けて、レーザビームのうち、覆われた部分と覆われていない部分の上記のような非対称性に応じて、様々な形状の破損領域が生成されるようにしうる。

提案する発明の実施形態によれば、典型的なガウス強度プロファイル超短パルスレーザビーム２を、レーザビーム伝播方向に垂直な平面で細長い形状を有し、透明で板状の加工対象物内で局在した、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームに変形してもよく、その場合、パルスエネルギーは、加工対象物の材料に、非線形過程を介して伝達され、材料の改質が、マイクロメートルサイズの亀裂を有する破損領域の形成として生じる。破損領域で改質した材料の密度変化により、材料の内部応力が、平面状の微細な亀裂を形成し、その方向は、非対称／細長いガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの長軸の回転によって制御される。そのような改質が所定の軌跡に沿って生じることで、はっきりと画定した分離経路を生成し、それは、加工対象物を、機械力、熱応力で生じた力、または、板状の加工対象物に存在する内部応力により発生する経時的自然破断によって、板状の加工対象物のタイプおよび積層構造に応じて、所定の形状の部分に分割するのに用いられる。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
透明材料の加工方法において、
光学系で、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する工程と、
生成した前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを透過する材料で作られた加工対象物（７）内で局在させて、該加工対象物内に、該レーザビームの伝播方向に延伸する破損領域を形成する工程と、
前記加工対象物（７）と前記レーザビームの制御した相対的変位を行って、該加工対象物（７）の切断および／または破断平面を形成するために必要な数の更なる隣接した破損領域を、所定の軌跡に生成する工程と、
を含み、
前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する工程は、光学素子（３、３’、３”）を、ビームの光路に配置することによって、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム（６ｂ）を生成する工程を含み、前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの非対称性は、細長い形状の該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを該レーザビームの伝播方向に垂直な平面内に形成するために、前記光学素子（３、３’、３”）の材料、および／または、該光学素子（３、３’、３”）のパラメータ、および／または、該レーザビームの光路における該光学素子（３、３’、３”）の位置を適切に選択することによって、設定され、それに対応して、細長い形状の破損領域（１８ｂ）を前記加工対象物（７）内に生成し、更に、該加工対象物（７）と該レーザビームの制御した相対的変位を行う工程は、生成した前記細長い形状の破損領域（１８ｂ）が、該加工対象物（７）内で、前記切断および／または破断平面の前記所定の軌跡に沿って、長手方向に順次配置されるように行われるものである方法。

実施形態２
超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム（２）を、レーザ光源（１）から前記光学系に向けて、該光学系で、前記超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム（２）から、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する工程を、
更に含み、
向けられた前記レーザビーム（２）のレーザパルス持続時間およびレーザパルスエネルギーは、前記加工対象物（７）の材料破損閾値を超えて、前記レーザビーム伝播方向に延伸する破損領域をその中に形成するように、選択されるものである、実施形態１に記載の方法。

実施形態３
前記レーザビーム伝播方向に垂直な前記平面内に生成した前記破損領域（１８ｂ）の前記細長い形状は、楕円形である、実施形態１または２に記載の方法。

実施形態４
前記細長い形状の破損領域（１８ｂ）は、前記加工対象物（７）内で、前記切断および／または破断平面の軌跡に沿って、互いに距離ｄｘで配置され、隣接した前記破損領域の中心間の前記距離ｄｘは、１つの破損領域の長さ（１８ｅ）の０．５から１５倍の範囲であり、該破損領域（１８ｂ）の長軸に沿った前記長さ（１８ｅ）は、１μｍから２０μｍであり、該破損領域の前記長軸に沿った該長さは、短軸に沿った長さの１．３から５倍、好ましくは、２倍である、実施形態１から３のいずれか１つに記載の方法。

実施形態５
前記加工対象物（７）の前記透明材料が、ガラス、化学強化ガラス、サファイア、および、他の結晶性材料からなる群から選択されるものである、実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。

実施形態６
透明な前記加工対象物内に生成した前記破損領域（１８ｂ）の前記レーザビーム伝播方向に沿った長さ（１８ｆ）は、板状の前記加工対象物（７）の厚さより短く、板状の該加工対象物のいずれの表面にも、つながっていないか、該破損領域の前記長さ（１８ｆ）は、該加工対象物の前記厚さと一致し、板状の該加工対象物の両方の表面（７ａ、７ｂ）に、つながっているか、または、該破損領域の該長さ（１８ｆ）は、板状の該加工対象物（７）の該厚さより短く、前記表面（７ａ、７ｂ）の１つにのみに、つながっているものである、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。

実施形態７
加工対象物（７）を構成する透明材料を加工する装置において、
レーザビームを生成するレーザ光源（１）と、
前記レーザビームから、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成し、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを前記加工対象物（７）内で局在させて、該加工対象物（７）内にビーム伝播方向に沿った破損領域を形成するための光学系と、
制御部によって制御されて、前記加工対象物の切断および／または破断平面を形成するために必要な数の更なる隣接した破損領域を所定の軌跡に生成するように、透明な前記加工対象物（７）と前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの相対的変位を行うための位置決め機構と、
を含み、
前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの対称性を乱して、前記加工対象物（７）内に局在した非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム（６ｂ）を形成するように、該ビームの光路に配置された光学素子（３、３’、３”）は、前記レーザビーム伝播方向に垂直な前記平面内に細長い形状を有する破損領域（１８ｂ）を生成し、
前記制御部（１０）によって制御された前記位置決め機構は、透明な前記加工対象物（７）と前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム（６ｂ）の制御した相対的変位を行って、前記細長い形状の破損領域（１８ｂ）を、該加工対象物内の前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に沿って、長手方向に順次生成するように、配置されたものである装置。

実施形態８
前記レーザ光源は、超短パルスガウス強度プロファイルレーザビームを生成して、それを、前記光学系に向けるように配置され、向けられた前記レーザビーム（２）のレーザパルス持続時間およびレーザパルスエネルギーは、前記加工対象物（７）の材料破損閾値を超えて、前記レーザビーム伝播方向に延伸する前記破損領域をその中に形成するように、選択されるものである、実施形態７に記載の装置。

実施形態９
前記光学素子（３）は、前記レーザビームの一部に、該レーザビームの他の部分と比べて更なる光路を導入することによって、該レーザビームの非対称性を生じさせて、前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム（６ｂ）を形成するように配置された透明材料の板である、実施形態７または８に記載の装置。

実施形態１０
前記光学素子（３）は、前記レーザビームを部分的に覆って、該ビームを非対称な部分に分けるために、該レーザビームの光路に配置された透明板（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）である、実施形態７から９のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１１
前記光学素子（３、３’、３”）は、前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内で、該レーザビームの一部を覆う透明板（１４ａ）であり、該レーザビームのうち、覆われた部分と覆われていない部分が対称で、該ビームのうち、前記覆われていない部分は、該透明板（３、３’、３”）を通り越して、直に進み、一方、該ビームのうち、前記覆われた部分は、該透明板（３、３’、３”）を通り抜けるものである、実施形態７または８に記載の装置。

実施形態１２
前記光学素子（３、３’、３”）は、異なる厚さの第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、該レーザビームが２つの部分に分けられるように配置された透明板（１４ｂ）であり、該ビームの第１の部分は、前記板（１４ｂ）の前記第１のゾーンを通り、該ビームの第２の部分は、該板（１４ｂ）の前記第２のゾーンを通るものである、実施形態７または８に記載の装置。

実施形態１３
前記光学素子（３、３’、３”）は、異なる屈折率の第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、該レーザビームが２つの部分に分けられるように配置された透明板（１４ｃ）であり、該ビームの第１の部分は、前記板（１４ｃ）の前記第１のゾーンを通り、該ビームの第２の部分は、該板（１４ｃ）の前記第２のゾーンを通るものである、実施形態７または８に記載の装置。

実施形態１４
前記２つの部分が、等しく対称な部分である、実施形態９、１１、１２および１３のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１５
前記制御部（１０）によって制御された前記位置決め機構は、前記光学素子（３、３’、３”）が取り付けられた回転ステージ（１５、１５’、１５”）、および、前記加工対象物（７）が取り付けられる直線動作ステージ（８）を含み、前記ステージ（１５、１５’、１５”）（８）は、前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に基づくコマンドをコンピュータ（９）から受信する該制御部（１０）よって、該切断および／または破断平面の軌跡の方向を、前記光学素子（３、３’、３”）を回転する該ステージ（１５、１５’、１５”）によって制御し、ある変位距離（１８ｅ）での前記加工対象物（７）における前記破損領域（１８ｂ）の位置決めを、該加工対象物（７）を直線的に移動する該ステージ（８）によって制御するように、制御されるものである、実施形態７から１４のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１６
前記制御部（１０）によって制御された前記位置決め機構は、
前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内で、前記レーザビーム伝播方向に沿って見た前記固定光学素子（３）の後側に配置されて、前記回転ステージ（１５、１５’）に取り付けられたドーブプリズム（１６、１６’）と、
前記加工対象物（７）が取り付けられる直線動作ステージ（８）と、
を含み、
前記ステージ（１５、１５”）（８）は、前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に基づくコマンドをコンピュータ（９）から受信する前記制御部（１０）よって、該切断および／または破断平面の軌跡の方向を、前記ドーブプリズム（１６、１６’）を回転する該ステージ（１５、１５”）によって制御し、ある変位距離（１８ｅ）での前記加工対象物（７）における前記破損領域（１８ｂ）の位置決めを、該加工対象物（７）を直線的に移動する該ステージ（８）によって制御するように、制御されるものである、実施形態７から１５のいずれか１つに記載の装置。

実施形態１７
前記レーザビーム伝播方向に沿って見た前記光学素子（３）の前側または後側で、かつ、前記ドーブプリズム（１６、１６’）の前側で、前記レーザビーム光路に配置された、前記レーザ光源（１）のレーザ照射光の偏光状態を直線状から円形に変えるための１／４波長位相板（１６ｂ、１６ｂ’）を、
更に含む、実施形態１６に記載の装置。

実施形態１８
前記レーザビーム伝播方向に沿って見た前記光学素子（３）の後側で、かつ、前記ドーブプリズム（１６）の前側で、前記レーザビーム光路に配置されて、該ドーブプリズム（１６）と共に回転するために前記回転ステージ（１５）に取り付けられたものであって、前記レーザ光源（１）のレーザ照射光を同じ偏光状態に維持するための１／２波長位相板（１６ｂ”）を、
更に含む、実施形態１６に記載の装置。

実施形態１９
透明材料の加工方法において、
超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム（２）を、レーザ光源（１）から光学系に向けて、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する工程と、
生成された前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、局在した該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを透過する材料で作られた加工対象物（７）内で局在させて、向けられた前記レーザビーム（２）のレーザパルス持続時間およびレーザパルスエネルギーは、前記加工対象物（７）の材料破損閾値を超えて、該加工対象物内に該レーザビームの伝播方向に延伸する破損領域を形成するように、選択される工程と、
前記加工対象物（７）と前記レーザビームの制御した相対的変位を行って、該加工対象物（７）の切断および／または破断平面を形成するために必要な数の更なる隣接した破損領域を、所定の軌跡に生成する工程と
を含み、
光学素子（３、３’、３”）を、前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に配置させることによって、前記超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム（２）を、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム（６ｂ）に変形させるものであり、前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの非対称性は、細長い形状の該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを該レーザビームの伝播方向に垂直な平面内に形成するために、前記光学素子（３、３’、３”）の材料、および／または、該光学素子（３、３’、３”）のパラメータ、および／または、該レーザビームの光路における該光学素子（３、３’、３”）の位置を適切に選択することによって、設定され、それに対応して、細長い形状の破損領域（１８ｂ）を、前記加工対象物（７）内に生成し、該加工対象物（７）と該レーザビームの制御した相対的変位を行う工程は、生成した前記細長い形状の破損領域（１８ｂ）が、該加工対象物（７）内で、前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に沿って、長手方向に順次配置されるように行われるものである方法。

実施形態２０
前記レーザビーム伝播方向に垂直な平面内に生成した前記破損領域（１８ｂ）の前記細長い形状は、楕円形の形状と類似しているものである、実施形態１９に記載の方法。

実施形態２１
前記細長い形状の破損領域（１８ｂ）は、前記加工対象物（７）内で、前記切断および／または破断平面の軌跡に沿って、互いに、ある距離で配置され、隣接した前記破損領域の中心間の距離ｄｘは、１つの破損領域の長さ（１８ｅ）の約０．５から約１５倍の範囲であり、該破損領域（１８ｂ）の長軸に沿った前記長さ（１８ｅ）は、約１μｍから約２０μｍであり、該破損領域の前記長軸に沿った該長さは、短軸に沿った長さの１．３から５倍、好ましくは、２倍である、実施形態１９または２０に記載の方法。

実施形態２２
前記加工対象物（７）の前記透明材料は、ガラス、化学強化ガラス、サファイア、および、他の結晶性材料からなる群から選択されるものである、実施形態１９から２１のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２３
透明な前記加工対象物内に生成した前記破損領域（１８ｂ）の前記レーザビーム伝播方向に沿った長さ（１８ｆ）は、板状の前記加工対象物（７）の厚さより短く、板状の該加工対象物のいずれの表面にも、つながっていないか、該破損領域の前記長さ（１８ｆ）は、該加工対象物の前記厚さと一致し、板状の該加工対象物の両方の表面（７ａ、７ｂ）に、つながっているか、または、該破損領域の該長さ（１８ｆ）は、板状の該加工対象物（７）の該厚さより短く、前記表面（７ａ、７ｂ）の１つにのみに、つながっているものである、実施形態１９から２２のいずれか１つに記載の方法。

実施形態２４
透明材料を加工する装置において、
超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム（２）を生成するレーザ光源（１）と、
加工対象物（７）の材料の光学破損閾値を超えて、前記加工対象物内に、ビーム伝播方向に沿った破損領域を形成するように選択されたレーザパルス持続時間およびエネルギーを有するガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成して、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを透過する材料で作られた加工対象物（７）内で、該ビームを局在させる光学系と、
制御部によって制御されて、透明な前記加工対象物（７）と前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、該加工対象物の切断および／または破断平面を形成するために必要な数の更なる隣接した破損領域を所定の軌跡に生成するように、相対的に変位させるための位置決め機構と、
を含み、
前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路に、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの対称性を乱すように配置された光学素子（３、３’、３”）を含み、前記光学系は、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム（６ｂ）を形成して、前記ビームを前記加工対象物（７）内で局在させて、前記レーザビーム伝播方向に垂直な平面内に細長い形状を有する破損領域（１８ｂ）を生成し、
前記制御部（１０）によって制御された前記位置決め機構は、透明な前記加工対象物（７）と前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム（６ｂ）の制御した相対的変位を行って、前記細長い形状の破損領域（１８ｂ）を、該加工対象物内の前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に沿って、長手方向に順次生成するように、設計されたものである装置。

実施形態２５
前記光学素子（３、３’、３”）は、前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、該レーザビームの半分を覆うように配置された透明板（１４ａ）であり、該レーザビームのうち、覆われた部分と覆われていない部分は対称で、該ビームのうち、前記覆われていない部分は、直に進み、一方、該ビームのうち、前記覆われた部分は、該透明板（３、３’、３”）を通り抜けるものである、実施形態２４に記載の装置。

実施形態２６
前記光学素子（３、３’、３”）は、異なる厚さの第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、該レーザビームが２つの等しく対称な部分に分けられるように配置された透明板（１４ｂ）であり、該ビームの第１の部分は、前記板（１４ｂ）の前記第１のゾーンを通り、該ビームの第２の部分は、該板（１４ｂ）の前記第２のゾーンを通るものである、実施形態２４に記載の装置。

実施形態２７
前記光学素子（３、３’、３”）は、異なる屈折率の第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、該レーザビームが２つの等しく対称な部分に分けられるように配置された透明板（１４ｃ）であり、該ビームの第１の部分は、前記板（１４ｃ）の前記第１のゾーンを通り、該ビームの第２の部分は、該板（１４ｃ）の前記第２のゾーンを通るものである、実施形態２５に記載の装置。

実施形態２８
前記制御部（１０）によって制御された前記位置決め機構は、前記光学素子（３、３’、３”）が取り付けられた回転ステージ（１５、１５’、１５”）、および、前記加工対象物（７）が取り付けられる直線動作ステージ（８）を含み、
前記ステージ（１５、１５’、１５”）（８）は、前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に基づくコマンドをコンピュータ（９）から受信する前記制御部（１０）よって、該切断および／または破断平面の軌跡の方向を、前記光学素子（３、３’、３”）を回転する該ステージ（１５、１５’、１５”）によって制御し、ある変位距離（１８ｅ）での前記加工対象物（７）における前記破損領域（１８ｂ）の位置決めを、該加工対象物（７）を直線的に移動する該ステージ（８）によって制御するように、制御されるものである、実施形態２４から２７のいずれか１つに記載の装置。

実施形態２９
前記制御部（１０）によって制御された前記位置決め機構は、
前記ガウスまたはガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内で、前記レーザビーム伝播方向に沿って見た前記固定光学素子（３）の後側に配置されて、前記回転ステージ（１５、１５’）に取り付けられたドーブプリズム（１６、１６’）と、
前記加工対象物（７）が取り付けられる直線動作ステージ（８）と、
を含み、
前記ステージ（１５、１５”）（８）は、前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に基づくコマンドをコンピュータ（９）から受信する前記制御部（１０）よって、該切断および／または破断平面の軌跡の方向を、前記ドーブプリズム（１６、１６’）を回転する該ステージ（１５、１５”）によって制御し、ある変位距離（１８ｅ）での前記加工対象物（７）における前記破損領域（１８ｂ）の位置決めを、該加工対象物（７）を直線的に移動する該ステージ（８）によって制御するように、制御されるものである、実施形態２４から２７のいずれか１つに記載の装置。

実施形態３０
前記レーザビーム伝播方向に沿って見た前記光学素子（３）の前側または後側で、かつ、前記ドーブプリズム（１６、１６’）の前側で、前記レーザビーム光路に配置された、前記レーザ光源（１）のレーザ照射光の偏光状態を直線状から円形に変えるための１／４波長位相板（１６ｂ、１６ｂ’）を有する、実施形態２９に記載の装置。

実施形態３１
前記レーザビーム伝播方向に沿って見た前記光学素子（３）の後側で、かつ、前記ドーブプリズム（１６）の前側で、前記レーザビーム光路に配置されて、該ドーブプリズム（１６）と共に回転するための前記回転ステージ（１５）に取り付けられたものであって、前記レーザ光源（１）のレーザ照射光を同じ偏光状態に維持するための１／２波長位相板（１６ｂ”）を有する、実施形態２９に記載の装置。

１ レーザ光源
２ 超短パルスガウス強度プロファイルレーザビーム
３、３’、３” 光学素子
４ａ、４ｂ 回転装置
５ 光学系
６ｂ 非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビーム
７ 加工対象物
８ ステージ
９ コンピュータ
１０ 制御部
１１ 光学素子
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 透明板
１５、１５’、１５” 回転ステージ
１６ ドーブプリズム
１６ｂ、１６ｂ’ １／４波長位相板
１６ｂ” １／２波長位相板
１８ｂ 破損領域

Claims (10)

1. 透明材料の加工方法において、
   ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する工程と、
   前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを透過する材料で作られた加工対象物内で局在させて、該加工対象物内に、該レーザビームの伝播方向に、ある距離で延伸する破損領域を形成する工程と、
   前記加工対象物と前記レーザビームの制御した相対的変位を行って、該加工対象物の切断および／または破断平面を形成するために更なる隣接した破損領域を、所定の軌跡に生成する工程と
   を含み、
   前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する工程は、光学素子を、該ビームの光路に配置することによって、非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを生成する工程を含み、
   前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの非対称性は、長軸および短軸を有する細長い形状の該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを該レーザビームの伝播方向に垂直な平面内に形成するために、前記光学素子の材料、および／または、該光学素子のパラメータ、および／または、該レーザビームの光路における該光学素子の位置を選択することによって、設定され、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームは、それに対応して、細長い形状の破損領域を前記加工対象物内に生成し、
   前記加工対象物と前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの制御した相対的変位を行う工程は、複数の生成した前記細長い形状の破損領域が、該加工対象物内で、前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に沿って、長手方向に順次配置されるように行われるものである方法。
2. 前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、ガウス強度プロファイルレーザビームから生成するものである、請求項１に記載の方法。
3. 前記細長い形状の破損領域は、楕円形を有するものである、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記複数の細長い形状の破損領域は、前記切断および／または破断平面の軌跡に沿って、互いに距離ｄｘで配置され、
   隣接した前記細長い形状の破損領域の中心間の前記距離ｄｘは、前記長軸に沿った１つの破損領域の長さの０．５から１５倍の範囲であり、
   前記細長い形状の破損領域の長軸に沿った前記長さは、１μｍから２０μｍであり、該細長い形状の破損領域の前記長軸に沿った該長さは、該細長い形状の破損領域の短軸に沿った長さの１．３から５倍である、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 加工対象物の加工装置において、
   レーザビームを生成するレーザ光源と、
   前記レーザビームから、ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成し、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを透過する加工対象物内で局在させて、前記加工対象物内にビーム伝播方向に沿った破損領域を形成するための光学系と、
   制御部によって制御されて、前記加工対象物の切断および／または破断平面を形成するために、複数の破損領域を所定の軌跡に生成するように、該加工対象物と前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの相対的変位を行うための位置決め機構と、
   を含み、
   光学素子が、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの対称性を乱して、前記加工対象物内に局在した非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成するように、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路に配置され、前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームは、前記レーザビーム伝播方向に垂直な前記平面内に細長い形状を有する破損領域を生成し、
   前記位置決め機構は、前記加工対象物と前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの制御した相対的変位を行って、前記複数の細長い形状の破損領域を、該加工対象物内の前記切断および／または破断平面の所定の軌跡に沿って、長手方向に順次生成するように構成されたものである装置。
6. 前記光学素子は、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの一部に、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの他の部分と比べて更なる光路を導入することによって、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの非対称性を生じさせて、前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成するように配置された透明板である、請求項５に記載の装置。
7. 前記光学素子は、前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを部分的に覆って、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルビームを、前記非対称ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームを形成する非対称な部分に分けるために、該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路に配置された透明板である、請求項５または６に記載の装置。
8. 前記光学素子は、前記レーザビームまたは前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内で、該レーザビームまたは該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの一部を覆う透明板であり、該レーザビームまたは該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームのうち、覆われた部分と覆われていない部分が対称で、該レーザビームまたは該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームのうち、前記覆われていない部分は、該透明板を通り越して、直に進み、一方、該レーザビームまたは該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームのうち、前記覆われた部分は、該透明板を通り抜けるものである、請求項５または６に記載の装置。
9. 前記光学素子は、異なる厚さの第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、前記レーザビームまたは前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、該レーザビームまたは該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームが第１の部分と第２の部分に分けられるように配置された透明板であり、前記第１の部分は、前記板の前記第１のゾーンを通り、前記第２の部分は、該板の前記第２のゾーンを通るものである、請求項５または６に記載の装置。
10. 前記光学素子は、異なる屈折率の第１のゾーンおよび第２のゾーンを有し、前記レーザビームまたは前記ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームの光路内に、該レーザビームまたは該ガウス‐ベッセル強度プロファイルレーザビームが第１の部分と第２の部分に分けられるように配置された透明板であり、前記第１の部分は、前記板の前記第１のゾーンを通り、前記第２の部分は、該板の前記第２のゾーンを通るものである、請求項５または６に記載の装置。

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