JP2020500137A - ガラス基板における穴およびスロットの作製 - Google Patents

Abstract

本発明は、イオン交換されたガラス基板における内部輪郭を切断および分離するためのプロセスに関する。方法は、第1のパルスレーザービームをレーザービーム焦線へと集光するステップと、レーザービーム焦線をイオン交換されたガラス基板へと内側ガラス片を画定する閉じた内側輪郭（２４）に沿って複数の位置に方向づけるステップであって、レーザービーム焦線が複数の位置の各位置で、イオン交換されたガラス基板の厚さを通して延伸する欠陥線を生成するように、レーザービーム焦線がイオン交換されたガラス基板内に誘起吸収を生成する、方向づけるステップと、別の集光されたレーザービームを、内側ガラス片の少なくとも一部（２６）へと方向づけ、内側ガラス片の少なくとも最小の一部を融除するステップと、を含む。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１６年１０月１３日に出願された米国仮出願第６２／４０７，９００号の優先権の利益を米国特許法第１１９条のもとに主張し、この内容は、その全体が参照により依拠され、本明細書に援用される。

本発明は、透明材料、具体的にはガラスの薄い基板の内部輪郭を切断および分離するためのプロセスに関する。

ガラスなどの透明材料の薄い基板に穴およびスロットを開けることは、穴またはスロットの輪郭に沿って材料を融除するために使用される集光されたレーザービームによって達成でき、この場合、複数のパスを使用して、内側プラグがもはや外側の基板片につながっていない状態になるまで、材料の層を次々に取り除く。そのようなプロセスに伴う課題は、このプロセスでは、部分の表面を汚染することになる著しいアブレーションデブリ、および輪郭のエッジに沿った多大なサブサーフェスダメージ（＞１００μｍ）が生成されることである。

したがって、穴およびスロットを開けるための改善されたプロセスが必要とされている。

本明細書で説明される実施形態は、透明材料、具体的にはガラスの薄い基板の内部輪郭を切断および分離するためのプロセスに関する。

一実施形態において、ガラス物品を形成する方法は、
（Ｉ）第１のパルスレーザービームをレーザービーム焦線へと集光することと、
（ＩＩ）前記レーザービーム焦線をイオン交換されたガラス基板へと、内側ガラス片を画定する閉じた内側輪郭に沿って複数の位置に方向づけることであって、当該レーザービーム焦線が、当該複数の位置の各位置で、当該イオン交換されたガラス基板の厚さを通して延伸する欠陥線を生成するように、当該レーザービーム焦線が当該イオン交換されたガラス基板内に誘起吸収を生成する、方向づけることと、
（ＩＩＩ）別の集光されたレーザービームを前記内側ガラス片の少なくとも一部へと方向づけること、および当該内側ガラス片の少なくとも最少の一部を融除することと、を含む。

いくつかの実施形態によれば、前記イオン交換されたガラス基板は、化学強化されたガラス基板である。いくつかの実施形態によれば、前記イオン交換されたガラス基板は、ディスプレイガラスを少なくとも部分的に覆って位置される。いくつかの実施形態によれば、前記焦線は前記ディスプレイガラス内に誘起吸収を生成しない。いくつかの実施形態によれば、前記イオン交換されたガラス基板は、ディスプレイを少なくとも部分的に覆って、および少なくとも１つの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記方法は、前記カバーガラスまたは当該電子構成部品を損傷することなく、イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片を取り除くステップを、さらに含む。

少なくともいくつかの実施形態において、前記イオン交換されたガラス基板は、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスである。いくつかの実施形態において、前記イオン交換されたガラス基板は、前記民生用電子デバイスの電子構成部品を覆って位置される。いくつかの実施形態において、前記イオン交換されたガラス基板が前記民生用電子デバイスの電子構成部品を覆って位置され、前記第１のパルスレーザービームが、当該イオン交換されたガラス基板に対して透明であるが当該電子構成部品に対しては透明でない波長を有する。前記イオン交換されたガラス基板が前記民生用電子デバイスの電子構成部品を覆って位置され、前記第１のパルスレーザービームが、当該イオン交換されたガラス基板に対して透明であるが当該電子構成部品に対しては透明でない波長を有する。いくつかの実施形態において、前記民生用電子デバイスは、ディスプレイ装置であるか、またはディスプレイ装置を備える。いくつかの実施形態において、前記イオン交換されたガラス基板は、前記ディスプレイ装置の電子構成部品を覆って位置される。いくつかの実施形態において、前記イオン交換されたガラス基板は、前記ディスプレイ装置の電子構成部品を覆って位置され、前記第１のパルスレーザービームが、当該イオン交換されたガラス基板に対して透明であるが当該電子構成部品に対しては透明でない波長を有する。前記イオン交換されたガラス基板が前記ディスプレイ装置の電子構成部品を覆って位置され、前記第１のパルスレーザービームが、当該イオン交換されたガラス基板に対して透明であるが当該電子構成部品に対しては透明でない波長を有する。

本特許または出願ファイルは、カラーで作成した図面を少なくとも１つ含む。カラー図面を伴う本特許または出願公開の写しは、請求と必要な手数料の納付に応じて、特許商標庁から提供される。

前述したものは、異なる図を通して同様の参照符号が同じ部分を意味する添付の図面において例示されるように、本発明の実施形態例に関するさらに具体的な以下の説明から明らかとなるだろう。図面は必ずしも縮尺されておらず、それよりも、本発明の実施形態を例示することに重点が置かれている。

例示的な民生用デバイスにおいて利用される出発ガラスシートから切り取られる、例示的な部分の図である。例示的な部分は、外側輪郭および内側輪郭の両方を有している場合がある。外側輪郭は、追加の切り目または「脱離線」を追加することによって、出発（母材）シートから容易に脱離できる。 レーザービーム焦線の位置決めの図である、すなわち、焦線に沿った誘起吸収に起因する、レーザー波長に対して透明である材料の加工の図である。 レーザービーム焦線の位置決めの図である、すなわち、焦線に沿った誘起吸収に起因する、レーザー波長に対して透明である材料の加工の図である。 レーザー穴あけのための光学アセンブリの図である。 レーザービーム焦線を基板に対して種々に位置決めすることによって基板を加工するための様々な可能性の図である。 レーザービーム焦線を基板に対して種々に位置決めすることによって基板を加工するための様々な可能性の図である。 レーザービーム焦線を基板に対して種々に位置決めすることによって基板を加工するための様々な可能性の図である。 レーザービーム焦線を基板に対して種々に位置決めすることによって基板を加工するための様々な可能性の図である。 レーザー穴あけのための第２の光学アセンブリの図である。 レーザー穴あけのための第３の光学アセンブリの図である。 レーザー穴あけのための第３の光学アセンブリの図である。 レーザー穴あけのための第４の光学アセンブリの概略図である。 材料をレーザー加工するための種々のレジームの図である。集光されていないレーザービームを例示する。 材料をレーザー加工するための種々のレジームの図である。球面レンズを有する集光されたレーザービームを例示する。 材料をレーザー加工するための種々のレジームの図である。アキシコンまたは回折型フレネルレンズを有する集光されたレーザービームを例示する。 各例示的なパルスバーストが３個のパルスを有する、例示的なパルスバースト内のレーザーパルスの相対強度対時間を概略的に例示する。 各例示的なパルスバーストが５個のパルスを含む、例示的なパルスバースト内のレーザーパルスの相対強度対時間を概略的に例示する。 内側輪郭を画定し、この輪郭の内側の材料を取り除くために描かれる、種々のレーザーステップおよび経路の描写である。 輪郭内側の材料の除去のためのＣＯ_２レーザーステップの描写である。 穴の形成の例（顕微鏡画像）である。 均等に間隔を開けた、改変されたガラスの欠陥線または損傷進路を有する、断層線または穿孔線の図である。 均等に間隔を開けた、改変されたガラスの欠陥線または損傷進路を有する、断層線または穿孔線の図である。 均等に間隔を開けた、改変されたガラスの欠陥線または損傷進路を有する、断層線または穿孔線の図である。

実施形態例の説明は以下のとおりである。

本明細書で開示されるのは、透明材料、具体的にはガラスの薄い基板の内部輪郭を切断および分離するためのプロセスである。このガラスは、例えば、民生用電子デバイスに実装された、イオン交換されたガラスシートであってもよい。そのような民生用電子デバイスの例は、携帯電話（例えば、「スマート」フォン）、またはタブレットである。方法は、基板に穿孔または穴を形成するための超短パルスレーザーの利用に関わる。以下に説明するレーザープロセスは、サブサーフェスダメージが少なく（＜７５μｍ）、表面粗さの優れた（Ｒａ＜０．５μｍ）、様々なガラスのフルボディ切断を、単一パスで発生させる。サブサーフェスダメージ（ＳＳＤ）は、ガラス片の切断エッジに対して垂直の亀裂または「割れ（ｃｈｅｃｋ）」の広がりと定義される。これらの亀裂がガラス片へと延伸する距離の大きさは、ガラスのエッジ強度を向上するために使われる研削および研磨から必要とされる場合がある、後の材料除去の量を決定することがあり得る。共焦点顕微鏡を使用して亀裂からの光散乱を観察し、所与の切断エッジにわたってガラスの本体の中へ亀裂が延伸する最長距離を求めることによって、ＳＳＤを測定してもよい。

一実施形態は、ガラスなどの材料における内部輪郭を切断および分離する方法に関し、当該方法には、上述の穿孔プロセスによって発生した高品質のエッジを露出する分離プロセスが伴い、当該分離プロセスによる当該エッジの損傷はない。部分２２が基板から切り取られる際、部分２２は、図１において破線で示されるように、内側輪郭から成っていてもよい。場合によって、応力が高い材料および十分に大きい内部輪郭の場合、内側部分は自ずと分離し、脱落する。しかしながら、小さな穴およびスロット、例えば、１０ｍｍの穴、幅＜数ｍｍのスロット、例えば≦ｍｍ、または≦２ｍｍ、または≦１ｍｍ、の場合、応力を有する材料の場合でさえ、内側部分が脱落することはない。穴２２は、一般に、断面において円形または実質的に円形の造作であると定義される。それに対して、スロット２２は、例を挙げると、例えば、断面の、または上面もしくは下面から見るときの、＞４：１、典型的に２５：１、例えば１．５ｍｍ×１５ｍｍ、または３ｍｍ×１５ｍｍ、または１ｍｍ×１０ｍｍ、または１．５ｍｍ×７ｍｍなどの長さ対幅のアスペクト比を有する造作などの、高度に楕円形の造作を一般に有する。スロットは丸みを付けた角を有していてもよく、または角が鋭い（９０度）造作であってもよい。

スマートフォンのカバーガラスなどのガラス片にある、穴またはスロットなどの内部輪郭を分離することに伴う課題は、輪郭が良好に穿孔され、かつ亀裂がその周りに伝播しても、材料の内側プラグ（ｐｌｕｇ）が、圧縮圧力下にありプラグを取り囲む材料によって定位置に固定される場合があることである。このことは、課題となる部分はプラグが脱落することを可能にする自動脱離プロセスであることを意味する。

本出願は、一般に、民生用電子デバイスの一部を構成するガラス基板から、恣意的な形状を精密切断および分離するためのレーザー法および装置を対象とし、ここで、ガラス基板は、１つまたは複数の、下にある構成部品を覆って位置されている。精密切断は、制御可能な仕方で、下にある構成部品に対する最小限のまたは微々たる熱損傷を伴って、行われる。開発されたレーザー法は、線形レジームにおけるレーザー波長に対するガラス材料透過率に依存しており、このことにより、きれいで汚れのない表面品質の維持、およびレーザー焦点周りの高強度の領域によって作られたサブサーフェスダメージの低減が可能になる。このプロセスの重要な実現手段の１つは、超短パルスレーザーによって作られる欠陥の高アスペクト比である。この高アスペクト比により、切断されることになる材料の上面から底面まで延伸する断層線が作られる。原理的には、この欠陥は単一レーザーパルスによって作ることができ、必要であれば、追加のパルスを使用して、影響を受ける面積の延長範囲（深さおよび幅）を増大できる。

短パルスピコ秒レーザーおよび焦線を生成する光学系を使用して、ガラスシートに閉じた輪郭を穿孔する。穿孔は直径が数マイクロメートル未満であり、穿孔の典型的な間隔は、１から１５μｍであり、穿孔はガラスシートを完全に貫通する。

次に、ガラス材料を融除するのに十分高いパワー密度の、集光されたレーザービーム、例えばＣＯ_２レーザービームを、穿孔された輪郭の内部の周りにトレースし、溝（例えば、幅２００から８００マイクロメートル）を作って、内部ガラス材料の除去、すなわちガラスプラグの除去を容易にする。１つまたは複数のレーザーのパスが使用されてもよい。このプロセスは、下にある部品に対する熱損傷を最小限にするために、時間的に広げられてもよい。

透明材料を切断および分離するための方法は、超短パルスレーザーによって、加工される材料上に断層線を作ることに、本質的に基づいている。吸収、ＣＴＥ、応力、組成などの材料特性、およびその決定された材料を加工するために選択されるレーザーパラメーターによる。

しかしながら、ガラスが、欠陥線の形成後に自ずと分離し始めるのに十分な内部応力を有していても、切断輪郭の外形が、内部ガラス部分（プラグ）が外側ガラス部分に対して動くことを妨げる場合がある。このことは、単純な穴またはスロット２２などの、ガラス基板内の閉じた輪郭または内側輪郭のほとんどにあてはまる。開口部の内部部分は、縁部との密接な接触のために、定位置にとどまることになる、つまり、穿孔された欠陥間で亀裂は伝播する可能性があるが、ガラス片が母体のシートから脱落することを可能にする空間が存在しない。

欠陥または穿孔線を形成すること
第１のプロセスステップに関して、その欠陥線を作るための方法がいくつかある。線焦点を形成する光学的方法は、ドーナツ形レーザービームおよび球面レンズ、アキシコンレンズ、回折素子、または高強度の線状領域を形成するための他の方法を使用して、複数の形式をとることができる。レーザーの種類（ピコ秒、フェムト秒など）および波長（ＩＲ、緑色、ＵＶなど）は、基板材料の破損を作るのに十分な光強度に達する限り、多様であることもできる。この波長は、例えば、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍまたは２６６ナノメートルであってもよい。

超短パルスレーザーを、焦線を生成する光学系と組み合わせて使用して、広範な組成のガラス体を完全に穿孔できる。いくつかの実施形態において、個別パルスのパルス持続時間は、約５ピコ秒超と約２０ピコ秒未満との間などの、約１ピコ秒超と約１００ピコ秒未満との間の範囲であり、個別パルスの繰返し率は、約１０ｋＨｚと６５０ｋＨｚとの間の範囲などの、約１ｋＨｚと４ＭＨｚとの間の範囲であり得る。

前述の個別パルス繰返し率での単一パルス動作に加えて、パルスは、例えば、３パルス、４パルス、５パルス、１０パルス、１５パルス、２０パルス、またはそれ以上などの、２以上のパルスのバーストで生成することができ、このバーストは、約１ｎｓｅｃと約５０ｎｓｅｃとの間の、例えば、約２０ｎｓｅｃなどの、１０から５０ｎｓｅｃ、または１０ｎｓｅｃから３０ｎｓｅｃの範囲である、パルスバースト内の個別パルス間の持続時間によって分離されており、バースト繰返し周波数は、約１ｋＨｚと約２００ｋＨｚとの間の範囲である。バーストすることまたはパルスバーストを生成することは、パルスの放射が均一で安定した流れではなく、緊密なパルスクラスターである、ある種のレーザー動作である。パルスバーストレーザービームは、波長を有することができ、当該波長は、材料がこの波長において実質的に透明であるように選択される。材料において測定されるバースト当たりの平均的なレーザーパワーは、材料の厚さｍｍ当たり４０マイクロジュール超、例えば４０マイクロジュール／ｍｍと２５００マイクロジュール／ｍｍとの間、または２００と８００マイクロジュール／ｍｍとの間であり得る。例えば、０．５ｍｍから０．７ｍｍ厚さのイオン交換されたガラスには、ガラスを穿孔する１５０から３００（例えば、２００μＪ）パルスバーストを使用してもよく、このことにより、１００から４００μＪ／ｍｍという例示的な範囲が与えられる。ガラスをレーザービームに対して移動させて、またはレーザービームをガラスに対して平行移動させて、任意の所望の部分の形状を描く穿孔線を作る。

レーザーは、例えば直径およそ１マイクロメートルの内方開口を有し、ガラスの全深さを貫通する、穴様の欠陥ゾーンまたは損傷進路、または欠陥線を作る。これらの穿孔、欠陥領域、損傷進路、または欠陥線は、一般に、１マイクロメートルから１５マイクロメートル、例えば２から１２マイクロメートルまたは３から１０マイクロメートル、間隔を開けられている。欠陥線は、例えばガラスシートの厚さを通して延伸し、ガラスシートの平坦な主面に対して直角である。

一実施形態において、超短（約１０ｐｓｅｃ）バーストパルスレーザーを使用して、一定で制御可能かつ繰り返し可能なやり方で、この高アスペクト比の垂直欠陥線を作る。この垂直欠陥線を作ることを可能にする光学構成の詳細は、以下に説明されるとともに、２０１３年１月１５日に出願された米国特許出願第６１／７５２，４８９号明細書に説明されている。この概念の本質は、超短（ピコ秒またはフェムト秒の持続時間）ベッセルビームを使用して、高アスペクト比でテーパのないマイクロチャネルの領域を作るために、光学レンズアセンブリにおいてアキシコンレンズ素子を使用することである。換言すると、アキシコンはレーザービームを円柱形かつ高アスペクト比（長い長さおよび小さな直径）の領域に集光する。集光されたレーザービームで作られた高強度により、レーザー電磁場と材料との非線形相互作用が生じ、レーザーエネルギーは基板に転移する。しかしながら、レーザーエネルギーの強度が高くない面積（例えば、ガラス表面、または中央収束線を取り囲むガラス体積、または、下にある任意の材料がレーザーエネルギーを散乱する、ガラスの下に位置される任意の領域の下）では、レーザー強度が非線形閾値より低いため、ガラスに何も起こらないことを理解することは重要である。したがって、本明細書で開示される実施形態の少なくともいくつかによれば、ベッセルビーム（複数可）のレーザー強度は、ベッセルビーム（複数可）によって加工されているガラス基板部分の直下に位置される電子部品および／または民生用電子デバイスの他の構成部品の、線形もしくは非線形損傷または線形もしくは非線形アブレーションの閾値より低い。このことは、例えば、ベッセルビーム（複数可）の波長（複数可）における光の少なくとも８０％を吸収する塗装された表面を含む電気部品またはそれらのハウジングを有することによって達成できる。図２Ａおよび図２Ｂを見ると、材料をレーザー穴あけする方法は、パルスレーザービーム２を、ビーム伝播方向に沿って見るときに、レーザービーム焦線２ｂに集光することを含む。図３に示すように、レーザー３（図示せず）は、光学アセンブリ６のビーム入射側に、２ａと呼ばれ、光学アセンブリ６に入射するレーザービーム２を放射する。光学アセンブリ６は入射レーザービームを、ビーム方向に沿って定められた拡張範囲（焦線の長さｌ）にわたって、出力側に広範囲なレーザービーム焦線２ｂに向ける。加工される平面状の基板１は、レーザービーム２のレーザービーム焦線２ｂに少なくとも部分的に重なって、光学アセンブリの後のビームパスにおいて位置決めされる。参照符号１ａは、光学アセンブリ６またはレーザーに面する平面状基板の表面を示し、参照符号１ｂは、通常は平行に間隔を開けた基板１の裏面を示す。平面１ａおよび平面１ｂ、すなわち基板平面に対して垂直に測定された基板の厚さは、ｄと呼ばれる。

図２Ａが描写するように、基板１が長手方向のビーム軸に対して垂直に、したがって光学アセンブリ６によって生成される同じ焦線２ｂの後ろに、位置合わせされ（基板は図面の平面に対して垂直である）、基板１は、ビーム方向に沿って見るときの焦線２ｂが基板の表面１ａの前で開始し、基板の表面１ｂの前で、すなわち基板内で止まるように、ビーム方向に沿って見て、焦線２ｂに対して位置決めされる。したがって、レーザービーム焦線２ｂが基板１と重なる面積において、すなわち焦線２ｂによって覆われた基板材料において（長さｌのセクションへの、すなわち長さｌの線焦点へのレーザービーム２の集光に起因して確実になる、レーザービーム焦線２ｂに沿った好適なレーザー強度の場合）、広範囲なレーザービーム焦線２ｂは、長手方向のビーム方向に沿って見て広範囲のセクション２ｃを生成し、当該広範囲のセクション２ｃに沿って基板材料において誘起吸収が生成され、当該誘起吸収は、セクション２ｃに沿って基板材料中に欠陥線または亀裂の形成を誘起する。亀裂形成は局所的であるだけでなく、誘起吸収の広範囲のセクション２ｃの全長にわたる。セクション２ｃの長さ（すなわち、やはりレーザービーム焦線２ｂの基板１との重なりの長さ）は、参照符号Ｌで示される。誘起吸収のセクション（または亀裂形成が起こっている基板１の材料中のセクション）の、平均直径または平均延長範囲は、参照符号Ｄで示される。この平均延長範囲Ｄは、基本的には、レーザービーム焦線２ｂの平均直径ｏ、つまり、約０．１μｍと約５μｍとの間の範囲である平均スポット径に対応する。

図２Ａが示すように、レーザービーム２の波長Ａに対して透明である基板材料は、焦線２ｂに沿った誘起吸収のために加熱される。図２Ｂは、温まっている材料が最終的に膨張して、結果として、それに対応して誘起される引張力が微細亀裂形成を生じ、当該引張力は表面１ａにおいて最大であることを示す略図である。

焦線２ｂを生成するために適用できる具体的な光学アセンブリ６、およびこれらの光学アセンブリをその中で適用できる具体的な光学構成を以下に説明する。すべてのアセンブリまたは構成は、上述の説明に基づいているため、同一の構成要素または特徴またはその機能において同等であるものに対し、同一の参照符号が使用される。したがって、異なる点のみを以下に説明する。

最終的に分離することになる分割面は、破壊強度、外形精度、粗さ、および再加工の必要の回避に関して、高品質であるか、高品質である必要があるため、分割線５に沿って基板表面上に位置決めされることになる個別の焦線は、以下に説明する光学アセンブリを使用して生成さるべきである。以下、光学アセンブリは、代替的にレーザー光学系とも呼ばれる。粗さは、特に焦線のスポットサイズまたはスポット径に起因する。レーザー３の所与の波長Ａの場合（基板１の材料との相互作用）、例えば０．５μｍから２μｍの小さなスポットサイズを達成するためには、通常、ある特定の要件をレーザー光学系６の開口数に課す必要がある。これらの要件は、以下に説明するレーザー光学系６によって満たされる。

必要とされる開口数を達成するためには、一方で、光学系は、公知のアッベの公式Ｎ．Ａ．＝ｎ ｓｉｎ（ｔｈｅｔａ）による、所与の焦点長さに対して必要とされる開口を処理する必要がある（式中、ｎは加工されるガラスの屈折率、ｔｈｅｔａは開口角の半分、およびｔｈｅｔａ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／２ｆ）、Ｄは開口であり、ｆは焦点長さである）。他方で、レーザービームは光学系を、必要とされる開口まで照射する必要があり、これは典型的には、レーザーと集光光学系との間に拡大望遠鏡を使用してビームを広げることによって、達成される。

スポットサイズは、焦線に沿って均一な相互作用を目的として、過剰に強く変化すべきではない。このことは、例えば、ビームの開口、したがって開口数の割合が、わずかに変動するように、小さな円形の面積にのみ集光光学系を照射することによって確実にできる。以下の実施形態を参照されたい。

図３Ａによれば、レーザー照射２のレーザービーム束における中心ビームのレベルで基材平面に対して垂直なセクション、ここでもまた、レーザービーム２の中心は、基板平面に対して、好ましくは垂直に、すなわち角度は０°で入射し、そのため焦線２ｂまたは誘起吸収の広範囲なセクション２ｃは、基板の法線に対して平行となり、レーザー３によって放射されるレーザー照射２ａは、まず、使用されるレーザー照射に対して完全に不透明な円形の開口部８へと方向づけられる。開口部８は、長手方向のビーム軸に対して垂直に向けられ、描写されているビーム束２ａの中心ビームの中心に位置決めされる。開口部８の直径は、ビーム束２ａの中心近傍のビーム束、またはここで２ａＺで示される中心ビームが、開口部に当たり、完全に開口部によって吸収されるように、選択される。ビーム直径と比較して低減された開口サイズに起因して、ビーム束２ａの外周範囲のビーム（ここで２ａＲで示される周辺光線）のみ吸収されないが、このビームは、開口部８を側方から通過し、球面に切削された両凸レンズ７として設計された、光学アセンブリ６の集光光学素子の周辺面積に当たる。

中心ビームの中心に位置決めされるレンズ７は、一般的な球面に切削されたレンズの形で、非補正両凸集光レンズとして意図的に設計されている。他の言い方をすると、そのようなレンズの球面収差を、意図的に使用する。代替方法として、非球面、または理想的に補正された系から逸脱した、理想的な焦点を形成しないが定められた長さの独特な長細い焦線を形成する多レンズ系、すなわち、単一焦点を有しないレンズまたは系も、使用できる。したがって、レンズのゾーンは、レンズ中心からの距離の影響を受けて、焦線２ｂに沿って集光する。ビーム方向を横切る開口部８の直径は、ビーム束の直径（１／ｅ^２（強度）までの減少に対する延長範囲によって定義されるビーム束の直径）のおよそ９０％であり、光学アセンブリ６のレンズ径のおよそ７５％である。したがって、中心部のビーム束を締め出すことによって生成した、非収差補正球面レンズ７の焦線２ｂが使用される。図３Ａは、中心ビームを通る１つの平面における断面を示しており、描写されているビームを焦線２ｂを中心にして回転させると、完全な３次元の束を見ることができる。

この焦線の１つの不利な点は、焦線に沿った、したがって材料の所望の深さに沿った条件（スポットサイズ、レーザー強度）が多様であり、したがって所望の種類の相互作用（溶融しないこと、誘起吸収、亀裂形成に及ぶ熱可塑性変形）を、焦線の部分でしか選択できない可能性があることである。このことは、ひいては、入射レーザー光の一部のみしか所望のやり方で吸収されない可能性があることを意味する。このやり方においては、プロセスの効率（所望の分離速度のために必要とされる平均レーザーパワー）が、一方で損なわれ、他方では、レーザー光が望ましくないより深い場所（基板に付着する部分もしくは層または基板保持具）に伝達され、そこで望ましくないやり方（加熱、拡散、吸収、不必要な改変）で相互作用する可能性がある。

図３Ｂ−１から図３Ｂ−４は、図３Ａにおける光学アセンブリだけではなく、基本的に任意の他の適用可能な光学アセンブリ６に関しても、レーザービーム焦線２ｂは、好適に、位置決めすることおよび／または光学アセンブリ６を基板１に対して位置合わせすることによって、ならびに光学アセンブリ６のパラメーターを好適に選択することによって、様々に位置決めできることを示している。図３Ｂ−１は、焦線２ｂの長さｌを、基板厚さｄを超えるように（ここでは２倍に）調整できることを示す略図である。基板１が、長手方向のビーム方向に見て焦線２ｂに対して中心に配置される場合、誘起吸収の広範囲なセクション２ｃが、基板の厚さ全体にわたって生成される。

図３Ｂ−２に示される場合においては、基板厚さｄと実質的に同じである長さｌを有する焦線２ｂが生成される。線２に対する基板１は、線２ｂが、基材の前の、すなわち基材の外側の点で開始するように位置決めされるため、ここでは基板表面から、定められた基板の深さに延伸するが、裏面１ｂまでは延伸しない誘起吸収の広範囲のセクション２ｃの長さＬは、焦線２ｂの長さｌより短い。図３Ｂ−３は、ビーム方向に沿って見る基板１が、部分的に焦線２ｂの開始点の前に位置決めされており、そのため、ここでもまた、線２ｂの長さｌに対してｌ＞Ｌ（Ｌ＝基板１における誘起吸収のセクション２ｃの延長範囲）が適用される場合を示している。したがって、焦線は、基板内で開始し、裏面１ｂをわたって基板を超えて延伸する。最後に、図３Ｂ−４は、生成された焦線の長さｌが基板厚さｄより短く、そのため、入射方向において見る焦線に対して基板を中心に位置決めする場合、焦線が基板内の表面１ａ近傍で開始し、基板内の表面１ｂ近傍で終了する場合を示している（ｌ＝０．７５ｄ）。

少なくとも１つの表面１ａ、１ｂが焦線によって覆われるような、すなわち、誘起吸収のセクション２ｃが少なくとも１つの表面上で開始するような、焦線の位置決めを実現することは特に有利である。このようにして、表面での毛羽立ち、および不必要な粒子発生を回避する、実質的に理想的な切断を達成することが可能である。

図４は、別の適用可能な光学アセンブリ６を描写する。基本的な構成は、図３Ａに説明されるものに従うため、異なる点のみを以下に説明する。描写される光学アセンブリは、焦線２ｂを生成するために、非球状の自由表面を有する光学系の使用に基づいており、定められた長さｌの焦線が形成されるように形作られる。この目的で、光学アセンブリ６の光学素子として非球面を使用できる。図４において、例えば、しばしばアキシコンとも呼ばれる、いわゆる円錐プリズムが使用される。アキシコンは、特殊な、円錐形に切削されたレンズであり、光軸に沿った線の上にスポット光源を形成する、またはレーザービームを円環に変換する。そのようなアキシコンの配置は、主に当業者には公知であり、例における円錐角は１０°である。ここで参照符号９で示されるアキシコンの頂点は、入射方向に向かって方向づけられ、ビーム中心の中心に位置決めされている。アキシコン９の焦線２ｂがすでにその内部で開始しているため、基板１（ここでは、ビーム主軸に対して垂直に位置合わせされている）を、ビーム経路においてアキシコン９のすぐ後ろに位置決めできる。図４が示すように、アキシコンの光学特性に起因して、基板１をビーム方向に沿って、焦線２ｂの範囲を離れることなく移動させることも可能である。したがって、基板１の材料中の誘起吸収の広範囲のセクション２ｃは、基板厚さｄ全体にわたって延伸する。

しかしながら、描写されている配置は、以下の制約を受ける。アキシコン９の焦線がレンズ内ですでに開始するため、レンズと材料との間が有限距離である場合、レーザーエネルギーのかなりの部分が、材料内に位置されている焦線２ｂの部分２ｃに集光されない。さらに、焦線２ｂの長さｌは、アキシコン９の利用可能な屈折率および円錐角に関してビーム径に関連しており、このことが理由となって、比較的薄い材料（数ミリメートル）の場合、全焦線が長くなりすぎ、レーザーエネルギーがここでも材料に特定して集光しないという影響を有する。

これが、アキシコンおよび集光レンズの両方を含む向上した光学アセンブリ６の理由である。図５Ａは、そのような光学アセンブリ６を描写し、当該光学アセンブリにおいて、広範囲なレーザービーム焦線２ｂを形成するように設計された非球状の自由表面を有する、ビーム方向に沿って見られる第１の光学素子がレーザー３のビーム経路に位置決めされている。図５Ａに示される場合において、この第１の光学素子は、５°の円錐角を有するアキシコン１０であり、当該アキシコンは、ビーム方向に対して垂直であり、レーザービーム３の中心に位置決めされている。アキシコンの頂点はビーム方向に向けられている。第２の集光光学素子、ここで、その湾曲がアキシコンに向けられている平凸レンズ１１は、ビーム方向にアキシコン１０から距離ｚ１に位置決めされている。この場合ではおよそ３００ｍｍである距離ｚ１は、アキシコン１０によって形成されるレーザー照射が、レンズ１１の周辺面積に円形に入射する、すなわち、レンズ１１に円形または円環形で入射するように、選択される。レンズ１１は、円形照射を出力側に、この場合ではレンズ１１からおよそ２０ｍｍである距離ｚ２で集光し、定められた長さの焦線２ｂに、この場合では１．５ｍｍで集光する。レンズ１１の有効な焦点長さは、ここで、２５ｍｍである。アキシコン１０によるレーザービームの円形変換は、参照符号ＳＲで示される。

図５Ｂは、図５Ａによる、基板１の材料における焦線２ｂまたは誘起吸収２ｃの形成を詳細に描写する。素子１０、１１両方の光学特性およびそれらの位置決めは、ビーム方向における焦線２ｂの延長範囲ｌが基板１の厚さｄと全く同一であるように選択される。結果として、焦線２ｂを、基板１の２つの表面１ａと１ｂとの間で正確に位置決めするためには、図５Ｂに示すように、ビーム方向に沿った基板１の正確な位置決めが必要である。

したがって、焦線がレーザー光学系からある特定の距離で形成されれば、かつ、レーザー照射のより大きい部分が焦線の所望の端部まで集光すれば、有利である。説明したように、これは、主に集光する素子１１（レンズ）を、必要とされるゾーンで円形にのみ照射することによって達成でき、このことは、一方で、必要とされる開口数、したがって必要とされるスポットサイズを実現する目的にかなうが、他方で、基本的に円形のスポットが形成さるため、拡散の円の強度は、必要とされる焦線２ｂの後、非常に短い距離にわたって、スポットの中心において減少する。このようにして、亀裂形成は、必要とされる基板深さにおいて、短距離内で止まる。アキシコン１０と集光レンズ１１との組み合わせはこの要件を満たす。アキシコンは、２つの異なるやり方で作用する。アキシコン１０に起因して、通常は丸いレーザースポットが集光レンズ１１に円環の形で送られ、アキシコン１０の非球面性が、焦線が、焦点面上の焦点ではなく、レンズの焦点面を超えて形成される効果を有する。焦線２ｂの長さｌは、アキシコン上のビーム径を介して調整できる。他方で、焦線に沿った開口数は、距離ｚ１アキシコン−レンズを介して、およびアキシコンの円錐角を介して、調整できる。このようにして、レーザーエネルギー全体を、焦線に集中させることができる。

亀裂形成、すなわち欠陥線が、基板の出光側に継続すると想定される場合、円形照射は依然として、一方で、レーザー光の大部分が、必要とされる焦線の長さに集中されたままになるため、レーザーパワーは可能な限り最良の形で使用され、他方で、他の光学機能を用いて設定される所望の収差と併せ、円形に照射されるゾーンに起因して、焦線に沿って均一のスポット、したがって焦線に沿って均一な分離プロセスを、達成することが可能であるという利点を有する。

図５Ａに描写される平凸レンズの代わりに、集光メニスカスレンズまたは別のより高度に補正された集光レンズ（非球面、多レンズ系）を使用することも可能である。

図５Ａに描写されるアキシコンとレンズとの組み合わせを使用して非常に短い焦線２ｂを生成するためには、アキシコンに入射するレーザービームにおいて非常に小さなビーム径を選択することが必要であろう。このことは、アキシコンの頂点へのビームの中心の位置決めは、非常に正確でなければならず、したがって、その結果はレーザーの方向の変動（ビームドリフト安定性）に対して非常に影響されやすいという実際的な不利な点を有する。さらに、密にコリメートされたレーザービームは非常に拡散する、すなわち、光の偏向に起因してビーム束は短距離でぼやける。

図６に示すように、両方の影響は、別のレンズ、コリメートレンズ１２を挿入することによって回避でき、このさらなる正レンズ１２は、集光レンズ１１の円形照射を非常に密に調整する目的にかなう。コリメートレンズ１２の焦点長さｆ´は、ｆ´と等しい、アキシコンからコリメートレンズ１２までの距離ｚ１ａから所望の円の直径ｄｒが得られるように、選択される。円環の所望の幅ｂｒは、コリメートレンズ１２から集光レンズ１１までの距離ｚ１ｂを介して調整できる。純粋な幾何学の問題として、円形照射の幅が小さいと、焦線は短くなる。最小値は距離ｆ´で達成できる。

したがって、図６に描写される光学アセンブリ６は、図５Ａに説明されるものに基づくため、異なる点のみを以下に説明する。ここで平凸レンズ（その湾曲はビーム方向に向く）としても設計されるコリメートレンズ１２は、一方側ではアキシコン１０（その頂点はビーム方向に向く）と他方側では平凸レンズ１１との間でビーム経路の中心に位置決めされて、追加で配置される。常にビーム方向で見て、コリメートレンズ１２のアキシコン１０からの距離をｚ１ａと呼び、集光レンズ１１のコリメートレンズ１２からの距離をｚ１ｂと呼び、生成された焦線２ｂの集光レンズ１１からの距離をｚ２と呼ぶ。図６に示すように、アキシコン１０によって形成される、拡散して、円の直径ｄｒでコリメートレンズ１２に入射する円形照射ＳＲは、集光レンズ１１における少なくともおよそ一定の円の直径ｄｒのために、距離ｚ１ｂに沿って必要とされる円の幅ｂｒに、調整される。示される場合においては、非常に短い焦線２ｂが生成すると想定されるため、レンズ１２の集光特性に起因して、レンズ１２でのおよそ４ｍｍの円の幅ｂｒは、レンズ１１でおよそ０．５ｍｍに低減する。この例においては、円の直径ｄｒは２２ｍｍである。

描写された例においては、２ｍｍの典型的なレーザービーム径、焦点長さｆ＝２５ｍｍを有する集光レンズ１１、および焦点長さｆ´＝１５０ｍｍを有するコリメートレンズを使用して、０．５ｍｍ未満の焦線の長さｌを達成することが可能である。
さらに、Ｚ１ａ＝Ｚ１ｂ＝１４０ｍｍおよびＺ２＝１５ｍｍを適用する。

図７Ａから図７Ｃは、様々なレーザー強度レジームにおけるレーザー―物質相互作用を例示する。図７Ａに示される１つ目の場合では、集光されていないレーザービーム７１０は、いかなる修正もレーザービームに導入することなく、透明基板７２０を通り抜ける。この特定の場合では、レーザーエネルギー密度、またはビームによって照射される単位面積当たりのレーザーエネルギーが、非線形効果を誘起するのに必要な閾値より低いため、非線形効果は存在しない。エネルギー密度が高いほど、電磁場の強度は高くなる。したがって、図７Ｂに示すように、レーザービームが球面レンズ７３０によってより小さなスポットサイズに集光されると、図７Ｂに示すように、照射面積は低減され、エネルギー密度は増大し、その条件が満足される体積においてのみ断層線の形成を可能にするように材料を改変することになる非線形効果を引き起こす。このようにして、集光されたレーザーのビームウェストが、基板の表面に位置決めされる場合、表面の改変が生じる。それに対して、集光されたレーザーのビームウェストが、基板の表面の下に位置決めされる場合、エネルギー密度が非線形光学効果の閾値より低いと、表面において何も起こらない。しかし、基板７２０のバルク中に位置決めされる焦点７４０においては、レーザー強度は、多光子非線形効果を引き起こすのに十分高く、したがって材料に対する損傷を誘起する。最後に、図７Ｃに示すように、アキシコンの場合では、図７Ｃに示すように、アキシコンレンズ７５０または代替的にフレネルアキシコンの回折パターンは、ベッセル形状の強度分布（高強度の円柱７６０）を生成する干渉を生じ、その体積内でのみ、強度は、非線形吸収および材料７２０への改変を生じるのに十分高い。ベッセル形状の強度分布が非線形吸収および材料への改変を生じるのに十分高い円柱７６０の直径は、本明細書で呼ばれるように、レーザービーム焦線のスポット径でもある。ベッセルビームのスポット径Ｄは、Ｄ＝（２．４０４８Ａ）／（２ｒｒＢ）として表すことができ、ここで、Ａはレーザービーム波長であり、Ｂはアキシコン角の関数である。

本明細書で説明されるそのようなピコ秒レーザーの典型的な動作は、パルス５００Ａの「バースト」５００を生じる。図８Ａおよび図８Ｂを参照されたい。各「バースト」は、本明細書では「パルスバースト」５００とも呼ばれ、非常に短い持続時間の、少なくとも２パルス、少なくとも３パルス、少なくとも４パルス、少なくとも５パルス、少なくとも１０パルス、少なくとも１５パルス、少なくとも２０パルス、またはそれ以上などの、複数の個別のパルス５００Ａを含む。つまり、パルスバーストはパルスの「ポケット」であり、バーストは、各バースト内の隣接する個別のパルスの分離より長い持続時間だけ互いから分離される。パルス５００Ａは、最大１００ｐｓｅｃまでの、例えば、０．１ｐｓｅｃ、５ｐｓｅｃ、１０ｐｓｅｃ、１５ｐｓｅｃ、１８ｐｓｅｃ、２０ｐｓｅｃ、２２ｐｓｅｃ、２５ｐｓｅｃ、３０ｐｓｅｃ、５０ｐｓｅｃ、７５ｐｓｅｃ、またはそれらの間の、パルス持続時間Ｔ_ｄを有する。バースト内の各個別のパルス５００Ａのエネルギーまたは強度は、バースト内の他のパルスのエネルギーまたは強度と等しくなくてもよく、バースト５００内の複数のパルスの強度分布は、レーザー設計によって支配される時間における指数関数的減衰に従うことが多い。好ましくは、本明細書で説明される例示的な実施形態のバースト５００内の各パルス５００Ａは、バースト内の後続のパルスから、１ｎｓｅｃから５０ｎｓｅｃまでの（例えば、１０から５０ｎｓｅｃ、または１０から３０ｎｓｅｃ、時間はレーザーキャビティ設計によって支配されることが多い）持続時間Ｔ_ｐだけ、時間的に分離される。所与のレーザーに関して、バースト５００内の近接するパルス間の時間分離Ｔ_ｐ（パルスからパルス分離）は比較的均一である（±１０％）。例えば、いくつかの実施形態において、バースト内の各パルスは後続のパルスからおよそ２０ｎｓｅｃ（５０ＭＨｚ）だけ時間的に分離される。例えば、約２０ｎｓｅｃのパルス分離Ｔ_ｐを生成するレーザーに関して、バースト内のパルスからパルス分離Ｔ_ｐは、約±１０％内または約±２ｎｓｅｃ内に維持される。パルスの各「バースト」間の時間、すなわち、バースト間の時間分離Ｔ_ｂは、ずっと長くなる（例えば、０．２５≦Ｔ_ｂ≦１０００マイクロ秒、例えば、１から１０マイクロ秒、または３から８マイクロ秒）。本明細書に記載されるレーザーの例示的な実施形態のいくつかにおいて、時間分離Ｔ_ｂは、約２００ｋＨｚのパルスバースト繰返し率または周波数を有するレーザーに関して、約５マイクロ秒である。レーザーバースト繰返し率は、バーストにおける最初のパルスと後続のバーストにおける最初のパルスとの間の時間Ｔ_ｂに関連している（レーザーバースト繰返し率＝１／Ｔ_ｂ）。いくつかの実施形態において、レーザーバースト繰返し周波数は、約１ｋＨｚと約４ＭＨｚとの間の範囲であってもよい。さらに好ましくは、レーザーバースト繰返し率は、例えば、約１０ｋＨｚと６５０ＭＨｚとの間の範囲であり得る。各バーストにおける最初のパルスと後続のバーストにおける最初のパルスとの間の時間Ｔ_ｂは、０．２５マイクロ秒（４ＭＨｚのバースト繰返し率）から１０００マイクロ秒（１ｋＨｚのバースト繰返し率）、例えば０．５マイクロ秒（２ＭＨｚのバースト繰返し率）から４０マイクロ秒（２５ｋＨｚのバースト繰返し率）、または２マイクロ秒（５００ｋＨｚのバースト繰返し率）から２０マイクロ秒（５０ｋＨｚのバースト繰返し率）であってもよい。正確なタイミング、パルス持続時間およびバースト繰返し率は、レーザー設計に依存して変動し得るが、高強度の短いパルス、Ｔ_ｄ＜２０ｐｓｅｃおよび好ましくはＴ_ｄ≦１５ｐｓｅｃは、特に良好に作用することが明らかになっている。

材料を改変するために必要とされるエネルギーは、バーストエネルギー、つまりバースト内に含まれるエネルギー（各バースト５００は一連のパルス５００Ａを含む）の観点から、または、その多くがバーストを構成する場合がある単一レーザーパルス内に含まれるエネルギーの観点から、説明できる。これらの適用に関して、バースト当たりのエネルギーは、２５から７５０μＪ、より好ましくは、５０から５００μＪ、または５０から２５０μＪであり得る。いくつかの実施形態において、バースト当たりのエネルギーは、１００から２５０μＪである。図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、パルスバースト内の個別のパルスのエネルギーはより小さくなり、正確な個別のレーザーパルスエネルギーは、パルスバースト５００内のパルス５００Ａの数、および経時的なレーザーパルスの減衰率、例えば、指数関数的減衰率によって決まることになる。例えば、一定のエネルギー／バーストに関して、パルスバーストが個別のレーザーパルス５００Ａを１０個含む場合、各個別のレーザーパルス５００Ａは、同じパルスバースト５００が個別のレーザーパルスを２個のみ有した場合より少ないエネルギーを含むことになる。

そのようなパルスバーストを生成することが可能なレーザーの使用は、透明材料、例えばガラスを切断することまたは改変することに関して有利である。単一パルスレーザーの繰返し率によって時間的に間隔を開けた単一パルスの使用とは対照的に、バースト５００内の高速シーケンスのパルスにわたってレーザーエネルギーを広げるパルスバーストシーケンスの使用により、単一パルスレーザーを使用して可能となる場合よりも大きな時間スケールで、材料との高強度相互作用の利用が可能となる。単一パルスは時間において広げられるが、これが行われる際、パルス内の強度は、パルス幅に対してほぼ１低下させなければならない。したがって、１０ｐｓｅｃ単一パルスが１０ｎｓｅｃパルスに広げられた場合、強度はほぼ３桁だけ低下する。そのような低減は、非線形吸収がもはや有意でない点まで光強度を低減する可能性があり、光材料相互作用は、もはや十分強くないため切断が可能ではなくなる。対照的に、パルスバーストレーザーでは、バースト５００内の各パルス５００Ａ持続時間中の強度は、非常に高いままであり得、例えば、およそ１０ｎｓｅｃだけ時間的に間隔を開けた３つの１０ｐｓｅｃのパルス５００Ａは、依然として各パルス内の強度が、単一の１０ｐｓｅｃのパルスの強度よりおよそ３倍高いことを可能にする一方で、レーザーは、ここで３桁大きい時間スケールにわたって材料と相互作用できる。したがって、バースト内の複数のパルス５００Ａのこの調整は、より大きなまたはより小さな光と既存のプラズマプルームとの相互作用、初期または以前のレーザーパルスによって予め励起されていた原子および分子との、より大きなまたはより小さな光―材料の相互作用、ならびに、微小亀裂の制御された成長を促進できる、材料内の、より大きなまたはより小さな加熱効果を、容易にすることができるやり方で、レーザー―材料相互作用の時間スケールの操作を可能にする。材料を改変させるのに必要とされるバーストエネルギーの量は、基板材料組成および基板と相互作用するために使用される線焦点の長さによって決まることになる。相互作用する領域が長いほど、より多くのエネルギーが広がり、より高いバーストエネルギーが必要となる。正確なタイミング、パルス持続時間およびバースト繰返し率は、レーザー設計に依存して変動し得るが、高強度の短いパルス（＜１５ｐｓｅｃまたは、≦１０ｐｓｅｃ）は、この技法と良好に作用することが明らかになっている。単一パルスバーストがガラスの本質的に同じ位置に当たると、欠陥線または穴が、材料中に形成される。つまり、単一バースト内の複数のレーザーパルスは、ガラス中の単一の欠陥線または穴の位置に対応する。言うまでもなく、ガラスは、例えば常に移動する台によって、平行移動し、またはビームがガラスに対して動かされるため、バースト内の個別のパルスは、ガラス上の全く同じ空間的な位置にあることはできない。しかしながら、バースト内の個別パルスは互いに十分に１μｍ内にあり、すなわち、本質的に同じ場所でガラスに当たる。例えば、バースト内の個別パルスは、互いから間隔ｓｐでガラスに当たり、ここで、０＜ｓｐ≦５００ｎｍである。例えば、ガラスの位置に２０パルスのバーストが当てられるとき、バースト内の個別のパルスは、互いから２５０ｎｍ以内でガラスに当たる。したがって、いくつかの実施形態においては、１ｎｍ＜ｓｐ＜２５０ｎｍである。いくつかの実施形態においては、１ｎｍ＜ｓｐ＜１００ｎｍである。

多光子効果または多光子吸収（ＭＰＡ）は、分子を１つの状態（通常、基底状態）からより高いエネルギーの電子状態（電離）に励起するための、同一のまたは異なる周波数の２つ以上の光子の同時吸収である。分子の関係する低い状態と高い状態との間のエネルギー差は、２つの光子のエネルギーの合計と等しくあり得る。ＭＰＡは、誘起吸収とも呼ばれ、例えば、２次、３次プロセス、または、例えば、線形吸収より数桁弱い、より高い次数のプロセスであり得る。ＭＰＡは、誘起吸収の強さが、例えば光の強度そのものに比例するのではなく、光の強度の２乗または３乗、またはより高いべき法則に比例することができるという点で、線形吸収とは異なる。したがって、ＭＰＡは、非線形光学プロセスである。

欠陥線（損傷進路）間の横方向の間隔（ピッチ）は、集光されたレーザービームの下を基板が平行移動するため、レーザーのパルス率によって決定される。通常、完全な穴を形成するために必要であるのは、単一のピコ秒レーザーパルスのみであるが、所望であれば、複数のバーストが使用されてもよい。種々のピッチで損傷進路（欠陥線）を形成するために、レーザーはより長いまたはより短いインターバルで放射するようにトリガーされ得る。切断動作に関しては、レーザートリガーは一般に、ビームの下の被加工物の台駆動の動きに同調しており、そのためレーザーパルスバーストは、例えば１マイクロメートル毎、または５マイクロメートル毎などの固定した間隔でトリガーされる。断層線の方向に沿った隣接する穿孔間または欠陥線間の、距離または周期性は、例えばいくつかの実施形態において、０．１マイクロメートルより大きく、約２０マイクロメートル以下であり得る。例えば、隣接する穿孔間または欠陥線間の、間隔または周期性は、０．５マイクロメートルと１５マイクロメートルとの間、または３マイクロメートルと１０マイクロメートルとの間、または０．５マイクロメートルと３．０マイクロメートルとの間である。例えば、いくつかの実施形態において、周期性は２マイクロメートルと８マイクロメートルとの間であり得る。

およそ円柱である線焦点の体積内で、ある特定の体積パルスエネルギー密度（μＪ／μｍ^３）を有するパルスバーストレーザーを使用することは、ガラス中に穿孔された輪郭を作るために好ましいことを、発明人らは見出した。このことは、例えば、好ましくは、バースト当たり少なくとも２パルスを有するパルスバーストレーザーを用いて、確実に損傷進路を形成するように約０．００５μＪ／μｍ^３以上であるが、ガラスを損傷しすぎないように０．１００μＪ／μｍ^３未満である、例えば０．００５μＪ／μｍ^３から０．１００μＪ／μｍ^３の体積エネルギー密度を、アルカリ土類ボロアルミノケイ酸塩ガラス（低アルカリまたは無アルカリ）内で提供することによって達成できる。

内部輪郭プロセス
図１は、解決するべき課題を例示する。部分２２は、民生用デバイス１０００の一部を形成するガラスシート２０から切り取られる。しかしながら、内部穴またはスロット（複数可）２２は、「定位置に固定されて」おり、取り除くことが困難である。ガラスが高い応力であり、亀裂が穴またはスロットの外径において穿孔から穿孔に伝播しても、材料の剛性が高すぎ、圧縮力によって保持されているため、内部のガラスは脱落することがない。

図８Ｃは、この課題を解決し、首尾よく０．７ｍｍ厚さの製品コード５３１８ガラス（イオン交換されている）から、直径が最小１．５ｍｍまでの穴を分離するために、またスロットを作るために、使用されてきたプロセスを例示する。ステップ１−第１の輪郭２４の穿孔が、切断される輪郭の所望の形状、例えば穴、スロットを画定するピコ秒パルスバーストプロセスを使用して、ガラスシート２０において作られる。例えば、いくつかの実施形態において、１５０μＪから２６０μＪのパルスを利用して、材料を穿孔し、損傷進路または欠陥線を６から１０μｍのピッチで作った。まさにこの材料に応じて、１から１５マイクロメートル、または３から１０マイクロメートル、または３から７マイクロメートルなどの、他の損傷進路の間隔を用いてもよい。上述したものなどのイオン交換可能なガラスに関して、３から７マイクロメートルのピッチが良好に作用するが、他のガラスに関しては、１から３マイクロメートルなどのような、より小さなピッチが好ましい場合がある。本明細書で説明される実施形態において、典型的なパルスバーストレーザーパワーは、１０Ｗから１５０ワットであり、２５ワットから６０ワットのレーザーパワーが、多くのガラスに対して十分かつ最適である。１つの例示的な実施形態において、ガラスは０．７ｍｍのイオン交換されたガラス基板であり、ピコ秒レーザーは２００ｋＨｚ、４８Ｗ（２４０μＪパルスエネルギー）レーザーであり、ピッチ（欠陥線の間隔）は約８μｍであり、焦線の長さは２．２ｍｍである。

ステップ２―ここで、２片のガラスは物理的に別個になり、ガラスの中心部分（プラグ）は様々なやり方で取り除くことができる。主な目的は、デバイス１０００の下にある構成部品に対する熱損傷を制限することである。このことは、レーザーがガラス基板２０によって高度に吸収されるように十分な（例えば、１／ｅ吸収深さ＜１０マイクロメートル）波長を選ぶことによって、レーザー加工を介して実行できる。このことは、また、熱損傷を制限するために、十分に短いレーザーパルス持続時間（＜５０ナノ秒）を選ぶことによっても実行できる。この例において、高度に集光されたＣＯ_２レーザー２８を、スポットに集光し、使用して、上述した穿孔輪郭のわずかに内部に位置される、およその経路をトレースすることによって、穴の内側の材料を融除する（例えば、およそ、５０マイクロメートルから３００マイクロメートル、例えば、１００μｍ、１５０マイクロメートルまたは２００マイクロメートル、輪郭の内側）。

レーザー２８によるガラスの加工は、穴またはスロットの内側のガラス材料を物理的に溶融し、融除し、除去することになる。例えば、ガラスが、Ｃｏｒｎｉｎｇ社（ＣｏｒｎｉｎｇＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から入手可能な製品コード２３２０の０．７ｍｍ厚さのイオン交換されたガラスまたは５３１８（０．８ｍｍ厚さ）である場合、直径が約１００μｍである集光スポットサイズを有する約１４ワットのＣＯ_２レーザーパワーを使用でき、ＣＯ_２レーザーは、約０．３５ｍ／分の速度で経路近くを平行移動し、５から１５パスを実行してガラスプラグを取り囲む円環溝内の材料を完全に取り除き、パスの数は、ガラスの厚さおよび穴またはスロットの正確な外形に依存する。下にある構成部品に対する熱損傷を低減するという主な目的のために、パスの正確な数は、犠牲の代用品、または反復の手法によってのいずれかを使用して、所与のガラスに対して最適化される必要がある。一般には、このプロセスステップに関して、ＣＯ_２ビームが、ガラス材料が高強度によって融除されるのに十分高い強度を達成すれば、当該ビームは「集光された」と定義されるであろう。例えば、集光されたスポットのパワー密度は、上述の条件の場合達成される約１７５０Ｗ／ｍｍ^２であり得る、またはレーザービームが表面にわたって横行する所望の速度に依存して、５００Ｗ／ｍｍ^２から５０００Ｗ／ｍｍ^２までである可能性がある。

図９は、ＣＯ_２アブレーションの方法を例示する上記のこのプロセスの側面図を示す。
結果例：
図１０は、典型的な携帯電話のカバーガラスに関するプロセスの結果を示す。穴の外形は約５．０ｍｍであった。より具体的には、図１０は、化学強化された、この実施形態においてはイオン交換された、カバーガラスにベッセルビーム（レーザービーム焦線中に形成される第１のパルスレーザービーム）を使用した後の穴の形成を示す、上から見たガラスの顕微鏡画像を示す。レーザービーム焦線、この実施形態においてはベッセルビームによって形成される焦線が、内側ガラス片を画定する閉じた内側輪郭を「トレースし」、誘起吸収をガラス内に生成し、複数の穿孔（ナノサイズの穿孔）を形成して閉じた内側輪郭を作った。図１０に示す不鮮明な円は、閉じた内側輪郭を画定する５ｍｍの直径円であるＣＯ_２レーザー損傷に対して外部にあり、すなわち、当該円は融除したガラスを取り囲むガラスの外部領域である。次に、内側輪郭内に位置される内側ガラス片の少なくとも一部を、レーザー２８の集光された（ＣＯ_２）レーザービームを使用して、融除した。例えば、この融除した部分は、固体の中心ガラスプラグを取り囲む円環領域であってもよい。ガラスプラグは、プラグに対して真空吸着を適用することによって、またはガラスプラグの表面に対して粘着テープを貼り、次に取り囲むガラスからプラグを持ち上げることによってでも、容易に取り除かれる。

ナノ穿孔輪郭の役割は、アブレーションプロセスによってもたらされる損傷を抑制することである。ナノ穿孔は、内部プラグに形成された亀裂を止め、偏向し、または阻止し、亀裂がカバーガラスの外部領域へと伝播することを回避することになる。

図１１Ａから図１１Ｃに例示するように、透明材料、より具体的には、化学強化された、例えばイオン交換された、ガラス組成物を切断および分離する方法は、超短パルスレーザー１４０によって、加工される材料または被加工物１３０中に複数の垂直欠陥線１２０から形成された断層線１１０を作ることに本質的に基づく。欠陥線１２０は、例えばガラスシートの厚さを通して延伸し、ガラスシートの平坦な主面に対して直角である。「断層線」は、本明細書において、「輪郭」とも呼ばれる。断層線または輪郭またはそれらの部分が、図１１Ａに例示する断層線１１０のように、線形であり得る一方で、断層線または輪郭は、湾曲を有する非線形でもあり得る。湾曲した断層線または輪郭は、被加工物１３０またはレーザービーム１４０のいずれかを、例えば１次元ではなく２次元で、他方に対して平行移動させることによって生成され得る。図１１Ａにおいて例示するように、複数の欠陥線により、輪郭を画定できる。欠陥線を有する分離されるエッジまたは表面は、輪郭によって画定される。欠陥線を作る誘起吸収は、分離されるエッジまたは表面に、平均径が３マイクロメートル未満の粒子を生成でき、非常にきれいな切断プロセスとなる。

断層線１１０の方向に沿った隣接する欠陥線１２０間の距離または周期性は、例えばいくつかの実施形態において、０．１マイクロメートルより大きく、約２０マイクロメートル以下であり得る。例えば、いくつかの実施形態において、隣接する欠陥線１２０間の周期性は、０．５マイクロメートルと１５マイクロメートルとの間、または３マイクロメートルと１０マイクロメートルとの間、または０．５マイクロメートルと３．０マイクロメートルとの間であってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、隣接する欠陥線１２０間の周期性は、０．５マイクロメートルと１．０マイクロメートルとの間であり得る。

欠陥線を作るための方法がいくつかある。線焦点を形成する光学的方法は、ドーナツ形レーザービームおよび球面レンズ、アキシコンレンズ、回折素子、または高強度の線状領域を形成するための他の方法を使用して、複数の形式をとることができる。レーザーの種類（ピコ秒、フェムト秒など）および波長（ＩＲ、緑色、ＵＶなど）も、集光領域で基板材料の破損を作り、基板材料またはガラス被加工物の破損を非線形光学効果によって作るのに十分な光強度に達する限り、多様であり得る。好ましくは、レーザーは、所与のバースト内のパルス数を調整することによってエネルギー堆積を経時的に制御することを可能にするパルスバーストレーザーである。

本出願において、超短バーストパルスレーザーを使用して、一定で制御可能かつ繰り返し可能なやり方で、高アスペクト比の垂直欠陥線を作る。この垂直欠陥線を作ることを可能にする光学構成の詳細は、以下に説明されるとともに、２０１３年１月１５日に出願された米国特許出願第６１／７５２，４８９号明細書に説明されており、その内容全体は、完全に記述されるかのごとく、参照により本明細書に援用される。この概念の本質は、光学系を使用して、透明部分内に高強度レーザービームの線焦点を作ることである。この概念の１つの適応例は、光学レンズアセンブリにおいてアキシコンレンズ素子を使用して、超短（ピコ秒またはフェムト秒の持続時間）ベッセルビームを使用することによって、高アスペクト比でテーパのないマイクロチャネルの領域を作ることである。換言すると、アキシコンはレーザービームを円柱形のかつ高アスペクト比（長い長さおよび小さな直径）の高強度領域へと集光する。集光されたレーザービームで作られた高強度に起因して、レーザーの電磁場と基板材料との非線形相互作用が生じ、レーザーエネルギーは基板に転移し、断層線の構成物となる欠陥の形成を生じる。しかしながら、レーザーエネルギーの強度が高くない材料の面積、例えば中央収束線を取り囲む基板のガラス体積では、材料は、レーザーに対して透明であり、エネルギーをレーザーから材料に転移する機序はないことを理解することは重要である。結果として、レーザー強度が非線形閾値より低いと、ガラスまたは被加工物には何も起こらない。

上述の方法は、向上したレーザー加工能力およびコスト節約、したがってより低いコストの製造に至る場合がある、以下の恩恵を提供する。切断プロセスは以下を提供する。

１）切断される内部輪郭の完全な分離。上述の方法は、ガラス部分が化学強化を受ける前にフュージョンドロー法、または他のガラス形成プロセスによって製造された、Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス、Ｃｏｒｎｉｎｇガラス製品コード２３１８、２３１９、２３２０などのような、イオン交換可能なガラスにおいて、きれいで制御された仕方で、穴およびスロットを完全に分離すること／切断することが可能である。

２）取り囲むガラスへの熱損傷が制限された、穴／スロットの作製。ここで開示されるプロセスは、例えば、民生用電子デバイスの０．８ｍｍ厚さのカバーガラスにおける５ｍｍ直径の寸法を有するガラスプラグを、下にある構造または構成部品を損傷することなく取り除くために使用されてきた。

３）完全に機能する民生用電子デバイスのカバーガラスに、外部のカバーガラスの残りを無傷なままにして、穴またはスロットを形成すること。

種々のサイズの複雑なプロファイルおよび形状を切断すること
上述の方法により、他の競合する技術においては制限である多くの形態および形状を採用するガラスおよび他の基板を切断／分離することが可能となる。小さな半径（＜２ｍｍ）が切断されてもよく、携帯電話用途におけるスピーカー／マイクに必要とされるような小さな穴およびスロットの作製が可能となる。また、欠陥線により、いかなる亀裂伝播の位置も強力に制御されるため、当該方法では、切断部の空間的位置に対して強い制御が付与され、構造および造作を数百マイクロメートルという小ささに切断および分離できる。

したがって、いくつかの実施形態によれば、ガラス物品は、ガラスシートの面に対して垂直に、少なくとも２５０μｍ延伸する複数の欠陥線を有する、少なくとも１つの内側輪郭エッジを有し、欠陥線は、それぞれ、約５μｍ以下の直径を有する。例えば、ガラス物品は、ガラスシートの平坦な主面（すなわち、側面に対して大きい）に対して垂直に、少なくとも２５０μｍ延伸する複数の欠陥線を有する、少なくとも１つの内側輪郭エッジを有し、欠陥線は、それぞれ、約５μｍ以下の直径を有する。いくつかの実施形態において、内側輪郭エッジによって画定される内部輪郭の最小の寸法または幅は、５ｍｍ未満、例えば、幅または直径が０．１ｍｍから３ｍｍ、例えば、０．５ｍｍから２ｍｍであってもよい。いくつかの実施形態によれば、ガラス物品はイオン交換後のガラスを含む。いくつかの実施形態によれば、欠陥線は、少なくとも１つの内側輪郭エッジの全厚さに延伸する。少なくともいくつかの実施形態によれば、少なくとも１つの内側輪郭エッジは、約０．５μｍ未満のＲａ表面粗さを有する。少なくともいくつかの実施形態によれば、少なくとも１つの内側輪郭エッジは、最大約７５μｍ以下の深さのサブサーフェスダメージを有する。ガラス物品の少なくともいくつかの実施形態において、欠陥線は、エッジの全厚さに延伸する。欠陥線間の距離は、例えば、約７μｍ以下である。

追加の実施形態を、以下のＡ項からＺ項において説明する。

（Ａ）
いくつかの実施形態によれば、ガラス物品を形成する方法は、
（Ｉ）第１のパルスレーザービームをレーザービーム焦線へと集光することと、
（ＩＩ）前記レーザービーム焦線をイオン交換されたガラス基板へと、内側ガラス片を画定する閉じた内側輪郭に沿って複数の位置に方向づけることであって、当該レーザービーム焦線が、当該複数の位置の各位置で、当該イオン交換されたガラス基板の厚さを通して延伸する欠陥線を生成するように、当該レーザービーム焦線が当該イオン交換されたガラス基板内に誘起吸収を生成する、方向づけることと、
（ＩＩＩ）別の集光されたレーザービームを前記内側ガラス片の少なくとも一部へと方向づけること、および当該内側ガラス片の少なくとも最少の一部を融除することと、を含む。

（Ｂ）
前記イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片を取り除くことをさらに含む、Ａに記載の方法。

（Ｃ）
前記別の集光されたレーザービームが前記閉じた内側輪郭の内周に方向づけられるＡまたはＢに記載の方法。

（Ｄ）
前記閉じた内側輪郭は円である、ＡからＣ項いずれかに記載の方法。

（Ｅ）
前記イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片のガラス材料を取り除くことをさらに含む、Ｄに記載の方法。

（Ｆ）
前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスである、ＡからＥに記載の方法。

（Ｇ）
前記イオン交換されたガラス基板が前記民生用電子デバイスの電子構成部品を覆って位置され、前記第１のパルスレーザービームが、当該イオン交換されたガラス基板に対して透明であるが当該電子構成部品に対しては透明でない波長を有する、Ｆに記載の方法。

（Ｈ）
前記イオン交換されたガラス基板が別のガラスの上に位置される、ＦまたはＧに記載の方法。

（Ｉ）
前記焦線が他のガラス内に誘起吸収を生成しない、Ｈに記載の方法。

（Ｊ）
前記イオン交換されたガラス基板が、ディスプレイガラスを少なくとも部分的に覆って位置される、Ａに記載の方法。

（Ｋ）
前記焦線が前記ディスプレイガラス内に誘起吸収を生成しない、Ｊに記載の方法。

（Ｌ）
前記イオン交換されたガラス基板が、電子構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記焦線が当該電子構成部品を損傷しない、ＡからＦに記載の方法。

（Ｍ）
レーザービーム焦線が前記電子構成部品内に誘起吸収を生成しない、ＡからＬに記載の方法。

（Ｎ）
別の前記レーザービームがガウスレーザービームである、ＡからＭ項に記載の方法。

（Ｏ）
前記イオン交換されたガラス基板が、前記の別のデバイス構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、集光する前記第１のパルスレーザービームが、１．２マイクロメートルより大きいまたは３８０ｎｍより小さい波長を有する、ＡからＦに記載の方法。

（Ｐ）前記イオン交換されたガラス基板が、別のデバイス構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記レーザービーム焦線が当該別のデバイス構成部品へと延伸しない、ＡからＦまたはＯ項のいずれかに記載の方法。

（Ｑ１）
（ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、
（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、前記民生用電子デバイスの別の構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、
（ｉｉｉ）前記ガラスを融除する前記別の集光されたレーザービームが、前記イオン交換されたガラス基板のガラスによって強力に吸収されるが、前記別の構成部品によっては強力に吸収されない波長を有する、ＡからＦ項のいずれかに記載の方法。

（Ｑ２）
前記イオン交換されたガラス基板が、ディスプレイガラスを少なくとも部分的に覆って、および少なくとも１つの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記カバーガラスまたは当該少なくとも１つの電子構成部品を損傷することなく、当該イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片を取り除くステップをさらに含む、Ｑ１記載の方法。

（Ｑ３）
前記別の集光されたレーザービームが、（ａ）前記少なくとも１つの電子構成部品のハウジングに対して非透明である波長、
(b)≦５０ｎｓの単一パルス周波数を有する、のうちの、少なくとも１つを有する、Ｑ１またはＱ２記載の方法。

（Ｑ４）
前記少なくとも１つの電子構成部品のハウジングに対して非透明である波長が、１．２マイクロメートルより大きいまたは３８０ｎｍより小さいのいずれかである、Ｑ３記載の方法。

（Ｑ５）
前記別の集光されたレーザービームがピコ秒レーザーによって生成される、Ｑ１またはＱ２記載の方法。

（Ｒ１）
ステップＩＩＩが、赤外レーザービームを前記閉じた内側輪郭の上をトレースさせることを含む、ＡからＦ項のいずれかに記載の方法。

（Ｒ２）
第３赤外レーザービームの波長が約９マイクロメートルから約１１マイクロメートルの範囲である、Ｒ１に記載の方法。

（Ｒ３）
前記第３赤外レーザービームがＣＯ_２レーザービームである、Ｒ２に記載の方法。

（Ｓ）
（ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、
（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、少なくとも部分的に（ａ）前記民生用電子デバイスのディスプレイガラスを覆って、（ｂ）前記民生用電子デバイスの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って、位置され、
（ｃ）前記集光する第１のパルスレーザービームが、波長を有し、
（ｄ）前記電子構成部品が前記波長の光を吸収する材料を含むハウジングを有し、前記穴の下の前記少なくとも１つの電子構成部品の間に位置される吸収性材料が、線焦点の波長を吸収する、Ａ項に記載の方法。

（Ｔ）
（ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、
（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、少なくとも部分的に（ａ）前記民生用電子デバイスのディスプレイガラスを覆って、（ｂ）前記民生用電子デバイスの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って、位置され、前記内側ガラス片を画定する前記閉じた内側輪郭が前記ディスプレイガラスを覆って位置されておらず、当該電子構成部品を覆って位置される、Ａ項に記載の方法。

（Ｕ）
前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、当該カバーガラスが、ベゼル面積、および当該ベゼル面積の内側に位置される前記内側ガラス片を画定する前記閉じた内側輪郭を有する、Ａ項に記載の方法。

（Ｖ）
イオン交換された材料をレーザー穴あけする方法であって、
パルスレーザービームを、ビーム伝播方向に沿って見て、レーザービーム焦線へと集光することと、
前記レーザービーム焦線を前記イオン交換された材料へと第１の位置で方向づけることであって、当該レーザービーム焦線が当該材料内に誘起吸収を生成し、当該誘起吸収が当該材料内に当該レーザービーム焦線に沿って損傷進路を生成する、方向づけることと、
前記材料および前記パルスレーザービームを、第１の閉じた輪郭に沿って前記第１の位置から開始して、互いに対して平行移動すること、それによって、当該材料内に当該第１の閉じた輪郭に沿って複数の穴をレーザー穴あけすることと、
集光されたレーザーを、前記第１の閉じた輪郭内に包含される第２の閉じた輪郭の周りの前記材料へと方向づけて当該第１の閉じた輪郭に沿った当該材料の内側プラグの除去を容易にすることと、を含む、方法。

（Ｗ）
前記第２の閉じた輪郭が、前記第１の閉じた輪郭から５００μｍ未満だけずれている、Ｖ記載の方法。

（Ｘ）
前記第１の閉じた輪郭内に包含される第２の閉じた輪郭の周りの前記材料へと方向づけられる前記集光されたレーザーがＣＯ_２レーザーである、ＶまたはＷ項記載の方法。

（Ｙ）
イオン交換された材料をレーザー穴あけする方法であって、
パルスレーザービームを、ビーム伝播方向に沿って見て、レーザービーム焦線へと集光することと、
前記レーザービーム焦線を前記イオン交換された材料へと第１の位置で方向づけることであって、当該レーザービーム焦線が当該材料内に誘起吸収を生成し、当該誘起吸収が当該材料内に当該レーザービーム焦線に沿って損傷進路を生成する、方向づけることと、
前記材料および前記パルスレーザービームを、第１の閉じた輪郭に沿って前記第１の位置から開始して、互いに対して平行移動すること、それによって、当該材料内に当該第１の閉じた輪郭に沿って複数の穴をレーザー穴あけすることと、
集光されたレーザーを、前記第１の閉じた輪郭内に包含される第２の閉じた輪郭の周りの前記材料へと方向づけて当該第１の閉じた輪郭に沿った当該材料の内側プラグの除去を容易にすることと、を含む、方法。

（Ｚ）
前記材料が、約１００μｍと約８ｍｍとの間の範囲の厚さを有する、Ｙ記載の方法。

本明細書において引用される、すべての特許、公開出願、および参考文献の関連する教示は、その全体が参照により本明細書に援用される。

例示的な実施形態が本明細書で開示されてきたが、形式および詳細における様々な変形が、当分野において、添付の特許請求の範囲によって包含される本発明の範囲から逸脱することなく行われてもよいことは、当業者に理解されよう。

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
（ｉ）第１のパルスレーザービームをレーザービーム焦線へと集光するステップと、
（ｉｉ）前記レーザービーム焦線をイオン交換されたガラス基板へと、内側ガラス片を画定する閉じた内側輪郭に沿って複数の位置に方向づけるステップであって、当該レーザービーム焦線が、当該複数の位置の各位置で、当該イオン交換されたガラス基板の厚さを通して延伸する欠陥線を生成するように、当該レーザービーム焦線が当該イオン交換されたガラス基板内に誘起吸収を生成する、方向づけるステップと、
（ｉｉｉ）別の集光されたレーザービームを前記内側ガラス片の少なくとも一部へと方向づけ、当該内側ガラス片の少なくとも最少の一部を融除するステップと、
を含む、ガラス物品を形成する方法。

実施形態２
前記イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片を取り除くステップをさらに含む、実施形態１記載の方法。

実施形態３
前記別の集光されたレーザービームが前記閉じた内側輪郭の内周に方向づけられる実施形態１または２記載の方法。

実施形態４
前記閉じた内側輪郭は円である、実施形態１から３のいずれかに記載の方法。

実施形態５
前記イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片のガラス材料を取り除くステップをさらに含む、実施形態４記載の方法。

実施形態６
前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスである、実施形態１から５のいずれかに記載の方法。

実施形態７
前記イオン交換されたガラス基板が前記民生用電子デバイスの電子構成部品を覆って位置され、前記第１のパルスレーザービームが、当該イオン交換されたガラス基板に対して透明であるが当該電子構成部品に対しては透明でない波長を有する、実施形態６記載の方法。

実施形態８
前記イオン交換されたガラス基板が別のガラスの上に位置される、実施形態６または７記載の方法。

実施形態９
前記焦線が他のガラス内に誘起吸収を生成しない、実施形態８記載の方法。

実施形態１０
前記イオン交換されたガラス基板が、ディスプレイガラスを少なくとも部分的に覆って位置される、実施形態１記載の方法。

実施形態１１
前記焦線が前記ディスプレイガラス内に誘起吸収を生成しない、実施形態１０記載の方法。

実施形態１２
前記イオン交換されたガラス基板が、電子構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記焦線が当該電子構成部品を損傷しない、実施形態１から６いずれかに記載の方法。

実施形態１３
レーザービーム焦線が前記電子構成部品内に誘起吸収を生成しない、実施形態１から１２のいずれかに記載の方法。

実施形態１４
別の前記レーザービームがガウスレーザービームである、実施形態１から１３のいずれかに記載の方法。

実施形態１５
前記イオン交換されたガラス基板が、前記の別のデバイス構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、集光する前記第１のパルスレーザービームが、１．２マイクロメートルより大きいまたは３８０ｎｍより小さい波長を有する、実施形態１から６記載の方法。

実施形態１６
前記イオン交換されたガラス基板が、別のデバイス構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記レーザービーム焦線が前記別のデバイス構成部品へと延伸しない、実施形態１から６または１５のいずれかに記載の方法。

実施形態１７
（ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、
（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、前記民生用電子デバイスの別の構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、
（ｉｉｉ）前記ガラスを融除する前記別の集光されたレーザービームが、前記イオン交換されたガラス基板のガラスによって強力に吸収されるが、前記別の構成部品によっては強力に吸収されない波長を有する、実施形態１から６いずれかに記載の方法。

実施形態１８
前記イオン交換されたガラス基板が、ディスプレイガラスを少なくとも部分的に覆って、および少なくとも１つの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記カバーガラスまたは当該少なくとも１つの電子構成部品を損傷することなく、当該イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片を取り除くステップをさらに含む、実施形態１７記載の方法。

実施形態１９
前記別の集光されたレーザービームが、（ａ）前記少なくとも１つの電子構成部品のハウジングに対して非透明である波長、
（ｅ）≦５０ｎｓの単一パルス周波数を有する、のうちの、少なくとも１つを有する、実施形態１８記載の方法。

実施形態２０
前記少なくとも１つの電子構成部品のハウジングに対して非透明である波長が、１．２マイクロメートルより大きいまたは３８０ｎｍより小さいのいずれかである、実施形態１９記載の方法。

実施形態２１
前記別の集光されたレーザービームがピコ秒レーザーによって生成される、実施形態１８記載の方法。

実施形態２２
ステップＩＩＩが、赤外レーザービームを前記閉じた内側輪郭の上をトレースさせるステップを含む、実施形態１から６のいずれかに記載の方法。

実施形態２３
第３赤外レーザービームの波長が約９マイクロメートルから約１１マイクロメートルの範囲である、実施形態２２記載の方法。

実施形態２４
前記第３赤外レーザービームがＣＯ_２レーザービームである、実施形態２３記載の方法。

実施形態２５
（ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、
（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、少なくとも部分的に
（ａ）前記民生用電子デバイスのディスプレイガラスを覆って、（ｂ）前記民生用電子デバイスの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って、位置され、
（ｂ） 前記集光する第１のパルスレーザービームが、波長を有し、
（ｃ） 前記電子構成部品が前記波長を吸収する材料を含むハウジングを有し、前記穴の下の前記少なくとも１つの電子構成部品の間に位置される吸収性材料が、線焦点の波長を吸収する、実施形態１記載の方法。

実施形態２６
（ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、
（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、少なくとも部分的に（ａ）前記民生用電子デバイスのディスプレイガラスを覆って、（ｂ）前記民生用電子デバイスの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って、位置され、前記内側ガラス片を画定する前記閉じた内側輪郭が前記ディスプレイガラスを覆って位置されておらず、当該電子構成部品を覆って位置される、実施形態１記載の方法。

実施形態２７
前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、当該カバーガラスが、ベゼル面積、および当該ベゼル面積の内側に位置される前記内側ガラス片を画定する前記閉じた内側輪郭を有する、実施形態１記載の方法。

実施形態２８
イオン交換された材料をレーザー穴あけする方法であって、
パルスレーザービームを、ビーム伝播方向に沿って見て、レーザービーム焦線へと集光するステップと、
前記レーザービーム焦線を前記イオン交換された材料へと第１の位置で方向づけるステップであって、当該レーザービーム焦線が当該材料内に誘起吸収を生成し、当該誘起吸収が当該材料内に当該レーザービーム焦線に沿って損傷進路を生成する、方向づけるステップと、
前記材料および前記パルスレーザービームを、第１の閉じた輪郭に沿って前記第１の位置から開始して、互いに対して平行移動し、それによって、当該材料内に当該第１の閉じた輪郭に沿って複数の穴をレーザー穴あけするステップと、
集光されたレーザーを、前記第１の閉じた輪郭内に包含される第２の閉じた輪郭の周りの前記材料へと方向づけて当該第１の閉じた輪郭に沿った当該材料の内側プラグの除去を容易にするステップと、
を含む、方法。

実施形態２９
前記第２の閉じた輪郭が、前記第１の閉じた輪郭から５００μｍ未満だけずれている、実施形態２８記載の方法。

実施形態３０
前記第１の閉じた輪郭内に包含される第２の閉じた輪郭の周りの前記材料へと方向づけられる前記集光されたレーザーがＣＯ_２レーザーである、実施形態２８または２９記載の方法。

実施形態３１
イオン交換された材料をレーザー穴あけする方法であって、
パルスレーザービームを、ビーム伝播方向に沿って見て、レーザービーム焦線へと集光するステップと、
前記レーザービーム焦線を前記イオン交換された材料へと第１の位置で方向づけるステップであって、当該レーザービーム焦線が当該材料内に誘起吸収を生成し、当該誘起吸収が当該材料内に当該レーザービーム焦線に沿って損傷進路を生成する、方向づけるステップと、
前記材料および前記パルスレーザービームを、第１の閉じた輪郭に沿って前記第１の位置から開始して、互いに対して平行移動し、それによって、当該材料内に当該第１の閉じた輪郭に沿って複数の穴をレーザー穴あけするステップと、
集光されたレーザーを、前記第１の閉じた輪郭内に包含される第２の閉じた輪郭の周りの当該材料へと方向づけて当該第１の閉じた輪郭に沿った当該材料の内側プラグの除去を容易にするステップと、
を含む、方法。

実施形態３２
前記材料が、約１００μｍと約８ｍｍとの間の範囲の厚さを有する、実施形態３０記載の方法。

１ 基板
２、３ レーザービーム
６ 光学アセンブリ
７ 両凸レンズ
８ 開口部
９、１０ アキシコン
１１ 集光レンズ
１２ コリメートレンズ
２０ ガラスシート
２２ 部分、穴、スロット
２４ 第１の輪郭
２６ 内側片の一部
２８ レーザー
１１０ 断層線
１２０ 欠陥線
１３０ 被加工物
１４０ 超短パルスレーザー
５００ バースト
７１０ 集光されていないレーザービーム
７２０ 基板
７３０ 球面レンズ
７４０ 焦点
７５０ アキシコンレンズ
７６０ 高強度の円柱
１０００ 民生用デバイス
１ａ、１ｂ 基板の表面
２ａ レーザー照射、ビーム束
２ａＲ ビーム束２ａの外周範囲のビーム
２ａＺ 中心ビーム近傍のビーム束
２ｂ 焦線
２ｃ 誘起吸収の広範囲のセクション
５００Ａ パルス
ｂｒ 円の幅
ｄ 基板の厚さ
ｄｒ 円の直径
ｌ 焦線の長さ
Ｌ 誘起吸収の広範囲のセクションの長さ
ＳＲ 円形照射
Ｔｂ バースト間の時間分離
Ｔｄ パルス持続時間
ｚ１ アキシコンからの距離
ｚ１ａ アキシコンからコリメートレンズまでの距離
ｚ１ｂ コリメートレンズから集光レンズまでの距離
ｚ２ レンズからの距離

Claims (10)

1. （Ｉ）第１のパルスレーザービームをレーザービーム焦線へと集光するステップと、
   （ＩＩ）前記レーザービーム焦線をイオン交換されたガラス基板へと、内側ガラス片を画定する閉じた内側輪郭に沿って複数の位置に方向づけるステップであって、該レーザービーム焦線が、該複数の位置の各位置で、該イオン交換されたガラス基板の厚さを通して延伸する欠陥線を生成するように、該レーザービーム焦線が該イオン交換されたガラス基板内に誘起吸収を生成る、方向づけるステップと、
   （ＩＩＩ）別の集光されたレーザービームを前記内側ガラス片の少なくとも一部へと方向づけ、該内側ガラス片の少なくとも最少の一部を融除するステップと、
   を含む、ガラス物品を形成する方法。
2. 前記イオン交換されたガラス基板から前記内側ガラス片を取り除くステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
3. 前記別の集光されたレーザービームが前記閉じた内側輪郭の内周に方向づけられる請求項１または２記載の方法。
4. 前記閉じた内側輪郭は円である、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスである、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. （ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が前記民生用電子デバイスの電子構成部品を覆って位置され、前記第１のパルスレーザービームが、該イオン交換されたガラス基板に対して透明であるが該電子構成部品に対しては透明でない波長を有する、または、（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が別のガラスの上に位置され、前記焦線が他のガラス内に誘起吸収を生成しない、請求項５記載の方法。
7. （ｉ）前記イオン交換されたガラス基板がディスプレイガラスを少なくとも部分的に覆って位置され、焦線は該ディスプレイガラス内に誘起吸収を生成しない、または、（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、電子構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記焦線が該電子構成部品を損傷しない、または、（ｉｉｉ）前記レーザービーム焦線が前記電子構成部品内に誘起吸収を生成しない、請求項１記載の方法。
8. （ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、前記の別のデバイス構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、集光する前記第１のパルスレーザービームが、１．２マイクロメートルより大きいまたは３８０ｎｍより小さい波長を有する、または、（ｉｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、別のデバイス構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記レーザービーム焦線が前記別のデバイス構成部品へと延伸しない、請求項１記載の方法。
9. （Ｉ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、該イオン交換されたガラス基板が、該民生用電子デバイスの別の構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記ガラスを融除する前記別の集光されたレーザービームが、該イオン交換されたガラス基板のガラスによって強力に吸収されるが、該別の構成部品によっては強力に吸収されない波長を有する、または、（ＩＩ）前記イオン交換されたガラス基板が、ディスプレイガラスを少なくとも部分的に覆っておよび少なくとも１つの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記方法は、前記カバーガラスまたは該少なくとも１つの電子構成部品を損傷することなく、前記内側ガラス片を該イオン交換されたガラス基板から取り除くステップをさらに含む、または、（ＩＩＩ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、該イオン交換されたガラス基板が、少なくとも部分的に（ａ）前記民生用電子デバイスのディスプレイガラスを覆って、（ｂ）前記民生用電子デバイスの電子構成部品を少なくとも部分的に覆って、位置され、前記集光する第１のパルスレーザービームが波長を有し、前記電子構成部品が、前記波長を吸収する材料を含むハウジングを有し、穴の下の前記少なくとも１つの電子構成部品の間に位置される吸収性材料が、線焦点の波長を吸収し、または、（ｉｖ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、該イオン交換されたガラス基板が、該民生用電子デバイスの別の構成部品を少なくとも部分的に覆って位置され、前記ガラスを融除する前記別の集光されたレーザービームが、該イオン交換されたガラス基板のガラスによって強力に吸収されるが、該別の構成部品によっては強力に吸収されない波長を有する、または、（ｖ）前記イオン交換されたガラス基板が、民生用電子デバイスに実装されたカバーガラスであり、該カバーガラスが、ベゼル面積、および該ベゼル面積の内側に位置される前記内側ガラス片を画定する前記閉じた内側輪郭を有する、請求項１記載の方法。
10. イオン交換された材料をレーザー穴あけする方法であって、
    パルスレーザービームを、ビーム伝播方向に沿って見て、レーザービーム焦線へと集光するステップと、
    前記レーザービーム焦線を前記イオン交換された材料へと第１の位置で方向づけるステップであって、該レーザービーム焦線が該材料内に誘起吸収を生成し、該誘起吸収が該材料内に該レーザービーム焦線に沿って損傷進路を生成する、方向づけるステップと、
    前記材料および前記パルスレーザービームを、第１の閉じた輪郭に沿って前記第１の位置から開始して、互いに対して平行移動し、それによって、該材料内に該第１の閉じた輪郭に沿って複数の穴をレーザー穴あけするステップと、
    集光されたレーザーを、前記第１の閉じた輪郭内に包含される第２の閉じた輪郭の周りの前記材料へと方向づけて該第１の閉じた輪郭に沿った該材料の内側プラグの除去を容易にするステップと、
    を含む、方法。

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