JP2020530400A - 透明な工作物を同期マルチレーザ加工するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
(i)パルスレーザビーム源によって出力供給されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
(ii)赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に環状の赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットを取り囲んでおり、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
(iii)前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これにより、レーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との互いに相対的な前記並進運動に同期させて、前記環状の赤外線ビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記パルスレーザビームスポットを取り囲み、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記環状の赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。
前記パルスレーザビームを、1つ以上のレンズによって、前記パルスレーザビーム焦線を形成するように方向付け、
前記1つ以上のレンズのうちの少なくとも1つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、W型アキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態1記載の方法。
前記赤外線レーザビームを、前記赤外線ビーム源と前記透明な工作物との間に位置する1つ以上のレンズによって方向付け、
前記1つ以上のレンズのうちの少なくとも1つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態1記載の方法。
前記赤外線レーザビームを、ビーム方向付け素子によって、前記パルスレーザビームの前記ビーム伝播方向に対して非平行な接近角度で、前記透明な工作物上に再方向付けする、実施形態1から3までのいずれか1つ記載の方法。
前記ビーム方向付け素子は、ミラーまたは回転可能なスキャナを含む、実施形態4記載の方法。
前記ビーム方向付け素子は前記回転可能なスキャナを備え、当該方法は、前記透明な工作物の前記結像表面に沿って並進運動するとき前記環状の赤外線ビームスポットが回転するように、前記回転可能なスキャナを使用して前記赤外線レーザビームを回転させるステップをさらに含む、実施形態5記載の方法。
前記赤外線レーザビームを、ビーム調整素子によって方向付け、これにより、前記赤外線レーザビームの断面ビームプロファイルを変化させる、実施形態4記載の方法。
前記ビーム方向付け素子は、2Dスキャナシステムを含む、実施形態4記載の方法。
隣接する欠損部間の間隔が、約1μm〜30μmである、実施形態1から8までのいずれか1つ記載の方法。
前記環状の赤外線ビームスポットの外径が、約0.5mm〜約20mmである、実施形態1から9までのいずれか1つ記載の方法。
前記環状の赤外線ビームスポットの内径が、前記外径の約5%〜約95%である、実施形態10記載の方法。
前記環状の赤外線ビームスポットと前記パルスレーザビームスポットとは、前記透明な工作物の前記結像表面上で同心である、実施形態1から11までのいずれか1つ記載の方法。
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記透明な工作物の前記結像表面上で円形の形状を有する、実施形態1から12までのいずれか1つ記載の方法。
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記透明な工作物の前記結像表面上で楕円の形状を有する、実施形態1から12までのいずれか1つ記載の方法。
前記赤外線レーザビームは、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、固体レーザ、半導体レーザ、またはこれらの組み合わせによって生成される、実施形態1から14までのいずれか1つ記載の方法。
前記透明な工作物は、アルカリ土類ホウアルミノケイ酸塩ガラス、サファイア、溶融シリカ、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態1から15までのいずれか1つ記載の方法。
前記環状の赤外線ビームスポットと前記透明な工作物とは、互いに相対的に約1mm/s〜約10m/sの速度で並進運動し、
前記パルスレーザビーム焦線と前記透明な工作物とは、前記環状の赤外線ビームスポットと前記透明な工作物との間の相対運動の前記速度と等しい速度で互いに相対的に並進運動する、
実施形態1記載の方法。
前記赤外線レーザビームは、約20W〜約1000Wのパワーを有している、実施形態1記載の方法。
前記透明な工作物は、約5×10−6/K以下のCTEを有している、実施形態1記載の方法。
前記透明な工作物は、約50μm〜約10mmの厚さを有している、実施形態1記載の方法。
前記パルスレーザビーム源は、パルスバーストあたり約2個のサブパルスないしパルスバーストあたり約30個のサブパルスと、パルスバーストあたり約100μJないし約600μJのパルスバーストエネルギとを含むパルスバーストを生成する、実施形態1記載の方法。
前記パルスレーザビームは、パルスバーストあたり約9個のサブパルスないしパルスバーストあたり約20個のサブパルスを含むパルスバーストを生成し、前記パルスバーストエネルギは、パルスバーストあたり約300μJないしパルスバーストあたり約500μJである、実施形態21記載の方法。
前記輪郭線の隣接する欠損部間の間隔は、約7μm〜約12μmであって、
前記パルスレーザビームは、パルスバーストあたり約5個のサブパルスないしパルスバーストあたり約15個のサブパルスを含むパルスバーストを生成し、前記パルスバーストエネルギは、パルスバーストあたり約400μJないしパルスバーストあたり約600マイクロジュールである、
実施形態21記載の方法。
前記パルスバーストのパルスは、約1ピコ秒〜約100ピコ秒の持続時間を有している、実施形態21記載の方法。
前記パルスバーストは、約10kHz〜約3MHzの範囲の繰り返し率を有している、実施形態21記載の方法。
前記パルスレーザビーム焦線は、約0.1μm〜約10μmの範囲の平均スポット直径を有している、実施形態1記載の方法。
透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
(i)パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
(ii)赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットから所定の離間距離を置いて位置しており、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
(iii)前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これによりレーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
(iv)前記パルスレーザビーム焦線に対して相対的な前記透明な工作物の前記並進運動に同期させて、前記パルスレーザビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記赤外線ビームスポットからの前記離間距離の間隔を維持し、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。
前記離間距離は、約1μm〜約100mmである、実施形態27記載の方法。
前記パルスレーザビームを、1つ以上のレンズによって、前記パルスレーザビーム焦線を形成するように方向付け、
前記1つ以上のレンズのうちの少なくとも1つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、W型アキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態27または実施形態28記載の方法。
前記赤外線レーザビームを、前記赤外線ビーム源と前記透明な工作物との間に位置する1つ以上のレンズによって方向付け、
前記1つ以上のレンズのうちの少なくとも1つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、W型アキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
実施形態27から29までのいずれか1つ記載の方法。
前記赤外線レーザビームを、ビーム方向付け素子によって、前記パルスレーザビームの前記ビーム伝播方向に対して非平行な接近角度で、前記透明な工作物上に再方向付けする、実施形態27から30までのいずれか1つ記載の方法。
前記赤外線レーザビームを、ビーム調整素子によって方向付け、これにより、前記赤外線レーザビームの断面ビームプロファイルを変化させる、実施形態31記載の方法。
前記ビーム方向付け素子は、ミラーまたは2Dスキャナシステムを含む、実施形態31記載の方法。
隣接する欠損部間の間隔が、約1μm〜30μmである、実施形態27から33までのいずれか1つ記載の方法。
前記赤外線ビームスポットは、環状の赤外線ビームスポットを含む、実施形態27から30までのいずれか1つ記載の方法。
前記環状の赤外線ビームスポットの外径が、約0.5mm〜約20mmであり、前記環状の赤外線ビームスポットの内径が、前記外径の約5%〜約95%である、実施形態35記載の方法。
前記赤外線ビームスポットは、ガウスビームスポットを含む、実施形態27から30までのいずれか1つ記載の方法。
前記赤外線レーザビームは、二酸化炭素レーザ、一酸化炭素レーザ、固体レーザ、半導体レーザ、またはこれらの組み合わせによって生成される、実施形態27から37までのいずれか1つ記載の方法。
前記透明な工作物は、アルカリ土類ホウアルミノケイ酸塩ガラス、サファイア、溶融シリカ、またはこれらの組み合わせを含む、実施形態27から37までのいずれか1つ記載の方法。
前記赤外線ビームスポットと前記透明な工作物とは、互いに相対的に約1mm/s〜約10m/sの速度で並進運動し、
前記パルスレーザビーム焦線と前記透明な工作物とは、前記赤外線ビームスポットと前記透明な工作物との間の相対運動の前記速度と等しい速度で互いに相対的に並進運動する、
実施形態27から39までのいずれか1つ記載の方法。
前記輪郭線(170)の隣接する欠損部(172)間の間隔は、約1μm〜約30μmであって、
前記パルスレーザビーム(212)は、パルスバースト(500)あたり約5個のサブパルス(500A)ないしパルスバースト(500)あたり約15個のサブパルス(500A)を含むパルスバースト(500)を生成し、パルスバーストエネルギは、パルスバースト(500)あたり約400μJないしパルスバースト(500)あたり約600マイクロジュールであって、
前記パルスバースト(500)の前記サブパルス(500A)は、約1ピコ秒〜約100ピコ秒の持続時間と、約10kHz〜約3MHzの範囲の繰り返し率とを有する、
実施形態1から19までのまたは実施形態27から40までのいずれか1つ記載の方法。
Claims (5)
- 透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に環状の赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記環状の赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットを取り囲んでおり、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これにより、レーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との互いに相対的な前記並進運動に同期させて、前記環状の赤外線ビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記パルスレーザビームスポットを取り囲み、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記環状の赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。 - 前記パルスレーザビームを、1つ以上のレンズによって、前記パルスレーザビーム焦線を形成するように方向付け、
前記1つ以上のレンズのうちの少なくとも1つは、非球面光学素子を含み、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ネガティブアキシコン、空間光変調器、回折光学系、または立方体型光学素子を含む、
請求項1記載の方法。 - 前記赤外線レーザビームを、ビーム方向付け素子によって、前記パルスレーザビームの前記ビーム伝播方向に対して非平行な接近角度で、前記透明な工作物上に再方向付けする、請求項1または2記載の方法。
- 前記環状の赤外線ビームスポットの外径が、約0.5mm〜約20mmであって、
前記環状の赤外線ビームスポットの内径が、前記外径の約5%〜約95%である、
請求項1または2記載の方法。 - 透明な工作物をレーザ加工する方法であって、当該方法は、
パルスレーザビーム源によって出力されるパルスレーザビームを、ビーム伝播方向に沿って方向付けられ前記透明な工作物内へと向けられたパルスレーザビーム焦線内へと収束させ、これにより、前記透明な工作物の結像表面上にパルスレーザビームスポットを形成するステップであって、
前記パルスレーザビーム焦線は、前記透明な工作物内に誘起吸収を発生させ、
前記誘起吸収は、前記透明な工作物内に前記パルスレーザビーム焦線に沿って欠損部を生成する、
ステップと、
赤外線ビーム源によって出力される赤外線レーザビームを、前記赤外線レーザビームが前記結像表面上に赤外線ビームスポットを形成するように、前記透明な工作物上に方向付けるステップであって、
前記赤外線ビームスポットは、前記結像表面で前記パルスレーザビームスポットから所定の離間距離を置いて位置しており、
前記赤外線レーザビームは、前記透明な工作物を加熱する、
ステップと、
前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線とを互いに相対的に分離経路に沿って並進運動させ、これによりレーザが、前記分離経路に沿って前記透明な工作物内に輪郭線を画定する複数の欠損部を形成するステップと、
前記パルスレーザビーム焦線に対して相対的な前記透明な工作物の前記並進運動に同期させて、前記パルスレーザビームスポットが、前記透明な工作物と前記パルスレーザビーム焦線との相対運動中に前記赤外線ビームスポットからの前記離間距離の間隔を維持し、前記輪郭線に沿ってまたは前記輪郭線の近くで前記透明な工作物を照射するように、前記透明な工作物と前記赤外線ビームスポットとを互いに相対的に前記分離経路に沿って並進運動させ、これにより、前記輪郭線に沿って前記透明な工作物を分離するステップと、
を含む、透明な工作物をレーザ加工する方法。
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