JP6149314B2 - 透明材料の高速レーザ処理 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にガラスなどの透明材料のレーザ切断に関し、より具体的にはベッセル型ビーム構成を用いたレーザ切断に関する。

材料のレーザ処理、具体的にはレーザ光と材料の制御された相互作用は、例えば工業用途であっても医学用途であっても、レーザ切断やレーザ溶接などの様々な応用分野において確立されている。この相互作用は、波長、焦点域、レーザ出力などのレーザ光パラメータ、並びに各波長での吸収、材料のバンドギャップなどの材料特性に依存する。これらのパラメータや特性の組合わせで発生する相互作用が画定され、特にその材料内の特定の場所における場の強度が決まる。米国特許出願公開第２００９／０２９４４１９（Ａ１）号明細書には、レーザビームを移動させた後に局所冷却して熱衝撃を与えることで非平坦材料にレーザ罫書きするシステムを用いた、熱的な手法が開示されている。

米国特許出願公開第２０１１／０１８３１１６（Ａ１）号明細書及び米国特許出願公開第２０１２／００６４３０６（Ａ１）号明細書には、ガラス、特に強化ガラスを切断するレーザ処理方法の例が開示されている。特に、強化ガラスでは、内部応力分布が切断に影響する。したがって、米国特許出願公開第２０１２／００６４３０６（Ａ１）号明細書には切断領域は強化処理しないことが開示されており、米国特許出願公開第２０１１／０１８３１１６（Ａ１）号明細書には所定の切断経路に沿って圧縮応力層内に溝構造を形成することが開示されている。

シートガラス板から強化ガラスパネルを製造する方法が、２０１２＆０１９６０７１（Ａ１）に開示されている。ここでは、先ず複数の穴が、例えばレーザ処理又は機械穿孔、エッチング処理などによって準備され、その一連の穴の形成後に強化処理が適用される。この結果、穴の側壁に沿って放射状の圧縮応力層が形成される。

特にパルスレーザシステムを適用する場合には、レーザパルスエネルギ並びにパルス持続時間は十分に制御可能であって、特定の用途に適合させることができる。特開２００５／２８８５０３号公報には、ガラス切断の前処理用に、自己集束並びにベッセルビーム形状を利用する、レーザ光の相互作用に基づいたレーザビーム加工が開示されている。

レーザ処理用にベッセルビームを利用することは、例えばＭ．Ｋ．Ｂｈｕｙａｎらによる“Ｈｉｇｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ ｎａｎｏｃｈａｎｎｅｌ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｓｈｏｔ ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ Ｂｅｓｓｅｌ ｂｅａｍｓ（単ショットのフェムト秒ベッセルビームを用いた高アスペクト比ナノチャンネル加工）”（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，９７，０８１１０２−１（２０１０）、及びＭ．Ｋ．Ｂｈｕｙａｎらによる“Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｎｏｎ−ｄｉｆｆｒａｃｔｉｎｇ Ｂｅｓｓｅｌ ｂｅａｍｓ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｎａｎｏｓｃａｌｅ ａｂｌａｔｉｏｎ（フェムト秒非回折ベッセルビームと制御されたナノスケールアブレーション）”（ＩＥＥＥ（２０１１））に開示されている。

国際公開第２０１２／００６７３６（Ａ１）号パンフレットには、例えば集束されたレーザビームのバースト列パルスで基板を照射することにより、透明材料をレーザ切断する方法が開示されている。そこでは集束条件とパルスのエネルギ及び持続時間を選択して基板内にフィラメントを形成し、かつ基板をレーザビームに対して移動させる。国際公開第２０１２／００６７３６（Ａ１）号パンフレットによれば、フィラメントは、集束性が低く、高輝度で持続時間の短いレーザ光で形成される。これは非線形カー効果によって自己集束可能であって、その結果ピーク強度が増大して、レーザビームの高強度部分に低密度プラズマを生成できる。国際公開第２０１２／００６７３６（Ａ１）号パンフレットには、密な光学的集束条件において生成され易い、光学的絶縁破壊などによる高密度プラズマ生成を回避する方法が更に記載されている。ここでプラズマ生成機構は、初期の多光子電子励起と、それに続く逆制動輻射、衝突電離及び電子雪崩過程に基づいている。国際公開第２０１２／００６７３６（Ａ１）号パンフレットによれば、この光学的絶縁破壊領域における、透明材料の個片化、ダイシング、スクライビング、劈開、切断、及びファセット処理は、遅い処理速度、クラックの発生、アブレーション屑による汚染、大きな切溝幅、というような不利な点を持っている。

本発明は、従来システムにおける１つ以上の態様を、少なくとも部分的に改良又は克服し、具体的には、今日の技術ではいまだに課題を残している、強化ガラスの高精度切断を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、レーザビームを用いて層状材料をレーザで予備切断する方法が開示される。ここで層状材料は、少なくとも１つの引張応力層と、少なくとも１つの圧縮応力層と、その少なくとも１つの引張応力層と少なくとも１つの圧縮応力層との間の少なくとも１つのインタフェース領域と、を備え、かつ層状材料は透明であって、レーザビームが層状材料中を伝播可能である。この方法は、レーザビームと層状材料との相互作用により、層状材料内に伸長した単一レーザパルス損傷領域が生成されるように、光学ビーム経路とレーザビームのレーザ特性を設定することと、層状材料の一連の予備切断位置のそれぞれに対して、層状材料とレーザビームを相互に位置決めし、かつそれぞれの伸長した単一レーザパルス損傷領域が少なくとも１つのインタフェース領域を横断して延伸するようにレーザビームを照射することによって、層状材料の予備切断を行うことを含む。

別の態様によれば、少なくとも１つの引張応力層と、少なくとも１つの圧縮応力層と、その少なくとも１つの引張応力層と少なくとも１つの圧縮応力層との間の少なくとも１つのインタフェース領域とを備える材料から材料部分を分離する方法が、層状材料を本明細書に開示したようにして予備切断し、それにより少なくとも１つのインタフェース領域を横断して延伸する伸長した損傷領域を分離線に沿って形成することと、一連の予備切断位置を横断して作用する分離力を層状材料に加えて、一連の予備切断位置に沿って層状材料を劈開することを含む。

別の態様によれば、少なくとも２つの層状材料部分に分離される層状材料が、互いに対向する前面と背面と、少なくとも１つの引張応力層と、少なくとも１つの圧縮応力層と、その少なくとも１つの引張応力層と少なくとも１つの圧縮応力層との間の少なくとも１つインタフェース領域と、その層状材料内に形成され、少なくとも１つのインタフェース領域を横断して延伸する伸長した損傷領域と、を備える。

別の態様によれば、層状材料部分が、互いに対向する前面と背面と、少なくとも１つの引張応力層と、少なくとも１つの圧縮応力層と、その少なくとも１つの引張応力層と少なくとも１つの圧縮応力層との間の少なくとも１つインタフェース領域と、前面と背面を接続する少なくとも１つの切断面であって、少なくとも１つのインタフェース領域を横断して延伸するレーザ相互作用により誘起された表面構造を含む切断面と、を備える。

別の態様によれば、レーザビームを用いて層状材料を予備切断するレーザ処理システムが、レーザビームを提供するレーザ光源と、レーザ光源から層状材料までレーザビームを案内する光学系と、層状材料をレーザビームに対して位置決めする並進機構と、制御ユニットと、を備える。この制御ユニットは、レーザビームが層状材料と相互作用して層状材料内でかつ層状材料のそれぞれの予備切断位置に伸長した損傷領域を生成するように、光学ビーム経路とレーザビームのレーザ特性とを設定するように構成され、さらに、層状材料とレーザビームを相互に位置決めし、かつ個々の伸長した損傷領域が少なくとも１つのインタフェース領域を横断して延伸してそれによって層状材料が予備切断されるようにレーザビームを照射するように構成されている。

別の態様によれば、ベッセル型パルスレーザビームが材料中を伝播する際に、単一光子吸収に関して本質的に透明である材料を、ベッセル型パルスレーザビームでレーザ予備切断するための方法が、単一レーザパルスが材料と相互作用して材料内に材料の厚さの少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％まで延伸する、伸長した単一のレーザパルス損傷領域が生成されるように、光学ビーム経路とベッセル型パルスレーザビーム特性とを設定することと、相互に連続的に続くレーザパルスによる複数の単一レーザパルス損傷領域が互いに位置がずれるようにして、ベッセル型パルスレーザビームを材料に沿って走査することにより材料を予備切断することと、を含む。

別の態様によれば、材料から材料部分を分離する方法が、本明細書に開示の方法により材料を予備切断し、それによって切断経路に沿う一連の予備切断位置に複数の伸長した単一レーザパルス損傷領域を形成することと、一連の予備切断位置を横断して作用する分離力を材料に加えて一連の予備切断位置に沿って材料を劈開することを含んでいる。

別の態様によれば、少なくとも２つの材料部分に分離される材料が、互いに対向する前面及び背面と、材料内に形成され、材料の厚さの少なくとも５０％まで、又は少なくとも７０％まで、又は少なくとも９０％まで延伸し、かつ分離線に沿って少なくとも２μｍ、又は少なくとも３μｍ、又は少なくとも４μｍの距離だけ空間的に離間している、単一レーザパルス損傷領域とを含んでいる。

別の態様によれば、材料部分が、互いに対向する前面及び背面（３５、４５、５５、７５）と、前面と背面を接続する少なくとも１つの切断面とを含み、この切断面はレーザ相互作用により誘起され、材料部分の厚さの少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％に亘って延伸する表面構造を含み、その表面構造は少なくとも２μｍ、又は少なくとも３μｍ、又は少なくとも４μｍの距離だけ互いに空間的に離間している。

別の態様によれば、内部をベッセル型パルスレーザビームが伝播する際に単一光子吸収に関して本質的に透明である材料を、ベッセル型パルスレーザビームで予備切断するためのレーザ処理システムが、パルスレーザビームを提供するレーザ光源と、パルスレーザビームをレーザ光源から材料へ案内し、パルスレーザビームをベッセル型パルスレーザビームへ変換するための光学系と、材料をベッセル型パルスレーザビームに対して位置決めするための並進機構と、制御器ユニットと、を備える。制御ユニットは、光学ビーム経路とベッセル型パルスレーザビームを設定して、ベッセル型パルスレーザビームの単一レーザパルスが材料と相互作用して材料内に伸長した単一パルス損傷領域を生成させ、それが材料の厚さの少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％まで延伸するようにし、また材料の一連の予備切断位置のそれぞれに対して材料とベッセル型パルスレーザビームを相互に位置決めして、連続的なレーザパルスによる単一レーザパルス損傷領域が相互に位置ずれするようにベッセル型パルスレーザビームを照射し、それによって材料を予備切断するように構成されている。

別の態様によれば、ベッセル型パルスレーザビームを用いて層状材料をレーザで予備切断する方法が開示される。ここで層状材料は、少なくとも１つの引張応力層と、少なくとも１つの圧縮応力層と、その少なくとも１つの引張応力層と少なくとも１つの圧縮応力層との間の少なくとも１つのインタフェース領域と、を備え、かつ層状材料は透明であって、レーザビームが層状材料中を伝播可能である。この方法は、レーザビームと層状材料との相互作用により、層状材料内に伸長した単一レーザパルス損傷領域が生成されるように、光学ビーム経路とレーザビームのレーザ特性を設定することと、層状材料の一連の予備切断位置のそれぞれに対して、層状材料とレーザビームを相互に位置決めし、かつそれぞれの伸長した単一レーザパルス損傷領域が少なくとも１つのインタフェース領域を横断して延伸するようにレーザビームを照射することによって、層状材料の予備切断を行うことを含む。

別の態様によれば、材料中を伝播する際に、パルスレーザビームの単一光子吸収に関して本質的に透明である材料を、ベッセル型パルスレーザビームでレーザ予備切断するための方法が、単一レーザパルスが材料と相互作用して材料内に材料の厚さの少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％まで延伸する、伸長した単一のレーザパルス損傷領域が生成されるように、光学ビーム経路とパルスレーザビームのレーザ特性とを設定することと、１つの後にすぐ連続的に続くレーザパルスによる単一レーザパルス損傷領域が互いに位置がずれるように、パルスレーザビームを材料に沿って走査することによって材料を予備切断することと、を含む。

別の態様によれば、ベッセル型パルスレーザビームが材料中を伝播する際に、単一光子吸収に関して本質的に透明である材料を、ベッセル型パルスレーザビームでレーザ予備切断するための方法が、単一レーザパルスはパルス持続時間が１ｐｓ〜１００ｐｓの範囲であり、円錐半角が７°〜１２°の範囲であることを特徴とし、かつ、単一レーザパルスが材料と相互作用して材料内に材料の厚さの少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％まで延伸する、伸長した単一のレーザパルス損傷領域を生成するように、光学ビーム経路とベッセル型パルスレーザビーム特性とを設定することと、レーザパルスが互いに直後に続く複数のレーザパルスの、複数の単一レーザパルス損傷領域が互いに１μｍ〜４μｍの範囲で位置がずれるように、パルスレーザビームを材料に沿って走査することによって材料を予備切断することと、を含む。

別の態様によれば、パルスレーザビームが材料中を伝播する際に、単一光子吸収に関して本質的に透明である材料を、ベッセル型パルスレーザビームでレーザ予備切断するための方法が、単一レーザパルスが材料と相互作用して材料内に伸長した単一のレーザパルス損傷領域が生成されるように、光学ビーム経路とパルスレーザビームのレーザ特性とを設定することと、それぞれの直後に連続するレーザパルスの単一レーザパルス損傷領域が、第１の走査順序に対しては材料内の第１のレベルで、かつ第２の走査順序に対しては材料内の第２のレベルで、互いに位置がずれるように、パルスレーザビームを材料に沿って走査することによって材料を予備切断することと、を含む。

実装には以下の特徴の１つ以上が含まれてもよい。実施形態のあるものでは、層状材料は、一対のインタフェース領域の間に位置する中央引張応力層又は中央圧縮応力層を備えていてもよく、そこでは予備切断は、伸長した損傷領域のそれぞれが、中央引張応力層又は中央圧縮応力層の少なくとも３０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％まで延伸するように遂行されてもよい。

ある実施形態では、予備切断は、複数の損傷領域のそれぞれが層状材料の厚さの少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％まで延伸するように遂行されてもよい。

ある実施形態では、予備切断は、隣接する伸長した損傷領域が相互に少なくとも２μｍ、又は少なくとも３μｍ、又は少なくとも４μｍの距離だけ位置がずれるように、隣接する伸長した損傷領域に対して遂行されてもよい。

ある実施形態では、レーザビームはベッセル型パルスレーザビーム又はフィラメント形成ガウシアンビームであってもよく、そこでは、各予備切断位置に対して単一レーザパルスによって、伸長した損傷領域が単一レーザパルス損傷領域となるように予備切断が遂行され、及び／又は、材料中を伝播する際にベッセル型パルスレーザビームやフィラメント形成ガウシアンビームレーザビームなどのレーザビームの単一光子吸収に関して、層状材料は本質的に透明である。

ある実施形態では、伸長した損傷領域は、層状材料の前面又は背面内にまで延伸していてもよく、また分離力は内部に損傷を持っている面が最初に分離されるように印加されてもよい。

ある実施形態では、円錐半角θが７°〜１１°（又は５°〜１５°）の範囲で例えば９°に設定されたベッセル型ビームが、各予備切断位置への一連のレーザパルスの内の単一パス印加として１ｐｓ〜１００ｐｓの間の範囲のパルス持続時間で印加されてもよい。本開示においては、単パス切断のような、いわゆるベッセル型（レーザ）ビームのワンパルスで基板を照射して、透明材料をレーザ切断する方法を示す。ベッセル型ビームは、細いコアビームに沿って高フルエンス領域があり、そこにはビームの半径方向外側部分からエネルギが供給される。

一般的に、例えば０次ベッセルビームのようなベッセル型ビームは、高強度の中央スポットを特徴とし、これは、密に集束した後に通常大きく発散する標準的なガウシアンビームに比べて、本質的には顕著な回折をしないで伝播方向に保持される。したがって、単一パルスのベッセル型ビームを用いて最大で１ｍｍ以上の相互作用ゾーンを実現し、それによって針のように非常に狭小なレーザ損傷領域を生じることが可能である。

透明材料中を高強度で超短波のベッセル型ビームが伝播することが、フィラメント方式と密な集束方式との中間的な方式を表す。事実、フィラメントの場合には、緩い集束条件のために、レーザパルスエネルギは本質的にビーム軸に沿って伝播する。その結果、弱いプラズマによって生じる自己発散が強度を制限値未満に固定することに寄与していると思われる。これに対し密な集束状態では、すべてのレーザパルスエネルギは全方向から共通の焦点に向けて集束し、もはやプラズマのデフォーカスによってはその集束を弱めることはできず、非常に高強度のフルエンスが達成されて、前述したような破壊過程が起動される。

ベッセル型ビーム方式では、レーザパルスエネルギは軸上を伝播するのではなく、ある円錐面上に分布した方向に沿って、すなわち伝播軸方向に対してある角度をなして伝播する。ベッセル型ビーム方式は従って、エネルギの大部分が軸上に流れるフィラメントとも、またエネルギが全方向に流れる密な集束方式とも異なる。結果的に、ベッセル型ビームのエネルギは単一の（理想）点に集束するのではなく、線状に集束する。言い換えると、集束線上にある各ポイントはパルスからの全エネルギを受けるのではなく、パルスのリング部分からのエネルギのみを受け取る。エネルギが側面から来るという事実により、明らかに、プラズマのデフォーカシングは有効ではなく、フィラメント方式よりもはるかに高い、非常に大きなピークフルエンスを得ることができる。ただし、各点における流入エネルギは所望値に制限されるために、密な集束方式に典型的な破壊現象は発生しない。

上記の理解のもとに、大角のベッセル型ビームを利用することで、光学的絶縁破壊を生じるのに十分なピーク強度をもたらし得ることがわかる。ただし、この破壊は、例えばビーム軸の周りの、レーザ波長と同程度の直径を持った円筒状の体積などの、非常に小さい、精確に局限された体積内にのみ発生し得るものであり、したがってレーザ光を吸収して強力な衝撃波の源となって、材料の加工に供することができる。ただし、軸の各点に制御されたエネルギ量が来るので、ガウシアンビームの密な集束方式の特徴である破壊的挙動は、慎重に排除可能である。

針形の体積内に光学的絶縁破壊を生じさせることが可能で、その針型部分は非常に長く（例えば、５０μｍ超、１００μｍ超、３００μｍ超、更には７００μｍ超）、かつ非常に薄い（例えば、直径が２μｍ未満、１．５μｍ未満、１μｍ未満、更には０．５μｍ未満）ので、例えば針形体積の内部は、長さ／直径のアスペクト比が２５超、１００超、５００超、更には１０００超である、ベッセル型レーザビームの単一パルスによって形成される伸長した損傷領域の生成は、透明材料の高精度レーザ切断を提供可能であると言える。この精度は少なくとも部分的には材料へのエネルギ移動機構を制御できることによるものであり、これは例えば、単ショットで衝撃圧力波（すなわち、例えば損傷などの材料の局所的改質、及び／又は材料応力の局所生成、をもたらすと思われる波）を局所的に生成するのに必要なエネルギ量の正確な制御に係わるものと、その圧力波を生成すべき横方向座標面内の正確な位置の制御に係わるものとの両方に関するものである。形成される伸長した損傷領域は、破壊が生じる体積（すなわち電子プラズマ密度が吸収の臨界値を超える体積）より大きい体積であることを特徴とするが、単ショット方式、つまり熱的及び／又は機械的蓄積効果のない方式で操作できることは、破壊体積直径よりもあまり大きくない、例えば４倍未満、又は３倍未満、更には２倍未満の横断面内の直径を持つ、微細な針形の損傷体積を生成することにもプラスに働くことが明らかである。言い換えると、損傷体積の直径は、ベッセル型ビームの第１のゼロ強度リングの直径の、２倍未満、又は１．５倍未満、更には１倍未満の大きさであってよい。この伸長した損傷ゾーンの横方向の寸法と位置の両方を非常に高い分解能で制御できることは、本明細書で開示の切断プロセスの品質（たとえば鋭利さや曲率などの）向上の目的において、透明材料のベッセル型ビーム単一パルスレーザ切断法のキーとなる特徴である。

さらに、高強度で超短パルスのベッセル型ビームの一般的な使用では、上記の、及び特に所望の局所的でかつ制御された光学的絶縁破壊を得るための、高精度の切断方式を実現するのに十分ではないことに注意されたい。実際に、すでに述べたように、第１の要求は、この超短パルスベッセル型ビームが大きな円錐角を特徴とすることである。例えば円錐半角が４°超、又は７°超、又は１０°超、更には１５°超であって、上限は視野に必要なものより大きいレーザパルスエネルギを使用する必要がないことによって画定されて、例えば３０°か２５°未満である。十分に大きな角度が必要な理由は、“ベッセル型ビームエネルギ置換長さ”、すなわち第１の外部リングから軸上に集束された第１のエネルギ部分がその軸から出てゆき、第２の外部リングから来る第２のエネルギ部分によって置き換えられる、伝播方向に沿った長さが、円錐角の増大とともに自然に減少するからである。実際に、円錐角が大きいほど、より早いエネルギ置換が支援される。その一方で、高いピーク強度と高いピークフルエンス（エネルギ密度）のおかげで、ベッセル型中央ピークにおいて関連する非線形過程が発生する。これには、カー誘起自己集束、プラズマ誘起自己集束、自己位相変調、空間−時間集束、円錐発光、空間−時間不安定性などがあり、その存在によって、所望密度のプラズマ生成とその後の光学的絶縁破壊の発生が妨げられる。与えられたピーク強度及びフルエンスに対してその非線形過程が妨害レベルにまで達するのに必要な特性長を、“ベッセル型ビーム非線形長”として考慮すると、ベッセル型ビーム円錐角が増大すると“ベッセル型ビームエネルギ置換長”と（何らかの）“ベッセル型ビーム非線形長”との比が減少し、そうして（線形）エネルギ置換メカニズムが、光学的絶縁破壊に必要なレベルよりも低いレベルで強度及び／又はフルエンスレベルを飽和させる可能性のある、任意の非線形効果を克服可能にすることが明らかである。

さらに、大きな円錐角を特徴とする超短パルスベッセル型ビームの利用は、所望の光学的絶縁破壊を得るのに十分でない場合があることがわかる。実際に、レーザパルス持続時間が非常に短く、例えば２００ｆｓ未満、又は１ｐｓ未満、更には７ｐｓ未満である場合には、（与えられたパルスエネルギに対する）ピーク強度は非常に高くなって、関連するカー非線形長が非常に短くなる可能性がある。その結果、著しい不安定性が支配的となって、高密度プラズマの形成を阻害する。これに対し、パルス持続時間を長くして、例えばパルス持続時間が０．５ｐｓ超、１ｐｓ超、５ｐｓ超、更には１０ｐｓ超、として上限を約１００ｐｓ程度より低くし（当業者であれば、材料、レーザパルス波長などによって最適値を評価可能であろう）、したがってピーク強度を下げていくと、フェムト秒（ｆｓ）領域では実質的に有効ではない、電子雪崩イオン化がプラズマ密度を所望の臨界値にまで押し上げるのに関連する役割を果たし始め、その結果ｆｓ領域で対照的に支配的であった多光子イオン化の役割にとってかわる。

上記の考察において、短パルスベッセル型ビームにより透明材料を精密切断するための最適条件は、十分に大きな円錐角と十分に長いパルス持続時間の両方の組み合わせ利用に依存する。例えばある実施形態では、円錐角半角は、４°超、７°超、１０°超、更には１５°超であって、上限は観察に必要なものを超えるレーザパルスエネルギを使用する必要がないことによって画定され、例えば３０°未満である。パルス持続時間は、０．５ｐｓ超、１ｐｓ超、５ｐｓ超、更には１０ｐｓ超であって、上限は例えば１００ｐｓ近辺である。本明細書の開示に関しては、上記で述べた理由により、あるパルスエネルギとビーム寸法に関しては（特定の範囲内で）持続時間が大きくなれば円錐角を少し小さくでき、したがって持続時間が短いものよりも少し長い損傷領域とすることができることを念頭において、当業者は、例えば材料、レーザパルス波長、可用レーザパルスエネルギ、損傷ゾーンの所望長さ（例えばサンプル厚さ、及び／又は異なる実行可能な深さにおける走査回数）に依存して、円錐角とパルス持続時間の最適選択を評価可能であろう。

さらに上記の考察により、本明細書に開示の予備切断プロセスに関与する、基本となる物理的なメカニズムとキーとなる線形現象と非線形現象の相対的な重要度が明確となる。例えば異なる材料（例えばポリマ、セラミックス、半導体、固体結晶と液晶、生体組織など）と異なるレーザ波長が使用される場合、当業者であれば、別の円錐角や持続時間などの異なるパラメータ範囲を特定することができるであろう。

透明材料のレーザ切断にフィラメント方式よりもベッセル型ビームを使用することの利点としては以下のようなものがある。

−ベッセル型ビームに関してレーザパルスエネルギを材料に移動させるメカニズムに、ビームプロファイルの非線形変形（例えば自己集束／デフォーカス）を必要としない。結果として、ベッセル型ビームが作る効果は、例えばパルスエネルギ、パルス持続時間、集束位置、サンプル厚さなどに関して、より堅牢である。

−高フルエンスが生成される、長くて薄い体積を発生させるメカニズムは、非線形ビームとパルス形状には依存せず、線形入力ビームの集束条件のみに依存する（下記を参照）。その結果として、十分な光学系とビーム幅が得られれば、任意の長いチャネル（例えば、長さ／幅のアスペクト比が任意の大きさの）を実装することができる。これは非線形領域ではそのようにならない。

−ベッセル型ビームに関してレーザパルスエネルギを材料に移動させるメカニズムは、光学的絶縁破壊、したがって材料によるレーザ光の誘起された強力な局所吸収に依存し得る。この状況により、単一レーザパルスのみを利用することによって、つまりパルスシーケンスやバースト列パルスなしで、所望の長さを持つ伸長した損傷領域を容易に生成することが可能となる。さらに破壊誘起吸収により、材料切断に要する全レーザパワーは、フィラメント方式の場合よりも小さいことが期待される。

本明細書に開示した発明のいくつかの実施形態の詳細を、添付の図面と以下の説明で明らかにする。本発明のその他の態様、特徴、目的、及び利点は、以下の説明及び添付の図面、及び特許請求の範囲から明らかであろう。

ベッセル型ビームを利用して材料を切断するレーザシステムの概略図である。 図１のレーザシステムの光学系におけるベッセル型ビーム形成の説明図である。 レーザ伝播方向の焦点におけるピークフルエンスのプロファイル例を示す図である。 図３のピークフルエンスにおけるフルエンスの半径方向プロファイル例を示す図である。 単一パルス相互作用ゾーンの直線的切断経路の例を示す図である。 強化板ガラスの模式的断面概略図である。 ベッセルビームに対するレーザ誘起損傷長さの概略図である。 板ガラスに対して中央合焦した例を示す図である。 板ガラスに対して前側寄りに合焦した例を示す図である。 板ガラスに関して背側寄りに合焦した例を示す図である。 ペア板ガラスに合焦した例を示す図である。 強化ガラスの側面（劈開前）の光学顕微鏡写真である。 図１２に示す強化ガラスの前面（ａ）と背面（ｂ）の光学顕微鏡写真である。 予備切断した材料を劈開する準備段階の例を示す図である。 劈開段階の例を示す図である。 クラック形成なしで劈開した強化ガラスの側面の光学顕微鏡写真である。 クラック形成なしで劈開した強化ガラスの側面の光学顕微鏡写真である。 大きなクラック形成を伴った劈開後の強化ガラスの断面の光学顕微鏡写真である。 ベッセルビームの円錐半角の損傷閾値のレーザパルス持続時間への依存性の例を示す図である。 レーザパルスエネルギの損傷閾値のベッセルビームの円錐半角への依存性の例を示す図である。 クラック深さのレーザ誘起損傷長さへの依存性の例を示す図である。 強化ガラス部を予備切断後劈開した面のコーナ部のＳＥＭ像である。 強化ガラス部を予備切断後劈開した面の中央部のＳＥＭ像である。 形状へ密接した影響を持つ、単一パルス相互作用ゾーンの曲線的切断経路の例を示す図である。 レーザ伝播方向にずらした走査部分の例を示す図である。

以下は本発明の開示の例示的実施形態を詳細に説明するものである。ここに記述し、図面に示す例示的実施形態は、本発明の原理を教示し、当業者が本発明を多くの異なる環境において多くの異なる応用に対して実装可能とすることを意図している。したがって、例示的実施形態は発明の保護範囲を制限する記述であることは意図しておらず、またそのようにみなされるべきではない。それよりも、発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲で定義されるものとする。

本開示は、レーザ光が材料と相互作用するとレーザの伝播方向に沿ってその材料が再構築され、例えばその材料内に改質された領域、本明細書においてはこれを伸長した（内部）損傷領域とも呼ぶ領域が、生じるという認識に部分的に基づいている。このような内部改質領域を、材料の厚さの特定の範囲にわたって分離線に沿って、及び／又は材料内の特定の位置に、及び／又は相互に特定の距離を置いて、及び／又は特定の直径で、提供することにより、材料の分離線での劈開挙動に影響を及ぼすことができる。

例えば、この内部改質領域を、強化ガラス内の複数の応力層の間のインタフェース領域を超えて与えれば、強化処理の後に、その強化ガラスの劈開を可能とすることもできる。その上、又はそれとは別に、例えばガラスやサファイア、強化ガラスなどの透明材料の厚さの特定の範囲にわたってこれらの内部改質領域を与えることで、その材料から高品質な切断面を有する部分を劈開することが可能となり得る。

このように、単ショット／単パスモードの操作で切断品質が改善され、同時に切断速度が向上し得ることが見いだされた。内部の改質領域は、レーザビームの伝播に沿って本質的に円筒状に延伸できる。劈開時には、内部改質領域が材料内に優先的な分離面を誘起する。分離が起きるときに、その面に沿って改質した材料が切断面の１つに結合し、１つの切断面が改質した材料を含み、もう一方が対となる嵌合構造を含むようになっていてもよい。例えば、１つの切断面は平行なチューブ状の空洞の形をした断面を持ち、もう一方は軸平行になった円筒断面を持ち、改質領域の“ネガ型形状”と“ポジ型形状”のようになっていてもよい。これにより、類似の形態を持つ領域が形成されて、そこには、例えば１０〜１０００、又は２０〜５００、又は５０〜１００の範囲などのような、アスペクト比が１０または１００以上のチューブ状空洞、及び／又は円筒断面の表面構造が含まれてもよい。

アブレーションされた材料領域が屈折率の変化した材料で囲まれたチューブ状となるレーザ相互作用に関しては、劈開面がアブレーションされた材料領域を横断する場合には、切断面は両方ともに半パイプの形となり得る。切断面内にはそのような表面構造の異なる様々な断面があり得る。ただし、劈開がレーザ予備切断の影響を受ける限りは、劈開面は非常に小さい面粗さとなる（例えば１μｍ未満で約０．５μｍの面粗さが達成されたように、３０μｍ未満の範囲）。したがって、非強化透明材料と強化された透明材料の両方に対して高精度の切断表面を実現可能である。

本明細書で開示の方法とシステムは、更には高速、高精度で高い再現性の確保を目指しており、具体的には、複数の応力層を持つ強化ガラスの処理などのような、層状材料の処理を目指している。

特に、ベッセル型ビーム構成を有するレーザビームを利用した単パス切断を開示する。ベッセル型ビームは狭いコアビームに沿って高フルエンス領域を示し、そこにはビームの半径方向外側からエネルギが供給される。

例えば０次ベッセルビームなどのベッセル型ビームは、高強度の中央スポットを特徴とし、これは、通常シャープに集束した後に大きく発散する標準的なガウシアンビームに比べて、本質的には明らかな回折をしないで伝播方向に保持される。したがって、単一レーザのベッセル型レーザビームパルスを用いて最大で１ｍｍ以上の相互作用ゾーンを実現し、それによって針のように非常に狭小なレーザ損傷領域を生じることが可能である。

本開示は更に、屈折率の改質領域を含むレーザ改質領域と（例えば空気中での円錐半角が１７°より大きい０次ベッセルビームのようなベッセル型ビームを用いてガラスに生成された）ナノチャネルとを相互に近接して配置することで、劈開して平坦なクラックを生じ、各改質領域の両側への圧力印加によってバルク材料を容易に複数片に分離可能な、予備切断材料を生成し得る、という知見に部分的に基づいている。

さらに本開示は、誘起された損傷がインタフェース領域を超えて広がるか、例えば圧縮応力層と全引張応力層の組合せを覆うかの少なくともいずれかであれば、単ショットのベッセル型ビームが誘起する強化ガラスの損傷により材料の正確な切断が可能となり得る、と言う知見に部分的に基づいている。

ベッセル型ビームは、半径方向の強度プロファイルにおける同心フリンジを特徴としている。ベッセル型ビームの一例は、例えば０次ベッセルビームの横方向強度プロファイルを持っていてもよい。さらに、絞り、又は半径方向を制限する任意の光学素子を通過させて、（半径方向に）切り取られたベッセル型ビームを生成させ、これにより例えばいわゆるアポダイズされたベッセルビームを生成してもよい。ある実施形態では、ベッセル型ビームはガウシアンビームから生成することが可能で、それ故、アポダイズされたベッセル−ガウスビームと称される。

厚いサンプルを予備切断するためには、非常に長い非回折性ゾーンを持つベッセル型ビームが使用されてもよい。光学系内に光学要素の絞りを保持すると、ベッセル型ビームの円錐角を小さくすることで、より長い（延伸した）高密度ビームゾーン（すなわち、より長い“非回折ゾーン”）を原理的に実現し得る。さらには、レーザパルスのある持続時間に対して、ベッセル型ビームの最小円錐角に明確な限界が存在し、それ以上で、単ショットかつ単パスで材料の正確なレーザ切断を可能とする、伸長した損傷を生じさせられることが発見された。

その閾値より小さい円錐角でベッセル型ビームを使用すると、レーザによる改質領域の長さが減少して不十分となるために単ショットレーザ予備切断はもはや不可能となり、例えばガウシアンビームでの複数ショットの操作（例えば各位置に対して１０パルスの）が必要となる可能性がある。

さらに、与えられた光学要素の絞りに対して、上記の最小円錐角における制限（すなわち高密度ビームゾーンの最大長における制限であって、これが予備切断可能な材料の最大厚さを画定する）は、レーザパルスの持続時間を長くすることで克服し得ることが判明した。レーザパルスと材料との相互作用時間が長くなれば、多光子イオン化により生成される電子の数が電子雪崩イオン化によって倍増されることが想定される。つまり、（ｉ）所望の伸長した損傷領域を生成可能とする、ベッセル型ビームの最小円錐角、の、（ｉｉ）レーザパルス持続時間、に対する依存性が見いだされた。具体的には、パルス持続時間が増加すると、最小の所要円錐角は減少する。

このように、光学ビーム経路パラメータに関する方式とレーザビームのレーザ特性パラメータを選択することにより、例えば典型的な携帯電話の画面表示窓の厚さである０．７５ｍｍの厚さの強化ガラスの予備切断が可能となり得る。予備切断は、ピコ秒又はフェムト秒レーザなどの、低コストで市販の高繰り返し速度短パルスレーザを用いて、単ショット、単パス方式で正確に事前形成することができる。明らかに、パラメータ方式のあるものでは、フェムト秒のパルス持続時間ではなく、ピコ秒パルスのベッセル型ビームの使用を必要とする場合もある。

以下においては、予備切断機械内での例示的レーザシステムとその応用について、図１〜図５に関連して開示する。図６〜図１１に関連しては、ベッセル型ビームの伝播方向へのピークフルエンス分布に対する材料の位置取りの態様について開示する。図１６〜図１８と図２２、図２３に関しては、本明細書で提案する予備切断によって得られる材料の劈開面の態様が開示される。図１９〜図２１に関しては、光学ビーム経路パラメータとレーザ特性パラメータへのレーザ−材料相互作用の依存性の態様が開示される。図２４に関しては、曲線走査を例にとって、損傷領域の横方向形状に対する形状効果が議論される。図２５ａ）と図２５ｂ）に関しては、伝播方向にずらした走査部分を利用した、複数走査シーケンスについて議論する。

図１を参照すると、ベッセル型レーザビームを用いて透明サンプル３を処理するための例示的レーザ処理システム１が、レーザシステム５と、光学系７と、Ｘ−Ｙ−Ｚ並進機構９とを備えている。

レーザシステム５は、特に持続時間を調節可能な短レーザパルスを射出するように構成されている。レーザシステム５の一例は、最小パルス持続時間が２３０ｆｓ、中心波長が１０３０ｎｍ、パルス繰り返し速度が最大６００ｋＨｚのレーザパルスを提供する、ファロス（Ｐｈａｒｏｓ）レーザである。

光学系７は、レーザシステム１から提供されるガウシアンビームを元にベッセル型ビームを形成し、それをサンプル３上に集束させるための、ベッセル型ビーム成形光学系１１と対物レンズ１３から成る。

図２では、光学部品の例示的構成が、光学系７のビーム伝播軸Ｚに沿った光学ビーム経路８を画定している。具体的には、光学系７には、空間フィルタを介して高品質のベッセル型ビームを形成するためのテレスコープ構成が含まれている。例えば、光学系７には、例えば頂角１７８°のアキシコンレンズ１５と、焦点距離ｆ１の第１レンズＬ１と、不透明ブロックＢと、焦点距離ｆ２の第２レンズＬ２と、焦点距離ｆ３の第３レンズＬ３と、対物レンズ１３である焦点距離ｆ４の第４レンズＬ４と、が含まれている。不透明ブロックＢはレンズＬ１の焦点面に配置されて、例えばアキシコンレンズ１５の曲率を持った先端から漏れるガウシアンビームのような、不要なビーム部分を遮蔽する空間フィルタシステムを構成する。レンズＬ２とＬ３は、アキシコンレンズ１５の後方に生成されるベッセル型ビームを縮小するために利用されるテレスコープ型ビーム結像システムを構成する。対物レンズ１３である第４レンズＬ４は、ベッセル型ビームの円錐半角θを設定し、それをサンプル３上に集束させる。光学部品をそのように構成することで、円錐半角θが７°〜１２°の範囲の、さらには５°〜１８°の範囲のベッセル型ビームが形成可能である。

図２に示す実施形態においては、光学系７を使用して例えば０次のベッセル型ビームを形成し、レンズＬ１は所要のベッセルビームに応じて焦点距離ｆ１が１００ｍｍから２５０ｍｍまで変化する平凸レンズであり、レンズＬ２とレンズＬ３は、それぞれの焦点距離がｆ２とｆ３で、これらが例えば３００ｍｍに固定された平凸レンズ、であってよい。レンズＬ４は、倍率が２０倍で、開口数が０．４の顕微鏡対物レンズである。

並進機構９は、サンプル３をベッセル型レーザビームに対して、レーザの伝播軸Ｚ方向と、例えばレーザの伝播軸Ｚ方向に対して直交するＸ方向とＹ方向に位置決めする構成となっていてよい。図１では、並進機構９はサンプル３を保持するように構成されているが、これに代わって、又はこれに追加して、並進機構がレーザシステム３と光学系７の一方又は両方をサンプル３に対して移動させるようになっていてもよい。

図３には、伝播軸Ｚ方向に沿って測定したピークフルエンスの縦方向のフルエンスプロファイル１７の例が示されている。具体的には、中央ビームピークにおける規格化されたビームフルエンスＦ（規格化ピークフルエンス）がＺ方向の位置に依存して示されている。ここで、フルエンスは、Ｊ／ｃｍ２を単位とするエネルギ密度として定義される。空気中での円錐半角θが９°である、実験的に生成したベッセル型ビームでは、ビーム伝播方向に沿う縦方向フルエンスプロファイル１７の半値全幅（ＦＷＨＭ）の値が、５４０μｍと測定される。縦方向フルエンスプロファイル１７は、縦方向位置Ｚ＝８００μｍ付近で最大となっている。光学材料内部でのＦＷＨＭは、屈折率が１より大きい材料に対しては一般的により長くなり、例えば、約１．５の屈折率に対してＦＷＨＭ値は約８００μｍとなる。

図４は、Ｚ方向に直交するＸ方向の位置に依存する、規格化したピークフルエンスを表す、横方向フルエンスプロファイル１９の例を示している。具体的には、横方向フルエンスプロファイル１９は、円錐半角θが９°の実験的に生成したベッセル型ビームに対する図３の縦方向位置Ｚ＝８００μｍでの値を取っている。横方向フルエンスプロファイル１９は、ベッセル型ビームの各ビームのアポディゼーション関数によって設定されるビーム直径を横断する、いくつかの特性共心フリンジを示している。ベッセル型ビームの中心コア２１の半値全幅ＷｃｏｒｅはＺ＝８００μｍで約２．５μｍである。

ビームアポディゼーション関数は、アキシコンレンズ１５の入射点で測定された実際のアポディゼーションＦＷＨＭ直径Ｄａｐｏｄを用いて設定されてもよい。これは式Ｄａｐｏｄ＝ｋ＊２＊Ｌ／ｎ＊ｔｇ（θ）＊Ｍに従って、円錐半角θと、単一レーザパルス損傷領域長さＬと、アキシコンレンズ１５なしの光学系７の縮小率１／Ｍ（ここでＭは１より大きい）と、例えば選択可能パラメータｋ（０．５＜ｋ＜２）に依存して設定される。

図５には、レーザ処理システム１を用いたレーザ処理が図示されている。図５は、ベッセル型レーザビームのレーザパルスを前面に照射して加工された、サンプル３の前面２３の平面図である。サンプル３は、例えばＸ方向に延びる、所定の予備切断経路２５に沿って走査される。

レーザ走査は、連続的なレーザパルスが予備切断経路２５に沿って、前面２３の異なる領域を照射するように行われる。図５において、円２７は、サンプル３がベッセル型レーザビームのコアによって照射される領域を模式的に表している。円２７はＸ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１、・・に中心があって、これらは距離ｄｘだけ離れていて、予備切断位置に対応している。したがって、各円２７の内部で、伝播軸Ｚに沿って、かつ中心Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１の各中心の周りに損傷領域が広がる。例示的な間隔条件としては、少なくとも１μｍ、又は少なくとも２μｍ、又は少なくとも４μｍで、例えば２μｍの距離ｄｘ、又はベッセル型パルスレーザビームの半値全幅でのコアビームウェストの少なくとも８０％、又は少なくとも１００％の距離ｄｘを用いる。そうして、前のレーザ損傷ゾーンがその時のビーム伝播に影響して、レーザ損傷領域の品質に影響を与えるので、間隔が近くなり過ぎないようにする。４μｍの距離ｄｘであれば、予備切断が高速かつ高品質となり得る。

ある実施形態では、走査は単パス走査で行われる。単パスということは、切断経路沿いの各部分には、レーザビームが１回だけ来る（通過する）ということである。したがって、選択されたレーザパルスに起因する（中心Ｘ_Ｎの周りの）単一レーザパルス損傷領域は、その選択されたレーザパルスの直前の時間に照射された単一レーザパルスに起因する（中心Ｘ_Ｎ−１の周りの）直接隣り合う１つの単一レーザパルス損傷領域と、選択されたレーザパルスの直後の時間に照射された単一レーザパルスに起因する（中心Ｘ_Ｎ＋１の周りの）直接隣り合う１つのーザパルス損傷領域とだけを持つ。

言い換えると、単パス走査の間、ベッセル型パルスレーザビームは以前の照射位置には戻らず、選択されたレーザパルスに起因する（中心Ｘ_Ｎの周りの）単一レーザパルス損傷領域は、その選択されたレーザパルスの直前の時間に照射された単一レーザパルスに起因する（中心Ｘ_Ｎ−１の周りの）直接隣り合う単一レーザパルス損傷領域を１つと、選択されたレーザパルスの直後の時間に照射された単一レーザパルスに起因する直接隣り合う（中心Ｘ_Ｎ＋１の周りの）単一レーザパルス損傷領域を１つとだけを持つように、走査が実行される。

図１〜図５に関連して開示される材料処理の第１のステップは、本明細書では予備切断とも称される。これは切断経路２５に沿って予備切断した後の損傷領域の広がりが限られるために、切断経路２５の両側の材料部分の間には構造的な接続部が通常残っているからである。残存する構造的な接続は、損傷領域が（そこからレーザビームが材料中に入って行く）前面から、（レーザビームがそこから材料を出て行く）背面まで延伸している場合においても通常存在する。

本明細書で開示するいくつかの態様では、層状材料について言及する。層状材料の一例は、少なくとも１つの引張応力層と、少なくとも１つの圧縮応力層と、その少なくとも１つの引張応力層と少なくとも１つの圧縮応力層との間のインタフェース領域からなっている。

層状材料の特定の例として、図６では、厚さＤＳの強化ガラス３１が模式的に図示されている。強化ガラス３１は、前面３３にある前面圧縮応力層ＣＳＬ１と背面３５にある背面圧縮応力層ＣＳＬ２との２つの圧縮応力層と、その間にある１つの引張応力層ＴＳＬとを含んでいる。したがって、強化ガラス３１は、前面圧縮応力層ＣＳＬ１と引張応力層ＴＳＬとの間のインタフェース領域ＩＲ１と、引張応力層ＴＳＬと背面圧縮応力層ＣＳＬ２との間のインタフェース領域ＩＲ２との、２つのインタフェース領域を含んでいる。

強化ガラスは、非強化ガラスに比べて、例えばその前面がより高い強度であるために、表示パネルや安全窓などの基板として利用される。一般的に、ガラス材料は化学的または熱的な強化処理をしてサンプル表面に圧縮応力層を形成させて、強化される。圧縮応力層の厚さは、例えば５０μｍ〜７０μｍ範囲であってよい。引張応力層は従って材料の内部にあってもよい。これらの応力層のおかげで、強化ガラスを通常の方法で切断すると、簡単に不規則な破片となってしまう。ただし、本明細書に開示の方法では、強化ガラスを高品質の切断表面で切断可能である。

次に図７〜図１３に関連して、単一レーザパルス損傷の閾値フルエンスより高いフルエンスの広がりを示す実施例を以下に開示する。

図７では、伝播方向Ｚ沿いの例えばベッセル型ビームのコアのフルエンスＦの変化が、フルエンスのグラフ４１で模式的に図示されている。さらに、伝播方向Ｚにおける最大損傷長さＤＬｍａｘが示されている。そこではピークフルエンスＦが光学損傷の閾値Ｆｔｈを超え、この閾値は本質的に光学的絶縁破壊の閾値に対応する閾値であると考えられる。具体的には、閾値Ｆｔｈを超えるフルエンスは光学的絶縁破壊を起こす可能性があり、それによって材料の内部構造が改変されて、例えば損傷領域が形成されたり、さらには材料が破壊されるアブレーションすら引き起こしたりする。アブレーションはレーザにより誘起される損傷の一種であるが、屈折率の変化や密度やさらには硬度の変化などの別の種類のものも存在して、例えばレーザ誘起損傷領域面又はそれに隣接する面内に主として延伸する高品質の切断面を生じるようにする、劈開プロセスに対する対称性を誘起する同じ効果を持っていると考えられる。

本明細書においては、レーザ誘起損傷ゾーンは、劈開後にレーザ相互作用の結果としての構造が観察されるサンプルのゾーンとして特定することができる。図２２と図２３に示すＳＥＭ写真に関連して開示されるように、切断面の異なる部分には異なる種類の構造が存在することもある。このように、レーザ誘起損傷ゾーンは、図１６と図１８に関連して後で議論するように、切断面の例えば光学顕微鏡写真で見られることもある。一般的に、レーザ誘起損傷ゾーンの長さは、１つの面（サンプルがＸ方向に走査される場合にはＸＺ面）における損傷を示すサンプル部分の長さとして定義することができ、サンプルのクラック部は含まない。このクラック部はレーザビームで予備切断されていない部分に関係することが多い。本明細書においてレーザ誘起損傷領域は、照射された高フルエンスのレーザビームとの相互作用によって生じた何らかの材料改質のある、非劈開の材料領域としてみなされる。

一般に、レーザ誘起損傷領域の広がり（長さ）とレーザ損傷ゾーンは相互に対応するので、本明細書においては、例えば図７に示す最大レーザ誘起損傷長さＤＬｍａｘのように、レーザ誘起損傷長さＤＬと称する。さらに、直線並進運動に関して、連続的なレーザパルスの単一レーザパルス損傷領域は、相互に平行であり、純粋な横方向への並進運動に関しては、本質的に同一のレーザ誘起損傷長さに亘って延伸する。

一般的に、例えばベッセル型ビームのような単一パルスと、材料中を伝播するときにレーザの単光子吸収に関して基本的に透明である材料との相互作用は、多光子イオン化を基本としているとしてよい。多光子イオン化は、電子雪崩光イオン化を伴って、単一レーザパルス損傷領域となる場合がある。単一レーザパルス損傷領域の長さは、レーザビームの伝播方向に数１００μｍから最大１ｍｍ以上の範囲内であり、幅は半径方向に約２μｍ未満の範囲内であってよい。単一レーザパルス損傷領域の広がりは、例えばコアビームの焦点内の場の強度に依存し、したがって、光学系７内の光学ビーム経路と、レーザシステム５で与えられるレーザパルスエネルギやレーザパルス持続時間などのベッセル型パルスレーザビームのレーザ特性とに依存する。

高い強度に対しては、材料のアブレーションが（材料の表面であっても、内部であっても）支配的となり得る。低い強度に対しては、例えば原子構造の変化による硬度や屈折率の変化などの、材料そのもの（その内部構造）の改質が生じ得る。

単一光子吸収に関して透明であることは、例えばバンドギャップが光子のエネルギよりも大きくて、単一光子吸収が基礎を成すイオン化プロセスにはなっていないという事実に対応している。多光子イオン化に基づくイオン化は、損傷領域の形成もまた空間で明確に画定されるようなイオン化の閾値として通常特徴づけられる。例えば、材料は近赤外、及び／又は可視光スペクトルの範囲では透明であり得る。

材料を予備切断する際に、レーザビームに対するサンプルの位置は、高密度ビームゾーン（レーザビームのフルエンス（Ｊ／ｃｍ２）が最大フルエンスの１／２を超える空間部分）がいずれかのサンプル表面を横切るように保持されてよい。そうすると、フルエンスは例えばサンプルの前面又はサンプルの背面で最高となる。あるいは、高密度ビームゾーンは完全にサンプル内部に位置して、サンプル表面ではフルエンスが閾値フルエンスより低いかまたはゼロであってもよい。

後者の場合のサンプル位置は、図８に厚さＤＳ１の材料に関して示されている。図８は、集束の幾何配置を示しており、レーザ誘起損傷ゾーンが少なくとも長さＤＬ１を持ち、これが伝播方向Ｚにサンプル全体を通して広がっている。すなわち少なくともＤＬ１ ＝ ＤＳ１である。この場合、レーザ誘起損傷はサンプルの前面４３と背面４５の両方に接続されている。

図６に示すような層状ガラスに対しては、図８の集束位置とすることですべての応力層並びにすべてのインタフェース領域が確実に予備切断される。

図９は厚さＤＳ１の材料に対する集束位置を示し、ここでは前面４３のみが閾値フルエンスより高くなっている。これに対応して、長さＤＬ２のレーザ誘起損傷ゾーンが材料内部に形成され、その長さは厚さＤＳ１よりも小さい。図８の集束幾何配置に対比して、レーザ誘起損傷ゾーンは前面４３にのみ接続されて背面４５には接続されない。

図６に示すような層状（例えば強化）ガラスに関しては、厚さＤＳ１と長さＤＬ２の差が背面圧縮応力層ＣＳＬ２の厚さより大きい場合には、図９の集束位置では前面の圧縮応力層ＣＳＬ１とインタフェース領域ＩＲ１を含む引張応力層ＴＳＬ１の一部のみが予備切断される。

同じように、図１０は厚さＤＳ１に対する集束位置を示しており、ここでは、図８及び図９の集束幾何配置の場合とは異なり、背面４５のみが閾値フルエンスを超えている。

図６の強化ガラスに対し、厚さＤＳ１と長さＤＬ３の差が圧縮応力層ＣＳＬ１の厚さより大きい場合には、図１０の集束位置では引張応力層ＴＳＬの一部のみとインタフェース領域ＩＲ２を含む（全）背面圧縮応力層ＣＳＬ２とが具体的に予備切断される。

図１１には、複数材料の同時処理の一例として、２つの板状サンプル４７と４９の積層体の予備切断が図示されている。図１１の例では、例えば強化ガラスであるサンプルが厚さＤＳ２とＤＳ３を持ち、レーザ誘起損傷の最大長さＤＬｍａｘは、２つのサンプルの合計厚さよりも大きい、すなわちＤＬｍａｘ＞ＤＳ２＋ＤＳ３となっている。図１１の実施形態は、十分長い誘起損傷長さＤＬｍａｘに対しては複数のプレート材料を同時に予備切断することが可能であり得ることを示している。

図１２と図１３は更に図８の集束位置を表している。具体的には図１２は、予備切断された厚さ７００μｍの強化ガラス側面の光学顕微鏡写真を示す。レーザ予備切断は、円錐半角９°、１パルスあたりのレーザエネルギ７２μＪ、レーザパルス持続時間１１ｐｓのベッセル型ビームで遂行された。相互に作用する連続レーザパルス間の距離ｄｘは４．５μｍであった。強化ガラスは分離前で、単一レーザパルス損傷領域はそのままに保持されて側面から見ることができる。レーザ誘起損傷領域は強化ガラス全体に広がっている。光学顕微鏡写真は、前面５３と背面５５を示し、強化ガラスにレーザビームが入った所と、出て行った所のそれぞれが黒化したスポットとなっている。図１３（ａ）の前面５３の平面図と図１３（ｂ）の背面５５の平面図には、切断経路に沿った、単パルス相互作用領域（前面５３の損傷領域５４と背面５５の損傷領域５６）がはっきりと示されている。

再び図１２を参照すると、側面写真には直線的に延びる複数の黒い線が示されており、その１つが表示のために強調されていて、強化ガラスを横断して前面５３から背面５５へ延伸し、強化ガラス内の長い範囲に亘るレーザ誘起損傷領域５７をはっきりと示している。

以下においては、材料処理の第２（分離）のステップを、図１４と図１５に関連して開示する。材料の部分の機械的分離は、例えば特別設計の装置を利用して圧力を印加することによって達成される。ただし実施形態のあるものでは、材料内の内部応力が材料を別々の部分に自然に分離させ得ることも注目される。

予備切断のステップに続いて、材料は切断経路に力を印加して分離される。図１４と図１５は、機械的な配置による例示的な分離ステップの簡単な方法を示している。具体的には図１４によれば、予備切断されたサンプルの前面と背面が、一対のカバープレート６１、６３でそれぞれ覆われる。一対のカバープレート６１、６３は、切断経路が好適な破断線となるように構成される。一例では、カバープレート６１、６３は、例えば１５°の小さい角度の円錐形先端のある形状となっていて、図１４に示すように切断経路の位置に沿って強度が小さくなっている。カバープレート６１、６３は、アルミニウムのような硬質材料でできていてもよい。４つの円錐形先端すべての配置例を図１４に示す。一点鎖線６５が切断経路に対する法線であって、レーザビームの伝播方向に対応している。

実施形態によっては、柔らかい、スポンジのような材料（図には示されていないが、例えば数百ミクロンにまで圧縮可能な材料）をサンプル３とカバープレート６１、６３の間に配置してもよい。サンプル３が挟み込まれた１つの側（例えば、図１４の左の側）を固定して、サンプルの反対側の中央に、一点鎖線６５に平行に、例えば矢印の方向に力６６を掛けることにより、分離を行ってもよい。

図１５は、サンプル３が部分６７と６９に破断される、破断動作を示している。

レーザ誘起損傷領域がサンプル全体を覆っていない場合には、破断の方向（すなわち圧力をかける方向）が重要となり得る。破断方向は、レーザ誘起損傷領域がつながっている表面が最初に開放されるように選ぶべきであろう。レーザ誘起損傷領域がサンプルの両面を覆っている実施形態においては、破断方向は重要ではなく、どちらの側に圧力をかけてもよい。

レーザ誘起損傷領域は光学顕微鏡で可視化してもよい。その例として、図１６〜図１８に、レーザ誘起損傷ゾーンの広がりと位置が異なる、光学顕微鏡の側面写真を示す。厚さ７００μｍの強化ガラスでテストした、切断品質を図に示す。切断品質は、特に前面／背面に隣接するクラック深さで画定され、図８〜図１０に関連して示した、レーザ誘起損傷領域の長さと集束幾何配置とに依存する。予備切断は、円錐半角９°のベッセル型ビームで、パルス持続時間１１ｐｓ、パルス間距離２μｍで遂行された。

具体的に、図１６はクラックのない加工面を示す光学顕微鏡断面写真である。この場合、集束幾何配置は、図８に示すものと同様であって、レーザ誘起損傷ゾーン（長さＤＬ１が７００μｍ）が強化ガラスの全厚さに、つまり前面７３から背面７５まで延伸している。

図１７では、予備切断は図１０に示すものと同様の集束幾何配置に対応している。ただし、条件ＤＬ＞ＣＳＬ＋ＴＳＬが満足されており、図２１の領域ＩＩに分類される操作方式（後で説明）内にまだある。圧縮応力層内にはクラックがない。レーザ誘起損傷ゾーンが背面からサンプルの約７０％近くを覆っている場合には、任意の透明材料において表面の損傷閾値はバルク部よりも低いので、前面にアブレーション／損傷が観察されることもある。

図１８では、予備切断と劈開の処理を行った強化ガラスの断面光学顕微鏡写真が示されている。ここではサンプル前面７３に対するベッセル型ビーム位置は、図１０に示す位置と同様に設定されている。ただし、レーザ誘起損傷領域は３７０μｍのみに設定されており、強化ガラスの厚さの５０％よりわずかに大きいだけである。

図１８では、約１００μｍの厚さのクラック領域７１が前面７３に隣接して観察される。背面７５には、研磨したように見え、かつレーザ予備切断による高品質切断を表すパターンを持った領域７７がある。その隣には、劈開プロセスで生成されたパターンを持つ領域７９がある。これはまだ領域７７の面内にあり、したがって高品質である。具体的には、約３７０μｍである長さ ＤＬ３は、領域７７と７９に対応し、圧縮層ＣＳＬ２と引張層ＴＳＬの厚さの合計よりも小さい。領域７９とクラック領域７１の間に固有のパターンを持ったもう１つの領域８１がある。これは予備切断の影響を受けずかつ予備切断面内にない、制御不能な劈開によるものである可能性があり、領域８１は低品質の切断になっている。

クラック領域７１と領域８１の粗さは、僅か数ミクロンの範囲、あるいはサブミクロンの範囲でもある、予備切断の影響を受けた領域７７、７９の表面粗さよりも著しく大きいことがある。

レーザ誘起損傷領域が厚さ方向に沿って十分な長さに及ばない場合には、図１８の異形の領域の存在が典型的に観察され得る。具体的には、図１８の異形領域は、レーザ誘起損傷領域の長さＤＬ３が不十分なために、厚さ全体に亘って対称的な劈開とならないことによるものと考えられる。

それにも拘らず、図１８の状態では、圧縮層ＣＳＬ２と引張層ＴＳＬの間のインタフェース領域がレーザ損傷領域の下にあるために、予備切断された強化ガラスの劈開はそれでも十分に可能である。

図１６〜図１８に関して、レーザ誘起損傷ゾーンを、光学顕微鏡写真から明らかに通常の損傷パターンが観察されるサンプル領域として定義した。ここで注意すべきは、レーザ誘起損傷領域の長さを１つの面（サンプルがＸ方向に操作される場合にはＸＺ面）内に損傷を含むサンプルの全長として定義し、サンプルのクラック部でレーザを利用した加工を行っていない部分は含まないとしてもよい。

図１９〜図２１に様々な実験データを示す。図１９には、図１０の集束幾何配置に関して、強化ガラスに損傷を誘起可能なベッセル型ビームの円錐半角θのレーザパルス持続時間τへの依存性が示されている。隣接する損傷ゾーンｄｘ間の距離は、約２μｍであった。円錐半角が小さいほど、長いパルスを必要とする。

図２０には、図１０の集束幾何配置に関して、強化ガラスに損傷を誘起可能な最小レーザエネルギＥ（単位μＪ）の、選択されたベッセル型ビームの円錐半角θへの依存性が示されている。レーザエネルギの閾値は、持続時間が１１ｐｓのレーザパルスで厚さ７００μｍの強化ガラスを予備切断することで決定した。隣接する損傷ゾーンｄｘ間の距離は、約２μｍであった。閾エネルギは、強化ガラスの予備切断が可能な長さにまでレーザ誘起損傷ゾーンを発生させる、（特定の円錐半角に対する）最小エネルギとして定義した。

図２１には、図１０の集束幾何配置であって、強化ガラスの厚さ７００μｍ、レーザパルス持続時間１１ｐｓ、ベッセルビームの円錐半角９°における、前面からのクラック深さＤｃｒａｃｋのレーザ誘起損傷ゾーンの長さＤＬへの依存性が示されている。隣接する損傷ゾーン間の距離ｄｘは、約２μｍであった。図２１において、領域Ｉでは、クラックが強化ガラスの前面の圧縮応力層ＣＳＬ１に現れることが既に示された。

領域Ｉは、レーザ誘起損傷長さＤＬが１つの圧縮応力層と１つの引張応力層の合計の厚さよりも小さい集束幾何配置に本質的に対応している。

領域Ｉは、レーザ誘起損傷長さＤＬが１つの圧縮応力層と１つの引張応力層の合計の厚さよりも大きい集束幾何配置に本質的に対応している。領域ＩＩでは、レーザ誘起損傷長さＤＬが２つの圧縮応力層と１つの引張応力層の合計厚さより小さい、すなわちサンプルがレーザ誘起損傷ゾーンよりも厚い場合であっても、クラックが発生しない。

上記のことから、パルスあたりの（最小）必要エネルギは主にサンプル厚さに依存し、例えば、厚さ１００μｍ当たり１μＪ〜４０μＪの範囲、一例として（厚さ１００μｍ当たり５μＪなどの）２μＪ〜２０μＪ／１００μｍの範囲であって、特に材料とレーザスペクトルとに依存し、選択された円錐角や設定されたパルス持続時間には弱い依存性しかないことが明らかとなった。このことは、サンプルが長いほど、すなわち角度が小さいほど、より長いパルスが必要であることを示す図１９と、パルス持続時間が増すにつれてパルスエネルギが増加することを示している図２０との組み合わせから、粗い近似として理解することができる。

ただし、パルスあたりの正確なエネルギがあったとしても単ショット予備切断の達成には十分ではない。実際、パルスが短くかつ円錐角が小さければ、単ショット予備切断は阻害される。ただしその時、パルス持続時間か円錐角の少なくとも１つを大きくすることで、単ショット予備切断方式に到達することができる。円錐角を大きくし、また同時に同じサンプル長さを維持できるためには、同一のベッセルゾーンが保証されるように（例えばベッセル型ビームのアポディゼーション関数を増大させることにより）ビームサイズを大きくすることも更に必要となる場合があることに留意されたい。ただし、この操作はエネルギを一定にして行われるので、平均エネルギ密度は減少する。しかし実際に観察されるように、このことは切断能力には影響しない。ベッセル型ビームのコアは寸法が小さいので、適度な角度範囲内であればフルエンスは材料を改質してそれにより良好な予備切断を遂行するための閾値よりも高いままである。

コア角度を大きくするためにはビーム直径を大きくする必要があり、これは光学要素の寸法を大きくする必要があり、コストが増大する可能性がある。これに対し、パルス持続時間を長くすることは、パルスをチャープ（ｃｈｉｒｐ）するだけでよく、これはフェムト秒又はピコ秒のレーザパルス持続時間に関しては容易に実行し得るものである。さらに、ピコ秒レーザは通常フェムト秒レーザよりも安価であるので、厚い（例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲の厚さの）サンプルの単ショット予備切断には（フェムト秒ではなく）ピコ秒レーザを使用することが提案される。

つまり、パルス持続時間を増加させること（したがってコストを下げること）により、単ショット切断に必要な最小円錐角は小さくなることがわかった。これにより、サンプル長さが一定であれば、ビームを小さくし、光学系を小さくすることが可能となり、それによってより安価で、より簡単な操作の構成が可能となる。驚くべきことに、より長いパルスを追及することはより大きなレーザパルスエネルギ（または平均電力）を要求しない。事実、データを注意深く検討すると、最小エネルギはわずかに減少することすらある。したがって、例えばピコ秒パルス持続時間（例えば５ｐｓ〜１５ｐｓの範囲で、一例として１０ｐｓ）が、“安価”ではあるが高品質な単ショット予備切断用に提案される。

図２２と図２３には、厚さ５４０μｍの強化ガラスを予備切断して劈開した部分のＳＥＭ写真が再生されている。図２２では、予備切断して劈開した部分のコーナが、切断面では普通の表面構造を示している。具体的には、一連の平行な半パイプが形成され、前面から切断面に沿って延びている。図２３では、予備切断して劈開した部分の中央部分が示されている。表面構造は、異なる種類の構造をもつ別の切断面部分に関連している。具体的には表面構造は平行に延びた状態を維持している。ただし、半パイプ構造の他に、半円筒状の突起形状も認められる。

図２２と２３では、表面粗さは３０μｍより小さい範囲であり、例えば１μｍより小さくて、一例では０．５μｍが達成されている。

ある実施形態では、予備切断のパラメータが、前述したように予備切断に要する時間を低減するように、すなわち切断速度を改良するように設定される。このために、隣接する伸長した損傷領域間の距離が増加されてもよい。例えば単パス走査のある実施形態では、予備切断は、隣接する伸長した損傷領域が相互に少なくとも１μｍ、又は少なくとも２μｍ、又は少なくとも３μｍ、又は少なくとも４μｍの距離だけ位置がずれるように、隣接する伸長した損傷領域に対して遂行されてもよい。当然ながら、隣接する損傷領域間の距離が大きくなれば、予備切断レーザ処理が完了した後の部分同士の劈開／分離に要する力（外力又は内力）はより大きくなる。通常、距離には上限があって、それ以上では隣接する損傷領域は、劈開／分離処理で十分な切断面品質を持たせることができない。この限界距離は材料の厚さに依存し、２μｍ〜５０μｍの範囲であって、一例では４μｍ〜１０μｍである。

ある実施形態では、予備切断のパラメータは、予備切断が完了した後の材料の切断部分を分離するのに要する努力を最小化するように設定されてもよい。前に指摘したように、これは、外部の（機械的）力を全く必要としない自発的な分離を始動させてもよい。切断部分の自発的分離は、例えば損傷領域の密度と広がり並びに材料の性質に依存して、起き得る。自発的に分離すべき部分に対して予備切断処理を完了した後に、例えば完了後１０秒か５秒後、又は１秒以下の後に、それが発生することが好ましい。このために、隣接する伸長した損傷領域間の距離を短く選択して、例えば５０％以上で最大で材料全体に亘り完全に延伸する、レーザ伝播方向の各レーザ損傷領域の広がりとの組合せで、例えば１０μｍ、又は５μｍ、又は２μｍ、又は１．５μｍ、さらには１μｍ未満の距離としてもよい。

さらに、レーザパルスパラメータのいかなる組合せ（パルス持続時間、円錐角、パルスエネルギ、アポディゼーションを含む）に対しても、隣接する損傷領域同士がもはや独立でなくなる、クロスオーバ距離ｄｃｒｏｓｓが存在することに発明者らは気が付いた。例えば、隣接する損傷領域間の距離をクロスオーバ距離ｄｃｒｏｓｓよりも小さくすると、第２の損傷領域の体積の形状が第１の領域の存在に依存するという意味において、２つの損傷領域は独立ではなくなる。

例として、例えばベッセル型ビームのような半径方向に対称的なビームを考えると、それぞれのビームは、隣接ビームが何もない場合には、典型的には半径方向に対称的な損傷ゾーンを形成する。しかし、第２のビームが隣接する損傷領域に十分近い位置に配置されると、その損傷領域の存在と、潜在的には材料中の関連する応力の存在とが、第２のビームに作用して、独立した損傷領域としてのＺ方向ばかりでなく、隣接する損傷領域に対しても伸長した損傷を生じさせる。例えば、変形が２つの損傷領域を結ぶ方向（図５では例示的にＸ方向としている）に生じる可能性がある。

別の言い方をすると、第２のパルス損傷領域の体積の形状は円筒形ではなく、Ｘ方向とレーザ伝播方向Ｚとに垂直なＹ方向に短軸を持つ３次元楕円体形状である。

さらに、伸長した損傷ゾーンのＸ方向におけるそのような外観は、単純に隣接する２つの損傷ゾーンの２つの部分が重複したことにより生じる人為構造によるものではない可能性があることに発明者らは気が付いた。ある場合には、隣接する損傷領域に対するＸ方向への損傷の伸長は、第１の隣接する損傷領域の方向のみならず、その隣接する損傷領域から離れる方向にも突出する。

さらには、それ以前に生成された損傷領域が、後からのパルスとの相互作用によって同様に影響を受け得るということも考えられる。

観察された現象は、第１のパルスの効果で既に応力を受けている材料中に第２のパルスが応力を誘起することの結果として解釈可能である。２つのレーザで誘起された機械的応力の重なりが材料内部に圧力を生成し、その大きい値は、両方のパルスが寄与する方向、例えばＹ方向に、自然に配向する。結果として、材料の損傷ゾーン（例えば材料内の屈折率が変化するか、又はクラックが形成される体積領域）は、その力に直交する面、ここではＸＺ平面、の面内に最大張力を持ち得る。この状況は特に関連があって、切断線に沿って一列となった多くのパルスを考慮する場合、一連の独立した円筒形の損傷体積ではなく、それ以上に準連続的または実質的に連続した損傷表面を形成させる可能性があり、それがＸＺ面（予備切断線によって、すなわち一連の損傷領域の配置によって、平面であったり曲面であったりする）の面内に広範囲に広がる。

図２４は、既存の伸長した損傷領域が近くに存在することによる、伸長した損傷ゾーンの上記の変形効果を示す。具体的に図２４は一連の位置Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１を示す。一例として、一連の位置がガラス板などの材料プレートの表面上に曲線形に、例としては一点鎖線の分離線７００で示す円の一部として、配置されている。分離線７００によって、例えば携帯電話のスクリーン７１０のコーナ部分が外側部分７２０から分離される。この例では携帯電話のスクリーン７１０は、その内側領域に伸長した損傷領域を持ってはいない。また、分離が分離線７００に沿ってのみ生じるようにするために、材料の外側部分７２０には損傷領域がない（通常、損傷ゾーン領域の表面変化に伴い、少なくとも伸長した損傷領域に向かう横方向へ伸びが与えられる。それは図２４の実施形態によれば曲線的な境界の線に沿って連続して、実質的に材料の全厚さを横切っている）。

更に、図２４では図５と同様に各位置Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１に円２７を示し、楕円形をグレースケールで表している。伸長した損傷領域の楕円変形をより明確に表示するために、一点鎖線で囲まれた２つの楕円形７３０を示してある。図２４の特定の実施例では、変形は隣接する、既に存在する伸長した損傷領域の方向内にある。ＸＹ面、例えばサンプルの表面内での変形を表示するために、寸法と形状は概略的にのみ示されている。

図２４に示すように、伸長した損傷領域は、横方向に比較して操作方向すなわち分離線７００方向に１．５倍延びている。破断分離プロセスは、対称的に破断することが、特に曲線的な分離線の場合には分離プロセスを案内する（クラック形成がコーナの周りに“曲げられる”）ことにより、破断分離プロセスに影響することが理解されるであろう。

さらに、小さなずれに関して、以前の伸長した損傷領域の形成が影響を受けて走査方向への損傷領域の拡大が生じることがある（図２４には示さず）。

さらに、（最大で連続的な損傷領域の形成にまで至る）伸長した損傷領域同士が結果として近づくことが、携帯電話のスクリーン７１０が外側部分７２０から自発的に分離することを支援する。

自己分離損傷面を生成するレーザプロセスは、本明細書においては切断とはみなさない。それは、２つの部分を接続している材料を除去するアブレーションラインの場合のように、材料の２つの部分が直ちに分離されるのではないからである。これに対比して、本明細書で開示する部分同士の分離は、レーザ処理が完了した後に、例えばレーザパルスによって分離線がすべて処理された後に、初めて自発的に発生する。例示的な完了した切断線は、材料の周囲に始点と終点の両方を持っていてもよいし、及び／又は始点と終点が重なった構造であってもよいし、及び／又は除去された部分を持っていてもよい。

分離プロセス（したがって上記の説明のような意味での切断の完了）は、たとえば外力を印加することなどによる劈開により、その後で遂行されてもよい。この分離プロセスは、例えば隣接する損傷領域が十分に離間している場合に、行われてもよい。ただし、前述したように、分離は、ＸＺ面内の損傷表面が十分に大きくて、及び／又は予備切断作用によって蓄積された内部応力が十分に大きい場合に、予備切断が完了した後に自発的に生じてもよい。そのような自発的な分離の発生は、レーザ相互作用により材料内部に生じた多量の応力の結果であり、材料の２つの部分が最終的に分離する際にその応力が解放されるという事実によって理解することができる。分離線とは異なる線に沿って材料が破断することを防止するためには、レーザパラメータを調整して好ましくは過度の応力が蓄積しないようにすることが重要であることに留意されたい。好ましくは、予備切断が完了する以前に自発的分離が始動しないようにパラメータを設定する。分離線が完成する前に自発的分離が始まると、特に予備切断がまだ遂行されていない領域では、ランダムな破断が生じる可能性がある。

上記に関連して特定の実施形態においては、隣接する損傷領域間の距離を十分に小さく選んで、任意のパルスに関与する損傷体積の形状が確実に分離線の直交方向、例えば図５のＹ方向に短軸を持つ３次元楕円体となるようにする。ある実施形態では、Ｘ方向への損傷領域の広がりは、Ｙ方向の広がりよりも例えば１．２倍、好ましくは１．５倍以上で、一例として２倍を超える大きさである。上記の考察に対して、損傷領域を取り囲む最小楕円体が参照される。

実施形態のあるものでは、もしもレーザ予備切断が最初のポイントをスタートした後、サンプルの全周又はスタートポイントに到達する前に中断された場合、隣接するパルスに対する損傷領域の形状が、走査方向、例えば図５のＸ方向に沿って延びるようにし、分離面に直交する方向（図５のＸＺ面に直交するＹ方向）よりも隣接パルスの損傷領域の反対方向に、例えば１．２倍、又は１．５倍、又は２倍を超えて延びるように、レーザパラメータを調節してもよい。

実施形態のあるものでは、材料の予備切断部分の分離は、材料の上面と下面の間に誘起された温度勾配を利用して熱応力を生成することによって始動されてもよい。例えば、材料の厚さ方向に１°以上の、例えば３°以上で一例として１０°の、勾配を誘起してもよい。ある実施形態では、材料の片側に暖気又は冷気を送風して、又は片側の材料表面から湿気を蒸発させて温度勾配を作ってもよい。

ある実施形態では、両側からの高速外部冷却又は加熱処理によって、外部表面と内部の材料バルク部との間に、温度勾配を誘起してもよい。

更なる実施形態において、材料の予備切断部分の分離は、（例えば、周波数が１７ｋＨｚ超、好ましくは１９ｋＨｚ超、より好ましくは２０ｋＨｚ超であって、出力が１０Ｗ〜１０００Ｗ、好ましくは５０Ｗ〜５００Ｗ、より好ましくは１００Ｗ〜３００Ｗの範囲の）超音波の利用などの音波による始動であってもよい。さらに自発的分離については、ベッセル型ビーム切断技術が、機械的劈開を必要としない、ワンステップでの強化ガラス切断技術として構成されていてもよい。ワンステップのみの処理、例えば自己破断条件を提供するための予備切断、時には、簡単な追加の第２の張力増加ステップ（加熱、送風、凝縮冷却など）を伴う、が達成されてもよい。強化層間の張力は、予備切断材料を分離するための自己破断力として利用されてもよい。自己分離により、任意形状の切断、例えば図２４に示すような円形切断などが可能となる。

例えば、強化層を含む強化層間の材料がレーザ相互作用によって損傷を受け、強化層によって生じる応力が予備切断処理により形成された分離線に沿って材料を分離するほど大きいような場合には、強化ガラスは機械的な劈開ステップなしで切断可能である。実施形態のあるものでは、レーザによって又は材料表面間の温度差によって、破断が始動される。

特定の条件においては、機械的劈開を実行する第２のステップは必要ないことがある。ある構成においては、レーザパルスは分離線沿いに互いに近接して射出され、例えばサンプルの上面と下面の間に誘起された温度差で十分な程度にまで、又は分離が自分で開始する程度にまで、損傷が与えられる。特定の時間差で材料が予備切断システムの外に輸送されるように、タイミングが設定されてもよい。

例えば、こうすることで、１〜２分後に、又はサンプル上に送気してから数秒後に劈開を自発的に始めさせることができる。劈開すべき２つの部分の間に、最初に軽く分離力を加えることによって劈開を開始させてもよい。

上記のように、強化ガラスに対して自己分離手法を用いることが可能であるが、これはサファイアなどの非強化ガラスに対しても用いることができる。強度が高い材料ではあるが、自己分離構成はより簡単に設定することができる。さらに、レーザパラメータが所要の損傷領域の広がりを分離線内に与えられない場合には、複数回の走査をする方法が必要になることがある。

自己分離法の具体的な利点は、上記のように曲線的な分離線へ適用できることである。機械的に始動させる破断プロセスは、分離面品質が低くなり易いし、又材料中にクラックを生じやすい。

自己分離のためのある実施形態では、伸長した損傷領域が一方から他方へ（または厚さの少なくとも９０％に亘って）広がる必要がある。このことは、特に曲がった分離線に沿う自己分離の場合に当てはまる。

以下に、様々な状況に対する具体的な解法を提供することを目的として、いくつかの手順を例示的に開示する。

手順Ａ

手順Ａでは、予備切断段階では自発的破断が生じず、かつ予備切断段階が完了した数秒後、例えば、完了後１０秒、５秒、１秒で生じるように、レーザ及び走査のパラメータが設定される。レーザパラメータとしては、例えば、円錐角、パルス持続時間、ビームアポディゼーション、パルスエネルギの少なくとも１つが含まれる。パラメータの設定は、予備切断の所望される高品質と高速性が確保されるように、材料の厚さに基づいて本明細書で説明したように遂行することができる。走査パラメータとしては、例えば分離面内の隣接する伸長した損傷領域間の距離が含まれ、例えばその距離は最大４μｍ、又は最大２μｍ、又は最大１．５μｍ、さらには最大１μｍまで広がる範囲に設定される。実施形態のあるものでは、この距離は十分に小さくして、任意のパルスに対する損傷体積の形状を、走査方向に直交する方向に短軸を持つ３次元楕円体の形状として、例えば３次元楕円体のＹ方向の広がりが３次元楕円体のＸ方向の広がりよりも少なくとも１．２倍、又は少なくとも１．５倍、又は少なくとも２倍短くなるようにする。

手順Ｂ

ある実施形態では、レーザと走査のパラメータは、手順Ａの条件を満たし、かつ伸長した損傷領域がサンプル厚さの少なくとも７０％、又は少なくとも９０％、更には１００％を覆うか、層状材料の場合には圧縮層と応力層の間の少なくとも全インタフェースを覆う、という更なる要求で設定される。

手順Ｃ（複数走査方法の例）

ある実施形態では、レーザと走査のパラメータは手順Ａ又はＢの条件を満たし、かつ予備切断が２つ以上の走査から成り、第１の走査が材料内の第１のＺ座標にその中心を持つ第１の複数の伸長した損傷領域を生成し、第２の走査が材料内の第２のＺ座標にその中心を持つ第２の複数の伸長した損傷領域を生成し、そしてそれぞれの伸長した損傷領域が３次元楕円体の形に刻印されて、その３次元楕円体のＺ方向の広がりが、３次元楕円体のＹ方向の広がりよりも少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍、又は少なくとも３０倍であって一例として１００倍大きい広がりを持つことができる、という更なる要求の下に設定される。

手順Ｄ

ある実施形態では、レーザと走査のパラメータは、手順Ｃの条件を満たすように設定され、かつ第１と第２の走査の間の距離は、第１の走査による第１のパルスと、同一又は同じようなＸＹ座標に放射された対応する第２の走査による第２のパルス（その横方向の距離は同一走査に属する隣接する２つのパルス間距離よりも小さい）との協働作用が、第１のパルスと第２のパルスによって独立して生成される（例えばそれらのパルスがＸＹ面内で大きく離れた距離に閉じ込められている場合のような）損傷領域の広がりの合計よりもＺ方向により大きく広がった、伸長した損傷領域を結果的に確実に形成するようになっている。

手順Ｅ

ある実施形態では、レーザと走査のパラメータは、手順Ｄの条件を満たすように設定され、かつ材料は層状材料ではなく、又、各単パルスで作られた伸長した損傷領域の長さは、サンプルの厚さの５０％未満であって、例えばサンプルの厚さの３０％と５０％の間である。

手順Ｆ

ある実施形態では、レーザと走査のパラメータは、手順Ａ又はＢの条件を満たすように設定され、かつレーザと走査のパラメータは３回走査で予備切断を遂行するように設定される。ここで最初の走査が、材料内の第１のＺ座標に中心を持つ、第１の複数の伸長した損傷領域を生成し、第２の走査が、材料内の第２のＺ座標に中心を持つ、第２の複数の伸長した損傷領域を生成し、第３の走査が、材料内の第３のＺ座標に中心を持つ、第２の伸長した損傷領域を生成し、そしてそれぞれの伸長した損傷領域は、Ｚ方向の広がりがＹ方向の広がりよりも少なくとも１０倍、又は少なくとも２０倍、又は少なくとも３０倍大きい３次元楕円体の形を刻印可能である。

手順Ｇ

ある実施形態では、レーザと走査のパラメータは、上記の任意の手順の条件を満たすように設定され、かつ、隣接する特定の数（Ｎ）のパルスによって生成される損傷の全体積Ｖｔｏｔは、Ｎ＊Ｖ０の少なくとも７０％、又は少なくとも９０％、又は少なくとも１００％である。ここでＶ０は隣接パルスから遠く離れた個別のパルスが作る典型的な損傷体積である。

手順Ｈ

ある実施形態では、レーザと走査のパラメータは、上記の任意の手順の条件を満たすように設定され、かつ、予備切断プロセスは、いかなるアブレーション及び／又は化学エッチングプロセスもなしで、及び／又は、予備切断処理完了以前に予備切断線により分離される材料部分間に材料の局所的な除去及び／又は空隙を形成するいかなる他の手段もなしで遂行される。

上記の複数走査手法に関して、図２５には異なる高さ位置における走査の２つの相対的な配置例が示されている。図２５ａ）は、Ｚ方向、すなわちレーザビームの伝播方向にずれたものを示し、図２５ｂ）は分離面内でのずれを更に示している。

図２５ａ）には、Ｚ方向への広がりの中心をＺ１に持つ、走査方向（Ｘ方向）に沿う４つの伸長した損傷領域８５７（Ｚ１）が、位置ＸＮＺ１に例示的に示されている。伸長した損傷領域８５７（Ｚ１）は、背面８４５から前面８４３に向かって材料の全厚さの約２／３まで延伸している。伸長した損傷領域８５７（Ｚ１）は、単一レーザパルス損傷領域で、（長さ対幅の）アスペクト比が１０より大きく、離間距離は損傷領域の幅程度である。

例えば、走査パターン全体の走査が完了すると、レーザシステムは焦点位置をΔΖだけ前面８４３方向に調節する。図２５ａ）に例示的に示すように、ΔΖはＺ方向へ伸長した損傷領域の長さの半分である。次に、その同じ分離線上を走査して、レーザ損傷領域８５７Ｚ２を分離線に沿って同一位置ＸＮＺ１に、Ｚ方向の広がりの中心をＺ２にして配置する。こうして、背面８４５から前面８４３まで延伸する、複数走査の伸長した損傷ゾーンが生成される。

図２５ａ）に対して図２５ｂ）は、１つの走査時の後続するレーザ損傷領域間のずれｄｘの半分だけ、Ｚ１での走査の損傷領域とＺ２での走査の損傷領域とが追加的にずれていることを示している。こうして分離線内に、背面８４５の位置ＸＮＺ１から前面８４３の位置ＸＮＺ２へ延びる、連続して延伸する損傷領域が生成される。

したがって、分離線に沿う単一走査内ではパルス間でのＺ位置の変化がないようにして、複数の異なるＺ位置での走査が遂行される。それゆえに、予備切断のための完全な走査は、分離線に沿って１つのＺ位置（第１の走査部）で遂行される走査と、異なるＺ位置（第２の走査部）で遂行される第２の走査、などで構成される。

図２５では、異なるＺ位置での走査は、連続するパルス間のずれを一定（例えば同一の走査速度と繰返し頻度）として遂行される。ただし、異なるＺ位置に対して走査における違いを設定することも可能であり、例えば、図２５ａ）の１つ置きの損傷領域のみが第２走査で延伸される。これにより、例えば自発的な分離挙動を調節してもよい。同様に、Ｚ方向の重複又は延伸が適切な分離又は自己分離挙動に対しても適合可能である。

（所定のレーザシステムで設定可能な伸長した損傷領域に対して）長過ぎる又は厚過ぎる材料に関しては、異なるＺ位置での走査の回数を大きくしてもよい。さらに、図２５に示すように、複数回照射した損傷領域、すなわち異なる照射により生じ、相互に遷移する損傷領域の例として、連続的な損傷領域を生成することが可能である。

本明細書で開示するレーザシステムは、様々なパラメータを設定するための制御ユニットを含んでいてもよい。例えば、光学ビーム経路のパラメータの設定には、円錐半角を７°から１２°又は１５°の範囲で例えば９°に設定することが含まれ得るし、レーザ特性パラメータの設定には、アキシコンに入射するパルスあたりのレーザエネルギを３２μＪに設定し、レーザ波長を脚１０６４ｎｍに設定してそれによりベッセル型ビームが誘起するサンプル内部の損傷長さをサンプル厚さの少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも９０％にすることが含まれてもよい。さらに、制御ユニットは、レーザの繰り返し速度と、隣接するレーザ誘起損傷ゾーン間の距離とに依存して走査速度を例えば３００ ｍｍ／ｓに設定することができる。一般的に、予備切断材料を劈開する時には、劈開プロセスの間に（つまりレーザ加工によるのではなく）ガラス本体から剥離されたか、（レーザ伝播面内ではない）面外に損傷を受けたかのいずれかの材料部分に関係する前面／背面にクラックが生成されることがある。１つの面内に損傷部を生成して、それによってバルク材料を劈開で簡単に２つの部分に分離できるようにしたいので、これらのクラックの大きさは、切断（レーザ予備切断及び／又は劈開）の任意の段階においてできるだけ小さいままにし、実質的に平坦な損傷ゾーンとなるようにすべきである。

上記の複数の実施形態は、主として単一ベッセル型レーザビームパルスに関して開示したが、当業者であれば（応力層のある材料の予備切断に関係する態様のような）態様のあるものもまた、ガウシアンレーザビームに基づくレーザ相互作用を与えて、かつ所望の長さのレーザ誘起損傷ゾーンを形成するための自己集束を含むことによって達成し得ることを理解するであろう（これをフィラメント形成ガウシアンビームとも称する）。

さらに、例えば強化ガラスの切断は、単ショットの単パス方式で、伸長した単ショット損傷領域間の距離を一定にして遂行されるので、切断速度は単純にレーザ繰り返し速度に比例する。例えば、３００ｍｍ／秒の走査速度で正確な予備切断が達成され、この走査が使用した並進ステージの限界であった。このような予備切断の走査速度は、約１ｍｍの厚さのサンプルに関しては、特にガウシアンビーム切断については、本発明者らには知られていない。

本明細書で開示した切断手法は、強化ガラスに関する図に関連して説明した固体の透明光学材料、並びに非強化ガラスやサファイアにも適用可能である。ただし、この代わりにあるいはこれに追加して、可撓性又は軟質材料もまた開示した方法の対象となり得る。具体的には、ヒトの目の角膜などの、ヒト又は動物の軟質組織は、本明細書で開示した方法を用いて、また例えばパルス状のベッセル型ビームに基づいて、予備切断可能である。

レーザシステムの改変として、例えば、図２に示した第１のテレスコープ光学系の除去、すなわち部品レンズＬ１とブロックＢとレンズＬ２の除去が含まれてよい。さらに、そのような実施形態では空間フィルタは必要がなく、アキシコンレンズ１５の先端の品質と発生するベッセル型ビームで十分に強化ガラスを所要の品質で切断できる。

実施形態のあるものでは、２ｐｓ〜２５ｐｓの範囲で、例えば１７ｐｓ又は２０ｐｓの、ピコ秒パルス持続時間を適用して、市販のレーザシステムを使用してもよい。光学的に適合させることにより、長さや半径方向の大きさなどの所要特性を持つ伸長した損傷領域が可能となり得る。

ある実施形態では、円錐半角θが５°〜２５°の範囲で例えば１３．８°又は１７°に設定されたベッセル型ビームを１ｐｓ〜１００ｐｓの間の範囲のパルス持続時間で印加して、単パス又は複数パスで一連のレーザパルスを各予備切断位置へ適用する。

ある実施形態では、サンプルは、少なくとも１００μｍ〜５ｍｍのような数１０μｍ〜数ｍｍの範囲の厚さを持ち、例えば５００μｍ〜最大２ｍｍであって、一例として７００μｍ、又は８００μｍ、又は９００μｍ、又は１ｍｍの厚さである。

一般的に、レーザ損傷領域の分離線は、独立部分として分離したい材料部分の境界線を成し、あるいはそれを取り囲んでいる。ある実施形態では、分離線はレーザビームで（１回又は数回）走査される。ある実施形態では、分離線の両側に対象とする部分がある。明確な切断面を提供するために、レーザ損傷領域は一本の線上にあって、その線は、対象とする部分の形状によって直線であっても曲線であってもよい。

本明細書においては、隣接する損傷領域間の距離に対する下限を１μｍ又は数μｍの範囲で開示しているが、上限は、切断面の要求品質や損傷領域の横方向の広がりに依存してもよい。したがって、上限は、４μｍ、９μｍ、又は１０μｍなどの、２μｍ〜５０μｍの範囲であってもよい。

損傷領域は、レーザの伝播方向の広がりの横方向寸法に対するアスペクト比で特徴づけてもよい。ある実施形態では、アスペクト比は１０〜１０００の範囲、又は５０〜５００の範囲で例えば１００、２００、３００、又は４００であってよい。楕円形のような横方向に非対称な形状に関しては、最小直径の方向、例えば楕円の短軸を基準としてアスペクト比を考えてもよい。プレートを完全に横断して広がる損傷領域は、したがって、損傷領域の横方向寸法に対するプレートの厚さの比に基づいている。例えば、７００μｍ／１μｍ＝７００、又は７００μｍ／１０μｍ＝７０、又は１０００μｍ／１０μｍ＝１００、又は１００μｍ／１０μｍ＝１０である。

図５に示すように、予備切断経路２５が、円２７の位置、例えば、レーザビームの予備切断位置を画定する。図５では円２７は模式的に直線上に中心Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１を持っているが、中心Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１、．．は曲線上にあって、直線に接続された曲線のコーナを持つ部品のような曲線の部品となるようになっていてもよい。曲率半径は、例えば数μｍ〜数ｍの範囲であって、１００μｍ〜１０ｍｍの範囲などでよい。したがって、Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１は単に並進機構９（図１参照）のｘ座標に沿った位置であるばかりでなく、一般的にサンプル３上の位置Ｘ（すなわちｘ座標とｙ座標を含む）として理解される。

距離ｄｘが１μｍのずれは、例えば、移動速度１００ｍｍ／ｓで繰り返し速度１００ｋＨｚで到達される。このように、繰り返し速度とテーブルの移動とに依存して、ずれの距離ｄｘを選択することが可能であり、隣接する単パルス損傷領域の間に実質的に重なりがないように、又は重なりがあるようにすることができる。

本発明の好適な実施形態を本明細書で説明したが、以下の特許請求の範囲から逸脱することなしに改善と変形が導入されてもよい。

Claims (15)

1. ベッセル型パルスレーザビーム（１４）を用いて層状材料（３１）をレーザで予備切断する方法であって、
   前記層状材料（３１）は、
   少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）と、
   少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）と、
   前記少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）と前記少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）との間の少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）と、
   を備え、かつ
   前記層状材料（３１）は前記レーザビーム（１４）が前記層状材料（３１）中を伝播するように透明であって、
   前記方法は、
   前記レーザビーム（１４）と前記層状材料（３１）との相互作用により、前記層状材料（３１）内に伸長した単一レーザパルス損傷領域（５７）が生成されるように、光学ビーム経路（８）と前記レーザビーム（１４）のレーザ特性とを設定することと、
   前記層状材料（３１）の一連の予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）のそれぞれに対して、前記伸長した単一レーザパルス損傷領域（５７）のそれぞれが前記少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）を横断して延伸するように、前記層状材料（３１）と前記レーザビーム（１４）とを相互に位置決めするとともに前記レーザビーム（１４）を照射することによって、前記層状材料（３１）の予備切断を行うことと、
   を含み、
   レーザパルスが互いに直後に続く複数のレーザパルスの、複数の単一レーザパルス損傷領域は、第１の走査順序に対しては前記材料内において第１のレベルで、かつ第２の走査順序に対しては前記材料内において第２のレベルで、互いにずれている、
   方法。
2. 前記伸長した損傷領域は、アスペクト比が、１０〜１０００の範囲であることと、
   隣接する伸長した損傷領域間の距離（ｄｘ）は、０．５μｍから４μｍの範囲であることと、
   レーザパルスの持続時間は、１ｐｓ〜１００ｐｓの範囲であることと、
   前記ベッセル型パルスレーザビームは、円錐半角（θ）が４°から３０°の範囲であることと、のうちの少なくとも１つを特徴とするように、前記光学ビーム経路（８）と、前記レーザビーム（１４）の前記レーザ特性とが設定される、請求項１に記載の方法。
3. 前記層状材料（３１）は、前面（３３）を備え、前記少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）又は前記少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）が、前記前面（３３）と前記少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）の間に配置され、かつ前記予備切断は、前記伸長した損傷領域（５７）のそれぞれが前記前面（３３）から前記少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）又は前記少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）を貫通し、かつ前記少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）を横断してそれぞれの隣接する層へ延伸するように実行される、又は、
   前記層状材料（３１）は、背面（３５）を備え、前記少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）又は前記少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）が、前記背面（３５）と前記少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）の間に配置され、かつ前記予備切断は、前記伸長した損傷領域（５７）のそれぞれが前記背面（３５）から前記少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）又は前記少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）を貫通し、かつ前記少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）を横断して前記それぞれの隣接する層へ延伸するように実行される、
   請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記層状材料（３１）は一対のインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）の間に位置する、中央引張応力層（ＴＳＬ）又は中央圧縮応力層を備え、
   前記予備切断は、前記伸長した損傷領域（５７）のそれぞれが前記中央引張応力層（ＴＳＬ）又は前記中央圧縮応力層の少なくとも３０％まで延伸するように遂行される、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記予備切断は、前記伸長した損傷領域（５７）のそれぞれが前記層状材料（３１）の少なくとも５０％まで延伸するように遂行される、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記予備切断は、隣接する伸長した損傷領域（５７）が少なくとも１μｍの距離だけ相互にずれている、又は前記隣接する伸長した損傷領域間の距離（ｄｘ）が１μｍ〜４μｍの範囲であるように、前記隣接する伸長した損傷領域（５７）に対して遂行される、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記レーザビーム（１４）はベッセル型パルスレーザビーム又はフィラメント形成ガウシアンビームであり、かつ
   前記予備切断は、前記伸長した損傷領域（５７）が単一レーザパルス損傷領域となるようにそれぞれの予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）に対して単一レーザパルスで遂行され、前記層状材料（３１）は、前記ベッセル型パルスレーザビーム又は前記フィラメント形成ガウシアンビームが前記材料中を伝播するときに、単一光子吸収に対して透明である、請求項１〜請求項６に記載の方法。
8. 少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）と、少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）と、前記少なくとも１つの引張応力層（ＴＳＬ）と前記少なくとも１つの圧縮応力層（ＣＳＬ１、ＣＳＬ２）との間の少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）とを備える材料（３１）から材料部分（６７、６９）を分離する方法であって、
   層状の前記材料（３１）を請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法によって予備切断し、それにより少なくとも１つのインタフェース領域（ＩＲ１、ＩＲ２）を横断して延伸する伸長した損傷領域（５７）を分離線に沿って形成すること、及び、
   前記一連の予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）を横断して作用する分離力（６６）を前記層状材料（３１）に加えて、前記一連の予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）に沿って前記層状材料（３１）を劈開することと、
   前記層状材料に横断的に温度差を与えることと、
   前記伸長した損傷領域（５７）の程度が、１秒〜６０分の時間間隔の後に、前記応力層の内部ストレスによって前記材料部分の自己分離が始動されるのに十分な程度であることと、のうちの少なくとも１つを含む、方法。
9. ベッセル型パルスレーザビーム（１４）で材料（３、３１）をレーザ予備切断するための方法であって、
   前記材料（３、３１）は前記ベッセル型パルスレーザビームが前記材料（３、３１）中を伝播する際に、単一光子吸収に関して透明であり、
   単一レーザパルスはパルス持続時間が１ｐｓ〜１００ｐｓの範囲であり、円錐半角が７°〜１２°の範囲であることを特徴とし、かつ、単一レーザパルスが前記材料（３、３１）と相互作用して前記材料（３、３１）内に前記材料（３、３１）の厚さの少なくとも５０％まで延伸する、伸長した単一のレーザパルス損傷領域（５７）を生成するように、光学ビーム経路（８）と前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）のレーザ特性とを設定することと、
   レーザパルスが互いに直後に続く複数のレーザパルスの、複数の単一レーザパルス損傷領域が、第１の走査順序に対しては前記材料内において第１のレベルで、かつ第２の走査順序に対しては前記材料内において第２のレベルで、互いにずれるように、前記パルスレーザビームを前記材料（３、３１）に沿って走査することによって前記材料（３、３１）を予備切断することと、
   を含む方法。
10. 前記材料（３、３１）は板状の形状を有し、レーザビームの走査は前記板の伸長方向に実行されて、隣接する伸長した単一レーザパルス損傷領域は互いに、前記単一レーザパルス損傷領域（５７）内に存在する前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）のコア（２１）の半値全幅におけるビームウェストの少なくとも８０％の最小距離だけ、又は少なくとも１μｍだけ相互にずれている、又は、隣接する伸長した単一レーザパルス損傷領域（５７）の前記ずれ（ｄｘ）は、第１のパルスの第１の単一レーザパルス損傷領域が、前記第１の単一レーザパルス損傷領域の隣の第２の単一レーザパルス損傷領域を生成する第２のパルスの伝播には影響を及ぼさないように選択される、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 光学的絶縁破壊による光イオン化方式における多光子過程が前記単一レーザパルス損傷の基礎を成すプロセスとなるように光学ビーム経路（８）とレーザ特性とが選択され、それによって前記光学ビーム経路（８）と前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）のレーザ特性とのパラメータに対する損傷閾値が画定される、又は、前記多光子過程に電子なだれ光イオン化を伴うようにパルス持続時間（τ）が選択される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記材料（３、３１）の厚さ（ＤＳ）に関する情報を受信し、
    前記材料（３、３１）を事前設定の破断品質で破断するのに必要な前記伸長した単一レーザパルス損傷領域（５７）の最小長さを決定し、
    前記予備切断のために、前記最小長さに対応する最小レーザパルスエネルギより大きいパルスエネルギ（Ｅ）を決定し、
    前記最小レーザパルスエネルギと設定された円錐半角に対して、単一レーザパルス損傷のためのレーザパルス持続時間の閾値より長いパルス持続時間を選択するか、又は最終フォーカスレンズの前で前記ベッセル型パルスレーザビームのビーム直径を選択し、
    少なくとも前記最小レーザパルスエネルギと設定されたパルス持続時間に対して、円錐半角の閾値より大きい円錐半角を選択し、
    前記レーザパルスエネルギと、前記円錐半角と、前記パルス持続時間の少なくとも１つを選択する、
    ことを更に含み、
    前記単一レーザパルス損傷領域（５７）が少なくとも前記最小長さよりも長く延伸し、又は、前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）のピークフルエンスが少なくとも決定された前記最小長さに対する光学的破断の閾値よりも大きいまま維持される、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 材料（３、３１）から材料部分（６７、６９）を分離する方法であって、
    前記材料（３、３１）はベッセル型パルスレーザビーム（１４）が前記材料（３、３１）中を伝播する際に、単一光子吸収に関して透明であり、
    請求項１、６、９及び１０のいずれか一項に記載の方法に従って前記材料（３、３１）を予備切断し、それによって切断経路（２５）に沿って、一連の予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）に伸長した単一レーザパルス損傷領域（５７）を形成することと、
    前記一連の予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）を横断して作用する分離力（６６）を前記材料（３、３１）に加えて前記一連の予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）に沿って前記材料（３、３１）を劈開するか、前記層状材料に横断的に温度差を与えるか、前記伸長した損傷領域（５７）の程度が、時間間隔の後に、前記応力層の内部ストレスによって前記材料部分の自己分離が始動されるのに十分な程度であるか、の少なくとも１つと、
    を含む方法。
14. 前記伸長した損傷領域は、アスペクト比が、１０から１０００の範囲であることと、
    隣接する伸長した損傷領域間の距離（ｄｘ）は、０．５μｍから４μｍの範囲であることと、
    レーザパルスの持続時間は、１ｐｓ〜１００ｐｓの範囲であることと、
    前記ベッセル型パルスレーザビームは、円錐半角（θ）が４°から３０°の範囲であることと、のうちの少なくとも１つを特徴とし、
    前記予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）は、直線部分及び曲線部分の少なくとも一方を含む分離線上に配置される、
    ように前記光学ビーム経路（８）と、前記レーザビーム（１４）の前記レーザ特性とが設定される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. ベッセル型パルスレーザビーム（１４）で材料（３、３１）を予備切断するためのレーザ処理システム（１）であって、
    前記材料（３、３１）は前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）が前記材料（３、３１）中を伝播する際に、単一光子吸収に関して透明であり、
    レーザパルスの持続時間（τ）が１ｐｓ〜１００ｐｓの範囲であるように、パルスレーザビームを提供するレーザ光源（５）と、
    前記パルスレーザビームを前記レーザ光源（５）から前記材料（３、３１）へ案内し、前記パルスレーザビームをベッセル型パルスレーザビーム（１４）へ変換するための光学系（７）と、
    前記材料（３、３１）を前記ベッセル型パルスレーザビームに対して位置決めするための並進機構（９）と、
    前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）の単一レーザパルスが前記材料（３、３１）と相互作用して前記材料（３、３１）内に前記材料（３、３１）の厚さ（ＤＳ）の少なくとも５０％まで延伸する、伸長した単一パルス損傷領域（５７）を生成するように光学ビーム経路（８）と前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）のレーザ特性とを設定し、前記材料（３、３１）の一連の予備切断位置（Ｘ_Ｎ−１、Ｘ_Ｎ、Ｘ_Ｎ＋１）のそれぞれに対して、連続する複数のレーザパルスの複数の単一レーザパルス損傷領域（５７）が相互に２μｍから５０μｍの範囲の距離（ｄｘ）だけずれるように前記材料（３、３１）と前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）とを相互に位置決めするとともに前記ベッセル型パルスレーザビーム（１４）を照射することによって、前記材料（３、３１）を予備切断するように構成された制御ユニットと、
    を備え、
    レーザパルスが互いに直後に続く複数のレーザパルスの、複数の単一レーザパルス損傷領域（５７）が、第１の走査順序に対しては前記材料内において第１のレベルで、かつ第２の走査順序に対しては前記材料内において第２のレベルで、互いにずらされる、
    レーザ処理システム。

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