JP6585050B2 - 超高速レーザビーム光学系、破壊層および他の層を用いたスタック透明材料の切断 - Google Patents
超高速レーザビーム光学系、破壊層および他の層を用いたスタック透明材料の切断 Download PDFInfo
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Description
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、第1の層、第2の層、および第1の層と第2の層との間に位置するビーム破壊要素、を備えているワークピース内に形成するステップ、
を含み、さらに、レーザビーム焦線が第1の層内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿って第1の層内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層と透明導電層とを備えているワークピース内に形成するステップ、
を含み、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿って透明導電層を通りガラス層内へと欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであってガラス層の夫々の間に透明保護層を含んでいるワークピース内に、形成するステップ、
を含み、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであってガラス層の夫々の間に空隙を含んでいるワークピース内に、形成するステップ、
を含み、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、レーザビーム焦線がガラス層内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってガラス層内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
ワークピースおよびレーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより輪郭に沿ってガラス層内に複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
ガラス層をこの輪郭に沿って分離させる、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
ワークピースおよびレーザビームを閉じた輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより閉じた輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
この閉じた輪郭によって囲まれたガラス層の部分を、取り除くのを助ける、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、レーザビーム焦線がワークピース内に誘起吸収を発生させ、この誘起吸収が、レーザビーム焦線に沿ってワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
ワークピースおよびレーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
この輪郭に沿って赤外レーザを導くステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
穿孔を形成する方法であって、
(i)キャリアの上に配置されたビーム破壊要素と、ビーム破壊要素の上に配置された第1の層とを備えている、マルチレイヤ構造を提供するステップ、
(ii)波長λのレーザビームを、この波長λに対して透明な第1の層の第1の部分に集束させることにより、第1の層内で高レーザ強度の領域を形成するステップであって、この高レーザ強度が、高レーザ強度のこの領域内で非線形吸収をもたらすのに十分なものであり、ビーム破壊要素が、このビーム破壊要素の第1の層とは反対側に配置されたキャリア材料または他の層に、非線形吸収が発生するのを防ぎ、非線形吸収が、レーザビームから第1の層の高強度の領域内へのエネルギー伝達を可能にして、このエネルギー伝達によって第1の層の高レーザ強度の領域内で、レーザビームの伝搬方向に延在する第1の穿孔を生成する、ステップ、
(iii)レーザビームを第1の層の第2の部分に集束させるステップ、および、
(iv)ステップ(ii)を繰り返して、基板の第2の部分に、レーザビームの伝搬方向に延在する第2の穿孔を形成するステップであって、ビーム破壊要素が、第2の穿孔の形成中に、ビーム破壊要素の第1の層とは反対側に配置されたキャリア材料または他の層に、非線形吸収が発生するのを防ぐ、ステップ、
を含むことを特徴とする方法、
にさらに広げられる。
熱分離:
いくつかの事例において、一連の穿孔または欠陥ラインによって画成された輪郭に沿って生成される傷ラインは、そのパーツを自発的に分離するには十分ではなく、二次ステップが必要になり得る。それが望ましい場合、例えば第2のレーザを使用し、熱応力を生じさせて分離してもよい。イオン交換による化学強化を受ける前のコーニングのEagle XGまたはコーニングガラスコード2318などの低応力ガラスの場合、熱応力を生じさせるよう、またパーツを基板から分離させるよう、傷ライン生成後に機械的な力を加えることによって、または熱源(赤外レーザ、例えば、CO2レーザなど)を用いることによって分離を達成することができる。別の選択肢は、分離の開始時にのみCO2レーザを使用し、その後手動で分離を終えるものである。随意的なCO2レーザによる分離は、例えば10.6μmで発光するデフォーカスされた連続波(cw)レーザで、そのデューティサイクルを制御することにより出力を調節して達成され得る。焦点変化(すなわち、集束されたスポットサイズまでの、このスポットサイズを含むデフォーカス範囲)を使用し、スポットサイズを変化させることによって、誘起される熱応力を変化させる。デフォーカスレーザビームは、おおよそレーザ波長のサイズの、最小の回折限界スポットサイズよりも大きいスポットサイズを生成するようなレーザビームを含む。例えば、2から12mm、または約7mm、2mm、および20mmのデフォーカスされたスポットサイズ(1/e2直径)をCO2レーザで使用してもよく、例えばその回折限界スポットサイズは10.6μmの発光波長を前提とすると大幅に小さい。
エッチング:
例えば酸エッチングを使用すると、例えばガラス層を備えたワークピースを分離することができる。例えば一実施の形態において、使用される酸は容積で10%のHF/15%のHNO3でもよい。24〜25℃の温度で53分間いくつかの部分をエッチングして、レーザでMPAにより形成された孔の直径を、例えば〜100μmに拡大させることができる。このレーザ穿孔された部分をこの酸浴内に浸漬させてもよく、例えば40kHzおよび80kHzの周波数を組み合わせた超音波攪拌を用いて、孔への流体の浸透および孔内部での流体の交換を助けることができる。さらに、超音波場からの定在波パターンがその部分に「高温点」またはキャビテーションに関連する損傷を生じさせないよう、超音波場内で手動によるその部分の攪拌を行ってもよい。酸の組成およびエッチング速度は、その部分をゆっくりエッチングするように意図的に設計され得る−例えば、材料の除去速度は1.9μm/分でしかない。例えば約2μm/分未満のエッチング速度で、酸は狭い孔に十分に浸透することができ、また攪拌によって、最初にレーザで形成されたときには非常に狭い孔から、新たな流体の交換および溶解された材料の除去を行うことができる。酸が孔に浸透し、孔が隣接する孔とつながるサイズに拡大すると、穿孔された輪郭が基板の残部から分離する。例えばこれにより、孔またはスロットなどの内部特徴を、より大きい部分から抜き出すことができ、あるいは窓を、この窓を含むより大きい「フレーム」から抜き出すことができる。
b)入射レーザ放射の散乱が起こるように、(例えば、薄膜成長、薄膜パターン形成、または表面パターン形成によって)ビーム破壊層または境界面の位置に構造を生成する(例えば、テクスチャ表面)、
c)レーザ放射の減衰位相シフトが起こるように、(例えば、薄膜成長、薄膜パターン形成、または表面パターン形成によって)ビーム破壊層または境界面の位置に構造を生成する、および、
d)レーザ放射のみを反射するように、ビーム破壊層または境界面の位置に薄膜スタックによって分布ブラッグ反射器を生成する。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、第1の層、第2の層、および前記第1の層と前記第2の層との間に位置するビーム破壊要素、を備えているワークピース内に形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記第1の層内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記第1の層内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層と透明導電層とを備えているワークピース内に形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記透明導電層を通り前記ガラス層内へと欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであって該ガラス層の夫々の間に透明保護層を含んでいるワークピース内に、形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、複数のガラス層を備えたワークピースであって該ガラス層の夫々の間に空隙を含んでいるワークピース内に、形成するステップを含み、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、前記レーザビーム焦線が前記ガラス層内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ガラス層内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
前記ワークピースおよび前記レーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記輪郭に沿って前記ガラス層内に複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
前記ガラス層を前記輪郭に沿って分離させる、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
前記ワークピースおよび前記レーザビームを閉じた輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記閉じた輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
前記閉じた輪郭によって囲まれた前記ガラス層の部分を、取り除くのを助ける、酸エッチングプロセスを適用するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、ガラス層を備えたワークピース内に形成するステップであって、前記レーザビーム焦線が前記ワークピース内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記ワークピース内に欠陥ラインを生じさせるステップ、
前記ワークピースおよび前記レーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップ、および、
前記輪郭に沿って赤外レーザを導くステップ、
を含むことを特徴とする方法。
前記輪郭に沿って前記ワークピースを破断するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態5、6、または7記載の方法。
前記ビーム破壊要素がビーム破壊層であることを特徴とする実施形態1記載の方法。
前記ビーム破壊要素がキャリア層であることを特徴とする実施形態1から9いずれか1項記載の方法。
前記第1の層がガラスシートを含むことを特徴とする実施形態1、9、または10記載の方法。
前記第1の層および前記第2の層が、ガラスを含むことを特徴とする実施形態1、8、9、10、または11記載の方法。
前記レーザビームのパルス持続時間が、約1ピコ秒超と約100ピコ秒未満との間の範囲であることを特徴とする実施形態1から12いずれか1項記載の方法。
前記レーザビームが、約1ナノ秒から約50ナノ秒の間の範囲の持続時間で隔てられた少なくとも2つのパルスから成るバーストの状態でパルスを提供し、さらに前記バーストの繰返し周波数が約1kHzから約650kHzの間の範囲であることを特徴とする実施形態1から13いずれか1項記載の方法。
前記ガラス層が、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする実施形態2、5、6、または7記載の方法。
前記欠陥ラインの平均直径が、約0.1μmから約5μmの間の範囲であることを特徴とする実施形態1から15いずれか1項記載の方法。
前記透明保護層が、エポキシ樹脂およびビニルのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする実施形態3、13、14、15、または16記載の方法。
前記ワークピースおよび前記レーザビームを互いに対して相対移動させ、それにより前記ワークピース内に複数の欠陥ラインを形成するステップをさらに含み、隣接する前記欠陥ライン間の間隔が0.5μmから20μmの間であることを特徴とする実施形態1から17いずれか1項記載の方法。
前記空隙が、前記ガラス層間に接着されたエポキシ樹脂またはガラスフリットによって提供されることを特徴とする実施形態4記載の方法。
前記ビーム破壊層が反射材料であることを特徴とする実施形態9記載の方法。
前記ビーム破壊層がデフォーカス層であることを特徴とする実施形態9記載の方法。
前記デフォーカス層が半透明材料であることを特徴とする実施形態21記載の方法。
前記ガラスシートを通って生成された前記欠陥ラインの範囲が、前記ガラスシート内の前記レーザビーム焦線の長さと一致することを特徴とする実施形態1から7いずれか1項記載の方法。
前記パルス持続時間が、約5ピコ秒超から約20ピコ秒未満の間の範囲であることを特徴とする実施形態1から7いずれか1項記載の方法。
前記レーザビームの繰返し率が、約1kHzから2MHzの間の範囲であることを特徴とする実施形態1から7いずれか1項記載の方法。
前記繰返し率が、約10kHzから650kHzの間の範囲であることを特徴とする実施形態25記載の方法。
前記バーストの前記パルスが、10〜30ナノ秒の持続時間で隔てられていることを特徴とする実施形態14記載の方法。
前記第1の層が、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする実施形態1記載の方法。
前記ガラス層の少なくとも1つが、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする実施形態3または4記載の方法。
前記欠陥ラインの長さが、約0.1mmから約100mmの間の範囲であることを特徴とする実施形態1から7いずれか1項記載の方法。
前記欠陥ラインの長さが、約0.1mmから約1mmの間の範囲であることを特徴とする実施形態30記載の方法。
前記ワークピースを通って生成された前記欠陥ラインの長さが、前記レーザビーム焦線の長さと一致することを特徴とする実施形態1から7いずれか1項記載の方法。
前記欠陥ラインの平均直径が、約0.1μmから約5μmの間の範囲であることを特徴とする実施形態1から7いずれか1項記載の方法。
前記透明導電層が酸化インジウムスズを含むことを特徴とする実施形態2記載の方法。
前記空隙の厚さが、50μmから2mmの間であることを特徴とする実施形態4記載の方法。
前記ワークピースが、OLED素子、DLP素子、LCDセル、または半導体デバイス、のうちのいずれかであることを特徴とする実施形態1から35いずれか1項記載の方法。
実施形態1から7のいずれかによって処理されるガラス素子。
前記誘起吸収が前記第2の層では起こらないことを特徴とする実施形態1記載の方法。
前記欠陥ラインが、前記複数のガラス層のうちの少なくとも2つに存在することを特徴とする実施形態3または4記載の方法。
穿孔を形成する方法であって、
(i)キャリアの上に配置されたビーム破壊要素と、該ビーム破壊要素の上に配置された第1の層とを備えている、マルチレイヤ構造を提供するステップ、
(ii)波長λのレーザビームを、該波長λに対して透明な前記第1の層の第1の部分に集束させることにより、前記第1の層内で高レーザ強度の領域を形成するステップであって、該高レーザ強度が、高レーザ強度の前記領域内で非線形吸収をもたらすのに十分なものであり、前記ビーム破壊要素が、該ビーム破壊要素の前記第1の層とは反対側に配置された前記キャリア材料または他の層に、前記非線形吸収が発生するのを防ぎ、前記非線形吸収が、前記レーザビームから前記第1の層の高強度の前記領域内へのエネルギー伝達を可能にして、該エネルギー伝達によって前記第1の層の高レーザ強度の前記領域内で、前記レーザビームの伝搬方向に延在する第1の穿孔を生成する、ステップ、
(iii)前記レーザビームを前記第1の層の第2の部分に集束させるステップ、および、
(iv)ステップ(ii)を繰り返して、前記基板の前記第2の部分に、前記レーザビームの前記伝搬方向に延在する第2の穿孔を形成するステップであって、前記ビーム破壊要素が、前記第2の穿孔の形成中に、該ビーム破壊要素の前記第1の層とは反対側に配置された前記キャリア材料または他の層に、前記非線形吸収が発生するのを防ぐ、ステップ、
を含むことを特徴とする方法。
2 レーザビーム
2b レーザビーム焦線
2c 誘起吸収の区間
6 光学アセンブリ
1450 レーザ穿孔
1452 欠陥ライン
Claims (10)
- レーザ処理の方法であって、
パルスレーザビームから形成されたレーザビーム焦線を、第1の層、第2の層、および前記第1の層と前記第2の層との間に位置するビーム破壊要素を備えているワークピース内に形成するステップ、
を有してなり、
前記レーザビーム焦線が前記第1の層内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、前記レーザビーム焦線に沿って前記第1の層内に欠陥ラインを生じさせることを特徴とする方法。 - 前記第2の層がキャリア層であることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記第1の層がガラスシートを含むことを特徴とする請求項1または2記載の方法。
- 前記レーザビームのパルス持続時間が、約1ピコ秒超と約100ピコ秒未満との間の範囲であることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の方法。
- 前記第1の層が、前記パルスレーザビームの波長で実質的に透明であることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の方法。
- 前記欠陥ラインの平均直径が、約0.1μmから約5μmの間の範囲であることを特徴とする請求項1から5いずれか1項記載の方法。
- 前記ワークピースおよび前記レーザビームを輪郭に沿って互いに対して相対移動させ、それにより前記ワークピース内に前記輪郭に沿って複数の欠陥ラインを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1から6いずれか1項記載の方法。
- 前記輪郭に沿って前記ワークピースを破断するステップをさらに含むことを特徴とする請求項7記載の方法。
- 前記輪郭に沿って赤外レーザを導くステップをさらに含むことを特徴とする請求項7または8記載の方法。
- 前記ワークピースが、OLED素子、DLP素子、LCDセル、または半導体デバイス、のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1から9いずれか1項記載の方法。
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