KR102288418B1 - 엣지 챔퍼처리 방법 - Google Patents

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알버트 로쓰 니에버
가렛 앤드류 피에취
헬무트 쉬일링게르
세르기오 추다
로버트 스테펜 와그너
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Abstract

레이저를 사용해 임의의 형상의 유리나 다른 기판의 엣지의 챔퍼처리 및/또는 베벨링처리가 본 명세서에 기재되어 있다. 유리 기판에 챔퍼를 만드는 3개의 일반적인 방법이 개시되어 있다. 제 1 방법은 초-단파 펄스 레이저를 사용하여 요구되는 챔퍼 형상을 갖는 엣지를 절단하는 단계를 포함한다. 초-단파 레이저를 사용하는 처리는 완전하게 자동화된 분리를 위해 CO2 레이저가 선택적으로 뒤따를 수 있다. 제 2 방법은 날카로운 엣지 코너의 열 응력 벗겨짐에 기초하고, 그리고 초단파 펄스 및/또는 CO2 레이저의 상이한 조합으로 작업하도록 입증되고 있다. 제 3 방법은 요구되는 형상의 챔퍼처리된 엣지를 형성하도록 초-단파 레이저로써 만들어진 흠 라인을 따라 재료의 분리를 실행하는 이온 교환에 의해 유도된 응력에 기초한다.

Description

엣지 챔퍼처리 방법{Edge Chamfering Methods}
본 출원은 2013년 12월 17일에 출원된 미국 가특허출원번호 제61/917,213호와 2014년 07월 10일에 출원된 미국 가특허출원번호 제62/022,885호 뿐만 아니라 미국 특허출원번호 제14/530,410호를 우선권 주장하고 있으며, 이들 특허문헌의 내용은 참조를 위해 본 명세서에 모두 통합되어 있다.
본 발명은 엣지 챔퍼처리 방법에 관한 것이다.
유리 패널이 건축물, 자동차, 소비자 전자제품에 사용되도록 절단되는 모든 경우에 있어서, 말하자면 수개의 영역에서, 상당한 주의를 필요로 할 수 있는 엣지가 존재한다. 여러 엣지 형상이 존재하는 만큼 많은 상이한 방법의 유리 절단 및 분리가 존재하게 된다. 유리는 전-자기 복사(레이저, 방전, 자이로트론(gyrotron) 등) 및 많은 다른 방법을 사용하여 기계적으로(CNC 기계가공, 연마 워터제트, 스크라이빙(scribing) 및 파단(breaking), 등) 절단될 수 있다. 더 전통적이고 통상적인 방법(스크라이빙 및 파단 또는 CNC 기계가공)은 상이한 타입 및 크기의 결함이 존재하는(populate) 엣지를 만든다. 또한 엣지가 표면에 완벽하게 수직이지 않다는 것이 통상적으로 발견되었다. 결함(defect)을 제거하기 위하여 그리고 향상된 강도를 갖는 더 고른 표면에 엣지를 형성하기 위하여, 상기 엣지는 통상적으로 연마처리된다. 연마 처리는 요구되는 마감처리를 행할 수 있고 또한 그 형태(둥그스름한, 챔퍼처리된, 연필 형상, 등)를 형성할 수 있는 엣지 재료의 연마 제거를 포함한다. 그라인딩 및 폴리싱 단계가 가능하도록, 최종적으로 요구되는 치수보다 더 큰 절단된 부분이 필요하게 된다.
결함을 제거하는 것이 엣지 강도를 향상시킬 것이라고 잘 알려져 알 수 있는 한편으로, 엣지에서, 강도를 갖는 형상에 대한 충격에 대해서는 용납이 되지 않는다. 형상이 충격에 대한 내손상성 및 엣지의 처리(handling)를 향상시키는데 도움이 된다고 알려져 있기 때문에 혼동이 주로 발생한다. 사실은, 엣지 형상이 실제로 휨(또는 굽힘) 력에 대한 저항으로 정의된 바와 같은 엣지 강도를 결정하지 않지만, 그러나 결함 크기 및 분포는 큰 충격을 갖는다는 것이다. 그러나, 형성된 엣지는 보다 작은 단면을 만듬으로써 그리고 결함을 포함함으로써 충격 저항성을 향상시키는데 도움이 된다. 예를 들면, 양 표면에 수직인 직선형 면을 갖는 엣지는 다른 한 물체에 의해 충격을 받을 때 파단되고 칩 발생하는(chip) 이들 직각의 코너에서 응력을 축적하게 된다. 축적된 응력 때문에, 결함의 크기는 매우 클 수 있고, 이는 엣지의 강도를 상당하게 감소시킬 것이다. 다른 한편으로, 라운드처리된 "둥그스름한(bull-nosed)" 형상의 엣지는, 그 보다 매끈한 형상에 기인하여, 엣지의 볼륨으로의 결함의 크기와 관통을 감소시키는데 도움이 되는 보다 작은 단면 및 보다 조금 축적된 응력을 가질 것이다. 따라서, 충격 이후에, 형성된 엣지는 평평한 엣지보다 더 큰 "굽힘" 강도를 가질 수 있다.
아래 언급된 이유 때문에, 표면에 수직하여 그리고 평평한 것과 대조적으로 엣지가 형성되게 하는 것이 종종 요구되어 질 수 있다. 이들 기계적 절단 및 엣지 형성 방법 중 중요한 하나의 특징은 기기의 유지보수 정도이다. 절단 및 연마 모두를 위해, 오래되고 마모된 절단 헤드나 연마 롤은, 심지어 맨 눈으로 차이를 알 수 없을지라도, 엣지의 강도에 상당하게 영향을 미칠 수 있는 손상을 만들 수 있다. 기계적 절단 및 연마 방법에 의한 다른 쟁점은 이들 방법이 매우 노동 집약적이고 그리고 많은 부스러기를 발생시키고 표면에 손상이 유도되는 것을 피하기 위한 세정 단계를 요구하는 최종 요구되는 마감처리 때까지 많은 연마 및 폴리싱 단계를 필요로 한다는 것이다.
처리 개발 및 비용 관점에서, 유리 기판의 절단 및 엣지 챔퍼처리 향상에 많은 기회가 존재한다. 오늘날 시장에서 현재 실시되는 것보다, 형성된 엣지를 만드는 보다 빠르고, 보다 청결하고, 보다 저렴하고, 보다 반복가능하고 보다 신뢰가능한 방법이 상당한 관심을 받고 있다. 여러 대안적인 기술 중에서, 레이저 및 다른 열원은 형성된 엣지를 만들도록 시도되고 있고 입증되고 있다.
일반적으로, 박피(ablative) 레이저 기술은 저 재료 제거율에 기인하여 느린 경향이 있고 또한 잔류 응력 및 미소-크랙을 야기하는 열 영향 구역 및 많은 부스러기를 발생시킨다. 동일한 이유 때문에, 엣지의 용융 및 재성형은 처리된 영역을 벗겨낼 수 있는 축적된 열 응력 및 많은 변형으로써 또한 문제가 된다. 최종적으로, 열 벗겨짐(thermal peeling) 또는 크랙 전파 기술을 위해, 직면하고 있는 주된 쟁점 중에서 하나의 쟁점은 벗겨짐이 연속적이지 않다는 것이다.
임의의 절단 처리에 의해 야기된 재료 개질 및 작은 미소크랙이나 표면 아래(subsurface) 손상은 유리나 다른 취성 재료의 엣지 강도에 대해 주된 관심사이다. 기계적 처리 및 박피 레이저 처리는 특히 표면 아래 손상과 관련하여 특히 문제가 된다. 이들 처리에 의한 엣지 절단은 전형적으로 표면 아래 손상 레이어를 제거하도록 많은 후-절단 연마 및 폴리싱을 요구하여, 소비자 전자제품에서처럼 가전제품에 대해 요구되는 성능 레벨까지 엣지 강도를 증대시킨다.
본 명세서에 기재된 실시예에 따라, 레이저를 사용하여 임의의 형상의 유리 기판의 엣지에 대한 챔퍼처리 및/또는 베벨링처리가 존재한다. 일 실시예는 완전하게 자동화된 분리를 위해 CO2 레이저가 선택적으로 뒤따를 수 있는 초-단파 펄스 레이저를 사용해 요구되는 챔퍼 형상을 갖는 엣지를 절단하는 단계를 포함한다. 다른 한 실시예가 초단파 펄스 및/또는 CO2 레이저의 상이한 조합에 의해 날카로운 엣지 코너를 열 응력 벗겨내는 단계를 포함한다. 다른 한 실시예는 초-단파 펄스 레이저를 사용하는 단계 및 동일한 임의의 절단 방법에 의해 유리 기판을 절단하는 단계와, 이어서 CO2 레이저의 사용에 의해서 단독으로 챔퍼처리하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 재료를 레이저 처리하는 방법은 레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계와 상기 재료에 제 1 입사 각도로 상기 재료에 레이저 빔 초점 라인을 나아가게 하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 빔 초점 라인은 상기 재료 내에 유도된 흡수를 발생시키고, 상기 유도된 흡수는 상기 재료 내에서 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만든다. 본 방법은 또한 재료 내에서 제 1 각도로 제 1 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 레이저 빔과 재료를 병진이동시키는 단계와, 상기 재료에 대한 제 2 입사 각도로 상기 재료에 레이저 빔 초점 라인을 나아가게 하는 단계를 포함하고, 상기 레이저 빔 초점 라인은 상기 재료 내에서 유도된 흡수를 발생시키고, 상기 유도된 흡수는 상기 재료 내에서 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만든다. 본 방법은 재료 내에서 제 2 각도로 제 2 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 레이저 빔이나 재료를 병진이동시키는 단계를 더 포함하고, 상기 제 2 평면은 상기 제 1 평면과 교차한다.
다른 한 실시예에 따라, 재료를 레이저 처리하는 방법은 레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계와, 재료 내의 N개의 평면의 각각의 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 재료로의 대응하는 입사 각도로 상기 재료에 레이저 빔 초점 라인을 나아가게 하는 단계를 포함하며, 상기 레이저 빔 초점 라인은 상기 재료 내에서 유도된 흡수를 만들고, 상기 유도된 흡수는 상기 재료 내에서 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만든다. 본 방법은 N개의 평면 중 대응하는 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 레이저 빔과 재료를 병진이동시키는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따라, 피가공물을 레이저 처리하는 방법은 피가공물로의 입사 각도로 상기 피가공물로 나아가게 된 레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계를 포함하고, 상기 각도는 상기 피가공물의 엣지를 교차하고, 상기 레이저 빔 초점 라인은 상기 피가공물 내에서 유도된 흡수를 만들며, 그리고 상기 유도된 흡수는 상기 피가공물 내에서 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만든다. 본 방법은 또한 피가공물 내에서 각도로 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 레이저 빔과 피가공물을 병진이동시키는 단계와, 상기 피가공물에 이온-교환 공정을 가함으로써 평면에 따라 상기 피가공물을 분리하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 재료를 레이저 처리하는 방법은 상기 재료로 나아가게 된 레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계를 포함하며, 상기 레이저 빔 초점 라인은 상기 재료 내에서 유도된 흡수를 만들고, 그리고 상기 유도된 흡수는 상기 재료 내에서 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만든다. 본 방법은 또한 분리될 부분을 추적하도록 재료 내에서 윤곽을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위해 상기 윤곽을 따라 서로와 관련하여 상기 재료 및 상기 레이저 빔을 병진이동시키는 단계와, 상기 재료로부터 상기 부분을 분리하는 단계를 포함한다. 본 방법은 제 1 챔퍼처리된 엣지를 형성하는 제 1 스트립을 벗겨내도록 부분의 제 1 표면에서 엣지에 인접한 라인을 따라 상기 부분에 초점맞춰진 적외선 레이저를 나아가게 하는 단계와, 제 2 챔퍼처리된 엣지를 형성하는 제 2 스트립을 벗겨내도록 상기 부분의 제 2 표면에서 엣지에 인접한 라인을 따라 상기 부분에 초점맞춰진 적외선 레이저를 나아가게 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 레이저 처리 방법이 제시되며,
상기 레이저 처리 방법은:
레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계;
재료 내에서 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만드는 유도된 흡수를 상기 재료 내에 발생시키는 레이저 빔 초점 라인을 상기 재료에 대한 제 1 입사 각도로 상기 재료에 나아가게 하는 단계;
상기 재료 내에서 제 1 각도로 제 1 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 상기 재료 및 상기 레이저 빔을 병진이동시키는 단계;
상기 재료 내에 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만드는 유도된 흡수를 상기 재료 내에 만드는 레이저 빔 초점 라인을 상기 재료에 제 2 입사 각도로 상기 재료에 나아가게 하는 단계; 및
상기 재료 내의 제 2 각도로 제 2 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 상기 재료 또는 상기 레이저 빔을 병진이동시키는 단계;를 포함하고, 상기 제 2 평면은 상기 제 1 평면과 교차한다.
본 발명의 재료를 레이저 처리하는 방법이 제시되며,
상기 재료를 레이저 처리하는 방법은:
레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계;
상기 재료 내의 N개의 평면 중 각각의 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 복수의 결함 라인을 형성하는 단계는:
(a) 상기 재료 내의 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만드는 유도된 흡수를 발생시키는 레이저 빔 초점 라인을, N개의 평면 중 한 평면에 대응하는 재료에 대한 입사 각도로 상기 재료에 레이저 빔 초점 라인을 나아가게 하는 단계;
(b) 상기 N개의 평면 중 한 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 상기 재료 및 상기 레이저 빔을 병진이동시키는 단계; 및
(c) 상기 N개의 평면 중 각각의 평면에 대해 단계 (a) 및 (b)를 반복하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 피가공물을 레이저 처리하기 위한 방법이 제시되며,
상기 피가공물을 레이저 처리하기 위한 방법은:
레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계;
상기 피가공물 내에서 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함 라인을 만드는 유도된 흡수를 상기 피가공물 내에서 발생시키는 레이저 빔 초점 라인을, 상기 피가공물의 엣지와 교차하는 상기 피가공물에 대한 입사 각도로 상기 피가공물에 나아가게 하는 단계;
상기 피가공물 내에서의 각도로 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위해, 서로와 관련하여 상기 레이저 빔과 상기 피가공물을 병진이동시키는 단계; 및
상기 피가공물에 이온-교환 공정이 실시됨으로써 상기 평면을 따라 상기 피가공물을 분리하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 재료를 레이저 처리하는 방법이 제시되며,
상기 재료를 레이저 처리하는 방법은:
레이저 빔 초점 라인에 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계;
상기 재료 내에서 상기 레이저 빔 초점 라인에 따른 결함 라인을 만드는 유도된 흡수를 상기 재료 내에서 발생시키는 레이저 빔 초점 라인을, 상기 재료에 나아가게 하는 단계;
상기 재료 내에서의 윤곽을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 상기 재료로부터 분리될 부분의 주변부를 추적하는 윤곽을 따라 서로와 관련하여 상기 레이저 빔과 상기 재료를 병진이동시키는 단계;
상기 재료로부터 상기 부분을 분리하는 단계;
분리된 부분의 제 1 챔퍼처리된 엣지를 형성하는 제 1 스트립을 벗겨내도록, 상기 부분의 제 1 표면에서 엣지에 인접한 라인을 따라 분리된 부분에 초점맞춰진 적외선 레이저를 나아가게 하는 단계; 및
분리된 부분의 제 2 챔퍼처리된 엣지를 형성하는 제 2 스트립을 벗겨내도록, 상기 부분의 제 2 표면에서 엣지에 인접한 라인을 따라 분리된 부분에 초점맞춰진 적외선 레이저를 나아가게 하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 유리 물품이 제시되며,
상기 유리 물품은 적어도 250 ㎛ 뻗어있는 복수의 결함 라인을 갖는 적어도 하나의 챔퍼처리된 엣지를 포함하며, 상기 결함 라인 각각은 약 5 ㎛ 이하의 직경을 갖는다.
상기 기재된 사항은 첨부된 도면에 개시된 바와 같은, 본 발명의 예시적인 실시예의 더욱 특별한 설명으로부터 명확해질 것이고, 상기 도면에서 동일한 부재번호는 상이한 시점으로 동일한 구성요소를 지시하도록 사용된다. 도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하고 있지만 반드시 축적에 맞게 도시된 것은 아니다.
도 1a - 도 1c는 개질된 유리의 동일하게 이격된 결함 라인을 갖는 흠(fault) 라인을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 레이저 빔 초점 라인의 위치결정, 즉, 초점 라인에 따른 유도된 흡수에 기인한 레이저 파장에 대해 투명한 재료의 처리를 나타낸 도면이다.
도 3a는 레이저 드릴링을 위한 광학 조립체의 도면이다.
도 3b-1 - 도 3b-4는 기판과 관련하여 레이저 빔 초점 라인을 상이하게 위치결정시킴으로써 상기 기판을 처리하기 위한 다양한 가능성을 나타낸 도면이다.
도 4는 레이저 드릴링을 위한 제 2 광학 조립체를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 레이저 드릴링을 위한 제 3 광학 조립체를 나타낸 도면이다.
도 6은 레이저 드릴링을 위한 제 4 광학 조립체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7a는 챔퍼 및 희생 엣지를 만드는, 더 거친 엣지를 형성하도록 본 명세서에 기재된 다양한 방법의 플로우차트이다.
도 7b는 결함 라인으로 챔퍼처리된 엣지를 만드는 처리를 나타낸 도면이다.
도 7c는 사전-결정된 평면을 따라 결함 라인을 만드는 초점맞춰지고 경사진 초단파 레이저를 사용해 유리 엣지를 레이저 챔퍼처리하는 것을 나타낸 도면이다. 상부는 바닥부 이미지에 대해 단지 2개와 비교된 3개의 결함 라인 평면을 사용하는 일례를 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 피코초 레이저에 대한 시간 함수로서 레이저 방사를 나타낸 도면이다. 각각의 방사는 하나 이상의 서브-펄스를 포함할 수 있는 펄스 "버스트"로 특징지워진다. 펄스 지속시간에 대응하는 시간, 펄스 사이의 분리, 및 버스트 사이의 분리가 도시되어 있다.
도 9는 유리에 의해 상당하게 흡수된 초점맞춰진 레이저에 의해 만들어진 열 구배를 나타낸 도면이다. 크랙 라인은 변형 구역과 연화 구역 사이에 있다.
도 10은 열 벗겨짐에 의한 엣지 챔퍼처리를 나타낸 도면이다.
도 11a는 결함 라인을 사용한 엣지 챔퍼 처리와 이후 열 벗겨짐을 나타낸 도면이다. 먼저, 피코초 레이저는 각도로 초점맞춰지고 그리고 결함 라인은 경사진 평면에 만들어진다. 이후 초점맞춰진 CO2 레이저는 제어된 측방향 오프셋에서 결함 라인 다음에 스캔된다. 유리의 스트립은 상기 코너로부터 벗겨지고 챔퍼를 형성한다.
도 11b는 도 11a에 도시된 처리에 의해 형성된 유리의 스트립이 결함 라인 평면을 따라서 완전하게 반드시 벗겨낼 필요가 없는, 엣지의 측면도로 도시된 도면이다.
도 12는 단지 초점맞춰진 CO2 레이저 만을 사용하여 벗겨지는 속도로써 엣지 챔퍼 변화를 나타낸 도면이다. 모든 다른 CO2 레이저 매개변수가 동일하게 유지되었다.
도 13은 부분의 엣지로의 충격에 의해 야기된 크랙의 전파를 저지하는, 희생 구역으로서 사용되도록 절단된 부분이 방출된 이후에 유지되는 결함 라인의 사용을 나타낸 도면이다.
도 14a는 요구되는 엣지 챔퍼를 형성하고 천공된 엣지를 제거하도록 충분한 응력을 가하는, 내부 결함 라인이 이온-교환되는, 절단된 부분을 나타낸 도면이다.
도 14b는 도 14a의 도면과 유사하지만, 그러나 단지 2개의 결함 라인 평면을 갖는, 챔퍼처리된 코너를 방출하는 이온 교환의 사용을 나타낸 도면이다.
도 14c는 많은 각도(3개 이상의 결함 라인 평면)를 갖는 챔퍼를 나타낸 도면이다.
예시적인 실시예가 아래 기재되어 있다.
본 명세서에 개시된 실시예는 레이저를 사용해 임의의 형상의 유리 기판과 다른 실질적으로 투명한 재료의 엣지의 챔퍼처리 및/또는 베벨링처리와 관련있다. 본 발명 범주 내에, 재료는, 흡수가 레이저 파장에서 mm의 재료 깊이당 약 10 %보다 작거나, 바람직하게는 약 1 %보다 작을 때, 이러한 레이저 파장에 실질적으로 투명하다. 제 1 실시예는 완전하게 자동화된 분리를 위해 적외선 (예를 들면, CO2) 레이저가 선택적으로 뒤따를 수 있는 초-단파 펄스 레이저를 사용해 요구되는 챔퍼 형상을 갖는 엣지를 절단하는 단계를 포함한다. 제 2 실시예는 초단파 펄스 및/또는 CO2 레이저의 상이한 조합으로써 날카로운 엣지 코너를 열 응력 벗겨내는 단계를 포함한다. 다른 한 실시예는 초단파 펄스 및/또는 CO2 레이저의 상이한 조합으로써 작업하기 위해 CO2 레이저의 사용에 의해, 챔퍼처리만이 뒤따르는, 초-단파 펄스 레이저의 사용과 같은 임의의 절단 방법으로써 유리 기판을 절단하는 단계를 포함한다.
제 1 방법에 있어서, 기본적인 처리 단계는 크랙 전파를 위한 최소 저항 경로와 이에 따른 기판 매트릭스로부터의 형상부의 분리 및 탈착을 만들고 요구되는 엣지 형상을 나타내는 교차 평면에 흠 라인을 만드는 것이다. 이러한 방법은 기본적으로 메인 기판 외측으로 부분을 절단하면서 형성된 엣지를 만든다. 레이저 분리 방법은 최초 기판 외측의 형성된 엣지의 수동 분리나, 부분 분리나, 또는 자가-분리가 가능하도록 조정될 수 있고 구성될 수 있다. 이들 흠 라인을 만드는 근본적인 원리는 2013년 01월 15일에 출원된 미국 특허출원번호 제61/752,489호와 아래 상세하게 기재되어 있고, 상기 특허문헌의 내용은 참조를 위해 본 명세서에 모두 통합되어 있다.
제 1 단계에 있어서, 처리될 물체는 기판의 두께 내내 관통하는 큰 종횡비의 라인 초점에 모아진(condensed) 초-단파 펄스 레이저 빔으로써 조사된다. 고 에너지 밀도의 이러한 볼륨 내에, 재료는 비선형 효과를 통해 개질된다. 이러한 큰 광학 강도없이, 비선형 흡수가 촉발되지 않는다는 것을 아는 것은 중요하다. 이러한 강도 문턱값 아래로, 재료는 레이저 복사에 투명하고 그 최초 상태로 유지된다.
레이저 발생원의 선택은 투명한 재료에서 다-광자 흡수(MPA, multi-photon absorption)를 유도하는 능력에 근거하게 된다. MPA는 보다 낮은 에너지 상태(통상적으로 기저 상태)로부터 보다 높은 에너지 상태(여기된 상태)까지 재료를 여기시키기 위하여 상이하거나 동일한 주파수의 다광자의 동시 흡수이다. 여기된 상태는 여기된 전자 상태 또는 이온화된 상태일 수 있다. 재료의 보다 높은 에너지 상태와 보다 낮은 에너지 상태 사이의 에너지 차이는 2개 이상의 광자의 에너지의 합과 동일하다. MPA는 비선형 처리이고, 이는 즉 일반적으로 선형 흡수보다 십의 몇승 정도 더 작다(several orders of magnitude weaker)는 것이다. MPA는, 상기 MPA의 강도가 광 강도의 보다 큰 파워 또는 자승에 따라 결정된다는 점에서 선형 흡수와 상이하며, 따라서 비선형 광학 처리를 하게 된다. 통상의 광 강도에서, MPA는 무시가능하다. 레이저 발생원(특히 펄스 레이저 발생원)의 초점 구역에서와 같이, 광 강도(에너지 밀도)가 극히 크다면, MPA는 주목할 만 하게 되고 광원의 에너지 밀도가 충분히 큰 구역 내에서, 재료에서 측정가능한 효과를 유도한다. 초점 구역 내에서, 에너지 밀도는 이온화를 초래하도록 충분히 클 수 있다.
원자 레벨에서, 개별 원자의 이온화는 별개의 에너지 요구조건을 갖는다. 유리에 통상적으로 사용된 여러 원소(예를 들면, Si, Na, K)가 비교적 적은 이온화 에너지(~5 eV)를 갖는다. MPA의 현상없이, 약 248 nm의 파장은 ~5 eV에서 선형 이온화를 만드는데 요구될 수 있다. MPA으로써, ~5 eV만큼 에너지 분리된 상태 사이의 이온화 또는 여기는 248 nm보다 더 긴 파장으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 532 nm의 파장을 갖는 광자는 ~2.33 eV의 에너지를 가지므로, 이로서 532 nm 파장을 갖는 2개의 광자는 예를 들면, 2개의-광자 흡수(TPA)에서 ~4.66 eV 만큼 에너지 분리된 상태 사이에서의 전이(transition)를 유도할 수 있다. 따라서, 원자 및 결합(bond)은 재료의 구역에서 선택적으로 여기되거나 이온화될 수 있으며, 상기 재료의 구역에서 레이저 빔의 에너지 밀도는 예를 들면, 요구되는 여기 에너지의 절반을 갖는 레이저 파장의 비선형 TPA를 유도하도록 충분히 크다.
MPA는 인접한 원자나 결합으로부터의 여기된 원자나 결합의 국부 재구성 및 분리를 초래할 수 있다. 결합 또는 구성에서의 최종 개질은 MPA가 발생하는 재료의 구역으로부터의 물질의 제거 및 비-열적 삭마를 초래할 수 있다. 이러한 물질의 제거는 기계적 또는 열 응력이 가해질 때, 재료를 기계적으로 취약하게 하고 크랙 또는 파쇄에 더욱 민감하게 되는 구조적 결함(예를 들면, 결함 라인, 손상 라인, 즉 "천공")을 만든다. 천공의 배치를 제어함으로써, 크랙이 발생하는 경로나 윤곽은 정밀하게 형성될 수 있고 그리고 재료의 정밀한 마이크로기계가공이 달성될 수 있다. 일련의 천공에 의해 형성된 윤곽은 흠 라인으로 여겨질 수 있고 그리고 재료에서의 구조적 취약부의 구역에 대응한다. 일 실시예에 있어서, 마이크로기계가공은 레이저에 의해 처리된 재료로부터의 부분의 분리를 포함하며, 이 경우 상기 부분은 레이저에 의해 유도된 MPA 효과를 통해 형성된 천공의 폐쇄된 윤곽에 의해 결정된 주변부나 정밀하게 형성된 형상을 갖는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 폐쇄된 윤곽이라는 용어는 레이저 라인에 의해 형성된 천공 경로를 의미하며, 여기서 상기 경로가 여러 위치에서 그 자체로 교차한다. 내부 윤곽은 형성된 경로이며, 이 경우 최종 형상이 재료의 외측 부분에 의해 완전하게 둘러싸인다.
레이저는 초단파 펄스 레이저(대략 수십 피코초나 이보다 짧은 펄스 지속시간)이고 펄스 모드나 버스트 모드에서 작동될 수 있다. 펄스 모드에 있어서, 일련의 공칭으로 동일한 하나의 펄스가 레이저로부터 방사되어 피가공물에 나아가게 된다. 펄스 모드에 있어서, 레이저의 반복률은 펄스 사이의 시간에서 간격에 의해 결정된다. 버스트 모드에 있어서, 버스트의 펄스가 레이저로부터 방사되고, 이 경우 각각의 버스트는 (동일하거나 상이한 진폭의) 2개 이상의 펄스를 포함한다. 버스트 모드에 있어서, 버스트 내의 펄스가 제 1 시간 간격(버스트에 대해 펄스 반복률을 형성함) 만큼 분리되고, 상기 버스트는 제 2 시간 간격(버스트 반복률을 형성함) 만큼 분리되며, 이 경우 상기 제 2 시간 간격은 전형적으로 상기 제 1 시간 간격보다 상당히 더 길다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이(펄스 모드 또는 버스트 모드의 상황에서의 여부), 시간 간격은 펄스 또는 버스트의 대응하는 부분 사이의 시간 차이를 의미한다(예를 들면, 리딩 엣지-대-리딩 엣지, 피크-대-피크, 또는 트레일링 엣지-대-트레일링 엣지). 펄스 반복률 및 버스트 반복률은 레이저의 설계에 의해 제어되고, 그리고 레이저의 작동 상태를 조정함으로써, 한계치 내에서 전형적으로 조정될 수 있다. 전형적인 펄스 반복률 및 버스트 반복률은 kHz 내지 MHz 범위에 속한다.
레이저 펄스 지속시간(펄스 모드에서 또는 버스트 모드에서 버스트 내 펄스에 대해)은 10-10 이하, 또는 10-11 이하, 또는 10-12 이하, 또는 10-13 이하일 수 있다. 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예에 있어서, 레이저 펄스 지속시간은 10-15 보다 더 크다.
천공은 기판 또는 스택 및/또는 레이저의 이동 제어를 통해 상기 레이저와 관련된 기판이나 스택의 속도를 제어함으로써 정밀하게 위치될 수 있고 이격될 수 있다. 일례로서, 펄스(또는 펄스의 버스트)에 노출되어 200 mm/sec로 이동하는 얇고 투명한 기판에서, 개별 펄스는 2 미크론 만큼 분리된 일련의 천공을 만들도록 2 미크론 이격될 것이다. 이러한 결함 라인 (천공) 간격은 일련의 천공에 의해 형성된 윤곽에 따른 기계적 또는 열적 분리가 가능하도록 충분하게 가깝다.
도 1a - 도 1c는 기판 재료(예를 들면, 사파이어 또는 유리)를 절단 및 분리하는 방법이 복수의 수직 결함 라인(120)으로 형성된 흠 라인(110)을 초-단파 펄스 레이저(140)에 의해 기판 재료(130)에 만드는 단계에 기본적으로 기초할 수 있다는 것을 나타내고 있다. 재료 특성(흡수, CTE, 응력, 조성, 등) 및 재료(130)를 처리하기 위해 선택된 레이저 매개변수에 따라, 흠 라인(110) 하나의 생성은 자가-분리를 유도하는데 충분할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 인장력/굽힘력, 가열, 또는 CO2 레이저와 같은 2차 분리 처리가 필요하지 않다. 흠 라인(110)의 방향에 따른 인접한 결함 라인(120) 사이의 거리는 예를 들면, 0.25 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 0.50 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 또는 0.50 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 또는 0.50 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 0.50 ㎛ 내지 3.0 ㎛ 또는 3.0 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
특별한 경로 또는 윤곽 상을 레이저 스캔함으로써, 일련의 천공이 기판으로부터 분리될 부분의 형상이나 주변부를 형성하게 만들어진다(수 미크론 폭). 일련의 천공이 또한 본 명세서에서 흠 라인으로 지시될 수 있다. 사용된 특별한 레이저 방법(아래 기재됨)은 하나의 패스에 있어서, 표면 아래 손상 및 부스러기가 극히 발생하지 않고도(< 75 ㎛, 종종 < 50 ㎛), 재료를 통한 상당하게 제어된 천공이 만들어진다는 장점을 갖는다. 이는 다수의 패스가 유리 두께를 완전하게 천공하는데 종종 필요한, 재료를 제거하는(ablate) 스팟-초점맞춰진 레이저의 전형적인 사용과 반대이며, 많은 양의 부스러기가 삭마 처리로부터 형성되고, 그리고 더 넓은 표면 아래 손상(> 100 ㎛) 및 엣지 칩핑(chipping)이 발생한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 표면 아래 손상은 본 발명에 따라 레이저 처리되는 기판 또는 재료로부터 분리된 부분의 주변부 표면에서의 구조적 불안전부의 최대 크기(예를 들면, 길이, 폭, 직경)를 의미한다. 구조적 불안전부가 주변부 표면으로부터 뻗어있기 때문에, 표면 아래 손상은 또한 본 발명에 따른 레이저 처리로부터의 손상이 발생하는 주변부 표면으로부터의 최대 깊이로 여겨질 수 있다. 분리된 부분의 주변부 표면은 상기 분리된 부분의 엣지 표면이나 엣지로 본 명세서에서 여겨질 수 있다. 구조적 불안전부는 크랙이나 보이드(void)일 수 있고 그리고 기판 또는 재료로부터 분리된 부분의 파괴 또는 파쇄를 촉발시키는 기계적 취약부의 지점을 나타낸다. 표면 아래 손상의 크기를 최소화함으로써, 본 방법은 분리된 부분의 구조적 합치성과 기계적 강도를 향상시킨다.
여러 경우에 있어서, 만들어진 흠 라인은 기판으로부터 부분을 동시에 분리하는데 충분하지 않고 2차 단계가 필요할 수 있다. 만약 필요하게 된다면, 제 2 레이저는 부분을 분리하는 열 응력을 만드는데 사용될 수 있다. 분리는, 흠 라인의 생성 이후에, 예를 들면, 기계적 힘을 가함으로써 또는 열원(예를 들면, 적외선 레이저, 예를 들면, CO2 레이저)을 사용함으로써, 기판으로부터 분리할 부분에 열 응력 및 힘을 만들어, 달성될 수 있다. 다른 한 선택은 CO2 레이저 만이 분리를 개시하고 이후 수동으로 분리를 마무리하는 것이다. 선택적인 CO2 레이저 분리가 예를 들면, 10.6 ㎛에서 방사되는 초점이탈(defocus)된 cw 레이저와 듀티 사이클을 제어함으로써 조정된 파워로써, 달성된다. 초점 변경(즉, 초점맞춰진 스팟 크기를 포함하고 상기 스팟 크기에 이르는 초점이탈 정도)은 스팟 크기를 변경시킴으로써 유도된 열 응력을 변경시키도록 사용된다. 초점이탈된 레이저 빔은 레이저 파장의 대략적인 크기의 최소 회절-제한된 스팟 크기보다 더 큰 스팟 크기를 만드는 이들 레이저 빔을 포함한다. 예를 들면, 약 2 mm 내지 12 mm, 또는 7 mm, 2 mm 및 20 mm의 초점이탈된 스팟 크기(1/e2 직경)는 CO2 레이저에 대해 사용될 수 있으며, 예를 들면, 상기 레이저의 회절-제한된 스팟 크기는 10.6 ㎛의 주어진 방사 파장보다 상당히 더 작다. cw 레이저의 파워 밀도가 비교적 작은 강도 빔을 제공하도록 제어되거나 선택되어, 레이저 스팟이 기판 재료의 표면을 가격하게 되고 이에 따라 삭마 없이 그리고 결함 라인을 포함한 평면으로부터 실질적으로 편차하는 크랙의 형성을 유도하지 않으면서 열 응력을 만든다. 결함 라인으로부터 편차하는 크랙의 길이는 20 ㎛ 보다 작거나, 5 ㎛보다 작거나, 또는 1 ㎛보다 더 작다.
결함 라인을 만드는 수개의 방법이 존재한다. 라인 초점을 형성하는 광학 방법은 도넛 형상의 레이저 빔과 구형 렌즈, 악시콘(axicon) 렌즈, 회절 소자, 또는 고 강도의 선형 구역을 형성하는 다른 방법을 사용하여, 다수의 형태를 취할 수 있다. 레이저(피코초, 펨토초, 등) 및 파장(IR, 녹색, UV, 등)의 타입은 또한, 충분한 광학 강도가 비선형 광학 효과를 통해 기판 재료가 고장(breakdown)나도록 초점 구역에 도달하는 한, 변할 수 있다. 기판 재료는 유리, 유리 라미네이트, 유리 합성물, 사파이어, 유리-사파이어 스택, 및 레이저의 파장에 실질적으로 투명한 다른 재료를 포함한다. 사파이어 레이어는 예를 들면, 유리 기판 상에 접합될 수 있다. 유리 기판은 예를 들면, Corning의 Eagle X6®와 같은 고-성능 유리 또는 소다-라임 유리와 같은 저렴한 유리를 포함할 수 있다.
본 출원에 있어서, 초-단파 펄스 레이저는 일정하고, 제어가능하며 반복가능한 방식으로 큰 종횡비의 수직 결함 라인을 만들도록 사용된다. 이러한 수직 결함 라인의 생성을 가능하게 하는 광학 셋업의 상세한 사항이 아래 기재되어 있고 그리고 상기에서 또한 참조한 2013년 01월 15에 출원된 미국 특허출원번호 제61/752,489호에 기재되어 있으며, 이 특허문헌의 내용은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 참조를 위해 그 내용이 모두 통합되어 있다. 이러한 개념의 본질은 초-단파(피코초 또는 펨토초 지속기간) Bessel 빔을 사용하여 테이퍼가 없는 마이크로 채널, 큰 종횡비의 구역을 만들도록 광학 렌즈 조립체에서 악시콘 렌즈 소자를 사용하는 것이다. 달리 말하자면, 악시콘은 기판 재료에서 큰 종횡비(긴 길이 및 작은 직경) 및 원통형 형상의 고 강도 구역에 레이저 빔을 모은다. 모아진 레이저 빔으로써 만들어진 고 강도 때문에, 기판 재료 및 레이저의 전자기장의 비선형 상호작용이 발생하고 레이저 에너지가 기판에 전달되어 흠 라인의 구성성분이 되는 결함 형성에 영향을 미친다. 그러나, 레이저 에너지 강도가 크지 않은 재료의 영역에서(예를 들면, 중앙 수렴 라인을 둘러싸는 기판의 볼륨, 기판 표면에서), 상기 재료가 레이저에 투명하고 그리고 상기 레이저로부터 상기 재료로 에너지를 전달하는 메카니즘이 없다는 것을 아는 것은 중요하다. 이 결과, 레이저 강도가 비선형 문턱값 아래일 때, 기판에 아무것도 발생하지 않는다.
상기 기재된 바와 같이, 하나 이상의 고 에너지 펄스 또는 고 에너지 펄스의 하나 이상의 버스트를 사용하여, 투명한 재료에, 미세한(예를 들면, 직경이 < 0.5 ㎛이고 > 100 nm, 또는 직경이 < 2 ㎛이고 > 100 nm) 세장형 결함 라인(또한 천공 또는 손상 트랙으로 본 명세서에서 언급됨)이 만들어질 수 있다. 천공은 레이저에 의해 개질된 기판 재료의 구역을 나타낸다. 레이저-유도된 개질은 기판 재료의 구조를 붕괴하고 기계적 취약부의 위치를 이룬다. 구조적 붕괴는 압착, 용융, 재료의 이탈(dislodging), 재배열, 및 결합 분열을 포함한다. 천공은 기판 재료의 내부로 뻗어있고 그리고 레이저의 단면 형상(일반적으로 원형)과 일치하는 단면 형상을 갖는다. 천공의 평균 직경은 0.1 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 10 ㎛, 또는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 천공은 기판 재료의 상부로부터 바닥부까지 뻗어있는 개방 채널이나 구멍인 "관통 구멍"이다. 여러 실시예에 있어서, 천공은 연속적으로 개방된 채널이 아닐 수 있으며, 레이저에 의해 기판 재료로부터 이탈된 고체 재료의 섹션을 포함할 수 있다. 이탈된 재료는 천공에 의해 형성된 공간을 차단하거나 부분적으로 차단한다. 하나 이상의 개방 채널(차단되지 않은 구역)은 이탈된 재료의 섹션 사이에서 분산될 수 있다. 개방 채널의 직경은 < 1000 nm이거나, < 500 nm이거나, < 400 nm이거나, 또는 < 300 nm일 수 있으며, 또는 10 nm 내지 750 nm일 수 있거나, 또는 100 nm 내지 500 nm일 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예에서 구멍을 둘러싸는 재료의 지장을 받거나 또는 개질된 영역(예를 들면, 압착되거나, 용융되거나, 또는 그렇지 않으면 변경된)은 바람직하게는 < 50 ㎛ (예를 들면, < 10 ㎛)의 직경을 갖는다.
개별 천공은 수백 kilohertz의 속도로 만들어질 수 있다(예를 들면, 초당 수 십만 천공). 따라서, 레이저 발생원과 재료 사이의 상대 운동으로써, 이들 천공은 서로 인접하여 배치될 수 있다(서브-미크론 내지 수 미크론 변하는 공간 분리 또는 필요에 따라 심지어 수십 미크론 변하는 공간 분리). 이러한 공간 분리는 절단을 용이하게 하기 위해 선택된다.
도 2a 및 도 2b를 다시 살펴보면, 재료를 레이저 드릴링하는 방법은 빔 전파 방향을 따라서 봤을 때, 펄스 레이저 빔(2)을 레이저 빔 초점 라인(2b)에 초점맞추는 단계를 포함한다. 레이저 빔 초점 라인(2b)은 여러 방식, 예를 들면, Bessel 빔, Airy 빔, Weber 빔 및 Mathieu 빔(즉, 비-회절 빔)으로 만들어질 수 있으며, 이들 빔의 장(field) 프로파일은 Gaussian 작용보다 횡단 방향(즉, 전파 방향)에서 더욱 느리게 감소(decay)하는 특별한 작용에 의해 전형적으로 주어진다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 레이저(3)(도시 생략)는 광학 조립체(6) 상에 입사되는, 부재번호(2a)로 지시되는, 광학 조립체(6)의 빔 입사 측에서, 레이저 빔(2)을 방사한다. 광학 조립체(6)는 빔 방향에 따라 형성된 확장 범위(초점 라인의 길이(l)) 상에서 아웃풋 측에서 레이저 빔 초점 라인(2b)에 입사 레이저 빔을 휘게 한다(turn). 처리될 평면 기판(1)은 레이저 빔(2)의 레이저 빔 초점 라인(2b)을 적어도 부분적으로 겹치는 광학 조립체 이후 빔 경로에 위치된다. 부재번호 1a는 레이저 또는 광학 조립체(6)를 면한 평면 기판의 표면을 각각 지시하고 있고, 그리고 부재번호 1b는 기판(1)의 반대 표면(광학 조립체(6) 또는 레이저로부터 더욱 멀거나 가깝지 않은 표면)을 지시하고 있다. 기판 두께(평면(1a 및 1b)에, 즉, 기판 평면에 수직으로 측정됨)는 부재번호 d로 지시되어 있다.
도 2a가 나타내고 있는 바와 같이, 기판(1)은 길이방향 빔 축선에 수직으로 이에 따라 광학 조립체(6)에 만들어진 동일한 초점 라인(2b) 뒤에 실질적으로 정렬되고(상기 기판은 도면의 평면에 수직함), 그리고 빔 방향을 따라 보았을 경우, 빔 방향에서 본 초점 라인(2b)이 기판의 표면(1a) 이전에 시작하고 기판의 표면(1b) 이전에 정지하게, 즉 상기 기판 내에 계속 있는 방식으로 초점 라인(2b)과 관련하여 위치된다. 기판(1)을 구비한 레이저 빔 초점 라인(2b)의 겹치는 영역에 있어서, 즉 초점 라인(2b)에 의해 커버된 기판 재료에 있어서, 상기 레이저 빔 초점 라인(2b)은 이에 따라 (길이(l)의 섹션에서, 즉 길이(l)의 라인 초점에서 레이저 빔(2)의 초점맞춤에 기인하여 보장되는 상기 레이저 빔 초점 라인(2b)을 따른 적당한 레이저 강도의 경우에) 길이방향 빔 방향과 정렬된 섹션(2c)을 만들고, 이를 따라서 유도된 비선형 흡수가 기판 재료에 만들어진다. 이러한 라인 초점은 여러 방식에 의해, 예를 들면, Bessel 빔, Airy 빔, Weber 빔 및 Mathieu 빔(즉, 비-회절 빔)에 의해 만들어질 수 있고, 이들 빔의 장 프로파일은 Gaussian 작용보다 횡단 방향(즉, 전파 방향)에서 더욱 느리게 감소하는 특별한 작용에 의해 전형적으로 주어진다. 유도된 비선형 흡수는 섹션(2c)을 따라서 기판 재료에 결함 라인 형성을 유도한다. 결함 라인 형성은 국부적일 뿐만 아니라, 유도된 흡수의 섹션(2c)의 총 길이를 넘어 뻗어있다. 섹션(2c)의 길이(기판(1)과 레이저 빔 초점 라인(2b)의 겹치는 길이에 대응)는 부재번호 L로 지시된다. 유도된 흡수의 섹션(또는 결함 라인이 형성되는 기판(1)의 재료에서의 섹션)의 정도나 평균 직경은 부재번호 D로 지시된다. 평균 연장부(D)는 레이저 빔 초점 라인(2b)의 평균 직경(δ), 즉, 약 0.1 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 평균 스팟 직경에 기본적으로 대응한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 기판 재료(레이저 빔(2)의 파장(λ)에 대해 투명함)는 초점 라인(2b)에 따른 유도된 흡수에 기인하여 가열된다. 도 2b는 가열된 기판 재료가 종국에는 팽창하여, 대응하는 유도된 장력이 미소-크랙 형성을 유도하며, 상기 장력은 표면(1a)에서 최고로 크다는 것을 나타내고 있다.
이들 광학 조립체가 적용될 수 있는 광학 시스템 뿐만 아니라, 초점 라인(2b)을 만들도록 적용될 수 있는 대표적인 광학 조립체(6)가 아래 기재되어 있다. 모든 조립체 또는 시스템은 상기 기재에 기초하여, 동일한 부재번호가 동일한 구성요소나 특징부에 또는 동일하게 작동하는 부재에 대해 사용된다. 따라서 차이점만이 아래 기재되어 있다.
분리가 발생하는 분리된 부분의 표면의 고 품질을 보장하기 위하여(파단 강도, 기하학적 정밀도, 거칠기 및 재-기계가공 요건의 불필요(avoid)와 관련하여), 분리 라인(흠 라인)에 따라 기판 표면 상에 위치된 개별 초점 라인이 아래 기재된 광학 조립체(이후, 광학 조립체가 또한 대안적으로 레이저 광학으로 언급됨)를 사용해 만들어질 수 있다. 분리된 표면(분리된 부분의 주변부 표면)의 거칠기 결과는 초점 라인의 스팟 직경에 의해 또는 스팟 크기에 의해 주로 결정된다. 표면의 거칠기는 예를 들면, ASME B46.1 표준에 의해 정의된 Ra 표면 거칠기 매개변수에 의해 특징지워질 수 있다. ASME B46.1에 기재된 바와 같이, Ra는 평가 길이 내에 기록된, 평균 라인으로부터의 표면 프로파일 높이 편차의 절대 값의 산술 평균이다. 대안적인 용어로서, Ra는 평균과 관련된 표면의 개별 특징(피크 및 밸리)의 한 세트의 절대 높이 편차의 평균이다.
예를 들면, 기판(1)의 재료와 상호작용하는 레이저(3)의 주어진 파장(λ)에 대해 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛의 작은 스팟 크기를 달성하기 위하여, 특정 요구조건은 반드시 통상적으로 레이저 광학(6)의 개구 수에 도입되어야 한다. 이들 요구조건은 아래 기재된 레이저 광학(6)에 의해 만족된다. 요구되는 개구 수를 달성하기 위하여, 광학은 한편으로, 알려진 Abb
Figure 112016068759567-pct00001
공식(N.A. = n sin (theta), n: 처리될 유리의 굴절률, theta: 개구 각도 절반; 그리고 theta = arctan (DL/2f); DL: 개구 직경, f: 초점 길이)에 따라, 주어진 초점 길이에 대해 요구되는 개구를 반드시 배치해야 한다. 다른 한편으로, 레이저 빔은 광학을 요구되는 개구에 이르기까지 반드시 조명해야 되며, 이는 전형적으로 초점맞춤 광학과 레이저 사이의 텔레스코프의 와이드닝(widening)을 사용하는 빔 와이드닝에 의해 달성된다.
스팟 크기는 초점 라인에 따라 일정한 상호작용 목적으로 매우 확실하게(strongly) 변할 수 없다. 이는, 예를 들면, 빔 개구와 이에 따른 개구 수의 퍼센티지 만이 조금 변하도록 작은 원형 영역 내에서만 초점맞춤 광학을 조명하여, 보장될 수 있다(아래 실시예 참조).
도 3a에 따르면(레이저 복사(2)의 레이저 빔 다발에서의 중앙 빔의 레벨로 기판 평면에 수직한 섹션; 여기서, 또한, 레이저 빔(2)은 (광학 조립체(6)에 진입하기 전) 기판 평면에 수직으로 입사되며, 즉 각도(Θ)는 초점 라인(2b) 또는 유도된 흡수의 섹션(2c)이 기판 법선에 평행하도록 0°임), 레이저(3)에 의해 방사된 레이저 복사(2a)는 사용된 레이저 복사에 대해 완전하게 불투명한 원형 개구(8)에 먼저 나아가게 된다. 개구(8)는 길이방향 빔 축선에 수직으로 정위되고 그리고 묘사된 빔 다발(2a)의 중앙 빔에 중심맞춰진다. 개구(8)의 직경은, 중앙 빔(부재번호 (2aZ)로 지시됨) 또는 빔 다발(2a)의 중앙 근처의 빔 다발이 개구를 가격하고 이로써 완전하게 흡수되는 방식으로, 선택된다. 빔 다발(2a)의 외측 주변부 범위에서의 빔(주변 광선, 부재번호 2aR로 지시됨)만이 빔 직경에 비해 감소된 개구 크기에 기인하여 흡수되지 않지만, 그러나 개구(8)를 측방향으로 통과하며, 그리고 본 실시예에 있어서, 구형으로 절단된, 양면-볼록 렌즈(7)로서 설계된, 광학 조립체(6)의 초점맞춤 광학 소자의 주변 영역을 가격한다.
중앙 빔에 중심맞춰진 렌즈(7)는 공통의, 구형으로 절단된 렌즈의 형태로 비-교정된, 양면-볼록 초점맞춤 렌즈로서 의도적으로 설계된다. 이러한 설계의 실시예에 있어서, 이러한 렌즈의 구형 수차는 의도적으로 사용된다. 대안예로서, 이상적인 초점이 아닌, 형성된 길이의 명확한, 세장형 초점 라인을 형성하는, 이상적으로 교정된 시스템으로부터 벗어나는 비구면 또는 다중-렌즈 시스템(즉, 하나의 초점을 갖지 않는 시스템이나 렌즈)이 또한 사용될 수 있다. 따라서 렌즈의 구획부는 렌즈 중앙으로부터의 거리의 영향을 받아 초점 라인(2b)을 따라 초점맞춘다. 빔 방향을 가로지른 개구(8)의 직경은 빔 다발의 직경(1/e2로 감소하도록 연장부에 의해 형성된 빔 다발 직경)의 대략적으로 90%이고 그리고 광학 조립체(6)의 렌즈(7)의 직경의 대략적으로 75%이다. 중앙에서 빔 다발을 차단함으로써 만들어진 수차-교정되지 않은 구형 렌즈(7)의 초점 라인(2b)이 이에 따라 사용된다. 도 3a은 중앙 빔을 통한 한 평면에서의 섹션을 나타내고 있으며, 완전한 3차원 다발은 묘사된 빔이 초점 라인(2b) 주위에서 회전될 때 보여질 수 있다.
도 3a에 도시된 시스템 및 렌즈(7)에 의해 형성된 이러한 타입의 초점 라인의 하나의 잠재적인 단점은 재료에서의 초점 라인을 따라, 그리고 이에 따른 요구되는 깊이에 따라 조건(스팟 크기, 레이저 강도)이 변한다는 것이고, 그리고 이에 따라 요구되는 타입의 상호작용(용융, 유도된 흡수, 크랙 형성에 이르는 열-소성 변형 없음)이 초점 라인의 선택된 부분에서만 가능하게 발생할 수 있다는 것이다. 이는 결국 입사 레이저 광의 단지 한 부분만이 가능한 요구되는 방식으로 흡수된다는 것을 의미한다. 이처럼, 한편으로, 처리 효율(요구되는 분리 속도에 대해 필요한 평균 레이저 파워)이 악화되고, 다른 한편으로 레이저 광은 요구되지 않은 보다 깊은 장소(기판이나 기판 유지 고정부에 부착된 부분 또는 레이어)로 전송될 수 있으며, 그리고 바람직하지 못한 방식으로 상기 장소에서 상호작용한다(가열, 발산, 흡수, 원치않는 개질).
도 3b-1 내지 도 3b-4(도 3a에서의 광학 조립체에 대해서 뿐만 아니라, 기본적으로 임의의 다른 적용가능한 광학 조립체(6)에 대해서)는, 레이저 빔 초점 라인(2b)이 광학 조립체(6)의 매개변수를 적당하게 선택함으로써 뿐만 아니라 기판(1)과 관련하여 광학 조립체(6)를 적당하게 위치결정 및/또는 정렬 시킴으로써 상이하게 위치될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 도 3b-1에 나타내어진 바와 같이, 초점 라인(2b)의 길이(l)는 기판 두께(d)를 초과하는 방식(이 경우 인자 2 만큼)으로 조정될 수 있다. 기판(1)이 초점 라인(2b)으로 중앙에(길이방향 빔 방향으로 보았을 때) 배치된다면, 섹션(2c)의 유도된 흡수가 총 기판 두께 내내 발생된다. 레이저 빔 초점 라인(2b)은 예를 들면, 약 0.1 mm 내지 약 100 mm, 약 0.1 mm 내지 약 10 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm의 길이(l)를 가질 수 있다. 다양한 실시예가 예를 들면, 약 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.7 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm 또는 5 mm의 길이(l)를 갖도록 구성될 수 있다.
도 3b-2에 도시된 경우에 있어서, 길이(l)의 초점 라인(2b)이 기판 연장부(d)에 다소간 대응하여 만들어진다. 라인(2b)이 기판 이전에, 즉 외측 한 지점에서 시작하는 방식으로 라인(2)과 관련하여 기판(1)이 위치됨에 따라, 유도된 흡수의 섹션(2c)의 길이(l)(이 경우 기판 표면으로부터 형성된 기판 깊이까지 뻗어있지만, 반대 표면(1b)까지 뻗어있지 않음)가 초점 라인(2b)의 길이(l) 보다 더 작은 방식으로, 위치된다. 도 3b-3는, 도 3b-2에서와 같이, 라인(2b)의 길이(l)가 기판(1)에서의 유도된 흡수의 섹션(2c)의 길이(l) 보다 더 크도록, 기판(1)(빔 방향을 따라서 보았을 때)이 초점 라인(2b)의 시작 점 상에 위치되는 경우를 나타내고 있다. 따라서, 초점 라인은 기판 내에서 시작하고 그리고 기판을 지나 반대(먼) 표면(1b)을 넘어 뻗어있다. 도 3b-4는 - 입사 방향에서 본 초점 라인과 관련한 기판의 중앙 위치결정의 경우에 - 초점 라인이 기판 내의 표면(1a) 근처에서 시작하고 기판 내 표면(1b) 근처에서 끝나도록(l = 0.75 ㆍ d), 초점 라인 길이(l)가 기판 두께(d)보다 더 작은 경우를 나타내고 있다.
적어도 하나의 표면(1a, 1b)이 초점 라인에 의해 커버되는 방식으로, 즉 유도된 흡수의 섹션(2c)이 하나의 표면에서 적어도 시작하는 방식으로, 초점 라인의 위치결정을 실현하는데 특히 유리하다. 이처럼, 삭마, 페더링(feathering) 및 표면에서의 입자분포(particulation)를 피하면서 사실상 이상적인 드릴링이나 절단을 달성할 수 있다.
도 4는 다른 한 적용가능한 광학 조립체(6)를 나타내고 있다. 기본적인 구성이 도 3a에서 기재된 구성을 따르므로, 단지 차이만이 아래 기재되어 있다. 묘사된 광학 조립체는 형성된 길이(l)의 초점 라인이 형성되는 방식으로 형성된, 초점 라인(2b)을 만들기 위하여, 비구형 자유 표면을 갖는 광학의 사용에 기초한다. 이를 위하여, 비구면은 광학 조립체(6)의 광학 소자로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 있어서, 악시콘으로 또한 종종 언급되는 소위 원추형 프리즘이 사용된다. 악시콘은 광학 축선에 따른 라인에 스팟 형성원을 형성하는(또는 레이저 빔을 링으로 변환하는) 특별한 원추형으로 절단된 렌즈이다. 이러한 악시콘의 레이아웃은 당업자에게 주로 알려져 있으며; 이러한 예에서 콘 각도는 10°이다. 부재번호 9로써 본 명세서에서 지시된 악시콘의 정점은 입사 방향 쪽으로 나아가게 되고 빔 중앙에 중심맞춰진다. 악시콘(9)의 초점 라인(2b)이 사전에 그 내부에서 시작함에 따라, 기판(1)(여기서 메인 빔 축선에 수직으로 정렬됨)은 악시콘(9) 바로 뒤 빔 경로에 위치될 수 있다. 도 4에 나타내어진 바와 같이, 또한 초점 라인(2b)의 범위 내에서 유지되면서 악시콘의 광학 특성에 기인하여 빔 방향을 따라 기판(1)이 이동(shift)될 수 있다. 기판(1)의 재료에서 유도된 흡수의 섹션(2c)이 따라서 총 기판 깊이(d)를 넘어 뻗어있다.
그러나, 묘사된 레이아웃은 아래 기재된 바와 같은 제한을 받게 됨: 악시콘(9)에 의해 형성된 초점 라인(2b)의 구역이 악시콘(9)으로써 시작하기 때문에, 상당한 부분의 레이저 에너지는, 처리될 재료와 악시콘(9) 사이에 분리가 발생하는 상황에서, 재료 내에 위치된, 초점 라인(2b)의 유도된 흡수의 섹션(2c)에 초점맞춰지지 않는다. 더욱이, 초점 라인(2b)의 길이(l)는 악시콘(9)의 콘 각도와 굴절률에 대한 빔 직경과 관련된다. 이는 비교적 얇은 재료의 경우에(수 밀리미터인 경우), 총 초점 라인이 기판의 두께보다 상당히 더 길어, 레이저 에너지가 재료에 다시 특별하게 초점맞춰지지 않는다는 효과를 갖기 때문이다.
이러한 이유 때문에, 악시콘 및 초점맞춤 렌즈 모두를 포함한 광학 조립체(6)가 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 도 5a는 이와 같은 광학 조립체(6)를 나타내고 있으며, 상기 광학 조립체에서, 레이저 빔 초점 라인(2b)을 형성하도록 설계된 비-구형 자유 표면을 갖는 제 1 광학 소자(빔 방향을 따라 보았을 때)가 레이저(3)의 빔 경로에 위치된다. 도 5a에 도시된 경우에 있어서, 이러한 제 1 광학 소자는 레이저 빔(3)에 중심맞춰지고 빔 방향에 수직으로 위치되는, 5°의 콘 각도를 갖는 악시콘(10)이다. 악시콘의 정점은 빔 방향 쪽으로 정위된다. 제 2의, 초점맞춤 광학 소자, 이 경우 평면-볼록 렌즈(11)(악시콘쪽으로 정위된 상기 렌즈의 곡률)은 악시콘(10)으로부터의 거리(Z1)로 빔 방향에 위치된다. 이러한 경우에 있어 대략적으로 300 mm인 거리(Z1)는, 악시콘(10)에 의해 형성된 레이저 복사가 렌즈(11)의 외측 반경방향 부분에 원형으로 입사되는 방식으로, 선택된다. 렌즈(11)는 형성된 길이(이 경우 1.5 mm)의 초점 라인(2b)에서, 거리(Z2)(이 경우 렌즈(11)로부터 대략적으로 20 mm)에서의 아웃풋 측에서, 원형 복사를 초점맞춘다. 렌즈(11)의 유효 초점 길이는 이러한 실시예에서 25 mm이다. 악시콘(10)에 의한 레이저 빔의 원형 변환이 부재번호 SR로 지시된다.
도 5b는 도 5a에 따른 기판(1)의 재료에서 유도된 흡수(2c) 또는 초점 라인(2b)의 형성을 상세하게 나타내고 있다. 양 소자(10, 11)의 광학 특성 뿐만 아니라 상기 소자의 위치결정은, 빔 방향에서 초점 라인(2b)의 연장부(l)가 기판(1)의 두께(d)와 정확하게 동일한 방식으로, 선택된다. 결론적으로, 빔 방향에 따른 기판(1)의 정확한 위치결정이, 도 5b에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 2개의 표면(1a 및 1b) 사이에 초점 라인(2b)을 정확하게 위치시키도록, 요구된다.
이에 따라, 초점 라인이 레이저 광학으로부터 특정 거리로 형성된다면, 그리고 보다 큰 부분의 레이저 복사가 초점 라인의 요구되는 단부에 이르기까지 초점맞춰진다면 유리하다. 기재된 바와 같이, 이는, 한편으로, 요구되는 개구 수와 이에 따른 요구되는 스팟 크기를 실현하도록 사용되지만, 그러나, 다른 한편으로, 기본적으로 원형 스팟이 형성되는 것처럼, 원의 확산이 스팟의 중심의 매우 짧은 거리를 넘어, 요구되는 초점 라인(2b) 이후의 강도를 감소시키는, 주로 초점맞춤 소자(11)(렌즈)를 단지 원형으로(환형으로) 요구되는 구획부를 조명함으로써 달성될 수 있다. 이처럼, 결함 라인 형성이 요구되는 기판 깊이에서 짧은 거리 내로 멈춰진다. 악시콘(10)과 초점맞춤 렌즈(11)의 조합이 이러한 요구조건을 충족한다. 악시콘은 2개의 상이한 방식으로 작용하며: 상기 악시콘(10)에 기인하여, 통상적으로 라운드형의 레이저 스팟이 링 형태의 초점맞춤 렌즈(11)에 보내지고, 그리고 악시콘(10)의 비구면계수는 초점 평면에서의 초점 대신에 렌즈의 초점 평면을 넘어 초점 라인이 형성된다는 효과를 갖는다. 초점 라인(2b)의 길이(l)는 악시콘에서 빔 직경을 통해 조정될 수 있다. 다른 한편으로, 초점 라인에 따른 개구 수는 거리(Z1)(악시콘-렌즈 분리)를 통해 그리고 상기 악시콘의 콘 각도를 통해 조정될 수 있다. 이처럼, 모든 레이저 에너지가 초점 라인에 집중될 수 있다.
결함 라인 형성이 기판의 뒤쪽 면(back side)에 연속되도록 제안된다면, 원형(환형) 조명은, (1) 대부분의 레이저 광이 초점 라인의 요구되는 길이에 집중 유지된다는 점에서 레이저 파워가 최적으로 사용되고, 그리고 (2) 다른 광학 작용에 의해 설정된 요구되는 수차와 관련하여 원형으로 조명된 구획부에 기인하여, 초점 라인에 따라 일정한 스팟 크기(그리고 이에 따라 초점 라인에 따라 일정한 분리 처리)가 달성될 수 있다는 장점을 여전히 갖는다.
도 5a에 도시된 평면-볼록 렌즈 대신에, 또한 초점맞춤 요철 렌즈 또는 다른 한 보다 크게 교정된 초점맞춤 렌즈(비구면, 다중-렌즈 시스템)가 사용될 수 있다.
도 5a에 도시된 렌즈와 악시콘의 조합을 사용하여 매우 짧은 초점 라인(2b)을 만들기 위하여, 악시콘에 입사되는 레이저 빔의 매우 작은 빔 직경이 선택될 필요가 있다. 이는 악시콘의 정점에 빔을 중심맞추는 것이 반드시 매우 정밀해야 하고 그리고 결과치가 레이저의 방향 변화(빔 드리프트(drift) 안정성)에 매우 민감하다는 실제 단점을 갖는다. 더욱이, 타이트하게 조준된 레이저 빔이 매우 분기하여, 즉, 광 굴절에 기인하여, 빔 다발은 짧은 거리 상에서 흐려지게 된다.
도 6으로 돌아와서, 이들 효과는 다른 한 렌즈를, 조준 렌즈(12)를 광학 조립체(6)에 삽입시킴으로써 피해질 수 있다. 부가적인 정(positive) 렌즈(12)는 초점맞춤 렌즈(11)의 원형 조명을 매우 타이트하게 조정하도록 사용된다. 조준 렌즈(12)의 초점 길이(f')는 요구되는 원 직경(dr)이 f'와 동일한, 악시콘으로부터 조준 렌즈(12)까지의 거리(Z1)를 초래하는 방식으로, 선택된다. 링의 요구되는 폭(br)이 거리(Z1b)를 통해(조준 렌즈(12)부터 초점맞춤 렌즈(11)까지) 조정될 수 있다. 완전한 기하학적 구조의 사안으로서, 작은 폭의 원형 조명이 짧은 초점 라인을 유도한다. 최소치는 거리(f')에서 달성될 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 광학 조립체(6)는 도 5a에 도시된 광학 조립체에 기초하므로, 단지 차이점만이 아래 기재되어 있다. 또한, 여기서 평면-볼록 렌즈(빔 방향 쪽으로 곡률을 가짐)로 설계된 조준 렌즈(12)는 한 측에서의 악시콘(10)(빔 방향 쪽으로 정점을 가짐)과 다른 한 측에서의 평면-볼록 렌즈(11) 사이의 빔 경로에서 중앙에 부가적으로 배치된다. 악시콘(10)으로부터의 조준 렌즈(12)의 거리는 Z1a로 지시되며, 상기 조준 렌즈(12)로부터 초점맞춤 렌즈(11)의 거리는 Z1b로 지시되며, 그리고 상기 초점맞춤 렌즈(11)로부터 초점 라인(2b)의 거리는 Z2로 지시된다(이들 모두는 빔 방향에서 본 경우임). 도 6에 도시된 바와 같이, 조준 렌즈(12)상의 원 직경(dr) 하에서 그리고 분기하게 입사되는, 악시콘(10)에 의해 형성된 원형 복사(SR)가 초점맞춤 렌즈(11)에서 적어도 대략적으로 일정한 원 직경(dr)에 대해 거리(Z1b)에 따라 요구되는 원 폭(br)으로 조정된다. 도시된 경우에 있어서, 매우 짧은 초점 라인(2b)은, 렌즈(12)에서 대략적으로 4 mm의 원 폭(br)이 렌즈(12)의 초점맞춤 특성에 기인하여 렌즈(11)에서 대략적으로 0.5 mm로 감소되기 위해(본 예에서 원 직경(dr)은 22 mm임), 만들어지도록 의도된다.
설명된 실시예에 있어서, 2 mm의 전형적인 레이저 빔 직경, 초점 길이(f = 25 mm)를 갖는 초점맞춤 렌즈(11), 초점 길이((f') = 150 mm)를 갖는 조준 렌즈를 사용하고, 그리고 거리(Z1a = Z1b = 140 mm 그리고 Z2 = 15 mm)를 선택하여 0.5 mm 보다 작은 초점 라인(l)의 길이가 달성될 수 있다.
일단 흠 라인이 만들어진다면, 분리는: 1) 흠 라인에서 또는 상기 흠 라인 주변에서의 수동 또는 기계적 응력; 응력 또는 압력이 함께 여전히 접합되어 있는 영역을 파단하여 분리하도록 흠 라인의 양 면을 당기는 장력을 만들 수 있음; 2) 상기 흠 라인을 따라 전체 분리나 일부 분리를 유도하고 결함 라인이 장력을 받도록 흠 라인 주변에 열 응력 구획부를 만드는 열원을 사용하는 것; 그리고 3) 흠 라인 주변 구역에서의 응력을 안내하기 위한 이온 교환(IOX, ion exchange) 처리를 사용하는 것;을 통해 발생할 수 있다. 부가적으로, 챔퍼처리되지 않은 엣지 또는 불완전하게 챔퍼처리된 엣지 중 어느 한 엣지에서, 그러나 엣지 충격에 의해 야기된 손상을 제어하는 "희생(sacrificial) 구역"을 갖는, 피코초 레이저 처리의 사용이 아래 기재되어 있다.
제 2 방법은 엣지의 표면과 기판의 표면 사이의 교차부에 매우 가깝게 초점맞춰진 (전형적으로 CO2) 레이저를 가함으로써 챔퍼를 만드는 현 엣지의 장점을 갖는다. 레이저 빔은 재료의 용융 온도로부터 상기 재료의 변형점 아래로 인터벌을 이루는(span) 온도 구배를 만들도록 기판 재료에 의해 반드시 상당하게 흡수되어야 한다. 이러한 열 구배는 재료의 매우 얇은 스트립의 분리나 벗겨짐을 초래하는 응력 프로파일을 생성한다. 재료의 얇은 스트립은 연화 구역과 변형 구역 사이에 형성된 구역의 깊이로써 결정된 치수를 갖고, 그리고 대부분의 재료로부터 벗겨지고 감긴다(curl). 이러한 방법은 흠 라인에 의해 묘사된 평면에서 재료의 얇은 스트립을 벗기는 종전 방법과 조합될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 열 구배는 흠 라인 부근에 만들어진다. 흠 라인과 열 구배의 조합은 순수하게 열적 수단을 사용함으로써 달리 가능할 수 있는 표면 텍스쳐 및 챔퍼 엣지 형상의 더욱 우수한 제어를 가능하게 할 수 있다.
도 7a는 본 출원에 기재된 전반적인 처리를 나타내고 있다.
한 방법이 짧은-펄스 레이저를 사용하여 엣지와 부분의 요구되는 형상을 성형하기 위한 상기 기재된 바와 같은 흠 라인을 만들기 위한 유도된 비선형 흡수에 의존한다. 처리는 선형 특성(regime)에서의 레이저 파장(저 레이저 강도)에 대한 재료 투명도에 의존하며, 레이저 초점 주위의 고 강도 영역에 의해 만들어진 감소된 표면 아래 손상이 고 표면 및 엣지 품질에 제공된다. 이러한 처리의 중요한 조력자(enabler) 중 하나의 조력자는 초-단파 펄스 레이저에 의해 만들어진 결함 라인의 큰 종횡비이다. 절단되고 챔퍼처리될 재료의 상부 표면으로부터 바닥부 표면까지 뻗어있을 수 있는 길고 깊은 결함 라인을 갖는 흠 라인이 생성될 수 있다. 원칙적으로, 각각의 결함 라인(천공)이 하나의 펄스에 의해 만들어질 수 있고 그리고 필요하다면, 부가적인 펄스는 영향을 받은 영역의 연장부(깊이 및 폭)를 증대시키도록 사용될 수 있다.
평평한 엣지를 갖는 유리 기판을 분리하기 위해 도 1a 내지 도 1c에 도시된 동일한 원리를 사용하여, 챔퍼처리된 엣지를 만드는 처리가 도 7b에 도시된 바와 같이 개질될 수 있다. 챔퍼처리된 엣지를 분리하고 형성하기 위하여, 요구되는 엣지 형상의 경계부를 형성하고 교차하는 결함 라인의 3개의 분리 평면이 재료에 형성될 수 있다. 상이한 형상이 도 7c에 도시된 바와 같은 단지 2개의 교차하는 결함 라인 평면을 사용하여 만들어질 수 있지만, 그러나 엣지의 내부 평평한 부분은 임의의 결함 라인없이(예를 들면, 기계적 또는 열적 수단을 통해), 파단될 필요가 있을 수 있거나 분리될 필요가 있을 수 있다.
레이저 및 광학 시스템:
유리 또는 다른 투명한 취성 재료를 절단하기 위한 목적으로서, 처리가 결함 라인을 기판에 만들도록 라인-초점 빔 형성 광학과 조합하여, 1064 nm 피코초 레이저를 사용해 개발되었다. 두께가 0.7 mm인 Corning® Gorilla® 유리 코드 2320 샘플 기판이 라인-초점 내에 놓이도록 위치되었다. 라인 - 약 1 mm 연장부의 초점으로써, 그리고 200 kHz(~150 μJ/펄스)의 반복률에서 ~ > 30 W의 아웃풋 파워를 만드는 피코초 레이저로써, 이후 라인 구역에서의 광학 강도는 재료에서 비-선형 흡수를 만드는데 용이하게 충분히 클 수 있다. 손상되거나, 제거되거나, 기화되거나, 또는 그렇지 않으면 개질된 재료의 구역이 고 강도의 선형 구역을 대략적으로 따라서 만들어진다.
이러한 피코초 레이저의 전형적인 작동이 펄스의 "버스트"를 만든다는 것을 알기 바란다. 각각의 "버스트"는 매우 짧은 지속기간(~10 psec)의 다수의 서브-펄스를 포함할 수 있다. 각각의 서브-펄스는 대략적으로 20 nsec(50 MHz) 만큼 시간 상 분리되고, 상기 시간은 레이저 공동 설계에 의해 종종 좌우된다. 각각의 "버스트" 사이의 시간은 ~200 kHz의 레이저 반복률에 대해 종종 ~5 μsec 보다 충분히 더 길 것이다. 정확한 타이밍, 펄스 지속시간, 및 반복률은 레이저 설계에 따라 변할 수 있다. 그러나, 고 강도의 짧은 펄스(<15 psec)가 이러한 기술에 의해 잘 작동한다는 것을 나타내고 있다.
더욱 특별하게는, 본 명세서에 기재된 선택된 실시예에 따라, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 피코초 레이저는, 때때로 또한 "버스트 펄스"라고도 명명되는, 펄스(500A)의 "버스트"(500)를 만든다. 버스트는 펄스가 일정하고 안정적인 스트림에 방사되는 것이 아닌 차라리 펄스의 타이트한 클러스터에 방사되는 경우의 레이저 작동 타입이다[참증 참조]. 각각의 "버스트"(500)는 100 psec(예를 들면, 0.1 psec, 5 psec, 10 psec, 15 psec, 18 psec, 20 psec, 22 psec, 25 psec, 30 psec, 50 psec, 75 psec, 또는 이들 사이)에 이르는 매우 짧은 지속기간(Td)의 다수의 펄스(500A)(예를 들면, 2 펄스, 3 펄스, 4 펄스, 5 펄스, 10, 15, 20, 또는 이 이상)를 포함할 수 있다. 펄스 지속시간은 일반적으로 약 1 psec 내지 약 1000 psec, 또는 약 1 psec 내지 약 100 psec, 또는 약 2 psec 내지 약 50 psec, 또는 약 5 psec 내지 약 20 psec이다. 하나의 버스트(500) 내에서의 이들 개별 펄스(500A)는 또한 "서브-펄스"로 명명될 수 있으며, 이러한 서브-펄스는 펄스의 하나의 버스트 내에서 발생할 수 있다는 사실을 간단히 나타낸다. 버스트 내에서의 각각의 레이저 펄스(500A)의 강도나 에너지는 상기 버스트 내의 다른 펄스의 강도나 에너지와 동일하지 않을 수 있고, 그리고 버스트(500) 내의 다중 펄스의 강도 분포가 레이저 설계에 의해 좌우되는 시간에서의 지수 감소(exponential decay)를 따를 수 있다. 바람직하게는, 본 명세서에 기재된 예시적인 실시예의 버스트(500) 내의 각각의 펄스(500A)는 1 nsec 내지 50 nsec(예를 들면, 10 nsec - 50 nsec, 또는 10 nsec - 40 nsec, 또는 10 nsec - 30 nsec)로부터의 지속기간(Tp) 만큼 버스트에서의 다음 펄스로부터의 시간에서 분리되며, 종종 상기 시간은 레이저 공동 설계에 의해 좌우된다. 주어진 레이저에 대해, 버스트(500) 내의 각각의 펄스의 시간 분리(Tp)(펄스 -대- 펄스 분리)는 비교적 일정하다(±10%). 예를 들면, 여러 실시예에 있어서, 각각의 펄스는 다음 펄스로부터의 시간에서 대략적으로 20 nsec(50 MHz 펄스 반복 주파수) 만큼 분리된다. 예를 들면, 약 20 nsec의 펄스-대-펄스 분리(Tp)를 만드는 레이저에 대해, 버스트 내에서의 펄스-대-펄스 분리(Tp)는 대략 ±10% 이내로 유지되거나, 또는 대략 ±2 nsec 이내로 유지된다. 각각의 "버스트" 사이의 시간(즉, 버스트 사이의 시간 분리(Tb))은 매우 더 길 것이다(예를 들면, 0.25 ≤ Tb ≤ 1000 마이크로초, 예를 들면 1 마이크로초 - 10 마이크로초, 또는 3 마이크로초 - 8 마이크로초). 예를 들면, 본 명세서에 기재된 여러 예시적인 실시예의 레이저에 있어서, 약 200 kHz의 주파수 또는 레이저 반복률에 대해 대략 5 마이크로초이다. 레이저 반복률은 또한 본 명세서에서 버스트 반복 주파수 또는 버스트 반복률을 의미하고, 그리고 한 버스트에서의 제 1 펄스와 다음 버스트에서의 제 1 펄스까지의 시간으로서 정의된다. 다른 실시예에 있어서, 버스트 반복 주파수는 약 1 kHz 내지 약 4 MHz, 또는 약 1 kHz 내지 약 2 MHz, 또는 약 1 kHz 내지 약 650 kHz, 또는 약 10 kHz 내지 약 650 kHz이다. 각각의 버스트에서의 제 1 펄스와 다음 버스트에서의 제 1 펄스 사이의 시간(Tb)은 0.25 마이크로초(4 MHz 버스트 반복률) 내지 1000 마이크로초(1 kHz 버스트 반복률)일 수 있으며, 예를 들면 0.5 마이크로초(2 MHz 버스트 반복률) 내지 40 마이크로초(25 kHz 버스트 반복률)일 수 있거나, 또는 2 마이크로초(500 kHz 버스트 반복률) 내지 20 마이크로초(50 kHz 버스트 반복률)일 수 있다. 정확한 타이밍, 펄스 지속시간, 및 반복률은 레이저 설계 및 사용자-제어가능한 작동 매개변수에 따라 변할 수 있다. 고 강도의 짧은 펄스(Td <20 psec 그리고 바람직하게는 Td≤15 psec)가 잘 작동하는 것으로 나타났다.
재료를 개질하는데 요구되는 에너지는 버스트 에너지(버스트에 포함된 에너지(각각의 버스트(500)가 일련의 펄스(500A)를 포함함))로써, 또는 하나의 레이저 펄스 내에 포함된 에너지(많은 펄스가 버스트를 포함할 수 있음)로써 기술될 수 있다. 이들 경우에 대해, 버스트 당(절단될 재료의 밀리미터 당) 에너지는 10 μJ - 2500 μJ, 또는 20 μJ - 1500 μJ, 또는 25 μJ - 750 μJ, 또는 40 μJ - 2500 μJ, 또는 100 μJ - 1500 μJ, 또는 200 μJ - 1250 μJ, 또는 250 μJ - 1500 μJ, 또는 250 μJ - 750 μJ일 수 있다. 버스트 내에서의 개별 펄스의 에너지는 보다 적을 것이고, 정확한 개별 레이저 펄스 에너지는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 시간과의 레이저 펄스의 감소 율(decay rate)(예를 들면, 지수 감소 비율(exponential decay rate)) 및 버스트(500) 내의 펄스(500A)의 수에 따라 결정될 것이다. 예를 들면, 일정한 에너지/버스트에 대해, 펄스 버스트가 10개의 개별 레이저 펄스(500A)를 포함한다면, 이후 각각의 개별 레이저 펄스(500A)는 동일한 버스트 펄스(500)가 단지 2개의 개별 레이저 펄스를 가지는 경우보다 에너지를 보다 덜 포함할 것이다.
이러한 펄스 버스트를 만들 수 있는 레이저의 사용은 투명한 재료, 예를 들면 유리를 절단하거나 개질하는데 유리하다. 하나의-펄스 레이저의 반복률 만큼 시간 이격된 하나의 펄스의 사용과 다르게, 버스트(500) 내의 펄스의 빠른 순서(sequence)가 끝나 레이저 에너지를 퍼지게 하는 버스트 펄스 순서가 사용되면, 하나의-펄스 레이저로써 가능한 것보다 재료와의 보다 긴 기간의 고 강도 상호작용의 이용(access)이 가능하게 된다. 하나의-펄스가 시간 확장될 수 있는 한편으로, 에너지의 보존은 상기 시간 확장됨에 따라, 펄스 내에서의 강도가 펄스 폭을 넘는 대략적으로 강도만큼 반드시 강하되어야 한다는 것을 나타낸다. 이에 따라 10 psec 하나의 펄스가 10 nsec 펄스로 확대된다면, 강도는 대략적으로 1000 배(three orders of magnitude) 만큼 떨어진다. 이러한 감소는, 비-선형 흡수가 더 이상 상당하지 않고 광-재료 상호작용이 절단할 수 있는데 더 이상 충분히 강하지 않은 지점까지 광학 강도를 감소시킬 수 있다. 이와 달리, 버스트 펄스 레이저로써, 버스트(500) 내에서의 각각의 펄스 또는 서브-펄스(500A) 동안의 강도는 매우 크게 유지될 수 있으며 - 예를 들면, 대략적으로 10 nsec의 분리(Tp) 만큼 시간 분리된 펄스 지속시간(Td) 10 psec를 갖는 3개의 펄스(500A)는 여전히 각각의 펄스 내의 강도가 하나의 10 psec 펄스의 강도보다 대략적으로 3배 더 크게 할 수 있는 한편으로, 레이저가 기간, 즉 1000 배 보다 더 긴 기간 내내 재료와 상호작용할 수 있게 된다. 따라서 버스트 내에서의 다중 펄스(500A)의 이러한 조정은 현재 존재하는 플라즈마 기둥(plume)과의 보다 크거나 보다 작은 광 상호작용, 초기 레이저 펄스나 사전 레이저 펄스에 의해 사전-여기된 원자 및 분자와 보다 크거나 보다 작은 광-재료 상호작용, 그리고 결함 라인(천공)의 제어된 성장을 촉발시킬 수 있는 재료 내에서의 보다 크거나 보다 작은 가열 효과를 용이하게 할 수 있는 방식으로, 레이저-재료 상호작용의 기간의 조정을 가능하게 한다. 재료를 개질하는데 요구되는 에너지의 양은 기판과 상호작용하도록 사용된 라인 초점의 길이와 기판 재료 조성에 따라 결정될 것이다. 상호작용 구역이 길면 길수록, 보다 많은 에너지가 퍼져 나가게 되고, 그리고 보다 큰 버스트 에너지가 요구될 것이다.
펄스의 하나의 버스트가 기본적으로 유리 상의 동일한 위치를 가격할 때 결함 라인 또는 구멍이 재료에 형성된다. 즉, 하나의 버스트 내의 다중 레이저 펄스가 유리에서의 구멍 위치나 또는 하나의 결함 라인을 만들 수 있다. 물론, 유리가 (예를 들면, 일정하게 이동하는 스테이지에 의해) 병진이동된다면 또는 빔이 유리와 관련하여 이동된다면, 버스트 내의 개별 펄스가 유리 상의 정확하게 동일한 공간 위치에 위치하지 않을 수 있다. 그러나, 펄스는 서로 1 ㎛ 내에 잘 위치하며-즉, 기본적으로 동일한 위치에서 유리를 가격한다. 예를 들면, 펄스는 간격(sp)에서 유리를 가격할 수 있으며, 여기서 서로 0 < sp ≤ 500 nm이다. 예를 들면, 유리 위치가 20 펄스의 버스트로써 가격될 때, 버스트 내의 개별 펄스가 서로 250 nm 내에서 유리를 가격한다. 따라서, 여러 실시예에서 1 nm < sp < 250 nm이다. 여러 실시예에서 1 nm < sp < 100 nm이다.
구멍 또는 손상 트랙 형성:
기판이 (예를 들면, 이온 교환된 유리와) 충분한 응력을 갖는다면, 이후 부분은 레이저 처리에 의해 추적된 흠 라인을 따라서 동시에 분리될 것이다. 그러나, 기판에 내재하는 많은 응력이 없다면, 이후 피코초 레이저는 기판에 결함 라인을 간단하게 형성할 것이다. 이들 결함 라인은 내부 치수(직경) ~ 0.5 ㎛ - 1.5 ㎛의 내부 치수(직경)을 갖는 구멍의 형태를 취할 수 있다.
구멍 또는 결함 라인은 전체 두께의 재료를 천공할 수 있거나 천공하지 않을 수 있으며, 그리고 상기 재료의 깊이 내내 일정한 개구일 수 있거나 개구가 아닐 수 있다. 도 1c는 700 ㎛ 두께의 강화되지 않은 Gorilla® 유리 기판의 조각의 총 두께를 천공하는 이러한 트랙의 일례를 나타내고 있다. 천공 또는 손상 트랙은 쪼개진 엣지의 측을 통해 관찰된다. 재료를 통한 트랙은 반드시 관통 구멍일 필요는 없지만(구멍을 메우는 유리의 구역이 있을 수 있음), 그러나 상기 트랙은 일반적으로 크기가 작다.
흠 라인에서 분리가 발생할 때, 파쇄는 결함 라인을 따라서 발생하여 결함 라인으로부터 유도된 특징부를 갖는 표면을 구비한 엣지 또는 부분을 제공한다는 것을 알기 바란다. 분리 이전에, 결함 라인의 형상은 일반적으로 원통형이다. 분리시, 결함 라인은 파쇄하고 결함 라인의 나머지는 분리된 부분 또는 엣지의 표면의 윤곽에서 명확하다. 이상적인 모델에 있어서, 결함 라인은 분리 시 절반 정도 쪼개져, 분리된 부분 또는 엣지의 표면이 절반-실린더에 대응하는 톱니형상부(serration)를 포함한다. 실제로, 분리는 이상적인 모델로부터 벗어날 수 있고 그리고 표면의 톱니형상부는 최초 결함 라인의 형상의 임의적인 일부일 수 있다. 특별한 형태와 무관하게, 분리된 표면의 특징부는 그 존재의 근원을 지시하는 결함 라인을 의미할 것이다.
결함 라인 사이의 측방향 간격(피치)은 기판이 초점맞춰진 레이저 빔 아래로 병진이동됨에 따라 레이저의 펄스 속도(rate)에 의해 결정된다. 다중 펄스 또는 버스트가 필요에 따라 사용될 수 있을지라도, 하나의 피코초 레이저 펄스 또는 버스트 만이 전체 구멍을 형성하는데 필요하다. 상이한 피치에서 결함 라인을 형성하기 위하여, 레이저는 보다 길거나 보다 짧은 인터벌에서 작동(fire)하도록 촉발될 수 있다. 절단 작동을 위해, 레이저 촉발은 일반적으로 빔 아래 부분의 스테이지 구동식 이동과 동기화되고, 이에 따라 레이저 펄스가 매 1 ㎛, 또는 매 5 ㎛ 처럼 고정된 인터벌에서 촉발된다. 인접한 결함 라인 사이의 정확한 간격이 천공으로부터 천공까지 크랙 전파를 용이하게 하는 재료 특성에 의해, 정해진 기판에서의 응력 레벨에 의해 결정된다. 기판을 절단하는 대신에, 또한 재료를 천공만을 하는데 동일한 방법이 사용될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 결함 라인은 보다 큰 간격(예를 들면, 5 ㎛ 피치 또는 이보다 더 큼) 만큼 분리될 수 있다.
레이저 파워 및 렌즈 초점 길이(초점 라인 길이와 이에 따른 파워 밀도를 결정함)는 유리의 완전한 천공과, 저 표면 및 표면 아래 손상을 보장하는데 특히 중요하다.
일반적으로, 이용가능한 레이저 파워가 크면 클수록, 재료가 상기 처리로써 보다 빠르게 절단될 수 있다. 본 명세서에 개시된 처리는 0.25 m/sec 이상의 절단 속도로 유리를 절단할 수 있다. 절단 속도(즉, 절단하는 속도)는 다수의 결함 라인, 구멍을 만들면서 기판 재료(예를 들면, 유리)의 표면과 관련하여 레이저 빔이 이동하는 속도이다. 예를 들면 400 mm/sec, 500 mm/sec, 750 mm/sec, 1 m/sec, 1.2 m/sec, 1.5 m/sec, 2 m/sec, 또는 심지어 3.4 m/sec 내지 4 m/sec와 같은 빠른 절단 속도는 제조 자본 투자를 최소화하고 설비 사용률을 최적화하도록 종종 요구된다. 레이저 파워는 레이저의 버스트 반복 주파수(율)에 의해 배가된 버스트 에너지와 동일하다. 일반적으로, 고 절단 속도로 유리 재료를 절단하기 위하여, 결함 라인은 전형적으로 여러 실시예에서 1 ㎛ - 25 ㎛만큼 이격되며, 간격은 바람직하게는 3 ㎛ 이상이며 - 예를 들면 3 ㎛ - 12 ㎛이거나, 또는 예를 들면 5 ㎛ - 10 ㎛이다.
예를 들면, 300 mm/sec의 선형 절단 속도를 달성하기 위하여, 3 ㎛ 구멍 피치는 적어도 100 kHz 버스트 반복률을 갖는 펄스 버스트 레이저에 대응한다. 600 mm/sec 절단 속도에 대해, 3 ㎛ 피치는 적어도 200 kHz 버스트 반복률을 갖는 버스트-펄스 레이저에 대응한다. 200 kHz에서 적어도 40 μJ/버스트를 만들고, 600 mm/s 절단 속도에서 절단하는 펄스 버스트 레이저는 적어도 8 Watt의 레이저 파워를 가질 필요가 있다. 보다 빠른 절단 속도는 이에 따라 보다 큰 레이저 파워를 요구한다.
예를 들면, 3 ㎛ 피치 및 40 μJ/버스트에서의 0.4 m/sec 절단 속도는 적어도 5 W 레이저를 요구할 수 있고, 3 ㎛ 피치 및 40 μJ/버스트에서의 0.5 m/sec 절단 속도는 적어도 6 W 레이저를 요구할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 펄스 버스트 ps 레이저의 레이저 파워는 6 W 이상이고, 더욱 바람직하게는 적어도 8 W 이상이며, 그리고 더욱 바람직하게는 심지어 적어도 10 W 이상이다. 예를 들면, 4 ㎛ 피치(결함 라인 간격 또는 손상 트랙 간격) 및 100 μJ/버스트에서 0.4 m/sec 절단 속도를 달성하기 위하여, 적어도 10 W 레이저가 요구될 수 있고, 그리고 4 ㎛ 피치 및 100 μJ/버스트에서의 0.5 m/sec 절단 속도를 달성하기 위하여, 적어도 12 W 레이저가 요구될 수 있다. 예를 들면, 3 ㎛ 피치 및 40 μJ/버스트에서 1 m/sec의 절단 속도를 달성하기 위하여, 적어도 13 W 레이저가 요구될 수 있다. 또한, 예를 들면, 4 ㎛ 피치 및 400 μJ/버스트에서 1 m/sec 절단 속도는 적어도 100 W 레이저를 요구할 수 있다.
결함 라인(손상 트랙) 사이의 최적의 피치와 정확한 버스트 에너지는 재료에 따라 그리고 경험적으로 결정될 수 있다. 그러나, 보다 가까운 피치에서 손상 트랙을 만드는 것이나 레이저 펄스 에너지를 상승시키는 것은 기판 재료가 항상 잘 분리되게 하거나 향상된 엣지 품질을 갖게 하는 조건이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 결함 라인(손상 트랙) 사이의 매우 작은, 즉 피치(예를 들면 < 0.1 미크론, 또는 여러 예시적인 실시예에서 < 1 ㎛, 또는 다른 실시예에서 < 2 ㎛)는 다음 결함 라인(손상 트랙) 부근의 형성을 때때로 방지할 수 있고, 그리고 종종 천공된 윤곽 주위에서의 재료의 분리를 방지할 수 있다. 유리 내에서의 원치않는 마이크로 크랙의 증가는 또한 피치가 매우 작다면 초래될 수 있다. 매우 긴(예를 들면 > 50 ㎛, 그리고 여러 유리에서 > 25 ㎛ 또는 심지어 > 20 ㎛) 피치는 "제어되지 않는 미소크랙"을 초래할 수 있으며 - 즉, 이 경우 의도된 윤곽을 따라 결함 라인으로부터 결함 라인까지 전파하는 대신에, 미소크랙은 상이한 경로를 따라서 전파되고, 유리가 의도된 윤곽과 멀어지게 상이한(바람직하지 못한) 방향으로의 크랙을 야기한다. 이는 잔여 미소크랙이 유리를 취약하게 하는 결함부를 이루기 때문에, 분리된 부분의 강도를 궁극적으로 더 낮출 수 있다. 매우 큰, 결함 라인을 형성하기 위한 버스트 에너지(예를 들면, > 2500 μJ/버스트, 그리고 여러 실시예에 있어서 > 500 μJ/버스트)는 유리의 분리를 방지할 수 있는 사전에 형성된 결함 라인의 "힐링(healing)" 또는 재-용융을 야기시킬 수 있다. 이에 따라, 버스트 에너지가 < 2500 μJ/버스트, 예를 들면, ≤ 500 μJ/버스트인 것이 바람직하다. 또한, 매우 큰 버스트 에너지를 사용하는 것은 극히 큰 미소크랙의 형성을 야기시킬 수 있고 그리고 분리 이후에 부분의 엣지 강도를 감소시킬 수 있는 구조적 불안전부를 만들 수 있다. 매우 작은 (예를 들면 < 40 μJ/버스트) 버스트 에너지는 유리 내에서의 결함 라인의 주목할만한 형성을 초래하지 않을 수 있고, 그리고 이에 따라 특히 큰 분리 력을 필요로 할 수 있거나 또는 천공된 윤곽에 따른 완전한 분리 불능을 초래할 수 있다.
이러한 처리에 의해 가능하게 되는 전형적인 예시적인 절단 속도(절단 율)는 예를 들면, 0.25 m/sec 이상이다. 여러 실시예에 있어서, 절단 속도는 적어도 300 mm/sec이다. 여러 실시예에 있어서, 절단 속도는 적어도 400 mm/sec이거나, 예를 들면, 500 mm/sec 내지 2000 mm/sec이거나, 또는 이보다 더 빠르다. 여러 실시예에 있어서, 피코초(ps) 레이저는 펄스 버스트를 사용하여, 0.5 ㎛ 내지 13 ㎛, 예를 들면 0.5 ㎛ 내지 3 ㎛의 주기성을 갖는 결함 라인을 만든다. 여러 실시예에 있어서, 펄스 레이저는 10 W - 100 W의 레이저 파워를 갖고, 그리고 재료 및/또는 레이저 빔은 적어도 0.25 m/sec; 예를 들면, 0.25 m/sec 내지 0.35 m/sec에서, 또는 0.4 m/sec 내지 5 m/sec에서의 속도로 서로에 대해 병진이동된다. 바람직하게는, 펄스 레이저 빔의 각각의 펄스 버스트는 피가공물의 mm 두께 당 버스트 당 40 μ/J 보다 더 큰 피가공물에서 측정된 평균 레이저 에너지를 갖는다. 바람직하게는, 펄스 레이저 빔의 각각의 펄스 버스트는 피가공물의 mm 두께 당 버스트 당 2500 μ/J 보다 작은, 그리고 바람직하게는 피가공물의 mm 두께 당 버스트 당 약 2000 μ/J 보다 작은, 그리고 여러 실시예에 있어서 피가공물의 mm 두께 당 버스트 당 1500 μ/J 보다 작은; 예를 들면, 피가공물의 mm 두께 당 버스트 당 500 μ/J 보다 크지 않은, 보다 큰 피가공물에서 측정된 평균 레이저 에너지를 갖는다.
본 출원인은 상당히 더 큰(5 배 내지 10 배나 이보다 더 큰) 볼륨 펄스 에너지 밀도(μJ/μ㎥)가 저 또는 무 알칼리 함량을 갖는 알카라인 토류 보로알루미노실리케이트 유리를 천공하는데 요구된다는 것을 알았다. 이는, 예를 들면, 바람직하게는 버스트 당 적어도 2 펄스를 갖는 펄스 버스트 레이저를 사용함으로써 그리고 약 0.05 μJ/μ㎥ 이상, 예를 들면, 적어도 0.1μJ/μ㎥, 예를 들면 0.1 μJ/μ㎥ - 0.5 μJ/μ㎥의 알카라인 토류 보로알루미노실리케이트 유리(무 또는 저 알칼리를 가짐) 내에서의 볼륨 에너지 밀도를 제공함으로써, 달성될 수 있다.
이에 따라, 레이저가 버스트 당 적어도 2 펄스를 갖는 펄스 버스트를 만드는 것이 바람직하다. 예를 들면, 여러 실시예에 있어서, 펄스 레이저는 10 W - 150 W(예를 들면, 10 W - 100 W)의 파워를 갖고, 그리고 버스트 당 적어도 2 펄스(예를 들면, 버스트 당 2 펄스 - 25 펄스)를 갖는 펄스 버스트를 만든다. 여러 실시예에 있어서, 펄스 레이저는 25 W - 60 W의 파워를 갖고, 버스트 당 적어도 2 펄스 - 25 펄스를 갖는 펄스 버스트를 만들며, 그리고 레이저 버스트에 의해 만들어진 인접한 결함 라인 사이의 거리 또는 주기성은 2 ㎛ - 10 ㎛이다. 여러 실시예에 있어서, 펄스 레이저는 10 W - 100 W의 파워를 갖고, 버스트 당 적어도 2 펄스를 갖는 펄스 버스트를 만들며, 그리고 피가공물 및 레이저 빔은 적어도 0.25 m/sec의 속도로 서로에 대해 병진이동된다. 여러 실시예에 있어서, 피가공물 및/또는 레이저 빔은 적어도 0.4 m/sec의 속도로 서로에 대해 병진이동된다.
예를 들면, 0.7 mm 두께의 비-이온 교환 Corning 코드 2319 또는 코드 2320 Gorilla® 유리를 절단하기 위하여, 3 ㎛ - 7 ㎛의 피치가 약 150 μJ/버스트 - 250 μJ/버스트의 펄스 버스트 에너지 및 2 - 15의 버스트 펄스 수로써, 그리고 바람직하게는 3 ㎛ - 5 ㎛의 피치 및 2 - 5의 버스트 펄스 수(버스트 당 펄스의 수)로써 잘 작동할 수 있다는 것이 관찰되었다.
1 m/sec 절단 속도에서, Eagle XG® 유리의 절단은 전형적으로 15 W - 84 W의 레이저 파워의 사용을 요구하며, 종종 30 W - 45 W가 충분하다. 일반적으로, 다양한 유리 및 다른 투명한 재료를 가로질러, 본 출원인은 10 W 내지 100W의 레이저 파워가 0.2 m/sec - 1 m/sec의 절단 속도를 달성하는데 바람직하고, 25 W - 60 W의 레이저 파워가 많은 유리에 대해 충분하다(또는 최적이다)는 것을 발견하였다. 0.4 m/sec 내지 5 m/sec의 절단 속도에 대해, 레이저 파워는 바람직하게는 10 W - 150 W일 수 있고, 버스트 에너지는 40μJ/버스트 - 750 μJ/버스트이고, (즉 절단된 재료에 따라) 펄스 당 버스트는 2 버스트/펄스 - 25 버스트/펄스이고, 그리고 결함 라인 분리(피치)는 3 ㎛ 내지 15 ㎛ 또는 3 ㎛ - 10 ㎛이다. 피코초 펄스 버스트 레이저의 사용은 이들 절단 속도가 버스트 당 요구되는 펄스의 수와 고 파워를 만들기 때문에, 상기 절단 속도에 대해 바람직할 수 있다. 따라서, 여러 예시적인 실시예에 따라, 펄스 레이저는 10 W - 100 W의 파워, 예를 들면 25 W 내지 60 W의 파워를 만들고, 그리고 펄스 버스트 적어도 버스트 당 2 펄스 - 25 펄스를 만들고 그리고 결함 라인 사이의 거리가 2 ㎛ - 15 ㎛이고; 그리고 레이저 빔 및/또는 피가공물은 적어도 0.25 m/sec의 속도로, 여러 실시예에 있어서, 적어도 0.4 m/sec의 속도로, 예를 들면 0.5 m/sec 내지 5 m/sec의 속도로, 또는 이보다 더 빠른 속도로 서로에 대해 병진이동된다.
챔퍼처리된 엣지를 절단 및 분리:
챔퍼 방법 1:
상이한 조건에서 강화되지 않은 Gorilla® 유리, 특별하게 Corning 코드 2320를 사용하여, 챔퍼처리된 엣지의 분리가 가능하다는 것을 알았다. 제 1 방법은 요구되는 형상(이 경우에는 챔퍼처리된 엣지)과 일치하는 흠 라인을 형성하기 위해 결함 라인을 만들도록 피코초 레이저를 사용하는 것이다. 이러한 단계 이후에, 기계적 분리는 브레이킹 플라이어(breaking plier)를 사용함으로써, 부분을 수동으로 구부림으로써, 또는 흠 라인을 따라 분리를 개시해 전파시키는 장력을 만드는 임의의 방법에 의해 달성될 수 있다. 700 ㎛ 두께의 강화되지 않은 Gorilla® 유리에서 결함 라인으로써 챔퍼처리된 엣지를 만들기 위하여 그리고 부분을 기계적으로 분리하기 위하여, 최상의 결과는 아래 기재된 광학 및 레이저 매개변수에 대해 발견되었다:
피코초 레이저 (1064nm)
악시콘 렌즈에 대한 인풋 빔 직경 ~2 mm
악시콘 각도 = 10 도
초기 조준 렌즈 초점 길이 = 125 mm
최종 대물 렌즈 초점 길이 = 40 mm
Z = 0.7 mm이도록 설정된 초점(즉, 유리 두께와 관련하여 중심맞춰지도록 설정된 라인 초점)
100 %의 총 파워에서의 레이저 파워(~40 Watt)
레이저의 버스트 반복률 = 200 kHz
버스트 당 에너지 = 200 μJ (40 W/200 kHz)
피치 = 5 ㎛
3 펄스/버스트.
결함 라인 당 하나의 패스
분리를 달성하는 대안적인 방법은 피코초 레이저가 추적 요구되는 윤곽을 마감처리한 이후에, 피코초 레이저 단계를 따르는 비교적 초점이탈된 CO2 레이저 빔(~2 mm 스팟 직경)을 사용하는 것이다. CO2 레이저에 의해 유도된 열 응력은 요구되는 윤곽에 따라 엣지의 형상을 형성하거나 또는 분리를 개시 및 전파하는데 충분하다. 이러한 경우에 대해, 최상의 결과가 아래 기재된 광학 및 레이저 매개변수에 대해 발견되었다:
피코초 레이저 (1064 nm)
악시콘 렌즈에 대한 인풋 빔 직경 ~2 mm
악시콘 각도 = 10 도
초기 조준 렌즈 초점 길이 = 125 mm
최종 대물 렌즈 초점 길이 = 40 mm
Z = 0.7 mm이도록 설정된 초점(즉, 유리 두께와 관련하여 중심맞춰지도록 설정된 라인 초점)
총 파워의 75 %에서의 레이저 파워 (~30 Watts)
레이저의 버스트 반복률 = 200 kHz
3 펄스/버스트
버스트 당 에너지 = 150 μJ (30 W/200 kHz)
피치 = 5 ㎛
하나의 패스.
CO2 레이저
레이저는 200 W 총 파워 레이저임
레이저 병진이동 속도: 10 m/min
레이저 파워 = 100 %
펄스 지속시간 17 μs
레이저 변조 주파수 20 kHz
레이저 듀티 사이클 = 17/50 μs = 34 % 듀티 (약 68 Watt 아웃풋).
레이저 빔 초점이탈(유리의 입사 표면과 관련) = 20 mm.
챔퍼 방법 2:
방법 2A:
제 2 챔퍼처리 방법은 상당하게-초점맞춰진 CO2 레이저를 기판과 엣지의 표면 사이의 상호교차부에 매우 가깝게 적용함으로써 챔퍼를 만드는 현 엣지의 장점을 갖는다. 상기 기재된 CO2 레이저 조건과 달리, 본 경우에 기판 표면에서의 초점맞춰진 CO2 빔의 크기가 ~100 ㎛ 직경이며, 이는 상기 빔이 방법 1에 기재된 초점이탈된 빔보다 상당히 더 높은 온도에서 유리를 국부적으로 가열할 수 있게 한다. 레이저는 재료의 용융 온도로부터 재료의 변형점 아래까지의 온도 범위를 이루는 극심한 열 구배를 만들도록, 기판 재료에 의해 반드시 상당하게 흡수되어야 한다. 열 구배는 대부분의 재료를 감고 벗겨내는 재료의 매우 얇은 스트립을 벗기거나 분리 유도하는 응력 프로파일을 발생시킨다. 얇은 스트립의 치수는 변형점과 연화점 사이의 온도를 갖는 재료에서의 구역의 깊이에 의해 결정된다.
이러한 방법은 흠 라인에 의해 묘사된 평면에서 벗겨내도록 이전 방법과 조합될 수 있다. 달리 말하자면, 피코초 레이저는 요구되는 형상 또는 엣지의 윤곽과 일치하는 형상을 갖는 흠 라인을 형성하도록 상기 기재된 바와 같이 사용될 수 있고 그리고 열 구배는 재료의 얇은 스트립을 신속하게 방출하도록 흠 라인에 그리고 상기 흠 라인 주위에 만들어질 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 피코초 레이저에 의해 만들어진 흠 라인은 재료의 얇은 스트립의 감겨짐 또는 벗기는 방향을 가이드하고 엣지의 윤곽 또는 형상의 보다 미세한 제어가 달성될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 방법은 레이저 파장(예를 들면, 10.6 ㎛에서 CO2)의 기판에 의한 흡수에 의존한다. 재료에 의한 레이저의 흡수는 적어도 재료의 변형점으로부터 적어도 재료의 연화점까지 넓어진 온도를 포함하는 열 구배의 설립을 유도한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 이와 같은 열 구배가 생성될 때 감긴 벗겨짐을 형성하도록 대부분의 기판으로부터 유리의 스트립이 분리된다. 레이저가 도 9에 도시된 바와 같은 엣지 근처(예를 들면, 엣지로부터 <100 ㎛ 이내)에서 타이트하게 초점맞춰질 때, 감긴 유리의 스트립이 직각 코너로부터 벗겨지고 그리고 도 10에 도시된 바와 같은 챔퍼, 즉 일반적으로 오목부(concave)를 형성한다. 양 코너를 챔퍼처리하기 위하여, 샘플은 뒤집힐 수 있고(flipped over) 처리는 제 2 코너에서 반복될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 엣지의 평평한 부분의 결함 라인은 관통-구멍 천공에 의해 형성된 평평한 엣지에 대해 도 1c에 도시된 텍스쳐와 일치하는 텍스쳐를 나타낸다. 도 12는 (CO2 빔 스캔 속도로 정의되는) 챔퍼처리 속도를 변경시킴으로써, 챔퍼처리된 엣지의 특징: 챔퍼 각도, 평평한 면(A)의 폭 또는 높이/폭(B/C)의 변경이 가능하다는 것을 나타낸다. CO2 레이저 스캔 속도를 변경시킴으로써, 재료 상에서의 레이저 에너지 퇴적(deposition) 율이 변하고 열 구배의 특징(예를 들면, 공간 규모, 온도 범위)이 변경된다. 레이저를 보다 빠르게 이동시킴으로써, 흠 라인은 보다 더 얕게 되고 그리고 벗겨낼 재료의 스트립은 더 협폭으로 더 얕게 된다. 챔퍼처리 속도는 도 12에 도시된 실시예에서 3 m/min 내지 10 m/min 변하였다. CO2 레이저는 200 W의 피크 파워를 갖고 그리고 2.9 μs의 펄스 폭을 갖는 30 kHz의 반복률로 설정되었고, ~18 W의 ~ 9% 듀티 사이클로 좌우된 CO2 아웃풋 파워를 만들었다.
벗겨냄을 위한 CO2 레이저 조건
레이저가 200W 총 파워 레이저임
레이저 병진이동 속도: 3 m/min (50 mm/s)
레이저 파워 = 100%
펄스 지속시간 2.9 μs
레이저 변조 주파수 30 kHz
레이저 듀티 사이클 = 2.9/33 μs = 9% 듀티 (약 18 W 아웃풋).
레이저 빔 초점이탈 = 0.7 mm.
방법 2B:
이러한 예에 있어서, 챔퍼 방법 1의 피코초 천공 부분은 결함 라인 평면에 의해 가이드된 분리로써 제어된 벗겨짐을 만들도록 챔퍼 방법(2a)의 열 벗겨짐과 조합되었다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 직각 코너의 벗겨짐이 발생한다. 그러나, 벗겨짐 및 탈착은, 연화 구역에서의 열 구배가 탈착 경로에 영향을 미칠 수 있는 2차 구동력을 제공하기 때문에, 결함 평면을 따라 전적으로 발생할 수 없다. 열 구배에 의해 형성된 크랙 라인과 결함 평면 사이의 상대 위치에 따라, 분리는 흠 라인을 따라서 보다 크거나 보다 작은 정도로 발생할 수 있다. 도 11b는 벗겨짐 경로의 한 부분이 결함 라인에 의해 형성된 경로를 벗어나는 예를 나타내고 있다. 편차는 엣지의 평평한 부분을 따라서 대부분 나타난다(pronounce). 그러나, CO2 레이저에 의한 적당한 가열 및 결함 라인 특징의 적당한 조합으로써 결함 라인 평면에서 코너가 분리될 수 있다.
희생 엣지:
벗겨진 유리가 결함 라인 평면을 전적으로 따르지 않을지라도, 유리 내의 잔여 결함 라인의 존재는, 엣지가 충격을 받을 때 형성되는 크랙의 전파를 저지(arrest)할 수 있기 때문에, 장점이 될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 잔여 내부 결함 라인 평면은 손상 저지 위치로서 소용되도록 사용될 수 있어, 실제로 즉 잔여 내부 결함 라인의 표면 측 상의 기판 재료의 구역의 "희생" 엣지 부분을 만든다. 실제로, 분리된 엣지의 내부 측상의 잔여 내부 결함 라인(또는 정확한(true) 엣지의 내측에 보다 복잡한 내부 베벨을 형성하도록 교차하는 한 세트의 잔여 내부 결함 라인)을 포함하는 희생 엣지의 생성은 부분의 외측 엣지에서의 물리적인 챔퍼 특징부를 필요로 하지 않으면서 그리고 상기 특징부를 만드는데 필요한 기계적 연마 및 폴리싱을 필요로 하지 않으면서, 챔퍼처리된 부분의 신뢰성을 향상시키는 방법일 수 있다. 이러한 타입의 희생 엣지에 대한 여러 선택이 도 13에 도시되어 있다. 상기 기재된 피코초 레이저 처리가 1m/s에 이르는 속도로 그리고 하나의 패스에서 각각의 결함 라인을 만들기 때문에, "손상 정지" 라인을 만드는데 매우 쉽고 비용절감적이다. 응력을, 예를 들면, 충격 력을 받게 될 때, 유리는 희생 엣지를 따라 분리할 것이고 충격으로부터의 크랙이 부분의 내부로 전파하는 것을 방지하며, 이에 따라서 온전한 부분의 밸런스를 유지한다(leave).
챔퍼 방법 3:
최종적으로, 결함 라인에 의해 형성된 외측 유리 엣지 조각의 분리는 기계적 힘을 가하거나 CO2 레이저를 가함으로써 행해질 필요가 없다. 많은 경우에 있어, 유리 기판으로부터 분리된 유리 부분은 이온 교환 처리에서 화학적 강화를 위해 보내진다. 이온 교환 자체는 부분의 코너나 챔퍼 구역에서 분리나 벗겨짐을 촉발하는 충분한 응력을 만들 수 있다. 유리 표면에 새로운 이온을 도입하면 외측 코너 조각이 벗겨지거나 분리되게 하는 충분한 응력이 만들어질 수 있다. 부가적으로, 이온 교환 처리에 사용된 고온 염욕은 챔퍼처리되거나 그렇지 않으면 형성된 엣지를 제공하기 위하여 흠 라인을 따라 분리나 또는 벗겨짐을 유도하는데 충분한 열 응력을 제공할 수 있다. 어느 한 경우로서, 최종 결과는 요구되는 챔퍼 형상을 형성하도록 내부 결함 라인을 더욱 근접하게 따르는 엣지이다(도 14 참조).
부가적으로 또는 대안적으로, 산 용액(예를 들면, 1.5 M HF 및 0.9 M H2SO4의 용액)에서의 부분의 엣칭은 외측 코너 조각이 벗겨지거나 분리되게 하는 충분한 응력을 만들 수 있다.
본 명세서에 기재된 챔퍼처리 방법은 또한 Laser Cutting of Display Glass Compositions(미국 가특허출원 번호 제62/023,471호)를 발명의 명칭으로 하는 명세서에 기재된 바와 같은 Corning® Eagle XG® (이온 교환을 포함한 방법을 제외) 유리에 적용될 수 있다.
상기 기재된 방법은 향상된 레이저 처리 능력과 비용 절감 및 이에 따라 보다 적은 제조 비용으로 병진이동할 수 있는 아래 기재된 바와 같은 장점을 제공한다. 현 실시예에 있어서, 절단 및 챔퍼처리는 아래 기재된 바와 같은 사항을 제공한다:
챔퍼처리된 엣지를 갖는 부분을 챔퍼처리 또는 완전한 절단: 개시된 방법은 Gorilla® 유리 및 다른 타입의 (강화되거나 또는 강화되지 않은) 투명한 유리를 청결하고 제어된 방식으로 완전하게 분리/절단할 수 있다. 완전한 분리 및/또는 엣지 챔퍼처리는 수개의 방법을 사용하여 입증되었다. 챔퍼 방법 1으로써, 부분은 챔퍼처리된 엣지를 갖는 유리 매트릭스로부터 크기 절단되거나 분리되고, 그리고 원칙적으로, 부가적인 후 처리가 요구되지 않는다. 챔퍼 방법 2로써, 부분은 사전-존재하는 평평한 엣지를 갖는 크기로 이미 절단되고 그리고 레이저가 엣지를 챔퍼처리하도록 사용된다.
감소된 표면 아래 결함: 챔퍼 방법 1으로써, 레이저와 재료 사이의 초-단파 펄스 상호작용에 기인하여, 열 상호작용이 거의 없고 이에 따라서 바람직하지 못한 응력 및 미소-크랙을 초래할 수 있는 최소 열 영향을 받는 구획부가 거의 없다. 부가적으로, 유리에 레이저 빔을 모으는 광학은 부분의 표면 상에서 전형적으로 2 내지 5 미크론 직경의 결함 라인을 만든다. 분리 이후에, 표면 아래 손상은 < 30 ㎛ 만큼 작을 수 있다. 이러한 구성은, 부분이 인장 응력을 받아(submit) 엣지의 강도를 약화시킬 때, 이들 표면 아래 손상이 성장할 수 있고 미소-크랙으로 발달할 수 있으므로, 부분의 엣지 강도에 상당한 영향을 받고 엣지를 더욱 연마 및 폴리싱할 필요성을 감소시킨다.
처리 청결(Process cleanliness): 챔퍼 방법 1은 청결하고 제어된 방식으로 유리를 챔퍼처리할 수 있다. 종래의 박피 처리를 사용하는 것은 많은 부스러기를 발생시키기 때문에 챔퍼처리에 대해 매우 문제가 된다. 이러한 삭마-발생된 부스러기는 심지어 다양한 세정 및 세척 프로토콜으로써도 제거하는데 어려울 수 있기 때문에, 문제가 된다. 임의의 부착된 미립자는 박막 트랜지스터 등을 만들도록 코팅되거나 금속화되는 후 처리에 대해 결함을 야기할 수 있다. 개시된 방법의 재료와의 유도된 상호작용과 레이저 펄스의 특징은 상기 펄스가 매우 짧은 기간에서 발생하기 때문에 이러한 쟁점을 피하고 그리고 레이저 복사에 대한 재료 투명도는 유도된 열 효과를 최소화한다. 결함 라인이 대상물 내에 만들어지기 때문에, 절단 단계 동안에 부스러기의 존재와 부착된 파티클이 사실상 제거된다. 만들어진 결함 라인으로부터 초래되는 임의의 미립자가 존재한다면, 이들 미립자는 부분이 분리될 때까지 잘 포함된다.
처리 단계의 제거
들어오는 유리 패널로부터 유리 플레이트를 최종 크기 및 형상으로 제조하는 처리는 여러 경우에서 패널을 절단하는 단계, 크기로 절단하는 단계, 마감처리 단계 및 엣지 형성 단계, 부분을 그 목표 두께 아래로 박막화하는 단계, 폴리싱 단계, 및 심지어 화학적 강화단계를 포함한 수개의 단계를 포함한다. 이들 단계 중에서 임의의 단계의 제거는 처리 시간 및 자본 경비에 의해 제조 비용을 증대시킬 것이다. 현 방법은 단계의 수를 감소시킬 수 있으며, 그 단계는 예를 들면, 다음과 같다:
감소된 부스러기 및 엣지 결함 발생 - 세정 및 건조 스테이션의 잠재적인 제거
샘플을 형성된 엣지, 형상 및 두께를 갖는 그 최종 크기로 직접적으로 절단 - 기계적 마감처리 라인의 필요성 감소나 제거 그리고 이들과 관련된 막대한 무가치한 부가 비용.
모든 특허, 공개된 출원 및 본 명세서에서 인용된 참증의 관련 기술내용은 참조를 위해 모두 본 명세서에 통합되어 있다.
예시적인 실시예가 본 명세서에 기재되어 있는 한편으로, 당업자라면 본 발명이 첨부된 청구범위의 범주 내에서 여러 변경 및 수정이 행해질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (33)

  1. 레이저 처리하는 방법으로서,
    레이저 빔 초점 라인에 비-회절 펄스 레이저 빔을 초점맞추는 단계;
    상기 레이저 빔 초점 라인을 따라서 재료 내에 결함 라인을 만드는 유도된 흡수를 상기 재료 내에 발생시키는 상기 레이저 빔 초점 라인을, 상기 재료에 대해 제 1 입사 각도로 상기 재료에 나아가게 하는 단계;
    상기 재료 내에 상기 제 1 입사 각도로 제 1 평면을 따라서 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 상기 재료와 상기 레이저 빔을 병진이동시키는 단계;
    상기 레이저 빔 초점 라인을 따라서 상기 재료 내에 결함 라인을 만드는 유도된 흡수를 상기 재료 내에 만드는 상기 레이저 빔 초점 라인을, 상기 재료에 대해 제 2 입사 각도로 상기 재료에 나아가게 하는 단계; 및
    상기 재료 내에 상기 제 2 입사 각도로 제 2 평면을 따라 복수의 결함 라인을 형성하기 위하여, 서로와 관련하여 상기 재료나 상기 레이저 빔을 병진이동시키는 단계;를 포함하고,
    상기 제 2 평면은 상기 제 1 평면과 교차하는, 레이저 처리하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재료는 챔퍼처리된 엣지를 형성하도록 상기 제 1 평면 및 상기 제 2 평면을 따라서 분리되는, 레이저 처리하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 재료 내의 제 1 각도로 상기 제 1 평면을 따라 복수의 결함 라인 상에 적외선(IR) 레이저 빔을 나아가게 하는 단계; 및
    상기 재료 내의 제 2 각도로 상기 제 2 평면을 따라 복수의 결함 라인 상에 상기 적외선 레이저 빔을 나아가게 하는 단계;에 의하여, 열 응력을 만듬으로써, 상기 제 1 평면과 상기 제 2 평면을 따라서 상기 재료를 분리하는 단계를 더 포함하는, 레이저 처리하는 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 재료에 이온-교환 공정을 실시함으로써 제 1 평면 및 제 2 평면을 따라 상기 재료를 분리하는 단계를 더 포함하는, 레이저 처리하는 방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔의 펄스 지속시간은 1 피코초 초과 100 피코초 미만인, 레이저 처리하는 방법.
  6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 레이저 빔 초점 라인은 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛의 평균 스팟 직경을 갖는, 레이저 처리하는 방법.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔은 재료가 투명하도록 선택된 파장을 갖는, 레이저 처리하는 방법.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 레이저 빔 초점 라인의 길이는 0.1 mm 내지 100 mm인, 레이저 처리하는 방법.
  9. 유리 물품으로서,
    제 1 각도로 제 1 평면을 따라 제 1 복수의 결함 라인 및 상기 제 1 각도와 다른 제 2 각도로 제 2 평면을 따라 제 2 복수의 결함 라인을 갖는 적어도 하나의 챔퍼처리된 엣지를 포함하고, 각각의 상기 제 1 복수의 결함 라인은 적어도 250 ㎛ 뻗어있고, 상기 제 1 및 제 2 복수의 결함 라인 각각은 5 ㎛ 이하의 직경을 갖는, 유리 물품.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 챔퍼처리된 엣지는 75 ㎛ 이하의 깊이까지의 표면 아래 손상을 갖는, 유리 물품.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 복수의 결함 라인 모두는 적어도 250 ㎛ 뻗어있는, 유리 물품.
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