KR102705403B1 - 투명 작업편의 레이저 처리의 능동적 제어 - Google Patents

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Abstract

투명 작업편을 처리하기 위한 방법은 상기 투명 작업편에서 결함의 윤곽을 형성하는 단계 및 적외선 레이저 빔을 사용하여 상기 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 단계를 포함한다. 분리 동안, 상기 방법은 또한 적외선 빔 스폿의 기준 위치 및 전파 방향에 대한 크랙 팁의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계, 적외선 빔 스폿의 기준 위치와 크랙 팁 간 검출된 거리 및 각도 오프셋을 결정하는 단계, 검출된 거리를 미리 설정된 거리와 비교하는 단계, 검출된 각도 오프셋을 미리 설정된 각도 오프셋과 비교하는 단계, 및 상기 검출된 거리와 미리 설정된 거리 간 차이 및 상기 검출된 각도 오프셋과 미리 설정된 각도 오프셋 간 차이에 따라 상기 적외선 레이저 빔과 투명 작업편 간 상대적 이동의 속도 또는 상기 적외선 레이저 빔의 파워 중 적어도 하나를 수정하는 단계를 포함한다.

Description

투명 작업편의 레이저 처리의 능동적 제어
본 출원은 2018년 6월 19일 출원된 미국 가출원 제62/686,976호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 명세서는 일반적으로 투명 작업편을 레이저 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 투명 작업편의 레이저 처리를 능동적으로 제어하는 것에 관한 것이다.
재료의 레이저 처리 영역은 각기 다른 상이한 타입의 재료의 절단, 드릴링, 밀링, 용접, 용융 등을 포함하는 광범위한 다양한 애플리케이션을 포함한다. 이들 공정 중 특히 관심이 있는 것은 전자 장치를 위한 디스플레이 재료 또는 박막 트랜지스터(TFT)를 위한 유리, 사파이어, 또는 용융 실리카와 같은 재료의 제조에 사용될 수 있는 공정에서 각기 다른 상이한 타입의 투명 기판을 절단 또는 분리하는 것이다.
공정 개발 및 비용 관점에서 유리 기판의 절단 및 분리를 개선할 수 있는 많은 기회가 있다. 현재 시장에서 실행되는 것보다 유리 기판을 분리하는 더 빠르고, 깨끗하고, 저렴하고, 더 반복 가능하며, 더 신뢰할 수 있는 방법을 갖는 것이 큰 관심사이다. 따라서, 유리 기판을 분리하기 위한 대안적인 개선된 방법들이 필요하다.
일 구현 예에 따르면, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법은 상기 투명 작업편에서 윤곽선을 따라 상기 투명 작업편에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하는 단계 및 상기 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 단계를 포함한다. 상기 투명 작업편을 분리하는 단계는 상기 투명 작업편에 크랙의 형성을 유도하기 위해 적외선 빔 소스에 의해 출력된 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선 상에 또는 그 근처에 투명 작업편으로 지향시키는 단계(여기서 상기 적외선 레이저 빔은 투명 작업편의 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사함), 상기 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도하기 위해 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 병진 이동시키는 단계(여기서 상기 크랙의 전파 동안 상기 크랙은 크랙 팁(crack tip)을 포함함), 및 상기 적외선 빔 스폿의 기준 위치 및 전파 방향에 대한 상기 크랙 팁의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 투명 작업편을 분리하는 단계는 상기 크랙 팁과 적외선 빔 스폿의 기준 위치 간 검출된 거리를 결정하는 단계, 상기 크랙 팁의 전파 방향과 적외선 빔 스폿의 전파 방향 간 검출된 각도 오프셋(offset)을 결정하는 단계, 상기 검출된 거리를 미리 설정된 거리와 비교하는 단계, 상기 검출된 각도 오프셋을 미리 설정된 각도 오프셋과 비교하는 단계, 및 상기 검출된 거리와 미리 설정된 거리 간 차이 및 상기 검출된 각도 오프셋과 미리 설정된 각도 오프셋 간 차이에 따라 상기 적외선 레이저 빔과 투명 작업편 간 상대적 이동의 속도 또는 상기 적외선 레이저 빔의 파워 중 적어도 하나를 수정하는 단계를 포함한다.
다른 구현 예에 따르면, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법은 상기 투명 작업편에서 윤곽선을 따라 상기 투명 작업편 및 곡선의 윤곽 부분에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하는 단계, 및 상기 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 단계를 포함한다. 상기 투명 작업편을 분리하는 단계는 상기 투명 작업편에 크랙의 형성을 유도하기 위해 적외선 빔 경로를 따라 적외선 빔 소스에 의해 출력된 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선 상에 또는 그 근처에 투명 작업편으로 지향시키는 단계, 상기 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도하기 위해 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 병진 이동시키는 단계(여기서 상기 크랙의 전파 동안 상기 크랙은 크랙 팁을 포함함), 및 상기 크랙 팁의 위치와 상기 적외선 레이저 빔의 적외선 빔 스폿의 위치를 검출하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 투명 작업편을 분리하는 단계는 상기 적외선 빔 스폿이 상기 윤곽선을 따라 위치된 제 1 기준점에 도달할 때 상기 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 종료하는 단계, 상기 투명 작업편과 적외선 빔 경로를 제 1 기준점으로부터 상기 윤곽선을 따라 위치된 제 2 기준점으로 서로에 대해 병진 이동시키는 단계(여기서 상기 제 1 기준점이 상기 제 2 기준점 뒤에 위치하고 곡선의 윤곽 부분의 적어도 일부가 상기 제 1 기준점과 제 2 기준점 간 배치됨), 및 상기 크랙 팁이 윤곽선을 따라 위치된 제 3 기준점에 도달할 때 상기 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 재개하고 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 서로에 대해 병진 이동시키는 것을 재개하는 단계(여기서 상기 제 1 기준점이 상기 제 3 기준점 뒤에 위치하고 곡선의 윤곽 부분의 적어도 일부가 상기 제 1 기준점과 제 3 기준점 간 배치됨)를 포함한다.
또 다른 구현 예에 따르면, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법은: 상기 투명 작업편에서 윤곽선을 따라 상기 투명 작업편에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하는 단계; 및 상기 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 투명 작업편을 분리하는 단계는: 상기 투명 작업편에 크랙의 형성을 유도하기 위해 적외선 빔 소스에 의해 출력된 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선 상에 또는 그 근처에 투명 작업편으로 지향시키는 단계(여기서 상기 적외선 레이저 빔은 투명 작업편의 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사함); 상기 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도하기 위해 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 병진 이동시키는 단계(여기서 상기 크랙의 전파 동안 상기 크랙은 크랙 팁을 포함함); 상기 적외선 빔 스폿의 기준 위치 및 전파 방향에 대한 상기 크랙 팁의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계; 상기 크랙 팁과 적외선 빔 스폿의 기준 위치 간 검출된 거리를 결정하는 단계; 상기 검출된 거리를 미리 설정된 거리와 비교하는 단계; 및 상기 검출된 거리와 미리 설정된 거리 간 차이에 따라 상기 적외선 레이저 빔과 투명 작업편 간 상대적 이동의 속도 또는 상기 적외선 레이저 빔의 파워 중 적어도 하나를 수정하는 단계를 포함한다.
본원에 설명된 프로세스 및 시스템의 추가 특징 및 장점들은 다음의 상세한 설명에서 설명되며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 용이하게 명백하거나 수반된 도면 뿐만 아니라 다음의 상세한 설명, 청구범위를 포함하는 본원에 설명된 구현 예들을 실시함으로써 인식될 것이다.
상술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 다양한 구현 예를 설명하고 청구 대상의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 기초를 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.
수반된 도면은 다양한 구현 예의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 그 일부를 구성한다. 도면은 본원에 설명된 다양한 구현 예를 예시하고, 설명과 함께 청구 대상의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
본 발명에 따라 투명 작업편을 레이저 처리하기 위한 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도면에 제시된 구현 예들은 사실상 예시이고 예시적이며 청구범위에 의해 규정된 대상을 제한하려는 것이 아니다. 예시적인 구현 예들에 대한 다음의 상세한 설명은 다음의 도면과 연계하여 읽을 때 이해될 수 있으며, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시된다:
도 1a는 본원에 설명된 하나 이상의 구현 예에 따른 투명 작업편에서 결함의 윤곽의 형성을 개략적으로 도시하고;
도 1b는 본원에 설명된 하나 이상의 구현 예에 따른 투명 작업편에서 결함의 윤곽의 형성 동안 레이저 빔 초점 라인의 위치를 개략적으로 도시하고;
도 2는 본원에 설명된 하나 이상의 구현 예에 따라 투명 작업편에서 결함의 윤곽을 형성하기 위한 광학 어셈블리를 개략적으로 도시하고;
도 3a는 본원에 설명된 하나 이상의 구현 예에 따른 예시의 펄스 버스트 내의 레이저 펄스의 상대적 강도 대 시간을 그래프로 도시하고;
도 3b는 본원에 설명된 하나 이상의 구현 예에 따른 다른 예시의 펄스 버스트 내의 레이저 펄스의 상대적 강도 대 시간을 그래프로 도시하고;
도 4는 본원에 나타내고 설명된 하나 이상의 구현 예에 따라 결함의 윤곽을 갖는 투명 작업편을 분리하기 위한 예시의 광학 어셈블리를 개략적으로 도시하고;
도 5는 본원에 나타내고 설명된 하나 이상의 구현 예에 따라 결함의 윤곽을 갖는 투명 작업편을 분리하기 위한 다른 예시의 광학 어셈블리를 개략적으로 도시하고;
도 6은 본원에 나타내고 설명된 하나 이상의 구현 예들에 따른 도 4 및 5의 광학 어셈블리의 이미징 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 7a는 본원에 나타내고 설명된 하나 이상의 구현 예에 따른 투명 작업편에 배치된 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 동안 적외선 빔 스폿 및 크랙 팁을 개략적으로 도시하고;
도 7b는 본원에 나타내고 설명된 하나 이상의 구현 예에 따른 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 동안 윤곽을 따라 상이한 위치에 위치하는 도 7a의 적외선 빔 스폿 및 크랙 팁을 개략적으로 도시하며;
도 8은 본원에 나타내고 설명된 하나 이상의 구현 예에 따른 크랙 팁과 적외선 레이저 빔의 중심 간 거리에 대해 플롯된 유리의 완전한 분리에 필요한 적외선 레이저 빔 파워를 보여주는 차트를 도시한다.
이제 투명 작업편을 레이저 처리하는 구현 예들에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 그 예들은 수반되는 도면에 예시되어 있다. 가능한 한, 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호가 사용될 것이다. 투명 작업편을 레이저 처리(예컨대, 가공)하는 것은 결함 형성 레이저 빔(예컨대, 펄스 레이저 빔)을 사용하여 투명 작업편에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하고 적외선 레이저 빔을 사용하여 투명 작업편을 분리하는 것을 포함할 수 있다. 본원에 설명된 구현 예들에 있어서, 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 적외선 레이저 빔으로 조사(irradiating)하고 적외선 레이저 빔과 투명 작업편을 윤곽을 따라 서로에 대해 병진 이동시키는 것은 투명 작업편을 분리하기 위해 상기 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도할 수 있다. 분리 동안, 크랙은 일관되지 않은 속도로 전파될 수 있으므로 투명 작업편과 적외선 레이저 빔 간 균일한 상대적 이동 속도 및/또는 균일한 레이저 파워로 인해 윤곽으로부터 크랙의 편차가 발생하여 헥클(hackle), 분기(bifurcation), 및 기타 다른 원치 않는 불규칙성을 유발할 수 있다. 따라서, 크랙의 일관된 분리를 용이하게 하기 위해, 본 출원은 크랙 팁을 이미징하고, 크랙 팁과 적외선 레이저 빔의 적외선 빔 스폿 간 거리를 결정하고, 투명 작업편과 적외선 레이저 빔 간 상대적 이동 속도 및/또는 측정된 거리에 기초한 적외선 레이저 빔의 레이저 파워를 변경하기 위한 방법 및 시스템을 포함한다.
또한, 윤곽은 하나 이상의 곡선의 윤곽 부분을 포함할 수 있어, 분리 공정을 더욱 복잡하게 한다. 예를 들어, 크랙 팁이 곡선의 윤곽 부분을 가로지르는 경우, 크랙 팁의 전파 방향이 적외선 레이저 빔의 전파 방향과 다를 수 있으며, 이는 적외선 빔 스폿과 크랙 팁 간 기하학적 관계를 변경한다. 따라서, 헥클, 분기, 및 기타 다른 원치 않는 불규칙성을 감소시키거나 방지하기 위해, 본원에 설명된 방법들은 크랙 팁의 전파 방향과 적외선 빔 스폿 간 각도 오프셋에 기초하여 투명 작업편과 적외선 레이저 빔 및/또는 적외선 레이저 빔의 레이저 파워 간 상대적 이동 속도를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 적외선 레이저 빔이 곡선의 윤곽 부분의 기하학적 형태로 인해 곡선의 윤곽 부분을 가로지르는 경우, 과도한 열이 곡선의 윤곽 부분 근처의 재료 내에 축적되어, 분리 동안 원치 않는 칩핑(chipping) 및/또는 크랙킹(cracking)이 발생할 수 있다. 그와 같이, 본원에 설명된 투명 작업편을 분리하는 방법은 또한 크랙이 곡선의 윤곽 부분의 일부 또는 전부를 통해 전파될 때 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 종료하는 단계를 포함할 수 있으며, 이는 잠열 축적을 허용하여 곡선의 윤곽 부분을 통해 크랙 전파를 추진하고 곡선의 윤곽 부분을 넘어선 윤곽의 위치에서 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 재개한다. 투명 작업편의 레이저 처리의 다양한 구현 예가 수반된 도면을 구체적으로 참조하여 본원에서 설명될 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, "레이저 처리"는 레이저 빔을 투명 작업편 상으로 및/또는 내로 지향시키는 것을 포함한다. 일부의 구현 예에 있어서, 레이저 처리는, 예를 들어 윤곽선을 따라, 윤곽을 따라, 또는 다른 경로를 따라 투명 작업편에 대해 레이저 빔(또는 레이저 빔이 빔 소스에 의해 출력되지 않을 때 레이저 빔 경로)을 병진 이동시키는 단계를 더 포함한다. 레이저 처리의 예에는 결함 형성 레이저 빔(펄스 레이저 빔과 같은)을 사용하여 투명 작업편으로 확장되는 일련의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하고 적외선 레이저 빔을 사용하여 투명 작업편을 가열하는 것이 포함된다. 레이저 처리는 하나 이상의 원하는 분리 라인을 따라 투명 작업편을 분리할 수 있다. 그러나, 일부의 구현 예에 있어서, 하나 이상의 원하는 분리 라인을 따라 투명 작업편을 분리하기 위해 추가적인 비-레이저 단계들이 이용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "윤곽선"은 대응하는 윤곽을 생성하고 윤곽과 윤곽선을 따라 투명 작업편을 분리하기 위해 하나 이상의 레이저 빔 각각이 투명 작업편의 평면 내에서 이동함에 따라 하나 이상의 레이저 빔이 통과하는 경로를 규정하는 투명한 작업편의 표면에 선형 라인, 각진 라인, 다각형 라인 또는 곡선형 라인을 나타낸다.
본원에 사용된 바와 같이, "윤곽"은 윤곽선을 따라 레이저를 이동하여 형성된 작업편의 결함 세트와 관련된다. 본원에 사용된 바와 같이, 윤곽은 기판 내부 또는 기판 상의 가상의 2차원 형상 또는 경로와 관련된다. 따라서, 윤곽 자체는 가상 형상이지만, 그 윤곽은, 예를 들어 결함 라인이나 크랙으로 나타날 수 있다. 윤곽은 작업편에서 원하는 분리의 표면을 규정한다. 윤곽선을 따라 다양한 기술을 사용하여, 예를 들어 윤곽선을 따라 연속적인 지점에서 펄스 레이저 빔을 지향시켜 투명 작업편에 복수의 결함을 생성함으로써 윤곽이 형성될 수 있다. 곡선의 초점 라인이 있는 다수의 윤곽선 및/또는 레이저를 사용하여 경사진 분리 표면과 같은 복잡한 형상을 만들 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "결함"은 투명 작업편에서 변형된 재료의 영역(예컨대, 벌크 재료에 대한 변형된 굴절률의 영역), 공극 공간, 크랙, 스크래치, 흠, 구멍, 천공, 또는 기타 다른 변형을 의미한다. 이들 결함은, 본원의 다양한 구현 예에 있어서, 결함 라인 또는 손상 트랙으로 지칭될 수 있다. 결함 라인 또는 손상 트랙은 동일한 위치에 있는 단일의 레이저 펄스 또는 다수의 펄스에 대해 투명 작업편의 단일 위치에 레이저 빔을 향하게 하여 형성된다. 윤곽선을 따라 레이저를 이동하면 윤곽을 형성하는 다수의 결함 라인이 생성된다. 라인 포커스 레이저의 경우, 결함이 선형일 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "빔 단면"이라는 문구는 레이저 빔의 빔 전파 방향에 수직인 평면을 따라, 예를 들어 빔 전파 방향이 Z 방향일 때 X-Y 평면에 따른 레이저 빔의 단면을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, "빔 스폿"은 충돌 표면에서, 즉 레이저 광학 장치에 가장 근접한 투명 작업편의 표면에서 레이저 빔의 단면(예컨대, 빔 단면)과 관련된다.
본원에 사용된 바와 같이, "충돌 표면"은 레이저 광학 장치에 가장 근접한 투명 작업편의 표면을 의미한다.
본원에 사용된 바와 같이, "상류" 및 "하류"는 빔 소스에 대해 빔 경로를 따라 두 위치 또는 구성 요소들의 상대적 위치를 의미한다. 예를 들어, 제 1 구성 요소가 제 2 구성 요소보다 레이저 빔에 의해 횡단되는 경로를 따라 레이저 광학 장치에 더 가깝다면 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소의 상류이다.
본원에 사용된 바와 같이, "레이저 빔 초점 라인"은 광축에 평행한 선형의 긴 초점 영역을 형성하는 레이저 빔의 상호 작용(예컨대, 교차하는) 광선의 패턴과 관련된다. 레이저 빔 초점 라인은 광축을 따라 상이한 다른 위치에서 레이저 빔의 광축과 상호 작용(예컨대, 교차)하는 수차(aberrated) 광선을 포함한다. 더욱이, 본원에 설명된 레이저 빔 초점 라인은 아래에서 상세히 수학적으로 정의된 준-비회절 빔을 사용하여 형성된다.
본원에 사용된 바와 같은 문구 "투명 작업편"은 유리, 유리-세라믹 또는 투명한 기타 다른 재료로 형성된 작업편을 의미하며, 여기서 사용된 바와 같은 용어 "투명"은 재료가 특정 펄스 레이저 파장에 대해 재료 깊이의 mm 당 10% 미만과 같이, 또는 특정 펄스 레이저 파장에 대해 재료 깊이의 mm 당 1% 미만과 같이, 재료 깊이의 mm 당 20% 미만의 광 흡수율을 갖는 것을 의미한다. 달리 명시되지 않는 한, 그러한 재료는 재료 깊이의 mm 당 약 20% 미만의 광 흡수율을 갖는다. 상기 투명 작업편은 약 50 microns(㎛) 내지 약 10 mm(예를 들어, 약 100 ㎛ 내지 약 5 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 3 mm)의 깊이(예를 들어, 두께)를 가질 수 있다. 투명 작업편은 보로실리케이트 유리, 소다-림 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노실리케이트, 알카라인 토류 알루미노실리케이트 유리, 알칼라인 토류 보로-알루미노실리케이트 유리, 융용 실리카, 또는 사파이어, 실리콘, 갈륨 비소와 같은 결정질 재료, 또는 이들의 조합과 같은 유리 조성물로 형성된 유리 작업편을 포함할 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 투명 작업편은 투명 작업편을 레이저 처리하기 전 또는 후에 열 템퍼링(thermal tempering)을 통해 강화될 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 유리는 이온-교환 가능할 수 있어서, 유리 조성물은 투명 작업편을 레이저 처리하기 전 또는 후에 유리 강화를 위해 이온-교환을 겪을 수 있다. 예를 들어, 투명 작업편은 뉴욕, 코닝의 코닝사에서 입수 가능한 Corning Gorilla® Glass(예컨대, 코드 2318, 코드 2319, 및 코드 2320)와 같은 이온 교환 및 이온 교환 가능한 유리를 포함할 수 있다. 또한, 이들 이온 교환 유리는 약 6 ppm/℃ 내지 약 10 ppm/℃의 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 다른 예시의 투명 작업편은 뉴욕, 코닝의 코닝사로부터 입수 가능한 EAGLE XG® 및 CORNING LOTUSTM을 포함할 수 있다. 더욱이, 투명 작업편은 레이저의 파장에 투명한 다른 구성 요소, 예를 들어 사파이어 또는 아연 셀렌화물과 같은 결정을 포함할 수 있다.
이온 교환 공정에서, 투명 작업편의 표면 층에 있는 이온은, 예를 들어 이온 교환 욕조에 투명 작업편을 부분적으로 또는 완전히 침지하여 동일한 원자가 또는 산화 상태를 갖는 더 큰 이온으로 대체된다. 더 작은 이온을 더 큰 이온으로 대체하면 압축 응력의 층이 투명 작업편의 하나 이상의 표면에서 층 깊이라고 하는 투명 작업편 내의 특정 깊이까지 확장된다. 압축 응력은 유리 시트의 순 응력이 0이 되도록 인장 응력(중심 응력이라고 함) 층에 의해 균형을 이룬다. 유리 시트의 표면에 압축 응력이 형성되면 유리가 강해지고 기계적 손상에 대한 내성이 생기므로, 층 깊이를 통해 확장되지 않는 흠에 대한 유리 시트의 치명적인 파손을 완화시킨다. 일부의 구현 예에 있어서, 투명 작업편의 표면 층에 있는 더 작은 나트륨 이온은 더 큰 칼륨 이온으로 교환된다. 일부의 구현 예에 있어서, 표면 층의 이온 및 더 큰 이온은 Li+(유리에 존재할 때), Na+, K+, Rb+, 및 Cs+와 같은 1가 알칼리 금속 양이온이다. 대안으로, 표면 층의 1가 양이온은 Ag+, T1+, Cu+ 등과 같은 알칼리 금속 양이온 이외의 1가 양이온으로 대체될 수 있다.
이제 도 1a 및 1b를 참조하면, 본원에 설명된 방법들에 따라 레이저 처리되는 예시의 투명 작업편(160)이 개략적으로 도시된다. 특히, 도 1a는 투명 작업편(160)을 분리하는 데 사용될 수 있는 복수의 결함(172)을 포함하는 윤곽(170)의 형성을 개략적으로 도시한다. 복수의 결함(172)을 포함하는 윤곽(170)은 윤곽선(165)을 따라 병진 이동 방향(101)으로 이동하는 극초단 펄스 레이저 빔을 포함할 수 있는 결함 형성 레이저 빔(112)으로 투명 작업편(160)을 처리함으로써 형성될 수 있다. 결함(172)은, 예를 들어 투명 작업편(160)의 깊이를 통해 확장될 수 있고, 그 투명 작업편(160)의 충돌 표면에 직교할 수 있다. 또한, 결함 형성 레이저 빔(112)은 초기에 충돌 표면 상의 특정 위치인 충돌 위치(115)에서 투명 작업편(160)과 접촉한다. 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 투명 작업편(160)의 제 1 표면(162)은 충돌 표면을 포함하지만, 다른 구현 예들에 있어서, 결함 형성 레이저 빔(112)은 대신에 투명 작업편(160)의 제 2 표면(164)을 초기에 조사할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 도 1a는 결함 형성 레이저 빔(112)이 투명 작업편(160)의 제 1 표면(162) 상에 투사된 빔 스폿(114)을 형성하는 것을 도시한다.
도 1a 및 도 1b는, 예를 들어 비구면 광학 요소(120; 도 2), 예컨대 액시콘 및 하나 이상의 렌즈(예컨대, 아래에 설명되고 도 2에 도시된 바와 같은 제 1 렌즈(130) 및 제 2 렌즈(132))를 사용하여, 결함 형성 레이저 빔(112)이 빔 경로(111)를 따라 전파되고 그 결함 형성 레이저 빔(112)이 투명 작업편(160) 내의 레이저 빔 초점 라인(113)에 포커스될 수 있도록 지향된 결함 형성 레이저 빔(112)을 도시한다. 예를 들어, 레이저 빔 초점 라인(113)의 위치는 Z-축을 따라 그리고 Z-축을 중심으로 제어될 수 있다. 또한, 상기 레이저 빔 초점 라인(113)은 약 0.1 mm 내지 약 100 mm 범위 또는 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 범위의 길이를 가질 수 있다. 다양한 구현 예는 약 0.1 mm, 약 0.2 mm, 약 0.3 mm, 약 0.4 mm, 약 0.5 mm, 약 0.7 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 약 4 mm, 또는 약 5 mm, 예컨대 약 0.5 mm 내지 약 5 mm의 길이(l)를 갖는 레이저 빔 초점 라인(113)을 갖도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 레이저 빔 초점 라인(113)은 이하에서 좀더 상세히 정의되는 바와 같이 준-비회절 빔의 일부일 수 있다.
동작에 있어서, 결함 형성 레이저 빔(112)은 윤곽(170)의 복수의 결함(172)을 형성하기 위해 윤곽선(165)을 따라 투명 작업편(160)에 대해 이동(예컨대, 병진 이동 방향(101)으로)될 수 있다. 결함 형성 레이저 빔(112)을 투명 작업편(160) 내로 지향시키거나 국부화하는 것은 투명 작업편(160) 내에서 유도 흡수를 생성하고, 윤곽선(165)을 따라 이격된 위치에서 투명 작업편(160) 내의 화학적 결합을 파괴하기에 충분한 에너지를 증착하여 결함(172)을 형성한다. 하나 이상의 구현 예에 따르면, 결함 형성 레이저 빔(112)은 투명 작업편(160)의 움직임(예컨대, 도 2에 나타낸 바와 같이, 투명 작업편(160)에 결합된 이동 스테이지(190)의 움직임), 결함 형성 레이저 빔(112)의 움직임(예컨대, 레이저 빔 초점 라인(113)의 움직임), 또는 투명 작업편(160) 및 레이저 빔 초점 라인(113) 둘 모두의 움직임에 의해 투명 작업편(160)을 가로질러 이동될 수 있다. 레이저 빔 초점 라인(113)을 투명 작업편(160)에 대해 이동시킴으로써, 복수의 결함(172)이 투명 작업편(160)에 형성될 수 있다.
일부의 구현 예에 있어서, 결함(172)은 일반적으로 윤곽(170)을 따라 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 예를 들어 약 1 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 2 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 등의 거리만큼 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 결함(172)들 사이의 적절한 간격은 TFT/디스플레이 유리 조성물의 경우 약 0.1 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 예컨대 약 5 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 12 ㎛, 약 7 ㎛ 내지 약 15 ㎛, 또는 약 7 ㎛ 내지 약 12 ㎛일 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 인접한 결함(172)들 사이의 간격은 약 50 ㎛ 이하, 45 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이하, 35 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하, 25 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이하 등일 수 있다.
도 1a에 예시된 바와 같이, 윤곽(170)의 복수의 결함(172)은, 예를 들어 도 4a 및 5a의 광학 어셈블리(200, 200') 및 도 4a 내지 6b를 참조하여 후술되는 방법을 사용하여, 투명 작업편(160) 내로 확장하고 윤곽(170)을 따라(예컨대, 윤곽선(165)을 따라) 각 별개의 부분으로 투명 작업편(160)을 분리하기 위한 크랙 전파를 위한 경로를 확립한다. 윤곽(170)을 형성하는 것은 윤곽선(170)의 복수의 결함(172)을 형성하기 위해 윤곽선(165)을 따라 투명 작업편(160)에 대해 결함 형성 레이저 빔(112)을 이동(예컨대, 병진 이동 방향(101)으로)시키는 것을 포함한다. 하나 이상의 구현 예에 따르면, 결함 형성 레이저 빔(112)은, 예를 들어 하나 이상의 이동 스테이지(190; 도 2)를 사용하여, 투명 작업편(160)의 움직임, 결함 형성 레이저 빔(112)의 움직임(예컨대, 레이저 빔 초점 라인(113)의 움직임), 또는 투명 작업편(160) 및 결함 형성 레이저 빔(112) 둘 모두의 움직임에 의해 투명 작업편(160)을 가로 질러 이동될 수 있다. 레이저 빔 초점 라인(113)을 투명 작업편(160)에 대해 이동시킴으로써, 복수의 결함(172)이 투명 작업편(160)에 형성될 수 있다. 또한, 도 1a에 예시된 윤곽(170)이 선형이지만, 그러한 윤곽(170)은 또한 비선형(즉, 만곡을 갖는)일 수도 있다. 예를 들어, 1차원이 아닌 2차원으로 투명 작업편(160) 또는 레이저 빔 초점 라인(113)을 이동시킴으로써 곡선의 윤곽이 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 4, 5, 7a 및 7b에 도시된 윤곽(170)은 각각 곡선의 윤곽 부분(272)을 포함한다.
다시 도 1a 및 1b를 참조하면, 결함(172)을 형성하기 위해 사용된 결함 형성 레이저 빔(112)은 강도 분포 I(X, Y, Z)를 더 갖고, 여기서 Z는 결함 형성 레이저 빔(112)의 빔 전파 방향이고, X 및 Y는 도면에 도시된 바와 같이 전파의 방향에 직교하는 방향이다. X-방향 및 Y-방향은 또한 단면 방향으로 지칭될 수 있고 X-Y 평면은 단면 평면으로 지칭될 수 있다. 단면 평면에서 결함 형성 레이저 빔(112)의 강도 분포는 단면 강도 분포라고 지칭할 수 있다.
빔 스폿(114) 또는 다른 단면에서의 결함 형성 레이저 빔(112)은, 도 2에 도시된 광학 어셈블리(100)와 관련하여 아래에서 좀더 상세히 설명되는 바와 같이, 비구면 광학 요소(120)를 통해 결함 형성 레이저 빔(112; 예컨대, 펄스 빔 소스와 같은 빔 소스(110)를 사용하는 가우시안 빔과 같은 결함 형성 레이저 빔(112))을 전파함으로써, 아래에서 수학적으로 정의된 바와 같은 낮은 빔 발산을 갖는 빔과 같은 준-비회절 빔을 포함할 수 있다. 빔 발산은 빔 전파 방향(즉, Z 방향)에서 빔 단면의 확대 비율을 나타낸다. 본원에서 논의된 하나의 예시적인 빔 단면은 투명 작업편(160) 상에 투사된 결함 형성 레이저 빔(112)의 빔 스폿(114)이다. 예시의 준-비회절 빔은 가우스-베셀(Gauss-Bessel) 빔 및 베셀 빔을 포함한다.
회절은 결함 형성 레이저 빔(112)의 발산으로 야기되는 하나의 요인이다. 다른 요인은 결함 형성 레이저 빔(112)을 형성하는 광학 시스템에 의해 야기되는 포커싱 또는 디포커싱 또는 인터페이스에서의 굴절 및 산란을 포함한다. 윤곽(170)들의 결함(172)을 형성하기 위한 결함 형성 레이저 빔(112)은 낮은 발산 및 약한 회절을 갖는 레이저 빔 초점 라인(113)을 형성할 수 있다. 결함 형성 레이저 빔(112)의 발산은 레일리(Rayleigh) 범위(ZR)로 특징지워지며, 이는 결함 형성 레이저 빔(112)의 강도 분포 및 빔 전파 계수(M2)의 분산(σ2)과 관련된다. 다음의 논의에서, 공식들은 데카르트 좌표계를 사용하여 제시된다. 다른 좌표계에 대한 대응하는 표현은 당업자들에게 알려진 수학적 기술을 사용하여 얻을 수 있다. 빔 발산에 대한 추가 정보는 SPIE Symposium Series Vol. 1224, p. 2 (1990)에서 A.E. Siegman에 의한 "New Developments in Laser Resonators", 및 Optics Letters, Vol. 22(5), 262 (1997)에서 R. Borghi 및 M. Santarsiero에 의한 "M2 factor of Bessel-Gauss beams"로 명칭된 기사에서 찾을 수 있으며, 이들 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 추가 정보는 "Lasers and laser-related equipment―Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios―Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams"으로 명칭된 국제 표준 ISO 11146-1:2005(E), "Lasers and laser-related equipment―Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios―Part 2: General astigmatic beams"로 명칭된 ISO 11146-2:2005(E), 및 "Lasers and laser-related equipment―Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios―Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods"로 명칭된 ISO 11146-3:2004(E)에서도 찾을 수 있으며, 이들 개시 내용은 그 전체가 본원에 참고로 포함된다.
시간-평균 강도 프로파일 I(x, y, z)를 갖는 결함 형성 레이저 빔(112)의 강도 프로파일 중심의 공간 좌표는 다음 식으로 주어진다:
(1)
(2)
이는 Wigner 분포의 제 1 순간으로도 알려져 있으며 ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 3.5에 설명되어 있다. 그들 측정은 ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 7에 설명되어 있다.
분산은 빔 전파의 방향에서 위치 z의 함수로서 결함 형성 레이저 빔(112)의 강도 분포의 단면(X-Y) 평면에서 폭의 척도이다. 임의의 레이저 빔의 경우, X-방향의 분산은 Y-방향의 분산과 다를 수 있다. 와 는 각각 X-방향과 Y-방향의 분산을 나타낸다. 특히 관심을 끄는 것은 근거리 장 및 원거리 장 한계의 분산이다. 와 는 근거리 장 한계에서 각각 X-방향과 Y-방향의 분산을 나타내고, 와 는 원거리 장 한계에서 각각 X-방향 및 Y-방향의 분산을 나타낸다. 푸리에 변환 (여기서, 및 는 각각 X-방향 및 Y-방향의 공간 주파수임)을 갖는 시간-평균 강도 프로파일 I(x, y, z)를 갖는 레이저 빔의 경우, X-방향 및 Y-방향의 근거리 장 및 원거리 장 분산은 다음 식으로 주어진다:
(3)
(4)
(5)
(6)
분산량 , , 및 는 Wigner 분포의 대각선 요소라고도 한다(ISO 11146-2:2005(E)). 이들 분산은 ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 7에 설명된 측정 기술을 사용하여 실험용 레이저 빔에 대해 정량화될 수 있다. 간단히 말해서, 그러한 측정은 선형 불포화 픽셀화된 검출기를 사용하여 분산과 중심 좌표를 정의하는 적분 식의 무한 적분 영역에 가까운 유한 공간 영역에서 I(x, y)를 측정한다. 측정 영역, 배경 빼기 및 검출기 픽셀 해상도의 적절한 범위는 ISO 11146-2:2005(E)의 섹션 7에 설명된 반복 측정 절차의 수렴에 의해 결정된다. 식 1-6에 의해 주어진 표현의 수치들은 픽셀화된 검출기에 의해 측정된 것과 같은 강도 값들의 배열로부터 수치적으로 계산된다.
임의의 광 빔(여기서, )에 대한 가로 진폭 프로파일 과 임의의 광 빔(여기서, )에 대한 공간-주파수 분포 간의 푸리에 변환 관계를 통해, 이는 다음과 같이 나타낼 수 있다:
(7)
(8)
식 (7) 및 (8)에서, 및 는 각각 x-방향 및 y-방향의 웨이스트(waist) 위치 및 에서 발생하는 및 의 최소값이고, λ는 결함 형성 레이저 빔(112)의 파장이다. 식 (7) 및 (8)은 및 가 결함 형성 레이저 빔(112)의 웨이스트 위치(예컨대, 레이저 빔 초점 라인(113)의 웨이스트 부분)와 관련된 최소값으로부터 어느 방향으로든 z로 2차적으로 증가함을 나타낸다. 또한, 축대칭이고 이에 따라 축대칭 강도 분포 I(x,y), 를 포함하는 빔 스폿(114)을 포함하는 본원에 설명된 구현 예에 있어서, 그리고 비-축대칭이고 이에 따라 비-축대칭 강도 분포 I(x,y), 를 포함하는 빔 스폿(114)을 포함하는 본원에 설명된 구현 예에 있어서, 즉, 또는 이다.
식 (7) 및 (8)은 빔 전파 계수 로 재기재될 수 있고, 여기서 x-방향 및 y-방향에 대한 각 개별 빔 전파 계수 및 는 다음과 같이 정의된다:
(9)
(10)
식 (9) 및 (10)을 재배열하고 식 (7) 및 (8)로 대체하면 다음이 생성된다:
(11)
(12)
아래와 같이 재기재될 수 있다:
(13)
(14)
여기서, x-방향 및 y-방향의 레일리 범위s 및 는 각각 다음에 의해 주어진다:
(15)
(16)
레일리 범위는 레이저 빔의 분산이 두 배가 되는 거리(ISO 11146-1:2005(E)의 섹션 3.12에 정의된 빔 웨이스트의 위치에 대한)((빔 웨이스트 위치의 편차에 대한))에 대응하며 레이저 빔의 단면적의 발산의 측정이다. 또한, 축대칭이고 이에 따라 축대칭 강도 분포 I(x,y), 를 포함하는 빔 스폿(114)을 포함하는 본원에 설명된 구현 예에 있어서, 그리고 비-축대칭이고 이에 따라 비-축대칭 강도 분포 I(x,y), 를 포함하는 빔 스폿(114)을 포함하는 본원에 설명된 구현 예에 있어서, 즉, 또는 이다. 레일리 범위는 광 강도가 빔 웨이스트 위치(최대 강도의 위치)에서 관찰된 값의 절반으로 감소하는 빔 축에 따른 거리로도 관찰될 수 있다. 레일리 범위가 큰 레이저 빔은 낮은 발산을 갖고 레일리 범위가 작은 레이저 빔보다 빔 전파 방향의 거리에 따라 더 느리게 확장된다.
상기 식들은 레이저 빔을 설명하는 강도 프로파일 I(x, y, z)를 사용하여 모든 레이저 빔(가우시안 빔 뿐만 아니라)에 적용할 수 있다. 가우시안 빔의 TEM00 모드의 경우, 강도 프로파일은 다음과 같이 주어진다:
(17)
여기서, w o 는 반경(빔 강도가 빔 웨이스트 위치 z o 에서 빔의 피크 빔 강도의 1/e2로 감소하는 반경으로 정의됨)이다. 식 (17)과 위의 식들에서 TEM00 가우시안 빔에 대해 다음과 같은 결과를 얻었다:
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
(24)
여기서, 이다. 가우시안 빔의 경우, 라는 것이 추가로 표시된다.
빔 단면은 형상과 치수로 특징지워진다. 빔 단면의 치수는 빔의 스폿 크기로 특징지워진다. 가우시안 빔의 경우, 스폿 크기는 빔의 강도가 최대 값의 1/e2로 감소하는 반경 범위로 정의되는 경우가 많으며, 식 (17)에서 w 0 으로 표시된다. 가우시안 빔의 최대 강도는 강도 분포의 중심(x=0 및 y=0(직교) 또는 r=0(원통형))에서 발생하며, 스폿 크기를 결정하는 데 사용되는 방사 범위는 중심을 기준으로 측정된다.
축대칭(즉, 빔 전파 축 Z를 중심으로 회전 대칭) 단면을 갖는 빔은 ISO 11146-1:2005(E)의 섹션 3.12에 지정된 대로 빔 웨이스트 위치에서 측정되는 단일 치수 또는 스폿 크기로 특징지워질 수 있다. 가우시안 빔의 경우, 식 (17)은 스폿 크기가 w o 와 같음을 보여 주며, 이는 식 (18)에서 또는 에 대응한다. 원형 단면과 같이 축대칭 단면을 갖는 축대칭 빔의 경우, 이다. 따라서, 축대칭 빔의 경우, 단면 치수는 단일 스폿 크기 파라미터로 특징지워질 수 있으며, 여기서 이다. 스폿 크기는 비-축대칭 빔 단면에 대해 유사하게 정의될 수 있으며, 여기서 축대칭 빔과 달리 이다. 따라서, 빔의 스폿 크기가 비-축대칭인 경우, 2개의 스폿 크기 파라미터(각각 x-방향 및 y-방향의 w ox 및 w oy )를 사용하여 비-축대칭 빔의 단면 치수를 특성화해야 한다. 여기서,
(25)
(26)
또한, 비-축대칭 빔에 대한 축대칭(즉, 임의의 회전 각도)이 없다는 것은 σ 0x 및 σ 0y 값의 계산 결과가 X-축과 Y-축의 방향 선택에 따라 달라진다는 것을 의미한다. ISO 11146-1:2005(E)는 이들 기준 축을 파워 밀도 분포(섹션 3.3-3.5)의 주 축으로 지칭하며, 다음의 논의에서 X 및 Y 축이 이들 주 축과 정렬되어 있다고 가정한다. 또한, X-축과 Y-축이 단면 평면에서 회전할 수 있는 각도 φ(예컨대, 각각 X-축 및 Y-축에 대한 기준 위치에 대한 X-축 및 Y-축의 각도)가 비-축대칭 빔에 대한 스폿 크기 파라미터의 최소값(w o,min ) 및 최대값(w o,max )을 정의하는 데 사용될 수 있다:
(27)
(28)
여기서, 이고 이다. 빔 단면의 축 비대칭 크기는 종횡비로 정량화될 수 있으며, 여기서 상기 종횡비는 w o,max 대 w o,min 의 비율로 정의된다. 축대칭 빔 단면은 1.0의 종횡비를 갖는 반면, 타원형 및 기타 다른 비-축대칭 빔 단면은 1.0보다 큰 종횡비, 예를 들어 1.1보다 큰, 1.2보다 큰, 1.3보다 큰, 1.4보다 큰, 1.5보다 큰, 1.6보다 큰, 1.7보다 큰, 1.8보다 큰, 1.9보다 큰, 2.0보다 큰, 3.0보다 큰, 5.0보다 큰, 10.0보다 큰 등의 종횡비를 갖는다.
빔 전파 방향에서 결함(172)의 균일성을 촉진하기 위해(예컨대, 투명 작업편(160)의 깊이 치수), 낮은 발산을 갖는 결함 형성 레이저 빔(112)이 사용될 수 있다. 하나 이상의 구현 예에 있어서, 낮은 발산을 갖는 결함 형성 레이저 빔(112)이 결함(172)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 나타낸 바와 같이, 발산은 레일리 범위로 특징지워질 수 있다. 비-축대칭 빔의 경우, 주 축 X 및 Y에 대한 레일리 범위는 각각 X-방향 및 Y-방향에 대한 식 (15) 및 (16)에 의해 정의되며, 여기서 실제 빔의 경우, 및 이고, 및 는 레이저 빔의 강도 분포에 의해 결정된다. 대칭 빔의 경우, 레일리 범위는 X-방향과 Y-방향에서 동일하며 식 (22) 또는 식 (23)으로 표현된다. 낮은 발산은 레일리 범위의 큰 값과 레이저 빔의 약한 회절과 상관된다.
가우시안 강도 프로파일을 가진 빔은 결함(172)을 형성하기 위해 레이저 처리에 덜 선호될 수 있는 데, 왜냐하면 충분히 작은 스폿 크기(예컨대, 약 1-5 ㎛ 또는 약 1-10 ㎛와 같은 micron 범위의 스폿 크기)에 포커스될 때, 이용 가능한 레이저 펄스 에너지가 유리와 같은 재료를 수정할 수 있도록 하기 위해, 그것들은 높게 회절하고 짧은 전파 거리에서 크게 발산하기 때문이다. 낮은 발산을 달성하려면, 회절을 감소시키기 위해 펄스 레이저 빔의 강도 분포를 제어하거나 최적화하는 것이 바람직하다. 펄스 레이저 빔은 비-회절이거나 약하게 회절될 수 있다. 약하게 회절되는 레이저 빔에는 준-비회절 레이저 빔이 포함된다. 대표적인 약하게 회절되는 레이저 빔에는 베셀 빔, 가우스-베셀 빔, 에어리(Airy) 빔, 웨버(Weber) 빔 및 마티유(Mathieu) 빔이 포함된다.
비-축대칭 빔의 경우, 레일리 범위 및 는 동일하지 않다. 식 (15) 및 (16)은 및 가 각각 및 에 의존한다는 것을 나타내며, 위에서 및 의 값이 X-축과 Y-축의 방향에 따라 달라진다는 점에 주목했다. 및 의 값은 그에 따라 달라지며, 각각은 주축에 대응하는 최소값과 최대값을 가지며, 임의의 빔 프로파일 및 에 대해 으로 표시되는 의 최소값 및 로 표시되는 의 최소값은 다음에 의해 주어지는 것으로 나타낼 수 있다:
(29)
및
(30)
레이저 빔의 발산은 레일리 범위가 가장 작은 방향으로 더 짧은 거리에서 발생하므로, 결함(172)을 형성하는 데 사용되는 결함 형성 레이저 빔(112)의 강도 분포는 및 의 최소값(또는 축대칭 빔의 경우, 의 값)이 가능한 한 크게 되도록 제어될 수 있다. 비-축대칭 빔에 대해 의 최소값 과 의 최소값 이 다르므로, 결함 형성 레이저 빔(112)은 손상 영역을 형성할 때 가능한 한 크게 및 을 작게 만드는 강도 분포로 사용될 수 있다.
다른 구현 예에 있어서, 및 중 더 작은 값(또는 축대칭 빔의 경우, 값)은 50 ㎛ 이상, 100 ㎛ 이상, 200 ㎛ 이상, 300 ㎛ 이상, 500 ㎛ 이상, 1 mm 이상, 2 mm 이상, 3 mm 이상, 또는 5 mm 이상, 50 ㎛ 내지 10 mm 범위, 100 ㎛ 내지 5 mm 범위, 200 ㎛ 내지 4 mm 범위, 300 ㎛ 내지 2 mm 범위 등과 같다.
본원에 명시된 및 (또는 축대칭 빔의 경우, 의 값) 중 더 작은 값과 범위는 식 (27)에 정의된 스폿 크기 파라미터 의 조정을 통해 작업편이 투명한 다른 파장에 대해 달성할 수 있다. 다른 구현 예들에 있어서, 스폿 크기 파라미터 은 0.25 ㎛ 이상, 0.50 ㎛ 이상, 0.75 ㎛ 이상, 1.0 ㎛ 이상, 2.0 ㎛ 이상, 3.0 ㎛ 이상, 5.0 ㎛ 이상, 0.25 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위, 0.25 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위, 0.25 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위, 0.50 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위, 0.50 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위, 0.50㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위, 0.75 ㎛ 내지 10 ㎛, 0.75 ㎛ 내지 5.0 ㎛ 범위, 0.75 ㎛ 내지 2.5 ㎛ 범위 등이다.
비회절 또는 준-비회절 빔은 일반적으로 반경 대 비-단조적으로 감소하는 것과 같은 복잡한 강도 프로파일을 갖는다. 가우시안 빔과 유사하게, 비-축대칭 빔에 대해 유효 스폿 크기 는 강도가 최대 강도의 1/e2로 감소하는 최대 강도(r=0)의 반경 위치에서 모든 방향으로의 최단 반경 거리로 정의될 수 있다. 또한, 축대칭 빔의 경우, 는 강도가 최대 강도의 1/e2로 감소하는 최대 강도(r=0)의 방사상 위치로부터의 방사상 거리이다. 비-축대칭 빔에 대한 유효 스폿 크기 또는 축대칭 빔에 대한 스폿 크기 에 기초한 레일리 범위에 대한 기준은 아래의 축대칭 빔에 대한 식 (32)의 비-축대칭 빔에 대한 식 (31)을 사용하여 손상 영역을 형성하기 위한 비회절 또는 준-비회절 빔으로 지정될 수 있다:
(31)
(32)
여기서, 는 적어도 10, 적어도 50, 적어도 100, 적어도 250, 적어도 500, 적어도 1000, 10 내지 2000 범위, 50 내지 1500 범위, 100 내지 1000 범위의 값을 갖는 무차원 발산 계수이다. 식 (31)을 식 (22) 또는 (23)과 비교함으로써, 비회절 또는 준-비회절 빔의 경우, 유효 빔 크기가 두 배가 되는 식 (31)의 거리 는 통상의 가우시안 빔 프로파일이 사용된 경우 예상되는 거리의 배라는 것을 알 수 있다. 무차원 발산 계수 는 레이저 빔이 준-비회절인지의 여부를 결정하는 기준을 제공한다. 본원에 사용된 바와 같이, 상기 결함 형성 레이저 빔(112)은 레이저 빔의 특성이 F D ≥10의 값으로 식 (31) 또는 식 (32)를 만족하는 경우 준-비회절로 간주된다. 의 값이 증가함에 따라, 결함 형성 레이저 빔(112)은 더 거의 완벽한 비회절 상태에 근접한다. 더욱이, 식 (32)은 단순히 식 (31)의 단순화이며, 그와 같이 식 (31)은 축대칭 및 비-축대칭 결함 형성 레이저 빔(112) 모두에 대한 무차원 발산 계수 를 수학적으로 설명한다는 것을 이해해야 한다.
이제 도 2를 참조하면, 준-비회절이고 비구면 광학 요소(120; 예컨대, 액시 콘(122))를 사용하여 투명 작업편(160)에 레이저 빔 초점 라인(113)을 형성하는 결함 형성 레이저 빔(112)을 생성하기 위한 광학 어셈블리(100)가 개략적으로 도시된다. 광학 어셈블리(100)는 결함 형성 레이저 빔(112), 제 1 렌즈(130) 및 제 2 렌즈(132)를 출력하는 빔 소스(110)를 포함한다. 빔 소스(110)는 결함 형성 레이저빔 (112), 예를 들어 펄스 레이저 빔 또는 연속파 레이저 빔을 출력하도록 구성된 임의의 공지된 또는 아직 개발되지 않은 빔 소스(110)를 포함할 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 빔 소스(110)는, 예를 들어 1064 nm, 1030 nm, 532 nm, 530 nm, 355 nm, 343 nm, 또는 266 nm, 또는 215 nm의 파장을 포함하는 결함 형성 레이저 빔(112)을 출력할 수 있다. 또한, 투명 작업편(160)에 결함(172)을 형성하기 위해 사용되는 결함 형성 레이저 빔(112)은 선택된 펄스 레이저 파장에 대해 투명한 재료에 매우 적합할 수 있다.
또한, 투명 작업편(160)은, 빔 소스(110)에 의해 출력된 결함 형성 레이저 빔(112)이, 예를 들어 비구면 광학 소자(120)를 횡단한 후, 제 1 렌즈(130) 및 제 2 렌즈(132) 모두를 통과한 후 투명 작업편(160)을 조사하도록 위치될 수 있다. 빔 소스(110)가 결함 형성 레이저 빔(112)을 출력할 때, 결함 형성 레이저 빔(112)의 빔 경로(111)가 광축(102)을 따라 연장되도록, 광축(102)은 빔 소스(110)와 투명 작업편(160) 간 확장(도 2에 도시된 구현 예에서 Z-축을 따라)된다.
결함(172)을 형성하기에 적합한 레이저 파장은 투명 작업편(160)에 의한 선형 흡수 및 산란의 결합 손실이 충분히 낮은 파장이다. 구현 예들에 있어서, 파장에서 투명 작업편(160)에 의한 선형 흡수 및 산란으로 인한 결합 손실은 20%/mm 미만, 15%/mm 미만, 또는 10%/mm 미만, 또는 5%/mm 미만이거나, 1%/mm 미만이며, 여기서 치수 "/mm"는 결함 형성 레이저 빔(112)의 빔 전파 방향(예컨대, Z 방향)에서 투명 작업편(160) 내의 거리의 밀리미터 당을 의미한다. 많은 유리 작업편의 대표적인 파장에는 Nd3 +의 기본 및 고조파 파장이 포함된다(예컨대, 기본 파장이 1064 nm 근처에 있고 고차 고조파 파장이 532 nm, 355 nm, 및 266 nm 근처에 있는 Nd3 +:YAG 또는 Nd3 +:YVO4). 주어진 기판 재료에 대해 결합된 선형 흡수 및 산란 손실 요구 사항을 충족하는 스펙트럼의 자외선, 가시광, 및 적외선 부분의 다른 파장도 사용될 수 있다.
동작에 있어서, 빔 소스(110)에 의해 출력된 결함 형성 레이저 빔(112)은 투명 작업편(160)에서 다중-광자 흡수(MPA)를 생성할 수 있다. MPA는 분자를 한 상태(일반적으로 기저 상태)에서 더 높은 에너지 전자 상태(즉, 이온화)로 여기시키는 동일하거나 다른 주파수의 2개 이상의 광자를 동시에 흡수하는 것이다. 관련된 분자의 하위 상태와 상위 상태 간의 에너지 차이는 관련된 광자의 에너지 합계와 같다. 유도 흡수라고도 하는 MPA는 2-차 또는 3-차 프로세스(또는 고차)일 수 있으며, 예를 들어 선형 흡수보다 몇 배 더 약하다. 이는 2-차 유도 흡수의 강도가 광 강도의 제곱에 비례할 수 있다는 점에서 선형 흡수와 다른 데, 예를 들어 비선형 광학 프로세스이다.
윤곽(170)을 생성하는 천공 단계(도 1a 및 1b)는, 투명 작업편(160)을 조사하고 레이저 빔 초점 라인(113)을 생성하기 위해, 비구면 광학 요소(120), 제 1 렌즈(130), 및 제 2 렌즈(132)와 조합하여 빔 소스(110; 초단파 펄스 레이저와 같은 펄스 빔 소스)를 이용할 수 있다. 레이저 빔 초점 라인(113)은 위에서 정의된 바와 같이 가우스-베셀 빔 또는 베셀 빔과 같은 준-비회절 빔을 포함하고, 윤곽(170)을 형성할 수 있는 투명 작업편(160)에 결함(172)을 형성하기 위해 투명 작업 편(160)을 완전히 또는 부분적으로 천공할 수 있다. 결함 형성 레이저 빔(112)이 펄스 레이저 빔을 포함하는 구현 예에 있어서, 개별 펄스의 펄스 지속 시간은, 약 1 피코초 내지 약 100 피코초, 5 피코초 내지 약 20 피코초 등과 같이, 약 1 펨토초 내지 약 200 피코초의 범위이고, 개별 펄스의 반복 속도는 약 1 kHz 내지 4 MHz 범위, 예컨대 약 10 kHz 내지 약 3 MHz, 또는 약 10 kHz 내지 약 650 kHz 범위일 수 있다.
또한 도 3a 및 3b를 참조하면, 상술한 개별 펄스 반복률에서의 단일 펄스 동작에 추가하여, 펄스 레이저 빔을 포함하는 구현 예에 있어서, 펄스 버스트(500)에서 2개의 서브-펄스(500A) 이상의 펄스가 생성될 수 있다(예컨대, 펄스 버스트(500) 당 1 내지 30개의 서브-펄스, 또는 펄스 버스트(500) 당 5 내지 20개의 서브-펄스와 같이, 펄스 버스트 당 3개의 서브-펄스, 4개의 서브-펄스, 5개의 서브-펄스, 10개의 서브-펄스, 15개의 서브-펄스, 20개의 서브-펄스, 또는 그 이상의 서브-펄스). 이론에 의해 제한되지는 않지만, 펄스 버스트는 단일 펄스 동작을 사용하여 쉽게 접근할 수 없는 시간 단위로 재료(즉, 투명 작업편(160)의 재료에서 MPA)와 광학 에너지 상호 작용을 생성하는 짧고 빠른 서브-펄스 그룹이다. 여전히 이론에 의해 제한되지는 않지만, 펄스 버스트(즉, 펄스 그룹) 내의 에너지는 보존된다. 일 예시로서, 100 μJ/버스트의 에너지 및 2개의 서브-펄스를 갖는 펄스 버스트의 경우, 100 μJ/버스트 에너지는 서브-펄스 당 50 μJ의 평균 에너지에 대해 2개의 펄스로 분할되고, 100 μJ/버스트의 에너지 및 10개의 서브-펄스를 갖는 펄스 버스트의 경우, 100 μJ/버스트는 서브-펄스 당 10μJ의 평균 에너지에 대해 10개의 서브-펄스로 분할된다. 또한, 펄스 버스트의 서브-펄스 사이의 에너지 분포는 균일할 필요가 없다. 사실, 어떤 경우에는, 펄스 버스트의 서브-펄스 사이의 에너지 분포가 지수 감쇠의 형태를 나타내며, 여기서 펄스 버스트의 제 1 서브-펄스가 가장 많은 에너지를 함유하고, 펄스 버스트의 제 2 서브-펄스가 약간 더 적은 에너지를 함유하고, 펄스 버스트의 제 3 서브-펄스가 훨씬 적은 에너지를 함유한다. 기타 등등. 그러나, 개별 펄스 버스트 내의 다른 에너지 분포도 가능하며, 여기서 각각의 서브-펄스의 정확한 에너지는 투명 작업편(160)에 대해 상이한 양의 수정에 영향을 미치도록 조정될 수 있다.
여전히 이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 하나 이상의 윤곽(170)의 결함(172)이 적어도 2개의 서브 펄스를 갖는 펄스 버스트로 형성될 때, 상기 윤곽(170)을 따라 투명 작업편(160)을 분리하는 데 필요한 힘(즉, 최대 파단 저항)은 단일 펄스 레이저를 사용하여 형성되는 동일한 투명 작업편(160)에서 인접한 결함(172)들 사이에 동일한 간격을 갖는 윤곽(170)의 최대 파단 저항에 비해 감소된다. 예를 들어, 단일 펄스를 사용하여 형성된 윤곽(170)의 최대 파단 저항은 2개 이상의 서브-펄스를 갖는 펄스 버스트를 사용하여 형성된 윤곽(170)의 최대 파단 저항보다 적어도 2배 더 크다. 또한, 단일 펄스를 사용하여 형성된 윤곽(170)과 2개의 서브-펄스를 갖는 펄스 버스트를 사용하여 형성된 윤곽(170) 사이의 최대 파단 저항의 차이는 2개의 서브-펄스를 갖는 펄스 버스트를 사용하여 형성된 윤곽(170)과 3개의 서브-펄스를 갖는 펄스 버스트 사이의 최대 파단 저항의 차이보다 크다. 따라서, 펄스 버스트는 단일 펄스 레이저를 사용하여 형성된 윤곽(170)보다 쉽게 분리되는 윤곽(170)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
여전히 도 3a 및 3b를 참조하면, 펄스 버스트(500) 내의 서브-펄스(500A)는 약 1 nsec 내지 약 50 nsec 범위, 예를 들어 약 20 nsec와 같이 약 10 nsec 내지 약 30 nsec 범위에 있는 지속 기간만큼 분리될 수 있다. 다른 구현 예들에 있어서, 펄스 버스트(500) 내의 서브-펄스(500A)는 최대 100 psec의 지속 기간만큼 분리될 수 있다(예컨대, 0.1 psec, 5 psec, 10 psec, 15 psec, 18 psec, 20 psec, 22 psec, 25 psec, 30 psec, 50 psec, 75 psec 또는 그 사이의 모든 범위). 주어진 레이저에 대해, 펄스 버스트(500) 내의 인접한 서브-펄스(500A)들 간 시간 분리 Tp(도 4b)는 비교적 균일할 수 있다(예컨대, 서로 약 10% 이내). 예를 들어, 일부의 구현 예에 있어서, 펄스 버스트(500) 내의 각각의 서브-펄스(500A)는 대략 20 nsec(50 MHz)만큼 후속 서브-펄스로부터 시간적으로 분리된다. 또한, 각 펄스 버스트(500)들 간 시간은 약 0.25 마이크로초 내지 약 1000 마이크로초, 예컨대 약 1 마이크로초 내지 약 10 마이크로초, 또는 약 3 마이크로초 내지 약 8 마이크로초일 수 있다.
본원에 설명된 빔 소스(110)의 일부 예시의 구현 예들에 있어서, 시간 분리 Tb(도 3b)는 약 200 kHz의 버스트 반복률을 포함하는 결함 형성 레이저 빔(112)을 출력하는 빔 소스(110)에 대해 약 5 마이크로초이다. 레이저 버스트 반복률은 버스트의 제 1 펄스와 후속 버스트의 제 1 펄스 간 시간 Tb와 관련된다(레이저 버스트 반복률=1/Tb). 일부의 구현 예에 있어서, 레이저 버스트 반복률은 약 1 kHz 내지 약 4 MHz 범위일 수 있다. 일부의 구현 예들에 있어서, 레이저 버스트 반복률은, 예를 들어 약 10 kHz 내지 650 kHz 범위일 수 있다. 각 버스트의 제 1 펄스와 후속 버스트의 제 1 펄스 간 시간 Tb는 약 0.25 마이크로초(4 MHz 버스트 반복률) 내지 약 1000 마이크로초(1 kHz 버스트 반복률), 예를 들어 약 0.5 마이크로초(2 MHz 버스트 반복률) 내지 약 40 마이크로초(25 kHz 버스트 반복률), 또는 약 2 마이크로초(500 kHz 버스트 반복률) 내지 약 20 마이크로초(50 kHz 버스트 반복률)일 수 있다. 정확한 타이밍, 펄스 지속 시간, 및 버스트 반복률은 레이저 디자인에 따라 달라질 수 있지만, 높은 강도의 짧은 펄스(Td＜20 psec, 및 일부의 구현 예에서는 Td≤15 psec)가 특히 잘 작동하는 것으로 나타났다.
버스트 반복률은 약 1 kHz 내지 약 200 kHz와 같은 약 1 kHz 내지 약 2 MHz의 범위일 수 있다. 펄스 버스트(500)를 버스팅(Bursting) 또는 생성하는 것은 서브 펄스(500A)의 방출이 균일하지 않고 안정된 스트림이 아니라 펄스 버스트(500)의 타이트한 클러스터에 있는 레이저의 동작 타입이다. 펄스 버스트 레이저 빔은 투명 작업편(160)의 재료가 파장에서 실질적으로 투명하도록 동작되는 투명 작업편(160)의 재료에 기초하여 선택된 파장을 가질 수 있다. 재료에서 측정된 버스트 당 평균 레이저 파워는 재료 두께 mm 당 적어도 약 40 μJ일 수 있다. 예를 들어, 구현 예들에 있어서, 버스트 당 평균 레이저 파워는 약 40 μJ/mm 내지 약 2500 μJ/mm, 또는 약 500 μJ/mm 내지 약 2250 μJ/mm일 수 있다. 특정 예에 있어서, 0.5 mm 내지 0.7 mm 두께의 Corning EAGLE XG® 투명 작업편의 경우, 약 300 μJ 내지 약 600 μJ의 펄스 버스트가 작업편을 절단 및/또는 분리할 수 있으며, 이는 약 428 μJ/mm 내지 약 1200 μJ/mm의 예시적인 범위에 해당한다(예컨대, 0.7 mm EAGLE XG® 유리의 경우 300 μJ/0.7mm 및 0.5 mm EAGLE XG® 유리의 경우 600 μJ/0.5mm).
투명 작업편(160)을 수정하는 데 필요한 에너지는 펄스 에너지이며, 이는 펄스 버스트 에너지(즉, 각 펄스 버스트(500)가 일련의 서브-펄스(500A)를 포함하는 펄스 버스트(500) 내에 포함된 에너지), 또는 단일 레이저 펄스 내에 포함된 에너지(그 중 다수가 버스트를 포함할 수 있음)로 설명될 수 있다. 펄스 에너지(예를 들어, 펄스 버스트 에너지)는 약 25 μJ 내지 약 750 μJ, 예를 들어 약 50 μJ 내지 약 500 μJ, 또는 약 50 μJ 내지 약 250 μJ일 수 있다. 일부 유리 조성물의 경우, 펄스 에너지(예컨대, 펄스 버스트 에너지)는 약 100 μJ 내지 약 250 μJ일 수 있다. 그러나, 디스플레이 또는 TFT 유리 조성의 경우, 펄스 에너지(예컨대, 펄스 버스트 에너지)가 더 높을 수 있다(예컨대, 투명 작업편(160)의 특정 유리 조성에 따라 약 300 μJ 내지 약 500 μJ, 또는 약 400 μJ 내지 약 600 μJ).
이론에 의해 제한되는 것은 아니지만, 펄스 버스트를 생성할 수 있는 펄스 레이저 빔을 포함하는 결함 형성 레이저 빔(112)의 사용은 투명 재료, 예를 들어 유리(예컨대, 투명 작업편(160)을 절단하거나 수정하는 데 유리하다. 단일 펄스 레이저의 반복률에 의해 시간 간격을 두고 단일 펄스를 사용하는 것과 달리, 버스트 내에서 펄스의 빠른 시퀀스에 걸쳐 펄스 에너지를 확산시키는 버스트 시퀀스를 사용하면 단일 펄스 레이저로 가능한 것보다 재료와의 높은 강도 상호 작용의 더 큰 시간 단위로 액세스할 수 있다. 펄스 버스트(단일 펄스 동작과 반대)의 사용은 결함(172)의 크기(예컨대, 단면 크기)를 증가시켜 하나 이상의 윤곽을 따라 투명 작업편(160)을 분리할 때 인접한 결함(172)들의 연결을 용이하게 함으로써, 의도하지 않은 크랙 형성을 최소화한다. 또한, 펄스 버스트를 사용하여 결함(172)을 형성하는 것은 각 결함(172)으로부터 투명 작업편(160)의 벌크 재료로 바깥쪽으로 확장되는 크랙의 방위의 임의성을 증가시켜 결함(172)으로부터 바깥쪽으로 확장되는 개별 크랙이 윤곽(170)의 분리에 영향을 주지 않거나 그렇지 않으면 편향되지 않음으로써 결함(172)의 분리가 윤곽(170)을 따르게 하여 의도치 않은 크랙의 형성을 최소화한다.
다시 도 2를 참조하면, 비구면 광학 요소(120)는 빔 소스(110)와 투명 작업편(160) 사이의 빔 경로(111) 내에 위치된다. 동작에 있어서, 비구면 광학 요소(120)를 통해, 결함 형성 레이저 빔(112), 예컨대 입사 가우시안 빔(112)을 전파하는 것은, 상기 설명한 바와 같이, 비구면 광학 요소(120)를 넘어 전파되는 결함 형성 레이저 빔(112)의 일부가 준-비회절되도록 결함 형성 레이저 빔(112)을 변경할 수 있다. 비구면 광학 요소(120)는 비구면 형상을 포함하는 임의의 광학 요소를 포함할 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 상기 비구면 광학 요소(120)는 액시콘 렌즈, 예를 들어 음의 굴절 액시콘 렌즈, 양의 굴절 액시콘 렌즈, 반사 액시콘 렌즈, 회절 액시콘 렌즈, 프로그래밍 가능한 공간 광 변조기 액시콘 렌즈(예컨대, 위상 액시콘) 등과 같은 원추형 파면 생성 광학 요소를 포함할 수 있다.
일부의 구현 예에 있어서, 상기 비구면 광학 요소(120)는 그 형상이 수학적으로 다음과 같이 설명되는 적어도 하나의 비구면 표면을 포함한다:
여기서, 여기서 는 비구면의 표면 처짐이고, 은 반경 방향에서(예컨대, X-방향 또는 Y-방향에서) 비구면과 광축(102) 사이의 거리이고, 는 비구면 표면의 표면 곡률(즉, =1/, 여기서 R은 비구면 표면의 표면 반경임)이고, k는 원뿔 상수이고, 계수 는 비구면 표면을 기술하는 1차부터 12차까지의 비구면 계수 또는 고차 비구면 계수(다항식 비구면)이다. 일 예의 구현 예에 있어서, 비구면 광학 요소(120)의 적어도 하나의 비구면 표면은 각각 다음의 계수 -를 포함한다: -0.085274788; 0.065748845; 0.077574995; -0.054148636; 0.022077021; -0.0054987472; 0.0006682955; 그리고 비구면 계수 -는 0이다. 이러한 구현 예에 있어서, 적어도 하나의 비구면 표면은 원뿔 상수 을 갖는다. 그러나, 계수는 0이 아닌 값을 갖고, 이는 0이 아닌 값을 갖는 원뿔 상수 k를 갖는 것과 등가이다. 따라서, 등가 표면은 0이 아닌 원뿔 상수 k, 0이 아닌 계수 , 또는 0이 아닌 k와 0이 아닌 계수 의 조합을 지정하여 기술될 수 있다. 또한, 일부의 구현 예에 있어서, 적어도 하나의 비구면 표면은 0이 아닌 값(즉, , ..., ≠0 중 적어도 하나)을 갖는 적어도 하나의 고차 비구면 계수 -에 의해 설명되거나 정의된다. 일 예시의 구현 예에 있어서, 상기 비구면 광학 요소(120)는 0이 아닌 계수 을 포함하는 입방체 형상의 광학 요소와 같은 3-차 비구면 광학 요소를 포함한다.
일부의 구현 예에 있어서, 비구면 광학 요소(120)가 액시콘(122)을 포함할 때(도 2에 도시된 바와 같이), 액시콘(122)은 약 0.5° 내지 약 5°, 또는 약 1° 내지 약 1.5°, 또는 심지어 약 0.5° 내지 약 20°와 같은 약 1.2°의 각도를 갖는 레이저 출력 표면(126; 원뿔형 표면)을 가질 수 있고, 상기 각도는 결함 형성 레이저 빔(112)이 액시콘(122)에 들어가는 레이저 입력 표면(124; 예컨대, 평평한 표면)에 대해 측정된 각도이다. 또한, 레이저 출력 표면(126)은 원추형 팁(conical tip)에서 종료된다. 더욱이, 비구면 광학 요소(120)는 레이저 입력 표면(124)으로부터 레이저 출력 표면(126)으로 확장되고 원추형 팁에서 종료되는 중심선 축(125)을 포함한다. 다른 구현 예들에 있어서, 상기 비구면 광학 요소(120)는 왁시콘(waxicon), 공간 광 변조기와 같은 공간 위상 변조기, 또는 회절 광학 격자를 포함할 수 있다. 동작에 있어서, 상기 비구면 광학 요소(120)는 입사되는 결함 형성 레이저 빔(112; 예컨대, 입사되는 가우시안 빔)을 제 1 렌즈(130) 및 제 2 렌즈(132)를 통해 지향되는 준-비회절 빔으로 성형한다.
여전히 도 2를 참조하면, 제 1 렌즈(130)는 제 2 렌즈(132)의 상류에 위치하며, 상기 제 1 렌즈(130)와 제 2 렌즈(132) 사이의 시준 공간(134; collimation space) 내에서 결함 형성 레이저 빔(112)을 시준할 수 있다. 또한, 상기 제 2 렌즈(132)는 결함 형성 레이저 빔(112)을 이미징 평면(104)에 위치할 수 있는 투명 작업편(160)에 포커싱할 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 상기 제 1 렌즈(130) 및 제 2 렌즈(132)는 각각 평면-볼록 렌즈를 포함한다. 상기 제 1 렌즈(130) 및 제 2 렌즈(132)가 각각 평면-볼록 렌즈를 포함하는 경우, 상기 제 1 렌즈(130) 및 제 2 렌즈(132)의 만곡은 각각 상기 시준 공간(134)을 향할 수 있다. 다른 구현 예들에 있어서, 상기 제 1 렌즈(130)는 다른 시준 렌즈를 포함할 수 있고, 상기 제 2 렌즈(132)는 매니스커스(meniscus) 렌즈, 비구면, 또는 다른 고차 보정 포커싱 렌즈를 포함할 수 있다.
이제 도 4 및 5를 참조하면, 일부의 구현 예에 있어서, 상기 투명 작업편(160)은 곡선의 윤곽 부분(272)을 포함할 수 있는 윤곽(170)을 따라(그리고 윤곽선(165)을 따라) 상기 투명 작업편(160)의 분리를 유도하기 위해 후속의 분리 단계에서 추가로 작용할 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 5는 윤곽(170)을 따라 열 응력을 생성하기 위해 적외선 레이저 빔(212)을 사용하여, 상기 투명 작업편(160)을 분리하기 위해 윤곽(170)을 따라 크랙(270)의 형성을 유도함으로써 상기 윤곽(170)을 따라 투명 작업편(160)을 분리하기 위한 광학 어셈블리(200, 200')를 도시한다. 광학 어셈블리(200, 200')는 각각 적외선 레이저 빔(212)을 출력하는 적외선 빔 소스(210), 이미징 시스템(250), 프로세스 컨트롤러(205) 및 선택적으로 빔 스티어링 장치(220; beam steering, 도 4)를 포함한다. 상기 프로세스 컨트롤러(205)는 컴퓨터 또는 독립형 제어 인터페이스와 같은 임의의 다른 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 상기 적외선 레이저 빔(212)은 제어 라인(206)을 통해 프로세스 컨트롤러(205)에 통신 가능하게 결합되고 그에 의해 제어될 수 있으며, 상기 이미징 시스템(250)은 제어 라인(207)을 통해 프로세스 컨트롤러(205)에 의해 통신 가능하게 결합되고 그에 의해 제어될 수 있다.
도 4의 광학 어셈블리(200)에서, 상기 이미징 시스템(250) 및 적외선 빔 소스(210)는 비-축방향으로 배치되고, 도 5의 광학 어셈블리(200')에서, 상기 이미징 시스템(250) 및 적외선 빔 소스(210)는 동축으로 위치하여, 인-라인 시스템을 형성한다. 또한, 상기 적외선 빔 소스(210), 빔 스티어링 장치(220), 및/또는 이미징 시스템(250)은, 예를 들어 이동 스테이지, 전환 아암 등을 사용함으로써 상기 투명 작업편(160)에 대해 이동 가능할 수 있다. 상기 투명 작업편(160)에 윤곽(170)을 형성하기 위한 도 3의 광학 어셈블리(100)가 도 4 및 5의 광학 어셈블리(200, 200')로부터 분리되는 것으로 도시하고 있지만, 이들 광학 어셈블리의 구성 요소들은 단일의 광학 어셈블리로 통합될 수 있음을 이해해야 한다. 도시되지는 않았지만, 상기 광학 어셈블리(200, 200')는 렌즈, 미러 등과 같은 추가의 광학 요소들을 더 포함할 수 있다.
여전히 도 4 및 5를 참조하면, 상기 적외선 빔 소스(210)는 적외선 레이저 빔(212)을 출력하는 제어된 열 소스이고, 상기 적외선 레이저 빔은 투명 작업편(160)에 충돌하여, 투명 작업편(160)의 표면(예컨대, 제 1 표면(162)) 상에 적외선 빔 스폿(214)을 형성하고, 예를 들어 윤곽(170)에서 또는 그 근처에서 투명 작업편(160)의 온도를 빠르게 증가시킨다. 특히, 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 에너지는 투명 작업편(160)에 의해 흡수되어 상기 투명 작업편(160)의 재료(예컨대, 유리 재료)를 가열한다. 가열된 투명 작업편(160) 표면적은 투명 작업편(160)의 전체 표면적에 비해 상대적으로 작기 때문에, 그 가열된 영역은 상대적으로 빠르게 냉각된다. 이론에 얽매이지 않고, 인장 응력은 더 높은 국부 온도를 갖는 투명 작업편(160)의 부분에서 유리의 팽창(즉, 밀도 변화)에 의해 야기될 수 있다고 믿어진다. 윤곽(170) 상에 또는 그 근처에 축적될 때, 이러한 인장 응력은 상기 윤곽(170)을 따라 크랙(270)의 형성을 유도하여 상기 윤곽(170)을 따라 투명 작업편(160)을 분리한다. 동작에 있어서, 상기 크랙(270)의 전파 동안, 상기 크랙(270)은 이 크랙(270)의 선단 에지인 크랙 팁(271)을 포함한다.
상기 적외선 빔 소스(210)는 적외선 레이저 빔(212)을 출력하도록 구성된 임의의 알려진 또는 아직 개발되지 않은 적외선 빔 소스(210)를 포함할 수 있다. 유리에서 열 응력을 생성하기에 적합한 적외선 레이저 빔(212)은 통상적으로 유리에 의해 쉽게 흡수되는 파장, 예를 들어 1.2 ㎛ 내지 13 ㎛ 범위, 예컨대 4 ㎛ 내지 12 ㎛ 범위를 가질 것이다. 또한, 적외선 레이저 빔(212)의 파워는 약 10 W 내지 약 1000 W, 예를 들어 100 W, 250 W, 500 W, 750 W 등일 수 있다. 더욱이, 상기 적외선 레이저 빔(212)의 1/e2 빔 직경은 약 20 mm 이하, 예를 들어 15 mm, 12 mm, 10 mm, 8 mm, 5 mm, 2 mm 이하일 수 있다. 동작에 있어서, 적외선 레이저 빔(212)의 더 큰 1/e2 빔 직경은 더 빠른 레이저 처리 및 더 많은 파워를 용이하게 할 수 있는 반면, 상기 적외선 레이저 빔(212)의 더 작은 1/e2 빔 직경은 윤곽선(170) 근처에 상기 투명 작업편(160)의 일부에 대한 손상을 제한함으로써 고정밀 분리를 용이하게 할 수 있다. 예시의 적외선 빔 소스(210)는 이산화탄소 레이저("CO2 레이저"), 일산화탄소 레이저("CO 레이저"), 고체 상태 레이저, 레이저 다이오드, 또는 이들의 조합을 포함한다.
이제 도 4-6을 참조하면, 적외선 레이저 빔(212)을 이용하여 투명 작업편(160)의 윤곽(170)을 분리할 때, 상기 이미징 시스템(250)은 크랙 팁(271)의 위치 및 전파 방향을 검출하는 데 사용될 수 있으며, 이는 아래에 상세히 설명된 바와 같이, 프로세스 컨트롤러(205)가 이러한 데이터를 분석하고, 크랙 팁(271)의 위치 및 전파 방향에 기초하여 상기 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워 및/또는 상기 적외선 레이저 빔(212)과 투명 작업편(160) 간 상대적 이동의 속도를 수정할 수 있게 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 이미징 시스템(250)은 카메라와 같은 하나 이상의 이미징 장치(254), 및 일부의 구현 예에 있어서, 광원(252)을 포함한다. 상기 광원(252)은 발광 다이오드(LED), 백열 광원, 적외선 빔 소스(210)와 분리된 레이저 소스 등을 포함할 수 있다. 광원(252)에 의해 출력된 광 및 이미징 장치(254)에 의해 수신된 광(예컨대, 이미지 데이터)은 이미징 경로(251)를 따라 전파될 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 광원(252)에 의해 출력된 광은 이미징 장치(254)에 의해 이미징될 크랙 팁(271)을 조명하기 위해 윤곽(170) 및 크랙 팁(271)으로 지향될 수 있다. 또한, 상기 이미징 장치(254)가 원주 배열로 위치될 수 있으므로, 상기 이미징 장치(254)는 이미징 경로(251)가 투명 작업편(160)의 제 1 표면(162)에서 적외선 빔 경로(211)와 정렬되거나 거의 정렬될 때 크랙 팁(271) 및 적외선 빔 스폿(214)을 둘러쌀 수 있다. 이미징 장치(254)의 원주 배열은 상기 이미징 장치(254)에 의해 수신된 이미지 데이터로부터 위치 및 방향 정보가 결정될 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 크랙 팁(271)의 전파 방향은 각각의 이미징 장치(254)에 의해 수신된 영상 데이터의 상대적 강도에 기초하여 결정될 수 있다. 도 6에 4개의 이미징 장치(254)가 나타나 있지만, 임의의 수의 이미징 장치(254)가 고려된다는 것을 이해해야 한다. 또한, 이미징 시스템(250)이 적외선 빔 소스(210)와 동축으로 배치되는 도 5의 광학 어셈블리(200')에서, 이미징 장치(254)는 적외선 빔 소스(210)가 이미징 장치(254)가 크랙 팁(271)을 이미징하는 것을 방해하지 않도록 단면 간격(예컨대, 직경)을 갖는 원주 배열로 배치될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 광학 어셈블리(200)에서, 상기 이미징 시스템(250) 및 적외선 빔 소스(210)는 비-축방향으로 위치하고 빔 스티어링 장치(220)에 각각 광학적으로 결합된다. 빔 스티어링 장치(220)는, 적외선 빔 경로(211) 및 이미징 경로(251)가 투명 작업편(160)의 제 1 표면(162)에 정렬되거나 거의 정렬되도록, 적외선 레이저 빔 스폿(214) 및 크랙 팁(271) 상에 또는 그 근처에 광원(252)에 의해 출력된 광 및 적외선 레이저 빔(212) 모두를 지향시키도록 구성된 부분 반사기(222)를 포함할 수 있다. 특히, 부분 반사기(222)는 적외선 레이저 빔(212)을 전송하고 광원(252)의 광 및 하나 이상의 이미징 장치(254)에 의해 수신 가능한 이미지 데이터를 반사하도록 구성된다. 다른 구현 예들에 있어서, 예를 들어, 도 4에 도시된 적외선 빔 소스(210) 및 이미징 시스템(250)의 위치가 스위치되는 구현 예에 있어서, 부분 반사기(222)는 적외선 레이저 빔(212)을 반사하고 광원(252)의 광 및 하나 이상의 이미징 장치(254)에 의해 수신 가능한 이미지 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.
일부의 구현 예에 있어서, 부분 반사기(222)는 ZnSe 코팅 또는 임의의 다른 알려진 또는 아직 개발되지 않은 부분 반사기를 포함할 수 있다. 빔 스티어링 장치(220)가 도 4에 도시된 구현 예에서 부분 반사기(222)를 포함하지만, 상기 빔 스티어링 장치(220)는 광원(252)의 광, 이미징 시스템(250)의 하나 이상의 이미징 장치(254)에 의해 수신할 수 있는 이미지 데이터, 및 적외선 레이저 빔을 선택적으로 지향시키도록 구성된 임의의 광학 요소 또는 시스템을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
다시 도 4-6을 참조하면, 윤곽(170)을 따라(및 윤곽선(165)을 따라) 투명 작업편(160)을 분리하는 방법은 투명 작업편(160)에 크랙(270)의 형성을 유도하기 위해 적외선 레이저 빔(212)을 윤곽(170; 및 윤곽선(165)) 상에 또는 그 근처에 투명 작업편(160) 상으로 지향하게 하는 단계 및 투명 작업편(160) 및 적외선 레이저 빔(212)을 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 따라 또는 그 근처에서 서로에 대해 병진 이동하는 단계를 포함한다. 크랙(270)의 형성 동안, 크랙 팁(271) 및 적외선 빔 스폿(214)은 각각 윤곽(170)을 따라 병진 이동 방향(201)으로 전진한다. 또한, 윤곽(170)을 따라 투명 작업편(160)을 분리할 때, 크랙 팁(271)이 윤곽(170)을 따라 적외선 레이저 빔(212) 및 투명 작업편(160)의 상대적 움직임과 동기화되어 일정한 속도로 윤곽(170)을 따라 전진하는 것이 이상적일 수 있다.
그러나, 일부의 상황에서, 크랙 팁(271)은 일정한 속도로 전파되지 않을 수 있다. 예를 들어, 레이저 가열 프로세스 동안 생성된 과도 응력은 투명 작업편(160)에 뒤틀림 및 변형을 생성하여, 크랩 팁(271) 주위의 응력 분포를 변경하여 불안정한 크랙 전파를 유발할 수 있다. 이것은 크랙 팁(271)이 정지 및/또는 윤곽(170)으로부터 이탈하게 하여, 새롭게 형성된 에지 표면에 헥클 및 분기를 야기할 수 있다. 그와 같은 불규칙성은, 분리된 투명 작업편의 새롭게 형성된 에지 표면이 굽힘에 의해 장력을 받게 되면, 이들 불규칙성으로 인해 크랙이 발생하여 그 분리된 투명 작업편이 파손될 수 있도록 상기 분리된 투명 작업편의 강도를 감소시킬 수 있다. 그와 같은 약해진 에지는 하류 제품에 통합되는 경우 문제가 되며, 특히 결과적으로 생성되는 개별 투명 작업편이 구부러질 수 있다. 따라서, 그와 같은 강도-제한 결함의 발생을 제거 또는 감소시키고 분리된 투명 작업편의 에지 강도를 최대화하기 위해, 추가적인 방법 단계들이 윤곽(170)을 따라 크랙 팁(271)의 일정한 속도 전파를 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다.
특히, 상기 투명 작업편(160) 및 적외선 레이저 빔(212)을 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 따라 서로에 대해 병진 이동시킬 때, 상기 투명 작업편(160)을 분리하는 방법은 적외선 레이저 빔(212)의 적외선 빔 스폿(214)의 기준 위치 및 전파 방향에 대한 크랙 팁(271)의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 기준 위치는 적외선 빔 스폿(214)의 임의의 부분, 예를 들어 적외선 빔 스폿(214)의 선단 에지, 적외선 빔 스폿(214)의 후단 에지, 적외선 빔 스폿(214)의 중간점 등을 포함할 수 있다.
상기 크랙 팁(271)의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계는 이미징 시스템(250)을 사용하여 크랙 팁(271)의 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원(252)으로부터의 광은 상기 크랙 팁(271)에 의해 반사되어 이미징 장치(254)가 상기 크랙 팁(271)을 이미징할 수 있게 한다. 상기 이미징 장치(254)에 의해 크랙 팁(271)의 이미지 데이터가 획득되면, 프로세스 컨트롤러(205)를 사용하여 상기 이미징 장치(254)의 출력을 분석하여 상기 크랙 팁(271)의 위치 및 전파 방향을 결정할 수 있다. 또한, 상기 적외선 빔 스폿(214)의 위치 및 전파 방향은 상기 프로세스 컨트롤러(205)에 의해 적외선 빔 소스(210)로부터 수신된 데이터, 또는 이들의 조합을 이용하여 적외선 빔 스폿(214)의 이미지 데이터를 생성하기 위해 이미징 시스템(250)을 사용하여 결정될 수 있다.
크랙 팁(271)과 적외선 빔 스폿(214) 모두의 위치 및 전파 방향을 결정한 후, 상기 크랙 팁(271)과 적외선 빔 스폿(214)의 기준 위치 간 검출된 거리 및 상기 크랙 팁(271)의 전파 방향과 적외선 빔 스폿(214)의 전파 방향 간 검출된 각도 오프셋 모두가 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세스 컨트롤러(205)는 상기 적외선 빔 스폿(214)의 선택된 부분(예컨대, 기준 위치)과 상기 크랙 팁(271) 간 거리를 계산하기 위해 저장된 명령 세트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세스 컨트롤러(205)는 획득된 이미지 데이터의 강도 맵을 생성하고 그 강도 맵을 상기 프로세스 컨트롤러(205)에 저장될 수 있는 미리 결정된 임계값 입력과 비교할 수 있다. 이후, 상기 프로세스 컨트롤러(205)의 메모리에 저장된 미리 결정된 임계 강도 값을 초과하는 이미징 맵의 이미지 강도의 위치는 상기 크랙 팁(271)의 위치를 지정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 프로세스 컨트롤러(205)는 다른 저장된 명령을 사용하여 상기 크랙 팁(271)의 전파 방향과 적외선 빔 스폿(214)의 전파 방향 간 각도 오프셋을 계산할 수 있다.
다음에, 상기 프로세스 컨트롤러(205)는 상기 크랙 팁(271)과 적외선 빔 스폿(214)의 기준 위치 간 검출된 거리를 미리 설정된 거리와 비교하고 상기 크랙 팁(271)의 전파 방향과 적외선 빔 스폿(214)의 전파 방향 간 검출된 각도 오프셋을 미리 설정된 각도 오프셋과 비교할 수 있다. 이러한 비교 이후, 상기 적외선 레이저 빔(212)의 파워 또는 상기 적외선 레이저 빔(212)과 투명 작업편(160) 간 상대적 이동 속도 중 적어도 하나는, 상기 프로세스 컨트롤러(205)를 사용하여 제어 신호를 생성 및 제공함으로써, 상기 검출된 거리와 미리 설정된 거리 간 차이 및 상기 검출된 각도 오프셋과 미리 설정된 각도 오프셋 간 차이에 따라 수정될 수 있다.
일부의 구현 예에 있어서, 검출된 거리가 미리 설정된 거리보다 클 때, 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워, 적외선 레이저 빔(212)과 투명 작업편(160) 간 상대적 이동 속도, 또는 둘 모두가 증가될 수 있다. 반대로, 검출된 거리가 미리 설정된 거리보다 작을 때, 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워, 적외선 레이저 빔(212)과 투명 작업편(160) 간 상대적 이동 속도, 또는 둘 모두가 감소될 수 있다. 또한, 검출된 각도 오프셋이 미리 설정된 각도 오프셋보다 클 때, 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워, 적외선 레이저 빔(212)과 투명 작업편(160) 간 상대적 이동 속도, 또는 둘 모두가 증가될 수 있다. 반대로, 검출된 각도 오프셋이 미리 설정된 각도 오프셋보다 작을 때, 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워, 적외선 레이저 빔(212)과 투명 작업편(160) 간 상대적 이동 속도, 또는 둘 모두가 감소될 수 있다.
일부의 구현 예에 있어서, 상기 미리 설정된 거리는 약 0.5 mm 내지 약 100 mm, 예를 들어 약 1 mm 내지 약 75 mm, 약 1 mm 내지 약 50 mm, 약 1 mm 내지 약 40 mm, 약 1 mm 내지 약 30 mm, 약 1 mm 내지 약 25 mm, 약 1 mm 내지 약 20 mm, 및 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 미리 설정된 거리는 약 100 mm 이하, 약 75 mm 이하, 약 50 mm 이하, 약 25 mm 이하, 약 20 mm 이하, 약 15 mm 이하, 약 10 mm 이하, 약 5 mm 이하 등을 포함할 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 상기 미리 설정된 각도 오프셋은 약 1° 내지 약 180°, 예를 들어 약 5° 내지 약 90°, 약 5° 내지 약 60°, 약 5° 내지 약 45°, 및 그 사이의 모든 범위 및 하위 범위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 미리 설정된 각도 오프셋은 약 10° 이상, 약 20° 이상, 약 30° 이상, 약 45° 이상, 약 60° 이상, 약 90° 이상 등을 포함할 수 있다.
이제 도 7a 및 7b를 참조하면, 상기 적외선 빔 스폿(214)은 크랙(270)의 전파를 유도하고 투명 작업편(160)을 분리하기 위해 곡선의 윤곽 부분(272)을 포함하는 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 가로지르는 것으로 도시된다. 상기 적외선 레이저 빔(212)이 곡선의 윤곽 부분(272)을 가로지를 때, 상기 곡선의 윤곽 부분(272)의 기하학적 형태로 인해 과도한 열이 상기 곡선의 윤곽 부분(272) 근처의 투명 작업편(160)의 재료 내에 축적될 수 있다. 특히, 곡선의 윤곽 부분(272)의 굴곡은 이러한 세그먼트들이 적외선 레이저 빔(212)에 의해 직접 충돌하지 않는 경우에도 상기 곡선의 윤곽 부분(272)의 세그먼트들을 적외선 빔 스폿(214)에 가깝게 배치한다. 이러한 과도한 열 및/또는 잠복 응력은 크랙 팁(271)이 윤곽(170)의 곡선의 윤곽 부분(272)을 따라 전파될 때 원치 않는 칩핑, 크랙킹, 헥클, 및/또는 분기를 생성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 그와 같은 불규칙성은 분리된 투명 작업편의 강도를 감소시킬 수 있다.
따라서, 그와 같은 강도-제한 결함의 발생을 제거 또는 감소시키고 분리된 투명 작업편의 에지 강도를 최대화하기 위해, 추가적인 방법 단계들이 곡선의 윤곽 부분(272)을 통한 크랙 팁(271)의 전파를 여전히 유도하면서 상기 윤곽(170)의 곡선의 윤곽 부분(272)을 따라 과도한 열 축적을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 추가적인 방법 단계들은 크랙 팁(271)이 곡선의 윤곽 부분(272)의 일부 또는 전부를 통해 전파될 때 적외선 레이저 빔(212)에 의한 투명 작업편(160)의 크랙-유도 조사를 일시적으로 종료하는 단계 및 크랙 팁(271)이 상기 곡선의 윤곽 부분(272)을 넘어서면 상기 곡선의 윤곽 부분(272)을 넘어선 윤곽선(170; 및 윤곽선(165))에 따른 위치에서 상기 투명 작업편(160)의 크랙-유도 조사를 재개하는 단계를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "크랙-유도 조사"는 윤곽(170)을 따라 투명 작업편(160)의 분리를 유도하기에 충분한 레이저 파워를 갖는 조사(예컨대, 적외선 레이저 빔(212)에 의한 조사)를 지칭한다.
여전히 도 7a 및 7b를 참조하면, 상기 곡선의 윤곽 부분(272)은 제 1 끝점(277), 중간점(275), 및 제 2 끝점(279)을 포함한다. 또한, 제 1 기준점(274), 제 2 기준점(276), 및 제 3 기준점(278)을 포함하여, 상기 곡선의 윤곽 부분(272)과 관련하여 윤곽(170; 및 윤곽선 (165))을 따라 다수의 기준점이 나타나 있다. 상기 제 1 기준점(274)은 병진 이동 방향(201)으로 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 따를 때 제 2 기준점(276) 및 제 3 기준점(278)에 도달하기 전에 제 1 기준점(274)에 도달하도록 제 2 기준점(276) 및 제 3 기준점(278) 뒤에 위치한다. 일부의 구현 예에 있어서, 제 2 기준점(276) 및 제 3 기준점(278)은 함께 배치된다. 다른 구현 예에 있어서, 제 2 기준점(276)은 제 3 기준점(278)으로부터 이격된다. 도 7a 및 7b에 도시된 구현 예에 있어서, 제 2 기준점(276)은 병진 이동 방향(201)으로 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 따를 때 제 3 기준점(278)에 도달하기 전에 제 2 기준점(276)에 도달하도록 제 3 기준점(278) 뒤에 위치한다. 다른 구현 예에 있어서, 제 3 기준점(278)은 병진 이동 방향(201)으로 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 따를 때 제 2 기준점(276)에 도달하기 전에 제 3 기준점(278)에 도달하도록 제 2 기준점(276) 뒤에 위치할 수 있다.
일부의 구현 예에 있어서, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 제 1 기준점(274)은 곡선의 윤곽 부분(272)의 중간점(275) 뒤에, 예를 들어 제 1 끝점(277)과 중간점(275) 사이에, 중간점(275)에, 제 1 끝점(277)에, 또는 제 1 끝점 뒤에 위치한다. 다른 구현 예에 있어서, 제 1 기준점(274)은 중간점(275)을 넘어, 예를 들어 제 2 끝점(279)과 중간점(275) 사이에 위치할 수 있다. 일부의 구현 예에 있어서, 제 2 기준점(276), 제 3 기준점(278), 또는 둘 모두는 중간점(275)을 넘어, 예를 들어, 제 2 끝점(279)과 중간점(275) 사이에, 중간점(275)에, 제 2 끝점(279)에, 또는 제 2 끝점(279)을 넘어 위치한다. 다른 구현 예들에 있어서, 제 1 기준점(274)은 중간점(275) 뒤에, 예를 들어 제 1 끝점(277)과 중간점(275) 사이에 위치할 수 있다. 다양한 기준점 배열이 고려되지만, 각각의 구현 예에 있어서, 제 1 기준점(274)은 제 2 기준점(276) 및 제 3 기준점(278) 뒤에 위치하고, 곡선의 윤곽 부분(272)의 적어도 일부는 제 1 기준점(274)과 제 2 기준점(276) 사이에 배치되며, 곡선의 윤곽 부분(272)은 제 1 기준점(274)과 제 3 기준점(278) 사이에 배치된다.
상기 기술한 바와 같이, 투명 작업편(160)을 분리하는 단계는 투명 작업편(160)에 크랙(270)의 형성을 유도하기 위해 적외선 빔 소스(210; 도 4 및 5)에 의해 출력된 적외선 레이저 빔(212)을 적외선 빔 경로(211)를 따라 윤곽(170) 상의 또는 그 근처의 투명 작업편(160) 상으로 지향시키는 단계, 윤곽(170)을 따라 크랙(270) 및 크랙 팁(271)의 전파를 유도하기 위해 투명 작업편(160)과 적외선 레이저 빔(212)을 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 따라 또는 그 근처에서 서로에 대해 병진 이동시키는 단계, 및 예를 들어 도 4a-5b와 관련하여 위에서 설명된 임의의 방법 및 시스템을 사용하여, 크랙 팁(271)의 위치 및 적외선 레이저 빔(212)의 적외선 빔 스폿(214)의 위치를 검출하는 단계를 포함한다.
윤곽(170)이 곡선의 윤곽 부분(272)을 포함할 때 강도-제한 결함의 발생을 제거 또는 감소시키고 분리된 투명 작업편의 에지 강도를 최대화하기 위해, 상기 투명 작업편(160)을 분리하는 단계는 적외선 빔 스폿이 제 1 기준점(274)에 도달할 때 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 종료하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 적외선 레이저 빔(212)으로부터의 크랙-유도 조사를 종료하는 단계는 적외선 빔 소스(210)에 의한 적외선 레이저 빔(212)의 출력을 종료하는 단계, 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워가 윤곽(170)을 따라 투명 작업편(160)의 분리를 유도하기에 충분하지 않도록 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워를 감소시키는 단계, 또는 예를 들어 하나 이상의 추가적인 광학 요소를 사용하여 적외선 레이저 빔(212)을 투명 작업편(160)으로부터 멀리 지향시키는 단계를 포함할 수 있다
적외선 레이저 빔(212)으로부터의 크랙-유도 조사를 종료한 후, 투명 작업편(160) 및 적외선 빔 경로(211)는 제 1 기준점(274)에서 제 2 기준점(276)으로 서로에 대해 병진 이동될 수 있다. 제 1 기준점(274)으로부터 제 2 기준점(276)으로의 투명 작업편(160) 및 적외선 빔 경로(211)의 상대적 이동은 투명 작업편(160)의 이동, 적외선 빔 소스(210)의 이동, 적외선 빔 소스(210)에 광학적으로 결합된 광학 요소의 이동, 및/또는 크랙-유도 조사를 재개할 때, 적외선 레이저 빔(212)이 제 2 기준점(276)을 조사하도록 적외선 빔 소스(210)에 광학적으로 결합된 광학 요소들의 재정렬을 포함할 수 있다. 동작에 있어서, 투명 작업편(160) 및 적외선 빔 경로(211)는 제 1 기준점(274)으로부터 제 2 기준점(276)으로 병진 이동 방향(282)으로 점프 경로(280)를 따라 서로에 대해 병진 이동된다. 일부의 구현 예에 있어서, 상기 점프 경로(280)는 선형 경로이다. 또한, 크랙-유도 조사가 종료되는 동안, 투명 작업편(160)의 재료 내의 잠열 축적은 곡선의 윤곽 부분(272)를 따라 크랙 팁(271)의 전파를 추진한다.
다음에, 크랙 팁(271)이 제 2 기준점(276)에 적외선 빔 경로(211)가 도달한 후 또는 동시에 발생할 수 있는 제 3 기준점(278)에 도달할 때, 상기 방법은 적외선 레이저 빔(212)으로부터의 크랙-유도 조사를 재개하고, 윤곽(170; 및 윤곽선(165))을 따라 또는 그 근처에서 서로에 대해 투명 작업편(160) 및 적외선 레이저 빔(212)의 이동을 재개하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 적외선 레이저 빔(212)으로부터 크랙-유도 조사를 재개하는 단계는 적외선 빔 소스(210)에 의한 적외선 레이저 빔(212)의 출력을 재개하는 단계, 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워가 윤곽(170)을 따라 투명 작업편(160)의 분리를 유도하기에 충분하도록 적외선 레이저 빔(212)의 레이저 파워를 증가시키는 단계, 또는 예를 들어 하나 이상의 추가의 광학 요소를 사용하여 적외선 레이저 빔(212)을 투명 작업편(160)으로 다시 지향시키는 단계를 포함할 수 있다.
실험: 길이 100 mm, 폭 100 mm, 두께 0.7 mm의 NIOX 2320 유리의 정사각형 조각을 기판 캐리어에 놓고 -55 mbarr의 진공으로 제자리에 고정시킨다. 5.2 mm의 1/e2 빔 직경을 갖는 적외선 레이저 빔이 제 1 에지에서 유리로 지향된다. 유리를 2개의 조각으로 완전히 분리하려면, 크랙 팁이 상기 제 1 에지 반대편의 제 2 에지에 도달해야 한다. 적외선 레이저 빔은 제 1 에지에서 제 2 에지로 이동하고 제 2 에지에서 x 거리에서 멈춘다. 27.5 mm의 거리(x)에서 150W 의 적외선 레이저 빔 파워를 사용하여 유리를 완전히 분리한다. 170 W 이상의 파워는 유리의 표면을 손상시킨다(열 크랙). 도 8은 크랙 팁과 적외선 레이저 빔의 중심 사이의 거리에 대해 플롯된 유리를 완전히 분리하는 데 필요한 적외선 레이저 빔 파워를 보여주는 차트를 나타낸다.
상술한 설명의 관점에서, 투명 작업편의 레이저 처리는, 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도하여 투명 작업편을 분리하기 위해, 결함 형성 레이저 빔(예컨대, 펄스 레이저 빔)을 사용하여 투명 작업편에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하고 적외선 레이저 빔을 사용하여 투명 작업편을 분리하는 것을 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 투명 작업편의 레이저 처리는, 크랙의 일관된 분리를 용이하게 하고 분리된 투명 작업편에서 강도-제한 결함의 형성을 제한하기 위해, 크랙 팁의 측정된 위치 및 전파 방향에 따라 투명 작업편과 적외선 레이저 빔 및/또는 적외선 레이저 빔의 레이저 출력 간 상대적 이동 속도를 변경하는 것을 포함할 수 있다. 더욱이, 투명 작업편의 레이저 처리는 또한, 잠열 축적을 허용하여 곡선의 윤곽 부분을 통해 크랙 전파를 추진하고 상기 곡선의 윤곽 부분을 넘어선 윤곽의 위치에서 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 재개하기 위해, 크랙이 윤곽의 곡선의 윤곽 부분을 통해 전파될 때 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 종료하는 것을 포함할 수 있다.
본원 사용된 바와 같은 용어 "약"은 양, 크기, 공식, 파라미터, 및 기타 다른 양 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요는 없지만, 허용 오차, 변환 계수, 반올림, 측정 에러 등과, 당업자에게 알려전 다른 요인들을 반영하여, 원하는대로, 근사 및/또는 더 크거나 작을 수 있음을 의미한다. 범위의 값 또는 끝점을 설명할 때 용어 "약"이 사용되는 경우, 참조되는 특정 값 또는 끝점이 포함된다. 명세서에서 범위의 수치 또는 끝점이 "약"을 언급하든 아니든, 두 가지 구현 예가 설명된다: 하나는 "약"에 의해 수정되고 다른 하나는 "약"에 의해 수정되지 않는다. 각 범위의 끝점은 다른 끝점과 관련하여 그리고 다른 끝점과 독립적으로 모두 중요하다는 것이 더 이 될 것이다.
본원에서 사용되는 방향 용어(예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상부, 하부)는 도면을 참조해서만 만들어지며 절대적인 방위를 의미하지는 않는다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본원에 설명된 방법은 그 단계들이 특정 순서로 수행되도록 요구되거나 장치의 특정 방향이 요구되는 것으로 해석되는 것은 아니다. 따라서, 방법 청구항이 실제로 그 단계들을 따르는 순서를 언급하지 않거나, 장치 청구항이 실제로 개별 구성 요소에 대한 순서 또는 방위를 언급하지 않거나, 아니면 그 청구항들 또는 설명에서 단계들이 특정 순서로 제한되거나 장치의 구성 요소에 대한 특정 순서 또는 방위가 언급되지 않는 것으로 구체적으로 명시되지 않는 경우, 어떤 점에서든 순서 또는 방위를 추론하도록 의도된 것은 아니다. 이는 다음을 포함하여 해석에 대한 임의의 가능한 비-표현적 근거를 유지한다: 단계들의 배열, 동작 흐름, 구성 요소들의 순서, 또는 구성 요소들의 방위와 관련된 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 일반 의미; 및 본 명세서에 기술된 구현 예의 수 또는 타입.
본원에 사용된 단수의 형태 "하나의", "한" 및 "그"는 문맥 상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나의" 구성 요소에 대한 언급은 문맥이 달리 명시하지 않는 한, 2개 이상의 그와 같은 구성 요소를 갖는 관점을 포함한다.
청구 대상의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본원에 설명된 구현 예들에 대해 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 명세서는 수반된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서 그와 같은 변형 및 변경이 제공되는 경우 본원에 설명된 다양한 구현 예의 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (52)

  1. 투명 작업편을 처리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 투명 작업편에서 윤곽선을 따라 상기 투명 작업편에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하는 단계; 및
    상기 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 단계를 포함하며,
    상기 투명 작업편을 분리하는 단계는:
    상기 투명 작업편에 크랙의 형성을 유도하기 위해 적외선 레이저 빔 소스에 의해 출력된 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선 상에 또는 그 근처에 투명 작업편으로 지향시키는 단계, 여기서 상기 적외선 레이저 빔은 상기 투명 작업편의 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사함,
    상기 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도하기 위해 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 병진 이동시키는 단계, 여기서 상기 크랙의 전파 동안 상기 크랙은 크랙 팁(crack tip)을 포함함,
    상기 적외선 빔 스폿의 기준 위치 및 전파 방향에 대한 상기 크랙 팁의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계;
    상기 크랙 팁과 적외선 빔 스폿의 기준 위치 간 검출된 거리를 결정하는 단계;
    상기 크랙 팁의 전파 방향과 적외선 빔 스폿의 전파 방향 간 검출된 각도 오프셋(offset)을 결정하는 단계;
    상기 검출된 거리를 미리 설정된 거리와 비교하는 단계;
    상기 검출된 각도 오프셋을 미리 설정된 각도 오프셋과 비교하는 단계; 및
    상기 검출된 거리와 미리 설정된 거리 간 차이 및 상기 검출된 각도 오프셋과 미리 설정된 각도 오프셋 간 차이에 따라 상기 적외선 레이저 빔과 투명 작업편 간 상대적 이동의 속도 또는 상기 적외선 레이저 빔의 파워 중 적어도 하나를 수정하는 단계를 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    검출된 거리가 미리 설정된 거리보다 클 때, 상기 방법은 적외선 레이저 빔의 레이저 파워를 증가시키는 단계를 더 포함하고;
    검출된 거리가 미리 설정된 거리보다 작을 때, 상기 방법은 적외선 레이저 빔의 레이저 파워를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    검출된 거리가 미리 설정된 거리보다 클 때, 상기 방법은 적외선 레이저 빔과 투명 작업편 간 상대적 이동의 속도를 증가시키는 단계를 더 포함하고;
    검출된 거리가 미리 설정된 거리보다 작을 때, 상기 방법은 적외선 레이저 빔과 투명 작업편 간 상대적 이동의 속도를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    검출된 각도 오프셋이 미리 설정된 각도 오프셋보다 클 때, 상기 방법은 적외선 레이저 빔의 레이저 파워를 증가시키는 단계를 더 포함하고;
    검출된 각도 오프셋이 미리 설정된 각도 오프셋보다 작을 때, 상기 방법은 적외선 레이저 빔의 레이저 파워를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    적외선 빔 스폿의 기준 위치는 적외선 빔 스폿의 중간-지점인, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    미리 설정된 거리는 50 mm 이하이고 미리 설정된 각도 오프셋은 20° 이상인, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    크랙 팁의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계는 하나 이상의 이미징 장치를 포함하는 이미징 시스템을 사용하여 상기 크랙 팁 및 적외선 빔 스폿의 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    이미징 시스템은 광원을 더 포함하고, 크랙 팁의 이미지 데이터를 생성하는 단계는 광원으로 크랙 팁을 조명하는 단계를 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    하나 이상의 이미징 장치는 투명 작업편에 대해 이동 가능한, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    하나 이상의 이미징 장치는 적외선 레이저 빔 소스와 동축인 원주 배열로 배열되는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    이미징 시스템 및 적외선 레이저 빔 소스는 빔 스티어링 장치에 광학적으로 결합되는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  12. 투명 작업편을 처리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 투명 작업편에서 윤곽선을 따라 상기 투명 작업편 및 곡선의 윤곽 부분에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하는 단계; 및
    상기 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 단계를 포함하며,
    상기 투명 작업편을 분리하는 단계는:
    상기 투명 작업편에 크랙의 형성을 유도하기 위해 적외선 빔 경로를 따라 적외선 레이저 빔 소스에 의해 출력된 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선 상에 또는 그 근처에 투명 작업편으로 지향시키는 단계;
    상기 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도하기 위해 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 병진 이동시키는 단계, 여기서 상기 크랙의 전파 동안 상기 크랙은 크랙 팁을 포함함;
    이미징 시스템을 통해 상기 크랙 팁의 위치와 상기 적외선 레이저 빔의 적외선 빔 스폿의 위치를 검출하는 단계, 여기서 상기 이미징 시스템 및 적외선 레이저 빔 소스는 동축으로 위치하여, 인-라인 시스템을 형성함;
    상기 적외선 빔 스폿이 상기 윤곽선을 따라 위치된 제 1 기준점에 도달할 때 상기 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 종료하는 단계;
    상기 투명 작업편과 적외선 빔 경로를 상기 제 1 기준점으로부터 상기 윤곽선을 따라 위치된 제 2 기준점으로 서로에 대해 병진 이동시키는 단계, 여기서 상기 제 1 기준점이 상기 제 2 기준점 뒤에 위치하고 곡선의 윤곽 부분의 적어도 일부가 상기 제 1 기준점과 제 2 기준점 간 배치됨; 및
    상기 크랙 팁이 윤곽선을 따라 위치된 제 3 기준점에 도달할 때 상기 적외선 레이저 빔으로부터의 크랙-유도 조사를 재개하고 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 서로에 대해 병진 이동시키는 것을 재개하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 기준점이 상기 제 3 기준점 뒤에 위치하고 곡선의 윤곽 부분의 적어도 일부가 상기 제 1 기준점과 제 3 기준점 간 배치되는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    제 2 기준점은 제 3 기준점과 같은 위치에 있거나, 제 3 기준점 뒤에 위치되는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    제 1 기준점은 곡선의 윤곽 부분의 중간점 뒤에 위치하고 제 2 기준점은 곡선의 윤곽 부분의 중간점 너머에 위치하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  15. 청구항 12에 있어서,
    투명 작업편 및 적외선 빔 경로는 제 1 기준점에서 제 2 기준점으로의 점프 경로를 따라 서로에 대해 병진 이동되고;
    상기 점프 경로는 선형 경로를 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  16. 청구항 12에 있어서,
    크랙 팁의 위치를 검출하는 단계는 하나 이상의 이미징 장치를 포함하는 이미징 시스템을 사용하여 상기 크랙 팁의 이미지 데이터를 생성하는 단계를 포함하고, 이미징 시스템은 광원을 더 포함하고, 크랙 팁의 이미지 데이터를 생성하는 단계는 광원으로 크랙 팁을 조명하는 단계를 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    하나 이상의 이미징 장치는 투명 작업편에 대해 이동 가능한, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    이미징 시스템 및 적외선 레이저 빔 소스는 빔 스티어링 장치에 광학적으로 결합되는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  19. 청구항 12에 있어서,
    투명 작업편에 윤곽을 형성하는 단계는:
    결함 형성 레이저 빔을 투명 작업편으로 지향시켜, 상기 투명 작업편 내에서 유도 흡수를 생성하는 단계, 상기 유도 흡수는 상기 투명 작업편 내에서 결함을 생성함; 및
    투명 작업편과 결함 형성 레이저 빔을 윤곽선을 따라 서로에 대해 병진 이동시키는 단계를 포함하고,
    결함 형성 레이저 빔은 펄스 버스트 당 2개 이상의 서브-펄스를 포함하는 펄스 버스트를 생성하는 빔 소스에 의해 출력된 펄스 레이저 빔을 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    결함 형성 레이저 빔은 하나 이상의 렌즈를 통해 지향되어, 투명 작업편으로 지향된 결함 형성 레이저 빔의 일부가 투명 작업편 내에 레이저 빔 초점 라인을 형성하고, 여기서 상기 레이저 빔 초점 라인은 상기 투명 작업편 내에서 유도 흡수를 생성하고, 상기 유도 흡수는 상기 투명 작업편 내에서 결함을 생성하고, 하나 이상의 렌즈 중 적어도 하나는 비구면 광학 요소를 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.
  21. 투명 작업편을 처리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    상기 투명 작업편에서 윤곽선을 따라 상기 투명 작업편에 복수의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하는 단계; 및
    상기 윤곽을 따라 투명 작업편을 분리하는 단계를 포함하며,
    상기 투명 작업편을 분리하는 단계는:
    상기 투명 작업편에 크랙의 형성을 유도하기 위해 적외선 레이저 빔 소스에 의해 출력된 적외선 레이저 빔을 상기 윤곽선 상에 또는 그 근처에 투명 작업편으로 지향시키는 단계, 여기서 상기 적외선 레이저 빔은 상기 투명 작업편의 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사하고, 상기 투명 작업편으로 지향된 레이저 빔의 일부는:
    파장 λ;
    유효 스폿 크기 ; 및
    단면 x-방향의 최소 레일리 범위 와 단면 y-방향의 최소 레일리 범위 를 포함하는 비-축대칭 빔 단면;을 포함하며, 여기서, 및 중 더 작은 값은 보다 크고, FD 는 10 이상의 값을 포함하는 무차원 발산 계수임;
    상기 윤곽을 따라 크랙의 전파를 유도하기 위해 상기 윤곽선을 따라 또는 상기 윤곽선 근처에서 상기 투명 작업편과 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 병진 이동시키는 단계, 여기서 상기 크랙의 전파 동안 상기 크랙은 크랙 팁을 포함함;
    상기 적외선 빔 스폿의 기준 위치 및 전파 방향에 대한 상기 크랙 팁의 위치 및 전파 방향을 검출하는 단계;
    상기 크랙 팁과 적외선 빔 스폿의 기준 위치 간 검출된 거리를 결정하는 단계;
    상기 검출된 거리를 미리 설정된 거리와 비교하는 단계; 및
    상기 검출된 거리와 미리 설정된 거리 간 차이에 따라 상기 적외선 레이저 빔과 투명 작업편 간 상대적 이동의 속도 또는 상기 적외선 레이저 빔의 파워 중 적어도 하나를 수정하는 단계를 포함하는, 투명 작업편을 처리하기 위한 방법.


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