KR20150058068A

KR20150058068A - 버스트 초고속 레이저 펄스를 사용하는 취성 재료를 위한 폐형 릴리프 방법

Info

Publication number: KR20150058068A
Application number: KR1020140161191A
Authority: KR
Inventors: 압바스 호세이니 에스.
Original assignee: 로핀-시나르 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-05-28
Also published as: US11053156B2; TWI677394B; EP3363771B1; TW201536458A; EP3363771A1; KR101904130B1; JP2015129076A; JP6091479B2; EP2910532B1; EP2910532B8; US20150136743A1; CN104690428A; TW201729930A; TWI587956B; CN104690428B; KR101758789B1; KR20170085999A; EP2910532A1

Abstract

투명한 취성 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법은 기판 내에 오리피스들의 패턴들을 드릴링하기 위하여 초고속 레이저 펄스들을 사용하는 단계를 포함한다. 오리피스들은 광음향 압축에 의해 형성되고 투명 기판 내에서 완전히 또는 부분적으로 확장한다. 투명 기판 내에 서로 떨어져 간격을 두는 오리피스들의 스크라이빙된 라인은 기판 내에 폐형 패턴을 포함한다. 폐형 패턴이 투명 기판으로부터 릴리프될 때까지 상기 투명 기판 내에 서로 떨어져 간격을 두는 오리피스들의 스크라이빙된 라인 주위의 영역 내에 열원이 적용된다.

Description

버스트 초고속 레이저 펄스를 사용하는 취성 재료를 위한 폐형 릴리프 방법{METHOD OF CLOSED FORM RELEASE FOR BRITTLE MATERIALS USING BURST ULTRAFAST LASER PULSES}

본 발명은 2013년 11월 19일에 출원된 미국가특허출원 제 61906303호의 우선권 및 이익을 주장한다. 2013년 11월 19일에 출원된 미국가특허출원 제 61906303호는 여기에 전체가 참조로써 통합된다.

본 발명은 취성 재료(brittle material) 기판에서 잘린 폐형(closed form, 내부 형태)들을 릴리프하는 것의 향상된 방법에 관한 것이다.

현재, 큰 기판 시트로부터 잘린 기하학적 형태들을 릴리프하기 위한 몇몇 방법들이 존재한다. 이러한 방법들의 대부분은 원하는 부분을 분리하기 위하여 광범위한 절단, 부가적인 릴리프 절단을 사용하는 단계, 압력을 적용하는 단계, 및 기판을 구부리거나 또는 기판을 압력 압연하는(pressure rolling) 단계를 포함한다. 이러한 많은 방법들이 갖는 문제점은 특히 기하학적 형태가 복잡할 때, 폐형들이 손상되거나 또는 거친 주변 에지를 남기거나 혹은 약해진 에지 또는 그 안에 과잉의 미세균열을 갖는 형태를 남긴다는 점이다.

물론, 이러한 모든 시스템은 손상된/사용할 수 없는 릴리프된 형태들을 야기하는 블량률의 일부 백분률을 갖는다.

폐형 릴리프를 위한 현재 기술에 대한 발전은 어떠한 방법으로든지 형태에 손상을 주지 않거나 또는 형태에 어떠한 종류의 결점도 유도하지 않는 폐형 릴리프를 위한 방법일 수 있다.

순차적으로 더 상세히 설명될, 본 발명의 일반적인 목적은 형태를 약화시키거나 손상을 주지 않는 취성 기판으로부터 잘린 폐형들을 릴리프하기 위한 구조 및 방법을 제공하는 것이다.

스크라이빙된(scribed) 폐형들로 잘 작동하고, 낮은 불량률을 가지며, 실행하는데 저렴한 폐형 릴리프를 위한 저렴한 방법을 제공하는 것이 또 다른 목적이다. "스크라이빙된"은 기판이 투명 기판을 통하여 부분적으로 또는 완전히 확장할 수 있는 오리피스(orifice)들을 포함하는 것으로 여겨진다.

또한 어떠한 표면 거칠기 또는 잔해(debris)도 제거된 주변 에지들을 남기고 미세균열이 없는 폐형 릴리프를 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

다음의 명세서는 또한 기판 재료로서 사용될 수 있는 유리, 실리콘 웨이퍼들, 사파이어 등과 같은 어떠한 투명 재료로부터 폐형들을 절단하고 릴리프하기 위한 신규의 독특한 방법을 설명한다. 여기에 개시된 본 발명은 이전에 언급된 많은 장점들과 새로운 특징들을 제공한다.

투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법은 다음의 단계들을 포함한다: 레이저 펄스들의 버스트를 포함하는 초고속 레이저 펄스 빔을 제공하는 단계; 투명 기판 상에 상기 레이저 빔을 초점화할 수 있고 레이저 빔과 투명 기판 사이의 상대적 패턴 이동(patterned movement)을 가능하게 하는 레이저 빔 전달 시스템을 제공하는 단계; 투명 기판 외부에 빔 웨이스트를 형성하기 위하여 기판에 대하여 상기 레이저 빔에 초점을 맞추는 단계, 여기서 기판의 표면 상에 입사되는 레이저 펄스들은 광학 파괴를 야기하지 않고 그것을 통하여 연속적인 레이저 필라멘트를 형성하기 위하여 투명 기판 내에 충분한 에너지 밀도가 유지되는 것과 같이 초점이 맞춰짐; 광음향 압축에 의해 투명 기판을 통하여 완전히 또는 부분적으로 가로지르는 필라멘트에 대하여 오리피스를 전파하는 단계; 오리피스로부터 스크라이빙된 라인을 포함하는 투명 기판 내에 폐형 패턴을 생성하는 투명 기판 내로 레이저 필라멘트를 향하도록 하는 단계; 및 폐형 패턴이 투명 기판으로부터 도달할 때까지 투명 기판 내로 드릴링되는 오리피스로부터 떨어진 스크라이빙된 라인을 포함하는 투명 기판 내에 폐형 패턴의 영역에 열원을 적용하는 단계.

본 발명의 주제는 특히 본 발명의 결론 부에서 언급되고 명백하게 주장된다. 그러나, 본 발명의 또 다른 장점들 및 대상들과 함께, 작동의 조직과 방법 모두는 첨부된 도면과 함께 설명되는 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있는데, 같은 참조 특성들은 같은 소자들을 언급한다. 본 발명의 다른 대상들, 특징들 및 양상들이 아래에 더 상세히 설명된다.

도 1은 폐형이 원하는 부품인 스크라이빙된 폐형을 갖는 기판의 다이어그램 표현이다.
도 1a는 오리피스들/홀(hole)들 사이의 간격을 도시한 도 1의 확대도이다.
도 1b는 도 1a의 1B-1B 라인을 따라 절단된 단면도이다.
도 2는 바디가 원하는 부품이고 내부 특징부가 절단된 스크라이빙된 폐형을 갖는 기판의 다이어그램 표현이다.
도 2a는 도 2에 도시된 슬롯(slot)의 확대도이다.
도 2b는 오리피스들 및 열원의 경로를 도시한 도 2a의 일부의 확대도이다.
도 2c는 도 2에 도시된 원형 컷아웃(circle cutout)의 확대도이다.
도 2d는 오리피스들 및 열원의 경로를 도시한 도 2c의 일부의 확대도이다.
도 2e는 도 2의 정사각형 컷아웃의 확대도이다.
도 2f는 오리피스들 및 열원의 경로를 도시한 도 2e의 일부의 확대도이다.
도 3은 또 다른 폐형 릴리프의 다이어그램 표현이다.
도 3a는 오리피스들 및 열원의 경로를 도시한 도 3의 일부의 확대도이다.
도 4 및 4a는 클리빙(cleaving)을 위한 튜브를 도시한다.
도 5는 하드 디스크 드라이브 플래터(HDD platter) 또는 기판들의 유리 기판 내에 열을 형성할 수 있는 레이저 기계가공 시스템의 일례를 도시한다.
도 6은 비-텔레센트릭(non-telecentric) 렌즈를 사용하는 X-Y 스캐너의 스테이지의 제어를 거쳐 다중 축을 제어하는 능력을 도시한 바람직한 일 실시 예를 나타낸다.
도 7은 텔레센트릭 렌즈를 사용하는 X-Y 스캐너의 스테이지의 제어를 거쳐 다중 축을 제어하는 능력을 도시한 바람직한 일 실시 예를 나타낸다.
도 8a-d는 원하는 각진 결과를 달성하기 위하여 후 싱귤레이션(post singulation) 가공을 필요로 하지 않는 각진 에지들을 갖는 내부 특징부를 만들기 위한 각진 컷 아웃 접근법을 도시한다.
도 8e는 챔퍼(chamfer)들이 예를 들면, 가공에 의해 용인되는 분할의 정도에 따라, 두 개 또는 그 이상의 면으로 생성될 수 있는 것을 도시한다.

특히, 유리 군들에 한정되지 않는 투명 재료들은 폐형들이 잘리는 일반적인 기판들이다. 일례가 투명 재료 표적(target)에서의 복잡한 폐형 구조일 수 있으며 투명 세라믹, 중합체, 투명 전도체, 광대역 밴드갭(bandgap) 유리, 수정, 결정 석영, 다이아몬드(천연 또는 인공), 사파이어(sapphire), 희토 제형, 디스플레이용 금속 산화물 및 코팅이 있거나 또는 없는 광택 또는 비광택 상태의 비정질 산화물로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 플레이트 또는 웨이퍼와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 그것들의 기하학적 구성들 중 어느 하나를 포함하는 것으로 여겨진다. 기판은 두 개 또는 그 이상의 층을 포함할 수 있으며 초점이 맞춰진 레이저 빔의 빔 초점의 위치는 두 개 또는 그 이상의 층 중 적어도 하나 내의 필라멘트 어레이들을 발생시키도록 선택된다. 다층 기판은 액정 디스플레이(LCD), 평면 패널 디스플레이(FPD), 및 발광 다이오드 디스플레이(OLED)와 같은, 다층 평면 패널 디스플레이 유리를 포함할 수 있다. 다중 기판은 그것에 사파이어가 용융되거나, 도핑되거나, 또는 접착된 얇은 시트를 갖는 유리와 같은 복합 재료의 어셈블리를 포함할 수 있다. 이는 일반적으로 긁힘 저항성(scratch resistance)을 개선하기 위하여 스마트 폰용 위한 커버와 같은 적용들에서 사용된다. 기판은 또한 오토글라스(autoglass), 튜브, 앰풀(ampul), 백열 전구 및 형광 튜브, 창문, 바이오칩, 하드 디스크 드라이브, 광학 센서, 평면 광파 회로, 광학 섬유, 건축용 유리, 마시는 유리제품, 공예 유리, 실리콘, 111-Ⅴ 반도체, 마이크로전자 칩, 메모리 칩, 센서 칩, 전자 광학 렌즈, 평면 디스플레이, 강한 커버 재료를 필요로 하는 소형 컴퓨팅 장치, 발광 다이오드(LED), 레이저 다이오드(LD), 및 수직 공간 표면 발광 레이저(vertical cavity surface emitting laser, VCSEL)로 구성되는 그룹으로부터 선택될 수 있다.

여기에 설명되는 취성 재료를 위한 폐형 릴리프의 방법은 기판의 표면에 대하여 어떠한 각도(사면(bevel))에서, 그리고 단일 기판 상 혹은 갭(gap)들에 의해 분리되거나 또는 갭들에 분리되지 않은 기판들의 적층 어레이 중 어느 하나 상의 어떠한 위치에서 시작하는, 그것을 통하여 완전히 또는 부분적으로, 광음향 압축에 의해 투명 재료를 절단하거나 또는 스크라이빙하는 필라멘트를 생성하기 위한 버스트 초고속 레이저 펄스들을 사용한다. 릴리프는 다음 중 어느 하나의 적용에 의한 절단 또는 스크라이빙 이후에 발생한다: 물리적 압력(예를 들면 기계적 롤러에 의한), 가스의 버스트의 적용, 유체의 스트림의 적용, 스크라이빙된/절단된 위치에서의 분리를 야기하기 위하여 기판 재료와 충분한 온도 차이를 갖는 화염(flame), 열선 총(heat gun) 또는 이산화탄소 레이저와 같은 열원의 적용, 혹은 스크라이빙된/절단된 위치에서의 분리를 야기하기 위하여 기판 재료와 충분한 온도 차이를 갖는 냉각원(cold source)의 적용. 냉각원의 일례는 드라이 아이스 또는 낮은 동결 온도를 갖는 유체의 스프레이이다. 일 실시 예에서, 절단의 주변에 적용되는 온도는 폐형의 에지를 어닐링하고(anneal) 또한 기판으로부터 이를 릴리프하는데 충분할 수 있다.

다음의 설명은 기판 내의 폐형들을 형성하는데 사용되는 레이저 빔 및 장치를 상세히 설명한다. 일단 기판이 절단되거나 스크라이빙되었으면, 일부 다른 방법들을 통하여 분리가 실행될 수 있다. 실제 폐형은 일부 다른 방법들로 기판으로부터 절단될 수 있다:

형태의 주변 주위의 일련의 관통 오리피스들을 생성하기 위한 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주위의 일련의 관통 절단 라인을 생성하기 위한 연속적인 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주위의 일련의 정지 오리피스(stopped orifice)들을 생성하기 위한 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주의의 일련의 관통 절단 라인들을 생성하기 위한 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주위의 정지 절단 라인(스크라이브)을 생성하기 위한 연속적인 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주위의 일련의 정지 절단 라인들(파선 스크라이브)을 생성하기 위한 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주위의 일련의 폐쇄 보이드(void)들을 생성하기 위한 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주위의 일련의 폐쇄 보이드 절단 라인들(내부 파선 스크라이브)을 생성하기 위한 연속적인 광음향 압축에 의해, 형태의 주변 주위의 일련의 폐쇄 보이드 절단 라인들(내부 파선 스크라이브)을 생성하기 위한 광음향 압축에 의해. 이러한 방법들은 주로 스크라이브/절단 라인의 형태(부분적, 내부 보이드 또는 관통) 및 스크라이브/절단 라인 세그먼트의 길이(전체 윤곽, 부분 라인 윤곽 또는 부분 홀 윤곽)이 다르다.

본 발명은 레이저 유도 광음향 압축에 의한 투명 재료들 내의 오리피스들의 가공을 위한 장치들, 시스템들 및 방법들을 제공한다. 레이저 재료 기계가공의 이전에 알려진 방법들과 달리, 본 발명의 실시 예들은 재료를 통하여 이동함에 따라 입사 밉의 연속적인 재초점(refocus)을 허용하기 위하여 주 초점과 이차 초점의 선형 정렬(오리피스의 선형 축에 일치하나 주 초점 또는 이차 초점에 수직으로 배치되는)이 존재하는 것과 같이 세로 빔 축을 따라 분포식 방식(distributed manner)으로 입사 빔에 초점을 맞추는 광학 구성을 사용하며 그렇게 함으로써 재료 내의 빔 경로를 따른 굴절률을 변형하고 표적 재료 내의 레이저 빔의 지속적인 재초점화가 장거리에 걸쳐 계속될 수 있는 것과 같이 광학적 파괴에 맞닥뜨리지 않는 필라멘트의 생성을 가능하게 한다.

이러한 분포식 초점화 방법은 분포된 초점화 소자 어셈블리에 의한 이차 초점들의 생성에 의해, 그리고 재료로부터 또는 재료 내의 주 초점 웨이스트의 위치를 재료 외부로 위치시킴으로써, 주 초점 웨이스트에서 발견되는 입사 빔으로부터의 불필요한 에너지의 "덤핑(dumping)" 또는 감소를 허용한다. 주 초점 웨이스트와 이차 초점 웨이스트들의 선형 정렬과 결합되는 이러한 빔 플루엔스(beam fluence)의 덤핑은 필라멘트 구역의 전체 길이에 대한 실제 변형 및 압축을 달성하기 위하여 충분한 레이저 강도(플루엔스 μJ/㎠)를 유지하는 동안에 이전에 알려진 방법들을 사용하여 지금까지 달성된 것을 훨씬 넘는(1 ㎜를 훨씬 넘는) 거리들에 대하여 필라멘트들의 형성을 가능하게 한다. 이러한 분포식 초점화 방법은 다중의 적층 기판들이 드릴링되는 거리에 대하여 무시해도 될 정도의 테이퍼(taper)를 갖는 다른 재료들(표적 재료의 층들 사이의 공기 또는 중합체 갭들과 같은) 및 표적 재료 위, 아래 또는 내로부터 개시될 수 있는 상대적으로 매끄러운 벽의 오리피스 벽을 가로질러 동시에 드릴링되도록 하기 위하여, 1 밀리미터가 훨씬 넘는 길이들을 갖는 필라멘트들의 형성 및 또한 충분한 강도를 갖는 재료의 광학적 파괴 한계 아래의 에너지 밀도의 유지를 제공한다.

레이저 펄스의 최적 밀도는 자동 초점화 현상을 개시하고 필라멘트와 일치하는 실질적으로 일정한 직경의 선형 대칭 보이드를 생성하기 위하여 필라멘트 내의/주위의 구역 내의 초기 비-절제((non-ablative) 광음향 압축에 대한 충분한 강도의 필라멘트를 발생시키며, 또한 분포식 빔의 이차 초점 웨이스트들에 의한 에너지 입력과 결합된 상기 레이저 펄스의 연속적인 자동 초점화 및 탈초점화가 표적 재료의 지정된 영역들을 가로지르거나 또는 이들을 통하여 오리피스의 형성을 안내하는 필라멘트를 형성하도록 야기한다. 결과로서 생기는 오리피스는 표적으로부터 재료의 제거 없이, 오히려 형성되는 오리피스의 주변 주위의 표적 재료의 광음향 압축에 의해 형성될 수 있다.

표적의 표면에서의 플루엔스 레벨들은 입사 빔 강도 및 특정 분포식 초점화 소자 어셈블리의 함수이며, 특정 표적 재료(들), 표적(들) 두께, 원하는 가공 속도, 총 오리피스 깊이 및 오리피스 직경을 위하여 조정되는 것이 알려져 있다. 부가적으로, 드릴링되는 오리피스의 깊이는 레이저 에너지가 흡수되는 깊이에 의존하며, 따라서 단일 레이저 펄스에 의해 제거되는 재료의 양은 재료의 광학 특성들 및 레이저 파장과 펄스 길이에 의존한다. 이러한 이유 때문에 사용되는 시스템과 재료들로 최적 결과를 위한 경험적 결정을 필요로 하는 각각의 특정 기판과 가공 적용에 대한 광범위한 범위의 공정 파라미터들이 여기에 열거된다. 그와 같이, 표적 상의 입구 지점은 비록 이러한 플라스마 생성이 필요하지 않더라도 만일 표면에서의 플루엔스 레벨들이 순간적이고, 국부적 절제(증기) 가공을 개시하기에 충분히 높으면 일부 최소 절제 분출 언덕 형성을 수행할 것이다. 특정 상황들에서, 순간적인 절제 기술 후에 지속적인 광음향 압축 기술을 허용하는 에너지 레벨을 사용하는 분포식 초점 하이브리드 드릴링 방법에 의해 생성될 수 있는 것과 같이 균일한 직경의 잔여 오리피스를 갖는 넓은 사면 입구를 제공하기 위하여 일시적이고, 순간적인 절제 드릴링을 생성하기에 충분한 강도인 표적 표면에서의 플루엔스 레벨을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 절제 가공을 위하여 필요한 플루엔스 레벨이 사면(또는 다른 기하학적 구조)의 원하는 깊이에서 고갈되도록 재료 내의 빔의 비선형 흡수에 대항하여 선형 흡수의 균형을 유지하는 표적 표면에서 플루엔스 레벨의 선택에 의한 본 발명에 의해 달성될 수 있다. 이러한 하이브리드 기술은 만일 희생 층이 표적 표면에 적용되면 제거될 수 있는 작은 분출 언덕을 야기할 것이다. 통상적인 희생 층들은 폴리비닐 아세테이트(PVA), 메타크릴산염(Methacrylate) 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)과 같으나 이에 한정되지 않는 수지 또는 중합체들이며, 일반적으로 1 내지 300 마이크론 두께의 범위 내에서만 필요하며(비록 투명 재료 가공을 위하여 10-30 마이크론 범위가 사용될 수 있더라도) 통상적으로 희생 층을 표적 재료 상으로 분무함으로써 적용된다. 희생 층은 용융 잔해가 종래에 잘 알려진 것과 같이 제거가능한 희생 재료를 부착하는 대신에, 표면에 스스로 부착하는 것으로부터의 용융 잔해를 방지함으로써 표적 상의 분출 언덕의 형성을 저해할 것이다.

광음향 압축을 달성하기 위하여 기계가공은 다음의 시스템을 필요로 한다:

● 버스트 펄스 엔벨로프 내에 1부터 50까지의 서브펄스들을 포함하는 펄스들의 프로그램가능한 트레인을 포함하는 빔을 발생할 수 있는 버스트 펄스 레이저 시스템. 또한 레이저 시스템은 사용되는 표적 재료에 따라 1부터 200와트까지의 평균 전력을 발생시킬 수 있는 것이 필요하며, 일반적으로 이러한 범위는 붕규산 유리(borosilicate glass)를 위하여 50 내지 100와트의 범위일 수 있다.

● 표적 재료에서의 입사 플루엔스가 커 효과(Kerr-effect) 자가-초점화 및 전파를 야기하는데 충분한, 약하게 수렴되는, 다중 초점 공간 빔 프로파일을 생산할 수 있는 분포식 초점 소자 어셈블리(잠재적으로 정 렌즈(positive lens) 또는 오목 렌즈를 포함하나 어그리게이트(aggregate) 내에 긍정적인 초점화 효과를 갖는).

● 빔을 표적에 전달할 수 있는 광학 전달 시스템.

상업 운전은 또한 광학과 관련하여 대한 재료(또는 빔)의 병진 능력(또는 반대로) 혹은 시스템 제어 컴퓨터에 의해 구동되는 조화/복합 운동을 필요로 할 수 있다.

광음향 압축에 의해 오리피스들 또는 바이어스를 드릴링하기 위한 이러한 시스템의 사용은 특정 표적(들)을 위하여 조작될 수 있는 다음의 조건들을 필요로 한다: 분포식 초점 소자 어셈블리의 특성들; 버스트 펄싱된 레이저 빔 특성들; 및 주 초점의 위치.

분포식 초점 소자 어셈블리는 비구면(aspheric) 플레이트들, 텔레센트릭 렌즈들, 비-텔레센트릭 렌즈들, 비구면 렌즈들, 환상으로 깎인 렌즈들, 주문 바탕의 수차(비-완전) 렌즈, 정 및 오목 렌즈 또는 일련의 보정 플레이트들(위상 변이 마스킹)의 조합, 입사 빔과 관련하여 명칭되는 어떠한 광학 소자, 및 빔 전파를 조작할 수 있는 능동으로 보상되는 광학 소자들과 같은, 종래에 통상적으로 사용되는 일반적으로 알려진 다양한 초점 소자들뿐만 아니라 상당히 비-이상적이고, 비-가우스 빔 강도 프로파일을 생산하는 많은 수의 광학 소자일 수 있다. 위에 설명된 것과 같이 후보 광학 소자 어셈블리의 주 초점 웨이스트는 일반적으로 주 초점 웨이스트에서 90% 이상 및 50% 이하의 입사 빔 플루엔스를 포함하지 않을 것이다. 비록 특정 경우에 있어서 분포식 초점 소자 어셈블리(26)의 광학 효율이 약 99%일 수 있다. 비구면, 수차 렌즈는 이후에 언급되는 과정에서 사용될 수 있다. 분포식 초점 소자 어셈블리 실제 광학 효율은 각각의 특정 적용을 위하여 미세 조정되어야만 할 것이다. 사용자들은 각각의 투명 재료, 표적의 물리적 구성과 특성뿐만 아니라 특정 레이저 파라미터들을 위하여 맞춰진 경험적 테이블들의 세트를 생성할 것이며, 이러한 테이블들은 전산화될 수 있고 중심 또는 분포식 제어 구조를 거쳐 시스템을 구동하도록 사용될 수 있다.

탄화 규소(silicon carbide), 갈륨 인(gallium phosphide), 사파이어, 강화 유리 등 각각은 고유의 값을 갖는다. 이러한 테이블은 재료 내의 필라멘트의 생성(레이저 전력, 반복률, 초점 위치 및 위에 설명된 것과 같은 렌즈 특성의 파라미터들을 조정) 및 오리피스를 생성하기 위하여 분열의 평면 또는 광음향 압축의 축을 유도하는데 충분한 플루엔스가 존재한다는 사실의 보장에 의해 경험적으로 결정된다.

200 ㎑ 범위 내에 놓일 수 있는 주파수(반복율)를 갖는 50 μJ 에너지를 갖는 각각의 버스트에서 5 펄스를 출력하는(50 ㎒에서) 50와트 레이저를 사용하여, 붕규산으로 만들어진 2 ㎜ 두께의 단일, 평면 표적 내의 오리피스를 통하여 1 마이크론 직경을 드릴링하기 위한 샘플 광학 효율은 65%이며 빔의 주 초점 웨이스트는 원하는 개시 지점에서 최대 500 ㎛ 떨어져 위치한다.

또한 이러한 광음향 압축 드릴링 과정에 의해 충족되어야만 하는 물리적 파라미터들의 세트가 존재한다는 것을 이해하여야 한다. 빔 스폿(beam spot) 직경은 오리피스 직경보다 큰 필라멘트 직경보다 크다. 부가적으로 분포된 빔의 주 초점 웨이스트는 필라멘트가 생성되는 표적 재료의 표면 내에 또는 표면 상에 존재하지 않는다.

주 초점 웨이스트의 위치는 일반적으로 원하는 개시 지점에서 5 내지 500 ㎛ 범위이다. 이는 에너지 덤프 거리(energy dump distance)로서 알려져 있다. 이는 또한 각각의 투명 재료, 표적의 물리적 구성과 특성들뿐만 아니라 레이저 파라미터들을 위하여 맞춰진 경험적 테이블의 기준에 의해 결정된다. 이는 위에 설명된 방법에 의해 테이블로부터 추론된다.

레이저 빔 에너지 특성들의 일례는 다음과 같다: 1 ㎐부터 2 ㎒까지의 반복률에서(반복률은 샘플 이동의 속도 및 이웃하는 필라멘트들의 간격을 정의한다) 5 μJ 내지 100 μJ 사이의 빔 내의 펄스 에너지. 필라멘트의 직경과 길이는 각각의 버스트 엔벨로프 내에 존재하는 공간적 에너지 분포를 변경함으로써 조정가능하다.

여기서, 버스트 피코초(picosecond) 펄싱된 광이 사용되는데, 그 이유는 표적 재료 내에 증착된 에너지의 총량이 낮고 광음향 압축이 재료의 균열 없이 진행되며, 표적 재료 내에 열이 덜 발생되며 따라서 재료가 필라멘트의 근처에 재료의 무결성을 위해하지 않고 기저 상태로부터 최대 여기 상태로 증가적으로 올려지도록 효율적인 에너지의 더 작은 패킷들이 재료 내에 증착되기 때문이다.

실제 물리적 과정은 여기서 설명되는 것과 같이 발생한다. 펄싱된 버스트 레이저의 입사 광 빔의 주 초점 웨이스트는 분포식 초점 소자 어셈블리를 거쳐 필라멘트가 생성되려는 표적 재료의 위 또는 아래(결코 내는 아닌)의 공간 내의 지점에 전달된다. 이는 표적 표면 상에 스폿뿐만 아니라 백색 광 발생을 생성할 것이다. 표적 표면 상의 스폿 직경은 필라멘트 직경 및 원하는 특징부(오리피스, 슬롯 등) 직경을 초과할 것이다. 따라서 이차 전기 광학 효과(커 효과- 재료의 굴절률의 변화가 적응된 전기 장에 비례하는)를 생산하기 위한 임계 에너지보다 큰 표면 상의 스폿 내에 입사된 에너지의 양은 절제 과정을 유도하는데 필요한 임계 에너지보다 낮으며 더 명백하게는 재료의 광학 파괴 임계 이하이다. 광음향 압축은 자가-초점화 상태 및 플라스마 탈초점화 상태 사이에 균형이 유지될 수 있는 것과 같이 시간 스케일에 따른 표적 재료 내의 필요한 전력의 유지의 결과로서 진행된다. 이러한 광음향 압축은 균일하고 높은 전력 필라멘트 형성 및 전파 과정의 결과이며 그렇게 함으로써 재료는 절제 과정을 거친 제거에 의해 재배치된다. 이에 따라 생산된 과도하게 긴 필라멘트는 광학 파괴에 도달하지 않고 자가 초점화 효과를 유지하는, 분포식 초점화 소자 어셈블리에 의해 생성되는 공간적으로 확장되는 이차 초점의 존재에 의해 조성된다. 이러한 어셈블리에서, 다수의 주변 및 근축 광선(paraxial ray)들이 주 초점에 대하여 서로 다른 공간적 위치들에 집중된다. 이러한 이차 초점은 무한 공간 내에 존재하고 확장하나 경험적으로 표적의 두께와 상응하는 한정된 범위에 대한 강도만이 유용하다. 기판 표면 아래의 낮은 레벨에서, 그러나 필라멘트 이벤트의 활성 바닥 면에서 이차 초점의 에너지에 초점을 맞춤으로서, 대량의 재료로의 레이저 에너지 액세스를 허용하며 플라스마에 의한 흡수와 잔해에 의한 산란을 방지한다.

분포식 초점 소자 어셈블리는 주 초점 웨이스트 및 일련의 선형으로 배치되는 이차 초점 웨이스트들(초점들)을 포함하는 분포식 초점 빔 경로 내로 입사 빔의 균일하지 않게 분포되는 초점으로 보이는 것을 개발하기 위한 입사 레이저 빔의 경로 내에 위치되는 단일 수차식 초점 렌즈일 수 있다. 이러한 초점들의 정렬은 오리피스의 선형 축과 동일 선상이다. 주 초점 웨이스트는 표적 재료 내에 또는 표적 재료 상에 위치되지 않는다는 것에 유의하여야 한다. 오리피스가 초점이 맞춰진 빔의 대칭 및 비-선형 특성들에 의해 주 초점 웨이스트 위에 또는 아래에서 개시될 수 있기 때문에 주 초점 웨이스트는 표적 재료 위에 존재하거나 또는 표적 재료 아래에 존재한다. 따라서 빔 스폿(약 10 ㎛ 거리)은 표적의 표면 상에 위치하고 약한 이차 초점 웨이스트는 표적 내에 동일 선상으로 위치하는데 그 이유는 레이저의 전기 장이 표적의 굴절률을 변경하기 때문에 재료가 이러한 초점 지점들을 생성하는 최종 광학 소자로서 작용하기 때문이다. 이러한 분포식 초점은 필라멘트 라인 또는 구역을 형성하기 위하여 재료 내에 증착되려는 에너지의 양을 허용한다. 다수의 선형 정렬된 초점들로 그리고 재료가 최종 렌즈로서 작용하도록 허용함으로써, 초고속 버스트 펄스 레이저 빔들로 충격이 가해질 때 표적 재료는 표적 내에 개발되려는 긴 언테이퍼드 필라멘트( untapered filament )를 야기하는 선형으로 정렬된 초점의 경로를 따라 재료의 국부적 굴절률(특히, 복소율(complex index))의 변화를 열적으로 유도한 많은, 연속적인, 국부적 가열을 경험하며 그 뒤에 원하는 영역에서 재료를 환상으로(annularly) 압축하는 음향 압축 파는 필라멘테이션 경로 주위에 압축 재료의 보이드 및 링을 생성한다. 그리고 나서 빔은 다시 초점을 맞추고 이차 초점 웨이스트에서의 에너지와 결합된 다시 초점이 맞춰진 빔은 임계 에너지 레벨을 유지하며 이러한 일련의 이벤트들은 어떠한 테이퍼도 없고 효율적으로 동일한 직경인 입구 오리피스 크기와 출구 오리피스 크기를 갖는 1500:1 가로세로비(aspect ratio, 오리피스의 길이/오리피스의 직경)일 수 있는 오리피스를 드릴링하기 위하여 스스로 반복된다. 이는 광학 파괴가 도달되고 필라멘테이션이 분해되거나 중단될 때까지 짧은 필라멘테이션 거리를 야기하는 표적 재료의 상부 표면 상의 또는 표적 재료 내의 에너지에 초점을 맞추는 종래 기술과 다르다.

사이에 공기 갭을 갖는 적층 구조 내의 3개의 평면 표적 중 2개의 바닥에 오리피스들의 드릴링이 주 초점 웨이스트가 최종 표적 아래에 위치되는데서 발생한다. 홀은 다층 설정의 상단 또는 바닥 또는 중간으로부터 드릴링될 수 있으나, 드릴링 이벤트는 만일 동일한 렌즈 설정과 곡률(curvature)이 사용되면 항상 주 초점 웨이스트로부터 동일한 거리에서 발생한다. 초점 웨이스트는 항상 재료의 외부에 존재하고 절대로 기판 표면에 도달하지 않는다.

광음향 압축을 통하여 오리피스들을 드릴링하는 방법은 다음의 단계들의 순서에 의해 달성된다:

1. 레이저 에너지를 레이저원으로부터 선택된 분포식 초점 렌즈 초점화 어셈블리를 통하여 통과시키는 단계;

2. 주 초점 웨이스트 및 적어도 하나의 이차 초점 웨이스트를 생성하기 위한 분포식 초점 구성에서 레이저 에너지 펄스들에 초점을 맞추기 위하여 레이저원에 대하여 상기 분포식 초점 렌즈 초점화 어셈블리의 상대 거리 및/또는 각을 조정하는 단계;

3. 주 초점 웨이스트가 기계가공되려는 표적 상에 또는 표적 내에 위치하지 않을 것과 같이 주 초점 웨이스트 또는 표적을 조정하는 단계;

4. 상기 주 초점 웨이스트 아래에 또는 위에 위치되는 표적의 표면 상의 레이저 플루엔스의 스폿이 항상 표적 내에 형성되는 필라멘테이션의 직경보다 큰 것과 같이 초점을 조정하는 단계;

5. 표적의 원하는 볼륨을 통한 광음향 압축 기계가공의 전파를 보장하는데 충분한 강도와 수의 이차 초점 웨이스트들의 플루엔스 레벨을 조정하는 단계;

6. 선택된 분포식 초점 렌즈 초점화 어셈블리를 통하여 레이저원으로부터 표적으로 적절한 파장, 적절한 버스트 펄스 반복률 및 작절한 버스트 펄스 에너지의 레이저 펄스(1-50 펄스/서브펄스)들 중 적어도 하나의 버스트를 적용하는 단계, 여기서 레이저 펄스가 표적 상의 기계가공의 개시 지점과 접촉하는 스폿에서 표적에 적용되는, 펄스 에너지 또는 플루엔스의 총량은 광음향 압축 기계가공을 개시하고 전파하는데 필요한 임계 에너지 레벨보다 크나, 절제 기계가공을 개시하는데 필요한 한계 임계 에너지 레벨보다 작음; 및

7. 원하는 기계가공이 완성되었을 때 레이저 펄스들을 중단시키는 단계.

이미 언급된 것과 같이, 오리피스에 대한 가늘고 긴 입구가 바람직할 수 있는 특정 오리피스 구성이 존재할 수 있다. 이는 원하는 거리를 위하여 절제 기계가공할 수 있는 레이저 플루엔스로 오리피스를 개시함으로써, 그리고 절제 기계가공을 위한 임계 레벨 아래, 또한 그러한 재료의 원하는 깊이로의 광음향 기계가공을 위한 임계 레벨 위의 레이저 플루엔스로 드릴링를 완료함으로써 달성될 수 있다. 이러한 형태의 오리피스 형성은 또한 표적의 표면 상의 제거가능한 희생 층의 적용을 이용한다. 이는 이젝타 마운드가 나중에 희생 층과 함께 제거될 수 있는 것과 같이 희생 층 상의 이젝타 마운드(ejecta mound)의 허용한다. 기계가공의 하이브리드 절제 및 광음향 압축에 의해 드릴링되는 그러한 오리피스는 필요한 희생 층의 적용이 사용되고 만일 사용되면 첫 번째 단계가 발생할 필요가 없더라도, 다음의 단계들을 통하여 실행될 수 있다:

1. 표적의 적어도 하나의 표면에 희생 층을 적용하는 단계;

2. 레이저원으로부터의 에너지 펄스들을 선택된 분포식 초점 렌즈 초점화 어셈블리를 통하여 통과시키는 단계;

3. 주 초점 웨이스트 및 적어도 하나의 이차 초점 웨이스트를 생성하기 위한 분포식 초점 구성에서 레이저 에너지 펄스들에 초점을 맞추기 위하여 레이저원에 대하여 상기 분포식 초점 렌즈 초점화 어셈블리의 상대 거리 및/또는 각을 조정하는 단계;

4. 주 초점 웨이스트가 기계가공되려는 표적 상에 또는 표적 내에 위치하지 않을 것과 같이 주 초점 웨이스트 또는 표적을 조정하는 단계;

5. 표적의 표면 상의 레이저 플루엔스의 스폿이 상기 주 초점 웨이스트 아래에 또는 위에 위치되는 것과 같이 초점을 조정하는 단계;

6. 표적 내에 형성되려는 필라멘테이션의 직경보다 항상 큰 것과 같이 표적의 표면 상의 레이저 플루엔스의 스폿을 조정하는 단계;

7. 표적의 원하는 볼륨을 통한 광음향 압축 기계가공의 전파를 보장하는데 충분한 강도와 수의 이차 초점 웨이스트의 플루엔스 레벨을 보장하는 단계;

8. 선택된 분포식 초점 렌즈 초점화 어셈블리를 통하여 레이저원으로부터 표적으로 적절한 파장, 적절한 버스트 펄스 반복률 및 작절한 버스트 펄스 에너지의 레이저 펄스(1-50 펄스/서브펄스)들 중 적어도 하나의 버스트를 적용하는 단계, 여기서 레이저 펄스가 표적 상의 기계가공의 개시 지점과 접촉하는 스폿에서 표적에 적용되는, 펄스 에너지 또는 플루엔스의 총량은 광음향 압축 기계가공을 개시하고 전파하는데 필요한 임계 에너지 레벨보다 크고, 이후에 절제 드릴링되는 어리피스의 바닥에서의 플루엔스 에너지는 필라멘테이션과 광음향 압축 기계가공을 개시하고 전파하기 위한 임계 에너지 레벨보다 크나, 절제 기계가공을 개시하는데 필요한 한계 임계 에너지 레벨보다 작음; 및

9. 원하는 기계가공이 완성되었을 때 레이저 펄스들과 필라멘테이션을 중단시키는 단계.

레이저 특성들, 주 초점 웨이스트의 위치 및 최종 초점화 렌즈 배치뿐만 아니라 생성된 오리피스의 특성들이 다양한 파라미터들이 아래의 테이블에 제시된다. 파라미터들은 그것들의 값들이 표적 재료의 형태, 그것의 두께와 크기 및 원하는 오리피스의 위치에 따라 상당히 변경되기 때문에, 범위들 내에서 표현된다는 것을 이해하여야 한다. 다음의 테이블은 폐형 적용들을 위한 오리피스들의 광음향 압축 기계가공에서 사용되는 파라미터들을 포함한다.

이미 설명된 것과 같이 위의 파라미터들은 표적에 따라 변경된다. 작동 예의 형태로, 투명 기판 내의 2 ㎜ 깊이의 3 마이크론 홀을 드릴링하기 위하여 다음의 장치와 파라미터들이 사용될 수 있다: 1064 나노미터 파장 레이저; 64 와트의 평균 전력; 100 ㎑ 반복률, 80 μJ 펄스 에너지; 및 버스트 엔벨로프 내의 50 ㎒의 주파수에서 8 서브펄스.

예를 들면 10 피코초의 펄스 폭을 가정한 펄스 전력은 10 피코초로 나누어 80 μJ이며, 이는 8 MW(MW= 메가 와트)를 생산한다. 이는 기판의 위 또는 아래에 5 내지 500 ㎛로 초점을 맞추는 2 ㎜의 공간(필라멘트 활성 구역이 2 ㎜)에 대하여 분포된 초점을 전달하는 수차 렌즈로 초점이 맞춰질 수 있다.

도 1은 폐형이 원하는 부품인 스크라이빙된 폐형을 갖는 기판을 개략적으로 도시한다. 폐형(원하는 부품)은 참조 번호 2에 의해 표시되는 도 1의 중간의 부분이다.

메인 바디(main body) 또는 폐형이 원하는 부품일 때 명백하게 두 가지 전략이 존재한다. 도 1에 도시된 것과 같이, 제품(2)은 필라멘테이션 스크라이빙을 거쳐 주 기판(1) 상에 형성되는 원하는 부품인 폐형이다. 도 1을 참조하면, 실선(21S)은 기판(1)의 표면(1S) 내로 절단된 스프라이빙된 라인을 나타낸다. 이산화탄소 레이저 스폿(21)은 파선(22A, 22B)에 의해 도시된 약 75-25%의 비율로 스크라이빙된 라인(21S)의 부근을 둘러싸는 기판을 가열한다. 공작물에 따라, 레이저 스폿 크기는 100 ㎛부터 10 ㎜까지 조정된다. 일례로서 스마트폰 커버 유리 또는 자동차 윈드실드(windshield), 미러, 건축용 창문 등을 만들 때, 스폿 크기는 8 ㎜ 설정되고, 이는 기하학적 초점이 스크라이빙되는 라인 상에 메우 큰 스폿 크기를 갖도록 표적 아주 위에 설정되는 약 1000 ㎜초점 길이(매우 큰 장을 갖는)를 갖는 텔레센트릭 렌즈에 의해 달성된다.

여전히 도 1을 참조하면, 이산화 탄소 레이저의 8 ㎜ 스폿 직경의 2 ㎜는 컷(21S) 내부에 위치하고 이산화 탄소 레이저의 8 ㎜ 스폿 직경의 6 ㎜는 컷(21S) 외부에 위치한다. 프레임으로부터 폐형(원하는 부품)의 분리를 야기하기 위하여 프레임은 가능한 한 많이 가열된다. 외부 부품, 컬릿(cullet)은 다 가열되고 확장하며 필라멘트 스크라이브 라인(21S)을 따라 클리브 라인(cleave line)을 생성한다.

도 1a는 홀들(오리피스들, 21B) 사이의 간격을 도시한 도 1의 확대도이다. 오리피스들(21B)은 약 1 ㎛ 직경이다. 도 1a의 오리피스들(21B) 사이에 미세균열들)이 도시된다. 미세균열들(21C)은 광음향 압축에 기인하는 충격파에 의해 생성된다. 홀들(오리피스들) 사이의 간격은 형태 종류(샘플 종류), 기판 두께 및 오리피스 깊이에 따라 참조 번호 25에 도시된 것과 같이 중심간( center to center ) 거리가 2-10 ㎛이다.

도 1b는 도 1a의 1B-1B의 라인들을 따라 절단된 개략적인 단면도이다. 오리피스(21B)는 기판을 통하여 완전히 확장한다. 오리피스들은 기판의 바닥에서 시작하고 기판의 상단을 향하여 위쪽으로 확장할 수 있으나 기판을 통하여 확장하지는 않는다. 오리피스들은 기판의 바닥으로부터 기판의 상단 표면의 5-100 ㎛ 이내까지 확장할 수 있다. 투명 기판 내에 드릴링되는 모든 오리피스는 실질적으로 테이퍼(taper)가 없는 실린더형으로 형태화된다. 오리피스 깊이의 모든 예에서, 이산화탄소 레이저 클리빙이 작동한다.

도 2는 바디(1S)가 원하는 부품이고 내부 특징부(들)가 절단된(기판으로부터 제거된) 스크라이빙된 폐형(33, 43, 및 53)을 갖는 기판(1s)을 도시한다. 도 2에 도시된 것과 같이, 부품 상에 만들어진 슬롯(3), 원형(4) 및 컷아웃(5) 중 어느 하나 또는 조합과 같은 폐형들이 원하는 부품이 아닐 때, 메인 바디로부터 슬롯(3), 원형(4) 및 컷아웃(5) 중 어느 하나 또는 조합을 릴리프하기 위하여, 슬롯(3), 원형(4) 및 컷아웃(5) 중 어느 하나 또는 조합이 용융되거나 또는 파괴된다. 슬롯(3), 원형(4) 또는 컷아웃(5)의 중심은 이산화탄소 레이저 스폿에 의해 가열된다(31, 41, 51). 갈보 스캐너(Galvo scanner)는 녹는 점에 도달하고 폐형의 변형을 야기하기 위하여 여러 번 경로들(32, 42, 또는 52) 내로 레이저 스폿들을 이동시킨다. 이러한 변형은 폐형 부품의 팽창에 이르게 하고 부품이 수축에 의해 냉각될 때, 필라멘트 스크라이빙된 라인을 따라 분리가 발생하며 내부 폐형은 자체의 중량 하에서 저절로 떨어진다. 슬롯 폐형 구성을 위하여, 레이저 스폿 크기는 1 ㎜ 미만으로 설정되고 갈보 스캐너는 오리피스들(33)의 스크라이빙된 라인 내의 기판을 용융하고 메인 바디(1S)로부터 오리피스들(33)의 라인에 의해 구획된 형태를 릴리프하기 위하여 경로를 그린다. 컷아웃(5)을 위하여, 레이저의 스폿 크기는 2 ㎜이다. 레이저의 스폿 크기는 제한 인자가 아니며 기판으로부터 제거되려는 폐형 내부에 존재하는 한 가능한 한 더 클 수 있다.

원형들(원형 컷아웃들)은 예를 들면, 기판 내의 광음향 압축된 재료의 구역을 생성하고, 그리고 나서 이동하는 열원이 원형의 원주 또는 주변을 추적하는 동안에 원형의 중심에 열을 적용함으로써 1부터 50 ㎜까지의 직경으로 릴리프될 수 있다. 원형의 중심에 뜨거운 구역이 생성된다. 뜨거운 구역은 광음향으로 압축된 재료의 구역을 따라 간헐적으로 생성된다. 원형의 중심의 가열은 부드러워지기 시작하고 가열 과정이 멈출 때까지 계속된다. 복사 및 대류 냉각 상에서, 가열된 원형은 줄어든다. 이는 저 손상, 고품질, 릴리프와 분리 과정에 의해 생성되는 부가적인 응력이 없는 절단 면을 제공하는, 기판으로부터 자연발생적으로 릴리프하기 위하여 폐형 형태를 유도한다. 이러한 구성에서 레이저 스폿 크기는 2 ㎜ 미만으로 설정되고 갈보 스캐너는 기판을 용해하고 메인 바디로부터 이를 릴리프하기 위하여 경로를 끌어당긴다.

도 2a는 도 2에 도시된 슬롯(3)의 확대도이다. 도 2b는 오리피스(33) 및 열원의 경로(32)를 도시한 도 2a의 일부의 확대도이다. 도 2b에서 오리피스들(33) 사이에 미세균열(33C)이 도시된다. 도 2c는 도 2에 도시된 원형 컷아웃(4)의 확대도이다. 도 2d는 오리피스(43) 및 열원의 경로(42)를 도시한 도 2c의 일부의 확대도이다. 도 2d에서 오리피스들(43) 사이에 미세균열(43C)이 도시된다. 도 2e는 도 2의 직사각형 컷아웃(5)의 확대도이다. 도 2f는 오리피스(53) 및 열원의 경로(52)를 도시한 도 2e의 일부의 확대도이다. 도 2f에서 오리피스들(53) 사이에 미세균열(53C)이 도시된다. 모든 실시 예에서 열원은 이산화탄소 레이저 열원 또는 일부 다른 열원일 수 있다.

하드 디스크 드라이브를 위하여 사용되는 디스크를 형성하기 위한 두 원형 내의 유리의 스크라이빙은 산업을 위한 도전과제이다. 종래 기술에 있어서, 다이아몬드 롤러 스크라이빙 후에, 측면 품질은 좋지 못하고 매우 제품 비용이 더해지는 그라인딩(grinding)을 필요로 한다. 도 3은 폐형 릴리프의 또 다른 다이어그램 표현이다. 기판이 스크라이빙된 후에, 플래터는 기판(60)의 메인 바디(메인 부)로부터 릴리프되고 또한 중심 디스크(85)가 플래터로부터 릴리프된다.

도 3a는 오리피스(81E) 및 열원의 경로를 도시한 도 3의 일부의 확대도이다. 도 3a에서 오리피스들 사이에 미세균열(89C)이 도시된다. 오리피스들(81E)은 위에 설명된 것과 같이 기판(60)을 통하여 부분적으로 확장할 수 있다. 투명 기판 내에 드릴링되는 모든 오리피스(81E)는 테이퍼가 없는 실린더형으로 형상화된다.

참조 번호 81I은 원형 형태의 내부 스크라이빙된 라인을 나타내고 참조 번호 81E는 원형 형태의 외부 스크라이빙된 라인을 나타낸다. "스크라이빙된"은 기판이 기판을 통하여 완전히 확장하거나 또는 완전히 확장할 수 없는 오리피스들을 포함하는 것을 의미한다. 메인 바디(60) 내의 열 팽창을 이한 열 구역을 생성하고 라인 형성을 릴리프하기 위하여 약 200kW 전력을 갖는 이산화탄소 레이저가 사용된다. 예를 들면, 릴리프되는 폐형이 디스크 컷아웃(85)의 중심에 위치할 때, 거의 기판(60)의 녹는 점까지 가열된다. 기판의 열 팽창 후에 기판의 냉각 후에, 중심 디스크(85)의 수축에 기인하여, 중심 디스크(85)는 고유의 중량 하에서, 혹은 공기 노즐의 작은 접촉, 기계적 손가락(mechanical finger) 압력, 또는 일부 다른 자동화 장치에 의해 떨어진다. 목적이 기판(60)의 메인 바디(메인 부)로부터 플래터(80)를 릴리프하는 것일 때, 스크라이빙된 천공 라인(81E)은 어떠한 손상도 방지하는 것과 같이 가열된다. 이산화탄소 스폿 크기(71)는 약 10 ㎜ 직경이고 빔의 70% 이상이 그것의 팽창을 보장하기 위하여 기판의 메인 바디(주 바디, 60) 상에 남는다. 클리브 라인은 스크라이브 라인을 따라 형성되고 디스크는 상당한 고품질을 갖고 치핑(chipping) 또는 측면 손상이 없는 기판의 메인 바디(60)로부터 릴리프한다.

스크라이빙된 원형들(81I, 81E)은 원형 형태들 내에 천공들을 형성하기 위한 초고속 버스트 필라멘테이션의 방법에 의해 유리 기판(60) 내에 일 초(second) 간에 만들어진다. 경로들(85A, 85B 및 72A, 72B)을 따라 다중 스캔 내의 레이저 스폿들(71 및 82)은 수 초 내에 최종 제품을 야기한다. 중심 원형(85)은 고유의 중량 하에서 또는 단지 기압 또는 기계적 손가락 접촉 하에서 스스로 떨어지고, 디스크(80)는 또한 컬릿 프레임으로부터 릴리프한다.

여전히 도 3을 참조하면, 디스크(80)는 1 ㎛의 정밀도 및 1 ㎛ 미만의 측면 거칠기로 절단된다. 초고속 버스트 필라멘트 스크라이빙이 어떠한 미세균열 또는 에지 치핑 없이 부품들을 절단하기 때문에, 그라인딩은 필요가 없다.

도 4 및 4a는 클리빙용 튜브를 도시한다. 튜브들(90 및 100)은 각각 라인들(91 및 101)을 따라 스크라이빙된다. 이산화탄소 레이저는 파선들에 도시된 경로(92A, 92B)을 따라 스크라이빙된 라인(91)까지 가열하고 이는 튜브(90)의 분리를 야기한다. 스크라이빙된 라인들(91, 101)은 튜브들(90 및 100)을 따라 확장할 수 있거나 또는 확장할 수 없는 일련의 오리피스들을 포함한다. 이산화탄소 레이저는 파선들에 도시된 경로(102A, 102B)을 따라 스크라이빙된 라인(101)까지 가열하고 이는 튜브(100)의 분리를 야기한다. 도 4와 4a의 실시 예에서, 튜브들(90, 100)은 초고속 버스트 필라멘트멘테이션 이후의 이산화탄소 레이저의 가열에 의해 스크라이브 라인들(81, 101)을 형성하기 위하여 그것의 대칭 축을 따라 회전한다. 열 경로들(92A, 92B 및 102A, 102B)을 가열하기 위하여 다른 열원들이 사용될 수 있다.

다음의 설명은 기판 내에 폐형들을 형성하는데 사용되는 레이저 빔 및 장치를 상세히 설명한다. 일단 기판이 절단되었거나 스크라이빙되었으면, 위의 방법들 중 어느 하나의 적용을 통하여 분리가 실행될 수 있다. 여기서 설명되는 것과 같이, 실제 스크라이브/절단 라인은 기판의 표면에 대하여 각질(경사질) 수 있다. 관통 컷 폐형들의 경우에 있어서 아래쪽으로의 테이퍼를 갖는 기판을 통하여 절단하는 것이 바람직할 수 있으며 따라서 폐형들은 절단이 완료되었을 때 중력 릴리프하지 않는다. 오히려, 이는 이후에 기판 위로부터 올려질 수 있으며, 이는 기판 개구부의 바닥 원주보다 큰 형태의 원주 상단에 의해 고정된다.

필라멘테이션에 의한 광음향 압축을 수행할 수 있는 어떠한 재료도 재료로부터 절단되고 그 뒤에 분리되는 폐형들을 가질 수 있다.

유리 기판으로부터 폐형들을 생성하고 이를 릴리프하는 종래의 방법은 이러한 유리 기판이 다이아몬드 톱(또는 롤러)으로 절단되거나 스크라이빙되고 분리를 위하여 구부려질 시트 내에 형성되는 유기를 필요로 한다. 이는 폐형의 거친 형상화 또는 기계가공이다. 이는 그라인딩되고 세척된 에지처럼 보이는 폐형의 에지를 갖는 최종 기계가공이 뒤따른다. 이는 비용이 많이 드는, 시간 소모적 단계이며 각각의 단계는 거친 기계가공과 최종 기계가공의 모든 과정에서 릴리프된 연마 입자에 의해 폐형 상에 높은 확률의 입자 오염을 도입한다.

대안으로서, 각각의 폐형은 비록 이러한 블랭크가 또한 그라인딩되고 연마되고 세척된 에지를 가져야만 하더라도, 개별적으로 블랭크 몰드(blank mold) 내에 부어질 수 있다.이후에 폐형들은 직물 스내깅(cloth snagging), 실 찢어짐(seal tearing) 등을 방지하는데 적합한 평활도의 레벨 표면을 달성하기 위하여 높은 정밀도의 레벨로 개별적으로 그라인딩된다.

본 발명은 초고속 레이저 펄스들의 버스트(들)를 사용하는 신규 방법에 의해 재료들의 적층된 어레이 중 어느 하나 또는 각각의 부재 내의 오리피스들 또는 컷들의 기계가공을 허용하며, 레이저 광 및 초점화 파라미터들은 원하는 개시 지점과 원하는 종료 지점에서 지정된 깊이와 폭의 오리피스를 생성할 수 있는 재료 내부에 필라멘트를 생성하도록 조정되었다. 특히, 이는 종래 기술에 대하여 다음의 상당한 진전을 제공한다: 더 매끄러운 절단 면들, 최소 미세균열 전파, 더 긴/깊은 오리피스 생성, 비-테이터식 오리피스들, 비선형 흡수, 일정한 내부 직경을 갖는 오리피스들, 최소화된 입구 왜곡, 및 감소된 부수적 손상.

본 발명의 주 목적은 초고속 레이저 펄스들의 버스트(들)의 사용에 의한 필라멘테이션에 의해 투명 기판들로부터 폐형들을 스크라이빙하거나 또는 절단하고, 그리고 나서 재료로부터 이러한 형태들을 릴리프하기 위한 빠르고, 정확하며 경제적인 비-절제식 레이저 기계가공을 위한 방법을 제공하는 것이다. 궁국적인 릴리프를 위한 재료 내의 폐형들을 절삭/스크라이빙에서 사용되는 장치와 방법론은 폐형 방법론 및 클리빙 시스템으로서 여기에 상세히 설명될 것이다.

초고속 펄스 레이저들은 공격적인 다광자 구동, 터널 이온화, 및 전자-사태(electron-avalanche) 공정들에 의해 표면들을 깨끗하게 변형하고 가공하기 위하여, 마이크로머신(micromachine)에 대한 높은 강도를 제공한다. 가공은 표적의 투명 재료 내에 절제 드릴링에서 사용되는 에너지보다 적으나, 다중 적층 기판들도 드릴링되는 거리에 걸쳐 이웃하는 테이퍼와 함께 동시에 드릴링되고 스크라이빙될 수 있고 상대적으로 매끄러운 오리피스 벽이 표적 재료 위, 아래 또는 내로부터 개시할 수 있는데 충분한, 긴 거리동안 표적 재료 내의 레이저 빔의 지속적인 재초점화가 계속될 수 있는 것과 같이 제료의 초점 지점들에서 굴절율을 변경하고 광학 파괴(종래의 절제 스크라이빙 시스템들에 맞닥뜨려지는 것과 같은)에 맞닥뜨리지 않은 광음향 압축을 야기하기 위하여 기판 내부의 필라멘트 형성을 향하여 자가-초점화를 개시하기 위한 임계 에너지 레벨을 넘는, 충분한 에너지를 제공한다. 제조 유닛의 방향/조종에 의해 형성되는 필라멘트는 오리피스들을 드릴일하거나 표적의 표면 또는 볼륨을 절단하거나, 스크라이빙하거나 혹은 다이싱하는데 사용될 수 있다.

폐형 방법론

초고속 레이저 펄스들의 버스트에 의해 기판 내에 형성되는 필라멘테이션의 초점을 정확하게 맞추기 위하여 컴퓨터화된 레이저 기계가공 시스템의 능력과 함께 위에 설명된 레이저 기계가공 기술의 이용은 평면의 측면을 생성할 필요가 없는 정확하고, 경제적인 폐형 절단을 허용한다. 기판에 대한 필라멘트의 변경은 기판의 표면에 대한 각도의 과잉에서 만들어지는 비제한적 완전한 또는 부분적 컷들을 허용한다. 컴퓨터화된 3차원 모델링 능력 및 컷들의 정밀성 때문에, 과잉의 폐형들은 예각과 둔각 모두를 통하여 절단될 수 있다.

폐형의 릴리프는 기계적으로 적용되거나 혹은 권고하는 가스 또는 유체를 거치든지 직접적인 압력을 거칠 수 있거나, 혹은 이는 기판의 순간 왜곡에 의해 달성될 수 있다. 이는 또한 기판 또는 폐형의 어떠한 부품에 대한 열원 또는 냉각원의 적용에 의해 달성될 수 있다. 만일 사용되는 재료와 폐형이 컷/스크라이브 라인을 가로지른 시차 온도(differential temperature)에 더 잘 반응하면, 열원 및 냉각원 모두 동시에 사용될 수 있다.

투명한, 취성 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법은 다음의 단계들로 진행된다:

투명 기판을 제공하는 단계;

레이저 펄스들의 버스트를 포함하는 빔 내의 초고속 레이저 펄스들을 제공하는 단계;

투명 기판 상에 레이저 빔을 초점화할 수 있고 레이저 빔과 투명 기판 사이의 상대적 패턴 이동을 가능하게 하는 레이저 빔 전달 시스템을 제공하는 단계;

투명 기판 외부의 위치에서 빔 웨이스트를 형성하기 위하여 기판에 대하여 레이저 빔에 초점을 맞추는 단계, 여기서 기판의 표면 상에 입사되는 레이저 펄스들은 광학 파괴를 야기하지 않고 그것을 통하여 연속적인 레이저 필라멘트를 형성하기 위하여 투명 기판 내에 충분한 에너지 밀도가 유지되는 것과 같이 초점이 맞춰짐;

광음향 압축에 의해 기판을 통하여 완전히 또는 부분적으로 가로지르는 필라멘트 주위에 오리피스를 전파하는 단계;

기판을 통하여 컷을 만들도록 기판 내의 오리피스를 생성하는 레이저 필라멘트의 위치를 이동시키기 위하여, 레이저 빔 전달 시스템으로 초점이 맞춰진 레이저 빔과 기판 사이의 상대 이동을 가능하게 하는 단계;

컷이 기판 주위로 진행함에 따라 기판 내의 폐형 패턴을 그리기(trace out) 위하여 레이저 필라멘트를 기판 내로 향하도록 하는 단계; 및

폐형이 기판으로부터 분리될 때까지 기판 내에 잘린 폐형 패턴의 영역에 열원을 적용하는 단계.

레이저의 클리빙은 스크라이브 라인을 따라 표면 상에 또는 재료 내부에 어떠한 손상도 방지하기 위하여 정확하게 초점이 맞춰질 필요가 있다는 것에 유의하여야 한다. 가열은 이산화탄소(기판은 이산화탄소 파장에 불투명하다)와 같은 장파장 레이저들을 사용하여 표면 상에 수행될 수 있거나, 또는 스크라이브 라인을 따라 대량의재료가 가열되는 경우에 있어서, 기판을 통한 파장 전송을 갖는 레이저들을 사용하여 내부에 수행될 수 있다.

바디가 최종 제품이고 내부 원형이 사용되지 않을 작은 원형들 또는 포켓(pocket)들과 같은 내부 폐형을 위하여, 이산화탄소 빔의 가열을 사용하여 용융하고 기판을 냉각시키도록 하는 것이 더 실용적이다. 다시, 릴리프 라인은 스크라이브 라인을 따라 형성할 것이며 내부 컷아웃은 중력에 의해 떨어질 것이거나, 혹은 기계적 손가락 또는 기압이 사용될 것이다.

클리빙 시스템( Cleaving system )

모든 기계가공 시스템은 공통적으로 적어도 두 가지를 갖는다:

시스템들은 입사 레이저 빔의 위치를 변경한다; 그리고

시스템들은 다양한 레이저 초점화, 전력 및 전달 파라미터들의 조정을 허용한다.

시스템들은:

공작물을 레이저 빔 주위로 이동시킬 수 있거나(즉, X-Y 평면 내에서 병진 가능한 테이블을 사용하여);

레이저 빔을 공작물 주위로 이동시킬 수 있거나(즉, 조종 미러(steering mirror)들 또는 갠트리 브리지(gantry bridge)를 통하여); 또는

두 기술의 조합을 사용할 수 있다.

도 5는 하드 디스크 드라이브 플래터들 또는 시트들의 유리 기판 내의 열을 형성할 수 있는 레이저 기계가공 시스템(111)의 일례를 도시한다. 이는 레이저 빔이 XY 평면(세타, θ) 내의 회전 스테이지, 3차원 XYZ 병진 스테이지, 및 조화된 제어 구조에서 X축(감마, γ)에 대한 빔 또는 부품을 티핑하기(tipping) 위한 축을 포함하는, 다중 축 회전 및 병진 스테이지에 전달될 수 있는 것과 같이, 빔 조정 광학계의 적절한 선택이 구비된, 이산화탄소 또는 섬유 또는 고체 상태 레이저(111)를 포함한다. 도시된 실시 예에서, 빔은 조절 광학(conditioning optic, 110, 예를 들면, 더 조절되거나 조작될 수 있는 약하게 초점이 맞춰진 스폿을 전달할 수 있는 정 또는 오목 렌즈 또는 렌즈들의 조합), 빔 샘플링 미러(112), 전력계(power meter, 113), X-Y 스캐너(114), 최종 초점화 렌즈(115), 및 공작물(118)을 위치시키기 위한 서보-제어식(servo-controlled) 스테이지(116)의 조절에 의해 조작된다. 레이저 스폿 위치 및 깊이는 자동차 창문 또는 다른 유리 부품들의 경우에서와 같은, 곡선 또는 균일하지 않은 표면들에 대하여 일정한 작동 거리를 유지하는 자동 초점 구성(예를 들면 위치 감지 장치를 사용하여)에 의해 제어될 수 있다.

도 6 및 7은 비-텔레센트릭 렌즈(120, 도 6) 및 텔레센트릭 렌즈(122, 도 7)를 사용하여, X-Y 스캐너(144)의 스테이지의 제어를 거쳐 다중 축을 제어하는 능력을 도시한 바람직한 실시 예들을 나타낸다. 다른 광학 구성들도 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 이는 여기서 설명되는 것과 같이, 완전히 잘린 폐형들이 중력 또는 기압 또는 기계력을 거쳐 기판으로부터 떨어져 나가는 것을 방지하도록 사용될 수 있는 각지거나 또는 경사진 컷 스크라이브(scribe)들이다.

도 8a-d는 원하는 각진 결과를 달성하기 위하여 후 싱귤레이션을 필요로 하지 않는 각진 에지들을 갖는 내부 특징부를 만들기 위한 각진 컷 아웃을 도시한다. 도 8a-c에서, 최종 부품 에지(138) 상의 원하는 경사와 동일한, 고정된 입사각 레이저 빔(137)을 갖는 세타 축(136) 주위의 회전을 거쳐 빔 투적이 달성된다. 이러한 비-제한적 실시 예는 필라멘트 어레이들을 거쳐 복합 컷아웃들의 중심에서 열의 생성을 지탱하기 위한 장치로서 회전 스테이지의 각진 절단 및 병진을 가능하게 한다. 오리피스들은 위에 설명된 것과 같이 부분적으로 또는 완전히 확장할 수 있다.

도 8d는 용적 또는 표면 열 클리빙 후에 서로 다른 각들에서 다중 필라멘트 형성 빔(142)으로의 가공을 거쳐 챔퍼처리된(chamfered) 부품(140)의 형성의 바람직한 구현을 도시한다. 또한 빔과 필라멘트 경로들은 다양한 각도의 챔퍼처리된, 또는 비스듬한 에지를 형성하도록 제어될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 동시적(평행) 형성의 경우에 있어서, 3-면 에지 또는 챔퍼가 생성되는 것과 같이, 정상적으로 입사 각과 함께, 정상 이외의 입사 각들을 나타내는 표적에 도착하는 다중 빔 경로를 달성하기 위하여 빔은 분할될 수 있고 광학계를 통하여 향해질 수 있다.

예를 들면, 챔퍼들은 가공에 의해 용인되는 분할의 정도에 따라, 두 개 또는 그 이상의 면으로 생성될 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 일부 실시 예 구성들이 도 8e에 도시된다.

일부 실시 예들에서, 아래에 설명되는 것과 같이, 레이저 가공 시스템은 충분한 전력을 가질 때, 하나의 레이저(빔 분할 광학계)가 레이저가 동시에 스크라이빙 단계들을 모두 실행할 수 있는 것과 같이 구성될 수 있다. 예를 들면, 약 75 W의 평균 전력을 갖는 레이저는 모든 가공 단계를 동시에 실행하는데 충분하고, 그리고 나서 빔 분할을 거쳐 클리빙을 실행하기 위하여 또 다른 고 전력 레이저가 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다..

부피 열(volume heat)의 표면을 수행하기 위하여 레이저 펄스들을 이용할 때, 다중 축 회전 및 병진 제어를 갖는 앞서 언급된 장치는, 스마트폰 커버 유리, 유리 하드 디스크 플랫터들(맨 유리 또는 자기 매체가 덮인 우리 기판으로부터), 자동차 창문 등과 같은 제품을 생산하기 위한 폐형 형태를 절단하는 목적으로, 필라멘트 어레이들을 따라 열의 곡선으로 이루어진 구역을 생성하기 위하여 가변 초점 위치들에서, 비정상적인 입사 각 및 가변의, 방안 제어 위치들에서 빔을 공작물 상으로 가져오는 목적을 위하여 사용될 수 있다. 이는 현재 사용되는 레이저 절제 기계가공 기술들을 사용하여 가능하지는 않다. 통상의 지식을 가진 자들은 이러한 모든 축은 모든 적용을 위하여 필요하지 않으며 일부 적용들은 단순한 시스템 구성으로부터 이득을 갖는다는 이해할 것이다. 게다가, 도시된 장치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 실시 예들 중 바람직한 일 구현이며, 그러한 실시 예들은 광범위한 기판들, 적용들 및 과거에 제시된 계획을 위하여 변경되거나, 변형되거나 또는 혼성될 수 있다.

본 발명은 상세한 설명에서 설명되거나 또는 도면들에서 도시된 부품들의 어레인지먼트에의 적용에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명은 다른 실시 예들을 수행할 수 있으며 다양한 다른 순서 단계들로 실행되고 수행될 수 있다. 예를 들면, 기판으로부터 폐형을 릴리프하는 일부 방법들이 상세히 설명되었으나, 이는 종래에 알려져 있으며 적용되는 열원은 또한 기판을 템퍼링하고(temper) 어닐링하는데 사용할 수 있고 따라서 어닐링 및 분리 단계를 결합하기 위한 제조를 허용한다는 사실이 종래에 잘 알려져 있다.

또한, 여기서 사용되는 어법과 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 이를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 이해하여야 한다. 그와 같이, 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명이 기초로 하는 개념이 본 발명의 일부 목적들을 수행하기 위하여 다른 구조들, 방법들 및 시스템의 디자인을 위한 기초로서 쉽게 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 청구항들은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 한, 그러한 동등한 구성들을 포함하는 것으로 간주된다는 사실이 중요하다.

1 : 기판
2 : 제품
3 : 슬롯
4 : 원형
5 : 컷아웃
21 : 이산화탄소 레이저 스폿
21B : 오리피스
21C : 미세균열
31 : 이산화탄소 레이저 스폿
32 : 열원의 경로
33 : 오리피스
41 : 이산화탄소 레이저 스폿
42 : 열원의 경로
43 : 오리피스
51 : 이산화탄소 레이저 스폿
52 : 열원의 경로
53 : 오리피스
60 : 기판
71 : 레이저 스폿
80 : 플래터
81E : 오리피스
82 : 레이저 스폿
85 : 중심 디스크
89C : 미세균열
90 : 튜브
100 : 튜브
110 : 조절 광학
111 : 레이저
112 : 빔 샘플링 미러
113 : 전력계
114 : X-Y 스캐너
115 : 최종 초점화 렌즈
116 : 스테이지
118 : 공작물
120 : 비-텔레센트릭 렌즈
122 : 텔레센트릭 렌즈
136 : 세타 축
137 : 레이저 빔
138 : 최종 부품 에지
140 : 챔퍼처리된 부품
142 : 다중 필라멘트 형성 빔
144 : X-Y 스캐너

Claims

투명 기판을 제공하는 단계;
레이저 펄스들의 버스트를 포함하는 초고속 레이저 펄스 빔을 제공하는 단계;
상기 투명 기판 상에 상기 레이저 빔을 초점화할 수 있고 상기 레이저 빔과 상기 투명 기판 사이의 상대적 패턴 이동(patterned movement)을 가능하게 하는 레이저 빔 전달 시스템을 제공하는 단계;
상기 투명 기판 외부에 빔 웨이스트를 형성하기 위하여 상기 기판에 대하여 상기 레이저 빔에 초점을 맞추는 단계, 여기서 상기 기판의 상기 표면 상에 입사되는 상기 레이저 펄스들은 광학 파괴를 야기하지 않고 그것을 통하여 연속적인 레이저 필라멘트를 형성하기 위하여 상기 투명 기판 내에 충분한 에너지 밀도가 유지되는 것과 같이 초점이 맞춰짐;
광음향 압축에 의해 상기 투명 기판을 통하여 완전히 또는 부분적으로 가로지르는 상기 필라멘트에 대하여 상기 오리피스를 전파하는 단계; 및 상기 폐형 패턴이 투명 기판으로부터 릴리프될 때까지 투명 기판 내로 드릴링되는 오리피스로부터 떨어진 스크라이빙된 라인을 포함하는 상기 투명 기판 내에 상기 폐형 패턴의 상기 영역에 열원을 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
복수의 오리피스를 전파하고 상기 전파된 오리피스들로 구성되는 라인을 스크라이빙하는 단계, 여기서 상기 각각의 오리피스들은 투명 기판 내의 레이저 펄스들의 버스트를 포함하는 초고속 레이저 펄스들을 갖는 레이저 빔으로부터 야기하는 광음향 압축에 의해 드릴링되고, 상기 스크라이빙된 라인은 상기 스크라이빙된 라인 내에 구획된 폐형 및 상기 스크라이빙된 라인 외부에 컬릿을 생성하며, 상기 오리피스들은 서로 이격됨; 및
상기 투명 기판의 상기 오리피스들의 상기 스크라이빙된 라인 내에 구획된 상기 폐형을 가열하는 단계 및 상기 폐형이 상기 투명 기판으로부터 분리될 때까지 상기 폐형의 외부의 상기 투명 기판을 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 2항에 있어서,
상기 투명 기판의 상기 오리피스들의 상기 스크라이빙된 라인 내에 제한된 상기 폐형을 가열하는 단계는 상기 폐형이 상기 투명 기판으로부터 분리될 때까지 상기 오리피스들의 스크라이빙된 라인을 따라 열을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 3항에 있어서,
상기 가열하는 단계는 상기 열원과 상기 기판 사이의 상대적 운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 4항에 있어서,
상기 가열하는 단계는 레이저원으로 실행되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 5항에 있어서,
상기 레이저원은 이산화탄소 레이저인 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 4항에 있어서,
상기 가열하는 단계는 화염으로 실행되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 4항에 있어서,
상기 가열하는 단계는 열선 총으로 실행되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 5항에 있어서,
상기 기판 상의 상기 이산화탄소 레이저 스폿 크기는 100 ㎛ 내지 10 ㎜의 직경 범위인 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 5항에 있어서,
상기 기판 상의 상기 이산화탄소 레이저 스폿 크기는 8 ㎜이고, 상기 레이저 스폿의 6 ㎜는 상기 투명 기판의 상기 오리피스들의 상기 스크라이빙된 라인 외부의 상기 투명 기판 상에 위치되며, 상기 레이저 스폿의 2 ㎜는 상기 폐형 상에 위치되며, 상기 오리피스들 외부의 상기 투명 기판은 상기 폐형보다 더 가열되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 1항에 있어서,
상기 오리피스들은 중심간 거리가 2-10 ㎛ 이격되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 2항에 있어서,
상기 오리피스들은 중심간 거리가 2-10 ㎛ 이격되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 2항에 있어서,
상기 오리피스들은 상기 투명 기판을 통하여 부분적으로 확장하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 2항에 있어서,
상기 오리피스들은 상기 투명 기판을 통하여 완전히 확장하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
복수의 오리피스를 전파하는 단계 및 상기 전파된 오리피스들로 구성되는 라인을 스크라이빙하는 단계, 여기서 상기 각각의 오리피스들은 투명 기판 내의 레이저 펄스들의 버스트를 포함하는 초고속 레이저 펄스들을 갖는 레이저 빔을 사용하는 광음향 압축에 의해 드릴링되고, 상기 스크라이빙된 라인은 상기 스크라이빙된 라인 내에 구획된 폐형 및 상기 스크라이빙된 라인 외부에 바디를 생성하며, 상기 오리피스들은 서로 이격됨; 및
상기 투명 기판의 상기 오리피스들의 상기 스크라이빙된 라인 내에 구획된 상기 폐형을 가열하는 단계 및 파괴하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 15항에 있어서,
상기 가열하는 단계는 이산화탄소 레이저원으로 실행되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 15항에 있어서, 상기 가열하는 단계는 열선 총으로 실행되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 15항에 있어서, 상기 가열하는 단계는 화염으로 실행되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 15항에 있어서,
냉각원으로 상기 폐형을 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 15항에 있어서,
상기 냉각원은 냉각 유체 및 드라이 아이스로부터 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 15항에 있어서,
상기 오리피스들의 상기 스크라이빙된 라인 내의 상기 폐형을 분리하기 위하여 상기 폐형에 기계적 압력을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
복수의 오리피스를 전파하는 단계 및 상기 전파된 오리피스들로 구성되는 라인을 스크라이빙하는 단계, 여기서 상기 각각의 오리피스들은 투명 기판 내의 레이저 펄스들의 버스트를 포함하는 초고속 레이저 펄스들을 갖는 레이저 빔으로부터 야기하는 광음향 압축에 의해 드릴링되고, 상기 오리피스들은 서로 이격됨; 및
상기 투명 기판의 상기 오리피스들의 상기 스크라이빙된 라인을 가열하는 ㄷ단계 및 상기 투명 기판이 제 1 및 제 2 부로 분리될 때까지 상기 오리피스들의 상기 스크라이빙된 라인의 제 1 면 및 상기 오리피스들의 제 2 면 상에 상기 투명 기판을 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판을 기계가공하기 위한 방법.
제 22에 있어서,
상기 기판은 관상의 형태인 것을 특징으로 하는 투명 기판을 기계가공하기 위한 방법.
투명 기판 내에 제 1 복수의 오리피스를 드릴링하기 위하여 광음향 압축을 사용하여, 상기 제 1 복수의 오리피스를 포함하는 내부 원형 패턴을 스크라이빙하는 단계;
상기 투명 기판 내에 제 2 복수의 오리피스를 드릴링하기 위하여 광음향 압축을 사용하여, 상기 제 2 복수의 오리피스를 포함하는 외부 원형 패턴을 스크라이빙하는 단계;
상기 제 1 복수의 오리피스를 포함하는 상기 내부 원형 패턴 내의 상기 투명 기판의 제 1 부를 가열하는 단계;
상기 제 2 복수의 오리피스를 포함하는 상기 외부 원형 패턴 주위의 상기 투명 기판의 제 2 부를 가열하는 단계;
상기 투명 기판의 나머지로부터 상기 제 1 복수의 오리피스를 포함하는 상기 내부 원형 패턴 내의 상기 투명 기판의 상기 제 1 부를 분리하는 단계; 및
상기 투명 기판의 나머지로부터 상기 제 2 복수의 오리피스를 포함하는 상기 외부 원형 패턴 내의 상기 투명 기판의 상기 제 2 부를 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 24항에 있어서,
상기 투명 기판의 상기 제 1 부를 가열하는 단계는 레이저, 화염 및 열선 총으로부터 선택되는 열원으로 실행되고, 상기 투명 기판의 상기 제 2 부를 가열하는 단계는 레이저, 화염 및 열선 총으로부터 선택되는 열원으로 실행되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 24항에 있어서,
상기 투명 기판의 상기 제 1 및 제 2 부의 분리를 용이하게 하기 위하여 상기 투명 기판의 상기 제 1 및 제 2 부를 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.
제 24항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 복수의 오리피스는 상기 투명 기판을 통하여 완전히 드릴링되는 것을 특징으로 하는 투명 기판으로부터 폐형들을 기계가공하고 릴리프하기 위한 방법.