KR20220008335A

KR20220008335A - 투명한 재료의 레이저 가공을 위한 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR20220008335A
Application number: KR1020217041040A
Authority: KR
Inventors: 민다우가스 미쿠티스; 오레스타스 울키나스; 티타스 게르투스; 안타나스 우르바스
Original assignee: 유에이비 알테크나 알앤드디
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2022-01-20
Also published as: EP3969219B1; WO2020230064A1; CN113825585B; LT2019028A; JP2022532241A; CN113825585A; LT6791B; US20220258278A1; EP3969219A1

Abstract

본 발명은 초단파 레이저 펄스에 의한 투명 재료의 제조에 관한 것이다. 레이저 파장에 대해 대부분 투명한 재료를 제조하는 방법은 특정 구역에 대해 특정한 규칙에 따라 판차라트남-베리 (Pancharatnam-Berry) 위상을 변경하는 복굴절 구조의 2개 이상의 구역을 포함하는 광학 요소에 의해 비중심대칭, 비회절 빔을 형성하는 것을 포함한다. 에너지의 분포, 위상 및 편광은 상기 요소에 접근하는 빛의 파라미터에 따라 달라진다. 펄스 에너지는 원하는 방향으로 연장된 보이드를 형성하기 위해 분포의 메인 최대값을 채용하도록 선택되는 반면 부 최대값들은 인접한 펄스로부터의 손상들 사이의 화학적 특성의 변화를 형성한다. 보이드 손상 및 화학적 변화 구역이 원하는 절단 라인을 형성한다. 상기 방식으로 준비된 공작물은 화학적으로 공격적인 용액에 배치되며, 여기서 레이저 광의 영향을 받은 영역은 영향을 받지 않은 영역보다 훨씬 빠르게 용해된다. 이를 통해 종횡비가 최대 1/50인 절단을 달성할 수 있다.

Description

투명한 재료의 레이저 가공을 위한 방법 및 디바이스

본 발명은 레이저 분야에 속하며 투명 매체의 가공에 관한 것이고 초단파 레이저 방사선 빔을 사용하여 다양한 유형의 유리, 화학 강화 유리, 사파이어 및 기타 결정질 재료를 포함하는 투명 매체의 절단, 분할 및 기타 가공에 사용될 수 있다.

매우 작은 치수의 구멍을 절단하거나 투명한 재료의 공작물에서 자유 형태 절단을 수행하기 위해 레이저 방법이 사용된다. 기존의 레이저 미세 가공(드릴링, 절단 또는 홈 형성 등) 방법은 일반적으로 영향을 받는 부위에 레이저 펄스 에너지의 집중으로 인해 재료 제거(절제)에 의존한다. 이 목적을 위해 펨토초 레이저를 사용하면 구멍이나 절단부의 가장자리가 매우 깨끗해지며 이러한 레이저로 가공할 수 없는 재료는 거의 없다. 그러나 절제에는 근본적인 단점이 있다 - 절단부의 바닥으로부터 제거되는 재료가 영향을 받는 영역 위의 벽에 축적되어 점차적으로 광에 대한 접근을 가로막는 다는 사실 때문에 매우 좁은 틈이나 작은 직경의 구멍으로부터 재료를 제거하는 것이 불가능하다. 이 단점은 레이저 펄스가 원하는 분할선을 따라 손상 영역을 생성하는 분할 분리를 사용하여 피할 수 있다. 그러나 이 방법은 높은 곡률의 라인을 따라 공작물을 분할할 때, 특히 구멍의 드릴링이 필요한 경우 매우 제한된다. 공작물이 유리로 만들어진 경우, 특히 그 유리가 강화된 경우, 작업이 더욱 복잡해진다. 유리는 최근 (반도체 구조의 기초로서) 반도체 기술에서, 마이크로전기기계 시스템의 제조에서, 및 미세유체 디바이스의 제조에서 사용되는 재료 중에서 점점 더 중요해지고 있다. 이러한 모든 영역에는 모든 모양의 절단부, 구멍 또는 채널을 생성할 수 있는 능력이 필요하다. 최근에는 레이저 방법과 화학적 에칭의 조합이 사용되어 이러한 방법의 능력을 크게 확장한다.

알려진 유사체는 레이저 영향을 받은 재료의 산 또는 알칼리 에칭을 사용한다. US20180029924A1은 레이저에 의해 영향을 받은 재료가 영향을 받지 않은 재료보다 더 빨리 에칭된다는 특성을 채용하여 자외선 레이저 천공 구멍을 HF 산으로 에칭하는 방법을 설명한다. 이러한 방식으로 얻은 구멍은 공작물의 두께에 걸쳐 직경이 다르며(보통 모래시계 모양), 에칭 중에 구멍이 모든 방향으로 균일하게 확장되며; 전체 절단부 라인의 에칭 동안, 이것은 구멍 사이의 피치와 거의 동일한 너비를 갖는 절단부를 야기한다.

US2018037489에서 제안된 방법도 배향을 나타내지 않으며, 에칭 중에 레이저 피어싱된 구멍이 모든 방향으로 균일하게 확장된다. 이 방법은 절단부나 홈을 만들기 위한 것이 아니라 원형 구멍에만 사용된다.

US9517963B2는 에칭에 의해 레이저 피어싱된 구멍을 균일하게 확장하는 것을 채용하는 방법을 설명한다. 이 방법에서는 중심 대칭인 비회절 베셀 빔을 사용하여 유리를 피어싱하므로 구멍이 원형이고 비방향성이다. 이 방법은 균일한 절단부를 에칭하는 옵션을 제공하지 않으며, 그것은 단순히 구멍을 연결하는 선을 따라 공작물의 분할을 용이하게 한다. 설명된 방법을 사용하는 것에 의해, 공작물에 있는 구멍의 입구와 출구에서 상당한 경사가 얻어지며, 즉, 구멍이 원통형 모양에서 크게 벗어나 불규칙한 모양의 경사를 갖는 절단부가 발생한다. 또한 레이저로 구멍을 뚫을 때, 그 주위에 예측할 수 없는 형상의 미세균열이 형성되고, 유리 에칭산이 그것을 통해 확산됨에 따라, 그것은 구멍을 확대함과 동시에 균열의 무작위 특성으로 인해 분할 라인을 따라 균일하지 않은 균열의 평활도를 감소시킨다.

EP3102358A4는 레이저 피어싱된 구멍의 에칭을 이용하여 구멍을 확대하는, 그리고 구멍을 사용하여 구멍으로부터 형성된 윤곽선을 따라 유리를 깨뜨리기 위한 방법을 설명한다. 에칭 공정의 배향은 추구되지도 제어되지도 않으며 구멍이 연결되지 않는다.

US20160152508A1은 레이저 제조 및 에칭-확대 구멍의 라인을 따라 유리 공작물을 분리하는 방법을 설명한다. 에칭 공정의 배향은 추구되지도 제어되지도 않고; 구멍이 연결되지 않는다.

위에서 설명한 결합된 레이저 및 화학 가공 방법을 사용하여, 충분한 두께의 유리 조각에 유리 구멍을 만들 수 있으며, 이러한 방식으로 20-30 이상의 유리 두께 대 직경 비율을 달성할 수 있다. 이들의 주요 문제는 영향을 받은 유리를 HF, BHF, HF + HNO₃ 와 같은 공격적인 산 또는 이들의 혼합물로 에칭한 후, 결과의 구멍의 모양은 원통으로부터 상당히 벗어나고 (예: "모래시계"), 그것의 가장자리는 직립이 아니라 지름의 5-10%의 상당한 경사를 갖는다. 이것은 대부분의 애플리케이션들에 대해 허용되지 않는다. 영향을 받은 유리를 NaOH 또는 KOH와 같은 알칼리로 에칭할 때, 구멍의 기하학은 산을 사용할 때보다 훨씬 더 정확하지만, 공정 자체는 상당히 느리고 수 마이크로미터의 긴 갭을 에칭하는 데 몇 시간이 걸린다.

본 발명의 목적은 투명 재료를 분할하거나 절단할 때 투명 재료의 가공 품질을 개선하는 동시에 가공의 정확도를 향상시키는 것이다.

본 발명에 따른 문제를 해결하기 위해, 2 개의 가공 페이즈들을 포함하는, 공작물 재료에 절단 또는 분할 표면을 형성하는 것에 의한 투명 재료 가공의 방법이 제안된다:

- 공작물 부분들을 서로 완전히 분리하지 않고 레이저로 절단 또는 분할 표면 형성이 수행되는 페이즈 A, 여기서 페이즈 A 는 다음 단계들을 포함한다:

A.1 레이저로 TEM₀₀ 모드의 간섭성 초단파 펄스 레이저 방사선 빔의 생성 단계,

A.2 생성된 레이저 방사선 빔을 레이저 방사선 빔의 설정된 직경, 총 펄스 에너지 및 편광을 형성하는 광학 시스템으로 지향시키는 단계,

A.3 단계 A.2에서 형성된 레이저 방사선 빔을 미리 결정된 규칙에 따라 입사 레이저 방사선 빔을 변환하는 광학 요소로 지향시키는 단계,

A.4 그것의 재료가 레이저 빔 방사선에 대해 대부분 투명한 공작물에서의 형성된 레이저 방사선 빔의 국소화 단계, 레이저 방사선 펄스의 미리 결정된 파라미터들은 가공되는 공작물의 초점 영역에서 레이저 방사선 에너지 밀도가 공작물 재료의 특성을 변경하기에 충분한 것을 보장한다,

A.5 공작물에서의 레이저 방사선 빔 초점이 각각 시프팅하여, 필요한 수의 손상된 영역을 생성하고 공작물에서 절단 및/또는 분할된 원하는 궤적의 표면을 형성하도록 레이저 방사선 빔에 대한 가공되는 공작물의 제어 가능한 이동 단계,

- 페이즈 A 동안 형성된, 절단 및/또는 분할 표면의 궤적을 기반으로 하여 공작물 부분들의 서로로부터의 완전한 분리가 손상 영역에서 공작물 재료를 에칭하는 화학 매체에 공작물을 배치함으로써 수행되는 페이즈 B, 여기서

단계 A.3 에서, 레이저 방사선 빔 변환이, 미리 결정된 규칙에 따라, 수직 레이저 방사선 빔의 판차라트남-베리 (Pancharatnam-Berry) 위상(PBP)을 원활하게 변경하는 복굴절 구조를 포함하는 광학 요소(10)에서 발생하며, 여기서 그 요소에 접근하는 레이저 방사선 빔에 대한 상이한 PBP 변환 규칙들 및 그들의 배향을 갖는 상기 구조의 적어도 2 개의 영역들이 광학 요소 (10) 에 형성되며, 여기서 선형 또는 원형 또는 방사형 또는 방위각을 의미하는 편광 유형, 및/또는 그 요소의 절단 또는 분할 궤적의 방향에 대한 선형 편광 평면의 배향과 같은, 광학 요소(10) 에 접근하는 레이저 방사선의 파라미터들에 따라 서브 빔들의 에너지, 위상 및 편광 분포를 변경하는 능력을 가진 적어도 2개의 상기 구조 영역들은 적어도 2개의 서브 빔들을 각각 형성하며,

여기서, 형성된 상기 서브빔들은 서로 간섭하여 레이저 방사선 빔 전파 방향에 수직인, 평면에서 더 양호한 신장 (elongation) 을 갖는, 설정된 에너지, 위상 및 편광 초점 라인의 중심에서 벗어난 대칭 분포를 갖는 전체 비회절 레이저 방사선 빔을 획득하며, 여기서 광학 요소(10)에 접근하는, 단계 A.2 동안 형성된 레이저 방사선의 파라미터를 변경함으로써 전술한 분포의 원하는 형태를 얻을 수 있으며, 여기서 비회절 레이저 방사선 빔의 중심에서 벗어난 대칭 분포는

밀도 (ρ) 를 갖는 펄스의 에너지의 대부분을 포함하는 광 전파의 수직 평면에서의 메인 길쭉한 에너지 최대값, 및 ρ/6 과 ρ/3 사이의 에너지 밀도를 갖는, 상기 평면에서 연장된 2차 에너지 최대값들을 가져,

얻어진 총 레이저 방사선 빔을 공작물에 위치시키며, 여기서 각각의 레이저 방사선 펄스는 상기 1차 에너지 최대값의 영향으로 인한 공동 및/또는 균열에 의해 형성되는 물리적 변화들 및 상기 2차 에너지 최대값들의 영향으로 인한 공작물 재료에서의 화학적 변화들로 이루어진 세장형 (elongated) 일반 손상 영역을 형성하며, 여기서 공작물의 일반적인 손상 영역은 요소(10)를 축을 중심으로 회전시키고 프로세싱된 공작물을 제어된 방식으로 이동시킴으로써 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 배향되어, 절단 및/또는 분할 궤적을 따르는 갭들을 갖는, 공작물 재료의 물리적 변화들로 인해, 형성된 세장형 손상 영역들이 차례로 길이 방향으로 위치하는 한편,

단계들 (A4 및 A5) 에서, 레이저 펄스 에너지와 전력 및 공작물 이동 속도는 공작물 재료의 화학적 변화로 인한 손상 영역들이 인접한 공통 손상 영역들이 인접하거나 부분적으로 겹치는 정도로 절단 궤적을 따라, 손상 시의 물리적 변화로 인해 발생한 손상 영역들을 확장하도록 선택되고; 페이즈 B에서 화학 매체는 전체 절단 궤적에 걸쳐 동시에 공작물 재료에 작용한다.

형성되는 세장형 공통 손상 영역은 빛의 전파 방향에 수직이고 대략 일정한 크기의 타원형 평면에 있으며, 상기 방향을 따라 평균값에서 +/-15% 이하로 변한다.

절단 또는 분할 표면의 궤적은 빔의 가로 치수에 비해 거리에서 절단 또는 분할 표면의 궤적을 따라 하나보다 많은 비회절 빔을 확산함으로써 상기 세장형 공통 손상 영역으로부터 형성된다.

공작물의 물리적 변화로 인한 세장형 손상은 손상 폭을 최소 1.5배 초과하는 단차로 배열된다.

B 단계에서 공작물은 공작물 손상의 영역에 형성되고 남아 있는 이전 화학 반응의 생성물을 공작물에 영향을 미치는 다른 용액에 옮기고 용해시키기 위해, KOH, Na₂CO₃, HF, HCl 용액과 같은 몇 가지 선택된 화학적 활성 액체에 연속적으로 침지된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 레이저 방사선 빔의 펄스 에너지, 광 편광 및 직경을 변경하기 위한 광학 시스템으로 지향되는, 초단파 펄스 레이저 방사선 TEM₀₀ 모드 (2) 의 빔을 생성하는 레이저를 포함하는, 투명 재료의 가공을 위한 디바이스가 제안되며, 이에 의해 가공된 공작물에서, 미리 결정된 규칙에 따라 들어오는 빔을 변환하도록 의도된 광학 요소를 통해 국부화되며, 이에 의해 공작물 재료는 대부분 레이저 방사선 빔에 대해 투명하며,

광학 시스템에서 형성된 선택된 레이저 방사선 빔 펄스 파라미터는 초점 영역에서 공작물 재료의 특성을 변경하기에 충분한 레이저 방사선 에너지 밀도를 보장하고, 제어 가능한 포지셔닝 메커니즘은 레이저 방사선 빔에 대해 가공된 공작물을 이동시켜 앞서 언급한 공작물에서의 레이저 방사선 빔 초점 포인트가 이동하여 필요한 수의 손상 영역을 생성하고 공작물 내에서 원하는 궤적 절단 및/또는 분할의 표면을 형성하도록 의도되고, 용기 (vessel) 는 손상 영역에서 공작물 재료를 에칭하는 화학 매체를 포함하고, 그 내부에 공작물을 배치하고 절단 및/또는 분할 표면의 형성된 궤적에 따라 그것의 부분들을 서로 분리하도록 의도되며, 여기서,

미리 결정된 규칙에 따라 들어오는 레이저 방사선 빔을 변환하기 위한, 레이저 방사선 빔의 경로에서 광학 시스템 외부에 위치한 광학 요소는 수직 레이저 방사선 빔의 판차라트남-베리 위상 (PBP) 을 균일하게 변경하는 복굴절 구조를 가지고 있으며, 이에 의해, 그 요소에 접근하는 레이저 방사선 빔에 대한 상이한 PBP 변환 규칙들 및 그들의 배향을 갖는 복굴절 구조의 적어도 2 개의 영역들이 공작물에 위치되며, 여기서 상기 구조 영역들은 적어도 2 개의 간섭하는 서브 빔들을 형성하여 메인 에너지 최대값 및 2차 에너지 최대값들을 갖는, 레이저 방사선 빔 전파 방향에 수직인, 평면에서 더 양호한 신장을 갖는, 미리 정의된 에너지, 위상 및 편광 초점 라인의 중심에서 벗어난 대칭 분포를 갖는 전체 비회절 레이저 방사선 빔을 생성하며, 여기서 광학 요소는 그 요소 및 그 안에 형성된 복굴절 구조들의 위치를 변경하기 위해 축을 중심으로 회전하는 장착 메커니즘에 장착되고, 요소에 의해 형성된 상기 총 비회절 레이저 방사선 빔은 집속 광학계를 통해 공작물에서 국소화되며, 이로 인해 상기 메커니즘에 의해 광학 요소를 회전시켜, 절단선의 궤적을 따라 형성된 세장형 손상 영역의 배향 변경되고, 제어 가능한 위치 지정 메커니즘이 공작물 재료의 물리적 및 화학적 변화로 구성된 형성된 세장형 공통 손상 영역이 길이 방향으로 차례로 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 배열되는 방식으로 공작물을 이동시켜, 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 갭들을 갖는 공작물 재료의 물리적 변화로 인해 형성된 세장형 손상 영역이 차례로 길이 방향으로 위치하게 하고 공작물 재료의 화학적 변화에 기인한 손상 영역들은 인접한 공통 손상 영역들이 인접하거나 부분적으로 겹칠 정도로 절단 궤적을 따라 손상 시의 물리적 변화로 인해 발생한 손상 영역들을 확장한다.

공작물에 대해 제안된 레이저 화학 가공 방법은 알려진 레이저 보조 화학 에칭 (Laser Assisted Chemical Etching: LACE) 또는 레이저 유도 화학 에칭 (Laser Induced Chemical Etching: LICE) 방법보다 10배 이상 빠른 시간에 걸쳐 정확한 기하학 절단부 또는 구멍을 얻는 것을 허용한다.

제안된 발명은 물리적 및 화학적으로 배향된 손상 영역의 레이저 형성된 좁은 결합 라인을 에칭하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에서는, 구멍의 형성, 자기 배열 구조, 기계적 응력을 수반하는, 공작물 재료의 구조의 변화, 및 화학 결합의 재배열 또는 자유 결합의 형성을 수반하는 화학적 변화로 인해 전반적인 손상이 발생한다.

제안된 방법에서 가장 높은 강도 지점의 길쭉한 단면 빔은 (구멍이 뚫릴 때까지) 물리적 손상을 생성하고, 더 낮은 강도 영역은 절단 라인의 방향을 따라 확산되어 재료의 화학적 특성을 변경한다. 결과적인 전체 손상 영역은 수직 축에서 2° 이상 벗어나지 않고 최대 1:100의 절단 너비 대 깊이 비율을 달성하고 절단부의 경사를 0.1μm 이하로 유지함으로써 가공 정확도를 향상시킨다. 에칭된 절단부의 표면 불규칙성은 2μm를 초과해서는 안 되며, 기울기는 0.1μm를 초과하지 않아야 하며 절단부는 겹치지 않아야 한다. 따라서 이 방법을 사용하여 만든 제품은 반도체 소자 테스트 보드용 가이드 스페이서와 같이 높은 정밀도와 직각도를 요구하는 응용 분야에 사용할 수 있어 수명을 크게 연장할 수 있다. 경사와 겹침이 없기 때문에 화학 처리 후 추가 연마 없이 평면 브리징용 제품을 사용할 수 있으며, 이는 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 및 미세 유체 디바이스의 생산 속도를 증가시킨다.

본 발명은 본 발명의 범위를 제한하지 않는 다음의 도면들에서 더 자세히 설명될 것이다:
도 1 은 분포를 형성하는 광학 요소로의 그의 통과 이전에 레이저 빔의 형성을 설명하는 제안된 투명 재료 가공 디바이스의 개략적인 블록 다이어그램의 일부를 보여준다.
도 2 는 제안된 투명 재료 가공 디바이스의 개략도의 일부를 보여주며 원하는 분포가 어떻게 형성되고 그것이 가공된 공작물에 어떻게 배치되는지 보여준다.
도 3 은 극좌표계 및 직교좌표계에서 빔 변환 요소에 형성된 복굴절 구조의 좌표를 나타낸다.
도 4 는 섹터별로 배열된 그 요소의 PBP 변화 영역을 보여준다.
도 5 는 동심원으로 배열된 그 요소의 PBP 변화 영역을 보여준다.
도 6 은 요소에서 PBP 변경 구역의 가장 일반적인 배열을 보여주며, 여기에서 다른 섹터의 PBP 변화는 또한 그 요소의 중심에서 복굴절 구조의 거리에 따라 달라진다.
도 7 은 두 개의 180° 섹터들에서의 PBP 변환이 중심으로부터의 거리에 따라 다른 종속성을 갖는 특정 경우를 보여준다.
도 8 은 도 7 의 요소에 의해 생성된 측정된 횡방향 에너지 분포를 보여준다.
도 9 는 도 8 의 에너지 분포의 광 전파 방향에 따른 변화를 나타낸다.
도 10 은 광선의 축을 중심으로 요소를 회전시켜 얻은 제어된 방향 손상 라인을 보여준다.
도 11 은 물리적(천공) 및 화학적(결합 재배열) 손상의 필드들이 식별되는 해당 라인의 손상을 보여준다.
도 12 는 가장 일반적인 알칼리 토류 알루미노실리케이트 유리의 구조를 보여준다.
도 13 은 원자간력현미경(AFM)에 의해 측정된 절단부 에지 프로파일을 도시한다.

투명 재료의 가공을 위한 제안된 방법은 다음과 같은 일련의 동작들을 포함한다:

투명 재료 가공의 방법은 두 가지 가공 페이즈들을 갖는다:

공작물 부분들을 서로 완전히 분리하지 않고 레이저에 의한 절단 또는 분할 표면 형성이 페이즈 A 동안 수행된다. 페이즈 A 는 다음 단계들을 포함한다: A.1 레이저로 TEM₀₀ 모드의 간섭성 초단파 펄스 레이저 방사선 빔의 생성 단계, A.2 - 생성된 레이저 방사선 빔을 레이저 방사선 빔의 설정된 직경, 총 펄스 에너지 및 편광을 형성하는 광학 시스템으로 지향시키는 단계, A.3 - 단계 A2에서 형성된 레이저 방사선 빔을 미리 결정된 규칙에 따라 레이저 방사선 빔을 변환하는 광학 요소로 지향시키는 단계. 이 변환은 그것에 수직으로 조준된 레이저 빔의 판차라트남-베리 위상(PBP)을 균일하게 변경하는 복굴절 구조가 형성되는 광학 요소에서 발생한다. 상기 구조의 영역들 중 적어도 2개 영역들은 그것에 수직으로 조준된 레이저 빔에 대한 서로 다른 PBP 변경 규칙 및 그들의 배향을 갖는 상기 광학 요소에서 형성된다. (선형 또는 원형 또는 방사형 또는 방위각과 같은) 편광 유형, 및/또는 요소의 절단 또는 분할 궤적 방향에 대한 선형 편광 평면 배향과 같은, 상기 광학 요소에 조준된 광의 파라미터에 따라 서브 빔 에너지, 위상 및 편광의 분포를 변경할 가능성을 갖는, 상기 구조의 적어도 2개의 상기 영역들은 각각 적어도 2개의 서브 빔들을 형성한다. 형성된 상기 서브빔들은 서로 간섭하여 레이저 방사선 빔 방사 방향에 수직인, 평면에서 더 양호한 신장 (elongation) 을 갖는, 설정된 에너지, 위상 및 편광 초점 라인의 중심에서 벗어난 대칭 분포를 갖는 전체 비회절 레이저 방사선 빔을 획득하며, 여기서 상기 광학 요소에 조준된, 단계 A.2 동안 형성된 레이저 방사선의 파라미터를 변경함으로써 전술한 분포의 원하는 형태를 얻을 수 있다. A.4 단계에서 얻은 집성 (aggregate) 레이저 방사선 빔은 공작물에서국소화되며, 여기서 레이저 방사선의 각 펄스는 공작물 재료의 물리적 및 화학적 변화로 구성된 전체 손상 영역에서 길쭉한 모양을 형성한다. 레이저 방사선 빔이 국소화되는 공작물의 재료는 레이저 방사선 빔에 대해 대부분 투명하고, 레이저 방사선 펄스의 설정된 파라미터들은 가공되는 공작물의 초점 영역에서 레이저 방사선 에너지 밀도가 공작물 재료의 특성을 변경하기에 충분한 것을 보장한다. 단계 A5에서, 공작물의 전체 손상 영역은 그 축을 중심으로 상기 광학 요소를 회전시킴으로써 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 배향되고, 가공된 공작물은 형성된 세장형 손상 영역이 길이방향으로 자체적으로 차례로 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 갭들을 가지고 위치하도록 제어된 방식으로 이동된다. 레이저 펄스 에너지와 전력 및 공작물 이동 속도는 공작물 재료의 화학적 변화로 인해 형성되는 손상 영역들이 인접한 공통 손상 영역들이 병합하거나 중첩하는 정도로 절단 궤적을 따라, 손상 시의 물리적 변화로 인해 발생한 손상 영역들을 확장하도록 선택된다. 형성되는 세장형 공통 손상 영역은 빛의 전파 방향에 수직이고 대략 일정한 크기의 타원형 평면에서 더 양호하며, 상기 방향을 따라 평균값에서 +/-15% 이하로 변한다. 절단 또는 분할 표면의 궤적은 빔의 가로 치수에 비해 거리에서 절단 또는 분할 표면의 궤적을 따라 하나보다 많은 비회절 빔을 확산함으로써 상기 세장형 공통 손상 영역으로부터 형성된다. 공작물의 물리적 변화로 인한 세장형 손상은 손상 폭을 최소 1.5배 초과하는 단차로 배열된다.

다음에, 페이즈 A 동안 형성된, 절단 및/또는 분할 표면의 궤적을 기반으로 하여 공작물 부분들의 서로로부터의 완전한 분리가 손상 영역에서 공작물 재료를 에칭하는 화학 매체에 공작물을 배치함으로써 페이즈 B 동안 수행된다. 절단 또는 분할 궤적을 따라 형성되는 공통 손상 영역이 인접하거나 겹치기 때문에 화학 매체는 절단 또는 분할 표면 궤적 전체에서 동시에 공작물에 영향을 미치고 이 궤적에서 영향을 받은 공작물 재료는 공작물의 영향을 받지 않은 부분보다 훨씬 빨리 용해된다. 요구된 시간 주기 동안 용액에 공작물을 보관한 후 시약은 절단 라인을 따라 공작물 재료를 용해시켜 그 라인에 약간 수직으로 그것을 확장하고 공작물의 부분들을 서로 분리한다. 페이즈 A 에서 레이저 방사선 빔으로 처리한 후 공작물이 그 안에 배치되는 화학 매체는 KOH 의 용액일 수 있지만 순차적으로 KOH, Na₂CO₃, HF 및 HCl 와 같은 화학적 활성 액체의 여러 용액에 공작물을 배치하는 것이 더 좋다. 한 화학 매체 용액에서 공작물을 제거한 후, 그것은 공작물 손상의 영역에 형성되고 남아 있던 이전 화학 반응의 생성물을 용해시키는 다른 화학 매체 용액에 배치된다. 이런 식으로, 공작물의 부분들이 가로 균열 없이 매우 정확하게 서로 분리될 때까지 공작물이 상이한 화학 매체 용액에 배치된다.

레이저(1)는 제안된 방식으로 투명 재료의 분할에 사용되며, (도 1) TEM₀₀ 모드의 초단(100fs - 10ps 지속 시간) 광 펄스가 생성되고, 그것들은 가우스 공식

으로 설명되는 단면(2)의 에너지 분포를 갖고, 여기서 I(r) 은 빔 축으로부터 거리 (r) 을 갖는 빔의 지점에서의 광 강도이고, I(0) 는 빔 축에서의 광 강도이며, ω₀ 는 그 축으로부터 I(r) = I(0)/e 인 점까지의 거리이다. 빔의 광 강도는 반파장판(4)과 편광판(5)으로 구성된 조정 가능한 감쇠기(3)에 의해 제어되며, 그것의 편광 평면은 그 경로에 반파장판(4)이 없이 레이저로부터 오는 모든 광을 전달하도록 적응된다. 레이저광의 편광의 평면에 대해 반파장판의 지상축 방향을 회전시킴으로써, 판을 통과한 광의 편광 방향도 그에 따라 회전하며, 편광판(5)이 레이저에 의해 방출된 광의 편광에 평행한 광만을 통과시키므로, 판(3)의 회전 각도에 따라 레이저로부터 오는 광의 0% 내지 100% 가 통과하는 것이 허용될 수 있다.

감쇠기를 통과한 광선의 직경은 네거티브(7) 및 포지티브(8) 렌즈 세트로 구성된 조정 가능한 익스텐더(6)에 의해 설정된다. 렌즈 사이의 거리를 조정하여 익스텐더를 떠나는 빔의 필요한 직경이 달성된다.

광선에 타원 편광을 부여해야 하는 경우 1/4 파장 판(9)이 경로에 배치되고 그것에 조준된 광의 편광 평면과 그것의 지상축의 각도는 타원의 정도 및 원형 편광의 회전 방향(왼쪽 또는 오른쪽)을 설정한다.

광의 판차라트남-베리 (PBP) 를 변화시키는 구조가 형성되는 평평하고, 투명한 재료 공작물로 만들어진 광학 요소(10)가 레이저 광선의 경로에 배치된다.

레이저 빔의 직경은 빔이 빔 형성 요소의 작업 영역을 완전히 채우도록 선택된다. 이것은 빔 축으로부터 거리 (R_E) 에서의 광 강도가 I(R_E) ≤ I(0)/e² 보다 크지 않아야 한다는 것을 의미하며, 즉 요소 반경은 공식 [1]에서의 가우스 빔 반경의 2배 이상이어야 하며, 즉,

단면이 다양한 PBP 를 갖는 빔 형성 요소(10)를 레이저 빔(11)에 배치함으로써, 편광 평면은 요소의 상이한 위치들에서 미리 결정된 규칙에 따라 회전되고 필요한 위상 지연이 도입된다. 요소는 회전 메커니즘(12)에 장착되며, 이는 요소의 위치를 변경하는 동시에 요소에 조준된 편광의 평면에 대해 그 위에 기록된 구조를 변경하는 것을 가능하게 한다. 요소의 다양한 부분들에서 나오는 광 빔들(13)은 보강 및 상쇄 방식으로 서로 간섭하여, 에너지, 위상 및 편광의 원하는 분포 (14) 를 형성할 수 있다. 형상 (18) 을 갖는 형성된 분포는 집속 광학계(15,16,17)를 통해 공작물(19)로 전달된다. 집속 광학계의 적어도 일부는 초점 라인에서 필요한 분포를 형성하는 동안 원치 않는 진폭 스펙트럼 요소를 필터링하는 것과 같이 푸리에 평면(16)에 추가 진폭 기능을 추가하는 데 사용되는 4f 방식을 형성한다. Z축에서의 초점 영역의 위치는 높이 조정 기구(20)에 의해 결정되고 공작물 자체는 XY 평면에서 위치 지정 기구(21)에 의해 이동될 수 있다.

요소(10)에는 하나 이상의 구역이 형성되며, 각 구역에서 해당 구역에 대해 설정된 규칙에 따라 판차라트남-베리 위상 (PBP) 이 매끄럽게 변한다.

단면의 각 지점에서 PBP 값은 공작물 본체에 형성된 주기적 나노판 구조(23)에 의해 설정되며 (도 3), 그것의 배향은 요소에서 직교 좌표의 종속성으로 설명된다.

여기서

는 함수 f_i로 설명되는 i 번째 구역에서의 좌표축에 대한 주기적 구조의 회전 각도이거나,또는 극좌표에서:

여기서

그리고 φ_i 는 요소의 단면에서의 해당 주기적 구조의 극좌표이다. 축 대칭(원형 또는 타원형)을 갖는 분포를 얻기 위해 이러한 구역을 두 섹터에 배열할 수 있다(도 4).

여기서, R_E 는 요소의 반경이고, φ_min,i, φ_max,i 는 극 좌표들에서의 섹터 시작과 끝의 각도이다.두 동심원 링(도 5)

여기서, r_min,i, r_max,i 는 링의 시작 및 끝 반지름 값이고,섹터로 분할된 링 (도 6)

개별적인 특정 경우에, 2 개의 구역들이 섹터들 0 < φ₁ ≤ π 및 π < φ₂ ≤ 2π 을 갖는 요소에서 형성되며, PBP의 변화는 링들에 의해 각 섹터에서 형성되며, 링들 각각에서 PBP 변화는 해당 링에 특정한 함수에 의해 설명된다(도 7):

여기서

는 n 번째 섹터와 링 i 또는 j 에서의 PBF 의 배향 각도이며, 여기서 i 및 j 는 각각 제 1 또는 제 2 섹터에서의 링 번호이다(도 7).

함수들이 다음과 같은 방식으로 선택되면

및

여기서, r_e 는 요소의 반경이고, a 는 서브 빔들의 수렴의 각도를 결정하는 팩터이다PBP 소자는 비회절 빔을 형성한다.

함수들 [9] 및 [10]에 의해 설명된 요소(10)를 레이저 광 빔에 배치함으로써, 광 전파 방향으로 하나 이상의 최대값을 갖는 (도 9) 타원형 대칭 분포가 요소 뒤에 형성된다(도 8). 최대값들 사이의 강도 분포는 요소를 겨냥한 광의 편광 특성(선형, 원형 또는 타원형)에 따라 결정된다. 분포에서 메인 최대값(24)이 형성되고, 대부분의 빔 에너지가 그것에 집중되고, 타원의 2차 최대값들(25)도 그 주위에 형성된다. 분포 타원(도 8)의 세로축(26)의 방향은 광의 전파 방향에 수직인 평면에서 요소 섹터의 배향에 따라 달라진다.

요소에 의해 생성된 분포를 유리에 포커싱함으로써 그리고 펄스 전력 밀도가 그 값이 유리의 조성에 따라 달라지는 한계 ρ_rib 를 초과한 후, 유리 본체에 중공 손상 영역이 형성되며, 이러한 영역의 모양은 초점 영역의 강도 분포를 모방한다. 예를 들어, 알칼리 토류 원소 함량이 높은(~6-10%) 붕규산 유리의 유리 ρ_rib

1 x 10¹⁵Wcm^-3 인 반면, 알칼리 토류 원소가 없는 유리에서 이 한계는 ρ_rib

5x10¹⁴ Wcm^-3 이다. 에너지 분포는 ρ_rib 가 메인 최대값(24)에서만 초과되는 방식으로 형성된다.

유리 공작물(19)을 XY 평면에서 광 전파의 방향에 수직으로 이동시킴으로써, 그리고 동시에 회전 메커니즘 (12) 에 의한 분포 타원의 세로축의 위치를 변경함으로써 원하는 절단 라인(28)을 따라 타원형 손상 영역(27)이 배열된다. 인접 펄스와 겹치는 2차 최대값(25)의 전력 밀도 (ρ) 가 해당 특정 유리에 대해 특징적인 분할 발생 임계값 ρ_sk = ρ_rib/6 ÷ ρ_rib/3 을 초과할 때, 물리적 응력의 발생을 일으키는 발생하는 화학적 변화 (29) (도 10) 는 물리적 손상 영역을 병합한다.

유리의 물리화학적 특성이 변경되는 영역들이 손상 영역들 (30, 도 11) 주변에서 형성된다. 유리는 알칼리 및/또는 알칼리 토금속 양이온이 혼합된 산화물 구조의 네트워크이다. 개별적인 경우, Al/Si 함량이 1/3 이상인 알루미노실리케이트 유리(도 12)는 중심에 규소(31) 또는 알루미늄(32) 원자가 있는 산소 원자의 사면체로 구성된다. 이러한 사면체 중 일부의 정점은 결합 유형에 따라 Si-O-Si 사면체와 결합하는 BO1(33)과 Si-O-Al 사면체와 결합하는 BO2(34)로 분류되는 브리징 산소 (Bridging Oxygen: BO) 브리지에 의해 결합된다. 모서리에 있는 자유 산소 원자들은 비브리징 산소 (NBO) (35) 라고 한다. 이러한 비교적 질서 정연한 구조들 사이에, 알칼리 금속(AM, 36)과 알칼리 토금속(EM, 37)의 양이온들이 비교적 자유롭게 개재되어 있으며 이들 양이온의 존재는 산소 브리지들의 형성과 BO1/BO2 브리지의 비율에 영향을 미친다. 원자량 AM/Al

1일 때 서로 다른 유형의 브리지들의 양의 비 BO2/BO1

3, NBO/BO2 = 0인 반면, AM/Al

0.2인 유리 공작물에서는 이 비율 BO2/BO1

0.3 이고 비 브리징 산소 결합 NBO/(BO1 + BO2)

0.1도 관찰된다.

레이저 펄스가 이러한 유리 공작물에 영향을 미치기 때문에 BO/NBO 비율의 상당한 변화가 관찰된다. 대부분의 유리에서, 레이저 펄스 에너지 밀도가 2x10³ J/cm² 을 초과한 후 , 그 비율은 BO/NBO

0.3에 도달하며, 즉, BO 브리지의 양이 레이저의 영향을 받지 않은 유리와 비교할 때 ~3배 이상 감소된다. 유리가 레이저 광의 영향을 받음에 따라, BO형 브리지들은 파손되어 과잉 실리콘 또는 알루미늄(ODC I) ≡Si-Si≡ 및 ≡Al-Al≡ 또는 자유 결합(ODC II) =Si⁰ir = Al⁰ 을 갖는 산소 결핍 중심 (ODC) 을 형성한다. 또한 ≡Si-O° 또는 ≡Al-O°와 같은 비 브리징 산소 홀 중심 (Non Bridging Oxygen Hole Centers: NBOHC) 가 구조에서 형성된다. 이러한 모든 결함은 레이저의 영향을 받지 않은 유리보다 훨씬 더 화학적으로 활성이어서 영향을 받은 공작물을 알칼리 용액에 넣으면 하이드록실 음이온이 열린 결합과 반응하여 다음과 같은 가용성 제품을 형성한다:

금속이 유리된 산소와 결합할 때 형성되는 네트워크 변경 알칼리 토금속(Ca, Mg, Ba, Zn)의 산화물은 알칼리와 직접 반응하지 않지만 용해된다. 한편, 알칼리 금속(Li, Na, K)은 수산화물 형태로 용액에 들어간다. 위의 공정들 덕분에, 펄스의 2차 최대값들에 의해 영향을 받은 유리 영역은 영향을 받지 않은 영역보다 최대 1000배 빠르게 알칼리에 용해된다. 이것은 원하는 절단의 라인에 높은 함량의 자유 산소 또는 활성 실리콘 및 알루미늄 결합을 갖는 영역을 형성함으로써, 알칼리가 제거될 필요가 없는 공작물 재료를 건드리지 않고 본질적으로 절단 영역만 용해시킨다는 것을 의미한다. 이것은 매우 고정밀 절단을 야기한다. 도 13 에서 알 수 있는 바와 같이, 절단부의 가장자리에 0.05-0.1 μm(50-100 nm)의 경사만 형성된다.

Claims

2 개의 가공 페이즈들을 포함하는, 공작물 재료에 절단 또는 분할 표면을 형성하는 것에 의한 투명 재료의 가공을 위한 방법으로서,
- 공작물 부분들을 서로 완전히 분리하지 않고 레이저로 절단 또는 분할 표면 형성이 수행되는 페이즈 A, 여기서 페이즈 A 는 다음 단계들을 포함한다:
A.1 레이저로 TEM₀₀ 모드의 간섭성 초단파 펄스 레이저 방사선 빔의 생성 단계,
A.2 생성된 상기 레이저 방사선 빔을 상기 레이저 방사선 빔의 설정된 직경, 총 펄스 에너지, 및 편광을 형성하는 광학 시스템으로 지향시키는 단계,
A.3 단계 A.2 에서 형성된 상기 레이저 방사선 빔을 미리 결정된 규칙에 따라 입사 레이저 방사선 빔을 변환하는 광학 요소로 지향시키는 단계,
A.4 그 재료가 상기 레이저 빔 방사선에 대해 대부분 투명한 공작물에서 형성된 상기 레이저 방사선 빔의 국소화 단계, 레이저 방사선 펄스의 미리 결정된 파라미터들은 가공되는 공작물의 초점 영역에서 레이저 방사선 에너지 밀도가 상기 공작물 재료의 특성들을 변경하기에 충분한 것을 보장한다,
A.5 상기 공작물에서의 레이저 방사선 빔 초점이 각각 시프팅하여, 필요한 수의 손상된 영역들을 생성하고 상기 공작물에서 절단 및/또는 분할된 원하는 궤적의 표면을 형성하도록 상기 레이저 방사선 빔에 대한 상기 가공되는 공작물의 제어 가능한 이동 단계, 및
- 페이즈 A 동안 형성된, 상기 절단 및/또는 분할 표면의 상기 궤적에 기초하여 상기 공작물 부분들의 서로로부터의 완전한 분리가 상기 손상 영역에서 상기 공작물 재료를 에칭하는 화학 매체에 상기 공작물을 배치함으로써 수행되는 페이즈 B 를 포함하고,
단계 A.3 에서, 상기 레이저 방사선 빔의 변환이, 상기 미리 결정된 규칙에 따라, 수직 레이저 방사선 빔의 판차라트남-베리 (Pancharatnam-Berry) 위상(PBP)을 원활하게 변경하는 복굴절 구조를 포함하는 광학 요소 (10) 에서 발생하며, 여기서 상기 요소에 접근하는 상기 레이저 방사선 빔에 대한 상이한 PBP 변환 규칙들 및 그들의 배향을 갖는 상기 구조의 적어도 2 개의 영역들이 상기 광학 요소 (10) 에 형성되며, 여기서 적어도 2개의 상기 구조 영역들은 선형 또는 원형 또는 방사형 또는 방위각을 의미하는 편광 유형, 및/또는 상기 요소의 상기 절단 또는 분할 궤적의 방향에 대한 선형 편광 평면의 배향과 같은, 상기 광학 요소(10) 에 접근하는 레이저 방사선의 파라미터들에 따라 서브 빔들의 에너지, 위상 및 편광 분포를 변경하는 능력을 가진 적어도 2개의 서브 빔들을 각각 형성하며,
여기서, 형성된 상기 서브 빔들은 서로 간섭하여 레이저 방사선 빔 전파 방향에 수직인, 평면에서 더 양호한 신장 (elongation) 을 갖는, 설정된 에너지, 위상 및 편광 초점 라인의 중심에서 벗어난 대칭 분포를 갖는 전체 비회절 레이저 방사선 빔을 획득하며, 여기서 상기 광학 요소 (10) 에 접근하는, 단계 A.2 동안 형성된 레이저 방사선의 파라미터들을 변경함으로써 전술한 분포의 원하는 형태를 얻을 수 있으며, 여기서 상기 비회절 레이저 방사선 빔의 중심에서 벗어난 대칭 분포는 밀도 (ρ) 를 갖는 펄스의 에너지의 대부분을 포함하는 광 전파의 수직 평면에서의 메인 길쭉한 에너지 최대값, 및 ρ/6 과 ρ/3 사이의 에너지 밀도를 갖는, 상기 평면에서 연장된 2차 에너지 최대값들을 가져,
얻어진 총 레이저 방사선 빔을 공작물에 위치시키며, 여기서 각각의 레이저 방사선 펄스는 상기 1차 에너지 최대값의 영향으로 인한 공동들 및/또는 균열들에 의해 형성되는 물리적 변화들 및 상기 2차 에너지 최대값들의 영향으로 인한 상기 공작물 재료에서의 화학적 변화들로 이루어진 세장형 (elongated) 일반 손상 영역을 형성하며, 여기서 상기 공작물의 일반적인 손상 영역은 상기 광학 요소(10) 를 그의 축을 중심으로 회전시키고 상기 가공되는 공작물을 제어된 방식으로 이동시킴으로써 상기 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 배향되어, 절단 및/또는 분할 궤적을 따르는 갭들을 갖는, 상기 공작물 재료의 물리적 변화들로 인해, 형성된 세장형 손상 영역들이 차례로 길이 방향으로 위치하는 한편,
단계들 (A4 및 A5) 에서, 레이저 펄스 에너지와 전력 및 공작물 이동 속도는 상기 공작물 재료의 화학적 변화로 인한 상기 손상 영역들이 인접한 공통 손상 영역들이 인접하거나 부분적으로 겹치는 정도로 절단 궤적을 따라, 손상 시의 물리적 변화들로 인해 발생한 상기 손상 영역들을 확장하도록 선택되고; 페이즈 B 에서 화학 매체는 전체 절단 궤적에 걸쳐 동시에 상기 공작물 재료에 작용하는 것을 특징으로 하는 투명 재료의 가공을 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
형성된 상기 세장형 공통 손상 영역은 광의 전파의 방향에 수직이고 대략 일정한 크기의 타원형 평면에 있으며, 상기 방향을 따라 평균값으로부터 +/-15% 이하로 변하는 것을 특징으로 하는 투명 재료의 가공을 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 절단 또는 분할 표면의 궤적은 상기 빔의 가로 치수들에 비해 거리들에서 상기 절단 또는 분할 표면의 궤적을 따라 하나보다 많은 비회절 빔을 확산함으로써 상기 세장형 공통 손상 영역으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 재료의 가공을 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공작물에서의 물리적 변화들로 인한 상기 세장형 손상은 상기 손상의 폭을 최소 1.5 배 초과하는 단차로 배열되는 것을 특징으로 하는 투명 재료의 가공을 위한 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 B 에서 상기 공작물은 상기 공작물 손상의 영역에 형성되고 남아 있는 이전 화학 반응의 생성물들을 상기 공작물에 영향을 미치는 다른 용액에 옮기고 용해시키기 위해, KOH, Na₂CO₃, HF, HCl 용액들과 같은 수개의 선택된 화학적 활성 액체들에 연속적으로 침지되는 것을 특징으로 하는 투명 재료의 가공을 위한 방법.
레이저 방사선 빔의 펄스 에너지, 광 편광 및 직경을 변경하기 위한 광학 시스템으로 지향되는, 초단파 펄스 레이저 방사선 TEM₀₀ 모드 (2) 의 빔을 생성하는 레이저 (1) 를 포함하는 투명 재료의 가공을 위한 디바이스로서,
상기 광학 시스템에서 형성된 상기 레이저 방사선 빔은 가공되는 공작물 (19) 에서, 미리 결정된 규칙에 따라 입사 빔을 변환하도록 의도된 광학 요소를 통해 국소화되며, 이에 의해 공작물 재료는 대부분 상기 레이저 방사선 빔에 대해 투명하며,
상기 광학 시스템에서 형성된 선택된 상기 레이저 방사선 빔 펄스 파라미터들은 초점 영역에서 상기 공작물 재료의 특성들을 변경하기에 충분한 레이저 방사선 에너지 밀도를 보장하고, 제어 가능한 포지셔닝 메커니즘은 상기 레이저 방사선 빔에 대해 가공되는 공작물을 이동시켜 상기 공작물에서의 상기 레이저 방사선 빔 초점 포인트가 이동하여 필요한 수의 손상 영역들을 생성하고 상기 공작물 내에서 원하는 궤적의 절단 및/또는 분할 표면을 형성하도록 의도되고, 용기 (vessel) 는 상기 손상 영역에서 상기 공작물 재료를 에칭하는 화학 매체를 포함하고, 그 내부에 상기 공작물을 배치하고 상기 절단 및/또는 분할 표면의 형성된 궤적에 따라 그의 부분들을 서로 분리하도록 의도되며,
미리 결정된 규칙에 따라 입사 레이저 방사선 빔을 변환하도록 의도된, 상기 레이저 방사선 빔의 경로에서 상기 광학 시스템 외부에 위치된 광학 요소 (10) 는 수직 레이저 방사선 빔의 판차라트남-베리 위상 (PBP) 을 균일하게 변경하는 복굴절 구조를 가지고 있으며, 이에 의해, 상기 요소에 접근하는 상기 레이저 방사선 빔에 대한 상이한 PBP 변환 규칙들 및 그들의 배향을 갖는 상기 복굴절 구조의 적어도 2 개의 영역들이 상기 공작물에 위치되며, 여기서 상기 구조 영역들은 적어도 2 개의 간섭하는 서브 빔들을 형성하여 메인 에너지 최대값 및 2차 에너지 최대값들을 갖는, 상기 레이저 방사선 빔 전파 방향에 수직인, 평면에서 더 양호한 신장을 갖는, 미리 정의된 에너지, 위상 및 편광 초점 라인의 중심에서 벗어난 대칭 분포를 갖는 전체 비회절 레이저 방사선 빔을 생성하며, 여기서 상기 광학 요소 (10) 는 상기 광학 요소 (10) 및 그 안에 형성된 상기 복굴절 구조들의 위치를 변경하기 위해 그의 축 (12) 을 중심으로 회전하는 장착 메커니즘에 장착되고, 상기 광학 요소 (10) 에 의해 형성된 상기 총 비회절 레이저 방사선 빔은 집속 광학계 (15, 16, 17) 를 통해 상기 공작물에서 국소화되며, 이로 인해 상기 메커니즘 (12) 에 의해 상기 광학 요소 (10) 를 회전시켜, 절단선의 궤적을 따라 형성된 세장형 손상 영역의 배향이 변경되고, 제어 가능한 위치 지정 메커니즘이 상기 공작물 재료의 물리적 및 화학적 변화로 구성된 형성된 세장형 공통 손상 영역이 길이 방향으로 차례로 상기 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 배열되는 방식으로 상기 공작물을 이동시켜, 절단 및/또는 분할 궤적을 따라 갭들을 갖는 상기 공작물 재료의 물리적 변화로 인해 형성된 상기 세장형 손상 영역들이 차례로 길이 방향으로 위치하고, 상기 공작물 재료의 화학적 변화에 기인한 손상 영역들은 인접한 공통 손상 영역들이 인접하거나 부분적으로 겹치는 정도로 절단 궤적을 따라 손상 시의 물리적 변화로 인해 발생한 손상 영역들을 확장하는 것을 특징으로 하는 투명 재료의 가공을 위한 디바이스.