KR20230020534A - 탑햇 에너지 분포를 사용하여 코팅 기판을 레이저 가공하는 방법 - Google Patents

탑햇 에너지 분포를 사용하여 코팅 기판을 레이저 가공하는 방법 Download PDF

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산드라 헴
우베 스튜트
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

코팅 기판을 분리하는 방법은 적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함한다. 코팅 기판은 투명 가공물 상에 배치된 코팅 층을 포함하고, 복수의 결함이 코팅 기판의 1차 영역을 코팅 기판의 더미 영역으로부터 분할하는 윤곽 라인을 따라 코팅 기판 내에 배치된다. 방법은 또한 적외선 빔 스폿이 오실레이팅 경로(oscillating pathway)를 추적하도록, 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 단계를 포함하고 오실레이팅 경로는 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르고, 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 오실레이팅하고, 오실레이팅 경로는 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되며, 그리고 적외선 레이저 빔은 코팅 기판의 분리를 유도하기 위해 복수의 결함에 열 에너지를 인가한다.

Description

탑햇 에너지 분포를 사용하여 코팅 기판을 레이저 가공하는 방법
본 출원은 35 USC §119(e) 하에, 2020년 6월 10 일자로 출원된 미국 가출원 제63/037,126호의 우선권 주장 출원이며, 상기 가출원은 전반적으로 여기에 참조로 병합된다.
본 명세서는 일반적으로 코팅 기판을 레이저 가공하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
크기, 무게 및 재료 비용을 줄이기 위해 만들어진 정밀 미세 가공 및 관련 공정 개선의 발전으로 인해 터치 스크린, 태블릿, 스마트폰 및 텔레비전용 평면 패널 디스플레이와 같은, 그러나 이에 제한되지 않은 제품의 빠른 성장이 촉진되었다. 이러한 발전의 결과, 초고속 산업용 레이저는 고정밀 마이크로머시닝이 필요한 응용 분야에서 중요한 도구가 되었다. 그러한 레이저를 사용하는 레이저 절단 공정은 제어 가능한 방식으로 기판을 분리하고 무시할 수 있는 잔해를 형성하며 기판에 최소한의 결함 및 표면아래의 저손상을 유발할 것으로 예상된다. 기판 표면의 코팅은 레이저 절단 공정의 효율성을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 코팅은 레이저 빔의 일부를 흡수하여 기판의 내부 부분으로의 레이저 빔의 전파를 변경할 수 있다. 추가로, 코팅 기판의 분리는 허용할 수 없는 양의 잔해를 형성할 수 있고, 또한 기판의 분리된 부분에 결함 또는 표면 아래 손상을 유발할 수 있다.
이에 따라서, 코팅 기판을 분리하기 위한 대안적인 개선된 방법이 필요하다.
본 개시의 제1 관점에 따라서, 코팅 기판을 분리하는 방법은 적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함한다. 코팅 기판은 투명 가공물 상에 배치된 코팅 층을 포함하고, 복수의 결함이 코팅 기판 내에 배치되고, 코팅 층 및 투명 가공물 둘 다로 연장되며, 그리고 코팅 기판의 1차 영역을 코팅 기판의 더미 영역으로부터 분할하는 윤곽 라인을 따라 배치되며, 그리고 적외선 레이저 빔은 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사한다. 상기 방법은 또한 적외선 빔 스폿이 오실레이팅 경로(oscillating pathway)를 추적하도록, 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 단계를 포함한다. 오실레이팅 경로는 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르고, 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 오실레이팅하고, 오실레이팅 경로는 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되며, 그리고 적외선 레이저 빔은 코팅 기판에 배치된 복수의 결함에 열 에너지를 인가하고 윤곽 라인을 따라 코팅 기판의 분리를 유도한다.
본 개시의 제2 관점은 제1 관점의 방법을 포함하며, 오실레이팅 경로를 추적할 때, 적외선 빔 스폿은 코팅 기판의 1차 영역의 코팅 층을 용융 또는 제거함(ablating) 없이, 코팅 기판의 더미 영역에 열 에너지를 인가한다.
본 개시의 제3 관점은 제1 관점 또는 제2 관점의 방법을 포함하며, 적외선 빔 스폿은 가우스 에너지 분포를 가진다.
본 개시의 제4 관점은 이전 관점들 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 오실레이팅 경로는, 오실레이팅 경로가 오프셋 라인에 직교하는 횡축을 따라 오실레이팅하고 오프셋 라인이 윤곽 라인과 평행하고 윤곽 라인로부터 오프셋되는 선형 오실레이션을 따른다.
본 개시의 제5 관점은 제4관점의 방법을 포함하며, 오실레이팅 경로는 복수의 직선 부분 및 복수의 둥근 부분을 가지고, 복수의 직선 부분 각각은 복수의 둥근 부분 사이의 횡축을 따라 연장되고, 복수의 직선 부분 각각은 0.5 mm 내지 1.5 mm의 길이를 가지며, 그리고 복수의 둥근 부분 각각은 0.5 mm 내지 1.5 mm의 곡률 반경을 가진다.
본 개시의 제6 관점은 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 오실레이팅 경로는, 오실레이팅 경로가 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르면서, 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 회전하여 오실레이팅하는 워블링 오실레이션(wobbling oscillation)을 따른다.
본 개시의 제7 관점은 제1 관점 내지 제3 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 오실레이팅 경로는 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르면서, 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인에서 또는 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 각진 회전(angular turns)을 가진 톱니 경로이다.
본 개시의 제8 관점은 이전 관점들 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 오프셋 라인은 윤곽 라인으로부터 1 mm 내지 2 mm의 거리로 이격되고, 내부 트랙 라인은 윤곽 라인으로부터 0.5 mm 내지 1.5 mm의 거리로 이격되며, 그리고 외부 트랙 라인은 윤곽 라인으로부터 1.5 mm 내지 2.5 mm의 거리로 이격된다.
본 개시의 제9 관점은 이전 관점들 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔은 적외선 빔 소스에 의해 발생되며, 적외선 빔 소스는 적외선 빔 스폿이 오실레이팅 경로를 추적하도록 적외선 레이저 빔을 병진이동하도록 구성된 스캐너에 결합된다.
본 개시의 제10 관점은 이전 관점들 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔은 600 μm 내지 900 μm의 범위의 1/e2 직경을 가진다.
본 개시의 제11 관점은 이전 관점들 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 코팅 층은 중합체 또는 금속 산화물이다.
본 개시의 제12 관점은 이전 관점들 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 투명 가공물은 보로실리케이트 유리, 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 토류 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 토류 보로-알루미노실리케이트 유리, 용융 실리카, 사파이어, 실리콘, 또는 갈륨 비소를 포함한다.
본 개시의 제13 관점은 이전 관점들 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상에 지향시키기 전에, 코팅 기판에 복수의 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시의 제14 관점은 제13 관점의 방법을 포함하며, 복수의 결함을 형성하는 단계는 펄스 레이저 빔을 코팅 기판으로 지향시키는 단계를 포함한다. 펄스 레이저 빔은 코팅 층 및 투명 가공물에 연장되는 펄스 레이저 빔 초점 라인을 형성하고, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 코팅 층 및 투명 가공물에 흡수를 유도하고, 유도된 흡수는 코팅 기판에 개별 결함을 생성하며, 그리고 펄스 레이저 빔 초점 라인은 파장(λ), 스폿 크기(wo), 및
Figure pct00001
보다 큰 레일리 범위(ZR)를 포함하며, 여기서 FD는 10 이상의 값을 포함하는 무차원 발산 계수이다. 방법은 코팅 기판에 복수의 결함을 형성하기 위해 윤곽 라인을 따라 서로에 대해 코팅 기판 및 펄스 레이저 빔 중 적어도 하나를 병진이동시키는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시의 제15 관점은 제14 관점의 방법을 포함하며, 코팅 층은 펄스 레이저 빔 초점 라인의 파장(λ)의 재료 깊이 mm 당 70% 초과의 투과율을 포함한다.
본 개시의 제16 관점은 제14 관점 또는 제15 관점의 방법을 포함하며, 복수의 결함 중 인접한 결함들 사이의 간격은 약 35 μm 이하이고, 펄스 레이저 빔의 각 펄스 버스트는 500μJ보다 큰 펄스 버스트 에너지를 가지며, 그리고 무차원 발산 계수(FD)는 100 내지 2000의 값을 가진다.
본 개시의 제17 관점은 제14 관점 또는 제15 관점의 방법을 포함하며, 펄스 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 비구면 광학 요소를 횡단한다.
본 개시의 제18 관점에 따라서, 코팅 기판을 분리하는 방법은 적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계를 포함한다. 코팅 기판은 투명 가공물 상에 배치된 코팅 층을 포함하고, 복수의 결함이 코팅 기판 내에 배치되고, 코팅 층 및 투명 가공물 둘 다로 연장되며, 그리고 코팅 기판의 1차 영역을 코팅 기판의 더미 영역으로부터 분할하는 윤곽 라인을 따라 배치되고, 적외선 레이저 빔은 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사하며, 그리고 적외선 빔 스폿은 적외선 빔 스폿의 전체 에너지의 20% 이하가 적외선 빔 스폿의 최대 플루언스(fluence)의 80% 미만의 플루언스를 가진 에너지 분포를 포함한다. 방법은 또한 적외선 빔 스폿이 오프셋 라인을 따르도록 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 단계를 포함하며, 오프셋 라인은 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되고 적외선 빔 스폿의 내부 영역이 더미 영역 상으로 투사되도록 윤곽 라인으로부터 오프셋되고, 적외선 레이저 빔은 코팅 기판에 배치된 복수의 결함에 열 에너지를 인가하고 윤곽 라인을 따라 코팅 기판의 분리를 유도한다.
본 개시의 제19 관점은 제18 관점의 방법을 포함하며, 오프셋 라인을 따를 때, 적외선 빔 스폿은 코팅 기판의 1차 영역의 코팅 층을 용융 또는 제거함(ablating) 없이, 코팅 기판의 더미 영역에 열 에너지를 인가한다.
본 개시의 제20 관점은 제18 관점 또는 제19 관점의 방법을 포함하며, 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나는, 적외선 빔 스폿이 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르고 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 오실레이팅하는 오실레이팅 경로를 추적하도록 서로에 대해 병진이동되고, 오실레이팅 경로는 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치된다.
본 개시의 제21 관점은 제18 내지 제 20 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 빔 스폿의 내부 영역 전체는 코팅 기판의 더미 영역 상에 투사된다.
본 개시의 제22 관점은 제18 내지 제 21 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 회절 광학 요소를 횡단한다.
본 개시의 제23 관점은 제18 내지 제 22 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 빔 스폿의 전체 에너지의 10% 이하는 적외선 빔 스폿의 최대 플루언스의 80% 미만을 가진다.
본 개시의 제24 관점은 제18 내지 제 23 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 빔 스폿의 전체 에너지의 5% 이하는 적외선 빔 스폿의 최대 플루언스의 90% 미만을 가진다.
본 개시의 제25 관점은 제18 내지 제 24 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 오프셋 라인은 윤곽 라인과 평행한다.
본 개시의 제26 관점은 제18 내지 제 25 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 코팅 층은 중합체 또는 금속 산화물이다.
본 개시의 제27 관점은 제18 내지 제 26 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 투명 가공물은 보로실리케이트 유리, 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 토류 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 토류 보로-알루미노실리케이트 유리, 용융 실리카, 사파이어, 실리콘, 또는 갈륨 비소이다.
본 개시의 제28 관점은 제18 내지 제 27 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상에 지향시키기 전에, 코팅 기판에 복수의 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시의 제29 관점은 제28 관점의 방법을 포함하며, 복수의 결함을 형성하는 단계는 펄스 레이저 빔을 코팅 기판으로 지향시키는 단계를 포함하며, 펄스 레이저 빔은 코팅 층 및 투명 가공물에 연장되는 펄스 레이저 빔 초점 라인을 형성하고, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 코팅 층 및 투명 가공물에 흡수를 유도하고, 유도된 흡수는 코팅 기판에 개별 결함을 생성한다. 펄스 레이저 빔 초점 라인은 파장(λ), 스폿 크기(wo), 및
Figure pct00002
보다 큰 레일리 범위(ZR)를 포함하며, 여기서 FD는 10 이상의 값을 포함하는 무차원 발산 계수이다. 방법은 또한 코팅 층에 복수의 결함을 형성하기 위해 윤곽 라인을 따라 서로에 대해 코팅 기판 및 펄스 레이저 빔 중 적어도 하나를 병진이동시키는 단계를 포함한다.
본 개시의 제30 관점은 제29 관점의 방법을 포함하고, 코팅 층은 펄스 레이저 빔 초점 라인의 파장(λ)의 재료 깊이 mm 당 70% 초과의 투과율을 포함한다.
본 개시의 제31 관점은, 코팅 기판을 분리하는 방법은 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 레이저 빔을 지향시키는 단계를 포함한다. 코팅 기판은 투명 가공물 상에 배치된 코팅 층을 포함하고, 복수의 결함이 코팅 기판 내에 배치되고, 코팅 층 및 투명 가공물 둘 다로 연장되며, 그리고 코팅 기판의 1차 영역을 코팅 기판의 더미 영역으로부터 분할하는 윤곽 라인을 따라 배치되고, 적외선 레이저 빔은 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사한다. 적외선 빔 스폿은 환형 형상(annular shape)을 포함한다. 방법은 또한 적외선 빔 스폿이 오프셋 라인을 따르도록 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 단계를 포함하고, 오프셋 라인은 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되고 적외선 빔 스폿이 더미 영역 상으로 투사되도록 윤곽 라인으로부터 오프셋되고, 적외선 레이저 빔은 코팅 기판에 열 에너지를 인가하여, 윤곽 라인을 따라 코팅 기판의 분리를 유도한다.
본 개시의 제32 관점은 제31 관점의 방법을 포함하며, 오프셋 라인을 따를 때, 적외선 빔 스폿은 코팅 기판의 1차 영역의 코팅 층을 용융 또는 제거함 없이, 코팅 기판의 더미 영역에 열 에너지를 인가한다.
본 개시의 제33 관점은 제31 관점 또는 제32 관점의 방법을 포함하며, 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나는, 적외선 빔 스폿이 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르고 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 오실레이팅하는 오실레이팅 경로를 추적하도록 서로에 대해 병진이동되고, 오실레이팅 경로는 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치된다.
본 개시의 제34 관점은 제31 관점 내지 제33 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 비구면 광학 요소를 횡단한다.
본 개시의 제35 관점은 제31 관점 내지 제34 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 포커싱 렌즈를 횡단하고, 포커싱 렌즈는 포커싱 렌즈로부터의 초점 거리에 있는 초점면을 포함하며, 그리고 코팅 기판의 제1 표면은 초점면이 코팅 기판의 제1 표면으로부터 오프셋되도록 포커싱 렌즈에 대해 위치된다.
본 개시의 제36 관점은 제31 관점 내지 제35 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔은 펄스 적외선 레이저 빔을 포함하며, 그리고 코팅 기판과 펄스 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시킬 때, 펄스 적외선 레이저 빔은 적외선 빔 스폿의 직경의 ¼ 내지 적외선 빔 스폿의 직경의 ½의 거리로 이격된 오프셋 라인을 따른 충돌 위치에서 코팅 기판의 제1 표면에 충돌한다.
본 개시의 제37 관점은 제31 관점 내지 제36 관점 중 어느 하나의 방법을 포함하며, 적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키기 전에 펄스 레이저 빔을 코팅 기판으로 지향시킴으로써 코팅 기판에 복수의 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함한다. 펄스 레이저 빔은 코팅 층 및 투명 가공물에 연장되는 펄스 레이저 빔 초점 라인을 형성하고, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 코팅 층 및 투명 가공물에 흡수를 유도하고, 유도된 흡수는 코팅 기판에 개별 결함을 생성한다. 펄스 레이저 빔 초점 라인은 파장(λ), 스폿 크기(wo), 및
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보다 큰 레일리 범위(ZR)를 포함하며, 여기서 FD는 10 이상의 값을 가진 무차원 발산 계수이다. 방법은 코팅 층에 복수의 결함을 형성하기 위해 윤곽 라인을 따라 서로에 대해 코팅 기판 및 펄스 레이저 빔 중 적어도 하나를 병진이동시키는 단계를 더욱 포함한다.
본 개시의 제38 관점은 제37 관점의 방법을 포함하며, 코팅 층은 펄스 레이저 빔 초점 라인의 파장(λ)의 재료 깊이 mm 당 70% 초과의 투과율을 포함한다.
여기에 기술된 공정 및 시스템의 추가 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 통상의 기술자에게 그 설명으로부터 용이하게 명백하거나 또는 이하의 상세한 설명, 청구범위 및 첨부된 도면을 포함하는, 여기에 기술된 실시예를 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두는 다양한 실시예를 설명하고 청구 대상의 성질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 기초를 제공하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 다양한 실시예에 대한 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기술된 다양한 실시예를 예시하고, 설명과 함께 청구 대상의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도면에 설명된 실시예는 본질적으로 예시적이고 대표적인 것이며 청구범위에 의해 정의된 대상을 제한하도록 의도되지 않는다. 예시의 실시예에 대한 다음의 상세한 설명은 하기 도면과 함께 읽을 때 이해될 수 있으며, 여기서 유사한 구조는 유사한 참조 번호로 표시되고, 여기에서:
도 1a는 여기에 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 코팅 기판에서 결함의 윤곽의 형성을 개략적으로 도시하고;
도 1b는 여기에 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 코팅 기판을 가공하는 동안 예시적인 펄스 레이저 빔 초점 라인을 개략적으로 도시하고;
도 2는 여기에 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 레이저 가공하는 광학 조립체를 개략적으로 도시하고;
도 3은 여기에 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 예시적인 펄스 버스트 대 시간 내의 레이저 펄스의 상대 세기를 그래프로 도시하고;
도 4는 여기에 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 적외선 레이저 빔으로 레이저 가공하는 광학 조립체를 개략적으로 도시하고;
도 5a는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 결함과 정렬되어 코팅 기판 상으로 지향되는 가우스 세기 프로파일을 가진 적외선 레이저 빔으로 레이저 가공하는 동안 레이저 형성된 결함을 갖는 코팅 기판의 단면을 개략적으로 도시하고;
도 5b는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 5a에 도시된 레이저 가공 기술을 사용하여 분리된 일련의 결함을 갖는 도 5a의 코팅 기판의 상부도를 개략적으로 도시하고;
도 6은 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 결함으로부터 오프셋된 코팅 기판 상으로 지향되는 가우스 세기 프로파일을 가진 적외선 레이저 빔으로 레이저 가공하는 동안 레이저 형성 결함이 있는 코팅 기판의 단면을 개략적으로 도시하고;
도 7a는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 가우스 세기 프로파일을 가진 적외선 레이저 빔을 사용하여 선형 오실레이션을 가진 오실레이팅 경로를 따라 코팅 기판을 레이저 가공하는 것을 개략적으로 도시하고;
도 7b는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 가우스 세기 프로파일을 가진 적외선 레이저 빔을 사용하여 워블링 오실레이션(wobbled oscillation)을 가진 오실레이팅 경로를 따라 코팅 기판을 레이저 가공하는 것을 개략적으로 도시하고;
도 7c는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 가우스 세기 프로파일을 가진 적외선 레이저 빔을 사용하여 톱니 오실레이션을 가진 오실레이팅 경로를 따라 코팅 기판을 레이저 가공하는 것을 개략적으로 도시하고;
도 7d는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 코팅 기판의 제1 표면을 따른 위치에서 오실레이팅 경로를 따르는 가우스 세기 프로파일을 가진 레이저 적외선 레이저 빔에 의해 인가된 상대적 누적 플루언스를 그래프로 도시하고;
도 8a는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 적외선 레이저 빔의 세기 프로파일을 변형하기 위한 회절 광학 요소가 추가된 도 4의 광학 조립체를 개략적으로 도시하고;
도 8b는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 코팅 기판 상에 투사된 변형된 세기 프로파일을 가진 적외선 빔 스폿의 상대적 플루언스 대 방사상 위치를 그래프로 도시하고;
도 8c는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 변형된 세기 프로파일을 가진 도 8a의 적외선 레이저 빔을 사용하여 레이저 가공 동안 코팅 기판의 단면을 개략적으로 도시하고;
도 9a는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 비구면 광학 요소를 포함하는 적외선 레이저 빔으로 레이저 가공하는 광학 조립체를 개략적으로 도시하고;
도 9b는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 코팅 기판에 충돌하는 도 9a의 적외선 레이저 빔의 코스틱을 개략적으로 도시하고;
도 9c는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 9a의 적외선 레이저 빔을 사용하는 레이저 가공 동안의 도 9a의 코팅 기판의 상부도를 개략적으로 도시하며; 그리고
도 9d는 여기에 도시되고 설명된 하나 이상의 실시예에 따라, 도 9a-9c의 레이저 적외선 레이저 빔에 의해 코팅 기판의 위치에 적용되는 상대적인 누적 플루언스를 그래프로 도시한다.
이제 투명 가공물 및 코팅 층을 포함하는 코팅 기판과 같은 기판을 분리하는 실시예에 대해 상세히 언급될 것이다. 코팅 기판은 1차 영역과 더미 영역(dummy region)을 포함한다. 1차 영역은 소비자 전자 제품의 스크린 또는 다른 기판과 같은 최종 제품으로 사용되는 코팅 기판의 일부이고, 더미 영역은 스크랩 영역이다. 1차 영역이 제품으로 사용하기 위한 것이기 때문에, 1차 영역의 손상을 제한하거나 방지하면서 더미 영역으로부터 1차 영역을 분리하는 것이 바람직하다. 여기에 설명된 방법은 펄스 레이저 빔을 사용하여 코팅 기판에 일련의 결함을 형성하고 적외선 레이저 빔을 사용하여 1차 영역과 더비 영역 사이의 경계를 따라 형성되는 일련의 결함을 따라 투명 가공물과 코팅 층을 분리하는 단계를 포함한다.
특히, 여기에 기술된 방법은 단일 공정 단계에서 1차 영역과 더미 영역 사이의 경계를 따라 코팅 기판에 배치된 결함의 분리를 둘 다 유도하기에 충분한 기술을 사용하여 코팅 기판의 더미 영역 상으로 열 에너지를 유도한다. 여기에 기술된 하나의 방법은 더미 영역 상의 오실레이팅 경로를 따라 적외선 레이저 빔을 병진이동시키는 단계를 포함한다. 여기에 기술된 또 다른 방법은 적외선 레이저 빔의 에너지 분포를 탑햇(top hat) 에너지 분포로 변형하는 단계 및 이 변형된 레이저 빔을 더미 영역 상으로 지향시키는 단계를 포함한다. 여기에 기술된 또 다른 방법은 적외선 레이저 빔을 환형 형상으로 형성하는 단계 및 이 환형 적외선 레이저 빔을 더미 영역 상으로 지향시키는 단계를 포함한다. 방법 및 시스템이 투명 가공물 및 코팅 층을 포함하는 코팅 기판과 관련하여 여기에서 주로 설명되지만, 이러한 방법 및 시스템이 코팅되지 않은 투명 가공물과 같은 단일 기판의 분리에도 적용 가능하고, 이는 치핑(chipping) 및 열 크랙을 감소시켜 릴리스 속도가 빨라지는 이점을 얻을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 레이저 가공 기술을 사용하여 코팅 기판을 분리하는 다양한 실시예가 첨부된 도면을 구체적으로 참조하여 여기에서 설명될 것이다. 가능할 때마다 도면 전체에서 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 동일한 참조 번호가 사용될 것이다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "레이저 가공"은 레이저 빔을 기판, 그 예로 코팅 층을 갖는 투명 가공물을 포함한 코팅 기판 상으로 및/또는 내로 지향시키는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 레이저 가공은, 예를 들어, 윤곽 라인 또는 다른 경로를 따라 코닝 기판에 대해 레이저 빔을 병진이동시키는 것을 더 포함한다. 레이저 가공의 예는 레이저 빔을 사용하여 투명 가공물로 연장되는 일련의 결함을 포함하는 윤곽을 형성하고 적외선 레이저 빔을 사용하여 투명 가공물 및 코팅 층 둘 다를 가열하는 것을 포함한다. 레이저 가공은 하나 이상의 원하는 분리 라인을 따라 코팅 기판을 분리할 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "빔 스폿"은 기판(예를 들어, 코팅 기판)의 충돌 표면에서 레이저 빔의 충돌 위치에 있는 레이저 빔의 단면(예를 들어, 빔 단면)을 지칭한다. 충돌 표면은 레이저 빔이 처음 입사하는 코팅 기판의 표면이다. 빔 스폿은 충돌 위치에서의 단면이다. 여기에 설명된 실시예에서, 빔 스폿은 때때로 "축대칭" 또는 "비-축대칭"인 것으로 지칭된다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 축대칭은 중심 축을 중심으로 이루어진 임의의 회전 각도에 대해 대칭이거나 동일하게 나타나는 형상을 지칭하며, "비-축대칭"은 중심 축을 중심으로 이루어진 임의의 회전 각도에 대해 대칭이 아닌 형상을 지칭한다. 회전 축(예를 들어, 중심 축)은 레이저 빔의 광 축(전파 축)으로 가장 흔히 고려되며, 이는 빔 전파 방향으로 확장되는 축이며, 여기서 z-방향으로 지칭된다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "상류" 및 "하류"는 빔 소스에 대한 빔 경로를 따른 두 위치 또는 구성요소의 상대적인 위치를 지칭한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소보다 레이저 빔이 횡단하는 경로를 따라 빔 소스에 더 가까운 경우 제1 구성요소는 제2 구성요소로부터 상류에 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "펄스 레이저 빔 초점 라인"은 빔 전파 방향으로 길게 형성된 초점 영역을 형성하는 펄스 레이저 빔의 상호작용(예를 들어, 교차) 광선의 패턴을 지칭한다. 기존의 레이저 가공에서는, 펄스 레이저 빔이 초점에 정확하게 포커싱된다. 초점은 펄스 레이저 빔의 최대 세기 지점이며, 투명 가공물과 같은 기판의 초점면(초점면)에 위치된다. 이와 달리, 펄스 레이저 빔 초점 라인의 길게 형성된 초점 영역에서, 펄스 레이저 빔의 최대 세기 영역은 지점을 넘어 빔 전파 방향과 정렬된 라인까지 연장된다. 펄스 레이저 빔 초점 라인은 교차하는(예를 들어, 가로지르는) 펄스 레이저 빔의 광선을 수렴하여 빔 전파 방향으로 정렬된 연속적인 일련의 초점을 형성함으로써 형성된다. 여기에 기술된 펄스 레이저 빔 초점 라인은 이하에서 상세하게 수학적으로 정의되는 준-비-회절 빔(준-비-회절 빔)을 사용하여 형성된다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "윤곽 라인"은 레이저 빔과 기판의 상대 움직임으로 인해 발생하는 기판(예를 들어, 코팅 기판)의 입사 표면과 레이저 빔의 교차점 세트에 해당한다. 윤곽 라인은 선형, 각진, 다각형 또는 곡선 형상일 수 있다. 윤곽 라인은 닫혀 있거나(즉, 기판 표면 상에 둘러싸인 영역을 정의함), 열려 있을 수 있다(즉, 기판 표면 상에 둘러싸인 영역을 정의하지 않음). 윤곽 라인은 기판을 둘 이상의 부분으로 분리하기 용이한 경계를 나타낸다. 예를 들어, 여기에 기술된 실시예에서, 윤곽 라인은 코팅 기판의 더미 영역과 코팅 기판의 1차 영역 사이의 경계를 나타낸다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "윤곽"은 윤곽 라인을 따라 레이저 빔과 기판의 상대 움직임을 통해 레이저 빔에 의해 형성된 기판(예를 들어, 코팅 기판의 투명 가공물) 내의 결함 세트를 지칭한다. 결함은 윤곽 라인을 따라 이격되어 기판 내부에 완전히 포함되거나, 하나 이상의 표면을 통해 기판 내부로 연장된다. 결함은 기판의 전체 두께를 통해 연장될 수도 있다. 기판(예를 들어, 투명 가공물)의 분리는 결함을 연결하여, 예를 들어, 크랙의 전파 등을 통해 일어날 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "결함"은 레이저 빔에 의해 변형된 투명 가공물의 영역을 지칭한다. 결함은 투명 가공물의 주변 비변형 영역에 대해 변형된 굴절률을 가진 투명 가공물의 영역을 포함한다. 일반적인 결함은 펄스 레이저 빔 초점 라인에 의해 생성된 투명 가공물의 보이드 공간, 크랙, 스크래치, 흠, 홀, 천공, 치밀화 또는 다른 변형과 같은 구조적으로 변형된 영역을 포함한다. 결함은 또한 여기의 다양한 실시예에서 결함 라인 또는 손상 트랙으로 지칭될 수 있다. 투명 가공물과 펄스 레이저 빔 초점 라인의 상호작용을 통해 결함 또는 손상 트랙이 형성된다. 아래에 더 자세히 설명된 바와 같이, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 펄스 레이저에 의해 생성된다. 윤곽 라인을 따라 특정 위치의 결함은 특정 위치에서 단일 레이저 펄스, 특정 위치에서 펄스 버스트의 서브-펄스 또는 특정 위치에서 다중 레이저 펄스에 의해 생성된 펄스 레이저 빔 초점 라인으로부터 형성된다. 윤곽 라인을 따라 레이저 빔과 투명 가공물의 상대 움직임으로 인해 윤곽을 형성하는 다수의 결함이 발생한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "투명 가공물" 어구는 유리, 유리-세라믹 또는 투명한 다른 재료로로부터 형성된 가공물을 의미하며, 여기에서 사용되는 바와 같이, "투명" 용어는 재료가 재료 깊이 mm 당 20% 미만, 그 예로 지정된 펄스 레이저 파장의 경우 재료 깊이 mm 당 10% 미만, 또는 그 예로 지정된 펄스 레이저 파장의 경우 재료 깊이 mm 당 1% 미만의 선형 광 흡수를 가짐을 의미한다. 달리 명시되지 않는 한, 재료는 재료 깊이 mm 당 약 20% 미만의 선형 광 흡수를 가진다. 투명 가공물은 약 50 미크론(μm) 내지 약 10 mm (그 예로 약 100 μm 내지 약 5 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 3 mm)의 깊이(예를 들어, 두께)를 가질 수 있다. 투명 가공물은 유리 조성물, 그 예로 보로실리케이트 유리, 소다석회 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼리 토류 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 토류 보로-알루미노실리케이트 유리, 용융 실리카, 또는 결정질 재료, 그 예로 사파이어, 실리콘, 갈륨 비소, 또는 이들의 조합으로부터 형성된 유리 가공물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유리는 이온 교환 가능할 수 있어, 유리 조성물이 투명 가공물을 레이저 가공하기 전 또는 후에 유리 강화를 위해 이온 교환을 거칠 수 있다. 예를 들어, 투명 가공물은 이온 교환된 유리 및 이온 교환 가능한 유리, 그 예로 Corning, NY의 Corning Incorporated 사의 Corning® Gorilla® Glass(예를 들어, code 2318, code 2319, 및 code 2320)를 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 이온 교환된 유리는 약 6 ppm/℃ 내지 약 10 ppm/℃의 열팽창계수(CTE)를 가질 수 있다. 다른 예시의 투명 가공물은 Corning, NY의 Corning Incorporated 사의 EAGLE XG® 및 CORNING LOTUSTM 유리를 포함할 수 있다. 게다가, 투명 가공물은 레이저 파장에 투명한 다른 구성요소, 예를 들어, 유리 세라믹 또는 결정, 그 예로 사파이어 또는 셀렌화 아연(zinc selenide)을 포함할 수 있다. 더욱이, 여기에 기술된 실시예에서, 코팅 층은 코팅된 기판을 형성하는 투명 가공물 상에 배치된다.
이온 교환 공정에서, 투명 가공물의 표면층의 이온은, 예를 들어, 이온 교환 배스(bath)에 투명 가공물을 부분적으로 또는 완전히 침수시켜 동일한 균형 또는 산화 상태를 가진 큰 이온으로 교체된다. 큰 이온으로 작은 이온을 교체하는 것은 압축 응력 층이 투명 가공물의 하나 이상의 표면으로부터, 층 깊이로 지칭된 투명 가공물 내에 소정의 깊이로 연장되게 한다. 압축 응력은 인장 응력(중심 인장으로 지칭됨)의 층에 의해 균형을 이루게 되어 유리 시트의 순(net) 응력은 영이 된다. 유리 시트의 표면에서의 압축 응력의 형성은 유리를 강하게 만들고 기계 손상에 대한 저항성을 갖게 하며, 이로써, 층의 깊이를 통해 연장되지 않는 흠에 대한 유리 시트의 치명적인 파손을 완화한다. 일부 실시예에서, 투명 가공물의 표면 층의 더 작은 나트륨 이온(sodium ions)은 더 큰 칼륨 이온(potassium ions)으로 교환된다. 일부 실시예에서, 표면 층의 이온과 더 큰 이온은 Li+ (유리에 존재할 때), Na+, K+, Rb+, 및 Cs+과 같은 1가(monovalent) 알칼리 금속 양이온이다. 대안으로서, 표면 층의 1가 양이온은 Ag+, Tl+, Cu+ 등과 같은 알칼리 금속 양이온과는 다른 1가 양이온으로 교체될 수 있다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "준-비-회절 빔" 용어는 아래에서 수학적으로 설명되는 바와 같이 낮은 빔 발산을 가진 레이저 빔을 설명하기 위해 사용된다. 특히, 여기에 기술된 실시예에서 결함의 윤곽을 형성하기 위해 레이저 빔이 사용된다. 레이저 빔은 세기 분포 I(X,Y,Z)를 가지며, 여기서 도면에 도시된 바와 같이, Z는 레이저 빔의 빔 전파 방향이고, X 및 Y는 빔 전파 방향에 직교하는 방향이다. X 방향 및 Y 방향은 단면 방향이라고도 지칭되고, X-Y 평면은 단면 평면이라고도 지칭될 수 있다. 좌표 및 방향 X, Y 및 Z는 또한 여기에서 x, y 및 z 각각으로 지칭된다. 단면 평면에서 레이저 빔의 세기 분포는 단면 세기 분포로 지칭될 수 있다.
준-비-회절 레이저 빔은 회절 레이저 빔(그 예로, 가우스 빔(Gaussian beam))을, 위상 변경 광학 요소, 그 예로 적응형(adaptive) 위상 변경 광학 요소(예를 들어, 공간 광 변조기, 적응형 위상판, 변형 미러 등), 정적 위상 변경 광학 요소(예를 들어, 정적 위상판, 비구면 광학 요소, 그 예로 액시콘 등) 내에, 상에, 및/또는 를 통해 충돌시켜 형성되어, 아래에 수학적으로 정의된 바와 같이, 빔 위상을 변형하고, 빔 발산을 줄이고, 레일리 범위를 증가시킬 수 있다. 준-비-회절 빔의 예는 가우스-베셀(Gauss-Bessel) 빔, 에어리(Airy) 빔, 웨버(Weber) 빔 및 베셀 빔을 포함한다.
도 1a, 1b 및 2를 참조하면, 결함을 형성하는데 사용되는 펄스 레이저 빔(112)은 세기 분포 I(X,Y,Z)를 추가로 가지며, 여기서 Z는 펄스 레이저 빔(112)의 빔 전파 방향이고, X 및 Y는 도면에 도시된 바와 같이 전파 방향과 직교하는 방향이다. X-방향 및 Y-방향이 단면 방향으로도 지칭될 수 있고, X-Y 평면은 단면 평면으로 지칭될 수 있다. 단면 평면에서 펄스 레이저 빔(112)의 세기 분포는 단면 세기 분포로 지칭될 수 있다.
빔 스폿(114) 또는 다른 단면에서의 펄스 레이저 빔(112)은 준-비-회절 빔, 예를 들어, 도 2에 도시된 광학 조립체(100)에 대해 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 비구면 광학 요소(135)를 통해 펄스 레이저 빔(112)을 전파함으로써(예를 들어, 빔 소스(110)를 사용하여 가우스 빔과 같은 펄스 레이저 빔(112)을 출력함으로써), 아래에서 수학적으로 정의된 바와 같은 낮은 빔 발산을 가진 빔을 포함할 수 있다. 빔 발산은 빔 전파 방향(즉, Z 방향)으로 빔 단면의 확대 비율을 지칭한다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "빔 단면"이라는 어구는 펄스 레이저 빔(112)의 빔 전파 방향에 수직인 평면을 따르는, 예를 들어 X-Y 평면을 따르는 펄스 레이저 빔(112)의 단면을 지칭한다. 여기에서 논의된 하나의 예시적인 빔 단면은 코팅 기판(120) 상에 투사된 펄스 레이저 빔(112)의 빔 스폿(114)이다.
준-비-회절 빔으로부터 생성되는 펄스 레이저 빔 초점 라인의 길이는 준-비-회절 빔의 레일리 범위에 의해 결정된다. 특히, 준-비-회절 빔은, 준-비-회절 빔이 준-비-회절 빔의 레일리 범위와 동일한 빔 허리로부터의 거리를 전파하는 위치에 의해 각각 정의되는 제1 끝점 및 제2 끝점을 가진 펄스 레이저 빔 초점 라인(313)을 정의한다. 레이저 빔 초점의 길이는 준-비-회절 빔의 레일리 범위의 두 배에 해당한다. 비대칭(그 예로 비-축대칭) 빔 단면 프로파일에 대한 그러한 빔의 설명의 일반화를 포함하여, 준-비-회절 빔의 형성 및 그 길이 결정에 대한 상세한 설명은, 참조로 전체적으로 병합된 미국 가출원 제62/402,337호 및 네달란드 특허 출원 제2017998호에 제공된다.
레일리 범위는 레이저 빔의 분산이 2배(빔 허리의 위치의 분산에 대해)가 되는 거리(ISO 11146-1:2005(E)의 3.12절에 정의된 바와 같이 빔 허리 위치에 대한 거리)에 대응하며 레이저 빔의 단면적의 발산의 척도이다. 레일리 범위는 빔 축을 따른 거리로 관찰될 수도 있고, 상기 빔 축에서, 빔의 단면 프로파일에 관찰된 피크 광 세기는 빔 허리 위치(최대 세기의 위치)에서 빔의 단면 프로파일에 관찰된 값의 절반으로 감소된다. 레일리 범위가 큰 레이저 빔은 발산이 낮으며 레일리 범위가 작은 레이저 빔보다 빔 전파 방향의 거리로 더 천천히 확장된다.
빔 단면은 형상 및 치수가 특성화된다. 빔 단면의 치수는 빔의 스폿 크기에 의해 특성화된다. 가우스 빔의 경우, 스폿 크기는 빔의 세기가 최대값의 1/e2로 감소하는 방사상 범위로 자주 정의된다. 가우스 빔의 최대 세기는 세기 분포의 중심(x = 0 및 y = 0(좌표) 또는 r = 0(원주))에서 발생하며, 스폿 크기를 결정하는데 사용되는 방사상 범위는 중심에 대해 측정된다.
가우스 세기 프로파일을 갖는 빔은 결함의 윤곽을 형성하기 위한 레이저 가공에 대해 덜 선호될 수 있는데, 이는, 사용 가능한 레이저 펄스 에너지가 유리와 같은 재료를 변형할 수 있도록 하기 위해 충분히 작은 스폿 크기(그 예로, 약 1-5μm 또는 약 1-10μm와 같은 미크론 범위의 스폿 크기)에 포커싱될 때, 이들이 강하게 회절하고 짧은 전파 거리(낮은 레일리 범위)에 걸쳐 상당하게 발산하기 때문이다. 낮은 발산(높은 레일리 범위)을 달성하기 위해서, 펄스 레이저 빔의 세기 분포를 제어하거나 최적화하여 회절을 감소하는 것이 바람직하다. 펄스 레이저 빔은 회절하지 않거나 약하게 회절할 수 있다. 약한 회절 레이저 빔은 준-비-회절 레이저 빔을 포함한다. 대표적인 약한 회절 레이저 빔은 베셀 빔, 가우스-베셀 빔, 에어리 빔, 웨버 빔, 마티유(Mathieu) 빔을 포함한다.
비-회절 또는 준-비-회절 빔은 일반적으로 반경에 대해 비단조적으로 감소하는 것과 같은 복잡한 세기 프로파일을 가진다. 가우스 빔과 유사하게, 임의의 빔의 경우, 심지어 비-축대칭 빔의 경우에도, 유효 스폿 크기
Figure pct00004
는 세기가 최대 세기의 1/e2로 감소하는 최대 세기(r = 0)의 방사상 위치로부터 임의의 방향으로 가장 짧은 방사상 거리로 정의될 수 있다. 추가로, 축대칭 빔의 경우,
Figure pct00005
는 세기가 최대 세기의 1/e2로 감소하는 최대 세기(r = 0)의 방사상 위치로부터의 방사상 거리이다. 축대칭 빔에 대한 유효 스폿 크기
Figure pct00006
에 기초한 레일리 범위(ZR)에 대한 기준은 아래 식 (1)에서 손상 영역을 형성하기 위한 비-회절 또는 준-비-회절 빔으로서 지정될 수 있다:
Figure pct00007
(1)
여기서
Figure pct00008
는 적어도 10, 실시예에서 적어도 50, 실시예에서 적어도 100, 실시예에서 적어도 250, 특히 적어도 500, 및 또 다른 실시예에서 적어도 1000의 값을 가진 무차원 발산 계수이다. 추가 실시예에서,
Figure pct00009
는 10 내지 약 2000 범위, 특히 50 내지 약 1500 범위, 및 더욱이 특히 100 내지 1000 범위에 있을 수 있다. 비-회절 또는 준-비-회절 빔의 경우, 유효 스폿 크기가 두배인 식 (1)의 거리(레일리 범위) ZR는 통상적인 가우스 빔 프로파일을 사용한 경우 예상되는 거리의
Figure pct00010
배이다. 무차원 발산 계수
Figure pct00011
는 레이저 빔이 준-비-회절인지의 여부를 결정하기 위한 기준을 제공한다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 펄스 레이저 빔(112)은 레이저 빔의 특성이
Figure pct00012
≥10의 값을 갖는 식 (1)을 만족하는 경우에 준-비-회절인 것으로 간주된다.
Figure pct00013
의 값이 증가함에 따라, 펄스 레이저 빔(112)은 보다 거의 완벽하게 비-회절 상태에 접근한다. 이로써,
Figure pct00014
값이 증가함에 따라, 레이저 빔 초점 라인의 길이가 증가하여 더 긴 결함의 형성을 용이하게 한다.
여기에 사용된 바와 같이, 레일리 범위, 빔 발산, 세기 분포, 축대칭 및 비-축대칭 빔, 및 스폿 크기에 대한 추가 정보는 또한 "Lasers and laser-related equipment―Test 방법s for laser beam widths, divergence angles and 빔 전파 ratios ― Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams"으로 명칭된 국제 표준 ISO 11146-1:2005(E), "Lasers and laser-related equipment - Test 방법s for laser beam widths, divergence angles and 빔 전파 ratios - Part 2: General astigmatic beams"으로 명칭된 ISO 11146-2:2005(E), 및 "Lasers and laser-related equipment - Test 방법s for laser beam widths, divergence angles and 빔 전파 ratios - Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, 전파 and details of test 방법s"으로 명칭된 ISO 11146-3:2004(E)에서 발견될 수 있고, 이들 문헌은 여기에서 전체적으로 참조로서 병합된다.
이제 도 1a 및 1b를 참조하면, 투명 가공물(122) 및 투명 가공물(122) 상에 배치된 코팅 층(121)을 포함하는 코팅 기판(120)이 여기에 기술된 방법에 따라 레이저 가공을 겪는 것으로 개략적으로 도시된다. 특히, 도 1a 및 1b는 가우스 펄스 빔 소스와 같은 펄스 빔 소스(110)에 의해 출력되고 빔 경로(111)를 따라 코팅 기판(120)으로 배향되어, 코팅 기판(120)에서, 예를 들어, 코팅 층(121)과 투명 가공물(122) 둘 다로 연장되는 결함(172)을 형성하는 펄스 레이저 빔(112)을 지향시키는 것을 개략적으로 도시한다. 펄스 레이저 빔(112)은 빔 경로(111)를 따라 전파하고 펄스 레이저 빔(112)이, 예를 들어, 비구면 광학 요소(135) 및 하나 이상의 렌즈를 사용하여(도 2), 코팅 기판(120) 내의 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱될 수 있도록 배향된다. 펄스형 레이저 빔 초점 라인(113)은 코팅 층(121)과 투명 가공물(122) 둘 다로 연장될 수 있는 코팅 기판(120) 내에 결함(172)을 생성하기 위해 투명 가공물(122) 및 일부 실시예에서 코팅 층(121) 내에서 유도된 흡수를 발생한다. 더욱이, 결함(172)의 윤곽(170)은 펄스 레이저 빔(112) 및 코팅 기판(120) 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시켜, 펄스 레이저 빔(112)이 병진이동 방향(101)으로 코팅 기판(120)에 대해 병진이동하도록 함으로써 코팅 기판(120)에 형성될 수 있다.
도 1a에 또한 도시된 바와 같이, 펄스 레이저 빔(112)은 코팅 기판(120)의 제1 표면(123) 상에 투사되는 빔 스폿(114)을 형성한다. 도 1a에서, 제1 표면(123)은 코팅 층(121)의 표면이다. 코팅 층(121)은 펄스 레이저 빔(112)의 파장(λ)의 재료 깊이 mm당 70%보다 큰 투과율을 포함하는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 이론에 구애받음 없이, 투과율 손실은 산란 또는 흡수로 인한 것이며 투과율 손실을 최소화하면 코팅 층(121) 및 투명 가공물(122)에서 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)의 형성 방해를 최소화한다. 일부 실시예에서, 투과율은 재료 깊이mm당 95%보다 큰 것과 같이, 재료 깊이 mm당 90%보다 크다. 추가적으로, 코팅 층(121)의 재료는 균일한 상변화(예를 들어, 굴절률에 의한 상변화)를 가진다. 이론에 구애받음 없이, 위상 변경의 임의의 단계는 한 자리 μm 스케일에서 초점을 잃게 될 것이다. 실제로, 광의 위상 또는 방향의 불균일한 변경은 산란을 유발하여 투과율을 감소시킨다. 코팅 층(121)은 펄스 레이저 빔(112)의 파장(λ)의 재료 깊이 mm당 70%보다 큰 투과율을 가진 임의의 재료를 포함할 수 있지만, 예시적인 재료는 금속 산화물 및 중합체를 포함한다.
또한 도 2를 참조하면, 펄스 레이저 빔(112)은 광학 조립체(100)의 최종 포커싱 요소인 렌즈(132)를 사용하여 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱될 수 있다. 단일 렌즈(132)가 도 1a 및 1b에 도시되어 있지만, 광학 조립체(100)는 펄스형 레이저 빔(112)이 비구면 광학 요소(135) 하류에서 준-비-회절 특성을 가지도록 펄스 레이저 빔(112)을 변형하는 비구면 광학 요소(135)를 추가로 포함한다. 이로써, 도 1a 및 1b에 도시된 펄스 레이저 빔(112)의 일부가 렌즈(132)에 충돌할 때, 펄스 레이저 빔(112)은 준-비-회절 특성을 가진다. 더욱이, 일부 실시예는 펄스 레이저 빔(112)을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱하기 위해, 예를 들어, 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132) 및 이들의 반복(도 2)을 포함하는 렌즈 조립체(130)를 포함할 수 있다. 다른 표준 광학 요소(예를 들어, 프리즘, 빔 스플리터 등)도 렌즈 조립체(130)에 포함될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 펄스 레이저 빔(112)은 렌즈(132)에 충돌할 때 환형 형상을 포함할 수 있다. 렌즈(132)가 도 1a에서 펄스 레이저 빔(112)을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱하는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예는 펄스 레이저 빔(112)이 비구면 광학 요소(135) 하류에서 준-비-회절 특성을 가지도록 펄스 레이저 빔(112)을 변형하여 펄스 레이저 빔(112)을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로도 포커싱하는 비구면 광학 요소(135)(도 2)를 사용할 수 있다. 다시 말해, 일부 실시예에서, 렌즈(132)가 최종 포커싱 요소일 수 있고, 다른 실시예에서는 비구면 광학 요소(135)가 최종 포커싱 요소일 수 있다. 펄스 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 실시예는 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, 예를 들어, 약 0.5 mm 내지 약 5 mm의 길이(l)를 갖는 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)을 가지도록 구성될 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)의 길이는 특정 레이저 가공 목표에 기초하여 선택될 수 있다. 일례로서, 더 두꺼운 코팅 기판(120)에 대해, 더 긴 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)을 형성하는 것이 유리할 수 있다. 또 다른 예로서, 코팅 기판(120)의 불연속 깊이 섹션으로만 연장되는 결함(172)이 요구되는 경우, 더 짧은 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)을 형성하는 것이 유리할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 펄스 레이저 빔(112)을 생성하는 광학 조립체(100)가 개략적으로 도시되고, 상기 펄스 레이저 빔(112)은 준-비-회절하며, 비구면 광학 요소(135)(예를 들어, 액시콘(136))를 사용하여, 코팅 층(121) 및 투명 가공물(122)을 포함하는 코팅 기판(120)에 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)을 형성한다. 광학 조립체(100)는 펄스 레이저 빔(112)을 출력하는 펄스 빔 소스(110), 및 제1 렌즈(131)와 제2 렌즈(132)를 포함하는 렌즈 조립체(130)를 포함한다. 코팅 기판(120)은, 펄스 빔 소스(110)에서 출력되는 펄스 레이저 빔(112)이 예를 들어, 비구면 광학 요소(135)를 횡단한 후, 그 후, 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132) 둘 다를 횡단한 후, 코팅 층(121) 및 투명 가공물(122)에 조사되도록 위치될 수 있다.
비구면 광학 요소(135)는 펄스 레이저 빔 소스(110)와 코팅 기판(120) 사이의 빔 경로(111) 내에 위치된다. 동작 시, 비구면 광학 요소(135)를 통해 펄스 레이저 빔(112), 예를 들어 입사 가우스 빔을 전파하는 것은, 비구면 광학 요소(135)를 넘어 전파하는 펄스 레이저 빔(112)의 일부가 상술된 바와 같이 준-비-회절하도록, 펄스 레이저 빔(112)을 변경, 예를 들어 위상 변경시킬 수 있다. 비구면 광학 요소(135)는 비구면 형상을 포함하는 임의의 광학 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 비구면 광학 요소(135)는 원추형 파면 생성 광학 요소(conical wavefront producing optical element), 그 예로 액시콘 렌즈, 예를 들어 음의 굴절 액시콘 렌즈(예를 들어, 음의 액시콘), 양의 굴절 액시콘 렌즈, 반사 액시콘 렌즈, 회절 액시콘 렌즈, 위상 액시콘, 회절 광학장치, 입방체 형상의 광학 요소 등을 포함할 수 있다.
광학 조립체(100)가 주로 비구면 광학 요소(135)를 사용하여 펄스 레이저 빔(112)을 준-비-회절 빔으로 변경하는 것으로 설명되지만, 준-비-회절 빔이 또한 공간 광 변조기, 적응형 위상 판, 정적 위상 판, 변형 가능한 미러, 회절 광학 격자 등과 같은 다른 위상 변경 광학 요소에 의해 형성될 수 있음을 이해하여야 한다. 비구면 광학 요소(135)를 포함하는 이들 각각의 위상 변경 광학 요소는 펄스 레이저 빔(112)의 위상을 변형하여, 빔 발산을 감소시키고, 레일리 범위를 증가시키고, 상기에서 수학적으로 정의된 바와 같이 준-비-회절 빔을 형성한다.
여전히 도 2를 참조하면, 렌즈 조립체(130)는 제1 렌즈(131)가 제2 렌즈(132)의 상류에 위치된 2개의 렌즈를 포함한다. 제1 렌즈(131)는 제1 렌즈(131)와 제2 렌즈(132) 사이의 시준 공간(collimation space)(134) 내에서 펄스 레이저 빔(112)을 시준할 수 있다. 추가로, 렌즈 조립체(130)의 최하류에 위치한 제2 렌즈(132)는 펄스 레이저 빔(112)을 투명 가공물(122)로 포커싱할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132) 각각은 평-볼록 렌즈를 포함한다. 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132) 각각이 평-볼록 렌즈를 포함할 때, 제1 렌즈(131) 및 제2 렌즈(132)의 곡률 각각은 시준 공간(134)을 향하여 배향될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 렌즈(131)는 시준 렌즈를 포함할 수 있고, 제2 렌즈(132)는 메니스커스 렌즈, 비구면, 또는 또 다른 고차 보정 초점 렌즈를 포함할 수 있다. 동작 시, 렌즈 조립체(130)는 빔 경로(111)를 따라 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)의 위치를 제어할 수 있다. 추가 실시예에서, 렌즈 조립체(130)는 펄스 레이저 빔(112)을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱하기 위해 제1 및 제2 렌즈(131, 132)의 단일 세트를 포함하는 4F 렌즈 조립체, 8F 렌즈 조립체, 또는 임의의 다른 알려진 또는 아직 개발되지 않은 렌즈 조립체(130)를 포함할 수 있다. 게다가, 일부 실시예는 렌즈 조립체(130)를 포함하지 않을 수 있고, 대신에 비구면 광학 요소(135)가 펄스 레이저 빔(112)을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 비구면 광학 요소(135)는 펄스 레이저 빔(112)을 준-비-회절 레이저 빔으로 변환하고 준-비-회절 레이저 빔을 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)으로 포커싱할 수 있다.
다시 도 1a-2를 참조하면, 펄스 빔 소스(110)는 펄스 레이저 빔(112)을 출력하도록 구성된다. 동작 시, 윤곽(170)의 결함(172)은 비구면 광학 요소(135) 및/또는 렌즈 조립체(130)에 의해 변형된 바와 같이 펄스 빔 소스(110)에 의해 출력된 펄스 레이저 빔(112)과 투명 가공물(122)의 상호작용에 의해 생성된다. 동작 시, 펄스형 빔 소스(110)에 의해 출력되는 펄스 레이저 빔(112)은 투명 가공물(122)에서 다-광자 흡수(MPA)를 생성할 수 있다. MPA는 한 상태(일반적으로 바닥 상태)로부터 더 높은 에너지 전자 상태(즉, 이온화)로 분자를 여기시키는, 동일하거나 서로 다른 주파수의 두 개 이상의 광자를 동시에 흡수하는 것이다. 수반된 분자의 하위 상태와 상위 상태 사이의 에너지 차이는 수반된 광자의 에너지의 합과 같다. 유도 흡수라고도 하는 MPA는, 예를 들어, 선형 흡수보다 몇 배 더 약한 2차 또는 3차 공정(또는 더 높은 차수)일 수 있다. 이는, 2차 유도 흡수의 강도가, 예를 들어, 광 세기의 제곱에 비례할 수 있다는 점에서 선형 흡수와 상이하고, 이로써, 비선형 광학 공정이다.
일부 실시예에서, 펄스 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 펄스 레이저 빔(112)을 출력할 수 있다. 추가로, 투명 가공물(122)에 결함(172)을 형성하는데 사용되는 펄스 레이저 빔(112)은 선택된 펄스 레이저 파장에 투명한 재료에 매우 적합할 수 있다. 결함(172)을 형성하기 위한 적합한 레이저 파장은 투명 가공물(122)에 의한 선형 흡수 및 산란의 결합된 손실이 충분히 낮은 파장이다. 실시예에서, 레이저 파장에서 투명 가공물(122) 및 코팅 층(121)에 의한 선형 흡수 및 산란으로 인한 결합된 손실은 20%/mm 미만, 또는 15%/mm 미만, 또는 10%/mm 미만, 또는 5%/mm 미만, 또는 1%/mm 미만, 그 예로 0.5%/mm 내지 20%/mm, 1%/mm 내지 10%/mm, 또는 1%/mm 내지 5%/mm, 예를 들어, 1%/mm, 2.5%/mm, 5%/mm, 10%/mm, 15%/mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위, 또는 이들 값 중 어느 하나를 하한으로 가진 임의의 개방형 범위(open-ended range)이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 치수 "/mm"는 펄스 레이저 빔(112)의 빔 전파 방향(즉, Z 방향)에서 투명 가공물(122) 내의 거리 밀리미터당을 의미한다. 많은 유리 가공물에 대한 대표적인 레이저 파장은 Nd3+의 기본 및 고조파 파장을 포함한다(예를 들어, Nd3+:YAG 또는 Nd3+:YVO4는 1064 nm에 가까운 기본 파장 및 532 nm, 355 nm 및 266 nm에 가까운 고차 고조파 파장을 가짐). 주어진 기판 재료에 대하여, 결합된 선형 흡수 및 산란 손실 요구 사항을 충족하는 스펙트럼의 자외선, 가시광선, 및 적외선 부분의 다른 레이저 파장도 사용될 수 있다.
여전히 도 1a-2를 참조하면, 동작 시, 윤곽(170)은, 윤곽 라인(142)에 펄스 레이저 빔(112)을 조사하고 펄스 레이저 빔(112)과 코팅 기판(120) 중 적어도 하나를 윤곽 라인(142)을 따라 윤곽(170)의 결함(172)을 형성하기 위한 병진이동 방향(101)으로 서로에 대해 병진이동시킴으로써 코팅 기판(120)에 형성될 수 있다. 도 1a에 도시된 윤곽(170)은 선형이지만, 윤곽(170)은 비-선형, 예를 들어 곡선일 수 있음을 이해하여야 한다. 추가로, 일부 실시예에서, 윤곽(170)은 원형, 직사각형, 타원형, 정사각형, 육각형, 계란형, 규칙적인 기하학적 형상, 불규칙한 형상, 다각형, 임의의 형상 등과 같은 폐쇄된 윤곽일 수 있다. 윤곽 라인(142)은 코팅 기판(120)의 1차 영역(124)과 더미 영역(126) 사이의 경계를 나타낸다. 1차 영역(124)은 최종 제품으로서 사용될 코팅 기판(120)의 영역이고 더미 영역(126)은 스크랩 영역이다.
펄스 레이저 빔(112)을 코팅 기판(120)으로 지향시키거나 국소화하는 것은 코팅 층(121), 투명 가공물(122) 또는 둘 다(펄스 레이저 빔 초점 라인(113)이 코팅 층(121), 투명 가공물(122) 또는 둘 다로 연장되는지 여부에 의존하여) 내에 유도된 흡수(예를 들어, MPA)를 발생하고, 윤곽 라인(142)을 따라 이격된 위치에서 코팅 층(121) 및/또는 투명 가공물(122)의 화학적 결합을 끊기에 충분한 에너지를 쌓아서 결함(172)을 형성한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 펄스 레이저 빔(112)은 코팅 기판(120)의 움직임(예를 들어, 코팅 기판(120)에 결합된 병진이동 스테이지(190)의 움직임), 펄스 레이저 빔(112)의 움직임(예를 들어, 펄스 레이저 빔 초점 라인(113)의 움직임), 또는 코팅 기판(120) 및 펄스 레이저 빔 초점 라인(113) 둘 다의 움직임에 의해 코팅 기판(120)에 걸쳐 병진이동될 수 있다. 코팅 기판(120)에 대해 펄스 레이저 빔 초점 라인(113) 중 적어도 하나를 병진이동시킴으로써, 복수의 결함(172)은 코팅 기판(120)에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 결함(172)은 일반적으로 윤곽(170)을 따라 0.1 μm 내지 500 μmm, 그 예로 1 μm 내지 200 μm, 2 μm 내지 100 μm, 또는 5 μm 내지 20 μm, 0.1 μm 내지 50 μm, 5 μm 내지 15 μm, 5 μm 내지 12 μm, 7 μm 내지 15 μm, 8 μm 내지 15 μm, 또는 8 μm 내지 12 μm, 그 예로 50 μm 이하, 45 μm 이하, 40 μm 이하, 35 μm 이하, 30 μm 이하, 25 μm 이하, 20 μm 이하, 15 μm 이하, 10 μm 이하, 그 예로 100 μm, 75 μm, 50 μm, 40 μm, 30 μm, 25 μm, 10 μm, 5 μm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위, 또는 이들 값 중 어느 하나를 하한으로 가진 임의의 개방형 범위의 거리만큼 서로 이격될 수 있다. 이론에 의해 제한하려는 의도는 아니지만, 인접한 결함들(172) 사이의 간격 거리를 늘리면 공정 속도가 증가할 수 있고(즉, 공정 시간이 감소됨), 인접한 결함들(172) 사이의 간격 거리를 줄이면 결함(172)의 윤곽(170)의 파손 저항(break resistance)이 줄어들 수 있다. 추가로, 펄스 레이저 빔(112)에 대한 코팅 기판(120)의 병진이동은 하나 이상의 병진 스테이지(190)를 사용하여 코팅 기판(120) 및/또는 펄스 빔 소스(110)를 이동시킴으로써 수행될 수 있다.
이제 도 1a-3을 참조하면, 하나 이상의 윤곽(170)의 결함(172)이 적어도 2개의 서브-펄스(51)를 가진 펄스 버스트(50)로 형성될 때, 윤곽(170)을 따라 코팅 기판(120)을 분리하는데 필요한 힘(즉, 파손 저항)은 펄스 버스트(50)의 서브-펄스의 결합된 에너지와 동일한 에너지를 가진 단일 펄스 레이저를 사용하여 형성된 동일한 코팅 기판(120)에서 인접한 결함들(172) 사이의 동일한 간격을 갖는 동일한 형상의 윤곽(170)의 파손 저항과 비교하여 감소된다. (펄스 버스트(50)와 같은) 펄스 버스트는 레이저에 의해 방출되고 재료와 상호작용하는(즉, 코팅 층(121) 및/또는 투명 가공물(122)의 재료에서 MPA) 서브-펄스의 짧고 빠른 그룹화(즉, 서브 펄스(51)와 같은 서브 펄스의 조밀한 클러스터)이다. 펄스 버스트(50)의 사용(단일 펄스 동작과 반대로)은 결함(172)의 크기(예를 들어, 단면 크기)를 증가시키며, 이는 윤곽(170)을 따라 코팅 기판(120)을 분리할 때 인접한 결함들(172)의 연결을 용이하게 하고, 이로써 코팅 기판(120)의 분리된 섹션에서 윤곽(170)로부터 크랙 형성을 최소화한다.
여전히 도 1a-3을 참조하면, 일부 실시예에서, 펄스 빔 소스(110)에 의해 생성된 펄스는 펄스 버스트(50)당 2 내지 30개의 서브-펄스(51) 또는 펄스 버스트(50)당 5 내지 20개의 서브-펄스(51)와 같이, 펄스 버스트(50)당 2개의 서브-펄스(51) 이상의 펄스 버스트(50)에서 생성된다. 더욱이, 코팅 층(121) 및/또는 투명 가공물(122)을 변형하는데 필요한 에너지는 펄스 에너지이며, 이는 펄스 버스트 에너지(즉, 각 펄스 버스트(50)가 일련의 서브-펄스(51)를 포함하는 펄스 버스트(50) 내에 포함된 에너지; 즉, 펄스 버스트 에너지는 펄스 버스트 내의 모든 서브-펄스의 결합된 에너지)로 설명될 수 있다. 펄스 에너지(예를 들어, 펄스 버스트 에너지)는 25 μJ 내지 1000 μJ 또는 25 μJ 내지 750 μJ, 그 예로 100 μJ 내지 600 μJ, 50 μJ 내지 500 μJ, 또는 50 μJ 내지 250 μJ, 예를 들어, 25 μJ, 50 μJ, 75 μJ, 100 μJ, 200 μJ, 250 μJ, 300 μJ, 400 μJ, 500 μJ, 600 μJ, 750 μJ, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위, 또는 이들 값 중 어느 하나를 하한으로 가진 임의의 개방형 범위일 수 있다.
이제 도 4-5b를 참조하면, 예를 들어, 도 1-3에 따른 실시예 중 하나를 사용하여 코팅 기판(120)에서 윤곽 라인(142)을 따라 결함(172)의 윤곽(170)을 형성한 후, 코팅 기판(120)은 윤곽 라인(142)을 따라(즉, 결함(172)의 윤곽(170)을 따라) 투명 가공물(122) 및 코팅 층(121)의 분리를 유도하기 위해 후속 분리 단계에서 추가로 작용될 수 있다. 후속 단계 분리는 적외선 레이저 빔(212)을 코팅 기판(120) 상으로 지향시켜 코팅 층(121) 및 투명 가공물(122)에 열 응력을 인가하는 단계를 포함한다. 인가된 열 응력은 윤곽 라인(142)을 따라 코팅 기판(120)의 인접 결함들(172) 사이에서 연장되는 분리를 유도한다. 투명 가공물(122)에서 이러한 분리는 윤곽 라인(142)을 따라 크랙의 전파를 포함할 수 있다.
이론에 얽매이지 않고, 적외선 레이저 빔(212)은 윤곽 라인(142)에서 또는 그 근처에서 코팅 층(121)의 온도를 급속히 증가시키고 코팅 층(121)의 재료를 윤곽 라인(142)을 따라 또는 그 근처에서 변형하여 인접한 결함들(172) 사이에서 연장되는 코팅 층(121)의 재료의 분리를 유도하는 제어된 열 소스이다. 부가적으로, 이러한 급속 가열은 윤곽(170) 상에 또는 그에 인접한 투명 가공물(122)에 압축 응력을 만들 수 있다. 투명 가공물(122)의 가열된 표면의 면적이 투명 가공물(122)의 전체 표면적에 비교될 때 상대적으로 작고 얕기 때문에, 가열된 면적은 상대적으로 빠르게 냉각된다. 결과적인 온도 구배는 윤곽(170)을 따라 그리고 투명 가공물(122)의 깊이를 통해 크랙을 전파하기에 충분한 투명 가공물(122)에서 인장 응력을 유도하여, 윤곽(170)을 따라 투명 가공물(122)의 완전한 분리를 초래한다. 이론에 얽매이지 않고, 인장 응력은 적외선 레이저 빔(212)에 의해 유도된 더 높은 국소 온도를 갖는 가공물의 부분에서 유리의 팽창(즉, 변경된 밀도)에 의해 야기될 수 있다고 여겨진다. 코팅 층(121)과 투명 가공물(122) 둘 다의 분리를 유도함으로써, 적외선 레이저 빔(212)은 윤곽선(142)을 따라 코팅 기판(120)의 분리를 유도한다.
도 4는 적외선 레이저 빔(212)을 발생하도록 구성된 적외선 빔 소스(210)를 포함하는 광학 조립체(200)를 도시한다. 적외선 빔 소스(210)는 이산화탄소 레이저("CO 레이저"), 일산화탄소 레이저("CO 레이저"), 고체-상태 레이저, 레이저 다이오드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 적외선 레이저 빔(212)은 투명 가공물(122)에 의해 쉽게 흡수되는 파장, 예를 들어 1.2 μm 내지 13 μm의 범위, 그 예로 4 μm 내지 12 μm의 범위의 파장을 포함한다. 적외선 레이저 빔(212)의 파워는 약 10 W 내지 약 4000 W, 예를 들어 100 W, 250 W, 500 W, 750 W, 1000 W 등일 수 있다. 추가로, 적외선 빔 소스(210)는 연속파 레이저 또는 펄스 레이저를 포함할 수 있다. 광학 조립체(200)는 적외선 레이저 빔(212)을 코팅 기판(120) 상에 포커싱하기 위한 렌즈(232)를 포함하는 렌즈 조립체(230)를 추가로 포함한다. 동작 시, 적외선 레이저 빔(212)은 적외선 빔 경로(211)를 따라 전파하며, 적외선 레이저 빔(212)이 코팅 기판(120) 상으로 지향될 수 있도록, 예를 들어 렌즈(232)를 사용하여 코팅 기판(120)의 제1 표면(123) 상으로 포커싱될 수 있도록 배향된다.
이제 도 5a를 참조하면, 적외선 레이저 빔(212)으로 레이저 가공하는 동안 결함(172)의 윤곽(170)을 갖는 코팅 기판(120)의 단면이 개략적으로 도시된다. 도 5a에서, 적외선 레이저 빔(212)은 도 4의 광학 조립체(200)를 사용하여 코팅 기판(120) 상으로 지향되고 코팅 기판(120)에서 가우스 세기 프로파일을 포함한다. 부가적으로, 도 5a에서, 적외선 레이저 빔(212)은 결함(172)의 윤곽(170)과 정렬되어 이로서 윤곽 라인(142)과 정렬되어 코팅 기판(120) 상으로 지향된다. 적외선 레이저 빔(212)이 가우스 에너지 분포를 포함하기 때문에, 코팅 기판(120)과 적외선 레이저 빔(212)의 상호작용은 가우스 형상을 가진 열 영향 구역(140)을 형성한다. 열 영향 구역(140)은 윤곽(170)을 따라 코팅 기판(120)의 분리를 유도하기에 충분한 열 응력을 생성하기 위해 적외선 레이저 빔(212)의 가우스 에너지 분포로부터 충분한 에너지를 수용하는 코팅 기판(120)의 부분에 대응한다. 즉, 열 영향 구역(140)은 코팅 층(121)의 일부와 결함(172)의 윤곽(170)의 분리를 유도하기에 충분한 열에너지가 가해지는 투명 가공물(122)의 일부를 포함한다. 그러나, 도 5a에 도시된 바와 같이, 적외선 레이저 빔(212)이 결함(172)의 윤곽(170)과 정렬되어 코팅 기판(120) 상으로 지향될 때, 열 영향 구역(140)은 더미 영역(126)과 1차 영역(124) 둘 다에서 대칭으로 형성되며, 이는, 예를 들어, 1차 영역(124) 상의 코팅 층(121)을 녹이거나 제거하여 일부 용융 및 제거를 야기함으로써 1차 영역(124)을 손상시킨다. 실제로, 도 5b는 도 5a에 도시된 레이저 가공 기술을 사용하여 분리된 일련의 결함(172)을 갖는, 도 5a의 코팅 기판(120)의 상부도를 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 열 영향 구역(140)은 1차 영역(124)으로 연장되며, 이는 도 5a의 기술을 사용하여 1차 영역(124)에서 원치 않는 손상이 생성됨을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 1차 영역(124)은 최종 제품으로서 사용될 코팅 기판(120)의 영역이고 이로써 1차 영역(124)에 대한 어떠한 손상도 바람직하지 않다. 대조적으로, 더미 영역(126)은 스크랩 영역이다.
이제 도 6을 참조하면, 1차 영역(124)에 대한 손상을 방지하기 위한 하나의 가능한 해결책은 결함(172)으로부터 적외선 레이저 빔(212)을 오프셋시키고 적외선 레이저 빔(212)을 주로 결함(172)의 윤곽(170)으로부터, 그리고 1차 영역(124)으로부터 멀리 오프셋된 코팅 기판(120)의 더미 영역(126) 상으로 지향시키는 것이다. 도 6에서, 적외선 레이저 빔(212)은 도 4의 광학 조립체(200)를 사용하여 코팅 기판(120) 상으로 지향되고 코팅 기판(120)에서 가우스 세기 프로파일을 포함한다. 적외선 레이저 빔(212)을 1차 영역(124)으로부터 떨어진 더미 영역(126) 상으로 지향시키는 것은 결함(172)의 윤곽(170)을 따라 상기 윤곽에 인접하여 더미 영역(126) 상의 코팅 층(121)을, 1차 영역(124) 상의 코팅 층(121)의 제거, 용융, 착색, 표면 변경 및/또는 전도성 변화 없이, 변형한다. 즉, 윤곽(170)으로부터 더미 영역(126)으로의 적외선 레이저 빔(212)의 배치는 1차 영역(124)의 코팅 층(121) 부분으로 전달되는 적외선 레이저 빔(212)의 가우스 에너지 분포로부터 손상을 피하기에 충분한 정도로 열 에너지를 감소시킨다. 그러나, 적외선 레이저 빔(212)이 코팅 기판(120)에서 가우스 세기 프로파일을 포함하기 때문에, 1차 영역(124)에 대한 손상을 방지하기 위해 결함(172)의 윤곽(170)으로부터 충분히 멀리 오프셋된 적외선 레이저 빔(212)을 위치시키는 것은 인접한 결함들(172) 사이에서 코팅 기판(120)의 재료의 분리를 유도하는데 실패할 수 있는데, 이는 결함(172)에 근접한 결과적인 온도 구배를 감소시키기 때문이다. 예를 들어, 1차 영역(124)에 대한 손상을 방지하기 위해 결함(172)의 윤곽(170)으로부터 충분히 멀리 오프셋된 적외선 레이저 빔(212)을 위치시키는 것은 윤곽(170)을 따라 그리고 투명 가공물(122)의 깊이를 통해 크랙을 전파하기에 충분한 투명 가공물(122)에 인장 응력을 유도하는데 실패할 수 있는데, 이는 결함(172)에 근접한 결과적인 온도 구배를 감소시키기 때문이다. 이로써, 1차 영역(124)에 대한 손상을 최소화하거나 방지하면서 코팅 기판(120)을 분리(즉, 더미 영역(126)으로부터 1차 영역(124)을 분리)하기 위한 대안적인 기술이 요구된다.
여전히 도 6을 참조하면, 1차 영역(124)에 대한 손상을 최소화하면서 코팅 기판(120)을 분리하는 하나의 기술은 윤곽 라인(142)으로부터 오프셋된 적외선 레이저 빔(212)을 다수의 경로를 따라 병진이동시키는 것이며, 각각의 개별 경로는 1차 영역(124)을 손상시키기는데 충분한 열 에너지를 인가하지 않는다. 단일 경로는 결함(172)의 윤곽(170), 특히 투명 가공물(122)로 연장되는 결함(172)의 윤곽(170) 부분을 분리하기에 충분하지 않을 수 있지만, 열 에너지는 다수의 통과 시 투명 가공물(122)에 축적되어, 1차 영역(124)을 손상시키지 않고 결함(172)의 윤곽(170)을 따라 코팅 기판(120)의 분리를 유도한다. 추가로, 각 경로는 각각 더미 영역(126)을 따라 위치된 동일한 경로 또는 오프셋 경로를 따를 수 있다.
이제 도 7a-9b를 참조하면, 코팅 기판(120)의 1차 영역(124)에 대한 손상을 제한하거나 방지하면서 윤곽 라인(142)을 따라 코팅 기판(120)의 일련의 결함(172)의 분리를 유도하기에 충분한 열 응력을 발생시키는 추가적인 기술이 이제 설명될 것이다. 특히, 도 7a 내지 도 7d는 가우스 세기 프로파일을 가진 도 4의 적외선 레이저 빔(212)을 사용하여 오실레이팅 경로(150)를 따라 코팅 기판(120)을 레이저 가공하는 방법을 도시하고, 도 8a-8c는 변경된 에너지 분포를 가진 적외선 레이저 빔(212')을 사용하여 코팅 기판(120)을 레이저 가공하는 방법을 도시하며, 그리고 도 9a 및 9b는 환형으로 형성되고 최종 포커싱 요소의 초점면(204)으로부터 오프셋된 코팅 기판(120)의 제1 표면(123) 상으로 지향되는 적외선 레이저 빔(212")을 사용하여 코팅 기판(120)을 레이저 가공하는 방법을 도시한다. 이들 각각의 기술은 코팅 기판(120)의 1차 영역(124)에 대한 손상을 제한하거나 방지하면서 단일 경로로 코팅 기판(120)의 결함(172)의 윤곽선(170)의 분리를 유도한다. 실제로, 여기에 설명된 기술은 택 타임(tact time)을 줄이고 공정 중에 발생된 잔해를 줄이고 광학 시스템의 복잡성을 줄인다. 더욱이, 이들 기술이 주로 투명 가공물(122) 및 코팅 층(121)을 포함하는 코팅 기판(120)에 대해 여기서 설명되지만, 이러한 기술은 코팅되지 않은 투명 가공물과 같은 단일 기판의 분리에도 적용할 수 있어, 치핑(chipping) 및 열 크랙의 감소 및 따라서 더 높은 릴리스 속도로부터 이익을 얻을 수 있음을 이해하여야 한다.
이제 도 7a-7c를 참조하면, 적외선 레이저 빔(212)을 사용하여 분리 단계를 겪는 윤곽 라인(142)을 따라 위치된 복수의 결함(172)을 포함하는 코팅 기판(120)의 개략적인 상부도가 도시된다. 도 7a-7c에 도시된 방법에서, 적외선 레이저 빔(212)은 오실레이팅 경로(150)를 따른다. 특히, 코팅 기판(120) 및 적외선 레이저 빔(212) 중 적어도 하나는 적외선 빔 스폿(214)이 오실레이팅 경로(150)를 추적하도록 서로에 대해 병진이동된다. 적외선 빔 스폿(214)은 코팅 기판(120)의 제1 표면(123) 상에 적외선 레이저 빔(212)에 의해 투사된다. 오실레이팅 경로(150)는 더미 영역(126) 상에 배치되어 적외선 레이저 빔(212)이 1차 영역(124) 상에 손상을 최소화하거나 전혀 생성하지 않도록 한다. 위의 도 6의 실시예와 유사하게, 적외선 레이저 빔(212)은 가우스 에너지 분포를 포함한다; 그러나, 오실레이팅 경로(150)는 코팅 기판(120)의 더미 영역(126)에 대한 충분한 열 에너지의 인가를 용이하게 하여 1차 영역(124)에 대한 손상을 피하면서 윤곽 라인(142)을 따라 코팅 기판(120)의 분리를 유도한다. 오실레이팅 경로(150)를 따른 적외선 레이저 빔(212)의 횡단은 1차 영역(124)으로 전달되는 열 에너지의 양을 제어하는 메커니즘을 제공한다. 적외선 레이저 빔(212)이 윤곽 라인(142)에 더 가깝게 이동함에 따라, 더 많은 열 에너지가 결함(172) 부근으로 전달되고 투명 가공물(122)의 분리를 유도하기에 충분한 열 에너지가 이용 가능하다. 1차 영역(124)에서 코팅 층(121)에 대한 손상을 방지하기 위해, 적외선 레이저 빔(212)의 움직임이 역전되고 윤곽 라인(142)으로부터 멀리 이동되어 1차 영역(124)으로의 열 에너지의 과도한 전달을 방지한다. 적외선 레이저 빔(212)의 파워, 오실레이팅 경로(150)를 따른 적외선 레이저 빔(212)의 횡단 속도 및 윤곽 라인(142)에 대한 적외선 레이저 빔(212)의 가장 가까운 접근의 근접성, 이뿐아니라 횟수를 제어함으로써, 적외선 레이저 빔(212)은 윤곽 라인(142)에 가장 가까운 접근 거리에 도달하고, 열 에너지 전달이 제어되고, 1차 영역(124)의 코팅 층(121)에 대한 손상 없이 더미 영역(126)으로부터 1차 영역(124)의 분리가 달성될 수 있다.
도 7a-7c에 도시된 바와 같이, 오실레이팅 경로(150)는 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이에서 오실레이팅하면서 병진이동 방향으로 오프셋 라인(144)을 따른다. 도 7a-7c에 도시된 실시예에서, 각각의 오실레이션(oscillation)은 내부 트랙 라인(146) 또는 외부 트랙 라인(148) 중 하나로부터 다른 것으로 연장된다. 그러나, 일부 실시예에서, 오실레이팅 경로(150)는 오실레이션의 일부 또는 모두 동안, 내부 트랙 라인(146), 외부 트랙 라인(148) 또는 둘 다에 도달함 없이, 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이에서 오실레이팅할 수 있음을 이해하여야 한다. 오프셋 라인(144), 내부 트랙 라인(146) 및 외부 트랙 라인(148) 각각은 코팅 기판(120)의 더미 영역(126) 상에 배치된다. 특히, 오프셋 라인(144), 내부 트랙 라인(146) 및 외부 트랙 라인(148) 각각은 코팅 기판(120)의 더미 영역(126) 상의 평행 경로이고 윤곽 라인(142)에 각각 평행한다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 실시예에서, 윤곽 라인(142)은 Y 축을 따라 선형이고 횡축은 X축이다. 그러나, 윤곽 라인(142) 및 오프셋 라인(144)은 만곡되거나 그렇지 않으면 비-선형일 수 있고 따라서 횡축은 오프셋 라인(144)과의 직교성을 유지하기 위해 오프셋 라인(144)을 따르는 지점에서 변화될 수 있음을 이해하여야 한다.
오프셋 라인(144)은 윤곽 라인(142)으로부터 0.5 mm 내지 2 mm와 같이, 윤곽 라인(142)으로부터 0.2 mm 내지 3 mm의 거리로 이격될 수 있고, 예를 들어, 오프셋 라인(144)은 윤곽 라인(142)으로부터 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, 2 mm, 2.25 mm, 2.5 mm, 2.75 mm, 3 mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위의 거리만큼 이격될 수 있다. 내부 트랙 라인(146)은 윤곽 라인(142)으로부터 0.5 mm 내지 1.5 mm의 거리와 같이, 윤곽 라인(142)으로부터 0.25 mm 내지 2 mm의 거리로 이격될 수 있고, 예를 들어, 내부 트랙 라인(146)은 윤곽 라인(142)으로부터 0.25 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.75 mm, 2 mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위의 거리만큼 이격될 수 있다. 외부 트랙 라인(148)은 윤곽 라인(142)으로부터 1.5 mm 내지 2.5 mm의 거리와 같이, 윤곽 라인(142)으로부터 0.75 mm 내지 4 mm의 거리로 이격될 수 있고, 예를 들어, 외부 트랙 라인(148)은 윤곽 라인(142)으로부터 0.75 mm, 1 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.6 mm, 1.7 mm, 1.8 mm, 1.9 mm, 2 mm, 2.1 mm, 2.2 mm, 2.3 mm, 2.4 mm, 2.5 mm, 2.75 mm, 3 mm, 3.25 mm, 3.5 mm, 3.75 mm, 4 mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위의 거리만큼 이격될 수 있다. 더욱이, 오프셋 라인(144)은 내부 트랙 라인(146) 및 외부 트랙 라인(148) 둘 다로부터 동일하게 이격될 수 있다. 부가적으로, 오프셋 라인(144)과 내부 트랙 라인(146) 및 외부 트랙 라인(148) 각각 사이의 간격 거리는 내부 트랙 라인(146)과 윤곽 라인(142) 사이의 거리와 동일할 수 있다.
더욱이, 윤곽 라인(142), 오프셋 라인(144), 내부 트랙 라인(146) 및 외부 트랙 라인(148) 사이의 간격 거리는 적외선 빔 스폿(214)의 1/e2 빔 직경의 함수일 수 있다. 예를 들어, 윤곽 라인(142), 오프셋 라인(144), 내부 트랙 라인(146) 및 외부 트랙 라인(148) 사이의 간격 거리는 적외선 빔 스폿(214)의 1/e2 빔 직경의 적어도 절반일 수 있다. 적외선 빔 스폿(214)의 1/e2 빔 직경은 350 μm 내지 2 mm, 그 예로 500 μm 내지 1 mm, 또는 600 μm 내지 900 μm, 예를 들어, 500 μm, 550 μm, 600 μm, 650 μm, 700 μm, 750 μm, 800 μm, 850 μm, 900 μm, 950 μm, 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위에 있다. 동작 시, 상기의 범위의 적외선 빔 스폿(214)의 1/e2 빔 직경은 코팅 기판(120)에 대한 열 에너지의 고정밀 인가를 용이하게 할 수 있고 적외선 빔 스폿(214)이 1차 영역(124)에 충돌하지 않고 오실레이팅 경로(150)를 따라 오실레이팅할 수 있게 한다.
동작 시, 적외선 빔 스폿(214)이 오실레이팅 경로(150)를 추적하도록 적외선 레이저 빔(212)이 병진이동됨에 따라, 적외선 레이저 빔(212)은 코팅 기판(120)의 1차 영역(124)에 대한 손상을 제한하거나 방지하면서 윤곽 라인(142)을 따라 코팅 기판(120)의 일련의 결함(172)의 분리를 유도하기 위해 코팅 기판(120)에 열 에너지를 가한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 스캐너(192)는 적외선 빔 소스(210)에 결합되고 적외선 빔 스폿(214)이 오실레이팅 경로(150)를 추적하도록 적외선 빔 소스(210) 및 적외선 레이저 빔(212)을 병진이동시키도록 구성된다. 특히, 스캐너(192)는 적외선 레이저 빔(212)을 선형으로 병진이동시키면서 적외선 레이저 빔(212)을 오실레이팅할 수 있다. 적외선 레이저 빔(212)의 움직임 속도는 바람직하게는 10 mm/s 이상, 그 예로 10 mm/s 내지 2000 mm/s, 또는 20 mm/s 내지 1500 mm/s, 또는 30 mm/s 내지 1200 mm/s, 또는 40 mm/s 내지 1000 mm/s, 또는 50 mm/s 내지 800 mm/s, 또는 60 mm/s 내지 500 mm/s이다.
더욱이, 도 7a-7c 각각은 오실레이팅 경로(150)의 상이한 실시예를 도시한다. 예를 들어, 도 7a는 진자(pendulum) 경로(155)인 오실레이팅 경로(150)의 실시예를 도시하고, 도 7b는 워블링(wobbling) 경로(153)인 오실레이팅 경로(150)의 실시예를 도시하며, 그리고 도 7c는 톱니 경로(154)인 오실레이팅 경로(150)의 실시예를 도시한다.
이제 도 7a를 참조하면, 일부 실시예에서 오실레이팅 경로(150)는 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이의 횡축을 따라 오실레이팅하면서 병진이동 방향으로 오프셋 라인(144)을 따르는 진자 경로(155)이며, 여기서 횡축은 오프셋 라인(144)과 직교한다. 예를 들어, 진자 경로(155)는 복수의 둥근 부분(151) 및 복수의 직선 부분(152)을 가진다. 복수의 둥근 부분(151) 각각은 내부 트랙 라인(146) 또는 외부 트랙 라인(148)에 도달한다. 더욱이, 직선 부분(152) 각각은 2개의 둥근 부분들(151) 사이에서 연장되고 오프셋 라인(144)을 가로지른다. 실제로, 도 7a에 도시된 바와 같이, 직선 부분(152)은 오프셋 라인(144)에 직교하는 횡축을 따라 연장된다. 일부 실시예에서, 복수의 직선 부분(152) 각각은 0.25 mm 내지 2 mm, 그 예로 0.5 mm 내지 1.5 mm, 예를 들어, 0.25 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.75 mm, 2 mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위의 길이를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 둥근 부분(151) 각각은 0.25 mm 내지 2 mm, 그 예로 0.5 mm 내지 1.5 mm, 예를 들어, 0.25 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 0.9 mm, 1.0 mm, 1.1 mm, 1.2 mm, 1.3 mm, 1.4 mm, 1.5 mm, 1.75 mm, 2 mm, 또는 이들 값 중 임의의 두 값을 종값으로 가진 임의의 범위의 곡률 반경을 포함한다.
이제 도 7b를 참조하면, 일부 실시예에서 오실레이팅 경로(150)는 병진이동 방향으로 오프셋 라인(144)을 따르면서 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이에서 회전하여 오실레이팅하는 워블링 경로(153)이다. 동작 시, 워블링 경로(153)는 스캐너(192)를 사용하여 달성될 수 있다. 특히, 스캐너(192)는 오프셋 라인(144)을 따르도록 병진이동 방향을 따라 적외선 레이저 빔(212)을 선형으로 병진이동시키면서, 적외선 레이저 빔(212)을 스캐너(192)의 중심축 주위에서 원형 패턴으로 회전(예를 들어, 적외선 빔 소스(210)를 회전)시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 둥근 패턴은 원형 또는 타원형이고 일부 실시예에서 둥근 패턴은 리사주 패턴(Lissajou pattern)일 수 있다. 이제 도 7c를 참조하면, 일부 실시예에서, 오실레이팅 경로(150)는 병진이동 방향으로 오프셋 라인(144)을 따르면서 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148)에서 또는 이들 사이에서 각진 회전(angular turns)으로 연결된 복수의 직선 부분을 가진 톱니 경로(154)이다.
이제 도 7a-7d를 참조하면, 도 7a-7c의 오실레이팅 경로(150)를 따라 적외선 레이저 빔(212)으로 코팅 기판(120)의 더미 영역(126)을 조사함으로써,적외선 레이저 빔(212)에 의해 코팅 기판(120)의 더미 영역(126) 상에 적용된 누적 플루언스(accumulated fluence)는 탑햇(top hat) 누적 플루언스 분포를 따르고, 탑햇 누적 플루언스 분포에서 더미 영역(126)에 인가된 총 에너지의 20% 이하는 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이에 위치하지 않는 더미 영역(126) 부분에 인가되고, 그리고 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이의 더미 영역(126) 부분은 더미 영역(126)의 임의의 부분에 적용된 최대 누적 플루언스의 80%보다 큰 누적 플루언스에 의해 영향을 받는다. 이 탑햇 누적 플루언스 분포는 도 7d에 그래프로 도시되어 있으며, 여기서 그래프(40)의 라인(42)은 더미 영역(126)의 일부를 따른 위치의 함수로서 상대적인 누적 플루언스를 나타낸다. 누적 플루언스 분포의 피크에서 상대 누적 플루언스가 1로 정규화되고 누적 플루언스 분포의 균형이 비례적으로 조정된다(scaled).
이제 도 8a-8c를 참조하면, 변경된 에너지 분포를 가진 적외선 레이저 빔(212')을 사용하여 코팅 기판(120)을 레이저 가공하는 또 다른 방법이 개략적으로 도시된다. 도 8은 적외선 레이저 빔(212)의 세기 프로파일을 변형하기 위한 회절 광학 요소(238)를 추가하여 도 4의 광학 조립체(200)를 포함하는, 광학 조립체(200') 및 렌즈 조립체(230')를 개략적으로 도시한다. 특히, 적외선 빔 소스(210)에 의해 출력되는 적외선 레이저 빔(212)은 가우스 에너지 분포를 포함하고, 회절 광학 요소(238)를 횡단하고 코팅 기판(120)에 도달한 후, 적외선 레이저 빔(212)(이제 적외선 레이저 빔(212'))은 변형된 탑햇 에너지 분포를 포함한다. 이로써, 적외선 레이저 빔(212')에 의해 코팅 기판(120)의 제1 표면(123) 상으로 투사된 적외선 빔 스폿(214')(도 8b)은 탑햇 에너지 분포를 포함한다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "탑햇 에너지 분포"는 적외선 빔 스폿(예를 들어, 도 8b의 적외선 빔 스폿(214'))의 전체 에너지의 20%가 최대 플루언스의 80% 미만의 플루언스를 가진 에너지 분포를 지칭한다. 도 8b의 예시적인 예에서, 적외선 빔 스폿(214')의 총 에너지의 80% 이상이 적외선 빔 스폿(214')의 최대 플루언스의 80%에 한정된(bounded) 내부 영역(예를 들어, 내부 영역(215)) 내에 있다.
이제 도 8b를 참조하면, 도 8a의 광학 조립체(200')를 사용하여 형성된 적외선 빔 스폿(214')은 그래프(60)와 연관하여 개략적으로 도시되며, 상기 그래프(60)는 적외선 빔 스폿(214') 내의 상대 방사상 위치의 함수로서 상대 플루언스를 보여주는 라인(62)을 포함한다. 플루언스 분포의 피크에서 상대 플루언스가 1로 정규화되고 플루언스 분포의 균형이 비례적으로 조정된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 적외선 빔 스폿(214')은 외부 주변(218), 내부 주변(216), 및 적외선 빔 스폿(214')의 최대 플루언스의 80%와 같은 특정 상대 플루언스에 의해 정의되는 내부 주변(216)에 의해 한정된 내부 영역(215)을 포함한다. 일부 실시예에서, 적외선 빔 스폿(214')은 적외선 빔 스폿(214')의 전체 에너지의 10% 이하가 최대 플루언스의 80% 미만을 가진 에너지 분포를 포함한다. 일부 실시예에서, 적외선 빔 스폿(214')은 적외선 빔 스폿(214')의 전체 에너지의 5% 미만이 최대 플루언스의 80% 미만인 플루언스를 가진 에너지 분포를 포함한다. 일부 실시예에서, 적외선 빔 스폿(214')은 적외선 빔 스폿(214')의 전체 에너지의 5% 미만이 최대 플루언스의 90% 미만인 플루언스를 가진 에너지 분포를 포함한다.
이제 도 8c를 참조하면, 도 8a의 적외선 레이저 빔(212')으로 레이저 가공하는 동안 코팅 기판(120)의 단면이 개략적으로 도시된다. 적외선 빔 스폿(214')이 탑햇 에너지 분포를 포함하기 때문에, 코팅 기판(120)에 형성된 결과적인 열 영향 구역(140)은 실질적으로 직선으로 된 형상을 포함한다. 실질적으로 직선으로 된 형상은, 최대 플루언스의 80%의 상대 플루언스로부터 최대 플루언스의 10%, 5% 또는 심지어 1%까지 플루언스의 감소가 가파르므로 동일한 위치의 중심에 있는 가우스 분포에 대해, 1차 영역(124)과 분포의 날개의 상당히 감소된 겹침이 일어남을 의미한다. 결과적으로, 탑햇 에너지 분포의 높은 플루언스 영역은 결함(172)에 더 가깝게 배치되어 1차 영역(124)에서 코팅 층(121)에 손상을 유도하지 않고 열적 분리를 촉진할 수 있다. 동작 시, 적외선 레이저 빔(212')은 코팅 기판(120)의 더미 영역(126)에서 코팅 기판(120)의 제1 표면(123) 상으로 적외선 빔 스폿(214')을 투사한다. 특히, 적외선 빔 스폿(214')은, 적외선 빔 스폿(214')이 윤곽 라인(142)으로부터 오프셋되도록 오프셋 라인(144) 상으로 투사된다. 예를 들어, 적외선 빔 스폿(214')은, 오프셋 라인(144)이 적외선 빔 스폿(214')을 이등분하도록 오프셋 라인(144) 상의 중심에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 적외선 빔 스폿(214')의 내부 주변(216)은 내부 트랙 라인(146) 및 외부 트랙 라인(148)에, 또는 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이에 배치될 수 있다.
도 8a-8c의 적외선 레이저 빔(212')을 사용하여 열 영향 구역(140)을 형성하는 것은 코팅 기판(120) 및 적외선 레이저 빔(212') 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시켜, 적외선 빔 스폿(214')이 오프셋 라인(144)을 따르도록 하는 것을 추가로 포함한다. 이론에 구애받음 없이, 적외선 레이저 빔(212')은 코팅 기판(120)의 1차 영역(124)에 대한 손상을 제한하거나 방지하면서 윤곽 라인(142)을 따라 코팅 기판(120)의 일련의 결함(172)의 분리를 유도하기 위해 코팅 기판(120)에 열 에너지를 인가한다. 실제로, 적외선 빔 스폿(214')이 특정 방사상 위치(예를 들어, 탑햇 에너지 분포)에서 급격히 떨어지는 변형된 에너지 분포를 포함하기 때문에, 적외선 레이저 빔(212')은 코팅 기판(120)을 손상시키기에 충분한 열 에너지를, 1차 영역(124)이 아닌 더미 영역(126)에 인가한다. 더욱이, 일부 실시예에서, 탑햇 에너지 분포를 가진 도 8a-8c의 적외선 빔 스폿(214')은 도 7a-7c의 오실레이팅 경로(150)를 따라 횡단될 수 있음을 이해하여야 한다.
이제 도 9a를 참조하면, (엑시콘(236)과 같은) 비구면 광학 요소(235)를 사용하여 환형으로 형성된 적외선 레이저 빔(212")으로 레이저 가공하기 위한 광학 조립체(200")가 개략적으로 도시된다. 비구면 광학 요소(235)는 도 1-3과 관련하여 상술된 비구면 광학 요소(135)의 실시예 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 실제로, 비구면 광학 요소(235)는 적외선 빔 소스(210)에 의해 출력된 적외선 레이저 빔(212)을 환형 형상을 가진, 위상 변경된 적외선 레이저 빔(212")으로 변형할 수 있다. 이론에 구애받음 없이, 적외선 레이저 빔(212")은 도 1-3의 펄스 레이저 빔(112)을 준-비-회절 빔으로 형성하는 위상 특성을 포함한다. 그러나, 도 9a에 도시된 실시예에서, 적외선 레이저 빔(212")은 환형 형상을 가지면서 코팅 기판(120)에 충돌한다(예를 들어, 최종 포커싱 요소의 초점면 상류).
추가로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 광학 조립체(200")는 도 2의 렌즈 조립체(130)의 렌즈(131, 132)와 동일한 렌즈를 포함할 수 있는 하나 이상의 렌즈(231, 232)를 더 포함할 수 있는 렌즈 조립체(230")를 포함한다. 추가로, 도 9a에 도시된 광학 조립체(200")의 실시예에서, 렌즈(232)는 최종 포커싱 요소, 즉 적외선 레이저 빔(212")이 코팅 기판(120)에 충돌하기 전에 횡단하는 최종 포커싱 요소로서 동작한다. 렌즈(232)가 최종 포커싱 요소로 도시되지만, 비구면 광학 요소(235)가 대안적으로 최종 포커싱 요소로 위치될 수 있음을 이해하여야 한다. 최종 포커싱 요소는 최종 포커싱 요소로부터 초점면(204)까지 연장되는 초점 거리를 포함한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 최종 포커싱 요소(즉, 제2 렌즈(232)) 및 코팅 기판(120)의 제1 표면(123)은 초점면(204)이 코팅 기판(120)의 제1 표면(123)으로부터 오프셋되도록(오프셋 길이(OL)일 수 있음) 서로에 대해 위치된다.
이제 도 9b를 참조하면, 최종 포커싱 요소(즉, 제2 렌즈(232)) 하류의 적외선 레이저 빔(212")의 코스틱(caustic, 217)이 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "코스틱"은 광학 구성요소에 의해 굴절된 후 기판 내로 및/또는 기판 상으로 지향되는 레이저 빔의 광의 포락선을 지칭한다. 예를 들어, 코스틱은 광학 시스템의 최하류 광학 구성요소로부터 기판 내로 및/또는 기판 상으로 연장되는 레이저 빔의 광의 포락선을 포함할 수 있다. 그 코스틱(217)에 의해 도시된 바와 같이, 환형 형상의 적외선 레이저 빔(212")은 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148)에서 또는 그 사이의 위치에서 코팅 기판(120)에 충돌한다. 실제로, 일부 실시예에서, 오프셋 라인(144)은 적외선 레이저 빔(212")의 코스틱(217)을 이등분한다. 더욱이, 일부 실시예에서, 환형 형상을 가진 도 9a 및 9b의 적외선 레이저 빔은 도 7a-7c의 오실레이팅 경로(150)를 따라 횡단될 수 있음을 이해하여야 한다.
이제 도 9c를 참조하면, 적외선 레이저 빔(212")이 초점면(204)으로부터 오프셋된 제1 표면(123)에 충돌하기 때문에, 적외선 레이저 빔(212")은 환형 형상을 포함하는 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 빔 스폿(214")을 투사한다. 도 9c는 도 9a의 적외선 레이저 빔(212")을 사용하는 레이저 가공 동안 도 9a의 코팅 기판(120)의 상부도를 개략적으로 도시한다. 동작 시, 적외선 레이저 빔(212")을 사용하여 코팅 기판(120)을 레이저 가공하는 것은, 적외선 빔 스폿(214")이 오프셋 라인(144)을 따르도록 코팅 기판(120) 및 적외선 레이저 빔(212") 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 오프셋 라인(144)은 적외선 빔 스폿(214")을 이등분할 수 있다. 추가로, 적외선 빔 스폿(214")은 1차 영역(124)에 충돌하지 않고 더미 영역(126) 상에 투사될 수 있다.
추가로, 일부 실시예에서, 적외선 레이저 빔(212")은 펄스 적외선 레이저 빔을 포함한다(즉, 일부 실시예에서, 적외선 빔 소스(210)는 펄스 적외선 빔 소스일 수 있음). 적외선 레이저 빔(212")이 펄스화되는 실시예에서, 코팅 기판(120) 및 적외선 레이저 빔(212") 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시킬 때, 적외선 레이저 빔(212")은 적외선 빔 스폿(214")의 직경의 ¼ 내지 적외선 빔 스폿(214")의 직경의 ½, 예를 들어, 적외선 빔 스폿(214")의 직경의 ⅓의 거리만큼 서로 이격된 오프셋 라인을 따른 위치(즉, 충돌 위치(141))에서 코팅 기판의 제1 표면에 충돌한다. 충돌 위치들(141) 사이의 이러한 간격 거리는 적외선 레이저 빔(212")의 펄스 속도, 적외선 레이저 빔(212") 및 코팅 기판(120)의 서로에 대한 병진이동 속도, 또는 둘 다를 변경함으로써 변경될 수 있다. 이론에 구애받음 없이, 인접한 충돌 위치들(141) 사이의 ¼ 내지 ½ 중첩은 충돌 위치(141)를 완전히 이격시키는 것보다 오프셋 라인(144)을 따라 더 많은 연속적인 손상을 야기한다. 도 7a-7d의 실시예 및 도 8a-8c의 실시예와 유사하게, 적외선 레이저 빔(212")은 코팅 기판(120)에 열 에너지를 인가하여 코팅 기판(120) 내에서 복수의 결함(172)을 따라 크랙 전파를 유도하고, 그리하여 윤곽 라인(142)을 따라 코팅 기판(120)을 분리한다.
실제로, 도 9a-9c에 도시된 바와 같이, 오프셋 라인(144)을 따라 적외선 레이저 빔(212")의 환형으로 코팅 기판(120)의 더미 영역(126)을 조사함으로써, 적외선 레이저 빔(212")에 의해 코팅 기판(120)의 더미 영역(126) 상에 적용된 누적 플루언스는 탑햇 누적 플루언스 분포를 따르고, 탑햇 누적 플루언스 분포에서 더미 영역(126)에 인가된 총 에너지의 20% 이하는 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이에 위치하지 않는 더미 영역(126) 부분에 인가되고, 그리고 내부 트랙 라인(146)과 외부 트랙 라인(148) 사이의 더미 영역(126) 부분은 더미 영역(126)의 임의의 부분에 적용된 최대 누적 플루언스의 80%보다 큰 누적 플루언스에 의해 영향을 받는다. 이 탑햇 누적 플루언스 분포는 도 9d에 그래프로 도시되어 있으며, 여기서 그래프(80)의 라인(82)은 더미 영역(126)의 일부를 따른 위치의 함수로서 상대적인 누적 플루언스를 나타낸다. 누적 플루언스 분포의 피크에서 상대 누적 플루언스가 1로 정규화되고 누적 플루언스 분포의 균형이 비례적으로 조정된다.
전술한 설명을 고려하여, 투명 가공물 및 코팅 층을 포함하는 코팅 기판은 코팅 기판의 1차 영역에 대한 손상을 제한하거나 방지하면서 레이저 분리될 수 있음을 이해하여야 한다. 여기에 설명된 방법은 펄스 레이저 빔을 사용하여 투명 가공물에 일련의 결함을 형성하고 적외선 레이저 빔을 사용하여 1차 영역과 더미 영역 사이의 경계를 따라 형성된 일련의 결함을 따라 투명 가공물과 코팅 층을 분리하는 단계를 포함한다. 여기에 설명된 방법은 코팅 기판을 분리하기 위해 더미 영역 상의 오실레이팅 경로를 따라 적외선 레이저 빔을 병진이동시키는 단계, 적외선 레이저 빔의 에너지 분포를 탑햇 에너지 분포로 변형하는 단계 및 이 변형된 레이저 빔을 더미 영역 상으로 지향시켜 코팅 기판을 분리하는 단계, 및 적외선 레이저 빔을 환형 형상으로 형성하고 이 환형 적외선 레이저 빔을 더미 영역 상으로 지향시켜 코팅 기판을 분리하는 단계를 포함한다. 여기에 설명된 바와 같이, 이들 방법은 단일 공정 단계에서 1차 영역과 더미 영역 사이의 경계를 따라 코팅 기판에 배치된 결함의 크랙 전파를 모두 유도하기에 충분한 기술을 사용하여 코팅 기판의 더미 영역 상으로 열 에너지를 유도한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "약" 용어는 양, 크기, 제형, 파라미터, 및 다른 양 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요는 없지만, 필요에 따라 허용 오차, 변환 계수, 반올림, 측정 오류 등 및 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 계수를 반영하여, 근사하거나 및/또는 더 크거나 작을 수 있음을 의미한다. "약" 용어는 범위의 값 또는 끝점을 기술하는데 사용되는 경우, 언급되는 특정 값 또는 끝점이 포함된다. 명세서에서 수치 또는 범위의 끝점이 "약"을 인용하는지의 여부에 관계없이, 하나는 "약"으로 변형된 것이고 다른 하나는 "약"으로 변형되지 않은 두 가지 실시예가 기술된다. 각각의 범위의 끝점은 다른 끝점과 관련하여 그리고 다른 끝점과는 독립적으로 모두 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 방향성 용어 - 예를 들어, 위, 아래, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상부, 하부 - 는 단지 도시로서 도면을 참조하여 이루어진 것으로 절대적인 배향을 의도하지는 않는다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 여기에 설명된 어떤 방법도 그 단계들이 특정 순서로 수행되거나, 임의의 장치에 특정 방향이 요구되는 것으로 해석되지 않는다. 이에 따라서, 방법 청구항이 이의 단계들이 수반되는 순서를 사실상 언급하지 않거나, 또는 임의의 장치 청구항이 개별적인 구성 요소에 대한 순서 또는 배향을 사실상 언급하지 않거나, 또는 단계들이 특정한 순서로 제한되거나, 또는 장치의 구성요소에 대한 특정 순서 또는 방향이 언급되지 않은 것으로 청구범위 또는 상세한 설명에서 구체적으로 진술하지 않는 경우, 이는, 어떤 면에서, 특정 순서 또는 배향으로 추정되는 것으로 의도되지 않는다. 이는, 단계들의 배열, 동작의 흐름, 구성요소의 순서, 또는 구성요소의 배향에 관한 논리의 문제; 문법적 구성 또는 구두점으로부터 파생된 일반 의미; 및 본 명세서에 기술된 실시예의 수 또는 타입을 포함하는, 해석에 대한 어떤 가능한 비-표현적 근거에 대해서도 마찬가지다.
여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나", "한" 및 "그"는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "하나의" 구성 요소에 대한 언급은 문맥이 달리 명백하게 나타내지 않는 한, 2개 이상의 그러한 구성요소를 갖는 관점을 포함한다.
청구 대상의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 여기에 기술된 실시예에 다양한 변형 및 변화가 이루어질 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 이로써, 본 명세서는 여기에 기술된 다양한 실시예의 변형 및 변화를 포괄하는 것으로 의도되되, 그러한 변형 및 변화가 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 한, 그러하다.

Claims (29)

  1. 코팅 기판을 분리하는 방법에 있어서,
    적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계, 여기서:
    코팅 기판은 투명 가공물 상에 배치된 코팅 층을 포함하고;
    복수의 결함이 코팅 기판 내에 배치되고, 코팅 층 및 투명 가공물 둘 다로 연장되며, 그리고 코팅 기판의 1차 영역을 코팅 기판의 더미 영역으로부터 분할하는 윤곽 라인을 따라 배치되며; 그리고
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사함; 및
    적외선 빔 스폿이 오실레이팅 경로(oscillating pathway)를 추적하도록, 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 단계, 여기서:
    오실레이팅 경로는 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르고, 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 오실레이팅하고;
    오실레이팅 경로는 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되며; 그리고
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판에 배치된 복수의 결함에 열 에너지를 인가하고 윤곽 라인을 따라 코팅 기판의 분리를 유도함;를 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    오실레이팅 경로를 추적할 때, 적외선 빔 스폿은 코팅 기판의 1차 영역의 코팅 층을 용융 또는 제거함(ablating) 없이, 코팅 기판의 더미 영역에 열 에너지를 인가하는, 코팅 기판 분리 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    오실레이팅 경로는, 오실레이팅 경로가 오프셋 라인에 직교하는 횡축을 따라 오실레이팅하고 오프셋 라인이 윤곽 라인과 평행하고 윤곽 라인로부터 오프셋되는 선형 오실레이션을 따르는, 코팅 기판 분리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    오실레이팅 경로는 복수의 직선 부분 및 복수의 둥근 부분을 포함하고;
    복수의 직선 부분 각각은 복수의 둥근 부분 사이의 횡축을 따라 연장되고, 복수의 직선 부분 각각은 0.5 mm 내지 1.5 mm의 길이를 포함하며; 그리고
    복수의 둥근 부분 각각은 0.5 mm 내지 1.5 mm의 곡률 반경을 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    오실레이팅 경로는, 오실레이팅 경로가 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르면서, 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 회전하여 오실레이팅하는 워블링 오실레이션(wobbling oscillation)을 따르는, 코팅 기판 분리 방법.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    오실레이팅 경로는 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르면서, 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인에서 또는 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 각진 회전(angular turns)을 가진 톱니 경로인, 코팅 기판 분리 방법.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    오프셋 라인은 윤곽 라인으로부터 1 mm 내지 2 mm의 거리로 이격되고;
    내부 트랙 라인은 윤곽 라인으로부터 0.5 mm 내지 1.5 mm의 거리로 이격되며; 그리고
    외부 트랙 라인은 윤곽 라인으로부터 1.5 mm 내지 2.5 mm의 거리로 이격되는, 코팅 기판 분리 방법.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 레이저 빔은 600 μm 내지 900 μm의 범위의 1/e2 직경을 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅 층은 중합체 또는 금속 산화물을 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상에 지향시키기 전에, 코팅 기판에 복수의 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    복수의 결함을 형성하는 단계는 펄스 레이저 빔을 코팅 기판으로 지향시키는 단계, 여기서:
    펄스 레이저 빔은 코팅 층 및 투명 가공물에 연장되는 펄스 레이저 빔 초점 라인을 형성하고, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 코팅 층 및 투명 가공물에 흡수를 유도하고, 유도된 흡수는 코팅 기판에 개별 결함을 생성하며; 그리고
    펄스 레이저 빔 초점 라인은:
    파장(λ);
    스폿 크기(wo); 및
    Figure pct00015
    보다 큰 레일리 범위(ZR);를 포함하며, 여기서 FD는 10 이상의 값을 포함하는 무차원 발산 계수임; 및
    코팅 기판에 복수의 결함을 형성하기 위해 윤곽 라인을 따라 서로에 대해 코팅 기판 및 펄스 레이저 빔 중 적어도 하나를 병진이동시키는 단계;를 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    복수의 결함 중 인접한 결함들 사이의 간격은 약 35 μm 이하이고;
    펄스 레이저 빔의 각 펄스 버스트는 500μJ보다 큰 펄스 버스트 에너지를 포함하며; 그리고
    무차원 발산 계수(FD)는 100 내지 2000의 값을 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서,
    펄스 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 비구면 광학 요소를 횡단하는, 코팅 기판 분리 방법.
  14. 코팅 기판을 분리하는 방법에 있어서,
    적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계, 여기서:
    코팅 기판은 투명 가공물 상에 배치된 코팅 층을 포함하고;
    복수의 결함이 코팅 기판 내에 배치되고, 코팅 층 및 투명 가공물 둘 다로 연장되며, 그리고 코팅 기판의 1차 영역을 코팅 기판의 더미 영역으로부터 분할하는 윤곽 라인을 따라 배치되고;
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사하며; 그리고
    적외선 빔 스폿은 적외선 빔 스폿의 전체 에너지의 20% 이하가 적외선 빔 스폿의 최대 플루언스(fluence)의 80% 미만의 플루언스를 가진 에너지 분포를 포함함; 및
    적외선 빔 스폿이 오프셋 라인을 따르도록 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 단계, 여기서:
    오프셋 라인은 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되고 적외선 빔 스폿의 내부 영역이 더미 영역 상으로 투사되도록 윤곽 라인으로부터 오프셋되며; 그리고
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판에 배치된 복수의 결함에 열 에너지를 인가하고 윤곽 라인을 따라 코팅 기판의 분리를 유도함;를 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    오프셋 라인을 따를 때, 적외선 빔 스폿은 코팅 기판의 1차 영역의 코팅 층을 용융 또는 제거함 없이, 코팅 기판의 더미 영역에 열 에너지를 인가하는, 코팅 기판 분리 방법.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나는, 적외선 빔 스폿이 병진이동 방향으로 오프셋 라인을 따르고 내부 트랙 라인과 외부 트랙 라인 사이에서 오실레이팅하는 오실레이팅 경로를 추적하도록 서로에 대해 병진이동되며; 그리고
    오실레이팅 경로는 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되는, 코팅 기판 분리 방법.
  17. 청구항 14 내지 16 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 빔 스폿의 내부 영역 전체는 코팅 기판의 더미 영역 상에 투사되는, 코팅 기판 분리 방법.
  18. 청구항 14 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 회절 광학 요소를 횡단하는, 코팅 기판 분리 방법.
  19. 청구항 14 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 빔 스폿의 전체 에너지의 10% 이하는 적외선 빔 스폿의 최대 플루언스의 80% 미만을 가지는, 코팅 기판 분리 방법.
  20. 청구항 14 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 빔 스폿의 전체 에너지의 5% 이하는 적외선 빔 스폿의 최대 플루언스의 90% 미만을 가지는, 코팅 기판 분리 방법.
  21. 청구항 14 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅 층은 중합체 또는 금속 산화물을 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  22. 청구항 14 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상에 지향시키기 전에, 코팅 기판에 복수의 결함을 형성하는 단계를 더욱 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    복수의 결함을 형성하는 단계는 펄스 레이저 빔을 코팅 기판으로 지향시키는 단계, 여기서:
    펄스 레이저 빔은 코팅 층 및 투명 가공물에 연장되는 펄스 레이저 빔 초점 라인을 형성하고, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 코팅 층 및 투명 가공물에 흡수를 유도하고, 유도된 흡수는 코팅 기판에 개별 결함을 생성하며; 그리고
    펄스 레이저 빔 초점 라인은:
    파장(λ);
    스폿 크기(wo); 및
    Figure pct00016
    보다 큰 레일리 범위(ZR);를 포함하며, 여기서 FD는 10 이상의 값을 포함하는 무차원 발산 계수임; 및
    코팅 층에 복수의 결함을 형성하기 위해 윤곽 라인을 따라 서로에 대해 코팅 기판 및 펄스 레이저 빔 중 적어도 하나를 병진이동시키는 단계;를 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  24. 코팅 기판을 분리하는 방법에 있어서,
    적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키는 단계, 여기서:
    코팅 기판은 투명 가공물 상에 배치된 코팅 층을 포함하고;
    복수의 결함이 코팅 기판 내에 배치되고, 코팅 층 및 투명 가공물 둘 다로 연장되며, 그리고 코팅 기판의 1차 영역을 코팅 기판의 더미 영역으로부터 분할하는 윤곽 라인을 따라 배치되고;
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판의 제1 표면 상에 적외선 빔 스폿을 투사하며; 그리고
    적외선 빔 스폿은 환형 형상을 포함함; 및
    적외선 빔 스폿이 오프셋 라인을 따르도록 코팅 기판 및 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시키는 단계, 여기서:
    오프셋 라인은 코팅 기판의 더미 영역 상에 배치되고 적외선 빔 스폿이 더미 영역 상으로 투사되도록 윤곽 라인으로부터 오프셋되며; 그리고
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판에 열 에너지를 인가하여, 윤곽 라인을 따라 코팅 기판의 분리를 유도함;을 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    오프셋 라인을 따를 때, 적외선 빔 스폿은 코팅 기판의 1차 영역의 코팅 층을 용융 또는 제거함 없이, 코팅 기판의 더미 영역에 열 에너지를 인가하는, 코팅 기판 분리 방법.
  26. 청구항 24 또는 25에 있어서,
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 비구면 광학 요소를 횡단하는, 코팅 기판 분리 방법.
  27. 청구항 24 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 레이저 빔은 코팅 기판을 조사하기 전에 포커싱 렌즈를 횡단하고;
    포커싱 렌즈는 포커싱 렌즈로부터의 초점 거리에 있는 초점면을 포함하며; 그리고
    코팅 기판의 제1 표면은 초점면이 코팅 기판의 제1 표면으로부터 오프셋되도록 포커싱 렌즈에 대해 위치되는, 코팅 기판 분리 방법.
  28. 청구항 24 내지 27 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 레이저 빔은 펄스 적외선 레이저 빔을 포함하며; 그리고
    코팅 기판과 펄스 적외선 레이저 빔 중 적어도 하나를 서로에 대해 병진이동시킬 때, 펄스 적외선 레이저 빔은 적외선 빔 스폿의 직경의 ¼ 내지 적외선 빔 스폿의 직경의 ½의 거리로 이격된 오프셋 라인을 따른 충돌 위치에서 코팅 기판의 제1 표면에 충돌하는, 코팅 기판 분리 방법.
  29. 청구항 24 내지 28 중 어느 한 항에 있어서,
    적외선 레이저 빔을 코팅 기판의 제1 표면 상으로 지향시키기 전에 펄스 레이저 빔을 코팅 기판으로 지향시킴으로써 코팅 기판에 복수의 결함을 형성하는 단계, 여기서:
    펄스 레이저 빔은 코팅 층 및 투명 가공물에 연장되는 펄스 레이저 빔 초점 라인을 형성하고, 펄스 레이저 빔 초점 라인은 코팅 층 및 투명 가공물에 흡수를 유도하고, 유도된 흡수는 코팅 기판에 개별 결함을 생성하며; 그리고
    펄스 레이저 빔 초점 라인은:
    파장(λ);
    스폿 크기(wo); 및
    Figure pct00017
    보다 큰 레일리 범위(ZR);를 포함하며, 여기서 FD는 10 이상의 값을 포함하는 무차원 발산 계수임; 및
    코팅 층에 복수의 결함을 형성하기 위해 윤곽 라인을 따라 서로에 대해 코팅 기판 및 펄스 레이저 빔 중 적어도 하나를 병진이동시키는 단계;를 더 포함하는, 코팅 기판 분리 방법.
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