TW201811474A - 與透明材料之雷射鑽孔相關之碎屑移除 - Google Patents

Abstract

在一透明工件(100)上之一雷射目標可定位於一真空腔(1104)上方。可經由一入口管道(1208)向該真空腔供應諸如空氣之一碎屑收集流體，以在欲機械加工之一特徵(1100)下方產生一渦流(1204)。該渦流有助於在該特徵之底至頂穿過型機械加工期間移除雷射產生之碎屑(1106)。

Description

與透明材料之雷射鑽孔相關之碎屑移除

本申請案係關於用於雷射微機械加工期間之碎屑移除之系統及方法，且尤其係關於用於雷射穿過型微機械加工期間之碎屑移除之系統及方法。

雷射機械加工可產生使由雷射得到之特徵之品質降低的碎屑。在雷射機械加工過程中碎屑亦可破壞後續脈衝之效用。碎屑亦可使用額外時間或不同技術或參數實現其移除。此外，碎屑移除方法可以不同方式影響不同雷射機械加工操作之結果。

提供此[發明內容]以按簡化形式引入下文在[實施方式]中進一步描述之概念之選擇。此[發明內容]並不意欲鑑別所主張之標的之關鍵或基本發明概念，亦不意欲用於確定所主張之標的之範圍。

在一些具體實例中，微機械加工工件之方法包含：將該工件之目標位置支撐於空腔上方；對該空腔建立真空壓力；產生雷射光束，該雷射光束具有包括以下之光束參數：焦點處之主要光點尺寸及透過該工件 之波長；使該雷射光束沿光束路徑傳播，該光束路徑將該雷射光束以沿光束軸之傳播方向引導至該工件上之目標位置，其中該工件在相對於該雷射光束傳播方向之該工件之近表面與該工件之遠表面之間具有大塊材料，以使得該光束軸在與該遠表面相交之前與該近表面相交，其中該等光束參數經調適用於使該雷射光束傳播穿過該工件以在該工件中形成深度特徵，其中該深度特徵包括側壁，其中該等雷射參數經調適以使得該深度特徵主要自該遠表面朝向該近表面形成，其中該深度特徵之形成產生碎屑，且其中引入碎屑收集流體有助於在該深度特徵形成期間自該深度特徵移除碎屑；及在該特徵形成期間移除該碎屑，其中移除該碎屑包括向該空腔提供碎屑收集流體。

在一些額外、累積或替代具體實例中，用於微機械加工工件之雷射系統包含：雷射，其經調適用於產生具有包括以下之光束參數之雷射光束：焦點處之主要光點尺寸及透過該工件之波長；工件支撐結構，其經調適用於支撐該工件，其中該工件支撐結構包括用於接收碎屑收集流體之空腔，該空腔經調適用於連接至真空來源且該空腔具有的截面尺寸經調適大於該主要光點尺寸，且其中該工件支撐結構包括自該空腔延伸穿過該工件支撐結構之入口管道，該入口管道經調適用於向該空腔中提供該碎屑收集流體；及光束定位系統，其經調適用於使該雷射光束沿光束路徑傳播，該光束路徑將該雷射光束以沿光束軸之傳播方向引導至在該空腔上方之該工件上之目標位置，該工件在相對於該雷射光束傳播方向之該工件之近表面與該工件之遠表面之間具有大塊材料，以使得該光束軸在與該遠表面相交之前與該近表面相交，該等光束參數經調適用於使該雷射光束傳播穿過 該工件以在該工件中形成深度特徵，其中該等雷射參數經調適以使得該深度特徵主要自該遠表面朝向該近表面形成。

在一些額外、累積或替代具體實例中，經由工件支撐結構中形成之入口管道提供碎屑收集流體。在一些額外、累積或替代具體實例中，經由噴嘴為空腔提供碎屑收集流體。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道包含工件支撐結構之結構表面中之溝槽。

在一些額外、累積或替代具體實例中，空腔具有近孔口及遠孔口，其中近孔口比遠孔口更接近工件，其中入口管道在與遠孔口相比更接近近孔口處連接至空腔。

在一些額外、累積或替代具體實例中，空腔具有近孔口及遠孔口，其中近孔口比遠孔口更接近工件，其中入口管道在近孔口處連接至空腔。

在一些額外、累積或替代具體實例中，近表面上升且遠表面下降。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道之一部分由低於近孔口之高度向近孔口傾斜。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道之一部分具有相對於空腔近孔口之近平面之傾斜角，且其中傾斜角小於75度，小於60度，小於45度，小於25度，小於10度或小於小於度。在一些額外、累積或替代具體實例中，傾斜角大於5度，大於15度，大於30度或大於45度。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道提供加正壓 之碎屑收集流體。

在一些額外、累積或替代具體實例中，在特徵形成期間將加壓之碎屑收集流體引導至特徵中。

在一些額外、累積或替代具體實例中，空氣噴嘴定位於空腔中。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道之一部分具有圓形橫截面或矩形橫截面。

在一些額外、累積或替代具體實例中，空腔具有圓周，且其中入口管道與空腔之圓周以與圓周切線25度、15度或5度內之相交角相交。在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道與空腔之圓周以與圓周相切之相交角相交。在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道與空腔之圓周以一相交角相交，該相交角使碎屑收集流體產生自空腔之近孔口向遠孔口下降之渦流流動。

在一些額外、累積或替代具體實例中，碎屑收集流體經由多個在工件支撐結構中形成之入口管道提供。

在一些額外、累積或替代具體實例中，且其中多個入口管道中之至少一些具有等距或不等距隔開之空腔進入孔口。在一些額外、累積或替代具體實例中，多個進入孔口中之至少一些位於同一平面或位於不同平面。

在一些額外、累積或替代具體實例中，空腔具有近孔口及遠孔口，其中近孔口比遠孔口更接近工件，其中近孔口具有圓周，其中空腔具有相對於近孔口定位於中心之深度中心軸，其中工件遠表面中形成之特 徵具有空腔尺寸，且其中目標位置定位於與空腔之深度中心軸之距離在特徵主要尺寸10倍內，特徵主要尺寸5倍內或特徵主要尺寸2倍內處。在一些額外、累積或替代具體實例中，工件遠表面中形成之特徵具有特徵主要尺寸，且其中目標位置中心定位於空腔之深度中心軸處。

在一些額外、累積或替代具體實例中，工件中形成多個特徵，而其在工件支撐結構空腔之上方係固定的。

在一些額外、累積或替代具體實例中，工件支撐結構包括多個腔，其中在超過兩個空腔之上方形成至少一個特徵。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道之管道截面主要尺寸小於空腔之空腔截面主要尺寸。在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道之管道截面主要尺寸比起空腔之空腔截面主要尺寸至少小25倍、至少小10倍或至少小5倍。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道提供流動速率25cc/sec至1500cc/sec的加正壓之碎屑收集流體。

在一些額外、累積或替代具體實例中，真空壓力大於10kPa，大於或等於45kPa，或大於或等於55kPa。

在一些額外、累積或替代具體實例中，入口管道在正壓下提供加正壓之碎屑收集流體，且其中真空壓力比起正壓至少強1.5倍。

在一些額外、累積或替代具體實例中，工件包含玻璃。

在一些額外、累積或替代具體實例中，特徵在工件遠表面包含通孔或細長溝槽。

在一些額外、累積或替代具體實例中，碎屑收集流體包含空 氣。

在一些額外、累積或替代具體實例中，特徵之主要尺寸小於1毫米、500微米、50微米、25微米、10微米或5微米。

在一些額外、累積或替代具體實例中，特徵由穿孔方法形成。

在一些額外、累積或替代具體實例中，碎屑收集流體展現在渦流方向由空腔之近孔口向遠孔口下降之渦流流動，其中特徵在與渦流方向相反或與渦流方向相同之掃描方向上由穿孔方法形成。

在一些額外、累積或替代具體實例中，在使雷射光束傳播至工件上之目標位置之前向空腔提供碎屑收集流體。

在一些額外、累積或替代具體實例中，主要光點尺寸小於空腔截面尺寸。

額外態樣及優勢將由以下參看附圖繼續之例示性具體實例之詳細描述而顯而易見。

圖1A係展示具有待產生之預定特徵之工件的平面視圖，其中工件藉由工件支撐結構支撐。

圖1B係展示工件支撐結構內之真空腔的截面側視圖，其中真空腔定位於待產生之預定特徵之下方。

圖1C係展示定位於真空腔上方的底至頂穿過型產生之預定特徵之截面側視圖。

圖2A係展示自真空腔延伸穿過工件支撐結構之入口管道之平面視 圖，其中入口管道經調適用於向空腔中提供碎屑收集流體。

圖2B係展示入口管道及真空腔合作以產生碎屑收集流體渦流之截面側視圖。

圖2C係展示定位於真空腔中渦流之上方的底至頂穿過型產生之預定特徵之截面側視圖。

圖3係展示支撐具有所產生特徵之工件的圖12A之工件支撐結構之原型的放大照片。

圖4A、4B及4C係展示在以下條件下在真空腔之上方所產生之特徵的各別電子顯微圖：無真空、真空但無碎屑收集流體流動及真空且有碎屑收集流體流動。

圖5A、5B及5C係展示入口管道與真空腔之周邊具有不同交切角之替代具體實例之平面視圖。

圖5D係展示交切真空腔之周邊的彎曲入口管道之平面視圖。

圖6A係展示具有兩個由真空腔穿過工件支撐結構延伸之入口管道的替代具體實例之平面視圖。

圖6B係展示具有六個由真空腔穿過工件支撐結構延伸之入口管道的替代具體實例之平面視圖。

圖7A係展示在壓力下為空腔提供碎屑收集流體之加壓供應通道噴嘴之平面視圖。

圖7B係展示入口管道、真空腔及加壓供應通道合作以產生碎屑收集流體渦流之截面側視圖。

圖7C係展示定位於真空腔中渦流之上方的底至頂穿過型產生之預定 特徵之的截面側視圖。

以下參看隨附圖式描述實施例具體實例。在不脫離本發明之精神及教示之情況下，許多不同形式及具體實例係可能的，且因此，不應將本發明視為限於本文所闡述之實施例具體實例。相反，提供此等實施例具體實例以使得本發明將為詳盡且完整的，且將向熟習此項技術者傳達本發明之範圍。在圖式中，各組件之大小及相對大小為了清楚可能不對稱及/或放大。本文所用之術語僅出於描述特定實施例具體實例之目的，且並不意欲為限制性的。如本文所用，除非上下文另外明確指示，否則單數形式「一(a/an)」及「該(the)」亦意欲包括複數形式。進一步應瞭解，術語「包含(comprises/comprising)」在用於本說明書中時說明存在所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。除非另外說明，否則在敍述值範圍時，值範圍包括該範圍之上限與下限以及在其間之任何子範圍。

參看圖1A及1B，工件100包括外部表面，該外部表面具有第一主表面區102、與第一主表面區102相對之第二主表面區域104、及一或多個自第一主表面區102向第二主表面區104延伸之側表面區。在所說明之具體實例中，第一主表面區102與第二主表面區104均實質上平坦且彼此平行。因此，第一主表面區102與第二主表面區104之距離可界定工件100之厚度t。在一個具體實例中，工件100之厚度在200μm至10mm之範圍內。然而，在另一具體實例中，工件100之厚度可小於200μm或大於10mm。在又一具體實例中，第一主表面區102及第二主表面區104可 能不實質上平坦，可能不彼此平行，或其組合。

一般而言，工件100由硬光學物質形成，諸如剛砂、陶瓷、半導體、金屬或金屬合金、玻璃、玻璃-陶瓷、或其類似物、或其組合。可形成工件100之例示性陶瓷材料包括氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯、或其類似物、或其組合。可形成工件100之例示性半導體材料包括IV族元素或化合物半導體(例如矽、鍺、矽-鍺、碳化矽、或其類似物、或其組合)、III-V化合物半導體、II-VI化合物半導體、II-V化合物半導體、I-VII化合物半導體、IV-VI化合物半導體、半導體氧化物、或其類似物、或其組合。

可形成工件100之例示性金屬及金屬合金包括鋁、鈦、不鏽鋼、或其類似物、或其合金或其他組合。可形成工件100之例示性玻璃包括鈉鈣玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鈉-鋁矽酸鹽玻璃、鈣-鋁矽酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、氟化物玻璃、硫族化物玻璃、塊體金屬玻璃、或其類似物、或其組合。

在一個具體實例中，工件100以玻璃盤、薄板、基板等形式提供(例如鈉鈣玻璃、硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鈉-鋁矽酸鹽玻璃、鈣-鋁矽酸鹽玻璃等)，其可未加強，以熱方式加強，化學加強或經其類似加工。當將玻璃工件加強時，第一主表面區102及第二主表面區104各可加壓縮應力，而玻璃薄片內部區處於張力狀態以補償第一主表面區102及第二主表面區104之表面壓縮。因此，經加強玻璃之薄片的特徵可為包括一對壓縮區(亦即玻璃處於壓縮狀態之區域)，諸如壓縮區108a及108b，其由第一主表面區102及第二主表面區104延伸且藉由諸如張力區108c之中心張力區隔開(亦即玻璃處於張力狀態之區域)。壓縮 區108a或108b之厚度稱為「層深度(depth of layer)」(DOL)。

一般而言，第一主表面區102及第二主表面區104中各者處之表面壓縮可在69MPa至1GPa之範圍內。然而，在其他具體實例中，第一主表面區102或第二主表面區104中之任一者處之表面壓縮可小於69MPa或大於1GPa。一般而言，DOL可在20μm至100μm之範圍內。然而，在其他具體實例中，DOL可小於20μm或大於100μm。張力區內薄片之最高張應力可藉由下式確定：

其中CS係第一主表面區102及第二主表面區104處之前述表面壓縮，t係玻璃薄片之厚度(以毫米mm表示)，DOL係壓縮區各層之深度(以mm表示)，且CT係玻璃薄片內之最高中心張力(以MPa表示)。

根據本發明之具體實例已例示性描述工件100能夠進行機械加工，現將描述機械加工工件100之例示性具體實例。一般而言，工件100使用具有一波長之雷射光進行雷射機械加工，工件100對於該雷射光之波長至少實質上透明。因此，在雷射機械加工過程期間雷射光與工件100之材料之間的相互作用之特徵典型地可為與工件材料對雷射能量之非線性吸收有關之相互作用。

雷射機械加工過程可產生碎屑，該碎屑可使工件100之品質或由雷射得到之特徵之品質降低。在雷射機械加工過程中碎屑亦可破壞後續脈衝之效用。舉例而言，後續脈衝可處理落入特徵內之碎屑(在雷射處理之上游)，但碎屑可導致使用額外時間或不同技術或參數以實現其移除。然而，一些再沈積之碎屑可能難以或不能在不損害工件100之情況下整體 移除。

在習知頂至底雷射微機械加工技術中，在特徵形成期間已在工件100上使用真空壓力(流出拉動)及/或加壓流體壓力(流入推動)來移動碎屑以遠離特徵且遠離雷射光學組件。然而，在穿過型(底至頂)雷射微機械加工操作期間，工件100之上的流體流動技術一般不適用。但此類技術可在通孔產生之後移除一些碎屑，從而提供碎屑(向上)逸出途徑。

圖1A係展示具有待產生之預定特徵1100之工件100的平面視圖，其中工件100藉由諸如夾盤及/或支撐框架之工件支撐結構1102支撐。圖1B係展示工件支撐結構1102內之真空腔1104的截面側視圖，其中真空腔1104定位於待產生之預定特徵之下方。圖1C係展示定位於真空腔1104之上方的底至頂穿過型產生之預定特徵100之截面側視圖。參看圖1A、1B及1C(統稱為圖1)，申請人在工件100中產生特徵1100，其中工件100相對於工件支撐結構1102定位以使得特徵1100定位成鄰近於真空腔1104或與其連通同時在特徵1100形成期間處於真空壓力下。在呈此組態之底至頂穿過型微機械加工製程下，真空腔1104以一定方式藉由工件100(首先藉由工件100之遠表面，在本文中亦稱為「遠工件表面」，面朝向固定件1102)完全覆蓋，以使得在特徵形成期間無移動碎屑收集流體幫助剝蝕之玻璃粒子或其他碎屑遠離特徵100移除。儘管存在真空壓力，但大多數碎屑仍保留於特徵1100中，直至由遠工件表面至工件100之與遠工件表面相反之表面(在本文中亦稱為「近工件表面」)完成特徵1100鑽孔，以准許諸如空氣之碎屑收集流體由近工件表面穿過特徵1100流入真空腔1104。

因為特徵形成主要由遠工件表面開始，故當產生碎屑1106不能自特徵1100有效移除時，持續碎屑1106可積聚於先前產生之碎屑1106之頂部上(在雷射處理之下游)且影響特徵1100之品質。特徵1100之通孔性質可部分受阻。特徵1100可展現不佳形狀，諸如不佳圓度。在遠工件表面與近工件表面之間特徵1100之主要截面尺寸1108可展現不合需要的變化，或多個特徵1100可展現主要截面尺寸1108之不合需要的變化。特徵1100亦可展現其他不合需要的熱缺陷。另外，積累碎屑1106之上方的過量熱可熔融碎屑1106且最終將其重鑄以完全阻斷特徵1100之所需通孔性質。截留之碎屑1106亦可導致額外缺陷，諸如開裂或碎裂。

為解決此等問題，申請人提供具有入口管道1200之工件支撐結構1102，在特徵1100產生期間碎屑收集流體1202可穿過該入口管道流向真空腔1104。圖2A係展示由真空腔1104穿過工件支撐結構1102延伸之入口管道1200之平面視圖。圖2B係展示入口管道1200及真空腔1104合作以在碎屑收集流體1202內產生諸如渦流1204之流體流動的截面側視圖。圖2C係展示定位於真空腔1104中渦流1204之上方的底至頂穿過型產生之預定特徵1100之截面側視圖。參看圖2A、2B及2C(統稱為圖2)，添加入口管道1200准許碎屑收集流體1202沿流體流動路徑沿流動方向1206向真空腔1104流體流動，以有助於在特徵形成過程期間在特徵1100中產生通孔之前移除碎屑1106。

碎屑收集流體1202可為液體或氣體。例示性液體可包括水、碎屑(或工件材料)蝕刻劑或溶劑、或氧化劑中之一或多者，有或無添加劑。碎屑蝕刻劑或溶劑可包括硝酸(HNO₃)、乙酸(CH₃COOH)或氫 氟酸(HF)中之一或多者。碎屑收集流體1202亦可包括至少一種添加劑，諸如水、醇(例如乙醇、甲醇、異丙醇等)、有機溶劑(例如丙酮等)、或其類似物、或其組合。此等液體可為加熱、冷卻或超冷的。例示性氣體可包括空氣、氧氣、氮氣或惰性氣體中之一或多者。

真空腔1104具有空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114，以使得與空腔遠孔口1114相比，工件100更接近空腔近孔口1112。類似地，雷射光束軸在與空腔遠孔口1114相交之前與空腔近孔口1112相交。空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114可具有相同形狀及相同截面積，或空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114可具有不同形狀及不相同截面積。在一些具體實例中，空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114具有圓形特徵，但其可為矩形或具有其他曲率或形狀。在一些具體實例中，空腔近孔口1112之面積大於空腔遠孔口1114。在一些具體實例中，空腔遠孔口1114之面積大於空腔近孔口1112。

空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114之空腔截面主要尺寸1108可小於50mm。在一些具體實例中，空腔截面主要尺寸1108小於25mm。在一些具體實例中，空腔截面主要尺寸1108小於10mm。在一些具體實例中，空腔截面主要尺寸1108小於5mm。

空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114可平行，且其可軸向對準，或真空腔1104可有傾斜。或者，空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114可橫向對準。空腔近孔口1112及空腔遠孔口1114之空腔截面主要尺寸1108典型地大於特徵主要尺寸1110。

儘管入口管道1100之管道截面主要尺寸1208可大於空腔截 面主要尺寸1108，但入口管道1100之管道截面主要尺寸1208典型地小於空腔之空腔截面主要尺寸1108。在一些具體實例中，管道截面主要尺寸1208比起空腔截面主要尺寸1108至少小25倍。在一些具體實例中，管道截面主要尺寸1208比起空腔截面主要尺寸1108至少小10倍。在一些具體實例中，管道截面主要尺寸1208比起空腔截面主要尺寸1108至少小5倍。入口管道1100可具有任何形狀之橫截面。在一些具體實例中，管道橫截面形狀係圓形。在一些具體實例中，管道橫截面形狀係矩形。

在一些具體實例中，入口管道1200包含工件支撐結構1102之近結構表面1212中之溝槽。在一些具體實例中，入口管道1200在工件支撐結構1102內形成。在一些具體實例中，與空腔遠孔口1114相比，入口管道1200在更接近空腔近孔口1112處連接至真空腔1104。在一些具體實例中，入口管道1200在空腔近孔口1112處連接至真空腔1104。

入口管道1200可以由低於空腔近孔口1112之高度向空腔近孔口1112傾斜連接至真空腔1104。在一些具體實例中，入口管道1200相對於空腔近孔口之近平面之傾斜角小於75度。在一些具體實例中，傾斜角小於60度。在一些具體實例中，傾斜角小於45度。在一些具體實例中，傾斜角小於25度。在一些具體實例中，傾斜角小於10度。在一些具體實例中，傾斜角小於5度。在一些具體實例中，傾斜角大於5度。在一些具體實例中，傾斜角大於15度。在一些具體實例中，傾斜角大於30度。在一些具體實例中，傾斜角大於45度。

入口管道1200可或者或另外以相對於周邊之邊緣或空腔近孔口1112之圓周切線的相交角α(圖5A)連接至真空腔1104。圖5A、5B 及5C係展示入口管道與真空腔1104之周邊具有不同交切角之替代具體實例之平面視圖。在一些具體實例中，相交角α提供由空腔近孔口1112向空腔遠孔口1114下降之諸如渦流1204之流動的碎屑收集流體。在一些具體實例中，相交角度α小於25度。在一些具體實例中，相交角α小於15度。在一些具體實例中，相交角度小於5度。在一些具體實例中，相交角α係零度，亦即入口管道與周邊之邊緣共線或與空腔近孔口1112之圓周相切。圖5D係展示交切真空腔1104之周邊的彎曲入口管道1200之平面視圖。彎曲入口管道1200亦可適於使入口管道與真空腔1104之周邊具有有利交切角α。

工件100中可形成多個特徵1100，而其在工件支撐結構1102之真空腔1104之上方係固定的。舉例而言，若在同一工件100中形成多個特徵1100，則工件支撐結構1102可具有多個真空腔1104，且工件100可經定位以使得多個預定特徵1100同時對準於各別多個真空腔1104之上方。然而，在一些具體實例中，多個預定特徵1100之目標位置可同時定位於單個真空腔1104之上方，亦即空腔近孔口1112之面積可大至足以位於多個預定特徵1100之位置的下方。

真空腔1104可具有相對於空腔近孔口1112定位於中心之深度中心軸。一般而言，工件100相對於工件支撐結構1102定位以使得特徵1100形成於深度中心軸之5mm內。在一些具體實例中，光束軸之目標位置定位於與真空腔之深度中心軸之距離在特徵主要尺寸之10倍內處。在一些具體實例中，目標位置定位於與真空腔之深度中心軸之距離在特徵主要尺寸之5倍內處。在一些具體實例中，目標位置定位於與真空腔之深度中 心軸之距離在特徵主要尺寸之2倍內處。在一些具體實例中，目標位置中心定位於空腔之深度中心軸處。對於許多具體實例理想的是，雷射光束軸與真空腔1104中心軸深度中心軸共線。渦流1204可為層流或擾流的，或甚至部分或整體旋轉、擾流或旋動以有助於移除由雷射切除方法產生之碎屑1106的非渦流狀流體流動。真空壓力可粗略、高或超高的。在多個具體實例中，粗略真空適於防止碎屑積聚。在一些具體實例中，真空壓力大於或等於10kPa。然而，視主要特徵尺寸1110之大小、工件材料及碎屑1106之性質及各種雷射參數而定，可能需要較高真空壓力。可使真空腔1104及入口管道1200之各種特徵最佳化以收集來自微機械加工製程之碎屑1106，且防止碎屑再沈積於特徵1100內。舉例而言，在涉及穿孔或螺旋形加工之微機械加工應用中，穿孔或螺旋形加工之掃描方向可相對於由空腔近孔口1112向空腔遠孔口1114下降之渦流流動之渦流方向進行調節。在一些具體實例中，掃描方向與渦流方向相反。在一些具體實例中，掃描方向與渦流方向相同。

圖3係展示支撐具有所產生特徵之工件的圖2A之工件支撐結構1102之原型的放大照片。圖4A、4B及4C係展示在以下條件下在真空腔之上方所產生之特徵的各別電子顯微圖：無真空、真空但無碎屑收集流體流動及真空且有碎屑收集流體流動。參看圖3、4A、4B及4C，無真空之微機械加工似乎導致特徵1100部分阻塞且碎屑積聚於真空腔1104之整個內部表面上。真空下之微機械加工似乎導致特徵1100實質較輕阻塞，但仍展示碎屑積聚於特徵1100之遠表面及真空腔1104之整個內部表面上。 真空與碎屑收集流體流動合作下之微機械加工似乎產生實質上原始之特徵 1100。真空與碎屑收集流體流動合作下之微機械加工亦明顯藉由減少且在一些情況下消除來自雷射參數工作程序之清潔過程而減少循環時間。此外，真空與碎屑收集流體流動合作下之微機械加工展示特徵品質之實質改良，對於殘餘碎屑及孔洞大小變化尤其如此。

多於一個入口管道1200可延伸穿過工件支撐結構1102到達各真空空腔1104。圖6A係展示具有兩個由真空腔1104穿過工件支撐結構1102延伸之入口管道1200的替代具體實例之平面視圖。圖6B係展示具有六個由真空腔1104穿過工件支撐結構1102延伸之入口管道1200的替代具體實例之平面視圖。參看圖6A及6B，入口管道1200可圍繞(空腔近孔口1112)真空腔1104之周邊對稱或均勻間隔設置。然而，在一些具體實例中，入口管道1200可圍繞(空腔近孔口1112)真空腔1104之周邊不對稱或不均勻間隔設置。

流經入口管道1200之碎屑收集流體可為加壓或不加壓的。此外，入口管道1200無需在工件支撐結構1102中形成。實際上，在一些具體實例中，入口管道1200可呈端接於真空腔1104處或其內之供應通道1700(圖7A)之形式。在一些具體實例中，入口管道1200提供25cc/sec至1500cc/sec之流動速率之加正壓碎屑收集流體。在一些具體實例中，入口管道1200提供比起正壓強至少1.5倍之真空壓力。

在一些額外、累積或替代具體實例中，在形成特徵以改良改良碎屑移除效率時，碎屑收集流體可藉由一或多個微噴射器或噴嘴遞送至特徵1100中。圖7A係展示加壓供應通道1700之平面視圖，其可包括在壓力下提供碎屑收集流體至真空腔1104中之微噴射器或噴嘴。圖7B係展示 入口管道1200、真空腔1104及加壓供應通道1700合作以產生碎屑收集流體之渦流1204的截面側視圖。圖7C係展示定位於空腔1104中渦流1204之上方的預定特徵1100之底至頂穿過型產生之截面側視圖。參看圖7A、7B及7C，在特徵形成期間可將加壓碎屑收集流體引導至特徵1100中。加壓供應通道1700及/或其末端微噴射器或噴嘴可定位於真空腔1104內且可引導至特徵1100處或引導至其中。此外，加壓供應通道1700可替代入口管道1200，或對其補充。

前述內容說明本發明之具體實例且不應視為限制本發明之具體實例。儘管幾個特定實施例具體例已加以詳細描述，但熟習此項技術者將容易瞭解，在不實質上背離本發明之新穎教示及優點之情況下，本發明例示性具體實例以及其他具體實例之許多修改均係可能的。

因此，所有此等修改意欲包括於如申因此，所有此類修改均意欲包括於如申請專利範圍中所界定之本發明之範圍內。舉例而言，熟練技術人員將瞭解，任何句子或段落之標的均可與其他句子或段落中之一些或全部之標的組合，但此類組合彼此排斥之情況除外。

熟習此項技術者將清楚，可在不背離本發明之基本原理之情況下對上述具體實例之細節進行許多改變。因此，本發明之範圍應由以下申請專利範圍判定，且申請專利範圍之等效物包括於本發明之範圍中。

Claims (23)

1. 一種用於微機械加工一工件之方法，其包含：將該工件之一目標位置支撐於一空腔上方；對該空腔建立真空壓力；產生一雷射光束，該雷射光束具有包括以下之光束參數：在一焦點處之一主要光點尺寸及透過該工件之一波長；使該雷射光束沿一光束路徑傳播，該光束路徑將該雷射光束以沿一光束軸之傳播方向引導至該工件上之該目標位置，其中該工件在相對於該雷射光束之該傳播方向的該工件之一近表面與該工件之一遠表面之間具有大塊材料，以使得該光束軸在與該遠表面相交之前與該近表面相交，其中所述光束參數經調適以用於使該雷射光束傳播穿過該工件以在該工件中形成一深度特徵，其中該深度特徵包括一側壁，其中所述雷射參數經調適以使得該深度特徵主要自該遠表面朝向該近表面形成，其中該深度特徵之形成產生碎屑，且其中引入碎屑收集流體有助於在該深度特徵之形成期間自該深度特徵移除碎屑；及在該特徵之形成期間移除該碎屑，其中移除該碎屑包括向該空腔提供一碎屑收集流體。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該碎屑收集流體係經由在一工件支撐結構中形成之一入口管道提供。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該空腔具有一近孔口及一遠孔口，其中該近孔口比該遠孔口更接近該工件，其中與該遠孔口相比，該入口管道在更接近該近孔口處連接至該空腔。
4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該空腔具有一近孔口及一遠孔口，其中該近孔口比該遠孔口更接近該工件，其中該入口管道在該近孔口處連接至該空腔。
5. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該入口管道之一部分自低於該近孔口之一高度向該近孔口傾斜。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該入口管道提供加正壓之碎屑收集流體。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中加壓之該碎屑收集流體係在該特徵之形成期間引導至該特徵中。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔具有一圓周，且其中該入口管道與該空腔之該圓周以與該圓周之一切線呈在25度內之一相交角而相交。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔具有一圓周，且其中該入口管道與該空腔之該圓周以與該圓周相切之一相交角而相交。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔具有一圓周，且其中該入口管道與該空腔之該圓周以一相交角而相交，該相交角使該碎屑收集流體產生自該空腔之該近孔口向該遠孔口下降之一渦流流動。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔具有一近孔口及一遠孔口，其中該近孔口比該遠孔口更接近該工件，其中該近孔口具有一圓周，其中該空腔具有相對於該近孔口定位於中心之一深度中心軸，其中在該工件之該遠表面中形成之該特徵具有一特徵主要尺寸，且其中該目標位置定位於與該空腔之該深度中心軸之距離在該特徵主要尺寸10倍 內處。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該空腔具有一近孔口及一遠孔口，其中該近孔口比該遠孔口更接近該工件，其中該近孔口具有一圓周，其中該空腔具有相對於該近孔口定位於中心之一深度中心軸，其中在該工件之該遠表面中形成之該特徵具有一特徵主要尺寸，且其中該目標位置係中心地定位於該空腔之該深度中心軸處。
13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該工件中形成多個特徵，同時該工件在該工件支撐結構之該空腔上方係固定的。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件支撐結構包括多個空腔，其中在超過兩個空腔之上方形成至少一個特徵。
15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該入口管道具有一管道截面主要尺寸，其小於該空腔之一空腔截面主要尺寸。
16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該渦流具有一擾流。
17. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該入口管道具有一管道截面主要尺寸，其比起該空腔之一空腔截面主要尺寸至少小5倍。
18. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該入口管道提供流動速率在25cc/sec至1500cc/sec範圍內的加正壓之碎屑收集流體。
19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該真空壓力大於10kPa。
20. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該入口管道在一正壓下提供加正壓之碎屑收集流體，且其中該真空壓力比起該正壓至少強1.5倍。
21. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該碎屑收集流體包含空氣。
22. 一種用於微機械加工一工件之雷射系統，其包含： 一雷射，其經調適以用於產生具有包括以下之光束參數之一雷射光束：在一焦點處之一主要光點尺寸及透過該工件之一波長；一工件支撐結構，其經調適以用於支撐該工件，其中該工件支撐結構包括用於接收一碎屑收集流體之一空腔，該空腔經調適以用於連接至一真空來源，且該空腔具有經調適大於該主要光點尺寸之一截面尺寸，且其中該工件支撐結構包括自該空腔延伸穿過該工件支撐結構之一入口管道，該入口管道經調適以用於向該空腔中提供該碎屑收集流體；及一光束定位系統，其經調適以用於使該雷射光束沿一光束路徑傳播，該光束路徑將該雷射光束以沿一光束軸之傳播方向引導至在該空腔上方之該工件上之一目標位置，該工件在相對於該雷射光束之該傳播方向之一近表面與一遠表面之間具有大塊材料，以使得該光束軸經調適成在與該遠表面相交之前與該近表面相交，所述光束參數經調適以用於使該雷射光束傳播穿過該工件以在該工件中形成一深度特徵，其中所述雷射參數經調適以使得該深度特徵主要自該遠表面朝向該近表面形成。
23. 一種用於微機械加工一工件之雷射系統，其包含：一雷射，其經調適以用於產生具有包括以下之光束參數之一雷射光束：在一焦點處之一主要光點尺寸及透過該工件之一波長；一工件支撐結構，其經調適以用於支撐該工件，其中該工件支撐結構包括用於接收一碎屑收集流體之一空腔，該空腔經調適以用於連接至一真空來源，且該空腔具有經調適大於該主要光點尺寸之一截面尺 寸，其中一入口管道經調適以用於向該空腔中提供該碎屑收集流體，其中該入口管道包含一噴嘴；及一光束定位系統，其經調適以用於使該雷射光束沿一光束路徑傳播，該光束路徑將該雷射光束以沿一光束軸之傳播方向引導至在該空腔上方之該工件上之一目標位置，該工件在相對於該雷射光束之該傳播方向之一近表面與一遠表面之間具有大塊材料，以使得該光束軸經調適成在與該遠表面相交之前與該近表面相交，所述光束參數經調適以用於使該雷射光束傳播穿過該工件以在該工件中形成一深度特徵，其中所述雷射參數經調適以使得該深度特徵主要自該遠表面朝向該近表面形成。