TW202302257A - 透過優化雷射脈衝空間分佈來切割光學元件的方法 - Google Patents

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Abstract

本公開發明的實施例涉及用於利用雷射加工系統從基板切割一或更多個光學元件的方法。雷射加工系統利用雷射來執行用於沿著切割路徑從基板切割一或更多個光學元件的方法。該方法使用沿切割路徑形成複數個雷射斑點或沿切割路徑形成複數個溝槽中的一者。

Description

透過優化雷射脈衝空間分佈來切割光學元件的方法
本公開發明的實施例總體上涉及光學元件。具體而言，本公開發明的實施例涉及用於利用雷射加工系統從基板切割一或更多個光學元件的方法。
虛擬實境(VR)通常被認為是電腦產生的模擬環境，其中用戶具有明顯的實體存在。可以以3D形式產生VR體驗，並使用頭戴式顯示器(HMD)進行查看，例如具有近眼顯示面板作為鏡頭以顯示替代實際環境的VR環境的眼鏡或其他可穿戴顯示元件。
然而，擴增實境(AR)實現了這樣的體驗，其中用戶仍然可以透過眼鏡或其他HMD設備的顯示鏡片看到以查看周圍環境，還可以看到為顯示而產生的虛擬對象的圖像並作為環境的一部分出現。AR可以包括任何類型的輸入(例如音頻和觸覺輸入)，以及增強或擴增用戶體驗環境的虛擬圖像、圖形和影像。為了實現AR體驗，虛擬圖像疊加在周圍環境上，疊加由光學元件執行。
在基板上製造多個光學元件，然後在用於VR和AR元件之前進行切割。在從光學透明材料(例如玻璃和碳化矽(SiC)基板)切割一或更多個光學元件的慣用方法中，難以從基板精確切割光學元件以保持光學元件的品質。通常包括高帶隙材料的光學元件易碎並且對熱應力或機械應力敏感。因此，當切割基板時，切割方向的突然改變會導致基板中沿著切割路徑的非對稱熱應力或機械應力分佈。基板中的非對稱應力分佈會導致裂紋或碎屑，尤其是在與光學元件一起使用的複雜輪廓下。光學元件中的裂紋和碎屑會降低光學元件的品質並降低光學元件的良率。
因此，需要從基板切割一或更多個光學元件的改進方法。
在一個實施例中，提供了一種方法。該方法包括在雷射的第一次通過上沿著切割路徑形成第一組雷射斑點。切割路徑被設置在基板上的光學元件的周圍。該方法還包括在使用雷射的第二次通過時沿著切割路徑形成第二組雷射斑點。第二組雷射斑點鄰近第一組雷射斑點而形成。該方法還包括在用雷射進行第三次通過時沿切割路徑形成第三組雷射斑點。第三組雷射斑點與第一組雷射斑點和第二組雷射斑點相鄰地形成。該方法還包括從基板移除光學元件。
在另一個實施例中，提供了一種方法。該方法包括在第一部分、第二部分和第三部分中在第一溝槽深度處形成溝槽。第一溝槽深度在雷射在切割路徑上的第一次通過期間形成。切割路徑設置在基板上的光學元件的周圍。該方法進一步包括在切割路徑上執行雷射的一或更多個後續的通過，以在第一部分、第二部分和在該第二部分中的後續的溝槽深度處中形成溝槽，直到達到總溝槽深度。該方法還包括從基板移除光學元件。
在又一個實施例中，提供了一種非暫時性電腦可讀媒體。非暫時性電腦可讀媒體儲存指令，當由處理器執行指令時，使電腦系統執行在雷射的第一次通過時沿著切割路徑形成第一組雷射斑點的步驟。切割路徑設置在基板上的光學元件的周圍。這些步驟還包括在使用雷射的第二次通過時沿著切割路徑形成第二組雷射斑點。第二組雷射斑點鄰近第一組雷射斑點而形成。這些步驟還包括在使用雷射的第三次通過時沿著切割路徑形成第三組雷射斑點。第三組雷射斑點與第一組雷射斑點和第二組雷射斑點相鄰地形成。這些步驟還包括從基板移除光學元件。
本公開發明的實施例總體上涉及光學元件。具體而言，本公開發明的實施例涉及用於利用雷射加工系統從基板切割一或更多個光學元件的方法。
圖1是基板100的示意性俯視圖。一或更多個光學元件102設置在基板100上。一或更多個光學元件102中的每一光學元件102包括切割路徑104。切割路徑104沿每個光學元件102的外邊緣限定。切割路徑104是雷射(圖2所示)在方法300和500期間行進的預定切割路徑，使得在切割操作期間保持光學元件102的品質。基板100可以是本領域中使用的任何基板，並且取決於基板100的用途，對於選定的雷射波長可以是不透明的或透明的。應當理解，以下描述的基板100是示例性基板。儘管在基板100上僅示出了十個光學元件102，但是可以在基板100上設置任意數量的光學元件102。
基板100可以由任何合適的材料形成，只要基板100可以充分地透射或吸收預定波長或波長範圍內的光並且可以充當一或更多個光學元件102的充分支撐件。基板的選擇可以包括任何合適的材料，包括但不限於非晶介電質、晶體介電質、氮化鋁、氧化矽、碳化矽、多面體低聚倍半矽氧烷(POSS)和其他聚合物，以及它們的組合。例如，基板100包括矽(Si)、二氧化矽(SiO 2)、熔融石英、石英、碳化矽(SiC)、鍺(Ge)、矽鍺(SiGe)、磷化銦(InP)、砷化鎵(GaAs))、氮化鎵(GaN)、藍寶石或它們的組合。在可與本文所述的其他實施例結合的一些實施例中，基板100包括透明材料。合適的例子可以包括氧化物、硫化物、磷化物、碲化物或它們的組合。此外，基板100可以具有不同的形狀、厚度和直徑。例如，基板100可以具有約150mm至約300mm的直徑。基板100可以具有圓形、矩形或正方形形狀。基板100可具有約300μm至約1mm之間的厚度。也可以考慮其他尺寸。
應當理解，本文描述的一或更多個光學元件102是示例性光學元件。在可與本文所述的其他實施例組合的一個實施例中，一或更多個光學元件102的光學元件是波導組合器，例如擴增實境波導組合器。在可與本文描述的其他實施例結合的另一實施例中，一或更多個光學元件102的光學元件是平面光學元件，例如超表面。
圖2是雷射加工系統200的示意性截面視圖。雷射加工系統用在方法300和方法500中，用於利用雷射加工系統200從基板100切割一或更多個光學元件。
雷射加工系統200包括設置在平台202的表面201上的基板100。平台202設置在雷射加工系統200中，使得平台202的表面201位於掃描器204的對面。掃描器204包括雷射206。雷射加工系統200可操作以沿著切割路徑104從基板100切割出一或更多個光學元件102。雷射加工系統200包括控制器208。控制器208與平台202和掃描器204通訊。
雷射加工系統200可操作以從基板100切割一或更多個光學元件102。在可與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，雷射加工系統200可操作以利用細絲化從基板100切割出一或更多個光學元件102。細絲化包括提供來自雷射206的雷射脈衝，利用雷射206沿著切割路徑104在基板100中蝕刻穿過基板100的厚度的孔。在可與本文所述的其他實施例結合的另一實施例中，雷射加工系統200可操作以利用雷射燒蝕從基板100切割出一或更多個光學元件102。雷射燒蝕包括用雷射206沿著切割路徑104將溝槽蝕刻到基板100中。
控制器208通常被設計成便於本文描述的方法的控制和自動化。控制器208可以耦合到雷射206、平台202和掃描器204或與之通訊。平台202和掃描器204可以向控制器208提供關於方法300和方法500以及基板100的對準的資訊。控制器208可以與CPU（例如，電腦系統）通訊或耦合到CPU。CPU可以是能夠執行軟體應用程式和處理數據的硬體單元或硬體單元的組合。在一些配置中，CPU包括中央處理單元(CPU)、數位訊號處理器(DSP)、專用積體電路(ASIC)、圖形處理單元(GPU)和/或這些單元的組合。CPU通常被配置為執行一或更多個軟體應用程式並處理儲存的媒體數據。
雷射206是脈衝雷射。在可以與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，雷射206包括具有小於約1.3的光束品質「M2因子」的高斯光束輪廓。在可以與本文描述的其他實施例結合的另一個實施例中，雷射206是貝塞爾型(Bessel-type)光束輪廓。雷射206與控制器208通訊。控制器208可以控制雷射206的其他輸入參數或輸出參數，如方法300和方法500中所述。
平台202包括平台致動器210。平台致動器210允許平台202在X方向、Y方向和Z方向上掃描，如圖2所示的坐標系所示。平台202耦合到控制器208以便將平台202的位置資訊提供給控制器208。此外，平台202與控制器208通訊，使得平台202可以在使得雷射206追蹤切割路徑104的方向上移動。
掃描器204包括掃描器致動器212。掃描器致動器212允許掃描器204在X方向、Y方向和Z方向上掃描，如圖2所示的坐標系所示。雷射206設置在掃描器204中。掃描器204耦合到控制器208以便將掃描器204的位置資訊提供給控制器208。此外，掃描器204與控制器208通訊，使得掃描器204可以移動雷射206以追蹤切割路徑104。在可以與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，掃描器204是振鏡掃描器。
在可以與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，執行用於從基板100切割一或更多個光學元件102的方法的雷射加工系統200可以利用掃描器204和平台202兩者的移動來引導沿切割路徑104的雷射206。在可與本文所述的其他實施例結合的另一實施例中，執行從基板100切割一或更多個光學元件102的方法的雷射加工系統200可僅利用掃描器204來引導雷射206沿著切割路徑104。例如，掃描器204沿切割路徑104移動雷射206。在可與本文描述的其他實施例結合的又一實施例中，執行從基板100切割一或更多個光學元件102的方法的雷射加工系統200可以僅利用平台202來引導雷射206沿著切割路徑104。例如，平台202移動使得處於固定位置的雷射沿著切割路徑104移動。
在基板100包括玻璃的實施例中，掃描器204和雷射206處於固定位置。掃描平台202使得雷射206沿著切割路徑104移動。雷射206包括貝塞爾型光束輪廓。雷射206是紅外雷射。雷射206的波長約為1μm。雷射206在包括玻璃的基板100中是透明的，因此能夠切割基板100的一或更多個光學元件102。雷射206具有約1μm和約10μm之間的光束寬度。
在具有包括碳化矽的基板100的實施例中，掃描器204(例如振鏡掃描器)用於沿著切割路徑104的複數個部分（如圖6所示）掃描雷射206。平台202用於掃描複數個部分之間的基板100，使得雷射206可以沿著切割路徑104沿著每個部分移動。雷射206包括高斯型光束輪廓。雷射206在包括碳化矽的基板100中是吸收性的，因此能夠切割基板100的一或更多個光學元件102。雷射206具有約10μm至約100μm之間的光束寬度。雷射206可以是波長約為1μm的紅外雷射，雷射206的光子能量約為1.1eV。雷射206可以是波長在約500nm和約540nm之間的綠色雷射，並且雷射206的光子能量可以是約2.5eV。雷射206可以是波長在約300nm和約360nm之間的紫外雷射，並且雷射206的光子能量可以是約3.5eV。
圖3是用於從基板100切割一或更多個光學元件的方法300的流程圖。方法300利用細絲化處理來切割基板100的一或更多個光學元件102。參考圖4A-4C描述方法300。還設想光學元件102的任何合適的輪廓可以與方法300一起使用並且不限於圖4A-4C中所示的輪廓。在方法300期間，所謂一次通過係被定義為雷射206完全透過光學元件102的切割路徑104的長度(例如，沿著光學元件102的整個周邊通過)。方法300可操作以在包括玻璃材料的基板100上執行。
圖4A-4C是一或更多個光學元件102的光學元件的示意性俯視圖。為了便於解釋，將參照圖2的雷射加工系統200來描述方法300。然而，預期除了雷射加工系統200之外的其他適當配置的裝置可以與方法300結合使用。
圖4A-4C所示的光學元件102包括複數個雷射斑點402。當來自雷射206的雷射脈衝在基板100中蝕刻孔時，會形成每個雷射斑點402。複數個雷射斑點402沿切割路徑104設置。切割路徑104圍繞設置在基板100上的光學元件102。複數個雷射斑點402形成在基板100的整個厚度上。沿著切割路徑104形成複數個雷射斑點402，使得在每個雷射斑點402周圍形成熱和/或機械應力場。間距404定義為雷射斑點402之間的距離。每個雷射斑點402包括雷射斑點直徑，該雷射斑點直徑定義了穿過基板而形成的孔的直徑。雷射斑點直徑在約1μm和約10μm之間。圖4A-4C中所示的複數個雷射斑點402未按比例繪製，而是為了便於說明而放大。
在操作301，用戶可以將用於從基板100切割出一或更多個光學元件102的方法的輸入參數提供進入CPU以與控制器208通訊。CPU可以是能夠基於輸入參數執行軟體應用的硬體單元或硬體單元的組合。輸入參數包括雷射斑點直徑、平台掃描速率、脈衝寬度、雷射206的波長、一或更多個光學元件102的輪廓、雷射脈衝頻率、雷射206的單次通過中的間距404、切割速度或其他相關參數中的一或更多者。控制器208將提供用於從基板100切割一或更多個光學元件102的方法的輸出參數，包括切割速度、通過次數、雷射脈衝頻率或將在方法300中使用的其他相關參數中的一或更多者。輸出參數是根據輸入參數決定的。在方法300中選擇輸入參數和輸出參數以在方法300期間減少一或更多個光學元件102的破裂和碎裂並優化複數個雷射斑點402的應力分佈。雷射功率和雷射斑點尺寸也可以根據需要進行調整。
在可以與本文描述的其他實施例結合的一個實施例中，一或更多個光學元件102的輪廓、雷射脈衝頻率和單次通過中的預定間距404被輸入作為輸入參數。該軟體應用程式提供輸出參數，包括切割速度和通過次數。在可與本文所述的其他實施例組合的另一實施例中，一或更多個光學元件102的輪廓、切割速度和單次通過中的預定間距404被輸入作為輸入參數。軟體應用程式提供輸出參數，包括雷射脈衝頻率和通過次數。
在操作302，如圖4A所示，第一組雷射斑點402A形成在切割路徑104上。第一組雷射斑點402A在雷射206的第一次通過期間形成。掃描雷射加工系統200的平台202，使得雷射206沿著切割路徑104移動。雷射206提供雷射脈衝以在切割路徑104中形成複數個雷射斑點402。基於輸入參數和輸出參數執行操作302。
在雷射206是貝塞爾型光束輪廓的實施例中，雷射206具有在約1μm和約10μm之間的雷射斑點直徑。例如，雷射斑點直徑在約3µm和約5µm之間。第一組雷射斑點402A的相鄰雷射斑點之間的間距404比雷射斑點直徑的值大約3倍到約10倍之間。雷射206在每個雷射斑點402的形成期間產生脈衝。雷射206以恆定脈衝頻率或以脈衝串模式(burst mode)將脈衝傳送到工作表面。當雷射以脈衝串模式運行時，脈衝串內的雷射脈衝數在約2到約100之間。例如，一個脈衝串內的雷射脈衝數在約5到約10之間。雷射206可以具有在約100kHz至約5MHz範圍內的雷射脈衝頻率。例如，在200kHz和約500kHz之間。以小於約2m/s的速率掃描平台202。雷射206可以具有約100fs和約100ps之間的脈衝寬度。例如，在約300fs和約15ps之間。雷射206可以是紅外雷射。雷射206的波長可以是1μm。雷射206可以是波長在約500nm和約540nm之間的綠色雷射。雷射206可具有約10mm/s至約1m/s之間的切割速度。例如，在約50mm/s到約500mm/s之間。
第一組雷射斑點402A沿著切割路徑104形成並且被允許冷卻，從而減少圍繞第一組雷射斑點402A的熱應力。由於與其他雷射斑點的接近度較小，在第一次通過中的第一組雷射斑點402A的相鄰雷射斑點之間的間距404允許沿著切割路徑104的機械應力減小。
在操作303，如圖4B所示，在切割路徑104上形成第二組雷射斑點402B。第二組雷射斑點402B在雷射206的第二次通過期間形成。基於輸入參數和輸出參數執行操作303。第一組雷射斑點402A和第二組雷射斑點402B的相鄰雷射斑點之間的距離為雷射斑點直徑值的約0.5倍至約1.0倍之間。第二組雷射斑點402B的相鄰雷射斑點之間的間距404比雷射斑點直徑的值大約3倍到約10倍之間。
第二組雷射斑點402B從第一組雷射斑點402A偏移。第三組雷射斑點402C從第一組雷射斑點402A和第二組雷射斑點402B偏移。第二組雷射斑點402B沿切割路徑104形成並且被允許冷卻，從而減少圍繞第一組雷射斑點402A和第二組雷射斑點402B的熱應力。由於第一組雷射斑點402A被冷卻，第一次通過和第二次通過之間的冷卻時間允許沿著切割路徑104的機械應力減小。在可以與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，每次後續的通過之間的冷卻時間在約200μs和約5ms之間。
在操作304，如圖4C所示，在切割路徑104上形成第三組雷射斑點402C。第三組雷射斑點402C在雷射206的第三次通過期間形成。基於輸入參數和輸出參數執行操作304。第一組雷射斑點402A、第二組雷射斑點402B和第三組雷射斑點402C的相鄰雷射斑點之間的距離在雷射斑點直徑值的約0.5倍至約1.0倍之間。第三組雷射斑點402C的相鄰雷射斑點之間的間距404比雷射斑點直徑的值大約3倍到約10倍之間。
第三組雷射斑點402B沿切割路徑104形成並被允許冷卻，從而減少圍繞第一組雷射斑點402A、第二組雷射斑點402B和第三組雷射斑點402C的熱應力。由於第一組雷射斑點402A和第二組雷射斑點402B被冷卻，第二次通過和第三次通過之間的冷卻時間允許沿著切割路徑104的機械應力減小。
在操作305，提供應力以從基板100去除光學元件102。應力使光學元件102從基板100上脫離。在可與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，應力是用於從基板100移除光學元件102的機械應力。例如，從基板100沖壓出光學元件。在可與本文描述的其他實施例結合的另一實施例中，應力是用於移除光學元件102的熱應力，例如透過利用熱膨脹。在其他實施例中，設想光學元件102不需要應力來從基板100去除。例如，如果雷射斑點402完全去除圍繞切割路徑104，則不需要應力來去除光學元件102，因為光學元件102已經脫離基板100。
儘管在方法300中僅使用了三次通過，但是可以使用多於或少於三次通過來切割一或更多個光學元件102。例如，基於輸出參數，通過次數由軟體應用程式決定，因此可用於獲得複數個雷射斑點402之間的預定間距404。因此，可以減少導致裂縫或碎屑的基板中的非對稱應力分佈。此外，可以基於預定間距404、切割速度、雷射脈衝頻率和一或更多個光學元件102的輪廓來調整複數個雷射斑點402的數量。例如，可以沿著切割路徑104形成多於3組雷射斑點402，例如10組雷射斑點402。
圖5是用於從基板100切割一或更多個光學元件102的方法500的流程圖。參考圖6A和6B描述方法500。為了便於解釋，將參照圖2的雷射加工系統200來描述方法500。然而，預期除了雷射加工系統200之外的其他適當配置的裝置可以與方法500結合使用。方法500利用雷射燒蝕處理來切割基板100的一或更多個光學元件102。還設想光學元件102的任何合適的輪廓可以與方法500一起使用並且不限於圖6A中所示的輪廓。在方法500期間，所謂一次通過被定義為雷射206完全通過切割路徑104的長度。方法500可操作以在包括碳化矽材料的基板100上執行。圖6A是一或更多個光學元件102的光學元件102的示意性俯視圖。圖6B是一或更多個光學元件102的光學元件102的示意性截面視圖。
圖6A和6B包括光學元件102。光學元件102沿著切割路徑104被分成複數個部分602。在方法500期間，使用雷射206沿著切割路徑104將複數個溝槽604蝕刻到基板100中。切割路徑104圍繞設置在基板100上的光學元件102。沿著切割路徑104形成複數個溝槽604，使得在每個溝槽604周圍形成熱和/或機械應力場。如圖6B所示，可以在複數個溝槽深度606處形成複數個溝槽604。例如，複數個溝槽604可以包括第一溝槽深度606A和第二溝槽深度606B。在可與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，複數個溝槽深度606形成複數個溝槽604的總溝槽深度608。複數個溝槽深度606不限於各自為相同的溝槽深度。例如，第一溝槽深度606A可以不同於第二溝槽深度606B。當達到總溝槽深度608時，可以從基板100切割光學元件102。儘管在圖4B中僅示出了第一溝槽深度606A和第二溝槽深度606B，但是複數個溝槽深度606可以包括一或更多個溝槽深度606A、606B…606N以結合方法500形成總溝槽深度608。
在操作501，用戶可以將用於從基板100切割出一或更多個光學元件102的方法的輸入參數提供進入CPU以與控制器208通訊。CPU可以是能夠執行軟體應用程式的硬體單元或硬體單元的組合。輸入參數包括光束寬度、脈衝數量、脈衝到脈衝頻率、脈衝串到脈衝串頻率、平台掃描速率、脈衝寬度、一或更多個光學元件102的輪廓、複數個溝槽深度606、切割速度或其他相關參數中的一或更多者。控制器208將提供輸出參數，包括切割速度、通過次數、沿切割路徑104的複數個部分602的數量、脈衝串到脈衝串頻率、脈衝到脈衝頻率或在方法500中使用的其他相關參數的一或更多者。輸出參數是根據輸入參數決定的。在方法500中使用輸入參數和輸出參數以在方法500期間減少一或更多個光學元件102的破裂和碎裂並優化複數個溝槽604的應力分佈。雷射功率和雷射斑點尺寸也可以根據需要進行調整。
在可與本文所述的其他實施例結合的一個實施例中，輸入一或更多個光學元件102的輪廓、雷射脈衝頻率和複數個溝槽深度606作為輸入參數。軟體應用程式提供輸出參數，包括切割速度、複數個部分602的數量和次通過數。在可與本文描述的其他實施例組合的另一實施例中，一或更多個光學元件102的輪廓、切割速度和複數個溝槽深度606被輸入作為輸入參數。該軟體應用程式提供輸出參數，包括雷射脈衝頻率、沿著切割路徑104的複數個部分602的數量以及通過的數量。
在操作502中，如圖6A所示，在切割路徑104上的第一部分602A中形成溝槽604。溝槽604由雷射加工系統200的雷射206形成。第一部分602A的溝槽604處於第一溝槽深度606A。第一溝槽深度606A在雷射206沿切割路徑104的第一次通過期間形成。雷射206可以使用恆定的脈衝頻率或若干脈衝的脈衝串來形成溝槽604。第一溝槽深度606A在約5μm和約20μm之間。
基於輸入參數和輸出參數執行操作502。在雷射206是高斯型光束輪廓的實施例中，雷射206具有在約10μm和約100μm之間的光束寬度。例如，在約30µm和約60µm之間。當雷射206在每個雷射斑點402的形成期間利用若干脈衝的脈衝串時，一個脈衝串內的雷射脈衝的數量在約2和約1000之間。例如，一個脈衝串中的雷射脈衝數在約10到約100之間。雷射206的脈衝到脈衝頻率在約50MHz和約3GHz之間。例如，在約500MHz和約1GHz之間。雷射206的脈衝串到脈衝串頻率在約100kHz和約1MHz之間。例如，在約200kHz和約500kHz之間。以約0m/s和約10m/s之間的速率掃描掃描器204。例如，在約1m/s到約5m/s之間。雷射206可以處於固定位置。雷射206可以具有約100fs和約100ps之間的脈衝寬度。例如，在約500fs和約10ps之間。雷射206可以是紅外雷射。雷射206的波長可以是1μm。雷射206可以是波長在約500nm和約540nm之間的綠色雷射。雷射206可具有約10mm/s至約1m/s之間的切割速度。例如，在50mm/s到約500mm/s之間。雷射206可具有約2m/s至約5m/s之間的切割速度。雷射206可以具有約50W和約150W之間的雷射功率。
在操作503，如圖6A所示，在切割路徑104上的第二部分602B中形成溝槽604。第二部分602B的溝槽604處於第一溝槽深度606A。基於輸入參數和輸出參數執行操作503。第一溝槽深度606A在約5μm和約20μm之間。第二部分602B的溝槽604沿著切割路徑104形成並且被允許冷卻，從而減少第二部分602B周圍的熱應力。隨著第一部分602A的溝槽604在操作502中被冷卻，基板100中導致裂縫或碎屑的非對稱應力分佈被減少。
在操作504，如圖6A所示，在切割路徑104上的第三部分602C中形成溝槽604。第三部分602C的溝槽604處於第一溝槽深度606A。基於輸入參數和輸出參數執行操作504。第一溝槽深度606A在約5μm和約20μm之間。第三部分602C的溝槽604沿著切割路徑104形成並且被允許冷卻，從而降低了第三部分602C周圍的熱應力。隨著第一部分602A和第二部分602B的溝槽604在操作502和503中被冷卻，基板100中的導致裂縫或碎屑的非對稱應力分佈被減少。
在操作505，執行一或更多個後續的通過。執行第二次通過，使得溝槽604在第一部分602A、第二部分602B和第三部分602C中處於第二溝槽深度606B。第二溝槽深度606B在雷射206沿著切割路徑104的第二次通過期間形成。可以執行額外的後續的通過以在後續的溝槽深度606B…606N處形成溝槽604，直到在第一部分602A、第二部分602B和第三部分602C中達到總溝槽深度608。
在可以與本文描述的其他實施例結合的一個實施例中，後續的溝槽深度606B…606N不同於第一溝槽深度606A。在可與本文所述的其他實施例結合的另一實施例中，後續的溝槽深度606B…606N等於或基本等於第一溝槽深度606A。
在操作506，從基板100移除光學元件102。當達到總溝槽深度608時，光學元件102能夠從基板100移除。溝槽604沿切割路徑104形成，因此將光學元件102與基板100實體分離。
儘管只有第一溝槽深度606A和第二溝槽深度606B形成總溝槽深度608，但是可以利用多於或少於兩個溝槽深度來形成總溝槽深度608。儘管在方法500中僅使用了三次通過，但是可以使用多於或少於三次通過來切割一或更多個光學元件102。例如，基於輸出參數，通過次數由軟體應用程式決定，因此可用於獲得沿切割路徑104的複數個部分602的數量。因此，可以減少導致裂縫或碎屑的基板中的非對稱應力分佈。此外，雖然僅示出了複數個部分602中的三個部分，但軟體應用程式將提供輸出參數以決定將由雷射206形成的複數個部分602的數量。
總之，本文描述的實施例提供了用於利用雷射加工系統從基板切割一或更多個光學元件的方法。雷射加工系統利用雷射來執行用於沿著切割路徑從基板切割一或更多個光學元件的方法。本文所述的方法透過在切割一或更多個光學元件時優化雷射斑點分佈和溝槽分佈來減少基板中導致裂紋或碎屑的不對稱應力分佈的發生。該優化會減少和重新分配沿切割路徑的熱應力和機械應力。本文所述的方法透過減少裂紋和碎屑的出現來提高切割品質，尤其是在光學元件使用的複雜輪廓的情況下。此外，一或更多個光學元件的品質將提高，因此光學元件的產量會提高。
儘管前述內容針對本公開發明的實施例，但是可以設計本公開發明的其他和進一步的實施例而不背離其基本範圍，並且其範圍由所附申請專利範圍決定。
100:基板 102:光學元件 104:切割路徑 300:方法 500:方法 200:雷射加工系統 202:平台 201:表面 204:掃描器 206:雷射 208:控制器 210:平台致動器 212:掃描器致動器 402:雷射斑點 404:間距 301:操作 302:操作 402A:雷射斑點 303:操作 402B:雷射斑點 304:操作 402C:雷射斑點 305:操作 602:部分 604:溝槽 606:溝槽深度 606A、606B…606N:溝槽深度 608:總溝槽深度 501:操作 502:操作 602A:第一部分 503:操作 602B:第二部分 504:操作 602C:第三部分 505:操作 506:操作
為了能夠詳細理解本公開發明的上述特徵的方式，可以透過參考實施例來獲得上文簡要概括的本公開發明的更具體的描述，其中一些實施例在附圖。然而，要注意，附圖僅示出示例性實施例，因此不應被視為限制其範圍，並且可以允許其他同等有效的實施例。
圖1是根據實施例的基板的示意性俯視圖。
圖2是根據實施例的雷射加工系統的示意性截面視圖。
圖3是根據實施例的用於從基板切割一或更多個光學元件的方法的流程圖。
圖4A-4C是根據實施例的一或更多個光學元件的一光學元件的示意性俯視圖。
圖5是根據實施例的用於從基板切割一或更多個光學元件的方法的流程圖。
圖6A是根據實施例的一或更多個光學元件的一光學元件的示意性俯視圖。
圖6B是根據實施例的一或更多個光學元件的一光學元件的示意性截面視圖。
為了便於理解，在可能的情況下使用了相同的元件符號來表示附圖共有的相同元件。預期一個實施例的元件和特徵可以有益地結合到其他實施例中而無需進一步敘述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
300:方法
301:操作
302:操作
303:操作
304:操作
305:操作

Claims (20)

  1. 一種方法，包括以下步驟： 在一雷射的一第一次通過時沿一切割路徑形成一第一組雷射斑點，該切割路徑設置在一基板上的一光學元件的周圍； 在使用該雷射的一第二次通過時沿該切割路徑形成一第二組雷射斑點，該第二組雷射斑點與該第一組雷射斑點相鄰形成； 在使用該雷射的一第三次通過時沿該切割路徑形成一第三組雷射斑點，該第三組雷射斑點鄰近該第一組雷射斑點和該第二組雷射斑點而形成；和 從該基板上取下該光學元件。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中形成該第一組雷射斑點、該第二組雷射斑點和該第三組雷射斑點的步驟包括以下步驟：掃描其上設置有該基板的一平台，使得該雷射沿著該切割路徑移動。
  3. 根據請求項2所述的方法，其中將輸入參數提供至一控制器，該控制器將該輸入參數提供給該平台，該輸入參數包括下列一或更多者:一雷射斑點直徑、一平台掃描速率、一脈衝寬度、該雷射的一波長、該光學元件的一輪廓、一雷射脈衝頻率、該第一次通過、該第二次通過、或該第二次通過中的一間距，以及一切割速度。
  4. 根據請求項3所述的方法，其中，該輸入參數是一雷射斑點直徑、一平台掃描速率、該光學元件的一輪廓、該第一次通過、該第二次通過、以及該第二次通過中的一間距。
  5. 根據請求項3所述的方法，其中該控制器基於該輸入參數而提供輸出參數至該平台，該輸出參數包括下列一或更多者:一切割速度、通過次數，或該雷射脈衝頻率。
  6. 根據請求項1所述的方法，其中該第一組雷射斑點、該第二組雷射斑點和該第三組雷射斑點在相鄰雷射斑點之間的一間距介於一雷射斑點直徑的約3倍至約10倍之間。
  7. 根據請求項1所述的方法，其中該雷射利用若干脈衝的一脈衝串來形成該第一組雷射斑點、該第二組雷射斑點和該第三組雷射斑點。
  8. 根據請求項1所述的方法，其中每個後續的通過之間的一冷卻時間在約200μs和約5ms之間。
  9. 根據請求項1所述的方法，其中，該雷射以約100kHz至約1GHz的一雷射脈衝頻率沿著該切割路徑移動。
  10. 一種方法，包括以下步驟： 在一第一溝槽深度的一第一部分、一第二部分和一第三部分中形成一溝槽，該第一溝槽深度係在一雷射在一切割路徑上的一第一次通過期間形成，該切割路徑設置在一基板上的一光學元件的周圍; 在該切割路徑上執行該雷射的一或更多個後續的通過，以在該第一部分、該第二部分和在該第二部分中的後續的溝槽深度處中形成該溝槽，直到達到一總溝槽深度；和 從該基板上取下該光學元件。
  11. 根據請求項10所述的方法，其中在該第一部分、該第二部分和該第三部分中形成該溝槽的步驟包括以下步驟：掃描一掃描器和其上設置有該基板的一平台，使得該雷射沿著該切割路徑移動。
  12. 根據請求項11所述的方法，其中掃描該掃描器和其上設置有該基板的該平台的步驟包括以下步驟：該雷射處於一固定位置。
  13. 根據請求項12所述的方法，其中將輸入參數提供給一控制器，該控制器將該輸入參數提供給該平台和該掃描器，該輸入參數包括下列一或更多者:一射束寬度、一脈衝數量、一脈衝到脈衝頻率、一脈衝串到脈衝串頻率、一平台掃描速率、一脈衝寬度、一光學元件的輪廓、一總溝槽深度和一切割速度。
  14. 根據請求項13所述的方法，其中該控制器基於該輸入參數提供輸出參數至該平台和該掃描器，該輸出參數包括下列一或更多者:該脈衝到脈衝頻率、該脈衝串到脈衝串頻率、沿著該切割路徑的若干部分的一數量，以及沿著該切割路徑的若干通過的一數量。
  15. 根據請求項10所述的方法，其中該後續的溝槽深度不同於該第一溝槽深度。
  16. 根據請求項10所述的方法，其中該後續的溝槽深度等於或基本等於該第一溝槽深度。
  17. 根據請求項10所述的方法，其中在該第一部分、該第二部分和該第三部分中形成該溝槽的步驟包括以下步驟：掃描一平台和一掃描器，使得該雷射沿著該切割路徑移動。
  18. 根據請求項10所述的方法，其中，該雷射利用若干脈衝的一脈衝串來形成該溝槽。
  19. 根據請求項18所述的方法，其中若干脈衝的該脈衝串包括約2至約1000個脈衝。
  20. 一種儲存指令的非暫時性電腦可讀媒體，當由一處理器執行時，使一電腦系統執行以下步驟： 在一雷射的一第一次通過時沿一切割路徑形成一第一組雷射斑點，該切割路徑設置在一基板上的一光學元件的周圍； 在使用該雷射的一第二次通過時沿該切割路徑形成一第二組雷射斑點，該第二組雷射斑點與該第一組雷射斑點相鄰形成； 在使用該雷射的一第三次通過時沿該切割路徑形成一第三組雷射斑點，該第三組雷射斑點鄰近該第一組雷射斑點和該第二組雷射斑點形成；和 從該基板上取下該光學元件。
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