TW202302477A - 使用脈衝雷射光束焦線來雷射處理透明材料的方法 - Google Patents

Abstract

一種用於處理透明工件的方法包括使用第一脈衝雷射光束在該透明工件中形成包含第一複數個缺陷的第一輪廓線且使該透明工件及該第一脈衝雷射光束沿該第一輪廓線相對於彼此平移；使用進入該透明工件中的第二脈衝雷射光束在該透明工件中形成包含第二複數個缺陷的第二輪廓線，及使該透明工件及該第二脈衝雷射光束沿該第二輪廓線相對於彼此平移，其中該第二輪廓線限定第二輪廓，該第二輪廓在交叉點處與該第一輪廓線相交，其中該第二脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在距該第二脈衝雷射光束之光學區域與該第一輪廓線之光學區域相互作用所在的該交叉點的第一距離處自第一雷射脈衝能量增加至第二雷射脈衝能量；且其中該第二脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在距該第二脈衝雷射光束之該光學區域不與該第一輪廓線之該光學區域相互作用所在的該交叉點的第二距離處自該第二雷射脈衝能量降低至該第一雷射脈衝能量。

Description

使用脈衝雷射光束焦線來雷射處理透明材料的方法

相關申請案之交叉引用

本申請案主張2021年2月26日申請之美國申請案第63/154,173在美國法典編號35第112條下的優先權權益，依賴該美國申請案之內容且其以引用方式整體併入本文中。

本說明書大體係關於用於雷射處理透明工件的設備及方法，且更具體而言，係關於透明工件中的橫切穿孔。

材料之雷射處理之領域涵蓋涉及不同類型的材料之切割、鑽孔、銑削、焊接、熔化等的各種應用。在這些製程中，特別令人感興趣的一個為在可利用於用於薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)的諸如玻璃、藍寶石，或熔融矽石的材料或用於電子裝置的顯示材料之生產的製程中切割或分離透明基板。

從製程開發及成本觀點來看，存在用於切割及分離玻璃基板中的改良的許多機會。非常感興趣的是具有相比於當前在市場上所實踐的更快速、更清潔、更便宜、更可重複，及更可靠的分離玻璃基板之方法。因此，需要用於分離玻璃基板的替代性改良方法。

本揭示案之一第一實施例包括用於處理透明工件的方法，該方法包含：在該透明工件中形成第一輪廓線，該第一輪廓線包含該透明工件中的第一複數個缺陷，使得該第一輪廓線限定第一輪廓，其中形成該第一輪廓線包含：藉由非球面光學元件導向沿光束途徑定向且藉由光束源輸出的第一脈衝雷射光束且將該第一脈衝雷射光束導向至該透明工件中，使得導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之一部分在該透明工件內產生誘發吸收，該誘發吸收在該透明工件內產生缺陷；以及使該透明工件及該第一脈衝雷射光束沿該第一輪廓線相對於彼此平移，藉此在該透明工件內沿該第一輪廓線雷射形成該第一複數個缺陷；在該透明工件中形成第二輪廓線，該第二輪廓線包含該透明工件中的第二複數個缺陷，使得該第二輪廓線限定第二輪廓，該第二輪廓在交叉點處與該第一輪廓線相交，其中形成該第二輪廓線包含：藉由非球面光學元件導向沿光束途徑定向且藉由光束源輸出的第二脈衝雷射光束且將該第二脈衝雷射光束導向至該透明工件中，使得導向至該透明工件中的該第二脈衝雷射光束之一部分在該透明工件內產生誘發吸收，該誘發吸收沿該第二輪廓線產生該透明工件之修改以在該透明工件內產生缺陷；以及使該透明工件及該第二脈衝雷射光束沿該第二輪廓線相對於彼此平移，藉此在該透明工件內沿該輪廓線形成該第二複數個缺陷，其中該第二脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在距該第二脈衝雷射光束之光學區域與該第一輪廓線之光學區域相互作用所在的該交叉點的第一距離處自第一雷射脈衝能量增加至第二雷射脈衝能量；且其中該第二脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在距該第二脈衝雷射光束之該光學區域與該第一輪廓線之該光學區域不相互作用所在的該交叉點的第二距離處自該第二雷射脈衝能量降低至該第一雷射脈衝能量。

本揭示案之一第二實施例可包括第一實施例，其中導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之該部分包含：波長λ；斑點大小 w _o ；以及橫截面，該橫截面包含瑞利範圍 Z _R ，該瑞利範圍Z _R大於 F _D

，其中 F _D 為包含10或更大之值的無尺寸發散因數。

本揭示案之一第三實施例可包括第一實施例至第二實施例，其中導向至該透明工件中的該第二脈衝雷射光束之該部分包含：波長λ；斑點大小 w _o ；以及橫截面，該橫截面包含瑞利範圍 Z _R ，該瑞利範圍 Z _R 大於 F _D

，其中 F _D 為包含10或更大之值的無尺寸發散因數。

本揭示案之一第四實施例可包括第一實施例至第三實施例，其中該第二雷射脈衝能量為該第一雷射脈衝能量兩倍。

本揭示案之一第五實施例可包括第一實施例至第四實施例，其中該第一距離為約100 μm至約500 μm。

本揭示案之一第六實施例可包括第一實施例至第四實施例，其中該第一距離為約100 μm至約300 μm。

本揭示案之第七實施例可包括第一實施例至第六實施例，其中該第二距離為約100 μm至約500 μm。

本揭示案之第八實施例可包括第一實施例至第六實施例，其中該第二距離為約100 μm至約300 μm。

本揭示案之第九實施例可包括第一實施例至第八實施例，其中該第一脈衝雷射光束及第二脈衝雷射光束具有波長λ且其中該透明工件具有在該光束傳播方向上的小於20%/mm的歸因於線性吸收及散射的組合損耗。

本揭示案之第十實施例可包括第一實施例至第九實施例，其中該第一光束源及第二光束源分別包含產生具有自約2個子脈衝每脈衝短脈衝至約30個子脈衝每脈衝短脈衝之脈衝短脈衝的第一脈衝光束源及第二脈衝光束源，且脈衝短脈衝能量為自約100 μJ至約600 μJ每脈衝短脈衝。

本揭示案之第十一實施例包括透明工件，該透明工件包含：該透明工件中的第一輪廓線，其中該第一輪廓線包含該透明工件中的第一複數個缺陷；以及該透明工件中的第二輪廓線，該第二輪廓線包含該透明工件中的第二複數個缺陷，使得該第二輪廓線限定第二輪廓，該第二輪廓在交叉點處與該第一輪廓線相交，其中該第二複數個缺陷至少部分地貫穿該透明工件之厚度自該交叉點之前的第一距離延伸至該交叉點之後的第二距離。

本揭示案之第十二實施例可包括第十一實施例，其中該第二複數個缺陷在該交叉點處完全貫穿該透明工件之厚度延伸。

本揭示案之第十三實施例可包括第十一實施例至第十二實施例，其中該第一距離為約100 μm至約500 μm。

本揭示案之第十四實施例可包括第十一實施例至第十二實施例，其中該第一距離為約100 μm至約300 μm。

本揭示案之第十五實施例可包括第十一實施例至第十四實施例，其中該第二距離為約100 μm至約500 μm。

本揭示案之一第十六實施例可包括用於處理透明工件的方法，該方法包含：在該透明工件中形成第一輪廓線，該第一輪廓線包含該透明工件中的第一複數個缺陷，使得該第一輪廓線限定第一輪廓，其中形成該第一輪廓線包含：藉由非球面光學元件導向沿光束途徑定向且藉由光束源輸出的第一脈衝雷射光束且將該第一脈衝雷射光束導向至該透明工件中，使得導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之一部分在該透明工件內產生誘發吸收，該誘發吸收沿該第一輪廓線產生該透明工件之修改以在該透明工件內產生缺陷；以及使該透明工件及該第一脈衝雷射光束沿該第一輪廓線相對於彼此平移，藉此在該透明工件內沿該第一輪廓線雷射形成該第一複數個缺陷；其中該第一脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在至該第一脈衝雷射光束之光學區域與該透明材料之邊緣之光學區域相互作用所在的該透明材料之該邊緣的第一距離處自該第一雷射脈衝能量增加至該第二雷射脈衝能量。

本揭示案之一第十七實施例可包括第十六實施例，其中導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之該部分包含：波長λ；斑點大小 w _o ；以及橫截面，該橫截面包含瑞利範圍 Z _R ，該瑞利範圍 Z _R 大於 F _D

，其中 F _D 為包含10或更大之值的無尺寸發散因數。

本揭示案之一第十八實施例可包括第十六至第十七實施例，其中該第二雷射脈衝能量為該第一雷射脈衝能量兩倍。

本揭示案之一第十九實施例可包括第十六實施例至第十八實施例，其中該第一脈衝雷射光束及第二脈衝雷射光束具有波長λ且其中該透明工件具有在該光束傳播方向上的小於20%/mm的歸因於線性吸收及散射的組合損耗。

本揭示案之第二十實施例可包括第十六實施例至第十九實施例，其中該第一光束源及第二光束源分別包含產生具有自約2個子脈衝每脈衝短脈衝至約30個子脈衝每脈衝短脈衝之脈衝短脈衝的第一脈衝光束源及第二脈衝光束源，且脈衝短脈衝能量為自約100 μJ至約600 μJ每脈衝短脈衝。

現將詳細參考用於雷射處理諸如玻璃工件的透明工件的製程之實施例，該等製程之實例例示於伴隨圖式中。在任何可能的情況下，相同元件符號將貫穿圖式用來指代相同或類似部分。根據本文所描述之一或多個實施例，透明工件可經雷射處理以在透明工件中形成輪廓線，該輪廓線包含一連串缺陷，該連串缺陷限定穿過透明工件的一或多個孔口之所要的周邊。根據一個實施例，脈衝雷射藉由非球面光學元件輸出脈衝雷射光束，使得脈衝雷射光束投射脈衝雷射光束焦線，該脈衝雷射光束焦線經導向至透明工件中。脈衝雷射光束焦線可用來在透明工件中產生一連串缺陷，藉此限定輪廓線。在本文各種實施例中，這些缺陷可稱為工件中的線狀缺陷、穿孔，或奈米穿孔。將在本文中具體參考所附圖式描述用於處理透明工件的方法及設備之各種實施例。

如本文所使用的片語「透明工件」意味由透明的玻璃或玻璃-陶瓷形成的工件，其中如本文所使用的術語「透明」意味材料具有每毫米材料深度小於約20%，諸如對於指定的脈衝雷射波長每毫米材料深度小於約10%，或諸如對於指定的脈衝雷射波長每毫米材料深度小於約1%的光學吸收的材料。根據一或多個實施例，透明工件可具有自約50微米(μm)至約10 mm的厚度，諸如自約100 μm至約5 mm，自約0.5 mm至約3 mm，或自約100 μm至約2 mm，例如，100 μm、250 μm、300 μm、500 μm、 700μm、1 mm、1.2mm、1.5 mm、2 mm、5 mm、7 mm等的厚度。

根據一或多個實施例，本揭露提供用於處理工件的方法。如本文中所使用，「雷射處理」可包括在透明工件中形成輪廓線、分離透明工件，或其組合。透明工件可包含由玻璃組成物形成的玻璃工件，該等玻璃組成物諸如硼矽酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、鹼性鋁矽酸鹽玻璃、鹼土鋁矽酸鹽玻璃、鹼土硼鋁矽酸鹽玻璃、熔融矽石，或晶體材料諸如藍寶石、矽、砷化鎵，或其組合。在一些實施例中，玻璃可為可離子交換的，使得玻璃組成物可在雷射處理透明工件之前或之後且在透明工件之化學蝕刻之前或之後經歷用於機械加強的離子交換。例如，透明工件可包含離子交換玻璃或可離子交換玻璃，諸如可得自Corning Incorporated of Corning, NY的Corning Gorilla® Glass (例如，代碼2318、代碼2319，及代碼2320)。此外，這些離子交換玻璃可具有自約6 ppm/℃至約10 ppm/℃的熱膨脹係數(coefficients of thermal expansion，CTE)。在一些實施例中，透明工件之玻璃組成物可包括大於約1.0分子%之硼及/或含硼化合物，包括但不限於B ₂O ₃。在另一實施例中，形成透明工件的玻璃組成物包括小於或等於約1.0分子%之硼之氧化物及/或含硼化合物。在一些實施例中，形成透明工件的玻璃組成物包括大於或等於約92.5重量%之二氧化矽。此外，透明工件可包含對於雷射之波長透明的其他組份，例如，諸如藍寶石或硒化鋅的晶體。

一些透明工件可用作為顯示器及/或TFT (薄膜電晶體)基板。適合於顯示器或TFT使用的此類玻璃或玻璃組成物之一些實例為可得自Corning Incorporated of Corning, NY的EAGLE XG ^®、CONTEGO，及CORNING LOTUS ^TM。鹼土硼鋁矽酸鹽玻璃組成物可經配製以適合於用作用於電子應用的基板，包括但不限於用於TFT的基板。結合TFT使用的玻璃組成物通常具有類似於矽之CTE的CTE (諸如小於5 x 10 ^-6/K，或甚至小於4 x 10 ^-6/K，例如，近似3 x 10 ^-6/K，或約2.5 x 10 ^-6/K至約3.5 x 10 ^-6/K)，且具有玻璃內的低鹼含量。低鹼含量(例如，約0重量%至2重量%，諸如小於1重量%，例如，小於0.5重量%之痕量)可用在TFT應用中，因為鹼摻雜劑在一些條件下瀝濾出玻璃且污染或「毒化」TFT，從而可能使TFT不能操作。根據一些實施例，本文所描述之雷射切割製程可用來以具有可忽略碎片、最小缺陷，及對邊緣之低表面下損壞的受控制方式在透明工件內形成孔口，從而保留工件完整性及強度。

如本文所使用之片語「輪廓線」表示沿著沿透明工件之表面延伸的輪廓形成的線路(例如，直線、曲線等)。輪廓線大體由使用各種技術引入透明工件中的一或多個缺陷組成。如本文所使用，「缺陷」可包括改質材料(相對於塊體材料)、孔隙空間、刮痕、瑕疵、孔，或透明工件中的其他畸形之區域，該區域賦能藉由化學蝕刻溶液對於透明工件之施加進行的沿輪廓線的透明工件之材料分離。雖然不欲受理論限制，但化學蝕刻溶液可移除每個缺陷處或直接包圍每個缺陷的透明工件之材料，藉此放大每個缺陷，使得由鄰近缺陷形成的孔隙重疊，最終導致沿輪廓線的透明工件之分離。

現參考第1A圖、第1B圖，及第2圖，舉例而言，示意性地描繪經歷根據本文所描述之方法之處理的諸如玻璃工件或玻璃陶瓷工件的透明工件160。第1A圖及第1B圖描繪透明工件160中的第一輪廓線170之形成，該第一輪廓線可藉由使脈衝雷射光束112及透明工件160相對於彼此平移，使得脈衝雷射光束112在平移方向101上相對於透明工件160平移加以形成。第2A圖描繪透明工件160中的第二輪廓線180之形成，該第二輪廓線可藉由使脈衝雷射光束112及透明工件160相對於彼此平移，使得脈衝雷射光束112在第二輪廓線180在交叉點182處與第一輪廓線170相交的平移方向上相對於透明工件160平移加以形成。在一些實施例中，脈衝雷射光束112在第二輪廓線180在交叉點182處與第一輪廓線170垂直相交的平移方向上相對於透明工件160平移。

在第二輪廓線180之形成期間，脈衝雷射光束112之雷射脈衝能量在距交叉點的第一距離處自第一雷射脈衝能量增加至第二雷射脈衝能量，以便對考慮到接近第一輪廓線170之定位發生的來自脈衝雷射光束112的雷射功率中之至少一些之吸收。作為在至第一輪廓線170的減少距離的情況下，來自脈衝雷射光束的雷射功率中之至少一些之吸收增加之結果，第二輪廓線180在接近第一輪廓線170的區部中改變，且因此不在透明材料內形成完全缺陷，但由於雷射脈衝能量之增加，第二輪廓線180可在透明材料內形成完全缺陷。第一距離為脈衝雷射光束之光學區域(亦即，透明工件內的誘發吸收之區域)與第一輪廓線170之光學區域相互作用，從而導致來自脈衝雷射光束112的雷射功率中之至少一些之吸收的距離。此距離取決於雷射參數、透明材料之組成物，及透明材料之厚度。例如，在不限制本文所描述之實施例的情況下，對於具有0.7 mm之厚度的透明材料，在達到第一輪廓線170之交叉點之前，雷射脈衝能量經增加約100 μm至約500 μm，或在一些實施例中約100 μm至約300 μm。

第2B圖描繪透明材料之兩個橫截面。左側的橫截面描繪具有在不增加雷射脈衝能量的情況下形成的穿孔的透明材料。此橫截面描繪接近第一輪廓線170的「陰影區域」200，其中接近第一輪廓線170之定位的來自脈衝雷射光束112的雷射功率中之至少一些之吸收防止透明材料內的完全缺陷之形成。「完全缺陷」為自透明材料之表面上或透明材料內的第一點開始且藉由使脈衝雷射光束112之雷射脈衝能量自第一雷射脈衝能量增加至第二雷射脈衝能量延伸越過陰影區域的缺陷。在一些實施例中，完全缺陷為完全延伸穿過透明材料之整個厚度的缺陷。在一些實施例中，完全缺陷延伸越過陰影區域，但並不延伸穿過透明材料之整個厚度。右側的橫截面描繪具有在增加接近第一輪廓線170的雷射脈衝能量的情況下形成的穿孔的透明材料。如此橫截面中所示，增加雷射脈衝能量導致透明材料內的完全缺陷之形成。以下描述第一輪廓線170及第二輪廓線180之形成之進一步細節。

在一些實施例中，「陰影區域」可接近透明工件之邊緣而發生，其中接近邊緣的來自脈衝雷射光束112的雷射功率中之至少一些之吸收防止透明材料內的完全缺陷之形成。因此，脈衝雷射光束之雷射脈衝能量在至脈衝雷射光束之光學區域與透明材料之邊緣之光學區域相互作用所在的透明材料之邊緣的第一距離處自第一雷射脈衝能量增加至第二雷射脈衝能量。雷射脈衝能量在遠離脈衝雷射光束之光學區域不與透明工件之邊緣之光學區域相互作用所在的邊緣的第二距離處自第二雷射脈衝能量降低至第一雷射脈衝能量。

第1A圖、第1B圖及第2A圖描繪脈衝雷射光束112，該脈衝雷射光束沿著光束途徑111且定向使得脈衝雷射光束112可使用非球面光學元件120 (第3圖)聚焦至透明工件160內的脈衝雷射光束焦線113中，該非球面光學元件例如旋轉三稜鏡及一或多個透鏡(例如，第一透鏡130及第二透鏡132，如以下所描述且在第3圖中描繪的)。此外，脈衝雷射光束焦線113為準非繞射光束之一部分，如以下更詳細地限定。

第1A圖、第1B圖，及第2A圖描繪脈衝雷射光束112形成雷射光束焦線113，該雷射光束焦線定向至光束傳播方向且由多個光束斑點組成。雷射光束焦線113之光束斑點114投射至透明工件160之成像表面162上。如本文所使用，透明工件160之「成像表面」162為脈衝雷射光束112最初接觸透明工件160所在的透明工件160之表面。亦如本文中所使用，「光束斑點」代表工件(例如，透明工件160)處或該工件內的焦點處的雷射光束(例如，脈衝雷射光束112)之橫截面。在一些實施例中，脈衝雷射光束焦線113可包含在與光束途徑111正交的方向上的軸對稱橫截面(例如，軸對稱光束斑點)，且在其他實施例中，脈衝雷射光束焦線113可包含在與光束途徑111正交的方向上的非軸對稱橫截面(例如，非軸對稱光束斑點)。如本文所使用，軸對稱代表對於繞中心軸所做的任何任意的旋轉角為對稱，或看起來相同的形狀，且「非軸對稱」代表對於繞中心軸所做的任何任意的旋轉角並非對稱的形狀。圓形光束斑點為軸對稱光束斑點之實例，且橢圓形光束斑點為非軸對稱光束斑點之實例。旋轉軸(例如，中心軸)最通常經視為雷射光束之傳播軸(例如，光束途徑111)。包含非軸對稱光束橫截面的示例性脈衝雷射光束更詳細地描述於以引用方式整體併入本文中的標題名稱為「Apparatus and Methods for Laser Processing Transparent Workpieces Using Non-Axisymmetric Beam Spots」的美國臨時專利申請案第62/402,337號中。

輪廓線170、180沿標明透明工件160中的預期分離線路的輪廓165、186延伸。第一輪廓線170包含複數個缺陷172，該些缺陷延伸至透明工件160之表面中且建立用於例如藉由將化學蝕刻溶液施加至透明工件160進行的透明工件160與剩餘透明工件160之材料分離的路徑。類似地，第二輪廓線180包含複數個缺陷184，該些缺陷延伸至透明工件160之表面中且建立用於透明工件160與剩餘透明工件160之材料分離的路徑

參考第1A圖、第1B圖，及第2A圖，在本文所描述之實施例中，脈衝雷射光束112 (具有投射至透明工件160上的光束斑點114可經導向至透明工件160上(例如，壓縮成穿透透明工件160之厚度之至少一部分的高深寬比線焦點)。此形成脈衝雷射光束焦線。在一個實施例中，雷射光束焦線113經定向，使得脈衝雷射光束焦線113之第一光束斑點113處於透明工件160內(亦即，在透明工件160之頂部表面以下及介於透明工件160之頂部表面與底部表面之間)。脈衝雷射光束焦線113穿透透明工件160之至少一部分。

此外，脈衝雷射光束112可相對於透明工件160平移(例如，在平移方向101上)以形成每個輪廓線170、180之複數個缺陷172、184。將脈衝雷射光束112導向或定位至透明工件160中在透明工件160內產生誘發吸收且沉積充分的能量以使透明工件160中的化學鍵在間隔位置處斷裂以形成缺陷172、184。根據一或多個實施例，脈衝雷射光束112可藉由透明工件160之運動(例如，耦接至透明工件160的平移載物台之運動)、脈衝雷射光束112之運動(例如，脈衝雷射光束焦線113之運動)，或透明工件160及脈衝雷射光束焦線113兩者之運動跨越透明工件160平移。藉由使脈衝雷射光束焦線113相對於透明工件160平移，複數個缺陷172、184可形成在透明工件160中。

再次參考第1A圖、第1B圖，及第2A圖，用來形成缺陷172的脈衝雷射光束112進一步具有強度分佈I(X,Y,Z)，其中Z為脈衝雷射光束112之光束傳播方向，且X及Y為垂直於傳播方向的方向，如圖中所描繪。X方向及Y方向可亦稱為橫截面方向且X-Y平面可稱為橫截面平面。橫截平面中的脈衝雷射光束112之強度分佈可稱為橫截面強度分佈。

脈衝雷射光束112可藉由經由非球面光學元件120傳播脈衝雷射光束112 (例如，使用光束源110輸出脈衝雷射光束112，諸如高斯(Gaussian)光束)包含準非繞射光束，例如，具有如以下算術地定義的低光束發散的光束，如以下關於第3圖中所描繪的光學總成100更詳細地描述。光束發散指代在光束傳播方向(亦即，Z方向)上的光束橫截面的放大率。如本文所使用，片語「光束橫截面」指代沿垂直於脈衝雷射光束112之光束傳播方向的平面，例如，沿X-Y平面的脈衝雷射光束112之橫截面。示例性準非繞射光束包括高斯貝塞爾(Gauss-Bessel)光束及貝塞爾(Bessel)光束。

繞射為導致脈衝雷射光束112之發散的一個因素。其他因素包括由形成脈衝雷射光束112的光學系統引起的聚焦或散焦或界面處的折射及散射。用於形成輪廓線170之缺陷172的脈衝雷射光束112可具有帶有低發散及弱繞射的光束斑點114。脈衝雷射光束112之發散藉由瑞利(Rayleigh)範圍Z _R表徵，該瑞利範圍與強度分佈之方差σ ²及脈衝雷射光束112之光束傳播因數M ²有關。在以下論述中，將使用直角坐標系統呈現公式。用於其他坐標系統的對應表達為使用熟習此項技術者已知的數學技術可獲得的。關於光束發散的額外資訊可見於SPIE Symposium Series第1224卷，第2頁 (1990)中的A.E. Siegman的標題名稱為「New Developments in Laser Resonators」及Optics Letters，第22(5)卷，262 (1997)中的R. Borghi及 M. Santarsiero的標題名稱為「M ²factor of Bessel-Gauss beams」的論文中，該等論文之揭示內容以引用方式整體併入本文中。額外資訊亦可見於以下國際標準中：標題名稱為「Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams」的ISO 11146-1:2005(E)、標題名稱為「Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 2: General astigmatic beams」的ISO 11146-2:2005(E)，及標題名稱為「Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods」的ISO 11146-3:2004(E)，該等國際標準之揭示內容以引用方式整體併入本文中。

具有時間平均強度剖線 I(x, y, z)的脈衝雷射光束112之強度剖線之形心之空間坐標藉由以下表達給出：

這些亦稱為維格納(Wigner)分佈之一次矩且描述於ISO 11146-2:2005(E)之第3.5節中。它們的量測描述於ISO 11146-2:2005(E)之第7節中。

方差為作為光束傳播方向上的定位z之函數的脈衝雷射光束112之強度分佈在橫截面(X-Y)平面中的寬度之量測。對於任意的雷射光束，X方向上的方差可不同於Y方向上的方差。吾人假設

及

分別表示X方向和Y方向上的方差。特別感興趣的是近場極限及遠場極限中的方差。吾人假設

及

分別表示近場極限中的X方向及Y方向上的方差，且吾人假設

及

分別表示遠場極限中的X方向及Y方向上的方差。對於具有帶有傳立葉變換

(其中 v _x 及 v _y 分別為X方向及Y方向上的空間頻率)的時間平均強度剖線 I(x, y,z)的雷射光束，X方向及Y方向上的近場方差及遠場方差藉由以下表達給出：

方差數量

、

、

，及

亦稱為維格納分佈(參見ISO 11146-2:2005(E))之對角元素。這些方差可使用描述於ISO 11146-2:2005(E)之第7節中的量測技術加以量化以用於實驗雷射光束。簡言之，量測使用線性不飽和像素化偵測器來量測有限空間區上的 I(x, y)，該 I(x, y)近似定義方差及形心坐標的積分方程之無限積分區域。量測區域、背景相減及偵測器像素解析度之適當程度藉由描述於ISO 11146-2:2005(E)之第7節中的迭代量測程序之收斂決定。藉由方程式1-6給出的表達之數值根據如藉由像素化偵測器量測的強度值之陣列數值地計算。

藉由用於任意光束的橫向振幅剖線

(其中

)與用於任意光束的空間頻率分佈

(其中

)之間的傳立葉變換關係，可表明：

在方程式(7)及(8)中，

及

為分別發生在 x方向及 y方向上的腰部定位 z _0x 及 z _0y 處的

及

之最小值，且λ為脈衝雷射光束112之波長。在方程式(7)及(8)中指示

及

在任一方向上自與脈衝雷射光束112之腰部定位(例如，脈衝雷射光束焦線113之腰部定位)相關聯的最小值隨z二次地增加。此外，在包含為軸對稱且藉此包含軸對稱強度分佈I(x,y)的光束斑點114的本文所描述之實施例中，

且在包含為非軸對稱且藉此包含非軸對稱強度分佈I(x,y)的光束斑點114的本文所描述之實施例中，

，亦即，

或

。

方程式(7)及(8)可根據光束傳播因數 M ² 重寫，其中用於 x方向及 y方向的單獨光束傳播因數

及

可定義為：

方程式(9)及(10)之重排及代入方程式(7)及(8)中得到：

該等方程式可重寫為：

其中x方向及y方向上的瑞利範圍Z _Rx及Z _Ry分別藉由以下方程式給出：

瑞利範圍對應於雷射光束之方差加倍(相對於光束腰部之定位處的方差)所在的距離(相對於如ISO 11146-1:2005(E)之第3.12節中定義的光束腰部之定位)，且為雷射光束之橫截面區域之發散之量測。此外，在包含為軸對稱且藉此包含軸對稱強度分佈I(x,y)的光束斑點114的本文所描述之實施例中， Z _Rx = Z _Ry ，且在包含為非軸對稱且藉此包含非軸對稱強度分佈I(x,y)的光束斑點114的本文所描述之實施例中，

，亦即，

或

。亦可將瑞利範圍觀察為光學強度衰減至光束腰部位置處所觀察的該光學強度之值之一半所在的沿光束軸的距離。具有大瑞利範圍的雷射光束具有低發散，且相較於具有小瑞利範圍的雷射光束，在光束傳播方向上隨距離更緩慢地擴張。

以上公式可藉由使用描述雷射光束的強度剖線 I(x, y, z)應用於任何雷射光束(並非僅高斯光束)。在高斯光束之TEM ₀₀模式的狀況下，強度剖線藉由以下方程式給出：

其中 w _o 為半徑(定義為光束強度降低至射束腰部定位 z _o 處的光束之峰值光束強度之1/e ²所在的半徑。根據方程式(17)及以上公式，吾人獲得用於TEM ₀₀高斯光束的以下結果：

其中 Z _R = Z _Rx = Z _Ry 。對於高斯光束，進一步注意到

。

光束橫截面藉由形狀及尺寸表徵。光束橫截面之尺寸藉由光束之斑點大小表徵。對於高斯光束，斑點大小通常定義為光束之強度下降至其最大值的1/e ²的徑向程度，在方程式(17)中表示為 w ₀。高斯光束之最大強度發生在強度分佈之中心( x= 0及 y= 0 (直角)或γ = 0 (圓柱形))處，且用來決定斑點大小的徑向程度係相對於中心加以量測。

具有軸對稱(亦即，繞光束傳播軸Z旋轉對稱)橫截面的光束可藉由在如ISO 11146-1:2005 (E)之第3.12節中指定的光束腰部位置處量測的單個尺寸或斑點大小表徵。對於高斯光束，方程式(17)表明斑點大小等於 w _o ， w _o 根據方程式(18)對應於2σ _{0 x} 或2σ _{0 y} 。對於具有軸對稱橫截面的軸對稱光束，諸如圓形橫截面，σ _{0 x} =σ _{0 y} 。因而，對於軸對稱光束，橫截面尺寸可以單個斑點大小參數表徵，其中 w _o= 2σ ₀。斑點大小可對於非軸對稱光束橫截面類似地定義，其中，不同於軸對稱光束，

。因而，當光束之斑點大小為非軸對稱的時，必須用以下兩個斑點大小參數表徵非軸對稱光束之橫截面尺寸：分別為x方向及y方向上的 w _ox 及 w _oy ，其中

此外，對於非軸對稱光束缺乏軸向(亦即，任意旋轉角)對稱性意味σ _{0 x} 及σ _{0 y} 的值之計算將取決於X軸及Y軸之方位之選擇。ISO 11146-1:2005 (E)將這些參考軸稱為功率密度分佈之主軸(第3.3節至第3.5節)，且在以下論述中，吾人將假設X軸及Y軸與這些主軸對準。此外，X軸及Y軸可在橫截面平面中繞其旋轉的角度ϕ (例如，相對於分別用於X軸和Y軸的參考定位的X軸和Y軸之角度)可用來定義用於非軸對稱光束的斑點大小參數之最小值( w _o, _min )及最大值( w _o, _max ):

其中

且

。光束橫截面之軸向不對稱性之量級可藉由縱橫比量化，其中縱橫比定義為 w _o, _max 與 w _o,min 之比。軸對稱光束橫截面具有1.0之縱橫比，而橢圓形及其他非軸對稱光束橫截面具有大於1.0的縱橫比，例如，大於1.1、大於1.2、大於1.3、大於1.4、大於1.5、大於1.6、大於1.7、大於1.8、大於1.9、大於2.0、大於3.0、大於5.0、大於10.0等

為促進光束傳播方向(例如，透明工件160之深度尺寸)上的缺陷172之均勻性，可使用具有低發散的脈衝雷射光束112。在一或多個實施例中，具有低發散的脈衝雷射光束112可用於形成缺陷172。如以上所述，發散可藉由瑞利範圍表徵。對於非軸對稱光束，用於主軸X及Y的瑞利範圍分別藉由用於X方向及Y方向的方程式(15)及(16)定義，其中可表明，對於任何真實光束，

且

，且其中

且

藉由雷射光束之強度分佈決定。對於對稱光束，瑞利範圍在X方向及Y方向上為相同的，且藉由方程式(22)或方程式(23)表達。低發散與瑞利範圍之大值及雷射光束之弱繞射相關。

具有高斯強度剖線的光束可為對於形成缺陷172的雷射處理不太佳的，因為，當聚焦至充分小的斑點大小(諸如在微米之範圍內的斑點大小，諸如約1-5μm或大約1-10μm)以使可利用的雷射脈衝能量能夠修改諸如玻璃的材料時，該等光束為高度繞射的，且在短傳播距離上顯著發散。為達成低發散，希望控制或最佳化脈衝雷射光束之強度分佈以減少繞射。脈衝雷射光束可為非繞射的或弱繞射的。弱繞射雷射光束包括準非繞射雷射光束。典型弱繞射雷射光束包括貝塞爾光束、高斯貝塞爾光束、艾瑞(Airy)光束、韋伯(Weber)光束，及馬蒂厄(Mathieu)光束。

對於非軸對稱光束，瑞利範圍 Z _Rx 及 Z _Ry 不相等。方程式(15)及(16)指示 Z _Rx 及 Z _Ry 分別地取決於σ _0x 及σ _0y ，且以上吾人注意到σ _0x 及σ _0y 之值取決於X軸及Y軸之方位。 Z _Rx 及 Z _Ry 之值因此將不同，且各自將具有對應於主軸的最小值及最大值，其中 Z _Rx 之最小值表示為 Z _Rx, _min 且 Z _Ry 之最小值表示為 Z _Ry,min ，對於任意光束部線， Z _Rx, _min 及 Z _Ry,min 可表明為藉由以下方程式給出

且

因為雷射光束之發散發生在具有最小瑞利範圍的方向上的較短距離上，所以用來形成缺陷172的脈衝雷射光束112之強度分佈可經控制，使得 Z _Rx 及 Z _Ry 之最小值(或對於軸對稱光束， Z _R 之值)為儘可能大的。因為 Z _Rx 之最小值 Z _Rx,min 及 Z _Ry 之最小值 Z _Ry,min 對於非軸對稱光束不同，所以當形成損壞區時，脈衝雷射光束112可與使 Z _Rx, _min 及 Z _Ry, _min 中之較小者儘可能小的強度分佈一起使用。

在不同實施例中， Z _Rx, _min 及 Z _Ry, _min 中之較小者(或對於軸對稱光束， Z _R 之值)大於或等於50 μm、大於或等於100 μm、大於或等於200 μm、大於或等於300 μm、大於或等於500 μm、大於或等於1 mm、大於或等於2 mm、大於或等於3 mm、大於或等於5 mm、在自50 μm至10 mm之範圍內、在自100 μm至5 mm之範圍內、在自200 μm至4 mm之範圍內、在自300 μm至2 mm之範圍內等。

本文中指定的用於 Z _Rx,min 及 Z _Ry,min 中之較小者(或對於軸對稱光束， Z _R 之值)的值及範圍為藉由在方程式(27)中定義的斑點大小參數 w _o, _min 之調整，對於工件為透明的不同波長可達成的。在不同實施例中，斑點大小參數w _o,min大於或等於0.25μm、大於或等於0.50 μm、大於或等於0.75 μm、大於或等於1.0 μm、大於或等於2.0 μm、大於或等於3.0 μm、大於或等於5.0 μm、在自0.25 μm至 10 μm之範圍內、在自0.25 μm至5.0 μm之範圍內、在自0.25 μm至2.5 μm之範圍內、在自0.50 μm至10 μm之範圍內、在自0.50 μm至5.0 μm之範圍內、在自0.50 μm至2.5 μm之範圍內、在自0.75 μm至10 μm之範圍內、在自0.75 μm至5.0 μm之範圍內、在自0.75 μm至2.5 μm之範圍內等。

非繞射或準非繞射光束大體具有複雜的強度剖線，諸如相對於半徑非單調地降低的那些。類似於高斯光束，有效斑點大小 w _o,eff 可對於非軸對稱光束定義為在任何方向上距強度下降至最大強度之1/e ²所在的最大強度之徑向定位(r = 0)的最短徑向距離。此外，對於軸對稱光束， w _o,eff 為距強度下降至最大強度之1/e ²所在的最大強度之徑向定位(r = 0)的徑向距離。基於用於非軸對稱光束的有效斑點大小 w _o,eff 或用於軸對稱光束的斑點大小 w _o 的用於瑞利範圍之準則可使用以下用於軸對稱光束的方程式(32)之非軸對稱光束的方程式(31)指定為用於形成損壞區的非繞射光束或準非繞射光束：

其中 F _D 為具有至少10、至少50、至少100、至少250、至少500、至少1000、在自10至2000之範圍內、在自50至1500之範圍內、在自100至1000之範圍內之值的無尺寸發散因數。藉由將方程式(31)與方程式(22)或(23)進行比較，吾人可看出，對於非繞射或準非繞射光束，有效光束大小加倍的距離，方程式(31)中的 Z _Rx, _min, Z _Ry, _min 中之較小者，為使用典型高斯光束剖線的情況下預期的距離的 F _D 倍。無尺寸發散因數 F _D 提供用於決定雷射光束是否為準非繞射的準則。如本文所使用，若雷射光束之特性在 F _D ≥ 10之值的情況下滿足方程式(31)或方程式(32)，則脈衝雷射光束112視為準非繞射的。當 F _D 之值增加時，脈衝雷射光束112接近更幾乎完美非繞射狀態。此外，應理解，方程式(32)僅為方程式(31)之簡化，且因而，方程式(31)算術地描述用於軸對稱及非軸對稱脈衝雷射光束112兩者的無尺寸發散因數 F _D 。

現參考第3圖，示意性地描繪用於產生脈衝雷射光束112的光學總成100，該脈衝雷射光束為準非繞射的，且使用非球面光學元件120 (例如，旋轉三稜鏡122)在透明工件160處形成脈衝雷射光束焦線113。光學總成100包括輸出脈衝雷射光束112的光束源110，及第一透鏡130及第二透鏡132。

此外，透明工件160可經定位，使得藉由光束源110輸出的脈衝雷射光束112例如在橫穿非球面光學元件120，及此後第一透鏡130及第二透鏡132兩者之後照射透明工件160。光軸102沿Z軸在光束源110與透明工件160之間延伸，使得當光束源110輸出脈衝雷射光束112時，脈衝雷射光束112之光束途徑111沿光軸102延伸。如本文所使用，「上游」及「下游」指相對於光束源110的沿光束途徑111的兩個位置或組件的相對定位。例如，若脈衝雷射光束112在橫穿第二組件之前橫穿第一組量，則第一組件在第二組件上游。此外，若脈衝雷射光束112在橫穿第一組件之前橫穿第二組件，則第一組件在第二組件下游。

仍然參考第3圖，光束源110可包含經組配來輸出脈衝雷射光束112的任何已知或有待於開發的光束源110。在操作中，輪廓線170之缺陷172 (第1A圖及第2圖)係藉由透明工件160與藉由光束源110輸出的脈衝雷射光束112之相互作用產生。在一些實施例中，光束源110可輸出脈衝雷射光束112，該脈衝雷射光束包含例如1064 nm、1030 nm、532 nm、530 nm、355 nm、343 nm，或266 nm，或215 nm之波長。此外，用來形成透明工件160中之缺陷172的脈衝雷射光束112可很好地適合於對於選定的脈衝激光波長透明的材料。

用於形成缺陷172的合適的雷射波長為藉由透明工件160的線性吸收及散射之組合損耗為充分低的波長。在實施例中，在波長處歸因於透明工件160之線性吸收及散射的組合損耗小於20%/mm，或小於15%/mm，或小於10%/mm，或小於5%/mm，或小於1%/mm，其中尺寸「/mm」意味脈衝雷射光束112之光束傳播方向(例如，Z方向)上的透明工件160內的每毫米距離。用於許多玻璃工件的代表性波長包括Nd ³⁺(例如，具有接近1064 nm之基本波長及接近532 nm、355 nm，及266 nm的高階諧波波長的Nd ³⁺:YAG或Nd ³⁺:YVO ₄)之基本及諧波波長。亦可使用滿足給定基板材料之組合線性吸收及散射損失要求的光譜之紫外線、可見，及紅外部分中的其他波長。

在操作中，藉由光束源110輸出的脈衝雷射光束112可在透明工件160中產生多光子吸收(multi-photon absorption，MPA)。MPA為將分子自一個狀態(通常基態)激發至較高能量的電子態(亦即，離子化)的相同或不同頻率之二或更多個光子之同時吸收。分子之所涉及的下態與上態之間的能量差等於所涉及的光子之能量之和。亦稱為誘發吸收的MPA可為例如二階或三階製程(或高階)，該二階或三階製程(或高階)比線性吸收弱若干數量級。該MPA不同於線性吸收，因為二階誘發吸收之強度例如可與光強度之平方成比例，且因而，該MPA為非線性光學過程。

產生輪廓線170 (第1A圖及第2圖)的穿孔步驟可與非球面光學元件120、第一透鏡130，及第二透鏡132組合地利用光束源110 (例如，超短脈衝雷射)來將光束斑點114投射在透明工件160上且產生脈衝雷射光束焦線113。脈衝雷射光束焦線113包含如以上定義的準非繞射光束，諸如高斯貝塞爾光束或貝塞爾光束，且可完全穿透透明工件160以在透明工件160中形成缺陷172，該等缺陷可形成輪廓線170。在一些實施例中，單獨脈衝之脈衝持續時間在自約1飛秒至約200微微秒，諸如自約1微微秒至約100微微秒、5微微秒至約20微微秒等的範圍內，且單獨脈衝之重複率可在自約1 kHz至4 MHz之範圍內，諸如在自約10 kHz至約3 MHz，或自約10 kHz至約650 kHz之範圍內。

再次參考第3圖，非球面光學元件120定位在光束源110與透明工件160之間的光束途徑111內。在操作中，藉由非球面光學元件120傳播例如外來高斯光束的脈衝雷射光束112可改變脈衝雷射光束112，使得傳播超過非球面光學元件120的脈衝雷射光束112之部分為準非繞射的，如以上所描述。非球面光學元件120可包含包含非球面形狀的任何光學元件。在一些實施例中，非球面光學元件120可包含圓錐形波前產生光學元件，諸如旋轉三稜鏡透鏡，例如，負折射旋轉三稜鏡透鏡、正折射旋轉三稜鏡透鏡、反射旋轉三稜鏡透鏡、繞射旋轉三稜鏡透鏡、可程式化空間光調變器(例如，相旋轉三稜鏡)等。

在一些實施例中，非球面光學元件120包含形狀算術地描述為以下的至少一個非球面：

其中z'為非球面之重度，γ為徑向方向上(例如，X方向或Y方向上)的非球面與光軸102之間的距離， c為非球面之表面曲率(亦即， c _i =1/ R _i ，其中 R為非球面之表面半徑)， k為二次曲線常數，且係數 a _i 為描述非球面的第一至第十二階非球面係數或高階非球面係數(多項式非球面)。在一個示例性實施例中，非球面光學元件120之至少一個非球面包括以下係數 a ₁ -a ₇ ，分別為：-0.085274788；0.065748845；0.077574995；-0.054148636；0.022077021；- 0.0054987472；0.0006682955；且非球面係數 a ₈ - a ₁₂為0。在此實施例中，至少一個非球面具有二次曲線常數 k =0。然而，因為係數 a ₁具有非零值，此等效於具有帶有非零值的二次曲線常數 k。因此，等效表面可藉由指定非零的二次曲線常數 k、非零的係數 a ₁，或非零 k及非零係數 a ₁之組合加以描述。此外，在一些實施例中，至少一個非球面藉由具有非零值的至少一個高階非球面係數 a ₂-a ₁₂ (亦即， a ₂, a ₃ …,

中之至少一個)描述或定義。在一個示例性實施例中，非球面光學元件120包含三階非球面光學元件諸如立方體形光學元件，該第三階非球面光學元件包含非零的係數 a ₃ 。

在一些實施例中，當非球面光學元件120包含旋轉三稜鏡122 (如第3圖中所描繪)時，旋轉三稜鏡122可具有雷射輸出表面126 (例如，圓錐形表面)，該雷射輸出表面具有約1.2°之角度，諸如自約0.5°至約5°，或自約1°至約1.5°，或甚至自約0.5°至約20°之角度，該角度係相對於脈衝雷射光束112進入旋轉三稜鏡122的雷射輸入表面124 (例如，平坦表面)量測。此外，雷射輸出表面126終止於圓錐頂點處。此外，非球面光學元件120包括自雷射輸入表面124延伸至雷射輸出表面126且終止於圓錐頂點處的中心線軸125。在其他實施例中，非球面光學元件120可包含旋轉三稜鏡、諸如空間光調變器的空間相位調變器，或繞射光柵。在操作中，非球面光學元件120將外來脈衝雷射光束112 (例如，外來高斯光束)成形為準非繞射光束，該準非繞射光束繼而藉由第一透鏡130及第二透鏡132導向。

仍然參考第3圖，第一透鏡130定位在第二透鏡132上游且可在第一透鏡130與第二透鏡132之間的準直空間134內準直脈衝雷射光束112。此外，第二透鏡132可將脈衝雷射光束112聚焦至透明工件160中，該透明工件可定位在成像平面104處。在一些實施例中，第一透鏡130及第二透鏡132各自包含平凸透鏡。當第一透鏡130及第二透鏡132各自包含平凸透鏡時，第一透鏡130及第二透鏡132之曲率可各自朝向準直空間134定向。在其他實施例中，第一透鏡130可包含其他準直透鏡，且第二透鏡132可包含凹凸透鏡、非球面鏡，或另一高階校正聚焦透鏡。

再次參考第1A圖至第3圖，脈衝雷射光束112沿光束途徑111導向定向且藉由光束源110輸出至透明工件160中，使得導向至透明工件160中的脈衝雷射光束112之部分在透明工件內產生誘發吸收，且誘發吸收在透明工件160內產生缺陷172、184。例如，脈衝雷射光束112可包含足以超過透明工件160之損壞臨界值的脈衝能量及脈衝持續時間。在一些實施例中，將脈衝雷射光束112導向至透明工件160中包含將藉由光束源110輸出的脈衝雷射光束112聚焦至沿光束傳播方向(例如，Z軸)定向的脈衝雷射光束焦線113中。透明工件160定位在光束途徑111中以至少部分地重疊脈衝雷射光束112之脈衝雷射光束焦線113。脈衝雷射光束焦線113因而經導向至透明工件160中。脈衝雷射光束112，例如，脈衝雷射光束焦線113在透明工件160內產生誘發吸收，以在透明工件160中產生缺陷172、184。在一些實施例中，可以數百千赫之速率(亦即，每秒數十萬個缺陷)產生個別缺陷。

在一些實施例中，非球面光學元件120可將脈衝雷射光束112聚焦至脈衝雷射光束焦線113中。在操作中，脈衝雷射光束焦線113之定位可藉由相對於透明工件160合適地定位及/或對準脈衝雷射光束112以及藉由合適地選擇光學總成100之參數加以控制。例如，脈衝雷射光束焦線113之定位可沿Z軸且繞Z軸加以控制。此外，脈衝雷射光束焦線113可具有在自約0.1 mm至約100 mm之範圍內或在自約0.1 mm至約10 mm之範圍內的長度。各種實施例可經組配以具有帶有約0.1 mm、約0.2 mm、約0.3 mm、約0.4 mm、約0.5 mm、約0.7 mm、約1 mm、約2 mm、約3 mm、約4 mm，或約5 mm，例如自約0.5 mm至約5 mm之長度l的脈衝雷射光束焦線113。

仍然參考第1A圖至第2A圖，用於形成包含缺陷172、184的輪廓線170、180的方法可包括使透明工件160相對於脈衝雷射光束112平移(或脈衝雷射光束112可相對於透明工件160例如在第1A圖及第2圖中所描繪之平移方向101上平移)。缺陷172、184穿透玻璃之完全深度。應理解，雖然有時描述為「孔」或「孔狀的」，但本文所揭示之缺陷172可大體並非孔隙空間，而是已藉由如本文所描述之雷射處理修改的透明工件160之部分。

在一些實施例中，缺陷172、184可大體藉由沿輪廓線170、180的自約0.1 μm至約500 μm，例如，約1 μm至約200 μm、約2 μm至約 100 μm、約5 μm至約20 μm等的距離彼此間隔開。例如，缺陷之間的合適的間隔可為用於TFT/顯示器玻璃組成物的自約0.1 μm至約50 μm，諸如自約5 μm至約15 μm、自約5 μm至約12 μm、自約7 μm至約15 μm，或自約7 μm至約12 μm。在一些實施例中，鄰近缺陷172之間的間隔可為約50 μm或更少、45 μm或更少、40 μm或更少、35 μm或更少、30 μm或更少、25 μm或更少、20 μm或更少、15 μm或更少、10 μm或更少、5 μm或更少等。此外，透明工件160相對於脈衝雷射光束112的平移可藉由使用一或多個平移載物台移動透明工件160及/或光束源110執行。

除單個透明工件160之穿孔之外，製程亦可用來穿孔透明工件160之堆疊，諸如玻璃薄片之堆疊，且可在單個雷射遍數的情況下完全穿透高達幾毫米總高度的玻璃堆疊。單個玻璃堆疊可由堆疊內的各種玻璃類型組成，例如與Corning代碼2318玻璃之一或多個層分層放置的鈉鈣玻璃之一或多個層。玻璃堆疊另外可具有在各種位置中的空氣隙。根據另一實施例，諸如黏合劑的延性層可安置在玻璃堆疊之間。然而，本文所描述之脈衝雷射製程將仍然在單個遍數中完全穿透這樣的堆疊之上玻璃層及下玻璃層。

熟習此項技術者將亦顯而易見，可在不脫離所主張主題之精神及範疇的情況下對本文所描述之實施例做出各種修改及變化。因而，本說明書意欲涵蓋本文所描述之各種實施例之修改及變化，只要此類修改及變化在所附申請專利範圍及其等效物之範疇內即可。

100:光學總成 101:平移方向 102:光軸 104:成像平面 110:光束源 111:光束途徑 112:脈衝雷射光束 113:脈衝雷射光束焦線 114:光束斑點 120:非球面光學元件 122:旋轉三稜鏡 124:雷射輸入表面 125:中心線軸 126:雷射輸出表面 130:第一透鏡 132:第二透鏡 160:透明工件 162:成像表面 170:第一輪廓線 172:缺陷 180:第二輪廓線 165,186:輪廓 182:交叉點 184:缺陷

圖式中闡述的實施例本質上為例示性的及示範性的，且不欲限制由申請專利範圍定義的主題。例示性實施例之以下詳細描述當結合以下圖式閱讀時可經理解，在圖式中，相同結構以相同元件符號指示，且其中：

第1A圖示意性地描繪根據本文所描述之一或多個實施例的透明工件中的第一缺陷輪廓線之形成；

第1B圖示意性地描繪根據本文所描述之一或多個實施例的在透明工件之處理期間的示例性脈衝雷射光束焦線；

第2A圖示意性地描繪根據本文所描述之一或多個實施例的透明工件中的第二缺陷輪廓線之形成；

第2B圖描繪根據本文所描述之一或多個實施例的具有形成於其中的第一缺陷輪廓線及第二缺陷輪廓線的透明工件的橫截面

第3圖示意性地描繪根據本文所描述之一或多個實施例的用於脈衝雷射處理的光學總成；

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

101:平移方向

111:光束途徑

112:脈衝雷射光束

113:脈衝雷射光束焦線

132:第二透鏡

160:透明工件

162:成像表面

165:輪廓

170:第一輪廓線

172:缺陷

Claims (14)

1. 一種用於處理一透明工件的方法，該方法包含以下步驟： 在該透明工件中形成一第一輪廓線，該第一輪廓線包含該透明工件中的第一複數個缺陷，使得該第一輪廓線限定一第一輪廓，其中形成該第一輪廓線之步驟包含以下步驟： 藉由一非球面光學元件導向沿一光束途徑定向且藉由一光束源輸出的一第一脈衝雷射光束且將該第一脈衝雷射光束導向至該透明工件中，使得導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之一部分在該透明工件內產生一誘發吸收，該誘發吸收在該透明工件內產生一缺陷；以及 使該透明工件及該第一脈衝雷射光束沿該第一輪廓線相對於彼此平移，藉此在該透明工件內沿該第一輪廓線雷射形成該第一複數個缺陷； 在該透明工件中形成一第二輪廓線，該第二輪廓線包含該透明工件中的第二複數個缺陷，使得該第二輪廓線限定一第二輪廓，該第二輪廓在一交叉點處與該第一輪廓線相交，其中形成該第二輪廓線之步驟包含以下步驟： 藉由一非球面光學元件導向沿一光束途徑定向且藉由一光束源輸出的一第二脈衝雷射光束且將該第二脈衝雷射光束導向至該透明工件中，使得導向至該透明工件中的該第二脈衝雷射光束之一部分在該透明工件內產生一誘發吸收，該誘發吸收沿該第二輪廓線產生該透明工件之一修改以在該透明工件內產生一缺陷；以及 使該透明工件及該第二脈衝雷射光束沿該第二輪廓線相對於彼此平移，藉此在該透明工件內沿該輪廓線形成該第二複數個缺陷， 其中該第二脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在距該第二脈衝雷射光束之一光學區域與該第一輪廓線之一光學區域相互作用所在的該交叉點的一第一距離處自一第一雷射脈衝能量增加至一第二雷射脈衝能量；且 其中該第二脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在距該第二脈衝雷射光束之該光學區域與該第一輪廓線之該光學區域不相互作用所在的該交叉點的一第二距離處自該第二雷射脈衝能量降低至該第一雷射脈衝能量。
2. 如請求項1所述之方法，其中導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之該部分包含： 一波長λ； 一斑點大小 w _o ；以及 一橫截面，該橫截面包含一瑞利範圍 Z _R ，該瑞利範圍 Z _R 大於 F _D

   

   ，其中 F _D 為包含10或更大之一值的一無尺寸發散因數。
3. 如請求項1所述之方法，其中導向至該透明工件中的該第二脈衝雷射光束之該部分包含： 一波長λ； 一斑點大小 w _o ；以及 一橫截面，該橫截面包含一瑞利範圍 Z _R ，該瑞利範圍 Z _R 大於 F _D

   

   ，其中 F _D 為包含10或更大之一值的一無尺寸發散因數
4. 如請求項1所述之方法，其中該第二雷射脈衝能量為該第一雷射脈衝能量兩倍。
5. 如請求項1所述之方法，其中該第一距離為約100 μm至約500 μm。
6. 如請求項1所述之方法，其中該第二距離為約100 μm至約500 μm。
7. 如請求項1所述之方法，其中該第一脈衝雷射光束及第二脈衝雷射光束具有一波長λ，且其中該透明工件具有在該光束傳播方向上的小於20%/mm的歸因於線性吸收及散射的組合損耗。
8. 如請求項1所述之方法，其中該第一光束源及第二光束源分別包含產生具有自約2個子脈衝每脈衝短脈衝至約30個子脈衝每脈衝短脈衝之脈衝短脈衝的一第一脈衝光束源及一第二脈衝光束源，且一脈衝短脈衝能量為自約100 μJ至約600 μJ每脈衝短脈衝。
9. 一種透明工件，包含： 該透明工件中的一第一輪廓線，其中該第一輪廓線包含該透明工件中的第一複數個缺陷；以及 該透明工件中的一第二輪廓線，該第二輪廓線包含該透明工件中的第二複數個缺陷，使得該第二輪廓線限定一第二輪廓，該第二輪廓在一交叉點處與該第一輪廓線相交，其中該第二複數個缺陷至少部分地貫穿該透明工件之一厚度自該交叉點之前的一第一距離延伸至該交叉點之後的一第二距離。
10. 一種用於處理一透明工件的方法，該方法包含以下步驟： 在該透明工件中形成一第一輪廓線，該第一輪廓線包含該透明工件中的第一複數個缺陷，使得該第一輪廓線限定一第一輪廓，其中形成該第一輪廓線之步驟包含以下步驟： 藉由一非球面光學元件導向沿一光束途徑定向且藉由一光束源輸出的一第一脈衝雷射光束且將該第一脈衝雷射光束導向至該透明工件中，使得導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之一部分在該透明工件內產生一誘發吸收，該誘發吸收沿該第一輪廓線產生該透明工件之一修改以在該透明工件內產生一缺陷；以及 使該透明工件及該第一脈衝雷射光束沿該第一輪廓線相對於彼此平移，藉此在該透明工件內沿該第一輪廓線雷射形成該第一複數個缺陷； 其中該第一脈衝雷射光束之該雷射脈衝能量在至該第一脈衝雷射光束之一光學區域與該透明材料之一邊緣之一光學區域相互作用所在的該透明材料之該邊緣的一第一距離處自該第一雷射脈衝能量增加至該第二雷射脈衝能量。
11. 如請求項10所述之方法，其中導向至該透明工件中的該第一脈衝雷射光束之該部分包含： 一波長λ； 一斑點大小 w _o ；以及 一橫截面，該橫截面包含一瑞利範圍 Z _R ，該瑞利範圍 Z _R 大於 F _D

    

    ，其中 F _D 為包含10或更大之一值的一無尺寸發散因數。
12. 如請求項10所述之方法，其中該第二雷射脈衝能量為該第一雷射脈衝能量兩倍。
13. 如請求項10所述之方法，其中該第一脈衝雷射光束及第二脈衝雷射光束具有一波長λ，且其中該透明工件具有在該光束傳播方向上的小於20%/mm的歸因於線性吸收及散射的組合損耗。
14. 如請求項10所述之方法，其中該第一光束源及第二光束源分別包含產生具有自約2個子脈衝每脈衝短脈衝至約30個子脈衝每脈衝短脈衝之脈衝短脈衝的一第一脈衝光束源及一第二脈衝光束源，且一脈衝短脈衝能量為自約100 μJ至約600 μJ每脈衝短脈衝。

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