TWI611856B - 雷射加工的方法、雷射加工的製品和雷射加工的裝置 - Google Patents

Abstract

本發明為方法及用於執行該方法之裝置，該方法具有以下步驟：提供一工件，在外表面之一區域處產生複數個自由電子，及藉由將雷射能量導向至該工件上來加工該工件中鄰接該第一區的一部分。

Description

雷射加工的方法、雷射加工的製品和雷射加工的裝置 【相關申請案之交互參照】

本申請案為非臨時申請案，其主張2012年9月25日申請之美國專利臨時申請案序列號第61/705,559號及2012年9月24日申請之美國臨時申請案第61/705,038號之權益，該等申請案據此以全文引用方式納入本文。

本發明之實施例大體而言係關於用於加工工件之方法及裝置，且更具體而言，係關於用於利用雷射可靠地且一致地加工工件之方法。

當使用雷射根據非線性吸收製程來加工透明材料時，存在材料的初始處理不一致之時間。此不一致的初始加工可不合期望地導致加工期間出現以下情況：切削剖面粗糙、材料之結節伸入所加工之特徵中、碎屑阻塞特徵或甚至工件破裂。

本發明之一態樣為一種方法，其包括提供一工件，其具有一外表面；在該外表面之一第一區處產生複數個自由電子；以及藉由將雷射能量導向至該工件上來加工該工件中鄰接該第一區的一部分。

本發明之另一態樣為一種方法，其包括提供一工件，其具有一外表面；在該外表面之一第一區處建立缺陷；以及藉由將雷射能量導向 至該工件上來加工該工件中鄰接該第一區的一部分。

本發明之另一態樣為一種方法，其包括提供一工件，其具有一外表面；粗化該外表面之一第一區；以及藉由將雷射能量導向至該工件上來加工該工件中鄰接該第一區的一部分。

本發明之另一態樣為一種方法，其包括提供一工件，其具有一外表面；在該外表面的一部分處形成一增強區；以及藉由將雷射能量導向至該工件上來加工該工件中鄰接該第一區的一部分，其中該增強區係組配來刺激該雷射能量藉由該工件的該部分的非線性吸收。

本發明之另一態樣為一種製品，其包括根據如申請專利範圍第1項之方法形成之一工件。

本發明之另一態樣為一種裝置，其包括一工件支撐系統，其係組配來支撐如本文所述之申請專利範圍內任一項之工件；一雷射系統，其係組配來將一雷射能量束導向至由該工件支撐系統支撐之一工件上；一控制器，其耦接至該雷射系統及該工件支撐系統中之至少，該控制器包括：一處理器，其係組配來執行指令以便控制該雷射系統及該工件支撐系統中之該至少一者，從而執行根據本文所述之申請專利範圍內任一項之方法；以及一記憶體，其係組配來儲存該等指令。

本發明之另一態樣為一種裝置，其包括一工件支撐系統，其係組配來支撐如本文所述之申請專利範圍內任一項之工件；一預加工增強系統，其係組配來形成一增強區；一雷射系統，其係組配來將一雷射能量束導向至由該工件支撐系統支撐之一工件上；一控制器，其耦接至該雷射系統及該工件支撐系統中之至少，該控制器包括：一處理器，其係組配來 執行指令以便控制該雷射系統、該預加工增強系統以及該工件支撐系統中之該至少一者，從而執行根據本文所述之申請專利範圍內任一項之方法；以及一記憶體，其係組配來儲存該等指令。

100‧‧‧工件

102‧‧‧第一主表面區

104‧‧‧第二主表面區

106‧‧‧增強區

108‧‧‧內部

108a,108b‧‧‧壓縮區

108c‧‧‧張力區

200‧‧‧雷射束

202‧‧‧方向

204‧‧‧束腰

400‧‧‧施體物件

402‧‧‧施體表面

500‧‧‧雷射脈衝束

502‧‧‧方向

504‧‧‧初步特徵

506‧‧‧方向

600‧‧‧盲孔

700‧‧‧通孔

1000‧‧‧裝置

1002‧‧‧工件支撐系統

1004‧‧‧雷射系統

1006‧‧‧卡盤

1008‧‧‧支撐框架

1010‧‧‧雷射

1010a‧‧‧雷射光束

1012‧‧‧光學總成

1012a‧‧‧移動方向

1014‧‧‧射束轉向系統

1016‧‧‧控制器

1018‧‧‧處理器

1020‧‧‧記憶體

1022‧‧‧預加工增強系統

1024‧‧‧增強區形成設備

1024a,1024b‧‧‧移動方向

1026‧‧‧定位總成

圖1A例示具有外表面之工件的俯視平面圖，該外表面具有已處理來促進工件之後續加工的區域。

圖1B例示圖1A中所示工件的沿線IB-IB截取之橫截面圖。

圖2至圖4例示預加工增強製程之示範性實施例。

圖5至圖8例示在執行如圖3中所例示之預加工增強製程之後，加工圖1A及圖1B中所示工件內之特徵的方法的一實施例。

圖9例示根據一些實施例的已加工特徵與工件外表面之已處理區之間的示範性空間關係。

圖10例示根據一個實施例的用於加工工件之示範性裝置。

以下參照隨附圖式更全面地描述本發明之實施例，圖中展示本發明之示例性實施例。然而，此等實施例可以許多不同的形式實行，且不應理解為限於本文所闡述之實施例。實情為，提供此等實施例使得本揭示案將透徹及完整且將向熟習此項技術者完全傳達本發明之範疇。在圖式中，為明確起見，可將各層、區、組件之形狀、大小及相對大小加以誇示。除非另外指出，否則值的範圍在被陳述時包括該範圍之上限及下限以及上下限之間的任何子範圍。

參照圖1A及圖1B，工件100包括一外表面，該外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104以及自第一主表面區102延伸至第二主表面區104之一或多個側表面區域。在所例示之實施例中，第一主表面區102及第二主表面區104均為大體上平坦且彼此平行的。因此，自第一主表面區102至第二主表面區104之距離可定義為工件100之厚度t。在一實施例中，工件100之厚度在200μm至10mm之範圍內。然而，在另一實施例中，工件100之厚度可小於200μm或大於10mm。在又一實施例中，第一主表面區102及第二主表面區104可為大體上不平坦的，可彼此不平行，或其組合。

一般而言，工件100係由硬光學材料形成，該材料諸如剛玉、陶瓷、半導體、金屬或金屬合金、玻璃、玻璃-陶瓷，或其類似材料或組合。可形成工件100之示範性陶瓷材料包括氧化鋁、氧化鈹、氧化鋯或類似氧化物或其組合。可形成工件100之示範性半導體材料包括第IV族元素或化合物半導體(例如矽、鍺、矽-鍺、碳化矽或類似物或其組合)、第III族-第V族化合物半導體、第II族-第VI族化合物半導體、第II族-第V族化合物半導體、第I族-第VII族化合物半導體、第IV族-第VI族組化合物半導體、半導體氧化物或類似物或其組合。可形成工件100之示範性金屬及金屬合金包括鋁、鈦、不銹鋼，或其類似物或合金或其他組合。可形成工件100之示範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、硫屬玻璃、塊狀金屬玻璃或類似物或其組合。

在一實施例中，工件100提供為玻璃(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、鈣鋁矽酸鹽玻璃等等)的板材、片材、基板等等，該玻璃可為未強化的、熱強化的、化學強化的或經類似強化的。當玻璃工件受強化時，第一主表面區102及第二主表面區104中之每一者可受壓縮應力，而玻璃片內部中之一區域處於張力狀態，以便補償第一主表面區102及第二主表面區104處的表面壓縮。因此，強化玻璃片的特徵可為包括一對壓縮區(亦即，其中玻璃處於壓縮狀態之區域)，諸如壓縮區108a及108b之區域，該等壓縮區自第一主表面區102及第二主表面區104延伸且由諸如張力區108c之中央張力區(亦即，其中玻璃處於張力狀態之區域)分開。將壓縮區108a或108b之厚度稱為「層深度」(DOL)。

一般而言，第一主表面區102及第二主表面區104中之每一者處的表面壓縮均可在69MPa至1GPa之範圍內。然而，在其他實施例中，第一主表面區102或第二主表面區104中之任何一者處的表面壓縮均可小於69MPa或大於1GPa。一般而言，DOL可在20μm至100μm之範圍內。然而，在其他實施例中，DOL可小於20μm或大於100μm。可由下式來測定片材之張力區內的最大張應力：

其中CS為第一主表面區102及第二主表面區104處之前述表面壓縮，t為玻璃片之厚度(以毫米mm表示)，DOL為壓縮區之層厚度(以mm表示)，且CT為玻璃片內之最大中央張力(以MPa表示)。

已示範性地描述根據本發明之實施例的能夠予以加工之工 件100，現將描述加工工件100之示範性實施例。在實施此等方法之後，工件100可獲可靠地且可重複地雷射加工(例如，藉由將雷射能量導向至工件100上)以便形成諸如盲孔、通孔、開口、狹槽、裂紋及類似物之特徵(本文統稱為「特徵」)。然而，一般而言，工件100係使用具有一波長之雷射光來雷射加工，對該波長而言，工件100為至少大體上透明的。因此，在雷射加工期間，雷射光與工件100的材料之間的相互作用之特徵通常可為涉及雷射能量藉由工件材料的非線性吸收的該等特徵。

參照圖1A及圖1B，工件100首先經受組配來促進工件100之後續雷射加工的預加工增強製程。在一實施例中，預加工增強製程係藉由在起始雷射加工製程之後，強化經導向至工件100上之雷射能量之非線性吸收的均勻性來促進工件100之後續雷射加工。在執行一或多個預加工增強製程之後，在工件100之外表面的一部分處形成增強區106。儘管增強區106係例示為僅佔據第一主表面區102的一部分，但是要瞭解的是，增強區106可佔據第一主表面區102的全部，且可進一步佔據任何第二主表面區104以及側表面區中任何一者的全部或部分。儘管圖1A及圖1B僅例示一個增強區106，但是要瞭解，可提供任何數目之離散增強區106。

預加工增強製程可包括：在工件100之外表面的一區域處(例如在外表面的增強區106處)產生自由電子，在外表面的增強區106內建立缺陷，改質外表面中增強區106內之至少一部分的組成，改質外表面中增強區106內之至少一部分的表面形態學，或類似操作或其組合。要瞭解的是，待執行之特定預加工增強製程的選擇及所選預加工增強製程的特徵將取決於增強區106內之材料及用來形成所要特徵之後續雷射加工製程的特 徵。

在一實施例中，任何前述預加工增強製程中之一或多者可藉由將帶負電荷的離子(原子或分子)引入工件100之外表面或其內部108中來執行。離子可藉由包括例如離子植入、擴散(例如自液體或氣體擴散)或類似方法或其組合之任何適合的方法來引入。

在一實施例中，工件100之表面形態學可藉由以下方法來改質：在工件100之外表面內形成一或多個裂紋，化學蝕刻工件100之外表面的至少一部分，噴濺蝕刻工件100之外表面的至少一部分，機械地磨損工件100之外表面的至少一部分，或類似方法或其組合。例如，可藉由以下方法形成一或多個裂紋：在增強區106內或附近之一位置處機械地衝擊工件100之外表面(例如使用切割刀或劃線刀或類似物進行)，在增強區106內或附近之一位置處產生熱誘導張應力及/或壓縮應力，使工件100經受彎曲力矩或其他物理應力，在增強區106內或附近之一位置處產生雷射誘導光學崩潰區，或類似方法或其組合。在另一實例中，化學蝕刻可涉及濕式蝕刻製程、乾式蝕刻製程或類似製程或其組合，其中所使用之特定蝕刻劑可取決於形成增強區106之材料及表面形態學中之所要變化。在其中工件100係由未強化玻璃或強化玻璃形成之實施例中，蝕刻劑可包括氫氟酸、HNA(氫氟酸/硝酸/乙酸)或類似物或其組合。在另一實例中，噴濺蝕刻可包括涉及加速離子(惰性或反應性)與工件100之間的動量轉移之任何蝕刻製程。在另一實例中，機械地磨損可涉及任何拖磨、刮擦、磨耗、劃痕、擦除或噴砂處理(例如濕噴砂處理、珠粒噴擊、乾冰噴擊、剛毛噴擊或類似操作或其組合)，或類似操作或其組合。

在另一實施例中，工件100之外表面的至少一部分的表面形態學可藉由將能量束導向至外表面的至少一部分上來改質。可根據此實施例來導向之能量束的實例包括電子束、離子束、雷射束或類似物或其組合。

取決於所應用之具體製程，在改質工件100之外表面的至少一部分的表面形態學之後，工件100之外表面的至少一部分的表面粗糙度可合乎需要地增加。要瞭解的是，促進後續雷射加工之所要粗糙度亦可取決於形成工件100之材料、待加工之特定特徵、基於雷射之加工製程的特徵或其類似者或組合。例如，在其中工件係由未強化鈉鈣玻璃形成之實施例中，期望增強區106具有在2.0μm與9.0μm之間的範圍內的Ra(avg)表面粗糙度值，或具有在4.0μm與11.0μm之間的範圍內的Rq(rms)表面粗糙度值。當然，若需要，增強區106之Ra及Rq值可分別高於9.0μm及11.0μm。本發明人得出之實驗結果趨向於指示雷射加工特徵之品質隨著增強區106處之表面粗糙度的增加而增加。一般而言，相較於相對低品質的雷射加工特徵，相對高品質的雷射加工特徵將關聯於在工件100之外表面中將具有環繞雷射加工特徵之相對較少及/或較小的表面碎片(例如具有平均小於40μm、小於30μm或小於20μm之大小)。

在其中工件係由強化或未強化玻璃形成之實施例中，當在預加工增強製程期間使用雷射束來形成增強區106時，可將增強區106形成為具有合乎需要的一致表面粗糙度。可選擇且控制雷射束的參數以便雷射束於工件100之外表面上照射出一斑點，其中雷射能量具有超過10¹²W/cm²之強度。一般而言，可根據需要選擇且控制諸如波長、脈衝持續時間、脈衝重複率、功率、斑點大小、掃描速率之雷射束的參數以便達成增強區106 內之均勻表面粗化。雷射束之波長可在100nm至3000nm之範圍內(例如355nm、532nm、1064nm或類似波長或其組合)。雷射束之脈衝持續時間可小於1ns(或約小於1ns)。在一實施例中，雷射束之脈衝持續時間可小於100ps。在另一實施例中，雷射束之脈衝持續時間可在10ps至15ps之範圍內。雷射束之脈衝重複率可在30kHz至1MHz之範圍內。在一實施例中，雷射束之脈衝重複率可在30kHz至500kHz之範圍內。在又一實施例中，雷射束之脈衝重複率可為200kHz。雷射束之斑點大小可在3μm至50μm之範圍內。在一實施例中，雷射束之斑點大小可為7μm。取決於脈衝重複率及斑點大小，雷射束之平均功率可在0.5W至75W之範圍內。在一實施例中，雷射束之平均功率可為2W。取決於平均功率及斑點大小，雷射束之掃描速度可在100mm/s至5000mm/s之範圍內。在一實施例中，雷射束之掃描速度可為140mm/s。可選擇且控制前述雷射束參數中之一或多者以便雷射束以在斑點大小的約50%至約70%之範圍內的間距照射工件之外表面。

已示範性地描述執行預加工增強製程之各種實施例，現將參照圖2及圖4來描述一些示範性預加工增強製程。

參照圖2，根據一個實施例，預加工增強製程可藉由沿箭頭202所指示之方向將雷射束200自雷射系統(未圖示)導向至工件100之外表面上來執行。在所例示之實施例中，工件100相對於雷射系統(未圖示)定向以使得雷射束200在增強區106處碰撞第一主表面區102。可將雷射束200聚焦在定位於第一主表面區102處或其上的束腰204處(例如，以便定位在工件100外部)，以便雷射束200於第一主表面區102的一部分處照射出一斑點，該雷射束之雷射能量具有足以改質(例如增加)由雷射束200所照射之 工件表面的表面粗糙度的峰值強度，進而在增強區106內建立粗化表面204。可控制此預加工增強製程之參數來確保粗化表面具有所要表面粗糙度。在一實施例中，可掃描雷射束200及/或可平移工件100以便促使斑點在增強區106內沿工件100之外表面移動。

在一示例性實施例中，前述預加工增強製程係藉由提供呈一塊未強化鈉鈣玻璃之工件且雷射200將10ns之綠光脈衝導向至第一主表面102上來執行。所得粗化表面之表面粗糙度值為8.5μm(Ra)及10.6μm(Rq)。

參照圖3，根據另一實施例之預加工增強製程可如相對於圖2之示範性描述來執行。然而，在圖3中所示之實施例中，可將雷射束200(例如沿箭頭202所指示之方向)導向至工件100上以使得雷射束200首先碰撞第一主表面區102且隨後透射穿過工件100。在所例示之實施例中，將雷射束200聚焦在定位於第二主表面區104處或其下的束腰204處(例如，以便定位在工件100外部)，以便雷射束200於第二主表面區104的一部分處照射出一斑點，該雷射束之雷射能量具有足以改質(例如增加)由雷射束200所照射之工件表面的表面粗糙度的峰值強度，進而在定位於第二主表面區104處之增強區106處建立粗化表面204。

參照圖4，根據另一實施例之預加工增強製程可以與相對於圖3所述類似的方式來執行。然而，在圖4所示之實施例中，施體物件400可佈置成與第二主表面區104鄰近(例如，以使得施體物件400之施體表面402與第二主表面區104相接)。然而，在另一實施例中，施體物件400可佈置成與第二主表面區104鄰近，因此將施體表面402與第二主表面區104間隔開(例如間隔1mm之距離)。在一實施例中，施體物件400為金屬物件， 且可包括諸如鋁或類似物之金屬，諸如鋁合金、不銹鋼或類似物之金屬合金，或其組合。

可將雷射束200(例如沿箭頭202所指示之方向)導向至工件100上以使得雷射束200首先碰撞第一主表面區102且隨後其透射穿過工件100且穿過第二主表面區104，進而碰撞於施體物件400上。可將雷射束200聚焦在定位於第二主表面區104處或其下的束腰204處(例如，以便定位在工件100外部)，或以便雷射束200於施體物件400的一部分處照射出一斑點，該雷射束之雷射能量具有足以自施體物件400剝蝕、汽化、電離、蒸煮、噴射、釋放或以其他方式移除施體材料(例如電子、原子、分子、粒子等等)的雷射通量及/或峰值強度。在一實施例中，實現施體材料之移除以使得所移除之施體材料抵靠、植入、擴散穿過或以其他方式引入工件100之外表面之第二主表面區104中的增強區106。在將施體材料引入第二主表面區104處之增強區106之後，可執行前述預加工增強製程中之一或多者或全部(例如在增強區106處產生自由電子，在增強區106內建立缺陷，改質外表面中增強區106內之至少一部分的組成，改質外表面中增強區106內之至少一部分的表面形態學，等等)。

在執行根據上述實施例中之一或多者的預加工增強製程之後，工件100可藉由將雷射能量導向至工件100上來加工(例如在雷射加工製程中加工)，該導向方式使得加工(例如破裂、移除或類似加工或其組合)工件100之內部108內鄰接增強區106的一部分。在一實施例中，移除工件100之內部108內的該部分來形成諸如通孔、盲孔或類似特徵或其組合之特徵。

在一實施例中，工件100之雷射加工可包括將雷射能量(例如以一或多個雷射脈衝束之形式)導向至工件100上。射束內之雷射能量可具有一波長，對該波長而言，該工件100為至少大體上透明的。一或多個脈衝可經導向來於預加工增強製程期間所形成之增強區106處照射出一斑點，該等脈衝之雷射能量具有足以刺激雷射能量藉由工件100的非線性吸收的雷射通量及/或峰值強度。在一實施例中，非線性吸收包括雷射能量藉由工件100的突崩支配式吸收。在一實施例中，在雷射加工期間導向至工件100上之一或多個雷射脈衝可具有在10fs至500ns之範圍內的脈衝持續時間且具有在100nm至3000nm之範圍內的至少一個波長。一般而言，在雷射加工期間導向至工件100上之一或多個脈衝的脈衝持續時間可與預加工增強製程期間受導向之雷射束的至少一個雷射脈衝的脈衝持續時間相同或不同。類似地，在雷射加工期間導向至工件100上之一或多個脈衝的波長可與預加工增強製程期間受導向之雷射束的至少一個雷射脈衝的波長相同或不同。在一具體實施例中，在雷射加工期間導向至工件100上之一或多個雷射脈衝可具有10ns的脈衝持續時間及於綠光範圍內之波長(例如約523nm、532nm、543nm或類似波長或其組合)。在一實施例中，在雷射加工期間，將雷射能量以具有多個脈衝之射束導向至工件100上，其中至少一個脈衝的脈衝持續時間可與至少一個其他脈衝的脈衝持續時間相同或不同。

已示範性地描述雷射加工工件100之各種實施例，現將參照圖5至圖8來描述雷射加工工件100之示範性方法。

參照圖5，可提供先前已經受如上文相對於圖3所述之預加 工增強製程之工件100，且可沿箭頭502所指示之方向將雷射能量(例如以至少一個雷射脈衝束500的形式)自雷射系統(未圖示)導向至工件100上。在所例示之實施例中，工件100相對於雷射系統定向以使得射束500首先碰撞第一主表面區102且隨後透射穿過工件100。在所例示之實施例中，將雷射束500聚焦在定位於第二主表面區104處或其下的束腰504處(例如以便定位在工件100外部)，以便射束500於增強區106處照射出一斑點(參見圖3)，該射束之雷射能量具有足以刺激雷射能量於增強區106處藉由工件100的非線性吸收的雷射通量及/或峰值強度。

在刺激雷射能量之非線性吸收之後，可雷射加工(例如破裂、移除、或類似加工或其組合)工件100中鄰接工件100之外表面處的增強區106的一部分。然而在例示中，移除工件100中鄰接增強區106的該部分來形成初步特徵504。在一實施例中，可掃描射束500及/或可平移工件100以便促使斑點在增強區106內沿工件100之外表面移動，進而確保初步特徵504具有所要形狀。

在形成初步特徵504之後，可控制雷射系統來沿箭頭506所指示之方向將束腰504移動至在初步特徵504形成之後所產生的新工件表面處或其下，以便雷射加工該新工件表面。可根據需要重複移動束腰及雷射加工新工件表面之製程，以便形成盲孔(例如延伸至工件100中任何深度d之盲孔600，如圖6中所示)、通孔(例如完全延伸穿過工件100的厚度之通孔700，如圖7中所示)，或類似特徵或其組合。

如圖8中所示，最終在工件100內形成之特徵(例如盲孔600或通孔700)可具有於增強區106內與工件100之外表面(例如第二主表面區 104)交叉的開口。在一實施例中，開口的面積可小於增強區106的面積(如所例示)，或可等於(或大體上等於)增強區106的面積。儘管圖8將工件100例示為已受雷射加工來僅形成與工件100之外表面的增強區106交叉之一個特徵，但是要瞭解，多個離散特徵可與增強區106交叉(例如圖9中所示)。

儘管圖8及圖9例示與增強區106交叉的為圓形之特徵開口，但是要瞭解，特徵開口可具有任何形狀(例如橢圓形、不規則形、三角形、矩形等等)。另外，特徵可具有相對小的尺寸且保持不受不合需要之加工後碎屑或其他未經處理之材料阻塞。

儘管圖5至圖9例示雷射加工製程之一些實施例，其中工件100之第二主表面區104處已形成增強區106，但是要瞭解的是，上述雷射加工製程可在具有於第一主表面區102處形成之增強區106的工件上執行。在此種實施例中，可簡單地翻轉工件100(例如以使得第一主表面區102佈置在第二主表面區下方)以便射束500在照射增強區106之前行進穿過工件100。此外，亦要瞭解的是，可使工件100經受如美國專利申請案第13/779,183號中示範性描述的雷射加工製程。

在形成諸如特徵600或700之一或多個特徵之後，工件可表徵為物品。當將工件100提供為一塊強化玻璃時，該物品可用作：用於顯示器及觸控螢幕應用之保護蓋板，該等顯示器及觸控螢幕應用諸如但不限於可攜式通訊及娛樂設備，諸如電話、音樂播放器、視訊播放器或類似設備；及用於資訊相關之終端(IT)(例如可攜式電腦、膝上型電腦等)設備之顯示器螢幕；以及用於其他應用中。

要瞭解的是，可使用任何所要裝置來形成上文示範性描述之 任何物品。圖10示意性地例示組配來執行相對於圖1A至圖9示範性描述之製程的裝置的一實施例。

參照圖10，諸如裝置1000之裝置可加工諸如工件100之工件。裝置100可包括工件支撐系統1002及雷射系統1004。

一般而言，工件支撐系統1002係組配來支撐工件100，以使得第一主表面區102面向雷射系統1004且因而面向束腰204或504。如示範性所例示，工件支撐系統1002可包括組配來支撐工件100的諸如卡盤1006之卡盤及組配來移動卡盤1006(例如在x方向、y方向、z方向、θ方向或類似方向或其組合)之一或多個可移動台面(未圖示)。如所例示，可將支撐框架1008佈置在卡盤1006與工件100之間(例如，因此第二主表面區104可遠離卡盤1006懸置)。取決於第二主表面區104與卡盤1006間隔有多遠，卡盤1006可充當前述施體物件400。在另一實施例中，可省略支撐框架1008，因此工件100之第二主表面區104可與卡盤1006接觸。在此實施例中，卡盤1006可充當前述施體物件400。

一般而言，雷射系統1004係組配來沿光學路徑導向射束，諸如射束500及視需要選用之雷射束200(其中射束202具有如上文相對於束腰504及視需要選用之束腰204示範性描述之束腰)。如示範性所例示，雷射系統1004可包括組配來產生雷射光束1010a之雷射1010及組配來聚焦射束1010a以便產生射束500(具有束腰504)及視需要雷射束200(具有束腰204)之光學總成1012。光學總成1012可包括透鏡且可沿箭頭1012a所指示之方向移動以便相對於工件100改變束腰之位置(例如沿z方向)。雷射系統1004可進一步包括組配來相對於工件100及工件支撐系統1002側向移動束 腰之射束轉向系統1014。在一實施例中，射束轉向系統1014可包括電流計、快速轉向鏡、聲光偏轉器、電光偏轉器或類似者或其組合。因此，可操作射束轉向系統1014來促使相對於工件100掃描束腰。儘管雷射系統1004係例示為僅包括唯一一個雷射1010、唯一一個射束轉向系統1014以及唯一一個光學總成1012，但是要瞭解，在使用一般儀器不能產生、導向或聚焦射束500及雷射束200之情況下，雷射系統1004可根據需要包括任何數目之雷射、射束轉向系統以及光學總成。

裝置1000可進一步包括控制器1016，該控制器以通訊方式耦接至雷射系統1004之一或多個組件、工件支撐系統1002之一或多個組件或其組合。控制器1016可包括處理器1018及記憶體1020。處理器1018可組配來執行記憶體1020所儲存之指令以便控制雷射系統1004、工件支撐系統1002中之至少一個組件或其組合的操作，以使得可執行上文相對於圖1A至圖9示範性描述之實施例。

在一實施例中，控制器1016可控制雷射系統1004及工件支撐系統1002中之一或兩者的操作以形成增強區106。在另一實施例中，控制器1016可控制工件支撐系統1002及預加工增強系統1022中之至少一者的操作，進而形成增強區106。

在一實施例中，裝置1000內可包括諸如預加工增強系統1022之預加工增強系統。預加工增強系統1022可包括可操作來形成前述增強區106之增強區形成設備1024。可將增強區形成設備1024耦接至組配來移動增強區形成設備1024(例如沿箭頭1024a及1024b中之一或兩者所指示之方向移動)之定位總成1026(雙軸自動機)。增強區形成設備1024可包括能 夠形成上述增強區106之任何設備(例如磨輪、切割刀、雷射源、離子源、蝕刻劑噴嘴、冷卻劑噴嘴或類似設備或其組合)。

一般而言，處理器1018可包括定義各種控制功能之操作邏輯(未圖示)且可呈專用硬體之形式，諸如固線式狀態機、執行規劃指令之處理器及/或如熟習本項技術者將思及之不同形式。操作邏輯可包括數位電路、類比電路、軟體或任何此等類型之混合組合。在一實施例中，處理器1018包括可規劃微控制器微處理器或其他處理器，該其他處理器可包括一或多個處理單元，該一或多個處理單元經佈置來根據操作邏輯執行記憶體1020中所儲存之指令。記憶體1020可包括一或多種類型，該等類型包括半導體、磁性變體及/或光學變體，及/或可為依電性變體及/或非依電性變體。在一實施例中，記憶體1020儲存可藉由操作邏輯執行之指令。替代地或另外地，記憶體1020可儲存藉由操作邏輯操縱之資料。在一佈置中，操作邏輯及記憶體係以操作邏輯之控制器/處理器形式納入，該控制器/處理器形式管理且控制裝置1000之任何組件的操作態樣，儘管在其他佈置中其可為分離的。

前述內容係對本發明之實施例的說明且不應解釋為對其之限制。雖然已描述本發明之少數示例性實施例，但是熟習此項技術者將容易瞭解的是，在實質上不脫離本發明之新穎教示及優點的情況下，示例性實施例可能存在許多的修改。鑒於前述內容，應瞭解，前述內容係對本發明的說明及不應解釋為限於本發明所揭示之特定示例性實施例，且對所揭示之示例性實施例以及其他實施例之修改意欲包括在隨附的申請專利範圍之範疇內。本發明係由以下申請專利範圍界定，其中包括申請專利範圍之 等效物。

100‧‧‧工件

102‧‧‧第一主表面區

104‧‧‧第二主表面區

106‧‧‧增強區

108‧‧‧內部

200‧‧‧雷射束

202‧‧‧方向

204‧‧‧束腰

Claims (45)

1. 一種雷射加工的方法，其包括：提供一工件，其具有一外表面以及鄰接該外表面的一內部；執行一預加工增強製程以形成一增強區在該外表面的一第一區處，其中該第一區具有一第一面積；以及在執行該預加工增強製程之後，藉由將雷射能量導向該工件的該增強區的一部分來執行一加工製程以將一特徵加工到鄰接該第一區的該工件中，其中該特徵包含一開口，該開口與該外表面相交，其中該開口具有一第二面積，其中該增強區的該第一面積是大於或等於該特徵的該開口的該第二面積，其中該特徵延伸至該工件的該內部，並且其中該加工製程是不同於該預加工增強製程。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中形成該增強區包含在該外表面之該第一區處建立缺陷。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件為一陶瓷。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件為一半導體。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件為一金屬或一金屬合金。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該工件為一玻璃。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該玻璃為未強化玻璃。
8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該玻璃為強化玻璃。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該外表面之該第一區係以大於69MPa之一應力受壓縮應力。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中形成該增強區包含在該外表面的該第一區處產生複數個自由電子。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該外表面之該第一區係受壓縮應力，該壓縮應力大於500MPa。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該增強區係組配以藉由該增強區的接收被導引至該工件的雷射能量的該部分而促進該雷射能量的非線性吸收。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該外表面之該第一區係受壓縮應力，該壓縮應力大於1GPa。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中工件包括自該外表面之該第一區延伸至該工件的一內部中之一壓縮應力區，其中該壓縮應力區之一厚度大於20μm。
15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該壓縮應力區之該厚度大於50μm。
16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該壓縮應力區之該厚度大於100μm。
17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該外表面包含一第一主表面和相對於該第一主表面的一第二主表面，其中該外表面包含從該第一主表面延伸至該第二主表面的一側表面，並且其中該增強區與該側表面間隔開。
18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該外表面包含一第一主表面和 相對於該第一主表面的一第二主表面，其中該雷射能量入射該第一主表面並且透射穿透該工件和穿透該第二主表面，其中該雷射能量具有一束腰，並且其中該束腰被置於該第二主表面處或是低於該第二主表面以形成該特徵於該第二主表面中。
19. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該外表面包含相對的第一主表面和第二主表面，其中該增強區在該第二主表面上，其中該雷射能量具有一波長和一束腰，其中該工件對於該雷射能量的該波長是透明的，其中該雷射能量被導引至該工件上，使得該雷射能量入射在該外表面的該第一區處的該工件的該第一主表面上以及透射穿透該工件且穿透該第二主表面，其中該束腰是位在該第二主表面處或超過該工件以形成該特徵於該第二主表面中。
20. 如申請專利範圍第1項之方法，其中形成該增強區包括改質該外表面之該第一區的至少該部分之一組成。
21. 如申請專利範圍第1項之方法，其中形成該增強區包括改質該外表面之該第一區的至少該部分之一表面形態。
22. 如申請專利範圍第21項之方法，其中改質該表面形態包括在該外表面之該第一區的至少該部分內形成一或多個裂紋。
23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中改質該表面形態包括改質該外表面之該第一區的至少該部分的一表面粗糙度。
24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中改質該表面粗糙度包括增加該外表面之該第一區的至少該部分的該表面粗糙度。
25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中改質該表面形態包括化學蝕刻 該外表面之該第一區的至少該部分。
26. 如申請專利範圍第23項之方法，其中改質該表面形態包括噴濺蝕刻該外表面之該第一區的至少該部分。
27. 如申請專利範圍第23項之方法，其中改質該表面形態包括機械地磨損該外表面之該第一區的至少該部分。
28. 如申請專利範圍第23項之方法，其中改質該表面形態包括將一能量束導向至該外表面之該第一區上。
29. 如申請專利範圍第28項之方法，其中該能量束包括一電子束。
30. 如申請專利範圍第29項之方法，其中該能量束包括一雷射束。
31. 如申請專利範圍第30項之方法，其中該外表面包含一第一主表面和相對於該第一主表面的一第二主表面，其中該雷射束被導向至該工件上以使得該雷射束於該外表面之該第一區處入射於該工件的該第一主表面上，並且其中該增強區在該第一主表面上。
32. 如申請專利範圍第30項之方法，其中該外表面包含一第一主表面和相對於該第一主表面的一第二主表面，其中該雷射束被導向至該工件上以使得該雷射束入射於該工件的該第一主表面上且此後傳播穿過該工件以形成該增強區於該第二主表面上。
33. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加工製程形成多個特徵相鄰於該增強區，其中該等特徵係藉由該工件的材料彼此間隔開。
34. 如申請專利範圍第1項之方法，其中導向該雷射能量包括將至少一個雷射脈衝導向至該工件上，其中該至少一個雷射脈衝具有一波長，對該波長而言，該工件為至少大體上透明的。
35. 如申請專利範圍第34項之方法，其中該至少一個雷射脈衝具有在1奈秒(ns)至50ns之一範圍內的一脈衝持續時間。
36. 如申請專利範圍第34項之方法，其中該至少一個雷射脈衝具有小於20奈秒(ns)之一脈衝持續時間。
37. 如申請專利範圍第24項之方法，其中改質該表面形態包含增加該外表面的該第一區的至少該部分的表面粗糙度，如此則該部分呈現的粗操度平均值R(a)是2微米到9微米之間。
38. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該外表面包含相對的第一主表面和第二主表面，其中該雷射能量具有一波長和一束腰，其中該工件對於該雷射能量的該波長是透明的，其中該束腰位在該第一或第二主表面中的一個處或是在該工件的外側，其中該增強區係組配以藉由該工件的該部分來促進該雷射能量的非線性吸收，其中該線性的吸收包括該雷射能量藉由工件的突崩支配式吸收，其中加工該工件的該部份進一步包含從該工件的多個部份移除材料以形成多個特徵於該工件中，並且其中這些特徵是藉由該工件的材料而彼此間隔開。
39. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括：在該外部之一第二區處產生複數個自由電子或建立缺陷，其中該第二區與該第一區係間隔開的；以及藉由將雷射能量導向至該工件上來加工該工件中鄰接該第二區的一部分。
40. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該產生包括：佈置該外表面之該第一區與施體物件鄰近； 自該施體物件移除施體材料；以及將所移除之施體材料引入該工件。
41. 如申請專利範圍第40項之方法，其中將該能量束導向至該物件上包括將該能量束導向穿過該工件且隨後導向至該物件上。
42. 如申請專利範圍第40項之方法，其中該施體物件與該外表面之該第一區相接。
43. 一種雷射加工的製品，其包括根據如申請專利範圍第1項之方法形成之一工件。
44. 一種雷射加工的裝置，其包括：一工件支撐系統，其係組配來支撐一工件；一雷射系統，其係組配來將一雷射能量束導向至由該工件支撐系統支撐之該工件上；一控制器，其耦接至該雷射系統及該工件支撐系統中之至少一者，該控制器包括：一處理器，其係組配來執行指令以便控制該雷射系統及該工件支撐系統中之該至少一者，從而執行申請專利範圍第1至42項任一項之方法；以及一記憶體，其係組配來儲存該等指令。
45. 一種雷射加工的裝置，其包括：一工件支撐系統，其係組配來支撐一工件；一預加工增強系統，其係組配來形成一增強區；一雷射系統，其係組配來將一雷射能量束導向至由該工件支撐系統支 撐之該工件上；一控制器，其耦接至該雷射系統及該工件支撐系統中之至少一者，該控制器包括：一處理器，其係組配來執行指令以便控制該雷射系統、該預加工增強系統以及該工件支撐系統中之該至少一者，從而執行根據申請專利範圍第1至42項任一項之方法；以及一記憶體，其係組配來儲存該等指令。