JP2018529527A - レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法 - Google Patents

レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法 Download PDF

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Abstract

レーザー切断される予定の被覆基板（１０、１２）を、レーザーで前処理する方法が提供される。本方法は、被覆基板（１０、１２）から、ポリマーコーティングの目標部分（１２）を、目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去するステップを備え、ポリマーコーティングの目標部分（１２）が、約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有する、方法である。

Description

関連技術の相互参照
本出願は、２０１５年１０月７日出願の米国仮特許出願第６２／２３８，３５６号の米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張するものであって、その内容に依拠し、参照により全内容が本明細書に援用されるものである。
本開示は、概して、被覆基板に関し、特には、レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法に関するものである。
精密微細機械加工の進歩、並びに寸法、重量、及び材料コスト削減のための関連プロセスの向上によって、タッチスクリーン、タブレット、スマートフォン、テレビ用等のフラットパネルディスプレイを含み、これに限定されない、製品の急速な成長が促された。これ等の進歩の結果、超高速工業用レーザーが、高精度な微細機械加工を必要とする用途にとって重要なツールとなっている。かかるレーザーを利用するレーザー切断プロセスは、制御可能な方法で基板を分離し、屑の発生が無視でき、基板に与える欠陥が抑制され、表面下の損傷が少ないと期待されている。本開示を限定することなく、特定のレーザー切断プロセスは、基板が分離される最も抵抗の少ない亀裂伝播経路を確立する垂直断層線又はダメージトラックを形成することによって、これ等の期待を満足している。これ等のプロセスは、亀裂及び分離をダメージトラックに限定し、基板の他のすべての部分における亀裂を防止又は抑制する。
基板表面の被覆がレーザー切断プロセスの有効性を低下させる可能性がある。例えば、被覆がレーザービームの一部を吸収し、レーザービームの基体内部への伝播を変えてしまう可能性がある。これが、ひいては、基板内部に到達するレーザーのエネルギー量を制限し、それによって、基板に形成されるダメージトラックの品質が低下する。従って、亀裂の伝播をダメージトラックに限定することが予測し難くなると共に、制御が難しくなり、基板の分離がより困難になる。加えて、被覆基板の分離によって、容認できない量の屑が生じる可能性があると共に、基板の分離部分に欠陥又は表面下の損傷が生じる可能性がある。
本開示の実施の形態によれば、レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法が提供される。本方法は、被覆基板からポリマーコーティングの目標部分を、目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去するステップを備え、ポリマーコーティングの目標部分が、約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有する、方法である。
本開示の別の実施の形態によれば、被覆基板をレーザー切断する方法が提供される。本方法は、被覆基板からポリマーコーティングの複数の目標部分を、複数の目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去し、所定のコーティング除去パターンを形成するステップを備えている。本方法は、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップ、及び被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップを更に備えている。所定のコーティング除去パターンは、約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有している。
更なる特徴及び効果は、これに続く詳細な説明に述べてあり、当業者はその記述から、一部は容易に明らかであり、これに続く詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面を含め、本明細書に記載の方法を実施することによって認識できるであろう。
前述の概要説明及び以下の詳細な説明は、いずれも単なる例示であって、特許請求の範囲の性質及び特徴を理解するための概要、及び枠組みの提供を意図したものであることを理解されたい。添付図面は、更なる理解が得られることを意図して添付したもので、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は１つ以上の実施の形態を示すもので、その説明と併せ、様々な実施の形態の原理及び作用の説明に役立つものである。
本開示は、純粋に非限定的な例として示す以下の説明及び添付図面から、より明確に理解されるであろう。
本開示の実施の形態による、レーザー切断する予定の被覆基板のレーザーで前処理する方法を示すフローチャート。 本開示の実施の形態による、被覆基板のレーザー切断方法を示すフローチャート。 本開示の実施の形態による、被覆基板のレーザー前処理を施すためのアセンブリの概略図。 本開示の実施の形態による、被覆基板のレーザー前処理を施すためのアセンブリの概略図。 本開示の実施の形態による、被覆基板のレーザー前処理を施すためのアセンブリの概略図。 本開示の実施の形態による、被覆基板のレーザー前処理を施すためのアセンブリの概略図。 レーザー切断のための前処理が施された被覆基板の光学顕微鏡画像。 レーザー切断のための前処理が施された被覆基板の光学顕微鏡画像。
以下、添付図面に例を示す本実施の形態を詳細に説明する。図面全体を通し、可能な限り、同じ又は同様の部品には同じ参照番号が付してある。
名詞は、文脈上明らかに別の意味に解釈されない限り、複数の支持対象を指す。同じ特性を示すすべての範囲の終点は、独立して組み合わせ可能であり、列挙された終点を含む。すべての参考文献は、参照により本明細書に援用される。
本開示は、以下、最初に概要、次いで、幾つかの例示的な実施の形態に基づいて、詳細に説明する。個々の例示的な実施の形態において、互いに組み合わせて示される特徴は、すべて実現される必要はない。特に、個々の特徴は、同じ例示的な実施の形態、または他の例示的な実施の形態で示された他の特徴と、別の何らかの方法で省略又は結合されてもよい。
本開示の実施の形態は、レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法、及び被覆基板をレーザー切断する方法に関するものである。本明細書に記載のように、被覆基板はポリマーコーティングで被覆されている。例えば、ポリマーコーティングには、高屈折率ポリマー（ＨＲＩＰ）、保護ポリマーフィルム、及びフォトレジスト材料が含まれるが、これに限定されるものではない。本明細書において、高屈折率ポリマー（ＨＲＩＰ）は、１．５０を超える屈折率を有するポリマーを意味する。また、本明細書に記載のように、基板は、切除レーザービームの波長に対して透明な物質であって、ガラス、溶融シリカ、サファイア、又は切除レーザービームの波長に対して透明な任意の他の材料であってよいが、これに限定されるものではない。
本開示の実施の形態によれば、被覆基板をレーザーで前処理する方法が、ポリマーコーティングの目標部分を、目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去するステップを備えている。ポリマーコーティングの目標部分を実質的に除去するステップが、ポリマーコーティングの目標部分のポリマーを約１００％除去するステップを含んでいることが好ましい。しかし、ポリマーコーティングの目標部分を実質的に除去するステップが、ポリマーコーティングの目標部分の約９０％、約９５％、更には約９８％を超えるポリマーを除去するステップを含むことも是認される。本明細書において、「切除レーザービーム」は、ポリマーコーティング材料が切除されるように構成されたレーザービームである。切除レーザービームは、被覆基板のポリマーコーティングと相互作用する、切除レーザービームを形成する単パルス又はバーストパルスレーザーを生成するように構成することができる、ピコ秒レーザー又はフェムト秒レーザーから放射されるパルスレーザーであってよい。切除レーザービームは、ポリマーコーティングに吸収される波長を有することができる。ポリマーコーティングに吸収されることによって、レーザービームは下部の基板内に進入せず、下部の基板を加熱したり応力を加えたりすることはない。あるいは、切除レーザービームは、切除レーザービームの焦点体積内において、ポリマーコーティングに多光子吸収を生じさせる強度を目標部分において有することができる。切除レーザービームの波長及び／又は強度は、被覆基板のポリマーコンティング材料に基づいて異なる。加えて、相互作用の時間内に目標部分から有意な熱拡散が生じないように、レーザーのパルス持続時間を選択することができる（具体的には、例えば、τ＜＜ｄ２／α、ここで、ｄはレーザービームの焦点径、τはレーザーパルスの持続時間、αはポリマー材料の熱拡散定数である）。
目標部分に切除レーザービームを誘導するステップは、ポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含むことができる。ポリマーコーティングの目標部分の切除に続き、ポリマーコーティングの次の目標部分に、次のレーザーパルスが照射され、被覆基板から次の目標部分が実質的に除去されるように、切除レーザービームをポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせすることができる。ポリマーコーティングの次の目標部分の切除に続き、所定のコーティング除去パターンに従って、ポリマーコーティングの次の目標部分に次のレーザービームを照射し、それを継続するのに必要な任意の回数、切除レーザービームを再調整することができる。切除レーザービームを、直径及び外周を有する丸い点に集束させることができるため、切除レーザービームの集束点の一部を、前に除去した目標部分の一部に重複させて、所定のコーティング除去パターンに従って、目標部分を除去することができる。このようにして、所定のコーティング除去パターンを、実質的に均一な幅を有する実質的な直線とすることができる。後述するように、所定のコーティング除去パターンの幅は、切除レーザービームの集束点の径と実質的に同じであってよい。いずれにしても、所定のコーティング除去パターンの幅は、例えば、約１０μｍ〜約６．０ｍｍ、例えば、約１００μｍ〜約４ｍｍ、更には約２００μｍ〜約２．０ｍｍであってよい、目標部分の幅と実質的に等しい。ポリマーコーティングの目標部分を実質的に除去するために、目標部分の各々に対し任意の数のレーザーパルスを照射することができる。特定の状況において、ポリマーコーティングの目標部分の各々を実質的に除去するために、目標部分当り１つのレーザーパルスで十分であり得る。あるいは、ポリマーコーティングの目標部分を除去するために、目標部分の各々に２つ以上のレーザーパルスを照射することができる。
目標部分に切除レーザービームを誘導するステップは、被覆基板の被覆表面の近傍に、切除レーザービーム源を配置するステップ、及びポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含むことができる。あるいは、被覆基板が、少なくとも１つの無被覆表面を有している場合には、目標部分に切除レーザービームを誘導するステップは、少なくとも１つの無被覆表面の近傍に、切除レーザービーム源を配置するステップ、及び切除レーザービームを少なくとも１つの無被覆表面に向け、基板を通して、ポリマーコーティングに誘導することによって、ポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含むことができる。
目標部分に切除レーザービームを誘導するステップは、ポリマーコーティングの目標部分に、比較的大きい集束点を形成することによって実施することができる。本明細書において、比較的大きい集束点は、ポリマーコーティングの目標部分の幅と実質的に等しい径を有するレーザービームのスポットである。かかる比較的大きい集束点を有する切除レーザービームは、切除レーザービーム（又は被覆基板）をｘ又はｙ方向に移動させ、角度方向への追加の走査を行わずに、所定のコーティング除去パターンを形成することができる。あるいは、目標部分に切除レーザービームを誘導するステップは、比較的小さい集束点を形成することによって実施することができる。本明細書において、比較的小さい集束点は、ポリマーコーティングの目標部分の幅より小さい径を有するレーザービームのスポットである。かかる比較的小さい集束点を有する切除レーザービームは、切除レーザービーム（又は被覆基板）をｘ又はｙ方向に移動するだけでは、所定のコーティング除去パターンを形成することはできない。かかる比較的小さい集束点のレーザーパルスでは、角度方向にも切除レーザービームを走査して、目標部分の別の部分に誘導して目標部分を除去することができる。
概して、レーザー切断する予定の被覆基板の前処理は、被覆基板のポリマーコーティングの他の部分を除去せずに、所定のコーティング除去パターンに沿ってのみ、ポリマーコーティングの目標部分を除去するために行われる。ポリマーコーティングの目標部分を除去した後、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導する際、切断レーザービームは、被覆基板のポリマーコーティングの他の部分には接触しない。これが、ひいては、ポリマーコーティングの他の部分の除去又は劣化を抑制する一方、ポリマーコーティングが有する可能性がある、切断レーザービームの伝播に及ぼすポリマーコーティングのすべての変化効果を防止する。本開示の実施の形態によれば、目標部分は、切断レーザービームに対応する十分な幅を有している。
本開示の実施の形態は、ポリマーコーティングの目標部分の除去による残留生成物を抽出するステップを更に備えることができる。ポリマーコーティングの目標部分を除去する間、少なくとも１つの吸引口を有する装置を、負圧が形成され、残留生成物が少なくとも１つの吸引口に誘導され、吸引口を通して抽出されるように、ポリマーコーティングの目標部分の近傍、例えば、上方に配置することができる。加えて、少なくとも１つの排出口を有する装置も、ポリマーコーティングの目標部分の近傍に配置して、ポリマーコーティングの目標部分にガスを誘導することができる。少なくとも１つの吸引口を有する装置は、少なくとも１つの排出口を有する装置とは別であってよい。あるいは、１つの装置が、少なくとも１つの吸引口及び排出口の両方を備えることができる。本開示の実施の形態は、任意の数の排出口を有することができる。少なくとも１つの吸引口と連動して、少なくとも１つの排出口からのガス流が、目標部分から少なくとも１つの吸引口に残留生成物を誘導するガスのスループットを形成し、残留生成物が被覆基体の他の部分に拡散するのを抑制する。切除レーザービームが角度方向に走査される実施の形態において、少なくとも１つの吸引口を移動して、ポリマーコーティングの目標部分の近傍、例えば、上方の位置を維持、及び／又は少なくとも１つの排出口を移動して、ポリマーコーティングの目標部分にガスを誘導することができる位置を維持することができる。あるいは、被覆基板を移動して少なくとも１つの吸引口及び／又は少なくとも１つの排出口の位置を維持することができる。
図１は本開示の実施の形態による、レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法を示すフローチャート１００である。図示のように、ステップ１０２において、
ポリマーコーティングの目標部分を、目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去する。ステップ１０４において、ポリマーコーティングの目標部分に少なくとも１つのレーザーパルスを照射する。ステップ１０６において、切除レーザービームをポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせする。ステップ１０８において、ポリマーコーティングの次の目標部分に、少なくとも１つの次のレーザーパルスを照射する。ステップ１１０において、所定のコーティング除去パターンが完成したか否かを判定する。完成していなければ、本方法はステップ１０６に戻り、切除レーザービームを、ポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせする。コーティング除去パターンが完成したと判定した場合には、本方法を終了することができる。
本開示の実施の形態は、被覆基板をレーザー切断する方法にも関連している。ポリマーコーティングの複数の目標部分が、複数の目標部分に切除レーザービームを照射することによって、所定のコーティング除去パターンに沿って、実質的に除去される被覆基板の前処理に続き、ポリマーコーティングの目標部分を除去した後、被覆基板を複数の被覆部品に分離するために、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導することができる。前述のように、本開示の実施の形態は、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導することを容易にし、切断レーザービームは被覆基板のポリマーコーティングの他の部分に接触しない。
所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップは、被覆基板のレーザービーム焦線に、パルス切断レーザービームを集束させ、被覆基板の切断レーザービーム焦線に沿って誘導吸収を生じさせるステップを含んでいる。パルス切断レーザービームが、被覆基板の複数の位置において集束され、被覆基板の切断レーザービーム焦線に沿って誘導吸収を発生させ、被覆基板の複数の位置の各々において、切断レーザービーム焦線に沿ったダメージトラックが形成される。各々のレーザーパルスに対し、切断レーザービーム焦線に沿って、被覆基板に個々のダメージトラックが生成される。被覆基板の複数の位置の各々に形成された一連のこれ等のダメージトラックは、所定のコーティング除去パターンに沿って、互いに十分接近させて設定することができ、被覆基板を分離することができるダメージトラックの側方結合を形成することができる。そのために、レーザーは、特定の繰り返し率でパルス化される。スポットサイズ及び間隔は、レーザースポット線に沿って、表面に所望のダメージトラックが形成されるように選択される。
本開示の実施の形態は、被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップを更に含むことができる。被覆基板は、ダメージトラックの側方結合に沿って分離されることが好ましい。被覆基板を分離するステップは、被覆基板に熱応力を加えるステップを含むことができる。熱応力は、例えば、被覆基板の不均一な加熱又は冷却であってよい。ダメージトラックの側方結合に沿って、被覆基板にＣＯ２レーザーを照射することによって、熱応力を加えることができる。あるいは、被覆基板を分離するステップは、被覆基板に機械的応力を加えるステップを含むことができる。かかる応力を加えることは、基板が複数の被覆部品に分離することができるように、亀裂が個々のダメージトラック及びダメージトラックの側方結合に沿って伝播するのを助長する効果を有する。
本開示の実施の形態によれば、切断レーザービームの波長は、基板の材料に対し実質的に透明とすることができる。実質的に透明とは、基板内のビーム方向に沿って生じる進入深さ１ミリメートル当りの切断レーザービームの強度低下が、約１５％以下であることを意味する。レーザーは、例えば、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー、波長１０３０ｎｍのＹｂ：ＹＡＧレーザー、又は、特に、赤外波長領域において透明な半導体基板に対し、波長１．５μｍ〜約１．８μｍのＥｒ：ＹＡＧレーザーであってよい。
切断レーザービームのパルス持続時間は、相互作用の時間内に相互作用区域からの有意な熱拡散が生じないように選択することができる（具体的には、例えば、τ＜＜ｄ２／α、ここで、ｄはレーザービームの焦点径、τはレーザーパルスの持続時間、αはポリマー材料の熱拡散定数である）。切断レーザービームのパルスエネルギーは、相互作用区域、即ち、焦線における強度によって誘導吸収が生じ、焦線に対応するダメージトラックが形成されるように選択することができる。焦線は約０．１ｍｍ〜約１００ｍｍの長さを有することができる。
切断レーザービームの偏光は、表面における相互作用（反射率）、及び誘導吸収が生じる材料内の相互作用の種類の両方に影響を及ぼし得る。誘起吸収は、熱励起後、又は多光子吸収及び内部光イオン化若しくは直接フィールドイオン化（光電界強度が電子結合を直接破壊）後のいずれかによる、誘導自由電荷キャリア（通常は電子）によって生じ得る。電荷キャリアの生成タイプは、例えば、所謂ケルディッシュパラメータによって評価することができる。特定の材料（例えば、複屈折材料）の場合、レーザー光の更なる吸収／透過が偏光に依存することが重要であるため、ユーザーが、例えば、単純に経験則的な方法で、それぞれの材料を分離するのに役立つように、適切な光学系による偏光を選択することができる。それ故、材料が光学的に等方性でなく、例えば、複屈折である場合、材料内のレーザー光の伝播も偏光の影響を受ける。従って、必要に応じ、２つの焦線（常光線及び異常光線）ではなく、１つの焦線のみが形成されるように、偏光ベクトルの偏光及び方位を選択することができる。
更に、好ましくは、基板の微細構造において、顕著な切除又は顕著な融解がなく、ダメージトラックのみが形成されるように、パルス持続時間、パルスエネルギー、及び焦線径に基づいて、強度を選択することができる。ガラスや透明クリスタル等の代表的な材料に対しては、サブナノ秒範囲、即ち、特に、パルス持続時間が、例えば、０．１ｐｓ〜約１００ｐｓ、好ましくは約１５ｐｓ未満のパルスレーザーで、この要件を最も簡単に満足することができる。
一部の実施の形態において、切断レーザービームの焦線の平均径δ、即ち、スポット径が約０．３μｍ〜約５．０μｍ、好ましくは約１．０μｍ〜３．０μｍ、より好ましくは約０．４μｍ〜４．０μｍ、更に好ましくは約２．０μｍであり、及び／又は切断レーザービームのパルス持続時間τが、基板の材料との相互作用の時間内に、材料内の熱拡散が無視できる程度に選択され、好ましくは熱拡散が発生せず、好ましくはτ、δ、及び基板の材料の熱拡散定数αが、τ＜＜δ２／αに従って設定され、及び／又はτが約１０ｎｓ未満、好ましくは約１００ｐｓ未満に選択され、及び／又は切断レーザービームのパルス繰り返し率が、約１０ｋＨｚ〜約１０００ｋＨｚ（例えば、約１００ｋＨｚ）、及び／又は切断レーザービームが、単パルスレーザー又はバーストパルス当たり約４０μＪ〜約１０００μＪのエネルギーを有するバーストパルスレーザーとして動作し、及び／又は切断レーザービームの出力側で直接測定した平均のレーザーパワーが、約１０ワット〜約１００ワット、例えば、約３０ワット〜約５０ワットである。
図２は、本開示の実施の形態による、被覆基板をレーザー切断する方法を示すフローチャートである。図示のように、ステップ２０２において、被覆基板からポリマーコーティングの複数の目標部分を、目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去し、所定のコーティング除去パターンを形成する。ステップ２０４において、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導する。ステップ２０６において、被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分割する。被覆基板を分割した後、本方法を終了することができる。
図３Ａ及び３Ｂは、本開示の実施の形態による、被覆基板をレーザーで前処理するためのアセンブリ１を示す図である。図示のように、ポリマーコーティング１２を有する被覆基板１０をプラットフォーム３０に載置することができる。簡単に説明すると、レーザーシステム２０を用いて、コントローラ４０の指示の下でレーザービームが生成される。レーザーシステム２０は、パルスレーザービームを供給するためのレーザー光源２４、及びレーザー光源２４から被覆基板１０にパルスレーザービームを誘導するための光学系２２を備えている。プラットフォーム３０は、光学系２２によって誘導されるレーザービームに対し、被覆基板１０を位置決めするための並進機構として用いることができる。
制御システム４０は、プラットフォーム３０とレーザーアセンブリ２０との間の相対運動を指示する、実行可能ファイルを生成することができる、コンピュータ支援製造プログラム４２によって実質的に制御される、高度に自動化された装置として構成することができる。図３Ａは、ｘ−ｙ平面における、レーザーアセンブリ２０と被覆基板１０との相対運動を示している。図３Ｂは、ｚ方向及び角度方向θにおける、レーザーアセンブリ２０と被覆基板１０との相対運動を示す側面図である。
本開示の実施の形態によれば、装置１は固定レーザーアセンブリ２０を備えることができ、プラットフォーム３０が、レーザーアセンブリ２０の下方を移動するように構成される。あるいは、装置１は固定プラットフォーム３０を備えることができ、レーザーアセンブリがプラットフォーム３０の上方を移動するように構成される。プラットフォーム３０及びレーザーアセンブリ２０の両方を移動するように構成することも考えられる。プラットフォーム３０は、例えば、プログラマブル数値制御（ＣＮＣ）装置であってよい。例えば、プラットフォーム３０を１つの軸方向に移動するように構成し、レーザーアセンブリ２０を残りの軸に沿って移動するように構成することができる。プログラム４２は、レーザーシステム２０のレーザーパラメータ、及び光学パラメータを制御するように構成することもできる。
制御システム４０は、被覆基板１０のポリマーコーティング１２上の正確な位置に、レーザービームの集束点を正確に形成するために、レーザーアセンブリ２０を動作させるように構成されている。レーザーシステム２０は、光学系２２と連動して動作するパルスレーザー２４を備えている。具体的には、制御ユニット４０は、レーザーシステム２０の光学系２２及びパルスレーザー２４を制御し、コントローラ４０の制御の下で、被覆基板１０のポリマーコーティング１２と相互作用させるパルス線焦点レーザービームの単パルス又はバーストパルスを生成するように構成されている。レーザービームは、ポリマー材料内に誘導吸収が生じ、材料改質がもたらされる集束点によって特徴付けられる。本明細書において、この材料改質を切除と称し、対流及び／又は輻射熱エネルギーの入射によるポリマー材料の熱化学的解離、気化、及び除去を表している。制御システム４０は、プログラマブル数値制御（ＣＮＣ）装置を用いて実現することができる。
レーザーシステム２０の概要、特にレーザー光源２４のより詳細な説明については、参照により、その明細書の全部が本明細書に援用される、米国特許出願公開第２０１４／０１９９５１９号明細書を参照されたい。レーザーシステム２０の概要、特にレーザー光源２４のより詳細な説明については、参照により、その明細書の全部が本明細書に援用される、国際公開第２０１４／０７９５７０号明細書も参照されたい。
図４Ａ及び４Ｂは、本開示の実施の形態による、被覆基板をレーザーで前処理するためのアセンブリ１の更なる特徴を示す図である。分かり易くするため、図４Ａ及び４Ｂにはレーザーシステム２０が示してないが、図示のアッセンブリは、図３Ａ及び３Ｂに示すレーザーシステム２０を含んでいるものと理解されたい。図４Ａに示すように、被覆基板１０のポリマーコーティングの目標部分の上方に、吸引口６０を有する装置を配置することができる。矢印６２は、概して、目標部分から吸引口６０至る残留生成物の流れを示している。更に、図４Ｂに示すように、ポリマーコーティング１２の目標部分にガスを誘導するための、少なくとも１つの排出口７０も配置することができる。図４Ｂは、２つの排出口７０を有するアセンブリを示しているが、アセンブリは任意の数の排出口７０を有することができる。矢印７２は、概して、排出口７０から目標部分に至るガスの流れを示し、矢印６２は、概して、目標部分から吸引口６０に至るガスと残留生成物との混合物の流れを示している。吸引口６０と連動して、少なくとも１つの排出口７０からのガス流が、目標部分から少なくとも１つの吸引口６０に残留生成物を誘導するガスのスループットを形成し、残留生成物が被覆基体１０に拡散するのを抑制する。
図５Ａ及び５Ｂは、ポリマーコーティングで被覆された、比較のための２つの被覆基板５００、６００を示す光学顕微鏡画像である。基板は、厚さ約５００ｎｍのポリマーコーティングを有するガラス基板である。被覆基板５００、６００の各々は、ポリマーコーティングの一部にレーザー切断のための前処理を施したものである。図５Ａは、ポリマーコーティング部分５２０及びコーティング除去パターン５１０を有する、第１の被覆基板５００を示している。第１の被覆基板５００は、吸引口のないアセンブリを用いて、レーザー切断のための前処理を施したものである。図５Ｂは、ポリマーコーティング部分６２０及びコーティング除去パターン６１０を有する、第２の被覆基板６００を示している。第２の被覆基板６００は、吸引口を有するアセンブリを用いて、レーザー切断のための前処理を施したものである。図５Ａから分かるように、第１の被覆基板５００のポリマーコーティングの目標部分からの除去による残留生成物が、第１の被覆基板５００をレーザーで前処理する間及びその後に、ポリマーコーティング部分５２０に拡散している。これに対し、図５Ｂから分かるように、吸引口を有するアセンブリを用いてレーザー前処理を施した場合、残留生成物のポリマーコーティング６２０への拡散、及び残留生成物のコーティング除去バターン６１０への再堆積の両方が低減されている。
本開示の態様（１）によれば、レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法が提供される。本方法は被覆基板からポリマーコーティングの目標部分を、目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去するステップを備え、ポリマーコーティングの目標部分が約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有している。
本開示の別の態様（２）によれば、切除レーザービームが、ポリマーコーティングに吸収される波長を有する、態様（１）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（３）によれば、切除レーザービームが、切除レーザービームの焦点体積内において、ポリマーコーティングに多光子吸収を生じさせる強度を有する、態様（１）又は（２）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（４）によれば、目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、ポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、態様（１）〜（３）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（５）によれば、ポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップに続き、切除レーザービームをポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップ、及びポリマーコーティングの次の目標部分に、少なくとも１つの次のレーザーパルスを照射して、被覆基板からポリマーコーティングの次の目標部分を実質的に除去するステップを更に備えた、態様（４）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（６）によれば、ポリマーコーティングの次の目標部分の少なくとも一部が、ポリマーコーティングの目標部分の少なくとも一部に重複する、態様（５）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（７）によれば、切除レーザービームをポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップが、所定のコーティング除去パターンに従って行われる、態様（５）又は（６）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（８）によれば、所定のコーティング除去パターンが、実質的に均一な幅を有する実質的な直線である、態様（７）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（９）によれば、所定のコーティング除去パターンの実質的に均一な幅が、ポリマーコーティングの目標部分の幅に実質的に等しい、態様（８）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１０）によれば、切除レーザービームをポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップが、被覆基板及び切除レーザービームの一方を、ｘ及びｙ方向の一方に移動するステップを含む、態様（５）〜（９）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１１）によれば、切除レーザービームをポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップが、切除レーザービームを角度方向に走査するステップを更に含む、態様（１０）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１２）によれば、目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、被覆基板の被覆表面の近傍に、切除レーザービーム源を配置するステップ、及びポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、態様（１）〜（１１）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１３）によれば、目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、被覆基板の少なくとも１つの無被覆表面の近傍に、切除レーザービーム源を配置するステップ、及び切除レーザービームを少なくとも１つの無被覆表面に向け、被覆基板を通して、ポリマーコーティングに誘導することによって、ポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、態様（１）〜（１１）いずれか1つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１４）によれば、ポリマーコーティングの目標部分の除去による残留生成物を抽出するステップを更に備えた、態様（１）〜（１３）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１５）によれば、ポリマーコーティングの目標部分の近傍に、少なくとも１つの吸引口を有する装置を配置するステップを更に備えた、態様（１４）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１６）によれば、ポリマーコーティングの目標部分の近傍に、少なくとも１つのガス排出口を配置するステップを更に備えた、態様（１５）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１７）によれば、ポリマーコーティングの目標部分が、約１００μｍ〜約４．０ｍｍの幅を有する、態様（１）〜（１６）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１８）によれば、ポリマーコーティングの目標部分が、約２００μｍ〜約２．０ｍｍの幅を有する、態様（１）〜（１７）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（１９）によれば、ポリマーコーティングが、高屈折率ポリマー（ＨＲＩＰ）、保護ポリマーフィルム、及びフォトレジスト材料から成る群より選択される材料を含む、態様（１）〜（１８）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２０）によれば、被覆基板が切除レーザービームの波長に対して透明な材料を含む、態様（１）〜（１９）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２１）によれば、切除レーザービームの波長に対して透明な材料が、ガラス、溶融シリカ、及びサファイアから成る群より選択される、態様（２０）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２２）によれば、被覆基板をレーザー切断する方法が提供される。本方法は、被覆基板からポリマーコーティングの複数の目標部分を、複数の目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去し、所定のコーティング除去パターンを形成するステップ、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップ、及び被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップを備え、所定のコーティング除去パターンが、約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有する、方法。
本開示の別の態様（２３）によれば、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップが、切断レーザービームを、被覆基板の複数の位置において、切断レーザービーム焦線に集束させ、被覆基板の切断レーザービーム焦線に沿って、誘導吸収を生じさせ、被覆基板の複数の位置の各々において、切断レーザービーム焦線に沿って、ダメージトラックを形成するステップを含む、態様（２２）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２４）によれば、被覆基板の複数の位置の各々におけるダメージトラックが、ダメージトラック側方結合を形成する、態様（２３）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２５）によれば、切断レーザービーム焦線が、約０．１ｍｍ〜約１００ｍｍの長さを有する、態様（２３）又は（２４）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２６）によれば、複数の目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、ポリマーコーティングの複数の目標部分の各々に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、態様（２２）〜（２５）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２７）によれば、所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップが、切断レーザービームが被覆基板のポリマーコーティングに接触しないように、切断レーザービームを誘導するステップを含む、態様（２２）〜（２６）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２８）によれば、被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップが、被覆基板に熱応力を加えるステップを含む、態様（２２）〜（２７）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（２９）によれば、被覆基板に熱応力を加えるステップが、所定のコーティング除去パターンに沿って、ＣＯ２レーザーを照射するステップを含む、態様（２８）記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（３０）によれば、被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップが、被覆基板に機械的応力を加えるステップを含む、態様（２２）〜（２７）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（３１）によれば、切断レーザービームが、パルスレーザー源によって生成される、態様（２２）〜（３０）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（３２）によれば、切断レーザービームが、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー、波長１０３０ｎｍのＹｂ：ＹＡＧレーザー、及び波長１．５μｍ〜約１．８μｍのＥｒ：ＹＡＧレーザーから成る群より選択されるレーザー源によって生成される、態様（２２）〜（３１）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（３３）によれば、所定のコーティング除去パターンが、約１００μｍ〜約４．０ｍｍの幅を有する、態様（２２）〜（３２）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の別の態様（３４）によれば、所定のコーティング除去パターンが、約２００μｍ〜約２．０ｍｍの幅を有する、態様（２２）〜（３３）いずれか１つに記載の方法が提供される。
本開示の精神及び範囲を逸脱せずに、様々な改良及び変形が可能であることは、当業者には明らかであろう。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法であって、
被覆基板からポリマーコーティングの目標部分を、該目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去するステップを備え、前記ポリマーコーティングの前記目標部分が約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有する、方法。
実施形態２
前記切除レーザービームが、前記ポリマーコーティングに吸収される波長を有する、実施形態１記載の方法。
実施形態３
前記切除レーザービームが、該切除レーザービームの焦点体積内において、前記ポリマーコーティングに多光子吸収を生じさせる強度を有する、実施形態１又は２記載の方法。
実施形態４
前記目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、前記ポリマーコーティングの前記目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、実施形態１〜３いずれか１つに記載の方法。
実施形態５
前記ポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップに続き、前記切除レーザービームを前記ポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップ、及び前記ポリマーコーティングの前記次の目標部分に、少なくとも１つの次のレーザーパルスを照射して、前記被覆基板から前記ポリマーコーティングの前記次の目標部分を実質的に除去するステップを更に備えた、実施形態４記載の方法。
実施形態６
前記ポリマーコーティングの前記次の目標部分の少なくとも一部が、前記ポリマーコーティングの前記目標部分の少なくとも一部に重複する、実施形態５記載の方法。
実施形態７
前記切除レーザービームを前記ポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップが、所定のコーティング除去パターンに従って行われる、実施形態５又は６記載の方法。
実施形態８
前記所定のコーティング除去パターンが、実質的に均一な幅を有する実質的な直線である、実施形態７記載の方法。
実施形態９
前記所定のコーティング除去パターンの前記実質的に均一な幅が、ポリマーコーティングの前記目標部分の前記幅に実質的に等しい、実施形態８記載の方法。
実施形態１０
前記切除レーザービームを前記ポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップが、前記被覆基板及び前記切除レーザービームの一方を、ｘ及びｙ方向の一方に移動するステップを含む、実施形態５〜９いずれか１つに記載の方法。
実施形態１１
前記切除レーザービームを前記ポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップが、前記切除レーザービームを角度方向に走査するステップを更に含む、実施形態１０記載の方法。
実施形態１２
前記目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、前記被覆基板の被覆表面の近傍に、切除レーザービーム源を配置するステップ、及び前記ポリマーコーティングの前記目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、実施形態１〜１１いずれか１つに記載の方法。
実施形態１３
前記目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、前記被覆基板の少なくとも１つの無被覆表面の近傍に、切除レーザービーム源を配置するステップ、及び前記切除レーザービームを、前記少なくとも１つの無被覆表面に向け、被覆基板を通して、前記ポリマーコーティングに誘導することによって、前記ポリマーコーティングの前記目標部分に少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、実施形態１〜１１いずれか１つに記載の方法。
実施形態１４
前記ポリマーコーティングの前記目標部分の前記除去による残留生成物を抽出するステップを更に備えた、実施形態１〜１３いずれか１つに記載の方法。
実施形態１５
前記ポリマーコーティングの前記目標部分の近傍に、少なくとも１つの吸引口を有する装置を配置するステップを更に備えた、実施形態１４記載の方法。
実施形態１６
前記ポリマーコーティングの前記目標部分の近傍に、少なくとも１つのガス排出口を配置するステップを更に備えた、実施形態１５記載の方法。
実施形態１７
前記ポリマーコーティングの前記目標部分が、約１００μｍ〜約４．０ｍｍの幅を有する、実施形態１〜１６いずれか１つに記載の方法。
実施形態１８
前記ポリマーコーティングの前記目標部分が、約２００μｍ〜約２．０ｍｍの幅を有する、実施形態１〜１７いずれか１つに記載の方法。
実施形態１９
前記ポリマーコーティングが、高屈折率ポリマー（ＨＲＩＰ）、保護ポリマーフィルム、及びフォトレジスト材料から成る群より選択される材料を含む、実施形態１〜１８いずれか１つに記載の方法。
実施形態２０
前記被覆基板が、前記切除レーザービームの波長に対して透明な材料を含む、実施形態１〜１９いずれか１つに記載の方法。
実施形態２１
前記切除レーザービームの波長に対して透明な材料が、ガラス、溶融シリカ、及びサファイアから成る群より選択される、実施形態２０記載の方法。
実施形態２２
被覆基板をレーザー切断する方法であって、
被覆基板からポリマーコーティングの複数の目標部分を、該複数の目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去し、所定のコーティング除去パターンを形成するステップと、
前記所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップと、
前記被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップと、
を備え、
前記所定のコーティング除去パターンが、約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有する、方法。
実施形態２３
前記所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップが、前記切断レーザービームを、前記被覆基板の複数の位置において、切断レーザービーム焦線に集束させ、前記被覆基板の前記切断レーザービーム焦線に沿って、誘導吸収を生じさせ、前記被覆基板の前記複数の位置の各々において、前記切断レーザービーム焦線に沿って、ダメージトラックを形成するステップを含む、実施形態２２記載の方法。
実施形態２４
前記被覆基板の前記複数の位置の各々における前記ダメージトラックが、ダメージトラック側方結合を形成する、実施形態２３記載の方法。
実施形態２５
前記切断レーザービーム焦線が、約０．１ｍｍ〜約１００ｍｍの長さを有する、実施形態２３又は２４記載の方法。
実施形態２６
前記複数の目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、前記ポリマーコーティングの前記複数の目標部分の各々に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含む、実施形態２２〜２５いずれか１つに記載の方法。
実施形態２７
前記所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップが、前記切断レーザービームが、前記被覆基板の前記ポリマーコーティングに接触しないように、前記切断レーザービームを誘導するステップを含む、実施形態２２〜２６いずれか１つに記載の方法。
実施形態２８
前記被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップが、前記被覆基板に熱応力を加えるステップを含む、実施形態２２〜２７いずれか１つに記載の方法。
実施形態２９
前記被覆基板に熱応力を加えるステップが、前記所定のコーティング除去パターンに沿って、ＣＯ２レーザーを照射するステップを含む、実施形態２８記載の方法。
実施形態３０
前記被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップが、前記被覆基板に機械的応力を加えるステップを含む、実施形態２２〜２７いずれか１つに記載の方法。
実施形態３１
前記切断レーザービームが、パルスレーザー源によって生成される、実施形態２２〜３０いずれか１つに記載の方法。
実施形態３２
前記切断レーザービームが、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー、波長１０３０ｎｍのＹｂ：ＹＡＧレーザー、及び波長１．５μｍ〜約１．８μｍのＥｒ：ＹＡＧレーザーから成る群より選択されるレーザー源によって生成される、実施形態２２〜３１いずれか１つに記載の方法。
実施形態３３
前記所定のコーティング除去パターンが、約１００μｍ〜約４．０ｍｍの幅を有する、実施形態２２〜３２いずれか１つに記載の方法。
実施形態３４
前記所定のコーティング除去パターンが、約２００μｍ〜約２．０ｍｍの幅を有する、
実施形態２２〜３３いずれか１つに記載の方法。
１０ 被覆基板
１２ ポリマーコーティング
２０ レーザーシステム（レーザーアセンブリ）
２２ 光学系
２４ レーザー光源
３０ プラットフォーム
４０ 制御システム
４２ コンピュータ支援製造プログラム
６０ 吸引口
７０ 排出口
５００、６００ 被覆基板の光学顕微鏡画像
５１０、６１０ コーティング除去パターン
５２０、６２０ ポリマーコーティング部分

Claims (10)

  1. レーザー切断する予定の被覆基板をレーザーで前処理する方法であって、
    被覆基板からポリマーコーティングの目標部分を、該目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去するステップを備え、前記ポリマーコーティングの前記目標部分が約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有することを特徴とする、方法。
  2. 前記切除レーザービームが、前記ポリマーコーティングに吸収される波長を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. 前記切除レーザービームが、該切除レーザービームの焦点体積内において、前記ポリマーコーティングに多光子吸収を生じさせる強度を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
  4. 前記目標部分に切除レーザービームを誘導するステップが、前記ポリマーコーティングの前記目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載の方法。
  5. 前記ポリマーコーティングの目標部分に、少なくとも１つのレーザーパルスを照射するステップに続き、前記切除レーザービームを前記ポリマーコーティングの次の目標部分に位置合わせするステップ、及び前記ポリマーコーティングの前記次の目標部分に、少なくとも１つの次のレーザーパルスを照射して、前記被覆基板から前記ポリマーコーティングの前記次の目標部分を実質的に除去するステップを更に備えたことを特徴とする、請求項４記載の方法。
  6. 前記ポリマーコーティングの前記次の目標部分の少なくとも一部が、前記ポリマーコーティングの前記目標部分の少なくとも一部に重複することを特徴とする、請求項５記載の方法。
  7. 前記ポリマーコーティングの前記目標部分の前記除去による残留生成物を抽出するステップを更に備えたことを特徴とする、請求項１〜６いずれか１項記載の方法。
  8. 前記ポリマーコーティングの前記目標部分の近傍に、少なくとも１つの吸引口を有する装置を配置するステップを更に備えたことを特徴とする、請求項７記載の方法。
  9. 被覆基板をレーザー切断する方法であって、
    被覆基板からポリマーコーティングの複数の目標部分を、該複数の目標部分に切除レーザービームを誘導することによって、実質的に除去し、所定のコーティング除去パターンを形成するステップと、
    前記所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップと、
    前記被覆基板を少なくとも２つの被覆部品に分離するステップと、
    を備え、
    前記所定のコーティング除去パターンが、約１０μｍ〜約６．０ｍｍの幅を有することを特徴とする、方法。
  10. 前記所定のコーティング除去パターンに沿って、切断レーザービームを誘導するステップが、前記切断レーザービームを、前記被覆基板の複数の位置において、切断レーザービーム焦線に集束させ、前記被覆基板の前記切断レーザービーム焦線に沿って、誘導吸収を生じさせ、前記被覆基板の前記複数の位置の各々において、前記切断レーザービーム焦線に沿って、ダメージトラックを形成するステップを含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
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