JP2024516808A - レーザービームの線状焦点を用いて基板内に導入されるエネルギー分布を制御するための方法および基板 - Google Patents

レーザービームの線状焦点を用いて基板内に導入されるエネルギー分布を制御するための方法および基板 Download PDF

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Abstract

本発明は、少なくとも1つのレーザービームの少なくとも1つの線状焦点を用いて基板内に導入されるエネルギー分布を制御するための方法、および基板に関する。

Description

本発明は、少なくとも1つのレーザービームの少なくとも1つの線状焦点を用いて基板内に導入されるエネルギー分布を制御するための方法および基板に関する。
分離面に沿って基板を分離するために、従来技術からはとりわけレーザーベースの方法が公知である。ここでは、計画された分離面に沿ってレーザーの湾曲した線状焦点を用いて修正を基板内に導入するかまたは材料を基板から除去することにより、分離された基板部分に湾曲した側面を形成することができる。その後、導入された損傷に沿って分離が行われる。
ただし、これらの分離面は、対称的に構成されていないという欠点がある。
それゆえ、本発明の課題は、対称性の高い湾曲した基板の分離面を確実に形成することを可能にする手段を提供することにある。その他に、本発明の課題は、対称的な側面を有する基板を提供することである。
本課題は、本発明による第1の態様により、少なくとも1つのレーザービームの少なくとも1つの線状焦点を用いて基板内に導入されるエネルギー分布を制御するための方法であって、ここで、該方法は、少なくとも領域毎に基板内に線状焦点を形成するステップと、少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えることにより、基板内のエネルギー分布を少なくとも部分的に制御するステップと、を含むことが提案されることによって解決される。
したがって、本発明は、湾曲した線状焦点の頂点の周りにレーザーパルスエネルギーを堆積することによって、基板の厚さ領域に沿った基板材料の湾曲した修正を確実に達成することができるようになるという驚くべき認識に基づいている。特に、本発明による方法を用いることにより、頂点の周りで対称的に形成される基板材料内の修正を達成することができる。
この点に関して、とりわけ、位相マスクを用いることにより、基板材料内に堆積されるレーザーエネルギーの分布、したがって材料内のエネルギー分布を、特に信頼性が高いにもかかわらず簡単なやり方で制御できることが認識された。位相マスクによってレーザービームに適切な影響を与えることにより、驚くべきことにより厳密に言えば、かくのごとく真空中もしくは空気中において線状焦点の強度分布をいわばレーザー焦点の軌道に沿ってシフトさせることができるという効果が、材料内に堆積されるエネルギーの分布を制御し、したがって材料の修正を改善するのに適していることが確定された。そのため、材料損傷の箇所、特に重心を焦点軌道に沿って決定し、所望の箇所における材料損傷を線状焦点に沿って配置することができる。
従来方式では、レーザーパルスエネルギーを、その頂点に対してシフトさせた焦点軌道に沿って堆積させている。そのため、それにもかかわらず基板の全厚さ領域に沿って十分な修正を達成するためには、これまでは、基板の厚さ領域の中央にエネルギー堆積を有利に配置するために、レーザービーム(たとえばエアリービーム)の焦点、したがって特に湾曲した線状焦点の頂点も、分離すべき基板の2つの外面のうちの一方の方向にシフトさせる必要があった。
換言すれば、つまりこれまでは、より多くのエネルギーが頂点の上方に、つまりほぼ基板の上方の、特にレーザー源に面した外面の方向に堆積されていたため、エネルギー堆積を基板の深さ領域内の中央に有利に置くためには、線状焦点の頂点を下方の外面近傍に置く必要があった。そうしないと下方領域の修正は、不十分かもしくは少なくとも僅かでしかなかった。
それに応じて、分離された基板部分は、従来方式では、その経過が対称ではなく、むしろ頂点が2つの外面のうちの一方に向かってシフトしている側面を有する。
基板材料の修正は、例えば、一実施形態では、少なくとも部分的に基板材料内に、特に線状焦点によって導入されたエネルギーにより、基板材料に直接的または間接的に影響を与えることによって行うことができる。この場合、厳密にとれば、レーザーの電磁場により、レーザーパルスエネルギーの一部が基板材料に導入され、ビーム幾何形状、レーザーおよび基板材料のパラメータに依存した分布でそこに堆積される。
それゆえ、本発明は一般に、位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えることによってエネルギー分布を局所的にシフトさせることにより、線状焦点によって生成される材料内のエネルギー分布を制御することを可能にする。
一実施形態では、エネルギー分布を制御することは、エネルギー分布の空間的拡張および/または重心を制御することを含む。
したがって、この方法は、特に有利には表面の構造化に関して適している。なぜならば、この方法は、線状焦点に沿ったエネルギー分布を基板内の所望の位置に配置することを可能にさせるからである。
そのため、基板材料内で湾曲した線状焦点によって生成された湾曲した修正(材料からの湾曲した領域の除去もしくは押し出しを含む)を用いて、計画された分離面の曲率も、したがって基板の側面の曲率も分離後に影響を受けたり、決定されたりすることが可能である。したがって、材料の修正期間中にレーザービームに適切な影響を与えることにより、基板部分の側面の対称的な曲率経過を達成することができる。
それゆえ、提案された方法は、好適には、エネルギー分布に関して形成され制御される線状焦点に沿って基板領域の材料に少なくとも1つの修正を導入するステップおよび/または複数のそのような修正によって予め定められた分離面に沿って基板を分離するステップをさらに含む。修正は、例えば、基板材料の密度、屈折率、応力値、機械的完全性、および/または特に酸性またはアルカリ性のエッチング速度の変化を含むことができる。修正は、例えば、基板から基板材料を除去すること、基板材料を置換すること、特に基板材料を周囲の基板に圧縮すること、および/または微小亀裂を生成することを含むこともできる。
曲率の経過、特に曲率の加速方向が、計画された分離面の主延在方向に対して平行および/または垂直に延びないように、線状焦点の曲率の配向を選択することによって、分離面の曲率、したがって基板部分の側面の曲率が、線状焦点の曲率によって影響を受けたり、決定されたりすることが可能である。
それゆえ、一実施形態では、好適には、曲率は、計画された分離線に対して平行ではなく、むしろそれに対して例えば垂直である。
一実施形態では、好適には、分割された基板部分の側面の曲率、特に側面の主延在方向に対して垂直な方向に沿った曲率は、基板内の線状焦点の配列、特に曲率の配向によって同時に決定される。
したがって、本発明では、特にエッジ成形を目的とした研磨などの後処理ステップなしで、修正された基板領域を媒介とした分離プロセスの直後に、湾曲した分離面の対称的な経過を達成することが初めて可能になり、しかもとりわけ非常に厚い基板、例えば500μm超の厚さを有する基板においても可能になる。これは、焦点軌道の頂点の周りにエネルギー分布を位置決めすることによって達成することができる。
なぜならば、焦点軌道に沿って頂点からずれた位置で観察されるレーザーパルスエネルギーの堆積は、位相マスクを用いた影響によって補償することができる。これは、材料修正の対称的な顕在化が達成されることを生じさせる。その他にもこれに伴って、材料を完全に貫通して延びる特に信頼性の高い材料修正を達成することができる。
つまり線状焦点を用いることによってエネルギー分布を基板材料に導入することができる。換言すれば、線状焦点を用いることによってエネルギーを基板内で空間的に分散させて堆積することができ、この分散したエネルギーは本発明に従って制御することができる。
これにより、生成される分離面の対称的な顕在化を達成することが可能になる。これは、例えば10μmからの厚さ、および/または500μmまでの厚さの薄い基板厚さに当てはまる。また、これは、500μm以上の基板厚さ、例えば525μmの基板厚さにも同様に当てはまる。例えば、基板は、700μm以上、1mm以上、3mm以上、5mm以上の厚さを有することができ、あるいは7mm以上の厚さでさえも有することができる。
したがって、本発明による解決手段によれば、とりわけ、特に焦点軌道の頂点に対するエネルギー分布の位置、したがって基板材料内に生成される修正の位置および形状を柔軟に設定することが可能になる。
一実施形態では、基板材料の厚さは、基板の2つの主面の間で測定される。
好適には、基板は、特にレーザービームの波長について、好適には可視波長領域、IR波長領域および/またはUV波長領域において透過的である。
好適には、基板は、ガラス材料からなるか、またはガラス材料を有する。代替的または補足的に、基板は、ガラスセラミック、シリコン、サファイアおよび/または石英ガラスも有するか、またはそれらからなることが可能である。
線状焦点は、好適には、湾曲した線状焦点である。この線状焦点は、代替的または補足的に、エアリービームの焦点である。好適には、線状焦点は、代替的または補足的に、パルスレーザー、特に10ps以下、好適には5ps以下、好適には3ps以下、好適には1ps以下、好適には0.5ps以下のパルス幅を有する超短パルスレーザーのレーザービームの焦点である。
位相マスクはレーザービームを位相変調する。
位相マスクは、この場合好適には、光路長の横方向に分解された変化によりレーザービームに付加的な光学的に一定でない位相を課すことによってレーザービームに影響を与える。
位相マスクは、例えば、露出形状の光学系、回折光学素子(DOE)、音響光学変調器(AOM)、またはシリコン上の液晶空間光変調器(LCOS-SLM)として実現されてよい。
ただし、位相マスクは、定義された位相変化を可能にする他の要素を用いて完全にもしくは部分的に実現されてもよい。
一実施形態では、位相マスクとしてDOEが使用される。
したがって、本方法は、基板、特にガラス基板の分離および表面構造化の分野に特に良好に適している。例えば、本方法は、そのような基板を基板部分に分離する準備および/または実施に特に良好に適している。
有利には、レーザービームに影響を与えることは、静的な影響を与えることを含むか表すことができる。「静的な影響を与える」とは、ここでは、例えば基板内の線状焦点の空間的な配向、位置および/または空間的な拡張に関連した、例えば基板内のエネルギー分布の制御中のかつ/または制御に起因する顕在化、特にレーザービームへの影響中のかつ/または影響に起因する時間に依存しない顕在化を意味するものと理解されたい。換言すれば、線状焦点の顕在化は、基板の制御中および/または影響中および/または修正中に変化しない。
例えば、レーザービームの静的な影響のために、少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えること、特に位相マスク上のレーザービームのオフセットは、固定的に設定することができ、好適には、レーザーの一定のパルスエネルギーおよび/またはパルス持続時間に従って設定することができる。
有利には、レーザービームに影響を与えることは、動的な影響を与えることを含むか表すことができる。「動的な影響を与える」とは、ここでは、例えば基板内の線状焦点の空間的配向、位置および/または空間的な拡張に関連した、例えば基板内のエネルギー分布の制御中のかつ/または制御に起因する顕在化、特にレーザービームへの影響中のかつ/または影響に起因する時間に依存した顕在化を意味するものと理解されたい。換言すれば、線状焦点の顕在化は、基板の制御中および/または影響中および/または修正中に少なくとも一時的に時間に依存して変化する。
例えば、レーザービームの動的な影響のために、少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えること、特に位相マスク上のレーザービームのオフセットは、時間に依存して実施することができ、好適には、レーザーの一定もしくは可変のパルスエネルギーおよび/またはパルス持続時間について実施することができる。
代替的または補足的に、少なくとも1つの位相マスクは、三次位相分布またはより高次の、特に奇数次の位相分布を有する位相マスクであり、かつ/または位相マスクは、基板の前方のレーザービームの光路内に配置され、特にレーザービーム、好適には位相マスクの平面内に存在するビーム断面の重心は、位相マスク上に入射点を有することが想定されてもよい。
立方晶位相マスクは、容易にセットアップすることができ、エネルギー分布を制御する信頼性の高い手段を提供する。
奇数次(3以上の次数)の位相マスクは有利である。なぜなら、この場合、光学系上の入力ビームを同じ方向へ横方向にシフトさせることで、焦点のエネルギー分布の重心(したがって、基板内のエネルギー分布)をレーザービームの軌道および/または伝播方向に沿って同じ方向にシフトさせることが達成できるからである。
代替的または補足的に、線状焦点を形成するステップは、特に湾曲した線状焦点の頂点の位置が基板の深さ領域、好適には厚さ領域に沿って設定されることを含み、ここで、好適には、線状焦点の頂点の位置は、(i)基板の深さ領域に沿って中央に設定され、かつ/または(ii)基板の深さ領域に沿って、中央位置から特に垂直方向の距離を伴って設定され、特に、深さ領域に沿った特に垂直方向の距離は、(a)基板の厚さの0.1%超、好適には1%超、好適には5%超、好適には10%超、好適には20%超、好適には30%超、好適には40%超、好適には45%超であり、かつ/または(b)基板の厚さの50%未満、好適には45%未満、好適には35%未満、好適には25%未満、好適には15%未満、好適には10%未満、好適には5%未満、好適には3%未満、好適には1%未満であり、かつ/または(c)基板の厚さの0.1%~49%の間、好適には0.1%~10%の間もしくは1%~40%の間、好適には5%~30%の間、好適には10%~25%の間であることが想定されてもよい。
湾曲した線状焦点の頂点を対応する中央に位置決めすることにより、線状焦点の軌道は、基板の中心面周りで対称的に延在する。これにより、基板の中心面周りで対称的に延在する修正を基板内に導入する可能性が広がる。
したがって、さらに、例えば、エネルギー分布を、位相マスクを用いて適切に影響を与えることにより頂点の周りに対称的に位置決めすることによっても、基板中心面の周りで対称的に延在する修正を基板内に導入することが可能になる。
しかしながら、基板内で対応する経過を達成するためには、中心に関してオフセットされた頂点の位置決めが好適であってもよい。ここでは、距離が以下のように、すなわち、基板の深さ領域に沿った頂点の(仮想)中心位置が求められ、基板の深さ領域に沿った目標位置が求められ、頂点の2つの位置の間の差分が距離を示すように測定される場合が有利であってもよい。深さ領域が基板の外面に対して垂直に延びる場合、それは垂直方向の距離でもある。つまり、それに対して垂直に延びる方向、したがって水平に延びている方向での例えば湾曲した線状焦点のために発生し得るような頂点で起こり得るオフセットは、少なくとも垂直方向の距離については重要ではない。
「深さ領域に沿った」方向は、ここでは好適には、基板の外面の少なくとも1つに対して垂直に延び、特にレーザー源に面する基板の外面に対して垂直に延びている。
線状焦点の、したがってその頂点の説明された位置決めの各々は、例えば、使用される集束光学系と基板との間の距離を変えることによって行うことができる。例えば、この目的のために、基板および/または集束光学系を、ビーム伝播方向に沿って並進させることができる。好適には、集束光学系を用いてレーザービームは基板上に集束される。
代替的または補足的に、線状焦点、したがってその頂点の位置決めは、システムの焦点距離を適合化することによって行うことができ、この場合、好適には、システムの開口数が維持される。例えば、この目的のために、集束光学系は、可変の焦点距離を有するマルチレンズ系を有している。
中心面は、ここでは好適には、基板内の有利には中央、つまり基板の2つの外面の間の中央を通り、その法線ベクトルがレーザービームの主延在方向に対して平行に延びる面である。
一実施形態では、頂点の位置は、頂点が基板の外方に存在するように設定される。
代替的または補足的に、基板内のエネルギー分布を制御するステップは、パルスエネルギー、パルス持続時間、バースト内のパルス数、バースト内のエネルギー分布、および/またはレーザー波長を設定することをさらに含み、ここで、好適には、パルスエネルギーは、基板内の線状焦点が、基板内に堆積されたエネルギーに基づき、特にエネルギーと基板材料との間の相互作用によって基板材料がそれに沿って修正される少なくとも1つの区分を有するように設定され、ここで、好適には、当該区分は、(a)0.1mm超、好適には0.3mm超、好適には0.5mm超、好適には0.7mm超、好適には1mm超、好適には3mm超、好適には5mm超の長さを有し、かつ/または(b)5mm未満、好適には3mm未満、好適には1mm未満、好適には0.7mm未満、好適には0.5mm未満、好適には0.3mm未満、好適には0.1mm未満の長さを有し、かつ/または(c)0.1mm~5mmの間、好適には0.5mm~2mmの間の長さを有することが想定されてもよい。
位相マスクだけがエネルギー分布、特に焦点軌道に沿ったそれらの位置に影響を与えるのではなく、パルスエネルギーの変化もエネルギー分布の変化、特に焦点軌道に沿ったそれらの位置および/または空間的拡張などのそれらの形状の変化を引き起こし得ることが認識された。それゆえ、パルスエネルギーを介して、エネルギー分布も付随して制御することができる。
同様に、発明者らによって確定されたように、バースト内のパルス持続時間またはパルス数ならびにレーザービームの波長などのさらなるパラメータも制御のために相応に使用することができる。
好適には、パルスエネルギーは、集束光学系の前方で測定される。それゆえ、本出願では、それぞれの文脈から別段の何かが明らかでない限り、これはパルスエネルギーの対応する値のもとで有利に考慮すべきである。
この点に関して、特に基板の深さ領域、好適には厚さ領域に沿った特に湾曲した線状焦点の頂点の設定される位置のために、パルスエネルギーは、線状焦点の二次極大値が基板内で顕在化しないか、または僅かな程度でしか顕在化しないように選択可能であること、詳細には、例えば、線状焦点において、つまり伝播に沿った最大強度の箇所において伝播に沿って所望の線状焦点を顕在化する横断面における一次極大値の強度が、同じ横断面におけるもしくは全伝播に沿った任意の二次極大値の最大強度の少なくとも1.1倍、好適には少なくとも1.3倍、好適には少なくとも2倍、好適には少なくとも3倍、好適には少なくとも5倍、好適には少なくとも7倍、好適には少なくとも10倍、好適には少なくとも20倍、好適には少なくとも30倍、好適には少なくとも50倍、好適には少なくとも100倍になるように選択可能であることも認識された。
所望の線状焦点を顕在化する一次極大値と基板内のすべての二次極大値との間のコントラストを高めることは有利である。なぜなら、それによって材料修正に対するそれらの影響を低減もしくは除去することができるからである。そのようにして、二次極大値による遮蔽効果を防止することができ、それゆえ特に信頼性の高い線状焦点の形成を達成することができ、したがって特に信頼性の高い材料修正を基板内に導入することができる。
線状焦点と、線状焦点によって基板内に導入されるエネルギー分布と、を用いて修正を基板内に導入できるようにするためには、対応する箇所において、特に材料に依存する閾値よりも高いエネルギー密度が必要である。それゆえ、エネルギーの分布が、適切に選択されたパルスエネルギーによって適合化され、それによって修正につながるエネルギーと材料との間の相互作用を達成するのに十分なエネルギーが基板内に堆積されると有利である。空間的に狭く区切られた体積内で高いエネルギー密度が達成される場合、本発明による方法にとって特に有利となり得る。これにより、特に有利には、空間的に狭く区切られるが、大きく顕在化された材料の損傷をもたらす修正を基板内に導入することができ、それによって、分離された基板部分の側面を弱めることなく、所望の分離面に沿った基板の容易な分離が可能になる。
パルスエネルギーの適合化により、例えば、あらゆる箇所でエネルギー密度の特定の閾値を超える線状焦点の区分の長さを変更し、それによって、少なくともその区分に沿って延在する修正(材料の除去を含む)を材料内で生成することが可能になる。
例えば、閾値は基板の材料に依存してよい。
パルスエネルギーを適合化することによって、例えばエネルギー分布、特にその重心が焦点軌道に沿ってとる位置も変更することができる。
それゆえ、パルスエネルギーは、エネルギー分布を制御する、特に、適合化するための補足的な手段であり、例えばその重心の位置に関して、かつ/またはそれに沿った線状焦点の区分の長さに関して十分に高いエネルギー堆積が基板材料内で行われる。
代替的または補足的に、
(i)パルスエネルギーが少なくとも一時的に、
(a)50μJ以上、好適には100μJ以上、好適には200μJ以上、好適には300μJ以上、好適には400μJ以上、好適には500μJ以上、好適には600μJ以上、好適には1000μJ以上、好適には1500μJ以上、好適には2000μJ以上、好適には2500μJ以上、好適には3000μJ以上、好適には3500μJ以上、好適には4000μJ以上、好適には4500μJ以上、好適には5000μJ以上に設定され、かつ/または
(b)5000μJ以下、好適には4500μJ以下、好適には4000μJ以下、好適には3500μJ以下、好適には3000μJ以下、好適には2500μJ以下、好適には2000μJ以下、好適には1500μJ以下、好適には1000μJ以下、好適には600μJ以下、好適には500μJ以下、好適には400μJ以下、好適には300μJ以下、好適には200μJ以下、好適には100μJ以下、好適には50μJ以下に設定され、かつ/または
(c)50μJ~5000μJの間、好適には10μJ~100μJの間、100μJ~300μJの間、150μJ~300μJの間、200μJ~400μJの間、300μJ~600μJの間、600μJ~1000μJの間、800μJ~2000μJの間、1500μJ~3000μJの間、2000μJ~4500μJの間、もしくは3000μJ~5000μJの間に設定され、ならびに/あるいは
(ii)パルスエネルギーが設定され、それによって平均線状エネルギー密度が
(a)1μJ/mm以上、好適には5μJ/mm以上、好適には10μJ/mm以上、好適には20μJ/mm以上、好適には30μJ/mm以上、好適には40μJ/mm以上、好適には50μJ/mm以上、好適には60μJ/mm以上、好適には70μJ/mm以上、好適には80μJ/mm以上、好適には90μJ/mm以上、好適には100μJ/mm以上、好適には150μJ/mm以上、好適には200μJ/mm以上、好適には250μJ/mm以上、好適には300μJ/mm以上、好適には350μJ/mm以上、好適には400μJ/mm以上、好適には500μJ/mm以上、好適には600μJ/mm以上、好適には700μJ/mm以上、好適には800μJ/mm以上、好適には900μJ/mm以上となり、かつ/または
(b)1000μJ/mm以下、好適には900μJ/mm以下、好適には800μJ/mm以下、好適には700μJ/mm以下、好適には600μJ/mm以下、好適には500μJ/mm以下、好適には400μJ/mm以下、好適には350μJ/mm以下、好適には300μJ/mm以下、好適には250μJ/mm以下、200μJ/mm以下、好適には180μJ/mm以下、好適には160μJ/mm以下、好適には140μJ/mm以下、好適には120μJ/mm以下、好適には100μJ/mm以下、好適には90μJ/mm以下、好適には80μJ/mm以下、好適には70μJ/mm以下、好適には60μJ/mm以下、好適には50μJ/mm以下、好適には40μJ/mm以下、好適には30μJ/mm以下、好適には25μJ/mm以下、好適には20μJ/mm以下、好適には15μJ/mm以下、好適には10μJ/mm以下、好適には5μJ/mm以下となり、かつ/または
(c)1μJ/mm~200μJ/mmの間、特に10μJ/mm~120μJ/mmの間、好適には10μJ/mm~50μJ/mmの間、40μJ/mm~80μJ/mmの間、70μJ/mm~100μJ/mmの間、もしくは80μJ/mm~120μJ/mmの間となることが想定されてもよい。
提案されたパルスエネルギーおよび平均線状エネルギー密度は、ガラス基板用に特に好適である。
バーストパルスが使用されるならば、パルスエネルギーおよびバーストエネルギーは、好適には、次の関係式:バーストエネルギー=パルスエネルギー×バースト内のパルス数、に従って相互に換算することができる。例えば、パルスエネルギーが50μJでバースト内のパルス数N=2の場合、バーストエネルギーは、50x2μJ=100μJとなり、逆もまた同様である。そのため、つまりバーストエネルギーの設定により、パルスエネルギーもそれに応じて設定することができる。
好適には、平均線状エネルギー密度は、レーザーパルスエネルギーと基板の厚さとの商として定義される。代替的に、平均線状エネルギー密度は、好適には、レーザーパルスエネルギーと基板内の修正の長さとの商として定義されてもよい。
発明者らは、好適には、エアリービームを用いて、例えばホウケイ酸ガラスにおける材料の局所的屈折率の変化の形態で修正を生成するためには、1μJ/mm以上の局所的線状エネルギー密度、すなわちレーザー伝播方向に対して垂直な平面上で積分されたエネルギー密度が必要であることから出発している。
代替的または補足的に、基板内のエネルギー分布を制御するステップは、(a)エネルギー分布の空間的拡張を適合化すること、(b)特にレーザーと基板材料との間の非線形的な相互作用によって引き起こされる、最大材料損傷の位置を適合化する、特にシフトさせること、および/または(c)エネルギー分布の位置、特にエネルギー分布の好適には大域的極大値の位置および/またはエネルギー分布の重心の位置を、好適にはレーザービームの軌道、特に線状焦点の軌道に沿って適合化する、特にシフトさせることを含み、
この場合、好適には
(i)エネルギー分布の位置を適合化した後、特に湾曲した線状焦点の頂点にエネルギー分布の少なくとも1つの極大値が位置決めされ、かつ/または
(ii)エネルギー分布の空間的拡張および/または位置を適合化した後、全基板厚さに沿って延びる基板材料の修正が実施されるかまたは行われ、かつ/または
(iii)エネルギー分布の位置を適合化することは、少なくとも部分的に位相マスクを用いたレーザービームへの影響とパルスエネルギーの設定とを順次連続して調整することを含むことが想定されてもよい。
エネルギー分布の極大値をシフトさせることにより、(最大の)修正の箇所を特に高い信頼性のもとで決定することができる。これにより、例えば、基板における計画された分離過程を高い信頼性のもとで準備することおよび/またはその後実施することが可能になる。
基板材料内のエネルギー分布の極大値を頂点に位置決めすることにより、頂点の周りで対称的な修正を基板に導入することができる。任意選択的に、頂点を基板の厚さ領域内で自身の側に対称的に位置決めすることにより、そのような分離面を得ることができ、それに伴って、(特に、基板の外面の法線ベクトルと計画された分離面の法線ベクトルとによって拡張される断面内では)対称的な経過を有する分離された基板部分の側面も得ることができる。
実施形態では、特に好適には、位相マスクを用いて影響を与えることと、パルスエネルギーを設定することとが順次連続して調整される。それにより、基板内の修正の空間的拡張および/または位置を非常に柔軟に制御することができるようになる。
例えば、パルスエネルギーは、基板の全厚さ領域内の線状焦点に沿ったあらゆる箇所で、材料の修正が全厚さ領域に沿って生成できるように高いエネルギー堆積が、材料内の線状焦点によって存在するように選択することができる。これは、例えば、全厚さ領域に沿って基板内の修正を達成するために必要であってもよい。同時に、位相マスクを用いてそこで調整される影響により、エネルギー分布の位置は、例えば、その極大値が焦点軌道の頂点に存在するように適合化される。これにより、総じて基板材料の(例えば、焦点軌道の頂点も存在する基板の平面、特に中心面に関して)対称的な修正を、全厚さ領域に沿って達成することが可能になる。
一実施形態では、基板の最大修正の箇所は、線状焦点軌道の頂点の箇所および/またはガラス基板の厚さ領域に沿った中央である。
代替的または補足的に、少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えることは、レーザービームが位相マスクのセンタ点に対してオフセットされて入射することを含み、ここで、センタ点は、ゼロに近づく直径を有する位相マスクに入射するレーザービームが、位相マスクに課される位相分布の鞍点によって影響を受ける位相マスクの箇所であり、ここで、好適には、オフセットは、位相分布の鏡面内で行われ、ここで、好適には、オフセットは、0.1μm~5000μmの間、好適には1μm~3000μmの間、好適には1μm~2000μmの間であることが想定されてもよい。
レーザービームに影響を与える特に簡単で信頼性の高い方法は、レーザービームを異なる位置で位相マスクに入射させることである。なぜならば、レーザービームがどの位置で位相マスクに入射するかに依存して、特に焦点におけるエネルギー分布に関して、位相マスクがレーザービームに影響を与えるからである。好適には、ここでの入射点とは、位相マスクの平面内に存在するビーム断面の重心として理解することができる。
そのため、とりわけ、立方晶位相マスクについては、位相マスクのセンタ点からの、レーザービームの入射点(より良く言えば、位相マスクの平面内におけるその断面の重心)のオフセットが増加するにつれて(特に、オフセットが位相分布の鏡面内で起こる場合)、基板内では焦点軌道上の最大エネルギーの箇所が頂点から遠ざかり、しかもオフセットの符号に応じて軌道に沿って一方向または他方向に遠ざかることが確定されている。
本願において位相マスクのセンタ点に言及する場合、それはここでは、好適には、ゼロに近づく直径を有する位相マスクに入射するレーザービームが、位相マスクに課される位相分布の鞍点によって影響を受ける位相マスクの箇所を意味するものと理解されたい。
位相分布、したがって位相マスク上の位相分布の鞍点の箇所も、例えば顕微鏡を用いて決定することができる。代替的に、鞍点の箇所は、実験的に決定することも可能であり、その際には、例えば、レーザービーム(もしくは位相マスク上のビーム断面におけるその重心)が異なる位置で位相マスクに入射され、位相マスクの次のような箇所、すなわち位相マスクを通過したレーザービームが、線形伝播における適切な結像(顕微鏡構築または基板表面上の収差パターンによって測定可能)の際に、最大強度が放物線の頂点で達成され、かつ/または強度分布が頂点の周りで対称的に分布し、二次極大値が焦点の前方および後方で対称的に顕在化されるように影響を受ける箇所がセンタ点として識別される。あるいは換言すれば、線形伝播は理想的なエアリービームに相当する。
好適には、鞍点は、したがって、センタ点も、位相マスクの幾何学的中心点に存在する。これは、例えば中心に置かれた位相関数によって達成することができる。
好適には、オフセットdxに対するエネルギー分布の極大値の深さ変化は、以下の式:
Figure 2024516808000002
に従った絶対値df分の使用される集束光学系の後方の有効焦点距離の変化として生じる。ここで
は、k=2*pi*n/λ、ただしλは波長、nは焦点が形成される媒質の屈折率、の波動ベクトルであり、
は、使用される集束光学系の焦点距離であり、
βは、立方晶相φのスケーリング係数であり、ここで、φ=exp(iβ/3*(x+y))、ただし、例えばβ=31/3mm-1、xおよびyはmm単位である。
したがって、これにより、提案された方法は、横方向のビームオフセットによって焦点シフトを生成し、この焦点シフトをエネルギー分布の制御のために同時に利用することを可能にする。
つまり好適には、(特に立方晶の)位相マスク上のレーザービームのオフセットが、焦点強度の極大値の位置に与える影響を観察することができ、したがって、焦点軌道に沿った基板内のエネルギー分布の影響も効果的に観察することができる。
それにより、好適には、位相マスクの中心からの、かつ/または位相分布の対称面内での位相マスク上の入力ビームのオフセットが増加するにつれて、エネルギー分布の極大値の箇所は、(i)線状焦点の軌道の頂点、および/または(ii)その接線が光軸に対して平行でありかつ中心にある入力ビームによって生成される線状焦点の頂点と一致する線状焦点の軌道上の点に対してシフトされる。
それゆえ、好適には、線状焦点は、エアリービームの焦点であり、かつ/または少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えることによって、エネルギー分布の極大値の箇所が、特に、中心にある入力ビームによって生成されるエアリー軌道の頂点に対してシフトされ、しかも好適には、エアリー軌道に沿ってシフトされる。
それゆえ、好適には、線状焦点は、エアリービームの焦点であり、かつ/または少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えることによって、エネルギー分布の極大値の箇所が、線状焦点の軌道の頂点に対してシフトされ、しかも好適には、線状焦点の軌道に沿ってシフトされる。
代替的または補足的に、
(i)オフセットは、
(a)位相マスクをレーザービームに対して相対的に移動させることによって、かつ/または
(b)特にガラス材料および/または好適にはレーザー波長において透過的である光学材料で作られた、少なくとも1つの回転した平行平面板によって、かつ/または
(c)光路内に相前後して配置された少なくとも2つのプリズムであって、該プリズムは好適には同じプリズム角度を有しかつ好適には第2のプリズムが第1のプリズムに対して光軸を中心に180°回転して配置されているプリズムによって、かつ/または
(d)レーザービームを偏向させる偏向ミラーを、特に光路内でかつ/または入射ビームの方向に対して平行に並進させることによって設定され、ならびに/あるいは
(ii)オフセットは、好適には位相マスクの中心軸線に対して平行にかつ/または位相マスクの中心軸線に沿って延びるレーザービームを、少なくとも1つの第1の手段を用いて偏向させることによって設定され、それによって、位相マスクに入射するビームの方向ベクトルは、位相マスクの中心軸線の方向ベクトルと角度を形成し、好適には、角度は、1/500ラジアン以下、好適には1/1000ラジアン以下、好適には1/2000ラジアン以下であり、
好適には、偏向は、
(a)回転可能に支承された少なくとも1つのプリズム、
(b)回転可能に支承された少なくとも1つのミラー、
(c)少なくとも1つのポリゴンまたはガルボスキャナ、
(d)少なくとも1つの音響光学変調器、
(e)少なくとも1つのシリコン上の液晶空間光変調器、および/または
(f)少なくとも1つのマイクロ電子ミラーコンポーネントを有する第1の手段を用いて設定され、
好適には、第1の手段と同一の第2の手段がさらに設けられ、レーザービームが位相マスクおよび/または基板に垂直に入射するように、かつ/または第1の手段を用いた偏向前の経路に対して平行であるがオフセットされて延びるようにレーザービームを偏向するために、位相マスクの前方または後方の光路内に配置され、かつ/または第1の手段と同期して制御されることが想定されてもよい。
したがって、オフセットを設定するとりわけ2つの原理が特に好適である。1つのケースでは、レーザービームは、位相マスクの中心軸線に対して平行に(代替的には、位相マスクや顕微鏡対物レンズもしくは非球面レンズなどの集束光学系を含む、集束のために使用されるシステムの光軸に対しても平行に)入射する。別のケースでは、レーザービームは、位相マスクの中心軸線に対して角度を付けて入射する。
後者の場合、これによって、同一の手段を用いて角度を補正することにより、(位相マスクの中心軸線に関して)斜めのビーム経路をいわば再び逆転させることができる。したがって、ビームは、第1および第2の手段により結果においてオフセットされるが、第1の手段の前方および第2の手段の後方で平行方向に沿って経過する。
特に立方晶位相マスク上の入力ビームの横方向のオフセットが、回転した平行平面板によって生成される場合、達成可能な最大オフセットは、レーザービームの直径に対する平行平面板の厚さ、屈折率、および横方向の拡張によって非常に簡単に適合化することができる。
光路内に相前後して存在し、同じプリズム角度を有する2つのプリズムによってオフセットが実現される場合、達成可能なオフセットは、レーザービームの直径に対するプリズムのサイズ、プリズムの偏向角度、およびプリズム相互の最大距離によって非常に簡単に適合化することができる。例えば、サイズ、角度、および距離は、以下のように選択されてよい。10mm~60mmの間(または60mmも超えるサイズ)、好適には10mm~26mmの間のプリズムのサイズ、特に直径;式x=sin(th)*dに従った偏向角度、ただし、xは横方向ビームオフセット、thは偏向角度、dはプリズムの距離;1mm~200mmの間の距離(または200mmも超える距離)。
光路内で偏向ミラーを並進させることによってオフセットが達成される場合、入射ビームの方向に対して平行な並進が特に有利である。なぜならば、これにより、最大オフセットが光学系のサイズによって制限されないからである。
これらの任意選択事項は、好適には、ビーム方向の変更なしで純粋な横方向オフセットを生成する。
特に、偏向が十分に小さく、位相マスクまでの利用可能な距離が十分に長い(例えば、100cm以上、好適には150cm以上、好適には200cm以上、好適には300cm以上、好適には400cm以上)場合、入力ビームの角度変更によっても、オフセットの所望の効果を特に信頼性の高いやり方で達成することができる。
スキャナまたは音響光学変調器(AOM)を用いた偏向の設定は特に好適である。なぜならば、これらの構成部品は、基本的にそれらの短い応答時間に基づき、例えばレーザーバースト内の短いパルス間隔の場合であっても有意な偏向を達成するために適しているからである。これにより、例えば、特に複数のオフセットされたレーザーパルスを用いた、特に信頼性の高い基板のオンザフライ修正が可能になり、これらのレーバーパルスのそれぞれは、とりわけ構造化プロセス中に、軸の速度変化、制動、または停止なしで、基板内の連続した軌道上の別個の深さ区分において基板を修正する。これは、特に、基板が線状焦点に対して相対的に2m/s以下の移動速度および/または25ns以下のイントラバーストパルス間隔で移動する場合に当てはまる。ここでは、例えば、比較サイズとして修正自体の直径(例えば1~10μm)を使用することができる。
既に上記で述べたように、光路内で相前後して存在する2つの位置における偏向によってビームを偏向する提案された手段を用いて、純粋な横方向のオフセットを達成することができ、ここでは、第2の偏向を用いることにより、第1の偏向によって生成された角度が補償される。この場合、好適には、偏向素子相互の同期が考慮される。
代替的または補足的に、少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えることは、時間に依存して実施され、それによって、エネルギー分布、特にその形状および/または位置が時間に依存して変化することが想定されてもよい。
時間に依存した影響を与えることにより、エネルギー分布を、例えば材料内で焦点の軌道に沿って移動させることができる。したがって、有利には、一実施形態において、エネルギー分布の極大値を時間的にシフトさせ、それによって、基板の修正を大きな厚さ領域に沿ってでさえも高い信頼性のもとで行うことが可能になる。
これは、例えば、基板材料内に修正を導入するために、線状焦点が全厚さ領域に沿って十分に高いエネルギー分布を基板材料内に提供できない場合に有利である。
それにより、焦点軌道の区分に沿って修正に必要な閾値に達するかまたはそれを超えるエネルギー分布を基板内で移動させることができる。
例えば、全厚さ領域に沿った修正に必要な閾値よりも大きなエネルギー密度を達成するためのパルスエネルギーが十分でない場合であっても、これは、それにもかかわらず、対称的な分離面自体を対応する大きさの厚さで設計できる信頼性の高い簡単な手段である。
つまり、これは、有利には、動的影響の適用ケースである。
代替的または補足的に、レーザービームは、異なる、好適には直接順次連続した期間、位相マスクの異なる領域によって影響を受け、レーザービーム、特に、位相マスクの平面内に存在するビーム断面の重心は、異なる期間中、異なる入射点をこの位相マスクに有することが想定されてもよい。
例えば、この目的のために、オフセットを、つまり位相マスク上のレーザービームの入射点(もしくは位相マスクの平面内に存在するビーム断面の重心の入射点)を時間的に制御することができる。この目的のために、上述の手段は、時間に依存してオフセットを変化させるため適している。
例えば、位相マスクは、時間に依存してレーザービームに対して相対的に移動することができ、それにより、好適には、異なる時点で位相分布の水平対称面内のオフセットが異なる。
代替的または補足的に、時間に依存した影響を受けることにより、基板内のエネルギー分布、好適にはエネルギー分布の少なくとも1つの極大値を、特により深い深さからより浅い深さへ、かつ/または基板内の焦点軌道に沿って移動させることが想定されてもよい。
エネルギー分布をシフトさせ、それによって、大きな厚さ領域でさえも修正することができるという上記で説明した一般的な手段の他に、代替的または補足的に、修正を、エネルギー分布、またはその極大値もしくは重心の対応する移動によって、例えば下方から上方へ、つまり特にレーザーとは反対側の基板の側からレーザーに面する基板の側への移動によって、基板内で生成することは有利である。これにより、好適には、現下の修正の箇所が、これまでの修正の箇所から動かされる。したがって、現下の箇所での線状焦点は、既に基板内に導入された修正による影響を受けない。これにより、修正を非常に高い信頼性のもとで基板内に導入することができる。
基板において、「下方」とは、ここでは、ビーム方向においてレーザービームが基板内を通過する、レーザー源から最も離れた箇所であってよい。基板において、「上方」とは、ここでは、ビーム方向においてレーザービームが基板内を通過する、レーザー源から最も近いところにある箇所であってよい。
そのため、ビーム源のパルスは、好適には、僅かな時間的ずれを伴って異なる箇所で位相マスクに入射する、時間的に2つ以上の部分に分割することもできる。つまり、この目的のために、単一パルスが時間的に分割され、例えば、第1の部分が位相マスクの第1の位置に偏向され、第2の部分が位相マスクの第2の位置に偏向される。この場合、偏向は、好適には、前述した手段の1つにより、特に別個のビームパスを介して(固定構造としてなら、好適にはミラーも介して)達成することができる。代替的または補足的に、以下で説明するSSTFも、この文脈では好適である。
それゆえ、パルスエネルギーが材料の全深さにおいて修正のために十分である場合でも、このタイプの動的集束は非常に好適となる場合がある。なぜならば、このような状況では、動的集束の利点は、基板の下方部分での材料修正の顕在化が、基板の上方部分でのプラズマによって阻害されない点にあるからである。
ただし、この動的集束の形態は、利用可能なパルスエネルギーが、基板の全厚さに沿って一度で基板を修正するのに十分でない場合にも特に注目される場合がある。
なぜならば、厚い基板の場合だけでなく、ごく一般的に、全損傷ゾーンは、それと共に基板内で複数の単一サブ修正により合成することができ、それぞれ、特に立方晶位相マスク上の別の位置でのレーザーパルスによって達成するからである。この場合、特に有利には、基板材料内の最も深いところにある(ビーム方向においてレーザー源から最も離れたところの)単一サブ修正で開始され、基板内の位置が逐次高められる。
それゆえ、提案された方法は、まさに500μm以上、好適には1mm以上、好適には3mm以上、好適には5mm以上、好適には7mm以上の厚さを有する基板の場合に好適である。
そのため、より小型のレーザー源を使用することができる。
代替的または補足的に、少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いてレーザービームに影響を与えることは、レーザービームの強度分布が、特にパルス持続時間内で、位相マスク上で、特に位相マスク上のビームの入射箇所で変化すること、特に位相マスク上で空間的にシフトされて変化することを含むことが想定されてもよい。
したがって、いわば、位相マスク上の楕円形状の領域は、時間に依存して異なって照明される。これは、機械的な動きなしで、むしろレーザービーム強度の変調によって行うことができるため、非常に高い信頼性に結び付くことになり得る。その他に、材料内のエネルギー分布の所期の設定を妨害もしくは阻害する不所望な影響は、材料内のエネルギー分布の時間的展開を制御することによって阻害することができる。
それゆえ、この同時時空間パルス整形(SSTF)は非常に好適である。
代替的または補足的に、線状焦点の少なくとも一部を用いて導入されるエネルギー分布を用いて、(a)基板が、特にその密度、その屈折率、その応力値、および/またはそのエッチング速度などの材料特性において少なくとも領域毎に修正され、(b)基板材料において少なくとも領域毎に微小亀裂が生成され、かつ/または(c)少なくとも領域毎に材料が基板から除去および/または押し出され、ここで、好適には、複数の順次連続する基板領域において、このようにして基板材料が直線または任意形状の輪郭に沿って修正、除去および/または押し出され、特に基板材料が周囲の基板材料に圧入されることが想定されてもよい。
つまり、基板材料内の1つの特性を変更することにより、計画された分離面が決定される。それに応じて、基板部分の対応する側面もこれによって決定される。
基板から基板材料を除去することは、例えば材料を蒸発させることによって行うことができる。基板材料の押し出しは、例えば基板材料を周囲の基板に圧入することによって行うことができる。
それゆえ、制御されたエネルギー分布は、一般に、基板材料内で材料の除去もしくは押し出しを含めた修正が達成される手段として見なすことができる。なぜならば、エネルギー分布は、ここでは詳細に検討されない、本発明の理解にこれ以上関わりのないやり方で基板材料と相互作用し、それによって、最終的な修正が生じるからである。
基板の複数の領域で対応する手順を実施することにより、複数の修正された領域または基板材料が除去/押し出しされた領域を達成することができる。これにより、いわば損傷の回廊部分が予め設定され、同時に計画された分離面も決定される。例えば、基板に対する機械的または熱的作用により、計画された分離面に沿った2つの基板部分への基板の分離が引き起こされ、かつ/または実施され得る。例えば、亀裂を回廊部分に生成し、その中で進めることができる。代替的または補足的に、分離過程を開始および/または実施するために、IRレーザーを基板上に照射することができる。CO2割段も基板の分離を実施するための好適な手段である。
異なる領域は、基板と線状焦点との相対的なシフトによって選択することができる。基板を1センチメートルシフトさせるのに、レーザーのパルス持続時間よりもはるかに長い時間が必要な場合(例えば100倍を超える)、シフトを好適には連続的に行うことができる。代替的または補足的に、最大許容移動速度vは、以下の関係式
v=modification_size/Pulsabstand
を用いて求めることも可能である。ここで、「modification_size」は、基板材料に導入される修正の最大拡張であり、「Pulsabstand」は、イントラバーストパルス間隔(例えば、40MHz)であり、また個々のパルスの場合は、2つの順次連続するパルス間の間隔(例えば、1/100kHz)である。
好適には、シフトは、10m/秒以下、好適には5m/秒以下、好適には2m/秒以下の速度で連続的に行われる。
輪郭とは、ここでは、基板の表面上のレーザービームの入射点を表す曲線を意味するものと理解されたい。輪郭は、例えば、直線または円形であってもよいし、あるいは別の、特に任意の湾曲した経過を有することも可能である。
一実施形態では、特に修正の主延在方向に対して垂直な断面における、特に、材料修正の最大直径または材料が除去もしくは押し出された領域の最大直径は、1μm~100μmの間、好適には1μm~50μmの間、さらにより好適には1μm~20μmの間、さらにより好適には1μm~10μmの間である。
代替的または補足的に、基板内の同じ領域内の2つ以上のレーザービームの2つ以上の線状焦点が、好適には時間的に、少なくとも部分的に平行に、かつ/または少なくとも部分的に連続して相応に形成され、それらによって基板内に導入されるエネルギー分布がそれぞれ相応に制御され、ここで、好適には、(a)個々の線状焦点によって導入されるエネルギー分布は、特に位置および/または形状に関して異なり、この場合、好適には、個々のエネルギー分布の極大値が基板内の異なる位置に存在し、かつ/または(b)2つ以上の線状焦点の軌道が合同であることが想定されてもよい。
複数のレーザービームが使用される場合、厚い基板であっても、個々の修正を非常に迅速に行うことができる。つまりここでは、個々のレーザービームに影響を与えるために、特に基板内のエネルギー分布もしくはその極大値をシフトさせるために、光学的構造部のコンポーネントを機械的に動かす必要はない。その代わりに、例えば、第1のレーザービームは、修正の下方領域においてエネルギー分布の極大値を有し、第2のレーザービームは、修正の情報領域においてエネルギー分布の極大値を有することができる(ここで、「上方」とは、好適には、レーザービームが基板に入射する箇所である)。
一実施形態では、基板を、横方向に相互に離間した2つ以上の位置において平行に修正するために、複数のビームが使用される。
異なるレーザー源のビーム、特にパルスが使用される場合、レーザー源は、好適には同様のレーザー源である。これにより、特に均一の修正が達成可能である。
代替的または補足的に、基板内の線状焦点の少なくとも1つの区分の配向が、基板内のレーザービームの主伝播方向に対して相対的に、基板内のエネルギー分布を制御し、さらに基板材料内の焦点位置を適合化することによって設定され、ここで、好適には、焦点位置の適合化は、集束光学系と基板との間の距離の変更によって行われ、かつ/または基板の厚さが、基板の厚さ延在方向に沿った所与の光学的構造部について潜在的に可能な線状焦点の長さの半分よりも小さく、ここで、好適には、パルスエネルギーおよび/またはビーム直径は、基板がその全深さで修正されるかまたはその全深さで修正されないように選択されることが想定されてもよい。
焦点軌道、特にエアリー焦点軌道の頂点からエネルギー分布の極大値までの距離にはビーム伝播方向もしくは基板表面に対する線状焦点の局所的な配列の変化が伴うため、好適な実施形態で上述したように、ビームオフセットの組み合わせを用いると同時に、基板材料内の焦点位置の適合化、つまり例えば、上述した集束光学系と基板との間の距離の変化、あるいは集束光学系の焦点距離の変化を用いることにより、材料内の損傷ゾーンの角度配列の適合化を行うことができる。
このようにして、薄いガラスの場合に、少なくともほぼ直線の線状焦点を伝播方向に対して設定可能な角度で生成するために、エアリー軌道の小さな区分を使用することができる。
それにより、有利には、基板材料内の焦点位置の適合化によって、特に集束光学系と基板との間の距離の変更によって、基板内の線状焦点の並進を設定はすることができ、ならびに/あるいは位相マスクおよび/または集束光学系などの光学系のいずれかでのビームオフセットの適合化により、基板内の線状焦点の少なくとも1つの区分の少なくとも所定の角度領域内で自由な配向を、基板内のレーザービームの主伝播方向に対して相対的に設定することができる。
線状焦点の少なくとも1つの区分の配向と共に、有利には、基板材料に導入された修正の配向も変化する。これにより、好適には、オフセットの適合化によって、基板材料内の修正の傾斜を達成することができ、かつ/または焦点位置の適合化によって、傾斜を伴うレーザー伝播方向に沿ったオフセットを補償することができ、かつ/または傾斜した修正の垂直位置を適合化および/または設定することができる。
基板材料における修正の「傾斜」とは、ここでは好適には、光学的構造部ならびにレーザーパラメータに関連する特定の境界条件のもとで基板材料内に導入された、特に概念的な基準修正の空間的配向とは異なる空間的配向を有する修正を意味するものと理解されたい。この場合、基準修正は、位相マスクおよび/または集束光学系などの光学系上で設定されるレーザービームのオフセットのもとで、それ以外では同一の境界条件のもとに基板材料内に導入可能である。
つまり、有利には、基板内に導入される修正の傾斜は、線状焦点の軌道に沿ってエネルギー分布をシフトすることによって設定および/または達成することができる。代替的または補足的に、特に静止している場合には基板の傾斜による傾斜も考えられるであろう。
ここでは、好適には、基板材料内の焦点位置の適合化が時間に依存して実施される場合、特に基板材料内の焦点位置は時間に依存して変化する。これは、例えば、集束光学系と基板との間の距離の時間に依存した変更によって行うことができる。したがって、ここでは、有利には、動的影響の適用例である。任意選択的に、位相マスクおよび/または集束光学系などの光学系上のビームオフセットを平行して適合化することが好適な場合もある。すなわち、焦点位置とオフセットとが相互に依存して有利に適合化される。
有利には、材料修正の傾斜は、線状焦点の軌道に沿ったエネルギー分布の強度極大値のシフトによって設定および/または実施される。これにより、材料修正の非対称的な顕在化を補償することができる。
ここでは、好適には、それに沿って線状焦点が形成される基板の厚さは、特に理論的および/または実際に利用可能なガラス厚さ方向の焦点軌道の拡張の少なくとも半分未満である。
例えば、500μm以下、好適には300μm以下、好適には100μm以下、好適には50μm以下の厚さを有する基板がここでは特に好適である。代替的または補足的に、厚さは、300μm~1000μmの間でもあり得る。
湾曲した線状焦点は、特に上述の手段を用いて、例えば0.1mm超~3mm超、好適には0.1mm~5mmの間、特に0.5mm~3mmの間の長さで生成することができ、かつ/または直線の焦線からの最大偏向が500μm、好適には10μm~200μmの間、特に20μm~80μmの間で生成することができる。
曲率の空間的形状、したがって影響を受ける基板材料の空間的形状は、プロファイル偏位とも称され得るこの最大偏向に依存するかもしくはそれと同時に決定可能である。
最大偏向もしくはプロファイル偏位を設定するためには、集束光学系の開口数A=n*sin(ALPHA)を設定および/または適合化することができる。一般に、ここでは、より大きな開口数の集束光学系が選択されるほど、形成される焦点の長さは短くなり、エアリービームの典型ケースでは、焦点付近のエアリービームの曲率が高くなることが当てはまる。
湾曲した線状焦点の場合、これは、基板の厚さが薄くなるほど、線状焦点の局所的な曲率は、分離面でのかなりのプロファイル偏位を生成するためには増加の必要があることを意味する。
代替的または補足的に、
(i)線状焦点はエアリービームの焦点であり、
(ii)線状焦点は、20μm超、40μm超、60μm超、80μm超、または100μm超の直線経過からの最大偏向を有し、
(iii)レーザービームは、パルスレーザーによって放出され、
(iv)レーザービームの波長は、200nm~1500nmの間の波長領域から選択され、好適には、波長は、343nm、355nm、515nm、532nm、750nm~850nmの間、1030nmおよび/または1064nmであり、好適にはレーザービームを基板上に集束させる顕微鏡対物レンズもしくは集束光学系のフーリエレンズは、10~20mmの焦点距離を有し、
立方晶相の係数(レーザーパラメータβ)は、0.5×10/m~5×10/mの間の値を有し、
生ビームの直径(レーザーパラメータω)は、1mm~10mmの間、好適には2.5mm~7.5mmの間、好適には2.5mm~5mmの間の値を有し、
パルス持続時間(レーザーパラメータτ)は、0.1~10psの値を有し、
パルスエネルギー(レーザーパラメータEp)は、1~1,500μJの間、好適には30~500μJの間、特に474μJの値を有し、かつ/またはバースト内のパルス数(レーザーパラメータN)は、1~200の間、好適には1~100の間、特に1~8の間の値を有し、ならびに/あるいは
(v)レーザーのパルスエネルギーは、線状焦点の特定の区分に沿って基板を少なくとも1つの材料特性において修正するか、または基板から材料を除去もしくは押し出すのに十分なだけであり、ここで、区分は、その材料特性において修正もしくは除去もしくは押し出しされるべき基板領域の拡張よりも短いことが想定されてもよい。
エアリービームは、高い信頼性のもとで生成され、湾曲した線状焦点を有する。
その線状焦点が本明細書で使用されるレーザービームは、公知の手段を用いて光路に沿って偏向および制御させることができる。線状焦点は、光学素子などの異なる手段を用いて設定および適合化させることができる。したがって、基板本体内で電磁場を生成することができ、この電磁場は、ビーム整形およびビーム影響の手段を用いて達成可能な各空間形状をとることができる。好適には、エアリービームが生成される。
したがって、線状焦点を有するレーザービームは、湾曲した領域において基板を修正するための極めて柔軟な手段を表す。
レーザーを用いて基板本体を処理する場合、一般に、線形的な吸収のプロセスと非線形的な吸収のプロセスとの間で区別する必要がある。線形的な吸収は、処理すべき材料が使用するレーザーの波長について部分的または完全に吸収性がある場合に存在し(例えば、ガラスにおけるCO2レーザービームの吸収)、そのため、レーザー波長、レーザーエネルギー、パルス持続時間などを介して相応に相互作用の強度を設定することができる。これは、処理すべき材料が、使用されるレーザービームの領域内で最初に吸収性を持たない、つまりレーザー波長に対して透過的である非線形的な吸収のプロセスとは区別される必要がある。ただし、いわゆる超短レーザーパルス(この場合、典型的なパルス長は10ps~100fsの領域、特に1ps~100fsの領域で変動する)の生成により、非線形的な光学的効果に関連して基板材料内ではレーザーにより十分に高い強度が生成され得る。これらの効果には、例えば、有効屈折率の変化または基板材料内でのプラズマの生成が含まれる。ここでは、十分なエネルギーが適切な分布で材料内に堆積されると、レーザービームは材料内で永続的な影響を与える。これにより生じる材料の局所的な変化は、屈折率の永続的な変化、エッチング特性の変化(選択的レーザーエッチング)から、基板内の亀裂やチャネルの生成に至るまで延在し、それぞれレーザーおよび材料のパラメータの相互作用に依存して、材料内に形成されたレーザー焦点の少なくとも1つの領域に限定される。
本発明者らは、これまでは、基板内に堆積されたエネルギーは、一方では、レーザーパルスの電磁場と基板材料との非線形的な相互作用の結果と見なし、他方では、基板内の修正の原因と見なすことができることから出発していた。それゆえ、材料内の特定の損傷メカニズムを考察することなく、非線形的なレーザーパルス伝播に適したモデルを用いてシミュレートすることができる堆積エネルギーは、材料修正の顕在化についての代行として使用することができる。
例えば、ガラス基板内の材料特性の非線形的な変化、ただし特に材料処理に適したプラズマを引き起こすためのガラス基板のための臨界強度は、少なくとも1013W/cmである。一実施形態では、基板材料はガラスを含み、レーザーの電磁場は、少なくとも1013W/cm、好適には少なくとも5×1013W/cm、好適には少なくとも1014W/cm、最も好適には少なくとも5x1014W/cmの場の強度を有する。任意選択的に、電磁場は、最大1016W/cmの場の強度を有する。
湾曲した線状焦点を本発明による方法で生成するための可能な構造部は、基本的に以下のように構成することができる。すなわち、超短パルスレーザーからのレーザービームが、回折光学素子(DOE)に入射し、該回折光学素子(DOE)は、入射するレーザービームの位相(レーザーパルス)を、立方晶相などの位相を課すことによって適合化する。その後、ビームは、顕微鏡対物レンズおよび/またはフーリエレンズにより、構造化すべき基板本体上に集束される。DOEの後方に生じた位相分布に依存して、結像する対物レンズは、もはや直線の焦線ではなく、むしろ湾曲した焦線を生成する。一実施形態では、エアリービームの二次極大値も抑制することができる。この場合、ビームの残りの部分に対する主焦点の強度比を最適化することができる(1.2~10)。これは、例えば絞りを用いたフーリエ面での非放射対称アポダイゼーションによって実現することができる。
例えば、位相マスクとして使用されるDOEは、5~15mm、好適には9mmの直径を有し、この場合、DOEは、顕微鏡対物レンズもしくはフーリエレンズの「前方焦点面」に位置する。好適には、DOE(もしくは一般的に言って位相マスク)は、レンズの焦点距離に等しい、かつ/または2~15mmの間、好適には5mmである関連するレンズからの作動距離を有する。顕微鏡対物レンズにおいて、「前方焦点面」が対物レンズ自体の中にある場合、(構造的に規定された)最小距離を選択することがこの場合は好適である。
例えば、本明細書では、エアリービームを使用することができる。エアリービームは、非対称の/側方のビーム案内に特に良好に適している。
その他に、エアリービームは、特に簡単かつ効率的に生成することができる。例えば、エアリービームは、特に位相マスク(DOEまたはSLM)によって直接かまたはシリンドリカルレンズを備えた構造部によって生成される、立方晶相を有するビームの結像として生じさせることができる。
パルスエネルギー(レーザーパラメータEp)として、例えば300μJの値を選択することができ、バースト内のパルス数(レーザーパラメータN)として、例えば2の値を選択することができ、かつ/またはパルス持続時間(レーザーパラメータτ)として、例えば5psの値を選択することができる。任意選択的に、光学系の焦点距離f=10mmにすることができ、かつ/または2.0倍のビーム拡張器(特に直径10mmの入力ガウスビームの場合)を設けてもよい。
光学的設定(特に、集束する光学系と処理すべき基板材料との間の垂直方向の距離、つまり焦点位置および焦点長さの確定)を適切に選択することにより、このようにして湾曲した修正を内部で、あるいは2つの大きな面(底面および/または外面)のうちの一方もしくは両方を基板材料内に貫通させて形成することができる。
パルスエネルギーが、基板の材料に依存する閾値よりも大きい場合、レーザーと材料との間に非線形的な相互作用が起こり、これは、前述した修正につながる可能性がある。それゆえ、一実施形態では、好適には、パルスエネルギーが基板の材料に依存する閾値よりも大きくなり、それによって、レーザーと材料との間の非線形的な相互作用が起こる。
代替的または補足的に、基板内で修正される領域が、特に基板材料内のスルーホールおよび/または止まり穴を生成するために、機械的および/または熱的応力の生成によって、かつ/またはエッチング方法によって開口され、ならびに/あるいは基板内で修正される領域が、特に成形された側面を有する内部輪郭もしくは外部輪郭を生成するために、閉成された輪郭に沿って、かつ/または基板側から基板側に延びる修正に沿って、機械的、熱的、および/または化学的プロセスによって開口されることが想定されてもよい。
代替的または補足的に、少なくともエネルギー分布の制御中に、少なくとも1つの補助基板が基板に配置され、線状焦点は、少なくとも部分的に補助基板内へ向かって延在し、この場合、好適には2つ以上の補助基板が基板に配置され、特に基板の対向する側に配置され、線状焦点は、少なくとも部分的に2つ以上の補助基板内へ向かって延在することが想定されてもよい。
好適には、補助基板は、基板と同じ材料からなる。
そのような補助基板を用いることにより、貫通する線状焦点の場合に、露出した基板表面上の収差部分または収差作用が回避できるようになるか、または少なくとも大幅に低減できるようになる。
例えば、一実施形態では、構造化すべき基板は、絞り加工、接着、および/または超短パルス溶接された補助基板と一緒に処理することができ、それによって、プロセス中に最初に内部の影響のみが生成され、これらが(例えば、剥離とも記載可能な)さらなるプロセスステップにおいて、補助基板の除去によりいわば露出されるようになる。
したがって、補助基板を設けることにより、表面近くの基板領域においても、特に的を絞ったかつ事前設定に応じたエネルギー分布への影響および/または基板への影響を与えることが可能になる。なぜならば、この補助基板に基づいて、線状焦点の経過を損なうことなく、あるいはそれほど損なうことなく、線状焦点が基板を越えて延在することができるからである。これにより、基板の表面付近の領域においても線状焦点が所望の形状から逸脱しないことや、事前設定に応じてエネルギー分布が設定されたり、かつ/または事前設定に応じて基板材料が空間的に影響を受けたりすることが可能になることが保証される。
特に、補助基板と基板とが同一の材料からなる場合は、これにより、それらの間の境界面において、シームレスでとりわけオフセットのない線状焦点の移行が存在することが保証される。
その後、補助基板を基板から除去することができる。これにより、影響を受けた可能性のある基板材料を有する本来の基板が再度露出される。
換言すれば、補助基板を再度除去すれば、基板において、基板の外面にまできちんとした影響を与えることができる。
1つ以上の補助基板を設けることができる。
補助基板は、基板をいわば1つ以上の側面によって囲繞するように取り囲むことができる。
補助基板は、収差作用のために基板材料の堆積が表面の縁部領域において発生することを高い信頼性のもとで回避させる。
代替的または補足的に、線状焦点、および好適には基板の修正された材料領域は、特に少なくともエネルギー分布の制御中に、基板内に完全に封入され、この場合、好適には、本方法は、少なくとも領域毎に材料が、基板から、特に基板内の線状焦点の主延在方向に沿って除去され、それによって、基板内に封入され修正された材料が少なくとも部分的にかつ/または領域毎に外部からアクセス可能になり、特に基板からの材料の除去はエッチングを用いて実施されることをさらに含むことが想定されてもよい。
つまり線状焦点が、完全に基板内に存在することにより、収差部分もしくは収差作用が基板の元の表面にも得られた表面にも及ぶことが高い信頼性のもとで回避できるようになる。
つまり、提案された特徴によれば、基板内部に存在する領域にのみエネルギーの堆積と基板材料への影響とが行われる。つまり、外部からはアクセスできない。これにより、線状焦点の経過は損なわれないか、あるいはそれほど損なわれることはない。したがって、線状焦点が所望の形状から逸脱しないこと、および/または基板材料が事前設定に応じて空間的に影響を受けることが保証される。
その後、基板材料は、例えば影響を受けた基板材料に達するまで(またはそれを超えて)基板から除去することができる。例えば、対応するエッチング過程は、正確かつ効率的に実施することができるため、このために有利であることが証明されている。このようにして新しい表面、例えば基板の少なくとも1つの新しい、少なくとも一時的な外面を形成することができる。基板材料を除去することにより、影響を受けた材料領域は外部からアクセス可能になる。これにより、例えば、影響を受けた基板材料をその後で除去することが可能になる。
このようにして、最終的に処理される基板の表面にまで達する、非常に高い信頼性のもとで定められた影響を受けた材料領域を基板内で達成することが可能になる。これにより、きれいな表面も実現可能である。
例えば、基板からの材料の除去により、基板の少なくとも一方、好適には両方の外面が変化することになる。いわば、ここでは、外面の移行が、例えば線状焦点の主延長方向に沿って起こる可能性がある。
線状焦点の主延在方向は、ここでは、例えば、基板の元の外面および/または修正された外面に対して垂直に延びることができる。
代替的または補足的に、基板内のエネルギー分布を制御することは、(i)レーザービームが特に少なくとも線状焦点の領域において球面収差を有すること、および/または(ii)特に少なくとも線状焦点の領域においてレーザービームの球面収差が設定されることをさらに含むことが想定されてもよい。
この点に関して、驚くべきことに、レーザービームが球面収差を有することにより、元のエアリービームと比較して、より均一でより拡張されたエネルギー分布を基板内に導入できることが認識されている。これにより、基板内で修正された領域のより良好な顕在化を達成することができる。したがって、基板材料の不所望な損傷を低減することあるいは完全に回避することでさえもでき、かつ/または顕在化に関して予め設定された目標エネルギー分布および目標修正のためにレーザーパルスのエネルギーを低減することができる。
その他に、好適には、球面収差を設定することによって、好適には位置的に固定された線状焦点軌道に沿ったエネルギー分布の最大強度の位置を設定することが可能であり、かつ/または球面収差を変更することによって、好適には位置的に固定された線状焦点軌道に沿ったエネルギー分布の最大強度の位置を適合化させること、特にシフトさせることが可能である。
これは、特に好適には、特に線状焦点の軌道に沿って、強度の少なくとも領域毎および/または区分毎の均一化の達成を可能にし、しかも、特に、線状焦点の軌道、特にその主な極大値を変更することはない。
球面収差は、好適には、12.5/fの単位を有し、ただし、fは、結像系の焦点距離である。
本出願において、レーザービームが球面収差を有することに言及する場合、それは、好適には、レーザービームの光ビームが特定の点に収束しないこと、かつ/または1つ以上の偶数乗>2の回転対称位相が存在すること、例えば、光学系の半径に沿った有効焦点距離の変化につながる四次の付加的位相項が存在することを意味するものと理解されたい。
有利には、ビームの球面収差は、それらの位相が以下の式、
φlens(ρ)=k0*((ρ/2f)+aρ
を満たす球面収差を有するレンズを備えた光学系を用いて導入されてよいであろう。
代替的または補足的に、レーザービームは、好適には、基板の外部および/または基板の前方で球面収差を有する光学素子を通って伝播し、それによって、好適には、レーザービームの球面収差が、特に少なくとも線状焦点の領域において少なくとも部分的に設定されることが想定されてもよい。
これは、レーザービームの球面収差を設定および制御するための特に簡単でありながら効率的な手段である。
代替的または補足的に、四次の球面収差は、0.02/(f*w0^2)以上の強度を有し、ただし、fは、結像系の焦点距離であり、w0は、レーザービームの直径であることが想定されてもよい。
これは、ガラス基板に修正を導入するための典型的なエネルギー分布にとって特に有利である。
代替的または補足的に、球面収差により、基板内に形成される焦点の延長が5%以上、好適には10%以上、好適には15%以上、好適には20%以上、好適には25%以上、好適には30%以上、好適には35%以上、好適には40%以上、好適には50%以上、好適には60%以上、および/または100%以下、好適には70%以下、好適には50%以下、好適には30%以下となることが達成され、ここで、好適には、焦点長さは、線状焦点が、線状焦点の最大強度の75%以上、80%以上、85%以上、または90%以上の強度を有するレーザービーム軌道の区分に沿って存在することが想定されてもよい。
この目的のために、例えば、基板内に形成された焦点(すなわち線状焦点)の長さを、設定および/または制御された球面収差がある場合とない場合とで比較することが可能である。
代替的または補足的に、球面収差により、修正された基板材料の延長が5%以上、好適には10%以上、好適には15%以上、好適には20%以上、好適には25%以上、好適には30%以上、好適には35%以上、好適には40%以上、好適には50%以上、好適には60%以上、および/または100%以下、好適には70%以下、好適には50%以下、好適には30%以下となることが達成され、ここで、好適には、長さに沿って、修正が、修正の最大強度の75%以上、80%以上、85%以上、または90%以上の強度を有する修正強度が存在することが想定されてもよい。
そのため、相違は、処理された基板において直接確定することもできる。
代替的または補足的に、レーザービームの球面収差は、特に線状焦点の領域において、特に、位相マスク上および/または光学的構造部の顕微鏡対物レンズなどの光学素子上のレーザービームの入射点の時間的変化によって、時間的に変化することが想定されてもよい。
これにより、材料修正の時間的深さ変化を特に簡単に達成することができる。例えば、材料修正は、球面収差を変更し、それによって、線状焦点およびそれに伴うエネルギー分布が時間に依存して延長され、かつ/またはその強度極大値がシフトされることによって「下方から上方へ」形成することができる。
代替的または補足的に、光学素子に入射するレーザービームの中心点は、少なくとも一時的に、光学素子の光軸に対するオフセットを伴って光学素子に入射し、ここで、好適には、オフセットが時間的に変化することが想定されてもよい。
これは、例えば、レーザービームおよび/または光学素子を相互に相対的に移動させることによって、特に簡単に実現されてよい。
代替的または補足的に、一定のオフセットおよび/または最大のオフセットが、20mm以下、好適には15mm以下、好適には10mm以下、好適には5mm以下、好適には3mm以下、好適には2.5mm以下、好適には2mm以下、好適には1.5mm以下、好適には1mm以下、0.001mm以上、好適には0.003mm以上、好適には0.01mm以上、好適には0.1mm以上、好適には1mm以上、好適には5mm以上、好適には10mm以上、好適には15mm以上、および/または0.001mm~20mmの間、好適には0.001mm~10mmの間、好適には0.003mm~10mmの間、好適には0.003mm~5mmの間、好適には0.003mm~2mmの間、好適には0.003mm~1.5mmの間で設定されることが想定されてもよい。
代替的または補足的に、光学素子がレンズであり、該レンズは、好適には少なくとも領域毎に球面曲率を有することが想定されてもよい。
これは、レーザービームを制御して球面収差を与えるための特に簡単で好適な手段である。
代替的または補足的に、球面収差は、四次またはそれ以上の高次の球面収差であることが想定されてもよい。
これにより、特に良好な結果が達成された。
代替的または補足的に、球面収差は、整数k>2の場合、指数m=0およびn=2kを有するゼルニケ多項式による球面収差であることが想定されてもよい。
これにより、特に良好な結果が達成された。
代替的または補足的に、球面収差と位相マスクを用いたレーザービームの影響とが、特に、好適には時間的に変化する、光学素子上のレーザービームの入射点と、好適には時間的に変化する、位相マスク上のレーザービームの入射点と、を順次連続して調整することにより、順次連続して調整されることが想定されてもよい。
2つの独立した機構の相互作用により、基板内に導入されるエネルギー分布の特に良好な制御が達成可能になる。
代替的または補足的に、球面収差の設定により、線状焦点の主延在方向に沿った線状焦点の後方端部区分のエネルギー分布、強度、および/または強度分布が、設定可能、特に拡大可能など変更可能であることが想定されてもよい。
ここでは、球面収差が、線状焦点およびエネルギー分布の非対称な影響(特に、元の焦点の片側のみに顕在化すること)に結び付くという効果が有利に利用される。そのため、増幅された領域を線状焦点の後方に配置することにより、線状焦点の前方での非線形の効果に基づく好適なエネルギー堆積を補償するために、この効果を利用することができる。
代替的または補足的に、球面収差の設定により、線状焦点に沿った、特に、好適には位置固定された線状焦点の軌道に沿ったエネルギー分布の位置決めが、変更可能および/または設定可能であることが想定されてもよい。
代替的または補足的に、基板内のエネルギー分布を制御するステップは、レーザービームの波長が時間に依存して、特に連続的または離散的に変更されることをさらに含み、好適にはレーザービームの光路内で、好適には前記基板の前方で、前記レーザービームを波長に依存して屈折させる光学素子が設けられていることが想定されてもよい。
光学素子は、例えば、好適にはレーザービームの光路内に配置されるプリズムであってよい。
代替的または補足的に、レーザービームは、少なくとも区分毎に、特に位相マスクの平面内で、少なくとも断続的に細長い、特に矩形もしくは長円形、例えば楕円形のビーム断面を有し、ここで、好適には、ビーム断面は、特に円形と長円形との間で、時間的に変化することが想定されてもよい。
矩形のビーム断面を用いることにより、特に、伝播に沿って一定の強度分布を達成することができる。
驚くべきことに、(とりわけ位相マスク上で)円形面から逸脱した断面を有するレーザービームは、低減された二次極大値を有し得る線状焦点を有することができることが認識されている。これにより、二次極大値によって引き起こされる基板内の不所望な修正を回避または少なくとも低減することができる。
好適には、レーザービームは、ここでは、楕円形ビームである。楕円形ビームは、好適には、2つの相互に直交する主軸に沿ったビーム直径が、相互にオフセットされていることによって特徴付けられる。楕円形ビームは、回転対称ビームのビーム直径を、空間方向において対応する光学系、例えば円柱レンズからなる伸縮光学系によって適合化させること、特に拡大もしくは縮小させることによって生成することができる。
提案されたレーザー断面の形成を用いることにより、線状焦点のコントラストを増加させることができる。なぜなら、一次極大値の強度を、二次極大値のそれぞれの強度と比較して増加させることができるからである。その他に、二次極大値の配向が観察され、ここで、二次極大値は、計画された分離面に対して可及的に平行に延びる。これにより、二次極大値は、基板内の修正の導入に影響を与えないか、極僅かしか影響を与えない。
その他に、提案されたレーザー断面の形成を用いることにより、ある程度ぼやけた線状焦点の二次極大値が達成可能になり、それによって、隣接する二次極大値が相互に移行する。これにより、特に良好な切断面の品質が達成され得る。
提案されているレーザー断面の形成に組み合わせて、有利には、分離面の形成の際もしくはその形成のために、あるいは基板の分割の際もしくはその分割のために、実質的に基板内で線状焦点の一次極大値によって生成される修正に沿って延びる、基板内の亀裂の配向を達成することができる。代替的または補足的に、亀裂の配向は、所望の切断に関して共直線的である。これにより、それぞれの切断面において特に良好な品質が達成できる。
好適には、ここでは、特に基板の外面に対して垂直または平行な断面において、線状焦点の二次極大値によって引き起こされる材料修正は、計画された切断面に対して実質的に平行にかつ/または直線状に延びる。これは、例えば、基板と(特に細長いビーム断面を伴う)レーザービームとを相互に適切に配向することによって達成することができる。
好適には、ここでは、線状焦点の二次極大値によって引き起こされる材料修正は、基板材料内で相互にオニオンスキン状に配置される。
代替的または補足的に、複数の材料修正が基板内に導入され、隣接する材料修正間の距離、特に材料修正の重心間の距離、および/または基板の外面に対して平行な断面内の距離が、1μm以上、好適には3μm以上、好適には5μm以上、好適には7μm以上、好適には10μm以上、好適には15μm以上、好適には20μm以上であることが想定されてもよい。
特に円形面から逸脱した断面を有するレーザービームと組み合わせると、驚くべきことに、隣接する修正間の距離(いわゆる「ピッチ」)が、例えば、1μm以上どころか好適には10μm以上、20μm以上、30μm以上、40μmまたは50μm以上と比較的大きいにもかかわらず、特に信頼性の高い分離面の形成を達成することができる。そのような比較的長い距離の場合は、特に時間をずらせて、または同時に導入される隣接する修正により、線状焦点の影響を回避または少なくとも低減することが可能である。
つまりその結果として、提案された距離により、修正を伴う基板内の隣接する領域間の相互作用を回避または少なくとも低減することが可能である。
特に、(特に線状焦点の二次極大値によって引き起こされる)横方向に角度を付けて/矢印状に顕在化された修正のアウトライアーは、一般に、対応する距離によって、低減された範囲でしか重ならないか、または全く重ならない。
細長いビーム断面を選択することにより、これらのアウトライアーをさらにもう一度低減させることができるため、隣接するピッチの間隔をより大きくすることに合わせて、複数の箇所で信頼性の高い材料修正を行うことができる。それにより、材料内でのレーザービームの伝播が、先行の修正および/または隣接する修正によって阻害されないか、極僅かしか阻害されないことを保証することができる。
本課題は、本発明による第2の態様により、基板であって、少なくとも1つの第1の外面と、好適には第1の外面に対して平行に延びる少なくとも1つの第2の外面と、好適には第1の外面と第2の外面との間を少なくとも領域毎に延在する、特にレーザー破壊された少なくとも1つの側面と、を備え、ここで、側面の少なくとも1つの法線ベクトルと第1の外面の法線ベクトルとを有する平面によって拡張される基板の断面において、側面の輪郭が、2つの外面の間に配置される頂点を有し、ここで、好適には、(i)頂点は、(a)2つの外面の間の中央に配置され、かつ/または(b)2つの外面の間の中央位置から特に垂直方向の距離を伴って配置され、特に、第1の外面の法線ベクトルに対して平行な方向に沿った特に垂直方向の距離は、(aa)基板の厚さの0.1%超、好適には1%超、好適には5%超、好適には10%超、好適には20%超、好適には30%超、好適には40%超、好適には45%超であり、かつ/または(bb)基板の厚さの50%未満、好適には45%未満、好適には35%未満、好適には25%未満、好適には15%未満、好適には10%未満、好適には5%未満、好適には3%未満、好適には1%未満であり、かつ/または(cc)基板の厚さの0.1%~49%の間、好適には0.1%~10%の間もしくは1%~40%の間、好適には5%~30%の間、好適には10%~25%の間であり、(ii)側面は、少なくとも領域毎に高さ修正され、特に、好適には側面の主延在方向に沿ってかつ/またはそれに対して垂直方向に波状および/またはドーム状の構造部を有し、ならびに/あるいは(iii)基板は、エアリービームの軌道の少なくとも1つの区分に従った経過を有する湾曲した修正を有する、基板が提案されることによって解決される。
高さ修正は、それが表面の強度の増加に寄与するため、有利であることが証明されている。
側面の輪郭とは、ここでは、好適には、断面における側面の特に直線状の経過を意味するものと理解されたい。
本課題は、本発明による第3の態様により、基板であって、少なくとも1つの第1の外面と、好適には第1の外面に対して平行に延びる少なくとも1つの第2の外面と、好適には第1の外面と第2の外面との間を少なくとも領域毎に延在する、レーザー破壊された少なくとも1つの側面と、を備え、ここで、側面の少なくとも1つの法線ベクトルと第1の外面の法線ベクトルとを有する平面によって拡張される基板の断面において、側面の輪郭が、2つの外面の間に配置される頂点を有し、この頂点は、2つの外面の間の中央に配置され、かつ/または2つの外面の間の中央位置から特に垂直方向の距離を伴って配置され、ここで、第1の外面の法線ベクトルに対して平行な方向に沿った垂直方向の距離は、(i)基板の厚さの0.1%超、好適には1%超、好適には5%超、好適には10%超、好適には20%超、好適には30%超、好適には40%超、好適には45%超であり、かつ/または(ii)基板の厚さの50%未満、好適には45%未満、好適には35%未満、好適には25%未満、好適には15%未満、好適には10%未満、好適には5%未満、好適には3%未満、好適には1%未満であり、かつ/または(iii)基板の厚さの0.1%~49%の間、好適には0.1%~10%の間もしくは1%~40%の間、好適には5%~30%の間、好適には10%~25%の間であり、ここで、基板の厚さは、500μm超、好適には700μm超、好適には1000μm超、好適には1500μm超、好適には2000μm超である、基板が提案されることによって解決される。特に、基板の厚さは10cm未満、好適には7cm未満、好適には5cm未満、好適には3cm未満であり得ることが提案される。
本発明の第1、第2、および/または第3の態様の場合、代替的または補足的に、以下のこと、すなわち、
(i)基板は透過的であり、ガラスおよび/またはガラスセラミックからなり、第1の外面を有し、かつ/または好適には第1の外面に対して平行に延びる、かつ/または第1の外面の反対側に存在する第2の外面を有し、
ならびに/あるいは
(ii)基板は、好適には第1の外面と第2の外面との間で測定された厚さを有し、この厚さは、
(a)10μm以上、好適には30μm以上、好適には50μm以上、好適には70μm以上、好適には100μm以上、好適には300μm以上、好適には500μm以上 、好適には700μm以上、好適には1mm以上、好適には3mm以上、好適には5mm以上、好適には7mm以上、好適には10mm以上であり、かつ/または
(b)10mm以下、好適には7mm以下、好適には5mm以下、好適には3mm以下、好適には1mm以下、好適には700μm以下、好適には500μm以下、好適には300μm以下、好適には300μm以下、好適には200μm以下、好適には100μm以下、好適には70μm以下、好適には50μm以下、好適には30μm以下、好適には10μm以下であり、かつ/または
(c)10μm~10mmの間、好適には10μm~500μmの間、好適には50μm~200μmの間であることが想定されてもよい。
本発明のさらなる特徴および利点は、本発明の好適な実施形態が概略図に基づいて説明される以下の説明から明らかになるであろう。
本方法を実施するための光学的構造部を示した図である。 立方晶位相マスクを示した図である。 修正された基板領域を有する基板を示した図である。 異なるパルスエネルギーについて基板内の線状焦点に沿った線状エネルギー密度のシミュレートされた経過を示した図である。 異なるパルスエネルギーについて実験的に決定された材料修正の極大値の深さ位置の経過を示した図である。 焦点強度もしくは焦点軌道に沿ったエネルギー分布の極大値の位置に対する立方晶位相マスク上のレーザービームのオフセットの影響を示した図である。 立方晶位相マスク上のレーザービームのオフセットと、焦点軌道に沿った線状エネルギー密度の極大値の位置と、の間の依存性の経過を示した図である。 レーザービームにおける集束光学系の焦点距離の影響を示した図である。 ビームオフセットを生成するための様々な手段を示した図である。 ビームオフセットを生成するための様々な手段を示した図である。 ビームオフセットを生成するための様々な手段を示した図である。 図9cの偏向光学系の実現形態を示した図である。 封入され湾曲した修正領域を有する基板を示した断面図である。 外部からアクセス可能な修正領域を有する基板を示した断面図である。 処理された基板を示した断面図である。 処理された基板本体を示した平面図である。 導入された修正を有する図11の基板本体を示した図である。 特に球面収差を制御するための光学的構造部を示した図である。 異なって設定される球面収差のための基板の深さ方向に沿ったレーザービームの強度経過を示した図である。 異なって設定される球面収差およびビームオフセットの場合に導入される修正を有する基板を示した図である。 レーザービームの第1のビーム断面を有する立方晶位相マスク、ならびにレーザービームによって引き起こされた修正を有するガラス基板を示した図である。 レーザービームの第2のビーム断面を有する立方晶位相マスク、ならびにレーザービームによって引き起こされた修正を有するガラス基板を示した図である。
図1は、本発明の第1の態様による方法を実施するための光学的構造部1を示す。
光学的構造部1は、1030nmの波長を有するレーザービーム3を放出するパルスレーザー(図示せず)を備える。レーザービーム3は、2ωの直径を有する。この光学的構造部は、立方晶位相マスク5と、この位相マスクから距離Dだけ離間して配置され、例えば10mmの焦点長さfを有する集束光学系7と、をさらに備える。位相マスク5および集束光学系7は、レーザービーム3から湾曲した線状焦点を有するエアリービームを生成する。この目的のために、レーザービーム3は、位相マスク5を通過し、続いて集束光学系7を通過する。
計画された分離面に沿って分離すべき基板9は、レーザービーム3の湾曲した線状焦点が基板内で形成されるように集束光学系7から距離dだけ離間して配置される。距離dは、ここでは、レーザー源に面する基板9の外面に関して定義されている。線状焦点の頂点とレーザー源に面する基板9の外面との距離Δz、したがって基板9内の線状焦点の相対的垂直位置も、本明細書では、焦点距離fの選択によって、かつ/または基板9と集束光学系7との距離dの選択によって設定される。焦点距離fが増加するか、距離dが減少すると、これは、線状焦点の頂点、したがって湾曲した全線状焦点の頂点を、レーザー源に面する基板9の外面から離れるように、つまり図1では下方に向けてシフトさせる。それに対応して逆に、焦点距離fの減少または距離dの増加は、線状焦点の頂点を、レーザー源に面する基板9の外面に向けて、つまり図1では上方に向けてシフトさせる。換言すれば、湾曲した線状焦点は、集束光学系7とレーザー源に面する基板9の外面との間の距離dの変化により、かつ/または集束光学系7の焦点距離fの変化により基板9を通る深さ領域に沿って移動することができる。それにより、線状焦点の頂点は、高い信頼性のもとで例えば基板9内の中央に位置決めすることができるが、基板9に対してオフセットさせて、基板9の厚さにわたる任意の箇所に、つまり例えば第1の外面に向けてシフトさせて位置決めすることもできる。もちろん、頂点の位置を適合化させるために、例えば焦点距離fを減少させ、距離dを増加させるという形態で、焦点距離fと距離dとを同時に適合化させることも可能である。
線状焦点が、例えば、対称軸線を有する場合、特に焦点距離fおよび/または距離dの設定によって選択される基板9内の頂点の位置に依存して、対称的および非対称的な材料修正を、基板9の厚さにわたってその容積内で生成することが可能になる。そのため、特に、例えば基板内の中央に存在する対称的な修正を生成することが可能になり、それによって、材料修正が、例えばC字形状に形成される。それに対して、線状焦点が対称軸線を有さない場合は、基板9の厚さに沿って非対称的な材料修正を生成することが可能になる。
この場合、対称的な線状焦点も非対称的な線状焦点も、好適には基板9の厚さにわたってその容積内で、しかも特に線状焦点が形成される領域において有利な材料修正をもたらす。
したがって、このようにして生成される、湾曲した線状焦点、特にその頂点の外面に関して偏心した非対称的な位置の他に、好適には、焦点距離fの適切な選択により、したがって、基板厚さに関しても、中央のひいては対称的な湾曲した線状焦点の位置決めも基板9内で達成することができる。
図2は、位相マスク5用に使用できるような立方晶位相マスクを示す。
図3は、基板材料がエアリービームの湾曲した線状焦点によってその屈折率が修正された基板領域13を有する基板11の断面図を示す。
具体的には、この目的のために、342μJのパルスエネルギーを有するパルスが使用され、図1に関して説明したように、エアリー線状焦点が、基板11内、すなわちボロフロート33内に形成された。レーザービームは、ここでは、主伝播方向Rを有していた。
材料を修正するために、その至るところで十分に高いエネルギー密度がそこを通って基板内に導入された線状焦点の区分に沿って、材料が修正された。修正13の2つの外部位置における円形面は、修正13の実験検出限界を特徴付ける。2つの外部位置は、基板11の深さ領域に沿って、つまり基板11の厚さに沿ってΔzの距離を有する。
その他に、線状焦点によって導入されたエネルギー分布の極大値が存在し、したがって基板材料の最大修正が発生した箇所も、図3では四角形で特徴付けられている。湾曲した領域の頂点は、三角形を用いて特徴付けられている。ここでは、頂点と最大修正の箇所とが一致していないことが示されている。
図4は、異なるパルスエネルギーについての基板内の線状焦点に沿った線状エネルギー密度のシミュレートされた経過を示している。したがって、基板内のエネルギー分布に対するパルスエネルギーの効果を少なくとも定性的に描写することができる。
そのため、図4では(ここでシミュレートされた)エアリービームの焦点に沿った最大線状エネルギー密度の箇所を読み取ることができ、それは、パルスエネルギーがない場合の基板内で、2.5mmの焦点軌道の頂点の位置と一致する。基板内の最大修正は、好適には、基板内のエネルギー分布の極大値の箇所に生じる。
図4の図面から読み取ることができるように、76μJのパルスエネルギー(図面中の一番下の曲線)の場合、線状エネルギー密度は、約2.4mmの深さで約12μJ/mmの極大値を有する。342μJのパルスエネルギー(図面中の一番上の曲線)の場合、線状エネルギー密度は、約2.1mmの深さで約118μJ/mmの極大値を有する。線状エネルギー密度の極大値は、図3に応じてそれぞれ四角形を用いて特徴付けられている。したがって、パルスエネルギーが増加するほど、線状エネルギー密度の極大値も増加する。その他に、極大値の位置は、パルスエネルギーが増加するほど、深さが浅くなる方向にシフトする。この場合、ここでは、0mmの深さは、基板表面に関しており、つまりレーザー源に面する基板側に関している。
その他に、それぞれ2つの円形面によって特徴付けられ、パルスエネルギーの各々について、典型的なガラス材料では修正が生じることになる深さ領域を読み出すことができる。修正は、76μJのパルスエネルギーでは約0.3mmの深さ領域Δzに沿って経過し、342μJのパルスエネルギーでは約2mmの深さ領域Δzに沿って経過する。2つの端点間で修正を生成する線状焦点の長さは、ここでは、その曲率に基づいて、深さ方向の2点間の距離Δzよりも長くなる。
パルスエネルギーが増加するほど、修正は益々非対称的に顕在化され、最大損傷の箇所は、2.5mmでのエアリー軌道の頂点からより浅い深さに向かって益々遠ざかることが確定され得る。
したがって、図4は、パルスエネルギーの設定によって、線状焦点により基板材料内に導入されるエネルギー分布が、どのように制御できるかを描写している。つまり、例えば、最大線状エネルギー密度の形態であるが、それに沿って基板材料が深さ区分Δzにおいて修正される線状焦点の区分の長さの形態でもある。
図4に関しては、線状エネルギー密度について言及した。この線状エネルギー密度は、ここでは、エアリービームの焦点軌道に沿ったエネルギー密度に関している。当業者であれば、この描写がとりわけパルスエネルギーの特定の設定が基板内の(空間的な)エネルギー分布にどのように影響するかをより良好に理解するのに役立つことを理解するであろう。なぜならば、修正を生成する基板内の実際のエネルギー分布が、基本的には、ここで論じる焦点の線状エネルギー密度によって付随して決定されるからであるが、さらなる態様も同様に基板内のエネルギー分布への影響を受け入れる可能性がある。例えば、プラズマシールドとも称される、例えば材料内で生成されるプラズマによる吸収と焦点ぼかしとに基づいて、基板内のエネルギー密度の極大値についての上限値が与えられる可能性があり、この上限値は、焦点の線状エネルギー密度を増加させることによっても上回ることはできない。この効果は、強度クランピングとも称される。
図5には、異なるパルスエネルギーについて実験的に決定された材料修正の極大値の深さ位置の経過が示されている。
この目的のために、複数の修正が基板内に導入され、ここで、各修正について異なるパルスエネルギーが設定された。その後、各修正について、修正の極大値の位置が求められ、ここで、これが線状エネルギー密度の極大値の位置でもあることが受け入れられ得る。すべての修正について、関連する線状焦点の頂点は同じ深さに設定された。
ここでも、2つの位置を比較する際には、とりわけ相対的な記述が可能である。パルスエネルギーが増加するほど、それに応じて極大値の深さも(より浅い深さに向かって)変化し、この場合、経過はほぼ線形である。
図6では、焦点強度の極大値の位置に対する立方晶位相マスク上のレーザービームのオフセットの影響を示し、したがって、焦点軌道に沿った基板内のエネルギー分布に対する効果的な影響も示している。
すなわち、本明細書では、エネルギー分布の極大値とエアリー軌道の頂点との相対的な位置決めに及ぼす入力ビームと立方晶位相マスクとの間のオフセット効果のシミュレーションを用いて調査された。
入力ビームが中心にある場合、説明のために、頂点の位置とエネルギー分布の極大値とが一致することが確定される。(実際には、これは、線状焦点とエネルギー分布とが真空中で観察されるケースに対応するであろう)。もちろん、線状焦点が基板材料中に形成される場合はそうではなく、むしろ頂点の箇所と極大値の箇所との間にずれが存在する可能性がある。位相分布のここでは水平対称面(ミラー面)内での(○印によって特徴付けられた)入力ビームの(図6の左方部分のdxによって特徴付けられた)オフセットが大きくなるほど、エネルギー分布の極大値の箇所は、エアリー軌道の頂点に対してシフトされる。
図6の右方の部分には、オフセットが-0.5mm~0.5mmの変化の際に、エアリー線状集束軌道17に沿ったエネルギー分布15が図6において上方から下方に向かってどのようにシフトするかが示されている。
図7は、立方晶位相マスクの鞍点からのレーザービームのオフセットdxと焦点軌道に沿った線状エネルギー密度の極大値の位置との間の依存性の経過を示す。
ここでは、(例えば、図3中の円形面で特徴付けられている)関連する材料修正端点のZ位置(つまり、深さ位置)の平均値が実験位置として使用された。
実験データ(「データ」)における適合度(図7中の実線で示された「適合度」、)の勾配は、0.065である。つまりこれは、データの基礎となっている集束について、立方晶位相マスク上でのビームの1mmのシフト毎に、z方向(空気中)において65μmの焦点オフセットが達成されることを意味する。
図7には、さらに理論的に推定されるべき経過が点線で示されている。オフセットdxについての理論経過は、ここで再度示される以下の式
Figure 2024516808000003
に従って、立方晶位相マスクでの焦点距離の変化dfとして得られる。
ここで、:
・kは、波動ベクトルであり、ここでk=2*pi*n/λ、ただし、λはここでは1030nmの波長、nは焦点が形成される媒質の屈折率、ここではn=1であり、
・fは、集束光学系の焦点距離で、ここでは10mmであり、
・βは、立方晶相φのスケーリング係数であり、ここで
φ=exp(iβ/3*(x+y))、ただし、β=31/3mm-1、xおよびyはmm単位である。
この実施形態では、これと共に図1を再度参照して以下のことが示されている。すなわち、レーザービーム3が位相マスク5によって影響を受けることにより、例えば、位相マスク5がレーザービーム3に対してシフトされることにより、またレーザービーム3のパルスエネルギーが設定されることにより、それによって、線状焦点により基板内に導入されるエネルギー分布が高い信頼性のもとで制御可能になることである。したがって、基板9内で修正を高い信頼性のもとで対称的に形成することができる。
とりわけ、相互に調整されたパルスエネルギーの選択と、位相マスクによるレーザービームの影響(例えば、位相マスクの鞍点からのレーザービームのオフセットの選択)と、によって、基板内のエネルギー分布の極大値の位置(図1の部分拡大図ではΔzによって特徴付けられている)を高い信頼性のもとで制御することができる。
集束光学系の焦点距離の影響
図8は、エアリーレーザービームにおける集束光学系の焦点距離の影響を描写している。以下のような定数の場合、
-立方晶相(ただし、β=31/3x10/m);
-レーザー波長(ただし、λ=1.030x10-6m);
-ビーム直径(生ビームの直径w=5x10-3m);
焦点領域の長さは焦点距離が増加するほど増加し(相対的な定義では、最大値の1/eへの低下)(図9の実線による曲線)、上方および下方端部における焦点がそれぞれ光軸に対して有する角度は減少する(図9の破線による曲線)。したがって、左方の縦軸は、実線に関係し、右方の縦軸は破線に関係する。
ビームオフセットを生成する例
図9a~図9cは、位相マスク上でレーザービームのオフセットを生成するための様々な手段を示している。ここでは、それぞれの位相マスク上の位相関数の鞍点、したがってセンタ点が、それぞれ各位相マスクの幾何学的中心点に存在すると見なすことができる。
図9aは、図1に示されている光学的構造部1と同様の光学的構造部1’を示す。それゆえ、同一の特徴には、同一であるが単一のプライム記号が追加された参照符号も付されている。
図9aでは、光学系が符号19’で特徴付けられており、その光軸は符号21’で特徴付けられている。光学系19’は、位相マスク5’および集束光学系7’の他に、偏向光学系23’も備えている。
この偏向光学系23’により、レーザービーム3’が偏向され、それによって、レーザービーム3’は光軸21’に対して斜めに延びる。これは、ビーム3’の中心軸線25’から良好に認識でき、これは偏向光学系23’の後方で斜めに(そして光軸21’に対してもはや平行ではなく)延びている。
偏向に基づいて、レーザービーム3’は、位相マスク5’上でオフセット27’を伴って入射する。それゆえ、位相マスク5’上のレーザービーム3’の入射点(より適切に言えば、位相マスク5’の平面内のビーム断面の重心の箇所)は、位相マスク5’の中心点29’に関して横方向のオフセット27’を有する。
図9bは、図9aに示されている光学的構造部1’と同様の光学的構造部1’’を示す。それゆえ、同一の特徴には、同一であるが二重のプライム記号が追加された参照符号も付されている。
ただし、光学系19’’は、偏向光学系23’’を備えていないかもしくは(図9bのように)偏向光学系23’’が何の効果も持たないため、ビーム3’’は偏向されない。ただし、位相マスク5’’は、ビーム方向に対して垂直方向にシフトされており、そのため、これによって、レーザービーム3’’は、オフセット27’’を伴って位相マスク5’’に入射する。
図9cは、図9aに示されている光学的構造部1’および図9bに示されている光学的構造部1’’と同様の光学的構造部1’’’を示す。それゆえ、同一の特徴には、同一であるが三重のプライム記号が追加された参照符号も付されている。
光学系19’’’は、偏向光学系23’’’の前後のレーザービーム3’’’の中心軸線25’’’の経過の比較によって良好に認識可能であるように、レーザービーム3’’’のオフセット27’’’を生成する偏向光学系23’’’を備えている。
これにより、レーザービーム3’’’は、オフセット27’’’を伴って位相マスク5’’’に入射する。ただし、その際、位相マスク5’’’の中心点29’’’は(図9aの光学的構造部1’の場合のように)、光軸21’’’上にある。
図9dには、偏向光学系23’’’の実現形態が示されている。この偏向光学系23’’’は、回転プレート31’’’を備えることができる。この回転プレート31’’’は、オフセット27’’’を生成する。
位相関数
レーザービームに課すことができ、本発明による方法のための位相マスクとして使用することができる様々な例示的位相関数は、以下の表:
Figure 2024516808000004
に示されている。
これらのパラメータは、刊行物「Froehly, L., Courvoisier, F., Mathis, A., Jacquot, M., Furfaro, L., Giust, R., & Dudley, J. M. (2011). Arbitrary accelerating micron-scale caustic beams in two and three dimensions. Optics express, 19(17), 16455-16465」に記載されている。
好適には、上述の位相関数の生成のための光学的構造部は、レーザービームを集束させるための伸縮構造を備えた光学的構造部である。
さらなる実施形態
図10aは、矩形の基板33を断面図で示す。基板33の内部では、基板材料が、基板33内で線状焦点を用いて堆積されたエネルギーに基づいて、特にエネルギーと基板材料との間の相互作用により、領域35内で修正されている。
湾曲した領域35は、完全に基板33内に封入されている。
それゆえ、本発明によれば、実施形態において、材料を、例えばエッチングを用いて基板33から除去することが想定されている。これは、湾曲した領域35(もしくは対応する経過の線状焦点)の主延在方向Hに沿って行うことができ、これは、本明細書では、2つの外面37に対して垂直に延びる。つまり換言すれば、この点に関して、材料は基板33の2つの外面37から除去される。これにより、基板33の新しい外面37が、いわば主延在方向Hに沿ってシフトする。これは、図10bにおいて認識することができる。その他に、そこでは、封入された湾曲した領域35内で影響を受けた基板材料35が、基板材料の除去により外部からアクセス可能になることを認識することができる。なぜなら、影響を受けた基板材料の一部が、ここにおいて、外面37の表面に存在するようになるからである。
湾曲した領域35は、表面効果(例えば外面37)による影響を受けない経過を有する。なぜなら、相互作用が完全に基板33内で起こるからである(図10a)。
修正された基板材料35のアクセス可能性により(図10b)、その後、基板は、図10cに描写されているように後続処理することができる。例えば、この目的のために、影響を受けた材料は、エッチングによって除去され、基板が分割される。
さらなる態様
図11は、本発明による方法によって処理された基板の平面図を示す。特に、形成された表面(すなわち、湾曲した分離面)の法線ベクトルは、図11の図面平面内を延びている。それゆえ、図11では、分離面の湾曲した経過も特に有利に認識することができる。
とりわけ、ここでは、湾曲した分離面の対称的な経過が認識できる。
ここで、使用されたレーザービームは、矢印によって示されるように、図11の図平面に対して平行に延びていた。
レーザー加工のために、以下の一般的パラメータとレーザーパラメータとが設定された:
-900~1000μmの間の領域から選択される厚さを有する基板材料、例えばBF33;
-40μmのピッチ;
-f=10mmの焦点距離を有する顕微鏡対物レンズおよび/またはフーリエレンズ;
-x2.0のビーム拡張器(直径10mmのガウス入力ビームの場合);
-パルス持続時間τ=5ps;
-N=2のバースト内のパルス数;
-300μJのバースト毎のエネルギー;
-1030nmの波長;
-立方晶相φ=exp(i*(x+y))、φ=exp(iβ/3*(x+y))と同等、ただし、β=31/3mm-1、xおよびyはmm単位;
このように、十分に大きなピッチが選択されることにより、修正を伴う基板内の隣接する領域間の相互作用は、回避されるかまたは少なくとも大幅に低減される。
図12の左方には、透過光顕微鏡における基板の平面図、具体的にはレーザープロセス後であるがエッチング前の状態が示されている(この展望はここではレーザー伝播方向に対して平行である)。ここでは、修正の横方向の顕在化を見ることができ、この場合、基板内の選択された3つの異なる深さについてそれぞれ複数の修正を見ることができる。それぞれの深さは、図12の右方部分にマークされている。
修正を導入する際には十分に大きなピッチが選択され、それによって、横方向に角度を付けて/矢印状に顕在化された修正のアウトライアーは、最小限にしか重ならない。それにより、材料内の伝播が先行の修正によって阻害されないか、極僅かしか阻害されないことが保証された。
つまり「ジグザグ」パターンは、焦点近傍の横方向に拡張された修正から生じ、それに対して修正は、引き続き直線/線上に存在する。その他に、湾曲した線状焦点の頂点は、有利には2つの外面の間の中央に保持され、線状焦点は完全に基板材料内で形成された。
補足的な態様
図13aは、球面収差を制御することができ、有利には基板内の修正の傾斜も同様に制御することができる光学的構造部1ivを示す。この光学的構造部1ivは、図9a~9cに示されている光学的構造部1’、1’’、および1’’’と同様である。それゆえ、同一の特徴には、同一であるが四重のプライム記号が追加された参照符号も付されている。
集束光学系7ivは、本明細書では、球面収差を有する結像光学系である。レーザービームがこの集束光学系7ivを通過すると、レーザービームは、特に好適には集束光学系7ivへの入射点に依存して球面収差を受け取る。
集束光学系7ivは、それらの位相が以下の式、
φlens(ρ)=k0*((ρ/2f)+aρ
を満たす球面収差を有するレンズを備えることができるであろう。
偏向光学系23ivは、本ケースでは、作動停止されているため、ビーム3ivは偏向されない。それが作動される場合は、集束光学系7iv上のレーザービーム3ivの入射点は、偏向光学系23ivを用いて(も)適合化することができ、したがって、レーザービーム3ivの球面収差および/または基板内に導入される修正の傾斜も変更することができよう。
ただし、偏向光学系23ivは、本ケースでは作動停止されており、したがって、何の効果も持たないため、ビーム3ivは偏向されない。ただし、集束光学系7ivは、ビーム方向に対して垂直方向にシフトされているため、これによりレーザービーム3ivは、集束光学系7ivの中心点39ivに対してオフセット27ivを伴って集束光学系7ivに入射する。
オフセット27ivにより、レーザービームは、適合化された球面収差を受け取り、そのため、基板9iv内に導入されるエネルギー分布は、線状焦点17ivに沿って変更可能および/またはシフト可能となる。
図13bは、異なって設定された球面収差についての基板の深さ方向に沿ったレーザービームの強度経過を示す。この目的のために、例えば、光学的構造部1ivにおいて、基板9iv内に形成される線状焦点が異なるエネルギー分布を有するように、オフセット27ivをそれぞれ変更させてもよい。
球面収差が増加するほど、線状焦点の後方区分(つまり、基板内のより深い深さz方向に向かう区分)が強度において増幅される可能性がある。これにより、修正は、全深さ領域に沿って、かつ/または基板材料内の低減されたレーザー出力を用いてより良好に形成することができる。
図13cは、異なって設定された球面収差および入力ビームのオフセットのもとで導入された修正を伴う3つの基板を示す(図中では左方、中央、および右方に示されている)。
ここでは、各球面収差は、レーザービームとこの目的に使用される光学系の集束光学系との異なるオフセット(図13aに関連して説明したオフセット27参照)によって設定された。
図13cの左方に示されている基板の修正では、0mmのオフセットが設定されており、したがってオフセットはなしである。図13cの中央に示されている基板の修正では、0.7mmのオフセットが設定された。図13cの右方に示されている基板の修正では、1.4mmのオフセットが設定された。
図13cに示されている3つの基板は、すべて同じ厚さを有し、それらの上面と面一になるように配列されて示されている。それゆえ、図13cからは、オフセットが増加するほど、修正が長くなり、より深い深さでも(図13cでは、これらはそれぞれ垂直軸線に沿って下方への深さが深いほど)より顕在化して起こることが見て取れる。これは、図示のように球面収差が増加する場合は、線状焦点軌道に沿ったエネルギー分布も、より長くかつ後方に向かってより顕在化して基板材料内に導入され、そこで制御されることにその理由がある。
動的影響に対するさらなる有利な特徴
動的影響に関して、特に有利には、位相マスクおよび/またはDOE、特に位相マスク上のレーザービームの入射点、焦点長さ、特に光学的構造部の顕微鏡対物レンズの焦点長さ、レーザービームの球面収差、特にレンズ上のレーザービームの入射点、および/またはレーザービームのパルスエネルギーが、動的影響のパラメータとして選択でき、動的影響のために個別にもしくは任意の組み合わせで時間に依存して変更できることが認識されている。
例示的なプロセスパラメータとそれによって生成される修正
複数の実験1~5が実施され、これらの実験では、レーザーを用いてガラス基板に修正が導入された。関連するプロセスパラメータ、つまり、特に異なるレーザーパラメータのための設定、光学的構造部に関する情報(例えば、位相マスク上のビームのオフセットもしくは顕微鏡の焦点長さなど)、ならびにバーストの数(「ショット数」)は、以下の表に示されている。これらの実験で使用される光学的構造部は、例えば、図13aを参照して説明された光学的構造部と同様であってよい。
実験1~5には、動的影響についての例が示されており、なぜなら、それぞれの修正がそれぞれ(位相マスク上のレーザービームの時間に依存して変化するオフセットのために)時間に依存して変化する線状焦点によって基板内に導入されたからである。
表の最後の4行には、それぞれの実験1~5でそれぞれの基板内に導入された修正に関する表示が含まれている。この場合、「基板内の修正の長さ」は、基板厚さに沿って測定されている。また、「基板の厚さ方向に沿った修正のオフセット」の表示は、最大の材料損傷の箇所と基板中心との間の垂直距離を示す。「修正の重なり」に関する情報は、軌道に沿ったエネルギー分布のシフトによって生じた隣接する修正がどの位重なるかを示し、この場合、ここでは値が100倍され、重なりは%で示される(この場合、負の値は2つの修正の間の距離を示すことになるであろう)(とは言っても、つまり好適には、ここでは、隣接する損傷を軌道に沿って基板材料に導入するために、別個のプロセスを用いることが好ましいが、他の有利な実施形態では、修正が基板材料内で連続的に伝播されることも考えられるであろう)。「最大の基板厚さ」は、プロセスパラメータを用いて最大限処理可能な基板厚さを示す。処理可能な基板厚さは、有利には、個々の修正の長さ(ここでは「基板内の修正の長さ」)および修正の重なりが考慮される、すべての単一ショットの修正長さから得られる。
以下の表では、動的ケースについての実施例として、各列は、深さは様々だが横方向の位置では複数のショットに関連している。それに対して、図13cは、静的なケースに対応する個々の修正を示している。表の列1の値は、図13cの中央および右方の修正を比較した結果である。
Figure 2024516808000005
ビーム断面の影響
図14aは、左方に、位相マスクに入射するレーザービームの断面を表すことを意図した円形面が描かれた立方晶位相マスクを示す。位相マスクの平面内にそのような断面を有するレーザービームを用いることにより、ガラス基板内に材料修正が導入された。
図14aでは、右方に対応する基板の平面図が示されている。したがって、位相マスクに面する基板の外面が示されている。ここでは、右方外部に、線状焦点の一次極大値によって生成された材料修正を見ることができる。線状焦点の二次極大値によって生成された材料修正は、矢印状の/角度を付けたアウトライアーを形成する。
図14bは、左方に再び、位相マスクに入射する別のレーザービームの断面を表すことを意図した楕円形の面が描かれた立方晶位相マスクを示す。位相マスクの平面内にそのような楕円形の断面を有するレーザービームを用いることにより、さらなるガラス基板に材料修正が導入された。
図14bでは、右方に対応する基板の平面図が示されている。したがって、位相マスクに面する基板の外面が示されている。ここでも右方外部に、線状焦点の一次極大値によって生成された材料修正を見ることができる。細長いビーム断面により、二次極大値によって引き起こされる材料修正はよりコンパクトになり、外面では円形セグメント状の構造になる。基板自体では、これらの修正構造部は、相互にオニオンスキンのように配置されている。その他に、一次極大値と二次極大値との間のもしくはそれらによってそれぞれ引き起こされた修正のより明確なコントラストが認識できる。
基板内のよりコンパクト損傷領域に基づき、隣接する修正の干渉もより少なくなる。その他に、分離面の形成の際には、複数の隣接する修正に沿ってより好適な亀裂形成が観察された。さらにこれは、例えば1μm以上の比較的大きなピッチ、あるいは10μm以上もの比較的大きなピッチでさえも同様であった。これは、場合によっては、二次極大値が切断縁部に対して平行に延び得ることによるものと見なすことができる。
上記の説明、特許請求の範囲、および図面に開示された特徴は、個別においても、任意の組み合わせにおいても、本発明にとってそれらの様々な実施形態における本質的なものであってよい。
1,1’,1’’,1’’’,1iv 光学的構造部
3,3’,3’’,3’’’,3iv レーザービーム
5,5’,5’’,5’’’,5iv 位相マスク
7,7’,7’’,7’’’,7iv 集束光学系
9,9’,9’’,9’’’,9iv 基板
11 基板
13 基板領域
15 エネルギー分布
17,17’,17’’,17’’’,17iv 線状焦点軌道
19’,19’’,19’’’,19iv 光学系
21’,21’’,21’’’,21iv 光軸
23’,23’’,23’’’,23iv 偏向光学系
25’,25’’,25’’’,25iv レーザービームの中心軸線
27’,27’’,27’’’,27iv オフセット
29’,29’’,29’’’ 位相マスクの中心点
31’’’ プレート
33 基板
35 領域
37 外面
39iv 集束光学系の中心点
d 距離
D,D’,D’’,D’’’,Div 距離
f,f’,f’’,f’’’,fiv 集束長さ
H 主延在方向
R 方向
ω ビーム直径
Δz,Δz,Δz 深さ領域

Claims (38)

  1. 少なくとも1つのレーザービームの少なくとも1つの線状焦点を用いて基板内に導入されるエネルギー分布を制御するための方法であって、前記方法は、
    前記基板内で少なくとも領域毎に線状焦点を形成するステップと、
    少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いて前記レーザービームに影響を与えることにより、前記基板内のエネルギー分布を少なくとも部分的に制御するステップと、
    を含む方法。
  2. 前記少なくとも1つの位相マスクは、三次位相分布もしくはより高次の、特に奇数次の位相分布を有する位相マスクであり、かつ/または、前記位相マスクは、前記基板の前方の前記レーザービームの光路内に配置され、特に前記レーザービーム、好適には前記位相マスクの平面内に存在するビーム断面の重心は、前記位相マスク上に入射点を有する、
    請求項1記載の方法。
  3. 前記線状焦点を形成するステップは、特に湾曲した前記線状焦点の頂点の位置が前記基板の深さ領域、好適には厚さ領域に沿って設定されることを含み、好適には、前記線状焦点の前記頂点の位置は、
    (i)前記基板の深さ領域に沿って中央に設定され、かつ/または
    (ii)前記基板の深さ領域に沿って、中央位置から特に垂直方向の距離を伴って設定され、特に、深さ領域に沿った特に前記垂直方向の距離は、(a)前記基板の厚さの0.1%超、好適には1%超、好適には5%超、好適には10%超、好適には20%超、好適には30%超、好適には40%超、好適には45%超であり、かつ/または(b)前記基板の厚さの50%未満、好適には45%未満、好適には35%未満、好適には25%未満、好適には15%未満、好適には10%未満、好適には5%未満、好適には3%未満、好適には1%未満であり、かつ/または(c)前記基板の厚さの0.1%~49%の間、好適には0.1%~10%の間もしくは1%~40%の間、好適には5%~30%の間、好適には10%~25%の間である、
    請求項1または2記載の方法。
  4. 前記基板内の前記エネルギー分布を制御するステップは、パルスエネルギー、パルス持続時間、バースト内のパルス数、バースト内のエネルギー分布および/またはレーザー波長を設定することをさらに含み、
    好適には、前記パルスエネルギーは、前記基板内の線状焦点が、前記基板内に堆積されたエネルギーに基づき、特にエネルギーと基板材料との間の相互作用によって基板材料がそれに沿って修正される少なくとも1つの区分を有するように設定され、好適には、前記区分は、(a)0.1mm超、好適には0.3mm超、好適には0.5mm超、好適には0.7mm超、好適には1mm超、好適には3mm超、好適には5mm超の長さを有し、かつ/または(b)5mm未満、好適には3mm未満、好適には1mm未満、好適には0.7mm未満、好適には0.5mm未満、好適には0.3mm未満、好適には0.1mm未満の長さを有し、かつ/または(c)0.1mm~5mmの間、好適には0.5mm~2mmの間の長さを有する、
    請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. (i)前記パルスエネルギーは、少なくとも一時的に、
    (a)50μJ以上、好適には100μJ以上、好適には200μJ以上、好適には300μJ以上、好適には400μJ以上、好適には500μJ以上、好適には600μJ以上、好適には1000μJ以上、好適には1500μJ以上、好適には2000μJ以上、好適には2500μJ以上、好適には3000μJ以上、好適には3500μJ以上、好適には4000μJ以上、好適には4500μJ以上、好適には5000μJ以上に設定され、かつ/または
    (b)5000μJ以下、好適には4500μJ以下、好適には4000μJ以下、好適には3500μJ以下、好適には3000μJ以下、好適には2500μJ以下、好適には2000μJ以下、好適には1500μJ以下、好適には1000μJ以下、好適には600μJ以下、好適には500μJ以下、好適には400μJ以下、好適には300μJ以下、好適には200μJ以下、好適には100μJ以下、好適には50μJ以下に設定され、かつ/または
    (c)50μJ~5000μJの間、好適には10μJ~100μJの間、100μJ~300μJの間、150μJ~300μJの間、200μJ~400μJの間、300μJ~600μJの間、600μJ~1000μJの間、800μJ~2000μJの間、1500μJ~3000μJの間、2000μJ~4500μJの間、もしくは3000μJ~5000μJの間に設定され、ならびに/あるいは
    (ii)前記パルスエネルギーが設定され、それによって平均線状エネルギー密度が
    (a)1μJ/mm以上、好適には5μJ/mm以上、好適には10μJ/mm以上、好適には20μJ/mm以上、好適には30μJ/mm以上、好適には40μJ/mm以上、好適には50μJ/mm以上、好適には60μJ/mm以上、好適には70μJ/mm以上、好適には80μJ/mm以上、好適には90μJ/mm以上、好適には100μJ/mm以上、好適には150μJ/mm以上、好適には200μJ/mm以上、好適には250μJ/mm以上、好適には300μJ/mm以上、好適には350μJ/mm以上、好適には400μJ/mm以上、好適には500μJ/mm以上、好適には600μJ/mm以上、好適には700μJ/mm以上、好適には800μJ/mm以上、好適には900μJ/mm以上となり、かつ/または
    (b)1000μJ/mm以下、好適には900μJ/mm以下、好適には800μJ/mm以下、好適には700μJ/mm以下、好適には600μJ/mm以下、好適には500μJ/mm以下、好適には400μJ/mm以下、好適には350μJ/mm以下、好適には300μJ/mm以下、好適には250μJ/mm以下、200μJ/mm以下、好適には180μJ/mm以下、好適には160μJ/mm以下、好適には140μJ/mm以下、好適には120μJ/mm以下、好適には100μJ/mm以下、好適には90μJ/mm以下、好適には80μJ/mm以下、好適には70μJ/mm以下、好適には60μJ/mm以下、好適には50μJ/mm以下、好適には40μJ/mm以下、好適には30μJ/mm以下、好適には25μJ/mm以下、好適には20μJ/mm以下、好適には15μJ/mm以下、好適には10μJ/mm以下、好適には5μJ/mm以下となり、かつ/または
    (c)1μJ/mm~200μJ/mmの間、特に10μJ/mm~120μJ/mmの間、好適には10μJ/mm~50μJ/mmの間、40μJ/mm~80μJ/mmの間、70μJ/mm~100μJ/mmの間、もしくは80μJ/mm~120μJ/mmの間となる、
    請求項4記載の方法。
  6. 前記基板内の前記エネルギー分布を制御するステップは、
    (a)前記エネルギー分布の空間的拡張を適合化すること、
    (b)特にレーザーと基板材料との間の非線形的な相互作用によって引き起こされる、最大材料損傷の位置を適合化する、特にシフトさせること、
    および/または
    (c)前記エネルギー分布の位置、特に前記エネルギー分布の好適には大域的極大値の位置および/または前記エネルギー分布の重心の位置を、好適には前記レーザービームの軌道、特に線状焦点の軌道に沿って適合化する、特にシフトさせることを含み、
    好適には
    (i)前記エネルギー分布の位置を適合化した後、特に湾曲した線状焦点の頂点に前記エネルギー分布の少なくとも1つの極大値が位置決めされ、かつ/または
    (ii)前記エネルギー分布の空間的拡張および/または位置を適合化した後、全基板厚さに沿って延びる前記基板材料の修正が実施されるかまたは行われ、かつ/または
    (iii)前記エネルギー分布の位置を適合化することは、少なくとも部分的に前記位相マスクを用いた前記レーザービームへの影響とパルスエネルギーの設定とを順次連続して調整することを含む、
    請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 前記少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いて前記レーザービームに影響を与えることは、前記レーザービームが前記位相マスクのセンタ点に対してオフセットされて入射することを含み、前記センタ点は、ゼロに近づく直径を有する位相マスクに入射する前記レーザービームが、前記位相マスクに課される位相分布の鞍点によって影響を受ける位相マスクの箇所であり、ここで、好適には、オフセットは、位相分布の鏡面内で行われ、好適には、前記オフセットは、0.1μm~5000μmの間、好適には1μm~3000μmの間、好適には1μm~2000μmの間である、
    請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. (i)前記オフセットは、
    (a)前記位相マスクを前記レーザービームに対して相対的に移動させることによって、かつ/または
    (b)特にガラス材料および/または好適にはレーザー波長において透過的である光学材料で作られた、少なくとも1つの回転した平行平面板によって、かつ/または
    (c)光路内に相前後して配置された少なくとも2つのプリズムであって、該プリズムは好適には同じプリズム角度を有しかつ好適には第2のプリズムが第1のプリズムに対して光軸を中心に180°回転して配置されているプリズムによって、かつ/または
    (d)前記レーザービームを偏向させる偏向ミラーを、特に光路内でかつ/または入射ビームの方向に対して平行に並進させることによって設定され、ならびに/あるいは
    (ii)前記オフセットは、好適には前記位相マスクの中心軸線に対して平行にかつ/または前記位相マスクの中心軸線に沿って延びる前記レーザービームを、少なくとも1つの第1の手段を用いて偏向させることによって設定され、それによって、前記位相マスクに入射するビームの方向ベクトルは、前記位相マスクの中心軸線の方向ベクトルと角度を形成し、好適には、前記角度は、1/500ラジアン以下、好適には1/1000ラジアン以下、好適には1/2000ラジアン以下であり、
    好適には、前記偏向は、
    (a)回転可能に支承された少なくとも1つのプリズム、
    (b)回転可能に支承された少なくとも1つのミラー、
    (c)少なくとも1つのポリゴンまたはガルボスキャナ、
    (d)少なくとも1つの音響光学変調器、
    (e)少なくとも1つのシリコン上の液晶空間光変調器、および/または
    (f)少なくとも1つのマイクロ電子ミラーコンポーネントを有する第1の手段を用いて設定され、
    好適には、前記第1の手段と同一の第2の手段がさらに設けられ、前記レーザービームが前記位相マスクおよび/または前記基板に垂直に入射するように、かつ/または前記第1の手段を用いた偏向前の経路に対して平行であるがオフセットされて延びるように前記レーザービームを偏向するために、前記位相マスクの前方または後方の光路内に配置され、かつ/または前記第1の手段と同期して制御される、
    請求項7記載の方法。
  9. 前記少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いて前記レーザービームに影響を与えることは、時間に依存して実施され、それによって、前記エネルギー分布、特にその形状および/または位置が時間に依存して変化する、
    請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 前記レーザービームは、異なる、好適には順次連続した時間周期で、前記位相マスクの異なる領域によって影響を受け、特に、前記レーザービーム、前記位相マスクの平面内に存在するビーム断面の重心は、異なる期間中、前記位相マスクに異なる入射点を有する、
    請求項9記載の方法。
  11. 時間に依存した影響を受けることにより、前記基板内の前記エネルギー分布、好適には前記エネルギー分布の少なくとも1つの極大値を、特により深い深さからより浅い深さへ、かつ/または前記基板内の焦点軌道に沿って移動させる、
    請求項9または10記載の方法。
  12. 前記少なくとも、少なくとも1つの位相マスクを用いて前記レーザービームに影響を与えることは、前記レーザービームの強度分布が、特にパルス持続時間内で、位相マスク上で、特に前記位相マスク上のビームの入射箇所で変化すること、特に位相マスク上で空間的にシフトされて変化することを含む、
    請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
  13. 前記線状焦点の少なくとも一部を用いて導入される前記エネルギー分布を用いて、
    (a)前記基板が、特にその密度、その屈折率、その応力値、および/またはエッチング速度などの材料特性において少なくとも領域毎に修正され、
    (b)基板材料において少なくとも領域毎に微小亀裂が生成され、かつ/または
    (c)少なくとも領域毎に材料が前記基板から除去および/または押し出され、
    好適には、複数の順次連続する基板領域において、このようにして前記基板材料が直線または任意形状の輪郭に沿って修正、除去および/または押し出され、特に前記基板材料が周囲の基板材料に圧入される、
    請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。
  14. 前記基板内の同じ領域内の2つ以上のレーザービームの2つ以上の線状焦点が、好適には時間的に、少なくとも部分的に平行に、かつ/または少なくとも部分的に連続して相応に形成され、それらによって前記基板内に導入される前記エネルギー分布がそれぞれ相応に制御され、
    好適には、(a)個々の線状焦点によって導入される前記エネルギー分布は、特に位置および/または形状に関して異なっており、好適には、個々の前記エネルギー分布の極大値が前記基板内の異なる位置に存在し、かつ/または(b)2つ以上の線状焦点の軌道が合同である、
    請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
  15. 前記基板内の線状焦点の少なくとも1つの区分の配向が、前記基板内のレーザービームの主伝播方向に対して相対的に、前記基板内の前記エネルギー分布を制御し、さらに基板材料内の焦点位置を適合化することによって設定され、好適には、前記焦点位置の適合化は、集束光学系と前記基板との間の距離の変更によって行われ、かつ/または前記基板の厚さが、前記基板の厚さ延在方向に沿った所与の光学的構造について潜在的に可能な線状焦点の長さの半分よりも小さく、好適には、パルスエネルギーおよび/またはビーム直径は、前記基板がその全深さで修正されるか、またはその全深さで修正されないように選択される、
    請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。
  16. (i)前記線状焦点は、エアリービームの焦点であり、
    (ii)前記線状焦点は、20μm超、40μm超、60μm超、80μm超、または100μm超の直線経過からの最大偏向を有し、
    (iii)前記レーザービームは、パルスレーザーによって放出され、
    (iv)前記レーザービームの波長は、200nm~1500nmの間の波長領域から選択され、好適には、前記波長は、343nm、355nm、515nm、532nm、750nm~850nmの間、1030nmおよび/または1064nmであり、好適には前記レーザービームを基板上に集束させる顕微鏡対物レンズもしくは集束光学系のフーリエレンズは、10~20mmの焦点距離を有し、立方晶相の係数(レーザーパラメータβ)は、0.5×10/m~5×10/mの間の値を有し、生ビームの直径(レーザーパラメータω)は、1mm~10mmの間、好適には2.5mm~7.5mmの間、好適には2.5mm~5mmの間の値を有し、パルス持続時間(レーザーパラメータτ)は、0.1~10psの値を有し、パルスエネルギー(レーザーパラメータE)は、1~1,500μJの間、好適には30~500μJの間、特に474μJの値を有し、かつ/またはバースト内のパルス数(レーザーパラメータN)は、1~200の間、好適には1~100の間、特に1~8の間の値を有し、ならびに/あるいは
    (v)レーザーのパルスエネルギーは、前記線状焦点の特定の区分に沿って前記基板を少なくとも1つの材料特性において修正するか、または前記基板から材料を除去もしくは押し出すのに十分なだけであり、前記区分は、その材料特性において修正もしくは除去もしくは押し出しされるべき基板領域の拡張よりも短い、
    請求項1から15までのいずれか1項記載の方法。
  17. 前記基板内で修正される領域は、特に基板材料内のスルーホールおよび/または止まり穴を生成するために、機械的および/または熱的応力の生成によって、かつ/またはエッチング方法によって開口され、ならびに/あるいは
    前記基板内で修正される領域は、特に成形された側面を有する内部輪郭もしくは外部輪郭を生成するために、閉成された輪郭に沿って、かつ/または基板側から基板側に延びる修正に沿って、機械的、熱的および/または化学的プロセスによって開口される、
    請求項1から16までのいずれか1項記載の方法。
  18. 少なくとも前記エネルギー分布の制御中に、少なくとも1つの補助基板が前記基板に配置され、前記線状焦点は、少なくとも部分的に前記補助基板内へ向かって延在し、好適には2つ以上の前記補助基板が前記基板に配置され、特に前記基板の対向する側に配置され、前記線状焦点は、少なくとも部分的に2つ以上の前記補助基板内へ向かって延在する、
    請求項1から17までのいずれか1項記載の方法。
  19. 前記線状焦点、および好適には前記基板の修正された材料領域は、特に少なくとも前記エネルギー分布の制御中に、前記基板内に完全に封入され、好適には、前記方法は、少なくとも領域毎に材料が、前記基板から、特に前記基板内の前記線状焦点の主延在方向に沿って除去され、それによって、前記基板内に封入され修正された材料が少なくとも部分的にかつ/または領域毎に外部からアクセス可能になり、特に前記基板からの材料の除去はエッチングを用いて実施されることをさらに含む、
    請求項1から18までのいずれか1項記載の方法。
  20. 前記基板内の前記エネルギー分布を制御するステップは、(i)前記レーザービームが特に少なくとも前記線状焦点の領域において球面収差を有すること、および/または(ii)特に少なくとも前記線状焦点の領域において前記レーザービームの球面収差が設定されることをさらに含む、
    請求項1から19までのいずれか1項記載の方法。
  21. 前記レーザービームは、好適には、前記基板の外部および/または前記基板の前方で球面収差を有する光学素子を通って伝播し、それによって、好適には、前記レーザービームの球面収差が、特に少なくとも前記線状焦点の領域において少なくとも部分的に設定される、
    請求項20記載の方法。
  22. 四次の前記球面収差は、0.02/(f*w0^2)以上の強度を有し、ただし、前記fは、結像系の焦点距離であり、前記w0は、前記レーザービームの直径である、
    請求項20または21記載の方法。
  23. 前記球面収差により、前記基板内に形成される焦点の延長が5%以上、好適には10%以上、好適には15%以上、好適には20%以上、好適には25%以上、好適には30%以上、好適には35%以上、好適には40%以上、好適には50%以上、好適には60%以上、および/または100%以下、好適には70%以下、好適には50%以下、好適には30%以下となることが達成され、好適には、焦点長さは、線状焦点が、線状焦点の最大強度の75%以上、80%以上、85%以上、または90%以上の強度を有するレーザービーム軌道の区分に沿って存在する、
    請求項20から22までのいずれか1項記載の方法。
  24. 前記レーザービームの球面収差は、特に前記線状焦点の領域において、特に、前記位相マスク上および/または光学的構造部の顕微鏡対物レンズなどの光学素子上の前記レーザービームの入射点の時間的変化によって時間的に変化する、
    請求項20から23までのいずれか1項記載の方法。
  25. 光学素子に入射するレーザービームの中心点は、前記光学素子の光軸に対して少なくとも一時的にオフセットを伴って前記光学素子に入射し、好適には、前記オフセットは時間的に変化する、
    請求項20から24までのいずれか1項記載の方法。
  26. 一定のオフセットおよび/または最大のオフセットが、20mm以下、好適には15mm以下、好適には10mm以下、好適には5mm以下、好適には3mm以下、好適には2.5mm以下、好適には2mm以下、好適には1.5mm以下、好適には1mm以下、0.001mm以上、好適には0.003mm以上、好適には0.01mm以上、好適には0.1mm以上、好適には1mm以上、好適には5mm以上、好適には10mm以上、好適には15mm以上、および/または0.001mm~20mmの間、好適には0.001mm~10mmの間、好適には0.003mm~10mmの間、好適には0.003mm~5mmの間、好適には0.003mm~2mmの間、好適には0.003mm~1.5mmの間で設定される、
    請求項25記載の方法。
  27. 前記光学素子は、レンズであり、前記レンズは、好適には少なくとも領域毎に球面曲率を有する、
    請求項20から26までのいずれか1項記載の方法。
  28. 前記球面収差は、四次またはそれ以上の高次の球面収差である、
    請求項20から27までのいずれか1項記載の方法。
  29. 前記球面収差は、整数k>2の場合、指数m=0およびn=2kを有するゼルニケ多項式による球面収差である、
    請求項20から28までのいずれか1項記載の方法。
  30. 前記球面収差と位相マスクを用いた前記レーザービームの影響とが、特に、好適には時間的に変化する、前記光学素子上の前記レーザービームの入射点と、好適には時間的に変化する、前記位相マスク上の前記レーザービームの入射点と、を順次連続して調整することにより、順次連続して調整される、
    請求項20から29までのいずれか1項記載の方法。
  31. 前記球面収差の設定により、前記線状焦点の主延在方向に沿った前記線状焦点の後方端部区分のエネルギー分布、強度および/または強度分布が、設定可能、特に拡大可能など変更可能である、
    請求項20から30までのいずれか1項記載の方法。
  32. 前記球面収差の設定により、前記線状焦点に沿った、特に、好適には位置固定された前記線状焦点の軌道に沿ったエネルギー分布の位置決めが、変更可能および/または設定可能である、
    請求項20から31までのいずれか1項記載の方法。
  33. 前記基板内の前記エネルギー分布を制御するステップは、前記レーザービームの波長が時間に依存して、特に連続的または離散的に変更されることをさらに含み、好適には前記レーザービームの光路内に、好適には前記基板の前方に、前記レーザービームを波長に依存して屈折させる光学素子が設けられている、
    請求項1から32までのいずれか1項記載の方法。
  34. 前記レーザービームは、少なくとも区分毎に、特に前記位相マスクの平面内で、少なくとも断続的に細長い、特に矩形もしくは長円形、例えば楕円形のビーム断面を有し、好適には、前記ビーム断面は、特に円形と長円形との間で時間的に変化する、
    請求項1から33までのいずれか1項記載の方法。
  35. 複数の材料修正が前記基板内に導入され、隣接する材料修正の距離、特に前記材料修正の重心の距離、および/または、前記基板の外面に対して平行な平面内の距離が、1μm以上、好適には3μm以上、好適には5μm以上、好適には7μm以上、好適には10μm以上、好適には15μm以上、好適には20μm以上である、
    請求項1から34までのいずれか1項記載の方法。
  36. 基板であって、前記基板は、
    少なくとも1つの第1の外面と、好適には前記第1の外面に対して平行に延びる少なくとも1つの第2の外面と、好適には前記第1の外面と前記第2の外面との間を少なくとも領域毎に延在する、特にレーザー破壊された少なくとも1つの側面と、を備え、
    前記側面の少なくとも1つの法線ベクトルと前記第1の外面の法線ベクトルとを有する平面によって拡張される前記基板の断面において、前記側面の輪郭が、2つの外面の間に配置される頂点を有し、好適には、
    (i)前記頂点は、
    (a)前記2つの外面の間の中央に配置され、かつ/または
    (b)前記2つの外面の間の中央位置から特に垂直方向の距離を伴って配置され、特に、前記第1の外面の法線ベクトルに対して平行な方向に沿った特に前記垂直方向の距離は、(aa)前記基板の厚さの0.1%超、好適には1%超、好適には5%超、好適には10%超、好適には20%超、好適には30%超、好適には40%超、好適には45%超であり、かつ/または(bb)前記基板の厚さの50%未満、好適には45%未満、好適には35%未満、好適には25%未満、好適には15%未満、好適には10%未満、好適には5%未満、好適には3%未満、好適には1%未満であり、かつ/または(cc)前記基板の厚さの0.1%~49%の間、好適には0.1%~10%の間もしくは1%~40%の間、好適には5%~30%の間、好適には10%~25%の間であり、
    (ii)前記側面は、少なくとも領域毎に高さ修正され、特に、好適には側面の主延在方向に沿ってかつ/またはそれに対して垂直方向に波状および/またはドーム状の構造部を有し、
    ならびに/あるいは
    (iii)前記基板は、エアリービームの軌道の少なくとも1つの区分に従った経過を有する湾曲した修正を有する、基板。
  37. 基板であって、前記基板は、
    少なくとも1つの第1の外面と、好適には前記第1の外面に対して平行に延びる少なくとも1つの第2の外面と、好適には前記第1の外面と前記第2の外面との間を少なくとも領域毎に延在する、レーザー破壊された少なくとも1つの側面と、を備え、
    前記側面の少なくとも1つの法線ベクトルと前記第1の外面の法線ベクトルとを有する平面によって拡張される前記基板の断面において、前記側面の輪郭が、2つの外面の間に配置される頂点を有し、前記頂点は、前記2つの外面の間の中央に配置され、かつ/または前記2つの外面の間の中央位置から特に垂直方向の距離を伴って配置され、前記第1の外面の法線ベクトルに対して平行な方向に沿った前記垂直方向の距離は、(i)前記基板の厚さの0.1%超、好適には1%超、好適には5%超、好適には10%超、好適には20%超、好適には30%超、好適には40%超、好適には45%超であり、かつ/または(ii)前記基板の厚さの50%未満、好適には45%未満、好適には35%未満、好適には25%未満、好適には15%未満、好適には10%未満、好適には5%未満、好適には3%未満、好適には1%未満であり、かつ/または(iii)前記基板の厚さの0.1%~49%の間、好適には0.1%~10%の間もしくは1%~40%の間、好適には5%~30%の間、好適には10%~25%の間であり、
    前記基板の厚さは、500μm超、好適には700μm超、好適には1000μm超、好適には1500μm超、好適には2000μm超である、基板。
  38. (i)前記基板は、透過的であり、ガラスおよび/またはガラスセラミックからなり、第1の外面を有し、かつ/または好適には前記第1の外面に対して平行に延びる、かつ/または前記第1の外面の反対側に存在する第2の外面を有し、
    ならびに/あるいは
    (ii)前記基板は、好適には前記第1の外面と前記第2の外面との間で測定された厚さを有し、該厚さは、
    (a)10μm以上、好適には30μm以上、好適には50μm以上、好適には70μm以上、好適には100μm以上、好適には300μm以上、好適には500μm以上、好適には700μm以上、好適には1mm以上、好適には3mm以上、好適には5mm以上、好適には7mm以上、好適には10mm以上であり、かつ/または
    (b)10mm以下、好適には7mm以下、好適には5mm以下、好適には3mm以下、好適には1mm以下、好適には700μm以下、好適には500μm以下、好適には300μm以下、好適には300μm以下、好適には200μm以下、好適には100μm以下、好適には70μm以下、好適には50μm以下、好適には30μm以下、好適には10μm以下であり、かつ/または
    (c)10μm~10mmの間、好適には10μm~500μmの間、好適には50μm~200μmの間である、
    請求項1から35までのいずれか1項記載の方法および/または請求項36もしくは37記載の基板。
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