JP6835834B2 - 面平行の形状でない被加工物に線条を形成するための方法および装置、ならびに、線条形成によって製造された被加工物 - Google Patents
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Description
本発明の誘電体の被加工物はたとえば、板形状またはリボン形状から偏差する立体形態を有するウェハまたはガラス部材とすることができる。
本発明の被加工物は、たとえば楔状とすることができる。しかし、被加工物を反った板材とすること、またはいわゆる微小うねりによって特徴付けることも可能である。したがって一般的には、板形状またはリボン形状からの偏差は比較的小さいものとすることが可能であるが、被加工物を3次元の成形体の形態とすること、たとえばアンプルまたは管の形態の中空体とすることも可能である。
レーザ加工装置はさらに、ビーム成形のためのビーム成形装置、特にレーザ光を集光するためのビーム成形装置も備えている。
有利には上記装置を、レーザ加工ヘッドと被加工物の当該レーザ加工ヘッド側の表面との間の距離の監視のためにも用いることができる。
線条としては本発明では、レーザ光によって引き起こされたパターンであって、径が数μmの領域と非常に小さくかつ長さがミリメータ領域であるパターンを形成する。
このパターンは、その領域において被加工物の元の性状が変化していることによって特徴付けられるものである。
たとえば、元の被加工物と比較して増大した厚さの新たな相を形成することができる。線条の少なくとも一部において(再)結晶化も可能である。
さらに、線条の領域には典型的には亀裂が、特にマイクロクラックが形成される。
よって、線条は一般的に、線条の推移線に沿って被加工物の分割を行うことができるように被加工物の脆弱部となる被加工物のパターンである。
有利には、線条は空洞として形成される。
・光源、特にレーザ光源と、
・被加工物を設けるための装置と、
・被加工物に対して光源の光路を相対的に移動させるための装置と、
・被加工物に対する光源の光路の相対移動を制御するための装置と、
・有利には光学測定によって、被加工物の表面輪郭および/または被加工物の厚さおよび/または被加工物の散乱中心を特定するための装置と
を備えている。
・被加工物1の表面11および12は互いに面平行ではなく、むしろ、当該表面11および12の横方向の広がりにおいて当該被加工物の厚さが変化している。たとえば被加工物1は、被加工物1の反射特性を最適化するために表面に、たとえば表面1に意図的にパターンを入れた板材、たとえば角錐形のパターンを入れた板材とすることができる。
また、被加工物1を簡単な楔形とすることができ、または
・表面11および12のうち少なくとも1つの表面が、0.1μm〜10mの範囲の半径を特徴とする曲率を有する。具体的には、理想的な板材形状からの被加工物1の偏差は、非常に小さい偏差とすることもでき、この非常に小さい偏差は、たとえば反り(warp)またはいわゆるうねりまたは微小うねりを有する板材の場合に存在するものである。
一例として、3つの異なる波長λ1,λ2,λ3の光の光円錐が示されている。波長λ1の光は被加工物1より手前で既に集束している。波長λ2の光の焦点は、被加工物の、測定ヘッドおよびレーザの方を向いた表面11上に位置し、波長λ3を有する光の焦点は被加工物1の表面12上に位置する。波長λ2およびλ3の光の一部は表面11および12において反射されて光学系54へ戻り、半透過性のミラー53を介して分光計55の入射絞り部に集光されて、当該分光計において分析される。それに対して、λ2とλ3との間の波長を有する光が光学系へ反射し戻る程度は僅かのみである。一例のスペクトル56は、両波長λ2およびλ3に相当する両最大値57および58を示している。
光源、特にレーザ光源87と、
たとえば傾動テーブル91等の形態の、被加工物1を設けるための装置、および、被加工物1に対してレーザ光源87の光路64を相対的に移動させるための装置と、
を備えており、
被加工物1に対してレーザ光源87の光路64を相対的に移動させるための装置は、上述の並進機構部94,95,96と、図9に示されていない、傾動テーブル91の上部分92をy方向に移動させるための並進機構部と、ロボットアーム90と、を備えており、
本装置はさらに、
被加工物1に対する光源の光路64の相対移動を制御するための、コンピュータ69によって構成された装置と、
有利には光学測定によって、被加工物1の表面輪郭および/または被加工物1の厚さおよび/または被加工物1の散乱中心を特定するための装置と、
を備えており、
被加工物1の表面輪郭および/または被加工物1の厚さおよび/または被加工物1の散乱中心を特定するための装置は、共焦点光学センサとして、並進移動可能な測定ヘッド5を備えている。上述のコンピュータ支援される全ての過程において、それぞれ1つのコンピュータ69を用いることができ、または、有利には複合体として動作する複数のコンピュータを使用することができる。
11 被加工物のレーザ側の表面
12 被加工物のレーザ側とは反対側の表面
13 被加工物の線条ゾーン外の領域
14 被加工物の線条ゾーン内の領域
2 線条ゾーン
3 線条
4 線条形成により得られた被加工物
5 測定ヘッド
21 プロファイル点
31 被加工物の異なる深さにある複数の線条
32 被加工物の異なる深さにある複数の線条
33 被加工物の異なる深さにある複数の線条
34 被加工物1が設けられる参照面
35 レーザ加工装置
41 線条形成により生じたエッジ
42 被加工物の、エッジ領域外にある領域
51 多色光源
52 絞り部
53 半透過性ミラー
54 ビーム成形装置の一部としての高発散性の光学系またはアキシコンレンズ
55 分光計
56 スペクトル
57 最大値
58 最大値
59 散乱中心の比較的弱く現れた最大値
60 被加工物表面の接線
61 未補正の光線方向
62 補正角
63 面法線ベクトルの方向
64 レーザ加工装置の光路
65 レーザ加工装置の光路の主光線
69 コンピュータ
80 規定通りに傾動可能なミラー
81 規定通りに傾動可能なミラー
82 伝送路
87 レーザ
88 導光体
89 ロボットアーム90の内側
90 ロボットアーム
91 傾動テーブル
92 傾動テーブルの上部分
93 傾動テーブルの下部分
94 並進機構部
95 並進機構部
96 並進機構部
I 線条の長さ
d 被加工物厚
x,y,z 空間的方向
Claims (17)
- 誘電体の被加工物(1)に線条を形成するための方法であって、
前記被加工物の厚さは空間的に変化し、および/または、前記被加工物を区切る境界面(11および12)のうち少なくとも1つは、0.1μm〜10mの間の曲率半径を有する少なくとも1つの曲率を有し、
前記方法は、
a)前記誘電体の被加工物(1)を設けるステップと、
b)前記被加工物(1)に線条ゾーン(2)の推移線を規定するステップと、
c)レーザが短パルスレーザまたは超短パルスレーザとして構成されているレーザ加工装置(35)であって、前記レーザは、前記被加工物(1)の透過領域の波長を有するレーザ光を放射し、さらに、ビーム成形のためのまたは前記レーザ光の集光のための、ビーム成形装置(54)を備えているレーザ加工装置(35)を準備するステップと、
d)前記被加工物(1)の厚さおよび/または表面輪郭および/または前記被加工物(1)の散乱中心を特定するための装置を準備するステップと、
e)前記被加工物(1)の表面輪郭および/または厚さおよび/または前記被加工物(1)の散乱中心を特定するステップと、
f)レーザパルスが前記被加工物(1)に線条(3)を形成するように、レーザ光を単パルスとしてのレーザパルスの形態またはバーストの形態で前記被加工物(1)に作用させるステップと、
g)ステップb)において規定された推移線の推移に従って、前記被加工物(1)に対して前記レーザ光を相対的に移動させるステップと、
h)前記被加工物(1)の表面(11および12)に関して前記線条の開始点の位置および向きを、ステップe)の
前記被加工物(1)の厚さおよび/または
前記被加工物(1)の表面輪郭および/または
前記被加工物(1)の散乱中心
の特定結果に依存して定めて、前記線条ゾーン(2)に、規定された開始点および終了点を有する線条(3)を形成するように、ステップf)およびg)を繰り返して、複数の前記線条(3)が、入射する前記レーザ光の方向に上下に重なり合うように、前記線条ゾーン(2)に前記複数の線条(3)を、前記被加工物(1)のそれぞれ異なる高さ区間に形成するステップと、
を有し、
ステップe)において求められた前記被加工物(1)の表面輪郭を考慮して、前記レーザ光側の表面(11)に75°〜105°の間の角度で、または、90°の角度すなわち面法線ベクトルの方向に供給するように、前記レーザ光をロボットによって光ファイバおよび/またはミラー複合体を用いて導く、
方法。 - 前記レーザ光の入射位置における局所的な前記曲率を前記被加工物の表面の接線として計算し、前記接線に基づいて面法線ベクトルの方向を求める、
請求項1記載の方法。 - 前記被加工物の厚さは、0.5〜20mmの間である、
請求項1または2記載の方法。 - 光学共焦点測定によって、または、レーザ三角測量法、光切断法、光干渉断層撮影法もしくは二次元干渉測定法によって、前記表面輪郭を特定する、
請求項1記載の方法。 - ステップb)において規定された前記推移線の推移に従って前記被加工物(1)に対して前記レーザ光を相対的に移動させる際に、前記レーザ光の入射位置および/または前記被加工物を移動させる、
請求項1または2記載の方法。 - 前記被加工物(1)の、前記レーザ光を生成するための装置とは反対側の表面(12)に近い方の前記線条(3)を、先に形成する、
請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 先に形成される前記線条(3)の開始点は、後で形成される線条(3)の終了点である、
請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。 - 前記線条(3)が前記被加工物(1)の一方の表面(11)から反対側の表面(12)まで達し、ないしは貫通して、孔を有する表面を形成するように、前記線条(3)を形成する、
請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。 - 前記線条(3)は、空洞の長さが径より大きくなるように、かつ、前記線条ゾーン(2)内の、前記線条(3)の周囲の誘電体材料の領域(14)の少なくとも一部が、前記線条ゾーン(2)外にある領域(13)より高い密度を有するように、管状の空洞として形成される、
請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。 - 前記レーザ光と前記被加工物(1)との非線形光学的な相互作用がなされることにより、前記被加工物(1)中に完全なプラズマ形成および/またはプラズマ爆発が生じて、プラズマ形成が行われた後に前記被加工物(1)に空洞が得られる、
請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。 - 前記ビーム成形装置は、レーザパルスの期間中に前記レーザ光を線焦点の形態で集光するように調整されており、
前記線焦点は、10mm以下の長さと10μm以下の径とを前記レーザパルスの伝播方向に有する高い光強度のチャネルによって特徴付けられるものである、
請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。 - 前記ビーム成形装置は、集光レンズおよび/またはアキシコンレンズおよび/または光学回折素子、および/または、複数の同心円の線から構成された光学格子、および/または、コンピュータ生成されたホログラムを備えている、
請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。 - 前記被加工物(1)の表面輪郭の特定結果に基づき、前記被加工物の面モデルが得られる、
請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。 - 前記線条の形成が終了した後、前記被加工物(1)は、前記線条ゾーン(2)に沿って脆弱化した被加工物(1)となる、
請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。 - 前記各線条間に微小の亀裂を生じさせるための分割工程またはクリービング工程を行う、
請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。 - 前記分割工程は、赤外レーザまたはCO2レーザの照射による、亀裂を生じさせるための事前傷線に沿った熱力学的応力の誘発を含む、
請求項15記載の方法。 - 前記被加工物は、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラスまたはガラスセラミックである、
請求項1から16までのいずれか1項記載の方法。
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