JP7495471B2 - 透明な脆性材料に分割線を挿入するための方法および装置、ならびに本方法によって製造可能な、分割線が設けられた要素 - Google Patents
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Description
・パルス状のレーザビームを生成するためのレーザと、
・レーザビームを、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物へと向けるための光学系と、
・2つの部分ビームが、照射される表面の法線に対してそれぞれ異なる角度で被加工物に入射するように、かつ被加工物の内部で重畳するように、さらに、部分ビームが、当該部分ビームの重畳領域に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値が被加工物の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、被加工物とレーザビームと、を互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置と
を含み、
・レーザは、被加工物の材料を変性させて、材料変性部の鎖状の周期的な配列を形成するために、レーザパルスのパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・位置決め装置は、分割線を形成する経路に沿って位置する複数の材料変性部の鎖状の周期的な配列を生成するために、2つの部分ビームを有するレーザビームと被加工物とを、互いに対して移動させるように構成されている。
P=2λ/sin2α
に設定されている。
3 レーザ
4 レーザビーム
6 光学系
8 材料変性部
9 8の周期的な配列
11 分割線
13 位置決め装置
16 圧密ゾーン
17 割断縁部
18 平行に延在する線
19 材料変性部を有する平面
41,42 部分ビーム
41a,41b,42a,42b 複数のアキシコンを使用した場合における部分ビーム
21 2の表面
22,24 2の平面
31 変性部同士の水平方向の間隔
32 変性部同士の垂直方向の間隔
33 変性部同士の垂直方向の中心間間隔
43 41,42の重畳領域または干渉領域
43a,43b 複数のアキシコンを使用した場合における重畳領域または干渉領域
45 強度最大値
47 42の直径
48 レーザビームの直径
63 41の直径
64 41の開き角
66 45の長さ
51 破線焦点の入射方向
71 2の材料中における41の開き角
81 位相マスクのガラス体
81a,81b,81c 同心リング格子として構成されたアキシコン
82 位相マスクの溝高さ
83 ビーム変換器
91 平凸アキシコン
91a,91b,91c 複数のアキシコンを使用した場合における平凸アキシコン
92 平坦側に設けられた円錐構造体を有する平凸アキシコン
93 凸凹アキシコン
94 両凸アキシコン
95 91の平坦側
96 91の凸側
98 97の平坦側に設けられた円錐構造体
99 97の凸側
100 92の平担側
101 93の凸側
102 93の凹側
103 93の中央開口部
104a,104b 92を使用した場合における中央ビーム
105a,105b 92を使用した場合における干渉領域
106 94の第1の凸側
107 94の第2の凸側
108 94の中央領域
109 81の平坦側
110a,110b 81の平坦な中央領域
111 部分ビーム
120 回折作用を有する要素
121 結像レンズ
122 対物レンズ
123 121の焦点距離
124 122の焦点距離
125 4f構造のフーリエ平面
130 第1のアキシコン配列
131 130の第1のアキシコン
132 130の第2のアキシコン
135 第3のアキシコン
140 第2のアキシコン配列
141 140の第1のアキシコン
142 140の第2のアキシコン
145 平切頭アキシコン
148 145の平坦な平面
150 ドーナツビームを生成するための装置
151 150の第1の螺旋位相板
152 150の第2の螺旋位相板
165 破線焦点
170 ドーナツビーム
180 リングビーム
190 中央ビーム
Claims (14)
- 被加工物(2)を準備するための方法であって、
・パルス状のレーザビーム(4)の光に対して透明である被加工物(2)が用意され、
・前記レーザビーム(4)は、光学系(6)によって少なくとも2つの部分ビーム(41,42)に分割され、
2つの前記部分ビーム(41,42)は、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、前記被加工物(2)へと向けられ、
前記部分ビーム(41,42)は、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合い、
前記強度最大値(45)における強度は、前記被加工物(2)の材料が変性させられて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)が形成されるほど高く、
前記部分ビームのうちの一方(41)は、リングビームであり、前記部分ビームのうちの他方(42)は、中央ビームである、
方法。 - 前記部分ビームのうちの一方(41)は、アキシコンによって生成されたベッセルビームであり、
第1の部分ビームが線焦点を形成している領域において、第2の部分ビーム(42)が前記第1の部分ビームと重畳させられる、
請求項1記載の方法。 - ・前記第2の部分ビーム(42)をガウスビームとして成形するステップと、
・2つの前記部分ビーム(41,42)の強度の差が5倍以下、好ましくは3倍以下になるように、前記レーザビーム(4)を分割するステップと、
のうちの少なくとも1つのステップが設けられている、
請求項2記載の方法。 - 被加工物(2)の準備をするための方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・パルス状のレーザビーム(4)を生成するためのレーザ(3)と、
・前記レーザビーム(4)を、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物(2)へと向けるための光学系(6)と、
・2つの前記部分ビーム(41,42)が、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、さらに、前記部分ビーム(41,42)が、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、前記被加工物(2)と前記レーザビーム(4)とを、互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置(13)と、
を含み、
・前記レーザ(3)は、前記被加工物(2)の材料を変性させて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を形成するために、前記レーザビーム(4)のパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・前記位置決め装置(13)は、複数の材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を生成するために、部分ビームを有する前記レーザビーム(4)と前記被加工物(2)とを、互いに対して移動させるように構成されており、
前記装置は、
・前記光学系(6)は、平凸アキシコン(91)を含み、前記平凸アキシコン(91)の平坦側(95)は、入射レーザビームの方を向いており、凸側(96)は、切頭円錐の形状を有するという特徴と、
・前記光学系(6)は、平凸アキシコン(91)を含み、前記平凸アキシコン(91)の凸側(96)は、入射レーザビームの方を向いており、切頭円錐の形状を有するという特徴と、
のうちの少なくとも1つを有する、
装置。 - 前記光学系(6)は、2つの前記部分ビーム(41,42)の強度の差が100倍以下、好ましくは50倍以下となるように、前記レーザビーム(4)を分割するように構成されている、
請求項4記載の装置。 - 被加工物(2)の準備をするための方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・パルス状のレーザビーム(4)を生成するためのレーザ(3)と、
・前記レーザビーム(4)を、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物(2)へと向けるための光学系(6)と、
・2つの前記部分ビーム(41,42)が、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、さらに、前記部分ビーム(41,42)が、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、前記被加工物(2)と前記レーザビーム(4)とを、互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置(13)と、
を含み、
・前記レーザ(3)は、前記被加工物(2)の材料を変性させて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を形成するために、前記レーザビーム(4)のパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・前記位置決め装置(13)は、複数の材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を生成するために、部分ビームを有する前記レーザビーム(4)と前記被加工物(2)とを、互いに対して移動させるように構成されており、
前記光学系(6)は、平凸アキシコン(92)であり、前記平凸アキシコン(92)の平坦側(100)の中央に、ガラス円錐(98)が配置されており、前記ガラス円錐(98)の凸側(99)は、円錐の形状を有する、
装置。 - 被加工物(2)の準備をするための方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・パルス状のレーザビーム(4)を生成するためのレーザ(3)と、
・前記レーザビーム(4)を、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物(2)へと向けるための光学系(6)と、
・2つの前記部分ビーム(41,42)が、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、さらに、前記部分ビーム(41,42)が、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、前記被加工物(2)と前記レーザビーム(4)とを、互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置(13)と、
を含み、
・前記レーザ(3)は、前記被加工物(2)の材料を変性させて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を形成するために、前記レーザビーム(4)のパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・前記位置決め装置(13)は、複数の材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を生成するために、部分ビームを有する前記レーザビーム(4)と前記被加工物(2)とを、互いに対して移動させるように構成されており、
前記光学系(6)は、凹凸アキシコン(93)であり、凸側(101)は、切頭円錐の形状を有し、凹側(102)は、切頭円錐の輪郭を有し、
前記レーザビーム(4)を、前記凹凸アキシコンを通るように案内するために、中央開口部(103)が設けられている、
装置。 - 被加工物(2)の準備をするための方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・パルス状のレーザビーム(4)を生成するためのレーザ(3)と、
・前記レーザビーム(4)を、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物(2)へと向けるための光学系(6)と、
・2つの前記部分ビーム(41,42)が、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、さらに、前記部分ビーム(41,42)が、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、前記被加工物(2)と前記レーザビーム(4)とを、互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置(13)と、
を含み、
・前記レーザ(3)は、前記被加工物(2)の材料を変性させて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を形成するために、前記レーザビーム(4)のパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・前記位置決め装置(13)は、複数の材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を生成するために、部分ビームを有する前記レーザビーム(4)と前記被加工物(2)とを、互いに対して移動させるように構成されており、
前記光学系(6)は、両凸アキシコンであり、前記両凸アキシコンの2つの凸側は、それぞれ異なる母線の傾斜角を有する切頭円錐の形状を有し、
空気が充填された中央領域(108)が設けられている、
装置。 - 被加工物(2)の準備をするための方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・パルス状のレーザビーム(4)を生成するためのレーザ(3)と、
・前記レーザビーム(4)を、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物(2)へと向けるための光学系(6)と、
・2つの前記部分ビーム(41,42)が、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、さらに、前記部分ビーム(41,42)が、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、前記被加工物(2)と前記レーザビーム(4)とを、互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置(13)と、
を含み、
・前記レーザ(3)は、前記被加工物(2)の材料を変性させて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を形成するために、前記レーザビーム(4)のパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・前記位置決め装置(13)は、複数の材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を生成するために、部分ビームを有する前記レーザビーム(4)と前記被加工物(2)とを、互いに対して移動させるように構成されており、
前記光学系(6)は、少なくとも3つの平凸アキシコンを含み、前記少なくとも3つの平凸アキシコンの凸側は、切頭円錐の形状を有する、
装置。 - 前記光学系(6)は、同心リング格子を含む、
請求項4記載の装置。 - 被加工物(2)の準備をするための方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・パルス状のレーザビーム(4)を生成するためのレーザ(3)と、
・前記レーザビーム(4)を、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物(2)へと向けるための光学系(6)と、
・2つの前記部分ビーム(41,42)が、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、さらに、前記部分ビーム(41,42)が、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、前記被加工物(2)と前記レーザビーム(4)とを、互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置(13)と、
を含み、
・前記レーザ(3)は、前記被加工物(2)の材料を変性させて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を形成するために、前記レーザビーム(4)のパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・前記位置決め装置(13)は、複数の材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を生成するために、部分ビームを有する前記レーザビーム(4)と前記被加工物(2)とを、互いに対して移動させるように構成されており、
前記光学系(6)は、同心リング格子として構成された少なくとも3つのアキシコンを含み、前記アキシコンのうちの少なくとも2つは、中央の平面領域を有する、
装置。 - 被加工物(2)の準備をするための方法を実施するための装置であって、前記装置は、
・パルス状のレーザビーム(4)を生成するためのレーザ(3)と、
・前記レーザビーム(4)を、少なくとも2つの部分ビームに分割して、処理されるべき被加工物(2)へと向けるための光学系(6)と、
・2つの前記部分ビーム(41,42)が、照射される表面(21)の法線に対してそれぞれ異なる角度で前記被加工物(2)に入射するように、かつ、前記被加工物(2)の内部で重畳するように、さらに、前記部分ビーム(41,42)が、前記部分ビーム(41,42)の重畳領域(43)に沿って相前後して並んだ一連の強度最大値(45)が前記被加工物(2)の内部に形成されるように、互いに干渉し合うように、前記被加工物(2)と前記レーザビーム(4)とを、互いに相対的に位置決めおよび方向決めするための位置決め装置(13)と、
を含み、
・前記レーザ(3)は、前記被加工物(2)の材料を変性させて、材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を形成するために、前記レーザビーム(4)のパルスエネルギが十分になるように、十分なエネルギパルスを生成するように構成されており、
・前記位置決め装置(13)は、複数の材料変性部(8)の鎖状の周期的な配列(9)を生成するために、部分ビームを有する前記レーザビーム(4)と前記被加工物(2)とを、互いに対して移動させるように構成されており、
前記装置は、リングビーム(170)を生成するための配列(150)を有し、
前記リングビーム(170)のビームプロファイルは、ビーム軸上では強度消失を有するが、ビーム軸の周りの円形リング上では強度最大値を有し、
前記装置は、ビーム方向において前記配列(150)の下流に配置された切頭先端を有する逆アキシコン(135)を有し、前記逆アキシコン(135)は、前記リングビーム(170)を中央ビーム(190)とリングビームとに分割し、
前記中央ビーム(190)および前記リングビーム(180)の出力成分は、前記逆アキシコン(135)に入射する前記リングビーム(170)のビーム直径に対する前記逆アキシコン(135)の切頭円錐平面の比によって調整可能である、
装置。 - 前記リングビーム(170)を生成するための前記配列(150)は、2つの螺旋位相板(151,152)または2つの回折アキシコンを含む、
請求項12記載の装置。 - 前記光学系(6)は、3つの相前後して接続されたアキシコン(135)を有するアキシコントリプレットを含み、
ビームの方向において最初にあるアキシコン(135)は、発散性のリングビームを生成し、
前記発散性のリングビームは、後続するアキシコン(141)によって平行化され、前記アキシコントリプレットの最後のアキシコン(142)によって収束性のリングビームに変換される、
請求項12または13記載の装置。
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