TW202330137A - 使用雷射光束焦線製造具有斜角的邊緣的物品的系統和方法 - Google Patents

Abstract

一種分離一基板的方法，包括導引雷射光束進入該基板中，使得藉由至少一部分的該雷射光束焦線在相對於該基板之雷射入射表面成一傾斜角度處在該基板的一主體內形成焦線。該雷射光束焦線是藉由經沿著光束傳播方向設置的脈衝雷射光束形成的。該方法進一步包括在單行程中從該基板的一第一邊緣向該基板的一第二邊緣脈衝該脈衝雷射光束。該雷射光束焦線在該基板內生成經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生破壞軌跡，及該破壞軌跡是於相對於該基板的該雷射入射表面成傾斜角度處。

Description

使用雷射光束焦線製造具有斜角的邊緣的物品的系統和方法

本申請案聲明申請於2021年11月30日的美國第63/284,258號臨時申請案的優先權益，該案的內容為本案之依據而藉引用方式整體併入本文中。

本揭示案概略關於雷射切割，且更特定地關於玻璃物品的雷射切割。

最近，具有有斜角的邊緣的玻璃物品已變普及。特定地，行動裝置的外蓋玻璃可為美觀目的而具有有斜角的邊緣。這些玻璃物品的製造是藉由先利用機械或雷射分離程序從一母基板分離出數個玻璃物品。這些玻璃物品經分離使得它們有概略直的邊，該等直的邊垂直於玻璃物品的主要表面。接著藉由研磨及拋光程序將這些邊緣形成斜角；然而，機械研磨及拋光程序是增加了可觀處理時間的額外步驟。進一步，研磨及拋光程序降低產出量，因為玻璃物品經常在該程序期間被損壞，特定地在薄的玻璃物品的情況。

因此，需要用於製造有斜角的邊緣的物品的替代系統及方法。

本揭示案的實施例乃針對利用雷射程序來製造具有有斜角的邊緣的物品。該雷射程序移除或顯著地減少研磨及拋光步驟來形成有斜角的邊緣。

在一實施例中，一種分離一基板的方法包括導引一聚焦的雷射光束進入該基板中，使得一雷射光束焦線在該基板的一主體內相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處。該雷射光束是藉由一脈衝雷射光束形成的，且該雷射光束經沿著一光束傳播方向設置。該方法進一步包括形成該脈衝雷射光束，使得該雷射光束焦線在單行程中從該基板的一第一邊緣延伸到該基板的一第二邊緣。該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡，及該破壞軌跡在相對於該基板之該雷射入射表面成一傾斜角度處。該方法也包括在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列。

另一實施例中，一種從一基板分離一物品的方法包括導引一聚焦的雷射光束至該基板中，使得一雷射光束焦線在相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處形成在該基板的一主體內。該雷射光束是藉由一脈衝雷射光束形成的，及該雷射光束焦線經沿著一光束傳播方向設置。該脈衝雷射光束通過一相位修改裝置，該相位修改裝置對該脈衝雷射光束施加一相位遮罩型樣（pattern）。該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡，且該破壞軌跡在相對於該基板的該雷射入射表面成一傾斜角度處。該方法進一步包括在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列。該方法也包括在該基板上施加一裂斷力以在該破壞軌跡序列處從該基板分離該物品，使得該物品包括一有斜角的邊緣。

在又另一實施例中，一種在一基板中形成一錐形孔的方法包括導引一聚焦的雷射光束至該基板中，使得一雷射光束焦線在相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處形成在該基板的一主體內。該雷射光束是藉由一脈衝雷射光束形成的，及該雷射光束焦線經沿著一光束傳播方向設置。該方法也包括脈衝該脈衝雷射光束使得該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡，且該破壞軌跡在相對於該基板的該雷射入射表面成一傾斜角度處。該方法也包括在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對旋轉運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列，該破壞軌跡序列界定一圓形。

本文中所述實施例有關用於利用雷射光束製造具有有斜角的邊緣的物品的方法及系統，該雷射光束減少或免除研磨及/或拋光步驟。具有有斜角的邊緣的玻璃物品的製造常見為先利用機械或雷射分割程序從母基板分離出該玻璃物品。這些玻璃物品經分離使得其具有概略的直邊，該等直邊垂直於該等玻璃物品的主要表面。這些邊緣接著藉由研磨及拋光程序形成斜角。

然而，藉由此類機械研磨及拋光程序的傳統的玻璃物品（或由其他材料製成的物品，像是玻璃陶瓷或矽）製造方法有明顯的缺點。研磨及拋光的額外步驟增加可觀的處理時間，也增加製造成本。此外，研磨及拋光程序降低產出量，因為玻璃物品經常在此程序期間破損，尤其薄玻璃物品的情況。

本揭示案的實施例藉由利用雷射切割程序來解決這些問題，該雷射切割程序在切割程序本身期間形成有斜角的邊緣，因此能將研磨及拋光步驟減少或一起免除。更特定地，光學設定形成具有一焦點的一雷射光束，該雷射光束經延伸進入基板內的一雷射線焦點中，該雷射光束經相對於正交於該基板之入射表面的方向傾斜。沿一雷射光束傳播方向形成破壞軌跡或線，而該基板經沿著一連串破壞軌跡被裂斷以形成具有有斜角的邊緣的物品。

然而，成一角度（即並非正交於基板的入射表面的角度）進入基板的表面的雷射光束具有偏差，該等偏差妨礙強大的雷射線焦點形成在基板內。該等偏差減少了雷射光束能致使的裂斷量，藉而降低在接續裂斷程序中從基板分離物品的能力。如以下更詳細說明的，實施例也藉由相位修改的使用來解決該等偏差。

實施例運用一超短脈衝雷射及特殊化光學傳遞系統來於基板內製造精準的穿孔（perforations）（即破壞軌跡）。這些穿孔或破壞軌跡允許精準地控制任何裂紋傳播，避免玻璃片在切割程序期間破碎。

按照下述方法，能利用雷射來製造高度受控的通過基板的完整線穿孔，其具有極小（＜75µm，通常＜50µm）的次表面破壞及可忽略的碎屑生成。因此，可能利用單一高能量脈衝或突衝脈衝在透明材料中製造出細微（即直徑＜2 µm且＞100 nm）的長形「洞」或電洞（也在本文中稱為穿孔、瑕疵線、或破壞軌跡）。能以幾百千赫茲的速率（例如每秒數十萬次穿孔）產生這些個別的破壞軌跡（或「穿孔」）。因此，隨著來源及材料之間的相對運動，這些穿孔能經相鄰彼此定位（空間分隔的差異可依需要從次微米到幾十微米）。此空間分隔經選擇以促進切割。在一些實施例中，破壞軌跡是「貫穿洞」，其為從透明材料的頂部延伸到底部的洞或開放通道。在一些實施例中，該破壞軌跡可不是連續通道，而可被固體材料（例如玻璃）之部分或分段所封閉或局部封閉。如本文中定義的，破壞軌跡的內直徑是材料中之開放通道或空氣洞或電洞的內直徑。作為一非設限例子，在本文中所述實施例中該破壞軌跡的內直徑為＜500 nm，例如 ≤400 nm、或 ≤300 nm。

該雷射的波長經選擇使得將被雷射處理（鑽孔、切割、燒蝕、裂斷、或以其他方式被雷射明顯修改）的材料對該雷射波長而言是透明的。在一實施例中，將被雷射處理的材料若是每mm的厚度吸收該雷射波長的少於10%的強度，則該材料對該雷射波長是透明的。另一實施例中，將被該雷射處理的材料若是每mm的厚度吸收該雷射波長的少於5%的強度，則該材料對該雷射波長是透明的。在又另一實施例中，將被該雷射處理的材料若是每mm的厚度吸收該雷射波長的少於2%的強度，則該材料對該雷射波長是透明的。在又另一實施例中，將被該雷射處理的材料若是每mm的厚度吸收該雷射波長的少於1%的強度，則該材料對該雷射波長是透明的。

在透明材料中誘發多光子吸收（MPA）的能力進一步預測了雷射源的選擇。MPA是對具有相同或不同頻率之多個光子（例如二、三、四、或更多個）的同時吸收，以為了激發一材料從較低能量狀態（通常基態）到較高能量狀態（激發態）。激發態可為經激發的電子狀態或游離狀態。材料的較高能量狀態與較低能量狀態之間的能量差異等於兩個或更多個光子的能量和。MPA是一非線性程序，其比線性吸收弱了數個數量級。在二個光子吸收的情況中，其與線性吸收的差別在於吸收的強度依照光強度的平方而異，因此造成其為非線性光學程序。於普通的光強度，MPA是可忽略的。若光強度（能量密度）非常高，像是在雷射源（特定地為脈衝雷射源）的焦點區域中，MPA變成可見的且導致在光源的能量密度足夠高的區域內之材料中的可量測效果。在焦域（focal region）之內，能量密度可能足夠高以造成游離、分子鍵的斷裂、及材料的汽化。

於原子層級，個別原子的游離具有離散的能量需求。在玻璃中常用的幾個元素（例如Si、Na、K）有相對低的游離能（~5 eV）。在沒有MPA的現象之下，將需要大約248 nm的波長來產生~5 eV處的線性游離。有MPA的話，能藉由長於248 nm的波長來完成游離或能量相隔~5 eV的狀態之間的激發。例如，波長為532 nm的光子具有~2.33 eV的能量，因此兩個波長 532 nm的光子能在兩光子吸收（TPA）中誘發在能量相隔~4.66 eV 之狀態之間的躍遷，舉例來說。

因此，在材料的區域中能選擇地激發或離子化原子及鍵結，在該等區域中雷射光束的能量密度足夠高以誘發雷射波長的非線性TPA，其具有所需之激發能的一半（舉例來說）。MPA能造成經激發的原子或鍵結從相鄰原子或鍵結的區域性重新配置及分離。在鍵結或配置中造成的修改能導致從MPA發生所在之區域對物質的非熱感燒蝕及移除。此種物質移除產生了結構瑕疵（即穿孔、瑕疵線、或破壞軌跡），其機械地弱化材料並使該材料更易於碎裂或斷成片。藉由控制破壞軌跡的位置，能精準地界定發生裂紋所沿著的輪廓或路徑，以引導在相鄰破壞軌跡之間的經應力誘發的微裂紋。由一系列破壞軌跡所界定的輪廓可被認定為斷層線（fault line）且對應於材料中之結構弱點區域。

能藉具高能量、短持續期間之短脈衝的單一「突衝」來完成破壞軌跡，該等次脈衝在時間上全部間隔緊密。雷射脈衝持續期間可為10 ^-10s或更少、或10 ^-11s或更少、或10 ^-12s或更少、或10 ^-13s或更少。這些「突衝」可以高重複率（例如kHz或MHz）重複。該等破壞軌跡可經間隔開且經精確地定位，所述定位乃藉由相對於雷射來控制基板（或基板疊）的速度，藉由對雷射及/或基板之運動的控制。作為一例，在暴露至100 kHz之脈衝序列且以200 mm/sec移動的基板中，個別的脈衝將間隔2微米以產生間隔2微米的破壞軌跡序列。在一些實施例中，該基板經定位在一平移台（未圖示）上，該平移台能夠沿至少一軸平移。可運用能夠將玻璃基板抑或光學傳遞頭平移的任何平移台或其他裝置。

現轉向第1圖，用於將一基板雷射鑽孔的一非設限範例系統包括一雷射源1及用於聚焦一脈衝雷射光束2a成為一雷射光束焦線2b的一光學系統6，該雷射光束焦線2b具有一中心光束斑點BS（沿光束傳播方向觀看）。雷射光束焦線2b是具高能量密度的一區域。如第2圖中顯示，雷射1發出雷射光束2，該雷射光束具有一部分2a入射至光學系統6。光學系統6在沿著光束方向（焦線的長度）的一經界定擴展範圍之上的輸出側上將入射雷射光束轉成擴大的雷射光束焦線2b。

本揭示案的實施例運用絲狀化（filamentation）利用緊密地聚焦的高斯雷射光束來形成雷射光束焦線2b。具有高斯強度剖面之雷射光束的緊密焦點有一瑞利範圍（Rayleigh range）ZR，其經給定為： 方程式(1)

瑞利範圍所代表的距離，光束的斑點大小w ₀將在波長η ₀處在折射係數為η ₀之材料中在該距離之上增加 。此限制乃由衍射所加。注意在方程式(1)中瑞利範圍直接相關於斑點大小，藉而產生具有緊密焦點（即小斑點大小）之光束不可能有長的瑞利範圍的結論。在未出現絲狀化的情況下，這樣的光束將僅在非常短的距離中維持這樣小的斑點大小。此也表示若使用這樣的光束藉由改變焦域的深度來鑽孔通過一材料，在焦點的任一側上斑點的迅速擴張將需要一大範圍沒有光學畸變，此可能限制光束的焦點屬性。這樣的短瑞利範圍也需要多個脈衝以切割通過厚的樣本。

然而，本揭示案的實施例運用絲狀化來伸長以上討論的高斯光束。在絲狀化期間，像是克爾（Kerr）自聚焦及電漿成形的非線性效果能延伸一緊密高斯焦點的焦域到＞100 µm。絲狀物的中心片（lobe）可能非常小而因此產生高強度光束。為進一步伸長光束，可使用具有多個位於不同深度之焦點的透鏡、或者具有不同焦深的多次雷射行程。

一般，形成雷射焦點的光學方法能採用多種形式，像是（不限於）球面透鏡、繞射元件、或其他方法，以形成具高強度的線性區域。雷射之類型（微微秒(picosecond)、毫微微秒(femtosecond)、及類似者）及波長（IR、可見光、UV、及類似者）也可有變化，只要達到足夠的光學強度以產生基板材料的分解。作為非設限範例，波長可為515 nm、532 nm、800 nm、1030 nm、或1064 nm。

雷射功率及透鏡焦距（其決定線焦點長度，因此還有功率密度）為確保供切割之基板的完全穿透的參數。因此，應控制形成在基板中的線焦點的維度。

再次參看第1圖，其示意地描繪一基板10（例如玻璃），在該基板中將發生藉由雷射處理及多光子吸收所進行的內部修改。基板10可經設置在一基板或載體上。在一些實施例中，多個基板10經排列成一疊以供同步處理。基板10可經定位在一平移台（未圖示）上，該平移台經配置以沿至少一軸移動。該平移台可被一或更多個控制器（未圖示）控制，舉例來說。基板10經定位在光束路徑中，使得雷射光束2的焦點在該基板內且焦點延長至一焦線2b。雷射光束2可由雷射源1所生成，該雷射源可由一或更多個控制器（未圖示）控制，舉例來說。參考元件符號10a指稱了基板10的分別面向（最靠近或鄰近於）光學系統6或雷射的表面，而參考元件符號10b指稱基板10的相反表面（在光學系統6或該雷射之遠端、或進一步遠離光學系統6或該雷射的表面）。

如第1圖描繪的，基板10經定向為垂直於縱向光束軸，而因此在光學系統6所產生之相同焦線2b的後方（基板垂直於該圖的平面）。沿著光束方向來看，基板10經相對於焦線2b定位而使焦線2b（在光束的方向看來）開始於基板10的表面10a處而延伸至基板10的表面10b。另一例中，焦線2b終止在基板10內。在雷射光束焦線2b與基板10的重疊區域中（即在基板10被焦線2b所重疊的部分中），延伸的雷射光束焦線2b在基板10中生成非線性吸收。（假設沿著該雷射光束焦線2b的適當雷射強度，該強度是藉由在長度為1的分段上恰當地將雷射光束2聚焦(即長度為1的線焦點)，其界定一延伸分段(沿著縱向光束方向定向)，沿著該延伸分段在基板10中生成經誘發的非線性吸收。）經誘發的非線性吸收造成沿著該雷射光束焦線2b在基板10中形成一破壞軌跡或裂紋。該破壞軌跡或裂紋的形成不僅是區域性的，相反地卻可延伸在經誘發的吸收的延伸分段2c的整個長度之上。

如第1圖顯示，基板10（其對雷射光束2的波長λ而言是透明的）因沿焦線2b的經誘發的吸收所致而經區域地加熱。該經誘發的吸收產生自關聯於焦線2b內雷射光束的高強度（能量密度）的非線性效果。作為非設限範例，脈衝能量可在200 µJ到1000 µJ的範圍中（包括端點）。

雷射光束2a可為脈衝雷射光束，像是微微秒脈衝雷射光束。在一些實施例中，所述微微秒雷射產生有複數個次脈衝的一「脈衝突衝」。此雷射被稱為具有一突衝模式雷射。產生脈衝突衝是一種類型的雷射操作，其中脈衝的發射並非均勻而穩定的流，反而是次脈衝（sub-pulse）的緊密叢集。各脈衝突衝包含具有非常短持續期間的多個個別的次脈衝（像是至少2個次脈衝、至少3個次脈衝、至少4個次脈衝、至少5個次脈衝、至少10個次脈衝、至少15個次脈衝、至少20個次脈衝、或更多）。換言之，脈衝突衝是有多個次脈衝的封包（packet），而脈衝突衝彼此間隔有比起在各突衝內之個別的相鄰脈衝的間隔更長的持續期間。作為非設限範例，脈衝寬度可在50 fs到10 ps的範圍中（包括端點）。

本揭示案的實施例提供用於具有有斜角的邊緣之物品的製造，其利用藉由雷射之線焦點所界定的斜角雷射絲狀化。特定地，本文中所說明的方法及系統提供用於利用如上所述的絲狀雷射線焦點程序在單行程中切割基板（像是玻璃或玻璃陶瓷）具有有斜角的邊緣（也在本文中稱為錐形邊緣或倒角邊緣）。線焦點經形成在基板內側相對於該基板之一入射表面成一傾斜角度處。該線焦點接著在單行程中經跨於該基板掃描以形成在基板內側的一破壞平面。當對該基板施加應力時，該基板將接著沿經掃描線焦點所形成的裂斷線斷裂，藉而產生具有一有斜角的邊緣的物品。在一些實施例中，多次行程能連接於不同角度處的絲狀物，產生（例如）C形倒角。

當雷射光束進入具有斜角、彎曲、或階梯形的玻璃板時，光束中被導入偏差 。這些偏差可能防止了雷射線焦點的絲狀物形成在基板內側。如以下更詳細說明的，可利用相位校正與光學設定及處理參數的選擇的組合以減少這些偏差，來提供平滑、有斜角的邊緣。可利用對非線性效果之操控來提供適當校正，以在基板內側成一角度處形成強壯的絲狀物線焦點。注意到也能在切割具有彎曲或階梯形之表面剖面的基板時應用本文中所述系統及方法來校正偏差。如此，可利用本揭示案的系統及方法來在具有任何任意表面之基板內側形成強壯的切割絲狀物。

現參看第2圖，其圖示一範例系統100，該範例系統實現切割一基板110使得基板110具有有斜角的邊緣。

系統100提供一方法來有效率地轉換來自高電力雷射系統的一高斯雷射光束2a成為一傾斜角度線焦點絲狀物，以用於基板切割、精修、及其他應用。當緊密聚焦的光束經歷克爾效應所致的自聚焦時，形成一線焦點。

範例系統100能夠在單行程（即不需要跨於一破壞線的多次行程）中切割基板110的邊緣。然而，在一些實施例中若需要的話可進行跨於一破壞線的多次行程。應理解，實施例不限於第2圖中顯示的系統100，該系統的變化也為可行。範例系統100概略包括一相位修改裝置120、成像光件130、及形成基板110內之焦線2b的一聚焦光學系統6。注意到，針對該系統有許多可形光學設定是能夠達成在該基板內相對於入射表面成一角度地產生線焦點絲狀化的同樣效果的。

實施例不受限於基板110的材料。用於基板的材料的非設限例子包括玻璃、玻璃陶瓷、及矽。

如以下更詳細說明的，相位修改裝置120是可操作以按照一相位型樣來調整高斯雷射光束2a的相位，來移除或最小化雷射光束2a與所造成焦線2b內的雷射偏差，該等雷射偏差可能影響切割及所造成邊緣的品質。

可提供成像光件130來於光學系統6（如上所述，其可經配置成聚焦透鏡）的背焦平面處將相位修改裝置120的影像再成形（reform）。注意到在一些實施例中沒有使用成像光件130，反而是聚焦光學系統6直接接收相位修改裝置120的影像。在一些實施例中，成像光件130提供對相位修改裝置120的影像的縮小（demagnification）。實施例不受限於任何放大值。作為一非設限例子，縮小因數可在5到25的範圍內（包括端點），依照系統100的設定而異。光學系統6可具有在0.2到0.6的範圍內（包括端點）的數值孔徑（NA），舉例來說。

系統100及基板110經相對於彼此排列，使得焦線2b形成於相對於一入射表面110a成一傾斜角度α處。在一例中，基板110經定位在一經致動基座上，使得其相對於系統的聚焦光學系統6的位置可被調整以調整傾斜角度α。

在經圖示範例中，焦線2b在基板110內從入射表面110a延伸到一相對表面110b；然而，在其他實施例中焦線2b可不完全延伸到相對表面110b。

一旦在基板110內側產生焦線2b，其能跨於該基板掃描以產生一裂紋平面。在第2圖中顯示之系統100的設定中，基板110及/或系統100的位置被移動，使得焦線2b在Y方向中被掃描以在基板110內形成一傾斜的破壞平面。

若在形成該傾斜破壞平面之後接著施加應力至該基板，該應力將透過該雷射破壞平面裂斷而形成具有有斜角的邊緣的物品。在一些實施例中該應力可為機械性彎折的形式。在其他實施例中，可藉由加熱基板110且接著快速冷卻基板110來提供應力。熱衝擊提供了溫度誘發的應力，其將致使基板沿雷射破壞平面裂斷。

如上述，雷射光束2a入射在基板110之入射表面110a上的傾斜角度致使了雷射光束2a內的偏差。因此，在本揭示案的實施例中，在系統100內提供相位修改裝置120來減少或免除雷射光束2a的偏差。

為找出對雷射光束2a之相位的適當修改以產生實質上無偏差的所欲線焦點之形成，可運用模型及實驗數據之組合。首先，可利用經建造模型的資料以得到對光束中發生之偏差的類型及嚴重度的理解。作為一非設限例子，可利用造模軟體Zemax來建立光學系統的模型。Zemax模型經設計以模擬如第2圖顯示的光學系統。Zemax中進行光線追蹤建模（Raytracing modeling）來決定由於雷射光束進入傾斜玻璃基板而導入雷射光束中之主要偏差的澤尼克係數（Zernike coefficients）。從模擬中發現雷射光束上的主要偏差是澤尼克多項式（Zernike polynomials）4-7及12-14（OSA索引）。為限制參數空間，對該等澤尼克多項式加諸由SLM對光束的相位替換。

因這些限制條件及不完美的光學系統所致，沒有達成經完美校正的光束。在有許多偏差校正可以完成基板內側的明亮焦點的同時，選擇了特定澤尼克係數以提供平順地來到焦點而沒有高強度區域的雷射光束。此有效避免形成多個絲狀物，其致使了在所欲切割範圍之外的過量機板損壞。額外地，選擇了處理參數以將進來的光束的最大強度保持為低，以防止由於光學克爾效應所致的熱點自聚焦。

接著，利用如第3圖中所示系統100’獲得實驗數據，該等數據包含在雷射光束2a之焦域之中及之上的偏差斑點的影像。第3圖的系統100’類似於第2圖的系統100，除了其包括具有一入射表面140a的一稜鏡140，該入射表面140a相對於一相對表面140b傾斜。也提供一攝影機系統160來在雷射光束離開相對表面140b時將該雷射光束成像。來自攝影機系統160的影像資料確認了雷射光束上的主要偏差是澤尼克多項式4-7及12-14。

最後，利用麻塞諸塞州Natick市的MathWorks®以MATLAB寫成的通用演算法來選擇一相位校正型樣，其提供能夠產生用於切割用途的最佳可能線焦點的雷射光束。來自攝影機的實驗數據被饋入演算法中以達到所欲結果。更特定地，利用通用演算法來搜尋由先前提到之澤尼克多項式的係數及中心位置所組成的參數空間。從來自兩位置處的雷射光束之攝影機影像計算價值函數（merit function），該兩位置為：(1)光束斑點BS焦域、及(2)在光束斑點BS上方50 µm處的一點。選擇該等位置作為高斯擬合的最大強度及準確度之結合。在光束斑點BS中，最大強度被極大化，同時在焦域上方最大強度被極小化。此確保了在光束斑點BS上方的雷射光束中有具最小熱點的銳利焦點。因為移動攝影機系統160以得到價值函數是程序中最慢的部分，使用了高母體（N＞100）以將演算法時間最小化。能夠並行地評估母體中多個參數集合，造成對高母體設定環境而言較快的收斂時間。

第4圖圖示利用以上說明之程序所設計的一範例相位型樣170。相位型樣170是可操作以最小化或免除由於雷射光束被入射在有角度的表面上而致的雷射光束偏差。第4圖中提供的比例尺是以徑度計算的相移。儘管第4圖之範例相位型樣170造成通用演算法中最高的價值函數，實施例不限於所圖示相位型樣170的相位型樣。應理解相位遮罩可具有不同的相位型樣，依照系統的光學設置及基板110的屬性（例如折射係數、厚度、及相對於經聚焦的雷射光束的角度）而異。

第4圖的範例相位型樣170有複數個拋物線相移頻帶171。複數個拋物線相移頻帶171經排列成巢套的（nested）拋物線相移頻帶的集合（即第一集合172A、第二集合172B、第三集合172C、及第四集合172D）。 該等巢套拋物線相移頻帶集合經排列使得其等之頂點V面向相位型樣170的一中心點CP。換句話說，第一對的巢套拋物線相移頻帶集合（例如第一集合172A及第三集合172C）的頂點V彼此相對，而第二對的巢套拋物線相移頻帶集合（例如第二集合172B及第四集合172D）的頂點彼此相對。

第2圖中顯示的相位操控裝置120能夠對雷射光束施加相位型樣170。相位操控裝置120可為能夠調制雷射光束之相位的任何裝置，且可包括（但不限於）一相位遮罩及一空間光調制器。

現參看第5A圖，其顯示利用第3圖的設置在沒有相位修改裝置120之下一未經校正雷射光束於光束斑點（即焦點）處的數位影像。第5A圖的數位影像清楚顯示雷射光束於光束斑點處的偏差。第5B圖是在相位修改裝置120具有第4圖之相位型樣170時一經校正雷射光束於光束斑點處的數位影像。對第5A圖的數位影像與第5B圖的數位影像的比較例示了相位修改裝置120顯著移除了偏差。另外，第5B圖之光束斑點的峰值強度比第5A圖之光束斑點高出2.4倍。注意到兩數位影像的強度比例不同。

第6圖圖示經相位校正光束的光束剖面，其顯示在雷射光束被聚焦時的最小熱點。 比較性範例

利用按照第2圖的系統100來分離兩玻璃基板，該兩玻璃基板經配置為成一角度的紐約州Corning市Corning, Inc.製造的Corning® Gorilla® Glass（代碼2318）。相位修改裝置120經配置為不應用相位遮罩。玻璃基板為200 µm厚且相對於系統100之縱軸方向LD成不同角度傾斜。玻璃基板被送過一脈衝雷射光束2a下方，該脈衝雷射光束具有1030 nm之波長、分別為400 µJ及500 µJ的脈衝能量、6 kHz的重複率、及分別為1 ps和5 ps的脈衝寬度。雷射光束2a被包含有數值孔徑（NA）分別為0.4及0.6之透鏡的光學系統6所聚焦，而當玻璃基板通過雷射光束2a下方時光束斑點（即焦點）位在該玻璃基板內側。

在各情況中，玻璃基板在Y方向中以一速度被移動，使得相鄰雷射發射之間有8 µm的間距。在這些條件下，在玻璃基板內側產生了強大的焦線2b。隨著玻璃基板在焦線2b下通過，形成了長的裂紋平面。

為檢視破壞，該等玻璃基板在垂直於破裂區域的一平面中被劈開並在顯微鏡下被檢查。第7圖是玻璃基板內側之雷射線焦點所造成破壞的數位影像，其中脈衝能量是400 µJ，脈衝寬度是1 ps，及光學系統6包含一0.4 NA聚焦透鏡。進來的雷射光束2a相對於該玻璃基板的該入射表面的法向量成30度角而入射。線190描繪了雷射光束的方向。

第8圖是玻璃基板內側之雷射線焦點所造成破壞的數位影像，其中脈衝能量是500 µJ，脈衝寬度是5 ps，及光學系統6包含一0.6 NA聚焦透鏡。進來的雷射光束2a相對於該玻璃基板的該入射表面的法向量成45度角而入射。線190描繪了雷射光束的方向。

如從第7圖及第8圖所顯示，能看到由於基板角度所產生的導致不良絲狀物的偏差。隨著焦深及基板角度增加，該些偏差變得惡化。 範例1

如上針對比較性範例部分所述的玻璃基板乃於45度角利用第2圖的系統100（除了相位調制裝置120之外，其經配置成空間光調制器）被切割，其施用第4圖中所顯示的相位型樣170。玻璃基板被傾斜使得玻璃基板的入射表面相對於系統100的縱軸方向LD成45度。光學系統6包含一0.6 NA聚焦透鏡。雷射光束2的波長為1030 nm，脈衝能量為400 µJ，且脈衝寬度為10 ps以減少最大光束強度。注意到也可使用突衝模式雷射以減少最大光束強度。然而，比較性範例部分或範例1及2的部分中沒有使用突衝模式雷射。

為檢視破壞，玻璃基板在垂直於破裂區域的一平面中被劈開並在顯微鏡下被檢查。第9圖是玻璃基板內側之雷射線焦點所造成破壞的數位影像。線190描繪了雷射光束的方向。與比較性範例部分之第7圖及第8圖相比，能看到由雷射線焦點所形成絲狀物中增加的破壞及減少的偏差。 範例2

藉由利用如上說明及第2圖所描繪之系統100來跨於基板掃描一經相位校正的光束，0.2 mm厚的Corning® Gorilla® Glass（代號2318）矩形玻璃基板被破壞。進來的雷射光束2a以相對於該玻璃基板的該入射表面的法向量成45度角入射。該雷射光束具有3 kHz的重複率，400 µJ的脈衝能量，10 ps的脈衝寬度，且是藉一0.6 NA透鏡所聚焦的。樣本以一速率被移動到雷射光束下方，該速率使得相鄰雷射脈衝相距8 µm。接著施加彎折應力至樣本，致使該樣本在被破壞的線上裂斷。第10圖是顯示所造成之裂斷的數位影像，其為利用一顯微鏡成像自側邊。能看到良好的、有角度的裂斷。

第2圖描繪的系統100也可被用來製造基板內的錐形洞。與直線移動基板以形成邊緣不同的是，基板可相對於入射在基板之入射表面210a上的雷射光束成一角度地被旋轉。基板的旋轉運動將形成基板內的錐形破壞線。在應用應力（例如機械應力或熱應力）或化學蝕刻之後，該基板由錐形破壞線界定的一中心部分被移除。對該中心部分的移除在該基板中留下一錐形孔。

第11A圖及第11B圖描繪具有一錐形孔250的範例基板210（其可為玻璃、玻璃陶瓷、或矽，舉例來說），該錐形孔250乃藉由相對於具有線焦點之雷射光束旋轉基板210所製造。錐形孔250具有一錐形壁，其從入射表面210a延伸至相對表面210b處的一開口254。注意到可藉基板的主體來限制雷射線焦點的長度以在基板中形成盲錐形孔。

現應理解，本文中所說明實施例提供的系統及方法用於製造具有有斜角的邊緣的物品，其利用具有在基板內之線焦點的雷射光束。相位修改裝置對雷射光束套用相位型樣以移除由於成一角度進入基板之雷射光束所致的偏差。雷射屬性經調整以將區域性熱點最小化及產生乾淨的邊緣。在一些實施例中，利用雷射線焦點來在基板內形成錐形孔。

本文中描述的方法高度有效率。絲狀化程序仰賴經由克爾效應的自聚焦及基板中的非線性吸收。此產生一長形的、細小的能量沉積範圍，其中大部分的雷射能量被吸收在切割區域中，藉而產生高效率的切割程序。

額外地，利用高重複率之雷射的單行程程序使得切割程序非常快速。有斜角的邊緣具有不需要後續製程（像是研磨、拋光、及/或蝕刻）的高品質。注意到研磨及拋光步驟可能造成樣本損失，尤其在薄的玻璃基板上。隨著研磨輪磨損，從研磨程序產生的邊緣剖面將改變。本揭示案的實施例產生的邊緣剖面隨時間維持穩定，因為沒有磨損。本文中描述的方法相對於傳統的邊緣精修方法提供了較低的破損率。

進一步，本揭示案的切割方法為低成本的。此線焦點的生成能藉相位遮罩來完成，該相位遮罩乃經由繞射光學元件（DOE）、可形變面鏡、或SLM及數個習用光學元件所套用。總成本相較於雷射及其他零件為較低的。額外地，此程序與傳統研磨方法相比具有低得多的成本，因為操作（即研磨輪磨損而需要被快速替換）的速度增加及成本減少。

在第一態樣中，一種分離一基板的方法包括導引一聚焦的雷射光束進入該基板中，使得一雷射光束焦線在相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處形成在該基板的一主體內。該雷射光束焦線是藉由一脈衝雷射光束形成的，且該雷射光束焦線經沿著一光束傳播方向設置。該方法進一步包括在一單行程中從該基板的一第一邊緣向該基板的一第二邊緣脈衝該脈衝雷射光束。該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡，且該破壞軌跡相對於該基板的該雷射入射表面成一傾斜角度。該方法也包括在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列。

在第二態樣中，按照該第一態樣的方法，進一步包括在該基板上施加一裂斷力以在該破壞軌跡序列處從該基板分離一物品，其中該物品包含一有斜角的邊緣。

在第三態樣中，按照該第一或第二態樣的方法，一相位修改裝置修改該脈衝雷射光束的一相位。

在第四態樣中，按照第三態樣的方法，其中該相位修改裝置是可操作以相較於先於通過該相位修改裝置之前的該脈衝雷射光束之下校正該脈衝雷射光束中的偏差。

在第五態樣中，按照第四態樣的方法，其中該等偏差包含澤尼克多項式4-7及澤尼克多項式12-14中的一或更多者。

在第六態樣中，按照第三態樣到第五態樣中任一者的方法，其中該相位修改裝置是一相位遮罩及一空間光調制器之中任一者。

在第七態樣中，按照第三態樣到第六態樣中任一者的方法，其中該相位修改裝置提供包含複數個拋物線相移頻帶的一相位型樣。

在第八態樣中，按照第七態樣的方法，其中該複數個拋物線相移頻帶包括第一對巢套拋物線相移頻帶集合及第二對巢套拋物線相移頻帶集合。四個巢套拋物線相移頻帶集合經徑向排列使得第一對巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對，而第二對巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對。

第九態樣中，按照任何先前之態樣的方法，其中該脈衝雷射光束具有1030 nm的一波長、在200 µJ到1000 µJ的範圍內（包括端點）的一脈衝能量、及在0.25 ps到10 ps的範圍內（包括端點）的一脈衝寬度。

在第十態樣中，一種從一基板分離一物品的方法包括導引一聚焦的雷射光束至該基板中，使得一雷射光束焦線在相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處形成在該基板的一主體內。該雷射光束焦線是藉由一脈衝雷射光束形成的，及該雷射光束焦線經沿著一光束傳播方向設置。一相位修改裝置對該脈衝雷射光束施加一相位遮罩型樣。該方法也包括脈衝該脈衝雷射光束。該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡，且該破壞軌跡相對於該基板的該雷射入射表面成一傾斜角度。該方法進一步包括在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列。該方法也包括在該基板上施加一裂斷力以在該破壞軌跡序列處從該基板分離該物品，使得該物品包括一有斜角的邊緣。

在第十一態樣中，按照第十態樣的方法，其中該相位修改裝置是可操作以相較於先於通過該相位修改裝置之前的該脈衝雷射光束之下校正該脈衝雷射光束中的偏差。

在第十二態樣中，按照第十一態樣的方法，其中該等偏差包含澤尼克多項式4-7及澤尼克多項式12-14中的一或更多者。

在第十三態樣中，按照第十到第十二態樣中任一者的方法，其中該相位修改裝置是一相位遮罩及一空間光調制器中之一者。

在第十四態樣中，按照第十到第十三態樣中任一者的方法，其中該相位修改裝置提供包含複數個拋物線相移頻帶的一相位型樣。

在第十五態樣中，按照第十四態樣的方法，其中該複數個拋物線相移頻帶包括第一對巢套拋物線相移頻帶集合及第二對巢套拋物線相移頻帶集合。該四個巢套拋物線相移頻帶集合經徑向排列，使得該第一對巢套拋物線相移頻帶集合中的巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對，而該第二對巢套拋物線相移頻帶集合中的巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對。

在第十六態樣中，按照第十到第十五態樣中任一者的方法，其中該脈衝雷射光束具有1030 nm的一波長、在200 µJ到1000 µJ的範圍內（包括端點）的一脈衝能量、及在0.25 ps到10 ps的範圍內（包括端點）的一脈衝寬度。

在第十七態樣中，一種在一基板中形成一錐形孔的方法包括導引一聚焦的雷射光束至該基板中，使得一雷射光束焦線在相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處形成在該基板的一主體內。該雷射光束焦線是由一脈衝雷射光束形成，而該雷射光束焦線經沿著一光束傳播方向設置。該方法也包括脈衝該脈衝雷射光束使得該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡，且該破壞軌跡在相對於該基板的該雷射入射表面成一傾斜角度處。該方法也包括在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對旋轉運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列，該破壞軌跡序列界定一圓形。

在第十八態樣中，按照第十七態樣的方法，進一步包括施加一機械力該圓形以移除該基板的一圓形部分。

在第十九態樣中，按照第十七或第十八態樣的方法，進一步包括將該脈衝雷射光束通過一相位修改裝置，其中該相位修改裝置修改該脈衝雷射光束的一相位。

在第二十態樣中，按照第十九態樣的方法，其中該相位修改裝置是可操作以相較於先於通過該相位修改裝置之前的該脈衝雷射光束之下校正該脈衝雷射光束中的偏差。

注意到本文中對實施例之組件是「配置為」特定方式、「配置以」實現特定屬性、或以特定方式運作等之敘述，乃是相對於所欲用途之敘述的結構性敘述。更特定地，本文中對於組件被「配置」的方式註明了該組件的現存實體狀態，而因此將被認為是對該組件之結構特性的明確敘述。

注意到以下請求項中一或更多者運用了用語「其中」作為過渡語詞。為了藉定本揭示案的實施例之目的，將注意到此用語經導入請求項中作為開放式過渡語詞，其被用以介紹該結構的一系列特性的敘述，且應以類似於更常見使用之開放式前綴用語「包含」的方式被解讀。

雖然本文中已參照例示性實施例及其特定範例來描繪及說明本揭示案，本領域之技藝人士將可顯見有其他實施例及範例能進行類似功能及/或達成類似結果。全部這些等效實施例及範例落在本揭示案之精神及範疇之內，並且意圖被隨附申請專利範圍所涵蓋。本領域之技藝人士也將顯見能對所揭露概念作出各種不同修改及變化，而無悖離該些概念的精神及範疇。因此，本申請案意圖涵蓋該等修改及變化，只要該等修改及變化有在隨附請求項及其均等者之範疇內。

1:雷射源 2:雷射光束 2a:雷射光束 2b:焦線 6:光學系統 10:基板 10a:表面 10b:表面 100:系統 100’:系統 110:基板 110a:入射表面 110b:相對表面 120:相位修改裝置 130:成像光件 140:稜鏡 140a:入射表面 140b:相對表面 160:攝影機系統 170:相位型樣 171:拋物線相移頻帶 172a:第一集合 172b:第二集合 172c:第三集合 172d:第四集合 210:基板 210a:入射表面 210b:相對表面 250:錐形孔 252:錐形壁 254:開口 BS:光束焦斑 CP:中心點 LD:縱軸方向 V:頂點 α:傾斜角度

上述內容將從以下對隨附圖式中所示的範例實施例之更特定說明所顯見，在該等圖式中類似的參考元件符號指稱在全部不同視圖中的相同零件。該等圖式並不必然按照比例，相反地重點乃在於描繪出代表性的實施例。

第1圖示意地圖示按照本揭示案的一或更多個實施例用於利用雷射光束焦線分離基板的範例系統；

第2圖示意地圖示按照本揭示案的一或更多個實施例利用雷射光束焦線於成一角度處分離基板的範例系統；

第3圖示意地圖示按照本揭示案的一或更多個實施例的一範例設定，該範例設定用於評估一雷射光束中由於成一角度進入基板所致的偏差；

第4圖圖示按照本揭示案的一或更多個實施例用於校正一雷射光束中的偏差的一範例相位型樣；

第5A圖是一基板內的一雷射光束斑點沒有相位修改之下的數位影像；

第5B圖是按照本揭示案的一或更多個實施例一基板內的一雷射光束斑點有相位修改的數位影像；

第6圖是按照本揭示案的一或更多個實施例顯示出一雷射光束斑點之雷射光束剖面（profile）的有相位修改的數位影像；

第7圖是一玻璃基板內側的一雷射線焦點所導致之破壞的數位影像，其中該雷射光束成一角度進入該玻璃基板且沒有相位修改；

第8圖是來自另一玻璃基板內側的一雷射線焦點之破壞的數位影像，其中該雷射光束成一角度進入該玻璃基板且沒有相位修改；

第9圖是按照本揭示案的一或更多個實施例來自一玻璃基板內側的一雷射線焦點之破壞的數位影像，其中該雷射光束成一角度進入該玻璃基板且有提供相位修改；

第10圖是按照本揭示案的一或更多個實施例一玻璃物品的一有斜角邊緣的數位影像，該玻璃物品乃藉由成一角度進入一玻璃基板的經相位校正且形成雷射線焦點之一雷射光束所分離；

第11A圖示意地圖示按照本揭示案的一或更多個實施例的一物品的一頂表面，該物品具有由一有角度的雷射線焦點所製造的一錐形孔；及

第11B圖示意地圖示按照本揭示案的一或更多個實施例第11A圖的玻璃物品的截面圖。

1:雷射源

2:雷射光束

2a:雷射光束

2b:焦線

6:光學系統

10:基板

10a:表面

10b:表面

BS:光束焦斑

Claims (15)

1. 一種分離一基板的方法，該方法包含下列步驟： 導引一聚焦的雷射光束進入該基板中，使得一焦線藉由絲狀化（filamentation）在相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處形成在該基板的一主體內，其中該雷射光束焦線是藉由一脈衝雷射光束形成的，且該雷射光束焦線經沿著一光束傳播方向設置； 從該基板的一第一邊緣向該基板的一第二邊緣施加該脈衝雷射光束，其中該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡；及 在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列。
2. 如請求項1之方法，進一步包含下列步驟：在該基板上施加一裂斷力以在該破壞軌跡序列處從該基板分離一物品，其中該物品包含一有斜角的邊緣。
3. 如請求項1之方法，其中一相位修改裝置修改該脈衝雷射光束的一相位。
4. 如請求項3之方法，其中該相位修改裝置是可操作以相較於先於通過該相位修改裝置之前的該脈衝雷射光束之下校正該脈衝雷射光束中的偏差。
5. 如請求項4之方法，其中該等偏差包含澤尼克多項式4-7及澤尼克多項式12-14中的一或更多者。
6. 如請求項3之方法，其中該相位修改裝置是以下之一者：一繞射光學元件、可形變面鏡、及一空間光調制器。
7. 如請求項3之方法，其中該相位修改裝置提供包含複數個拋物線相移頻帶的一相位型樣。
8. 如請求項7之方法，其中： 該複數個拋物線相移頻帶包含一第一對巢套拋物線相移頻帶集合及一第二對巢套拋物線相移頻帶集合；及 該第一對巢套拋物線相移頻帶集合及該第二對巢套拋物線相移頻帶集合經徑向排列，使得該第一對巢套拋物線相移頻帶集合中的巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對，而該第二對巢套拋物線相移頻帶集合中的巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對。
9. 如請求項1之方法，其中該脈衝雷射光束具有1030 nm的一波長、在200 µJ到1000 µJ的範圍內（包括端點）的一脈衝能量、及在0.25 ps到10 ps的範圍內（包括端點）的一脈衝寬度。
10. 一種從一基板分離一物品的方法，該方法包含下列步驟： 導引一聚焦的雷射光束至該基板中，使得一雷射光束焦線藉由絲狀化（filamentation）在相對於該基板之一雷射入射表面成一傾斜角度處形成在該基板的一主體內，其中： 該雷射光束焦線是藉由一脈衝雷射光束形成的，及該雷射光束焦線經沿著一光束傳播方向設置；及 一相位修改裝置對該脈衝雷射光束施加一相位遮罩型樣； 脈衝該脈衝雷射光束，其中該雷射光束焦線在該基板內生成一經誘發的多光子吸收，該經誘發的多光子吸收沿著該雷射光束焦線在該基板的該主體內產生一破壞軌跡； 在一雷射光束行程中提供該脈衝雷射光束與該基板之間的相對運動，使得該脈衝雷射光束在該基板內形成一破壞軌跡序列；及 在該基板上施加一裂斷力以在該破壞軌跡序列處從該基板分離該物品，其中該物品包含一有斜角的邊緣。
11. 如請求項10之方法，其中該相位修改裝置是可操作以相較於先於通過該相位修改裝置之前的該脈衝雷射光束之下校正該脈衝雷射光束中的偏差，該等偏差包含澤尼克多項式4-7及澤尼克多項式12-14中的一或更多者。
12. 如請求項10之方法，其中該相位修改裝置是以下之一者：一繞射光學元件、可形變面鏡、及一空間光調制器。
13. 如請求項10之方法，其中該相位修改裝置提供包含複數個拋物線相移頻帶的一相位型樣。
14. 如請求項13之方法，其中： 該複數個拋物線相移頻帶包含一第一對巢套拋物線相移頻帶集合及一第二對巢套拋物線相移頻帶集合；及 該第一對巢套拋物線相移頻帶集合及該第二對巢套拋物線相移頻帶集合經徑向排列，使得該第一對巢套拋物線相移頻帶集合中的巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對，而該第二對巢套拋物線相移頻帶集合中的巢套拋物線相移頻帶集合的頂點彼此相對。
15. 如請求項10之方法，其中該脈衝雷射光束具有1030 nm的一波長、在200 µJ到1000 µJ的範圍內（包括端點）的一脈衝能量、及在0.25 ps到10 ps的範圍內（包括端點）的一脈衝寬度。

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