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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-03-29
(54)【発明の名称】透明ワークピースのレーザ加工
(51)【国際特許分類】
B23K 26/53 20140101AFI20220322BHJP
B23K 26/073 20060101ALI20220322BHJP
C03B 33/09 20060101ALI20220322BHJP
H01L 21/301 20060101ALI20220322BHJP
【ＦＩ】
B23K26/53
B23K26/073
C03B33/09
H01L21/78 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021546726
(86)(22)【出願日】2020-01-20
(85)【翻訳文提出日】2021-10-11
(86)【国際出願番号】 US2020014242
(87)【国際公開番号】W WO2020167415
(87)【国際公開日】2020-08-20
(31)【優先権主張番号】62/803,789
(32)【優先日】2019-02-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】397068274
【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100073184
【弁理士】
【氏名又は名称】柳田 征史
(74)【代理人】
【識別番号】100123652
【弁理士】
【氏名又は名称】坂野 博行
(74)【代理人】
【識別番号】100175042
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 秀明
(72)【発明者】
【氏名】ジニア，マイケル ルシアン
【テーマコード（参考）】
4E168
4G015
5F063
【Ｆターム（参考）】
4E168AE02
4E168DA02
4E168DA03
4E168DA04
4E168DA06
4E168DA23
4E168DA24
4E168DA26
4E168DA32
4E168DA37
4E168DA42
4E168DA46
4E168DA47
4E168DA54
4E168EA11
4E168EA13
4E168EA19
4E168JA12
4E168JA13
4E168JA14
4E168JA15
4E168JA17
4E168KA03
4G015FA06
4G015FB01
4G015FC02
4G015FC14
5F063AA01
5F063AA02
5F063AA15
5F063AA43
5F063BA07
5F063BA17
5F063BA43
5F063BA44
5F063BA45
5F063BA47
5F063BA48
5F063CB07
5F063CB27
5F063CB28
5F063DD27
5F063DD78
5F063DE01
5F063DE17
5F063DE32
5F063DE33
(57)【要約】
透明ワークピースを加工する方法は、放射ビームを生成し、対象物の中または上に欠陥を形成するステップを含む。ビームは準非回折ビームであり、焦点体積を有する。欠陥を形成するステップには、ビームを対象物に配向するステップと、対象物内に焦点体積を部分的または完全に位置決めするステップとが含まれる。ビームを生成するステップには、調整可能な遮断要素を使用して、焦点体積の上流でビームを部分的に遮断して、ビームの光軸に対して自由形状エネルギ分布の軸対称性を調整するステップ、および／または位相マスクを使用して、焦点体積の上流でビームの位相を空間変調して、自由形状エネルギ分布の幾何学形状を調整するステップが含まれる。自由形状エネルギ分布は、焦点体積と同じ場所にある対象物の領域内に多光子吸収を誘導するのに十分なエネルギを有している。誘導された多光子吸収により、欠陥が生成される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
方法であって、対象物（１６０；１１００；１２００；１３００；１４００；１５００；１６００；１７００；１８００；１９００；２０００）内または対象物（１６０；１１００；１２００；１３００；１４００；１５００；１６００；１７００；１８００；１９００；２０００）上に欠陥（１１０８；１２０８；１３０８；１４０８；１５０８；１６０８；１７０８；１８０８；１９０８；２００８）を形成するステップであって、前記形成するステップが、
準非回折ビーム、および
自由形状エネルギ分布（５００；６００；７００；８００）を有する焦点体積
を含む放射ビーム（１１２）を前記対象物（１６０；１１００；１２００；１３００；１４００；１５００；１６００；１７００；１８００；１９００；２０００）に配向するステップ、および
前記対象物（１６０；１１００；１２００；１３００；１４００；１５００；１６００；１７００；１８００；１９００；２０００）内で前記焦点体積を部分的にまたは完全に位置決めするステップ
を含む、ステップと、
前記ビーム（１１２）を生成するステップであって、前記生成するステップが、
調整可能な遮断要素（４０４）を使用して、前記焦点体積の上流で前記ビーム（１１２）を部分的に遮断して、前記ビーム（１１２）の光軸（１０２；５１０；６０６；７０６；８０６）に対して前記自由形状エネルギ分布（５００；６００；７００；８００）の軸対称性を調整するステップ、および／または
位相マスク（４０２）を使用して、前記焦点体積の上流で前記ビーム（１１２）の位相を空間変調して、前記自由形状エネルギ分布（５００；６００；７００；８００）の幾何学形状を調整するステップ
を含む、ステップと
を含み、
前記自由形状エネルギ分布（５００；６００；７００；８００）が、前記焦点体積と同じ場所にある前記対象物（１６０；１１００；１２００；１３００；１４００；１５００；１６００；１７００；１８００；１９００；２０００）の領域内に多光子吸収を誘導するのに十分なエネルギを有し、前記誘導された多光子吸収が前記欠陥（１１０８；１２０８；１３０８；１４０８；１５０８；１６０８；１７０８；１８０８；１９０８；２００８）を生成する、方法。
【請求項2】
前記欠陥（１１０８；１２０８；１３０８；１４０８；１５０８；１６０８；１７０８；１８０８；１９０８；２００８）が、前記自由形状エネルギ分布（５００；６００；７００；８００）に実質的に類似する形状を含む、請求項１記載の方法。
【請求項3】
前記調整可能な遮断要素（４０４）が液晶光学要素を含み、前記部分的に遮断するステップが、前記ビーム（１１２）の一部を選択的に遮断するように前記液晶光学要素を調整するステップを含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項4】
前記空間変調するステップが、前記位相マスク（４０２）の光学中心を前記光軸（１０２；５１０；６０６；７０６；８０６）から離れるように移動させるステップを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項5】
前記準非回折ビームが、波長λと、
スポットサイズｗｏと、
を含み、ＦＤが、約１０より大きい値を有する無次元発散係数である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
この出願は、２０１９年２月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／８０３７８９号の優先権の利益を主張し、その内容は本明細書の依拠するところであって、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。
【技術分野】
【0002】
本明細書は、概して、ワークピースをレーザ加工するための装置および方法、より具体的には、複数のワークピースを含む選択的レーザ加工ワークピーススタックに関する。
【背景技術】
【0003】
材料のレーザ加工の分野には、様々な種類の材料の切断、穿孔、フライス加工、溶接、溶融など、種々の用途が含まれる。これらのプロセスの中でも特に注目されているものの１つが、異なる種類の基材を切断または分離するプロセスであり、これは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、マイクロエレクトロニクス、ＭＥＭＳ、光学系、マイクロオプティクス、バイオオプティクス、電子機器用ディスプレイ材料などのガラス、サファイア、または溶融シリカなどの材料を製造する際に利用されうる。
【0004】
基材の切断および分離には、プロセス開発およびコストの観点から多くの改善の機会がある。現在市場で実施されている方法よりも、より速く、よりクリーンで、より安価で、より再現性があり、より信頼性の高い基材分離方法を用意することが非常に重要である。したがって、基材を分離するための改良された代替方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0005】
実施形態１によれば、方法が、放射ビームを生成し、対象物内または対象物上に欠陥を形成するステップを含む。ビームは、準非回折ビームおよび焦点体積を含む。欠陥を形成するステップは、対象物にビームを配向するステップ、および対象物内で焦点体積を部分的にまたは完全に位置決めするステップを含む。ビームを生成するステップは、調整可能な遮断要素を使用して、焦点体積の上流でビームを部分的に遮断して、ビームの光軸に対して自由形状エネルギ分布の軸対称性を調整するステップ、および／または位相マスクを使用して、焦点体積の上流でビームの位相を空間変調して、自由形状エネルギ分布の幾何学形状を調整するステップを含む。自由形状エネルギ分布は、焦点体積と同じ場所にある対象物の領域内に多光子吸収を誘導するのに十分なエネルギを有する。誘導された多光子吸収は欠陥を生成する。
【0006】
実施形態２は、欠陥が、自由形状エネルギ分布に実質的に類似する形状を含む、実施形態１記載の方法を含む。
【0007】
実施形態３は、調整可能な遮断要素が液晶光学要素を含み、部分的に遮断するステップが、ビームの一部を選択的に遮断するように液晶光学要素を調整するステップを含む、実施形態１または２記載の方法を含む。
【0008】
実施形態４は、自由形状エネルギ分布が円柱部分と楕円柱部分との組み合わせを含み、それぞれがビームの光軸に沿った長手方向軸線を有する、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0009】
実施形態５は、自由形状エネルギ分布が、ビームの光軸に沿った長手方向軸線を有する砂時計形状を含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0010】
実施形態６は、欠陥が、損傷特徴部、空洞、またはその両方を含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0011】
実施形態７は、対象物が透明基材を含む、実施形態１から６までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0012】
実施形態８は、透明基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックを含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0013】
実施形態９は、透明基材が半導体基材を含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0014】
実施形態１０は、半導体基材が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態９記載の方法を含む。
【0015】
実施形態１１は、透明基材が複合ウェハを含み、複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0016】
実施形態１２は、放射が、約２５０ｎｍ～２．０μｍの範囲の波長を含む、実施形態１から１１までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0017】
実施形態１３は、欠陥形成の速度が、１分間あたり約１０００個の欠陥よりも大きい、実施形態１から１２までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0018】
実施形態１４は、空間変調するステップが、位相マスクの光学中心を光軸から離れるように移動させるステップを含む、実施形態１から１３までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0019】
実施形態１５は、準非回折ビームが、波長λと、スポットサイズｗｏと、
【0020】
より大きいレイリー範囲ＺＲを含む断面とを含み、ＦＤが、約１０より大きい値を有する無次元発散係数である、実施形態２から１４までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0021】
実施形態１６は、自由形状エネルギ分布が、第１の断面および第２の断面を含み、第２の断面が、第１の断面に対して平行であり、かつ第１の断面とは幾何学的に異なる、実施形態２から１５までのいずれか１つ記載の方法を含む。
【0022】
実施形態１７によれば、基材は本体を含む。本体は、第１の表面および第２の表面と、改質領域とを含む。第１の表面は第２の表面の反対側にある。改質領域は、第１の表面と第２の表面との間に配置されている。改質領域は、エッチングされるように構成されている。改質領域は、自由形状、楕円形断面を含む断面、および準非回折ビームによって誘起された破壊された化学結合を含む。
【0023】
実施形態１８は、基材が透明である、実施形態１７記載の基材を含む。
【0024】
実施形態１９は、基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックをさらに含む、実施形態１７または１８記載の基材を含む。
【0025】
実施形態２０は、基材が半導体材料をさらに含む、実施形態１７または１８記載の基材を含む。
【0026】
実施形態２１は、半導体材料が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態２０記載の基材を含む。
【0027】
実施形態２２は、基材が複合ウェハをさらに含み、複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態１７または１８記載の基材を含む。
【0028】
実施形態２３は、改質領域が、基材の損傷材料をさらに含む、実施形態１７から２２までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0029】
実施形態２４は、断面が、第１の表面に対して平行であり、かつ自由形状の境界によって画定されており、かつ第１の表面から測定される距離を有し、断面のサイズは、距離の関数としてスケーリングされるかまたは一定である、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0030】
実施形態２５は、中間面が、第１の表面および第２の表面から略等距離に定められており、断面のサイズは、距離が中間面に近づくにつれて減少する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0031】
実施形態２６は、中間面が、第１の表面および第２の表面から略等距離に定められており、断面のサイズは、距離が中間面に近づくにつれて増大する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0032】
実施形態２７は、断面のサイズが、第１の表面から始まる距離が第２の表面に近づくにつれて連続的に増大する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0033】
実施形態２８は、改質領域が、第１の表面または第２の表面と交差しない、実施形態１７から２７までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0034】
実施形態２９は、基材が、別の改質領域をさらに含み、別の改質領域が、別の自由形状を含み、かつ第１の表面と第２の表面との間に配置されており、別の断面が、第１の表面に対して平行であり、かつ別の自由形状の境界によって画定されており、別の断面が、別の楕円形断面を含み、改質領域および別の改質領域が、直線および／または曲線の輪郭線に沿って略整列している、実施形態１７から２８までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0035】
実施形態３０は、楕円形断面および別の楕円形断面の長軸が、輪郭線に沿って略整列している、実施形態２９記載の基材を含む。
【0036】
実施形態３１は、基材が、個別化される製造物品をさらに含み、製造物品が、当該輪郭を含む複数の輪郭によって画定されている、実施形態２９または３０記載の基材を含む。
【0037】
実施形態３２は、基材が製造物品へと個別化される前に単一の物品として製造プロセスに供されるべく構成されるように、複数の輪郭が潜在的な分離特徴部を形成する、実施形態３１記載の基材を含む。
【0038】
実施形態３３は、改質領域が第１の表面に対して平行であり、かつ自由形状の境界によって画定される第１の断面および第２の断面をさらに含み、第１の断面が第２の断面とは幾何学的に異なる、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0039】
実施形態３４は、自由形状が、楕円柱部分および円柱部分を含み、楕円柱部分が、円柱部分に接続されており、かつ第１の表面に近接しており、基材が、楕円柱部分と第１の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態３３記載の基材を含む。
【0040】
実施形態３５は、自由形状が、楕円柱部分および円柱部分を含み、円柱部分が、楕円柱部分に接続されており、かつ第１の表面に近接しており、基材が、円柱部分と第１の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態３３記載の基材を含む。
【0041】
実施形態３６は、改質領域が、毛細管現象を増強するように構成された破砕粒子を含む、実施形態３３から３５までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0042】
実施形態３７は、第２の表面がコーティングを含む、実施形態３３から３５までのいずれか１つ記載の基材。
【0043】
実施形態３８は、コーティングが、波長に基づいて放射をフィルタリングするように構成された光学フィルタを含む、実施形態３７記載の基材を含む。
【0044】
実施形態３９は、光学フィルタが、連続スペクトルに基づいて放射をフィルタリングするように構成された多変量光学要素を含む、実施形態３８記載の基材を含む。
【0045】
実施形態４０は、コーティングが反射防止コーティングを含む、実施形態３７記載の基材を含む。
【0046】
実施形態４１は、コーティングが、基材を保護するように構成されている、実施形態３７から４０までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0047】
実施形態４２は、改質領域が、第１の表面および第２の表面に延在しており、かつ第１の表面と第２の表面との間のスループットを提供するように構成されており、さらに改質領域と第１の表面および第２の表面との間の交差部に形成された開口部を含む、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0048】
実施形態４３は、自由形状が、第１の表面および第２の表面に延在する傾斜楕円柱形状を含み、傾斜楕円柱形状が、第１の表面に対して直角とは異なる角度を定める傾斜中心軸線を含み、基材が、傾斜楕円柱形状と第１の表面および第２の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0049】
実施形態４４によれば、基材は本体を含む。本体は、第１の表面および第２の表面と改質領域とを含む。第１の表面は第２の表面の反対側にある。改質領域は、第１の表面と第２の表面との間に配置されている。改質領域は、準非回折ビームによって誘起された破壊された化学結合を含む表面を有するエッチングされた空洞、楕円形断面を含む断面、および自由形状を含む。
【0050】
実施形態４５は、基材が透明である、実施形態４４記載の基材を含む。
【0051】
実施形態４６は、基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックをさらに含む、実施形態４４または４５記載の基材を含む。
【0052】
実施形態４７は、基材が半導体材料をさらに含む、実施形態４４または４５記載の基材を含む。
【0053】
実施形態４８は、半導体材料が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態４７記載の基材を含む。
【0054】
実施形態４９は、基材が複合ウェハをさらに含み、複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態４４または４５記載の基材を含む。
【0055】
実施形態５０は、改質領域が、基材の損傷材料をさらに含む、実施形態４４から４９までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0056】
実施形態５１は、改質領域が、第１の表面に対して平行であり、かつ自由形状の境界によって画定される第１の断面および第２の断面をさらに含み、第１の断面が第２の断面とは幾何学的に異なる、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0057】
実施形態５２は、断面が、第１の表面に対して平行であり、かつ自由形状の境界によって画定されており、かつ第１の表面から測定される距離を有し、中間面が、第１の表面および第２の表面から略等距離に定められており、断面のサイズは、距離が中間面に近づくにつれて減少する、実施形態５１記載の基材を含む。
【0058】
実施形態５３は、断面が、第１の表面に対して平行であり、かつ自由形状の境界によって画定されており、かつ第１の表面から測定される距離を有し、中間面が、第１の表面および第２の表面から略等距離に定められており、断面のサイズは、距離が中間面に近づくにつれて増大する、実施形態５１記載の基材を含む。
【0059】
実施形態５４は、損傷材料が、毛細管現象を増強するように構成された破砕粒子を含む、実施形態５１から５３までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0060】
実施形態５５は、第２の表面がコーティングを含む、実施形態５１から５３までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0061】
実施形態５６は、コーティングが、波長に基づいて放射をフィルタリングするように構成された光学フィルタを含む、実施形態５５記載の基材を含む。
【0062】
実施形態５７は、光学フィルタが、連続スペクトルに基づいて放射をフィルタリングするように構成された多変量光学要素を含む、実施形態５６記載の基材を含む。
【0063】
実施形態５８は、コーティングが反射防止コーティングを含む、実施形態５５記載の基材を含む。
【0064】
実施形態５９は、コーティングが、基材を保護するように構成されている、実施形態５５から５８までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0065】
実施形態６０は、改質領域が、第１の表面および第２の表面に延在し、かつ第１の表面と第２の表面との間のスループットを提供するように構成されており、さらに改質領域と第１の表面および第２の表面との間の交差部に形成された開口部を含む、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0066】
実施形態６１は、自由形状が、第１の表面および第２の表面に延在する傾斜楕円柱形状を含み、傾斜楕円柱形状が、第１の表面に対して直角とは異なる角度を定める傾斜中心軸線を含み、基材が、傾斜楕円柱形状と第１の表面および第２の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材を含む。
【0067】
実施形態６２は、基材が、第１の表面および第２の表面上にそれぞれ第１のセットの導電性素子および第２のセットの導電性素子をさらに含み、改質領域が導電性材料をさらに含み、改質領域と第１のセットの導電性素子および第２のセットの導電性素子とは、信号が第１の表面および第２の表面とその要素との間で流れることを可能にする、実施形態６０記載の基材を含む。
【0068】
本明細書に記載のプロセスおよびシステムの追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載されており、部分的には、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含めて、その説明から当業者には容易に明らかになるか、または本明細書に記載の実施形態を実践することによって認識される。
【0069】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方が種々の実施形態を説明しており、請求された主題の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることが理解されよう。添付の図面は、種々の実施形態のさらなる理解を提供するために記載されており、本明細書に援用されてその一部を構成している。図面は、本明細書に記載されている種々の実施形態を示しており、説明とともに、請求された主題の原理および動作を説明するのに役立つものである。
【図面の簡単な説明】
【0070】
図面に記載された実施形態は、その性質として図示および例示のためのものであり、特許請求の範囲によって定義される主題を限定することを意図するものではない。以下の例示的な実施形態の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照数字で示され、以下の図面と併せて読むことで理解することができる。
【図1A】１つ以上の実施形態による、透明ワークピースにおける欠陥の輪郭の形成を示す図である。
【図1B】１つ以上の実施形態による、透明ワークピースの加工中のレーザビーム焦点線の位置決めを示す図である。
【図2】１つ以上の実施形態による、レーザ加工のための光学アセンブリを示す図である。
【図3A】１つ以上の実施形態による、例示的なパルスバースト内のレーザパルスの相対強度対時間のグラフを示す図である。
【図3B】１つ以上の実施形態による、別の例示的なパルスバースト内の時間に対するレーザパルスの相対強度のグラフを示す図である。
【図4】１つ以上の実施形態による、レーザビームを生成するための光学アセンブリを示す図である。
【図5】１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布を示す図である。
【図6】１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布を示す図である。
【図7】１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布を示す図である。
【図8】１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布を示す図である。
【図9】１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布の断面のレーザエネルギ密度のグラフを示す図である。
【図10】１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布の断面のレーザエネルギ密度のグラフを示す図である。
【図11】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図12】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図13】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図14】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図15】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図16】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図17】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図18】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図19】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【図20】１つ以上の実施形態による基材の断面を示す図である。
【0071】
本発明の特徴および利点は、同様の参照文字が全体を通して対応する要素を識別する図面と併せて考慮されるとき、以下に記載される詳細な説明からより明らかになるであろう。図面において、同様の参照番号は、概して、同一、機能的に類似、かつ／または構造的に類似の要素を示す。さらに、概して、参照番号の左端の桁（複数可）は、参照番号が最初に表示される図面を識別する。別段明記しない限り、本開示全体を通して提供される図面は、実物大の図面として解釈されるべきではない。
【発明を実施するための形態】
【0072】
次に、ワークピースと複数のワークピースを含むワークピーススタックとを形成およびレーザ加工するためのプロセスの実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、同じ参照番号を図面全体に使用して、同一または類似の部品が参照される。ワークピーススタックのレーザ加工は、レーザビーム（例えば、パルスレーザビーム）をワークピーススタックの少なくとも１つの透明ワークピースに配向して（例えば、集束させて）、透明ワークピースを変化させること、例えば、透明ワークピースを分離し、透明ワークピースに格子を形成することを含みうる。幾つかの実施形態では、ワークピーススタックの少なくとも１つの部分にレーザビーム焦点線を形成し、ワークピーススタックの少なくとも１つの他の部分にはレーザビーム焦点線を形成しないようにレーザビームを配向することが有利でありうる。ここで、これらの異なる部分は、ワークピーススタックの異なる深さ位置に位置している。一例として、第１の透明ワークピースのレーザビーム焦点線にレーザビームを配向し、第２の透明ワークピースのレーザビーム焦点線には配向しないことが有利でありうる。別の例として、第１の透明ワークピースの一部分にレーザビーム焦点線を形成し、第１の透明ワークピースの別の部分にはレーザビーム焦点線を形成しないようにレーザビームを配向することが有利でありうる。ここで、これらの異なる部分は、第１の透明ワークピースの異なる深さ位置に位置している。さらに、カスタム形状の欠陥を形成するための現在の方法は、レーザシステムの性能によって制限されている。
【0073】
本明細書では、レーザシステムの焦点線の形状を変更することによって、ワークピースおよびワークピーススタックのレーザ加工を可能にするか、または向上させるための実施形態について説明する。例えば、レーザシステムは、レーザの焦点線の形状を変更するために、位相マスクおよび／または調整可能な遮断要素を含んでもよい。変更された形状は、自由形状エネルギ分布と称される。自由形状エネルギ分布がワークピースに送り込まれて、ワークピースに欠陥が形成される。形成された欠陥は、自由形状エネルギ分布の形状に実質的に類似した形状を有する。さらに、本明細書に記載の方法は、既知の方法では製造できない形状の欠陥を有する基材の製造を可能にするものである。ワークピースおよび／またはワークピーススタックの種々の実施形態のレーザ加工を、添付の図面を具体的に参照して本明細書で説明する。
【0074】
本明細書で使用される場合、「レーザ加工」は、レーザビームをワークピース上および／またはワークピース内に配向することを含みうる。幾つかの実施形態では、レーザ加工は、例えば、輪郭線に沿って、改質線に沿って、または別の経路に沿って、ワークピースに対してレーザビームを並進させることをさらに含む。レーザ加工の例には、レーザビームを使用してワークピース内に延在する一連の欠陥を含む輪郭を形成すること、レーザビームを使用してワークピースに改質トラックを形成すること、および赤外線レーザビームを使用してワークピーススタックのワークピースを加熱することが含まれる。レーザ加工により、ワークピースを１つ以上の所望の分離線に沿って分離することができる。しかしながら、幾つかの実施形態では、追加の非レーザステップを利用して、例えば機械的に、ワークピースを１つ以上の所望の分離線に沿って分離することができる。
【0075】
本明細書で使用される場合、「輪郭線」は、ワークピースの表面上の直線、角度、多角形または曲線を示しうるものであり、レーザビームがワークピースの平面内を移動して対応する輪郭を形成する際に通過する経路を定める。
【0076】
本明細書で使用される場合、「輪郭」は、輪郭線に沿ってレーザを並進させることによって形成された、ワークピース内の一連の欠陥を指しうる。本明細書で使用される場合、輪郭は、基材内または基材上の仮想の２次元形状または経路を指しうる。したがって、輪郭自体は仮想形状であるが、輪郭は、例えば断層線またはクラックによって顕在化しうる。輪郭により、ワークピース内の望ましい分離面を画定できる。輪郭線に沿って種々の技術を用いてワークピースに複数の欠陥を作製することで、輪郭を形成することができる。例えば、輪郭線に沿って連続した地点にパルスレーザビームを配向することで、ワークピースに複数の欠陥を作製することができる。複数の輪郭および／または曲線の焦点線を備えたレーザを使用して、分離部の傾斜面などの複雑な形状を作製することができる。
【0077】
本明細書で使用される場合、「断層線」は、輪郭に沿って延在し、輪郭に近似する一連の近接した欠陥線を指しうる。
【0078】
本明細書で使用される場合、「欠陥」は、ワークピース内の改質された材料の領域（例えば、バルク材料に対する屈折率が変化した領域）、空隙、クラック、スクラッチ、キズ、穴、穿孔または他の変形を指しうる。これらの欠陥は、本明細書の種々の実施形態において、欠陥線または損傷トラックと称されうる。欠陥線または損傷トラックは、単一のレーザパルスまたは同じ場所での複数のパルスに対して、ワークピースの単一の位置に配向されたレーザビームによって形成されうる。輪郭線に沿ってレーザを並進させると、輪郭を形成する複数の欠陥線が生じうる。同様に、「改質領域」なる用語は、欠陥を指しうる。
【0079】
本明細書では、「ビーム断面」なる語句は、レーザビームのビーム伝搬方向に対して垂直な平面に沿ったレーザビームの断面を指しうるものであり、例えば、ビーム伝搬方向がＺ方向である場合、Ｘ－Ｙ平面に沿った断面を指しうる。
【0080】
本明細書で使用される場合、「ビームスポット」は、衝突面、すなわち、レーザ光学系に最も近接したワークピースの表面におけるレーザビームの断面（例えば、ビーム断面）を指しうる。
【0081】
本明細書で使用される場合、「衝突面」は、レーザ光学系に最も近接したワークピースの表面を指しうる。
【0082】
本明細書で使用される場合、「上流」および「下流」は、ビーム経路に沿った２つの場所または構成要素の、ビーム源に対する相対位置を指しうる。例えば、第１の構成要素が、第２の構成要素よりもレーザビームが通過する経路に沿ってレーザ光学系に近い場合、第１の構成要素は、第２の構成要素の上流にある。
【0083】
本明細書で使用される場合、「レーザビーム焦点線」または「焦点線」は、光軸に対して平行な直線状の細長い集束領域を形成する、レーザビームの相互作用（例えば、交差）する光線のパターンを指しうる。レーザビーム焦点線には、光軸に沿った異なる位置で相互作用（例えば、交差）する、収差を有する光線が含まれる。レーザビーム焦点線により、例えば、直線状の形状を有する欠陥を作製することができる。さらに、本明細書に記載のレーザビーム焦点線は、以下で数学的に詳細に定義される準非回折ビームを使用して形成される。
【0084】
本明細書で使用される「対象物」、「ワークピース」、「基材」などの用語は、レーザ加工の対象である対象物を指しうるものであり、これらの用語は、交換可能に使用することができる。本明細書で使用される「ワークピース」なる語句は、ガラス、ガラスセラミック、または透明な他の材料から形成されたワークピースを意味しうる。ここで、本明細書で使用される「透明」なる用語は、材料が、材料の深さ１ｍｍあたり２０％未満、例えば、特定のパルスレーザ波長の材料の深さ１ｍｍあたり１０％未満、または特定のパルスレーザ波長の材料の深さ１ｍｍあたり１％未満の光吸収を有することを意味しうる。材料は、材料の深さ１ｍｍあたり約２０％未満の光吸収を有しうる。透明ワークピースは、約５０マイクロメートル（μｍ）～約１０ｍｍ（例えば、約１００μｍ～約５ｍｍ、または約０．５ｍｍ～約３ｍｍ）の深さ（例えば、厚さ）を有しうる。透明ワークピースには、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩、アルカリ土アルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ土ボロアルミノケイ酸塩ガラス、溶融石英、もしくは石英、サファイア、またはこれらの組み合わせなどの結晶性材料などのガラス組成物から形成されたガラスワークピースが含まれうる。透明ワークピースには、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムなどの半導体材料が含まれうる。透明ワークピースは複合ウェハを含むことができ、複合ウェハは、異なる材料の複数の層を含み、異なる材料は、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む。幾つかの実施形態では、透明ワークピースは、透明ワークピースをレーザ加工する前または後に、熱焼き戻しによって強化することができる。幾つかの実施形態では、ガラスはイオン交換可能であってよく、ガラス組成物は、透明ワークピースをレーザ加工する前または後に、ガラス強化のためにイオン交換に供されうる。例えば、透明ワークピースには、ニューヨーク州コーニング在のコーニング社から市販されているＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス（例えば、コード２３１８、コード２３１９、およびコード２３２０）などのイオン交換ガラスおよびイオン交換可能なガラスが含まれてもよい。さらに、これらのイオン交換ガラスは、約６ｐｐｍ／℃～約１０ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有してもよい。他の例の透明ワークピースには、ニューヨーク州コーニング在のコーニング社から市販されているＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）およびＣＯＲＮＩＮＧ ＬＯＴＵＳ（商標）が含まれてもよい。さらに、透明ワークピースは、レーザの波長に対して透明である他の構成要素、例えば、サファイアまたはセレン化亜鉛などの結晶を含んでもよい。
【0085】
イオン交換プロセスでは、透明ワークピースの表面層のイオンは、例えば、透明ワークピースを部分的または完全にイオン交換浴に浸すことによって、同じ原子価または酸化状態を有するより大きなイオンに置き換えられる。小さいイオンを大きいイオンに置き換えることで、圧縮応力の層は、透明ワークピースの１つ以上の表面から、層の深度と称される透明ワークピース内の一定の深さまで延在する。圧縮応力は、ガラスシートの正味応力がゼロになるように、引張応力（中心張力と称される）の層によって均衡化される。ガラスシートの表面に圧縮応力が形成されると、ガラスの強度が向上し、機械的損傷に対して耐性を有するようになり、そのため、層の深度に延在しないキズであっても、ガラスシートの破壊的な故障が軽減される。幾つかの実施形態では、透明ワークピースの表面層中のより小さなナトリウムイオンは、より大きなカリウムイオンと交換される。幾つかの実施形態では、表面層のイオンおよびより大きなイオンは、Ｌｉ＋（ガラス中に存在する場合）、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、およびＣｓ＋などの一価のアルカリ金属カチオンである。あるいは表面層の一価カチオンは、Ａｇ＋、Ｔｌ＋、Ｃｕ＋などのアルカリ金属カチオン以外の一価カチオンで置き換えることができる。
【0086】
レーザ加工システム
ここで、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、１つ以上の実施形態による、レーザ加工に供された例示的な透明ワークピース１６０を示している。特に、図１Ａは、透明ワークピース１６０を分離するために使用されうる複数の欠陥１７２を含む輪郭１７０の形成を示している。複数の欠陥１７２を含む輪郭１７０は、透明ワークピース１６０をレーザビーム１１２で加工することによって形成することができ、レーザビーム１１２は、輪郭線１６５に沿って並進方向１０１に移動する超短パルスレーザビームを含みうる。欠陥１７２は、例えば、透明ワークピース１６０の深さ方向に延在してもよく、透明ワークピース１６０の衝突面に直交してもよい。さらに、レーザビーム１１２は、最初に、衝突面上の特定の場所である衝突場所１１５で透明ワークピース１６０に接触する。図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、透明ワークピース１６０の第１の表面１６２は衝突面を含むが、他の実施形態では、レーザビーム１１２は代わりに透明ワークピース１６０の第２の表面１６４を最初に照射してもよいことが理解されよう。さらに、図１Ａは、レーザビーム１１２が、透明ワークピース１６０の第１の表面１６２上に投影されたビームスポット１１４を形成することを示している。
ここで、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、１つ以上の実施形態による、レーザ加工に供された例示的な透明ワークピース１６０を示している。特に、図１Ａは、透明ワークピース１６０を分離するために使用されうる複数の欠陥１７２を含む輪郭１７０の形成を示している。複数の欠陥１７２を含む輪郭１７０は、透明ワークピース１６０をレーザビーム１１２で加工することによって形成することができ、レーザビーム１１２は、輪郭線１６５に沿って並進方向１０１に移動する超短パルスレーザビームを含みうる。欠陥１７２は、例えば、透明ワークピース１６０の深さ方向に延在してもよく、透明ワークピース１６０の衝突面に直交してもよい。さらに、レーザビーム１１２は、最初に、衝突面上の特定の場所である衝突場所１１５で透明ワークピース１６０に接触する。図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、透明ワークピース１６０の第１の表面１６２は衝突面を含むが、他の実施形態では、レーザビーム１１２は代わりに透明ワークピース１６０の第２の表面１６４を最初に照射してもよいことが理解されよう。さらに、図１Ａは、レーザビーム１１２が、透明ワークピース１６０の第１の表面１６２上に投影されたビームスポット１１４を形成することを示している。
【0087】
図１Ａおよび図１Ｂは、ビーム経路１１１に沿って伝搬し、例えば非球面光学要素１２０（図２）、例えばアキシコンおよび１つ以上のレンズ（例えば、以下に説明され、図２に示されているように、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２）を使用して、レーザビーム１１２が透明ワークピース１６０内のレーザビーム焦点線１１３に集束されうるように配向されたレーザビーム１１２を示している。例えば、レーザビーム焦点線１１３の位置は、Ｚ軸に沿って、かつＺ軸に関して制御されてもよい。さらに、レーザビーム焦点線１１３は、約０．１ｍｍ～約１００ｍｍの範囲、または約０．１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の長さを有してもよい。種々の実施形態は、約０．１ｍｍ、約０．２ｍｍ、約０．３ｍｍ、約０．４ｍｍ、約０．５ｍｍ、約０．７ｍｍ、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、または約５ｍｍ、例えば、約０．５ｍｍ～約５ｍｍの長さｌを有するレーザビーム焦点線１１３を有するように構成されてもよい。さらに、レーザビーム焦点線１１３は、以下でより詳細に定義されるように、準非回折ビームの一部であってもよい。
【0088】
動作中、レーザビーム１１２は、輪郭線１６５に沿って（例えば、並進方向１０１に）透明ワークピース１６０に対して並進されて、輪郭１７０の複数の欠陥１７２を形成することができる。レーザビーム１１２を透明ワークピース１６０に配向するかまたは局在化させることによって、透明ワークピース１６０内に誘導吸収が生じ、輪郭線１６５に沿った離間した場所で透明ワークピース１６０内の化学結合を破壊して欠陥１７２を形成するのに十分なエネルギが蓄積される。１つ以上の実施形態では、レーザビーム１１２は、透明ワークピース１６０の動き（例えば、図２に示されているように、透明ワークピース１６０に連結された並進ステージ１９０の動き）、レーザビーム１１２の動き（例えば、レーザビーム焦点線１１３の動き）、または透明ワークピース１６０およびレーザビーム焦点線１１３の両方の動きによって、透明ワークピース１６０全体にわたって並進させることができる。レーザビーム焦点線１１３を透明ワークピース１６０に対して並進させることにより、複数の欠陥１７２を透明ワークピース１６０内に形成することができる。
【0089】
幾つかの実施形態では、欠陥１７２は、概して、輪郭１７０に沿って、約０．１μｍ～約５００μｍ、例えば、約１μｍ～約２００μｍ、約２μｍ～約１００μｍ、約５μｍ～約２０μｍなどの距離だけ互いに離間されてもよい。例えば、欠陥１７２間の適切な間隔は、ＴＦＴ／ディスプレイガラス組成物の場合、約０．１μｍ～約５０μｍ、例えば、約５μｍ～約１５μｍ、約５μｍ～約１２μｍ、約７μｍ～約１５μｍ、または約７μｍ～約１２μｍであってよい。幾つかの実施形態では、隣接する欠陥１７２間の間隔は、約５０μｍ以下、４５μｍ以下、４０μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ、１０μｍ以下などであってもよい。
【0090】
図１Ａに示されているように、輪郭１７０の複数の欠陥１７２は、透明ワークピース１６０内に延在しており、透明ワークピース１６０を輪郭１７０に沿って別個の部分に分離するためのクラック伝播のための経路を確立する。輪郭１７０を形成することには、輪郭線１６５に沿って（例えば、並進方向１０１に）透明ワークピース１６０に対してレーザビーム１１２を並進させて、輪郭１７０の複数の欠陥１７２を形成することが含まれる。１つ以上の実施形態では、レーザビーム１１２は、透明ワークピース１６０の動き、レーザビーム１１２の動き（例えば、レーザビーム焦点線１１３の動き）、または透明ワークピース１６０およびレーザビーム１１２の両方の動きによって、例えば、１つ以上の並進ステージ（例えば、図２の並進ステージ１９０）を使用して、透明ワークピース１６０全体にわたって並進させることができる。レーザビーム焦点線１１３を透明ワークピース１６０に対して並進させることにより、複数の欠陥１７２を透明ワークピース１６０内に形成することができる。さらに、図１Ａに示されている輪郭１７０は直線状であるが、輪郭１７０はまた、非直線状（すなわち、曲率を有する）であってもよい。曲線の輪郭は、例えば、透明ワークピース１６０またはレーザビーム焦点線１１３のいずれかを、１次元ではなく２次元で、他方に対して並進させることによって生成することができる。
【0091】
幾つかの実施形態では、透明ワークピース１６０は、後続の分離ステップにおいてさらに作用されて、輪郭１７０に沿って透明ワークピース１６０の分離を誘起することができる。後続の分離ステップには、機械的力または熱応力によって誘起される力を使用して、輪郭１７０に沿ってクラックを伝播させることが含まれうる。赤外線レーザビームなどの熱源を使用して、熱応力を生成し、これによって、輪郭１７０に沿って透明ワークピース１６０を分離することができる。幾つかの実施形態では、赤外線レーザビームを使用して分離を開始し、その後、分離を機械的に終了させることができる。理論に拘束されるものではないが、赤外線レーザは、制御された熱源であり、輪郭１７０またはその近傍で透明ワークピース１６０の温度を急速に上昇させる。この急速な加熱により、輪郭１７０上の透明ワークピース１６０または輪郭１７０に隣接する透明ワークピース１６０に圧縮応力が形成されうる。加熱されたガラス表面の面積は、透明ワークピース１６０の全体の表面積と比較して比較的小さいので、加熱された領域は、比較的急速に冷却される。結果として生じる温度勾配は、輪郭１７０に沿って、そして透明ワークピース１６０の深さ方向に、クラックを伝播するのに十分な引張応力を透明ワークピース１６０に誘起し、その結果、輪郭１７０に沿って透明ワークピース１６０が完全に分離される。理論に拘束されるものではないが、局所的な温度が高いワークピースの部分においてガラスが膨張する（すなわち、密度が変化する）ことで、引張応力が生じうると考えられる。
【0092】
ガラスに熱応力を発生させるのに適した赤外線レーザは、通常、ガラスによって容易に吸収される波長を有し、典型的には、１．２μｍ～１３μｍの範囲の波長、例えば、４μｍ～１２μｍの範囲を有する。さらに、赤外線レーザビームの出力は、約１０Ｗ～約１０００Ｗ、例えば、１００Ｗ、２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗなどであってよい。また、赤外線レーザビームの１／ｅ２ビーム径は、約２０ｍｍ以下、例えば、１５ｍｍ、１２ｍｍ、１０ｍｍ、８ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ以下であってよい。動作中、赤外線レーザビームの１／ｅ２ビーム径が大きいと、レーザ加工が速くなり、出力が大きくなることがあり、一方、赤外線レーザビームの１／ｅ２ビーム直径が小さいと、輪郭１７０の近傍の透明なワークピース１６０の部分への損傷が制限されるため、高精度の分離が容易になりうる。例示的な赤外線レーザには、炭酸ガスレーザ（「ＣＯ２レーザ」）、一酸化炭素レーザ（「ＣＯレーザ」）、固体レーザ、レーザダイオード、またはこれらの組み合わせが含まれる。
【0093】
他の実施形態では、透明ワークピース１６０に存在する応力により、種類、深さ、および材料特性（例えば、吸収、ＣＴＥ、応力、組成など）に応じて、さらなる加熱または機械的分離ステップなしに、輪郭１７０に沿って自発的な分離を引き起こすことができる。例えば、透明ワークピース１６０が強化ガラス基材（例えば、イオン交換ガラス基材または熱強化ガラス基材）を含む場合、輪郭１７０の形成により、輪郭１７０に沿ってクラック伝播を誘起して、透明ワークピース１６０を分離することができる。
【0094】
再び図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、欠陥１７２を形成するために使用されるレーザビーム１１２は、強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をさらに有する。ここで、図示のように、Ｚは、レーザビーム１１２のビーム伝搬方向であり、ＸおよびＹは、伝搬方向に直交する方向である。Ｘ方向およびＹ方向は断面方向と称されることもあり、ＸＹ平面は断面平面と称されることもある。断面におけるレーザビーム１１２の強度分布は、断面強度分布と称されうる。
【0095】
ビームスポット１１４または他の断面におけるレーザビーム１１２は、準非回折ビーム、例えば、図２に示されている光学アセンブリ１００に関して以下により詳細に説明されるように、非球面光学要素１２０を介してレーザビーム１１２（例えば、パルスビーム源などのビーム源１１０を使用するガウスビームなどのレーザビーム１１２）を伝搬させることによって以下に数学的に定義されるような低いビーム発散を有するビームを含みうる。ビーム発散とは、ビーム伝搬方向（すなわち、Ｚ方向）におけるビーム断面の拡大率を指しうる。本明細書で論じられるビーム断面の一例は、透明ワークピース１６０に投影されたレーザビーム１１２のビームスポット１１４である。準非回折ビームの例として、ガウスベッセルビームおよびベッセルビームが挙げられる。
【0096】
レーザビーム１１２の発散をもたらす要因の１つは、回折である。他の要因としては、レーザビーム１１２を形成する光学システムによって引き起こされる集束もしくはデフォーカス、または界面での屈折および散乱が挙げられる。輪郭１７０の欠陥１７２を形成するためのレーザビーム１１２により、発散性が低く、回折が弱いレーザビーム焦点線１１３を形成することができる。レーザビーム１１２の発散は、レイリー範囲ＺＲによって特徴付けられ、ＺＲは、レーザビーム１１２の強度分布の分散σ２およびビーム伝搬係数Ｍ２に関連している。以下の説明では、デカルト座標系を使用して数式を示す。当業者に知られている数学的技術を使用して、他の座標系に対応する数式を得ることができる。ビーム発散に関する追加情報は、A. E. Siegman, “New Developments in Laser Resonators”, SPIE Symposium Series Vol. 1224, p.2 (1990)、およびR.Borghi and M.Santarsiero, “M2 factor of Bessel-Gauss beams”, Optics Letters, Vol.22(5), 262 (1997)と題する記事に記載されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。さらなる情報は、“Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams”と題する国際規格ＩＳＯ１１１４６－１：２００５（Ｅ）、“Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 2: General astigmatic beams”と題するＩＳＯ１１１４６－２：２００５（Ｅ）、および“Lasers and laser-related equipment-Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios-Part 3: Intrinsic and geometrical laser beam classification, propagation and details of test methods”と題するＩＳＯ１１１４６－３：２００４（Ｅ）にも記載されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【0097】
時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するレーザビーム１１２の強度プロファイルの重心の空間座標は、式
【0098】
【数1】
【0099】
【数2】
【0100】
によって与えられる。
【0101】
これらはウィグナー分布の第１のモーメントとしても知られており、ＩＳＯ１１１４６－２：２００５（Ｅ）のセクション３．５で説明されている。その測定方法は、ＩＳＯ１１１４６－２：２００５（Ｅ）のセクション７に記載されている。
【0102】
分散は、断面（Ｘ－Ｙ）平面における、ビーム伝搬方向の位置ｚの関数としてのレーザビーム１１２の強度分布の幅の尺度である。任意のレーザビームの場合、Ｘ方向の分散はＹ方向の分散とは異なることがある。ここで、
【0103】
および
【0104】
は、それぞれＸ方向およびＹ方向の分散を表すものとする。特に注目すべきは、近接場限界および遠方場限界の分散である。ここで、
【0105】
および
【0106】
は、それぞれ近接場限界におけるＸ方向およびＹ方向の分散を表すものとし、
【0107】
および
【0108】
は、それぞれ遠方場限界におけるＸ方向およびＹ方向の分散を表すものとする。フーリエ変換
【0109】
（ｖｘおよびｖｙはそれぞれＸ方向およびＹ方向の空間周波数）の時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するレーザビームの場合、Ｘ方向およびＹ方向の近接場および遠方場の分散は、式
【0110】
【数3】
【0111】
【数4】
【0112】
【数5】
【0113】
【数6】
【0114】
で与えられる。
【0115】
分散量
【0116】
および
【0117】
は、ウィグナー分布の対角要素としても知られている（ＩＳＯ１１１４６－２：２００５（Ｅ）を参照）。これらの分散は、ＩＳＯ１１１４６－２：２００５（Ｅ）のセクション７で説明されている測定方法を使用して、実験用レーザビームについて定量化できる。簡単に言えば、当該測定方法では、線形不飽和ピクセル検出器を使用して、分散および重心座標を定義する積分方程式の無限積分領域に近似した有限空間領域でＩ（ｘ，ｙ）が測定される。測定領域の適切な範囲、バックグラウンド減算、および検出器のピクセル解像度は、ＩＳＯ１１１４６－２：２００５（Ｅ）のセクション７に記載されている反復測定手順の収束によって決定される。式１～式６で与えられる式の数値は、ピクセル化された検出器によって測定された強度値の配列から数値的に計算される。
【0118】
任意の光ビームの横振幅プロファイル
【0119】
（ここで
【0120】
である）と任意の光ビームの空間周波数分布
【0121】
（ここで
【0122】
である）との間のフーリエ変換関係を介して、
【0123】
【数7】
【0124】
【数8】
【0125】
のように示すことができる。
【0126】
式（７）および式（８）において、
【0127】
および
【0128】
は、
【0129】
および
【0130】
の最小値であり、これらは、それぞれｘ方向およびｙ方向のウエスト位置ｚ０ｘおよびｚ０ｙで生じ、λは、レーザビーム１１２の波長である。式（７）および式（８）は、
【0131】
および
【0132】
が、レーザビーム１１２のウエスト位置（例えば、レーザビーム焦点線１１３のウエスト部分）に関連する最小値から、いずれかの方向にｚとともに２次関数的に増大することを示している。さらに、軸対称のビームスポット１１４を含み、軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を含む本明細書に記載の実施形態では、
【0133】
であり、非軸対称のビームスポット１１４を含み、非軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を含む本明細書に記載の実施形態では、
【0134】
であり、すなわち
【0135】
または
【0136】
である。
【0137】
式（７）および式（８）は、ビーム伝搬係数Ｍ２に関して書き直すことができる。ここで、ｘ方向およびｙ方向の個別のビーム伝搬係数
【0138】
および
【0139】
は、
【0140】
【数9】
【0141】
【数10】
【0142】
のように定義される。
【0143】
式（９）および式（１０）を再構成し、式（７）および式（８）に代入すると、
【0144】
【数11】
【0145】
【数12】
【0146】
のようになり、これは、
【0147】
【数13】
【0148】
【数14】
【0149】
のように書き直すことができ、式中、レイリー範囲ＺＲｘおよびＺＲｙは、それぞれｘ方向およびｙ方向で、式
【0150】
【数15】
【0151】
【数16】
【0152】
で与えられる。
【0153】
レイリー範囲は、レーザビームの分散が（ビームウエストの位置での分散と比較して）２倍になる距離（ＩＳＯ１１１４６－１：２００５（Ｅ）のセクション３．１２で定義されているビームウエストの位置に対する距離）に対応しており、レーザビームの断面積の発散の尺度である。さらに、軸対称のビームスポット１１４を含み、軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を含む本明細書に記載の実施形態では、ＺＲｘ＝ＺＲｙであり、非軸対称のビームスポット１１４を含み、非軸対称の強度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を含む本明細書に記載の実施形態では、ＺＲｘ≠ＺＲｙ、すなわち、ＺＲｘ＜ＺＲｙまたはＺＲｘ＞ＺＲｙである。レイリー範囲は、光強度がビームウエスト位置（最大強度の位置）で観察された値の半分に減衰するビーム軸に沿った距離としても観察されうる。レイリー範囲が大きいレーザビームは発散性が低く、レイリー範囲が小さいレーザビームに比べてビーム伝搬方向の距離に応じて緩慢に拡大する。
【0154】
上記の式は、レーザビームを表す強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を使用することにより、（ガウスビームだけでなく）任意のレーザビームに適用できる。ガウスビームのＴＥＭ００モードの場合、強度プロファイルは、式
【0155】
【数17】
【0156】
で与えられ、式中、ｗｏは半径である（ビーム強度がビームウエスト位置ｚｏでのビームのピークビーム強度の１／ｅ２に減少する半径として定義される）。式（１７）および上記の式から、ＴＥＭ００ガウスビームに対して、結果
【0157】
【数18】
【0158】
【数19】
【0159】
【数20】
【0160】
【数21】
【0161】
【数22】
【0162】
【数23】
【0163】
【数24】
【0164】
が得られ、式中、ＺＲ＝ＺＲｘ＝ＺＲｙである。ガウスビームの場合、
【0165】
であることにさらに注意されたい。
【0166】
ビーム断面は、形状および寸法によって特徴付けられる。ビーム断面の寸法は、ビームのスポットサイズによって特徴付けられる。ガウスビームの場合、スポットサイズは、ビームの強度が最大値の１／ｅ２に減少する半径方向の範囲として定義されることが多く、これは式（１７）でｗ０として示される。ガウスビームの最大強度は、強度分布の中心（ｘ＝０およびｙ＝０（デカルト）またはｒ＝０（円柱））で生じ、スポットサイズを決定するために使用される半径方向の範囲は中心を基準にして測定される。
【0167】
軸対称（ビーム伝搬軸線Ｚに関して回転対称）断面を有するビームは、ＩＳＯ１１１４６－１：２００５（Ｅ）のセクション３．１２で規定されているように、ビームウエスト位置で測定される単一の寸法またはスポットサイズによって特徴付けることができる。ガウスビームの場合、式（１７）は、スポットサイズがｗｏに等しいことを示している。式（１８）から、これは、２σ０ｘまたは２σ０ｙに対応する。円形断面などの軸対称断面を有する軸対称ビームの場合、σ０ｘ＝σ０ｙである。したがって、軸対称ビームの場合、断面寸法は単一のスポットサイズパラメータで特徴付けることができ、ここで、ｗｏ＝２σ０である。スポットサイズは、軸対称ビームとは異なり、σ０ｘ≠σ０ｙである非軸対称ビーム断面に対しても同様に定義できる。したがって、ビームのスポットサイズが非軸対称である場合、２つのスポットサイズパラメータを使用して、非軸対称ビームの断面寸法を特徴付ける必要がある。ｘ方向およびｙ方向にそれぞれｗｏｘおよびｗｏｙがあり、ここで
【0168】
【数25】
【0169】
【数26】
【0170】
である。
【0171】
さらに、非軸対称ビームの軸（任意の回転角）の対称性の欠如は、σ０ｘおよびσ０ｙの値の計算結果がＸ軸およびＹ軸の配向の選択に依存することを意味する。ＩＳＯ１１１４６－１：２００５（Ｅ）では、これらの参照軸を出力密度分布の主軸と称しており（セクション３．３～３．５）、以下の説明では、Ｘ軸およびＹ軸がこれらの主軸と一致していると仮定する。さらに、断面においてＸ軸およびＹ軸を回転させうる角度φ（例えば、Ｘ軸およびＹ軸の基準位置に対するＸ軸およびＹ軸の角度）を使用して、非軸対称ビームのスポットサイズパラメータの最小値（ｗｏ，ｍｉｎ）および最大値（ｗｏ，ｍａｘ）を定義することができ、すなわち
【0172】
【数27】
【0173】
【数28】
【0174】
であって、ここで、２σ０，ｍｉｎ＝２σ０ｘ（φｍｉｎ，ｘ）＝２σ０ｙ（φｍｉｎ，ｙ）および２σ０，ｍａｘ＝２σ０ｘ（φｍａｘ，ｘ）＝２σ０ｙ（φｍａｘ，ｙ）である。ビーム断面の軸方向の非対称性の大きさは、アスペクト比によって定量化できる。ここで、アスペクト比は、ｗｏ，ｍａｘとｗｏ，ｍｉｎとの比率として定義される。軸対称ビーム断面は１．０のアスペクト比を有するが、楕円形およびその他の非軸対称ビーム断面は、１．０より大きいアスペクト比を有し、例えば、１．１より大きい、１．２より大きい、１．３より大きい、１．４より大きい、１．５より大きい、１．６より大きい、１．７より大きい、１．８より大きい、１．９より大きい、２．０より大きい、３．０より大きい、５．０より大きい、１０．０より大きいなどのアスペクト比を有する。
【0175】
ビーム伝搬方向（例えば、透明ワークピース１６０の深さ寸法）における欠陥１７２の均一性を促進するために、低発散性のレーザビーム１１２を使用することができる。１つ以上の実施形態では、低発散性のレーザビーム１１２を利用して、欠陥１７２を形成することができる。上述のように、発散は、レイリー範囲によって特徴付けることができる。非軸対称ビームの場合、主軸ＸおよびＹのレイリー範囲はそれぞれＸ方向およびＹ方向の式（１５）および式（１６）で定義され、ここで、任意の実際のビームの場合、
【0176】
および
【0177】
であり、ここで
【0178】
および
【0179】
がレーザビームの強度分布によって決定されることが示されうる。対称ビームの場合、レイリー範囲はＸ方向とＹ方向とで同じであり、式（２２）または式（２３）で表される。発散性が低いことは、レイリー範囲の値が大きく、レーザビームの回折が弱いことと相関している。
【0180】
ガウス強度プロファイルを有するビームは、欠陥１７２を形成するためのレーザ加工にはあまり好ましくない可能性がある。なぜなら、利用可能なレーザパルスエネルギがガラスなどの材料を改質しうるのに十分に小さいスポットサイズ（約１～５μｍまたは約１～１０μｍなどのマイクロメートルの範囲のスポットサイズなど）に集束されたとき、これらは高度に回折し、短い伝搬距離で著しく発散するためである。低発散性を実現するために、パルスレーザビームの強度分布を制御または最適化して回折を低減することが望ましい。パルスレーザビームは、非回折または弱回折であってもよい。弱回折レーザビームには、準非回折レーザビームが含まれる。代表的な弱回折レーザビームとして、ベッセルビーム、ガウスベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム、およびマシュービームが挙げられる。
【0181】
非軸対称ビームの場合、レイリー範囲ＺＲｘおよびＺＲｙは等しくない。式（１５）および式（１６）は、ＺＲｘおよびＺＲｙがそれぞれσ０ｘおよびσ０ｙに依存することを示している。上記において、σ０ｘおよびσ０ｙの値はＸ軸およびＹ軸の配向に依存することに注意されたい。ＺＲｘおよびＺＲｙの値はこれに応じて変化し、それぞれが主軸に対応する最小値および最大値を有しており、ＺＲｘの最小値をＺＲｘ，ｍｉｎ、ＺＲｙの最小値をＺＲｙ，ｍｉｎとすると、任意のビームプロファイルに対して、ＺＲｘ，ｍｉｎおよびＺＲｙ，ｍｉｎは、式
【0182】
【数29】
【0183】
および
【0184】
【数30】
【0185】
で与えられる。
【0186】
レーザビームの発散は、レイリー範囲が最も小さい方向に短い距離で発生するため、欠陥１７２を形成するために使用されるレーザビーム１１２の強度分布は、ＺＲｘおよびＺＲｙの最小値（または軸対称ビームの場合、ＺＲの値）が可能な限り大きくなるように制御されうる。ＺＲｘの最小値ＺＲｘ，ｍｉｎおよびＺＲｙの最小値ＺＲｙ，ｍｉｎは、非軸対称ビームでは異なるため、損傷領域を形成する際に、ＺＲｘ，ｍｉｎおよびＺＲｙ，ｍｉｎの小さい方を可能な限り大きくする強度分布のレーザビーム１１２を使用することができる。
【0187】
様々な実施形態では、ＺＲｘ，ｍｉｎおよびＺＲｙ，ｍｉｎの小さい方（または軸対称ビームの場合、ＺＲの値）は、５０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、５００μｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、５ｍｍ以上、５０μｍ～１０ｍｍの範囲、１００μｍ～５ｍｍの範囲、２００μｍ～４ｍｍの範囲、３００μｍ～２ｍｍの範囲などである。
【0188】
ここで特定されているＺＲｘ，ｍｉｎおよびＺＲｙ，ｍｉｎの小さい方の値および範囲（または軸対称ビームの場合、ＺＲの値）は、式（２７）で定義されたスポットサイズパラメータｗｏ，ｍｉｎを調整することにより、ワークピースが透明となる種々の波長で実現できる。様々な実施形態では、スポットサイズパラメータｗｏ，ｍｉｎは、０．２５μｍ以上、０．５０μｍ以上、０．７５μｍ以上、１．０μｍ以上、２．０μｍ以上、３．０μｍ以上、５．０μｍ以上、０．２５μｍ～１０μｍの範囲、０．２５μｍ～５．０μｍの範囲、０．２５μｍ～２．５μｍの範囲、０．５０μｍ～１０μｍの範囲、０．５０μｍ～５．０μｍの範囲、０．５０μｍ～２．５μｍの範囲、０．７５μｍ～１０μｍの範囲、０．７５μｍ～５．０μｍの範囲、０．７５μｍ～２．５μｍの範囲などである。
【0189】
非回折ビームまたは準非回折ビームは、概して、半径に対して非単調に減少するような複雑な強度プロファイルを有している。ガウスビームと同様に、非軸対称ビームの有効スポットサイズｗｏ，ｅｆｆは、非軸対称ビームに対して、強度が最大強度の１／ｅ２に減少する、最大強度（ｒ＝０）の半径方向位置からの任意の方向の最短半径方向距離として定義できる。さらに、軸対称ビームの場合、ｗｏ，ｅｆｆは、強度が最大強度の１／ｅ２に減少する最大強度（ｒ＝０）の半径方向位置からの半径方向距離である。非軸対称ビームの有効スポットサイズｗｏ，ｅｆｆまたは軸対称ビームのスポットサイズｗｏに基づくレイリー範囲の基準は、次の非軸対称ビームの式（３１）または軸対称ビームの式（３２）を使用して、損傷領域を形成するための非回折ビームまたは準非回折ビームとして、
【0190】
【数31】
【0191】
【数32】
【0192】
のように特定でき、式中、ＦＤは、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０～２０００の範囲、５０～１５００の範囲、１００～１０００の範囲の値を有する無次元発散係数である。式（３１）を式（２２）または式（２３）と比較すると、非回折または準非回折ビームの場合、有効ビームサイズが２倍になる式（３１）のＺＲｘ，ｍｉｎ，ＺＲｙ，ｍｉｎの小さい方の距離は、典型的なガウスビームプロファイルを使用した場合に予想される距離のＦＤ倍であることがわかる。無次元発散係数ＦＤにより、レーザビームが準非回折であるかどうかを判別するための基準が提供される。本明細書で使用されるように、レーザビームの特性が、ＦＤ≧１０の値で式（３１）または式（３２）を満たす場合、レーザビーム１１２は準非回折であると見なされる。ＦＤの値が増大するにつれて、レーザビーム１１２は、より完全に近い非回折状態に近づく。さらに、式（３２）は式（３１）を単純化したものに過ぎないため、式（３１）は軸対称および非軸対称パルスレーザビーム１１２の両方について無次元発散係数ＦＤを数学的に記述していることを理解すべきである。
【0193】
ここで図２を参照すると、１つ以上の実施形態による、非球面光学要素１２０（例えば、アキシコン１２２）を使用して、準非回折のレーザビーム１１２を生成し、透明ワークピース１６０にレーザビーム焦点線１１３を形成するための光学アセンブリ１００を示している。光学アセンブリ１００は、レーザビーム１１２を出力するビーム源１１０、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２を含む。ビーム源１１０は、レーザビーム１１２、例えば、パルスレーザビームまたは連続波レーザビームを出力するように構成された既知または未開発の任意のビーム源１１０を含みうる。幾つかの実施形態では、ビーム源１１０は、例えば、１０６４ｎｍ、１０３０ｎｍ、５３２ｎｍ、５３０ｎｍ、３５５ｎｍ、３４３ｎｍ、もしくは２６６ｎｍ、または２１５ｎｍの波長を含むレーザビーム１１２を出力することができる。さらに、透明ワークピース１６０に欠陥１７２を形成するために使用されるレーザビーム１１２は、選択されたパルスレーザ波長に対して透明である材料に良好に適しうる。
【0194】
さらに、透明ワークピース１６０は、例えば、非球面光学要素１２０を通過し、その後、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２の両方を通過した後、ビーム源１１０によって出力されたレーザビーム１１２が透明ワークピース１６０を照射するように、位置決めすることができる。光軸１０２は、ビーム源１１０と透明ワークピース１６０との間に（図２に示されている実施形態ではＺ軸に沿って）延在し、ビーム源１１０がレーザビーム１１２を出力する際、レーザビーム１１２のビーム経路１１１は、光軸１０２に沿って延在する。
【0195】
欠陥１７２を形成するための適切なレーザ波長は、透明ワークピース１６０による線形吸収および散乱の複合損失が十分に低い波長である。実施形態では、当該波長での透明ワークピース１６０による線形吸収および散乱による複合損失は、２０％／ｍｍ未満、または１５％／ｍｍ未満、または１０％／ｍｍ未満、または５％／ｍｍ未満、または１％／ｍｍ未満である。ここで、「／ｍｍ」なる寸法は、レーザビーム１１２のビーム伝搬方向（例えば、Ｚ方向）における透明ワークピース１６０内の距離１ミリメートルあたりを意味する。多くのガラスワークピースに対応する代表的な波長として、Ｎｄ３＋の基本波長および高調波波長（例えば、１０６４ｎｍ付近の基本波長ならびに５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、および２６６ｎｍ付近の高次高調波波長を有するＮｄ３＋：ＹＡＧまたはＮｄ３＋：ＹＶＯ４）が挙げられる。他の紫外、可視、および赤外部分のスペクトルの波長のうち、所与の基材材料の線形吸収および散乱損失の要件を組み合わせて満たすものも使用できる。
【0196】
動作中、ビーム源１１０によって出力されたレーザビーム１１２により、透明ワークピース１６０に多光子吸収（ＭＰＡ）を生成することができる。ＭＰＡでは、同一または異なる周波数の２つ以上の光子が同時に吸収され、分子は、ある状態（通常は基底状態）からより高いエネルギの電子状態（つまり、イオン化）に励起される。分子の下側状態と上側状態との間のエネルギ差は、関与する光子のエネルギの合計に等しくなる。誘導吸収とも称されるＭＰＡは、例えば、線形吸収よりも数桁弱い２次または３次（またはそれ以上の次数）のプロセスでありうる。線形吸収と異なる点は、２次誘導吸収の強さが例えば光強度の２乗に比例する場合があり、非線形光学プロセスであることである。
【0197】
輪郭１７０（図１Ａおよび図１Ｂ）を作製する穿孔ステップでは、非球面光学要素１２０、第１のレンズ１３０、および第２のレンズ１３２と組み合わせて、ビーム源１１０（例えば、超短パルスレーザなどのパルスビーム源）を利用し、透明ワークピース１６０を照射して、レーザビーム焦点線１１３を生成することができる。レーザビーム焦点線１１３は、上記で定義したガウスベッセルビームまたはベッセルビームなどの準非回折ビームを含み、透明ワークピース１６０を完全にまたは部分的に穿孔して、透明ワークピース１６０に欠陥１７２を形成することができ、これにより、輪郭１７０が形成されうる。レーザビーム１１２がパルスレーザビームを含む実施形態では、個々のパルスのパルス持続時間は、約１フェムト秒～約２００ピコ秒の範囲、例えば、約１ピコ秒～約１００ピコ秒、５ピコ秒～約２０ピコ秒であり、個々のパルスの繰り返し率は、約１ｋＨｚ～４ＭＨｚの範囲、例えば約１０ｋＨｚ～約３ＭＨｚの範囲、または約１０ｋＨｚ～約６５０ｋＨｚの範囲でありうる。
【0198】
ここで、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、パルスレーザビームを含む実施形態では、パルスは、２つのサブパルス３００Ａ以上のパルスバースト３００で生成することができる（例えば、パルスバーストあたり３個のサブパルス、４個のサブパルス、５個のサブパルス、１０個のサブパルス、１５個のサブパルス、２０個のサブパルス、またはそれ以上、例えば、パルスバースト３００あたり１～３０個のサブパルス、もしくはパルスバースト３００あたり５～２０個のサブパルスなど）。理論によって制限されることを意図するものではないが、パルスバーストは短くて速いサブパルスのグループであり、単一パルス操作を使用して容易にアクセスできない時間スケールで、材料との光エネルギ相互作用（すなわち、透明なワークピース１６０の材料中のＭＰＡ）を生成する。理論によって制限されることをさらに意図するものではないが、パルスバースト（つまりパルスのグループ）内のエネルギは保存される。一例として、１００μＪ／バーストのエネルギおよび２つのサブパルスを有するパルスバーストの場合、１００μＪ／バーストエネルギは２つのパルスに分割され、サブパルスあたりの平均エネルギは５０μＪになり、１００μＪ／バーストのエネルギおよび１０個のサブパルスを有するパルスバーストの場合、１００μＪ／バーストは１０個のサブパルスに分割され、サブパルスあたりの平均エネルギは１０μＪになる。さらに、パルスバーストのサブパルス間のエネルギ分布は均一である必要はない。実際、幾つかの場合には、パルスバーストのサブパルス間のエネルギ分布は指数関数的減衰の形状であり、パルスバーストの第１のサブパルスは最も多くのエネルギを含み、パルスバーストの第２のサブパルスはわずかに少ないエネルギを含み、パルスバーストの第３のサブパルスはさらに少ないエネルギを含む。しかしながら、個々のパルスバースト内の他のエネルギ分布も可能であり、各サブパルスの正確なエネルギは、透明なワークピース１６０に異なる量の改質をもたらすように調整することができる。
【0199】
理論によって制限されることをさらに意図するものではないが、１つ以上の輪郭１７０の欠陥１７２が少なくとも２つのサブパルスを有するパルスバーストで形成される場合、輪郭１７０に沿って透明ワークピース１６０を分離するのに必要な力（すなわち、最大破壊抵抗）は、単一パルスレーザを使用して形成された同一の透明ワークピース１６０内の隣接する欠陥１７２間の同じ間隔を有する輪郭１７０の最大破壊抵抗と比較して減少する。例えば、単一のパルスを使用して形成された輪郭１７０の最大破壊抵抗は、２つ以上のサブパルスを有するパルスバーストを使用して形成された輪郭１７０の最大破壊抵抗よりも少なくとも２倍大きい。さらに、単一パルスを使用して形成された輪郭１７０と２つのサブパルスを有するパルスバーストを使用して形成された輪郭１７０との間の最大破壊抵抗の差は、２個のサブパルスを有するパルスバーストと３個のサブパルスを有するパルスバーストとを使用して形成された輪郭１７０との間の最大破壊抵抗の差よりも大きい。このように、パルスバーストを使用して、単一パルスレーザを使用して形成された輪郭１７０よりも容易に分離する輪郭１７０を形成することができる。
【0200】
さらに図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、パルスバースト３００内のサブパルス３００Ａは、約１ナノ秒～約５０ナノ秒の範囲、例えば、約１０ナノ秒～約３０ナノ秒、例えば、約２０ナノ秒の範囲の持続時間によって分離されていてよい。他の実施形態では、パルスバースト３００内のサブパルス３００Ａは、最大１００ピコ秒の持続時間（例えば、０．１ピコ秒、５ピコ秒、１０ピコ秒、１５ピコ秒、１８ピコ秒、２０ピコ秒、２２ピコ秒、２５ピコ秒、３０ピコ秒、５０ピコ秒、７５ピコ秒、またはこれらの間の任意の範囲）で分離されていてもよい。所与のレーザの場合、パルスバースト３００内の隣接するサブパルス３００Ａ間の時間分離Ｔｐ（図３Ｂ）は、比較的均一（例えば、互いに約１０％以内）であってもよい。例えば、幾つかの実施形態では、パルスバースト３００内の各サブパルスは、後続のサブパルスから約２０ナノ秒（５０ＭＨｚ）だけ時間的に分離されている。さらに、各パルスバースト３００間の時間は、約０．２５マイクロ秒～約１０００マイクロ秒、例えば、約１マイクロ秒～約１０マイクロ秒、または約３マイクロ秒～約８マイクロ秒であってもよい。
【0201】
本明細書に記載のビーム源１１０の例示的な実施形態の幾つかでは、時間分離Ｔｂ（図３Ｂ）は、約２００ｋＨｚのバースト繰り返し率を含むレーザビーム１１２を出力するビーム源１１０の場合、約５マイクロ秒である。レーザバーストの繰り返し率は、バーストの最初のパルスから次のバーストの最初のパルスまでの時間Ｔｂに関連している（レーザバーストの繰り返し率＝１／Ｔｂ）。幾つかの実施形態では、レーザバースト繰り返し率は、約１ｋＨｚ～約４ＭＨｚの範囲であってもよい。実施形態では、レーザバースト繰り返し率は、例えば、約１０ｋＨｚ～６５０ｋＨｚの範囲であってもよい。各バーストの最初のパルスから次のバーストの最初のパルスまでの時間Ｔｂは、約０．２５マイクロ秒（バースト繰り返し率４ＭＨｚ）～約１０００マイクロ秒（バースト繰り返し率１ｋＨｚ）、例えば、約０．５マイクロ秒（バースト繰り返し率２ＭＨｚ）～約４０マイクロ秒（バースト繰り返し率２５ｋＨｚ）、または約２マイクロ秒（バースト繰り返し率５００ｋＨｚ）～約２０マイクロ秒（バースト繰り返し率５０ｋＨｚ）であってもよい。正確なタイミング、パルス持続時間、およびバースト繰り返し率は、レーザの設計によって異なりうるが、幾つかの実施形態では、高強度の短いパルス（Ｔｄ＜２０ピコ秒、幾つかの実施形態ではＴｄ≦１５ピコ秒）が特に良好に機能することが示されている。
【0202】
バースト繰り返し率は、約１ｋＨｚ～約２００ｋＨｚなど、約１ｋＨｚ～約２ＭＨｚの範囲であってもよい。パルスバースト３００のバーストまたは生成は、サブパルス３００Ａの放出が均一で安定した流れではなく、パルスバースト３００の密集したクラスタ内で行われるタイプのレーザ動作である。パルスバーストレーザビームは、透明ワークピース１６０の材料がその波長で実質的に透明になるように、操作される透明ワークピース１６０の材料に基づいて選択された波長を有しうる。材料で測定したバーストあたりの平均レーザ出力は、材料の厚さ１ｍｍあたり少なくとも約４０μＪでありうる。例えば、実施形態では、バーストあたりの平均レーザ出力は、約４０μＪ／ｍｍ～約２５００μＪ／ｍｍ、または約５００μＪ／ｍｍ～約２２５０μＪ／ｍｍであってもよい。特定の例では、厚さ０．５ｍｍ～０．７ｍｍのＣｏｒｎｉｎｇ ＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）透明ワークピースの場合、約３００μＪ～約６００μＪのパルスバーストにより、ワークピースを切断および／または分離することができ、これは、約４２８μＪ／ｍｍ～約１２００μＪ／ｍｍの例示的な範囲に対応する（つまり、０．７ｍｍのＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）ガラスの場合は３００μＪ／０．７ｍｍ、０．５ｍｍのＥＡＧＬＥ ＸＧ（登録商標）の場合は６００μＪ／０．５ｍｍ）。
【0203】
透明ワークピース１６０を改質するために必要なエネルギは、パルスエネルギであり、これはパルスバーストエネルギ（すなわち、各パルスバースト３００が一連のサブパルス３００Ａを含むパルスバースト３００内に含まれるエネルギ）の観点から、または単一のレーザパルス（その多くはバーストを含みうる）に含まれるエネルギの観点から説明することができる。パルスエネルギ（例えば、パルスバーストエネルギ）は、約２５μＪ～約７５０μＪ、例えば、約５０μＪ～約５００μＪ、または約５０μＪ～約２５０μＪであってよい。幾つかのガラス組成物について、パルスエネルギ（例えば、パルスバーストエネルギ）は、約１００μＪ～約２５０μＪであってもよい。しかしながら、ディスプレイまたはＴＦＴガラス組成物の場合、パルスエネルギ（例えば、パルスバーストエネルギ）はより高くなりうる（例えば、透明なワークピース１６０の特定のガラス組成に応じて、約３００μＪ～約５００μＪ、または約４００μＪ～約６００μＪ）。
【0204】
理論によって制限されることを意図するものではないが、パルスバーストを生成しうるパルスレーザビームを含むレーザビーム１１２を使用することは、透明材料、例えばガラス（例えば、透明ワークピース１６０）を切断または改質するのに有利である。単一パルスレーザの繰り返し率によって時間的に離間して配置された単一パルスの使用とは対照的に、バースト内のパルスの高速シーケンス全体にパルスエネルギを拡散するバーストシーケンスの使用により、単一パルスレーザでは不可能な、より大きなタイムスケールでの高強度の物質との相互作用が可能になる。パルスバーストを使用すると、（単一パルス動作とは対照的に）欠陥１７２のサイズ（例えば、断面サイズ）が増大し、これは、１つ以上の輪郭１７０に沿って透明なワークピース１６０を分離する際に隣接する欠陥１７２との接続を容易にし、これにより、意図しないクラックの形成が最小限に抑えられる。さらに、パルスバーストを使用して欠陥１７２を形成すると、各欠陥から透明なワークピース１６０のバルク材料へと外向きに延在するクラックの配向のランダム性が高まり、欠陥１７２から外向きに延在する個々のクラックが、欠陥１７２の分離が輪郭１７０に沿うように輪郭１７０の分離に影響を与えたり、別様で偏ったりすることがなく、意図しないクラックの形成を最小限に抑えることができる。
【0205】
再び図２を参照すると、非球面光学要素１２０は、ビーム源１１０と透明ワークピース１６０との間のビーム経路１１１内に位置決めされる。上述のように、動作中、非球面光学要素１２０を介してレーザビーム１１２、例えば入射ガウスビームを伝搬させることで、非球面光学要素１２０を越えて伝搬するレーザビーム１１２の部分が準非回折となるように、レーザビーム１１２を変化させることができる。非球面光学要素１２０は、非球面形状を含む任意の光学要素を含みうる。幾つかの実施形態では、非球面光学要素１２０は、アキシコンレンズ、例えば、負屈折アキシコンレンズ、正屈折アキシコンレンズ、反射アキシコンレンズ、回折アキシコンレンズ、プログラム可能な空間光変調器アキシコンレンズ（例えば、位相アキシコン）などの円錐波面生成光学要素を含んでいてよい。
【0206】
幾つかの実施形態では、非球面光学要素１２０は、その形状が数学的にｚ’＝（ｃｒ２／１）＋（１－（１＋ｋ）（ｃ２ｒ２））１／２＋（ａ１ｒ＋ａ２ｒ２＋ａ３ｒ３＋ａ４ｒ４＋ａ５ｒ５＋ａ６ｒ６＋ａ７ｒ７＋ａ８ｒ８＋ａ９ｒ９＋ａ１０ｒ１０＋ａ１１ｒ１１＋ａ１２ｒ１２）と記述される少なくとも１つの非球面を含む。ここで、ｚ’は非球面の表面たるみであり、ｒは非球面と光軸１０２との間の半径方向（例えば、Ｘ方向またはＹ方向）の距離であり、ｃは非球面の表面曲率（つまり、ｃｉ＝１／Ｒｉ、ここでＲは非球面の表面半径）であり、ｋは円錐定数であり、係数ａｉは、非球面を表す１次から１２次の非球面係数または高次の非球面係数（多項式非球面）である。一例の実施形態では、非球面光学要素１２０の少なくとも１つの非球面は、それぞれ、－０．０８５２７４７８８、０．０６５７４８８４５、０．０７７５７４９９５、－０．０５４１４８６３６、０．０２２０７７０２１、－０．００５４９８７４７２、０．０００６６８２９５５である係数ａ１～ａ７を含み、非球面係数ａ８～ａ１２は０である。この実施形態では、少なくとも１つの非球面は円錐定数ｋ＝０を有する。ただし、ａ１係数の値が非ゼロであるため、これは、値が非ゼロの円錐定数ｋを有することと同じである。したがって、等価表面は、非ゼロである円錐定数ｋ、非ゼロである係数ａ１、または非ゼロｋのおよび非ゼロ係数のａ１の組み合わせを特定することによって記述できる。さらに、幾つかの実施形態では、少なくとも１つの非球面は、非ゼロの値（すなわち、ａ２，ａ３…，ａ１２≠０のうちの少なくとも１つ）を有する少なくとも１つの高次非球面係数ａ２～ａ１２によって記述または定義される。一例の実施形態では、非球面光学要素１２０には、非ゼロである係数ａ３を含む、立方体形状の光学要素などの３次非球面光学要素が含まれる。
【0207】
幾つかの実施形態では、非球面光学要素１２０が（図２に示されるように）アキシコン１２２を含む場合、アキシコン１２２は、約１．２°、例えば、約０．５°～約５°、または約１°～約１．５°、さらには約０．５°～約２０°の角度を有するレーザ出力面１２６（例えば、円錐面）を有することができ、当該角度は、レーザビーム１１２がアキシコン１２２に入るレーザ入力表面１２４（例えば、平坦な表面）に対して測定された角度である。さらに、レーザ出力面１２６は、円錐形の先端で終端する。さらに、非球面光学要素１２０は、レーザ入力面１２４からレーザ出力面１２６まで延在し、円錐形の先端で終端する中心線軸１２５を含む。他の実施形態では、非球面光学要素１２０は、ワキシコン、空間光変調器などの空間位相変調器、または回折光学格子を含んでもよい。動作中、非球面光学要素１２０は、入射レーザビーム１１２（例えば、入射ガウスビーム）を準非回折ビームに成形し、その後、当該準非回折ビームは、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２を通して配向される。
【0208】
さらに図２を参照すると、第１のレンズ１３０は、第２のレンズ１３２の上流に位置決めされており、第１のレンズ１３０と第２のレンズ１３２との間のコリメーション空間１３４内でレーザビーム１１２をコリメートすることができる。さらに、第２のレンズ１３２は、レーザビーム１１２を透明ワークピース１６０に集束させることができ、透明ワークピース１６０は、撮像面１０４に位置決めすることができる。幾つかの実施形態では、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２はそれぞれ、平凸レンズを含む。第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２がそれぞれ平凸レンズを含む場合、第１のレンズ１３０および第２のレンズ１３２の曲率は、それぞれコリメーション空間１３４側を向いていてもよい。他の実施形態では、第１のレンズ１３０は、他のコリメートレンズを含むことができ、第２のレンズ１３２は、メニスカスレンズ、非球面、または別のより高次の補正された集束レンズを含むことができる。
【0209】
現在のワークピースをレーザ加工するための方法は、ワークピースに単純な円柱形の欠陥を形成することに限定されている。また、既存の構成要素（電気トレースなど）を使用してワークピースをレーザ加工すると、構成要素が偶発的にレーザに露光し、デバイスに欠陥が生じる可能性がある。自由形状の焦点線を生成する利点は、ワークピースにカスタムの欠陥形状を選択的に形成できることである。また、これにより、より高速な製造が可能となり、かつ／または透明な物品の製造コストを削減することができる。本明細書で論じられる幾つかの実施形態では、自由形状を有する準非回折ビームの焦点線を生成するための光学アセンブリおよび方法が提示される。本明細書で論じられる他の実施形態では、光学アセンブリおよび方法を使用して製造された基材物品が提示される。
【0210】
図４は、１つ以上の実施形態による、レーザビームを生成するための光学アセンブリ４００を示している。別段明示しない限り、以下の図４の構造の説明は、図２で使用されたものと同じ構造要素の一部、特に同じ番号を共有する要素を使用している。図４を参照すると、説明を容易にし、明確にするために、ワークピースおよび並進テーブルに関連する要素は示されていない。図２について説明した構造要素に加えて、幾つかの実施形態では、光学アセンブリ４００は、位相マスク４０２、空間光変調器４０４、および望遠鏡セクション４０６を含む。図４は、空間光変調器４０４の３つの可能な位置を示しており、これについて以下に説明する。望遠鏡セクション４０６は、第１のレンズ１３０、第２のレンズ１３２、コリメーション空間１３４を含み、本実施形態では、空間光変調器４０４を含む。幾つかの実施形態では、位相マスク４０２または空間光変調器４０４のいずれかが、光学アセンブリ４００から省略可能である。
【0211】
幾つかの実施形態では、位相マスク４０２は、非球面光学要素１２０の上流に配置されている。空間光変調器４０４は、第１のレンズ１３０の下流および第２のレンズ１３２の上流に配置されている。別の実施形態では、位相マスク４０２および空間光変調器４０４は、例えば所与のレーザ設計の構造的制約のために、異なる位置に配置される。したがって、例えば、空間光変調器４０４は、所望により、第１のレンズ１３０の上流または第２のレンズ１３２の下流に配置することができる。
【0212】
当業者は、位相マスク４０２および空間光変調器４０４について他の配置が可能であることを理解するであろう。例えば、幾つかの実施形態では、位相マスク４０２は、光軸１０２上に実質的に一致した光学中心（図示せず）を有する。位相マスク４０２は、位相マスク４０２の光学中心を光軸１０２に対して中心からずらすように、光軸１０２に対して垂直に移動させることができる。幾つかの実施形態では、位相マスク４０２は、非球面光学要素１２０の上流に配置されている。空間光変調器４０４は、第１のレンズ１３０の下流および第２のレンズ１３２の上流に配置されている。幾つかの実施形態では、位相マスク４０２および空間光変調器４０４は、例えば、所与のレーザ設計の構造的制約のために、異なる位置に配置される。したがって、例えば、空間光変調器４０４は、所望により、第１のレンズ１３０の上流または第２のレンズ１３２の下流に配置することができる。当業者は、位相マスク４０２および空間光変調器４０４について他の配置が可能であることを理解するであろう。幾つかの実施形態では、位相マスク４０２は、光軸１０２上に実質的に一致した光学中心（図示せず）を有する。位相マスク４０２は、位相マスク４０２の光学中心を光軸１０２に対して中心からずらすように、光軸１０２に対して垂直に移動させることができる。
【0213】
空間光変調器４０４は、その機能により、レーザビーム１１２の一部を調整し、選択的に遮断させるため、調整可能な遮断要素と称されることもある。幾つかの実施形態では、空間光変調器４０４は液晶要素である。液晶要素は、調整可能なピクセルのグリッドを含む。各ピクセルは、電気入力に応答してレーザビーム１１２の一部の送信を遮断または許可するようにプログラムすることができる。
【0214】
他の実施形態では、空間光変調器４０４は、レーザビーム１１２を遮断または送信する非透過性部分および透過性部分の固定パターンを有する本体である。空間光変調器４０４は、空間光変調器４０４を透過するレーザビーム１１２の空間分布を調整するように、並進および／または回転させることができる。固定された透過性／遮断パターンを有する調整可能な遮断要素の例は、米国特許出願公開第２０１８／００９３９１４号明細書に記載されており、その開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【0215】
幾つかの準非回折レーザシステムでは、レーザビーム焦点線（例えば、レーザビーム焦点線１１３）は円柱として成形される。当該円柱は、半径ｗｏおよび長さＺＲ（例えば、レイリー長）の円形断面を有する。幾つかの実施形態では、レーザシステムは、（楕円形または非対称の断面を有する）楕円柱に成形されたレーザビーム焦点線を生成することができる。非軸対称断面は、遮断要素を使用して、焦点線（例えば、レーザビーム焦点線１１３）の上流のレーザ（例えば、レーザビーム１１２）を遮断することによって実現することができる。遮断要素の幾つかの例は、米国特許出願公開第２０１８／００９３９１４号明細書に記載されている。本明細書に開示されている実施形態は、自由形状、すなわち、単一の円柱または単一の楕円柱とは異なる体積を有するレーザビーム焦点線１１３を生成しうるレーザシステムおよび方法を提供する。例えば、自由形状として、砂時計形状、楕円形の断面を有する砂時計形状、逆砂時計形状、楕円形断面の逆砂時計形状、円錐、楕円形断面の円錐、または楕円形断面および円形断面の組み合わせが挙げられる。かかるレーザビーム焦点線１１３は自由形状を有するので、レーザビーム焦点線１１３はまた、自由形状エネルギ分布を有するとも称されうる。レーザエネルギの体積である自由形状エネルギ分布の境界は、レーザ強度によって画定されることが理解されよう。特に、自由形状エネルギ分布とは、透明な材料においてレーザ吸収が誘導（例えば、多光子吸収）される閾値を超えるレーザ強度を含む体積である。各材料は、レーザ波長の関数として固有の閾値強度を有しうるので、当業者は、閾値強度が透明材料に依存することを理解するであろう。
【0216】
幾つかの実施形態では、レーザビーム焦点線１１３の変更は、位相マスク４０２および／または空間光変調器４０４の調整によって実現される。位相マスク４０２により、例えば、レーザビーム１１２の選択された断面部分の位相を遅延させる。異なる位相を有するレーザビーム１１２の異なる部分が再結合してレーザビーム焦点線１１３を形成する際に、位相マスク４０２によって導入される位相調整により、レーザビーム焦点線１１３に沿って建設的および／または破壊的な干渉の領域が生成される。建設的および／または破壊的な干渉の場所を制御することにより、自由形状エネルギ分布を有するレーザビーム焦点線１１３の生成が可能になる。空間光変調器４０４は、光がどのように到達してレーザビーム焦点線１１３を形成するかを制御する同様の機能を有し、空間光変調器４０４は、位相を制御する代わりに、レーザビーム１１２の選択された断面部分を遮断または送信させる。位相マスク４０２および空間光変調器４０４のいずれかまたは両方を使用して、レーザビーム焦点線１１３の自由形状を実現することができる。
【0217】
図５は、１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布５００を示している。幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布５００は、楕円柱部分５０２および円柱部分５０４を含む。楕円柱部分５０２は、長軸５０６と、光軸５１０に沿った長手方向軸線５０８とを有する楕円形断面を含む。円柱部分５０４は、光軸５１０に沿った長手方向軸線５１２を含む。明確化のために、自由形状エネルギ分布５００は、楕円柱部分５０２と円柱部分５０４との間に鋭いコントラストを有するものとして示されている。しかしながら、楕円柱部分５０２と円柱部分５０４との間に段階的な移行部が存在しうることも理解されよう。段階的な移行部は、例えば、自由形状エネルギ分布５００を生成するレーザシステムの光学的制限に起因して存在しうる。
【0218】
幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布５００は、楕円柱部分５０２が円柱部分５０４の上流に配置されるように配向されている。他の実施形態では、反対の配向が生じ、楕円柱部分５０２が円柱部分５０４の下流に存在する。これらの配向の選択は、代替のタイプの非球面光学要素１２０（例えば、アキシコン）を使用することによって実現される。例えば、一般的なアキシコンは、平坦面を有し、平坦面の反対側には、突出した（凸状の）円錐断面を有する。別の実施形態では、代わりに、逆アキシコン、または中空のアキシコンを使用することができる。逆アキシコンは、平坦な側面および窪んだ（凹状の）円錐部分を有するものである。アキシコンおよび逆アキシコンを切り替えることにより、上流／下流の円柱部分（例えば、楕円形または円形）が制御される。
【0219】
図６は、１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布６００を示している。幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布６００は、砂時計形状６０２を含む。砂時計形状６０２は、光軸６０６に沿った長手方向軸線６０４を含む。砂時計形状６０２は、長手方向軸線６０４に沿ってサイズが変化し、より広い部分が隣接するウエスト６０８を有する円形断面を含む。明確化のために、自由形状エネルギ分布６００は、上部および下部の境界に急峻なカットオフを有するものとして示されている。上部と下部との境界は段階的に変化しうる可能性もあることが理解されよう。段階的な移行部は、例えば、自由形状エネルギ分布６００を生成するレーザシステムの光学的制限に起因して存在しうる。
【0220】
図７は、１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布７００を示している。幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布７００は、砂時計形状７０２を含む。砂時計形状７０２は、光軸７０６に沿った長手方向軸線７０４を含む。砂時計形状７０２は、長軸７０８を有する楕円形断面を含み、長手方向軸線７０４に沿ってサイズがスケーリングされている。砂時計形状７０２はウエストを有し、当該ウエストはより広い部分に隣接している。明確化のために、自由形状エネルギ分布７００は、上部および下部の境界に急峻なカットオフを有するものとして示されている。上部と下部との境界は段階的に変化しうる可能性があることも理解されよう。段階的な移行部は、例えば、自由形状エネルギ分布７００を生成するレーザシステムの光学的制限に起因して存在しうる。
【0221】
図８は、１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布８００を示している。幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布８００は、逆砂時計形状（例えば、花瓶形状またはダイアモンド形状）８０２を含む。逆砂時計形状８０２は、光軸８０６に沿った長手方向軸線８０４を含む。逆砂時計形状８０２は、長軸８０８を有する楕円形断面を含み、これは、長手方向軸線８０４に沿ってサイズがスケーリングされている。当業者は、図６および図７に示される砂時計の実施形態について示したように、円形断面も可能であることを理解するであろう。逆砂時計形状８０２は、広い中央部分を有し、当該部分は、より狭い部分に隣接している。図５～図８に示される自由形状エネルギ分布は、例えば、位相マスクおよび／または空間光変調器（例えば、図４の位相マスク４０２および／または空間光変調器４０４）の調整によって実現される。
【0222】
本明細書に記載のレーザシステムおよび方法を使用して、透明材料内に欠陥を形成することができる。例えば、図１Ａを参照して、欠陥１７２は、輪郭線１６５に沿って透明ワークピース１６０を切断または分割するという文脈で説明された。この用途および他の用途では、円柱とは異なる形状の欠陥を形成することが有利な場合がある。本明細書に記載のレーザシステムおよび方法の実施形態を使用して、隠れた分離特徴部を形成することができる。隠れた分離特徴部には、所望のクラック伝播を促進し、ワークピース内に完全に留まる（すなわち、欠陥が透明ワークピースの表面に到達しない）特定の形状の欠陥が含まれる。自由形状の欠陥を形成するために、基材上の領域が自由形状エネルギ分布に露光される。自由形状エネルギ分布は、自由形状エネルギ分布と同じ場所にあるワークピースの領域にＭＰＡを誘起するのに十分なエネルギを有している。
【0223】
図９は、１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布、例えば自由形状エネルギ分布５００（図５）の断面のレーザエネルギ密度のグラフを示している。レーザエネルギ密度はバイナリ値で表され、値１は、ＭＰＡを生じる閾値を超えるレーザエネルギ密度に対応し、値０は、ＭＰＡを誘起するには不十分なレーザエネルギに対応している。ｚ軸は、レーザ伝搬の方向に対応する（例えば、図５の光軸５１０）。ｙ軸は、長軸５０６の方向に沿っている（図５）。ｘ軸は、長軸５０６に対して垂直な短軸に対応する（図５）。図９のグラフは、自由形状エネルギ分布５００（図５）の断面のレーザ強度を示しており、ｙ＝０で定義された平面上に断面がある。図１０は、１つ以上の実施形態による自由形状エネルギ分布５００（図５）の別の断面のレーザエネルギ密度のグラフを示している。図１０のグラフは、ｘ＝０で定義された平面上にある自由形状エネルギ分布５００の断面に対応している。当業者は、自由形状エネルギ分布６００（図６）、自由形状エネルギ分布７００（図７）、および自由形状エネルギ分布８００（図８）が、対応するレーザエネルギ密度のグラフ表示を有することを理解するであろう。
【0224】
レーザ加工の方法
ワークピースをレーザ加工するための方法では、本明細書に開示されるレーザシステム、例えば、光学アセンブリ４００が使用される。幾つかの実施形態では、本方法は、放射ビームを生成し、対象物の中または対象物の上に欠陥を形成することを含む。放射ビームは、準非回折ビームと自由形状エネルギ分布を有する焦点体積とを含む。欠陥を形成するステップは、ビームを対象物に配向すること、および焦点体積を部分的または完全に対象物内に位置決めすることを含む。ビームを生成するステップは、断面の上流の放射ビームを部分的に遮断すること、および／または断面の上流の放射ビームの位相を空間変調することを含む。
ワークピースをレーザ加工するための方法では、本明細書に開示されるレーザシステム、例えば、光学アセンブリ４００が使用される。幾つかの実施形態では、本方法は、放射ビームを生成し、対象物の中または対象物の上に欠陥を形成することを含む。放射ビームは、準非回折ビームと自由形状エネルギ分布を有する焦点体積とを含む。欠陥を形成するステップは、ビームを対象物に配向すること、および焦点体積を部分的または完全に対象物内に位置決めすることを含む。ビームを生成するステップは、断面の上流の放射ビームを部分的に遮断すること、および／または断面の上流の放射ビームの位相を空間変調することを含む。
【0225】
幾つかの実施形態では、放射ビームを部分的に遮断するステップは、調整可能な遮断要素（例えば、図４の空間光変調器４０４）を使用して実行される。放射ビームを部分的に遮断するステップは、放射ビームの一部を選択的に遮断するように調整可能な遮断要素を調整することを含む。これにより、放射ビームの光軸に対する自由形状エネルギ分布の軸対称性を調整できる。放射ビームの位相を変調するステップは、位相マスク（例えば、図４の位相マスク４０２）を使用して実行される。放射ビームを空間変調するステップは、位相マスクの光学中心を光軸から離れるように移動させることを含む。これにより、自由形状エネルギ分布の幾何学形状を調整できる。自由形状エネルギ分布は、焦点体積と同じ場所にある対象物の領域で少なくともＭＰＡを誘起するのに十分なエネルギを有している。その結果、誘起されたＭＰＡにより、自由形状エネルギ分布に実質的に類似した形状を含む欠陥が生成される。
【0226】
幾つかの実施形態では、準非回折ビームには、波長λ、スポットサイズｗｏ、および断面が含まれる。断面は、
【0227】
より大きいレイリー範囲ＺＲを含み、ここで、ＦＤは、約１０より大きい値を有する無次元発散係数である。
【0228】
幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布は、第１の断面と、第１の断面に対して平行な第２の断面とを含む。第１の断面は第２の断面とは幾何学的に異なる。換言すると、第１および第２の断面は、第１または第２の断面のいずれかをスケーリングしても第１および第２の断面を同一にすることができないように成形されている。例えば、幾つかの実施形態では、自由形状エネルギは別個の円柱部分および楕円柱部分（例えば、図５の自由形状エネルギ分布５００）に分かれている。円柱および楕円柱はそれぞれ、光軸に沿った長手方向軸線を有している。
【0229】
幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布には、光軸に沿った長手方向軸線を有する砂時計形状が含まれる。砂時計形状は、円形断面（例えば、図６の自由形状エネルギ分布６００）または楕円形断面（例えば、図７の自由形状エネルギ分布７００）を有しうる。幾つかの実施形態では、自由形状エネルギ分布には、光軸に沿った長手方向軸線を有する逆砂時計形状（例えば、図８の自由形状エネルギ分布８００）が含まれる。逆砂時計形状は、円形断面または楕円形断面を有しうる。
【0230】
幾つかの実施形態では、放射は、約２５０ｎｍ～２．０μｍの範囲の波長を含む。幾つかの実施形態では、形成された欠陥は、損傷特徴部、空洞、またはその両方を含む。欠陥形成の速度は、１分あたり約１０００個の欠陥より大きい。幾つかの実施形態では、欠陥は、単一のレーザパルスを使用して形成されうる。幾つかの実施形態では、欠陥は、ワークピースに対して放射ビームをラスタリングすることなく形成されうる。
【0231】
幾つかの実施形態では、欠陥は、損傷特徴部、空洞、またはその両方を含む。幾つかの実施形態では、対象物は透明基材を含む。
【0232】
レーザ加工物品
幾つかの実施形態では、本明細書に開示される方法により、既知の方法では製造が困難な、あるいは不可能な透明なレーザ加工物品を製造することができる。また、本方法により、より高速な製造が可能となり、かつ／または透明な物品の製造コストを削減することができる。透明物品は、例えば、より精密なクラック伝播特徴部または隠れた（例えば、潜在的／遅発性の）クラック伝播特徴部を有する基材上の電子デバイス、カスタム形状のレセプタクルを備えた医療用ウェルプレート、絶縁破壊が高く、気密シールが改良された回路基板など、様々な用途に合わせて調整することができる。
幾つかの実施形態では、本明細書に開示される方法により、既知の方法では製造が困難な、あるいは不可能な透明なレーザ加工物品を製造することができる。また、本方法により、より高速な製造が可能となり、かつ／または透明な物品の製造コストを削減することができる。透明物品は、例えば、より精密なクラック伝播特徴部または隠れた（例えば、潜在的／遅発性の）クラック伝播特徴部を有する基材上の電子デバイス、カスタム形状のレセプタクルを備えた医療用ウェルプレート、絶縁破壊が高く、気密シールが改良された回路基板など、様々な用途に合わせて調整することができる。
【0233】
さらなる実施形態を論じる前に、エッチング技術を簡単に説明することが有益である。基材内に形成された欠陥は、（例えば、エッチングによって）くり抜かれるか、または欠陥内に損傷材料として残されうる。基材には、用途に応じて、中空の欠陥を形成するか、または欠陥を固体材料として残すかを選択できるという利点がある。中空の欠陥が望ましいシナリオでは、レーザ露光によって欠陥が形成された後、基材がエッチングされる。例えば、基材は液体エッチャントに浸漬される。エッチャントは所与の速度で基材を溶解することができるが、欠陥領域と接触しているエッチャントは、欠陥のない材料よりも速い速度で欠陥材料を溶解する。この現象は、選択的エッチングと称される。理論に拘束されることを望むものではないが、選択的エッチングは、基材材料のレーザ露光によって誘起された欠陥内の化学結合の破壊によって促進されうる。自由形状エネルギ分布により、基材内のカスタム形状の選択的エッチングが可能になる。
【0234】
図１１は、１つ以上の実施形態による基材１１００の断面を示している。幾つかの実施形態では、基材１１００（例えば、透明ワークピース）は、本体１１０２、第１の表面１１０４、第２の表面１１０６、および複数の欠陥１１０８（例えば、改質領域）を含む。複数の欠陥１１０８は、少なくとも第１の欠陥１１０８ａおよび第２の欠陥１１０８ｂを含む。第１の欠陥１１０８ａおよび第２の欠陥１１０８ｂは、第１の表面１１０４と第２の表面１１０６との間に配置される。特に、第１の欠陥１１０８ａおよび第２の欠陥１１０８ｂは、部分的に（例えば、表面、凹部と交差して）または完全に本体１１０２内に配置される。第１の欠陥１１０８ａおよび第２の欠陥１１０８ｂは、互いに所定の距離だけ離れている。幾つかの実施形態では、第１の欠陥１１０８ａおよび第２の欠陥１１０８ｂは、エッチングされるように構成される。第１の欠陥１１０８ａおよび第２の欠陥１１０８ｂは、基材１１００の損傷材料を含みうる。他の実施形態では、第１の欠陥１１０８ａおよび第２の欠陥１１０８ｂはエッチングされ、そのため、ボイド（例えば、空洞）および／または基材材料の残りの粒子を有する。
【0235】
図１２は、１つ以上の実施形態による基材１２００の断面を示している。幾つかの実施形態では、基材１２００は、本体１２０２、第１の表面１２０４、第２の表面１２０６、および第１の欠陥１２０８を含む。第１の欠陥１２０８は、断面１２１０を含む。基材１２００は、第１の表面１２０４および第２の表面１２０６から略等距離に定められた中間面１２１２を含む。幾つかの実施形態では、基材１２００は、第２の欠陥１２１４を含む。第２の欠陥１２１４は、断面１２１６を含む。基材１２００は、輪郭１２１８（例えば、損傷特徴部または分離特徴部）を含む。
【0236】
幾つかの実施形態では、第１の表面１２０４は、第２の表面１２０６の反対側にある。第１の表面１２０４は、第２の表面１２０６に対して実質的に平行である。第１の欠陥１２０８および第２の欠陥１２１４（例えば、改質領域）は、第１の表面１２０４と第２の表面１２０６との間に配置される。断面１２１０および断面１２１６は、第１の表面１２０４に対して平行である。幾つかの実施形態では、第１の欠陥１２０８および第２の欠陥１２１４には自由形状が含まれる。第１の欠陥１２０８の自由形状には、（例えば、自由形状エネルギ分布８００を使用して形成された）楕円形断面を有する逆砂時計形状が含まれる。断面１２１０は、第１の欠陥１２０８の楕円形断面と称される。すなわち、断面１２１０は、欠陥１２０８の自由形状の境界によって画定される。第２の欠陥１２１４の自由形状には、（例えば、自由形状エネルギ分布８００を使用して形成された）楕円形断面を有する逆砂時計形状が含まれる。断面１２１６は、第２の欠陥１２１４の楕円形断面と称される。すなわち、断面１２１６は、欠陥１２０８の自由形状の境界によって画定されるか、または取り囲まれている。他の実施形態では、断面１２１０および断面１２１６は円形である。
【0237】
第１の欠陥１２０８および第２の欠陥１２１４の逆砂時計形状は、別の方法で説明することができる。例えば、断面１２１０は、略中間面１２１２で示されているが、断面１２１０は、実際には、第１の表面１２０４から任意の距離で描かれてもよい。断面１２１０が中間面１２１２からさらに離れて（例えば、第１の表面１２０４の近傍に）描かれた場合、断面１２１０のサイズは小さくなる。このシナリオでは、断面１２１０のサイズは、第１の表面１２０４から測定され、第１の表面１２０４に対して垂直に測定された断面１２１０の距離の関数としてスケーリングされる「スライド」パラメータと見なすことができる。幾つかの実施形態では、断面１２１０のサイズは、断面１２１０の距離が中間面に近づくにつれて増大する。これは、断面１２１０の距離が第１の表面１２０４から中間面に近づいても、第２の表面１２０６から中間面に近づいても同様であり、逆砂時計形状を表現している。当業者は、（例えば、図２の焦点線１１３によって生成された）円柱状欠陥のシナリオにおいて、断面のサイズが、第１、第２、または中間の表面／平面から任意の距離で実質的に一定のままであることを理解するであろう。
【0238】
幾つかの実施形態では、第１の欠陥１２０８および第２の欠陥１２１４は、輪郭１２１８に沿って整列している。輪郭１２１８は、直線または曲線である。輪郭１２１８はまた、直線部分および曲線部分の両方を有しうる。幾つかの実施形態では、断面１２１０および断面１２１６はそれぞれ長軸を含む。楕円形断面では、特に楕円形断面の長軸の方向で、クラック伝播が好ましい方向に促進される。したがって、断面１２１０および断面１２１６の長軸は、輪郭１２１８に沿って略整列している。
【0239】
図１３は、１つ以上の実施形態による基材１３００の断面を示している。幾つかの実施形態では、基材１３００は、本体１３０２、第１の表面１３０４、第２の表面１３０６、および第１の欠陥１３０８を含む。第１の欠陥１３０８は、断面１３１０を含む。基材１３００は、第１の表面１３０４および第２の表面１３０６から略等距離に定められた中間面１３１２を含む。幾つかの実施形態では、基材１３００は、第２の欠陥１３１４を含む。第２の欠陥１３１４は、断面１３１６を含む。基材１３００は、輪郭１３１８を含む。
【0240】
幾つかの実施形態では、第１の表面１３０４は、第２の表面１３０６の反対側にある。第１の表面１３０４は、第２の表面１３０６に対して実質的に平行である。第１の欠陥１３０８および第２の欠陥１３１４は、第１の表面１３０４と第２の表面１３０６との間に配置される。断面１３１０および断面１３１６は、第１の表面１３０４に対して平行である。幾つかの実施形態では、第１の欠陥１３０８および第２の欠陥１３１４には、自由形状が含まれる。第１の欠陥１３０８の自由形状には、（例えば、自由形状エネルギ分布７００を使用して形成された）楕円形断面を有する砂時計形状が含まれる。断面１３１０は、第１の欠陥１３０８の楕円形断面と称される。すなわち、断面１３１０は、第１の欠陥１３０８の自由形状の境界によって画定される。第１の欠陥１３０８の自由形状には、（例えば、自由形状エネルギ分布７００を使用して形成された）楕円形断面を有する砂時計形状が含まれる。断面１３１６は、第２の欠陥１３１４の楕円形断面と称される。すなわち、断面１３１６は、第２の欠陥１３１４の自由形状の境界によって画定されるか、または取り囲まれている。他の実施形態では、断面１３１０および断面１３１６は円形である。
【0241】
第１の欠陥１３０８および第２の欠陥１３１４の砂時計形状は、別の方法で説明することができる。例えば、断面１３１０は、第１の表面１３０４の近傍に示されているが、断面１３１０は、実際には、第１の表面１３０４から任意の距離で描かれてもよい。断面１３１０が中間面１３１２からさらに離れて描かれる場合、断面１３１０のサイズは増大する。このシナリオでは、断面１３１０のサイズは、第１の表面１３０４から測定され、第１の表面１２０４に対して垂直に測定された断面１３１０の距離の関数としてスケーリングされる「スライド」パラメータと見なすことができる。幾つかの実施形態では、断面１３１０のサイズは、断面１３１０の距離が中間面に近づくにつれて減少する。これは、断面１３１０の距離が第１の表面１３０４から中間面に近づいても、第２の表面１３０６から中間面に近づいても同様であり、砂時計形状を表現している。
【0242】
幾つかの実施形態では、第１の欠陥１３０８および第２の欠陥１３１４は、輪郭１３１８に沿って整列している。輪郭１３１８は、直線または曲線である。輪郭１３１８はまた、直線部分および曲線部分の両方を有しうる。幾つかの実施形態では、断面１３１０および断面１３１６はそれぞれ、長軸を含む。楕円形断面では、特に楕円形断面の長軸の方向で、クラック伝播が好ましい方向に促進される。したがって、断面１３１０および断面１３１６の長軸は、輪郭１３１８に沿って略整列している。
【0243】
さらに、図１２および図１３によって説明される実施形態では、示された砂時計（または逆砂時計）欠陥の代わりに、円錐形の欠陥が含まれてもよい。これは、例えば、自由形状エネルギ分布６００、自由形状エネルギ分布７００、または自由形状エネルギ分布８００を拡張して、自由形状エネルギ分布の砂時計（または逆砂時計）形状の半分のみがワークピースの内側にあり、残りの半分が外側になるようにすることによって実現することができる。したがって、幾つかの実施形態では、円錐を表しており、欠陥の断面のサイズは、断面１３１０の距離が第１の表面から始まって第２の表面に近づくにつれて連続的に増大する。
【0244】
幾つかの実施形態では、図１２および図１３の輪郭は、レーザ加工によって、具体的には、秩序だった欠陥を形成することによって生成される。これらの輪郭の用途は、１つの大きな物品から小さな物品を大量生産することである。例えば、メートルまたはそれ以上のオーダーの寸法を有するガラスの基材がレーザ加工される。次に、基材は、数百または数千の小さな長方形に切断され、これは、例えば、タッチディスプレイ用の画面デジタイザ（例えば、スマートフォンまたはタブレット）になりうる。理想的には、より大型の基材に製造プロセスを適用することが最も効率的で便利である。スクリーンデジタイザの例では、スクリーン上の電子部品を大型基材上に一度に適用してから、小さなデバイスにダイシングすることで、大量生産の時間を大幅に短縮することができる。幾つかの場合には、電子機器の製造プロセスを完了した後に大型基材をレーザ加工すると、電子部品の偶発的なレーザ露光、過度の局所加熱、クリーンな環境の悪化が生じる場合がある。これらは全て、重要な電子機能を損傷し、個々のデバイスを動作不能にする可能性がある。
【0245】
解決策としては、大型基材をレーザ加工してから他の製造ステップを行うことが考えられうる。大型基材は、輪郭の構造的完全性が低下するため、通常、レーザ加工の直後に小さな物品に分離する必要がある。この状態で基材上に製造プロセスが試みられた場合、輪郭の構造的完全性が低下すると、他の製造ステップ中に基材が不用意に分離してしまう可能性がある。そのため、大型基材上での製造は非常に困難であり、一般的には、小型の分離したデバイスが個別に製造されている。
【0246】
輪郭での構造的完全性の低下の１つの理由は、欠陥が基材の表面に「到達する」か、または表面と交差することである（図１の欠陥１７２を参照）。形成された欠陥は、上面から下面へと延在しうる。本開示の実施形態では、遅発性または潜在的な損傷特徴部を形成する隠れた欠陥を可能にする製品および方法が提供される。「隠れた」なる用語は、欠陥が視認できないことを意味しない場合があることが理解されよう。幾つかの実施形態では、「隠れた」なる用語は、欠陥が基材の表面と交差しないかまたは基材の表面にアクセスしないように透明ワークピース内に欠陥を位置決めすることを指しうる。
【0247】
図１２を参照すると、幾つかの実施形態では、第１の欠陥１２０８および第２の欠陥１２１４は、第１の表面１２０４および／または第２の表面１２０６と交差していない。基材１２００は、個別化される製造物品をさらに含む。製造物品は、複数の輪郭によって画定される。複数の輪郭には、輪郭１２１８が含まれる。幾つかの実施形態では、複数の輪郭により、基材が製造物品へと分離される前に単一のより大きな物品として製造プロセスに供されうるように、潜在的な分離特徴部が形成される。図１３に表される実施形態には、これらの特徴部も含まれうる。潜在的な分離特徴部の形成を可能にすることにより、基材は、より大きなワークピースとして他の製造ステップ（例えば、フォトリソグラフィ、エッチングなど）に供することができ、大きなワークピースから分離された小さな物品の大量処理をより速く行うことができる。
【0248】
基材は、液体溶液（例えば、ウェルプレート）に懸濁された物質の光学的測定のために製造されてもよい。図１４は、１つ以上の実施形態による基材１４００の断面を示している。基材１４００は、本体１４０２、第１の表面１４０４、第２の表面１４０６、欠陥１４０８、および開口部１４１０を含む。欠陥１４０８は、（例えば、図５の自由形状エネルギ分布５００によって形成された）楕円柱部分１４０８ａおよび円柱部分１４０８ｂを含む。幾つかの実施形態では、基材１４００は、コーティング１４１２を含む。
【0249】
幾つかの実施形態では、欠陥１４０８の楕円柱部分１４０８ａは、円柱部分１４０８ｂに接続されている。楕円柱部分１４０８ａは、第１の表面１４０４に近接している。開口部１４１０は、楕円柱部分１４０８ａと第１の表面１４０４との間の交差部に配置されている。基材１４００がエッチングされていないウェルプレートとして提供されるシナリオ（例えば、後でエッチングされる）では、開口部１４１０は、後続のエッチングにおいて、楕円柱部分１４０８ａと第１の表面１４０４との間の交差部に形成されることが理解されるべきである。
【0250】
幾つかの実施形態では、コーティング１４１２は、波長に基づいて放射をフィルタリングするように構成された光学フィルタである。光学フィルタは、連続スペクトルに基づいて放射をフィルタリングするように構成された多変量光学要素（例えば、多変量光学フィルタなど）を含む。幾つかの実施形態では、コーティング１４１２は、反射防止コーティングである。幾つかの実施形態では、コーティング１４１２は、衝撃によって引き起こされる損傷から基材１４００を保護するように構成された保護層である。
【0251】
幾つかの実施形態では、欠陥１４０８は、第１の表面１４０４に対して平行な第１および第２の断面を含む。第１および第２の断面は、欠陥１４０８の自由形状の境界によって画定される。第１および第２の断面は、互いに幾何学的に異なっている。
【0252】
図１５は、１つ以上の実施形態による基材１５００の断面を示している。基材１５００は、本体１５０２、第１の表面１５０４、第２の表面１５０６、欠陥１５０８、および開口部１５１０を含む。欠陥１５０８は、（例えば、図５の自由形状エネルギ分布５００によって反転して形成された）楕円柱部分１５０８ａおよび円柱部分１５０８ｂを含む。幾つかの実施形態では、基材１５００は、コーティング１５１２を含む。欠陥１５０８は、基材１５００の破砕粒子１５１４を含む。
【0253】
幾つかの実施形態では、楕円柱部分１５０８ａは、円柱部分１５０８ｂに接続されている。円柱部分１５０８ｂは、第１の表面１５０４に近接している。開口部１５１０は、円柱部分１５０８ｂと第１の表面１５０４との間の交差部に配置されている。基材１５００がエッチングされていないウェルプレートとして提供されるシナリオ（例えば、後でエッチングされる）では、開口部１５１０は、後続のエッチングにおいて、円柱部分１５０８ａと第１の表面１５０４との間の交差部に形成されることが理解されるべきである。
【0254】
コーティング１５１２の構造および機能は、コーティング１４１２（図１４）について説明されたものと同じである。幾つかの実施形態では、破砕粒子１５１４は、欠陥１５０８に配置された液体サンプルの毛細管作用を増強するように構成される。明確化のために幾つかの図には示していないが、破砕粒子１５１４は、他の図（例えば、図１４、図１６および図１７）に表された実施形態において使用されてもよい。
【0255】
幾つかの実施形態では、欠陥１５０８は、第１の表面１５０４に対して平行な第１および第２の断面を含む。第１および第２の断面は、欠陥１５０８の自由形状の境界によって画定される。第１および第２の断面は、互いに幾何学的に異なっている。
【0256】
図１６は、１つ以上の実施形態による基材１６００の断面を示している。基材１６００は、本体１６０２、第１の表面１６０４、第２の表面１６０６、欠陥１６０８、および開口部１６１０を含む。幾つかの実施形態では、基材１６００は、コーティング１６１２を含む。欠陥１６０８は、基材１６００の破砕粒子１６１４を含む。
【0257】
欠陥１６０８は、（例えば、図６の自由形状エネルギ分布６００、または図７の７００によって形成された）砂時計形状を含む。開口部１６１０は、欠陥１６０８と第１の表面１６０４との間の交差部に配置されている。基材１６００がエッチングされていないウェルプレートとして提供されるシナリオ（例えば、後でエッチングされる）では、開口部１６１０は、後続のエッチングにおいて、欠陥１６０８と第１の表面１６０４との間の交差部に形成されることが理解されるべきである。コーティング１６１２の構造および機能は、コーティング１４１２（図１４）について説明されたものと同じである。
【0258】
図１７は、１つ以上の実施形態による基材１７００の断面を示している。基材１７００は、本体１７０２、第１の表面１７０４、第２の表面１７０６、欠陥１７０８、および開口部１７１０を含む。幾つかの実施形態では、基材１７００は、コーティング１７１２を含む。欠陥１７０８は、基材１７００の破砕粒子１７１４を含む。
【0259】
欠陥１７０８は、（例えば、図８の自由形状エネルギ分布８００によって形成された）逆砂時計形状を含む。開口部１７１０は、欠陥１７０８と第１の表面１７０４との間の交差部に配置されている。基材１７００がエッチングされていないウェルプレートとして提供されるシナリオ（例えば、後でエッチングされる）では、開口部１７１０は、後続のエッチングにおいて、欠陥１７０８と第１の表面１７０４との間の交差部に形成されることが理解されるべきである。コーティング１７１２の構造および機能は、コーティング１４１２（図１４）について説明されたものと同じである。
【0260】
また、幾つかの実施形態では、本明細書に開示されるレーザシステムおよび方法により、プリント回路用途で使用するための基材の製造が可能となる。高周波動作、例えばマイクロ波、遠赤外線、およびより高い周波数の動作が可能な誘電特性を有する回路が求められている。樹脂および半導体ベースの基材は、基材上の回路構成要素が高周波で動作すると、しばしば絶縁破壊を起こす。例えば、溶融シリカは樹脂または半導体よりも桁違いに大きい絶縁耐力を有しているため、溶融シリカはこの問題を解決するのに適した基材でありうる。溶融シリカはまた、一般的な電子プリント回路基板ほど多くの高周波放射を吸収することはない。溶融シリカおよびその他のガラス状の基材では、ボードの一方の表面から反対側の表面への電気スループットを提供しながら、十分な気密シールを形成するスルービアを製造することが困難な場合がある。本開示のレーザシステムおよび方法により、高周波用途で回路基板として使用できる基材の製造が可能となる。
【0261】
図１８は、１つ以上の実施形態による基材１８００の断面を示している。基材１８００は、本体１８０２、第１の表面１８０４、第２の表面１８０６、欠陥１８０８、開口部１８１０、および開口部１８１２を含む。幾つかの実施形態では、欠陥１８０８は、導電性材料を含む。基材１８００は、導電性素子１８１４および導電性素子１８１６（例えば、電気信号を輸送するための電気トレース）をさらに含む。
【0262】
幾つかの実施形態では、欠陥１８０８は、（例えば、図６の自由形状エネルギ分布６００、または図７の７００によって形成された）砂時計形状を含む。砂時計形状では、欠陥１８０８が導電性のスループット材料で充填された場合、気密封止が強化される。開口部１８１０は、欠陥１８０８と第１の表面１８０４との間の交差部に配置されている。開口部１８１２は、欠陥１８０８と第２の表面１８０６との間の交差部に配置されている。基材１８００がエッチングされていない基材として提供される（例えば、後でエッチングされる）シナリオでは、開口部１８１０および開口部１８１２は、後続のエッチングにおいて、上述した場所に形成されることになる。
【0263】
欠陥１８０８内の導電性材料は、金属堆積技術を使用して堆積される。導電性素子１８１４が、第１の表面１８０４上に配置されている。導電性素子１８１６は、第２の表面１８０６上に配置されている。導電性素子１８１４および導電性素子１８１６は、欠陥１８０８の導電性材料を介して互いに電気的に結合されている。
【0264】
図１９は、１つ以上の実施形態による基材１９００の断面を示している。基材１９００は、本体１９０２、第１の表面１９０４、第２の表面１９０６、欠陥１９０８、開口部１９１０、および開口部１９１２を含む。幾つかの実施形態では、欠陥１９０８は、導電性材料を含む。基材１９００は、導電性素子１９１４および導電性素子１９１６をさらに含む。
【0265】
幾つかの実施形態では、欠陥１９０８は、（例えば、図８の自由形状エネルギ分布８００によって形成された）逆砂時計形状を含む。開口部１９１０は、欠陥１９０８と第１の表面１９０４との間の交差部に配置されている。開口部１９１２は、欠陥１９０８と第２の表面１９０６との間の交差部に配置されている。基材１９００がエッチングされていない基材として提供される（例えば、後でエッチングされる）シナリオでは、開口部１９１０および開口部１９１２は、後続のエッチングにおいて、上述した場所に形成されることになる。
【0266】
欠陥１９０８内の導電性材料は、金属堆積技術を使用して堆積される。導電性素子１９１４が、第１の表面１９０４上に配置されている。導電性素子１９１６は、第２の表面１９０６上に配置されている。導電性素子１９１４および導電性素子１９１６は、欠陥１９０８の導電性材料を介して互いに電気的に結合されている。
【0267】
図２０は、１つ以上の実施形態による基材２０００の断面を示している。基材２０００は、本体１９０２、第１の表面２００４、第２の表面２００６、欠陥２００８、開口部２０１０、および開口部２０１２を含む。幾つかの実施形態では、欠陥２００８は、導電性材料を含む。基材２０００は、導電性素子２０１４および導電性素子２０１６をさらに含む。
【0268】
幾つかの実施形態では、欠陥２００８は、傾斜円柱形状または傾斜楕円柱形状（例えば、斜方円柱）を含む。円柱形状の角度付けは、欠陥２００８を形成するために使用されるレーザシステムの位相マスク（例えば、図４の位相マスク４０２）および／または空間光変調器（例えば、図４の空間光変調器４０４）を調整することによって実現される。開口部２０１０は、欠陥２００８と第１の表面２００４との間の交差部に配置されている。開口部２０１２は、欠陥２００８と第２の表面２００６との間の交差部に配置されている。基材２０００がエッチングされていない基材として提供される（例えば、後でエッチングされる）シナリオでは、開口部２０１０および開口部２０１２は、後続のエッチングにおいて、上述した場所に形成されることになる。
【0269】
欠陥２００８内の導電性材料は、金属堆積技術を使用して堆積される。導電性素子２０１４が、第１の表面２００４上に配置されている。導電性素子２０１６は、第２の表面２００６上に配置されている。導電性素子２０１４および導電性素子２０１６は、欠陥２００８の導電性材料を介して互いに電気的に結合されている。
【0270】
図１８～図２０によって説明される実施形態はまた、代替の方法で説明されうる。例えば、基材（例えば、基材１８００）は、第１および第２のセットの導電性素子の（例えば、導電性素子１８１４および導電性素子１８１６）をさらに含む。第１および第２のセットの導電性素子は、信号が第１および第２の表面（例えば、第１の表面１８０４および第２の表面１８０６）とその要素との間を流れることを可能にするように構成される。
【0271】
さらに、図１６～図１９によって説明される実施形態では、示されている砂時計（または逆砂時計）欠陥の代わりに、円錐形の欠陥が含まれうる。これは、例えば、自由形状エネルギ分布６００、自由形状エネルギ分布７００、または自由形状エネルギ分布８００を拡張して、自由形状エネルギ分布の砂時計（または逆砂時計）形状の半分のみがワークピースの内側にあり、残りの半分が外側になるようにすることによって実現することができる。
【0272】
前述の説明を考慮して、ワークピースおよびワークピーススタックのレーザ加工は、レーザシステムの焦点体積の形状（例えば、自由形状エネルギ分布）を変更することによって向上されうることが理解されるべきである。例えば、レーザシステムは、レーザの自由形状エネルギ分布の形状を変更するために、位相マスクおよび／または調整可能な遮断要素を含みうる。変更された自由形状エネルギ分布がワークピースに送られ、ワークピースに欠陥が形成される。形成された欠陥は、自由形状エネルギ分布の形状に実質的に類似した形状を有する。さらに、本明細書に記載の方法により、既知の方法では製造できない形状の欠陥を有する透明基材の製造が可能となる。
【0273】
本明細書で使用される場合、「約」なる用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、ならびに他の量および特性が正確ではなく、正確である必要がないが、公差、変換係数、四捨五入、測定誤差など、および当業者に知られている他の要因を反映して、必要に応じて、概算であるか、かつ／またはより大きいかもしくはより小さくてもよいことを意味する。範囲の値または端点を説明する際に「約」なる用語が使用される場合は、参照される特定の値または端点が含まれる。明細書の範囲の数値または端点が「約」を記載しているかどうかにかかわらず、「約」で就職されたものと「約」で就職されていないものとの２つの実施形態が記載されている。さらに、各範囲の端点は、他の端点に関して、また他の端点から独立して、有意であることが理解されよう。
【0274】
本明細書で使用される方向の用語（例えば、上方、下方、右方、左方、前方、後方、頂部方向、底部方向）は、描かれた図を参照してのみ作成され、絶対的な配向を意味するものではない。
【0275】
別段の明示がない限り、本明細書に記載されている方法は、そのステップが特定の順序で実行されることを要求するものとして解釈されることも、装置固有の配向が要求されることも決して意図されない。したがって、方法クレームがそのステップが従うべき順序を実際に記載していない場合、またはいずれかの装置クレームが実際に個々の構成要素に対する順序または方向付けを記載していない場合、またはステップが特定の順序に限定されることが特許請求の範囲もしくは説明に具体的に記載されていない場合、または装置の構成要素に対する特定の順序もしくは方向付けが記載されていない場合には、いかなる点においても、順序または方向付けを推測することを意図していない。これは、ステップの配置、動作フロー、構成要素の順序に関するロジックの順序もしくは構成要素の方向付けと、文法的な構成または句読点に由来する明白な意味と、本明細書に記載されている実施形態の数または種類とを含む、解釈の可能性のある非明示的な根拠に当てはまる。
【0276】
本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに他のことを指示しない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「ａ」が冠された構成要素への言及は、文脈が明らかに他のことを示さない限り、２つ以上のかかる構成要素を有する態様を含む。
【0277】
請求された主題の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して種々の修正および変形が行われうることは当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載の種々の実施形態の修正および変形を包含することを意図しているが、かかる修正および変形は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内にある。
【0278】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【0279】
実施形態１
方法であって、
対象物内または対象物上に欠陥を形成するステップであって、前記形成するステップが、
準非回折ビーム、および
自由形状エネルギ分布を有する焦点体積
を含む放射ビームを前記対象物に配向するステップ、および
前記対象物内で前記焦点体積を部分的にまたは完全に位置決めするステップ
を含む、ステップと、
前記ビームを生成するステップであって、前記生成するステップが、
調整可能な遮断要素を使用して、前記焦点体積の上流で前記ビームを部分的に遮断して、前記ビームの光軸に対して前記自由形状エネルギ分布の軸対称性を調整するステップ、および／または
位相マスクを使用して、前記焦点体積の上流で前記ビームの位相を空間変調して、前記自由形状エネルギ分布の幾何学形状を調整するステップ
を含む、ステップと
を含み、
前記自由形状エネルギ分布が、前記焦点体積と同じ場所にある前記対象物の領域内に多光子吸収を誘導するのに十分なエネルギを有し、前記誘導された多光子吸収が前記欠陥を生成する、方法。
方法であって、
対象物内または対象物上に欠陥を形成するステップであって、前記形成するステップが、
準非回折ビーム、および
自由形状エネルギ分布を有する焦点体積
を含む放射ビームを前記対象物に配向するステップ、および
前記対象物内で前記焦点体積を部分的にまたは完全に位置決めするステップ
を含む、ステップと、
前記ビームを生成するステップであって、前記生成するステップが、
調整可能な遮断要素を使用して、前記焦点体積の上流で前記ビームを部分的に遮断して、前記ビームの光軸に対して前記自由形状エネルギ分布の軸対称性を調整するステップ、および／または
位相マスクを使用して、前記焦点体積の上流で前記ビームの位相を空間変調して、前記自由形状エネルギ分布の幾何学形状を調整するステップ
を含む、ステップと
を含み、
前記自由形状エネルギ分布が、前記焦点体積と同じ場所にある前記対象物の領域内に多光子吸収を誘導するのに十分なエネルギを有し、前記誘導された多光子吸収が前記欠陥を生成する、方法。
【0280】
実施形態２
前記欠陥が、前記自由形状エネルギ分布に実質的に類似する形状を含む、実施形態１記載の方法。
前記欠陥が、前記自由形状エネルギ分布に実質的に類似する形状を含む、実施形態１記載の方法。
【0281】
実施形態３
前記調整可能な遮断要素が液晶光学要素を含み、
前記部分的に遮断するステップが、前記ビームの一部を選択的に遮断するように前記液晶光学要素を調整するステップを含む、実施形態１または２記載の方法。
前記調整可能な遮断要素が液晶光学要素を含み、
前記部分的に遮断するステップが、前記ビームの一部を選択的に遮断するように前記液晶光学要素を調整するステップを含む、実施形態１または２記載の方法。
【0282】
実施形態４
前記自由形状エネルギ分布が円柱部分と楕円柱部分との組み合わせを含み、それぞれが前記ビームの光軸に沿った長手方向軸線を有する、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
前記自由形状エネルギ分布が円柱部分と楕円柱部分との組み合わせを含み、それぞれが前記ビームの光軸に沿った長手方向軸線を有する、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
【0283】
実施形態５
前記自由形状エネルギ分布が、前記ビームの光軸に沿った長手方向軸線を有する砂時計形状を含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
前記自由形状エネルギ分布が、前記ビームの光軸に沿った長手方向軸線を有する砂時計形状を含む、実施形態１から３までのいずれか１つ記載の方法。
【0284】
実施形態６
欠陥が、損傷特徴部、空洞、またはその両方を含む、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。
欠陥が、損傷特徴部、空洞、またはその両方を含む、実施形態１から５までのいずれか１つ記載の方法。
【0285】
実施形態７
前記対象物が、透明基材を含む、実施形態１から６までのいずれか１つ記載の方法。
前記対象物が、透明基材を含む、実施形態１から６までのいずれか１つ記載の方法。
【0286】
実施形態８
前記透明基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックを含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法。
前記透明基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックを含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法。
【0287】
実施形態９
前記透明基材が、半導体基材を含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法。
前記透明基材が、半導体基材を含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法。
【0288】
実施形態１０
前記半導体基材が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態９記載の方法。
前記半導体基材が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態９記載の方法。
【0289】
実施形態１１
前記透明基材が、複合ウェハを含み、前記複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、前記異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法。
前記透明基材が、複合ウェハを含み、前記複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、前記異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態１から７までのいずれか１つ記載の方法。
【0290】
実施形態１２
前記放射が、約２５０ｎｍ～２．０μｍの範囲の波長を含む、実施形態１から１１までのいずれか１つ記載の方法。
前記放射が、約２５０ｎｍ～２．０μｍの範囲の波長を含む、実施形態１から１１までのいずれか１つ記載の方法。
【0291】
実施形態１３
欠陥形成の速度が、１分間あたり約１０００個の欠陥よりも大きい、実施形態１から１２までのいずれか１つ記載の方法。
欠陥形成の速度が、１分間あたり約１０００個の欠陥よりも大きい、実施形態１から１２までのいずれか１つ記載の方法。
【0292】
実施形態１４
前記空間変調するステップが、前記位相マスクの光学中心を前記光軸から離れるように移動させるステップを含む、実施形態１から１３までのいずれか１つ記載の方法。
前記空間変調するステップが、前記位相マスクの光学中心を前記光軸から離れるように移動させるステップを含む、実施形態１から１３までのいずれか１つ記載の方法。
【0293】
実施形態１５
前記準非回折ビームが、
波長λと、
スポットサイズｗｏと、
前記準非回折ビームが、
波長λと、
スポットサイズｗｏと、
【0294】
より大きいレイリー範囲ＺＲを含む断面と、
を含み、ＦＤが、約１０より大きい値を有する無次元発散係数である、実施形態１から１４までのいずれか１つ記載の方法。
を含み、ＦＤが、約１０より大きい値を有する無次元発散係数である、実施形態１から１４までのいずれか１つ記載の方法。
【0295】
実施形態１６
前記自由形状エネルギ分布が、第１の断面および第２の断面を含み、
前記第２の断面が、前記第１の断面に対して平行であり、かつ前記第１の断面とは幾何学的に異なる、実施形態１から１５までのいずれか１つ記載の方法。
前記自由形状エネルギ分布が、第１の断面および第２の断面を含み、
前記第２の断面が、前記第１の断面に対して平行であり、かつ前記第１の断面とは幾何学的に異なる、実施形態１から１５までのいずれか１つ記載の方法。
【0296】
実施形態１７
基材であって、
第１の表面、および前記第１の表面の反対側にある第２の表面と、
前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置された改質領域と、
を含む本体を含み、前記改質領域が、
自由形状、
楕円形断面を含む断面、および
準非回折ビームによって誘起された破壊された化学結合
を含み、前記改質領域がエッチングされるように構成されている、基材。
基材であって、
第１の表面、および前記第１の表面の反対側にある第２の表面と、
前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置された改質領域と、
を含む本体を含み、前記改質領域が、
自由形状、
楕円形断面を含む断面、および
準非回折ビームによって誘起された破壊された化学結合
を含み、前記改質領域がエッチングされるように構成されている、基材。
【0297】
実施形態１８
前記基材が透明である、実施形態１７記載の基材。
前記基材が透明である、実施形態１７記載の基材。
【0298】
実施形態１９
前記基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックをさらに含む、実施形態１７または１８記載の基材。
前記基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックをさらに含む、実施形態１７または１８記載の基材。
【0299】
実施形態２０
前記基材が半導体材料をさらに含む、実施形態１７または１８記載の基材。
前記基材が半導体材料をさらに含む、実施形態１７または１８記載の基材。
【0300】
実施形態２１
前記半導体材料が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態２０記載の基材。
前記半導体材料が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態２０記載の基材。
【0301】
実施形態２２
前記基材が複合ウェハをさらに含み、前記複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、前記異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態１７または１８記載の基材。
前記基材が複合ウェハをさらに含み、前記複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、前記異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態１７または１８記載の基材。
【0302】
実施形態２３
前記改質領域が、前記基材の損傷材料をさらに含む、実施形態１７から２２までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、前記基材の損傷材料をさらに含む、実施形態１７から２２までのいずれか１つ記載の基材。
【0303】
実施形態２４
前記断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定されており、かつ前記第１の表面から測定される距離を有し、
前記断面のサイズは、前記距離の関数としてスケーリングされるかまたは一定である、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材。
前記断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定されており、かつ前記第１の表面から測定される距離を有し、
前記断面のサイズは、前記距離の関数としてスケーリングされるかまたは一定である、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材。
【0304】
実施形態２５
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて減少する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて減少する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
【0305】
実施形態２６
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて増大する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて増大する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
【0306】
実施形態２７
前記断面のサイズは、前記第１の表面から始まる前記距離が前記第２の表面に近づくにつれて連続的に増大する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
前記断面のサイズは、前記第１の表面から始まる前記距離が前記第２の表面に近づくにつれて連続的に増大する、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
【0307】
実施形態２８
前記改質領域が、前記第１の表面または前記第２の表面と交差しない、実施形態１７から２７までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、前記第１の表面または前記第２の表面と交差しない、実施形態１７から２７までのいずれか１つ記載の基材。
【0308】
実施形態２９
前記基材が、別の改質領域をさらに含み、
前記別の改質領域が、別の自由形状を含み、かつ前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置されており、
別の断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記別の自由形状の境界によって画定されており、
前記別の断面が、別の楕円形断面を含み、
前記改質領域および前記別の改質領域が、直線および／または曲線の輪郭に沿って略整列している、実施形態１７から２８までのいずれか１つ記載の基材。
前記基材が、別の改質領域をさらに含み、
前記別の改質領域が、別の自由形状を含み、かつ前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置されており、
別の断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記別の自由形状の境界によって画定されており、
前記別の断面が、別の楕円形断面を含み、
前記改質領域および前記別の改質領域が、直線および／または曲線の輪郭に沿って略整列している、実施形態１７から２８までのいずれか１つ記載の基材。
【0309】
実施形態３０
前記楕円形断面および前記別の楕円形断面の長軸が、前記輪郭に沿って略整列している、実施形態２９記載の基材。
前記楕円形断面および前記別の楕円形断面の長軸が、前記輪郭に沿って略整列している、実施形態２９記載の基材。
【0310】
実施形態３１
前記基材が、個別化される製造物品をさらに含み、前記製造物品が、前記輪郭を含む複数の輪郭によって画定されている、実施形態２９または３０記載の基材。
前記基材が、個別化される製造物品をさらに含み、前記製造物品が、前記輪郭を含む複数の輪郭によって画定されている、実施形態２９または３０記載の基材。
【0311】
実施形態３２
前記基材が前記製造物品へと個別化される前に単一の物品として製造プロセスに供されるべく構成されるように、前記複数の輪郭が潜在的な分離特徴部を形成する、実施形態３１記載の基材。
前記基材が前記製造物品へと個別化される前に単一の物品として製造プロセスに供されるべく構成されるように、前記複数の輪郭が潜在的な分離特徴部を形成する、実施形態３１記載の基材。
【0312】
実施形態３３
前記改質領域が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定される第１の断面および第２の断面をさらに含み、前記第１の断面が前記第２の断面とは幾何学的に異なる、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定される第１の断面および第２の断面をさらに含み、前記第１の断面が前記第２の断面とは幾何学的に異なる、実施形態１７から２４までのいずれか１つ記載の基材。
【0313】
実施形態３４
前記自由形状が、楕円柱部分および円柱部分を含み、
前記楕円柱部分が、前記円柱部分に接続されており、かつ前記第１の表面に近接しており、
前記基材が、前記楕円柱部分と前記第１の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態１７から３３までのいずれか１つ記載の基材。
前記自由形状が、楕円柱部分および円柱部分を含み、
前記楕円柱部分が、前記円柱部分に接続されており、かつ前記第１の表面に近接しており、
前記基材が、前記楕円柱部分と前記第１の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態１７から３３までのいずれか１つ記載の基材。
【0314】
実施形態３５
前記自由形状が、楕円柱部分および円柱部分を含み、
前記円柱部分は、前記楕円柱部分に接続されており、かつ前記第１の表面に近接しており、
前記基材が、前記円柱部分と前記第１の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態１７から３３までのいずれか１つ記載の基材。
前記自由形状が、楕円柱部分および円柱部分を含み、
前記円柱部分は、前記楕円柱部分に接続されており、かつ前記第１の表面に近接しており、
前記基材が、前記円柱部分と前記第１の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態１７から３３までのいずれか１つ記載の基材。
【0315】
実施形態３６
前記改質領域が、毛細管現象を増強するように構成された破砕粒子を含む、実施形態３３から３５までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、毛細管現象を増強するように構成された破砕粒子を含む、実施形態３３から３５までのいずれか１つ記載の基材。
【0316】
実施形態３７
前記第２の表面がコーティングを含む、実施形態１７から３６までのいずれか１つ記載の基材。
前記第２の表面がコーティングを含む、実施形態１７から３６までのいずれか１つ記載の基材。
【0317】
実施形態３８
前記コーティングが、波長に基づいて放射をフィルタリングするように構成された光学フィルタを含む、実施形態３７記載の基材。
前記コーティングが、波長に基づいて放射をフィルタリングするように構成された光学フィルタを含む、実施形態３７記載の基材。
【0318】
実施形態３９
前記光学フィルタが、連続スペクトルに基づいて放射をフィルタリングするように構成された多変量光学要素を含む、実施形態３８記載の基材。
前記光学フィルタが、連続スペクトルに基づいて放射をフィルタリングするように構成された多変量光学要素を含む、実施形態３８記載の基材。
【0319】
実施形態４０
前記コーティングが反射防止コーティングを含む、実施形態３７記載の基材。
前記コーティングが反射防止コーティングを含む、実施形態３７記載の基材。
【0320】
実施形態４１
前記コーティングが、前記基材を保護するように構成されている、実施形態３７から４０までのいずれか１つ記載の基材。
前記コーティングが、前記基材を保護するように構成されている、実施形態３７から４０までのいずれか１つ記載の基材。
【0321】
実施形態４２
前記改質領域が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在しており、かつ前記第１の表面と前記第２の表面との間のスループットを提供するように構成されており、さらに前記改質領域と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部を含む、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在しており、かつ前記第１の表面と前記第２の表面との間のスループットを提供するように構成されており、さらに前記改質領域と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部を含む、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材。
【0322】
実施形態４３
前記自由形状が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在する傾斜楕円柱形状を含み、
前記傾斜楕円柱形状が、前記第１の表面に対して直角とは異なる角度を定める傾斜中心軸線を含み、
前記基材が、前記傾斜楕円柱形状と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材。
前記自由形状が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在する傾斜楕円柱形状を含み、
前記傾斜楕円柱形状が、前記第１の表面に対して直角とは異なる角度を定める傾斜中心軸線を含み、
前記基材が、前記傾斜楕円柱形状と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態１７から２３までのいずれか１つ記載の基材。
【0323】
実施形態４４
基材であって、
第１の表面、および前記第１の表面の反対側にある第２の表面と、
前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置された改質領域と、
を含む本体を含み、前記改質領域が、
準非回折ビームによって誘起された破壊された化学結合を含む表面を有するエッチングされた空洞、
楕円形断面を含む断面、および
自由形状
を含む、基材。
基材であって、
第１の表面、および前記第１の表面の反対側にある第２の表面と、
前記第１の表面と前記第２の表面との間に配置された改質領域と、
を含む本体を含み、前記改質領域が、
準非回折ビームによって誘起された破壊された化学結合を含む表面を有するエッチングされた空洞、
楕円形断面を含む断面、および
自由形状
を含む、基材。
【0324】
実施形態４５
前記基材が透明である、実施形態４４記載の基材。
前記基材が透明である、実施形態４４記載の基材。
【0325】
実施形態４６
前記基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックをさらに含む、実施形態４４または４５記載の基材。
前記基材が、結晶石英、溶融シリカ、クラウンガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、および／またはリン酸塩ガラス、フッ化物結晶、シリコン結晶、サファイア、ガラスセラミック、透明セラミック、ポリマー、またはプラスチックをさらに含む、実施形態４４または４５記載の基材。
【0326】
実施形態４７
前記基材が半導体材料をさらに含む、実施形態４４または４５記載の基材。
前記基材が半導体材料をさらに含む、実施形態４４または４５記載の基材。
【0327】
実施形態４８
前記半導体材料が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態４７記載の基材。
前記半導体材料が、シリコン、炭化ケイ素、ゲルマニウム、ガリウム砒素、インジウムガリウム砒素、アルミニウムガリウム砒素、窒化ガリウム、アルミニウムガリウム窒化物、リン酸インジウム、またはニオブ酸リチウムを含む、実施形態４７記載の基材。
【0328】
実施形態４９
前記基材が複合ウェハをさらに含み、前記複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、前記異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態４４または４５記載の基材。
前記基材が複合ウェハをさらに含み、前記複合ウェハが、異なる材料の複数の層を含み、前記異なる材料が、ガラス、セラミック、半導体、ポリマー、またはプラスチックのいずれかを含む、実施形態４４または４５記載の基材。
【0329】
実施形態５０
前記改質領域が、前記基材の損傷材料をさらに含む、実施形態４４から４９までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、前記基材の損傷材料をさらに含む、実施形態４４から４９までのいずれか１つ記載の基材。
【0330】
実施形態５１
前記改質領域が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定される第１の断面および第２の断面をさらに含み、前記第１の断面が前記第２の断面とは幾何学的に異なる、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定される第１の断面および第２の断面をさらに含み、前記第１の断面が前記第２の断面とは幾何学的に異なる、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材。
【0331】
実施形態５２
前記断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定されており、かつ前記第１の表面から測定される距離を有し、
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、
前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて減少する、実施形態４４から５１までのいずれか１つ記載の基材。
前記断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定されており、かつ前記第１の表面から測定される距離を有し、
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、
前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて減少する、実施形態４４から５１までのいずれか１つ記載の基材。
【0332】
実施形態５３
前記断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定されており、かつ前記第１の表面から測定される距離を有し、
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、
前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて増大する、実施形態４４から５１までのいずれか１つ記載の基材。
前記断面が、前記第１の表面に対して平行であり、かつ前記自由形状の境界によって画定されており、かつ前記第１の表面から測定される距離を有し、
中間面が、前記第１の表面および前記第２の表面から略等距離に定められており、
前記断面のサイズは、前記距離が前記中間面に近づくにつれて増大する、実施形態４４から５１までのいずれか１つ記載の基材。
【0333】
実施形態５４
前記損傷材料が、毛細管現象を増強するように構成された破砕粒子を含む、実施形態５１から５３までのいずれか１つ記載の基材。
前記損傷材料が、毛細管現象を増強するように構成された破砕粒子を含む、実施形態５１から５３までのいずれか１つ記載の基材。
【0334】
実施形態５５
前記第２の表面がコーティングを含む、実施形態５１から５３までのいずれか１つ記載の基材。
前記第２の表面がコーティングを含む、実施形態５１から５３までのいずれか１つ記載の基材。
【0335】
実施形態５６
前記コーティングが、波長に基づいて放射をフィルタリングするように構成された光学フィルタを含む、実施形態５５記載の基材。
前記コーティングが、波長に基づいて放射をフィルタリングするように構成された光学フィルタを含む、実施形態５５記載の基材。
【0336】
実施形態５７
前記光学フィルタが、連続スペクトルに基づいて放射をフィルタリングするように構成された多変量光学要素を含む、実施形態５６記載の基材。
前記光学フィルタが、連続スペクトルに基づいて放射をフィルタリングするように構成された多変量光学要素を含む、実施形態５６記載の基材。
【0337】
実施形態５８
前記コーティングが反射防止コーティングを含む、実施形態５５記載の基材。
前記コーティングが反射防止コーティングを含む、実施形態５５記載の基材。
【0338】
実施形態５９
前記コーティングが、前記基材を保護するように構成されている、実施形態５５から５８までのいずれか１つ記載の基材。
前記コーティングが、前記基材を保護するように構成されている、実施形態５５から５８までのいずれか１つ記載の基材。
【0339】
実施形態６０
前記改質領域が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在し、かつ前記第１の表面と前記第２の表面との間のスループットを提供するように構成されており、さらに前記改質領域と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部を含む、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材。
前記改質領域が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在し、かつ前記第１の表面と前記第２の表面との間のスループットを提供するように構成されており、さらに前記改質領域と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部を含む、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材。
【0340】
実施形態６１
前記自由形状が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在する傾斜楕円柱形状を含み、
前記傾斜楕円柱形状が、前記第１の表面に対して直角とは異なる角度を定める傾斜中心軸線を含み、
前記基材が、前記傾斜楕円柱形状と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材。
前記自由形状が、前記第１の表面および前記第２の表面に延在する傾斜楕円柱形状を含み、
前記傾斜楕円柱形状が、前記第１の表面に対して直角とは異なる角度を定める傾斜中心軸線を含み、
前記基材が、前記傾斜楕円柱形状と前記第１の表面および前記第２の表面との間の交差部に形成された開口部をさらに含む、実施形態４４から５０までのいずれか１つ記載の基材。
【0341】
実施形態６２
前記基材が、前記第１の表面および前記第２の表面上にそれぞれ第１のセットの導電性素子および第２のセットの導電性素子をさらに含み、前記改質領域が導電性材料をさらに含み、前記改質領域と前記第１のセットの導電性素子および前記第２のセットの導電性素子とは、信号が前記第１の表面および前記第２の表面とその要素との間で流れることを可能にする、実施形態６０記載の基材。
前記基材が、前記第１の表面および前記第２の表面上にそれぞれ第１のセットの導電性素子および第２のセットの導電性素子をさらに含み、前記改質領域が導電性材料をさらに含み、前記改質領域と前記第１のセットの導電性素子および前記第２のセットの導電性素子とは、信号が前記第１の表面および前記第２の表面とその要素との間で流れることを可能にする、実施形態６０記載の基材。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【国際調査報告】