KR102605322B1

KR102605322B1 - 투명한 취성 파단 물질에 분리 라인을 도입하기 위한 방법 및 장치, 및 이러한 방법에 의해 제조가능하고 분리 라인을 갖는 부재

Info

Publication number: KR102605322B1
Application number: KR1020207026499A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 오트너; 클레멘스 쿠니스히; 프란크-토마스 렌테스; 옌스 울리히 토마스; 쿠르트 내터만; 미하엘 클루지
Original assignee: 쇼오트 아게
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2023-11-22
Anticipated expiration: 2039-02-11
Also published as: US12311469B2; KR20200119322A; CN111699070A; WO2019158488A1; JP2024109828A; JP7198285B2; EP3752314A1; US20200376603A1; CN111699070B; JP7495471B2; DE102018126381A1; JP2021513951A; JP2023036745A

Abstract

본 발명은 분리 공정을 위한 취성 파단 투명 기재를 제조하고, 생성된 가장자리에서 높은 파단력없이 그리고 패각상 파단의 관련 위험없이 부재가 분리될 수 있는 준비된 분리 라인을 제조하려는 목적에 기초한다. 이를 위해, 본 발명은 분리를 위한 워크피스(2)의 제조 방법으로서,
- 펄스 레이저 빔(4)의 광에 대해 투과성인 워크피스(2)를 제공하는 단계;
- 광학 시스템(6)을 사용하여 레이저 빔(4)을 적어도 2개의 부분 빔(41, 42)으로 분할하고, 양쪽 부분 빔(41, 42)을 워크피스(2)로 향하게 하여, 조사 표면(21)의 법선에 대해 상이한 각도로 워크피스(2)에 입사하게 하고 워크피스(2) 내부에서 중첩되게 하여, 부분 빔(41, 42)이 서로 간섭하여, 부분 빔(41, 42)의 중첩 영역(43)을 따라 차례로 정렬된 워크피스(2) 내부의 일련의 강도 최대부(45)를 형성하게 하는 단계로서, 강도 최대부(45)에서의 강도는 물질 변형부(8)의 사슬형의 주기적 패턴(9)이 형성되도록 워크피스(2)의 물질을 변형시키기에 충분히 높은 단계; 및
- 워크피스(2)와 부분 빔(41, 42)을 서로에 대해 이동시켜, 분리 라인(11)을 획정하는 경로를 따라, 물질 변형부(8)의 다수의 사슬형의 주기적 패턴(9)을 생성시키는 단계
를 포함하는 제조 방법을 제안한다.

Description

투명한 취성 파단 물질에 분리 라인을 도입하기 위한 방법 및 장치, 및 이러한 방법에 의해 제조가능하고 분리 라인을 갖는 부재

본 발명은 일반적으로 지정된 라인을 따라 워크피스를 분리하는 것에 의한 워크피스의 물질 가공에 관한 것이다.

의도한 라인을 따라 유리 시트를 분리하기 위해, 스코어 앤 브레이크 공정이 종종 적용된다. 유리를 먼저 라인을 따라 스코어링한 다음, 선을 따라 굽힘 하중을 가하여 절단한다. 그러나, 여기서 발생하는 문제는 특히 다소 두꺼운 유리 또는 유리 패널의 경우, 선을 따라 파손된 결과로 생성되는 가장자리 표면이 이 선을 따라 이어지지 않을 수 있고 면에 수직이 아닐 수 있다는 것이다.

WO 2012/006736 A2는 자기 집속의 비선형 효과를 이용하여, 기재의 의도된 분리 라인을 따라, 이격된 필라멘트를 생성함으로써 하나 또는 그룹의 초단 레이저 펄스(펄스 길이 100 ps 미만)를 사용하여 분리용 기재를 제조하는 방법을 개시한다.

WO 2017/009379 A1은 이 방법에 대한 추가의 개발을 기재하며, 여기서 기재 표면에 비스듬하게 연장되는 변형부가 생성된다.

EP 2 931 467 B1로부터는, 아임계 균열 성장으로 인한 조기 자가 절단을 방지하기 위해, 추가의 공정 파라미터로서 주변 대기를 포함하는 것이 알려져 있다.

또한, DE 10 2015 116 848 A1은 렌즈의 구면 수차를 사용하여 필라멘트를 생성하여 정의된 강도의 영역을 도입하는 방법을 설명하는데, 여기서 초단 펄스 레이저의 가우시안 빔은 광축을 따르는 강도 분포가 불균일한 라인 초점으로 전환된다. 이러한 문헌에 설명된 방법은 물질의 두께 방향으로 더 낮은 파단 응력으로 등거리가 아닌 물질 변형부를 생성하지만, 물질 변형부의 길이는 일반적으로 약 3 mm 이하로 제한되는 단점이 있다.

또한, 불균일한 강도 분포는 라인 초점에 비해 유리 패널의 필요한 높은 위치 정확도에 불리한 영향을 미친다: 유리 패널이 라인 초점의 길이보다 상당히 얇더라도, 패널과 광학 장치 사이에는 약 50 ㎛의 간격이 유지되어야 한다.

EP 2 754 524 B1 및 DE 10 2013 223 637 A1은 적절한 광학 장치를 사용하여(바람직하게는 적어도 하나의 액시콘을 사용하여) 베셀-가우시안 빔을 생성(즉, 가우스 빔을 가우시안 포락선을 사용하여 베셀 빔으로 전환)하여 필라멘트를 생성하는 방법을 기재한다. 이러한 방식으로 생성된 물질 변형부는 광축을 따라 거의 균일하게 분포하므로, 앞서 언급한 방법보다 상당히 더 높은 파괴 응력이 필요하다. 이렇게 상당히 높은 파단 응력은 불리한 영향을 미치는데, 왜냐하면 생성된 변형부가 상당히 더 긴 길이(최대 15~20 mm)를 갖지만, 일반적으로 아임계 균열 성장의 발생으로 인해, 사전 천공된 라인을 따른 후속 분리 공정이 성공하지 못하기 때문이다. 베셀형 환형 빔을 생성하기 위한 액시콘의 사용은 또한 WO 2018/011618 A1; DE 10 2014 116957 A1; US 2018/0005922 A1; 및 문헌[Juozas Dudutis et al, "Modification of glass using an axicon generated non-symmetrical Bessel-Gaussian beam", Proc. SPIE 10091, Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing, 2017년 2월 20일]으로부터 공지되어 있다.

또한 일반적인 종래 기술로부터, 렌즈와 회절 광학 부재(DOE)의 조합으로 이루어진, 복수의 초점을 동시에 생성하기 위한 광학 시스템이 알려져 있다. 이러한 설정의 단점은, 초점 수가 몇 차수로 제한되고, 이의 상호간격이 일정하지 않으며, 본 발명에서 추구하는 목적에 비해 훨씬 더 크다는 것이다(일반적으로 >100 ㎛).

전술한 분리 방법의 관점에서, 본 발명은 분리 공정을 위한 두께가 큰 취성 파단 투명 기재를 제조하고, 이렇게 생성된 가장자리에서 높은 파단력없이 그리고 패각상(conchoidal) 파단의 관련 위험없이 기재가 분리될 수 있는 준비된 분리 라인을 제조하는 목적에 기초한다.

이 목적은 독립 청구항의 주제에 의해 달성된다. 유리한 구체예 및 개선이 종속항에 명시되어 있다.

본 발명의 핵심 아이디어는, 생성된 물질 변형부가 제어된 방식으로의 그리고 낮은 파단 응력 σ_B로의 절단 공정을 허용하는 방식으로, 적절한 빔 쉐이핑에 의해 초단파 펄스 레이저를 사용하여 도입된 광학 물질 변형부에 의해, 후속 분리 공정을 준비하는 것이다. 분리 공정은 본 발명에 따른 물질 변형 공정보다 훨씬 나중에 수행될 수 있다.

본 발명은, 물질 변형부가 특별한 패턴으로 도입되면, 두꺼운 유리 또는 유리 세라믹 부재도 쉽게 절단할 수 있게 한다. 이러한 패턴은, 조사 방향으로 규칙적으로 이격된, 즉, 부재 표면의 분리 라인에서 나와서 이의 내부로 연장되는 강도 최대부가 생기는 방식으로, 초단파 펄스 레이저의 레이저 빔을 처리할 부재 내부의 상호작용 영역에서 서로 간섭하는 2개의 부분 빔으로 분할함으로써 얻을 수 있다. 레이저의 강도는, 물질 변형부가 바람직하게는 최대부 사이의 최소부 또는 더 약한 부분에서가 아니라, 강도 최대부에서 생기도록 치수화된다.

최대부 사이의 거리는 레이저 광의 파장에 의해 결정되므로, 규칙적이다.

따라서, 본 발명은 이에 따라 분리를 위한 또는 절단될 워크피스의 제조 방법을 제공하며, 이 방법은 펄스 레이저 빔의 광에 대해 투과성인, 바람직하게는 취성 경질 물질로 제조된 워크피스를 제공하는 단계; 및 광학 시스템에 의해 레이저 빔을 적어도 2개의 부분 빔으로 분할하고, 양쪽 부분 빔을 워크피스로 향하게 하여, 조사 표면의 법선에 대해 상이한 각도로 워크피스에 입사하게 하고 워크피스 내부에서 중첩되게 하여, 부분 빔이 서로 간섭하여, 부분 빔의 중첩 영역을 따라 차례로 정렬된 워크피스 내부의 일련의 강도 최대부를 형성하게 하는 단계로서, 강도 최대부에서의 강도는 물질 변형부의 사슬형의 주기적 패턴이 형성되도록 워크피스의 물질을 변형시키기에 충분히 높은 단계; 및 워크피스 및 부분 빔을 서로에 대해 이동시켜, 분리 라인을 획정하는 경로를 따라, 물질 변형부의 다수의 사슬형의 주기적 패턴을 생성시키는 단계를 포함한다.

분리를 위한 워크피스의 제조 방법을 수행하기 위한 대응 장치는 따라서

- 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저;

- 상기 레이저 빔을 적어도 2개의 부분 빔으로 분할하고 이들을 가공하려는 워크피스로 향하게 하는 광학 시스템;

- 2개의 부분 빔이 조사 표면의 법선에 대해 상이한 각도로 워크피스에 입사하고 워크피스 내부에서 중첩하도록, 그리고 부분 빔이 서로 간섭하여 워크피스 내부에서 부분 빔의 중첩 영역을 따라 연속적으로 배열된 일련의 강도 최대부를 형성하도록, 워크피스와 레이저 빔을 서로에 대해 배치 및 정렬하는 위치결정 장치

를 포함하며, 레이저 펄스의 펄스 에너지가 워크피스의 물질을 변형시키기에 충분해서 물질 변형부의 사슬형의 주기적 패턴이 생성되도록, 레이저는 충분히 높은 에너지의 펄스를 생성하기 위해 작동가능하며;

- 물질 변형부의 다수의 사슬형의 주기적 패턴이 분리 라인을 획정하는 경로를 따라 생성되도록, 위치결정 장치는 레이저 빔과 이의 부분 빔 및 워크피스를 서로에 대해 이동시키도록 되어 있다.

본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 중앙 부재는 입사 레이저 빔을 2개의 부분 빔으로 분할하기 위한 광학 시스템이다. 바람직하게는, 소위 액시콘이 광학 시스템에 사용된다.

액시콘은 입사 "평행" 빔을 링 형상의 빔으로 전환(평면파를 광축 주위에 동심으로 배열된 링 형상의 강도 분포로 전환)하는 원뿔형 렌즈이다. 초점 대신에, 광축을 따라 선형 강도 분포가 얻어진다. 액시콘에 의해 생성된 빔 프로파일은 광축을 따른 간섭의 결과로 발생하는 국소적으로 제한된 베셀형 빔이다. 본 발명에서, 국소적으로 제한된 베셀형 빔은 추가의 부분 빔을 간섭하게 된다. 예시적인 구체예에서, 이것은 일반적으로 광축을 따라 전파하는 중앙 빔이다. 가장 간단한 구체예에서, 원뿔형 끝부분 대신에 중앙 면을 가지며, 입사 레이저 빔이 링 형상을 갖는 제1 부분 빔, 및 하기에서 제2 부분 빔으로 지칭될, 광축을 따라 중앙으로 전파되는 중앙 빔으로 분할되게 하는 절두형 액시콘이 사용된다. 이 2가지 부분 빔은 광축을 따라 세장형 영역에서 간섭한다. 가공하려는 물질의 원하는 변형부는 이러한 세장형 간섭 영역의 강도 최대부에서 생긴다.

간섭 영역의 위치 및 간격은, 특히 사용되는 액시콘(들)의 특정 형상의 선택을 통해 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 다양한 구체예는 광학 시스템에 사용되는 액시콘의 특정 구체예에서 상이하다.

제1 구체예에서, 광학 시스템은 입사 레이저 빔을 향하는 평면측 및 원뿔대의 형상을 갖는 볼록측을 갖는 평면-볼록 액시콘을 포함한다.

추가의 구체예에서, 광학 시스템은 입사 레이저 빔을 향하는 오목측 및 원뿔대의 형상을 갖는 볼록측을 갖는 평면-볼록 액시콘을 포함한다.

또 다른 구체예에서, 광학 시스템은 평면측 중앙에 배열된 유리 원뿔을 갖는 평면-볼록 액시콘을 포함한다.

또 다른 구체예에서, 광학 시스템은 원뿔대의 형상을 갖는 볼록측 및 원뿔대의 윤곽을 갖는 오목측을 갖는 오목-볼록 액시콘을 포함한다.

또 다른 구체예에서, 광학 시스템은 상이한 높이의 원뿔대의 형태의 액시콘의 2개의 볼록측을 갖는 양면 볼록 액시콘을 포함한다.

또 다른 구체예에서, 광학 시스템은 적어도 3개의 액시콘의 볼록측을 갖는 원뿔대의 형상을 갖는 적어도 3개의 평면-볼록 액시콘을 포함한다.

또 다른 구체예에서, 광학 시스템은 동심의 링형 격자의 형태에 있는 적어도 하나의 액시콘을 포함한다.

또 다른 구체예에서, 광학 시스템은 동심의 링형 격자의 형태의 적어도 3개의 액시콘을 포함한다.

광학 시스템의 특정 구성에 관계없이, 레이저 광은 특히 바람직하게는 2개의 부분 빔, 특히 링형 빔 및 중앙 빔이 유사한 강도를 갖도록 적절하게 설계된 광학 시스템에 의해 분할된다. 유사한 강도는, 강도가 100 배 이하, 바람직하게는 50 배 이하, 더욱 바람직하게는 10 배 이하, 더더욱 바람직하게는 3 배 이하, 가장 바람직하게는 1.5 배 이하만큼 차이가 나는 것으로 이해된다. 이것은 워크피스 내에서 중첩되는 부분 빔의 간섭 패턴에서 강한 강도 변화를 달성하도록 보장한다.

레이저 출력은 본 발명에 따른 빔 쉐이핑 부재를 사용하여 투명 부재 또는 워크피스, 특히 유리 또는 유리 세라믹으로 제조된 워크피스에 조사되고, 이러한 복사 분포와의 상호작용의 결과로, 이 워크피스에 분리 라인에서 나오고 부재를 가로질러 연장되는 평면을 따라 물질의 압축 영역 및 고갈 영역의 규칙적인 2차원 패턴이 제공된다. 그 인장 응력-변형 영역은 중첩될 수 있고, 균열이 평면을 따라 전파되어 나중에 이 평면을 따라 파괴될 수 있도록 강할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 특히 평면을 따라 2개의 표면 및 물질 변형부의 패턴을 갖는 유리 또는 유리 세라믹 워크피스를 제조할 수 있게 하며, 각각의 변형부는 압축 영역에 의해 둘러싸여 있다. 물질 변형부는 일렬로 차례로 정렬된다. 선을 따라, 물질 변형부는 규칙적인 순서, 즉, 간섭 패턴의 최대 주기에 해당하는 순서로 배열된다. 워크피스 내부의 평면은 이제 다수의 인접한 라인으로 한정되며, 물질 변형부의 라인은 유리 또는 유리 세라믹 워크피스의 2개의 표면 중 하나로부터 반대쪽 표면으로 연장된다.

한편, 유리 또는 유리 세라믹 워크피스는, 표면이 2개의 반대면이 되는 시트형일 수 있다. 다른 한면, 유리 또는 유리 세라믹 워크피스는, 2개의 표면이 동심의 측면인 관형일 수 있다. 이미 언급한 바와 같이, 본 발명은 또한 두꺼운 유리 또는 유리 세라믹 워크피스를 분리하는 데에 특히 적절하다. 본 발명은 10 ㎛ 내지 50 mm의 광범위한 기재 두께에 적절하다. 본 발명의 유리한 구체예에 따르면, 워크피스 또는 기재의 두께는 1 mm 내지 25 mm 범위인 것이 고려된다. 본 발명의 장점은, 10 mm, 특히 20 mm 이상의 큰 두께의 경우에도 더욱 특히 명백한데, 왜냐하면 제어된 방식으로 그러한 두꺼운 워크피스를 분리하는 것이 그렇지 않으면 매우 어렵기 때문이다.

유리 또는 유리 세라믹 워크피스는 바람직하게는 서로 인접하여 연장되고 물질 변형부에 의해 한정되는 라인을 나타내는 파단 면 또는 가장자리를 가지며, 상기 물질 변형부는 라인을 따르는 중심 거리가 1 ㎛ 내지 100 ㎛이고 직경이 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛이고 각각 압축 영역으로 둘러싸여 있는, 차례로 규칙적인 사슬형 패턴으로 배열되어 있다.

본 발명은 이제 동일한 참조 부호가 동일한 부재를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이며, 여기서
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 워크피스에 생성된 변형부의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 워크피스에 생성된 변형부의 추가의 가능한 패턴의 개략도이고;
도 3은 단일 펄스 조사의 경우 변형부를 따라 워크피스의 물질에서 생성된 파단 가장자리의 현미경 이미지를 도시하며;
도 4는 변형부의 개략도로서: 패널 (a)는 변형부의 개략도를 평면도로 도시하고, 패널 (b)는 변형부의 개략도를 측면도로 도시하고;
도 5는 빔 프로파일을 도시하는데: 패널 (a)는 빔 전파 방향에서 본 베셀-가우시안 빔 및 중앙 빔의 빔 프로파일의 개략도를 도시하고, 패널 (b)는 베셀-가우시안 빔 및 중앙 빔의 간섭의 개략도를 도시하고;
도 6은 워크피스의 물질 내부의 베셀-가우시안 빔과 중앙 빔의 간섭에 대한 개략도이며;
도 7은 베셀-가우시안 빔과 중앙 빔 사이의 간섭의 산출된 강도 분포를 도시하며;
도 8은 액시콘의 평면측이 입사 레이저 빔을 향하는 평면-볼록 액시콘을 사용할 때의 빔 경로를 도시하며;
도 9는 액시콘의 볼록측이 입사 레이저 빔을 향하는 평면-볼록 액시콘을 사용할 때의 빔 경로를 도시하며;
도 10은 액시콘의 추가의 구체예를 도시하고;
도 11은 볼록-오목 액시콘을 사용할 때의 빔 경로를 도시하며;
도 12는 양면 볼록 액시콘을 사용할 때의 빔 경로를 도시하며;
도 13은 3개의 평면-볼록 액시콘을 사용할 때의 빔 경로를 도시하고;
도 14는 동심의 링형 격자의 형태의 액시콘의 정면도를 도시하고;
도 15는 동심의 링형 격자의 형태의 액시콘을 사용할 때의 빔 경로를 도시하며;
도 16은 링형 격자의 단면도이며;
도 17은 동심의 링형 격자의 형태의 네거티브 액시콘과 2개의 포지티브 액시콘을 사용할 때의 빔 경로를 도시하며;
도 18은 하류에 배열된 렌즈 시스템을 갖는 위상 마스크를 포함하는 추가의 예시적인 구체예를 도시하며;
도 19는 점선 초점을 생성하는 데에 사용되는 링형 빔의 생성을 포함하는 추가의 구체예를 도시하고;
도 20은 액시콘의 절두 윤곽의 경사 쐐기형 면과 지붕 면 사이의 전이 영역으로의 링형 빔의 투영을 도시하며;
도 21은 그 다음에 점선 초점을 생성하기 위해 사용되는 링형 빔의 생성을 포함하는 추가의 예시적인 구체예를 도시하며;
도 22는 3개의 상이한 빔 쉐이핑 배열, 즉, 액시콘을 갖는 제1 변형, 위상판 및 액시콘을 갖는 제2 변형, 및 위상판 및 액시콘 트리플렛을 갖는 제3 변형에 대한, 광축을 따른 작업 체적에서의 강도 분포를 도시하고;
도 23은 각각 베셀 빔과 링형 빔 기반 점선 초점으로 가공된 붕규산유리의 파단 응력의 와이불 분포를 도시한다.

도 1 및 2는 기재 표면(23)에 대응하는 표면(21)을 갖는, 본 발명에 따라 처리된 워크피스(2)의 단면 평면을 개략적으로 도시한다. 워크피스(2)를 처리하기 위해 사용된 방사선 공급원은 도시되지 않았지만, 레이저, 여기서 바람직하게는 펄스 레이저였다. 여기에 도시되지 않은 부분 빔(41, 42)은 위에서 입사되어 점선 초점에 대응하는, 라인(18)을 따라 주기적으로 배열되는 간섭 또는 압축 영역에서 변형부(8)를 생성한다. 나중에, 워크피스(2)는 라인(18)을 따라 기계적으로 파단됨으로써 개별 섹션으로 분리될 수 있다. 물질 변형부(8)의 영역은 전체적으로 도 1에서 수직선으로 표시된다. 워크피스(2)는 바람직하게는 유리 또는 유리 세라믹 기재이다. 실리콘, 플라스틱, 라미네이트 및 파이프도 본 발명에 따라 처리될 수 있다.

서로 평행하게 연장되는 다수의 라인(18)은 위치결정 장치에 의해 부분 빔의 조사 방향에 수직으로 워크피스(2)를 이동시킴으로써 생성된다. 방사선 공급원으로 사용되는 레이저의 펄스 또는 버스트 사이의 일시 정지와, 본 발명의 워크피스과 장치 사이의 상대 속도 사이의 조정은, 변형부(8)의 라인(9)의 수평 간격을 미리 정의할 수 있게 한다.

대안적인 구체예에서, 워크피스는 레이저에 의한 변형 공정 동안 광축 방향으로 이동되고, 이는 연속적인 물질 변형부를 생성시킨다. 이 변형부는 이어서 에칭에 의해 열릴 수 있다. 이것이 두꺼운 유리에서 200 mm 미만, 바람직하게는 100 ㎛ 미만, 보다 바람직하게는 50 ㎛ 미만, 가장 바람직하게는 20 ㎛ 미만의 직경을 갖는 필라멘트 채널을 생성한다.

변형부(8)는 서로 수평 간격(31) 및 수직 간격(32)으로 배열된다. 라인(18)을 따른 변형부(8)의 수직 간격(32)은 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 범위이다. 변형부는 2개의 부분 빔(41 및 42)의 간섭의 결과이므로, 변형부(8)의 수직 간격(32), 즉, 라인(18)을 따른 변형부(8)의 밀도는 0차와 1차 간섭 영역 사이의 에너지 비율을 조정하여 정의할 수 있다. 1차 강도가 0차 강도에 비해 증가하면, 수직 간격(32)이 감소한다. 그 결과 물질을 에칭하여 열 수 있는 필라멘트 변형부 채널이 생성된다. 변형부(8)의 중앙은 수직 중앙 거리(33)를 갖는다. 변형부의 직경은 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위에 있다. 직경은 채널 자체를 나타낸다. 채널 주변의 응력 영역은 물질로 더 연장될 수 있다.

전반적으로, 물질 압축 영역과 고갈 영역의 규칙적인 패턴이 워크피스의 물질에 생성되며, 장력 영역이 이러한 방식으로 중첩되고 너무 강해서, 균열이 워크피스의 평면을 따라 확산되고 나중에 평면을 따라 파단될 수 있다.

선형 평행 변형부를 생성하는 대신에, 본 발명의 방법은 또한 시트형 기재에서 규칙적이거나 불규칙한 윤곽을 갖는 내부 컷아웃을 생성하는 데에 사용될 수 있다. 이것은 보조 절단부를 생성하거나 생성하지 않고 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은 저온 및 고온 영역(유리 온도 T<어닐링점)에서 플로트 유리, 다운드로우 유리 및 오버플로우 융합 유리의 인라인 절단 비드에 사용될 수 있다. 다운드로우 유리 및 플로트 유리의 경우, 더 두꺼운 유리를 처리할 수 있다. 유리 리본 폭의 변화는 레이저 빔을 변위가능한 브리지 상에서 하나의 단위로 변형시키는 광학 시스템을 장착하여 보상한다. 이것은 임의의 긴 점선 초점이 생성될 수 있다는 사실로 인해 가능하다. 따라서, 초점이 다운드로우 유리, 오버플로우 융합 유리 또는 플로트 유리의 두께보다 길다면, 두께의 변화는 추적 또는 재조정없이 초점의 길이에 의해서만 보상될 수 있다.

비드를 절단하거나 세로 섹션에서 리본 크기로 절단하는 것은 롤투롤 공정에서도 실시될 수 있다. 유리 리본은 또한 보호 코팅과 같은 코팅을 가질 수 있다.

변형부(8)가 점선 초점의 입사 방향(51)으로 여기서 위에서 부분 빔이 조사되는, 워크피스(2)의 현미경 이미지로 도 3에 도시된다. 워크피스(2)의 물질에 생성된 변형부는 재차 도시된 예에서 160 ㎛인 수직 중앙 거리(33)를 갖는다.

하기에 설명된 도면에서, 부분 빔(41, 42)의 입사 방향은 항상 z로 표시되며, 이는 도 3에서 점선 초점의 입사 방향 (51)에 대응한다.

도 3은 라인을 따른 중앙 거리가 1 내지 100 ㎛이고 직경이 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛이고 각각 압축 영역(16)으로 둘러싸여 있는, 인접하여 사슬형 패턴으로 차례로 정렬된 물질 변형부의 라인을 나타내는 파단 표면 또는 파단 가장자리(17)를 도시한다.

도 4에서, 패널 (a)는 빔 방향 z에서의 변형부(8)의 정도를 개략적으로 도시한다. 수직 간격(32) 또는 수직 중앙 거리(33)로 배열된 변형부(8)를 갖는 복수의 압축 영역 또는 간섭 영역(16)이 도시된다. 변형부(8)는 기계적인 절단에 의해 워크피스(2)가 분리될 수 있는 라인(18)을 형성한다.

도 4, 패널 (b)에, 동일한 패턴이 z축을 따른, 즉, 부분 빔의 입사 방향을 따른 평면도로 도시된다. 물질 변형부(8)를 갖는 3개의 압축 영역(16)이 도시되며, 이들은 서로 수평 간격(31)으로 배열된다.

도 5, 패널 (a)는 빔 방향 z에서 광학 시스템(여기에 도시되지 않음)에 의해 생성된 2개의 부분 빔(41 및 42)의 프로파일을 도시한다. 부분 빔(42)은 직경(65)을 갖는 중앙 빔이다. 부분 빔(41)은 직경(63)을 갖는 링형 빔이다.

측면도로 도 5의 패널 (b)에 도시된 바와 같이, 부분 빔(41 및 42)은 길이(66)를 갖는 간섭 영역(43)에서 간섭한다. 링형 부분 빔(41)은 광학 시스템(여기에 도시되지 않음)의 기하학적 구조에 의존하는 개구각(64)을 갖는다. 링형 부분 빔(41)은 베셀 빔 또는 베셀-가우시안 빔이다.

도 6은 워크피스(2)의 물질 내부의 도 5, 패널 (b)의 빔 경로를 도시한다. 직경(65)을 갖는 부분 빔(42)은 중앙 빔으로서 물질을 통해 중앙으로 이어진다. 간섭 영역(45)에서, 부분 빔(42)은 직경(63)을 갖는 링형 부분 빔(41)과 간섭한다. 원하는 변형부가 워크피스(2)의 물질의 간섭 영역(43) 내에 생성된다.

광학 시스템의 특별한 구성에 제한되지 않고, 레이저 광은 특히 바람직하게는 2개의 부분 빔, 즉, 특히 링형 빔과 중앙 빔이 유사한 강도를 갖도록 분할된다. 유사한 강도는, 강도가 5 배 이하, 바람직하게는 3 배 이하, 가장 바람직하게는 1.5 배 이하만큼 차이가 나는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 방식으로, 워크피스 내부에서 중첩되는 부분 빔의 간섭 패턴에서 강한 강도 변화를 얻을 수 있다.

베셀 빔을 생성하기 위해, 예컨대 액시콘에 의해 링형 빔이 부분 빔(41)에 형성되고, 이 링형 빔은 그 다음 라인 형상의 베셀 초점을 형성하고, 이는 차례로 중앙 빔, 즉, 세장형 간섭 영역(43)에 있는 제2 부분 빔(42)과 간섭하게 된다. 간섭 영역(43)의 길이 L(66)은 링형 빔의 직경 D_r과 그 개구각 2α(참조 부호 64)에 의해 정의된다: L=D_r/tan α.

도 6은 굴절률 n을 갖는, 구조화될 기재(1)의 물질에 집속될 때, 빔 특성이 어떻게 변하는지를 도시한다.

본질적으로, 물질 중 개구각 α'(참조 부호 71)는 굴절 법칙에 따라 공기 중 개구각 α보다 작다.

sin α=n sin α'.

도 6의 상황이, 레이저 빔을 통한 세로 단면의 강도 분포로서 도 7에 도시되어 있다. 베셀-가우스 빔(41)과 중앙 빔(42)의 간섭에 의해 야기된 바의 강도 최대부(45)가 빔 방향 z에서 차례로 정렬된다. 간섭 영역(43)의 강도 최대부(45)는 서로로부터 거리(33)에 있다.

간섭에 의해 생성된 강도 최대부의 거리(33)의 주기성은, 하기 식에 따라 빔 공급원의 중앙 파장 λ 및 링형 빔 2α의 개구각에 의해 결정된다.

P=2λ/sin² α.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 간섭 영역은 레이저 파장 및 부분 빔(41, 42)의 빔 파라미터(특히 개구각)의 적절한 선택에 의해, 빔 방향에서 측정된 모든 변형부 i의 개별 길이 l_i의 합과 기재의 두께 d의 비 ω가 바람직한 구체예에 따르면 0.5, 바람직하게는 0.7보다 크고, 가장 바람직하게는 >0.9가 되도록 형성된다.

본 발명의 일구체예에 따르면, 본 발명에 따른 워크피스(2)는 라인(18)을 따라 물질 변형부(8)을 가지며, 하기가 적용된다:

k=0.5, 바람직하게는 k=0.7, 더욱 바람직하게는 k=0.9, 가장 바람직하게는 k=0.95이다.

도 8은 평면-볼록 액시콘(91)을 포함하는 광학 시스템(6)의 제1 구체예를 도시한다. 직경(48)을 갖는 레이저 빔이 액시콘(91)의 평면측(95)에 입사하고, 이에 의해 직경(63)을 갖는 링형 부분 빔(41) 및 직경(65)을 갖는 중앙 부분 빔(42)으로 분할된다. 액시콘의 볼록측(96)은 원뿔대의 형상을 갖는다. 2개의 부분 빔(41 및 42)은 간섭 영역(43)에서 간섭한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 간섭 영역(43)은 액시콘(91)의 광축을 따라 주기적으로 반복된다. 이러한 간섭 영역(43)의 위치 및 정도는 액시콘의 기하학적 파라미터를 변경함으로써 제어될 수 있다. 이러한 기하학적 파라미터는 볼록측(96)을 정의하는 액시콘(91)의 원뿔대의 옆 라인의 경사 및 높이를 포함한다.

평면 절두면의 폭에 대한 빔 폭(48)의 비율은 2개의 부분 빔(41 및 42)의 전력비를 결정한다. 이 비율은 바람직하게는, 부분 빔이 바람직하게는 가능한 한 유사한 전력을 갖도록 선택될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일구체예에서, 평면 절단면에 대한 빔 폭(48)의 비는, 부분 빔(41, 42)의 전력비가 0.75 내지 1.25 범위가 되도록 선택될 수 있다. 이 비율은 관련 광학 부품의 형상 및 배열, 특히 액시콘의 절두면의 형상에 의해 미리 결정될 수 있다.

도 9에 따른 광학 시스템(6)의 구체예에서. 평면-볼록 액시콘(91)은, 볼록측(95)이 입사 빔을 향하고 평면측(96)이 레이저 빔의 입사 방향과 반대 방향을 향하도록 빔 경로에 배열된다. 액시콘(91)의 이러한 배열에 의해, 입사 레이저 빔은 재차 2개의 부분 빔(41 및 42)으로 분할되는데, 이들 빔은 도 8에 따른 배열의 경우에서 보다 도 9의 배열에서 액시콘(91)에 더 가까운 간섭 영역(43)에서 간섭한다.

도 10에 따른 광학 시스템(6)의 구체예에서, 원뿔 형상을 갖는 볼록측(99)을 갖는 평면-볼록 액시콘(92)이 사용된다. 액시콘(92)의 평면측(100) 상에, 유리 원뿔(98)이 중앙에 있다. 볼록측(99)은 재차 링형 부분 빔(41)을 생성한다. 평면측(100) 상의 원뿔형 구조(98)는, 서로 평행하고 광축에 평행한 2개의 중앙 빔(104a 및 104b)을 생성한다. 2개의 중앙 빔(104a 및 104b)은, 마찬가지로 광축에 평행하게 연장되는 2개의 간섭 영역(105a 및 105b)에서 부분 빔(41)과 간섭한다. 간섭 영역(105a 및 105b)은 추가의 빔 경로를 따라 주기적으로 반복된다.

볼록-오목 액시콘(93)은 도 11에 따른 광학 시스템(6)의 구체예에서 사용된다. 재차, 볼록측(101)은 원뿔대의 형상을 갖는다. 오목측(102)의 윤곽은 원뿔대의 형상을 갖는다. 액시콘(93)은 공기로 채워진 중앙 영역(103)을 가지며, 이를 통해 입사 레이저 빔이 영향을 받지 않고 통과하여 중앙 부분 빔(42)을 형성한다. 이 구체예에서, 액시콘(93)은 간섭 영역(43)에서 중앙 빔(42)과 간섭하는 링형 부분 빔(41)을 재차 생성한다. 간섭 영역(43)은 추가의 빔 경로를 따라 주기적으로 반복된다.

도 12에 따른 광학 시스템(6)의 구체예에서, 제1 볼록측(106) 및 제2 볼록측(107)을 갖는 양면 볼록 액시콘(94)이 사용된다. 2개의 볼록측(106 및 107)은 각각 원뿔대의 형상을 갖지만, 측면의 경사각이 상이하다. 또한, 중앙 개구(108)가 제공되어, 입사 레이저 빔이 영향을 받지 않고 통과하여 중앙 부분 빔(42)을 생성한다. 부분 빔(42)은 간섭 영역(43)에서 링형 부분 빔(41)과 간섭한다. 간섭 영역(43)은 추가의 빔 경로를 따라 주기적으로 반복된다.

도 13에 따른 광학 시스템(6)의 구체예에 대해, 제1 액시콘(91a), 제2 액시콘(91b) 및 제3 액시콘(91c)이 사용된다. 제1 액시콘(91a)의 평면측은 입사 빔을 향하고, 도 8에 도시된 구체예와 유사하게 간섭 영역(43a)에서 중첩되는 링형 부분 빔(41a) 및 중앙 빔(42a)을 생성한다. 제2 액시콘(91b)은 이의 볼록측이 입사 빔을 향하고, 2개의 부분 빔(41a 및 42a)을, 제2 액시콘(91b)의 평면측에서 나온 평행 빔으로 전환한 후, 제3 액시콘(91c)의 평면측에 입사되고, 이에 의해 부분 빔(41b) 및 중앙 부분 빔(42b)으로 변환된다. 부분 빔(42b 및 41b)은 가공될 워크피스 내부에 위치한 간섭 영역(43b)에서 간섭한다. 간섭 영역(43b)은 추가의 빔 경로를 따라 주기적으로 반복된다.

도 14에 따른 광학 시스템(6)의 구체예에서, 액시콘은 동심의 링형 격자의 형태이다. 이것은, 수직 단면측면도에서 도 16에 도시된 바와 같이 트렌치 높이(82)를 갖는 트렌치를 포함하는 액시콘이 위상 마스크를 나타내는 유리체(glass body)(81)를 포함한다는 것을 의미한다.

빔 방향에서 본 유리체(81)의 정면도에서, 트렌치의 가장 높은 지점은 동심 고리로 나타난다(도 14). 도 15는 동심의 링형 격자의 형태의 유리체(81)를 사용할 때의 빔 경로를 도시한다. 직경(48)을 갖는 레이저 빔이 격자에 입사되고, 부분 빔(41 및 42)으로 분할된다. 부분 빔(42)은 직경(47)을 가지며, 이는 본질적으로 링형 격자의 형태의 유리체(81) 또는 액시콘의 전체 직경을 포함함을 의미한다. 부분 빔(41 및 42)은 81의 평면측에서 나오고, 가공될 워크피스의 물질에서 빔 방향을 따라 주기적으로 반복되는 간섭 영역(43)에서 간섭한다.

도 17에 따른 광학 시스템(6)의 구체예에 대해, 동심의 링형 격자의 형태의 3개의 액시콘 또는 유리체, 즉, 제1 유리체(81a), 제2 유리체(81b) 및 제3 유리체(81c)가 사용된다. 제2 유리체(81b) 및 제3 유리체(81c) 모두는 각각 중앙에 제공된 중앙 영역(110a, 110b)을 갖는다. 이들 중앙 영역(110a 및 110b)의 아래 및 위에서, 유리체(81b 및 81c)는 동심의 링형 격자의 형태이다.

입사 레이저 빔은 먼저 제1 액시콘(81a) 상에서 충돌하여, 광축에 대해 비스듬하게 연장되는 링형 빔(111)으로 전환된다. 제2 액시콘(81b)은 빔(111)을 관형 부분 빔(112)으로 전환하고, 이는 차례로 제3 액시콘 또는 유리체(81c)에 의해 부분 빔(41)으로 전환된다. 중앙 부분 빔(42)을 추가로 쉐이핑하기 위해, 빔 전환기(83)가 제2 유리체(81b)와 제3 유리체(81c) 사이에 배열된다. 빔 전환기(83)는 예컨대 망원경 또는 빔 감쇠기일 수 있다. 광학 시스템(6)의 전술한 구체예에서와 같이, 부분 빔(41 및 42)은 추가의 빔 경로를 따라 주기적으로 반복되는 간섭 영역(43)에서 간섭한다.

광학 시스템(6)의 다양한 구체예에 의해 전술된 장치는 분리를 위한 워크피스(2)를 제조하는 방법을 수행하기 위해 사용된다. 펄스 레이저 빔의 광에 투과성인 워크피스(2)가 제공되면, 레이저 빔은 광학 시스템(6)에 의해 적어도 2개의 부분 빔(41, 42)으로 분할된다. 양쪽 부분 빔(41, 42)을 워크피스(2)로 향하게 하여,부분 빔(41 및 42)이 조사 표면(21)의 법선에 대해 상이한 각도로 워크피스(2)에 입사하게 하고 워크피스(2) 내부에서 중첩되게 한다. 부분 빔(41, 42)은 서로 중첩되거나 간섭하여, 부분 빔(41, 42)의 중첩 영역(43)을 따라 차례로 정렬된 워크피스(2) 내부의 일련의 강도 최대부(45)가 형성된다. 강도 최대부(45)에서의 강도는 물질 변형부(8)의 사슬형의 주기적 패턴(9)이 생성되도록 워크피스(2)의 물질을 변형시키기에 충분히 높은 한편, 워크피스(2)와 부분 빔(41, 42)을 서로에 대해 이동시켜, 분리 라인(11)을 획정하는 경로를 따라, 물질 변형부(8)의 다수의 주기적 사슬형 패턴(9)을 생성시킨다. 이후 단계에서, 워크피스(2)는 분리 라인(11)을 따라 기계적으로 절단함으로써 다수의 조각으로 분할될 수 있다.

도 5, 6, 8-13 및 17의 예시적인 구체예는, 원뿔형 빔 또는 베셀형 빔이 부분 빔으로 간섭을 일으키고 빔 방향으로 연장되고 주기적으로 변조되는 초점을 형성하여 세장형 선형의 주기적으로 중단된 변형 영역을 갖는다는 공통점을 갖는다. 다른 빔 형상이 생각될 수 있지만, 이것은 또한 본 발명의 특히 바람직한 구체예이다. 따라서, 보다 일반적으로 그리고 예시적인 구체예에 제한되지 않고, 본 발명의 바람직한 구체예에 따라, 부분 빔(41) 중 하나는 액시콘 또는 베셀 빔을 사용하여 생성된 빔이고, 제2 부분 빔(42)은 제1 부분 빔이 라인 초점을 형성하는 영역에서 제1 부분 빔과 중첩되는 것이 고려된다.

또한, 전술한 예시적인 구체예들은, 제2 부분 빔이 평행 빔이라는 공통점을 갖는다. 따라서 추가의 바람직한 구체예에 따르면, 제2 부분 빔(42)이 평행 빔으로 쉐이핑되는 것이 또한 고려된다. 이 점에서 다른 변형부도 생각할 수 있다. 예컨대 선단 각도가 상이한 2개의 액시콘이 부분 빔을 생성할 수 있다. 이 경우, 서로 상이한 수렴 각도를 갖는 2개의 원뿔형 빔 또는 2개의 베셀형 빔이 간섭을 일으킬 수 있다. 도면에서 또한 알 수 있는 바와 같이, 서로 동일 선상에 있는 부분 빔(41, 42)이 일반적으로 본 발명의 추가의 구체예에 따라 바람직하다.

도 18은, 도면의 좌측으로부터 입사되는 레이저 빔이 -일반성을 제한하지 않고- 반사 격자 또는 위상 마스크의 형태, 즉, 보다 일반적으로 회절 광학 부재의 형태인 추가의 예시적인 구체예를 도시한다. 상응하는 전송 배열도 가능하다. 부품(120)으로부터 나오는 0차 및 +/- 1차의 부분 빔(41, 42)이 여기서 4f 설정으로 배열된 다운 스트림 2 렌즈 시스템에 의해 간섭 영역(43)에서 중첩된다. 렌즈 시스템은 초점 거리(123)를 갖는 이미징 렌즈(121) 및 초점 거리(124)를 갖는 대물 렌즈(122)를 포함한다. 4f 설정의 푸리에 평면(125)이 초점 길이(123)의 거리에서 이미징 렌즈(121)의 하류에 위치한다. 보다 일반적으로, 예시된 예에 제한되지 않고, 본 발명의 일구체예에 따르면, 광학 시스템(6)은 레이저 빔을 또한 0차 회절 차수를 포함하는 상이한 회절 차수에 의해 정의된 다중(2개 또는 2개 초과) 부분 빔으로 분할하는 회절 부재를 포함하는 것, 및 부분 빔이 워크피스 내에 중첩되도록 광학 시스템이 추가로 구성되는 것이 고려된다.

추가의 구체예(도 19)에서, 유입되는 가우시안 빔(4)의 강도는, 2개의 평면-볼록 액시콘(131 및 132)(제1 액시콘 배열(130): 액시콘(131, 132)의 볼록측 또는 지붕면이 서로 마주함)의 적절한 배열에 의해, 도넛형 또는 링형 빔(170)을 형성하도록 초기에 변환된다. 도넛형 또는 링형 빔(170)은, 빔 축에서 극소 강도를 나타내지만 빔 축 주위의 원형 링을 따라 적어도 하나의 강도 최대부를 갖는 빔 프로파일을 갖는 빔을 지칭한다. 환형 강도 최대부의 직경은 이 액시콘 배열(130)에서의 2개의 액시콘(131, 132)의 상호간격에 의해 및/또는 서로로부터의 2개의 액시콘(131, 132)의 간격에 의해 결정된다. 도넛형 빔(170)은 추가의 광학 부재, 바람직하게는 절두 선단을 갖는 역 액시콘(inverse axicon)(135) 또는 평면-평행 플레이트 및 역 절두형 액시콘(제3 액시콘(135))의 접합된(cemented) 조합에 입사하여, 링 형상의 발산 부분 빔(180) 및 편향되지 않은 중앙 빔(190)으로 분할된다. 발산 링형 빔(180)은 이제 먼저 평행화된 후, 제2 액시콘 배열(140)(서로 이격된 2개의 평면-볼록 액시콘(141 및 142)을 포함함)에 의해 편향되지 않은 중앙 빔과 함께 광축 상에 재수렴된다. 중첩 체적, 즉, 간섭 체적의 위치는 제2 액시콘 배열(140)의 마지막 액시콘(142)의 위치에 의해 결정된다. 간섭 체적 내에서 점선 초점(165)의 주기성은 상기에서 언급된 것과 유사하게 링형 빔의 수렴각으로부터 발생한다. 중앙 빔(190)과 링형 빔(180)의 전력 분율은 액시콘(135)에 입사하는 빔의 직경에 대한 액시콘(135)의 절두 원뿔 표면의 비율에 의해 미리 결정될 수 있다(도 20). 물론, 제2 액시콘 배열(140)의 2개의 액시콘(141, 142)은 절두형 액시콘으로 대체될 수 있으며, 이는 일반적으로 빔 품질의 추가의 개선으로 이어질 것이다.

도 20은 제1 액시콘 배열체(130)의 출구에서 도넛형 빔(170)의 가능한 강도 분포의 예와 도 20의 우측에 도시된 바와 같은 절두형 액시콘(145)의 오목측으로의 이의 빔 영역 및 전력의 투영을 도시한다. 액시콘(145)의 중앙 절두면(148)을 통과하는 빔의 분율이 클수록, 중앙 빔(190)의 강도가 커지고 따라서 점선 초점 라인의 발현, 즉, 대비율이 더 강해질 것이다. 입사 링형 빔(180)의 내경, 즉, 자유 직경이 오목한 원뿔형 윤곽의 절두 지붕 표면의 직경 D_평면보다 큰 경우, 선행 기술로부터 알려진 바의 베셀 빔의 선형 및 비중단 초점이 간섭 체적 내에서 형성된다.

도 19의 제1 액시콘 배열(130)의, 바람직하게는 유리로 제조된 액시콘(131, 132) 각각이, 각각의 회절 액시콘, 링형 격자 또는 나선형 위상판(151 또는 152)(예컨대, US 8335034 B2에 설명된 바와 같음)으로 대체되는 추가의 구체예가 생긴다(도 21). 2개의 나선형 위상판(151, 152)은 도넛형 빔을 생성하기 위한 배열(150)을 형성한다. 도 19에 도시된 구체예의 제1 액시콘 배열(130)은 마찬가지로 도넛형 빔을 생성하기 위한 배열(150)을 나타낸다. 나선형 위상판을 사용하는 경우, 나선형 위상판(151, 152)의 회전 방향이 서로 반대로 배향되어 제2 나선형 위상판(152)이 제1 나선형 위상판(151)에 의해 생성된 링형 빔(180)을 평행화하게 할 수 있도록 보장되는 것이 바람직하다.

도 19 및 21의 예는 간섭을 유발하는 부분 빔의 강도를 조정 가능하게 하는 절두 원뿔형 액시콘(135)과 조합하여 도넛형 빔을 생성하기 위한 배열(150)를 공통적으로 갖는다. 따라서, 일구체예에 따르면, 분리를 위한 워크피스(2)를 제조하기 위한 장치는, 빔 축 주위의 원형 링을 따라 최대 강도부를 가지면서, 빔 축 상에서 극소 강도를 갖는 빔 프로파일을 갖는 도넛형 또는 링형 빔(170)을 생성하기 위한 배열(150), 및 링형 빔(170)을 중앙 빔(190)과 링형 빔으로 분할하는, 빔 방향으로 이 배열(150)의 하류에 배열된 절두 원뿔형 액시콘을 포함하며, 중앙 빔(190)과 링형 빔(180)의 전력 분율은 액시콘에 입사하는 링형 빔(170)의 빔 직경에 대한 액시콘(135)의 절두 원뿔형 표면의 비율을 통해 조정가능한 것이 고려된다.

도 19 및 도 21의 예시적인 구체예는 또한 공통적으로 액시콘(135, 141, 142)의 트리플렛을 가지며, 이에 의해 발산 링형 빔(180)이 먼저 생성된 다음, 액시콘(141)에 의해 축 방향 평행 빔으로 편향된 후, 마지막 액시콘(142)에 의해 집속되어 편향되지 않은 중앙 빔과 광축 상에 재수렴된다. 따라서, 특정 예에 제한되지 않고, 본 발명의 또 다른 구체예는, 광학 시스템(6)이 차례로 배열된 3개의 액시콘(135)으로 이루어진 액시콘 트리플렛을 포함하고, 여기서 빔 방향에서 볼 때 제1 액시콘(135, 141, 142)은 발산 링형 빔을 생성하고 이 빔은 후속 액시콘(141)에 의해 평행화되고 액시콘 트리플렛의 마지막 액시콘(142)에 의해 수렴 링형 빔으로 전환되는 것을 고려한다. 중앙의 편향되지 않은 빔은 액시콘의 개구부를 통과할 수도 있다. 또한, 트리플렛의 제1 액시콘(135)은 반드시 역 액시콘일 필요는 없다. 볼록한 액시콘을 사용하여 중간 초점을 통과한 후 발산 빔을 생성하는 것도 가능하다.

초점의 강도 분포에 대한 개별 광학 부품의 영향을 추정할 수 있도록 하기 위해, 100 mW의 평균 빔 전력을 사용하는 Pharos UKP 레이저(1030 nm, 100 kHz 반복 속도)의 10 ps 펄스(버스트당 4 펄스)를, 변형 1에서는 처음에는 하나의 액시콘에 의해, 변형 2에서는 2개의 위상판과 하나의 액시콘의 조합에 의해, 변형 3에서는 2개의 위상판과 3개의 액시콘(이 경우 중간 액시콘은 상기에서 설명한 바의 절두형 액시콘이며, 모든 액시콘은 지붕 각도가 20°임)의 조합에 의해, 연속적으로 이미지화하며, 초점의 강도 분포는 현미경 렌즈가 장착된 카메라(예컨대 Coherent Lasercam HR 유형)를 사용하여 측정한다. 초점에서 레이저 빔의 측면 강도 분포를 기록하면서 광축을 따라 초점 영역을 통해 카메라를 계속 이동한다. 이러한 방식으로 녹화된 비디오는 초점 영역의 광축을 따라 상대적 단위로 강도 분포를 결정할 수 있다.

도 22는 이런 식으로 측정된 초점 라인을 따른 강도 분포를 도시한다. 도 22의 패널 (a)는 광축을 따르는 세로 방향에서 매우 유사한 프로파일을 갖는 변형 1(액시콘을 사용하는, 유입되는 가우시안 빔의 집속) 및 변형 2(액시콘에 의한 후속 집속으로 가우시안 빔을 링형 빔으로 변환)의 강도 분포를 도시한다. 다른 한편, 패널 (b)는 변형 3을 사용할 때의 초점 영역에서의 광축을 따른 강도 분포를 도시한다(3개의 액시콘을 사용하여 위상판 조합에 의해 생성된 링형 빔의 이미징, 액시콘 중 하나는 절두형 액시콘(135)이고 2개의 액시콘(141 및 142)은 제2 액시콘 배열(140)을 형성함): 강도 분포의 포락선은는 변형 2와 유사한 특징을 갖지만(광학 시스템을 향하는 측에서 강도의 가파른 상승, 광학 시스템에서 먼 쪽을 향하는 측에서 상당히 느린 하락). 그것은 0에 가까운 강도 최소부의 강도와 함께, 다수의 주기적으로 배열된 최대부 및 최소부를 포함한다.

도 23은 변형 1(즉, 하나의 액시콘 사용, 오른쪽 곡선) 또는 변형 3(점선 초점을 생성하기 위한 2개의 위상판 및 액시콘 트리플렛, 왼쪽 곡선)에 따라 필라멘트화된 1 mm 두께의 붕규산 유리에 대한 파단 응력 분포의 변화를 도시한다. 이를 위해, 위에서 이미 언급한 Pharos 레이저(1030 nm, 반복 주파수 1 kHz; 평균 펄스 전력 980 mW, 펄스 지속 시간 10 ps, 4 펄스의 버스트)를 사용하여 3.5 ㎛ 피치의 물질 변형부를 도입하였다. 파단 응력이 크게 감소하였다: 예컨대 95% 파단 확률에 대해, 파단 응력은 액시콘을 포함하는 배열만을 사용하여 생성된 베셀 빔을 사용하는 가공의 경우보다, 점선 초점을 사용하는 물질 가공의 경우, 약 15% 더 낮았다.

2 워크피스
3 레이저
4 레이저 빔
6 광학 시스템
8 물질 변형부
9 8의 주기적 패턴
11 분리 라인
13 위치결정 장치
16 압축 영역
17 파단 가장자리
18 평행선
19 물질 변형부를 갖는 평면
41, 42 부분 빔
41a, 41b, 42a, 42b 다중 액시콘 사용시의 부분 빔
21 2의 표면
22, 24 2의 표면
31 변형부의 수평 간격
32 변형부의 수직 간격
33 변형부의 수직 중앙 거리
43 41, 42의 중첩 또는 간섭 영역
43a, 43b 다중 액시콘 사용시의 중첩 또는 간섭 영역
45 강도 최대부
47 42의 직경
48 레이저 빔의 직경
63 41의 직경
64 41의 개구각
66 45의 길이
51 점선 초점의 입사 방향
71 2의 물질 중의 41의 개구각
81 위상 마스크의 유리체
81a, 81b, 81c 동심의 링형 격자의 형태의 액시콘
82 위상 마스크의 트렌치 높이
83 빔 전환기
91 평면-볼록 액시콘
91a, 91b, 91c 다중 액시콘 사용시의 평면-볼록 액시콘
92 평면측에 원뿔형 구조를 갖는 평면-볼록 액시콘
93 볼록-오목 액시콘
94 양면 볼록 액시콘
95 91의 평면측
96 91의 볼록측
98 97의 평면측 상의 원뿔형 구조
99 97의 볼록측
100 92의 평면측
101 93의 볼록측
102 93의 오목측
103 93의 중앙 개구
104a, 104b 92 사용시의 중앙 빔
105a, 105b 92 사용시의 간섭 영역
106 94의 제1 볼록측
107 94의 제2 볼록측
108 94의 중앙 영역
109 81의 평면측
110a, 110b 81의 중앙 평면 영역
111 부분 빔
120 회절 부품
121 이미징 렌즈
122 대물 렌즈
123 121의 초점 길이
124 122의 초점 길이
125 4F 설정의 푸리에 평면
130 제1 액시콘 배열
131 130의 제1 액시콘
132 130의 제2 액시콘
135 제3 액시콘
140 제2 액시콘 배열
141 140의 제1 액시콘
142 140의 제2 액시콘
145 평면-오목 액시콘
148 145의 평면 표면
150 도넛형 빔을 생성하기 위한 장치
151 150의 제1 나선형 위상판
152 150의 제2 나선형 위상판
165 점선 초점
170 도넛형 빔
180 링형 빔
190 중앙 빔

Claims

분리를 위한 워크피스(2)의 제조 방법으로서,
- 펄스 레이저 빔(4)의 광에 대해 투과성인 워크피스(2)를 제공하는 단계;
- 광학 시스템(6)을 사용하여 레이저 빔(4)을 적어도 2개의 부분 빔(41, 42)으로 분할하고, 양쪽 부분 빔(41, 42)을 워크피스(2)로 향하게 하여, 조사 표면(21)의 법선에 대해 상이한 각도로 워크피스(2)에 입사하게 하고 워크피스(2) 내부에서 중첩되게 하여, 부분 빔(41, 42)이 서로 간섭하여, 부분 빔(41, 42)의 중첩 영역(43)을 따라 차례로 정렬된 워크피스(2) 내부의 일련의 강도 최대부(45)를 형성하게 하는 단계로서, 강도 최대부(45)에서의 강도는 물질 변형부(material modification)(8)의 사슬형의 주기적 패턴(9)이 형성되도록 워크피스(2)의 물질을 변형시키는 강도인 단계; 및
- 워크피스(2)와 부분 빔(41, 42)을 서로에 대해 이동시켜, 분리 라인(11)을 획정하는 경로를 따라, 물질 변형부(8)의 다수의 사슬형의 주기적 패턴(9)을 생성시키는 단계
를 포함하는 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 부분 빔 중 하나인 제1 부분 빔(41)은 액시콘(axicon)을 사용하여 생성된 베셀 빔(Bessel beam)이고, 제2 부분 빔(42)은 제1 부분 빔(41)이 라인 초점을 형성하는 영역에서 제1 부분 빔(41)과 중첩되는 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 하기 단계 중 적어도 하나를 포함하는 제조 방법:
- 제2 부분 빔(42)을 가우시안 빔(Gaussian beam)의 형태로 쉐이핑하는 단계;
- 2개의 부분 빔(41, 42)의 강도가 5 배 이하로 차이가 나도록, 레이저 광을 분할하는 단계.
분리를 위한 워크피스(2)의 제조 방법을 수행하기 위한 장치로서,
- 펄스 레이저 빔(4)을 생성하기 위한 레이저(3);
- 상기 레이저 빔(4)을 적어도 2개의 부분 빔(41, 41)으로 분할하고 이들을 가공하려는 워크피스(2)로 향하게 하는 광학 시스템(6);
- 2개의 부분 빔(41, 42)이 조사 표면(21)의 법선에 대해 상이한 각도로 워크피스(2)에 입사하고 워크피스(2) 내부에서 중첩하도록, 그리고 부분 빔(41, 42)이 서로 간섭하여 워크피스(2) 내부에서 부분 빔(41, 42)의 중첩 영역(43)을 따라 연속적으로 배열된 일련의 강도 최대부(45)를 형성하도록, 워크피스(2)와 레이저 빔(4)을 서로에 대해 배치 및 정렬하는 위치결정 장치(13)
를 포함하며,
- 레이저(3)는, 워크피스(2)의 물질을 변형시켜 물질 변형부(8)의 사슬형의 주기적 패턴(9)을 생성시키는, 레이저 펄스의 펄스 에너지를 생성하도록 작동가능하며;
- 물질 변형부(8)의 다수의 사슬형의 주기적 패턴(9)이 분리 라인(11)을 획정하는 경로를 따라 생성되도록, 위치결정 장치(13)는 레이저 빔(4)과 이의 부분 빔(41, 42) 및 워크피스(2)를 서로에 대해 이동시키도록 되어 있는 장치.
제4항에 있어서, 하기 특징 중 적어도 하나를 포함하는 장치:
- 광학 시스템(6)은, 입사 레이저 빔을 향하는 평면측(95) 및 원뿔대의 형상을 갖는 볼록측(96)을 갖는 평면-볼록 액시콘(91)을 포함함;
- 광학 시스템(6)은, 입사 레이저 빔을 향하고 원뿔대의 형상을 갖는 볼록측(96)을 갖는 평면-볼록 액시콘(91)을 포함함.
제4항에 있어서, 광학 시스템(6)은, 2개의 부분 빔(41, 42)의 강도가 100 배 이하로 차이가 나도록, 레이저 광을 분할하도록 되어 있는 장치.
제4항에 있어서, 광학 시스템(6)은, 평면측(100) 중앙에 배열된 유리 원뿔(98), 및 원뿔 형상의 볼록측(99)을 갖는 평면-볼록 액시콘(92)을 포함하는 장치.
제4항에 있어서, 광학 시스템(6)은, 원뿔대의 형상을 갖는 볼록측(101) 및 원뿔대의 윤곽을 갖는 오목측(102)을 가지며, 액시콘을 통해 레이저 광을 향하게 하기 위해 제공된 중앙 개구(103)를 갖는 오목-볼록 액시콘(93)을 포함하는 장치.
제4항에 있어서, 광학 시스템(6)은 양면 볼록 액시콘을 포함하고, 액시콘의 2개의 볼록측은 옆 라인의 경사각이 상이하며 공기로 충전된 중앙 영역(108)을 포함하는 원뿔대의 형상을 갖는 장치.
제4항에 있어서, 광학 시스템(6)은 적어도 3개의 평면-볼록 액시콘을 포함하고, 적어도 3개의 액시콘의 볼록측은 원뿔대의 형상을 갖는 장치.
제4항에 있어서, 광학 시스템(6)은 동심의 링형 격자를 포함하는 장치.
제4항에 있어서, 광학 시스템(6)은 동심의 링형 격자의 형태의 적어도 3개의 액시콘을 포함하고, 액시콘 중 적어도 2개는 중앙 평면 영역을 갖는 장치.
제4항에 있어서, 빔 축 주위의 원형 링을 따라 최대 강도를 가지면서 빔 축 상에서 극소 강도를 갖는 빔 프로파일을 갖는 링형 빔(170)을 생성하기 위한 배열(150), 및 링형 빔(170)을 중앙 빔(190)과 링형 빔으로 분할하는, 빔 방향으로 이 배열(150)의 하류에 배열된 절두 원뿔형 액시콘을 포함하며, 중앙 빔(190)과 링형 빔(180)의 전력 분율(power fraction)은 액시콘에 입사하는 링형 빔(170)의 빔 직경에 대한 액시콘(135)의 절두 원뿔형 표면의 비율을 통해 조정가능한 장치.
제13항에 있어서, 링형 빔(170)을 생성하기 위한 배열(150)은 2개의 나선형 위상판(151, 152) 또는 2개의 회절 액시콘을 포함하는 장치.
제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 광학 시스템(6)은 차례로 배열된 3개의 액시콘(135)으로 이루어진 액시콘 트리플렛을 포함하고, 여기서 빔 방향에서 볼 때 제1 액시콘(135)은 발산 링형 빔을 생성하고 이 빔은 후속 액시콘(141)에 의해 평행화되고 액시콘 트리플렛의 마지막 액시콘(142)에 의해 수렴 링형 빔으로 전환되는 장치.
2개의 표면(22, 24)을 가지며, 각각의 하나가 압축 영역(16)으로 둘러싸여 있는, 워크피스(2) 내부의 물질 변형부(8)의 패턴을 갖는, 제1항 또는 제2항에 청구된 제조 방법, 또는 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 청구된 장치에 의해 제조가능한 워크피스(2)로서, 상기 물질 변형부(8)는 라인(18)을 따라 규칙적인 순서로 배열되고, 상기 워크피스(2)는 유리 기재 또는 유리 세라믹 기재인, 워크피스(2).
제16항에 있어서, 2개의 표면(22, 24)을 가지며, 차례로 배열된 물질 변형부에 의해 한정되는 다수의 인접한 라인(18)이 워크피스 내부의 평면(19)을 한정하며, 물질 변형부의 라인은 상기 워크피스(2)의 2개의 표면(22, 24) 중 하나로부터 반대쪽 표면으로 연장되는 것인, 워크피스(2).
제16항에 있어서, 상기 워크피스(2)는 시트형 워크피스이고, 표면(22, 24)은 이의 2개의 대향 면인, 워크피스(2).
제16항에 있어서, 표면은 동심의 측면(lateral surface)이고, 상기 워크피스(2)는 관형 워크피스인, 워크피스(2).
제16항에 있어서, 두께가 10 ㎛ 내지 50 mm인, 워크피스(2).
제16항에 있어서, 물질 변형부(8)의 총 길이와 워크피스(2)의 두께 d의 비 ω에 대해 하기 식이 적용되는, 워크피스(2):

식 중, l_i는 물질 변형부의 개별 길이를 나타내며, k=0.5이다.
제1항 또는 제2항에 청구된 제조 방법, 또는 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 청구된 장치에 의해 제조가능한 워크피스(2)로서, 서로 인접하여 연장되고 물질 변형부에 의해 한정되는 라인을 나타내는 파단 가장자리(17)를 가지며, 상기 물질 변형부는 라인을 따르는 중심 거리가 1 ㎛ 내지 100 ㎛이고 직경이 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛이고 각각 압축 영역(16)으로 둘러싸여 있는, 차례로 규칙적인 사슬형 패턴으로 배열되어 있고, 상기 워크피스(2)는 유리 기재 또는 유리 세라믹 기재인, 워크피스(2).