专利名称：由激光成丝作用进行材料处理的方法
由激光成丝作用进行材料处理的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2010年7月12号提交的题为“Method of Material Processing byLaser Filamentation (由激光成丝作用进行材料处理的方法)”的第61/363，568号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文，并且本申请要求于2010年 8 月 12 号提交的题为“Method of Material Processing by Laser Filamentation (由激光成丝作用进行材料处理的方法)”的第61/372，967号美国临时申请的优先权，该美国临时申请的全部内容通过弓I用并入本文。
背景技术：
本公开涉及材料的激光处理的方法。更具体地，本公开涉及分离和/或切割晶片、衬底、以及板的方法。在当前的制造过程中，晶片或玻璃板的分离、切块、刻划、切、以及切割面处理是通常依赖于金刚石切削的关键的处理步骤，例如对于平板显示器以30cm/秒的速度。在金刚石切削以后，机械辊施加应力以传播切割样品的裂缝。该过程产生劣质的边缘、微裂缝、宽的切口宽度、以及大量的碎片，而这些是在产品的使用寿命、品质、以及可靠性方面的主要的缺点，而且还会招致额外的清洁和抛光步骤。运行金刚石刻划器的去离子水的费用要大于购买刻划器的费用，并且这种技术并不是环境友好的，因为水受到污染并且需要净化，这也增加了费用。通过提高技术，晶片上的芯片变得更小且相互更加靠近，这限制了金刚石刻划。30um是好的刻划宽度，但是15um就是挑战了。因为金刚石刻划是利用机械力对衬底进行刻划的，所以薄的样品是很难进行刻划。FPD行业正寻求将玻璃厚度从目前使用的传统厚度400-700um减少至150_300um，而刻划板是主要问题。实际上为了耐久性，FTO行业期待使用薄的钢化玻璃代替普通的玻璃。激光烧蚀加工是关于分离、切块、刻划、切割、切、以及切割面处理的活跃的发展领域，但是其具有缺点、特别是在透明材料中，例如缓慢的处理速度、产生裂缝、烧蚀屑污染、以及中型的切口宽度。此外，在激光相互作用的过程中的热传递会导致大区域的附加热损坏(即热影响区)。通过选择具有强烈地为介质所吸收的波长的激光可以显著地改进激光烧蚀处理(例如深UV准分子激光器或远红外C02激光器)。然而，由于这种物理烧蚀处理固有的强烈的相互作用，上述缺点不能被消除。可替代地，通过减少激光脉冲的持续时间，激光烧蚀作用也可以在透明介质的表面被改进。这对于在处理介质的内部是透明的激光是特别地有益的。当被聚焦到透明材料上或透明材料内部时，高的激光强度导致非线性吸收作用从而提供动态的不透明性，该动态的不透明性可以被控制以精确地将适当的激光能量存储在由焦体所限定的小体积的材料内。与更长的激光脉冲持续时间相比，脉冲的短持续时间提供数个进一步的优点，例如消除等离子反射和在这样的激光脉冲的短得多的时间尺度过程中减少通过热扩散的小分量及其它热传输作用产生的附带损害。因此在不透明的和透明材料的机械加工中飞秒和皮秒激光烧蚀都提供显著的益处。然而，使用甚至短至数十或数百飞秒的脉冲的透明材料的机械加工还与粗糙表面的形成和在激光形成的孔或沟附近的微裂缝相关联，这些对于易碎的材料像玻璃和光学晶体就特别地成问题。进一步，烧蚀屑将污染附近的样品和周围表面。一种切削或刻划玻璃和相关材料的无切口方法依赖于激光加热和冷却的组合，例如利用C02激光器和喷水器[第5，609，284号美国专利(Kondratenko);第6787732号美国专利UV激光器(Xuan)]。在紧密接近地加热和冷却的适当的情况下，产生高的应力，导致裂缝深入材料内，通过简单地穿过表面扫描激光冷却源，这些裂缝可以沿灵活的曲线轨迹传播。这样，热应力导致的刻划提供材料的干净分割且没有机械刻划或金刚石锯的缺点，并且没有产生碎片的激光烧蚀分量。然而，该方法依赖于应力导致的裂缝形成来引导刻划并需要[W0/2001/032571LASERDRIVEN GLASS CUT-1NITIATION (激光驱动玻璃切削启动)]启动裂缝形成的机械的或激光装置。短持续时间激光脉冲通常提供以下益处:能够在透明材料内部有效地传播，并且在透镜的焦点位置通过非线性吸收过程在块体内部局部地导致修改。然而，通过线性和非线性效应的共同作用的激光脉冲的空间的和时间的轮廓的强烈改造使得在透明光学介质中超快激光脉冲(> 5MW峰值功率)的传播复杂化，效应例如群速度色散(GVD)、线性衍射、自相位调制(SPM)、自聚焦、从价带到导带的电子的多光子/隧道电离(MPI/TI)、等离子体散焦、以及自陡峭效应[SL Chin等人发表于《加拿大物理学杂志》(Canadian Journal of Physics)第 83 卷第 863-905 页(2005 年)]。这些效应放出的不同程度取决于激光参数、材料非线性性质、以及进入材料内的聚焦条件。Kamata 等人[SPIE Proceedings6881_46, High-speed scribing of flat-paneldisplay glasses by use of alOO-kHz, 10-ff femtosecond laser (使用 100-kHz、IOW 飞秒激光高速对平板显示器进行高速刻划)，M.Kamata> T.1mahoko> N.1noue、T.Sumiyoshi>
H.Sekita,电子激光股份有限公司(Cyber Laser Inc.)(日本);M.0bara,庆应大学(日本)]描述了用于平板显示器(FPD)玻璃的高速刻划技术。具有倍频780nm，300fs, 100 μ J输出的IOOkHz钛宝石啁啾脉冲放大激光器，，被聚焦在玻璃衬底的后表面的附近，超过玻璃损伤阈值，从而通过材料的光学破环产生空隙。由于激光器的高重复率，空隙到达背表面。被连接的空穴产生内部应力和损坏以及表面烧蚀，便于由机械应力或热冲击沿激光刻划线的方向切块。在该方法可能地提供快速的300mm/s的亥找Ij速度的同时，存在有限的切口宽度、表面损坏、切割面粗糙、以及由于内部形成的空隙到达表面而产生的烧蚀屑。
发明内容
在第一实施方式，提供了制备用于切割的衬底的方法，该方法的步骤包括:用聚焦的激光束的一个或多个脉冲照射衬底，其中衬底对激光束是透明的，并且其中该一个或多个脉冲具有被选择以在衬底内产生丝的能量和脉冲持续时间；相对于聚焦的激光束平移衬底以照射衬底并在一个或多个额外的位置产生额外的丝；其中丝包括限定用于切割衬底的内部刻划路径的阵列。本方法优选地包括切割衬底的步骤。衬底相对于聚焦的激光束被优选地平移，平移的速率被选择以产生在微米尺度上隔开的丝。该一个或多个激光脉冲的性质被优选地选择以在衬底内提供足够的光束强度以导致激光束的自聚焦。该一个或多个脉冲可以指定的频率提供两倍或更多倍，并且衬底可相对于聚焦的激光束以大体上恒定的速率平移，因此提供阵列中的丝的固定的间隔。
该一个或多个脉冲包括单个脉冲或具有两个或更多脉冲的脉冲列。优选地，脉冲列中连续的脉冲之间的时间延迟小于一个或多个材料修改动力学的衰减发生的持续时间。该一个或多个脉冲中的每个的脉冲持续时间优选地小于大约lOOps，更优选地小于大约IOps0聚焦的激光束的光束焦点的位置可被选择以在衬底内产生丝，其中衬底的至少一个表面基本上没有烧蚀。聚焦的激光束的光束焦点的位置可被选择以在衬底的至少一个表面内产生V型沟槽。衬底可以是玻璃或半导体并可选自透明陶瓷、聚合物、透明导体、宽带隙玻璃、晶体、结晶石英、金刚石、以及蓝宝石。衬底可包括两个或更多个层，并且其中聚焦的激光束的光束焦点的位置被选择以在两个或更多个层的至少一个内产生丝。多层衬底可包括多层平板显示器玻璃、例如液晶显示器(IXD)、平板显示器(FPD)、以及有机发光显示器(0LED)。衬底还可选自汽车玻璃、管、窗、生物芯片、光学传感器、平面光波电路、光学纤维、饮用玻璃器皿、艺术玻璃、硅、II1- V族半导体、微电子芯片、存储芯片、传感器芯片、发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、以及垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。聚焦的激光束的光束焦点的位置可被选择以在该两个或更多个层的两个或更多个层内产生丝，其中聚焦的激光束在一层内产生丝，传播进入至少一个附加层，并在至少一个附加层内产生丝。可替代地，聚焦的激光束的光束焦点的位置可首先被选择以在该两个或更多个层的第一层内产生丝，并且该方法可进一步包括以下步骤将光束焦点定位在该两个或更多个层的第二层内；照射第二层并平移衬底以产生第二阵列，该第二阵列限定用于切割衬底的第二内部刻划路径。可从相对于当照射第一层时相对侧照射衬底。此外，在照射第二层之前，第二光束焦点的位置可相对于照射第一层时光束焦点的位置横向地平移。第二聚焦的激光束可用来照射第二层。通过参考以下的详细说明和附图可以实现进一步理解本公开的功能和有益的方面。
现在将仅以示例的方式，参考附图描述本公开的实施方式，其中图1示出用于刻划透明材料的激光成丝刻划布置的(a)前视图和(b)侧视图。图2示出(a) V型沟槽刻划透明衬底的激光成丝的前视图和(b)具有被抑制丝形成的V型沟槽刻划。图3示出应用具有聚焦布置的反射部件的透明材料的激光刻划，其中透明材料具有内部的成丝并具有在上表面和底表面形成的V型沟槽。图4示出使用从上表面和底表面应用的两个聚焦装置的激光刻划。图5示出刻划的衬底的侧视图，其中顶、底或两个边缘可以是斜切的。图6示出输送多个会聚激光束的聚焦布置，用于在透明衬底中在不同的物理位置、不同的方向、不同的角度和不同的深度，同时地产生多个丝，使得丝是重叠的以使得能够单步切割斜角切割面或其它的切割面形状。
图7示出三个不同的聚焦布置，用于激光成丝刻划(a)激光成丝刻划上透明衬底而不损坏下衬底的上表面，(b)从顶位置激光成丝刻划下衬底，以及(C)激光成丝刻划双层板组件，该双层板组件可被刻划分离，或同时地被激光刻划，在两个衬底中形成丝且在板之间的介质中没有光学破环使得该双层板组件可以沿相似的曲线或直线分离。图8示出使用两个聚焦光束的双层装置的激光刻划，该双层装置包括两个透明衬底。每个焦点可以被调节以形成丝、V型沟槽或两者的组合。图9提供刻划后双层玻璃的俯视图和侧视图，其中(a)仅形成内部丝，(b)形成内部丝和上表面V型沟槽，以及(C)仅在两个板的上表面形成V型沟槽。图10示出从顶侧和底侧，错开和不错开刻划层叠玻璃。图11示出激光脉冲丝刻划非常薄衬底的堆的方法。图12是在机械切割之前通过抛光的切割面观察到的玻璃板的光学显微镜图像，示出在相同的激光曝光下形成的激光丝轨迹，透镜激光焦点被定位在接近玻璃板的下部区域(a)，中央区域(b)和顶部区域(C).图13示出在机械切割之前玻璃的上表面的显微镜图像(a)和底表面的显微镜图像(b)，具有写在块体玻璃内部的激光丝的轨迹。图14示出在机械切割之后的玻璃板的刻面边缘视图，其中在激光曝光过程中激光丝的轨迹是以中等的(a)和快速的(b)扫描速率形成的。图15示出刻面边缘显微镜视图，比较相同的数量的等能的激光脉冲在Imm厚的玻璃中形成的激光修改，其中相同的数量的等能的激光脉冲是(a)以低重复速率应用的，(b)以单脉冲高能量低重复速率的脉冲列应用的。单脉冲具有一个脉冲群列中所有的脉冲的能量。图16提供用高重复速率激光应用V型沟槽和丝的刻划的玻璃的显微镜图像，示出(a)侧视图，(b)顶视图和(C)前视图。图17是使用高重复速率激光的三个不同的V型沟槽形成的前视图。图18示出刻划平板显示器玻璃。同时地刻划两个厚度为400um的层压玻璃；aM则视图和b)如视图。
具体实施例方式本公开的各个实施方式和方面将参考下面的详细描述进行描述。下面的描述和附图是说明本公开的而不应看作是限制本公开的。描述了许多的具体的细节以提供对本公开的各个实施方式的彻底的理解。然而，在某些情况中，未描述公知的或传统的细节是为了提供对本公开的实施方式的简明论述。如在本文中使用的,术语包括(comprises)”和“包括(comprising) ”应被理解为是开放性的包括而不是排它性的。具体地，当被用在说明书和权利要求书中时，术语，“包括(comprises)”和“包括(comprising) ”及其变型指的是包括特定的特征、步骤或部件。这些术语不应被理解为排除其它的特征，步骤或部件的存在。如在本文中使用的，术语“示例性的”指的是“作为实施例、实例、或者说明”，而不应理解为优选的或优于本文中公开的其它配置。如本文中使用的，当被用于连接粒子、混合物的成分或其它的物理特性或特征的尺寸范围时，术语“大约(about)”和“大约(approximately)”是用来覆盖可能存在于尺寸范围的上下限中的微小的变化从而不排除平均起来尺寸的大部分满足但是统计上尺寸可存在这个区域之外的实施方式。不应从本公开排除例如这些的实施方式。如本文中使用的，术语“透明”指的是对于入射的光束至少是半透明的材料。更优选地，透明衬底的特点在于吸收深度，该吸收深度足够地大以支持根据如下所述的实施方式的由入射光束产生的内部的丝。图1示出用于在透明衬底中形成激光丝的示意性的布置，Ca)以前视图示出，(b)以侧视图示出。短持续时间激光脉冲10是用物镜12聚焦在透明衬底14内部。以适当的激光脉冲能量、激光脉冲、或脉冲序列、或脉冲群列，在衬底内产生激光丝18，产生具有由激光丝体积限定的形状的内部显微结构的修改。在脉冲激光曝光过程中通过相对于激光束移动样品，丝轨迹20的连续的迹线被持续地刻划到玻璃体积内，如激光在样品中所遵循的曲线或直线路径所限定的。并非意在受理论限制，据信丝是通过弱聚焦、高强度短持续时间激光产生的，该激光可以通过非线性的克尔效应而自聚焦，因此形成所谓的丝。光场的该高时空局部化可以将激光能量存储在狭长通道中，同时还与其它的复杂非线性传播作用有关，例如产生白光和形成围绕该局部化的辐射的动态环型辐射结构。在最简单的层面上，成丝过程被认为主要取决于两个竞争过程。首先，由于非线性的光克尔效应，激光脉冲的空间的强度轮廓起类似聚焦透镜的作用。这导致光束自聚焦，结果导致峰值强度的增加。通过当直径减小时增加衍射，这种作用被限制和平衡，直到到达稳定的束腰直径，其可以传播比从光斑尺寸简单的计算共焦束参量(或焦深)所期望的距离长多倍的距离。在高峰值强度，介质的多光子电离、场电离、以及电子碰撞电离开始在激光束的高强度部分中产生低密度的等离子体。该等离子体暂时地降低光束路径中心的折射率，导致光束散焦并使丝破碎。在克尔效应自聚焦和等离子体散焦之间的动态平衡可以导致多个再聚焦激光相互作用丝，直到形成稳定的丝，有时称为等离子体通道。如下面的实施例所示，使用皮秒脉冲，发明者已经发现当脉冲聚焦时，等离子体通道保持限制为大约500至1000 μ m (取决于使用的聚焦透镜)，然后当不再有用于再聚焦和形成下一丝的材料时，或当脉冲没有足够能量再聚焦以形成另一个等离子体通道时，等离子体通道空间地发散。另一方面，光学击穿是形成围绕几何焦点的局部化稠密等离子体的透明介质内部的紧聚焦的激光束的结果。等离子体产生机理基于最初的电子的多光子激发，然后是逆韧致辐射、碰撞电离、以及电子雪崩过程。这样的过程加强折射率和如上所述的空隙形成过程[US6154593 ；SPIE Proceedings6881-46，]，并且形成用于材料处理的大多数短脉冲激光器应用的基础。在这种光学击穿区域中，透明材料的分离、切块、刻划、切割、切削、以及刻面处理具有缺点，例如缓慢的处理速度、产生裂缝、烧蚀屑污染、以及大切口宽度。相反，激光成丝提供用于透明材料的内部激光处理的新的方向，可以避免烧蚀或表面损坏，显著地减小切口宽度，避免裂缝产生，以及加快用于这样的刻划应用的处理时间。进一步，高重复率激光限定新的方向以提高激光束丝的形成，热积聚及材料的其它瞬态响应在时标上比从焦体外的热扩散更快(通常〈10微秒)。因此，本文中公开的实施方式利用短持续时间激光脉冲(优选地具有的脉冲持续时间小于大约lOOps)在透明介质内部产生丝。本方法避免产生稠密等离子体例如通过光学击穿，在紧光聚焦情况中可以容易地产生光学击穿，如通常被应用和使用于飞秒激光加工。在弱聚焦(优选的)中，非线性的克尔效应被认为产生延伸的激光相互作用焦域体积，其大大地超过常规的焦深，克服了通常使光束从小的自聚焦光束腰发散的光衍射。一旦在透明衬底中形成成丝阵列，仅需要小的机械压力将衬底切割成两个部分，这两部分的表面形状由内部的激光成丝幕(curtain)精确地限定。激光刻划刻面通常不示出或示出很少的裂缝和微孔，或通道沿刻划区域是不明显的。因为通过将激光丝限制为仅在块体玻璃内部，表面上的激光烧蚀可以被避免，所以在上表面或底表面上就大体上没有碎片产生。另一方面，对激光曝光或样品聚焦条件进行简单的改变就可以将丝移动至表面，因此导致激光烧蚀加工(如果需要的话)，如下面进一步描述的那样。这样有助于在衬底的表面上产生很尖锐的V型沟槽。刻划非常薄的衬底(小于400um厚)产生尖锐的V型沟槽是需要的。其它的普通的烧蚀技术通常产生U形沟槽或圆形的V型沟槽。V型沟槽还可以在样品的上表面和底表面上形成，使得刻划的边缘是斜切的。沿这样的丝存储的激光能量导致内部的材料修改，内部的材料修改的形式可以是缺损、色心、应力、微通道、微空隙、和/或微裂缝。本方法需要横移聚焦的激光束以形成紧密地定位的丝导致的修改轨迹的阵列。这种丝阵列限定透明介质内部的修改的伪连续幕，而不在上表面或底表面上产生激光烧蚀损坏。该幕致使当施加仅很轻微压力(力)时玻璃板对切割非常地敏感，或可自发地由于内部应力而裂解。切割的刻面没有烧蚀屑，示出最小的或没有微裂缝和微孔(micixwents)，并精确地遵循由激光在内部标记的灵活的曲线或直线路径，具有如自聚焦束腰所限定的仅非常小的切口宽度。短脉冲激光的高重复率脉冲群的应用提供热积聚及其它瞬态效应的优点，使得热传递及其它相关的机理在随后的激光脉冲到达之前不是完全地衰减[US6, 552, 301B2Burst-UF laser Machining (群 UF 激光加工)]。这样，例如热积聚可以为随后的激光脉冲表现出延展性玻璃的薄的加热的鞘，其防止微裂缝的产生，同时还保持在另外的脆性材料中短脉冲烧蚀的加工的优点(即非线性吸收、减少的附带损坏)。在所有的上述激光烧蚀方法中，透明材料的切、刻划、或切块将产生烧蚀屑污染并且耗损切口宽度至容纳去除的材料，同时还产生附加的激光损坏。因此，激光处理的非烧蚀的方法将是需要的。因此高重复率短脉冲激光器的应用提供用于显著地增加用于这样的成丝切割的处理(扫描)速度的方法。然而，以足够高重复率(转换大约IOOMHz至IMHz)，通过瞬态效应组合丝的修改动力学被显著地提高，瞬态效应包括一个或多个热积聚、等离子体动力学、暂时的和永久的缺损、色心、应力、以及材料缺陷，这些瞬态效应积聚并且没有在脉冲列的过程中完全地衰减从而改变连续的脉冲-脉冲相互作用。由这样的脉冲群列形成的激光丝在降低成丝的能量阈值方面提供显著的优点:将丝长度增加至数百微米或数毫米、对丝修改区域进行热退火以使附带损害最小化、改进处理可重复性、以及与使用低重复率激光相比增加处理速度。在以这样的高重复率的一个非限制表现中，在激光脉冲之间的时间(即，IOns至I μ s)不足以热扩散去掉吸收的激光能量，从而热量以每个激光脉冲局部地积聚。这样，在随后的激光脉冲的过程中在相互作用体积中的温度上升，导致具有更有效的加热以及更少的热循环的激光相互作用。在该区域里，脆性材料变成更具延展性以缓和裂缝的形成。其它的瞬态效应包括暂时的缺损和等离子体，从之前的激光脉冲相互作用中继续存在。然后这些瞬态效应用来将成丝处理延伸至长相互作用长度，和/或改进吸收随后的脉冲中的激光能量。如下面所示，可以通过各种方法调整激光成丝方法以通过重复循环克尔透镜聚焦和等离子体散焦产生与非丝区域脱离的多丝轨迹。在厚的透明样品中可以形成这样的多级轨迹，穿过由透明的气体或其它的透明材料分离的数个玻璃层，或在不同的透明材料的多个层中。通过控制激光曝光以仅在固态的透明层中形成丝，可以避免在单个或多层板中的每个表面上烧蚀和碎片产生。这样在制造中提供显著的优点，例如在制造中厚玻璃或脆弱的多层透明的板必须被切割成具有平滑和无裂缝的刻面。成丝方法适用于对于入射的激光束是透明的大范围的材料，包括玻璃、晶体、选择的陶瓷、聚合物、液体封装器件、多层材料或器件、以及复合材料的组件。在本公开中，应该进一步地理解入射的激光束的光谱范围并不限于可见光谱，而是代表对于还在真空紫外、紫外、可见、近红外、或红外的光谱中的激光波长是透明的任意材料。例如，硅对1500nm的光是透明的但对可见光是不透明的。因此，用直接(即掺铒玻璃激光器)或通过在晶体或者其它的非线性媒质中的非线性混合(即光参量放大)产生的波长为1500nm的短脉冲激光可在硅中形成激光丝。在在可见光谱内是透明衬底中，激光丝可导致白光的产生，不受理论的限制，白光被认为是通过在基质内的自相位调制作用产生的并且被观察到由于例如减少激光脉冲能量或等离子体散焦的因素对于在丝端部后的宽圆锥角16内的激光成丝区域出现。通过透镜聚焦位置、物镜的数值孔径、激光脉冲能量、波长、持续时间和重复率、形成每个丝轨迹所施加的激光脉冲的数目、以及透明介质的光学和热物理特性而容易地控制丝的长度和位置。总体来说，可以操作这些曝光条件来产生足够长的和强的丝以几乎延伸跨过样品的完全的厚度并且结束而不进入上表面或底表面。这样，表面烧蚀和碎片在两个表面可以被避免并且因此仅透明衬底的内部被修改。用适当的光束聚焦，激光丝可以终止并导致激光束以高发散角16离开玻璃底表面，使得避免在透明的板的底表面有激光加工或损坏。图2示出以侧视图示出的示意性的布置，用于(a)形成激光丝20并形成表面V型沟槽22 (b)形成V型沟槽和抑制成丝的。为了得到具有边缘斜切性质的更高品质的刻划，激光加工可以被布置为使得丝在透明材料内部形成并形成因在表面上的烧蚀导致的很尖锐的V型沟槽。对于一些需要整齐的刻面或考虑更高的刻划速度的应用，丝可以被抑制或完全地去除。在一个实施方式中，方法用于刻划和切割光学显不玻璃衬底，例如平板显不器。平板显示器是两个玻璃衬底的夹层。底玻璃衬底可被印有电路、像素、连接器、和/或晶体管、以及其它的电气元件。衬底之间的间隙充满液晶材料。LCD的左上边可以在没有任何偏移的情况下刻划，但是右底边通常具有大约5_的偏移，该偏移被称为焊盘区域，并且所有的电子元件通过该区域连接至IXD元件。这个区域是限制对于平板显示器激光刻划使用大功率激光器的主要瓶颈的来源，因为在顶层刻划的过程中在底层上的所有的电路可能被损坏。为了模拟平板设备，发明者将顶玻璃衬底放置在有覆层的镜子的表面上。在双层玻璃板的顶玻璃的激光丝刻划的过程中，优选地调整形成在顶玻璃板内的丝的位置，从而防止通常包含金属覆层(如上所述)的底层上的损坏。这个实验的结果突出了两个要点。第一，可以实现激光刻划而不损坏底衬底焊盘区域的覆层，第二，当丝位于靠近的底表面的特定位置时，来自底金属表面的反射可加工或处理顶层的底表面，在底上产生V型沟槽。进一步的研究导致图3所示的方法，其中利用适当的凹镜24或镜子和透镜的组合将衍射光束16会聚回以加工目标的底表面，以便产生第二 V型沟槽26。该装置具有使得V型沟槽在底边形成且不使用从底侧的第二激光加工的益处。对于需要整齐的或发亮的刻面的一些应用，可使用图4的布置以在玻璃的顶层和底层上产生尖锐的V型沟槽。在这种运行方式中，通过增加第二光束28和物镜30通过激光刻划两个边都是斜切的，并且不需要进一步斜切或磨削，而斜切或磨削将需要另外的清洗和干燥过程。图5示出了切割的样品的侧视和前视图，其中示出了切割后的V型沟槽32的表面。图6示出用于将多个会聚激光束输送进入透明的板用于同时产生多个丝的聚焦布置的实施例。光束10和34可利用公知的分束器设备从单个激光源分离开并如图所示用不同的透镜12和36聚焦。或者，衍射光学器件、多透镜系统以及混合光束分离和聚焦系统可在对光学专业人员是公知的布置中使用，以产生在不同的物理位置、方向、角、以及深度进入板的多个会聚波束。这样，成丝修改轨迹18沿直线或曲线路径并行产生，使得为了更高的总处理速度，板的多个部分可以同时被激光书写并随后沿多个修改轨迹刻划。图7示出用于激光成丝书写的两个不同的聚焦条件的示意性的布置，将修改轨迹40的阵列38仅限制在上面的透明衬底42 (图7 (a))中(为第一激光曝光步骤)，顺序地随后是成丝书写，在第二激光经过中将修改轨迹46的阵列44仅限制在下面的透明的板48内部(图7 (b))。激光曝光被调整为避免在每次激光经过的过程中烧蚀或其它的激光损坏和在四个表面的任何表面上产生烧蚀屑。在刻划上面的板的过程中，在下面的层中不发生任何损坏，反之亦然。这种单侧处理的一个优点是由于对于会聚激光束50的第一板的透明性，透明的板的组件不需要被翻转以接近第二板48。例如，通过在第二经过中将12透镜定位靠近上面的玻璃板42 (图7b)，在第一板中成丝没有被引发并且接近完全的激光能量进入第二板，然后在第二板中引发成丝。这种方法的第二优点是在相同刻划步骤的过程中两个板可以沿相似的线分离，这对于在平板显示器中组装的透明的板是特别有吸引力的。这种方法是可扩展至多个透明的板。图7 (C)示出用于同时地在两个或更多个透明的板42和48中导致激光成丝的布置。这种方法使两个透明的板的单次曝光能形成成丝修改轨迹38和44的接近相同的形状或路径。在这种情况下，将激光参数调整为在上面的板42内产生第一丝38或丝轨迹40的阵列，使得在到达上面的板的底表面之前成丝终止，例如通过等离子体散焦。在形成第一丝轨迹之后发散的激光束被充分地展开以防止烧蚀、光学击穿、或其它的对上面的板的底表面、两个板之间的介质、以及下面的板48的上表面的破坏。然而，在这个区域中传播的过程中，自聚焦持续并导致被限制仅仅在下面层透明的板48中形成第二丝44。照这样，单个激光束同时地形成两个或更多个分隔的丝38和44，丝38和44在两个或更多个堆积的板中同时产生平行的修改轨迹40和46。这样，在一个切割步骤中可以沿接近平行的成丝轨迹刻划或分隔两个或更多个透明的板的组件并穿过所有的透明的板。在透明的板之间的介质必须具有好的透明度并可由空气、气体真空、液体、固体或其组合组成。或者，透明的板可以是物理接触的或接近-物理接触的而没有任何间隔。这种方法可扩展至在多重堆积的透明的板中的丝处理。图8提供用于处理两重或更多重堆积或层透明板和组件的多光束成丝刻划方法的另一个实施方式(最初在图4中示出)。向板组件42和48提供两个会聚激光束用于在物理上分隔或接触的透明板中产生独立和隔离的丝38和44。激光曝光条件对于每个激光束10和28被调整(即通过透镜12和30的垂直位移)以在每个板中局部化丝。然后丝轨迹在相似的或偏置位置中以相似的或不同的角和深度形成。可同时地切割成丝轨迹使得在批处理中将光学板的堆或组件作为一个单元分离。利用常规的分束器可从普通的光源或可原始的从两个不同的激光源提供上面和下面的光束。上面和下面光束可沿公共轴线对准，或空间地偏移。优选地，两个光束的相对的空间位置是可配置的。图9 Ca)示出处理双层玻璃(由板42和48形成)的方法，其中每个层是在两个位置处理的，但是其中一对丝52和54是对准的而另一对丝56和58是相互横向地错开。通过使用图8中示出的方法可以获得这样的布置，其中每个板是由分开的激光束处理的。或者，丝可使用图7中示出的方法中的一个处理。图9 (b)示出相似的布置，其中丝形成在上面的42和48板中，并且沟槽形成在每个玻璃的顶上(60，62，64和66)，优选地使用在图7中示出的方法。类似地，图9 (c)示出仅V型沟槽68、70、72以及74在每个板42和48的表面上形成的情况。注意使用如图4和图8所示的相似的装置可以在底表面中形成底玻璃的V型沟槽或丝。在平板显示器的情况下，应当注意在底层的上表面上提供V型沟槽需要在焊盘区域中加工额外的连接。此外，由于连接的屏蔽效应，丝没有在所有的地方形成。尽管如此，衬底可被切割成具有相对容易的刻面视图而没有完美的刻面视图。在一些情况中，边缘通过磨削而改善。图10示出在使用如图8所示的方法刻划后在双层玻璃中导致丝和V型沟槽的形成。如上所述，上板是从顶刻划的而下板是从形成V型沟槽76和78底刻划的。可形成V型沟槽、丝、或其组合(如图所示)。如图所示，上部和下部的丝可以是错开的，图中上板中的丝56和V型沟槽64相对于下板中的丝58和V型沟槽78是空间地错开的。或者，上部和下部的丝可能是对齐的，图中上板中的丝52和V型沟槽60与下板中的丝54和V型沟槽76对齐。在这样的配置中，在该配置中形成丝和V型沟槽是容易地可完成的，并且在切割过程中刻划的区域被有效地分隔。一般而言，顶层的切割相对容易发生，但是发明者已经确定在一些情况中，底层需要小心的注意并且在切割步骤之前适当地调整切割辊可能是必需的。本领域的技术人员将容易地理解调整可以通过选择产生所需的切割品质的辊配置来进行。光电行业中的新方法包括形成堆的多层透明的板的组件。例如，触屏IXD和3DLCD使用三层玻璃。图11示出这样的多层堆80的并行处理，其中划线82示出为提供给堆中的每个板。如图7 (a)和7 (b)所示，可通过改变物镜12的工作距离处理在这样的堆中的多个板，这使得在该堆内的多个板能被分别地刻划。可以从两个表面进行刻划(类似于图7所示的方法)。这里提供的特定的情况仅示出了顶聚焦装置。提供以下实施例使本领域的技术人员能够理解并实践本公开。这些实施例不应认为是对本文提供的实施方式的范围的限制，而仅仅是其示例性和代表性的。实施例为了说明所选实施方式，使用有效波长为大约800纳米，以38MHz的重复率产生IOOfs脉冲的脉冲激光系统对玻璃板进行激光处理。所选的激光波长在红外线光谱范围内，在该范围内玻璃板是透明的。所选的聚焦光学器件提供大约IOym的光束焦点。最初，激光系统被配置为使用8个脉冲的脉冲列，其中形成脉冲列的脉冲群在500Hz的重复率出现。如下文的进一步所述，使用了上述的实施方式的各种配置。图12 (a)- (c)示出在激光曝光后立即通过抛光边缘刻面观察的Imm厚玻璃板的侧视图的显微镜图像。为了观察内部的丝结构，对于这种情况板并没有沿丝轨迹分隔。如上所述，以38MHz的重复率施加8个脉冲的单个脉冲群以形成每个丝轨迹。此外，在以5mm/s的中等速度扫描样品时，以500Hz的重复率提供脉冲列，使得丝轨迹被分隔成周期为10 μ m的单独的轨迹。观察到的成丝修改轨迹具有小于3 μ m的直径，小于这种聚焦布置的理论焦斑大小10 μ m,证明非线性自聚焦处理导致观察到的成丝。通过透镜-样品位移改变样品中激光束的几何聚焦以说明样品内丝形成的控制。在图12 (a)中，光束焦点被定位在接近板的底，而在图12 (b)和12 (c)中，光束焦点分别位于接近板的中央和顶。图12 (a)和12 (b)示出穿过玻璃板内部形成的多层丝轨迹(84、86,88和90)。尤其是，由于如上所述的散焦和再聚焦效应，在多个深度产生了丝。因此图12示出成丝轨迹相对于板表面的受控定位。在图12 Ca)中，光束焦点位于接近板的底，丝在板的上半部分中形成而没有延伸穿过板的全部厚度。在中图12(c)，光束焦点被定位在接近板的顶，在板的中心形成大约200 μ m的相对短的丝92，并且上表面烧蚀和烧蚀屑是明显的。图12 (b)中示出刻划的优选的形状，其中丝的大约750微米长的带延伸穿过透明板厚度的大部分但不到达表面。在该区域里，在这两个表面均不产生烧蚀加工或其它的损坏。当图12中的丝轨迹的间隔足够切割Imm厚的玻璃板时，发现沿丝阵列限定的需要路径切割板需要中等高的机械力。在数个试验中，观察到玻璃偶而被切割到激光修改轨迹夕卜。因此，对于切割这样的厚(Imm)的板，丝轨迹更近的间隔(即，更小的阵列间距)是优选的。本领域的技术人员将容易地理解阵列间隔和丝深度的合适的值取决于给定板的材料类型和尺寸。例如，相等厚度但是不同的材料成分的两个板可具有不同的合适的阵列间隔和丝深度值。可通过改变阵列间隔和丝深度实现给定板材料和厚度的合适值的选择从而获得需要的切割品质和需要的切割力。再一次参考图12，因为阵列间距是10 μ m且观察到的丝直径大约3 μ m，因此和10 μ m的理论激光光点大小相比仅狭窄的区域受热影响。在其它的激光材料处理方法中，获得小的热影响区域是一种挑战。本方法的一个特定的优点(如图12所示的结果所证明)是在上表面和底表面上的热影响区域的宽度看起来大约相同。这是本方法的重要的特征，因为在形成过程中成丝性质保持大体上受限制，这是对于精确地切割板是需要的。图13 (a)和13 (b)示出分别地聚焦在玻璃样品的上表面和底表面的光学显微镜图像，如对于图12(b)所示的样品所记录的那样。在该表面之间，由于显微镜的有限焦深，当修改区域从任一表面物理上超过100 μ m时，如所期望的，内部的成丝修改呈现未聚焦。图像揭示了在每个表面上均完全没有激光烧蚀、物理损坏或其它的改变，而仅支持沿激光修改轨迹的内部形成。当显微镜聚焦在玻璃内部时，观察到的成丝修改区域宽度为大约ΙΟμπι。该宽度超过图12中看到的对于隔离的激光丝的3μπι的修改直径并且归因于狭窄的高对比丝轨迹(图12中可以看见)的不同区域，丝轨迹在更低的对比修改区域中已经被遮蔽(图12中不可看到)。并未意在受理论的限制，脉冲群中的多个脉冲导致了归因于累积的修改处理(即热影响区域)的该低对比区域。在本玻璃样品中成丝修改区域在其为数百微米的全部深度范围内维持接近不变的IOym宽度，本玻璃样品清楚地说明了自聚焦现象。因此，成丝修改示出这样处理的IOym的“内部”切口宽度或热影响区域。然而，在表面上没有损坏或物理变化，表明在表面上更小或接近零的切口宽度事实上是可得到的，表面上通常仅发现安装有其它的部件(涂料、电子设备、电极、包装、电光设备、MEMS、传感器、致动器、微流体设备等)。因此，在透明衬底或晶片的表面上接近O的切口宽度是显著的处理优点，从而在激光处理的过程中防止损坏或修改这样的部件。这是用于激光成丝刻划的本公开的重要的性质之一，因为实际的修改可被限制在块状透明介质内部并且远离敏感的部件或覆层。为了便于切割，如提供给图12 (b)的激光曝光条件被用于类似的Imm厚玻璃样品而使用减慢的扫描速率以更紧密地或稠密地间隔丝轨迹。单独的丝轨迹不再是通过光学显微法可分辨的。图14(a)示出在样品被沿接近连续的激光形成的成丝面机械地切割后的端刻面视图。在这些条件下，仅需要非常微小的力或压力来导致机械切割。切割精确地按照丝轨迹并容易地传播轨迹的全长以分离样品。生成的刻面非常平并具有锐利限定的边缘，该边缘没有碎片、片屑、以及开口。光学形态示出平滑切割表面与波纹结构交错散布，波纹结构具有数十微米的特征尺寸并是通常平滑的且没有裂缝。平滑刻面区域对应于几乎没有或没有成丝轨迹是看得见的区域，如图12所示。通过控制激光曝光以将成丝完全地限制在玻璃板内并防止表面上的烧蚀可得到锐利限定的顶和底表面边缘。这里激光成丝相互作用产生高应力梯度，该高应力梯度沿由激光曝光路径限定的内部平面或表面形状形成。这种应力场使得新的装置能够用于沿由激光曝光控制的路径精确地刻划透明介质。图14 (b)示出图12 (b)所示的Imm厚的玻璃样品在切割之后的侧视光学图像。由于在该激光曝光的过程中应用更快的扫描速度，由于粗的丝间隔(10 μ m)，所以产生更少的过应力。因此，需要更多的机械力分隔板。现在切割的刻面包括微裂缝、开口、以及比使用减慢的扫描速率的图14 (a)的情况中所看到的更锯齿状或粗糙的形态。在许多应用中这样的微裂缝不是所希望的，因为在包装或后续处理步骤时微裂缝可导致许多更大的裂缝，或通过能够提前损坏设备的操作或使用寿命的应用范围内的热循环。用于玻璃的图12-14中所示的激光成丝和刻划实施例在形成丝的高重复率的方法中清楚地说明上述的实施方式，其中使用短脉冲激光。每个丝都是用8个脉冲的单个脉冲群形成的，脉冲以26ns分隔并且每个脉冲具有40 μ J的能量。在这样的脉冲群情况下，热积聚及其它瞬态效应没有在脉冲之间的短时间内消散，因此提高了在先前的脉冲的成丝列(等离子体通道)中的后续的激光脉冲的相互作用。因此，与以低重复率施加激光脉冲的情况相比，丝更加容易地、在更长的长度上、并且用更低的脉冲能量、更高的可重复性和改进的控制而形成。图15 (a)示出切割的Imm厚的玻璃板的显微镜图像，其中丝是以500Hz的低重复率(激光脉冲之间间隔2ms)形成的。扫描速率被调整为每相互作用地点输送8个脉冲，每个脉冲具有如在上述的脉冲群-列实施例使用的相同40 μ J的脉冲能量。因此在脉冲群(图12-14)和非脉冲群(图15)光束传送情况中每单个丝的总曝光都是320 μ J。在非脉冲群(图15)情况中脉冲之间的长时间间隔确保所有的材料修改动力学在下一个激光脉冲到达之前衰减。因为热积聚及其它瞬态效应在脉冲之间的长间隔内完全地衰减，这样就排除任何成丝增强效应。并非意在受理论的限制，据信材料修改动力学的衰减在产生丝和在本玻璃衬底内导致内部修改中导致弱得多的总的激光-材料相互作用。因此，非脉冲激光相互作用发生在接近顶玻璃表面的非常小的体积中，如图15 (a)所示。进一步，激光相互作用在玻璃内部产生小体积空腔，在图15 (a)中可以看到这些小体积空腔，像刻面的顶IOOym中的粗糙表面。为了能够沿这样的激光轨迹进行可靠的刻划，必须使激光慢得多地(与图15 (a)的情况相比)通过样品和/或在相同轨迹上施加数个反复通过的激光以形成足够地强的内部修改。为了与脉冲群-列丝书写直接比较，图15(b)示出相似的玻璃板的边缘刻面图像，其中每个丝是以500Hz的低重复率，320 μ J能量每脉冲形成的(即脉冲群-列320 μ J:在脉冲列中单个的脉冲)。比图15 (a)的低重复率、8个脉冲曝光的情况长得多的丝被观察到。丝是深埋在块体玻璃内从而避免表面烧蚀或其它的激光损坏。尽管如此，观察到的丝长度小于观察到的以相似的平均能流脉冲群成丝的丝长度。在图15 (a)和15 (b)的两种情况中，为了观察的目的，施加普通的快速的扫描速度以提供丝阵列的宽间隔。因此，这些结果说明了通过改变激光曝光的脉冲特性可以容易地控制丝的特性。换句话说，除能量的参数之外，波长、以及光束聚焦情况(即数值孔径、样品中焦点位置)、脉冲参数可以被改变以获得需要的丝轮廓。特别是，可以改变脉冲群中的脉冲数和连续的脉冲之间的延迟时间以控制产生的丝的形式。如上所述，在一个实施方式中，丝是通过提供用于产生每个丝的脉冲群而产生的，其中每个脉冲群包括具有相对延迟的一系列脉冲，该相对延迟小于所有的材料修改动力学的衰减的时间。在单层玻璃刻划、平板玻璃刻划、硅和/或蓝宝石晶片刻划的工业应用中，存在对使用具有被证实的可靠性的激光系统的更高的刻划速度的需要。为了说明这样的实施方式，使用高重复率商用的超快的激光系统执行实验，该激光系统的脉冲持续时间在皮秒范围内。如图16 (a)所示，在具有700 μ m的厚度的玻璃衬底中形成了 V型沟槽，其具有源于V型沟槽下来的丝。V型沟槽的深度和宽度为大约20 μ m并且该丝延伸600 μ m的长度。图16 (b)提供玻璃衬底的顶视图。观察到的切口宽度为大约20μπι，在侧面中由5μπι的重塑物覆盖。如附图所示，没有可见碎片积聚在表面上。图16 (c)示出玻璃切割后的前视图，突出显示丝深度穿透进入玻璃衬底，这样帮助切割样品。在后续的实验中，改变聚焦条件以使丝长度最小化。对于一些应用，形成丝不是需要的，和/或整齐的刻面是需要的。图17中提供示出三个不同的V型沟槽的侧视图。注意到每个V型沟槽的斜切角是不同的。通过改变聚焦和束发散能够调整斜切角和深度。V型沟槽的宽度、深度和锐度与其它的激光刻划技术比较具有高质量，在其它的激光刻划技术中通常产生更宽的切口宽度或更短的深度结构，结构的沟槽具有U形的形状并导致大量碎片积聚在表面上。图18示出通过图7 (C)所述的方法和布置具有两个400um厚的双层玻璃的组件的同时激光成丝刻划。单个激光束聚焦进入上玻璃板以形成长丝。激光束穿过空气间隙而不对两个中央玻璃表面产生破坏。然而，自聚焦作用产生第二丝以在第二(较低)板中形成相同的光束，使得分别地在每个薄玻璃板中形成两个丝轨迹。图18 Ca)示出切割之前刻划的层叠玻璃的侧视图，图18 (b)示出切割以后顶层和底层玻璃的前表面的光学显微镜图像。修改轨迹被主要地限制在玻璃的块体中，并因此，任何表面中都没有出现烧蚀屑或微裂缝。在两个板中成丝修改的切口宽度小于10 μ m,其代表激光的热影响区域。单一的丝轨迹是可分辨的，围绕该单一的丝轨迹产生的内应力领域使得能够进行机械刻划。刻面具有整齐的平整表面，且围绕丝轨迹的仅小程度的轮廓是可观察到的。边缘是相对尖锐的并且没有微裂缝。刻面具有磨削表面的一般外表，并可被称为已经通过“激光磨削”产生的。这样整齐的并且“激光磨削”的表面可通过产生紧密间隔的，并优选地，相互邻接的丝而获得。应当注意对于图12至18中的每个光学显微镜图像，玻璃样品被示出为如通过激光曝光处理的，在激光曝光处理后或切割步骤后没有任何的清洗步骤。发现低重复率成丝和高(脉冲群)重复率成丝的本方法在用于在大约30fs至IOps范围内试验的脉冲持续时间的玻璃中是有效的。然而，本领域的技术人员将理解其它的材料的优选地脉冲持续时间范围可能是不同的。通过改变脉冲持续时间并且检查产生的丝的特征，本领域的技术人员可确定用于其它的材料的合适的脉冲持续时间。并非意在受理论的限制，据信本文中公开的实施方式利用自聚焦以在透明材料中产生丝(等离子体通道)。因此，在I飞秒至IOOps范围内激光脉冲持续时间被认为是本公开的实际的操作范围，用于产生适当地高强度以在大多数透明介质中驱动克尔-透镜自聚焦。本公开还预测由聚焦短持续时间激光通过不均匀加热在透明衬底中形成热梯度。当施加脉冲的脉冲群-列时，上述作用可由热积聚增强。在这个区域里，热透镜作为可选装置，用于产生丝或长-聚焦通道以在透明材料中产生用于刻划应用的丝修改轨迹。透明介质的成丝修改使得能够进行快速的并且低-损坏分离、切块、刻划、切割、切、以及通常是平的或曲面板形式透明材料的刻面处理，并且因此在许多的制造应用中服务。本方法通常适用于可形成丝的任何透明介质。对于玻璃材料，这包括液晶显示器(LCD)、平板显示器(FPD)、有机的显示器(0LED)、玻璃板、多层薄玻璃板、汽车玻璃、管、窗、生物芯片、光学传感器、平面光波电路、光学纤维、饮用玻璃器皿、以及艺术品的切块或切割。对于晶体例如硅、II1-V族元素、及其它半导体材料，特别地，薄晶片形式的晶体，应用包括微电子芯片、存储芯片、传感器芯片发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、垂直空腔表面发射激光器VCSEL)及其它光电子设备的分离。这种丝处理还将适用于切块、切削、钻或刻划透明陶瓷、聚合物、透明的导体(即ΙΤ0)、宽带隙玻璃以及晶体(例如结晶石英、金刚石、蓝宝石)。应用还延伸至所有的复合材料和组件，其中复合材料和组件的至少一个材料部件对激光波长是透明以便于该成丝处理。实施例包括硅沉积二氧化硅，玻璃上的硅，金属-镀膜玻璃平板显示、印刷电路板、微电子芯片、光电路、多层FPD或IXD、生物芯片、传感器、致动器、MEMs，微型全满分析系统(μ TAS)、以及多层聚合物包装。上述的特定的实施方式已经通过举例示出，并且应该理解这些实施方式可易于做出各种修改和替换形式。应该进一步理解权利要求书并非打算限制本文所公开的特定的形式，而应该理解为涵盖落在本公开的精神和范围内所有的修改、等同、以及替换。
权利要求
1.一种制备用于切割的衬底方法，所述方法包括以下步骤: 用聚焦的激光束的一个或多个脉冲照射所述衬底，其中所述衬底对所述聚焦的激光束是透明的，并且其中所述一个或多个脉冲具有被选择以在所述衬底内产生丝的能量和脉冲持续时间； 相对于所述聚焦的激光束平移所述衬底以照射所述衬底并在一个或多个额外的位置产生额外的丝； 其中所述丝形成限定用于切割所述衬底的内部刻划路径的排列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中衬底相对于所述聚焦的激光束以被选择以产生在微米尺度上隔开的丝的速率平移。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一个或多个脉冲以指定的频率提供两倍或更多倍，并且所述衬底相对于所述聚焦的激光束以大体上恒定的速率平移。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一个或多个脉冲是单个脉冲。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述一个或多个脉冲包括具有两个或更多脉冲的脉冲列。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述脉冲列中连续的脉冲之间的时间延迟小于一个或多个材料修改动力学的衰减发生的持续时间。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其中所述聚焦的激光束的光束焦点的位置被选择以在所述衬底内产生所述丝，其中所述衬底的至少一个表面基本没有烧蚀。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其中所述一个或多个脉冲的性质被选择以在所述衬底内提供足够的光束强度以导致所述聚焦的激光束的自聚焦。
9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其中所述聚焦的激光束的光束焦点的位置被选择以在所述衬底的至少一个表面内产生V型沟槽。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底是玻璃。
11.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底包括半导体。
12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底选自透明陶瓷、聚合物、透明导体、宽带隙玻璃、晶体、结晶石英、金刚石、以及蓝宝石。
13.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的方法，其中所述衬底包括两个或更多层，并且其中所述聚焦的激光束的光束焦点的位置被选择以在所述两个或更多层中的至少一个内产生丝。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述衬底包括多层平板显示玻璃。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述平板显示玻璃选自液晶显示器(LCD)、平板显示器(FPD )、以及有机发光显示器(OLED )。
16.根据权利要求13所述的方法,其中所述衬底选自汽车玻璃、管、窗、生物芯片、光学传感器、平面光波电路、光学纤维、饮用玻璃器皿、艺术玻璃、硅、II1-V族半导体、微电子芯片、存储芯片、传感器芯片、发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、以及垂直空腔表面发射激光器(VCSEL)。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述聚焦的激光束的所述光束焦点的所述位置被选择以在所述两个或更多层 的两个或更多层内产生丝，其中所述聚焦的激光束在一层内产生第一丝，传播进入至少一个附加层，并在所述至少一个附加层内产生第二丝。
18.根据权利要求1至17中任一权利要求所述的方法，还包括切割所述衬底的步骤。
19.根据权利要求1至18中任一权利要求所述的方法，其中所述一个或多个脉冲中的每一个的脉冲持续时间小于大约lOOps。
20.根据权利要求1至18中任一权利要求所述的方法，其中所述一个或多个脉冲中的每一个的脉冲持续时间小于大约10ps。
21.根据权利要求13至16中任一权利要求所述的方法，其中所述聚焦的激光束的所述光束焦点的所述位置被首先选择以在所述两个或更多层中的至少一层内产生丝，所述方法还包括以下步骤: 将第二光束焦点定位在所述两个或更多层的第二层内；以及 照射所述第二层并平移所述衬底以产生第二阵列，所述第二阵列限定用于切割所述衬底的第二内部刻划路径。
22.根据权利要求21所述的方法，其中当照射所述第二层时，所述衬底是从相对于当照射所述第一层时相对侧照射的。
23.根据权利要求21所述的方法，其中在照射所述第二层之前，所述第二光束焦点的位置横向地平移以产生相对于当照射所述第一层时第一光束焦点的第一位置的偏移。
24.根据权利要求21至23中任一权利要求所述的方法，其中第二聚焦的激光束被用来照射所述第二层。
全文摘要
提供了用于切割步骤制备透明衬底的内部处理的方法。用聚焦的激光束照射衬底，聚焦的激光束包括具有被选择以在衬底内产生丝的能量和脉冲持续时间的脉冲。相对于聚焦的激光束平移衬底以照射述衬底并在一个或多个额外的位置产生额外的丝。其中产生的丝形成限定用于切割所述衬底的内部刻划路径的排列。可改变激光束参数以调整丝长度和位置、以及非必须地引入V型通道或沟槽、给激光切割的边缘提供斜面。优选地，激光脉冲是以脉冲群列输送的，用于降低丝形成的能量阈值、增加丝长度、对丝修改区域进行热退火以使附带损害最小化、改进处理可重复性、以及与使用低重复率激光相比增加处理速度。
文档编号B23K26/40GK103079747SQ201180042747
公开日2013年5月1日 申请日期2011年7月12日 优先权日2010年7月12日
发明者S·艾博斯·胡塞尼, 彼得·R·赫尔曼 申请人:费拉瑟美国有限公司