通過引用將2013年1月31日提交的美國專利申請13640140、2014年7月21日提交的美國專利申請14336912和2014年7月21日提交的美國專利申請14336819整體并入本文，如同將它們完全寫入本文一樣。

背景技術：

本公開涉及材料的激光加工系統(tǒng)和方法。更具體地，本公開涉及用于將包含在所述材料上制成的無源或有源電子或電氣器件的晶片、基材和平板單片化(singulation)和/或切割(cleaving)的系統(tǒng)和方法。

在目前的生產中，晶片或玻璃面板的單片化、切塊(dicing)、劃割(scribing)、切割、切削(cutting)和切面(facet)處理是非常重要的加工步驟，其通常依賴于金剛石或常規(guī)的燒蝕性或擊穿性(隱形(stealth))激光的劃割和切削，其速度對于例如LED、LED器件(例如照明組件)和發(fā)光器件(例如LED顯示器)而言為至多30cm/sec。

在金剛石切削的過程中，在進行金剛石切削之后，機械輥施加應力以使裂紋傳播，從而切割樣品。該方法產生低品質的邊緣、微裂紋、寬切口寬度和大量碎片，這是產品壽命、效率、品質和可靠性方面的主要缺陷，同時還引起額外的清潔和拋光步驟。運行金剛石劃割器所用的去離子水的成本超過劃割器的持有成本，并且由于水受到污染并需要精制(這進一步增加生產成本)，該技術并不環(huán)保。

已經(jīng)開發(fā)了用于進行單片化、切塊、劃割、切割、切削和切面處理的激光燒蝕加工，以克服與金剛石切削相關的一些局限性。不幸的是，已知的激光加工方法存在缺點，特別是在透明材料中，例如加工速度慢、產生裂紋、燒蝕碎屑污染以及中等尺寸的切口寬度。此外，激光相互作用過程中的熱傳輸會導致大面積區(qū)域的附帶熱損傷(即熱影響區(qū))。

激光燒蝕過程可以通過選擇波長被介質強烈吸收的激光(例如，深UV準分子激光或遠紅外線CO₂激光)來改善。然而，由于該物理燒蝕工藝所固有的侵蝕性相互作用，并不能消除上述缺點。這由某些LED應用中UV加工的失敗所充分證實，其中損傷迫使該產業(yè)著眼于傳統(tǒng)的劃割和斷裂、隨后通過蝕刻來除去燒蝕性劃割或金剛石劃割工具所遺留的受損區(qū)域，這取決于所采用的具體的解決技術。

作為另一選擇，透明介質表面上的激光燒蝕也可以通過減小激光脈沖的持續(xù)時間來改善。這對于在加工介質內部是透明的激光而言特別有利。當聚焦到透明材料上或者內部時，高激光強度誘導非線性吸收效果以提供動態(tài)不透明度，可以控制該動態(tài)不透明度來準確地將適宜的激光能量注入由焦點體積所限定的小體積材料中。相比長持續(xù)時間的激光脈沖，短持續(xù)時間的脈沖還提供若干其他優(yōu)點，例如消除等離子體的產生以及等離子體反射，從而通過在這種激光脈沖的短得多的時間尺度內的小部分的熱擴散以及其他熱傳輸效應來減少附帶損傷。

因此，飛秒和皮秒激光燒蝕在不透明和透明材料的加工中都提供了顯著的好處。然而，在一般情況下，即使用短至數(shù)十至數(shù)百飛秒的脈沖加工透明材料，也會伴隨著粗糙表面的形成、緩慢的處理以及在激光所形成的切口、孔或溝附近的微裂紋，這對于例如氧化鋁(Al₂O₃)、玻璃、經(jīng)摻雜的電介質和光學晶體等脆性材料而言特別成問題。此外，燒蝕碎片會污染附近的樣品以及周邊的器件和表面。近來，在日本已討論了使用光纖激光法的多通飛秒切削。該方法受阻于需要多次通過并由此導致處理量低下。

盡管激光加工已經(jīng)成功地克服了上文提及的與金剛石切削相關的許多限制，但新的材料組合物使得晶片和面板不能接受激光劃割。此外，晶片上的器件和晶塊(dice)的尺寸越來越小并相互靠近，這限制了金剛石和常規(guī)激光類劃割的使用。例如，30μm是可行的劃割寬度，而15μm對于這些常規(guī)方法來說則具有挑戰(zhàn)性。此外，由于金剛石劃割使用機械力來對基材進行劃割，薄樣品非常難以劃割。由于在基于晶片的器件的制造中使用了越來越奇異(exotic)和復雜的材料堆疊體，由于堆疊體不透明，之前應用的激光劃割技術不再能簡單地發(fā)揮作用。

技術實現(xiàn)要素：

描述了在透明材料中形成連續(xù)激光細線(filament)的系統(tǒng)和方法。所述透明材料可以選自玻璃、硼硅酸鹽玻璃、琥珀玻璃、化學或熱強化的玻璃、藍寶石、LiNbO₃、硅、Ti:藍寶石、LiTaO₃、透明陶瓷(包括光學陶瓷ALON)、晶棒、GaN、SiC和ZnSe。

超快速激光脈沖突發(fā)(burst)經(jīng)聚焦而使得在受加工的材料外部形成光束匯聚部(waist)，這使得主焦點沒有形成在材料內，同時在位于材料內的延伸區(qū)域中形成足夠的能量密度以支持連續(xù)細線的形成，且不導致材料內的光學擊穿。根據(jù)本方法形成的細線可以展現(xiàn)出超過至多10mm的長度，與修改區(qū)域的長度為1:1對應關系(這是因為，細線是修改劑，所以修改區(qū)域以1:1跟隨細線的長度)，并且在橫截面中沿著長軸觀察時展現(xiàn)出無錐形的輪廓。在一些實施方式中，使用未校準或像差光學聚焦元件產生外部光束匯聚部，同時在材料內形成入射光束的分布式聚焦(延長的焦點)。描述了在透明基材內促進細線陣列的形成以進行切割/單片化和/或標記的各種系統(tǒng)。采用對細線的光學監(jiān)測來提供反饋，從而有助于對該過程進行主動控制。

因此，在第一方面，提供了一種對透明材料進行激光加工的方法，所述方法包括：

激光源，其被配置成提供包括激光脈沖突發(fā)的激光束；

一個或多個聚焦元件，其被配置成相對于所述透明材料在外部聚焦激光束，以在所述透明材料外部的位置形成光束匯聚部，并同時避免形成外部等離子體通道；

將所述激光束和所述一個或多個聚焦元件配置成在所述透明材料內產生足夠的能量密度以在其中形成連續(xù)激光細線且不導致光學擊穿；

用于改變所述激光束和所述透明材料之間的相對位置的裝置；

與改變所述激光束和所述透明材料之間的相對位置的所述裝置操作性地連接的控制和處理單元；

所述控制和處理單元被配置成控制所述激光束和所述透明材料之間的相對位置以在所述透明材料內形成連續(xù)激光細線陣列；

所述連續(xù)激光細線陣列從所述透明材料的第一表面連續(xù)延伸至所述透明材料的第二表面；和

選擇性地濕式蝕刻或干式蝕刻所述連續(xù)激光細線陣列以釋放出閉合形式。

在另一方面，提供了一種加工透明材料的方法，其包括以下步驟：

所述透明材料具有形成為與所述透明材料相結合的金屬層，且所述金屬層具有形成為與所述金屬層相結合的光致抗蝕劑層，

提供激光束，所述激光束包括激光脈沖突發(fā)，所述激光脈沖突發(fā)可以是單脈沖或者多脈沖；

相對于所述透明材料在外部聚焦所述激光束，以在所述透明材料外部的位置形成光束匯聚部，并同時避免形成外部等離子體通道；

將所述激光脈沖聚焦，以使得在所述透明材料內保持足夠的能量密度以形成連續(xù)激光細線且不導致光學擊穿；

同時在所述透明材料內形成所述連續(xù)激光細線并同時形成低功率激光束來燒蝕所述光致抗蝕劑層和所述金屬層，將形成細線的激光束的功率降低至低于使所述細線同時在所述透明材料內并穿過所述透明材料的閾值，同時保持足夠的功率來用所述低功率激光束在一個或多個位置燒蝕和照射所述光致抗蝕劑層和所述金屬層，以使得所述激光束局部燒蝕所述金屬層，從而在通過所述連續(xù)激光細線形成的貫穿所述透明材料的孔的附近除去所述金屬層；和

選擇性地蝕刻貫穿所述透明材料基材的孔，同時所述光致抗蝕劑避免了損傷所述金屬層。

在另一方面，提供了一種加工透明材料的方法，其包括以下步驟：

所述透明材料具有形成為與所述透明材料相結合的金屬層，且所述金屬層具有形成為與所述金屬層相結合的光致抗蝕劑層，

提供激光束，所述激光束包括激光脈沖突發(fā)，所述激光脈沖突發(fā)可以是單脈沖或者多脈沖；

相對于所述透明材料在外部聚焦所述激光束，以在所述透明材料外部的位置形成光束匯聚部，并同時避免形成外部等離子體通道；

將所述激光脈沖聚焦，使得在所述透明材料內保持足夠的能量密度以形成連續(xù)激光細線且不導致光學擊穿；

同時在所述透明材料內形成所述連續(xù)激光細線并同時形成低功率激光束來燒蝕所述光致抗蝕劑層和所述金屬層，將形成細線的激光束的功率降低至低于使所述細線同時在所述透明材料內并穿過所述透明材料的閾值，同時保持足夠的功率來用所述低功率激光束在一個或多個位置燒蝕和照射所述光致抗蝕劑層和所述金屬層，以使得所述激光束局部燒蝕所述金屬層，從而在通過所述連續(xù)激光細線形成的貫穿所述透明材料的孔附近除去所述金屬層；

創(chuàng)建貫穿所述透明基材的多個孔，并除去位于貫穿所述透明基材的多個孔中每一個孔附近的金屬層部分和光致抗蝕劑層部分；和

選擇性地蝕刻貫穿所述透明材料基材的孔，同時所述光致抗蝕劑避免了損傷所述金屬層。

在另一方面，提供了一種加工透明材料的方法，其包括以下步驟：

所述透明材料包括與所述透明材料相結合的金屬層和與所述金屬層相結合的光致抗蝕劑層，

提供激光束，所述激光束具有多個突發(fā)，且每個突發(fā)包括多個脈沖；

使用未校準或像差光學聚焦元件在所述透明材料外部生成所述激光束的初始匯聚部；

生成在所述透明材料內分布的弱聚焦的激光束；

在所述透明材料內形成空間延伸的和空間均勻的細線；

在所述透明基材內形成細線陣列；

除去每個連續(xù)激光細線附近的金屬層部分和光致抗蝕層部分；和

選擇性地干式蝕刻或濕式蝕刻連續(xù)激光細線陣列。

在另一方面，提供了其中形成有連續(xù)激光細線的透明材料

在另一方面，提供了其中形成有連續(xù)激光細線的透明材料，所述連續(xù)激光細線具有超過約1mm的長度。

在另一方面，提供了一種透明基材，其表現(xiàn)出超過約50MPa的切割后或單片化后斷裂強度。

通過透明基材中的細線形成，可以非?？焖俚貏澑畛龇浅＜毜拈]合形式結構，通過干式或濕式化學蝕刻，能夠蝕刻修改區(qū)域以釋放出所述閉合形式。

所述透明材料選自玻璃、硼硅酸鹽玻璃、琥珀玻璃、化學或熱強化玻璃、藍寶石、LiNbO₃、硅、Ti:藍寶石、LiTaO₃、透明陶瓷(例如ALON)、晶棒、GaN、SiC和ZnSe。

干式蝕刻劑包括但不限于：四氟化碳CF₄、六氟化硫SF₆、三氟化氮NF₃、氯氣Cl₂和二氯二氟化碳CCl₂F₂。濕式蝕刻劑包括但不限于硝酸(HNO₃)和氫氟酸(HF)、氫氧化鉀(KOH)、乙二胺鄰苯二酚(EDP)和氫氧化四甲銨(TMAH)

通過參考以下詳細描述和附圖能實現(xiàn)對本公開的功能和優(yōu)勢方面的進一步理解。

附圖說明

圖1描述了用于形成細線的光學構造，其中通過聚焦光束能量使其“堆積”到位于目標透明材料上方和/或下方的焦點中(形成“光學存儲器”)來調節(jié)傳遞到所需的細線區(qū)中的能量的量，從而形成均勻的長細線。

圖2是具有劃割得到的閉合形式的基材的示意圖，其中所述閉合形式是所需的部件。

圖2A是圖1一部分的放大圖，描述了孔洞/孔之間的間距。

圖2B是沿圖2A的1B-1B線所截取的示意截面圖。

圖3是具有劃割得到的閉合形式的基材的示意圖，其中主體是所需部分，而內部特征物將被切出。

圖3A是圖3中所示的插槽的放大圖。

圖3B是圖3A一部分的放大圖，描述了孔洞和裂紋線。

圖3C是圖3中所示的圓切塊的放大圖。

圖3D是圖3C一部分的放大圖，描述了孔洞和裂紋線路徑。

圖3E是圖3的正方形切塊的放大圖。

圖3F是圖3E一部分的放大圖，描述了孔洞和裂紋線路徑。

圖4是閉合形式釋放(硬碟)的另一示意圖。

圖4A是圖4一部分的放大圖，描述了孔洞和裂紋線。

圖5A是從透明管上切下的兩段的示意圖。

圖5B是一部分管的放大圖，其示出透明管中的孔洞以及孔洞之間的微裂縫。

圖6A顯示了通過在透明材料中連續(xù)鉆孔而實現(xiàn)的切割平面；和

圖6B顯示了透過寶石的有角度切削。

圖7A-7E顯示了有角度的切口，其造成有角度的邊緣。

圖8A-8D圖示了具有切口的不同玻璃部件。

圖9A和9B分別是在基材中鉆出的過孔的透視圖和側視圖。

圖10圖示了制造適用于晶片尺寸基材加工的細線的實施方式。

圖11A和圖11B分別是適于部件劃割的示例性激光器系統(tǒng)布局的頂視圖和正視圖；

圖12是透明基材的側面示意視圖，其示出了入射激光束進入像差聚焦透鏡，金屬層結合到透明基材底表面，光致抗蝕劑結合金屬層，激光束的主焦點匯聚部位于光致抗蝕劑表面，次級焦點匯聚部位于透明基材內；

圖13是圖示了具有貫穿其中的孔的透明基材的側面示意視圖，金屬層結合透明基材，光致抗蝕劑結合金屬層，并進行濕式刻蝕--將透明基材、金屬層和光致抗蝕劑浸沒在化學蝕刻劑中；

圖13A是圖13中所示的透明基材的頂視圖，圖示了貫穿基材的多個孔，并在孔之間形成裂紋線；和

圖14是受到干式刻蝕的具有貫穿孔的透明基材的側面示意視圖，該透明基材具有與透明基材表面相結合的金屬層和與該金屬層結合的光致抗蝕劑層。

具體實施方式

現(xiàn)將僅通過舉例方式來描述本公開的實施方式。

圖1描繪了用于形成細線的光學構造，其中通過聚焦光束能量使其“堆積”到位于目標透明材料上方和/或下方的焦點中(形成光學存儲器220)來調節(jié)傳遞到所需的細線區(qū)的能量的量，從而形成均勻的長細線220。入射激光束160穿過分布式聚焦組件150，其在目標基材215之上或之下形成焦點210。

超快速激光脈沖在透明光學介質中的傳播由于在線性和非線性效應的組合作用下激光脈沖的時間和空間分布發(fā)生強變形而變得復雜，所述效應例如為群速度色散(GVD)、線性衍射、自相位調制(SPM)、自聚焦、由價帶至導帶的電子的多光子/隧穿電離(MPI/TI)、等離子體散焦以及自陡化。參見SL Chin等，Canadian Journal of Physics,83,863-905(2005)。取決于激光參數(shù)、材料非線性性質和進入材料的聚焦狀況，這些效應不同程度地發(fā)揮作用。由于非線性折射率依賴于強度，在強激光脈沖的傳播過程中，脈沖的中心部分因可變的折射率而比脈沖周圍部位移動得慢，從而導致脈沖自聚焦。在由所產生MPI/TI等離子體導致的自聚焦區(qū)域中，等離子體起到負透鏡的作用并導致脈沖散焦，但由于高強度，自聚焦再次發(fā)生。聚焦和散焦之間的平衡作用產生了長的等離子體通道，即細線。使用低每脈沖能量，細線在材料中留下折射率改變的痕跡。細線由背景能量包圍，該背景能量泵送能量以形成所述細線。在本領域中該背景能量已知為細線貯庫。阻斷或干擾一部分貯庫將導致失去細線的后果。由此原因，細線之間的空間間隔對于細線形成而言非常重要。否則在基材中會形成損傷和裂紋而不是劃割。在細線形成過程中，出現(xiàn)等離子體生成時所固有的光聲效應。這開拓了深入基材的小于1μm直徑的狹窄孔，并根據(jù)激光輸出功率，可以達到至多10mm長而不改變直徑。因此，可以堆疊許多片扁平基材，并以一次操作對它們全部進行劃割。使用單脈沖超快速激光可在材料內形成細線，只要高于所使用的指定材料的臨界峰值功率。當使用多個脈沖作為脈沖序列或突發(fā)時，由于產生了熱量積累和連貫的光聲沖擊波，有助于更好地形成細線。光學擊穿是材料內緊密聚焦的結果(等離子體空隙形成且激光聚焦)，而細線是使用小于0.4的NA進行非常溫和的聚焦的結果，其中聚焦元件僅協(xié)助細線的形成。幾何焦點可能在目標表面上具有100至200μm的點擴散功能，脈沖將其自身自聚焦至1μm的直徑范圍，這在線性光學中通過使用1或者更高的NA(100X物鏡，油浸)是可能的。術語“細線”或“等離子體通道”通常用做定義該過程的標準術語，但本領域中也有一些人將該過程描述為“延長的焦點”以描述同一效應。延長的焦點是使用超快速脈沖的結果。例如，不可能延長長激光脈沖并觀察到相同效應。

本領域中其他一些人將該過程描述為“突發(fā)超快速細線形成”，并宣稱第一個脈沖制造出波導而連貫的脈沖跟隨該波導。

同時，如果使用1MHz或更低的突發(fā)頻率，熱累積效應將消失。當使用30至60MHz的突發(fā)頻率時，熱累積能很好地產生非常明顯的細線。在此條件下，由細線到細線形成了寬度小于100nm的窄裂紋。這沿著劃割線由樣品的頂部至底部全程形成簾(裂紋壁)。使用檢漏染料證實了染料能穿過劃割線并終止于另一表面。毛細效應使得染料能夠在裂紋簾和細線通道中一直行進。

雖然我們公開了在Rofin StarPico模型中使用30MHz的“播種器”(seeder)，30MHz是我們的標準突發(fā)頻率，而單脈沖或多脈沖可以在100KHz的頻率選擇，以形成突發(fā)包絡(burst envelope)?？梢栽谛∮?5ps時將單脈沖或多脈沖進一步放大至50W平均功率。該突發(fā)包落中有1-6個脈沖，并且超過在玻璃基材中形成細線所必需的臨界功率。

圖2是具有劃割形成的閉合形式的基材的示意圖，其中所述閉合形式是所需的部件。該閉合形式(所需部件)是圖2中部由附圖標記2表示的部分。

當主體或閉合形式是所需部件時，明顯存在兩種策略。如圖2所示，產品2是通過在主基材1上進行細線劃割而形成的閉合形式，即所需部件。參考圖2，實線21S表示切入基材1表面1S的劃割線。示例性閉合形式可以是但不限于智能手機蓋面玻璃或汽車擋風玻璃、鏡子、建筑窗戶等。

圖2A是圖2一部分的放大圖，示出了孔(孔洞)21B之間的間距?？锥?1B直徑約為1μm。在圖2A中示出了孔洞21B之間的微裂縫21C。通過光聲壓縮所導致的沖擊波而形成微裂縫21C。取決于形式類型(樣品類型)、基材厚度和孔洞深度，孔(孔洞)之間的中心至中心的間隔為2至10μm，由附圖標記25表示。

圖2B是沿圖2A的1B-1B線所截取的示意性截面圖?？锥?1B延伸完全穿過基材。在透明基材中鉆出的所有孔洞基本是圓柱形的并且沒有錐度。通過不同的技術，例如將樣品靜置在水中進行OH交換、加熱、冷卻或施加空氣壓力來削弱切割區(qū)域，可以釋放出所需的閉合形式。本文公開的一個主要方面是使用干式或濕式化學蝕刻以從主體中移除所需部分。

圖3是具有劃割形成的閉合形式33、43和53的基材1S的示意圖，其中主體1S是所需部分，而內部特征物已被切出(從基材中移除)。如圖3所示，當閉合形式，例如在部件2上形成的插槽3、圓形4和切塊5中的任一個或其組合，不是所需部件時，可以將插槽3、圓形4和切塊5中的任一個或其組合溶解或破壞，以從主體中釋放出插槽3、圓形4和切塊5中的任一個或其組合。通過一段時間的氫氟酸浴來蝕刻出插槽3、圓形4或切塊5的裂紋線。該蝕刻導致激光照射區(qū)域更快地溶解，從而導致沿細線劃割線的完全分離，而內部閉合形式在其自重下自行下落。

例如，通過在基材中創(chuàng)建光聲壓縮材料區(qū)域，可以釋放出半徑為1至50mm的圓形(圓形切塊)，然后其在蝕刻溶液中落下。

圖3A是圖3中所示的插槽3的放大圖。圖3B是圖3A一部分的放大圖，示出了孔洞33和微裂縫33C。圖3C是圖3中所示圓切塊4的放大圖。圖3D是圖3C一部分的放大圖，示出了孔洞43和微裂縫43C。圖3E是圖3的正方形切塊5的放大圖。圖3F是圖3E一部分的放大圖，示出了孔洞53和微裂縫53C。在所有這些實例中，使用了化學浴來移除切塊。

在玻璃上劃割出兩個圓形以形成用于硬盤驅動器的盤片是一項工業(yè)挑戰(zhàn)。在相關技術中，在進行金剛石輥劃割后，切面品質非常差，必須要進行打磨，這增加了產品成本。圖4是閉合形式釋放的另一示意圖。在對基材進行劃割后，從基材60的主體(主要部分)中釋放出盤片，還從盤片中釋放出中心碟片80。

圖4A是圖4一部分的放大圖，示出了孔洞81E和微裂縫89C?？锥?1E延伸貫穿基材60。在透明基材中鉆出的所有孔洞81E基本是圓柱形的并且沒有錐度。

圖4中的附圖標記81I表示圓形的內劃割線，81E表示圓形的外劃割線。劃割意指所述基材包含孔洞。

通過超快速突發(fā)細線形成法，在玻璃基材60中在約一秒內形成劃割圓81I、81E，以形成圓形的穿孔線。在刻蝕后，中心圓85在其自身重量下自行下落或憑借僅空氣壓力或機械指觸碰而下落，還從廢玻璃框架中釋放出碟片80。

依舊參考圖4，以1μm的精度切出碟片80，其切面粗糙度小于1μm。由于超快速突發(fā)細線劃割過程在沒有任何微裂紋或邊緣碎裂的情況下切出部件，因此沒有必要進行打磨。

圖5A是螺旋切削硼硅酸鹽管的示意圖?？梢钥吹侥軌蚋蓛舻厍邢魍该鞑牧锨娴倪m用性。此處，從透明管70上切出硼硅酸鹽玻璃環(huán)段75、77。圖12B是管的一部分的放大圖，示出了透明管70中的孔洞12D和孔洞之間的微裂縫12C。切削可以以螺旋運動來進行，以制造玻璃螺旋結構，或者管本身可以是桿以制造薄碟片。

如圖6A所示，貫穿寶石(例如金剛石)而鉆出的一系列密集間隔的孔洞156、151、152、153和154可以經(jīng)排列而形成切割平面155。由于形成細線，修改區(qū)域的非常窄的簾形成了切割平面。將寶石放入合適的蝕刻溶液中，由于毛細效應，蝕刻酸在孔洞中移動并造成很好的材料分離。采用該技術，在切削過程中損失少得多的珍貴寶石。圖6B表示幾次切削后的最終寶石。

圖7A-E顯示了有角度的切出方法以制造具有成角度的邊緣的內部特征物，而無需進行后單片化處理來實現(xiàn)所需的角度結果。在圖7A-E中，通過圍繞與激光束成固定入射角度的θ軸136進行旋轉來實現(xiàn)光束軌跡137、142，所述入射角度等于在最終部件邊緣765上所需的斜率。該非限制性實施方式使得能夠通過細線陣列進行有角度的切削和作為裝置的旋轉臺的平移以支持形成復雜切塊。

圖7E描繪了通過用多條細線形成光束142以不同角度進行加工而形成倒角部分140的示例性實施形式。應當理解的是，可以控制所述光束和細線路徑以形成各種角度的倒角或斜角邊緣。此外，還應該理解所述邊緣可以是直的。“直的”是指其垂直于基材表面(法向)。在協(xié)同(平行)成形的情況下，可以將光束分成多束并引導其通過光學部件，以實現(xiàn)與法向入射光束一起抵達目標物的表現(xiàn)出非法向入射角的多條光路，從而創(chuàng)建三面邊緣或倒角。

應該理解的是，可以產生有兩面或多面的倒角，這取決于例如該方法所能容許的分束程度。一些示例性構造描述在圖7E中。在細線形成后，將樣品放入蝕刻浴中進行分離。

圖8A-D呈現(xiàn)了在基材中不同形狀的非常精細的切出物。代替標記字母和數(shù)字，可以在基材上制作名片或廣告標識，而不是僅僅做標記。非常精細的結構，例如彎曲的或成角度的通道、存庫、齒輪等，可以在玻璃中制造。這在MEM制造中開拓了有關玻璃和相似材料的巨大應用，在MEM制造中制造精細部件是昂貴和費時的。部件甚至可以具有金屬涂層，并且仍然能在化學浴中蝕刻或進行干式蝕刻。在200μm厚的玻璃中實現(xiàn)了50μm寬的通道，并且蝕刻的切割線始終跟隨劃割線。

圖9A和B是過孔鉆孔的俯視圖和立體圖?？卓梢杂糜谫|量過濾，玻璃中的過孔也可以用在微電子芯片(例如CPU)中作為層和互連通孔之間的絕緣體。用于材料注入的夾心玻璃中的孔或例如在

如圖9A和B所示，質量分離裝置68簡單地是大致平面的玻璃基材70，其具有如圖10中所述鉆通的大小相同的孔洞69A(孔)的陣列。在操作中，待分離的材料(無論是氣體、流體還是固體顆粒)以流的形式與基材70的平面接觸，從而使得材料通過孔洞陣列69，所用力足以使得顆粒通過基材中的孔洞并超出裝置68的底面。理論上，垂直于裝置平面的力能最快地發(fā)揮作用，但任何角度的流也能一定程度上起作用。基材中鉆出的孔洞的尺寸由被分離的物體的幾何細節(jié)所決定。

非常需要在50μm至5mm厚的透明材料中制造直徑為50至1000μm的孔。本方法似乎是制造這些過孔的最佳、最高效的方法。作為另一個實例，玻璃中的過孔對于半導體器件中的互連是非常需要的。由于在CPU中使用的頻率非常高，使用長導線連接電路將導致輻射。為了避免芯片堆疊，使用非常薄的玻璃層作為芯片之間的絕緣層。使用通過孔來實現(xiàn)層與層的連接。有時在一個樣品中需要超過十萬個孔。使用超快速突發(fā)細線形成，通過激光燒蝕制得孔，所述孔(小圓圈)可以劃割并隨后通過化學蝕刻去除。這加速了生產并降低了每個部件的成本。

圖10描繪了適用于部件單片化的示例性激光器系統(tǒng)的布局。例如，激光器72能以最高約2.5MHz的重復速率輸出能量為約1μJ至50mJ的突發(fā)脈沖。

花崗巖提升管118被設計成用于減弱機械振動的工作塊，如在工業(yè)中通常使用的。這可以是橋，在該橋上，載物臺上方的光學元件可以沿一根軸X或Y相對于載物臺平移，并與之協(xié)調?；◢弾r底座120提供了可以支撐系統(tǒng)任何或所有組件的工作塊。在一些實施方式中，出于穩(wěn)定原因，處理裝置122與系統(tǒng)振動去耦。

提供Z軸電機驅動器124，用于使光學元件(需要時，調節(jié)、聚焦和掃描光學元件)沿著Z軸相對于伺服控制的X-Y載物臺84平移。該運動可以與XY載物臺84和花崗巖橋上的X或Y運動以及花崗巖底座120上載物臺的XY運動相協(xié)調，其保持著待加工的樣品材料。

載物臺84包括，例如，XY和具有傾斜軸γ(“偏航角”)的θ平臺。載物臺84的運動由控制計算系統(tǒng)進行協(xié)調，例如，從較大的母體片材上創(chuàng)建所需的部件形狀。計量裝置108提供了后加工或預加工(或二者)測量，例如用于標測(mapping)、定尺寸和/或檢查切削后的邊緣品質。

圖11A是使用激光加工切削玻璃硬盤驅動器盤片180的示例性激光器系統(tǒng)的示意性頂視圖。激光頭177的X-Y運動圖示于圖10A中，其中激光頭177示意性地描繪在玻璃基材170上方。玻璃基材170由花崗巖(或其他三維穩(wěn)定的)支撐體120之上的梁171和172支撐。軌道175和176支撐可移動臂178，如圖10A所示可移動臂178可沿軌道175、176的X方向移動。可移動臂178由電動機和控制器驅動，控制器將可移動臂178在X方向上精確定位。類似地，激光頭由電動機和控制器驅動，并如圖11A和11B所示可沿可移動臂178在Y方向上精確地移動和定位。圖11B是圖11A所示的用于切削玻璃硬盤驅動器盤片的示例性激光器系統(tǒng)的示意性側視圖。

可移動臂178包括軌道裝置，激光頭177包括電動機177M或用于將激光頭177在Y方向上定位的其他裝置。此外，激光頭在Z方向上是可移動的，用于根據(jù)需要調節(jié)光束匯聚部。垂直軌道177V使得激光頭177能夠在垂直方向(Z方向)上移動。另外，應理解，可以采用選定的分布式焦點透鏡用于激光頭177。玻璃硬盤驅動器盤片180示于圖25A和圖4中。

將含有多個碟片的多片大尺寸玻璃置于化學浴中。因此，從主基材中釋放出具有非常好的切面品質和精度的中心圓和盤片。剛剛描述的硬盤僅是一個例子，其可以是由脆性材料制成的扁平或彎曲形式的幾乎任何部件。

圖12是透明基材150T的側面示意視圖，其示出了入射激光束150I進入像差聚焦透鏡150，金屬層150M結合到透明基材底的表面，光致抗蝕劑150R結合金屬層150M，激光束的主焦點匯聚部150P位于光致抗蝕劑150R的表面上，次級焦點匯聚部150S位于透明基材150T內。

圖13是示出了具有貫穿其中的孔150H的透明基材150T的側面示意視圖，金屬層150M結合到透明基材150T，光致抗蝕劑150R結合到金屬層150M，并進行濕式蝕刻–將透明基材150T、金屬層150M和光致抗蝕劑150R浸沒在化學蝕刻劑301中。在將透明基材置于蝕刻劑中足夠長時間后，透明基材的所需部分180憑借重力與透明基材150T的殘余部分分離。支撐物302A、302B和302C位于透明基材的殘余部分下方。殘余部分是在所需部分被移除之后所剩下的部分。

圖13所示的布局位于充滿蝕刻劑301的容器303中。蝕刻劑殘留在基材的孔150H中并削弱透明基材150T的孔150H的暴露表面。濕式蝕刻劑可以是在本文中先前鑒定為適用于本文中所述透明基材的那些濕式蝕刻劑中的任意一種。

圖13A是圖13所示的透明基材150T的頂視圖，示出了貫穿基材的多個孔以及在其孔150H之間形成的裂紋線151C、152C。如本文其他附圖中所解釋的，孔150H是直徑非常小的孔。孔150H以緊密的間隔排列在一起?？?50H通過激光細線的形成而制造。優(yōu)選的是，孔(孔洞)之間的間距為中心至中心2～10μm?？?50H的直徑小于或等于約1μm。裂紋線151C和152C形成在相鄰孔150H之間，當所需部件180與基材150T分離時，裂紋線151C和152C導致形成光滑表面。所需部件(在該實例中是碟片180)可以在從浴301中移除時憑借其自身重量或機械裝置、機械指(未示出)或空氣壓力的輕微推動而分離。

參見圖13，毛細效應有助于將濕式蝕刻劑301吸入延伸穿過基材的孔150H中。存在毛細效應是由于根據(jù)本文所描述的細線形成方法造成的極小直徑的孔。仍然參見圖13，孔150H充滿了蝕刻劑301。在孔150H中沒有使用蝕刻劑符號(流體符號)是因為在圖13中將難以看見。在孔150H中的蝕刻劑301沿透明材料的裂紋線削弱了透明材料，從而促進部件分離并且邊緣光滑。

圖14是描繪具有貫穿其中的孔150H的透明基材150T受干式蝕刻時的側面示意視圖，透明基材150T具有與該透明基材表面相結合的金屬層150M和與金屬層150M相結合的光致抗蝕劑層150R。電極190A、190C由RF電壓源所激發(fā)，該RF電壓源作用于電極之間的氣體/等離子體150G，這激發(fā)了干式蝕刻劑。蝕刻劑位于基材的孔150H中并削弱透明基材150T的孔150H的暴露的表面。干式蝕刻劑可以是在本文中先前鑒定為適用于本文中所述透明基材的那些干式蝕刻劑中的任意一種。本文中未對所使用的干式蝕刻劑的類型做任何限制。

激光加工透明材料150T的示例性方法，包括以下步驟。透明材料具有形成為與所述透明材料相結合的金屬層150M，金屬層150M具有形成為與所述金屬層150M相結合的光致抗蝕劑層150R。激光束150I(圖12)，所述激光束包括激光脈沖突發(fā)，所述激光脈沖突發(fā)可以是單脈沖或多脈沖。相對于透明材料150T在外部聚焦激光束以在透明材料以外的位置形成光束匯聚部并同時避免形成外部等離子體通道。將激光脈沖聚焦，使得在所述透明材料內保持足夠的能量密度以形成連續(xù)激光細線且不導致光學擊穿。該方法要求同時在透明材料內形成連續(xù)激光細線(220，圖1)并同時形成低功率激光束來燒蝕光致抗蝕劑層150R和金屬層150M，將形成細線的激光束的功率降低至低于使細線同時在所述透明材料內并穿過所述透明材料的閾值，同時保持足夠功率來用低功率激光束在一個或多個位置燒蝕和照射光致抗蝕層150R和金屬層150M，使得激光束局部燒蝕金屬層150M，從而在通過連續(xù)激光細線而形成的貫穿透明材料150T的孔150H的附近除去金屬層150M。連續(xù)激光細線在基材中形成并貫穿基材，同時光致抗蝕劑層和金屬層被燒蝕和移除。一旦光致抗蝕劑層和金屬層被移除，可以用濕式或干式方法來刻蝕孔。該方法要求選擇性地刻蝕貫穿透明材料的孔150H，同時殘留的光致抗蝕劑150R避免了對金屬層的損害。通過防止金屬層暴露于濕式或干式蝕刻劑，光致抗蝕劑有效地消除了對金屬層的附帶損害。如圖13和14所示，孔150H附近的光致抗蝕劑層和金屬層被移除。應當注意的是，在濕式蝕刻方法和干式蝕刻方法中都可以使用各種掩模。在細線形成的同時移除光致抗蝕劑層和金屬層。參見圖14。

本發(fā)明也適用于在透明材料上印刷金屬。透明材料上接收金屬層，然后將光致抗蝕劑層施加到金屬上。然后將掩模施加至金屬層。掩模防止光抵達掩模之下的光致抗蝕劑。掩模例如形成字母A。將合適的光施加于暴露的未被掩模覆蓋的光致抗蝕劑。由于本發(fā)明教導了通過光聲壓縮來同時進行光致抗蝕劑的燒蝕、金屬的燒蝕和貫穿透明材料的孔的形成，蝕刻金屬和透明材料的技術可用于制造高品質的字母A。