日本AGC與東京大學成功發明了一項可將玻璃等透明材料以既有方式100萬倍速度進行雷射加工的新方法。早在此次研究之前,AGC與東京大學即已於2018年開發出「過渡選擇性雷射加工法(Transient and Selective Laser加工法;TSL加工法)」,該技術可在玻璃內部暫時產生自由電子,並針對提高了光吸收性的區域進行選擇性高速加工。然而,當時仍未能滿足半導體產業對加工速度、形狀及精密度的要求。
此次研究團隊在原有技術基礎上,透過同時控制雷射的時間波形與空間波形,進一步開發出「貝索TSL加工法(Bessel TSL加工法)」,成功地使加工速度達到既有方法的100萬倍,在速度、形狀及精度各方面皆有所突破。
「貝索TSL加工法」透過將雷射的空間波形整形成「貝索光束(Bessel Beam)」(一種具有自我修復特性的特殊雷射束),使光的強度分佈控制在高長寬比(即深度與直徑的比例)的線狀結構。
時間波形方面,研究團隊將皮秒等級(10⁻¹² 秒)的高強度雷射脈衝與微秒等級的低強度雷射脈衝重疊照射,進而在玻璃基板上生成貫穿表面至背面的高長寬比自由電子區域,並僅針對該區域進行選擇性超高速加熱與氣化加工。透過此方法,研究團隊成功實現了20 µs內完成深度1 mm、直徑3 µm的超高長寬比孔洞加工,加工速度為過去的100萬倍。孔洞直徑可透過控制微秒雷射的照射時間此單一參數進行調整。
此外,相較於一般雷射加工常出現裂縫或孔洞形狀扭曲的問題,本技術可實現極高精度的無缺陷加工。