[发明专利]对平坦衬底进行基于激光的加工的方法和设备

说明书

本申请涉及一种对平坦衬底(1)(尤其对晶片或玻璃元件)进行基于激光的加工以将该衬底分成多个部分的方法，其中用于加工衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a，2b)被引导在衬底(1)处，该方法的特征在于：借助于被定位在激光器(3)的光束路径中的光学装置(6)，如沿着光束方向所观察的延伸的激光束焦线(2b)从照射到光学装置(6)上的激光束(2a)中被形成在光学装置(6)的光束输出端上，其中以这样的方式相对于激光束焦线(2b)定位衬底(1)以使沿着如在光束方向中所观察的延伸的激光束焦线(2b)的部分(2c)在衬底(1)的内部中的衬底的材料中产生诱发吸收，借助于此吸收，诱发的裂缝形成沿着所述延伸部分(2c)在衬底的材料中发生。

本发明涉及根据权利要求1的通用部分的优选平坦衬底的基于激光的加工及相应的设备以及根据本发明的方法和设备的使用。该方法和设备尤其具有将诸如半导体晶片、玻璃元件等(尤其具有脆性材料)之类的平坦衬底分成多个块(切割晶片或玻璃元件)的目标。如下面更详细地描述的，通常使用具有材料对其基本上透明的波长的脉冲激光。

从现有技术中已经知道借助于激光分离这样的材料的设备和方法。

一方面(例如，DE 10 2011 000 768 A1)，可使用激光，借助它们的波长或它们的功率，这些激光被材料高度吸收或者在第一相互作用之后使得材料为高度吸收的(例如利用电荷载流子的生成而加热；诱发吸收)，并且随后可消融该材料。对于很多材料，这些方法具有缺点：例如，归因于消融期间的颗粒形成的污染；切割边缘由于热输入可具有微裂缝；切割边缘可具有融化的边缘；切口在材料的厚度上不是均匀的(其在不同深度处具有不同宽度；例如可能存在楔形的切割缺口)。由于材料必须被蒸发或汽化，因而必须使得高的平均激光功率可用。

另一方面，存在用于分离脆性材料的已知的激光方法，这些激光方法经由定向的、激光诱发的裂缝形成而操作。例如，Jenoptik提供一种方法，其中首先利用激光在表面上高度加热迹线并且紧接着这之后，如此迅速地冷却该迹线(例如利用水射流)以使由此所生成的热应力导致裂缝的形成，这些裂缝可通过材料的厚度进行传播(机械应力)并分离材料。

此外，存在一种方法，该方法使用材料对其很大程度上透明的波长下的激光以使得可在材料的内部中生成焦点。激光的强度必须如此高以至于内部损坏在被照射的衬底的材料中的此内部焦点处发生。

最后提到的方法具有诱发的裂缝形成在特定深度处或在表面上的点处发生以使得材料的完整厚度仅经由附加的机械和/或热诱发的裂缝传播来进行分离的缺点。由于裂缝往往不均衡地传播，因而对于大部分的分离表面是相当粗糙的并且时常必须被随后加工。另外，必须在不同深度处反复地采用相同的过程。这进而通过相应的因素而放慢过程速率。

因此，从现有技术开始，本发明的问题是使得一种方法(及相应的设备)可用，利用该方法，可在没有颗粒形成、没有融化的边缘、在边缘处具有最小的裂缝形成、没有显著的切口(因此材料损失)、具有尽可能直的切割边缘以及在高的过程速率的情况下加工平坦衬底，尤其是脆性材料，特别是将其完全地分离。

通过如权利要求1中的方法和如权利要求11中的设备来解决此问题。在各种情况中，该方法或设备的有利的设计变型和/或进一步发展可从从属权利要求中获得。在权利要求16中描述根据本发明的重要应用。在权利要求17和18中描述根据本发明所制作的玻璃物体。

下面首先一般地描述本发明，并且随后借助于许多实施例示例来详细地描述本发明。在各个实施例示例中组合在一起示出的特征在本发明的范围内不必都要必须付诸实践。具体地，各个特征还可被省略或者以其它方式与在同一实施例示例中或者甚至在其它实施例示例中所呈现的其它特征进行组合。而且，实施例示例的各个特征通过它们自己可指向现有技术的有利的进一步发展。

首先，下面描述本发明的基础(根据本发明将衬底分成各个部分的机制)。