[发明专利]用于借助激光辐射剥除对激光辐射透明的脆硬材料的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于借助于激光辐射剥除、比如钻孔、切割、刻刮对激光辐射透明的脆硬材料的方法以及装置，其中该材料在材料的上侧与下侧之间具有给定厚度的空间体积，并且该材料具有大于或等于该材料的厚度的所定义的光学侵入深度，其中激光辐射以激光辐射的轴与上侧的面法线之间的所定义的入射角入射，并且入射到材料的上侧上的激光辐射被称为初级激光辐射，其中初级激光辐射在材料的下侧处至少部分被反射，使得在材料的体积中通过反射生成次级激光辐射，其中通过吸收初级和次级激光辐射的相干叠加在材料的体积中生成电子密度，所述电子密度具有电子密度的对材料具有不同作用的至少两个等级，其中给电子密度的这些等级分配初级激光辐射的强度的材料特定的阈值，其方式是，由材料特性的改变和/或裂缝形式的机械损伤来表征初级激光辐射的强度的第一阈值的达到，并且由材料的以剥落和/或剥除形式的机械剥除来表征第二阈值的达到。

背景技术

这样的方法尤其是应用于显示器技术，其中必须加工薄玻璃衬底、一种脆硬物料。恰好工业显示器技术占领着越来越大的市场空间，并且倾向于越来越轻的具有灵敏的触摸屏的设备，并且因此还倾向于更薄的玻璃板以用于例如智能电话和平板计算机。

薄玻璃衬底在可以实现较厚玻璃的耐久性和机械稳定性时恰好提供针对显示器的优点。所述薄玻璃板几乎被用在全部平板显示器（FDP）中。

常规的用于加工这样的薄玻璃板的方法是用所定义的刀片进行铣削，或者其基于向物料或材料中有针对性引入的裂缝形成的机械作用（刻刮和折断）。在使用激光辐射情况下的多种公知方法变型同样所基于的是，利用刻刮和然后折断的原理的机械作用，其方式是，用激光辐射的作用代替刻刮，并且物料/材料在激光辐射的作用以后被折断。常规机械加工（切割、钻孔）对于薄玻璃板而言与大的物料厚度相比显著更困难。也就是说，在机械刻刮的情况下引入微裂缝或者甚至拆出小部分、所谓的碎屑（Chip），使得打磨或蚀刻作为后续加工工艺变得需要。

对这样的如开头描述的用于剥除脆硬材料的方法以及装置的要求是实现大的剥除速率，而在材料中不出现损伤，使得通过该剥除进而在加工以后不将否则利用根据现有技术的方法可能出现的附加的应力或附加的裂缝引入到材料中。

本发明人已经发现，这些裂缝表现为至少三种不同的表现形式：

第一类裂缝：损伤、裂缝形成/碎屑出现在物料的背侧。第一类裂缝在前侧——激光辐射入射之处——还未发生损伤并且也还未进行剥除时就已经出现。

第二类裂缝：裂缝或损伤——亦称尖状物——以入射边缘为出发点，该入射边缘是从工件的表面的未改变的部分到所形成的剥除凹陷的侧向剥除侧壁中的过渡部。

第二类的裂缝或损伤在——与第三类裂缝相比——大的深度上延伸到材料的体积中。这些以入射边缘为出发点的材料改变/损伤也可以在体积中变得可见或产生（其于是也被称为“细丝”；物理原因是克尔效应和自聚焦）或者甚至到达工件的背侧或背向激光辐射的表面。如果从被剥除的表面出发的第二类裂缝到达工件或材料的下侧或背向激光辐射的表面，则其——在不注意的分析中——常常不再与第一类裂缝相区分。

第三类裂缝：精细的没那么深地侵入的裂缝的形成附加于第二类裂缝或第二类损伤——沿着被剥除的表面（切割边缘）——出现；其不限于接近入射边缘的区域，并且出现在激光辐射在剥除凹陷中入射到被剥除的表面（剥除侧壁）、即剥除侧壁上之处。第三类裂缝从被剥除的表面伸展到材料中。第三类裂缝与第一类裂缝相比以较少的深度侵入到材料中。剥除凹陷的粗糙表面与入射边缘相比具有拥有更小曲率半径的粗糙度。剥除凹陷的粗糙表面的聚焦作用与入射边缘的聚焦作用相比显著更强。也就是说，可被分配给粗糙表面的局部粗糙度和小曲率半径的焦距与入射边缘的相比之下大曲率半径的焦距相比显著更小。

JP2005230863A描述了用于借助于激光辐射加工透明材料的方法和装置。在激光辐射入射要加工的物料中时，应当避免反射，为此整个工件应当被浸入液体中。

在WO2006045130A1中描述了用于分割玻璃板的方法和装置。要切割的材料利用反射玻璃板形状配合地来存放（hinterlegen），以便实现或增强反射。由于要切割的玻璃和所使用的固体板的下侧的不同的表面粗糙度而产生气隙，使得尽管如此仍然出现显著的反射。

发明内容