用于处理激光透明的衬底以便随后分离所述衬底的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于处理激光透明的衬底以便随后分离该衬底的方法。
【背景技术】
[0002] 这种方法例如由EP 2 258 512A1已知。在现有技术中，衬底被局部熔化，从而在衬 底内部产生在结构上被弱化的区域。通过在被弱化区域上的机械效应折断并且因此分离该 衬底。
[0003] WO 2011/025908A1公开一种用于以激光射线切割在经化学硬化的玻璃的方法，所 述激光射线的波长对于经化学硬化的玻璃是透明的。激光射线在此聚焦在经化学硬化的玻 璃的内拉伸区域中。
[0004] 由WO 2012/006736A2已知用于衬底的预备裂缝的方法，其中，以激光射线如此照 射衬底，使得通过激光射线的自聚焦产生丝(Filamente)，随后可以沿着丝使衬底分裂。
[0005] 最后，EP 1 494 271A1公开一种借助激光射线分割衬底的方法。激光射线在衬底 内部聚焦在一个点上，该点用作用于分割衬底的初始点。
[0006] 在已知的用于分离衬底的方法中，经常不能够实现切割边沿或分离面的所要求的 品质或质量。在切割边沿或分离面的区域中尤其出现所谓的"空隙(Voids)"，也就是说，衬 底材料中的小的裂纹和/或空腔，其可以是衬底中的损坏区并且例如是所不希望的继续延 伸的裂纹的初始点。此外，在分离衬底时、尤其在分离在化学预张紧的玻璃时，借助材料去 除方法得到不利地长的加工时间以及部分地也得到切割边沿或分离面的不令人满意的品 质。因此，通过这种方法典型地得到具有大于4°锥形角(Taperwinkel)的切割边沿。此外，具 有大于40μπι的层厚(英文"Depth Of Layer"或D0L)的预张紧的玻璃的纯机械分离通常是不 可能的。
【发明内容】
[0007] 所述方法基于如下任务，说明一种用于处理激光透明的衬底以便随后分离该衬底 的方法，其克服现有技术的缺点。尤其应改善拆分的衬底部分的切割边沿的或分离面的品 质。
[0008] 所述任务通过一种用于处理激光透明衬底以便随后沿分离区域分离衬底的方法 来解决，所述方法具有以下方法步骤：
[0009] a)在衬底位置处在激光射线的如此调节的射线参数下照射衬底内部，使得在所述 激光射线中形成在射线方向上棒形的或梨形缩细的体积区域，在所述体积区域中超出用于 产生改性的阈积分通量(SchwelIf Iuenz)( Φ s)，以便在所述衬底内部在所述衬底位置处产 生改性区域；
[0010] b)在至少一个另外的衬底位置处实施步骤a.)以便形成包括所述改性区域的分离 区域。在此，所述改性可以既由键合变化和密度变化又由瞬态效应--如增大的电子密度 或增高的温度组成。
[0011] 通过根据本发明的方法，此外得到以下优点。在衬底中产生的改性区域共同构成 一个分离区域，沿该分离区域，衬底在处理步骤之后可以通过简单的方式分离为一个或多 个衬底部分。通过以下方式一一根据本发明如此调节射线参数，使得在激光射线中形成在 射线方向上棒形的或梨形缩细的体积区域，在该体积区域中超出用于产生改性的阈积分通 量一一在衬底或在分离区域中不产生空隙(裂纹或空腔），而是产生均匀地且统一改性的分 离区域，该分离区域在分离过程之后引起在衬底部分处的高表面品质的平滑的且洁净的分 离面。通过根据本发明的在激光射线中的棒形的或梨形缩细的体积区域，在衬底中产生改 性区域，在该改性区域中可以积聚用于稍后分离所需的力。在根据本发明的方法中，在此为 了产生分离区域，基本不需要在激光射线传播方向上的焦点位置移位。另一方面，通过在棒 形的或梨形缩细的体积区域中的激光射线可以引入相对高的能量到衬底中，从而能够实现 减慢的冷却并且因此在衬底中出现随之而来的更小的温度梯度。以这种方式也可以利用瞬 态效应来分离。在此能够实现两种边界情况:在这两个边界情况之一中可以实现永久改性， 在另一边界情况中实现暂时改性。在第二种情况下，这通过更高的热输入、例如通过暂时改 性区域的更大的重叠来实现。在这种情况下，暂时改性区域的体积更大，暂时改性区域冷却 更慢，从而可以恢复改性。根据本发明，衬底的内部通过改性区域如此预处理，使得其随后 可以简单地、也就是说通过例如微小的手动操作力耗费来分离。仅仅在分离的情况下调节 (唯一的）贯通的、将衬底分离成一个或多个衬底部分的裂纹。根据本发明，不仅预张紧的而 且未预张紧的衬底或玻璃可以以0°锥形角和相对高的加工速度来分离。该方法此外能够实 现：分离具有在50μηι至5mm、尤其0 · 3mm至1 · Imm的范围中的材料厚度的透明衬底材料（例如 在化学上预张紧的以及未预张紧的衬底）。通过根据本发明的方法，基本上可以实现任意的 切割轮廓或切割几何形状。
[0012] 棒形的或梨形缩细的体积区域的纵向延伸典型地显著大于其横向延伸，其中，棒 形的或梨形的体积区域的纵向延展方向（在一定程度上棒纵向或梨纵向）与激光射线的射 线方向（或者激光射线轴向方向）通常重叠或互相平行地定向。待处理的或待分离的衬底典 型地片形地、也即平坦地构造，其中，激光射线的射线方向通常与片形衬底的衬底表面正交 地入射或定向。棒形的或梨形缩细的体积区域表示通过相同积分通量的或射线强度的等照 度线（isophote)、也即通过封闭的面限界的体积。棒形的或梨形的体积区域典型地包围激 光射线的焦点。
[0013]通过在根据本发明调节的射线参数下照射衬底，或者通过激光射线的基本上棒形 的或梨形缩细的体积区域对衬底材料的作用，在衬底中通过能量的吸收产生改性区域，改 性区域具有基本上相应于所述体积区域的形状(同样在射线方向上缩细的棒形或梨形）。因 此，改性区域分别基本上沿激光射线的射线轴线延伸并且在入射区域(激光射线在其中入 射到衬底中的区域）中具有比在激光射线的传播方向上随后的下面的部分区域中更大的横 向延伸。改性区域的在一端棒形或梨形扩宽的形状的原因是，在形成改性区域期间在入射 区域中已经吸收激光射线的能量，使得在改性区域的在激光射线的传播方向上紧随的在下 面的部分区域中提供更少的能量并且基于阈行为（Schwel lverhal ten)将所述能量存储在 更小的区域中。用于产生改性的阈值基本上与被处理衬底材料相关。对于用于产生改性的 阈积分通量的典型值是大约lOJ/cm 2。改性区域的横向延伸或者说宽度(在进给方向上的宽 度)典型地是在8μπι至ΙΟμπι之间并且其纵向延伸或者说长度通常是大约几百μπι。
[0014] 基本上波长106411111、103011111、80011111、51511111以及34311111的红外辐射、可见光辐射和群 辐射可以用作用于产生棒形的或梨形缩细的体积区域的辐射。显而易见，也可以使用具有 位于这些值之间的波长的福射。在此，可以应用具有焦距f = 3mm和f= 100mm、尤其f= 10_ 至56_的光学器件。对于根据本发明的方法在焦点处典型地使用101()W/Cm 2至1017W/cm2、尤 其IO13至10 14W/cm2的辐射强度。
[0015] 在一种优选的方法变型方案中，如此调节射线参数，使得体积区域的衬底表面侧 端部的最大横向延伸与体积区域的最大纵向延伸的比例是在1 /2至I/150之间、尤其在I/10 至1/70之间。通过这种方式，在沿分离区域分离衬底之后得到在互相分离的衬底部分处的 特别高质量的分离面。尤其可以实现具有镜面平滑表面的分离面。衬底表面侧端部尤其理 解为棒形的或梨形的体积区域的末端区域。
[0016] 该方法的一种变型方案也是优选的，其中，如此调节射线参数，使得所产生的改性 区域具有大于3μπι的宽度。以这种方式实现了 ：改性区域的体积相对大。现在可能的是，积聚 对于分离所需的力。还可以通过相对大的体积使得所储存的能量可用于瞬态效应。
[0017] 在另一种优选的方法变型方案中，如此调节作为射线参数的瑞利长度 (Ray丨eighUinge)Zr、激光射线中的脉冲能量Ε、激光射线的脉冲持续时间τ以及波长λ，使 得根据
[0018]
[0019]其中：knl作为修正因子；Φ s作为用于在衬底材料中产生