专利名称：一种平滑和/或斜切衬底边缘的方法
技术领域：
本发明涉及一种平滑和/或斜切衬底边缘的方法。本发明还涉及通过根据本发明的方法制备的衬底，特别涉及具有通过根据本发明的方法平滑和/或斜切边缘的衬底。
背景技术：
许多微技术应用和装置需要衬底作为后续处理的基板。在许多情况下，这些衬底面积大并具有尖锐的边缘，该尖锐的边缘是由于衬底制造工艺而产生的。例如，在许多情况下，玻璃衬底被切割，且这种切割工艺使所得衬底形成非常尖锐的边缘。尖锐的边缘使衬底的进一步处理变得相当困难，因为它们可能造成伤害。同样地，且可能更重要的是虽然这些边缘非常尖锐，但是它们会具有小裂纹或裂缝。在衬底的进一步处理和/或其最终应用(例如，太阳能面板)时，这些裂纹或裂缝会进一步从衬底边缘向衬底中传播，这将导致问题恶化并最终导致衬底质量故障或降低。当前用于平滑或斜切边缘的技术主要是机械的，且这些技术用起来太慢、太昂贵或太粗糙，使得另外的裂纹会因此被引入衬底中，特别是易碎衬底。因此，本发明的目的是提供一种方法，其使衬底边缘平滑或斜切衬底的边缘。本发明的另一目的是提供一种方法，其用于减少衬底边缘的裂纹或裂缝向衬底中传播的问题。 本发明的另一目的是提供一种易于执行的平滑和/或斜切衬底边缘的方法。本发明的另一目的是提供一种平滑和/或斜切衬底边缘的方法，且该方法并不昂贵。所有这些目的都通过平滑和/或斜切衬底边缘的方法来实现，该方法包括如下步骤a)提供具有边缘的衬底，b)提供连接到电压源的电极，并将该电极设置在距离所述衬底边缘0. Olmm至 IOcm的距离处，c)沿所述边缘的方向使所述电极和/或所述衬底相对于彼此移动，在借助所述电极将电压施加到所述边缘时，所述电压具有100V至IO7V范围内的幅值且具有IOkHz至 IOGHz范围内的频率，由此使所述电极和所述边缘之间形成电弧并由此加热所述边缘。在一个实施例中，执行步骤c)使得先前经受步骤c)中形成的电弧的所述边缘的材料从衬底上抬起。在一个实施例中，执行步骤C)使得先前经受步骤C)中形成的电弧的所述边缘的材料熔化但未从衬底上抬起。在一个实施例中，所述边缘的材料的抬起或可替选地熔化受一个或多个以下参数的适当选择和控制的影响如果有的话，步骤C)中施加的电压的幅值，步骤C)中施加的电压的频率，连接至电极的电压源的阻抗，衬底边缘和电极之间的距离，电极和衬底之间相对移动的速度以及衬底的接地。在一个实施例中，所述电压源是特斯拉变压器。在一个实施例中，所述衬底由选自诸如玻璃、石英、金刚石、氧化铝、蓝宝石、氮化铝、氧化锆和尖晶石的电绝缘材料、诸如包括掺杂硅和晶体硅的硅、锗的半导电材料、诸如砷化镓和磷化铟的化合物半导体以及诸如金属的导电材料的材料制成。在一个实施例中，所述电极是尖电极，其具有纵轴并在步骤C)中指向所述衬底的所述边缘。本发明的目的通过具有由根据本发明的方法平滑和/或斜切的边缘的衬底来解决。如在本文中所用，术语“边缘”是指衬底的两个面之间或衬底的两侧之间的边界。 衬底的两侧或衬底的两个面相交的角度不是O度且不是180度。在优选实施例中，由衬底的两侧或衬底的两个面包围的角度在10度至170度范围内，优选40度至140度范围内，更优选70度至110度范围内，甚至更优选80度至100度范围内且最优选90度左右。这有时还被称作“X度的边缘”或“X度角”，值χ表示在该边缘处相交的两侧或两面之间的角度。本文所用术语“斜切”是指斜削工艺且与其同义的处理。根据本发明的衬底，在χ和y方向上具有相当大的延展，但是在ζ方向上的延展可以比较小(与X和y方向相比而言)。根据本发明的衬底可以是电绝缘的，例如玻璃或石英；半导电的，例如元素硅；化合物半导体，或者它们可以是导电的，例如金属。电极相对于衬底边缘设置的距离在0. Olmm至IOcm的范围内。在一个实施例中， 即使在电极和衬底相对于彼此移动时也保持电极和边缘之间的距离，因此尽管相对于彼此移动其中一者或这两者，但彼此等距离。例如，电极可以沿衬底边缘移动，同时保持电极和衬底之间的距离在0.01mm至IOcm的范围内。根据本发明的电极可以采用任意形状，但优选地，其具有纵轴，该纵轴在步骤C) 的执行期间指向衬底。具有相对尖锐的端点/尖端的电极还有助于点燃电弧，因为电场集中在尖端周围，这将有助于周围介质/大气的电离。可以例如通过对气体、液体合成物、压力和温度进行选择，从而对后者进行控制以便实现最佳工艺条件。发明人已经令人惊讶地发现通过使用电极并通过利用这种电极将电压施加至衬底的边缘，可以斜切和/或平滑衬底的边缘。在施加电压时形成在电极和边缘之间的电弧据信可以加热边缘。令人惊讶的是，在电弧形成以及电极和衬底相对于彼此移动时，在被加热的范围内的边缘将随后从衬底上抬起(lift)并且在衬底上留下斜切/平滑的痕迹。在不受任何理论限制的情况下，本发明人相信在电极和衬底相对于彼此发生相对移动时，在加热和/或后续冷却过程中沿着边缘的热张力将使边缘从衬底上抬起且由此在之后，在边缘上留下平滑/斜切的轨迹。在一个实施例中，所施加的电压具有IO2V至IO7V的幅值，优选5xl02V至IxlO6V,更优选IO3V至105V。此外，在一个实施例中，电压是高频电压，其具有 IOkHz至IOGHz范围内的频率，优选IOOkHz至1GHz，更优选IMHz至100MHz。这种高频例如能够利用特斯拉变压器产生。电极所处位置与边缘的距离取决于衬底材料、所施加的电压幅值以及频率以及电极和衬底相对于彼此移动的速度。在一个实施例中，该距离在0. Olmm 至IOcm的范围内。在一个实施例中，电极和衬底(边缘)相对于彼此移动的速度在0. Imm/ s至100mm/S的范围内。边缘材料从衬底上抬起的深度受一 个或多个下列参数的适当选择和控制的影响如果有的话，步骤c)中所施加的电压幅值、步骤c)中所施加的电压频率、连接至电极的电压源的阻抗、衬底边缘与电极之间的距离、电极和衬底之间相对移动的速度以及衬底的接地。在一个实施例中，执行处理，使得边缘材料没有抬起，而是简单地加热边缘并使其熔化。在该情况下，执行处理，使得张力会在边缘的加热和/或冷却过程中增大， 但其不足以导致边缘材料的消融。而是，这种类型的处理将使边缘平滑。在这两种类型的处理中，电极在根据本发明的方法的执行中在施加电压过程中沿着边缘移动，并形成电弧。执行根据本发明的方法的结果是使衬底的边缘熔化并被平滑，而不使材料从边缘上移除，或在边缘已经被斜切的情况下，一些材料从边缘上移除。在一个实施例中，两个处理也可以一起进行，即通过从边缘上移除材料而使边缘变得被斜切，且这种斜切的边缘可以随后经受根据本发明的方法的步骤c)的进一步处理，这时修改该步骤c)，以避免材料从斜切的边缘上移除，而是简单地熔化斜切的边缘，因此致使斜切的边缘的进一步平滑。因此，根据本发明，其中一个实施例包括如下步骤a)提供具有边缘的衬底，
b)提供电极，其连接至电压源并将该电极设置在距离所述衬底的边缘0.01mm至 IOcm的距离处，c)在所述边缘的方向上使所述电极和/或所述衬底相对于彼此移动，同时借助所述电极将电压施加至所述边缘，所述电压具有100V至IO7V范围中的幅值并具有IOkHz至 IOGHz范围内的频率，由此使所述电极和所述边缘之间产生电弧，且由此加热所述边缘使得所述边缘从衬底上抬起，d)使由步骤C)得到的衬底经历另一步骤C’)，步骤C’ )在所述边缘的方向上使所述电极和/或所述衬底相对于彼此移动，同时借助所述电极将电压施加至所述边缘，所述电压具有调节成与步骤(c)相比使每边缘单位的功耗降低5-95%的例如幅值和/频率的参数，由此使电弧形成在所述电极和所述边缘之间，且由此熔化边缘而不是使边缘从衬底上抬起。在执行根据本发明的方法时，可以制造衬底，其具有斜切和/或平滑的边缘，而不再包含裂纹或裂缝，或至少将这种裂纹或裂缝的发生大大地降低。由此制备的衬底很少会出现裂纹或裂缝从边缘传播至衬底本体/内部的问题。根据本发明的方法易于执行且并不昂贵。根据衬底材料，本领域技术人员可以确定所采用的电压幅值、电压频率、衬底边缘与电极之间的距离以及电极和衬底之间的相对移动速度的参数的适当值。所采用的用于实现边缘的斜切的典型值范围(即，其中一些材料已经从边缘上移除)是电极和衬底之间的相对移动的速度是2-6mm/s、衬底边缘和电极之间的距离 < 2. 5mm、电压频率是8MHz以及电压幅值是2000V-5000V。用于实现边缘的平滑的典型值范围是(即，其中边缘上的材料已经被熔化，而不是使材料从边缘上移除)电极和衬底之间的相对移动的速度是l-2mm/s、衬底边缘和电极之间的距离彡2. 5mm、电压频率是8MHz以及用于平滑的电压幅值是用于斜切的电压幅值的0. 7倍；例如，如果用于斜切的电压幅值是4000V，则仅用于平滑的电压幅值约为0. 7x4000V = 2800V。上述值是示例性值，且不应理解为对本发明的限制。根据本发明可以使用多种衬底，其包括电绝缘衬底和半导电衬底。还由于其广泛的商业应用范围，优选的电绝缘衬底是玻璃，例如钠钙玻璃。衬底的厚度没有具体限制，通常的示例性范围是0. Imm至10cm，优选Imm至1cm，更优选Imm至5mm。根据本发明的方法非常有利于例如玻璃衬底的制造，该衬底随后可以用于制造窗、诸如太阳能电池的光伏器件以及诸如LED的发光器件。在本文中应注意，对于特别薄的衬底，例如具有< 1.5mm、优选 ^ Imm的厚度的衬底来说，额外的支撑衬底的使用会是必要的，其在暴露于电弧期间用作热沉。对于应用热沉的本实施例来说，下文将详细说明。 电压源例如可以为特斯拉变压器。在不希望被限制的情况下，下文列出某些典型设置(1-6)，其已经成功地用于实施根据本发明的方法，其表示用于初级线圈和次级线圈的相关参数
权利要求
1.一种平滑和/或斜切衬底边缘的方法，包括如下步骤a)提供具有边缘的衬底，b)提供电极，所述电极连接至电压源并将所述电极置于距离所述衬底的边缘0.01mm 至IOcm的距离处，c)沿所述边缘的方向使所述电极和/或所述衬底相对于彼此移动，同时借助所述电极将电压施加至所述边缘，所述电压具有100V至IO7V范围内的幅值、并具有IOkHz至IOGHz 范围内的频率，由此引起所述电极和所述边缘之间形成电弧并由此加热所述边缘。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行步骤c)使得在步骤c)中先前经受电弧形成的所述边缘的材料从衬底上抬起。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，执行步骤c)使得在步骤c)中先前经受电弧形成的所述边缘的材料熔化，但不从衬底上抬起。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述边缘的材料的抬起或可替选地熔化受一个或多个下述参数的适当选择和控制的影响如果有的话，步骤c)中所施加电压的幅值、步骤c)中所施加电压的频率、连接至电极的电压源的阻抗、衬底边缘和电极之间的距离、电极和衬底之间相对移动的速度以及衬底的接地。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电压源是特斯拉变压器。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述衬底由选自诸如玻璃、石英、金刚石、氧化铝、蓝宝石、氮化铝、氧化锆以及尖晶石的电绝缘材料、诸如包括掺杂硅和晶体硅的硅、锗的半导电材料、诸如砷化镓和磷化铟的化合物半导体以及诸如金属的导电材料的材料制成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电极是具有纵轴的尖电极，所述纵轴在步骤c)中指向所述衬底的所述边缘。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，还包括附加的步骤d)使由步骤c)得到的衬底经历另一步骤C’)，步骤C’)沿所述边缘的方向使所述电极和/或所述衬底相对于彼此移动，同时借助所述电极将电压施加至所述边缘，所述电压具有调节成与步骤(c)相比使每边缘单位的功耗降低5-95%的参数，诸如幅值和/或频率， 由此引起在所述电极和所述边缘之间的电弧形成、且由此熔化所述边缘而不是使边缘从衬底上抬起。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤a)中，要被斜切的所述衬底与支撑衬底热接触，当要被斜切或平滑的所述衬底在步骤c)中被加热时，所述支撑衬底作为热沉。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，或通过直接轻触要被斜切的所述衬底、或借助所述支撑衬底和要被斜切的所述衬底之间的中间层，使所述支撑衬底与要被斜切的所述衬底物理接触，其中所述中间层优选是流体，优选液体，例如水。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的方法，其中，要被斜切的所述衬底具有底侧和顶侧，且所述支撑衬底具有底侧和顶侧，且要被斜切的所述衬底的底侧轻触所述支撑衬底的顶侧，或要被斜切的所述衬底的所述顶侧轻触所述支撑衬底的所述底侧。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中，所述支撑衬底在步骤c)期间通过以下方式被主动冷却将气体或液体流、或气体和液体的混合物或气体和固体的混合物施加至所述支撑衬底，优选施加在所述支撑衬底的与要被斜切的所述衬底背对的一侧上。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其中，要被斜切的所述衬底具有彡1. 5mm、优选彡Imm的厚度。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其中，所述支撑衬底具有在Imm至IOcm 范围内的厚度，优选在2mm至5cm，更优选在3mm至1cm。
15.一种衬底，具有根据上述权利要求中任一项所述的方法平滑和/或斜切的边缘。
全文摘要
本发明涉及一种平滑和/或斜切衬底边缘的方法，本发明还涉及由根据本发明的方法制备的衬底，特别是具有经根据本发明的方法平滑和/或斜切的边缘的衬底。
文档编号C03B29/02GK102413985SQ201080019770
公开日2012年4月11日 申请日期2010年5月14日 优先权日2009年5月14日
发明者克里斯蒂安·施密特, 恩里科·斯图拉, 米歇尔·林达 申请人:皮可钻机公司