用于處理激光透明的襯底以便隨后分離所述襯底的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于處理激光透明的襯底以便隨后分離該襯底的方法。
【背景技術】
[0002] 這種方法例如由EP 2 258 512A1已知。在現(xiàn)有技術中，襯底被局部熔化，從而在襯 底內(nèi)部產(chǎn)生在結構上被弱化的區(qū)域。通過在被弱化區(qū)域上的機械效應折斷并且因此分離該 襯底。
[0003] WO 2011/025908A1公開一種用于以激光射線切割在經(jīng)化學硬化的玻璃的方法，所 述激光射線的波長對于經(jīng)化學硬化的玻璃是透明的。激光射線在此聚焦在經(jīng)化學硬化的玻 璃的內(nèi)拉伸區(qū)域中。
[0004] 由WO 2012/006736A2已知用于襯底的預備裂縫的方法，其中，以激光射線如此照 射襯底，使得通過激光射線的自聚焦產(chǎn)生絲(Filamente)，隨后可以沿著絲使襯底分裂。
[0005] 最后，EP 1 494 271A1公開一種借助激光射線分割襯底的方法。激光射線在襯底 內(nèi)部聚焦在一個點上，該點用作用于分割襯底的初始點。
[0006] 在已知的用于分離襯底的方法中，經(jīng)常不能夠?qū)崿F(xiàn)切割邊沿或分離面的所要求的 品質(zhì)或質(zhì)量。在切割邊沿或分離面的區(qū)域中尤其出現(xiàn)所謂的"空隙(Voids)"，也就是說，襯 底材料中的小的裂紋和/或空腔，其可以是襯底中的損壞區(qū)并且例如是所不希望的繼續(xù)延 伸的裂紋的初始點。此外，在分離襯底時、尤其在分離在化學預張緊的玻璃時，借助材料去 除方法得到不利地長的加工時間以及部分地也得到切割邊沿或分離面的不令人滿意的品 質(zhì)。因此，通過這種方法典型地得到具有大于4°錐形角(Taperwinkel)的切割邊沿。此外，具 有大于40μπι的層厚(英文"Depth Of Layer"或D0L)的預張緊的玻璃的純機械分離通常是不 可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 所述方法基于如下任務，說明一種用于處理激光透明的襯底以便隨后分離該襯底 的方法，其克服現(xiàn)有技術的缺點。尤其應改善拆分的襯底部分的切割邊沿的或分離面的品 質(zhì)。
[0008] 所述任務通過一種用于處理激光透明襯底以便隨后沿分離區(qū)域分離襯底的方法 來解決，所述方法具有以下方法步驟：
[0009] a)在襯底位置處在激光射線的如此調(diào)節(jié)的射線參數(shù)下照射襯底內(nèi)部，使得在所述 激光射線中形成在射線方向上棒形的或梨形縮細的體積區(qū)域，在所述體積區(qū)域中超出用于 產(chǎn)生改性的閾積分通量(SchwelIf Iuenz)( Φ s)，以便在所述襯底內(nèi)部在所述襯底位置處產(chǎn) 生改性區(qū)域；
[0010] b)在至少一個另外的襯底位置處實施步驟a.)以便形成包括所述改性區(qū)域的分離 區(qū)域。在此，所述改性可以既由鍵合變化和密度變化又由瞬態(tài)效應--如增大的電子密度 或增高的溫度組成。
[0011] 通過根據(jù)本發(fā)明的方法，此外得到以下優(yōu)點。在襯底中產(chǎn)生的改性區(qū)域共同構成 一個分離區(qū)域，沿該分離區(qū)域，襯底在處理步驟之后可以通過簡單的方式分離為一個或多 個襯底部分。通過以下方式一一根據(jù)本發(fā)明如此調(diào)節(jié)射線參數(shù)，使得在激光射線中形成在 射線方向上棒形的或梨形縮細的體積區(qū)域，在該體積區(qū)域中超出用于產(chǎn)生改性的閾積分通 量一一在襯底或在分離區(qū)域中不產(chǎn)生空隙(裂紋或空腔），而是產(chǎn)生均勻地且統(tǒng)一改性的分 離區(qū)域，該分離區(qū)域在分離過程之后引起在襯底部分處的高表面品質(zhì)的平滑的且潔凈的分 離面。通過根據(jù)本發(fā)明的在激光射線中的棒形的或梨形縮細的體積區(qū)域，在襯底中產(chǎn)生改 性區(qū)域，在該改性區(qū)域中可以積聚用于稍后分離所需的力。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在此為 了產(chǎn)生分離區(qū)域，基本不需要在激光射線傳播方向上的焦點位置移位。另一方面，通過在棒 形的或梨形縮細的體積區(qū)域中的激光射線可以引入相對高的能量到襯底中，從而能夠?qū)崿F(xiàn) 減慢的冷卻并且因此在襯底中出現(xiàn)隨之而來的更小的溫度梯度。以這種方式也可以利用瞬 態(tài)效應來分離。在此能夠?qū)崿F(xiàn)兩種邊界情況:在這兩個邊界情況之一中可以實現(xiàn)永久改性， 在另一邊界情況中實現(xiàn)暫時改性。在第二種情況下，這通過更高的熱輸入、例如通過暫時改 性區(qū)域的更大的重疊來實現(xiàn)。在這種情況下，暫時改性區(qū)域的體積更大，暫時改性區(qū)域冷卻 更慢，從而可以恢復改性。根據(jù)本發(fā)明，襯底的內(nèi)部通過改性區(qū)域如此預處理，使得其隨后 可以簡單地、也就是說通過例如微小的手動操作力耗費來分離。僅僅在分離的情況下調(diào)節(jié) (唯一的）貫通的、將襯底分離成一個或多個襯底部分的裂紋。根據(jù)本發(fā)明，不僅預張緊的而 且未預張緊的襯底或玻璃可以以0°錐形角和相對高的加工速度來分離。該方法此外能夠?qū)?現(xiàn)：分離具有在50μηι至5mm、尤其0 · 3mm至1 · Imm的范圍中的材料厚度的透明襯底材料（例如 在化學上預張緊的以及未預張緊的襯底）。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，基本上可以實現(xiàn)任意的 切割輪廓或切割幾何形狀。
[0012] 棒形的或梨形縮細的體積區(qū)域的縱向延伸典型地顯著大于其橫向延伸，其中，棒 形的或梨形的體積區(qū)域的縱向延展方向（在一定程度上棒縱向或梨縱向）與激光射線的射 線方向（或者激光射線軸向方向）通常重疊或互相平行地定向。待處理的或待分離的襯底典 型地片形地、也即平坦地構造，其中，激光射線的射線方向通常與片形襯底的襯底表面正交 地入射或定向。棒形的或梨形縮細的體積區(qū)域表示通過相同積分通量的或射線強度的等照 度線（isophote)、也即通過封閉的面限界的體積。棒形的或梨形的體積區(qū)域典型地包圍激 光射線的焦點。
[0013]通過在根據(jù)本發(fā)明調(diào)節(jié)的射線參數(shù)下照射襯底，或者通過激光射線的基本上棒形 的或梨形縮細的體積區(qū)域?qū)σr底材料的作用，在襯底中通過能量的吸收產(chǎn)生改性區(qū)域，改 性區(qū)域具有基本上相應于所述體積區(qū)域的形狀(同樣在射線方向上縮細的棒形或梨形）。因 此，改性區(qū)域分別基本上沿激光射線的射線軸線延伸并且在入射區(qū)域(激光射線在其中入 射到襯底中的區(qū)域）中具有比在激光射線的傳播方向上隨后的下面的部分區(qū)域中更大的橫 向延伸。改性區(qū)域的在一端棒形或梨形擴寬的形狀的原因是，在形成改性區(qū)域期間在入射 區(qū)域中已經(jīng)吸收激光射線的能量，使得在改性區(qū)域的在激光射線的傳播方向上緊隨的在下 面的部分區(qū)域中提供更少的能量并且基于閾行為（Schwel lverhal ten)將所述能量存儲在 更小的區(qū)域中。用于產(chǎn)生改性的閾值基本上與被處理襯底材料相關。對于用于產(chǎn)生改性的 閾積分通量的典型值是大約lOJ/cm 2。改性區(qū)域的橫向延伸或者說寬度(在進給方向上的寬 度)典型地是在8μπι至ΙΟμπι之間并且其縱向延伸或者說長度通常是大約幾百μπι。
[0014] 基本上波長106411111、103011111、80011111、51511111以及34311111的紅外輻射、可見光輻射和群 輻射可以用作用于產(chǎn)生棒形的或梨形縮細的體積區(qū)域的輻射。顯而易見，也可以使用具有 位于這些值之間的波長的福射。在此，可以應用具有焦距f = 3mm和f= 100mm、尤其f= 10_ 至56_的光學器件。對于根據(jù)本發(fā)明的方法在焦點處典型地使用101()W/Cm 2至1017W/cm2、尤 其IO13至10 14W/cm2的輻射強度。
[0015] 在一種優(yōu)選的方法變型方案中，如此調(diào)節(jié)射線參數(shù)，使得體積區(qū)域的襯底表面?zhèn)?端部的最大橫向延伸與體積區(qū)域的最大縱向延伸的比例是在1 /2至I/150之間、尤其在I/10 至1/70之間。通過這種方式，在沿分離區(qū)域分離襯底之后得到在互相分離的襯底部分處的 特別高質(zhì)量的分離面。尤其可以實現(xiàn)具有鏡面平滑表面的分離面。襯底表面?zhèn)榷瞬坑绕淅?解為棒形的或梨形的體積區(qū)域的末端區(qū)域。
[0016] 該方法的一種變型方案也是優(yōu)選的，其中，如此調(diào)節(jié)射線參數(shù)，使得所產(chǎn)生的改性 區(qū)域具有大于3μπι的寬度。以這種方式實現(xiàn)了 ：改性區(qū)域的體積相對大?，F(xiàn)在可能的是，積聚 對于分離所需的力。還可以通過相對大的體積使得所儲存的能量可用于瞬態(tài)效應。
[0017] 在另一種優(yōu)選的方法變型方案中，如此調(diào)節(jié)作為射線參數(shù)的瑞利長度 (Ray丨eighUinge)Zr、激光射線中的脈沖能量Ε、激光射線的脈沖持續(xù)時間τ以及波長λ，使 得根據(jù)
[0018]
[0019]其中：knl作為修正因子；Φ s作為用于在襯底材料中產(chǎn)生