CN105209218B - 对平坦衬底进行基于激光的加工的方法和设备 - Google Patents

Abstract

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。

Description

对平坦衬底进行基于激光的加工的方法和设备

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)。

根据本发明的分离方法借助于适当的激光光学器件(在下文中也被称为光学装置)针对每个激光脉冲生成激光焦线(与焦点形成对比)。焦线确定激光和衬底的材料之间的交互的区域。如果焦线落在要被分离的材料中，则可选择激光参数以使得根据本发明而发生与材料的相互作用，该相互作用沿着焦线生成裂化区域。这里重要的激光参数是激光的波长、激光的脉冲持续时间、激光的脉冲能量以及可能地还有激光的偏振。

对于激光与材料的相互作用，根据本发明，应当优选规定下列：

1)优选选择激光的波长1以使得材料在此波长下是基本上透明的(具体地，例如：每毫米材料深度，吸收<<10％＝>γ<<1/cm；γ＝Lambert-Beer吸收系数)。

2)优选选择激光的脉冲持续时间以使得没有显著的热传输(热扩散)能够在相互作用时间期间从相互作用区域向外发生(具体地，例如：τ<<d²/α，d＝焦点直径，τ＝激光脉冲持续时间；α＝材料的热扩散常数)。

3)优选选择激光的脉冲能量以使得相互作用区域中(因此在焦线中)的强度生成诱发吸收，其导致沿着焦线的材料的局部加热，作为被引入在该材料中的热应力的结果，这又导致沿着焦线的裂缝形成。

4)激光的偏振影响在表面处的相互作用(反射率)以及在诱发吸收期间的材料的内部中的相互作用的种类这两者。诱发吸收可经由在热激励之后的诱发的、自由的电荷载流子(典型地电子)、或者经由多光子吸收和内部光电离、或者经由直接的场电离(光的场强直接使电子键合破裂)而发生。可例如经由Keldysh参数(参考)来评估电荷载流子的生成的种类，但该Keldysh参数在根据本发明的方法的使用中不发挥任何作用。仅对于激光的附加吸收/透射依赖于偏振的特定(例如，双折射)材料是重要的，并且因此例如在简单地启发式基础上，应当由用户选择对借助于适当的光学器件(相位板)的相关材料的分离有帮助的偏振。因此，如果材料不是光学各向同性的而例如是双折射的，则激光在该材料中的传播也将受偏振影响。因此，可选择偏振和偏振矢量的取向以使得根据需要仅一条焦线形成而不是两条(寻常光束和非常光束)。在光学各向同性材料的情况中，这不发挥作用。

5)此外，应当经由脉冲持续时间、脉冲能量和焦线直径选择强度以使得没有消融或融化在固体的框架内发生，而仅裂缝形成在固体的框架内发生。对于如玻璃或透明晶体的典型材料，利用亚纳秒范围内的脉冲激光(因此具体地利用例如10和100ps之间的脉冲持续时间)最容易地满足此要求。就这一点而言，还参见图1：在约一微米(0.5到5.0微米，参见图形的中间)的标度长度上，对于诸如玻璃之类的不良热导体，热传导具有直到亚微秒区域(见两条线之间的区域)的效果，而对于如晶体和半导体之类的良好热导体，热传导自纳秒开始已经变得有效。

根据本发明，对于垂直地延伸至衬底平面的裂缝形成的重要过程是超过材料的结构强度(以MPa计的压缩强度)的机械应力。在这里，机械强度是由激光能量经迅速的不同质加热而产生的(热诱发应力)。假设相对于焦线适当定位衬底(见下文)，根据本发明的裂缝形成自然地在衬底的表面上开始，因为在那儿变形是最大的。这是因为在表面之上的半空间中，不存在能够接收力的材料。此论点同样适用于具有硬化或预应力表面的材料，只要硬化层或预应力层的厚度相比于沿着焦线突然加热的材料的直径是大的。(就这一点而言，还参见下面描述的图2。)

可经由积分通量(以焦耳/cm²计的能量密度)和对于选择的焦线直径的激光脉冲持续时间来建立相互作用的种类以使得1)优选没有融化在表面上或在材料的内部中发生以及2)优选没有具有颗粒形成的消融在表面上发生。在基本上透明的材料中已知许多类型的诱发吸收：

a)在具有低带隙的半导体和绝缘体中，经由例如低残余吸收(归因于材料中的污染物的迹线或者在激光加工之前在温度下已经热激励的电荷载流子)，在第一部分的激光脉冲持续时间内的迅速加热导致附加的电荷载流子的热激励，这进而导致较高的吸收并作为结果导致焦线中的激光吸收的雪崩添加。

b)在绝缘体中，如果存在足够的光强度，则光吸收将经由与材料的原子的非线性光学相互作用而导致电离并且因此又导致自由电荷载流子的生成并且作为结果导致激光的较高的线性吸收。

下面描述期望的分离表面的几何结构的生成(沿着衬底表面上的线在激光束和衬底之间的相对运动)。

根据本发明的与材料的相互作用针对每个激光脉冲沿着焦线在材料中生成单个连续的(如在垂直于衬底表面的方向中所观察的)裂化区域。对于材料的完整分离，针对每个激光脉冲，沿着期望的分离线与彼此如此紧密地建立一系列的这些裂化区域以使裂缝的横向连接产生材料中的期望的裂化表面/轮廓。为此，以特定重复率使激光脉动。选择光斑尺寸和间距以使得在表面上，沿着激光光斑的线，期望的、定向的裂缝形成接着发生。沿着期望的分离表面的各个裂化区域的间距由从激光脉冲到激光脉冲的时间跨度中焦线相对于材料的运行产生。就这一点而言，还参见下面描述的图9。

为了在材料中生成期望的分离表面，可利用可平行于衬底平面移动(并且可选地还垂直于衬底平面)的光学装置来在固定的材料之上移动脉冲激光，或者利用可移动的保持器使材料本身移动到固定的光学装置以使得形成期望的分离线。焦线关于材料的表面的取向(不管垂直的还是在关于表面的90°-β的角度处)可被固定地选择或者可借助于可旋转的光学装置(为简单起见在下文中也被称为光学器件)和/或沿着期望的分离线的可旋转的激光束路径而进行改变。

总的来说，可以多达五个可单独地移动的轴来引导用于期望的分离线的形成的焦线通过材料：两个空间轴(x，y)，其固定焦线进入到材料中的进入点，两个角轴其固定焦线从进入点到材料中的取向，以及附加的空间轴(z'，不一定正交于x，y)，其固定焦线从表面处的进入点穿透到材料中多深。下面所描述的，对于在笛卡尔坐标系(x,y,z)中的几何结构，还参见例如图5a和6。在激光束垂直入射在衬底表面上(β＝0°)的情况中，z＝z'。

通常，存在由光学器件和激光参数造成的限制：角度θ和的取向仅可进行到激光在材料中的折射允许此的程度(小于材料中的全反射的角度)，并且激光焦线的穿透深度受可用的激光脉冲能量以及相应地选择的激光光学器件限制，该激光光学器件仅形成一个长度的焦线，该一个长度的焦线可利用可用的激光脉冲能量来根据本发明生成裂化区域。

用于在所有五个轴中移动焦线的一个可能设计可例如包括在驱动的旋转倾斜台上在坐标x，y中移动材料，同时经由检流计扫描仪和非远心F-θ透镜，焦线在坐标x'，y'中相对于透镜中心在透镜的场中移动并且倾斜角度θ和可计算坐标x和x'和y和y'以使得焦线被瞄准在材料表面上的期望的入射点处。检流计扫描仪和F-θ透镜被另外粘附到正交于旋转倾斜台的x，y平面的z轴上，其确定了垂直于材料的焦线的位置(焦线在材料中的深度)。

下面描述将衬底分成多个块的最后步骤(分离或切割)。

材料沿着所生成的裂化表面/轮廓的分离通过材料的固有应力或者通过所引入的力(例如机械(应力)或热(不均匀的加热/冷却))而发生。由于根据本发明没有消融材料，因而通常最初在材料中不存在连续的间隙，而仅存在高度扭曲的断裂表面(微裂缝)，该断裂表面互锁并且可能地仍由桥进行连接。通过后续引入的力，剩余的桥经由横向裂缝生长(平行于衬底平面而发生)变得分离并且互锁损坏，以使得可沿着分离表面分离材料。

下面借助于专利权利要求书来描述根据本发明的方法和根据本发明的设备的重要特征。

权利要求1描述了根据本发明的方法的重要特征，并且权利要求11描述了被制成实施根据本发明的方法的设备的重要部件。

在权利要求1和11中所描述的且借助于光学装置所生成的激光束焦线在上下文中也被替代地简单地称为激光束的焦线。根据本发明，如在衬底平面中所观察的，通过根据本发明的裂缝形成(沿着焦线的诱发吸收垂直于衬底平面而延伸)将衬底分成或切成多块。根据本发明的裂缝形成因此垂直于衬底的平面而发生并进入到衬底中或进入到衬底的内部中(纵向的裂缝形成)。如已描述的，通常必须将多个单独的激光束焦线沿着衬底表面上的线引入到衬底中以便能够将衬底的各个块彼此分开。为此，可相对于激光束或光学装置平行于衬底平面移动衬底或者相反地，可相对于固定的衬底平行于衬底平面移动光学装置。

有利地，根据本发明，另外实现从属方法或设备权利要求中的至少一个的特征。在此情况中，还可以任何组合来实现多个从属权利要求的特征。

如果根据权利要求2实现方法，则在衬底的内部中的诱发吸收的延伸段从衬底的一个表面延伸直到衬底中的所定义的深度(或者甚至超过该深度)。诱发吸收的延伸段可包括从一个表面到另一个的整个衬底深度。仅在衬底的内部中(衬底的表面没有同样被包括)生成诱发吸收的纵向延伸段同样是可能的。

其它可有利地实现的特征可从权利要求3中获得(还参见下面描述的图3b)。诱发吸收的延伸段(因此，例如，垂直于衬底平面所引入的裂缝长度)可因此沿着诱发吸收的延伸段从衬底的内部中的点延伸直到衬底的后侧表面或者甚至例如从衬底的前侧表面延伸直到衬底的内部中的点。在每种情况中，垂直于平坦衬底的两个相对的衬底表面来测量层厚度d(即使以关于衬底表面的法线的角度β>0°引导激光束，因此在倾斜入射的情况中)。

在权利要求3中以及在所有的其它权利要求中，所述的范围线各自包括所指示的上限值和下限值。

根据本发明，根据权利要求4有利地生成诱发吸收。这通过设置已经描述的激光参数(其在下面在示例的范围内进一步解释并且也在从属权利要求5到7中被提到)、光学装置的参数以及根据本发明的设备的各个元件的布置的几何参数而产生。基本上，如在权利要求5-7中所指示的参数的特征的任何组合是可能的。在权利要求6中，τ<<δ²/α意味着τ小于δ²/α的1％，优选小于δ²/α的1‰。例如，脉冲持续时间τ可以是10ps(或者甚至更小)、在10和100ps之间或者甚至多于100ps。具有1.5和1.8μm之间的波长的Er:YAG激光器优选被用于Si衬底的分离。一般来说，具有被选择成使得光子能量小于半导体的带隙的波长的激光器优选被用于半导体衬底。

对于将激光束照射到衬底上的根据本发明的方法的有利的光束方向(其随后也定义了激光束焦线相对于衬底平面的取向)可从权利要求8中获得。

在从属权利要求9和10中描述了对于衬底到多个块的最后分离或切割可能仍然必要的附加过程步骤。如已经提到的，相对于光学装置(包括激光器)移动衬底或者相对于衬底移动光学装置(包括激光器)。在权利要求10中所声称的裂缝形成要被理解(与根据本发明的必要的、诱发的裂缝形成对比)为横向裂缝，因此，被理解为在位于衬底的平面中的方向中的横向裂缝形成(对应于沿其分离衬底的线的路线)。

根据权利要求11的根据本发明的设备的有利的发展(其具体描述了用于激光束焦线的生成和定位的光学装置的不同的可能设计)可从从属权利要求12到15中获得。就这一点而言，还参见下面的实施例示例和图3a、4、5a、5b、6、7和8。根据权利要求11的凸透镜可具体是平凸透镜。

根据本发明的重要应用(下面描述更多)可从权利要求16中获得。

此外根据权利要求17所声称的是：具有一个或多个平坦区域(具体地，一个或多个表面)的玻璃物体。沿着该一个或多个表面中的至少一个，在每种情况中存在有多个材料改性，其中每一个材料改性具有在0.1mm和100mm之间的范围内的长度以及在0.5μm和5μm之间的范围内的平均直径。

此外根据权利要求18所声称的是：具有一个或多个平坦区域(具体地，一个或多个表面)的玻璃物体。沿着该一个或多个表面中的至少一个，存在有至少多个材料改性。每一个材料改性具有大致2.0的直接相邻的材料改性的平均间距a与生成材料改性的激光束焦线的平均直径δ的比率V3＝a/δ。

与从现有技术中已知的方法或设备对比，本发明具有许多重要的优势。

首先，根据本发明，切割在没有颗粒形成、没有融化的边缘、在边缘处具有最小的裂化、没有显著的切口(因此没有衬底材料的损失)并且具有直的切割边缘的情况下发生。可垂直地(如朝向衬底平面所观察的)或者如用户所期望的，以相对于衬底法线的角度β建立切割。

根据本发明，非常高的平均激光功率不是必要的，但虽然如此仍可实现相对较高的分离速度。在此情况中，重要的是，本发明针对每个激光脉冲(或者每个脉冲串)生成一条激光束焦线(并非只是焦点，焦点是不延伸的或者仅局部延伸的)。下面详细地示出的激光光学器件被用于此。焦线因此确定激光和衬底之间的交互区域。如果焦线至少分段(如在深度的方向中所观察)落在要被分离的衬底材料中，则可选择激光参数以使得与该材料的交互发生，从而根据本发明，沿着整个焦线(或沿着落在衬底中的激光束焦线的整个延伸段)生成裂化区域。例如，可选择的激光参数是激光的波长、激光的脉冲持续时间、激光的脉冲能量以及可能地还有激光的偏振。

除了不存在颗粒形成(或至少最小的颗粒形成)之外，相对例如机械刻划和破坏，根据本发明的方法具有的其它优势是相比于机械刻划线，可实现较高的纵横比(宽度比深度)这一事实。当在机械刻划和破坏的情况中时，通过很大程度上不可控制的裂缝生长来在材料中产生破裂线，根据本发明，分离以关于衬底法线的可非常精确地建立的角度β发生。因此，根据本发明，不存在切割方向的方向性依赖并且有角切割可能很容易。

而且，与通过将激光点状聚焦在表面上或者甚至在衬底材料的内部中来生成点状(聚焦的)缺陷以及在不同的材料深度处设置这样的点状焦点之后的后续破坏进行比较，本发明尤其具有可实现显然更高的切割纵横比的优点。因此避免了由于较少定向的裂缝形成，尤其在较厚的衬底的情况中而出现的那些已知方法的问题。而且，加工速率，尤其是在较厚的衬底的情况中(其中在衬底平面中的特定位置处，在从表面直到衬底的下侧的不同衬底深度处的点状损坏的多个设置是必要的)增加超过多倍。

避免了表面上的消融、表面上的羽化和颗粒形成(当焦线相对于衬底的位置被设置成使得本发明的方法提供本发明的延伸的诱发吸收和裂缝形成从衬底的表面进入衬底的内部中时，后者尤其是)。在此情况中，第一(有意的)损坏因此在表面上直接发生并且归因于诱发吸收以特定的方式和方法沿着裂缝形成区域前进到衬底深度中。

可根据本发明加工各种材料，尤其玻璃盘、蓝宝石盘、半导体晶片等。可加工相应的材料的各个层以及层夹层(多个单独的衬底层的堆叠)。可定位并引导焦线以使得甚至在堆叠内，仅一个特定层变得分离。可加工层堆叠的不同的夹层：玻璃-空气-玻璃夹层、玻璃-膜-玻璃夹层、玻璃-玻璃夹层。因此，甚至在堆叠内的各个位置的选择性切割仅仅与中间层(例如膜或粘附膜)的分离一样可能。

还可根据本发明加工和分离已经涂覆的材料(例如AR涂覆的、TCO涂覆的)或者甚至在一侧上非透明地印刷的衬底。

根据本发明，自由形式切断是可能的，其中几何结构没有受衬底中的裂缝形成所限制。因此，可在透明介质中进行几乎任何自由形式切割(切割方向不是方向性地依赖的)。因此，可在衬底中进行有角的切割，例如具有攻角，该攻角具有距法线的多达β＝30°或β＝45°的角度。

根据本发明，实际上没有切口的切割是可能的：仅产生通常位于1和10μm广度之间的范围内的材料损坏。因此，尤其没有生成相对于材料或区域的切割损失。这在半导体晶片的切割中是尤其有利的，因为切割损失将减少晶片的主动可用面积。通过根据本发明的方法，焦线切割因此产生增加的面积产量。没有材料损失在宝石(例如钻石)的切割中同样是尤其有利的：尽管本发明的使用区域优选是平坦衬底的切割或分离，然而根据本发明还可加工非平坦衬底或工件。

还可尤其在生产过程的内嵌操作中使用根据本发明的方法。这在以卷对卷过程操作的生产过程中尤为有利地发生。

根据本发明，可使用单脉冲激光器以及生成脉冲串的激光器。基本上，处于连续波操作的激光器的使用也是可想到的。

下面具体的应用领域作为示例出现：

1.在完全地或部分地切割蓝宝石晶片的可能性下分离蓝宝石LED。利用根据本发明的方法，可同样地分离金属层，并且这在单个步骤中。

2.在没有损坏带的情况下的半导体晶片的切割是可能的。为此，焦线仅部分地位于衬底材料的内部中，从而使得其在表面上开始并且在录播膜(在远离激光器转向的衬底的后侧表面上)之前停止：例如，材料的约10％未被分离。该膜因此保持完整，因为焦线在该膜之前“停止”。随后可经由机械力(或热力，见利用CO₂激光器的下面的示例)在剩余的10％之上分离半导体晶片。

3.涂覆材料的切割：在这里示例是布拉格反射器(DBR)或者甚至金属涂覆的蓝宝石晶片。可根据本发明切割其上已经沉积有活性金属或金属氧化物层的甚至经处理的硅晶片。其它示例是ITO或AlZnO的加工，需要例如产生触摸屏或智能窗口的衬底被涂覆有ITO或AlZnO。由于非常延伸的(与其直径相比)焦线，该焦线的一部分将移除金属层(或另一层)，而剩余的焦线穿透到透明材料中并切割它。这尤其还具有可在一个步骤过程中分离相应地涂覆的衬底，因此在其中在一个操作中分离涂覆和衬底的过程中的优势。

4.根据本发明尤为有利的是非常薄的材料(例如具有小于300μm、小于100μm或者甚至小于50μm的厚度的玻璃的衬底)的切割。可仅在非常高的成本下利用常规的机械方法加工这些材料。当然，在机械方法的情况中，可使得衬底不可用或者使得二次加工操作有必要的边缘、损坏、裂缝、剥落出现。另一方面，根据本发明的切割，特别是薄的材料，提供避免边缘损坏和裂缝以使得二次加工不是必要的、非常高的切割速度(>1m/s)、非常高的产量以及在单个步骤中进行过程的优势。

5.还可尤其在薄膜玻璃(其是利用连续不断地运行的玻璃拉制过程所产生的)的生产中使用根据本发明的方法以修剪膜边缘。

基于以上描述，下面将借助于一些实施例示例来描述本发明。这里：

图1示出了对于不同的材料的热扩散系数α、材料中的线性广度(标度长度，在这里被指示为d)以及时间τ(例如激光脉冲持续时间)之间的关系。

图2示出了基于沿着焦线的诱发吸收的根据本发明的焦线的定位，因此对激光波长透明的材料的加工的原理。

图3a示出了根据本发明可被使用的第一光学装置。

图3b示出了通过激光束焦线相对于衬底的不同定位的衬底的加工的不同可能性。

图4示出了根据本发明可被使用的第二光学装置。

图5a和5b示出了根据本发明可被使用的第三光学装置。

图6示出了根据本发明可被使用的第四光学装置。

图7示出了用于使用来自图3a的第一可用的光学装置的示例来实施方法的根据本发明的设置(代替此光学装置，还有可能通过以图4、5和6的其它所示的光学装置中的一个替换图7中所示的光学装置6来在所指示的装置的框架内使用上述装置)。

图8详细地示出了根据本发明的焦线的生成。

图9示出了根据本发明所加工的玻璃板的表面的显微图像(到衬底平面上的视图)。

图2描绘了根据本发明的加工方法。由激光器3(这里未示出，见图7)所发出的激光束2(其中在光学装置6的光束输入端上的激光束由附图标记2a所指示)被照射到本发明的光学装置6上(就这一点而言，见下面的实施例示例)。光学装置6从光束输出端上的辐射的激光束在沿着光束方向的特定延伸距离(焦线的长度l)上形成延伸的激光束焦线2b。至少分段地，激光束2的激光束焦线2b被定位成在光学装置之后的光束路径中覆盖要被加工的衬底(在这里平坦衬底1)。附图标记1a指定转向光学装置6或激光器的平坦衬底的表面，而附图标记1b指示在距表面1a一距离处的衬底1的通常平行的后侧表面1b。衬底厚度(垂直于表面1a和1b，因此相对于衬底平面所测得的)在这里被指定为d。

如图2示出，在这里衬底1垂直于纵向的光束轴并因此垂直于由超过它的光学装置6在空间中所生成的焦线2b(衬底垂直于附图的平面)并且如沿着光束方向所观察的，相对于焦线2b定位该衬底1以使得如在光束方向中所观察的，焦线2b在衬底的表面1a之前开始并且在衬底的表面1b之前结束，因此仍然在衬底的内部中。如沿着激光束方向所观察的，延伸的激光束焦线2b因此在激光束焦线2b与衬底1的重叠区域中，因此在被焦线2b通过的衬底材料中生成(利用沿着激光束焦线2b的适当的激光强度，这通过将激光束2聚焦在长度l的段上，因此通过长度l的线性聚焦来确保)为延伸的段2c，沿着该激光束方向，在衬底材料中生成诱发吸收，该诱发吸收在沿着段2c的衬底材料中引起裂缝形成。裂缝形成不仅局部地发生而且在诱发吸收的延伸段2c的整个长度上发生。所述段2c的长度(因此，最终激光束焦线2b与衬底1重叠的长度)在这里由L所指示。诱发吸收的段(或者变得经受裂缝形成的衬底材料1中的区域)的平均直径或平均广度在这里由D所指示。此平均广度D在这里基本上对应于激光束焦线2b的平均直径δ。

如图2示出，根据本发明，对激光束2的波长λ透明的衬底材料因此被沿着焦线2b的诱发吸收所加热。图2示出了被加热材料最终扩展以使得相应地诱发的应力根据本发明导致微裂缝形成，并且该应力在表面1a处是最大的。

下面描述可被用于生成焦线2b的特定光学装置6以及这些光学装置可被用在其中的特定光学设置(图7)。所有的装置和设置是基于以上描述，从而使得在每种情况中，相同的附图标记被用于相同的部件或特征或者在功能上对应的部件或特征。因此，在每种情况中，下面仅描述不同。

由于最终导致分离的分离表面根据本发明是或应当是质量高的(关于断裂强度、几何精度、粗糙度和二次加工要求的避免)，因而应当如借助于下面的光学装置(在下文中光学装置替代地也被称为激光光学器件)所描述地生成要沿着衬底的表面上的分离线5进行定位的各个焦线。在此情况中，粗糙度尤其起因于焦线的光斑尺寸或光斑直径。为了对于给定波长λ的激光器3(与衬底1的材料相互作用)能够实现例如0.5μm到2μm的小光斑尺寸，通常某些要求需要被强加在激光光学器件6的数值孔径上。这些要求被下面描述的激光光学器件6所满足。

为了实现期望的数值孔径，一方面，根据已知的Abbé公式(N.A.＝n sin(θ)；n＝被加工的玻璃的折射率；θ：一半孔径角；并且θ＝arctan(D/2f)；D＝孔径；f＝焦距)，光学器件必须具有给定焦距下的必要的孔径。另一方面，激光束必须照明光学器件直到必要的孔径，这通常由借助于激光器和聚焦光学器件之间的扩展望远镜的光束扩展所带来。

对于均匀的相互作用，光斑尺寸沿着焦线不应太大地改变。这可例如(见下面的实施例示例)通过仅在窄的、环形区域中照明聚焦光学器件，同时随后自然地改变光束孔径并因此按百分比来看仅一点点改变数值孔径来确保。

根据图3a(在激光束2的激光束中的中心光束的水平处垂直于衬底平面的截面；这里，同样，激光束2的照明垂直于衬底平面而发生，即，角度β为0°，以使得焦线2b或诱发吸收的延伸段2c平行于衬底法线)，由激光器3所发出的激光束2a首先被引导到圆形光圈8，该圆形光圈8对使用的激光束完全不透明。光圈8被取向成垂直于光束纵向轴并且以所指示的光束2a的中心光束为中心。选择光圈8的直径以使得位于光线束2a的中心附近的光束(这里被指示为2aZ)或中心光束击打光圈并且被光圈完全吸收。仅位于光束2a的外周区域中的光束(边缘光束，在这里利用2aR指示)由于比光束直径小的减少的光圈尺寸而未被吸收，而是横向地通过光圈8并击打光学装置6的聚焦光学元件的边缘区域，该聚焦光学元件在这里被制作为球面磨口、双凸透镜7。

以中心光束为中心的透镜6被有意制作为以常规的球面磨口透镜为形式的未校正的、双凸聚焦透镜。换言之，有意利用这种透镜的球面像差。替代地，还有可能使用偏离理想纠正系统并且不形成理想的焦点而是形成具有所定义长度的明显的、纵向延伸的焦线的非球面透镜或多透镜(因此，不确切具有单个焦点的透镜或系统)。透镜的区域因此依赖于沿着焦线2b距透镜的中心的距离而正确地聚焦。在这里，横跨光束方向的光圈8的直径总共达到光束的直径(光束直径由直到下降至1/e的扩展所定义)的约90％和光学装置6的透镜的直径的约75％。根据本发明，因此使用通过遮蔽掉在中间的光束所产生的非像差校正的球面透镜7的焦线2b。所示的是在通过中心光束的平面中的截面，如果关于焦线2b旋转所表示的光束，则其导致完全地三维束。

此焦线的一个缺点在于条件(光斑尺寸、激光强度)沿着焦线并因此沿着材料中的期望的深度而改变，并且因此可能仅能够在焦线的一部分内建立期望种类的相互作用(没有融化、诱发吸收、热/塑性变形直到裂缝形成)。相反地，这意味着可能仅一部分辐射激光以期望的方式被吸收。因此，一方面，该方法的效率(对于期望的分离速率所需的平均激光功率)变得降低，同时另一方面，激光可能被传输到不受期望的、更深地横卧位置(传输到粘合衬底的部分或层或者传输到衬底保持器)并且在那儿产生不受期望的相互作用(加热、散射、吸收、不受期望的修改)。

图3b示出了(不仅用于图3a中的光学装置，而且基本上用于所有其它可用的光学装置6)可通过相对于衬底1适当定位和/或引导光学装置6并且通过适当选择光学装置6的参数来不同地定位激光束焦线2b：如图3b中的第一行指示，可设置焦线2b的长度l以使得其超越衬底厚度d(这里乘上2倍)。因此，如果如在光束的方向中所观察的，关于焦线2b居中地放置衬底1，则在整个衬底厚度上生成诱发吸收的延伸段2c。

在图3b的第二部分中所示的情况中，生成了近似对应于衬底d的广度的长度l的焦线2b。由于相对于线2定位衬底1以使得线2b在衬底之前(因此在衬底外面)的点处开始，因而诱发吸收的延伸部分2c(其在这里从衬底的表面延伸到所定义的衬底深度，但没有一直到后侧表面1b)的长度L在这里小于焦线2b的长度l。图3b中的第三行示出了其中如沿着光束方向所观察的，在焦线2b的开始之前部分地定位衬底1以使得在这里，同样，对于线2b的长度l，l>L(L＝在衬底1中的诱发吸收的段2c的广度)的情况。焦线因此在衬底的内部中开始并超过后侧表面1b延伸到衬底的外面。图3b中的第四行最后示出了其中所生成的焦线长度l小于衬底厚度d以使得如果如在光束方向中所观察的，相对于焦线居中地定位衬底，则焦线在这里在衬底的内部中接近于表面1a而开始并且在衬底的内部中接近于表面1b而结束(l＝0.75·d)。

根据本发明，尤其有利的是实现焦线定位以使得表面1a、1b中的至少一个被焦线跨越；诱发吸收的段2c因此在至少一个表面处开始。以此方式，可通过避免表面处的消融、羽化和颗粒形成来实现近乎理想的切割。

图4示出了根据本发明的可被使用的另一个光学装置6。基本结构遵循图3中所描述的，从而使得下面仅描述不同。所指示的光学装置是基于使用具有非球面自由表面的光学器件以形成焦线2b，其中形成该表面以使得形成所定义长度l的焦线的思想。为此，非球面透镜可被用作光学装置6的光学元件。例如，在图4中使用所谓的锥形棱镜，其也被称为轴棱锥。轴棱锥是在沿着光轴的线上形成点源(或者将激光束变换成环)的特定圆锥磨口透镜。这种轴棱锥的结构对于本领域技术人员而言基本上是众所周知的；这里，锥角是例如10°。在这里由附图标记9所指示的轴棱锥利用其顶点进行定向，该顶点与光束方向相反并以光束的中心为中心。由于轴棱锥9的焦线2b已经在轴棱锥内开始，因而衬底1(其在这里被布置成垂直于主光束轴)可在光束路径中被定位成就在轴棱锥9之后。如图4示出，由于轴棱锥的光学性质，在衬底1没有离开焦线2b的区域的情况下，衬底1沿着光束方向的移位同样是可能的。在衬底1的材料中的诱发吸收的延伸段2c因此在整个衬底深度d上延伸。

无疑，所示的结构具有下列限制：由于轴棱锥9的焦线已经在透镜内开始，在透镜和材料之间具有有限的工作距离，因而激光能量的特定部分未被聚焦在位于材料中的焦线2b的部分2c中。另外，利用轴棱锥9的可用的折射率和锥角，焦线2b的长度l与光束直径有关，从而使得在相对薄的材料(几毫米)的情况中，焦线总的来说太长，归因于此进而激光能量不能被有目的地聚焦到该材料中。

由于此原因，当其包括轴棱锥和聚焦透镜两者时存在可根据本发明使用的改进的光学装置6。

图5a示出了这样的光学装置6，其中首先如沿着光束方向所观察的，在激光器3的光束路径上定位了具有非球面自由表面的第一光学元件，该第一光学元件被形成以用于延伸的激光束焦线2b的形成。在所指示的情况中，此第一光学元件是具有5°锥角的轴棱锥10，该轴棱锥10被定位成垂直于光束方向并且以激光束3为中心。轴棱锥的顶点指向与光束方向相反的方向。在光束方向中，在距轴棱锥10距离z1处，存在第二、聚焦光学元件，在这里平凸透镜11(其曲率指向轴棱锥)。在这里将距离z1选择为约300mm以使得由轴棱锥10所形成的激光束以环形击打透镜11的外部区域。在距离z2(这里距透镜11约20mm)中，透镜11将在光束输出端上的环形光束聚焦到在这里1.5mm的定义长度的焦线2b上。透镜11的有效焦距在这里为25mm。由轴棱锥10对激光束的环形变换在这里利用附图标记SR来指示。

图5b详细地示出了根据图5的在衬底1的材料中的焦线2b或诱发吸收2c的发展。两个元件10、11的光学性质及其定位在这里发生以使得在光束方向中的焦线2b的广度l与衬底1的厚度d一致。相应地，如图5b中所示，衬底1沿着光束方向的精确定位是必要的以将焦线2b正确地定位在衬底1的两个表面1a和1b之间。

根据本发明，如果焦线在距激光光学器件特定距离处出现，并且较大部分的激光束被聚焦直到焦线的期望的末端，则因此是有利的。如所描述的，这可被实现，主要聚焦元件11(透镜)仅在期望区域上以环形照明，藉此一方面实现了所需的数值孔径并因此实现所需的光斑尺寸并且然而，另一方面，在所需的焦线2b之后，散射圆在光斑中间中的非常短的距离之上失去强度，因为形成了基本上环形光斑。因此，在本发明的意义中的裂缝形成在衬底的期望深度处的短距离内停止。轴棱锥10和聚焦透镜11的组合满足此要求。这里，轴棱锥10以双重方式运行：通过轴棱锥10，基本上圆形的激光光斑以环形被发送到聚焦透镜11并且轴棱锥10的非球面性使焦线在焦平面以外形成而不是在透镜的焦平面中的焦点。可经由轴棱锥上的光束直径来调节焦线2b的长度l。进而可经由轴棱锥透镜的距离z1且经由轴棱锥的锥角来调节沿着焦线的数值孔径。以此方式，整个激光能量可被集中在焦线中。

如果要在衬底的出口端之前停止本发明的含义中的裂缝形成，则环形照明仍然具有以下优势：一方面，尽可能好地使用激光功率，因为很大一部分的激光保持集中于焦线的期望长度中，并且另一方面，归因于环形照明区域连同由其它光学功能所建立的期望像差，可沿着焦线实现均匀的光斑尺寸并且因此可沿着焦线实现根据本发明的均匀的分离过程。

代替图5a中所示的平凸透镜，还有可能使用聚焦弯月形透镜或者另一个更高度校正的聚焦透镜(非球面透镜、多个透镜)。

为了利用图5a中所示的轴棱锥和透镜的组合来生成非常小的焦线2b，必须选择击打轴棱锥的激光束的非常小的光束直径。这具有实际的缺点：光束在轴棱锥的顶点上的居中必须是非常精确的，并且因此该结果变得对激光的方向的变化(光束漂移稳定性)非常敏感。另外，窄地准直的激光束是非常发散的，即，由于光折射，光束在短的路径距离上解散。

可通过插入附加的透镜，准直透镜12(图6)来避免这两者：通过此附加的正透镜12，聚焦透镜11的环形照明可被设置成非常窄的。选择准直透镜12的焦距f'以使得期望的环直径d_r在等于f'的从轴棱锥到准直透镜12的距离z1a下产生。可经由间距z1b(准直透镜12到聚焦透镜11)来选择环的期望宽度b_r。现在短的焦线在纯粹几何学基础上由小宽度的环形照明产生。进而在间距f'中获得最小值。

图6中所示的光学装置6因此是基于图5a中所示的光学装置，从而使得下面仅描述不同。准直透镜12(在这里同样地被制成为平凸透镜(其曲率与光束的方向相反指向))在这里另外被居中地引入在一方面的轴棱锥10(其在这里被设置有其顶点与光束方向相反)和另一方面的平凸透镜11之间的光束路径中。准直透镜12距轴棱锥10的间距在这里由z1a指示，聚焦透镜11距准直透镜12的间距由z1b指示，并且所生成的焦线2b距聚焦透镜11的间距由z2指示(在每种情况中如在光束方向中所观察)。如图6示出，由轴棱锥10所形成并且在发散时且在处于环直径d_r下时击打准直透镜12的环形光束SR在聚焦透镜11的点处被设置为期望的环宽度b_r同时环直径d_r至少近似恒定。在所示的情况中，应当生成非常短的焦线2b从而使得在透镜12的点处的约4mm的环宽度b_r在透镜11的点处通过透镜12的聚焦性质被减少到约0.5mm(环直径d_r在这里例如是22mm)。

在所示的示例中，利用来自2mm的激光的典型的光束直径，利用f＝25mm焦距的聚焦透镜11以及f'＝150mm焦距的准直透镜，可实现低于0.5mm的焦线长度1。另外，Z1a＝Z1b＝140mm并且Z2＝15mm。

下面给出在如图7中的根据本发明的构造中利用如图3a中的光学装置的未硬化玻璃的根据本发明的分离的示例(代替图3a中所示的光学装置6，还有可能通过相应地替换图3a中所示的光圈/透镜组合8,7来在根据图7的构造中使用上述其它光学装置6)。

没有特定着色的硼硅酸盐或钠钙玻璃1(尤其具有低铁含量)从约350nm到约2.5μm是光学透明的。通常，玻璃是不良热导体，由于这个原因，几纳秒的激光脉冲持续时间不允许从焦线2b向外的任何显著的热扩散。然而，较短的激光脉冲持续时间仍然是有利的，因为经由非线性效应的期望的诱发吸收利用亚纳秒或皮秒脉冲(强度高得多)是更容易地实现的。

例如，具有下列参数的商用皮秒激光器3根据本发明适合于分离平板玻璃：波长1064nm、脉冲持续时间10ps、脉冲重复率100kHz、平均功率(在激光器之后直接测得的)多达50W。激光束最初具有约2mm的光束直径(在13％峰值强度处测得的，即，高斯光束的1/e²直径)；光束质量是至少M²<1.2(按照DIN/ISO 11146确定)。利用光束扩展光学器件22(商业的Kepler光束望远镜)，光束直径被增加10倍到约20-22mm(21、23、24和25是光束偏转镜)。利用具有9-mm直径的所谓的环形光圈8，遮蔽掉光束的内部部分以使得形成环形光束。例如，利用此环形光束照明具有28-mm焦距的平凸透镜7(具有半径13mm的石英玻璃)。根据本发明的焦线通过透镜7的强的(期望的)球面像差而产生。就这一点而言，除了图7之外还参见图8，图8描绘了从通过透镜7的边缘光束中生成焦线2b。

焦线的理论直径δ沿着光束轴而变化；因此在这里衬底厚度d小于约1mm(显示玻璃的典型厚度是0.5mm到0.7mm)的情况下对于同质的裂缝表面的生成是有利的。利用约2μm的光斑尺寸和5μm的光斑到光斑间距，导致0.5m/秒的速度，利用该速度，可在衬底1(见图9)上5次引导焦线。利用衬底上的25W平均功率(在聚焦透镜7之后测得)，250μJ的脉冲能量由100kHz的脉冲重复率产生；此脉冲能量还可在2到5个子脉冲的结构化脉冲(间隔开仅20ns的单脉冲的快速序列，所谓的脉冲串)中发生。

未硬化的玻璃基本上没有内部应力，归因于此，在这里，在没有任外部动作的情况下，仍由未分离的桥互锁和链接在一起的变形区域起先仍然将这些块保持在一起。然而，如果引入热应力，则衬底完全地分离并且没有沿着激光断裂表面5的力的附加外部引入。为此，具有多达250W平均功率的CO₂激光器被聚焦在约1mm的光斑位置上，并且以多达0.5m/s在分离线5上引导此光斑。由所引入的激光能量(分离线5的5J/cm)所引起的局部热应力将工件1完全地分离。

对于较厚的玻璃的分离，自然必须在较长的焦线l上实现该过程(通过热冲击的诱发吸收和变形区域的形成)的阈值强度。较高的必需的脉冲能量以及较高的平均功率因此跟随。可利用上述光学结构以及在衬底上的39W的最大可用的激光功率(在归因于光学器件的损失之后)管理约3mm厚的玻璃的分离。这里，一方面移除了环形光圈8，并且另一方面，校正了透镜7到衬底的距离(在标称焦距的方向中增加)以使得较长的焦线在衬底中产生。

下面呈现硬化玻璃的分离的另一个实施例示例(同样地利用图3a和7中所示的设备)。

通过沉浸在熔融钾盐浴中在玻璃表面处用钾交换钠来硬化含钠玻璃。这导致在表面处的5-50-μm厚的层中的相当大的内部应力(压缩应力)，这进而导致较高的稳定性。

基本上，在硬化玻璃的分离中的过程参数类似于在类似尺寸和组成的未硬化玻璃的情况中的那些。然而，归因于内部应力，尤其归因于不受期望的裂缝生长，硬化玻璃可非常更容易粉碎，该不受期望的裂缝生长没有沿着激光意在的断裂表面5发生，而是进入到材料中。为此原因，更窄地限定用于特定硬化玻璃的成功分离的参数场。具体地，平均激光功率和相关的切割速率必须被相当精确地维持，尤其依赖于硬化层的厚度。对于具有硬化层40μm厚和0.7mm的总厚度以及以上设置的玻璃，例如下列参数产生：在100kHz脉冲重复率下的切割速度1m/s，因此10μm的光斑间距，在14W的平均功率下。

硬化玻璃的内部应力导致断裂区域5在一些时间(几秒)之后完全地形成，并且衬底被分成期望的块。

非常薄的硬化玻璃(<100μm)主要由应力材料构成，即，前侧和后侧例如是钠耗尽的并且因此每一侧被硬化超过30μm，其中仅内部中的40μm保持未硬化。如果表面之一受损，则这种材料非常容易完全地粉碎。在现有技术中，这样的硬化玻璃膜到目前为止不是可加工的。

如果a)焦线的直径是非常小的，例如小于1μm，b)光斑到光斑间距较低，例如在1和2μm之间，以及c)分离速度是足够高的以使裂缝生长不能跑在激光处理(高激光脉冲重复率，例如在0.2到0.5m/s下的200kHz)前面，则根据本发明的方法的这种材料的分离是可能的。

下面呈现用于蓝宝石玻璃和晶体蓝宝石的分离的另一个实施例示例(同样地利用图3a和7中所描述的设备)。

蓝宝石晶体和蓝宝石玻璃事实上是光学上类似的玻璃(透明度和折射率)，但它们的机械行为和热行为是相当不同的。因此，蓝宝石是极好的热导体、是机械上极其耐用的并且是非常硬的且耐划伤的。然而，可借助于上述激光器和光学设置分离薄的(0.3mm到0.6mm)蓝宝石晶体和玻璃。由于高的机械稳定性，最小化要被分离的各块之间的剩余的桥是尤为重要的，因为否则需要非常高的力以用于最终的分离。必须从衬底进入表面1a到离开表面1b尽可能完整地形成变形区域。就较厚的玻璃来说，这可利用较高的脉冲能量并且因此较高的平均激光功率来实现。另外，晶体蓝宝石是双折射的。切割表面必须垂直于光轴(所谓的C-切割)。下面的参数可被用于晶体蓝宝石0.45mm厚的分离：在100kHz脉冲重复率下的30W的平均激光功率、2μm的光斑尺寸以及5μm的光斑间距，其对应于在所指示的脉冲重复率下的0.5m/s的切割速度。如在玻璃的情况中，完全分离可能需要例如利用CO₂激光光斑执行对分割线5的后续加热以使得经由热应力，变形区域经由裂缝生长而发展成为完全的、连续的、非互锁的分离表面。

最后，图9示出了根据本发明所加工的玻璃板的表面的显微图像。各个焦线或诱发吸收的延伸段2c(其在这里被给予附图标记2c-1、2c-2等)(在垂直于所指示的表面的衬底的深度中)归因于裂缝形成而沿着线5连接以形成用于衬底块的分离的分离表面，沿着线5，在衬底的表面4上引导激光束。可容易看见诱发吸收的多个单独的延伸段，其中在所指示的情况中，激光器的脉冲重复率被匹配至用于在衬底4上移动激光束的馈送速率以使得直接相邻段2c-1、2、2c-2…的平均间距a与激光束焦线的平均直径δ的比率V3＝a/δ为约0.2。

Claims (46)

1.一种对晶片或玻璃元件，随后称为衬底(1)进行基于激光的加工以将所述衬底分成多个部分的方法，其中

用于加工所述衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a，2b)被引导到所述衬底(1)上，其中选择所述激光器(3)的波长λ以使得所述衬底(1)的材料对此波长透明或者是基本上透明的，从而使得在所述衬底(1)的材料中沿着所述光束方向发生的所述激光束的强度的减少是每毫米的穿透深度为10％或更少，

其中，光学装置(6)被定位在所述激光器(3)的光线路径中；并且沿着所述光束的方向所见，延伸的激光束焦线(2b)从被引导到所述衬底(1)上的所述激光束(2a)中被形成在所述光学装置(6)的光束输出端上；并且

其中，相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得沿着在所述光束的方向中所见的所述激光束焦线(2b)的延伸部分(2c)在所述衬底(1)的材料中产生诱发吸收，从而具有诱发的裂缝形成沿着此延伸部分(2c)在所述衬底的材料中发生的效果，

其特征在于，

相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)延伸直到两个相对衬底表面(1a，1b)中的至少一个，

所述激光束焦线(2b)的平均直径δ也就是说光斑直径是在0.5μm和5μm之间；并且

在所述激光器(3)的光束的输出端上直接测得的平均激光功率是在10瓦特和100瓦特之间。

2.如权利要求1所述的方法，

其特征在于，

(I)相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)从所述两个相对衬底表面中的一个(1a)延伸直到所述两个相对衬底表面中的另一个(1b)，也就是说在所述衬底(1)的整个层厚度d上；

或者

(II)相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)从所述两个相对衬底表面中的一个(1a)延伸到所述衬底(1)中但没有一直到所述两个相对衬底表面中的另一个(1b)，也就是说没有在所述衬底(1)的整个层厚度d上。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)在所述衬底(1)的层厚度d的80％到98％上延伸。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，

其特征在于，

产生所述诱发吸收以使得所述裂缝形成在所述衬底(1)的微结构中发生而没有显著的消融且没有所述衬底(1)的材料的融化。

5.如权利要求1-3中的一项所述的方法，

其特征在于，

在每种情况中，在所述光束的纵向方向中所见，所述激光束焦线(2b)的广度l和/或在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度是在0.1mm和100mm之间；

和/或

垂直于所述两个相对衬底表面(1a，1b)所测得的所述衬底(1)的层厚度d是在30μm和3000μm之间；

和/或

所述激光束焦线(2b)的此广度l与所述衬底(1)的此层厚度d的比率V1＝l/d是在10和0.5之间；

和/或

在所述光束的纵向方向中所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度L与横断于所述光束的纵向方向所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的平均广度D的比率V2＝L/D是在5和5000之间。

6.如权利要求4所述的方法，

其特征在于，

在每种情况中，在所述光束的纵向方向中所见，所述激光束焦线(2b)的广度l和/或在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度是在0.1mm和100mm之间，

和/或

垂直于所述两个相对衬底表面(1a，1b)所测得的所述衬底(1)的层厚度d是在30μm和3000μm之间；

和/或

所述激光束焦线(2b)的此广度l与所述衬底(1)的此层厚度d的比率V1＝l/d是在10和0.5之间；

和/或

在所述光束的纵向方向中所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度L与横断于所述光束的纵向方向所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的平均广度D的比率V2＝L/D是在5和5000之间。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在每种情况中，在所述光束的纵向方向中所见，所述激光束焦线(2b)的广度l和/或在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度是在0.3mm和10mm之间。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，垂直于所述两个相对衬底表面(1a，1b)所测得的所述衬底(1)的层厚度d是在100μm和1000μm之间。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，垂直于所述两个相对衬底表面(1a，1b)所测得的所述衬底(1)的层厚度d是在100μm和1000μm之间。

10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光束焦线(2b)的此广度l与所述衬底(1)的此层厚度d的比率V1＝l/d是在5和2之间。

11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述光束的纵向方向中所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度L与横断于所述光束的纵向方向所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的平均广度D的比率V2＝L/D是在50和500之间。

12.如权利要求1-3中的一项所述的方法，

其特征在于，

选择所述激光器(3)的脉冲持续时间τ以使得在与所述衬底(1)的材料的相互作用的时间内在此材料中的热扩散是可以忽略的，从而使得根据τ<<δ²/α设置τ，δ和所述衬底(1)的材料的热扩散常数α；

和/或

所述激光器(3)的脉冲重复率是在10kHz和1000kHz之间；

和/或

所述激光器(3)是作为单脉冲激光器或作为脉冲串激光器操作的。

13.如权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，

所述激光束焦线(2b)的平均直径δ也就是说光斑直径是在2μm和3μm之间；和/或

选择所述激光器(3)的脉冲持续时间τ以使得在与所述衬底(1)的材料的相互作用的时间内在此材料中的热扩散是可以忽略的，从而使得根据τ<<δ²/α设置τ，δ和所述衬底(1)的材料的热扩散常数α，其中τ小于10ns；和/或

所述激光器(3)的脉冲重复率是在10kHz和1000kHz之间；和/或

所述激光器(3)是作为单脉冲激光器或作为脉冲串激光器操作的；和/或

在所述激光器(3)的光束的输出端上直接测得的平均激光功率是在30瓦特和50瓦特之间。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，并且τ小于100ps。

15.如权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，

从下列中的至少一个中选择所述激光器：具有1064nm的波长λ的Nd:YAG激光器、具有1030nm的波长λ的Y:YAG激光器或者具有1.5μm和1.8μm之间的波长λ的Er:YAG激光器。

16.如权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，

所述激光束(2a，2b)被垂直地引导到所述衬底(1)上，因此相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得沿着所述激光束焦线(2b)的延伸部分(2c)的所述诱发吸收垂直于所述衬底的平面而发生；

或者

所述激光束(2a，2b)以相对于所述衬底(1)的平面的法线大于0°的角度β被引导到所述衬底(1)上，因此相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得沿着所述激光束焦线(2b)的延伸部分(2c)的所述诱发吸收以关于所述衬底的平面的角度90°-β发生。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，β≤45°。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，β≤30°。

19.如权利要求1-3中的一项所述的方法，其特征在于，

沿着线(5)相对于所述衬底(1)的表面(1a，4)移动所述激光束(2a，2b)，沿着所述线(5)所述衬底(1)要被切断以获得多个部分，沿着此线(5)产生所述衬底(1)的内部中的多个(2c-1，2c-2，...)诱发吸收的延伸部分(2c)。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，诱发吸收的直接相邻延伸部分(2c)也就是说直接一个接一个地产生的部分的平均间距a与所述激光束焦线(2b)的平均直径δ也就是说光斑直径的比率V3＝a/δ是在0.5和3.0之间。

21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，诱发吸收的直接相邻延伸部分(2c)也就是说直接一个接一个地产生的部分的平均间距a与所述激光束焦线(2b)的平均直径δ也就是说光斑直径的比率V3＝a/δ是在1.0和2.0之间。

22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，

在所述衬底(1)的内部中的多个(2c-1，2c-2，…)诱发吸收的延伸部分(2c)的产生期间和/或之后，机械力被施加在所述衬底(1)上和/或热应力被引入到所述衬底(1)中，以分别在直接相邻的(2c-1，2c-2)诱发吸收的延伸部分(2c)之间引起裂缝形成以用于将所述衬底分成多个部分，

通过沿着所述线(5)利用CO₂激光器照射所述衬底(1)来引入所述热应力。

23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，

在所述衬底(1)的内部中的多个(2c-1，2c-2，…)诱发吸收的延伸部分(2c)的产生期间和/或之后，机械力被施加在所述衬底(1)上和/或热应力被引入到所述衬底(1)中，以分别在直接相邻的(2c-1，2c-2)诱发吸收的延伸部分(2c)之间引起裂缝形成以用于将所述衬底分成多个部分，

通过沿着所述线(5)利用CO₂激光器照射所述衬底(1)来引入所述热应力。

24.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，所述衬底被不均衡地加热并再次冷却。

25.一种对晶片或玻璃元件，随后称为衬底(1)进行基于激光的加工以将所述衬底分成多个部分的设备，利用所述设备

用于加工所述衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a，2b)可被引导到所述衬底(1)上，其中选择所述激光器(3)的波长λ以使得所述衬底(1)的材料对此波长透明或者是基本上透明的，从而使得在所述衬底(1)的材料中沿着所述光束方向发生的所述激光束的强度的减少是每毫米的穿透深度为10％或更少，

其中，

所述设备包括光学装置(6)，所述光学装置(6)被定位在所述激光器(3)的光线路径中，并且利用所述光学装置(6)，沿着所述光束的方向所见，延伸的激光束焦线(2b)可从被引导到所述光学装置(6)上的所述激光束(2a)中被形成在所述光学装置(6)的光束输出端上；并且

所述衬底(1)相对于所述激光束焦线(2b)定位成或者所述衬底(1)能够相对于所述激光束焦线(2b)定位成使得诱发吸收沿着在所述光束的方向中所见的所述激光束焦线(2b)的延伸部分(2c)在所述衬底(1)的材料中发生，从而具有沿着此延伸部分(2c)在所述衬底的材料中引起诱发的裂缝形成的效果，

其中，所述衬底(1)相对于所述激光束焦线(2b)定位成或者所述衬底(1)能够相对于所述激光束焦线(2b)定位成使得在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)延伸直到两个相对衬底表面(1a，1b)中的至少一个，

所述激光束焦线(2b)的平均直径δ也就是说光斑直径是在0.5μm和5μm之间；并且

在所述激光器(3)的光束的输出端上直接测得的平均激光功率是在10瓦特和100瓦特之间。

26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，

所述光学装置(6)包括具有球面像差的聚焦光学元件；并且

所述光学装置(6)的光圈(8)在所述激光器(3)的光线路径中被定位在所述聚焦光学元件(7)之前，从而具有可阻挡掉撞击到所述光圈上的位于所述激光束(2a)的中心处的光线束(2aZ)以使得仅位于此中心外面的外围光线(2aR)撞击到此聚焦光学元件上的效果。

27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，(i)具有球面像差的所述聚焦光学元件(7)是球面磨口凸透镜；和/或(ii)所述光学装置(6)的所述光圈(8)是环形光圈。

28.如权利要求25所述的设备，

其特征在于，

所述光学装置(6)包括具有非球面自由表面的光学元件，所述光学元件被设计形状以用于形成在所述光束的方向中所见的具有所定义广度l也就是说所定义的长度的所述激光束焦线(2b)。

29.如权利要求28所述的设备，其特征在于，具有所述非球面自由表面的所述光学元件是锥形棱镜或轴棱锥(9)。

30.如权利要求25-29中任一项所述的设备，其特征在于，

所述光学装置(6)在所述激光器(3)的光线路径中首先包括被设计形状以用于所述延伸的激光束焦线(2b)的形成的具有非球面自由表面的第一光学元件，并且在此第一光学元件的光束输出端上且在距所述第一光学元件距离z1处包括第二聚焦光学元件，

定位并对准这两个光学元件以使得所述第一光学元件将撞击在其上的激光辐射环形地(SR)投射到所述第二光学元件上，以使得在距所述第二光学元件距离z2处在所述第二光学元件的光束输出端上产生所述延伸的激光束焦线(2b)。

31.如权利要求25-29中任一项所述的设备，其特征在于，

所述光学装置(6)在所述激光器(3)的光线路径中首先包括被设计形状以用于所述延伸的激光束焦线(2b)的形成的具有非球面自由表面的第一光学元件，其中所述具有非球面自由表面的第一光学元件是锥形棱镜或轴棱锥(10)，并且在此第一光学元件的光束输出端上且在距所述第一光学元件距离z1处包括具有凸透镜的第二聚焦光学元件(11)；

定位并对准这两个光学元件以使得所述第一光学元件将撞击在其上的激光辐射环形地(SR)投射到所述第二光学元件上，以使得在距所述第二光学元件距离z2处在所述第二光学元件的光束输出端上产生所述延伸的激光束焦线(2b)。

32.如权利要求30所述的设备，

其特征在于，

第三聚焦光学元件在所述激光器(3)的光线路径中被定位在所述第一和第二光学元件之间；

定位并对准所述第三光学元件以使得由所述第一光学元件环形地(SR)形成的所述激光辐射以所定义的平均环直径d_r落到所述第三光学元件上，并且所述第三光学元件以此环直径d_r并以所定义的环宽度b_r将所述激光辐射环形地投射到所述第二光学元件上。

33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述第三聚焦光学元件是平凸准直透镜(12)。

34.使用如权利要求1-3或25-29中的一项所述的方法或设备，用于：

●分离玻璃的衬底，具体地是石英、硼硅酸盐、蓝宝石或钠钙玻璃、含钠玻璃、硬化玻璃或未硬化玻璃的衬底、晶体Al₂O₃的衬底、SiO₂·nH₂O(蛋白石)的衬底或者半导体材料的衬底，具体地是Si、GaAs、GaN的衬底；

●分离单层或多层衬底，具体地是玻璃-玻璃复合、玻璃-膜复合、玻璃-膜-玻璃复合或玻璃-空气-玻璃复合；

●分离涂覆衬底，具体地是金属涂覆的蓝宝石晶片、提供有金属或金属氧化物层的硅晶片或涂覆有ITO或AlZnO的衬底；

和/或

●完全地切断单层或多层衬底或切断多层衬底的多个层中的一层或多层但不是所有层。

35.一种通过使用由权利要求1-24中任一项所述的方法制作的玻璃制品，包括至少一个表面，所述玻璃制品沿着所述表面具有多个材料改性，每一个材料改性具有在0.1mm和100mm之间的范围内的长度以及在0.5μm和5μm之间的范围内的平均直径。

36.一种通过使用由权利要求1-24中任一项所述的方法制作的玻璃制品，包括至少一个表面，所述玻璃制品沿着所述表面具有多个材料改性，每一个材料改性具有近似等于2.0的直接相邻的材料改性的平均距离a与创造所述材料改性的激光束焦线的平均直径δ的比率V3＝a/δ。

37.一种对晶片或玻璃元件，随后称为衬底(1)进行基于激光的加工以将所述衬底分成多个部分的方法，其中

用于加工所述衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a，2b)被引导到所述衬底(1)上，其中选择所述激光器(3)的波长以使得所述衬底(1)的材料对此波长透明或者是基本上透明的，从而使得在所述衬底(1)的材料中沿着所述光束方向发生的所述激光束的强度的减少是每毫米的穿透深度为10％或更少，

其中，光学装置(6)被定位在所述激光器(3)的光线路径中；并且沿着所述光束的方向所见，延伸的激光束焦线(2b)从被引导到所述衬底(1)上的所述激光束(2a)中被形成在所述光学装置(6)的光束输出端上，其中所述光学装置在所述衬底外的至少一个位置中将所述激光束变换成具有环形横截面的光束；并且

相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得沿着在所述光束的方向中所见的所述激光束焦线(2b)的延伸部分(2c)在所述衬底(1)的材料中产生诱发吸收，从而具有诱发的裂缝形成沿着此延伸部分(2c)在所述衬底的材料中发生的效果。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述光学装置(6)包括轴棱锥(10)。

39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，产生所述诱发吸收以使得所述裂缝形成在所述衬底(1)的微结构中发生而没有显著的消融且没有所述衬底(1)的材料的融化。

40.如权利要求37所述的方法，其特征在于，相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)延伸直到两个相对衬底表面(1a，1b)中的至少一个。

41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，

(I)相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)从所述两个相对衬底表面中的一个(1a)延伸直到所述两个相对衬底表面中的另一个(1b)，也就是说在所述衬底(1)的整个层厚度d上；

(II)相对于所述激光束焦线(2b)定位所述衬底(1)以使得在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)从所述两个相对衬底表面中的一个(1a)延伸到所述衬底(1)中但没有一直到所述两个相对衬底表面中的另一个(1b)，也就是说没有在所述衬底(1)的整个层厚度d上。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的延伸部分(2c)在所述衬底(1)的层厚度d的80％到98％上延伸。

43.如权利要求37-42中任一项所述的方法，其特征在于，

在每种情况中，在所述光束的纵向方向中所见，所述激光束焦线(2b)的广度l和/或在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度是在0.1mm和100mm之间；

和/或

垂直于所述两个相对衬底表面(1a，1b)所测得的所述衬底(1)的层厚度d是在30μm和3000μm之间；

和/或

所述激光束焦线(2b)的此广度l与所述衬底(1)的此层厚度d的比率V1＝l/d是在10和0.5之间；

和/或

在所述光束的纵向方向中所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度L与横断于所述光束的纵向方向所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的平均广度D的比率V2＝L/D是在5和5000之间。

44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，

在每种情况中，在所述光束的纵向方向中所见，所述激光束焦线(2b)的广度l和/或在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度是在0.1mm和100mm之间，

和/或

垂直于所述两个相对衬底表面(1a，1b)所测得的所述衬底(1)的层厚度d是在30μm和3000μm之间；

和/或

所述激光束焦线(2b)的此广度l与所述衬底(1)的此层厚度d的比率V1＝l/d是在10和0.5之间；

和/或

在所述光束的纵向方向中所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度L与横断于所述光束的纵向方向所见的在所述材料中也就是说在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的平均广度D的比率V2＝L/D是在5和5000之间。

45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，在每种情况中，在所述光束的纵向方向中所见，所述激光束焦线(2b)的广度l和/或在所述材料中、在所述衬底(1)的内部中的所述诱发吸收的部分(2c)的广度是在0.3mm和10mm之间。

46.一种通过使用由权利要求37或38所述的方法制作的设备。