CN107073655B - 基于激光加工平面晶体衬底的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于基于激光加工平面晶体衬底而将衬底分为多个部分的方法，其中，将用于加工衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a，2f)指向到衬底上，其中通过定位在激光器(3)的光束路径中的光学布置(6)能够从辐射到光学布置(6)上的激光束(2a)在布置(6)的光束输出侧上形成激光束聚面(2f)，当沿着光束方向(z)并精确地在垂直于光束方向(z)的第一方向(y)上观察时，激光束焦面(2f)扩展，但是激光束焦面(2f)在垂直于第一方向(y)并垂直于光束方向(z)的第二方向(x)上不扩展，其中衬底(1)相对于激光束焦面(2f)定位，使得激光束聚面(2f)在衬底(1)的内部沿着衬底材料的扩展的表面部分(2c)产生诱发吸收，利用诱发吸收，在衬底材料中产生沿着扩展的表面部分(2c)诱发的裂纹形成。

Description

基于激光加工平面晶体衬底的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于基于激光加工平面晶体衬底，从而将衬底分离为多个部分的方法，并涉及相应的设备，以及这样的方法或这样的设备的用途。因此，目的特别是将半导体晶圆形式的平面衬底分为多个部分(与晶圆隔离)。因此，该工艺大体上通过脉冲激光器在衬底的材料基本上是透明的波长处进行。
背景技术
用于借助激光分离这样的材料的设备和方法在现有技术中已经是已知的。
根据DE 10 2011 000 768 A1，可以使用激光，激光凭借其波长或其光强而被材料大量吸收，或在第一次相互作用(例如通过载荷子的产生进行加热；诱发吸收)后，使得材料具有高度的可吸收性，之后可以烧蚀材料。该方法在很多材料的情况下具有劣势：例如由于烧蚀期间颗粒形成导致的杂质；由于热输入，切割边缘可具有微裂纹；切割边缘可具有融化的边缘；在材料的厚度上，切割间隙不一致(在不同的深度具有不同的宽度；例如楔形切割凹槽)。因为材料必须被汽化或液化，必须提供高的平均激光功率。
US 6 472 295 B1示出了一种用于激光切割靶材料的方法和设备。该方法包括从激光系统产生激光脉冲的步骤以及在靶材料上使用激光脉冲的步骤，从而使得激光脉冲刺穿该材料。该激光脉冲产生近似地椭圆形的斑点，且该激光脉冲具有小于大约100纳秒的时序脉冲，并具有的能量密度是靶材料的移除阈值能量的大约2倍到大约20倍。
此外，US 2013/327389 A1描述了一种包括用于光伏设备的层结构的方法。该层结构包括电极、配置在该电极上的光吸收剂(包括黄铜矿半导体材料层，诸如铜-铟-镓-联硒化物)以及透明电极。
US 2013/119031 A1描述了一种用于在衬底上利用材料层进行制作的方法，而不会在材料层中产生裂纹。由此，使用了脉冲激光。
US 2002/050489 A1描述了：在激光束加工方法中，使用了一种流体，借助于该流体，激光束可以被传输。通过该流体，激光束被导向至目标表面上。
此外，存在这样的方法，其中，使用激光，材料在该激光的波长处普遍地是透明的，使得可以在材料的内部产生焦点。激光的强度必须足够高，使得在被辐照的衬底的材料的内部焦点处，发生内部损坏。
最后提到的方法具有这样的劣势：在特定深度的点处或在表面处发生诱发的裂纹形成，因此，仅仅经由额外的、机械的和/或热诱发的裂纹伸延，材料的整个厚度被分离。因为裂纹倾向于不均匀地伸延，分离表面通常具有高粗糙度，并经常必须被再加工。此外，必须在不同深度处多次应用相同的工艺。通过相应的多次处理，这反过来延长了工艺速度。
发明内容
因此，基于现有技术，本发明的目的是使得这样的方法(以及相应的设备)可行：通过该方法，平面晶体衬底(特别是由半导体材料制成的平面晶体衬底)可以被加工，特别地是被完全地分离，而没有颗粒形成、没有融化的边缘、在边缘处具有最小的裂纹形成、没有明显的切割缝隙(即材料损失)、具有尽可能笔直的切割边缘和高的处理速度。
该目的通过本发明的方法以及本发明的设备实现。本发明还包括该方法或该设备的有利的实施方式变型和/或改进。本发明描述了根据本发明的方法和设备的实质性用途。
随后，首先描述本发明的基础(根据本发明将衬底分离成各个部分的原理)。
根据本发明的用于分离的方法经每个激光脉冲借助适用于此目的的激光透镜系统(随后也称为光学布置)产生了激光束焦面(与焦点形成对照)。焦面定义了激光与衬底的材料之间相互作用的区域。如果焦面陷入待分离的材料中，激光参数可以被选择为使得发生与材料的相互作用，该相互作用产生了根据本发明的沿着焦面的裂纹区域(即分布在该表面上的裂纹区域)。在此，重要的激光参数是激光的波长和激光的脉冲持续时间。
对于根据本发明的激光与材料的相互作用，以下项应该优选地存在：
1)激光的波长优选地被选择为使得材料在该波长处基本上是透明的(在具体的项中，例如：吸收<<10％/mm材料深度＝>γ<<1/cm；γ：比尔吸收系数)。
2)激光的脉冲持续时间优选地被选择为使得：在相互作用时间内，没有来自相互作用区域的大量的热交换(热扩散)(在具体的项中，例如：τ<<F/α，F：激光束焦面的尺寸，τ激光脉冲持续时间，α：材料的热扩散常数)。
3)激光的脉冲能量优选地被选择为使得在相互作用区域中(即在焦面中)，强度产生了诱发吸收，该诱发吸收导致了材料在焦面上的局部加热，由于引入到材料中的热应力，该局部加热转而导致了在焦面上的裂纹形成。
4)此外，脉冲持续时间内的强度、脉冲能量和激光束焦面的扩展或尺寸应该被选择为使得没有产生烧蚀或融化，但是仅在固体结构中产生了裂纹形成。对于典型材料(诸如半导体或透明晶体)，通过在亚纳秒范围内的脉冲激光器，特别是因此具有例如10到100ps的脉冲持续时间的脉冲激光器，该要求是最容易满足的。
随后，描述了期望的分离表面的几何结构的产生(激光束和衬底沿着衬底表面上的线的相对运动)。
根据本发明的与材料的相互作用经每个激光脉冲(在垂直于衬底表面的方向并在激光束的供给方向上观察时)在焦面上的材料中产生了各个裂纹带区域。为了完全分离材料，经每个激光脉冲，定位了一系列这样的裂纹带区域，该裂纹带区域沿着期望的分离线是如此的紧密邻接，使得产生了在材料中形成期望的裂纹表面/轮廓的裂纹带区域的横向连接。为此，该激光以特定序列频率发脉冲。
对于在材料中产生期望的分离表面，或者是脉冲激光与可平行于衬底平面移动的光学布置一起在静止的材料上移动，或者是材料自身与可移动的接收机构一起移动通过静止的光学布置，从而形成期望的分离线。
最后，还产生将衬底分离成多个部分的最后步骤(狭义上的分离或隔离)。
因此，或者通过材料的内应力，或者通过引入的力(例如机械地(张力)或热地(非均匀)加热/冷却)，产生了材料沿着产生的裂纹表面/轮廓的分离。因为根据本发明没有材料被烧蚀，首先，在材料中大体上没有持续的缝隙，而是仅有高度地中断的断裂区域(微裂纹)，其本身是紧密连接的，并可能还通过桥连接。由于随后引入的力，剩余的桥经由横向裂纹生长(平行于衬底平面产生)被分离，紧密连接被克服使得材料可以沿着分离表面被分离。
随后，描述根据本发明的方法以及根据本发明的设备的基本特征。
本发明描述了根据本发明的方法的基本特征，本发明还描述了配置为实施根据本发明的方法的设备的基本结构元件。
在本发明中所描述的并借助光学布置所产生的激光束焦面(之前和随后)也替选地简称为激光束的焦面。根据本发明，在衬底平面中观察时，衬底通过根据本发明的裂纹形成(扩展的焦面上的诱发吸收，扩展的焦面延伸到垂直于衬底平面的衬底中)被分离为或隔离为多个部分。因此，根据本发明的裂纹形成产生到衬底中或产生到垂直于衬底平面的衬底的内部中。如已经描述的，通常，大量的各个激光束焦面部分必须沿着衬底表面上的线被引入到衬底中，以便衬底的各个部分可以彼此分离。为此，或者衬底可以相对于激光束或相对于光学布置平行于衬底平面移动，或者相反地，光学布置可以相对于以静止方式配置的衬底平行于衬底平面移动。
另外，有利地是，根据本发明产生方法技术方案或设备技术方案的至少一者的特征。另外，因此，可以以任意组合的方式产生数个技术方案的特征。
在数学意义上，术语表面(即激光束焦面)可以被理解为在二维空间中无限延伸的结构。激光束焦面在所提及的两个维度空间内的扩展(到近似值)可以通过半最大值处的全宽来限定。根据本发明，激光束焦面在垂直于所提及的两个维度空间的方向中的扩展比在所提及的维度空间中的扩展小的多，优选地，激光束焦面在所提及的维度空间中的扩展是在垂直于所提及的两个维度空间的方向中的扩展的至少10倍、至少50倍、至少100倍或甚至至少500倍。因此，术语“沿着表面部分”与“在该部分的整个表面上观察时”意思相同。诱发吸收被理解为这样的一个工艺：该工艺在衬底的晶体结构中导致了微型结构缺陷的形成。之后，微型结构缺陷定义了削弱的表面的一部分，沿着该削弱的表面的一部分或经由该削弱的表面的一部分，产生了衬底分离成多个部分。因此，假设(不限制普遍性)，利用能量在激光束焦面区域的局部吸收，导致了非晶形态，则利用该非晶形态，衬底材料扩展。扩展导致了压力应力，因此，在诱发吸收的扩展的表面部分中或表面部分上发生了局部裂纹。
有利地是，从本发明中可推导出可实现的特征：半导体衬底可以特别是4-6族或3-5族半导体衬底，优选是GaAs衬底；或元素半导体衬底，优选是Si衬底。绝缘体衬底可以特别地是氧化物，优选是Al2O3(蓝宝石)或SiO2(石英)；或者是氟化物，优选是CaF2或MgF2；或者是氯化物，优选是NaCl；或者是氮化物，优选是Si3N4或BN。该衬底包括具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料、或由具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料组成，该衬底特别是包括碳纳米管、或由碳纳米管组成。
在本发明中描述了进一步有利的可实现的特征。因此，激光束焦面在各个空间方向中的扩展可以通过伸展限定，通过该伸展，激光束中的强度至少是在激光束中达到的最大强度的一半大。随后称为长度l的、激光束焦面的扩展被配置为是所述激光束焦面在所述第二方向上的扩展D的至少10倍。激光束焦面在光束方向中的长度优选地被配置为是该激光束焦面在所述第二方向上的扩展D的至少20倍，优选地至少50倍，优选地至少100倍，优选地至少500倍。激光束焦面在第一方向上的宽度优选地被配置为是该激光束焦面在第二方向上的扩展D的至少10倍，优选地至少50倍，优选地至少100倍。
如果进行根据本发明的方法，衬底内部的诱发吸收的扩展的表面部分从衬底的表面延伸至衬底中的限定深度那么远(或者甚至超出该限定深度)。因此，诱发吸收的扩展部分可以包括从一个表面到另一个表面的整个衬底深度。也可能仅在衬底的内部产生诱发吸收的纵向地扩展的部分(而不包括衬底的表面)。
根据本发明，可以推导出进一步有利地可实现的特征(也可以随后参见所描述的图3)。相对于所述激光束焦面定位所述衬底，使得在光束方向上观察时，在材料中的、即在衬底的内部的诱发吸收的扩展的表面部分从两个相对定位的衬底表面中的一者开始，延伸至两个相对定位的衬底表面中的另一者，即在衬底的整个层厚度d上延伸。在光束方向上观察时，在材料中的、即在衬底的内部的诱发吸收的扩展的表面部分可以从两个相对定位的衬底表面中的一者开始，延伸到衬底中的整个层厚度d的80％到98％，优选地延伸到衬底中的整个层厚度d的85％到95％，特别优选地延伸到衬底中的整个层厚度d的90％。因此，诱发吸收的扩展的表面部分(即，例如垂直于衬底平面引入的裂纹长度)可以从衬底内部中的特定深度延伸直至衬底的后侧表面，或例如甚至从衬底的前侧表面延伸直至衬底内部中的特定深度。因此，分别垂直于平面衬底的两个相对定位的衬底表面测量层厚度d。
在本发明的情况下，所提及的范围界限分别包括所表明的上边界值和下边界值。
根据本发明的一个技术方案，有利地产生诱发吸收。这利用对已经描述的激光参数、光学布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的调整来发生，该已经描述的激光参数随后也在示例的范围内进行了描述，并在本发明中也有提及。基本上，如在本发明中所提及的参数的任意特征组合也是可能的。由此，τ<<F/α意味着(也可以随后看到)τ小于F/α的1％，优选地小于F/α的1％(F因此是激光束焦面的平面扩展)。例如，脉冲持续时间τ可以为10ps(或甚至低于10ps)、10ps和100ps之间、或甚至高于100ps。对于Si衬底的分离，优选地使用具有1.5至1.8μm之间的波长的Er:YAG激光器。通常，激光被用于具有以下波长的半导体衬底：该波长被选择使得光子能小于半导体的带隙。
所述激光束焦面的长度l可以在0.2mm和10mm之间。所述激光束焦面的宽度b可以在0.02mm和2.5mm之间。垂直于所述两个相对定位的衬底表面测量时，所述衬底的层厚度d可以在2μm和3000μm之间。所述激光束焦面的所述长度l和所述衬底的所述层厚度d的比率V1＝l/d可以在10和0.5之间。所述激光束焦面在所述第二方向中的扩展D可以在1μm和50μm之间。
以下是优选的：激光束焦面的长度l可以在0.5mm和2mm之间，和/或激光束焦面的宽度b可以在0.05mm和0.2mm之间，和/或垂直于两个相对定位的衬底表面测量时，衬底的层厚度d可以在100μm和500μm之间，和/或激光束焦面的长度l和衬底的层厚度d的比率V1＝l/d可以在5和2之间，和/或激光束焦面在第二方向中的扩展D可以在5μm和25μm之间。
激光器的脉冲持续时间τ被选择为使得，在与衬底(1)的材料的相互作用时间内，在此材料中的热扩散是能够忽略的，优选地没有产生热扩散，为此，优选地根据τ<<F/α来调整随着激光束焦面的表面扩展变化的τ、F和衬底的材料的热扩散常数α，和/或优选地τ被选择为小于10ns，优选地小于100ps。激光器的脉冲重复频率可以为100khz。平均激光功率可以在15瓦特和30瓦特之间。特别用于作为衬底的在可见波长范围内透明的晶体的激光器，可以是具有1064nm的波长λ的Nd:YAG激光器，或具有1030nm的波长λ的Y:YAG激光器。或者，特别用于在红外线波长范围内是透明的半导体衬底的激光器，可以是具有1.5μm和2.1μm之间的波长λ的Er:YAG激光器。
所述激光器的波长λ被选择为使得所述衬底的材料在所述波长处是透明的或基本上是透明的，“基本上是透明的”被理解为沿着所述光束方向产生的所述激光束在所述衬底的材料中的强度减少为每毫米穿透深度减少10％，或减少得更少。
在本发明中描述了对于将衬底分离或隔离成其多个部分的可能地仍然必要的额外方法步骤。
激光束可以沿着与第一方向平行的线相对于衬底的表面移动，沿着该线，衬底被分离以产生多个部分，沿着该线，在衬底的内部产生诱发吸收的大量扩展的表面部分。诱发吸收的直接相邻的扩展的表面部分、即诱发吸收的直接地连续产生的扩展的表面部分的平均间隔A，与激光束焦面在第一方向中的宽度b的比率V2＝A/b在1.0和1.3之间，优选地在1.0和1.1之间。
如已经提及的，衬底相对于光学布置(包括激光器)移动，或者光学布置(包括激光器)相对于衬底移动。因此，间隔A被理解为，不是在诱发吸收的两个直接相邻(由时间上连续的激光脉冲产生)表面部分的两个直接相对定位(以光束方向z上观察时，即进入衬底中)的界限之间的间隔，而是在诱发吸收的两个直接相邻表面部分的一个界限与相同的界限(例如，在激光器沿着期望分离线的运动方向观察时，定位在前部的界限)之间的间隔。因此，目的是尽可能远地串在一起，而不会重叠在衬底的内部中产生的各个诱发吸收(否则，由于在重叠区域中大约双倍的吸收强度，可能在晶体结构中沿着期望的分离线出现微型结构缺陷的过大的差异)，以及具有沿着期望分离线的诱发吸收的相邻表面部分之间的尽可能小的间隙。因此，本发明中提及的裂纹形成应该被理解为(与基本上根据本发明必要的诱发裂纹形成对照)横向裂纹，即在衬底的平面中定位的方向中的横向裂纹形成(对应于沿着旨在分离衬底的线的路线)。
根据本发明的设备的有利实施方式(其描述了用于产生和定位激光束焦面的光学布置的各种可能的实施方式)如下(在这方面，参见随后的实施方式或图4至图7)。
在具有根据本发明的非球形自由表面的光学元件和光阑之间，使激光束准直的光学元件可以被定位并被定向，使得从具有非球形自由表面的光学元件发出的激光辐射被平行地投影到光阑上。
在光阑的光束输出侧上或在第一方向中聚焦所述激光束而在第二方向中不聚焦激光束的光学元件的光束输出侧上，光学布置可包括至少在第一方向中聚焦激光束的光学元件。
以优先方向在第一方向上定向的光阑是定向在第一方向中的隙缝光阑。使激光束准直的光学元件可以是平凸准直镜。配置在具有非球形自由表面的光学元件的光束输出侧上、在与该光学元件间隔z2的位置处、且在第一方向中聚焦激光束而在第二方向中不聚焦激光束的光学元件可以是平行于第二方向定向的柱面透镜。在光学布置中，配置在光阑的光束输出侧上或在第一方向中聚焦激光束而在第二方向中不聚焦激光束的光学元件的光束输出侧上、且至少在第一方向中聚焦激光束的光学元件可以是准直镜，优选地是在第一方向和第二方向中聚焦激光束的平凸准直镜。配置在双楔的光束输出侧上、且至少在第一方向中聚焦激光束的光学元件可以是准直镜，优选地是在第一方向和第二方向中聚焦激光束的平凸准直镜。
因此，根据本发明的设备可以包括光学布置以及待相对于该光学布置定位的衬底。
取代光阑，也可以使用孔或光阑可形成为孔。也可能取代光阑而使用衍射元件(具有限定的边缘强度)或可能将光阑形成为衍射元件(具有限定的边缘强度)(除了通常的光阑，另外，可以将衍射光束形成器与轴锥镜结合以产生线聚焦)。
根据本发明，两个光束捆的偏转意味着两个光束捆分别地彼此平行(自身观察时)地偏转并指向彼此(从整体观察时)。
根据本发明的基本用途可以从本发明推导出：半导体衬底的分离，特别是4-6或3-5半导体衬底的分离，优选是GaAs衬底的分离；或元素半导体衬底的分离，优选是Si衬底的分离；绝缘体衬底的分离，特别是氧化物的分离，优选是Al2O3(蓝宝石)或SiO2(石英)的分离；或者是氟化物的分离，优选是CaF2或MgF2的分离；或者是氯化物的分离，优选是NaCl的分离；或者是氮化物的分离，优选是Si3N4或BN的分离；或包括具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料、或由具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料组成的衬底的分离，特别是包括碳纳米管或由碳纳米管组成的衬底的分离。
与从现有技术所了解的方法或设备相比，本发明具有一系列基本优势。
首先，根据本发明实现切割形成，而没有颗粒形成、没有融化的边缘、在边缘处具有最小的裂纹形成、没有明显的切割缝隙(因此没有衬底的材料的损失)、以及具有笔直的切割边缘。
根据本发明，非常高的平均激光功率是不必要的，然而，却可以达到相比较高的分离率。因此，关键的是：经每个激光脉冲(或经每个窄脉冲)，本发明产生了激光束焦面(而不是仅仅一个不是扩展的或者仅非常局部地扩展的焦点)。为此，使用了随后详细说明的激光透镜系统。因此，焦面限定了激光和衬底的相互作用区域。如果焦面至少部分(在深度方向上观察时)陷入到待分离的衬底材料中，激光参数可被选择为使得发生与材料的相互作用，根据本发明，这种相互作用沿着整个焦面深度并在整个焦面宽度上产生裂纹区。可选择的激光参数例如是激光的波长、激光的脉冲持续时间和激光的脉冲能量。
根据本发明的方法相对于例如机械裂纹和断裂所具有的进一步的优势是：除了缺少了(或者至少最低程度的)颗粒形成，相比于机械裂纹线，可以达到高纵横比(激光束焦面在深度方向中的扩展与在第二方向中的扩展的比率)。同时，在机械裂纹和断裂期间，经由普遍不可控的断裂生长，裂纹线产生在材料中，而根据本发明可以以相对于衬底法线的非常精确地可调节的角度产生分离。根据本发明，对角线切割也是很有可能的。
另外，高加工速度是可能的，即使是对于相当厚的衬底。
表面上的烧蚀、表面上的毛边形成和颗粒形成被避免(如果相对于衬底调整焦面的位置，使得根据本发明的方法从衬底的表面开始到衬底的内部中确保了根据本发明的扩展的诱发吸收和裂纹形成，特别地避免颗粒形成)。在这种情况下，第一(期望的)损坏直接发生在表面处，并利用诱发吸收以限定的方式沿着裂纹形成带继续朝向衬底深度中发生。
根据本发明，可以加工不同材料，特别是蓝宝石晶圆、半导体晶圆等。
另外，在一侧上不透明的已经涂覆的材料(例如涂覆有TCO)或印刷的衬底可以根据本发明被加工和分离。
根据本发明，在实际中，不具有切割缝隙的切割是可能的：仅产生材料损坏，其通常是1μm至10μm之间的扩展。因此，特别地，没有生成关于材料或表面的切割损耗。这是有利的，特别是在切割半导体晶圆期间，因为切割缝隙损耗将减少晶圆的有效可用的表面。因此，由于根据本发明的切割焦面的方法，产生了提高的表面产量。
根据本发明的方法也可以特别地用在生产过程的内联操作中。这以特别有利的方式发生在生产过程期间，该生产过程发生在卷对卷工艺中。
根据本发明，也可以使用多个单独的脉冲激光器，诸如生成窄脉冲的激光器。基本上，在连续线路操作中使用激光器也是可能的。
作为示例，给出以下特定应用领域：
1.具有整体地或部分地切割蓝宝石晶圆的可能性的蓝宝石LED的分离。通过根据本发明的方法，在单独的步骤中，金属层也因此同样被共同地分离。
2.不破坏带而隔离半导体晶圆是可能的。为此，焦面仅部分地定位在衬底材料的内部中，使得其在表面处开始，并在带膜(在衬底的远离激光器定向的后侧表面上)之前停止：例如，大约10％的材料没有被分离。因此，该膜保持完整无损，因为焦面在膜之前“停止”。之后，半导体晶圆随后可以在剩余的10％上经由机械力(或热力，例如利用CO2激光)随后被分离。
3.涂覆材料的切割：在此示例是布拉格反射镜(DBR)或金属涂覆的蓝宝石晶圆。另外，已经将活性金属层或金属氧化物层应用于其上的处理过的硅晶圆可以根据本发明被切割。
附图说明
随后，现在参照基于以上描述内容的一些实施方式来描述本发明。因此示出如下：
图1示出了根据本发明的激光束焦面的产生原理，因为在激光束焦面的区域内诱发吸收，通过激光束焦面可以实现根据本发明的衬底材料的加工，该衬底材料(此处为硅衬底)在激光波长处是透明的。
图2详细地示出了根据本发明的激光束焦面在衬底中的定位。
图3示出了通过激光束焦面相对于衬底的不同的定位来加工衬底的不同的可能性。
图4示出了根据本发明使用的第一光学布置。
图5示出了根据本发明使用的第二光学布置。
图6示出了根据本发明使用的第三光学布置。
图7示出了根据本发明的衬底沿着衬底表面的功能区域1-1、1-2…之间的窄通道1k的分离。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的加工方法的基本步骤。由激光器3(未示出)发射的激光束2a辐射到光学布置6上(对于光学布置6，仅平凸准直镜11示出在图1(c)中(也可参见描述在随后的图4至6中的实施方式)，该平凸准直镜11将激光束2a的光束捆聚焦到衬底1上)。
图1(a)示出了(在衬底平面上的平面图中或在垂直于入射辐射z的方向的x-y平面中)利用根据本发明的光学布置的随后描述的元件8、7和13，在不具有根据本发明必要的光束形成的情况下将发生什么：从辐射的激光束2a，在光束输出侧上在沿光束方向(长度方向1或入射辐射方向z)的确定的扩展区域上仅仅产生扩展的激光束焦线。在此以附图标记2b表示。以垂直于光束方向z或从激光束焦线2b的中心向外侧径向地观察时，该激光束焦线2b(可在衬底平面x-y中，例如通过光束截面中的半最大强度值处的全宽来限定该激光束焦线2b的直径)被降低光束强度的区域围绕，该区域随后被称为光晕区域。该光晕区域可以被限定为例如在其中激光束2a的强度降至激光束焦线2b中(或激光束焦线2b的中心中)的最大强度的百分之一(或者甚至例如降至千分之一)的区域，该光晕区域的垂直于光束方向z的径向扩展在此以附图标记a设置。如参照图7更精确地描述的，在光晕的外侧边缘区域中仍然存在的残余强度可能在待隔离的衬底的功能表面区域上导致不期望的损坏或破坏。因此，根据本发明的一个目的是以能够阻止所述的损坏和破坏的方式形成光束截面或形成光晕形状。
为此，经由对于本发明必不可少的元件8、7和13(参见图4至图6)产生的光束形成在图1(b)和图1(c)中是明显的：根据本发明，取代了一维焦线2b，而产生了在表面区域上延伸的激光束焦面2f，沿光束方向z和精确地在垂直于光束方向z的第一方向y上观察时，该激光束焦面是扩展的，然而，在垂直于第一方向y并垂直于光束方向z的第二方向x(x，y，z＝笛卡尔坐标系统)中该激光束焦面则不是扩展的。至少部分地重叠激光辐射2a的该激光束焦面2f，待加工的平面衬底1被定位在光学布置6后面的光束路径中。附图标记1a表示该平面衬底的定向朝向光学布置6或激光器3的表面，附图标记1b表示衬底1的后侧表面，该后侧表面在距朝向光学布置6或激光器3的表面一定间隔处并通常与朝向光学布置6或激光器3的表面平行。衬底厚度(垂直于表面1a和1b，即垂直于衬底平面测量的)以附图标记d表示，参见图2。
利用根据本发明的光束形成(其将在随后详细描述)，在衬底平面x-y中的横截面中观察时，先前的圆形光晕区域(图1(a))在第二方向x中的扩展大量减小(相对于垂直于第二方向并垂直于光束方向z的扩展，即，相对于第一方向y中的扩展)。在光晕区域的中心，取代了旋转对称的焦线，而产生了扁平的焦面。限定在图1(a)的情况中的光晕区域在x方向中的扩展以ax表示，光晕区域在y方向中的扩展以ay表示。有利地是，ay是ax的至少10倍，优选地至少50倍，优选地至少100倍。
如图2(a)所示，衬底1在此垂直于光束纵向轴线并因此垂直于焦面2f定向(衬底垂直于绘图面)，该焦面2f通过光学布置6产生在光学布置6后面的空间中，并且沿光束方向z观察时，衬底1相对于焦面2f定位，使得沿着光束方向z观察时，焦面2f在衬底的表面1a的前方开始，并在衬底的表面1b的前方结束(即仍然在衬底内部)。因此，在空间方向z和y中都扩展的激光束焦面2f(在激光束焦面2f的区域中的合适的激光强度的情况下，激光束焦面2f通过激光束2聚焦在长度l、宽度b的部分上而确保，即通过表面1·b的表面聚焦而确保)在焦面2f与衬底1的重叠区域中(即，在被焦面2f覆盖的衬底的材料中)产生了表面部分2c，沿光束纵向方向z并在宽度方向y上观察时，该表面部分2c是扩展的，经由该表面部分2c，在衬底的材料中产生了诱发吸收，该诱发吸收在衬底的材料中沿部分2c诱发了裂纹形成。因此，裂纹形成不仅可以局部地产生，还可以在诱发吸收的扩展部分2c的整个表面上产生。该部分2c的长度(即激光束焦面2b与衬底1在z方向上的重叠的最终的长度)在此具有附图标记L。部分2c的宽度对应于焦面2f的宽度b。在垂直于表面扩展的方向中(即在x方向上观察时)的诱发吸收(或者经受裂纹形成的衬底1的材料的区域)的部分的平均扩展在此以附图标记D表示。该平均扩展D对应于激光束焦面2f在x方向中的平均扩展。
如图2(a)所示，根据本发明，在激光束2a的波长λ处透明的衬底材料因此被焦面2f的区域中的诱发吸收加热。图2(b)示出加热的材料最终扩展，使得相应的诱发应力导致根据本发明的微裂纹形成，在表面1a处的应力最大。
随后，描述可以用于产生焦面2f的具体光学布置6。因此，所有的布置都是基于先前已经被描述的内容，使得相同的附图标记分别用于在功能上相同或对应的部件或特征。因此，随后仅分别描述不同之处。
根据本发明，因为最终导致分离的分离表面是高质量的或应该是高质量的(在抗断强度要求、几何精度要求、粗糙度要求和避免再加工要求方面)，产生待沿衬底的表面上的分离线5(参见图7)定位的各个(更精确地：通过单个激光脉冲产生)焦面，如针对随后的光学布置(光学布置随后也被替选地称为激光透镜系统)所述的。因此，粗糙度特别地从焦面在x方向的扩展D开始产生。为了能够在激光器3(与衬底1的材料相互作用)的给定波长λ处实现小的扩展D(例如0.5μm至2μm)，通常，对激光透镜系统6的数值孔径具有特定要求。随后描述的激光透镜系统6满足这些要求。
图3示出了，对于随后描述的所有的光学布置6，通过光学布置6相对于衬底1的合适的定位和/或定向，并通过光学布置6的参数的合适的选择，激光束焦面2f可以被不同地定位；如图3第一行所示，焦面2f的长度l可以被调整为使得其超出衬底厚度d(在此为2倍)。在光束方向z上观察，如果衬底被由此相对于焦面2f居中地定位，则在整个衬底厚度d上产生诱发吸收的扩展部分2c。
在图3中所示的情况(第二行)中，产生长度为l的焦面2f，该长度l大约对应于衬底的延伸d。因为衬底1相对于表面2f定位使得表面2f开始于衬底前面(即衬底外面)的线，诱发吸收的扩展部分2c(其在此从衬底的表面延伸直至限定的衬底深度，然而没有远到后侧表面1b)的长度L在此小于焦面2f的长度l。图3中的第三行示出了以下情况：其中，在沿着光束方向z观察时，衬底1被部分地定位在焦面2f的开端的前面，使得，在此同样针对焦面的长度l，应用l>L(L＝衬底1中的诱发吸收的部分2c的扩展)。因此，焦面开始于衬底的内部，并在后侧表面1b上延伸直到延伸出衬底。图3中的第四行最后示出了以下情况：其中，产生的焦面长度l小于衬底厚度d，使得针对衬底相对于焦面的居中定位，在入射辐射方向观察时，焦面在此在衬底的内部靠近表面1a开始，并在衬底的内部靠近表面1b结束(l＝0.75·d)。
因此，根据本发明，特别有利地是产生焦面定位，使得表面1a、1b中的至少一者被焦面覆盖，诱发吸收的部分2c因此在至少一个表面处开始。这样，通过避免在表面上形成烧蚀、毛刺和颗粒，可以实现几乎理想的切割。
图4和图5中示出的光学布置是基于以下基本想法：为了形成焦面2f，首先使用具有非球形自由表面的透镜系统(元件9)，该自由表面被成形使得形成限定长度l的焦面。为此，非球体可用作光学布置6的光学元件9。例如在图4和图5中，使用所谓的双锥棱镜，其也常被称为轴锥镜。轴锥镜是特殊的、成圆锥形地磨圆的透镜，其形成了沿光学轴线的线上的点源(或者还环状地转换激光束)。本领域技术人员基本上了解这样的轴锥镜的构造；在此，锥角例如为10°。在此以附图标记9表示的轴锥镜被定向成它的锥尖朝向入射辐射的方向(在此为z方向)，并居中于光束中心上。在透镜系统的自由表面后面的光束路径中，插入了另一透镜系统(元件7或元件8)，其减少了激光辐射2a的光束捆在第二方向x中的扩展，因此，在x方向中约束了光束捆。
图4示出了根据本发明的连同光学布置6的设备的第一示例，该光学布置6用于形成在y-z平面(布置6或设备的光学轴线6z和入射辐射在z方向中的方向)中扩展的激光束焦面2f。在激光器3(未示出)的光束路径中(其激光束以2a表示)，首先定位具有非球形自由表面的光学元件，该光学元件的形成用于形成在沿入射辐射方向观察时在z方向中扩展的激光束焦线。此处，该光学元件是具有5°锥角的轴锥镜9，其垂直于光束方向并在激光束2a上居中定位。因此，轴锥镜9的锥尖指向入射辐射的方向。在与轴锥镜9具有间隔z1’处的光束方向中，配置有准直光学元件(该准直光学元件在此处是平凸准直镜12，其平坦表面的中点在光束方向z上)，使得入射到平凸准直镜12上的激光辐射被准直，即，平行定向。轴锥镜9与平凸准直镜12的间隔z1’在此处被选择为大约300mm，使得轴锥镜9形成的激光束捆环形地撞击在透镜12的位于外部的区域上。因此，由于透镜12处于与设备的光学轴线6z的径向间隔处，产生与光学轴线6z平行地延伸的环形光束捆2r。
在透镜12的光束输出侧上，一维隙缝光阑8被定位在间隔z1处，其中z1>z1’(在此：z1＝1.3x z1’)。该隙缝光阑8被定向为其优先方向(即隙缝方向)在第一方向(即y方向)中。隙缝光阑(随后也替选地称为隙缝光阑)8因此被定位为使得，在第二方向x中观察时，光学轴线6z在两个隙缝边缘之间居中地延伸。隙缝宽度被选择为使得其对应于透镜12的输出侧上的环形光束捆2r的内径2i：如图4(a)所示，在沿着在x方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，环形光束捆2r的相关分量由此被隙缝光阑8的边缘的材料挡住，该材料对于所使用的波长的激光辐射不是透明的。然而，由于隙缝光阑8的一维性，沿着在y方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，光束捆2r中的相关光束分量到达空间，而没有被阻挡在隙缝光阑8的输出侧上(参见图4(b))。
在光阑8的光束输出侧上并在光阑8的间隔处，围绕光学轴线6z居中地定位另一个平凸准直镜11(其用作聚焦透镜)：所述聚焦透镜将先前的环形光束捆2r的所有没有被光阑8挡住的光束分量朝向平面衬底1聚焦在第一y方向和第二x方向中，该平面衬底1垂直于光学轴线6z(即在x-y平面中)被配置在该透镜11的光束输出侧上。因此，透镜11(其平面侧定向朝向衬底1)将在离透镜11预定间隔处的先前的环形光束捆2r的没有被光阑8挡住的光束分量在z方向中以限定的扩展(由于轴锥镜9的效果)并且在y方向上以限定的扩展(由于光阑8的效果)聚焦到二维激光束焦面2f上；在这一方面，参见图1(b)所示出的光束形成。在此，透镜11的有效聚焦宽度是25mm，使得在例如离透镜11间隔20mm处(衬底1定位在这里)产生激光束焦面2f。
因此，包括定位在光学轴线6z上的旋转对称的元件9、12和11以及光阑8的光学布置6的光学性质(特别是元件9、12、8和11的几何成型和它们沿着主光束轴线6z相对彼此的定位)可以被选择为使得激光束焦面2f在z方向中的扩展l是衬底在z方向中的厚度d的二倍。之后，如果衬底被相对于焦面2f居中地定位(参见图3最高行)，则在整个衬底厚度上产生诱发吸收的扩展的表面部分2c的形成。焦面2f在z方向中的扩展l可以经由轴锥镜9上的光束直径进行调整。焦面2f上的数值孔径可以经由轴锥镜9与透镜12的间隔z1’进行调整，也可以经由轴锥镜9的锥角进行调整。这样，全部激光能量可以被集中在焦面2f中。
取代图4中(以及随后看到的图5和图6中)示出的平凸透镜11、12，也可以使用聚焦凹凸透镜或其他更高度地修正的聚焦透镜(非球体、多透镜)。
图5示出了根据本发明的设备的另一实例，该设备基本与图4中示出的设备一样形成。因此，随后仅描述差异(光学布置6在此处包括在轴线6z上居中地旋转对称的光学元件9和11，以及柱面透镜7)。
沿着光学轴线6z观察时，在光束路径2a中，取代图4中的透镜12，平凸聚焦柱面透镜7定位在轴锥镜9的光束输出侧上的间隔z2处。因此，透镜7与轴锥镜的间隔z2可以被选择为图4中的间隔z1’。定位在x-y平面中的柱面透镜7的平面侧位于定向远离轴锥镜9的一侧上。优先方向(即柱面透镜7的圆柱体轴的方向)平行于x方向定向，并且，相对于光学轴线6z观察时，柱面透镜7被居中配置。间隔z2和透镜7的扩展被选择为使得由轴锥镜9产生的并在柱面透镜7的输入侧上环形地发散的光束捆撞击在柱面透镜7的外侧边缘区域上。因此，实现元件9、7的成形和定位，使得沿着在x方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，环形发散的光束捆的撞击在透镜7上的相关光束分量不会转向(参见图5(a))，然而，沿着在y方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，该光束捆的撞击在透镜7上的相关光束分量被柱面透镜7准直，即，平行地定向(图5(b))。
在柱面透镜7后面的限定间隔z2’处，聚焦平凸准直镜11围绕光学轴线6z居中地被定位在光束路径中，如图4的实施方式中所示。因此，间隔z2’被选择为使得沿着在x方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，相关光束分量2x在侧面经过透镜11而不会偏转，然而，沿着在y方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，光束分量2y完全被透镜11拦截并被偏转，相关的光束分量2f被聚焦在定位在透镜11的光束输出侧上的衬底1上。
而且由于旋转对称的轴锥镜9和柱面透镜7的组合，以及通过旋转对称的平凸准直镜11的随后的聚焦，由此可以产生图1(b)中的光束形成。因此，激光束焦面2f在y方向和z方向中的扩展被调整如下：
–工件1相对于聚焦透镜11的位移间隔；
–改变聚焦透镜11的聚焦长度；
–轴锥镜9的照度。
在图6中示出根据本发明的用于产生扩展的焦面2f的设备的另一示例。
在激光器3(未示出)的光束路径2a中，首先定位设置有优先方向(在此为x方向)的非旋转对称光学元件13。光学元件13被配置为在光束输出侧上的平面元件，其在光束输入侧上偏转并在光学轴线6z上居中。因此，平面侧指向衬底1。与平面侧相对地定位的(即指向激光器3)的偏转侧被配置为尖顶形状的双楔，其中央支柱沿着x方向延伸并通过光学轴线6z。为了简化，元件13随后也被称为双楔。
如图6(a)所示，沿着在x方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，光束捆2a的相关光束分量仅仅传输通过双楔13而不会偏转。与上述方向垂直，即，沿着在y方向上延伸并通过光学轴线6z的直线观察时，位于光学轴线6z的两侧上的相关局部光束捆通过双楔结构朝向彼此偏转，其本身分别是平行的，以及视为整体(图6(b))：光束捆2a的所有辐射到双楔13上的光束分量s1(光束分量s1位于平行于x-z平面延伸并通过光学轴线6z的平面之上的半空间y1中)因此被平行地并朝向相对地定位的半空间y2偏转(在平行于x-z平面并通过光学轴线6z的所述平面之下延伸)。相反地，光束捆2a的所有光束分量s2(光束分量s2在所述平面之下入射到双楔13上)被平行地并朝向半空间y1偏转出半空间y2。
在光束方向上在距楔形13具有一个间隔处(在两个光束分量s1和s2的交点后面)观察时，定位柱面透镜7，如图5的示例中所示：在x方向上观察时，光束分量s1和s2没有被所述柱面透镜偏转；在y方向上观察时，两个光束分量s1和s2被所述柱面透镜朝向轴线6z偏转，并被准直(光束分量s1和s2在透镜7的光束输出侧上平行于轴线6z延伸)。
在光束方向上观察时，在柱面透镜7的后面、即在双楔13的光束输出侧上的限定的间隔z3处，定位平凸准直镜11(如图4和图5的示例中的平凸准直镜11)。所述透镜同样如先前示例中描述的那样进行配置，并在轴线6z上居中地配置。间隔z3被选择为使得：在入射辐射的方向(z方向)中观察时，彼此离开地、平行地发散并在透镜7后面平行地定向的两个光束捆s1和s2，在y方向中观察时，撞击在准直镜11的向外定位的边缘部分上。因此，透镜11将两个光束捆s1和s2聚焦在在y-z平面中扩展的激光束焦面2f上，如在其它实施方式中所描述的，其中，定位有待加工的衬底1。另外，对于包括元件11、7和13的光学布置6，由此可以产生根据图1(b)的光束形成。
图7示出了，在衬底平面(x-y平面)上的平面图中，已经设置有功能结构1-1、1-2、1-3和1-4的半导体衬底1根据本发明的可能的加工。以象限形式在此设置的功能结构1-1、1-2、1-3和1-4不必在隔离期间承受任何激光辐照(因此，在隔离期间，必须特别地防止图1(a)和图1(b)中示出的、以附图标记a或ax、ay指示的激光束的光晕区域H覆盖所提及的功能区域)。激光辐射必须在通道形的结构1k上唯一地产生，该通道形的结构1k在功能区域之间延伸且根本没有功能结构，并因此可以被激光辐照。
如图7表示，可以对根据图1(b)产生的并适应于通道1的宽度的激光束焦面2f进行操作：在衬底1上的激光束2a的供给方向平行于通道纵向轴线(此处是在y方向中定向的垂直延伸的通道1k的通道纵向轴线)精确地设置。同时，垂直于衬底平面(x-y平面)并平行于供给方向产生激光束焦面2f。因此，例如在图4中示出的情况下(图4至图7的实施方式中未示出本身对于本领域技术人员是已知的，且例如基于检流计扫描器是可生产的偏转透镜系统)，沿着线5(其对应于期望的分离线，沿着该分离线，用于分离衬底)实现激光束2a的供给，使得产生大量的诱发吸收的扩展表面部分2c的2c-1、2c-2、2c-3(参见图3)。因此，诱发吸收的每个部分2c-1、2c-2、2c-3对应于脉冲激光器的单一激光脉冲在衬底材料中沿着分离线5产生的一个缺陷区。
由于各个缺陷区2c-1、2c-2、2c-3在通道1k的中央产生并且这些或所述激光束焦面2f分别平行于功能结构1-1的边缘延伸，因此能够通过合适地选择光学参数而确保：在x方向上围绕焦面2f的光晕区域H的直径大体上小于在y方向上的直径。因此，光晕区域H在x方向中的扩展被选择为使得其小于通道1k的通道宽度。
激光脉冲的重复率与激光的供给速度相协调，使得诱发吸收的直接相邻的扩展的表面部分2c的平均间隔A(即由时间上直接连续的激光脉冲所产生的)略微大于激光束焦面2f在供给方向或y方向中的宽度b(大到1.1倍)。因此，不具有强度重叠，产生了在沿着通道轴线1k的行或期望的分离线5中直接定位的大量缺陷结构2c的引入，并因此产生了衬底1的沿着这样的通道1k的有效分离。由于机械力和/或热应力的作用，仍然保留在两个相邻的缺陷结构2c之间并在此可被检测为间隙的衬底残余物可以容易地实现裂纹形成，以便将在分离线5的两侧上产生的衬底碎片最终彼此分离。

Claims (32)

1.一种用于基于激光加工平面晶体衬底而将所述衬底分离为多个部分的方法，
其中，将用于加工所述衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a)指向到所述衬底(1)上，
其中，通过定位在所述激光器(3)的光束路径中的光学布置(6)，能够从辐射到所述光学布置(6)上的所述激光束(2a)在所述光学布置(6)的光束输出侧上形成激光束焦面(2f)，当沿着光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的第一方向(y)上观察时，所述激光束焦面(2f)扩展，但是所述激光束焦面(2f)在垂直于所述第一方向(y)并垂直于所述光束方向(z)的第二方向(x)上不扩展，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得所述激光束焦面(2f)在所述衬底(1)的内部沿着衬底材料的扩展的表面部分(2c)产生诱发吸收，利用所述诱发吸收，在所述衬底材料中产生沿着所述扩展的表面部分(2c)诱发的裂纹形成，
其特征在于，
利用所述光学布置(6)通过以下方式形成所述激光束焦面(2f)：
使用作为所述光学布置(6)的光学元件(9)的圆锥棱镜或轴锥镜，其中，所述光学元件(9)具有非球形自由表面，所述非球形自由表面成形为形成具有确定长度l的所述激光束焦面(2f)，即在所述光束方向(z)中观察时具有确定的扩展的所述激光束焦面，
在具有所述非球形自由表面的所述光学元件(9)的光束输出侧上以及在与所述光学元件(9)间隔z1的位置处定位光阑(8)，其中，所述光阑(8)在所述第二方向(x)上切割所述激光束(2a)的扩展，即所述光阑以优先方向在所述第一方向(y)上定向，
随后称为宽度b的、所述激光束焦面(2f)在所述第一方向(y)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)中的扩展D的至少5倍，以及
随后称为长度l的、所述激光束焦面(2f)在所述光束方向(z)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)上的扩展D的至少10倍。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述平面晶体衬底包括以下衬底：
半导体衬底，
绝缘体衬底，
或
包括具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料的衬底。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得在所述光束方向(z)上观察时，在所述衬底材料中的、即在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)延伸至两个相对定位的衬底表面(1a，1b)中的至少一者。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得在所述光束方向(z)上观察时，在所述衬底材料中的、即在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)从所述两个相对定位的衬底表面中的一者(1a)开始，延伸到所述衬底(1)中，但没有延伸至所述两个相对定位的衬底表面中的另一者(1b)，即没有在所述衬底(1)的整个层厚度d上延伸。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
产生所述诱发吸收，使得在所述衬底(1)的结构中产生裂纹形成，而没有出现烧蚀，且没有融化所述衬底(1)的材料。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
脉冲激光器被用作所述激光器(3)。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，
所述激光器(3)的脉冲持续时间τ被选择为使得在与所述衬底(1)的材料的相互作用时间内，在所述材料中的热扩散是能够忽略的，
或
所述激光器(3)的脉冲重复频率在10kHz和1000kHz之间，
或
所述激光器(3)被操作为单个脉冲激光器或操作为窄脉冲激光器，
或
直接在所述激光器(3)的所述光束输出侧上测量时，平均激光功率在5瓦特和100瓦特之间。
8.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述激光束(2a)沿着线(5)相对于所述衬底(1)的表面(1a)移动，所述衬底(1)沿着所述线(5)被分离以便获得多个部分，在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的扩展的表面部分(2c)中的大量扩展的表面部分沿着所述线(5)产生。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
在所述衬底(1)的内部产生所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)的大量的所述扩展的表面部分期间和/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)中以便在所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)的直接地相邻的所述扩展的表面部分(2c–1，2c–2)之间分别地产生裂纹形成，以便将所述衬底分离成多个部分。
10.一种用于基于激光加工平面晶体衬底而将所述衬底分离为多个部分的方法，
其中，将用于加工所述衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a)指向所述衬底(1)，
其中，通过定位在所述激光器(3)的光束路径中的光学布置(6)，从辐射到所述光学布置(6)上的所述激光束(2a)在所述光学布置(6)的光束输出侧上形成激光束焦面(2f)，沿着光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的第一方向(y)上观察时，所述激光束焦面(2f)扩展，但是所述激光束焦面(2f)在垂直于所述第一方向(y)并垂直于所述光束方向(z)的第二方向(x)上不扩展，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得所述激光束焦面(2f)在所述衬底(1)的内部沿着衬底材料的扩展的表面部分(2c)产生诱发吸收，利用所述诱发吸收，产生在所述衬底材料中沿着所述扩展的表面部分(2c)的诱发的裂纹形成，
其特征在于，
利用所述光学布置(6)通过以下方式形成所述激光束焦面(2f)：
使用作为所述光学布置(6)的光学元件(9)的圆锥棱镜或轴锥镜，其中，所述光学元件(9)具有非球形自由表面，所述非球形自由表面成形为形成具有确定长度l的所述激光束焦面(2f)，即在所述光束方向(z)中观察时具有确定的扩展的所述激光束焦面，
在具有非球形自由表面的所述光学元件(9)的光束输出侧上以及在与所述光学元件(9)间隔z2的位置处定位光学元件(7)，其中，所述光学元件(7)在所述第一方向(y)中聚焦所述激光束(2a)而在所述第二方向(x)中不聚焦所述激光束(2a)，
随后称为宽度b的、所述激光束焦面(2f)在所述第一方向(y)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)中的扩展D的至少5倍，以及
随后称为长度l的、所述激光束焦面(2f)在所述光束方向(z)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)上的扩展D的至少10倍。
11.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
所述平面晶体衬底包括以下衬底：
半导体衬底，
绝缘体衬底，
或
包括具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料的衬底。
12.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得在所述光束方向(z)上观察时，在所述衬底材料中的、即在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)延伸至两个相对定位的衬底表面(1a，1b)中的至少一者。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得在所述光束方向(z)上观察时，在所述衬底材料中的、即在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)从所述两个相对定位的衬底表面中的一者(1a)开始，延伸到所述衬底(1)中，但没有延伸至所述两个相对定位的衬底表面中的另一者(1b)，即没有在所述衬底(1)的整个层厚度d上延伸。
14.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
产生所述诱发吸收，使得在所述衬底(1)的结构中产生裂纹形成，而没有出现烧蚀，且没有融化所述衬底(1)的材料。
15.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
脉冲激光器被用作所述激光器(3)。
16.根据权利要求15所述的方法，
其特征在于，
所述激光器(3)的脉冲持续时间τ被选择为使得在与所述衬底(1)的材料的相互作用时间内，在所述材料中的热扩散是能够忽略的，
或
所述激光器(3)的脉冲重复频率在10kHz和1000kHz之间，
或
所述激光器(3)被操作为单个脉冲激光器或操作为窄脉冲激光器，
或
直接在所述激光器(3)的所述光束输出侧上测量时，平均激光功率在5瓦特和100瓦特之间。
17.根据权利要求10所述的方法，
其特征在于，
所述激光束(2a)沿着线(5)相对于所述衬底(1)的表面(1a)移动，所述衬底(1)沿着所述线(5)被分离以便获得多个部分，在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的扩展的表面部分(2c)中的大量扩展的表面部分沿着所述线(5)产生。
18.根据权利要求17所述的方法，
其特征在于，
在所述衬底(1)的内部产生所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)的大量的所述扩展的表面部分期间和/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)中以便在所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)的直接地相邻的所述扩展的表面部分(2c–1，2c–2)之间分别地产生裂纹形成，以便将所述衬底分离成多个部分。
19.一种用于基于激光加工平面晶体衬底而将所述衬底分离为多个部分的方法，
其中，将用于加工所述衬底(1)的激光器(3)的激光束(2a)指向所述衬底(1)，
其中，通过定位在所述激光器(3)的光束路径中的光学布置(6)，从辐射到所述光学布置(6)上的所述激光束(2a)在所述光学布置(6)的光束输出侧上形成激光束焦面(2f)，沿着光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的第一方向(y)上观察时，所述激光束焦面(2f)扩展，但是所述激光束焦面(2f)在垂直于所述第一方向(y)并垂直于所述光束方向(z)的第二方向(x)上不扩展，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得所述激光束焦面(2f)在所述衬底(1)的内部沿着衬底材料的扩展的表面部分(2c)产生诱发吸收，利用所述诱发吸收，产生在所述衬底材料中沿着所述扩展的表面部分(2c)的诱发的裂纹形成，
其特征在于，
利用所述光学布置(6)通过以下方式形成所述激光束焦面(2f)：
使用作为所述光学布置(6)的光学元件(13)的双楔，通过所述双楔，光束捆(s1，s2)被分别平行地从两个半空间(y1，y2)朝向所述光学布置(6)的光学轴线(6z)偏转，在所述第一方向(y)上观察时，所述两个半空间(y1，y2)相对于所述光学轴线(6z)相对地定位，
在所述光学元件(13)的光束输出侧上定位至少在所述第一方向(y)中聚焦所述激光束(2a)的光学元件(11)，
随后称为宽度b的、所述激光束焦面(2f)在所述第一方向(y)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)中的扩展D的至少5倍，以及
随后称为长度l的、所述激光束焦面(2f)在所述光束方向(z)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)上的扩展D的至少10倍。
20.根据权利要求19所述的方法，
其特征在于，
所述平面晶体衬底包括以下衬底：
半导体衬底，
绝缘体衬底，
或
包括具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料的衬底。
21.根据权利要求19所述的方法，
其特征在于，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得在所述光束方向(z)上观察时，在所述衬底材料中的、即在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)延伸至两个相对定位的衬底表面(1a，1b)中的至少一者。
22.根据权利要求21所述的方法，
其特征在于，
相对于所述激光束焦面(2f)定位所述衬底(1)，使得在所述光束方向(z)上观察时，在所述衬底材料中的、即在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)从所述两个相对定位的衬底表面中的一者(1a)开始，延伸到所述衬底(1)中，但没有延伸至所述两个相对定位的衬底表面中的另一者(1b)，即没有在所述衬底(1)的整个层厚度d上延伸。
23.根据权利要求19所述的方法，
其特征在于，
产生所述诱发吸收，使得在所述衬底(1)的结构中产生裂纹形成，而没有出现烧蚀，且没有融化所述衬底(1)的材料。
24.根据权利要求19所述的方法，
其特征在于，
脉冲激光器被用作所述激光器(3)。
25.根据权利要求24所述的方法，
其特征在于，
所述激光器(3)的脉冲持续时间τ被选择为使得在与所述衬底(1)的材料的相互作用时间内，在所述材料中的热扩散是能够忽略的，
或
所述激光器(3)的脉冲重复频率在10kHz和1000kHz之间，
或
所述激光器(3)被操作为单个脉冲激光器或操作为窄脉冲激光器，
或
直接在所述激光器(3)的所述光束输出侧上测量时，平均激光功率在5瓦特和100瓦特之间。
26.根据权利要求19所述的方法，
其特征在于，
所述激光束(2a)沿着线(5)相对于所述衬底(1)的表面(1a)移动，所述衬底(1)沿着所述线(5)被分离以便获得多个部分，在所述衬底(1)的内部的所述诱发吸收的扩展的表面部分(2c)中的大量扩展的表面部分沿着所述线(5)产生。
27.根据权利要求26所述的方法，
其特征在于，
在所述衬底(1)的内部产生所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)的大量的所述扩展的表面部分期间和/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)中以便在所述诱发吸收的所述扩展的表面部分(2c)的直接地相邻的所述扩展的表面部分(2c–1，2c–2)之间分别地产生裂纹形成，以便将所述衬底分离成多个部分。
28.一种用于基于激光加工平面晶体衬底而将所述衬底分离为多个部分的设备，所述设备包括激光器(3)，利用所述设备，用于加工所述衬底(1)的所述激光器(3)的激光束(2a)定向到所述衬底(1)上，
所述设备的光学布置(6)定位在所述激光器(3)的光束路径中，通过所述光学布置(6)，从辐射到所述光学布置(6)上的所述激光束(2a)在所述光学布置(6)的光束输出侧上，能够形成激光束焦面(2f)，在沿着所述光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的第一方向(y)上观察时，所述激光束焦面(2f)扩展，但是所述激光束焦面(2f)在垂直于所述第一方向(y)并垂直于所述光束方向(z)的第二方向(x)上不扩展，以及
所述衬底(1)能够相对于所述激光束焦面(2f)定位或相对于所述激光束焦面(2f)定位，使得所述激光束焦面(2f)在所述衬底(1)的内部沿着衬底材料的扩展的表面部分(2c)产生诱发吸收，因此，在所述衬底材料中产生沿着所述扩展的表面部分(2c)诱发的裂纹形成，
其特征在于，
用于形成沿着所述光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的所述第一方向(y)上观察时是扩展的、但是在所述第二方向(x)上不扩展的所述激光束焦面(2f)的所述光学布置(6)包括：
作为具有非球形自由表面的光学元件(9)的圆锥棱镜或轴锥镜，所述非球形自由表面成形为形成具有限定的长度l的所述激光束焦面(2f)，即在所述光束方向(z)中观察时具有限定的扩展的所述激光束焦面(2f)，
在具有所述非球形自由表面的所述光学元件(9)的光束输出侧上以及在与所述光学元件(9)具有间隔z1的位置处的光阑(8)，所述光阑(8)切割所述激光束(2a)在所述第二方向(x)上的扩展，即所述光阑(8)以优先方向在所述第一方向(y)上定向，
随后称为宽度b的、所述激光束焦面(2f)在所述第一方向(y)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)中的扩展D的至少5倍，以及
随后称为长度l的、所述激光束焦面(2f)在所述光束方向(z)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)上的扩展D的至少10倍。
29.一种用于基于激光加工平面晶体衬底而将所述衬底分离为多个部分的设备，所述设备包括激光器(3)，利用所述设备，用于加工所述衬底(1)的所述激光器(3)的激光束(2a)能够定向到所述衬底(1)上，
所述设备的光学布置(6)被定位在所述激光器(3)的光束路径中，通过所述光学布置(6)，从辐射到所述光学布置(6)上的所述激光束(2a)，在所述光学布置(6)的光束输出侧上能够形成激光束焦面(2f)，沿着光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的第一方向(y)上观察时，所述激光束焦面(2f)扩展，但是所述激光束焦面(2f)在垂直于所述第一方向(y)并垂直于所述光束方向(z)的第二方向(x)上不扩展，以及
所述衬底(1)相对于所述激光束焦面(2f)是可定位的或相对于所述激光束焦面(2f)被定位，使得所述激光束焦面(2f)在所述衬底(1)的内部沿着衬底材料的扩展的表面部分(2c)产生诱发吸收，因此，在所述衬底材料中产生沿着所述扩展的表面部分(2c)诱发的裂纹形成，
其特征在于，
用于形成沿着所述光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的所述第一方向(y)上观察时是扩展的、但是在所述第二方向(x)上不扩展的所述激光束焦面(2f)的所述光学布置(6)包括：
作为具有非球形自由表面的光学元件(9)的圆锥棱镜或轴锥镜，所述非球形自由表面成形为形成具有限定的长度l的所述激光束焦面(2f)，即在所述光束方向(z)中观察时具有限定的扩展的所述激光束焦面，
在具有非球形自由表面的所述光学元件(9)的光束输出侧上以及在与所述光学元件具有间隔z2的位置处的光学元件(7)，所述光学元件(7)在所述第一方向(y)上聚焦所述激光束(2a)而在所述第二方向(x)中不聚焦所述激光束(2a)，
随后称为宽度b的、所述激光束焦面(2f)在所述第一方向(y)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)中的扩展D的至少5倍，以及
随后称为长度l的、所述激光束焦面(2f)在所述光束方向(z)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)上的扩展D的至少10倍。
30.一种用于基于激光加工平面晶体衬底而将所述衬底分离为多个部分的设备，所述设备包括激光器(3)，利用所述设备，用于加工所述衬底(1)的所述激光器(3)的激光束(2a)能够定向到所述衬底(1)上，
所述设备的光学布置(6)被定位在所述激光器(3)的光束路径中，通过所述光学布置(6)，从辐射到所述光学布置(6)上的所述激光束(2a)在所述光学布置(6)的光束输出侧上能够形成激光束焦面(2f)，沿着光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的第一方向(y)上观察时，所述激光束焦面(2f)扩展，但是所述激光束焦面(2f)在垂直于所述第一方向(y)并垂直于所述光束方向(z)的第二方向(x)上不扩展，以及
所述衬底(1)相对于所述激光束焦面(2f)是可定位的或相对于所述激光束焦面(2f)被定位，使得所述激光束焦面(2f)在所述衬底(1)的内部沿着衬底材料的扩展的表面部分(2c)产生诱发吸收，因此，在所述衬底材料中产生沿着所述扩展的表面部分(2c)诱发的裂纹形成，
其特征在于，
用于形成沿着所述光束方向(z)并精确地在垂直于所述光束方向(z)的所述第一方向(y)观察时是扩展的、但是在所述第二方向(x)中是不扩展的所述激光束焦面(2f)的所述光学布置(6)：
作为光学元件(13)的双楔(13)，通过所述双楔(13)，光束捆(s1，s2)能够从所述两个半空间(y1，y2)分别平行地朝向所述光学布置(6)的光学轴线(6z)偏转，在所述第一方向(y)上观察时，所述两个半空间(y1，y2)相对于所述光学轴线(6z)相对地定位，
在该光学元件(13)的光束输出侧上，所述光学布置(6)包括至少在所述第一方向(y)上聚焦所述激光束(2a)的光学元件，
随后称为宽度b的、所述激光束焦面(2f)在所述第一方向(y)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)中的扩展D的至少5倍，以及
随后称为长度l的、所述激光束焦面(2f)在所述光束方向(z)上的扩展被配置为是所述激光束焦面(2f)在所述第二方向(x)上的扩展D的至少10倍。
31.一种根据权利要求1-27中的任一项所述的方法实现以下方面的用途，
用于分离半导体衬底，
用于分离绝缘体衬底，
或
用于分离包括具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料的衬底。
32.一种根据权利要求28-30中的任一项所述的设备实现以下方面的用途，
用于分离半导体衬底，
用于分离绝缘体衬底，
或
用于分离包括具有晶体基本排序或准晶体基本排序的至少一种碳基材料的衬底。
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