JP6465859B2 - レーザを用いて平基板から輪郭形状を切り取るための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザを用いて平基板から（特に、ガラス基板または結晶基板から）輪郭形状を切り取るための装置及び方法に関する。

特許文献１は、どのようにして、レーザを用いて、半導体ウエハ、ガラス素子及びその他の基板を材料に強く吸収されるレーザ波長によって様々なパーツに分割できるかを説明している。この結果、最終的に基板を複数のパーツに分割させる材料除去が実施される。しかし、多くの材料の場合にこの方法には、例えば、アブレーション中の粒子形成による不純物、あるいは、材料の厚さにかけて一様ではない切断間隙がつくられるような、望ましくないマイクロクラックまたは溶融縁端を有する切断縁端のような、欠点がある。さらに、材料は蒸発させるかまたは液化させなければならないから、大きな平均レーザパワーが供給されなければならない。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ００７６８ Ａ１号明細書

したがって、現状技術から出発して、特に脆性材料でつくられた、平基板を、切断縁端におけるクラックの発生を最小限に抑え、切断縁端を可能な限り直線にし、基板に広がって輪郭形状の分離後に基板に残る望ましくないクラック、フレーキングまたはその他の破損を生じさせずに輪郭形状をこれらの基板から切り出す（最終的には分離させる）ことができるように、高プロセス速度で加工することができる方法（及び対応する装置も）利用可能にすることが本発明の課題である。したがって、本発明の目的は基板からの輪郭形状の正確でクリーンな分離、特に基板からの内部輪郭形状のクリーンで精確な除去である。

以降でも詳細に説明されるように、動作は一般に、本発明にしたがい、基板材料が基本的に透明である波長のパルスレーザを用いて行われる。しかし、列をなす内部損傷域をつくるため（以下を参照されたい）、基板表面にわたるレーザビームの誘導中にレーザビームのオン／オフを繰り返して（例えば光変調器を用いて）急速に切り換えることができれば、連続波レーザの使用も可能である。

本発明による課題は請求項１にしたがう方法により、また請求項１６にしたがう装置によっても、達成され、有用な別形は従属請求項に説明されている。

以降、本発明が初めに全般的に説明され、次いで実施形態を参照して説明される。実施形態の範囲内で形成される本発明にしたがう特徴は、本発明の範囲内に示される組合せで精確に形成される必要はなく、個々の特徴は省くこともでき、あるいは別の態様で他の特徴と組み合わせることもできる。特に、異なる実施形態の特徴を相互に組み合わせることもでき、あるいは示される特徴の内の個々のそれぞれを省くこともできる。

本発明にしたがう方法の基本的特徴は請求項１に説明される。輪郭形状は、基板形面において基板の部分表面の形態にある二次元表面と了解される。この部分表面に対応する基板の領域は基板から除去されることが想定され、基板の残りの領域は以降のプロセスにおいてさらに処理されることが想定されている。言い換えれば、基板から分離されるべき輪郭形状は破壊されていることもあり得る望ましくない表面を形成し、残りの基板領域は、内部損傷なしに、また輪郭線にしたがって可能な限り理想的な切断縁端も有して、輪郭形状の分離プロセスに耐え抜くことが予定されている。これは本発明にしたがって達成される。以降、基板は、輪郭形状の分離前の未加工基板及び輪郭形状の分離後に残る残余基板のいずれも含むと了解される。それぞれの文脈から、当業者であればいずれが想定されているかがわかる。

本発明にしたがえば、輪郭形状決定工程は、輪郭形状決定工程後に、輪郭形状の輪郭経路が基板材料に刻み込まれるが、輪郭形状はまだ基板に連結されており、よって基板からの輪郭形状の完全な分離はまだ行われていないように、実施される。工程を踏む基板からの不要な輪郭形状の完全な分離は、輪郭形状決定工程、必要に応じるクラック決定工程、必要に応じる応力解放工程及び、材料除去及び／または材料変形工程によって実施され、未だ必要であれば（すなわち、工程（ａ）から（ｄ）の実施後、輪郭形状が材料の内在応力によって既に自ら離れていることがなければ）、必要に応じる後処理工程が与えられる。必要に応じるクラック決定工程における（請求項４を参照されたい）及び必要に応じる応力解放工程における、離散内部損傷域の導入は、結果として形成される基板の部分領域の完全な分離が未だ実施されないように、実施される。

必要に応じるクラック決定工程の実施は輪郭形状決定工程後になされることが好ましいが、これは必ずしも必要ではない。したがって、例えば、初めに輪郭線の部分領域を、クラック線部分をつくるためのクラック決定工程が実施される前に内部損傷域を導入することによって、つくることができ、クラック決定工程の完了後に、輪郭形状決定工程の残りの輪郭線部分が基板材料に導入される。

角度α＞０°で輪郭線から離れる方向に延びるクラック線領域によって、上述した（おそらくは輪郭線に向けて連続している）クラック線領域が輪郭線から遠ざかる場所における輪郭線への局所接線と、輪郭線に向けて方位が定められた、クラック線領域の末端における局所接線の間の角度αが０°より大きいことが了解される。

本発明にしたがえば、工程（ａ），（ｂ）及び（ｄ）における（すなわち、輪郭形状決定工程、クラック決定工程及び応力解放工程における−以降、これらの語（ａ）から（ｄ）は本発明にしたがう工程に対して互換でも用いられる）レーザ照射は基板面に垂直に実施される必要はない。すなわち、離散内部損傷域が基板面に垂直に延びる必要はない（また、基板面に垂直に基板厚を貫通する必要も全く無い）。レーザ照射は基板法線に対して角度＞０°（例えば、０°と２０°の間）で実施することもできる（内部損傷域の斜向導入）。

好ましくは本発明の範囲内で加工された（すなわち導入及び除去されるべき）内部輪郭形状により、数学的観点から、二次元空間（基板平面）または対応する基板の部分領域の単なるコヒーレントな量があることが了解される。これにより、基板から取り出されるべき内部輪郭形状はほとんどいかなる形状も有することができる。詳しくは、内部輪郭形状について、円形、楕円形、ピンクッション形、（コーナーが丸められている）長方形、等が、対応する形状につくられた輪郭線に沿って基板表面上を移動させられているレーザビームによって、可能である。したがって、基板がワールド座標系内に静止態様で配置され、レーザビームが適する（例えば、Ｆθレンズ及び後続するガルバノメータスキャナを有することができる）ビーム誘導光学ユニットにより基板表面にわたって移動させられることが好ましい。あるいは、ワールド座標系に対して静止しているビーム誘導レンズ系も可能であり、この場合は、基板がビーム誘導レンズ系及びレーザビームに対してワールド座標系内で移動させられることが必要である。

続いて、基板厚によって、基板面に垂直な、すなわち基板表面と基板裏面の間に、基板の広がりがあることが了解される。よって、基板前面は放射されるレーザ光に向けて配位された基板の表面である。

本発明にしたがう方法の第１の好ましい達成される特徴（除去線の導入のための材料除去）が請求項２から推察され得る。

この材料除去は分離されるべき内部輪郭形状の大きい半径及び小さい半径に特に適用することができ、例えば、直径が＜２.５ｍｍの円形区画のようなより小さな輪郭形状及び長方形の穴に特に適する。

材料除去のため、基板上に入射したときの（集束によって達成される）ビーム直径がほぼ０.０５ｍｍと０.５ｍｍの間の範囲にあるＣＯ_２レーザを用いることができる。ＣＯ_２レーザはパルス動作とするか、または連続的に印加することができる。１００μｓから４０００μｓの範囲にあるパルスが、０.１ｋＨｚから１００ｋＨｚのパルストレイン周波数で用いられることが好ましい。パルス幅が３００μｓと４０００μｓの間の範囲にあり、パルストレイン周波数は０.１ｋＨｚから３ｋＨｚであることが特に好ましい。レーザパワーは１０〜２００Ｗの範囲にあることができるが、１０〜１００Ｗの範囲にあることが好ましい。

レーザビームの走行経路は、輪郭線に沿い、輪郭線から離れていて、分離されるべき輪郭形状内にある。したがって、例えば、目標輪郭線に対称な（平行な）軌跡上にある。例えば、円形の輪郭形状（穴区画）が除去されるべきであれば、円移動する。走行経路は一回実施することができ、あるいは複数回反復することができる。

小焦点直径及び大レーザパワーにより、基板材料は初め溶融する（材料除去）。長マイクロ秒範囲のレーザパルスと相まって、基板材料厚（例えば０.７ｍｍ）の全体にわたって１パルスで完全に加熱され得る。

材料除去工程はガスノズルを用いてプロセスガス（例えば、ＣＤＡ）により補助することができる。例えば直径が２ｍｍのノズル及び１.５〜４バール（１５０〜４００ｋＰａ）のガス圧を用いれば、小さな輪郭形状及び半径に対してさえ特に十分な材料除去がなされ得る。ガスフローにより、レーザで溶融された材料がビーム方向に追いやられる。

上述したパラメータにより、例えば（ＤＯＬが４０μｍの）強化ガラスも、有害なクラックを形成することなく、材料除去に供することができる。

除去輪郭（除去線）は輪郭線（切断目標輪郭）から十分離れて除去されるべきである（一般に、基板材料によりほぼ０.１〜０.３ｍｍの間隔で十分である）。例えば、直径が２ｍｍの円形ガラスディスクが除去されるべきであれば、除去線と輪郭線の最小間隔は０.１ｍｍとすべきである（変形直径または円形除去線の直径は最大でも１.８ｍｍ）。直径が１.５ｍｍのガラス板の場合、変形直径は最大でも１.３ｍｍとすべきである。直径が１.０ｍｍのガラスディスクの場合、変形直径は最大でも０.８ｍｍとすべきである。

以降でさらに詳細に説明されるクラック線領域（例えばＶ字カット）は輪郭形状の完全な分離に対する補助効果を有する。

請求項３の有用な特徴にしたがえば、請求項２にしたがう材料除去の代わりに、またはこれに加えて、分離されるべき輪郭形状の材料領域の熱変形による除去も可能である。

すなわち、基板材料を除去しない態様での基板材料の摘出のために、ＣＯ_２レーザまたはそのレーザビームを、（特に、分離されるべき輪郭形状の）基板材料に純粋に熱変形を生じさせる態様で用いることができる（これは、好ましくは、分離されるべき輪郭形状がかなり大きい場合に、例えば、分離されるべき円形区画の直径が≧２.５ｍｍ、好ましくは≧５〜１０ｍｍの場合に、実施される）。

そのような材料変形工程を含む手順は以下のようにすることができる。

基板のＣＯ_２レーザ照射によって、例えば、輪郭線に沿うが輪郭線から距離をおいた、また分離されるべき輪郭形状内での（例えば、分離されるべき輪郭形状の中心における円または螺旋に沿う）レーザビームの移動により、少なくとも分離されるべき輪郭形状の領域の塑性変形が生じるように、少なくとも分離されるべき輪郭形状の領域が加熱される。基板材料に入射するＣＯ_２レーザスポットの直径は、０.１ｍｍから１０ｍｍの、広い範囲にわたることができる。０.２ｍｍから３ｍｍの直径が好ましい。ＣＯ_２レーザはパルス動作及び連続動作のいずれも行うことができる。しかし、６μｓから４０００μｓの範囲にあるパルスが、０.１ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲にあるパルストレイン周波数とともに用いられることが好ましい。レーザパワーは１０Ｗと３００Ｗの間の範囲にあることができ、好ましくは１Ｗと５０Ｗの間の範囲にあることができる。

レーザの走行経路は分離されるべき輪郭形状（目標輪郭形状）に対して対称な（例えば平行な、ただし間隔をおいた）軌跡であることが好ましい。例えば、分離されるべき内部輪郭形状としての穴区画の場合、円軌道である。しかし、螺旋軌道もそのような内部輪郭形状（例えばガラスディスク）の熱塑性変形に好ましい効果を有し得る。いくつかの場合、分離されるべき輪郭形状の中心にレーザビームが単に、例えば...秒と０.５秒の間の、ある定められた時間にかけて静止したままでいて加熱し続け、よって分離されるべき輪郭形状を変形させれば、好ましいことがわかる。走行経路は一回辿ることができ、あるいは複数回反復して辿ることができ、これは分離されるべき輪郭形状の熱塑性変形に好ましい効果を有し得る。

中心における塑性変形は分離されるべき輪郭形状（例えばガラスディスク）の、中心の照射領域における基板材料（例えばガラス材料）の中心に向かう熱誘起流による収縮を生じさせる。例えば、分離されるべき輪郭形状としての円形ディスクの場合、これは：
・変形は一般に、重力の結果として、レーザから地球の中心の方向に離れる膨らみの形になる。この膨らみはおそらく液滴形状をとり得る。表面形状は凸レンズの表面形状と同等になり得る；
・特定のレーザ条件の下で、膨らみはレーザに向けても形成される。したがって、表面形状は両凸レンズの表面形状である；
・特定のレーザ条件の下で、膨らみの一方の側に、及び反対側に表面に、窪み（凹面）が形成される；
・照射されている表面を、同時にガスノズルを介して、平行にプロセスガス（例えば、工業用空気、ＣＤＡ）のフローにさらすと、膨らみ及び／または窪みの形成を極めて精密に制御することができる。この結果、半径が非常に小さい（＜２.５ｍｍから１.２ｍｍ）輪郭形状であっても、除去に取り入れることができる。例えば、ノズル直径が２ｍｍでガス圧が１.５〜−３バール（１５０〜−３００ｋＰａ）の範囲にある場合、比較的小さな輪郭形状が特に容易に除去され得る；
のように理解され得る。

説明される熱塑性変形の様々な態様が共通に有することは、分離されるべき輪郭形状の基板材料が流動し（例えば、内部輪郭形状が除去されるべきである場合にはその中心に向かって流動し）したがって、残りの基板材料（例えば、除去されるべき内部輪郭形状の外部にある材料）に対して間隙が形成される。そのような間隙はほぼ１０μｍから５０μｍの寸法を有し得る。

短い熱緩和時間（分離されるべき輪郭形状の冷却及び収縮）の後、分離されるべき輪郭形状は、純粋に間隙形成により、落下する。

したがって、材料変形工程の場合、基板材料は全く除去されず、除去生成物は全く生じない。

ＣＯ_２誘起熱塑性変形またはレーザによって照射される領域は既に導入された輪郭線（切断輪郭）から十分離れて（一般に、基板材料によってほぼ１〜３ｍｍの離隔で十分である）除去されるべきである。例えば、直径１０ｍｍのガラスディスクが除去されるべきであれば、このガラスディスクの中心周りで照射される領域は最大でも８ｍｍの直径（変形直径）を有するべきである。直径が５ｍｍのガラスディスクの場合、この領域の直径は最大でも３.４ｍｍとすべきである。直径が２.５ｍｍのガラスディスクの場合、この領域の直径は最大でも１.５ｍｍとすべきである。

既に導入された輪郭線（切断輪郭）は、適する熱塑性変形直径により、欠けまたは寄生クラックの形成の形態の切断縁端または周囲材料への不利な熱効果が生じ得ないように、残留する、残余基板の周囲材料に対して十分な熱絶縁を形成する。

以降の実施形態において、材料除去工程及び／または材料除去工程としての材料変形工程は、さらに詳細に説明されることはない、材料除去レーザビームを用いて実施される。

得られるさらに好ましい特徴は請求項４〜６から推察することができる。

請求項６にしたがう超音波処理は以下のように実施することができる。周波数範囲は１ｋＨｚと５０ｋＨｚの間（特に好ましくは、５ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ）。切断される輪郭形状の内部の（すなわち、分離されるべき輪郭形状の）表面は超音波アクチュエータと接触させられることが好ましい。接触表面は分離されるべき内部輪郭形状の寸法及び形状に対応することができる。接触は表面全体にわたって、または円環として、実施することができる。特定の実施形態において、分離されるべき輪郭形状の外側にある基板を超音波で処理することができる（分離されるべき輪郭形状及びそのような基板領域の同時超音波処理も可能である）。

しかし、対応する後処理工程は、工程（ｂ）において（及びおそらくは必要に応じて実施される工程（ｄ）において）導入された、内部損傷域が、材料除去工程及び／または材料変形工程の途上において、あるいはその後に、残余基板から望ましくない輪郭形状がそれによって切り離されずにいるに十分な、基板材料に導入された内部応力を既に有しているから、全く必要がないことが多い。

さらに有用な達成され得る方法特徴を請求項７及び請求項８から推察することができる。

記述の有用な特徴の全ては、また以降に説明される有用な特徴の全ても、本発明の範囲内で、それぞれ個々にあるいは相互のいかなる組合せでも、形成することができる。

請求項８に説明される点集束は、米国特許第６９９２０２６Ｂ２号明細書及び国際公開第２０１２／００６７３６Ａ２号に説明されるように実施することができる。

しかし、本発明にしたがえば、請求項８に説明されるレーザビーム焦線により（すなわち、材料の厚さ方向に延びる領域に沿う基板材料内誘起吸収により）、輪郭線及びクラック線領域に沿って、またおそらくは応力解放線領域にも沿って、離散内部損傷域を導入することが特に好ましい。

続いて、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）の好ましい実施形態がここで詳細に説明される。

初めに、照射レーザの波長が、基板材料がこのレーザ波長に対して基本的に透明であるように、加工されるべき基板に合わせて選ばれる（請求項１１も参照されたい）。

工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）のための方法は、この目的に適するレーザレンズ系（以降、ビーム誘導光学ユニットまたは光学装置とも互換で称される）を用いてレーザパルス毎に（焦点とは対照的に）焦線を生じさせる。焦線はレーザと基板の材料の合うだの相互作用域を決定する。焦線が分離されるべき材料に当たれば、材料との相互作用がおこり、焦線に沿ってクラック域をつくるように、レーザパラメータを選ぶことができる。ここで重要なレーザパラメータは、レーザの波長、レーザのパルス幅及びレーザのパルスエネルギーであり、また、おそらくはレーザの偏光も含まれる。

工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）におけるレーザ光と材料との相互作用に対して、好ましくは以下とすべきである。

１）レーザの波長λは、材料がこの波長において基本的に透明である（具体的には、例えば、吸収≪１０％/材料深さ（ｍｍ）、すなわちγ≪１/ｃｍ、ここで、γはランベルト−ベール吸収係数）ように選ばれることが好ましい。

２）レーザのパルス幅は、相互作用時間内に、相互作用域からの実質的な熱の輸送（熱拡散）が起こり得ない（具体的には、例えば、τ≪ｄ^２/α、ここで、ｄは焦点直径、τレーザパルス幅、αは材料の熱拡散定数）ように選ばれることが好ましい。

３）レーザのパルスエネルギーは、相互作用域における、すなわち焦線における、強度が、焦線に沿う材料の局所加熱をおこさせ、続いて、材料に導入される熱応力の結果として焦線に沿うクラック形成をおこさせる、誘起吸収を生じさせるように選ばれることが好ましい。

４）レーザの偏光は誘起吸収中の表面における相互作用（反射率）及び材料内の相互作用のタイプのいずれにも影響する。誘起吸収は、熱励起後に、または多光子吸収及び内部光イオン化により、または直接電場イオン化（光の電場強度が直接に電子の結合を切る）により、誘起された、自由電荷キャリア（一般に電子）によっておこり得る。電荷キャリアの生成のタイプは、例えば、いわゆるケルディッシュパラメータ（基準）によって評価され得るが、本発明にしたがう方法の実施においては何の役割も果たさない。レーザ光のさらなる吸収／透過が偏光に依存する、特異な場合（例えば複屈折材料の場合）にのみ、偏光が重要になることができ、したがって、好ましくは、それぞれの材料の分離に対して、偏光は、例えば単に発見的な態様で、ユーザによって適するレンズ系（位相板）を用いて選ばれるべきである。したがって、基板材料が光学的に等方性ではなく、例えば、複屈折性であれば、材料内のレーザ光の伝搬も偏光によって影響される。したがって、偏光及び偏光ベクトルの方位を、所望に応じて、（常光線ビーム及び異常光線ビームの）２本の焦線ではなくその内の１本の焦線だけが形成されるように、選ぶことができる。これは光学的に等方性の材料の場合には重要ではない。

５）さらに、強度は、固体の構造にアブレーションまたは溶融がおこらず、クラック形成だけがおこるように、パルス幅、パルスエネルギー及び焦線直径によって選ばれるべきである。この要件は、ガラスまたは透明結晶のような、一般的な材料について、サブナノ秒範囲の、特にパルス幅が、例えば、１０ｐｓと１００ｐｓの間の、パルスレーザによって最も容易に満たすことができる。ほぼ１μｍ（０.５〜５.０μｍ）のスケール長より上で、例えばガラスのような不良熱伝導体について、熱伝導はサブマイクロ秒範囲でおこり、結晶及び半導体のような良熱伝導体については、ナノ秒以降でさえおこる。

内部損傷域を形成するため、すなわち、基板平面に対して垂直に延びる材料内クラック形成のための基本過程は、材料の構造強度（ＭＰａ単位の圧縮強度）をこえる機械的応力である。この場合、機械的応力はレーザエネルギーによる急速で非一様な加熱（熱誘起応力）によって達成される。工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）におけるクラック形成は、対応して、焦線に対する基板の位置決めがなされていれば（以降を参照されたい）、変形がそこで最大になるから、当然基板の表面に始まる。これは、表面上方の半空間には力を吸収できる材料がないためである。この議論は強化されているかまたはあらかじめ圧縮応力がかけられている表面をもつ材料にも、強化されているかまたはあらかじめ圧縮応力がかけられている層の厚さが焦線に沿って突然加熱される材料の直径に対して大きい限り、適用される（この点に関しては、以降に説明される図１も参照されたい）。

相互作用のタイプは、第１に表面上または体積内に溶融がおこらず、第２に表面上に粒子を形成するアブレーションがおこらないように焦線直径を選ぶことで、フルーエンス（エネルギー密度（単位：Ｊ/ｃｍ^２））及びレーザパルス幅によって調節することができる。

続いて、所望の分離表面の輪郭線の形成（基板表面上の輪郭線に沿うレーザビームと基板の間の相対運動）、すなわち工程（ａ）が説明される。工程（ｂ）及び（ｄ）にも同じことが適用される。

材料との相互作用は、レーザパルス毎に焦線に沿って材料内に個別の、（基板表面に垂直な方向で見て）連続な、クラック域を形成する。材料の完全な分離のため、一連の、レーザパルス毎のこれらのクラック域は所望のクラック面／輪郭を形成するための横方向連結が材料内に形成されるように所望の分離線に沿って相互に非常に近づけて配置される。このため、レーザは特定のトレイン周波数でパルス動作する。スポット径及び間隔は、レーザスポットの列に沿って表面上に、所望の、方向付けられたクラック形成が始まるように選ばれる。所望の分離面に沿う個々のクラック域の間隔はレーザパルスから次のレーザパルスまでの時間間隔内の材料に対する焦線の移動によってつくられる。この点に関し、やはり以降に説明される図４も参照されたい。

材料に所望の輪郭線または分離面を形成するため、所望の分離線が形成されるように、静止材料にかけて基板平面に平行に（及び、おそらくは基板面に垂直にも）移動可能である光学装置によってパルスレーザ光を移動させることができ、あるいは可動受け手段を用いて材料自体に静止している光学装置を通過させることができる。材料の表面に対する焦線の方位は、表面の法線に対して垂直であるかまたは＞０°の角度をなすかにかかわらず、固定されるように選ぶことができ、あるいは可回転法線光学ユニット（以降、簡略化のためレンズ系とも称される）によって、及び／または所望の輪郭線あるいは分離面または分離線に沿うレーザの可回転ビーム経路によって、変化することができる。

全体で、所望の分離線を形成するための焦線は材料を通る、焦線の材料への侵入点を定める２本の空間軸（ｘ,ｙ）、材料への侵入点からの焦線の方位を定める、２本の角度軸（θ,φ）及び、（焦線が表面の侵入点から材料内にどれだけ深く延びるかを定める、別の１本の空間軸（ｘ,ｙに直交する必要はない、ｚ'）、の５本の個々に可動の軸にしたがって誘導され得る。デカルト座標系（ｘ,ｙ,ｚ）における幾何学については、例えば以降に説明される図３ａも参照されたい。基板表面へのレーザビームの垂直入射の場合、ｚ＝ｚ'になる。

形成された輪郭線に沿う材料の最終分離（輪郭形状の分離）は、材料の内在応力によるか、あるいは例えば機械的に加えられた力（張力）または熱的に（非一様加熱／冷却により）加えられた力によって、行われる。工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）において材料のアブレーションはないから、一般に、初期には材料に連続する間隙はないが、それ自体で相互に固定され、おそらくはブリッジでも連結されている、強く破壊された割れ面（マイクロクラック）だけがある。以降の後処理工程において加えられる力の結果、残留ブリッジが（基板平面に平行に行われる）横方向クラック成長によって分離されて、相互の固定が崩され、よって材料が分離面に沿って分離され得る。

工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）において用いることができるレーザビーム焦線は、簡略化のため、以前も以降もレーザビームの焦線とも称される。工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）において、クラック形成（基板平面に垂直に延びる焦線に沿う誘起吸収）によって、輪郭形状を分離するための輪郭線、クラック線領域及び応力解放線領域を含む基板が作製される。クラック形成は基板内に向けて、すなわち基板の内部に向けて、基板平面に垂直に行われる（縦通クラック形成）ことが好ましい。既述したように、基板の個別の部分が相互に分離され得るためには、一般に、基板表面上の１本の線（輪郭線）に沿って非常に多くの個別のレーザビーム焦線が導入されなければならない。この目的のため、レーザビームまたは光学系に対して基板を基板平面に平行に移動させることができ、あるいは、逆に、静止態様で配置されている基板に対して光学系を基板平面に平行に移動させることができる。

工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）の誘起吸収は、基板構造におけるクラック形成が基板材料のアブレーション及び溶融をおこさせずに行われるように、生じさせると有利である。これは、既述し、以降で実施例の範囲にも説明される、レーザパラメータを、また光学系の構造及びパラメータも、調節することで達成される。ビームの縦方向で見た、レーザ焦線の延びｌ及び／または（基板内部において）基板材料に誘起吸収される部分の延びはそれぞれ、０.１ｍｍと、好ましくは０.３ｍｍと、１０ｍｍの間にあり得る。基板の層厚は３０μｍと３０００μｍの間であることが好ましく、１００μｍと１０００μｍの間であることが特に好ましい。レーザビーム焦線のこの延びｌと基板の層厚ｄの比ｌ/ｄは１０と０.５の間であることが好ましく、５と２の間であることが特に好ましい。ビーム縦方向から見た、基板材料内の誘起吸収領域の延びＬと材料内の、すなわち基板内部の、誘起吸収領域の平均延びＤの比Ｌ/Ｄは、ビーム縦方向を横切る方向で見て、５と５０００の間であることが好ましく、５０と５０００の間であることが特に好ましい。レーザビーム焦線の平均直径（スポット径）δは０.５μｍと５μｍの間であることが好まし、１μｍと３μｍの間（例えば２μｍ）であることが特に好ましい。レーザのパルス幅は、基板材料との相互作用時間内に、この材料内の熱拡散が無視できる（好ましくは、熱拡散がおこらない）ように選ばれるべきである。レーザのパルス幅をτで表せば、τ、δ及び基板材料の熱拡散定数βの間にτ≪δ^２/βが成り立つことが好ましい。これはτがδ^２/βの１％より小さく、好ましくは０.１％より小さいことを意味する。例えば、１０ｐｓにある（またはさらに短い）パルス幅τは１０ｐｓと１００ｐｓの間にあり得るし、さらには１００ｐｓより長くなり得る。レーザのパルス繰返し周波数は１０ｋＨｚと１０００ｋＨｚの間であることが好ましく、１００ｋＨｚであることが好ましい。レーザは単パルスレーザとして、またはバーストパルスレーザとして、動作させることができる。（レーザのビーム出力側で測定した）平均レーザパワーは１０Ｗと１００Ｗの間であることが好ましく、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）に対しては３０Ｗと５０Ｗの間であることが好ましい。

工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）において、レーザビームは線に沿って基板表面に対して移動され、その線に沿って非常に多くの離散内部損傷域（それぞれの線に沿って基板の内部に導入された広がり領域とも称される）が基板に導入される。直に隣接する、すなわち相互に連続してつくられた、内部損傷域（誘起吸収領域）の中心の間隔ａとレーザビーム焦線の平均直径（スポット径）δの比ａ/δは０.５と３.０の間であることが好ましく、１.０と２.０の間であることが好ましい（これに関しては図４も参照されたい）。

基板からの輪郭形状の最終分離は工程（ａ）〜（ｄ）の後に（おそらくはこれらの工程の内の１つの実施中にも）、基板にかけられている機械的な力（例えば、機械式スタンプ）及び／または（基板を非一様に再び加熱及び冷却するため、例えばＣＯ_２レーザを用いて）基板に導入される熱応力によって、行うことができる。この結果、直に隣接する誘起吸収の広がり領域の間または直に隣接する内部損傷域の間で、基板を複数の部分に分割するため、すなわち輪郭形状を分離するためのクラック形成がおこり得る。したがって、このクラック形成は、（基板深さの方向に誘起される深さ方向クラック形成または工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）におけるクラック形成とは対照的に）横方向クラック形成として、すなわち（輪郭形状がそれに沿って基板から分離されるべき輪郭線の経路に対応する）基板平面内の横方向クラック形成として理解されるべきである。

したがって、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）におけるこの好ましい処置の場合、レーザパルス毎（またはバーストパルス毎）に（広がりがないかまたは極めて局所的でしかない焦点ではなく）レーザビーム焦線がつくられることが基本的である。この目的のため、やはり以降に詳細に説明されるレーザレンズ系が用いられる。すなわち、焦線はレーザと基板の間の相互作用域を定める。焦線が、分離されるべき基板材料に（深さ方向で見て）少なくともある程度当たれば、焦線全体に沿って（または、基板に当たるレーザビーム焦線の伸張領域全体に沿って）クラック域を形成する、材料との相互作用がおこるように、レーザパラメータを選ぶことができる。選択可能なレーザパラメータは、例えば、レーザの波長、レーザのパルス幅及びレーザのパルスエネルギーであり、おそらくはレーザの偏光も含まれる。

工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）におけるこの輪郭形状分離の準備の結果、非常に薄いガラス基板（厚さが＜３００μｍまたは＜１００μｍ、さらには＜５０μｍの、ガラス基板）でつくられた輪郭形状の分離が、本発明にしたがって、可能になる。これは、本発明にしたがえば複雑な後処理が必要にならないように、エッジ、損傷、欠け、フレーキング等を輪郭形状の分離後に（残余）基板上に残さずに、行われる。よって、線に沿う内部損傷域を高速（＞１ｍ/秒）で導入することができる。

本発明にしたがう方法のさらに有用な達成し得る特徴が請求項９及び１０に説明される。（基板平面で見て）螺旋（請求項１０）によって全般に非常によく理解される、それ自体の中で多数回巻かれ、ほとんどいかなる形状もとる、平面線描構造があり、構造は（内部輪郭形状の中心における）一点に始まり、巻き数を重ねて、内部輪郭形状の外縁に益々近づき、したがって内部輪郭形状の外縁を近似する（本発明にしたがう螺旋は狭い意味の数学的螺旋に限定されない）。

請求項１１は本発明の別の有用な特徴を説明する。いかなる特徴も相互のいずれかの組合せでつくりだすことができる。請求項１１に説明されるレーザ特性は、材料除去工程における材料除去レーザビームの生成及びビーム誘導に対しても（何らかの差違が示されていなければ）同様に適用される。しかし、有用に生じさせた、材料除去工程における特定のレーザパラメータに関しては、請求項１２を参照されたい。

請求項１１及び１２に説明されるタイプのレンズを、（これらのタイプのレンズによる非常に多くの内部損傷域の形成と比較して）対応して適応されているレンズ構成−例えば、焦点距離が１００ｍｍ（好ましくは、７０ｍｍと１５０ｍｍの範囲にある）「正常」レンズの代わりに無焦線レンズ系が用いられる−により、材料除去レーザとして用いることが可能である。Ｆθレンズを含むガルバノメーター装置が好ましい。

用い得る別のレーザは波長が５３２ｎｍ／５１５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザである。しかし、ガスノズルを併用する、波長が９〜１１μｍのＣＯ_２レーザも非常に適している。

一方で、工程（ａ）と、他方で、工程（ｂ）及び／または（ｄ）の間で、例えば隣接内部損傷域の離隔を変えることが好ましいことを証明することができる。特に、工程（ｂ）及び／または（ｄ）においてこの離隔を大きくすることが、工程（ａ）と比較して、内部輪郭形状の内側における好ましいクラック形成がおこり、したがって好ましい損傷が生じるから、有用である。

例として、パラメータを以下のようにすることができる。

・硬化ガラス（０.７ｍｍ；ＤＯＬ ４０μｍ）に対し、バースト２パルス、２００ｋＨｚ繰返し周波数、３.５μｍパルス間隔、２５Ｗレーザパワー、レンズ系開口数０.１、焦線長１.８ｍｍ。

・無強化ガラス（２.８ｍｍ）に対し、バースト５パルス、１００ｋＨｚ繰返し周波数、５μｍパルス間隔、５０Ｗレーザパワー、レンズ系開口数０.０８、焦線長２.８ｍｍ。

材料除去工程の実施に対する有用な手順が請求項１３及び１４に説明される。例えば、０.７ｍｍ厚のガラス基板に対して、基板材料の全厚にわたる基板材料への除去線の切込みのため、除去線の２０回通過が行われる。

請求項１４にしたがう手順において、本発明に説明される全てのレーザのビームを、ＣＯ_２レーザを除いて、レーザビームとして用いることができる。特に、５３２ｎｍのレーザ波長を用いることができる。ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）を被着材料として用いることができる。

基板の取付けは、例えば、窪みをキャビティとして有するクランプ具を用いて、確実に行うことができる。気密キャビティ内の蒸気圧により、分離線によって分離された基板片の排除が、また、おそらくは、その後もまだ残っている、基板にまだ連結されている輪郭形状の残余領域の排除さえも、可能である。

請求項１５は本発明にしたがう方法を用いて加工することができる材料を説明している。

本発明にしたがう方法を実施することができる、本発明にしたがう装置が請求項１６〜１８に説明されている。

請求項１８にしたがう、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）におけるレーザビーム並びに材料除去工程のための材料除去レーザビームのいずれも生成することができる。レーザは、例えば、５０Ｗピコ秒レーザである。

本発明にしたがえば、輪郭形状の最終分離のため、非常に多くの内部損傷域の導入後、基板材料に水分を与えることが有用であり得る。毛管力の結果、水が損傷域に引き込まれ、（レーザによって生じた）ガラス構造内の開結合と結合することで応力を誘起することができ、この応力は最終的にクラックの形成に役立つ。したがって、切られた輪郭形状（内部及び外部の輪郭形状）への制御された水の供給が可能であり、水注入はレーザ加工中またはレーザ加工後に行うことができる。湿性空気流をつくるための装置内のエバポレータの使用及び／または水分を帯びた基板取付け手段または基板受け手段の使用が可能である。導入されるべき輪郭線の領域に貯水槽を設けることができる。

平基板に輪郭形状を形成するか、または平基板から輪郭形状を分離する、本発明は特に現状技術から既知の輪郭形状切出し方法に対して以下の利点を有する。

・一方で、内部損傷域の導入（工程（ａ）、（ｂ）及び、おそらくは工程（ｄ））と、他方で、材料除去及び／または材料変形工程（ｃ）を組み合わせることで、輪郭形状に対して非常に高い分割品質を達成することができる。特に、破断がおこらず、輪郭形状の除去後、基板の切断端が非常に小さい粗さを有し、高い精度も有する。

・ほとんどいかなる態様にもつくられた内部輪郭形状（円形内部輪郭形状、長方形の穴につくられた輪郭形状、またはいずれかの自由形状表面）を、本発明にしたがって高い精度で分離することができる。よって、内部輪郭形状の構造の高い分解能が可能である。

・内部輪郭形状の外側の（すなわち、残余基板における）応力クラックの形成が避けられる。

・本方法は、内部輪郭形状の除去に対するだけでなく、非常に小さな半径またはコーナーを有する外部輪郭形状の、残余基板上につくられる外部端の品質が非常に高い、分離にも適している。特に、アンダーカットを有する外部輪郭形状（例えば、ありつぎ形輪郭形状）を、高い品質で、形成及び分離することができる。

以降で、実施形態を参照して本発明を説明する。材料除去工程としてここで実施される材料除去及び／または材料変形工程は本明細書で簡単に（ｃ）で示される。参照する実施形態は図面に示されている。

図１は、本発明にしたがう、焦線の位置決め、すなわち、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）における、焦線に沿う誘起吸収に基づく、レーザ波長に対して透明な基板材料の加工の原理を示す。 図２は、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）に対し、本発明にしたがって用いることができる光学系を示す。 図３ａは、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）に対し、本発明にしたがって用いることができる別の光学系を示す。 図３ｂは、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）に対し、本発明にしたがって用いることができるまた別の光学系を示す。 図４は工程（ａ）にしたがって加工されたガラスディスクの基板表面の顕微鏡写真（基板平面上の平面図）である。 図５ａは本発明にしたがう基板からの円形内部輪郭形状の除去に至る工程（ａ）を示す。 図５ｂは本発明にしたがう基板からの円形内部輪郭形状の除去に至る工程（ｄ）を示す。 図５ｃは本発明にしたがう基板からの円形内部輪郭形状の除去に至る工程（ｂ）を示す。 図５ｄは本発明にしたがう基板からの円形内部輪郭形状の除去に至る工程（ｃ）を示す。 図６は、応力解放線領域として応力解放螺旋が形成されている、本発明にしたがう工程（ｄ）の一例を示す。 図７は本発明にしたがう基板からの外部輪郭形状の分離の一例を示す。 図８は円形内部輪郭形状を除去するための切取り線誘導の様々な例を示す。 図９は材料除去工程の実施に対する一例を示す。 図１０は、本発明にしたがう、輪郭形状の形成及び分離のための装置の略図である。

図１は工程（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）の基本的手順の概要を示す。本図には示されていないレーザ１２（図１０）によって発せられるレーザビーム３が本発明の光学ユニット２０に入射する。光学ユニット２０の入力側ビームについては参照数字３ａで示されている。光学ユニット２０は放射されたレーザビームから、ビーム方向に沿う定められた伸張領域（焦線の長さｌ）にわたってビーム出力側に、伸張ビーム焦線３ｂを形成する。レーザ光３のレーザビーム焦線３ｂを少なくともある程度包含するように、加工されるべき平基板２が光学ユニット後のビーム経路に配置される。参照数字４ｖは光学ユニット２０またはレーザに向けて配位された平基板の表面を指し、参照数字４ｒは、光学ユニット側表面に通常は平行であり、光学ユニット側表面から隔てられている、基板２の背側表面を指す。本図において（表面４ｖ及び４ｒに垂直な、すなわち基板平面に対して測定される）基板厚さは参照数字１０で示される。

図１のａ）に示されるように、本図において基板２は、ビーム軸線に、したがって、光学ユニット２０によって光学ユニット２０の背後の空間につくられる焦線３ｂに垂直に配位されて（基板は図の面に垂直である）、焦線３ｂが、ビーム方向で見て、基板の表面４ｖの前方に始まり、ビーム方向に沿って見て、基板の表面４ｒの前方で、すなわちまだ基板内部で、終わるように、焦線３ｂに対して配置される。したがって、伸張レーザビーム焦線３ｂは（長さｌの領域へのレーザビーム３の集束によって、すなわち長さｌの線焦点によって確保される、レーザビーム焦線３ｂに沿う、適するレーザ強度により）、レーザビーム焦線３ｂの基板２との重畳領域に、すなわち焦線３ｂにカバーされる基板の材料に、ビーム軸方向に沿って見て、基板の材料における誘起吸収がそれに沿って生じる、伸張領域３ｃを形成し、誘起吸収は領域３ｃに沿う基板材料内のクラック形成を誘起する。したがって、クラック形成は局所的におこるだけでなく、誘起吸収の伸張領域３０の全長（すなわち内部損傷域）にわたっておこる。この領域３ｃの長さ（すなわち、結局的にレーザーム焦線３ｂと基板２の重畳の長さ）は、本図において参照符号Ｌで与えられる。誘起吸収の領域の（あるいは、クラック形成を受ける、基板２の材料における領域の）平均直径または平均広がりは、本図において、参照符号Ｄで示される。この平均広がりＤは、本図において、レーザビーム焦線３ｂの平均直径δに対応する。

図１のａ）に示されるように、レーザビーム３の波長λに対して透明である基板材料は、本発明にしたがい、焦線３ｂに沿う誘起吸収によって加熱される。図３ｂは、加熱された材料は最終的に膨張し、よって、対応する誘起応力が本発明にしたがってマイクロクラック形成をおこさせ、応力は表面４ｖにおいて最大であることを示す。

次に、焦線３ｂを形成するために用いることができる具体的な光学ユニット２０を、またこれらの光学ユニットを用いることができる具体的な光学構成も、説明する。これらのユニットまたは構成の全ては上述したそれぞれに基づき、よって、それらの機能と同等であるかまたはそれらの機能に対応するコンポーネントまたは特徴に対してそれぞれ同等の参照数字が用いられる。続いて、それぞれの違いだけを説明する。

最終的に分離を生じさせる分離面は、（破壊強さ、幾何学的精度、粗さ、及び後処理要求の回避に関して）本発明にしたがい、高い品質をもつかまたはそうであるべきであるから、例えば、基板の表面上の輪郭線５に沿って配置されるべき個々の焦線、５-１，５-２，...が、後続の光学ユニットによって形成される（光学ユニットは以降、互換で、レーザレンズ系とも称される）。したがって、粗さは、特にスポット径によるかまたは焦線のスポット直径によって生じる。与えられたレーザ１２の波長λを用いて（基板２の材料と相互作用する）、例えば０.５μｍから２μｍの、小さなスポット径を達成できるためには、レーザレンズ系２０の開口数に特定の要件が課せられる。これらの要件は次に説明されるレーザレンズ系２０によって満たされる。

所望の開口数を達成するため、レンズ系は、一方で、与えられた焦点距離において既知のアッベの公式（ＮＡ＝ｎｓｉｎθ；ここで、ｎは加工されるべきガラスの屈折率、θは開口角の１/２であって、θ＝ａｒｃｔａｎ(Ｄ/２ｆ)であり、Ｄは開口、ｆは焦点距離である）にしたがう所要の開口を有していなければならない。他方で、レーザビームは所要の開口までレンズ系を照明しなければならす、これは一般にレーザと集束レンズ系の間の拡大テレスコープを用いるビーム拡張によって行われる。

したがって、スポット径は、焦線に沿う一様相互作用のため、あまり大きく変化すべきではない。これは、例えば、ビームによる狭い環状領域だけを照明し、次いで開口を照明している集束レンズ系によって保証することができ（以下の実施形態を参照されたい）、したがって開口数は当然僅か１％ほどしか変化しない。

図２（レーザ光３ａのレーザビーム束内の中心ビームのレベルにおいて基板平面に垂直な断面であり、本図でも、焦線３ｂまたは誘起吸収の伸張領域３ｃが基板の法線に平行であるように、レーザビーム３の照射は基板平面に垂直に行われている）によれば、レーザ１２によって放射されるレーザ光３ａが初めに、用いられるレーザ光に対して完全に不透明な、円形ダイアフラム２０ａ上に向けられる。ダイアフラム２０ａはビーム軸線に垂直に配位され、図示されるビーム束３ａの中心ビームに中心が合わせられている。ダイアフラム２０ａの直径は、ビーム束３ａの中心または中心ビームに近接しているビーム束（本図において３ａＺで示される）がダイアフラムに入射し、ダイアフラムによって完全に吸収されるように、選ばれる。ビーム束３ａの外周領域にあるビーム（本図において３ａＲで示される、エッジビーム）だけが、ビーム直径に比較して減じられたダイアフラム径により、吸収されずにダイアフラム２０ａの周辺を通過して、本図では球面研磨された両凸レンズ２０ｂとして構成されている、光学系２０の集束光学素子の縁端領域に入射する。

中心ビームに中心が合わせられたレンズ２０ｂは、本図において、意図的に、普通の球面研磨レンズの形態にある無補正両凸集束レンズとして構成される。言い換えれば、そのようなレンズの球面収差が意図的に利用される。これの代替として、理想的に補正された系からは外れ、理想的な焦点は事実上有しておらず、定められた長さの縦方向に大きく延ばされた焦線を形成する、非球面レンズまたは多重レンズ（すなわち、もはやいかなる個別の焦点も事実上有していないレンズまたは系）を用いることができる。したがって、レンズの帯は精確にレンズの中心からの距離の関数として焦線３ｂに沿って集束する。ビーム方向に対して直交するダイアフラム２０ａの直径は、本図において、ビーム束のほぼ９０％であり（ビーム束の直径は１/ｅに減衰するまでの広がりによって定められる）、光学系２０のレンズの直径のほぼ７５％である。本発明にしたがえば、中心においてビーム束を遮蔽することで形成された、収差無補正球面レンズ２０の焦線３ｂが用いられる。断面図は中心ビームを通る平面で表され、完全な三次元束は、表示されているビームを焦線３ｂの周りで回転させれば形成される。

光学ユニット２０がアキシコン及び集束レンズのいずれも有していれば、本発明にしたがって用いられ得る、改善された光学ユニット２０が作製される。

図３ａは、ビーム方向に沿うレーザ１２のビーム経路で見た、伸張レーザビーム焦線３ｂを形成するための形状につくられた自由非球表面を有する第１の光学素子が初めに配置されている、そのような光学ユニット２０を示す。図示される事例において、この第１の光学素子は、ビーム方向に垂直に配置され、レーザビーム３に中心が合わせられた、５°の円錐角を有するアキシコン２０ｃである。アキシコンまたは円錐プリズムは、光軸に沿う線上に点源を形成する（または、レーザビームを円環形状に変換しさえする）、特殊な円錐面研磨レンズである。そのようなアキシコンの構造は基本的に当業者に知られており、この場合、円錐角は例えば１０°である。アキシコンの円錐尖端はビーム方向とは逆の方向を指す。アキシコン２０ｃからのビーム方向の離隔ｚ１において、第２の、本図では（湾曲面がアキシコンに向けられている）平凸レンズ２０ｄである、集束光学素子が配置される。本図では、アキシコン２０ｃで形成されたレーザ光がレンズ２０ｄの外縁領域上に円環状に入射するように、ほぼ３００ｍｍの離隔ｚ１が選ばれる。レンズ２０ｄは環状入射光を、ビーム出力側で、本図ではレンズ２０ｄからほぼ２０ｍｍの離隔ｚ２にある、本図では１.５ｍｍの定められた長さの焦線３ｂ上に集束する。レンズ２０ｄの実効焦点距離は、本図では、２５ｍｍである。アキシコン２０ｃにより円環変換されたレーザビームは、本図において、参照符号ＳＲで与えられる。

図３ｂは、図３ａにしたがう基板２の材料内の焦線３ｂまたは誘起吸収３ｃの形状を詳細に示す。２つの素子２０ｃ、２０ｄの特性、またこれらの位置決めも、本図において、ビーム方向において焦線３ｂの長さｌが基板２の厚さ１０に正確に対応するように、定められ、実施される。対応して、図３ｂに示されるように、焦線３ｂを基板２の２つの表面４ｖ及び４ｒの間に正確に配置するため、ビーム方向に沿う基板２の正確な位置決めが必要である。

本発明にしたがえば、レーザレンズ系の特定の離隔に焦線が形成されれば、またレーザ光の大部分が所望焦線端まで集束されれば、有利である。これは、説明されるように、主として所望の帯上だけで円環状に照明されている集束素子２０ｄ（レンズ）によって達成することができ、この結果、一方で、所望の開口数、したがって所望のスポット径が生成されるが、他方で、基本的に円環状スポットが形成されるから、所望の焦線３ｂの後では、スポットの中心において非常に短い距離にかけて分散円の強度が失われる。したがって、本発明の意味において、クラック形成は基板の所望の深さにおける短い距離内で停止する。アキシコン２０ｃと集束レンズ２０ｄの組合せはこの要請を満たす。アキシコン２０ｃは２つの態様ではたらく。アキシコン２０ｃにより、通常の円形レーザスポットが円環状で集束レンズ２０ｄに向けて送られ、アキシコン２０ｃの非球面性が、レンズの焦面における焦点の代わりに、焦面の外側に焦線が形成される、効果を有する。焦線３ｂの長さｌはアキシコン上のビーム直径によって調節することができる。焦線に沿う開口数は、続いて、アキシコン−レンズ離隔ｚ１により、またアキシコンの円錐角により、調節することができる。このようにすれば、全レーザエネルギーを焦線に集中させることができる。

本発明の意味において、（内部損傷域内の）クラック形成は基板の出光側から離れて停止すべきであり、したがって、環状照明は、一方で、レーザ光の大部分は所望の長さの焦線に集中したままであるからレーザパワーが可能な限り用いられ、他方で、円環状に照明された帯を別の光学機能によって調節された所望の収差とともに用いることで焦線に沿う一様スポット径を達成することができ、したがって本発明にしたがう焦線に沿う一様分離プロセスを達成できるという、利点をそのまま有し続ける。

図３ａに示される平凸レンズの代わりに、集束メニスカスレンズまたはその他の一層強く補正された集束レンズ（非球面レンズ、多重レンズ）も用いることができる。

別途に着色されていない（特に鉄含有量が少ない）ホウケイ酸ガラスまたはソーダ石灰ガラス２は、ほぼ３５０ｎｍからほぼ２.５μｍまで光学的に透明である。ガラスは一般に不良熱伝導体であり、この理由のため、数ナノ秒のレーザパルス幅では、事実上、焦線３ｂからの実質的な熱拡散は全く生じない。それにもかかわらず、サブナノ秒パルスまたはピコ秒パルスを用いれば、（強度が実質的に高くなる）非線形効果により、所望の誘起吸収を一層容易に達成できるから、さらに一層短いレーザパルス幅が有利である。

本発明にしたがう平ガラスの分離のためには、例えば、以下のパラメータ：波長１０６４ｎｍ、１０ｐｓのパルス幅、１００ｋＨｚのパルス繰返し周波数、（レーザの直後で測定して）５０Ｗまでの平均パワー、を有する市販のピコ秒レーザ１２が適している。レーザビームは初め、（ピーク強度の１３％において測定して）ほぼ２ｍｍのビーム直径（すなわち、ガウス形ビーム束の１/ｅ^２直径）を有し、（ＤＩＮ／ＩＳＯ１１１４６にしたがって決定した）ビーム品質は少なくともＭ^２＜１.２である。ビーム拡張レンズ系（Ｋｅｐｌｅｒによる市販のビームテレスコープ）を用いることでビーム直径を、ほぼ２０〜２２ｍｍまで、１０倍に大きくすることができる。直径９ｍｍのいわゆる円環ダイアフラム２０ａを用いることで、円環状ビームが形成されるように、ビーム束の内側部分が遮断される。この円環状ビームで、焦点距離が２８ｍｍの平凸レンズ２０ｂ（半径１３ｍｍの石英ガラスレンズ）が照射される。レンズ２０ｂの強い（所望の）球面収差により、本発明にしたがう焦線が形成される。

焦線の理論直径δはビーム軸に沿って変化する。この理由のため、基板厚１０が、この場合、約１ｍｍより薄ければ（一般にディスプレイガラスのための厚さは０.５ｍｍから０.７ｍｍ）、一様クラック面の形成に有利である。ほぼ２μｍのスポット径及び５μｍのスポット−スポット間隔を用い、０.５ｍ/秒の速度を生じさせ、これにより、基板２上で輪郭線５に沿って焦線を誘導することができる（図４を参照されたい）。基板上で（集束線７に続いて測定した）２５Ｗの平均パワーにより、１００ｋＨｚのパルストレイン周波数から２５０μＪのパルスエネルギーが得られ、これは２〜５のサブパルスの構造化パルス（間隔が２０ｎｓでしかない個々のパルスの高速トレイン、いわゆるバーストパルス）において実施することもできる。

無強化ガラスは基本的に内部応力を有しておらず、この理由のため、未分離ブリッジによって未だ相互に固定及び連結されている破壊域は、初めは未だ、外部効果無しにパーツを合わせて保持している。しかし、熱応力が導入されると、輪郭形状１は、外部から力を加えずに、最終的に基板２から完全に分離される。この目的のため、平均パワーが２５０ＷまでのＣＯ_２レーザがほぼ１ｍｍのスポット径まで集束され、このスポットが、輪郭線５及びクラック線６にかけて、またおそらくは応力解放線１１にもかけて、０.５ｍ/秒までの速度で誘導される（図５ａ〜５ｄを参照されたい）。導入されるレーザエネルギー（それぞれの線について５Ｊ/ｃｍ）による局所熱応力が輪郭形状１を完全に分離する。

より厚いガラスの分離については、その過程（誘起吸収及び熱衝撃による破壊域の形成）に対する閾強度が、より長い焦線長１にわたって達成されなければならないことは当然である。したがって、続いて、より高いパルスエネルギー及びより高い平均パワーが必要になる。上述したレンズ系構成及び（レンズ系による損失後の）基板上で３９Ｗの最大利用可能レーザパワーを用いて、ほぼ３ｍｍ厚のガラスの分離が達成される。一方で、円環ダイアフラム２０ａが取り外され、他方で、より長い焦線が基板に形成されるように、基板とのレンズ２０ｂの離隔が補正される（公称焦点間隔が所定の方向で大きくなる）。

次に、強化ガラスを分離するための別の実施形態を説明する。

ナトリウム含有ガラスが、溶融カリウム塩浴内への浸漬によるガラス表面でナトリウムをカリウムに交換することで強化される。これにより、表面に５〜５０μｍ厚の層をなしてかなりの内部応力（圧縮応力）が生じ、したがって安定度を高める。

基本的に、強化ガラス分離中のプロセスパラメータは同等の寸法及び組成の無強化ガラスについてのプロセスパラメータと同様である。しかし、強化ガラスは内部応力の結果として及び、事実上、レーザ誘起破面５に沿っておこるのではなく材料に延び込む望ましくないクラック成長の結果として、極めて容易に破砕し得る。この理由のため、特定の強化ガラスの分離に成功するためのパラメータフィールドは一層厳格に指定される。特に平均レーザパワー及びこれにともなう切断速度は非常に正確に、事実上、強化層の厚さの関数として、維持されなければならない。強化層厚が４０μｍで総厚が０.７ｍｍのガラスに対し、上述した構成により、例えば以下のパラメータ：１４Ｗの平均パワーを用い、１００ｋＨｚのパルストレイン周波数において、したがって１０μｍのスポット間隔において、１ｍ/秒の切断速度が得られる。さらに、そのようなガラスについての工程シーケンス（ａ）から（ｃ）（好ましくは（ｄ）を含む）は、残余基板２の望ましくないクラック及び破壊を防止するため、特に重要である。

非常に薄い（＜１００μｍ）強化ガラスは主として強化された材料からなる。すなわち、前面及び背面はそれぞれ、例えば、３０μｍ厚のナトリウム欠乏層であり、したがって内部の４０μｍだけが強化されていない。この材料は、表面の一方が損傷を受けると、極めて容易にかつ完全に破砕する。そのような強化ガラスフィルムは従来技術ではこれまで加工できなかったが、提示される方法を用いることで加工が可能になる。

本発明の方法にしたがうこの材料の分離は、ａ）焦線の直径が非常に小さければ、例えば１μｍより小さければ、ｂ）スポット−スポット間隔が小さければ、例えば１μｍと２μｍの間であれば、及びｃ）クラック成長がレーザ過程に先行することができないように分離速度が十分に速ければ（レーザパルス繰返し周波数が高く、例えば０.２/秒〜０.５/秒において２００ｋＨｚであれば）、成功する。

図４は、本発明にしたがい、工程（ａ）によって加工されたガラスディスクの表面の顕微鏡像を示す。個々の焦線、すなわち本図において参照数字５-１，５-２，...が与えられている（図示される表面に垂直に基板の深さ内に延び込む）焦線５に沿う誘起吸収の伸張領域３ｃが、本発明にしたがう別の工程によって実施される基板パーツの分離のためのクラック形成による分離面の形成のため、基板の表面４ｖにわたりレーザビームがそれに沿って誘導された、線５に沿って連結されている。非常に多くの誘起吸収の離散伸張領域５-１，５-２，...が容易に見てとれ、図示される事例において、レーザのパルス繰返し周波数は、直に隣接する領域５-１，５-２，...の平均間隔ａと、レーザビーム焦線の平均直径δの比ａ/δがほぼ２.０であるように、表面４ｖにかけてレーザビームを移動させるための送り速度に対して調整されている。

図５ａ〜５ｄは、例として、０.７ｍｍ厚ガラス基板２の本発明にしたがう加工を、基板平面に沿う平面図で示す。

図５ａに示されるように、輪郭形状決定工程（ａ）において、波長λが１０６４μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ（レーザ１２は本図に示されていない）のレーザビーム３が基板平面上に垂直に照射され、作製されるべき輪郭形状１を描く輪郭線５に沿って誘導される。作製されるべき輪郭形状１は、本図において、基板２からの除去が予定されている円形の内部輪郭形状である。したがって、加工の目的は、基板２に正確な円形穴を製造することである。残余基板領域２が所望の生産製品を表すから、方法工程（ａ）〜（ｄ）中に、円形内部輪郭形状１またはその基板材料が破壊され得る。

図５ａに示されるように、輪郭線５に沿うレーザビーム３によるレーザ１２のパルス動作により、非常に多くの離散内部損傷域（ビーム方向で見て延び込む領域に沿う、レーザによって形成されるレーザビーム焦線の誘起吸収領域）５-１，５-２，...が基板材料につくられる。したがって、離散内部損傷域は図４について説明されたようにつくられる（これは以降で同じく説明される、工程（ｄ）及び（ｂ）にも適用される）。

円周５の全体にわたってそのような内部損傷域５-１，５-２，...がつくられた後には分離されるべき内部輪郭形状１に対応する破壊線が事実上形成されているが、既述したように、内部輪郭形状１の材料は残余基板領域２の材料から未だ完全には分離されていない。別の工程（ｂ）〜（ｄ）が、次に、残余基板材料の（クラック、フレーキング等のような）いかなる損傷も回避されるように、基板２から内部輪郭形状１の材料を完全に分離するためにはたらく。

これを達成するため、初めに（図５ａにおいて既に説明された特徴が同等の参照数字で与えられている；これは次いで図５ｃ及び５ｄにも適用される）図５ｂを参照すれば、工程（ａ）に続く応力解放工程（ｄ）において、（本図では輪郭線５から一定の間隔で）輪郭線５の経路を近似している応力解放線領域１１が、輪郭線５の内側に輪郭線５から隔てられて、すなわち内部輪郭形状１の材料に、同心態様で導入される。本図では同様に円形である応力解放線領域１１の導入は、領域１１の円周に完全に沿って、非常に多くの離散内部損傷域１１-１，１１-２，...がそれぞれに基板材料につくられるように、輪郭線５についてとレーザパラメータが同じレーザ１２によって実施される。これらの内部損傷域の導入も図４に説明されるように実施される。

工程（ｄ）は応力低減を生じさせるためにはたらく。すなわち、輪郭線の導入中に誘起された基板材料内の潜在応力が、輪郭半径が小さく、強く強化されたガラスの場合には、そうでなければ、基板全体の裂けを生じさせ得るであろう。この裂けは、工程（ｄ）における追加の切断によって防止することができるが、工程（ｄ）は絶対に必要というわけではない。この工程は形状として螺旋を有することができるが、輪郭線を近似する「円内円」のような形状とすることもできる。この切断の目的は、後に残る材料を可能な限り少なくし、よって自動分離を可能にするかまたは促進するために、目標輪郭形状に対する応力解放線領域１１の離隔を最小限に抑えることである。例えば、輪郭線５に対する応力解放線領域１１の最大近似のための値は、本図において、２０μｍ〜５０μｍである。

図５ｃは、本発明にしたがい、応力解放工程（ｄ）後に実施されるクラック決定工程（ｂ）を示す。この工程において、レーザ１２のレーザビーム３は、工程（ａ）及び（ｄ）と全く同様に、本図においても、非常に多くの離散内部損傷域６-１，６-２，...が図４に示されるように、内部輪郭形状１に刻み込まれた構造６に沿って導入されるように、基板表面または内部輪郭形状表面にかけて誘導される。

図５ｃに示されるように、輪郭線５上の場所に始まり、輪郭線５からそれぞれ本図では２５°の角度αで輪郭線５から離れる方向に進んで、分離されるべき輪郭形状１に延び込む、複数本の直線クラック線領域６ａ，６ｂ，...が、さらに、つくられている。正確に２本のクラック線領域（例えばクラック線領域６ａ及び６ｂ）のそれぞれが、輪郭線５上の同じ一箇所に始まり、それぞれ角度αをなす、相反する方向にそれぞれのクラック線領域が先に導入された応力解放線領域１１と切り交わるまで内部輪郭形状１に延び込む。角度αは本図において、その箇所から基本的に相反する方向に内部輪郭形状１の材料に延び込む、２本のクラック線領域（例えば、領域６ａ及び６ｂ、また領域６ｃ及び６ｄ）が始まる場所における輪郭線５の接線と、この箇所におけるそれぞれのクラック線領域の接線（または、クラック線領域はその接線と一致するから、クラック線領域自体）の間の角度である。

上述した態様においては、輪郭線５の全周に沿って、輪郭線５上の同じ一箇所に始まり、内部輪郭形状１の表面領域にわたって輪郭線５から離れる方向に延び、輪郭線と応力解放線１１の間に配され、応力解放線領域１１と切り交わり、応力解放線領域１１内にある内部輪郭形状１の領域に延び込む、正確に２本のクラック線領域をなす複数本のＶ字形クラック線６Ｖがつくられている。同一のＶ字形クラック線６Ｖのいずれの脚も、法線に対称に見て、それぞれのクラック線の先端の箇所において輪郭線５の接線に沿い、この接線に向けて延びる、すなわち、法線の両側で、内部輪郭形状１に延び込む。例えばα＝１０°のより小さな角αが、または例えばα＝３５°のさらに大きな角度でさえも、線５及び１１の円周によって、またこれら２つの円線の相互の間隔にもよって、可能である。

クラック線領域６ａ，６ｂ，...は、好ましいとしても、輪郭線５の１カ所で直接に始まる必要は全く無く、内部輪郭形状材料１内にある、輪郭線５から若干離れた、箇所で始まることができ、応力解放線領域１１をこえて応力解放線領域１１内にある材料領域まで誘導され得る（したがって、一方で、輪郭線５を含むそれぞれのクラック線領域の仮想的に連続する切断線と、他方で、輪郭線５の接線との、間の角αが計算される）。

上述した態様において、円形線５，１１の周に沿って５本から１０本のＶ字形クラック線がつくられることが好ましい。

よって、クラック線６Ｖまたはそのクラック線領域６ａ，６ｂ，...は、材料除去レーザ工程（ｃ）中及び／または材料除去レーザ工程（ｃ）後の分離挙動が改善されるように配置及び配位されることが好ましい。材料除去レーザ工程（ｃ）後に残る材料リングは、円環の個々のセグメントが一層容易に分離され得るように、明確にセグメント化される。材料除去レーザ工程（ｃ）後の部分セグメントがそれぞれ自体によって可能な限り内向きに押されるように、Ｖカット内に内向き応力を蓄積しようと試みられる。しかし、本発明にしたがう方法はこれらがなくとも機能できるから、これらのＶカットは絶対に必要というわけではない。

したがって、２つの構造５と１１の間の円環領域の材料にＶ字形クラック線によって刻み込まれたリング材料領域（本図では、同一のＶ字形クラック線の２本の脚の間の、ほぼ三角形の領域）のいくつかは（それらが内部損傷域６-１，６-２，...によって既に完全に分離されていれば）、隣接するリング材料領域と相互固定されずに、内部輪郭形状１に向けて動かされ得るであろう。

最後に、図５ｄはクラック決定工程（ｄ）後の材料除去工程（ｃ）を示す（図５ｄにおいては、明解さの理由のため、工程（ｂ）において導入されたＶ字形クラックの内の３本だけが示されている）。

工程（ｃ）において、本図には示されていない、レーザ１４で生成された材料除去レーザビーム７が基板表面に向けられる。図４について説明したような工程（ａ）、（ｂ）、（ｄ）における非常に多くの内部損傷域の形成に比較して、材料除去レーザビーム７のパラメータはレーザビーム３と以下のように異なる。材料除去をともなう点焦点または点損傷が与えられる。波長は３００ｎｍと１１０００ｎｍの間であり、特に５３２ｎｍまたは１０６００ｎｍが適する。パルス幅は、１０ｐｓ，２０ｎｓ，さらには３０００μｓである。

図５ｄに示されるように、応力解放線領域１１内のレーザビーム７により、本図では同様に円環状に、（本図ではいくつかの区画だけが示される）輪郭線５または応力解放線１１の全円周に沿って、延びる除去線９が内部輪郭形状１の材料に刻み込まれる。（内部輪郭形状１の中心に向かって見て）径方向において、応力解放線１１からの除去線９の離隔は、本図において、外側に配された輪郭線５からの応力解放線１１の離隔のほぼ２５％である。輪郭線５からの除去線９の離隔８は、本図において、輪郭線５からの応力解放線１１の離隔の１.２５倍である。したがって、除去線９は、（内部輪郭形状１の中心から見て）クラック線領域６ａ，６ｂ，...の内側の端を切断するように導入される。

輪郭線５または応力解放線１１の全円周に沿う除去線の導入後、内部輪郭形状１の中心で除去線９の内側にある材料領域は、除去線に沿い、基板材料が基板厚さ１０全体にわたって除去されるから（図９を参照されたい）、基板から分離される。したがって分離されるべき内部離隔形状材料１の残余領域だけが除去線９と輪郭線５の間に配されている。

一方で、除去線９の縁端と、他方で、輪郭線５の間では、それぞれのＶ字形クラック線の２本の脚の間に、事実上（本図では未だ分離されずに残っている輪郭形状として描かれ、参照数字１ｒを有する）隣接する環領域の材料と未だ相互固定されているが、残余基板２の材料をおそらくは損傷させる応力を導入せずに内向きに取り外され得る、（参照数字１'で示される）ほぼ三角形の環領域がつくられる。

ここには示されていない（工程（ａ）〜（ｄ）の後に実施される）後処理工程において、残る（応力開放領域１'も含む）不要な輪郭形状残余領域１ｒが、基板平面に直角に可動な機械式スタンプを用いて残余基板２から分離される。

図６は図５ａの分離されるべき内部輪郭形状１の基板材料に応力解放線１１を導入する別の形態を示す。単一の円周応力解放線領域の代わりに、径方向に外向きに見て、内部輪郭形状１の中心から誘導され、内部輪郭形状１内で巻かれて、本図においては、３.５回廻る、輪郭線５の経路を近似する応力解放螺旋１１Ｓを、分離されるべき内部輪郭形状１の材料に刻み込むことができる。

図７に示されるように、本発明は基板２からの閉じた内部輪郭形状の分離だけでなく、その形状が、基板２の外部輪郭形状が従来技術で既知の方法では残余基板材料２内に応力クラックを誘起せずに形成することができないような形状（例えば図７の輪郭線５のありつぎ形領域を参照されたい）である、複雑な形の外部輪郭形状１の分離にも、用いることができる。本図において、一方で、輪郭線５と、他方で、除去線９との間に配されたＶ字形クラック線６Ｖ-１，６Ｖ-２，...の対向して配された２本の脚の角度αは１０°である。図７において、同等であるかまたは対応する要素は別途に図５ａ〜５ｂに示される参照数字と同等の参照数字で示される。基板平面に垂直な基板厚は参照数字１０で表される。入射レーザ光３，７に向けて配位された基板表面（基板前面）は参照数字４ｖで、反対側に配された基板表面（基板背面）は参照数字４ｒで表される。

図７に示されるような輪郭線５の経路を近似する応力解放線領域１１の導入は、したがって、絶対に必要というわけではない。

したがって、本発明は特にアンダーカットを含む輪郭形状の分離にも用いることができる。

図８は、それぞれが基本的に、分離されるべき輪郭形状１の輪郭線５に始まり、輪郭形状１の材料に延びる、輪郭線５の経路に沿って異なるクラック線領域６ａ，６ｂ，...がどのように形成され得るかのいくつかの異なる可能性を示す。図８ａはＶ字形の標準クラック線を示す（図５ｃも参照されたい）。図８ｂは、隣接するＶ字形クラック線がそれぞれ互いに向けて配位された脚において交差している、輪郭線５の経路に沿うＶ字形の複数本のクラック線を示す。図８ｃは、それぞれのＶ字形クラック線の一方の脚だけの導入による、開クラック線を示す。

図９は、被着材料１８（本図ではポリオキシメチレン）の追加により、除去線９の導入後基板２からまたは輪郭形状残余領域１ｒから完全に分離された（おそらくは基板２に望ましくなくも未だ密着している輪郭形状残余領域１ｒの部分も含む）、分離されるべき内部輪郭形状１の内向きに配された材料部分がどのように放出され得るかを示す。図９において（また図１０においても）、同等の参照数字はやはりこれらの参照数字の下に既に説明した本発明の要素を指す。

図９に示されるように、材料除去レーザビーム７の、レーザビーム３に比較して大きい、ビームパワーが、（第２の）ビーム誘導光学ユニット２１（図１０を参照されたい）により、基板２上に結合される。基板２は、分離されるべき内部輪郭形状１の下の領域において、基板背面４ｒに気密キャビティ１７が構成されるように、クランプ具１６（例えば、いわゆるチャック）に取り付けられる。

（「上」は本図において入射レーザビームに向けて配位された基板前面４ｖである）。被着材料１８がこのキャビティ１７に前もって導入され、次いで、図示される材料除去工程（ｃ）の開始時に、光学ユニット２１を用い、基板２を通してレーザビーム７をキャビティ１７内に集束させることで、蒸発させられる（図９ａ）。レーザビーム誘起蒸発の結果、蒸発した被着材料が基板背面４ｒのキャビティ１７内にある領域上に被着し、分離されるべき内部輪郭形状１に対応する基板背面４ｒの少なくとも一表面の上に、レーザビーム７の基板材料内への結合を向上させる結合層１８'を形成する（図９ｂ）。背面４ｒ上の被着のための材料１８の蒸発はほぼ...秒で行われる。基板２の材料はレーザ波長λに対して透明であるが、層１８'の材料はλに対して不透明であるから、基板材料へのビーム７の結合が向上する。

続いて、レーザ光７が光学ユニット２１により基板を通して背面４ｒ上に集束される（図９ｂを参照されたい）。除去線９を定める形状寸法に対応して、レーザ光７の焦点１５は、全基板厚１０にかけて見て、除去線９に沿って基板材料を連続して除去するためまたは導入される光レーザエネルギーの結果として基板材料を蒸発させるため、基板背面４ｒから基板前面４ｖに向けて連続的に線９に沿うビーム７の複数の経路によって誘導される。背面４ｒから前面４ｖまで漸次移動する焦点１５による除去線９の輪郭に沿う多数回（例えば１５回）の（本図では簡単のため、キャビティ１７の上の中心における１回だけが示されている）経路誘導後、最終的に、除去線９の内側にある内部輪郭形状１の材料が分離され、キャビティ７内の高められている蒸気圧によって上方に放出される。キャビティ１７内の十分に高い蒸気圧により、不要な輪郭形状残余領域１ｒの分離もこれにより補助され得る（図５ｄを参照されたい）。

図１０は、本発明にしたがう方法を実施するための、本発明にしたがう装置を示し、装置は共通のレーザヘッドに構成されたビーム生成／ビーム形成ユニット１９を備える。ユニット１９は（低レーザ強度で離散内部損傷域を形成するレーザビーム３を生成するための）レーザ１２及び（高強度の材料除去レーザビーム７を生成するための）レーザ１４の２台のレーザを有し、ビーム偏向のための、Ｆθレンズに続いて結合されたガルバノメータスキャナをそれぞれが有する２台のビーム誘導光学ユニット２０及び２１も有する（そのような光学ユニットの構成は当業者には既知である）。ユニット２０のＦθレンズ及びガルバノメータスキャナによって集束された、レーザ１２のレーザ光３はその後基板２の表面に向けて誘導され、輪郭線５をつくるため、ガルバノメータスキャナにより適切に偏向される。対応して、ユニット２１のＦθレンズ及びガルバノメータスキャナによって集束された、レーザ１４のレーザ光７は基板２の表面上に結像され、除去線９をつくるため、ユニット２１のガルバノメータスキャナによって偏向される。

あるいは、移動レンズ系の代わりに静止レンズ系を用いることもできる（したがって基板が移動される）。

本図では、適切なメモリ、プログラム等を有するＰＣ２２の形態に構成された、中央制御ユニットが、双方向データ／制御線２３を介して、ユニット１９によるビーム生成、ビーム集束及びビーム偏向を制御する。

２本の異なるレーザビーム３及び７を生成するためのビーム誘導レンズ系２０及び２１の違いは以下の通りである。レーザビーム７は、ビーム３と比較して、例えば、点焦点の形成に向けられる補正Ｆθレンズにより、表面に向けて誘導される。ビーム７に対するレンズの焦点距離はビーム３に対するよりかなり長く、例えば４０ｍｍに比較して１２０ｍｍである。

１ 輪郭形状
２ 基板
３ レーザビーム
３ａ レーザ光
３ｂ ビーム焦線
３ｃ 伸張領域
５ 輪郭線
６ クラック線
７ 集束線／材料除去レーザビーム
９ 除去線
１０ 基板厚さ
１１ 応力解放線領域
１１Ｓ 応力解放螺旋
１２，１４ レーザ
１５ 焦点
１６ クランプ具
１７ 気密キャビティ
１８ 被着材料
１９ ビーム生成／ビーム整形ユニット
２０ 光学系（レーザレンズ系）
２０ａ ダイアフラム
２０ｂ 凸レンズ
２０ｃ アキシコン
２１ ビーム誘導光学ユニット
２２ 中央制御ユニット（ＰＣ）
２３ 双方向データ／制御線

Claims (15)

1. 平基板（２）に輪郭形状（１）を作製するため及び前記基板（２）から前記輪郭形状（１）を分離するための、方法において、
   前記基板（２）にわたり、作製されるべき前記輪郭形状を定める輪郭線（５）に沿ってレーザビーム（３）が誘導され、複数の離散内部損傷域（５-１，５-２，...）が前記基板の材料に形成される、輪郭形状決定工程（ａ）、及び
   前記輪郭形状決定工程（ａ）の後に、前記基板（２）にわたって誘導される、及び／または前記基板（２）上に照射される、レーザビームにより実施され、材料除去によって及び／または塑性変形によって、基板材料が前記基板（２）から除去される、及び／または基板材料が前記基板（２）から分離される、材料除去及び／または材料変形工程（ｃ）、及び
   前記輪郭線（５）の接線に対して角度α＞０°をなして、前記輪郭線（５）から前記輪郭線で囲まれる領域の内方へ離れて、分離されるべき前記輪郭形状（１）内に至る、複数のクラック線領域（６ａ，６ｂ，...）に沿って、前記基板（２）にわたり誘導されるレーザビーム（３）によって、それぞれに複数の離散内部損傷域（６-１，６-２，...）が前記基板材料に形成される、前記材料除去及び／または材料変形工程（ｃ）の前で前記輪郭形状決定工程（ａ）の後に実施される、クラック決定工程（ｂ）、
   を有してなることを特徴とする方法。
2. 前記輪郭形状決定工程（ａ）の後に実施される前記材料除去及び／または材料変形工程（ｃ）が、前記輪郭線（５）に沿って延びているが、前記輪郭線（５）から間隔（８）がとられ、また分離されるべき前記輪郭形状（１）内にある、除去線（９）に沿って前記基板（２）にわたって誘導される材料除去レーザビーム（７）によって、前記基板材料が全基板厚（１０）にわたって除去される、材料除去工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記輪郭形状決定工程（ａ）の後に実施される前記材料除去及び／または材料変形工程（ｃ）が、分離されるべき前記輪郭形状（１）にわたって誘導されて、及び／または分離されるべき前記輪郭形状（１）上に照射されて、基板材料に塑性変形をおこさせるレーザビームを用いて、分離されるべき前記輪郭形状（１）の基板材料が前記基板（２）から除去される、及び／または前記基板（２）から分離されるように、分離されるべき前記輪郭形状（１）の基板材料が熱変形されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記除去線（９）が前記クラック線領域（６ａ，６ｂ，...）と交差していることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 分離されるべき前記輪郭形状（１）内を延び、前記輪郭線（５）の経路を近似する、少なくとも１本の応力解放線領域（１１）に沿って、前記基板（２）にわたって誘導されるレーザビーム（３）を用いて、それぞれに複数の離散内部損傷域（１１-１，１１-２，...）が前記基板材料に形成される、応力解放工程（ｄ）が前記前記材料除去及び／または材料変形工程（ｃ）の前に実施されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記輪郭形状（１）の前記基板（２）からの完全な分離のための、前記基板材料除去及び／または材料変形工程（ｃ）の後に実施される後処理工程において、
   前記基板（２）におそらくは未だ連結されている前記輪郭形状（１）の残余領域（１ｒ）が、少なくともある程度、前記輪郭線（５）、前記クラック線領域（６ａ，６ｂ，...）及び／または前記応力解放線領域（１１）にわたる、前記輪郭形状残余領域（１ｒ）及び／または前記基板（２）の熱処理により、前記基板（２）から分離される、
   並びに／若しくは
   前記輪郭形状残余領域（１ｒ）が前記輪郭形状残余領域（１ｒ）及び／または前記基板（２）の超音波処理によって前記基板（２）から分離される、
   並びに／若しくは
   前記輪郭形状残余領域（１ｒ）が機械的力の印加によって前記基板（２）から分離される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記内部損傷域（５-１，５-２，...，６-１，６-２，...，１１-１，１１-２，...）が、基板材料のアブレーション及び溶融をおこさずに、形成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記内部損傷域（５-１，５-２，...，６-１，６-２，...，１１-１，１１-２，...）の内の少なくともいくつかが、それぞれの前記内部損傷域の場所における前記基板材料の内部への前記レーザビーム（３）の点集束によって形成される、及び／または
   前記内部損傷域（５-１，５-２，...，６-１，６-２，...，１１-１，１１-２，...）の内の少なくともいくつかが、前記レーザビーム（３）のビーム方向で見て、レーザビーム焦線（３ｂ）の伸張領域（３ｃ）に沿って前記基板材料内に生じる誘起吸収によって形成される−前記吸収により、前記基板材料内で前記伸張領域（３ｃ）に沿う誘起クラック形成がおこる、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記クラック決定工程（ｂ）において、前記輪郭線（５）の同一の場所から同じ角度α＞０°で前記輪郭線（５）から離れる方向に、ただし、前記輪郭線（５）に沿って見て、相反する方向に、分離されるべき前記輪郭形状（１）内に、延びる２本のクラック線領域（６ａ，６ｂ）に沿ってそれぞれに、前記基板材料内に複数の離散内部損傷域（６-１，６-２，...）を形成することによって、Ｖ字形クラック線（６Ｖ）が形成され、
   （ｉ）前記輪郭線（５）に沿って見て、複数本の前記Ｖ字形クラック線（６Ｖ-１，６Ｖ-２，...）が相互に間隔をおいて形成され、及び／または
   （ii）前記角度αが２０°と４０°の間である、
   ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記応力解放工程（ｄ）において、除去されるべき内部輪郭形状（１）の中心から前記内部輪郭形状（１）の外縁を見て、除去されるべき前記内部輪郭形状（１）の閉じた輪郭線（５）に、螺旋を描いて、近づく、応力解放線領域（１１）に沿って、複数の離散内部損傷域（１１-１，１１-２，...）が形成されることによって、応力解放螺旋（１１Ｓ）が形成されることを特徴とする、請求項５項に記載の方法。
11. （Ｉ） 前記輪郭形状決定工程（ａ）、前記クラック決定工程（ｂ）及び／または前記応力解放工程（ｄ）において、同等のビーム特性を有する複数本のレーザビーム（３）が前記基板（２）にわたって誘導される、及び／または、前記輪郭形状決定工程（ａ）、前記クラック決定工程（ｂ）及び／または前記応力解放工程（ｄ）において、前記複数本のレーザビーム（３）が同一のレーザ（１２）によって発生されて、同一のビーム整形レンズ系（２０）によって前記基板（２）上に照射される、
    並びに／若しくは
    （II） 前記複数本のレーザビーム（３）の内の少なくとも１本を発生するレーザ（１２）の波長λが、前記基板材料が前記波長λにおいて透明であるかまたは基本的に透明であるように選ばれる−基本的に透明であるとは、前記基板材料内での、前記レーザビームのビーム方向に沿って生じる、前記レーザビームの強度減衰が、侵入深さ１ｍｍ当たり、１０％以下であると了解される、
    並びに／若しくは
    （III） 前記基板（２）の照射表面上に入射するときの、前記複数本のレーザビーム（３）の内の少なくとも１本の平均直径δ、すなわちスポット径δが、０.５μｍと５μｍの間である、
    並びに／若しくは
    （IV） 前記複数本のレーザビーム（３）の内の少なくとも１本を発生するレーザ（１２）のパルス幅τが、前記基板材料との相互作用時間内の、前記基板内の熱拡散が無視できるように選ばれる、すなわち、（ｉ）τ、δ及び前記基板材料の熱拡散定数βがτ＜δ^２/βにしたがって調節される、及び／または（ii）１０ｎｓより短いτが選ばれる、
    並びに／若しくは
    （Ｖ） 前記複数本のレーザビーム（３）の内の少なくとも１本を発生するレーザ（１２）のパルス繰返し周波数が１０ｋＨｚと１０００ｋＨｚの間にある、
    並びに／若しくは
    （VI） 前記複数本のレーザビーム（３）の内の少なくとも１本を発生するレーザ（１２）が単パルスレーザとして、またはバーストパルスレーザとして、動作する、
    並びに／若しくは
    （VII） 平均レーザパワーが、前記複数本のレーザビーム（３）の内の少なくとも１本を発生するレーザ（１２）のビーム出力側で直接に測定して、１０Ｗと１００Ｗの間である、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記材料除去工程において、例えば可視波長範囲において透明な基板（２）としてのガラス素子または結晶素子に対し、前記材料除去レーザビーム（７）を発生するため、波長λが１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ（１４）または波長λが１０３０ｎｍのＹ：ＹＡＧレーザ（１４）が用いられる、
    並びに／若しくは
    前記基板（２）の照射表面上に入射するときの、前記材料除去レーザビーム（７）の平均直径、すなわちスポット径が、５μｍと２００μｍの間である、
    並びに／若しくは
    前記材料除去レーザビーム（７）を発生する前記レーザ（１４）のパルス繰返し周波数が０.１ｋＨｚと２００ｋＨｚの間である、
    並びに／若しくは
    前記材料除去レーザビーム（７）を発生する前記レーザ（１４）が単パルスレーザとして、またはバーストインパルスレーザとして、動作する、
    並びに／若しくは
    平均レーザパワーが、前記材料除去レーザビーム（７）を発生する前記レーザ（１４）のビーム出力側で直接に測定して、１０Ｗと２００Ｗの間である、
    ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
13. 前記材料除去工程が以下のように実施される、
    前記材料除去レーザビーム（７）の波長が、前記基板材料が前記波長に対して透明であるかまたは基本的に透明であるように選ばれる、
    前記材料除去レーザビーム（７）が、前記基板（２）を通して、ビーム入射側基板表面（基板前面４ｖ）から離れる方向に向けられた基板背面（４ｒ）上に配された焦点（１５）に集束される、及び
    前記材料除去レーザ光（７）が、全基板厚（１０）にわたって前記基板材料を除去するため、前記焦点（１５）を前記基板背面（４ｒ）から前記基板前面（４ｖ）に向けて連続的に変位させながら、前記除去線（９）に沿って数回誘導される、
    ことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
14. 前記材料除去工程の開始前に以下が実施される、
    初めに、前記基板（２）が取付具（１６）を用いて、分離されるべき前記輪郭形状（１）の、ビーム入射側基板表面（基板前面４ｖ）から離れる方向に向けられた基板背面（４ｒ）と前記取付具（１６）の間の領域において、気密キャビティ（１７）が形成されるように、取り付けられる、及び
    続いて、前記基板（２）の取付け後に前記キャビティ（１７）内にあるように前記基板（２）の取付け前に配置された被着材料（１８）が、前記キャビティ（１７）内に、集束されているレーザビーム（３，７）によって蒸気化される、
    ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
15. 前記輪郭形状（１）が、基板（２）としての、平ガラス素子に、特に、強化ガラスまたは無強化ガラスでつくられたディスクに、あるいは平結晶素子に、作製され、前記平ガラス素子または前記平結晶素子から分離されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。